JP4776741B1

JP4776741B1 - 排熱利用システム

Info

Publication number: JP4776741B1
Application number: JP2011011012A
Authority: JP
Inventors: 智司茂木
Original assignee: 智司茂木
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: US20130298538A1; JP2012154174A; WO2012098718A1; US8857163B2

Abstract

【課題】車両に搭載されたエンジンの排熱を有効に利用する。
【解決手段】エンジン１２によって駆動されるトラック１０に搭載され、その中に貯留した作動流体３０をエンジン１２の排熱によって加温する作動流体加温タンク１１と、作動流体加温タンク１１で加温された作動流体３０によって温室２５を加温する加温器２６と、を備える。トラック１０から回収した排熱を温室２５の加温に利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱利用システム、特に車両の排熱を利用するシステムの構成に関する。

近年、環境保護のために排熱を利用する様々な方法が提案されている。例えば、ガスエンジンを動力源として発電機を駆動し、エンジンからの排熱を排熱回収熱交換器で回収し、その回収した排熱を温水として貯湯タンクに貯留し、その貯湯タンクから温水を外部設備に供給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、炭素を含む燃料が供給され、発電機を駆動する原動機からの排熱を排熱回収器で回収し、その熱を施設園芸用温室に供給すると共に、燃料の燃焼によって発生する二酸化炭素を同様に施設園芸用温室に供給するトリジェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、特許文献２には、貯湯槽を設けて温熱を一時貯留し、原動機が停止している際にも温室の加温ができるようにすることが提案されている。

特開２００６−１７７６３６号公報特開２００８−２２８６２２号公報

一方、乗用車やトラックなどの車両の駆動のためにガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関が用いられている。これらの車両駆動用エンジンの熱効率はせいぜい２０％程度であり、多くの熱エネルギが大気中に放出されている。しかし、車両に搭載されたエンジンは車両と共に移動することから、特許文献１、２に記載された固定された発電用のエンジン等や原動機の排熱を回収する方法では、その放出熱を回収することができず、排熱を有効に利用することが困難であるという問題があった。

本発明は、車両に搭載されたエンジンの排熱を有効に利用することを目的とする。

本発明の排熱利用システムは、エンジンによって駆動される車両に搭載され、その中に貯留した作動流体を前記エンジンの排熱によって加温する作動流体加温タンクと、前記作動流体加温タンクで加温された作動流体を供給することによって回収した排熱を利用する排熱利用手段と、を備える排熱利用システムであって、前記排熱利用手段の作動流体入口に接続され、前記作動流体加温タンクで加温された作動流体を貯留し、前記作動流体加温タンクよりも容量が大きい保温タンクと、前記排熱利用手段の作動流体出口に接続され、前記作動流体入口での温度よりも低温の作動流体を貯留し、前記作動流体加温タンクよりも容量が大きい作動流体回収タンクと、を含み、前記作動流体加温タンク内の加温された作動流体を前記保温タンクに移送して空になった前記作動流体加温タンクに前記作動流体回収タンクに貯留された低温の作動流体を充填すること、を特徴とする。

本発明の排熱利用システムにおいて、前記作動流体加温タンクは前記車両に着脱可能に搭載されること、としても好適である。

本発明は、車両に搭載されたエンジンの排熱を有効に利用することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態における排熱利用システムの構成を示す説明図である。本発明の実施形態における排熱利用システムの作動流体加温タンクの構造を示す斜視図である。本発明の実施形態における排熱利用システムの作動流体加温タンクに貯留された作動流体を加温する加温系統を示す系統図である。季節による温室内の温度と農作物の生産コストの変化を示すグラフである。本発明の他の実施形態における排熱利用システムの構成を示す説明図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態の排熱利用システム１００は、エンジン１２によって駆動される車両であるトラック１０に搭載された作動流体加温タンク１１と、作動流体加温タンク１１で加温された作動流体３０が貯留される保温タンク２２と、作動流体３０によって温室２５の室内を加温する加温器２６と、加温器２６から排出された作動流体３０が貯留される作動流体回収タンク２９とを備えている。保温タンク２２には作動流体入口管３２と作動流体出口管３３とが接続されている。作動流体入口管３２にはトラック１０に搭載された作動流体加温タンク１１に貯留されている作動流体３０を保温タンク２２に移送する移送ポンプ２１が設けられ、移送ポンプ２１の入口には作動流体加温タンク１１との間で着脱自在の作動流体取り出し管３１が取り付けられている。作動流体出口管３３には作動流体３０を加温器２６に送る作動流体供給ポンプ２４が取り付けられ、作動流体供給ポンプ２４の出口には加温器２６に作動流体３０を供給する作動流体供給管３４が接続されている。加温器２６と作動流体回収タンク２９とは作動流体排出管３５で接続され、作動流体回収タンク２９には作動流体加温タンク１１の作動流体入口１１ｃとの間で着脱自在の作動流体充填管３６が接続されている。

