JP2011214490A - Waste heat utilization system of engine with supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機付きエンジンの排熱利用システムに関するものである。 The present invention relates to a waste heat utilization system for a supercharged engine.
従来から、過給機付きエンジンに取り付けられたインタークーラからの排熱を回収し、その回収した熱を有効利用するようにした排熱利用システムが知られている(例えば特許文献1参照)。この過給機付きエンジンの排熱を利用したシステムとしては、例えば次のようなものがある。この一例の過給機付きエンジンの排熱利用システムは、発電機等の動力源となるエンジンと、このエンジンの上流側に設けられて当該エンジンに圧縮空気を送り込む過給機と、エンジンと過給機との間に設けられて過給機により生成された圧縮空気を冷却するインタークーラとを備える。このインタークーラには冷却水(熱媒)が循環しており、この冷却水はインタークーラ内を通過する圧縮空気と熱交換する。一方、圧縮空気と熱交換した冷却水は、インタークーラの外部で温水、または冷却塔などの放熱装置との熱交換が可能となっている。このインタークーラの冷却水と熱交換した温水は、エンジン本体の冷却水と熱交換して得られた温水や、排ガスと熱交換することで得られた温水などと一緒に、温度の高い状態で貯湯タンクに溜められる。このようにして過給機付きエンジンからの排熱を回収し、その回収した熱を様々な用途に再利用することができる。 2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known an exhaust heat utilization system that recovers exhaust heat from an intercooler attached to an engine with a supercharger and effectively uses the recovered heat (see, for example, Patent Document 1). As a system using the exhaust heat of this supercharged engine, for example, there is the following. In this example, the exhaust heat utilization system for an engine with a supercharger includes an engine serving as a power source such as a generator, a supercharger that is provided upstream of the engine and sends compressed air to the engine, an engine and a supercharger. And an intercooler that is provided between the turbocharger and cools the compressed air generated by the supercharger. Cooling water (heating medium) circulates in this intercooler, and this cooling water exchanges heat with the compressed air passing through the intercooler. On the other hand, the cooling water heat-exchanged with compressed air can exchange heat with warm water or a heat radiating device such as a cooling tower outside the intercooler. The hot water that exchanges heat with the cooling water of this intercooler is in a high-temperature state together with the hot water that is obtained by exchanging heat with the cooling water of the engine body and the hot water that is obtained by exchanging heat with the exhaust gas. Stored in a hot water storage tank. In this way, exhaust heat from the engine with a supercharger can be recovered, and the recovered heat can be reused for various purposes.
ところで上記エンジンは、始動時からある程度運転を継続すると、その本体の温度が高くなり、失火のない安定した駆動を行なうようになる。ところがエンジン始動前や始動直後にはその本体が冷えていることが多いため、過給機からそのエンジン内に流入した圧縮空気は流入する過程で温度が低下し、着火・燃焼時にはさらに温度が低くなる。その結果、燃焼性が悪くなってしまう。この場合、エンジンの始動性が低下するだけでなく、始動直後の失火も引き起こしやすくなってしまうという問題がある。 By the way, when the engine continues to operate to some extent from the time of starting, the temperature of the main body becomes high, and the engine can be driven stably without misfire. However, since the main body is often cooled before or immediately after the engine is started, the temperature of the compressed air flowing into the engine from the supercharger decreases in the process of flowing in, and the temperature further decreases during ignition and combustion. Become. As a result, combustibility is deteriorated. In this case, there is a problem that not only the startability of the engine is deteriorated but also misfire immediately after the start is easily caused.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転始動時の動作の安定性を向上させる過給機付きエンジンの排熱利用システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust heat utilization system for an engine with a supercharger that improves the stability of operation at the start of operation.
上記課題を解決するために本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムは以下の構成とする。 In order to solve the above problems, the exhaust heat utilization system for a supercharged engine of the present invention has the following configuration.
