JP2018080674A - Hydrogen engine system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素ガスを燃料とするレシプロエンジンを含む水素エンジンシステムに関する。 The present invention relates to a hydrogen engine system including a reciprocating engine using hydrogen gas as fuel.
従来から、水素ガスを燃料とするレシプロエンジンを含む水素エンジンシステムが知られている。例えば、特許文献1には、図6に示すような車両に搭載される水素エンジンシステム100が開示されている。
Conventionally, a hydrogen engine system including a reciprocating engine using hydrogen gas as a fuel is known. For example, Patent Document 1 discloses a
具体的に、図6に示す水素エンジンシステム100は、液化水素を貯留するタンク110と、液化水素が気化した水素ガスを燃料とするレシプロエンジン150を含む。エンジン150には、過給機130の圧縮機から加圧された空気が供給される。具体的に、過給機130の圧縮機は、第1給気管161によりエアクーラ140と接続され、エアクーラ140は第2給気管162によりエンジン150と接続されている。
Specifically, the
また、水素エンジンシステム100は、タンク110からエアクーラ140へ液化水素を導く第1燃料ライン121と、エアクーラ140で気化した水素ガスをエンジン150へ導く第2燃料ライン122を含む。第1燃料ライン121には、電磁弁123が設けられている。電磁弁123は給気温度が所定温度より高いときに開かれ、これにより、エアクーラ140で、液化水素の冷熱(顕熱および気化熱)により給気が冷却される。
The
しかしながら、図6に示す水素エンジンシステム100では、約−250℃と極低温の液化水素がエアクーラ140へ導かれるので、エアクーラ140内で給気中の水分が凍結して着霜が生じる。
However, in the
そこで、本発明は、液化水素の冷熱により給気が冷却されるときのエアクーラ内での着霜を抑制することができる水素エンジンシステムを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the hydrogen engine system which can suppress the frost formation in an air cooler when supply air is cooled with the cold heat | fever of liquefied hydrogen.
前記課題を解決するために、本発明の発明者らは、エアクーラとは別に冷熱放出器を設け、エアクーラと冷熱放出器との間で熱媒体を循環させれば、エアクーラ内での着霜を抑制できるのではないかと考えた。しかしながら、この場合には、エアクーラに流入する熱媒体の温度を着霜の抑制に適した0℃程度に抑えるために、熱媒体を非常に多くの流量で循環させなければならない。本発明は、このような観点からなされたものである。 In order to solve the above problems, the inventors of the present invention provide a cold heat release device separately from the air cooler, and circulates the heat medium between the air cooler and the cold heat release device, thereby forming frost in the air cooler. I thought it could be suppressed. However, in this case, it is necessary to circulate the heat medium at a very large flow rate in order to suppress the temperature of the heat medium flowing into the air cooler to about 0 ° C. suitable for suppressing frost formation. The present invention has been made from such a viewpoint.
すなわち、本発明の水素エンジンシステムは、水素ガスを燃料とするレシプロエンジンと、前記エンジンへ空気を供給する給気ラインと、液化水素を気化させる冷熱放出器と、前記冷熱放出器から前記エンジンへ前記水素ガスを導く燃料ラインと、前記給気ラインに設けられた少なくとも1つのエアクーラと、前記冷熱放出器と中間熱交換器との間で第1冷媒を循環させる第1回路と、前記中間熱交換器と前記少なくとも1つのエアクーラとの間で、前記第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きい第2冷媒を循環させる第2回路と、を備える、ことを特徴とする。 That is, the hydrogen engine system of the present invention includes a reciprocating engine that uses hydrogen gas as a fuel, an air supply line that supplies air to the engine, a cold heat release device that vaporizes liquefied hydrogen, and the cold heat release device to the engine. A fuel line that guides the hydrogen gas; at least one air cooler provided in the air supply line; a first circuit that circulates a first refrigerant between the cold heat releaser and an intermediate heat exchanger; and the intermediate heat And a second circuit for circulating a second refrigerant having a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant between the exchanger and the at least one air cooler.
