JP2582301B2 - エンジンの排熱回収装置 - Google Patents

エンジンの排熱回収装置

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JP2582301B2
JP2582301B2 JP1251349A JP25134989A JP2582301B2 JP 2582301 B2 JP2582301 B2 JP 2582301B2 JP 1251349 A JP1251349 A JP 1251349A JP 25134989 A JP25134989 A JP 25134989A JP 2582301 B2 JP2582301 B2 JP 2582301B2
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、エンジンの排熱を回収する装置に関する。
《従来の技術》 エンジンの排熱回収装置には、従来では、次のように
なっているものがある。
エンジンの排熱発生部に排熱回収用熱交換器の放熱路
を循環状に連通し、排熱回収用熱交換器の受熱路に排熱
回収液循環路を循環状に連通し、この排熱回収液循環路
に排熱回収液の循環ポンプと放熱用熱交換器の放熱路と
を直列状に介在させたものである(例えば、米国特許N
o.4,226,214)。
《発明が解決しようとする課題》 上記の従来構造では次の問題がある。
エンジン負荷を一定にして排熱回収している状態で
は、エンジンの排熱発生量と放熱用熱交換器の放熱量が
バランスし、放熱用熱交換器の放熱路から受熱した受熱
流体の温度がほぼ一定になっている。
しかし、排熱回収中にエンジンの負荷が急激に低下し
た場合には、エンジンの排熱発生量が低下するので、排
熱回収用熱交換器の受熱路内を流れる排熱回収液の温度
が低下して、受熱流体の温度が急激に低下する。このた
め、例えば、受熱流体を暖房に利用する場合に、その急
激な温度低下で不快感が起きる。また、受熱流体を給湯
に利用する場合には、給湯温度が低く過ぎて使用できな
い。
本発明は、エンジンの負荷が低下しても受熱流体の温
度低下を防止することを目的とする。
《課題を解決するための手段》 本発明は、上記目的を達成するために、エンジンの排
熱回収装置を次のように構成したことを特徴としてい
る。
例えば、第1図から第3図に示すように、 エンジン2の排熱発生部9に排熱回収用熱交換器13の
放熱路13aを循環状に連通し、排熱回収用熱交換器13の
受熱路13bに排熱回収液循環路20を循環状に連通し、排
熱回収液循環路20に排熱回収液の循環ポンプ21と放熱用
熱交換器22の放熱路22aとを直列状に介在させて構成し
たエンジンの排熱回収装置において、排熱回収液循環路
20に排熱回収液の循環液量調節装置Aを介装するととも
に、放熱用熱交換器22に受熱流体の受熱流体量調節装置
Bを設け、循環液量調節装置Aと受熱流体量調節装置B
とを制御装置Cを介して排熱回収液温度検出手段34に連
携し、排熱回収液温度検出手段34は、放熱用熱交換器22
の放熱路22aの入口側における排熱回収液の温度Tを検
出するように構成し、制御装置Cは、排熱回収液温度検
出手段34の温度検出信号に基づいて循環液量調節装置A
及び受熱流体量調節装置Bを制御作動させるように構成
して、排熱回収液温度検出手段34による検出温度Tが標
準温度領域Sの下限値T2まで低下すると、排熱回収液の
循環量V及び受熱流体の流量Wを各標準流量V10・W10
りも減少させるように構成したものである。
《作用》 本発明は次のように作用する。
エンジン2の排熱発生部9で得られたエンジン2の排
熱は排熱回収用熱交換器13の放熱路13aから排熱回収用
熱交換器13の受熱路13bを介して排熱回収液循環路20内
の排熱回収液に供給される。そして、このエンジン2の
排熱を受けた排熱回収液が放熱用熱交換器22の放熱路22
aで放熱することで、上記のエンジン2の排熱が排熱回
収液を介して受熱流体に供給される。一方、排熱回収液
温度検出手段34によって放熱用熱交換器22の放熱路22a
の入口側における排熱回収液の温度Tが検出される。
ところで、エンジン2の負荷が低下してエンジン2の
排熱発生量が低下した場合に、例えば排熱回収液の循環
量Vをそのままの流量にしておくと、排熱回収用熱交換
器13へ単位時間当たりに送られるエンジン2の排熱量に
対して排熱回収液の循環量Vが多くなり過ぎる。このた
め、排熱回収液は、上記の低下したエンジン2の排熱量
によって十分に温度上昇されないまま排熱回収用熱交換
器13を通過する。この結果、排熱回収液の温度Tが低下
する。
