JP2007132281A - エンジンの排気熱回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスエンジン9の排気熱回収装置12において、前記排気熱回収装置12底部に、導入側から排出側に樋部材34を配設し、該樋部材34の下部に凝縮水と油分を分離する分離手段(オイルトラップ36)を設けた構成とし、該分離手段(オイルトラップ36)は、樋部材34の排気ガス出口側下部にオイルトラップ36を形成し、該オイルトラップ36内に上方から下方に延設する堰44と下方から上方に延設する分離板45を平行に設け、堰44上方の空間に連通する油分貯溜部46と、分離板45下方の空間と連通する水分貯溜部48を形成した構成とする。
【選択図】図4
Description
その中で、排気ガスとともに排出される凝縮水が有害物質除去用の触媒を劣化させるため、排気熱回収装置において、この凝縮水を捕集し機外へ排出し、有害物質除去性能を維持することにより環境負荷低減を図る技術が(特許文献1)に開示されており公知となっている。
現状では、凝縮水は油分が混入された状態で、下水もしくは雨水として排水されていることが多く、潤滑油使用量を増加させる原因ともなっている。よって、この潤滑油を分離回収し、再利用すれば潤滑油使用量の低減が可能となるとともに、更なる環境負荷低減にも繋がる。
そこで本発明では、このような状況を鑑み、空調用ガスエンジンから排出される凝縮水に含まれる潤滑油を分離回収し、再利用する機能を有する排気熱回収装置の技術について提案するものである。
図1は本発明の一実施例に係るヒートポンプ装置の回路構成を示した回路図、図2は本発明の一実施例に係るガスエンジンの前面(一部断面)図、図3は本発明の一実施例に係るガスエンジンの左側面(一部断面)図、図4は本発明の一実施例に係る排気熱回収装置の全体的な構成を示す模式図、図5は排気熱回収装置のトラップ部詳細を示す模式図、図6は本発明の一実施例に係るボンネットの返油口部詳細を示す模式図である。
尚、説明の便宜上、図2がガスエンジンの前面を表しているものとし、図2中の矢印Aの方向を上、矢印Bの方向を左とする。
本発明に係る排気熱回収装置を備えるヒートポンプ装置1は、室外機2および室内機3で構成され、室外機2と室内機3が2系統の配管(液管およびガス管)で接続されている。そして、ヒートポンプ装置運転時には、室外機2と室内機3の間を冷媒が循環されるようにしている。
室外機2は、室外ファン4、室外熱交換器5、廃熱回収器8、ガスエンジン9、圧縮機10、排気熱回収装置12、冷却水ポンプ13、ラジエータ15等により構成されている。
また、室内機3は、室内ファン19、室外熱交換器20等により構成されている。
低圧の気化した冷媒が、圧縮機10により圧縮され高温高圧の気化した冷媒となり、四方弁7の経路aおよび廃熱回収器8を経て室外熱交換器5へ供給される。
次に、この気化した冷媒は、室外熱交換器5で室外ファン4による送風空気(外気)と熱交換し放熱することにより凝縮し、高圧の液化した冷媒となる。
次に、この高圧の液化した冷媒は、膨張弁6で減圧されて膨張したのちに、室内熱交換器20で室内ファン19による送風空気と熱交換し、蒸発して低圧の気化した冷媒となる。この時、送風空気は冷媒の蒸発潜熱分の熱を奪われるために冷却され、室内が冷房される。
そして、この低圧の気化した冷媒が、四方弁7の経路bを経て再度圧縮機10に戻り、このサイクルを繰り返す。
尚、冷媒としてはフロンガス等が用いられるが、本発明では冷媒の種類を限定するものではない。
低圧の気化した冷媒が、圧縮機10により圧縮され高温高圧の気化した冷媒となり、四方弁7の経路cを経て室内熱交換器20に供給される。そして、この高温高圧の気化した冷媒は、室内熱交換器20で室内ファン19による送風空気と熱交換し、凝縮して高圧の液化した冷媒となる。この時、送風空気は冷媒が凝縮する際の放熱により加熱され、室内が暖房される。
次に、この高圧の液化した冷媒は膨張弁6で減圧されて膨張した後に、室外熱交換器5に供給される。この液化した冷媒は、室外熱交換器5で室外ファン4による送風空気(外気)と熱交換することにより蒸発し、低圧の気化した冷媒となる。
次に、この低圧の気化した冷媒は、廃熱回収器8に供給され、さらに気化が促進される。
そして、この低圧の気化した冷媒が、四方弁7の経路dを経て再度圧縮機10に戻り、このサイクルを繰り返す。
図1に示す如く、室外機2には、駆動源としてガスエンジン9を備え、前記圧縮機2は該ガスエンジン9から動力を得て冷媒を圧縮するものである。具体的には、ガスエンジン9の出力プーリ9aが回転し、この回転がベルト11を介して圧縮機10の入力プーリ10aに伝達され、圧縮作用を創出している。
冷却水ポンプ13から吐出された高温の冷却水は、ラジエータ15でラジエータファン14による送風空気(外気)と熱交換し冷却される。尚、暖房時にはラジエータ15を介すると冷却水が過冷却され、ガスエンジン9の効率等に悪影響を及ぼすため、第一三方弁16を切り換えることにより、冷却水温度に応じてラジエータ15をバイパスして、冷却水を循環できるようにしている。