上記の構成によれば、冷熱放出器と少なくとも1つのエアクーラとの間に中間熱交換器が介在するので、中間熱交換器に流入する第1冷媒の温度は0℃よりもかなり低い温度とすることができる。従って、第1冷媒の循環流量をそれほど多くする必要がない。さらに、中間熱交換器から流出する第2冷媒は、第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きいため、第2冷媒の循環流量を少なくしても、第1冷媒の流入温度までは冷却されない。そのため、少なくとも1つのエアクーラへ流入する第2冷媒の温度を、エアクーラ内で着霜が生じない程度に保つことができる。つまり、第1冷媒および第2冷媒の循環流量を少なく抑えながら、液化水素の冷熱により給気が冷却されるときのエアクーラ内での着霜を抑制することができる。 According to the above configuration, since the intermediate heat exchanger is interposed between the cold heat release device and the at least one air cooler, the temperature of the first refrigerant flowing into the intermediate heat exchanger is considerably lower than 0 ° C. be able to. Therefore, it is not necessary to increase the circulation flow rate of the first refrigerant so much. Furthermore, since the second refrigerant flowing out from the intermediate heat exchanger has a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant, it is not cooled to the inflow temperature of the first refrigerant even if the circulation flow rate of the second refrigerant is reduced. . Therefore, the temperature of the 2nd refrigerant | coolant which flows in into at least 1 air cooler can be maintained to such an extent that frost formation does not arise in an air cooler. That is, it is possible to suppress frost formation in the air cooler when the supply air is cooled by the cold heat of the liquefied hydrogen while suppressing the circulation flow rates of the first refrigerant and the second refrigerant to be small.
例えば、前記第1回路には、第1冷媒を吸入して吐出する第1送出装置と、前記冷熱放出器から流出する第1冷媒の温度を検出する第1温度センサが設けられており、上記の水素エンジンシステムは、前記第1温度センサで検出される温度が第1設定温度以上となるように前記第1送出装置を制御する制御装置を備えてもよい。あるいは、前記第1回路には、第1冷媒を吸入して吐出する第1送出装置と、前記冷熱放出器をバイパスする第1バイパスラインと、前記冷熱放出器を通過する第1冷媒の流量と前記第1バイパスラインを流れる第1冷媒の流量との比率を変更する第1調整弁と、前記冷熱放出器から流出する第1冷媒の温度を検出する第1温度センサが設けられており、上記の水素エンジンシステムは、前記第1温度センサで検出される温度が第1設定温度以上となるように前記第1調整弁を制御する制御装置を備えてもよい。 For example, the first circuit is provided with a first delivery device that sucks and discharges the first refrigerant, and a first temperature sensor that detects the temperature of the first refrigerant flowing out of the cold heat discharger. The hydrogen engine system may include a control device that controls the first delivery device so that a temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than a first set temperature. Alternatively, the first circuit includes a first delivery device that sucks and discharges the first refrigerant, a first bypass line that bypasses the cold heat release device, and a flow rate of the first refrigerant that passes through the cold heat release device. A first regulating valve that changes a ratio of the flow rate of the first refrigerant flowing through the first bypass line, and a first temperature sensor that detects a temperature of the first refrigerant flowing out of the cold heat release device, and The hydrogen engine system may include a control device that controls the first regulating valve so that a temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than a first set temperature.
例えば、前記第2回路には、第2冷媒を吸入して吐出する第2送出装置と、前記中間熱交換器から流出する第2冷媒の温度を検出する第2温度センサが設けられており、上記の水素エンジンシステムは、前記第2温度センサで検出される温度が第2設定温度以上となるように前記第2送出装置を制御する制御装置を備えてもよい。あるいは、前記第2回路には、第2冷媒を吸入して吐出する第2送出装置と、前記中間熱交換器をバイパスする第2バイパスラインと、前記中間熱交換器を通過する第2冷媒の流量と前記第2バイパスラインを流れる第2冷媒の流量との比率を変更する第2調整弁と、前記中間熱交換器から流出する第2冷媒の温度を検出する第2温度センサが設けられており、上記の水素エンジンシステムは、前記第2温度センサで検出される温度が第2設定温度以上となるように前記第2調整弁を制御する制御装置を備えてもよい。 For example, the second circuit includes a second delivery device that sucks and discharges the second refrigerant, and a second temperature sensor that detects the temperature of the second refrigerant flowing out of the intermediate heat exchanger, The hydrogen engine system may include a control device that controls the second delivery device so that a temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than a second set temperature. Alternatively, the second circuit includes a second delivery device that sucks and discharges the second refrigerant, a second bypass line that bypasses the intermediate heat exchanger, and a second refrigerant that passes through the intermediate heat exchanger. A second regulating valve that changes a ratio between a flow rate and a flow rate of the second refrigerant flowing through the second bypass line; and a second temperature sensor that detects a temperature of the second refrigerant flowing out of the intermediate heat exchanger. The hydrogen engine system may include a control device that controls the second regulating valve so that a temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than a second set temperature.