これに対し、本発明では上述のようにエンジン2の排
熱発生量が低下した場合に排熱回収液の循環量Vを減少
させることによって、排熱回収液が排熱回収用熱交換器
13に留まる時間を長くしている。これによって、上記の
低下したエンジン2の排熱量でも排熱回収液は十分に温
度上昇する。
また、上述のように排熱回収液の循環量Vを低下させ
た場合、例えば受熱流体の流量Wをそのままの流量にし
ておくと、排熱回収液によって放熱用熱交換器22へ単位
時間当たりに送られて放熱される放熱量に対して受熱流
体の流量Wが多くなり過ぎ、受熱流体は上記の循環量V
の減少した排熱回収液によって十分に温度上昇されない
まま放熱用熱交換器22を通過する。この結果、受熱流体
の温度が低下する。
これに対し、本発明ではエンジン2の排熱発生量が低
下した場合、受熱流体の流量Wを減少させて受熱流体が
放熱用熱交換器22に留まる時間を長くしている。これに
よって、上記の減少した排熱回収液の循環量Vでも受熱
流体は十分に温度上昇する。
つまり、本発明では、上記の排熱回収液の温度Tが標
準温度領域Sの下限値T2まで低下すると、制御装置C
は、循環液量調節装置Aを制御して排熱回収液の循環量
Vを標準流量V10から減少させるとともに受熱流体量調
節装置Bを制御して受熱流体の流量Wを標準流量W10
ら減少させる。これによって、受熱流体の温度低下が抑
制され、受熱流体の温度が標準温度領域内に保たれる。
《実施例》 以下、本発明の実施例を図面で説明する。
第1図から第3図は、一実施例を示している。
第1図は、熱伴給発電装置1のフローシートを示して
いる。
これは、ガスエンジン2で発電機3を駆動して電力供
給端子4から電力を供給すると同時に、ガスエンジン2
の排熱を暖房用の温風として回収するもので、次のよう
になっている。なお、符号6は燃料ガス供給路である。
また、符号7は電気制御盤で、これには、商用電源から
制御電源が入力されている。
上記の熱伴給発電装置1は、通常の排熱回収状態で
は、次のように作動する。
ガスエンジン2の排熱発生部9は、エンジン冷却水の
保有熱を吸収するウォータジャケット10と、排気ガス保
有熱を吸収する排気熱吸収用熱交換器11とを備えてい
る。ガスエンジン2の運転に伴って、ウォータジャケッ
ト10で吸熱したエンジン冷却水は、排気熱吸収用熱交換
器11で加熱されて温度上昇した後、そのほとんど大部分
が、排熱回収側に切換えられた可変分流弁12を通って
(実線矢印)排熱回収用熱交換器13の放熱路13aへ供給
され、ここで放熱して、エンジン冷却水循環ポンプ14で
ウォータジャケット10の入口に戻される。なお、排気ガ
スは、排気熱吸収用熱交換器11で冷却された後、マフラ
15から外部へ排出される。また、エンジンの低温始動時
には、エンジン冷却水をサーモスタット式バルブ17から
バイパス路18を経て循環ポンプ14の入口に戻すことによ
り、暖機時間を短縮できるようになっている。
上記の排熱回収用熱交換器13の受熱路13bには排熱回
収液循環路20が循環状に連通されている。この排熱回収
液循環路20に排熱回収液の循環ポンプ21と放熱用熱交換
器22の放熱路22aとが直列状に介在される。この放熱路2
2aに放熱ファン23で起こした受熱風(受熱流体)が流通
される。そして、排熱回収用熱交換器13の受熱路13bで
加熱された排熱回収液循環路20内の循環液は、放熱用熱
交換器22の放熱路22aで放熱して受熱風を加熱する。こ
の受熱風が暖房に利用される。
一方、上記の排熱回収状態において、放熱用熱交換器
22の放熱路22aでの放熱量の減少等により、排熱回収量
が少なくなって、エンジン冷却水の温度が所定の温度以
上に上昇すると、可変分流弁12が次のように切換えられ
る。即ち、排気熱吸収用熱交換器11からのエンジン冷却
水は、その少なくとも一部分が、放熱側に切換えられた
可変分流弁12を通って(破線矢印)ラジエータ26・27へ
も供給され、ここでラジエータファン28・29の冷却風で
冷却された後、循環ポンプ14からウォータジャケット10
へ戻されるのである。
上記の構成において、排熱回収液循環路20に、電磁弁
31と流量調節弁32とからなる循環液量調節装置Aが介装
される。また、放熱用熱交換器22に受熱風の受熱流体量
調節装置Bが設けられる。この受熱流体量調節装置B
は、放熱ファン23のモータ23aの回転数制御用のインバ
ータ33で構成されている。さらに、循環液量調節装置A
と受熱流体量調節装置Bとが制御装置Cを介して排熱回
収液温度検出手段34に連携される。この排熱回収液温度
検出手段34は、放熱用熱交換器22の放熱路22aの入口側
における排熱回収液の温度Tを検出するものである。ま
