JP4297232B2 - 防音ケース付きエンジン作業機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、防音ケース付きエンジン作業機に関し、特に、エンジンの排熱回収装置を有する防音ケース付きエンジン作業機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の必要性が喧伝され、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等を動力源として発電および給湯等を行うものにおいて、コジェネレーション装置のようにエンジンの運転に伴って発生する熱を回収して利用する装置が注目されている。この種のコジェネレーション装置等、エンジンの排熱回収装置を有する作業機では周囲環境への運転騒音を考慮して、装置全体を防音ケースで覆うようにしていることが多い。例えば、実公平７−４６７４１号公報には、防音ケース内にエンジンとともとに収容されている制御機器等の電装機器を冷却するための換気用ファンと換気口とについて工夫がされた作業機が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排熱回収装置ではいかに熱回収率を高めるかが重要である。したがって、エンジンが収容された防音ケース内を換気して温度を下げることは効率的なエンジンの排熱回収の観点からみると熱損失の増大につながるということになる。また、換気ファンを駆動することにより排熱回収装置の運転自体のためのエネルギ消費量が増大するという問題点もある。さらに、特に静粛性が要求される家庭用等の小型コジェネレーション装置では、換気ファンの風切り音自体も騒音源となり易い。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの排熱回収装置の周囲温度を下げることなく、かつ、電装機器の周囲の温度上昇をきたさないようにすることができる防音ケース付きエンジン作業機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンと、このエンジンで駆動される作業機と、前記エンジンの排熱を熱媒体を循環させて回収する排熱回収装置とを防音ケース内に収容し、回収された熱を前記防音ケースの外部に供給する防音ケース付きエンジン作業機において、前記防音ケースの内部を上下に仕切って２つの部屋を形成する仕切壁を設け、前記２つの部屋の一方に前記エンジン、前記作業機、および前記排熱回収装置を収容し、他方にエアクリーナ、燃料供給系および電気制御装置を収容するとともに、前記一方の部屋に収容されたエンジンへ、他方の部屋を経由して燃料および燃焼用空気を供給する管手段を具備した点に第１の特徴がある。
【０００６】
第１の特徴によれば、エンジン等の高温部が収容されている部屋を、制御装置等が配置されている部屋から隔離したので、エンジン等が収容されている部屋の温度を制御装置等の適正温度にまで下げる必要がなくなる。したがって、これによる熱損失を抑制して熱媒体による熱回収の効率を高めることができる。
【０００７】
また、本発明は、前記一方の部屋を下段に、他方の部屋を上段に配置し、前記下段の部屋の底部には空気取入孔を設け、前記下段の部屋の上部には空気吐出口を設けた点に第２の特徴がある。第２の特徴によれば空気取入孔から取込んだ空気が自然対流により上部に移動して空気吐出口から排出されるので、自然換気が行われる。
【０００８】
また、本発明は、前記下段の部屋の上部には箱形の換気装置を設け、前記換気装置が、空気の導入口および該導入口につながるラビリンス構造を有し、前記ラビリンス構造の出口が前記空気吐出口につながっている点に第３の特徴がある。第３の特徴によれば、ラビリンス構造部分によって、前記空気吐出口から漏出する運転音を大幅低減することができる。
【０００９】
また、本発明は、前記エンジンの排気から熱回収する排気熱交換器を具備し、前記エンジンが、クランク軸を垂直に設定したバーチカルタイプであり、前記作業機が前記クランク軸の延長上に配置されているとともに、前記エンジンの下方に前記排気熱交換器が配置されている点に第４の特徴があり、この第４の特徴によれば、縦長配置により装置の設置面積を小さくすることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記排熱回収装置の熱媒体回路と外部の熱媒体回路とが、前記防音ケースの少なくとも２か所に設けたジョイントによって接続されるとともに、前記それぞれのジョイントを防音ケースの前記排熱回収装置が収容された部屋内で並列的に接続する配管を具備している点に第５の特徴があり、前記配管のうち、高温側を前記エンジンおよび前記排気熱交換器近傍に配設した点に第６の特徴がある。