前記第1回路には、第1冷媒を吸入して吐出する第1送出装置として前記中間熱交換器から流出する第1冷媒を圧縮する圧縮機が設けられているとともに、前記冷熱放出器から流出する第1冷媒を膨張する膨張器が設けられていてもよい。この構成によれば、エンジンへの液化水素の供給量が限られている場合でも、少なくとも1つのエアクーラで冷却される給気の温度を低くすることができる。 The first circuit is provided with a compressor that compresses the first refrigerant flowing out from the intermediate heat exchanger as a first delivery device that sucks and discharges the first refrigerant, and flows out from the cold heat release device. An expander that expands the first refrigerant may be provided. According to this configuration, even when the amount of liquefied hydrogen supplied to the engine is limited, the temperature of the supply air cooled by at least one air cooler can be lowered.
前記第2回路には、第2冷媒を吸入して吐出する第2送出装置として前記少なくとも1つのエアクーラから流出する第2冷媒を圧縮する圧縮機が設けられているとともに、前記中間熱交換器から流出する第2冷媒を膨張する膨張器が設けられていてもよい。この構成によれば、エンジンへの液化水素の供給量が限られている場合でも、少なくとも1つのエアクーラで冷却される給気の温度を低くすることができる。 The second circuit is provided with a compressor for compressing the second refrigerant flowing out from the at least one air cooler as a second delivery device for sucking and discharging the second refrigerant, and from the intermediate heat exchanger. An expander that expands the second refrigerant flowing out may be provided. According to this configuration, even when the amount of liquefied hydrogen supplied to the engine is limited, the temperature of the supply air cooled by at least one air cooler can be lowered.
前記少なくとも1つのエアクーラは、少なくとも2つのエアクーラを含み、前記給気ラインには、前記少なくとも2つのエアクーラの間で前記空気中の水分を除去する水分除去装置が設けられていてもよい。この構成によれば、中間熱交換器から流出する第2冷媒の温度を氷点下としても、最も下流側に位置するエアクーラ内で着霜が生じることを抑制することができる。 The at least one air cooler may include at least two air coolers, and the air supply line may be provided with a moisture removing device that removes moisture in the air between the at least two air coolers. According to this configuration, even when the temperature of the second refrigerant flowing out from the intermediate heat exchanger is below freezing point, frost formation can be suppressed in the air cooler located on the most downstream side.
例えば、前記給気ラインには、前記少なくとも1つのエアクーラの上流側に過給機の圧縮機が設けられていてもよい。 For example, a supercharger compressor may be provided on the air supply line upstream of the at least one air cooler.
前記給気ラインには、前記圧縮機と前記少なくとも1つのエアクーラとの間に予冷用エアクーラが設けられているとともに、前記予冷用エアクーラと前記少なくとも1つのエアクーラとの間で前記空気中の水分を除去する水分除去装置が設けられていてもよい。この構成によれば、予冷用エアクーラの直ぐ下流側に位置するエアクーラに流入する第2冷媒の温度を氷点下としても、そのエアクーラ内で着霜が生じることを抑制することができる。 In the air supply line, a precooling air cooler is provided between the compressor and the at least one air cooler, and moisture in the air is transferred between the precooling air cooler and the at least one air cooler. A moisture removing device for removing may be provided. According to this configuration, even if the temperature of the second refrigerant flowing into the air cooler located immediately downstream of the precooling air cooler is below freezing, frost formation can be suppressed in the air cooler.
本発明によれば、液化水素の冷熱により給気が冷却されるときのエアクーラ内での着霜を抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress frost formation in the air cooler when the supply air is cooled by the cold heat of liquefied hydrogen.
