JP2007247514A - 冷却装置および廃熱エネルギ再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クーリングパッケージからの廃熱エネルギとして大気に放出していたエネルギを無駄なく回収、再生できる廃熱エネルギ再生装置を提供する。
【解決手段】クーリングパッケージ12を、密閉した容器13の内部に収容し、この容器13の下部一側面に設けた入口14に、低沸点の冷却媒体15を供給する冷却媒体供給手段16を接続する。容器13の上部一側面に設けた出口21に、管路22により、クーリングパッケージ12から奪った熱で蒸発した冷却媒体蒸気により駆動するタービン23を連通し、このタービン23の一方の駆動軸23aに発電機24を機械的に接続し、この発電機24に蓄電装置25を電気的に接続する。タービン23の他方の駆動軸23bにエンジン26を接続し、補助動力源として用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、クーリングパッケージに関する冷却装置およびこの冷却装置を用いた廃熱エネルギ再生装置に関する。

図３に示されるように、油圧ショベルなどの作業機械には、機体１にエンジン２および冷却装置としてのクーリングパッケージ３が搭載されている。

図４に示されるように、クーリングパッケージ３は、エンジン２の冷却水を冷却するラジエタ3a、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ3b、ターボチャージで圧縮された高温のエンジン吸入空気を冷却するインタクーラ3cなどの熱交換器コアを集合させたものであり、これらの各熱交換器コアは、図５および図６に示されるようにクーリングパッケージ３の近傍に設置された冷却ファン４の回転により給気開口部５から取込まれた冷却空気により冷却されている。

この冷却ファンの駆動方式は、エンジン２のシャフト６にファン軸を直結させた冷却ファン４を、クーリングパッケージ３の枠体に取付けられたシュラウド７により覆うように構成したエンジンシャフト直結型が一般的であるが（例えば、特許文献１参照）、エンジン２のシャフト６とは別置きの油圧モータまたは電動モータなどにより冷却ファンを駆動する別置き型もある（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−１３３７２０号公報（第２頁、図３） 特開２００１−２１４４６８号公報（第６頁、図５、７）

エンジンシャフト直結型の冷却ファンの場合、エンジンのクランクシャフトに直結された冷却ファンを回転するので、エンジンの位置で冷却ファンの位置や大きさが決まってしまい、延いてはクーリングパッケージの位置や大きさまで制約されるとともに、クーリングパッケージを効率よく冷却できない場合がある。

また、エンジン回転数と冷却ファン回転数を調整するためにプーリなどが必要であり、エンジン回転数が可変ではないときに冷却ファン回転数を可変にするには、可変制御するための機械や電子制御などが必要となる。

さらに、エンジンシャフト直結型は、直接的に冷却ファンを駆動させる馬力が必要であり、また、油圧モータ駆動型および電動モータ駆動型は、油圧ポンプおよび発電機がエンジンの負荷となるので、間接的に冷却ファンを駆動させる馬力が必要であるため、いずれも少なくないエンジン出力が冷却ファン駆動馬力に消費され、エンジン出力を本来の作業に有効に生かしきれていないとともに、クーリングパッケージの熱交換器コアより発生した廃熱エネルギは、冷却ファンにより煽られて大気に放出されている。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、エンジン位置および回転数による制約を受けないとともに、エンジン出力を冷却ファン駆動馬力として消費することなく、クーリングパッケージを効率よく冷却できる冷却装置を提供し、また、この冷却装置を用いて、クーリングパッケージからの廃熱エネルギとして大気に放出されていたエネルギを無駄なく回収、再生できる廃熱エネルギ再生装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、冷却用の熱交換器コアを有するクーリングパッケージと、このクーリングパッケージを収容する容器と、この容器の入口に低沸点の冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段とを具備した冷却装置である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の冷却装置と、この冷却装置における容器の出口に連通されクーリングパッケージから奪った熱で蒸発した冷却媒体蒸気により駆動されるタービンと、このタービンにより作動される発電機と、この発電機から発生した電力を蓄える蓄電装置とを具備した廃熱エネルギ再生装置である。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の廃熱エネルギ再生装置におけるタービンを、エンジンを駆動する補助動力源として用いるものである。

請求項１記載の発明によれば、クーリングパッケージを収容する容器に対して、冷却媒体供給手段により低沸点の冷却媒体を供給することで、この容器内に供給された冷却媒体は、クーリングパッケージから均等に熱を奪って蒸発するので、クーリングパッケージを全方向から効率よく冷却できる。また、冷却ファンのようにエンジン位置および回転数による制約を受けないとともに、エンジン出力を冷却ファン駆動馬力として消費することもない。