【００１１】
第５および第６の特徴によれば、少なくとも２か所に設けられたジョイントを選択的に利用して外部との熱媒体の循環を行うことができるので、外部熱負荷等との位置関係を多様に設定できる。このような、多様な位置関係が可能になることで、外部配管の引き回し量を減らすことができ、熱損失を低減できる。特に、第６の特徴によれば、高温の配管をエンジンや排気熱交換器等の近くに設置することでこの配管からの放熱を少なくすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１はコジェネレーション装置に含まれる排熱回収装置の構成を示すブロック図である。排熱回収装置１はエンジン発電機のエンジン部から排熱を回収するよう構成される。排熱回収装置１は、仕切板１００で仕切られた上下２つの部屋からなり、この仕切板１００によって２つの部屋は互いに空気の流通が遮断されている。２つの部屋のうち、下方の部屋にはエンジン２およびエンジン２に機械的に連結駆動される発電機３が設けられている。発電機３はエンジン回転数に応じた交流電力を発生する。エンジン２には潤滑オイルを溜めるオイルパン４が設けられる。オイルパン４にはオイルクーラ（オイル熱交換器）５が接続されており、オイル熱交換器５はオイルパン４内のオイルと熱媒体（冷却水）との熱交換を行う。
【００１３】
エンジン２が収容された部屋から隔離してエンジン２の熱の影響を受けにくくした上の部屋には、エアクリーナ７ならびにバッテリ２５やＥＣＵ２６などの電装機器が設けられる。エンジン２のシリンダヘッド６にはエアクリーナ７から空気が取入れられる。エンジン２からの排気は排気マニホルド８および排気熱交換器９を通り、サイレンサ３１を経て外部へ排出される。
【００１４】
エンジン２で発生した熱を効率よく回収するための熱媒体の循環経路１２が設定されている。熱媒体を循環させるためのウォータポンプ１０が熱媒体の循環経路１２の入口側に設けられる。この配置により、高温の熱媒体との接触が避けられるのでシール部材等が劣化しにくくなり、ウォータポンプ１０の長寿命化が図られる。ウォータポンプ１０で給送された熱媒体はオイルパン４内のオイル熱交換器５、排気熱交換器９、エンジン２、シリンダヘッド６、サーモカバー１６を順に経て、外部の熱負荷へ循環する。サーモカバー１６はサーモスタットを内蔵していて、予め設定した温度以下では閉弁して熱媒体によるシリンダの温度低下を防ぐことができる。
【００１５】
熱媒体が循環経路１２を循環することによってエンジン２で発生した熱が回収されて熱負荷へ供給される。すなわち、熱媒体はオイルパン４内のオイル熱交換器５に導入され、エンジン２から回収されたオイルと熱交換してオイルを冷却するとともにそれから熱を得る。続いて熱媒体は排気熱交換器９でエンジン２からの排気と熱交換して熱を得る。オイル熱交換器５および排気熱交換器９で熱を得て温度上昇した熱媒体は、さらにエンジン２のシリンダ壁やシリンダヘッド６に設けられた管路つまりウォータジャケット６Ａからなる冷却部およびシリンダヘッド６を通って熱回収し、その温度がさらに上昇させられる。
【００１６】
図２は上記排熱回収装置の外観を示す右側斜視図、図３は同左側斜視図である。図２および図３において、排熱回収装置１は上板１３Ａ、底板１３Ｂ、および側板１３Ｃからなる防音ケース１３によって覆われている。底板１３Ｂには脚１４が設けられ、側板１３Ｃの右側には電気入出力用端子１５や取手１７等が設けられている。さらに側板１３Ｃの右側には熱媒体入口パイプ１８、熱媒体出口パイプ１９、および凝縮水ドレーンパイプ２０、ならびに燃料ガス入口パイプ２１がそれぞれ貫通する孔が形成されている。上板１３Ａには吸気管２２および排気管２３がそれぞれ貫通する孔が形成されている。
【００１７】
また、側板１３Ｃの左側には入力制御パネル１５Ａや取手１７Ａが設けられている。さらに側板１３Ｃの左側には前記熱媒体入口パイプ１８および熱媒体出口パイプ１９とそれぞれつながる熱媒体左入口パイプ４７および熱媒体左出口パイプ４８がそれぞれ貫通する孔が形成されている。熱媒体入口パイプ１８および熱媒体左入口パイプ４７、ならびに熱媒体出口パイプ１９および熱媒体左出口パイプ４８はそれぞれ後述のホースでつながれていて、ケース１３の左右任意の側から熱媒体の出入れが可能になっている。図３では、右側から熱媒体を出し入れする設定になっているため熱媒体左入口パイプ４７および熱媒体左出口パイプ４８は栓で塞がれている。