(第1実施形態)
図1に、本発明の第1実施形態に係る水素エンジンシステム1Aを示す。この水素エンジンシステム1Aは、液化水素を貯留するタンク30と、その液化水素が気化した水素ガスを燃料とするレシプロエンジン11を含む。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a
エンジン11は、図示は省略するが、シリンダとピストンとで形成される複数の燃焼室を含み、各燃焼室内で、空気と水素ガスの混合気が燃焼される。エンジン11へは給気ライン2Aを通じて空気が供給され、エンジン11からは排気ライン2Bを通じて排気が排出される。エンジン11は、発電機を駆動するために用いられてもよいし、車両や船のような移動体の推進手段を駆動するために用いられてもよい。
Although not shown, the
本実施形態では、エンジン11に過給機12が接続されている。このため、給気ライン2Aの途中に過給機12の圧縮機13が設けられ、排気ライン2Bの途中に過給機12のタービン14が設けられている。
In the present embodiment, a
給気ライン2Aには、圧縮機13の下流側に、給気を冷却するための予冷用エアクーラ21が設けられている。予冷用エアクーラ21は、給気の熱を大気中に放出する放熱器であってもよいし、給気と熱媒体(例えば、海水によって冷却される清水)との間で熱交換を行う熱交換器であってもよい。
In the air supply line 2 </ b> A, a
さらに、給気ライン2Aには、予冷用エアクーラ21の下流側に、給気を冷却するための少なくとも1つのエアクーラ23が設けられている。本実施形態では、エアクーラ23が1つだけ設けられている。エアクーラ23の詳細については後述する。
Further, the
また、給気ライン2Aには、予冷用エアクーラ21とエアクーラ23との間に水分除去装置22が設けられている。水分除去装置22は、給気ライン2Aに流れる空気中の水分を除去する。例えば、水分除去装置22は、ミストキャッチャーまたはドライヤーである。さらに、本実施形態では、水分除去装置22がエアクーラ23とエンジン11の間にも設けられている。
The air supply line 2 </ b> A is provided with a
上述したタンク30は、導出ライン3Aにより冷熱放出器32と接続されており、冷熱放出器32は、燃料ライン3Bによりエンジン11と接続されている。導出ライン3Aには、ポンプ31が設けられている。つまり、導出ライン3Aは、液化水素をタンク30から冷熱放出器32へ導く。冷熱放出器32は、液化水素を気化させる。燃料ライン3Bは、冷熱放出器32で気化した水素ガスをエンジン11へ導く。
The
本実施形態では、液化水素が気化することにより放出された冷熱が冷熱放出器32からエアクーラ23へ伝達される。具体的に、冷熱放出器32とエアクーラ23の間には、中間熱交換器5が設けられている。そして、冷熱放出器32と中間熱交換器5との間で第1冷媒が第1回路4を通じて循環され、中間熱交換器5とエアクーラ23との間で第2冷媒が第2回路6を通じて循環される。
In the present embodiment, the cold heat released by vaporizing the liquefied hydrogen is transmitted from the
第1冷媒は、液化水素の温度でも凝固しない流体である。第1冷媒は、気体であってもよいし液体であってもよい。例えば、第1冷媒としては、ヘリウムや水素などを用いることができる。 The first refrigerant is a fluid that does not solidify even at the temperature of liquefied hydrogen. The first refrigerant may be a gas or a liquid. For example, helium or hydrogen can be used as the first refrigerant.
第1回路4には、第1冷媒を吸入して吐出する第1送出装置41が設けられている。第1送出装置41は、例えば、ポンプ、ブロアまたは圧縮機である。図例では、第1送出装置41が中間熱交換器5の下流側であって冷熱放出器32の上流側に位置しているが、第1送出装置41は冷熱放出器32の下流側であって中間熱交換器5の上流側に位置してもよい。
The
第2冷媒は、第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きい流体である。「単位体積当たりの熱容量が大きい」とは、第2冷媒が第1冷媒よりも密度および/または比熱が高いことを意味する。第2冷媒は、気体であってもよいし液体であってもよい。例えば、第2冷媒としては、HFC(ハイドロフルオロカーボン)、HFE(ハイドロフルオロエーテル)、PFC(パーフルオロカーボン)、アルコール、アセトン、アンモニアなどを用いることができる。 The second refrigerant is a fluid having a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant. “The heat capacity per unit volume is large” means that the second refrigerant has a higher density and / or specific heat than the first refrigerant. The second refrigerant may be a gas or a liquid. For example, as the second refrigerant, HFC (hydrofluorocarbon), HFE (hydrofluoroether), PFC (perfluorocarbon), alcohol, acetone, ammonia, or the like can be used.