本発明は、吸入した空気を圧縮する過給機1と、過給機1の下流側に配置されると共に内部を流通する熱媒と前記圧縮した空気とを熱交換させるインタークーラ2と、インタークーラ2の下流側に配置されるエンジン3と、前記熱媒と熱交換した湯水、エンジン本体の冷却水と熱交換して得られた湯水、排ガスと熱交換することで得られた湯水などを貯留するための貯湯タンク4とを備えた過給機付きエンジンの排熱利用システムである。これは、前記熱媒の温度を検知する第1の温度検知手段90と、貯湯タンク4内の湯水の温度を検知する第2の温度検知手段91とをさらに備えている。そして前記エンジン3が停止した状態において、第1の温度検知手段90により検知した温度値T1が、第2の温度検知手段91により検知した温度値T2以上の時には前記熱媒を流通させず、第2の温度検知手段91により検知した温度値T2未満のときには前記貯湯タンク4内の湯水と熱交換した前記熱媒を流通させ、この状態でエンジン3の運転を始動するようにしたことを特徴とする。
The present invention includes a supercharger 1 that compresses sucked air, an
このような構成によれば、エンジン3始動時にインタークーラ2の熱媒の温度値T1が貯湯タンク4内の湯水の温度値T2未満のときには、温度の高い熱媒をインタークーラ2内に流通させることができる。温度の高い熱媒がインタークーラ2内を流通すると、仮にエンジン3が冷えている場合であっても過給機1からエンジン3内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることがないため、エンジン3始動時における圧縮空気の燃焼性を向上させることができる。一方、インタークーラ2の熱媒の温度値T1が貯湯タンク4内の湯水の温度値T2以上のときには、温度の低い貯湯タンク4の湯水と熱交換する熱媒をインタークーラ2内に流通させないので、この場合にも過給機1からエンジン3内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることを防止できる。
According to such a configuration, when the temperature value T1 of the heat medium of the
本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムによれば、運転始動時の動作の安定性を向上させることができる。 According to the exhaust heat utilization system for an engine with a supercharger according to the present invention, the stability of the operation at the start of operation can be improved.
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本実施形態の過給機付きエンジンの排熱利用システム(以下、排熱利用システムという)は、過給機1から供給される圧縮空気を冷却するためのインタークーラ2を備えており、このインタークーラ2からの排熱を利用してお湯を生成し、このお湯をエンジン本体の冷却水と熱交換して得られた湯水、排ガスと熱交換することで得られた湯水などと合わせて貯湯タンク4に溜めておいてその後利用するものである。この排熱利用システムは、図1に示されるように、過給機1と、過給機1の空気流通経路下流側に設けられたインタークーラ2と、インタークーラ2の空気流通経路下流側に設けられたエンジン3と、インタークーラ2の排熱により加熱された湯水を貯めておく貯湯タンク4とを備えている。さらにこの排熱利用システムは、インタークーラ2内を循環する熱媒を冷却する冷却液を生成するための冷却塔5を備えている。この排熱利用システムは、エンジン3の動力を利用して発電するようになっており、エンジン3による発電とインタークーラ2、エンジン本体の冷却水および排ガスからの熱の回収・利用とを同時に行なういわゆるコージェネレーションシステムを構成している。
An exhaust heat utilization system for an engine with a supercharger (hereinafter referred to as an exhaust heat utilization system) of the present embodiment includes an
過給機1は、エンジン3の排気ガスを利用してタービンを回転させ、吸入空気を圧縮するターボチャージャーを用いている。この過給機1は、大気を内部に取り込む吸入口と、タービンにより圧縮された空気を吐出する吐出口とを有している。この吐出口は、その下流側に圧縮空気と燃料とを予混合する予混合部6に接続されている。この予混合部6は、さらに下流側にインタークーラ2が連通接続されている。
The supercharger 1 uses a turbocharger that rotates the turbine using the exhaust gas of the
インタークーラ2は、過給機1の下流側に接続されており、内部を流通する熱媒により過給機1から供給された空気と熱交換を行なう。本実施形態のインタークーラ2は、通常運転時には過給機1から供給された空気を冷却するが、エンジン3始動時(始動直前から始動直後の一定時間)には過給機1から供給された空気の温度を上昇または維持させる働きもする。インタークーラ2には、図1に示されるように、第1のポンプ70により圧送された熱媒が内部を流通する熱媒循環管路80が設けられており、この熱媒循環管路80はインタークーラ2内において過給機1から供給された圧縮空気と熱交換するように配設されている。この熱媒循環管路80は、冷却塔側管路81と貯湯タンク側管路82とを有しており、冷却塔側管路81と貯湯タンク側管路82とは切替弁73を介して切替可能となっている。この冷却塔側管路81はその途中に冷却塔用熱交換器83が接続されている。また貯湯タンク側管路82はその途中に貯湯タンク用熱交換器84が接続されている。