【００１８】
続いて、排熱回収装置１の内部構造をさらに説明する。図４はケースを一部取り外した状態の排熱回収装置の正面図、図５は同右側面図、図６は同左側面図、図７は同上面図である。図４〜図７において、排熱回収装置１の上部にはエアクリーナ７、バッテリ２５、ＥＣＵ２６、ならびにＡＶＲ５２および燃料ガスの調圧器５３（図７）が配置され、最下部には排気熱交換器９が、中間部にはエンジン２がそれぞれ配置されている。エンジン２はクランク軸（図示しない）が垂直に設定されたバーチカルタイプであり、クランク軸には発電機３が結合されているとともに、エンジン２の下部にはオイルパン４が配置されている。エンジン２のシリンダヘッドの上方にはミキサ２７が設けられ、ミキサ２７にはエアクリーナ７から延びた吸気用ホース２８と、前記調圧器５３を経て燃料ガス入口パイプ２１から延びたガスパイプ２９とがそれぞれ接続されている。
【００１９】
前記底板１３Ｂには、側板１３Ｃに沿って右ステー３０が立設されている。右ステー３０には前記熱媒体入口パイプ１８、熱媒体出口パイプ１９、および凝縮水ドレーンパイプ２０が取付けられている。排気熱交換器９からの排気音を吸収するサイレンサ３１が前記右ステー３０に沿って設けられている。サイレンサ３１は前記排気管２３に接続され、吸気管２２はエアクリーナ７に接続される。サイレンサ３１には、その入口側に曲管部３２が設けられていて、排気熱交換器９からの排気は曲管部３２を経てサイレンサ３１に導入される。
【００２０】
このように、エンジン２をバーチカルタイプにし、作業機である発電機３を縦軸に配置したクランク軸に連結するとともに、排気熱交換器９は水平に横たわるエンジン２のシリンダの下方に配置して、全体として縦長に設定されている。したがって、設置面積を小さくできるとともに、後述の自然対流による換気も能率よく行うことができる。
【００２１】
仕切板１００の下面には換気装置１１０が設けられている。この換気装置１１０は図１０等に関して後述するように、防音ケース１３の底板１３Ｂに設けられた空気取入孔から取込んだ空気を防音ケース１３外へ排出するためのラビリンス構造を含んでいる。
【００２２】
図８は、排気系統の配管を示す分解斜視図である。同図において、排気熱交換器９の出口金具９１に一端が接続される排気ホース３３の他端は、前記熱媒体入口パイプ１８が一体に形成された第１ジョイント３４の口金３４１に接続される。さらに、第１ジョイント３４を介して前記排気ホース３３につながるサイレンサ入口ホース３５が、サイレンサ３１の前段に形成された曲管部３２の入口端３２１に接続される。サイレンサ３１の上部には前記排気管２３につながるサイレンサ出口ホース３９が結合される。
【００２３】
サイレンサ３１の出口端３１１から延長されたドレーンホース３６は第１ジョイント３４の口金３４２に接続される。さらに、第１ジョイント３４を介して前記ドレーンホース３６につながるドレーン出口ホース３７が、前記凝縮水ドレーンパイプ２０が形成された第２ジョイント３８に接続される。ドレーンホース３６とドレーン出口ホース３７とはサイレンサ３１から一旦下方に延び、そこから上方に立上がる排水トラップを構成している。この排水トラップに溜まる凝縮水はサイレンサ３１内の排気がこの排水トラップ内へ流入するのを防止し、排気が上方へ排出されるのを容易にする。前記第１ジョイント３４および第２ジョイント３８、ならびにサイレンサ３１は前記右ステー３０に固定される（図９参照）。
【００２４】
エンジン２から排気熱交換器９に導入された排気は熱媒体と熱交換して温度が下げられる。温度が低下したときに凝縮水を生じ、この凝縮水は排気と一緒になって排気熱交換器９から排出される。凝縮水を伴った排気は排気ホース３３、第１ジョイント３４、およびサイレンサ入口ホース３５を通じて曲管部３２に導入される（矢印Ａ，Ｂ）。
【００２５】
曲管部３２およびサイレンサ３１の結合部４０で排気と凝縮水とが分離され、排気はサイレンサ３１およびサイレンサ出口ホース３９を通じて排気管２３に導かれ外部へ排出される。一方、排気と分離された凝縮水はドレーンホース３６、第１ショイント３４、およびドレーン出口ホース３７を通じて第２ジョイント３８に至り、凝縮水ドレーンパイプ２０から排出される（矢印Ｃ，Ｄ）。
【００２６】
図９は、熱媒体循環系統の配管を示す分解斜視図である。同図において、右ステー３０に対向して左ステー４１が設けられる。この左ステー４１も右ステー３０と同様、前記底板１３Ｂに立設される。左ステー４１の下部には、熱媒体左入口パイプ４７が形成された第４ジョイント４３が取付けられ、第１ジョイント３４と第４ジョイント４３とは熱媒体入口連絡ホース４２によって接続される。