第2回路6には、第2冷媒を吸入して吐出する第2送出装置61が設けられている。第2送出装置61は、例えば、ポンプ、ブロアまたは圧縮機である。図例では、第2送出装置61がエアクーラ23の下流側であって中間熱交換器5の上流側に位置しているが、第1送出装置41は中間熱交換器5の下流側であってエアクーラ23の上流側に位置してもよい。
The
上述した第1送出装置41および第2送出装置61は、制御装置7により制御される。なお、図1では、図面の簡略化のために一部の信号線のみを描いている。例えば、制御装置7は、ROMやRAMなどのメモリとCPUを有し、ROMに格納されたプログラムがCPUにより実行される。
The
第1回路4には、冷熱放出器32から流出する第1冷媒の温度を検出する第1温度センサ71が設けられている。制御装置7は、第1温度センサ71で検出される温度が第1設定温度T1以上となるように第1送出装置41を制御する。第1設定温度T1は、例えば、−70℃程度である。
The
第2回路6には、中間熱交換器5から流出する第2冷媒の温度を検出する第2温度センサ72が設けられている。制御装置7は、第2温度センサ72で検出される温度が第2設定温度T2以上となるように第2送出装置61を制御する。第2設定温度T2は、例えば、0℃程度である。
The
以上説明したように、本実施形態の水素エンジンシステム1Aでは、冷熱放出器32とエアクーラ23との間に中間熱交換器5が介在するので、中間熱交換器5に流入する第1冷媒の温度は0℃よりもかなり低い温度とすることができる。従って、第1冷媒の循環流量をそれほど多くする必要がない。さらに、中間熱交換器5から流出する第2冷媒は、第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きいため、第2冷媒の循環流量を少なくしても、第1冷媒の流入温度までは冷却されない。そのため、エアクーラ23へ流入する第2冷媒の温度を、エアクーラ23内で着霜が生じない程度に保つことができる。つまり、第1冷媒および第2冷媒の循環流量を少なく抑えながら、液化水素の冷熱により給気が冷却されるときのエアクーラ23内での着霜を抑制することができる。
As described above, in the
そして、本実施形態では、液化水素の冷熱によって給気が冷却されるため、給気を相対的に低い温度(例えば、10℃程度)に維持することができる。これにより、エンジン11のシリンダ内温度の低下によって熱損失が抑制されるとともに、エンジン11の圧縮工程での圧縮比が増大するため、エンジン11の燃費を改善することができる。
In the present embodiment, the supply air is cooled by the cold heat of liquefied hydrogen, so that the supply air can be maintained at a relatively low temperature (for example, about 10 ° C.). Thereby, heat loss is suppressed by a decrease in the cylinder temperature of the
さらに、本実施形態では、予冷用エアクーラ21とエアクーラ23の間に水分除去装置22が設けられているので、エアクーラ23に流入する第2冷媒の温度を氷点下としても、そのエアクーラ23内で着霜が生じることを抑制することができる。これにより、第2冷媒の循環流量をさらに少なくすることができ、第2送出装置61の容量を低減することができる。
Further, in the present embodiment, since the
(第2実施形態)
図2に、本発明の第2実施形態に係る水素エンジンシステム1Bを示す。なお、本実施形態および後述する第3〜第5実施形態において、第1実施形態と同一構成要素には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a
本実施形態では、給気ライン2Aに2つのエアクーラ23が設けられている。ただし、エアクーラ23の数は、3つ以上であってもよい。さらに、給気ライン2Aには、2つのエアクーラ23の間に水分除去装置22が設けられている。
In the present embodiment, two
本実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、中間熱交換器5から流出する第2冷媒の温度を氷点下としても、最も下流側に位置するエアクーラ23内で着霜が生じることを抑制することができる。これにより、第2冷媒の循環流量を第1実施形態よりもいっそう少なくすることができる。
Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, even if the temperature of the 2nd refrigerant | coolant which flows out out of the
(第3実施形態)
図3に、本発明の第3実施形態に係る水素エンジンシステム1Cを示す。本実施形態の水素エンジンシステム1Cが第1実施形態の水素エンジンシステム1Aと異なる点は、第1回路4に、冷熱放出器32から流出する第1冷媒を膨張する膨張器42が設けられている点である。このため、第1送出装置41は、中間熱交換器5から流出する第1冷媒を圧縮する圧縮機である。膨張器42は、例えば、ジュールトムソン弁、膨張タービンなどである。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a hydrogen engine system 1C according to a third embodiment of the present invention. The hydrogen engine system 1C of the present embodiment is different from the