この冷却された冷却水が、ガスエンジン9内の熱交換部に供給され、ガスエンジン9が冷却される。このとき、冷却水はガスエンジン9内の燃焼による発熱と熱交換し温度が上昇する。尚、前述した通り、暖房時にはこの冷却水を廃熱回収器8に供給し、冷媒と熱交換して、冷媒の蒸発を助長し、室内の暖房をより効果的にするようにしている。
次に、この温度が上昇した冷却水は、排気熱回収装置12に供給され、ガスエンジン9から排出される高温の排気ガスと熱交換し、排気ガス温度を低下させるようにしている。
このとき、冷却水は更に温度が上昇し高温の冷却水となっている。
そして、この高温の冷却水が冷却水ポンプ13に戻り、このサイクルを繰り返す。
図2および図3に示す如く、ガスエンジン9は、シリンダブロック50、シリンダヘッド51、ボンネット52、オイルパン53、排気熱回収装置12、マフラー21等により構成されている。
ガスエンジン9は、シリンダブロック50及びシリンダヘッド51を立設してエンジン本体を構成している。エンジン本体においては、シリンダブロック50の上部にシリンダヘッド51が設けられ、シリンダブロック50の下部には潤滑油を貯留するオイルパン53が取り付けられている。
また、シリンダヘッド51の下面と、ピストン55のピストンヘッドとによって形成される燃焼室には、シリンダヘッド51を貫通した状態で点火プラグ65が臨ませて設けられている。つまり、吸気弁28または排気弁29がプッシュロッド62が押されることにより、バネ64の弾性力に抗して吸・排気弁の弁棒61を押して開け、元の位置に復帰した時に閉じることになる。
図2に示す如く、エアクリーナ25より取り込まれた空気は、ガスミキサ26において燃料であるガスと混合され、混合気が生成される。この混合気は、混気マニホールド27を通って、シリンダ57内へと供給される。
前記ピストン55が上死点から下死点まで垂直下方に摺動すると、同時に吸気弁28が開くため、開放された吸気弁28から混合気が吸入される(吸気工程)。
次に、ピストン55が下死点から上死点まで垂直上方に摺動すると、そのとき吸気弁28および排気弁29は共に閉止されているため、吸入された混合気は圧縮され、温度および圧力が上昇し、点火しやすい状態となる(圧縮工程)。
次に、点火プラグ65により混合気に点火され、混合気の燃焼により生じた圧力によりピストン55が上死点から下死点まで押し下げられる(膨張行程)。
次に、ピストン55が下死点から上死点まで上昇する工程では、排気弁29が開き、燃焼後の排気ガスが開放された排気弁29からピストン55に押し出されるようにして排出される(排気工程)。
尚、本実施例では、4サイクルガスエンジンの例を示しているが、ガスエンジンの形式を限定するものではない。
排気熱回収装置12は、図4に示す如く、本体ケース33と、樋部材34と、ドレンポット35と、オイルトラップ36、熱交換部37等により構成されている。
図4に示す如く、前記本体ケース33は、略直方体または円筒体の部材であり、該本体ケース33の内面に垂直上下方向に垂下と立設を交互に繰り返し、ラビリンス状に配設される鋼板部材である複数の仕切り部材38・38・・・を内包している。
本体ケース33の排気上流側には、排気ガスを導入する導入口39が形成されており、また排気下流側には排気ガスを排出する排出口40が形成されている。
また、本体ケース33下面には、本体ケース33下面に形成された複数の水抜き穴(小)41を覆い、排気下流側に下り勾配となるようにように配設される樋状の樋部材34と、前記本体ケース33の最下流部の下面に形成された水抜き穴(大)42を覆うように配設され、前記樋部材34の最下流部と接続されるドレンポット35が配設されている。
前記ドレンポット35の垂直下方にはオイルトラップ36が配設され、該オイルトラップ36の側面には返油配管22および外部ドレン配管18が接続されている。
また、前記本体ケース33を覆うように熱交換部37が配設されている。
本体ケース33下面には、前記複数の水抜き穴(小)41および水抜き穴(大)42が形成されているため、前記凝縮混合物は、本体ケース33の外部に自然に排出され、前記樋部材34を介するか、もしくは直接ドレンポット35に集められる。
本発明では、簡便な方法で潤滑油の分離および回収をするようにしており、以下にその方法について説明をする。
前記堰44は、ケース43の下面からケース43の上面に対して空間を有する高さまで延設されており、堰44の上端の高さはケース43の同じ側の側面に開口した油分排出口47の下端よりも高い位置まで延設されて、堰44から溢れる流体が排出できるようにしている。また、前記分離板45は、ケース43の上面からケース43の下面に対して空間を有する高さまで垂下されており、該分離板45の下端の高さはケース43の同じ側の側面に開口した水分排出口49の下端よりも低くなるように配置し、該分離板45下部の空間を流体が流通できるようにしている。なお、油分排出口47と水分排出口49はケース43の上下方向中途部の高さで、堰44上端よりも低く、分離板45下端よりも高くなるように配設して所定量の凝縮混合物が溜まる構成としている。