【００２７】
右ステー３０の中間部には、前記熱媒体出口パイプ１９が形成された第３ジョイント４４が設けられ、左ステー４１の上部には熱媒体左出口パイプ４８が形成された第５ジョイント４６が設けられる。第３ジョイント４４と第５ジョイント４６とは熱媒体出口連絡ホース４５によって接続される。
【００２８】
第４ジョイント４３および第５ジョイント４６は熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の左右いずれからでもとれるよう設けられたものであり、熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の右側からとる場合は、熱媒体左入口パイプ４７、および熱媒体左出口パイプ４８はそれぞれプラグ４９，５０によって塞がれる。同様に、熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の左側からとる場合は、熱媒体左入口パイプ４７、および熱媒体左出口パイプ４８が開かれて、熱媒体入口パイプ１８および熱媒体出口パイプ１９が塞がれる。
【００２９】
なお、前記熱媒体出入口連絡ホース４２および４５はエンジン２や排気熱交換器９の周囲の比較的温度の高い領域内を引き回されているので、このホース４２および４５からの放熱を少なくできる。したがって、この熱媒体出口連絡ホース４２、４５を通過する温度が高められた熱媒体の温度低下を防止でき、熱効率を高めることができる。
【００３０】
第１ジョイント３４にはオイル熱交換器５へ熱媒体を導入するためのオイルクーラ入口ホース５４が接続され、第３ジョイント４４にはエンジン２の冷却部から延長されたエンジン出口ホース５１が接続される。
【００３１】
上述のように、熱媒体用の入口および出口をケース１３の両側に設置したので、排熱回収装置に接続される外部熱負荷や蓄熱機器に対する配置の自由度が増すうえ、外部との配管を短くできるので、熱損失が小さい。また、左右の入口間ならびに出口間を接続する連絡ホース４２，４５を比較的温度が高い環境であるケース１３内に設けたので、これらのホース４２，４５からの放熱損失を小さくできる。
【００３２】
次に、前記換気装置１１０について詳述する。図１０は換気装置１１０の斜視図、図１１は同平面図である。換気装置１１０は皿状であり、上部は前記仕切板１００で塞がれる。換気装置１１０の４方の壁のうち、一方の端部には空気導入口１１１が設けられ、導入口１１１が設けられた壁と対向する壁には導入口１１１から遠い位置に空気排出口１１２が形成されている。また、導入口１１１および空気排出口１１２間には、障害板１１３，１１４が立設されており、導入口１１１および空気排出口１１２間が直線的に導通しないようラビリンス構造をなしている。したがって、導入口１１１から導入された空気は矢印（図１１）のように流れて排出口１１２から流出する。
【００３３】
図１２は換気装置１１０を有する防音ケース１３の斜視図であり、図１３は防音ケース１３の背面図である。換気装置１１０は仕切板１００の下面に固定されている。ケース１３の底板１３Ｂには空気取入孔５５が設けられていて、ケース１３の背面には、換気装置１１０の排出口１１２と対向する位置に吹出口５６が形成されている。この構成により、空気取入孔５５から外気がケース１３内に取込まれる。エンジン２が収容されているケース１３内の下部の部屋では、室温が高まっているので、空気は下から上へ対流している。上方に対流した空気は導入口１１１から換気装置１１０内に導入され、ラビリンスを通過して排出口１１２およびケース１３の吹出口５６から外部ー放出される。
【００３４】
このように、電装機器等が設置されたケース１３の上部の部屋は、仕切板１００によってエンジン２等が設置された下部の部屋からの熱の影響を受けにくくなっている。一方、下部の部屋では自然対流によって換気を行っており、強制換気と違って必要以上に室温が低下するのを防止できるので排熱回収の効率を低下させることがない。さらに、強制換気のように換気ファンの風切り音が生じないし、換気ファンを運転するためのエネルギも不要である。
【００３５】
本実施形態では、防音ケース内をエンジン等が収容され比較的高温の部屋と、電装機器等が設置された部屋とを上下に仕切ったが、これら２つの部屋間で空気の流れが遮断されている状態であれば、必ずしも上下に仕切るのに限らず、水平に分離した２つの部屋であってもよい。
【００３６】