本実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、中間熱交換器5の上流側で第1冷媒が膨張器42によって膨張されるため、中間熱交換器5に流入する第1冷媒の温度を第1実施形態よりも低下させることができる。つまり、液化水素から得られる冷熱量が第1実施形態と同様の場合においても、中間熱交換器5へ伝達する冷熱量を増やすことができる。従って、本実施形態の構成では、エンジン11への液化水素の供給量が限られている場合でも、エアクーラ23で冷却される給気の温度を低くすることができる。
Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, since the first refrigerant is expanded by the
なお、図示は省略するが、第1回路4に膨張器42が設けられる代わりに、第2回路6に、中間熱交換器5から流出する第2冷媒を膨張する膨張器が設けられてもよい。この場合、第2送出装置61は、エアクーラ23から流出する第2冷媒を圧縮する圧縮機である。この構成でも、エンジン11への液化水素の供給量が限られている場合でも、エアクーラ23で冷却される給気の温度を低くすることができる。あるいは、第1回路4と第2回路6の双方に膨張器が設けられてもよい。
Although illustration is omitted, instead of providing the
(第4実施形態)
図4に、本発明の第4実施形態に係る水素エンジンシステム1Dを示す。本実施形態の水素エンジンシステム1Dが第1実施形態の水素エンジンシステム1Aと異なる点は、第1実施形態では中間熱交換器5が単一のユニットであるのに対し、本実施形態では中間熱交換器5が第1熱交換ユニット51と第2熱交換ユニット52を含む点である。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a
第1回路4は、冷熱放出器32と第1熱交換ユニット51との間で第1冷媒を循環させ、第2回路6は、第2熱交換ユニット52とエアクーラ23との間で第2冷媒を循環させる。さらに、中間熱交換器5は、第1熱交換ユニット51と第2熱交換ユニット52の間で第3冷媒を循環させる回路53を含む。
The
第3冷媒は、第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、かつ、第2冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が小さい流体である。第3冷媒は、気体であってもよいし液体であってもよい。例えば、第3冷媒としては、HFC(ハイドロフルオロカーボン)、HFE(ハイドロフルオロエーテル)、PFC(パーフルオロカーボン)、アルコール、アセトン、アンモニアなどを用いることができる。 The third refrigerant is a fluid having a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant and a smaller heat capacity per unit volume than the second refrigerant. The third refrigerant may be a gas or a liquid. For example, as the third refrigerant, HFC (hydrofluorocarbon), HFE (hydrofluoroether), PFC (perfluorocarbon), alcohol, acetone, ammonia, or the like can be used.
回路53には、第3冷媒を吸入して吐出する送出装置54が設けられている。送出装置54は、例えば、ポンプ、ブロアまたは圧縮機である。図例では、送出装置54が第2熱交換ユニット52の下流側であって第1熱交換ユニット51の上流側に位置しているが、送出装置54は第1熱交換ユニット51の下流側であって第2熱交換ユニット52の上流側に位置してもよい。
The
本実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第2冷媒と第3冷媒の合計循環流量を、第1実施形態の第2冷媒の循環流量よりも低減することができる。従って、冷媒循環に要する動力を低減することができる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Furthermore, in this embodiment, the total circulation flow rate of the second refrigerant and the third refrigerant can be reduced more than the circulation flow rate of the second refrigerant in the first embodiment. Therefore, the power required for refrigerant circulation can be reduced.
