JP4660311B2 - エンジン排気処理装置及びエンジン駆動式ヒートポンプ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、凝縮水を中和する中和器を備えたエンジン排気処理装置及びそれを用いたエンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。
一般に、空気調和装置等に使用される圧縮機をエンジンにより駆動するエンジン駆動式ヒートポンプ装置が知られている。この種のものでは、エンジンの排気ガスを処理するために、エンジンの排気ガスをマフラー及び排気トップを経て排気すると共に、マフラー及び排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する排気ガス処理装置が付設されている(例えば、特許文献1)。
上記従来の排気ガス処理装置では、マフラーで凝縮した凝縮水を中和器に戻すマフラー戻しホース(戻し通路)と、排気トップで凝縮した凝縮水を中和器に戻す排気トップ戻しホース(戻し通路)とを備え、それぞれの凝縮水を別々に戻すようにしている。
このような構成では、マフラー背圧が中和器に作用し、この中和器内の圧力が高くなるため、排気ガスの凝縮水を排気トップ戻しホースを介して中和器に入れる場合、排気ガスが逆流するおそれがある。この逆流が発生すると、異音が発生するため、それを防止するために、従来、中和器の内部に凝縮水を溜めて、その凝縮水中に排気ガスの凝縮水を、当該排気ガスと一緒に吹き込む構成としている。
特開2002−295923号公報
しかし、従来の構成では、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器内への凝縮水の貯留量が減少し、この減少に起因して、中和器内のいわゆる液封が破壊されることによって異音が発生する等の問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、排気ガスの逆流により異音が発生することのない、エンジン排気処理装置及びそれを用いたエンジン駆動式ヒートポンプ装置を提供することにある。
本発明は、エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出するエンジン排気処理装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該前記マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略U字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とする。
この構成では、排気トップの凝縮水が、マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻されるために、この凝縮水が、ベンチュリー管の原理によって、マフラー内にスムーズに吸引され、当該マフラー内に効率よく捕集され、ここに捕集された凝縮水は、マフラー戻しホースを経て、中和器に戻される。これによれば、従来のような排気トップ戻しホースが不要になるため、当該管を介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
また、エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器とを有し、前記エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する空気調和装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該前記マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略U字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれるようにしてもよい。
本発明では、排気トップの凝縮水が、マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻されるために、この凝縮水が、ベンチュリー管の原理によって、マフラー内にスムーズに吸引され、当該マフラー内に効率よく捕集され、ここに捕集された凝縮水は、マフラー戻しホースを経て、中和器に戻される。従って、本発明では、従来のような排気トップ戻しホースが不要になるため、当該管を介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図1は、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の一実施の形態が適用された空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。
図1に示すように、冷凍装置としての空気調和装置10は、室外機11、複数台(例えば2台)の室内機12A,12B及び制御装置13を有し、室外機11の室外冷媒配管14と室内機12A,12Bの各室内冷媒配管15A,15Bとが連結されている。
室外機11は室外に設置され、室外冷媒配管14には圧縮機16が配設されるとともに、この圧縮機16の吸込側にアキュムレータ17が、吐出側に四方弁18がそれぞれ配設され、この四方弁18側に室外熱交換器19、室外膨張弁24、ドライコア25が順次配設されて構成される。室外熱交換器19には、この室外熱交換器19へ向かって送風する室外ファン20が隣接して配置されている。また、圧縮機16は、フレキシブルカップリング27等を介してガスエンジン30に連結され、このガスエンジン30により駆動される。更に、室外膨張弁24をバイパスしてバイパス管26が配設されている。