請求項２記載の発明によれば、上記の冷却装置の容器内でクーリングパッケージからの熱で蒸発した冷却媒体蒸気によりタービンを駆動して、発電機を作動し、発生した電力を蓄電装置に蓄えるので、上記の冷却装置を有効利用して、クーリングパッケージからの廃熱エネルギとして大気に放出されていたエネルギを無駄なく回収、再生できる。

請求項３記載の発明によれば、発電機から発生した電力を蓄電装置に蓄える必要がないときは、タービンが持つ動力をエンジンの補助動力として有効利用できる。

以下、本発明を図１および図２に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。

図１は、廃熱エネルギ再生装置10を示し、この廃熱エネルギ再生装置10が備えた冷却装置11は、クーリングパッケージ12の全体が、密閉された容器13の内部に収容され、この容器13の下部一側面に設けられた入口14に、この入口14からクーリングパッケージ12の上方に向かって代替フロン、イソブタンなどの低沸点の冷却媒体15を供給する冷却媒体供給手段16が接続されている。

この冷却媒体供給手段16は、冷却媒体15が収容されたタンク17にポンプ18の吸込口18aが接続され、このポンプ18の吐出口18bが管路19により容器13の入口14に接続されている。

この冷却装置11における容器13の上部一側面に設けられた出口21に、管路22により、クーリングパッケージ12から奪った熱で蒸発した冷却媒体蒸気により駆動される蒸気タービン（以下、単に「タービン23」という）が連通され、このタービン23に、タービン23により作動されるダイナモなどの発電機24が機械的に接続され、この発電機24に、発電機24から発生した電力を蓄えるバッテリなどの蓄電装置25が電気的に接続されている。

タービン23は、一方の駆動軸23aに前記発電機24が接続され、他方の駆動軸23bにエンジン26のシャフトが接続され、このエンジン26を駆動する補助動力源として用いる。

タービン23から冷却媒体蒸気を排出する管路27は、冷却媒体蒸気を液化する凝縮器28に導かれ、この凝縮器28は、管路29によりタンク17に連通され、冷却媒体循環系が形成されている。

図２に示されるように、冷却装置11は、容器本体31内にそれぞれクーリングパッケージ取付板34，35が設置され、これらのクーリングパッケージ取付板34，35の間にクーリングパッケージ12が固定されている。

このクーリングパッケージ12は、エンジン冷却水を冷却するラジエタ、油圧回路の作動油を冷却するオイルクーラ、ターボチャージで圧縮された高温のエンジン吸入空気を冷却するインタクーラ、エアコンデンサなどの冷却用の熱交換器コアが集合したものである。

底板32と下側のクーリングパッケージ取付板34との間には、入口室36が形成され、この入口室36の一側部に前記入口14が設けられ、入口室36は、クーリングパッケージ取付板34に開口された複数の冷媒供給口37により、クーリングパッケージ12の一側面および他側面と対向する一側および他側の冷媒移動空間38に連通されている。

さらに、これらの冷媒移動空間38は、上側のクーリングパッケージ取付板35に開口された複数の冷媒排出口39を経て、クーリングパッケージ取付板35と天板33との間に形成された出口室40に連通され、さらに、この出口室40は、一側部に開口された前記出口21に連通されている。

次に、図１および図２に示された実施の形態の作用を説明する。

液状でタンク17内に収容された低沸点の冷却媒体15（代替フロン、イソブタンなど）をポンプ18により吸込み、容器13の下部に設けられた入口14から入口室36に供給すると、この液状の冷却媒体15は、入口室36から容器本体31内に入り、さらにクーリングパッケージ12の全周を包むようにしながら上昇する。

このため、クーリングパッケージ12は、冷却媒体15の中に浸漬された状態となり、このクーリングパッケージ12の全面から廃熱エネルギが効率よく冷却媒体15に伝達され、クーリングパッケージ12がファン無しの状態で全方向から冷却されるとともに、廃熱エネルギを吸収して気化した低沸点の冷却媒体は、上昇して出口室40に集められ、出口21から管路22を経てタービン23に加圧供給される。

加圧供給された冷却媒体蒸気により回転されたタービン23は、発電機24を駆動し、蓄電装置25を充電することで、この蓄電装置25に廃熱エネルギを電力エネルギに変換して蓄えるようにする。