そして、混合物が所定量以上溜まると、上層に分離した油分は堰44を越えて溢れ出て、油分貯溜部46に入る。油分貯溜部46の液面が上昇してくると、油分が油分貯溜部46から排出されるようにしている。該油分排出口47は、堰44の上端に比して低い高さでケース43底面よりも高い位置に、ケース43の油分貯溜部46の側面に配設されている。
また、下層に沈降した水分は、分離板45下端を潜り込み、水分貯溜部48に入る。水分貯溜部48の水位が上昇してくると、水分が水分排出口49から排出されるようにしている。該水分排出口49は、前記油分排出口47と略同じ高さに、ケース43の水分貯溜部48の側面に配設されている。
また、前記水分排出口49には、機外と連通する外部ドレン配管18が接続されており、この配管を介して、水分のみが機外に排出されるようにしている。
また、簡単な構成で、凝縮水及び油を比重差により分離することができるのである。
よって、凝縮水は蒸発させることができるため、油のみをエンジンに回収することが可能となり、凝縮水の油分濃度と潤滑油消費量の低減を図ることができるのである。
本発明では、簡便な方法により、許容範囲外の量および温度の排気ガスがガスエンジン9内に導入されないようにしており、以下にその方法について説明をする。
前記潤滑油戻し穴70の上面には遮断弁71が配設されている。該遮断弁71は、前記潤滑油戻し穴70の外形にあった円形の蓋状部材である弁体71aと、該弁体71aを往復回動可能に支持する支持体71bにより構成されている。
また、前記支持体71bの回動支持部には板バネ等の図示しないバネ部材が組み込まれており、前記弁体71aが水平位置となる(すなわち遮断弁71が閉じる)のに反する抗力が、前記弁体71aに付勢されている。よって、排気ガス等が流通していない状態では、弁体71aは潤滑油戻し穴70から離間した状態を維持するようにしている。
また、ボンネット52上部には、前記遮断弁71を覆うようにして、戻された潤滑油が一時的に溜められる空間を確保するカバー72が配設されている。そして、該カバー72上部の略中央部には配管接続口73が配設されており、該配管接続口73に接続される返油配管22を介して、再利用される潤滑油がカバー72内に導入される。
図6(b)に示す如く、前記バネ部材による付勢力に比して、排気ガスの有する動圧による付勢力の方が高ければ遮断弁71は閉止し、潤滑油および排気ガスが弁腕室58内に導入されないようにしている。このとき潤滑油はカバー72内に一時貯溜される。
また図6(a)に示す如く、排気ガスの有する動圧による付勢力に比して、バネ部材による付勢力の方が高ければ、前記遮断弁71は全開もしくは中間開度を維持する。このとき、弁体71aと潤滑油戻し穴70には隙間が維持されるため、潤滑油および許容範囲内の量および温度の排気ガスが弁腕室58内に導入される。また、前記一時貯溜されている潤滑油があれば、併せて弁腕室58に導入される。
つまり、バネ部材による弁体71aへの付勢力を調整することにより、弁腕室58に導入される排気ガスを許容範囲内の量および温度に調整しながら、潤滑油を弁腕室58内に戻すことが出来るようにしている。
12 排気熱回収装置
34 樋部材
36 オイルトラップ
44 堰
45 分離板
46 油分貯溜部
48 水分貯溜部
Claims (4)
- エンジンの排気マニホールドに排気ガス熱交換器を接続したエンジンの排気熱回収装置において、
前記排気ガス熱交換器内底部に、導入側から排出側に溝を形成し、該溝の下部に凝縮水と油分を分離する手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - 請求項1に記載のエンジンの排気熱回収装置において、
前記分離手段は、溝の排気ガス出口側下部に油溜まりを形成し、油溜まり内に上方から下方に延設する仕切り板と下方から上方に延設する仕切り板を平行に設け、仕切り板上方の空間に連通する部屋と、仕切り板下方の空間と連通部屋を油溜まりに形成したことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - 請求項2に記載のエンジンの排気熱回収装置において、
前記仕切り板上方の空間に連通する部屋は、エンジンヘッド部と連通し、仕切り板下方の空間と連通する部屋は機外に連通する構成としたことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - 請求項3に記載のエンジンの排気熱回収装置において、
前記油溜まりとエンジンヘッドとの間に、その連通を遮断可能とする弁を設けたことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。
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