一方、室内機12A,12Bはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管15A,15Bに室内熱交換器21A,21Bが配設されるとともに、室内冷媒配管15A,15Bのそれぞれにおいて室内熱交換器21A,21Bの近傍に室内膨張弁22A,22Bが配設されて構成される。上記室内熱交換器21A,21Bには、これらの室内熱交換器21A,21Bへ送風する室内ファン23A,23Bが隣接して配置されている。
尚、図1中の符号28はストレーナを示す。また、符号29は、圧縮機16の吐出側の冷媒圧力を圧縮機16の吸込側へ逃す電動弁である。
また、上記制御装置13は室外機11に設置され、室外機11及び室内機12A,12Bの運転を制御する。具体的には、制御装置13は、室外機11におけるガスエンジン30(即ち圧縮機16)、四方弁18、室外ファン20及び室外膨張弁24、並びに室内機12A,12Bにおける室内膨張弁22A,22B、及び室内ファン23A,23Bをそれぞれ制御する。
制御装置13により四方弁18が切り替えられることにより、空気調和装置10が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置13が四方弁18を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器19が凝縮器に、室内熱交換器21A,21Bが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器21A,21Bが室内を冷房する。また、制御装置13が四方弁18を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器21A,21Bが凝縮器に、室外熱交換器19が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器21A,21Bが室内を暖房する。
また、制御装置13は、冷房運転時には、室内膨張弁22A,22Bのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。暖房運転時には、制御装置13は、室外膨張弁24及び室内膨張弁22A,22Bのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
一方、圧縮機16を駆動するガスエンジン30の燃焼室には、エンジン燃料供給装置31から燃料と空気との混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置31は、燃料供給配管32に、燃料遮断弁33、ゼロガバナ34、燃料調整弁35及びスロットルバルブ36が順次配設され、この燃料供給配管32のスロットルバルブ36側端部がガスエンジン30の上記燃焼室に接続されて構成される。
燃料遮断弁33は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁33が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
ゼロガバナ34は、燃料供給配管32内における当該ゼロガバナ34の前後の1次側燃料ガス圧力(一次圧a)と2次側燃料ガス圧力(二次圧b)とのうち、一次圧aの変動によっても二次圧bを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン30の運転を安定化させる。
燃料調整弁35は、スロットルバルブ36の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。このスロットルバルブ36の上流側にエンジンユニット外から空気を吸入する空気供給配管106が接続されている。この空気供給配管106の吸込口にはエアフィルタ105が配設されている。
また、スロットルバルブ36は、ガスエンジン30の燃焼室30Aへ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン30の回転数を制御する。
ガスエンジン30には、エンジンオイル供給装置37が接続されている。このエンジンオイル供給装置37は、オイル供給配管38にオイル遮断弁39及びオイル供給ポンプ40等が配設されたものであり、ガスエンジン30へエンジンオイルを適宜供給する。
また、ガスエンジン30は、エンジン冷却装置41内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置41は、冷却水配管42を備え、この冷却水配管42には、ワックス三方弁43、ラジエータ46及び循環ポンプ47が順次配設されて構成される。上記循環ポンプ47は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管42内で循環させる。
上記ワックス三方弁43は、ガスエンジン30を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁43は、入口43Aが、冷却水配管42におけるガスエンジン30に付設の排ガス熱交換器側に接続され、低温側出口43Bが、冷却水配管42における循環ポンプ47の吸込側に接続され、高温側出口43Cが冷却水配管42におけるラジエータ46側に接続される。
前記制御装置13によるガスエンジン30の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置31の燃料遮断弁33、ゼロガバナ34、燃料調整弁35及びスロットルバルブ36、並びにエンジンオイル供給装置37のオイル遮断弁39及びオイル供給ポンプ40、冷却装置41の循環ポンプ47を制御装置13が制御することによってなされる。