The
貯湯タンク4は、この貯湯タンク用熱交換器84に接続されており、この貯湯タンク用熱交換器84において熱交換した湯水を貯水する。貯湯タンク4は、貯湯タンク4内部と連通する湯水循環路85が設けられている。この湯水循環路85の途中には、貯湯タンク用熱交換器84が接続されると共に第2のポンプ71が接続されている。この貯湯タンク4には最大で88℃程度の湯が溜められ、この貯湯タンク4内の湯は給湯や空調などに利用される。
The hot
冷却塔5は、インタークーラ2を冷却する際に熱媒を冷却する冷却液を生成する。冷却塔5には冷却水循環路86が設けられており、冷却水循環路86はその途中に冷却塔用熱交換器83及び第3のポンプ72が接続される。この第3のポンプ72を駆動することにより、冷却塔5により生成された冷却液が、冷却塔用熱交換器83においてインタークーラ2を流通する熱媒と熱交換を行なう。
The
エンジン3は、圧縮空気と燃料とを予混合して成る予混合気を取り入れ、その予混合気を燃焼させることで動力を得る。本実施形態のエンジン3は、発電機Aに接続されており、駆動することで電気を発生させる。なお、燃焼時に発生する排気ガスは、上述のように過給機1の過給に利用される。
The
本実施形態の排熱利用システムは、図1に示されるように、過給機1の吐出口近傍と、インタークーラ2内の熱媒循環管路80と、貯湯タンク4とにそれぞれ温度検知手段90,91,92が設けられている。インタークーラ2内の熱媒循環管路80に設けられた温度検知手段(第1の温度検知手段90)は、インタークーラ2内を流通する熱媒の温度を検知する。また貯湯タンク4に設けられた温度検知手段(第2の温度検知手段91)は、貯湯タンク4に貯留された温水の温度を検知する。また過給機1の吐出口近傍に設けられた温度検知手段(第3の温度検知手段92)は、過給機1により圧縮された空気の温度を検知する。これらの温度検知手段90,91,92は、温度センサーにより構成されており、それぞれが制御部に接続されている。
As shown in FIG. 1, the exhaust heat utilization system of the present embodiment includes temperature detection means in the vicinity of the discharge port of the supercharger 1, the heat
制御部は、エンジン3の始動前及び始動時から一定時間、エンジン3の始動性を向上させるための運転を行なわせる。制御部は、各ポンプ70,71,72に接続されており、温度検知手段90,91,92の検知値に基づいて第1のポンプ70と第2のポンプ71のON/OFF制御を行なう。制御部は、システム起動スイッチがONされることにより排熱利用システム運転開始の信号が送られると、各温度検知手段90,91,92に温度検知を行なうよう指令を送る。すると各温度検知手段90,91,92は、運転開始時のインタークーラ2の熱媒,貯湯タンク4の温水,過給機1から吐出された空気の各温度を検知する。各温度検知手段90,91,92は、それぞれの部位の温度値を制御部に送信する。制御部は、温度検知手段90,91,92から送られた各温度値(第1の温度検知手段90による温度値:T1,第2の温度検知手段91による温度値:T2,第3の温度検知手段92による温度値:T3)の大小関係を判断する。制御部は、検知された温度値のうち、第2の温度検知手段91が最も大きいと判断した場合(T2>T1>T3,T2>T3>T1)、第1のポンプ70と第2のポンプ71の運転を開始させる。すると温度の高い貯湯タンク4内の湯が、湯水循環路85を循環し始める。同時にインタークーラ2内の熱媒は、熱媒循環管路80内を循環し始め、貯湯タンク用熱交換器84にて温度の高い湯と熱交換する。すると、インタークーラ2内の温度が上昇する。この状態で過給機1及びエンジン3を始動すると、過給機1から供給された圧縮空気は、加熱されると共にエンジン3内に流れ込み、最終的に着火される。このとき圧縮空気の温度は上昇しているので、エンジン3が冷えていても着火時にその温度が下がり過ぎてしまうことがなく、エンジン3は失火を起こしにくくなると共に、始動時の動作が安定する。
The control unit performs an operation for improving the startability of the
ここで温度検知手段90,91,92により検知された各温度値が、T3>T2>T1の関係となっている場合、圧縮空気はこの状態でインタークーラ2を通過すると温度が大きく低下してしまう。このため制御部は、第1のポンプ70と第2のポンプ71の運転を開始させて、貯湯タンク4内の湯水とインタークーラ2の熱媒との熱交換を行い、圧縮空気の温度低下を最小限に留めるように制御する。
Here, when the temperature values detected by the
一方、制御部が第1の温度検知手段90により検知された温度値T1を最も大きいと判断した場合(T1≧T3≧T2,T1>T2>T3)、制御部は各ポンプ70,71を駆動させず、そのままエンジン3を始動させる。すると、過給機1からの圧縮空気は、インタークーラ2内のほうが高温となっているため、インタークーラ2によって加熱され、次いでエンジン3内に流れ込み、着火される。このとき圧縮空気の温度は上昇しているので、エンジン3は失火を起こしにくくなると共に、始動時の動作が安定する。
On the other hand, when the control unit determines that the temperature value T1 detected by the first