また、エンジン２によって駆動されるのは発電機に限らず、エンジンを駆動源とする他の作業機であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、エンジンの熱回収装置が収容される部屋の温度を比較的高温に維持できるので、熱損失を抑制して熱効率を高めることができる。
【００３８】
請求項２，３の発明によれば換気は自然対流によるので、換気用ファンによる風切り音をなくすことができるし、換気用ファンの駆動エネルギを節約できる。特に、請求項３の発明によれば、運転音の漏出を低減することができる。
【００３９】
請求項４の発明によれば、縦長配置により装置の設置面積を小さくすることができるし、底面から上方に向かう円滑な対流が可能である。
【００４０】
請求項５，６の発明によれば、外部熱負荷等との位置関係を多様に設定できるので、外部配管の引き回し量を減らすことができ、熱損失を低減できる。特に、請求項６の発明によれば、高温の配管をエンジンや排気熱交換器等の近くに設置することでこの配管からの放熱を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係る排熱回収装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】 排熱回収装置の右外観斜視図である。
【図３】 排熱回収装置の左外観斜視図である。
【図４】 ケースを取外した状態の排熱回収装置の正面図である。
【図５】 ケースを取外した状態の排熱回収装置の右側面図である。
【図６】 ケースを取外した状態の排熱回収装置の左側面図である。
【図７】 ケースを取外した状態の排熱回収装置の上面図である。
【図８】 排気熱交換器から排出された排気の通過経路を示す分解斜視図である。
【図９】 熱媒体の循環経路の要部を示す分解斜視図である。
【図１０】 換気装置の斜視図である。
【図１１】 換気装置の平面図である。
【図１２】 防音ケースの斜視図である。
【図１３】 防音ケースの背面図である。
【符号の説明】
１…排熱回収装置、 ２…エンジン、 ３…発電機、 ４…オイルパン、 ５…オイル熱交換器、 ７…エアクリーナ、 ９…排気熱交換器、 １０…熱媒体用ポンプ、 １２…循環経路、 １３…防音ケース、 １８…熱媒体入口パイプ、１９…熱媒体出口パイプ、 ２０…凝縮水ドレーンパイプ、 ２２…吸気管、２３…排気管、 ２６…ＥＣＵ、 ２８…吸気用ホース、 ２９…ガスパイプ、 ３１…サイレンサ、 １００…仕切板、 １１０…換気装置

Claims (4)

1. エンジンと、このエンジンで駆動される作業機と、前記エンジンの排熱を熱媒体を循環させて回収する排熱回収装置とを防音ケース内に収容し、回収された熱を前記防音ケースの外部に供給する防音ケース付きエンジン作業機において、
   前記防音ケースの内部を上下に仕切って２つの部屋を形成する仕切壁を設け、
   前記２つの部屋の一方に前記エンジン、前記作業機、および前記排熱回収装置を収容し、他方にエアクリーナ、燃料供給系および電気制御装置を収容するとともに、
   前記一方の部屋に収容されたエンジンへ、他方の部屋を経由して燃料および燃焼用空気を供給する管手段を具備し、
   前記一方の部屋を下段に、他方の部屋を上段に配置し、
   前記下段の部屋の底部には空気取入孔を設け、前記下段の部屋の上部には空気吐出口を設け、
   さらに、前記下段の部屋の上部には箱形の換気装置を設け、
   前記換気装置が、空気の導入口および該導入口につながるラビリンス構造を有し、前記ラビリンス構造の出口が前記空気吐出口につながっていることを特徴とする防音ケース付きエンジン作業機。
2. 前記エンジンの排気から熱回収する排気熱交換器を具備し、
   前記エンジンが、クランク軸を垂直に設定したバーチカルタイプであり、前記作業機が前記クランク軸の延長上に配置されているとともに、
   前記エンジンの下方に前記排気熱交換器が配置されていることを特徴とする請求項１記載の防音ケース付きエンジン作業機。
3. 前記排熱回収装置の熱媒体回路と外部の熱媒体回路とが、前記防音ケースの少なくとも２か所に設けたジョイントによって接続されるとともに、
   前記それぞれのジョイントを防音ケースの前記排熱回収装置が収容された部屋内で並列的に接続する配管を具備していることを特徴とする請求項１または２記載の防音ケース付きエンジン作業機。
4. 前記配管のうち、高温側を前記エンジンおよび前記排気熱交換器近傍に配設したことを特徴とする請求項３記載の防音ケース付きエンジン作業機。

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