発電機24から発生した電力を蓄電装置25に蓄える必要がないときは、タービン23が持つ動力を、エンジン26の補助動力として有効利用する。

タービン23から管路27に排出された冷却媒体15は、凝縮器28で液状に戻され、タンク17に回収され、ポンプ18に循環される。

このように、低沸点媒体がクーリングパッケージ12の熱エネルギで蒸気化する際に、クーリングパッケージ12より熱を奪い、エンジン冷却水温度、作動油温度、エンジン吸気温度などを低下させるとともに、熱エネルギを回収する。そして、クーリングパッケージ12から熱を奪った冷却媒体15は、蒸気となるので、この蒸気を利用してタービン23を回し、発電機24を駆動し、蓄電装置25にエネルギを電力として蓄えるか、またはエンジン26の補助動力源として利用する。

次に、図１および図２に示された実施の形態の効果を説明する。

クーリングパッケージ12の全体を収容する容器13に対して、冷却媒体供給手段16により低沸点の冷却媒体15を供給することで、この容器13内に供給された冷却媒体15は、クーリングパッケージ12の全体から均等に熱を奪って蒸発するので、クーリングパッケージ12を全方向から効率よく冷却できる。

冷却装置11の容器13内でクーリングパッケージ12からの熱で蒸発した冷却媒体蒸気によりタービン23を駆動して、発電機24を作動し、発生した電力を蓄電装置25に蓄えるので、上記の冷却装置11を有効利用して、クーリングパッケージ12からの廃熱エネルギとして大気に放出されていたエネルギを無駄なく回収、再生できる。

従来の冷却ファンのようにエンジン位置および回転数による制約を受けない。すなわち、エンジンシャフトと直結されていた冷却ファンやプーリが不必要となる。また冷却ファンの回転数に関与するエンジン馬力やエンジン回転数、プーリ比などの制約も受けないので、クーリングパッケージ12を設計する際には、いろいろな制約条件なしに自由に性能、配置、形状を決定することができる。

エンジン出力を冷却ファン駆動馬力として消費することもない。そして、ファン駆動馬力分が不必要となったため、全エンジン出力を本来の作業に生かすことができる。

このタービン23で発生した駆動トルクによりエンジン26をアシストするので、エンジン動力を軽減でき、このため、エンジン燃料消費量の低減が可能となる。

冷却ファンが不必要になった分、エンジン出力を落とすことができ、その分エンジン音の低減により、騒音低減効果が得られる。また、冷却ファンが不必要となり、さらにクーリングパッケージ12が容器13によりエンクローズされることで、風切り音などの騒音が低減され、騒音低減効果が得られる。

このようにして、従来はクーリングパッケージ12から外界に捨てられていた大量の排熱エネルギを効率よく回収できるとともに、エンジン26の補助動力源としても有効に利用できる。

本発明に係る廃熱エネルギ再生装置10および冷却装置11は、作業機械のみに限定されるものではなく、エンジン26などを冷却するクーリングパッケージ12を備えた機械に広く利用できる。

本発明に係る廃熱エネルギ再生装置の一実施の形態を示す回路図である。 本発明に係る冷却装置の一実施の形態を示す一部を破断した斜視図である。 作業機械に搭載された状態のクーリングパッケージを示す斜視図である。 同上クーリングパッケージの正面図である。 同上クーリングパッケージと冷却ファンとエンジンとの関係を示す平面的概要図である。 同上クーリングパッケージの斜視図である。

符号の説明

12 クーリングパッケージ
13 容器
14 入口
16 冷却媒体供給手段
21 出口
23 タービン
24 発電機
25 蓄電装置
26 エンジン

Claims (3)

1. 冷却用の熱交換器コアを有するクーリングパッケージと、
   このクーリングパッケージを収容する容器と、
   この容器の入口に低沸点の冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段と
   を具備したことを特徴とする冷却装置。
2. 請求項１記載の冷却装置と、
   この冷却装置における容器の出口に連通されクーリングパッケージから奪った熱で蒸発した冷却媒体蒸気により駆動されるタービンと、
   このタービンにより作動される発電機と、
   この発電機から発生した電力を蓄える蓄電装置と
   を具備したことを特徴とする廃熱エネルギ再生装置。
3. タービンは、エンジンを駆動する補助動力源として用いる
   ことを特徴とする請求項２記載の廃熱エネルギ再生装置。

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