(第5実施形態)
図5に、本発明の第5実施形態に係る水素エンジンシステム1Eを示す。なお、図5では、図面の簡略化のために制御装置7および温度センサ71,72の作図を省略する。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a
本実施形態の水素エンジンシステム1Eが第1実施形態の水素エンジンシステム1Aと異なる点は、第1実施形態では中間熱交換器5が単一のユニットであるのに対し、本実施形態では中間熱交換器5が第1熱交換ユニット55と第2熱交換ユニット56を含む点である。さらに、本実施形態では、燃料ライン3Bに、サブ冷熱放出器33が設けられている。
The
第1回路4は、冷熱放出器32と第1熱交換ユニット51との間で第1冷媒を循環させる。中間熱交換器5は、第1熱交換ユニット55と第2熱交換ユニット56とを接続する流路57を含み、第2回路6は、第1および第2熱交換ユニット55,56とエアクーラ23との間で第2冷媒を循環させる。さらに、第2熱交換ユニット56とサブ冷熱放出器33との間では、第3回路8を通じて第3冷媒が循環される。
The
第3冷媒は、第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きく、かつ、第2冷媒と単位体積当たりの熱容量が等しい、または、第2冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が小さい流体である。第3冷媒は、気体であってもよいし液体であってもよい。第3冷媒の具体例は、第4実施形態と同じである。 The third refrigerant is a fluid that has a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant, and has the same heat capacity per unit volume as the second refrigerant, or a smaller heat capacity per unit volume than the second refrigerant. The third refrigerant may be a gas or a liquid. A specific example of the third refrigerant is the same as that in the fourth embodiment.
第3回路8には、第3冷媒を吸入して吐出する第3送出装置81が設けられている。第3送出装置81は、例えば、ポンプ、ブロアまたは圧縮機である。図例では、第3送出装置81が第2熱交換ユニット56の下流側であってサブ冷熱放出器33の上流側に位置しているが、第3送出装置81はサブ冷熱放出器33の下流側であって第2熱交換ユニット56の上流側に位置してもよい。
The
本実施形態でも、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、第1冷媒と第3冷媒の合計循環流量を第1実施形態の第1冷媒の循環流量よりも低減し、かつ、第2冷媒の循環流量を第1実施形態の第2冷媒の循環流量よりも低減することができる。従って、冷媒循環に要する動力を低減することができる。 Also in this embodiment, the same effect as the first embodiment can be obtained. Further, in this embodiment, the total circulation flow rate of the first refrigerant and the third refrigerant is reduced from the circulation flow rate of the first refrigerant of the first embodiment, and the circulation flow rate of the second refrigerant is the same as that of the first embodiment. It can reduce rather than the circulation flow rate of 2 refrigerant | coolants. Therefore, the power required for refrigerant circulation can be reduced.
(その他の実施形態)
本発明は上述した第1〜第5実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the first to fifth embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
例えば、給気ライン2Aには、エアクーラ23の上流側に予冷用エアクーラ21が設けられなくてもよい。さらに、過給機12が省略され、エンジン11へは給気ライン2Aを通じて大気中の空気が直接供給されてもよい。
For example, the precooling
また、制御装置7は、必ずしも第1温度センサ71で検出される温度が第1設定温度T1以上となるように第1送出装置41を制御する必要はない。例えば、図示は省略するが、第1回路4には、冷熱放出器32をバイパスする第1バイパスラインと、冷熱放出器32を通過する第1冷媒の流量と第1バイパスラインを流れる第1冷媒の流量との比率を変更する第1調整弁が設けられてもよい。そして、制御装置7は、第1温度センサ71で検出される温度が第1設定温度T1以上となるように前記第1調整弁を制御してもよい。
The
また、制御装置7は、必ずしも第2温度センサ72で検出される温度が第2設定温度T2以上となるように第2送出装置61を制御する必要はない。例えば、図示は省略するが、第2回路6には、中間熱交換器5をバイパスする第2バイパスラインと、中間熱交換器5を通過する第2冷媒の流量と第2バイパスラインを流れる第2冷媒の流量との比率を変更する第2調整弁が設けられてもよい。そして、制御装置7は、第2温度センサ72で検出される温度が第2設定温度T2以上となるように前記第2調整弁を制御してもよい。
The
1A〜1E 水素エンジンシステム
11 エンジン
12 過給機
13 圧縮機
2A 給気ライン
21 予冷用エアクーラ
22 水分除去装置
23 エアクーラ
3B 燃料ライン
32 冷熱放出器
4 第1回路
41 第1送出装置
42 膨張器
5 中間熱交換器
6 第2回路
61 第2送出装置
7 制御装置
71 第1温度センサ
72 第2温度センサ
1A to 1E
Claims (10)
前記エンジンへ空気を供給する給気ラインと、
液化水素を気化させる冷熱放出器と、
前記冷熱放出器から前記エンジンへ前記水素ガスを導く燃料ラインと、
前記給気ラインに設けられた少なくとも1つのエアクーラと、
前記冷熱放出器と中間熱交換器との間で第1冷媒を循環させる第1回路と、
前記中間熱交換器と前記少なくとも1つのエアクーラとの間で、前記第1冷媒よりも単位体積当たりの熱容量が大きい第2冷媒を循環させる第2回路と、
を備える、水素エンジンシステム。 Reciprocating engine powered by hydrogen gas,
An air supply line for supplying air to the engine;
A cold heat emitter for vaporizing liquefied hydrogen;
A fuel line that directs the hydrogen gas from the cold heat emitter to the engine;
At least one air cooler provided in the air supply line;
A first circuit for circulating a first refrigerant between the cold heat releaser and the intermediate heat exchanger;
A second circuit for circulating a second refrigerant having a larger heat capacity per unit volume than the first refrigerant between the intermediate heat exchanger and the at least one air cooler;