ここで温度検知手段90,91,92により検知された各温度値が、T3>T1>T2の関係となっている場合、圧縮空気はこの状態でインタークーラ2を通過すると温度が低下してしまい、仮に各ポンプ70,71を駆動させてインタークーラ2内の熱媒を流通させたとしてもさらに温度が低下してしまう。このため制御部は、各ポンプ70,71を駆動させず、圧縮空気の温度低下を最小限に留めるように制御する。
Here, when the temperature values detected by the
すなわち、第1の温度検知手段90と第2の温度検知手段91との関係に着目した場合、制御部の制御は次のようになる。第1の温度検知手段90により検知した温度値T1が、第2の温度検知手段91により検知した温度値T2以上の時(T1≧T2)には、制御部は第1のポンプ70と第2のポンプ71を運転させない。一方、第1の温度検知手段90により検知した温度値T1が、第2の温度検知手段91により検知した温度値T2未満の時(T1<T2)には、制御部は第1のポンプ70と第2のポンプ71を運転させる。そしてこの状態でエンジン3を始動させるように制御する。
That is, when attention is paid to the relationship between the first
制御部は、エンジン3の始動時に上記制御を行い、この状態で一定時間エンジン3を運転させた後、通常の運転に切り替える制御を行なう。制御部は、前記切替弁73に接続されているため、貯湯タンク側管路82から冷却塔側管路81への切替制御を行なうことができる。これによりエンジン3の運転が安定した後は、インタークーラ2により圧縮空気を冷却させることができる。通常のインタークーラ2の働きにより圧縮空気の圧縮比を上げたり、圧縮空気の点火前の自己発火を防いだりすることができる。
The control unit performs the above control when the
本実施形態の排熱利用システムは、エンジン3始動時に、インタークーラ2の熱媒の温度が貯湯タンク4内の湯水の温度未満のときには、温度の高い熱媒をインタークーラ2内に流通させることができる。温度の高い熱媒がインタークーラ2内を流通すると、仮にエンジン3が冷えている場合であっても過給機1からエンジン3内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることがないため、エンジン3始動時における圧縮空気の燃焼性を向上させることができる。一方、インタークーラ2の熱媒の温度が貯湯タンク4内の湯水の温度以上のときには、温度の低い貯湯タンク4の湯水と熱交換した熱媒をインタークーラ2内に流通させないので、過給機1からエンジン3内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることを防止できる。この結果、運転始動時の動作の安定性を向上させることができる。
In the exhaust heat utilization system of the present embodiment, when the temperature of the heat medium of the
本実施形態の排熱利用システムは、第3の温度検知手段92が設けられており、この第3の温度検知手段92によって過給機1からの圧縮空気の温度を検知するようにしていたが、本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムは、第3の温度検知手段92は必ずしも必要な構成ではない。
In the exhaust heat utilization system of the present embodiment, the third
また本実施形態は、インタークーラ2内を流通する熱媒と湯水との熱交換が、熱媒と湯水とで直接行なわれていたが、本発明は、インタークーラ内を流通する熱媒と湯水との熱交換が、熱媒と湯水との間に他の熱媒を介して行なわれるものであってもよい。
In this embodiment, the heat exchange between the heat medium flowing in the
また本実施形態の排熱利用システムは、コージェネレーションシステムを構成していたが、本発明の給機付きエンジンの排熱利用システムは、コージェネレーションシステムでなくてもよく、過給機付きエンジンの排熱を利用するシステムであれば、広く適用することができる。また本実施形態の排熱利用システムは、過給機1がターボチャージャーによって構成されていたが、本発明の給機付きエンジンの排熱利用システムは、過給機がスーパーチャージャーであってもよく、この点限定されるものでなはい。 Moreover, although the exhaust heat utilization system of this embodiment comprised the cogeneration system, the exhaust heat utilization system of the engine with a feeder of this invention may not be a cogeneration system, but the engine of a supercharger engine. Any system that uses exhaust heat can be widely applied. In the exhaust heat utilization system of the present embodiment, the supercharger 1 is configured by a turbocharger. However, in the exhaust heat utilization system of the engine with a turbocharger of the present invention, the supercharger may be a supercharger. This is not a limitation.