た、上記の制御装置Cは、排熱回収液温度検出手段34の
温度検出信号に基づき、循環液量調節装置Aの電磁弁31
と、受熱流体量調節装置Bであるインバータ33とを制御
作動させるようになっている。
まず、排熱回収液の温度制御について説明すると、第
2図に示すように、その温度Tは、次のようにして標準
温度領域S内に保たれる。
エンジン2が全負荷で定常運転している状態では、第
2図(b)に示すように、電磁弁31が開弁されて排熱回
収液の循環量Vが標準流量V10(ここでは120l/min程
度)に保持され、第2図(a)に示すように、排熱回収
液の温度TがT1(ここでは85℃程度)に保持される。
この状態で、エンジン2の負荷が低下すると(時刻
t1)、第2図(a)に示すように、排熱回収液の温度T
が低下していく。その温度TがT2(ここでは80℃程度)
にまで低下すると、電磁弁31が閉弁され、第2図(b)
に示すように、排熱回収液の循環量VがV11(ここでは4
0l/min程度)に低下する。これにより、第2図(a)に
示すように、排熱回収液の温度Tが上昇していく。これ
を繰り返すことにより、その温度Tが標準温度領域S内
に保たれる。
なお、上記の電磁弁31の開閉制御は、排熱回収液の温
度差で行うことに代えて、タイマーで制御することも可
能である。
上記の排熱回収液の温度制御と同時に、インバータ33
を介して放熱ファン23の回転数を低くすることにより、
受熱風の流量Wが標準流量よりも減少される。これによ
り、受熱風の温度が一定に保たれる。
これを第3図でさらに具体的に説明する。
第3図(a)に示すように、エンジン排熱発生量Q1
標準のQ10の状態では、排熱回収液の循環量Vが標準流
量V10であり、排熱回収用熱交換器13の出入口における
排熱回収用熱交換器13へ単位時間当たりに送られるエン
ジン2の排熱量に対して排熱回収液の循環量Vが標準流
量V10(120l/min程度)では多過ぎ、排熱回収液は、上
記の低下したエンジン2の排熱量によって十分に温度上
昇されないまま排熱回収用熱交換器13を通過する。この
ため、排熱回収液の温度Tが低下して上記の排熱回収用
熱交換器13の出入口における排熱回収液の温度差ΔT1
ΔT10からΔT11に低下してしまう。
そこで、排熱回収液の循環量VをV10からV11に低下さ
せることにより、排熱回収液が排熱回収用熱交換器13に
留まる時間を長くして排熱回収液の温度が十分に上昇で
きるようにする。
この結果、上記の排熱回収用熱交換器13の出入口にお
ける排熱回収液の温度差ΔT1がΔT10に保たれる。
また、第3図(b)に示すように、放熱用熱交換器22で
の放熱量Q2(=Q1)が標準のQ20の状態では、受熱流体
の流量Wが標準流量W10で、受熱流体の温度差ΔT3がΔT
30となっている。この状態で、前記第3図(a)に示す
ように、エンジン排熱発生量がQ10からQ11に低下する
と、排熱回収液の循環量VがV11に低下し、放熱用熱交
換器22で排熱回収液によって単位時間当たりに放熱でき
る放熱量Q2がQ20からQ21に低下する。この放熱量Q21
対して受熱流体の流量Wが標準流量W10では多過ぎ、受
熱流体は十分に温度上昇されないまま放熱用熱交換器22
を通過する。このため、受熱流体の温度が低下し、放熱
用熱交換器22での受熱流体の温度差ΔT3がΔT30からΔT
31に低下してしまう。
そこで、受熱流体の流量WをW10からW11に低下させる
ことにより、受熱流体が放熱用熱交換器22に留まる時間
を長くして受熱流体の温度が十分に上昇できるようにす
る。この結果、受熱流体の温度差ΔT3がΔT30に保たれ
る。
第4図から第6図は、それぞれ変形例を示し、排熱回
収液循環路20の部分図である。
第4図は第1変形例を示している。
これは、排熱回収液の循環量調節装置Aを電動弁37で
構成したものである。これにより、排熱回収液の循環量
の調節幅が広くとれるので、排熱回収液の温度変化が少
なくてすむ。
第5図は第2変形例を示している。
これは、排熱回収液の循環ポンプ21のモータにインバ
ータ39を付設し、このインバータ39で排熱回収液の循環
量調節装置Aを構成したものである。これにより、排熱
回収液の循環量の調節幅が広くとれるので、排熱回収液
の温度変化が少なくてすむ。
第6図は第3変形例を示している。
これは、第4図の変形例をさらに次のように変形した
ものである。放熱用熱交換器22が液−液用熱交換器に構
成され、その受熱路22bに受熱液(受熱流体)の循環路4
1が連通される。この受熱液循環路41に循環ポンプ42と
電動弁43とが直列状に介装される。この電動弁43で受熱