本実施形態では、ガスエンジン30の排気側に、図2に示すように、排気処理装置100が接続されている。この排気処理装置100は、ガスエンジン30、マフラー101、排気トップ102、中和器103を有して構成されている。ガスエンジン30の燃焼室30Aの吸気側には、インテークマニホールド30Bが付設されており、このインテークマニホールド30Bの吸気側には、エンジンユニット外から空気を供給する空気供給配管106が接続されている。105はエアフィルタである。ガスエンジン30の燃焼室30Aの排気側には、排ガス熱交換器30Cが付設されている。
この排ガス熱交換器30Cは、上記冷却装置41の冷却水配管42を流れるエンジン冷却水と、エンジンの排気ガス間で熱交換する。
この排ガス熱交換器30Cを流れる排気ガスと上記エンジン冷却装置41内を循環するエンジン冷却水とが熱交換され、排ガス熱交換器30Cで例えば約100℃まで冷却される。この排気ガス中の水蒸気が排ガス熱交換器30Cで冷えて凝縮し、凝縮水(以下、ドレンという。)と排気ガスとが排出される。
この排気ガスが冷えて生成されたドレンには、排気ガス中に含まれるSOxやNOx等の有害物質が溶解している。
上記排ガス熱交換器30Cの排気側と、マフラー101の吸気側(後述の膨張室101A)とは、排気ホース111を介して接続されている。このマフラー101は、その内部が、小孔(図示せず)を有する仕切り板101Dで仕切られ、複数(2個)の膨張室101A,101Bを備え、各膨張室101A,101Bを、仕切り板101Dを貫通する連通管101Cで連通した、いわゆる多室構造マフラーであり、その内部に流入する気体の膨張、収縮及び共鳴効果による音エネルギを吸収する。
上記排ガス熱交換30Cから排出されたドレンと排気ガスとが、排気ホース111を通じてマフラー101の膨張室101Aへ流入する。この膨張室101A内に流入した排気ガスは、そこでドレンを分離した後、連通管101Cを介して膨張室101Bに流入し、ここでもドレンを分離した後、排気トップ102に向かう。
マフラー101の膨張室101Bに溜まったドレンは、仕切り板101Dの小孔を介して、膨張室101Aへ流入し、ここに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース113を通じて中和器103に導かれる。この中和器103は、ドレンに含まれる排気ガス中のSOxやNOx等の有害物質を中和するものである。
上記マフラー101と排気トップ102とは、排気ホース112を介して接続されており、上記マフラー101の膨張室101Bを通過した排気ガスは、排気ホース112を通じて排気トップ102に流入する。この排気ガスは、排気トップ102内で冷却され、排気ガス中の水蒸気が冷却しドレンが発生して、最終的な排気ガスは、この排気トップ102を介して外に排気される。
排気トップ102内部で発生したドレンは、排気トップ戻しホース114を介して、マフラー101の連通管101Cの内側または入口に戻される。この連通管101Cの内側はマフラー101内における排気ガスの流速が速い部位であり、ここにドレンが戻されると、このドレンは、ベンチュリー管の原理によって、マフラー101内にスムーズに吸引される。よって、排気トップ102内部で発生したドレンは、マフラー101内に効率よく捕集される。この捕集されたドレンは、膨張室101Aまたは101Bに溜まり、膨張室101Bに溜まったドレンは、上述したように、仕切り板101Dの小孔を介して、膨張室101Aへ流入し、膨張室101Aに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース113を通じて中和器103に導かれる。
中和器103に送られたドレンは、中和器103内部に配設された中和剤により、ドレン中に溶け込んでいる排気ガス中のSOxやNOx等が除去される。この中和器103で中和されたドレンは、ドレン排水ホース116を通じて外へ排出される。
上記中和器103の本体内部は、例えば多数の小孔を有する板等により、流入空間103a、中和空間103b、排出空間103cに仕切られている。流入空間103aに、マフラー戻しホース113が挿入されている。この流入空間103aには、マフラー101及び排気トップ102で発生したドレンが貯留される。
中和空間103bは、その内部に充填した中和剤により上記流入空間103aに貯留されたドレンを中和する。ここで、中和剤は、例えば方解石(大理石、炭酸カルシウム)等のアルカリ成分を有している。この中和空間103bは、中和空間103bの底面及び天面から突設される複数の区画壁117を有し、これら区画壁117は中和空間103bの空間途中まで延びている。この区画壁117により、中和空間103bの内部には蛇行した通路が形成される。この中和空間103b内で中和されたドレンは、排出空間103c内に貯留される。この排出空間103cにはドレン排水ホース116が接続され、その先端が排出空間103c底部近傍まで挿入されている。排出空間103c内に滞留する中和されたドレンは、ドレン排水ホース116を介して外へ排出される。
本実施形態では、排気トップ102で発生したドレンが、排気トップ戻しホース114を介して、マフラー101の連通管101Cの内側に戻し吸引されるため、従来のように、排気トップ102で発生したドレンを、直接、中和器に戻すための排気トップ戻しホースが不要になり、当該ホースを介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
また、本構成では、特に、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器103内へのドレンの貯留量が減少した場合であっても、逆流が起こり得ず、これに起因した異音の発生が抑制される。
さらに、排気トップ戻しホース114はマフラー101側で略U字状に曲げられ、その先端114Cが、連通管101Cの内側に差し込まれるため、略U字部にドレンが溜まり、水封状態となり、排気トップ戻しホース114内の逆流が防止され、上述の異音の発生が効果的に抑制される。