A hydrogen engine system.
前記第1温度センサで検出される温度が第1設定温度以上となるように前記第1送出装置を制御する制御装置を備える、請求項1に記載の水素エンジンシステム。 The first circuit is provided with a first delivery device that sucks and discharges the first refrigerant, and a first temperature sensor that detects the temperature of the first refrigerant flowing out of the cold heat discharger,
2. The hydrogen engine system according to claim 1, further comprising a control device that controls the first delivery device such that a temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than a first set temperature.
前記第1温度センサで検出される温度が第1設定温度以上となるように前記第1調整弁を制御する制御装置を備える、請求項1に記載の水素エンジンシステム。 The first circuit includes a first delivery device that sucks and discharges a first refrigerant, a first bypass line that bypasses the cold heat release device, a flow rate of the first refrigerant that passes through the cold heat release device, and the first circuit. A first regulating valve for changing a ratio of the flow rate of the first refrigerant flowing through one bypass line, and a first temperature sensor for detecting the temperature of the first refrigerant flowing out of the cold heat release device,
2. The hydrogen engine system according to claim 1, further comprising a control device that controls the first adjustment valve such that a temperature detected by the first temperature sensor is equal to or higher than a first set temperature.
前記第2温度センサで検出される温度が第2設定温度以上となるように前記第2送出装置を制御する制御装置を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素エンジンシステム。 The second circuit is provided with a second delivery device for sucking and discharging the second refrigerant, and a second temperature sensor for detecting the temperature of the second refrigerant flowing out of the intermediate heat exchanger,
The hydrogen engine system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control device that controls the second delivery device such that a temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than a second set temperature.
前記第2温度センサで検出される温度が第2設定温度以上となるように前記第2調整弁を制御する制御装置を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素エンジンシステム。 The second circuit includes a second delivery device that sucks and discharges the second refrigerant, a second bypass line that bypasses the intermediate heat exchanger, and a flow rate of the second refrigerant that passes through the intermediate heat exchanger. A second regulating valve that changes a ratio with a flow rate of the second refrigerant flowing through the second bypass line, and a second temperature sensor that detects a temperature of the second refrigerant flowing out of the intermediate heat exchanger,
The hydrogen engine system according to any one of claims 1 to 3, further comprising a control device that controls the second adjustment valve such that a temperature detected by the second temperature sensor is equal to or higher than a second set temperature.
前記給気ラインには、前記少なくとも2つのエアクーラの間で前記空気中の水分を除去する水分除去装置が設けられている、請求項1〜7の何れか一項に記載の水素エンジンシステム。 The at least one air cooler includes at least two air coolers;
The hydrogen engine system according to any one of claims 1 to 7, wherein the air supply line is provided with a water removing device that removes water in the air between the at least two air coolers.
In the air supply line, a precooling air cooler is provided between the compressor and the at least one air cooler, and moisture in the air is transferred between the precooling air cooler and the at least one air cooler. The hydrogen engine system according to claim 9, wherein a moisture removing device for removing is provided.
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