流体量調節装置Bが構成される。そして、制御装置C
は、排熱回収液温度検出手段34の温度検出信号に基づ
き、排熱回収液循環路20の電動弁37と、受熱液循環路41
の電動弁43とを制御作動させるようになっている。
なお、上記実施例では、熱伴給発電装置1にラジエー
タ26・27等の放熱回路を設けたが、エンジン2の排熱発
生量と排熱回収用熱交換器13の放熱量とを制御装置Cに
よる放熱用熱交換器22の放熱制御でバランスさせてエン
ジン冷却水の温度上昇を防止することにより、ラジエー
タ26・27等の放熱回路を省略することも可能である。
《発明の効果》 本発明は、上記のように構成され、作用することか
ら、次の効果を奏する。
エンジンの排熱発生量が低下して排熱回収液の温度が
標準温度領域の下限値まで低下すると、排熱回収液の循
環量及び受熱流体の流量を減少させる。
これにより、まず、排熱回収液の循環量を減少させる
ことにより、排熱回収液の温度低下が抑制されて排熱回
収液の温度が標準温度領域内に保持される。次に、受熱
流体の流量を減少させることにより、受熱流体の温度低
下が抑制されて受熱流体をほぼ所定温度領域内に保持で
きる。
従って、例えば受熱流体を暖房に利用する場合には、
エンジンの負荷低下による受熱流体の温度低下で不快感
を覚えることを回避できる。また、受熱流体を給湯に利
用する場合に、エンジンの負荷低下による給湯温度の異
常低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
第1図から第6図は本発明の実施例を示している。 第1図から第3図は一実施例を示し、第1図はエンジン
の排熱回収装置である熱伴給発電装置のフローシート、
第2図は排熱回収液の循環量を調節する装置の作動説明
図、第3図は制御装置の作動説明図である。 第4図から第6図は、それぞれ、変形例を示し、フロー
シートの部分図である。 2……エンジン、9……排熱発生部、13……排熱回収用
熱交換器、13a……放熱路、13b……受熱路、20……排熱
回収液循環路、21……循環ポンプ、22……放熱用熱交換
器、22a……放熱路、34……排熱回収液温度検出手段、
A……排熱回収液の循環液量調節装置、B……受熱流体
の受熱流体量調節装置、C……制御装置、S……標準温
度領域、T……排熱回収液の温度、V……排熱回収液の
循環量、V10……標準流量、W……受熱流体の流量、W10
……標準流量。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−206260(JP,A) 特開 昭64−60760(JP,A) 実開 昭61−118913(JP,U) 実開 昭61−55116(JP,U) 実開 昭64−3020(JP,U)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジン(2)の排熱発生部(9)に排熱
    回収用熱交換器(13)の放熱路(13a)を循環状に連通
    し、 排熱回収用熱交換器(13)の受熱路(13b)に排熱回収
    液循環路(20)を循環状に連通し、この排熱回収液循環
    路(20)に排熱回収液の循環ポンプ(21)と放熱用熱交
    換器(22)の放熱路(22a)とを直列状に介在させて構
    成したエンジンの排熱回収装置において、 上記の排熱回収液循環路(20)に排熱回収液の循環液量
    調節装置(A)を介装するとともに、上記の放熱用熱交
    換器(22)に受熱流体の受熱流体量調節装置(B)を設
    け、 上記の循環液量調節装置(A)と上記の受熱流体量調節
    装置(B)とを制御装置(C)を介して排熱回収液温度
    検出手段(34)に連携し、 上記の排熱回収液温度検出手段(34)は、放熱用熱交換
    器(22)の放熱路(22a)の入口側における排熱回収液
    の温度(T)を検出するように構成し、 上記の制御装置(C)は、上記の排熱回収液温度検出手
    段(34)の温度検出信号に基づいて上記の循環液量調節
    装置(A)及び上記の受熱流体量調節装置(B)を制御
    作動させるように構成して、 上記の排熱回収液温度検出手段(34)による検出温度
    (T)が標準温度領域(S)の下限値(T2)まで低下す
    ると、排熱回収液の循環量(V)及び受熱流体の流量
    (W)を各標準流量(V10)(W10)よりも減少させるよ
    うに構成した、 ことを特徴とするエンジンの排熱回収装置。
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