図3は、別実施の形態を示す。
この実施形態では、排気トップ102内部で発生したドレンが、排気トップ戻しホース214を介して、マフラー101の入口101Eに戻される。この入口101Eは、マフラー101内における排気ガスの流速が速い部位であり、ここに戻されると、上述したように、ドレンは、ベンチュリー管の原理によって、マフラー101内にスムーズに吸引される。よって、排気トップ102内部で発生したドレンは、マフラー101内に効率よく捕集される。この捕集されたドレンは、膨張室101Aまたは101Bに溜まり、膨張室101Bに溜まったドレンは、上述したように、仕切り板101Dの小孔を介して、膨張室101Aへ流入し、膨張室101Aに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース113を通じて中和器103に導かれる。
中和器103に送られたドレンは、中和器103内部に配設された中和剤により、ドレン中に溶け込んでいる排気ガス中のSOxやNOx等が除去される。この中和器103で中和されたドレンは、ドレン排水ホース116を通じて外へ排出される。
本実施形態では、排気トップ102で発生したドレンが、排気トップ戻しホース214を介して、マフラー101の入口101Eに戻し吸引されるため、従来のように、排気トップ102で発生したドレンを、直接、中和器に戻すための排気トップ戻しホースが不要になり、当該ホースを介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。また、特に、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器103内へのドレンの貯留量が減少した場合であっても、従来のように、中和器103と排気トップ102を接続する排気トップ戻しホースが存在しないため、逆流が起こり得ず、これに起因した異音の発生が抑制される。
図4は、排気処理装置100のホース系統図である。
即ち、ガスエンジン30には、上述したように、排ガス熱交換器30Cが付設され、この排ガス熱交換器30Cには、排気ホース111が接続され、この排気ホース111は、マフラー101に接続されている。このマフラー101には、排気ホース112が接続され、この排気ホース112には、排気トップ102が接続されている。また、この排気トップ102には、排気トップ戻しホース114が接続され、この排気トップ戻しホース114は、上述したように、マフラー101内の排気ガスの流速が速い部位に接続されている。また、マフラー101には、マフラー戻しホース113が接続され、このマフラー戻しホース113は、中和器103に接続され、この中和器103には、ドレン排水ホース116が接続されている。
排気ガス系のホース材料では、一般に、耐熱性、耐酸性、耐エンジンオイル性等から内面にフッ素ゴムを使用し、外面に耐熱性に優れるアクリル系ゴムを使用する。ここでホース材料は材料コストや省資源化等の観点から、使用部位に応じて使い分けることが望ましい。振動が小さい部位のホース、例えば、ホース112A,112B,114A,114B,113等では、内面に耐スチームシリコンゴム、外面にエコノミーシリコンゴムを配置したホースを使用することが望ましい。また、エンジンオイルが溜まらない部位のホース、例えば直立配置のホース112A,112B等では、パーオキサイト加硫のエチランプロピレンゴムを使用することが望ましい。
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記排気トップ戻しホース114,214の戻し口は、上述した位置に限定されるものではなく、その位置は、マフラー101内における排気ガスの流速が速い部位であれば、いずれの位置であってもよい。
本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプの一実施の形態が適用された空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。 一実施の形態に係るガスエンジンの吸気系・排気系及びドレンのフロー図である。 別実施の形態に係るガスエンジンの吸気系・排気系及びドレンのフロー図である。 排気処理装置のホース系統図である。
符号の説明
10 空気調和装置
30 ガスエンジン
30A 燃焼室
30B 排ガス熱交換器
30C インテークマニホールド
100 排気処理装置
101 マフラ
101A,101B 膨張室
101C 連通管
102 排気トップ
103 中和器
113 マフラー戻しホース
114,214 排気トップ戻しホース
116 ドレン排水ホース

Claims (2)

  1. エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出するエンジン排気処理装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略U字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とするエンジン排気処理装置。
  2. エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器とを有し、前記エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する空気調和装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略U字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
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