1 過給機
2 インタークーラ
3 エンジン
4 貯湯タンク
5 冷却塔
6 予混合室
70 第1のポンプ
71 第2のポンプ
72 第3のポンプ
73 切替弁
80 熱媒循環管路
81 冷却塔側管路
82 貯湯タンク側管路
83 冷却塔用熱交換器
84 貯湯タンク用熱交換器
85 湯水循環路
86 冷却水循環路
90 第1の温度検知手段
91 第2の温度検知手段
92 第3の温度検知手段
A 発電機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
過給機の下流側に配置されると共に、内部を流通する熱媒と前記圧縮した空気とを熱交換させるインタークーラと、
インタークーラの下流側に配置されるエンジンと、
前記熱媒と熱交換した湯水を貯留するための貯湯タンクと、
を備えた過給機付きエンジンの排熱利用システムであって、
前記熱媒の温度を検知する第1の温度検知手段と、
貯湯タンク内の湯水の温度を検知する第2の温度検知手段とをさらに備え、
前記エンジンが停止した状態において、第1の温度検知手段により検知した温度値が、
第2の温度検知手段により検知した温度値以上の時には前記熱媒を流通させず、第2の検知手段により検知した温度値未満のときには前記貯湯タンク内の湯水と熱交換した前記熱媒を流通させ、
この状態でエンジンの運転を始動するようにしたことを特徴とする、過給機付きエンジンの排熱利用システム。
A supercharger that compresses the inhaled air;
An intercooler that is arranged on the downstream side of the supercharger and exchanges heat between the heat medium flowing inside and the compressed air;
An engine disposed downstream of the intercooler;
A hot water storage tank for storing hot water exchanged with the heat medium;
An exhaust heat utilization system for a turbocharged engine equipped with
First temperature detecting means for detecting the temperature of the heat medium;
A second temperature detecting means for detecting the temperature of the hot water in the hot water storage tank;
In a state where the engine is stopped, the temperature value detected by the first temperature detecting means is
When the temperature value detected by the second temperature detecting means is higher than the temperature value, the heating medium is not circulated, and when the temperature value is less than the temperature value detected by the second detecting means, the heat medium exchanged with hot water in the hot water storage tank is circulated. Let
An exhaust heat utilization system for an engine with a supercharger, characterized in that the operation of the engine is started in this state.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010082947A JP2011214490A (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Waste heat utilization system of engine with supercharger |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2012211712A (en) * | 2011-03-30 | 2012-11-01 | Miura Co Ltd | Liquid cooling system |
JP2016075163A (en) * | 2014-10-02 | 2016-05-12 | 三菱重工業株式会社 | Engine system and cogeneration facility |
JP2017116185A (en) * | 2015-12-24 | 2017-06-29 | 丸の内熱供給株式会社 | Cogeneration system |
JP2017160812A (en) * | 2016-03-08 | 2017-09-14 | 大阪瓦斯株式会社 | Engine cogeneration device |
-
2010
- 2010-03-31 JP JP2010082947A patent/JP2011214490A/en not_active Withdrawn
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