保温タンク２２は外部に保温材２３が取り付けられ、内部に貯留している作動流体３０を温度の高い状態に保持することができる。また、保温タンク２２の容量はトラック１０に搭載されている作動流体加温タンク１１の容量よりも大きく、例えば、作動流体加温タンク１１の容量の数倍から１０倍程度の大きさとしてもよい。同様に、作動流体回収タンク２９の容量も作動流体加温タンク１１の容量よりも大きく、作動流体加温タンク１１の容量の数倍から１０倍程度の大きさとしてもよい。加温器２６は、その中を作動流体３０が流れ、その熱を放熱する放熱器２６ａと放熱器２６ａで加温された空気を温室２５の中に循環させるファン２７とを備えている。ファン２７はモータ２８によって駆動される。また、温室２５は農作物栽培用の温室で、内部ではキュウリ、トマト、ピーマン等の農作物４０が栽培される。栽培された農作物４０はトラック１０によって市場４１に輸送される。

図２に示すように、作動流体加温タンク１１は、トラック１０に積載することができる程度の大きさの直方体の金属製のケーシング１１ａを含んでおり、ケーシング１１ａの内部には作動流体３０が貯留され、外面には図示しない保温材が取り付けられている。ケーシング１１ａの上部には作動流体３０を導入する作動流体入口１１ｃが設けられ、下部には作動流体３０を排出する作動流体出口１１ｄが設けられている。また、ケーシング１１ａの内部には作動流体３０を加温するための熱交換器１５が取り付けられている。熱交換器１５の上部には図１に示すエンジン１２の高温の冷媒が導入される冷媒入口５４と、熱交換後の低温の冷媒をエンジン１２の冷却系統に戻す冷媒出口５５とが設けられている。冷媒入口５４と冷媒出口５５とは、それぞれケーシング１１ａを貫通するように取り付けられている。作動流体加温タンク１１は、トラック１０の積載物として扱うことができるように、トラック１０に取り外し可能に搭載してもよい。この場合、取り付け、取り外しが容易に行えるように、ケーシング１１ａの下部にキャスター１１ｅを取り付けるようにしてもよい。

図３に示すように、トラック１０にはエンジン１２を冷却する冷却系統が設けられている。冷却系統は、エンジン１２の内部の冷却ジャケットなどの冷媒流路１４と、冷媒を冷却するラジェータ１３と、冷媒流路１４とラジェータ１３とを接続する低温冷媒配管５１と高温冷媒配管５２とを含んでいる。エンジン１２が動作すると低温冷媒が低温冷媒配管５１からエンジン１２に内部の冷媒流路１４に供給される。冷媒はエンジン１２の冷媒流路１４で加熱されて高温冷媒となって高温冷媒配管５２からラジェータ１３に流れ、ラジェータ１３で冷却されて低温冷媒に戻る。

また、図３に示すように、トラック１０には作動流体加温タンク１１に貯留された作動流体３０をエンジン１２の冷却系統で温度の上昇した高温冷媒によって加温する加温系統が設けられている。加温系統は、高温冷媒配管５２に接続され、エンジン１２の冷媒を作動流体加温タンク１１の内部に取り付けられた熱交換器１５に流すための冷媒送り管５３と冷媒戻り管５６と、熱交換器１５と、冷媒入口遮断弁１８と、冷媒出口遮断弁１９を含んでいる。冷媒送り管５３は冷媒入口遮断弁１８を介して熱交換器１５の冷媒入口５４に接続され、冷媒戻り管５６は冷媒出口遮断弁１９を介して熱交換器１５の冷媒出口５５に接続されている。また、高温冷媒配管５２の冷媒送り管５３の分岐点と冷媒戻り管５６の合流点の間には高温冷媒配管遮断弁１７が取り付けられている。作動流体加温タンク１１の外部には保温材１１ｂが取り付けられている。また、作動流体加温タンク１１には内部に貯留された作動流体３０の温度を測定するための温度センサ５７が取り付けられている。各遮断弁１７，１８，１９と温度センサ５７とは制御部６０に接続されている。制御部６０は内部にＣＰＵを備えるコンピュータであってもよいし、アナログ制御回路であってもよい。

エンジン１２が動作して高温冷媒配管５２に温度の高くなった冷媒が流れるようになったら、制御部６０は、高温冷媒配管遮断弁１７を閉とし、冷媒入口遮断弁１８と冷媒出口遮断弁１９とを開とする。すると、エンジン１２から高温冷媒配管５２に流出した高温の冷媒は、高温冷媒配管５２から冷媒送り管５３に流れ、冷媒入口遮断弁１８を通って冷媒入口５４から熱交換器１５に流入する。熱交換器１５に流入した高温の冷媒は熱交換器１５で作動流体加温タンク１１の内部に貯留されている作動流体３０と熱交換して作動流体３０を加温する。そして、温度の低下した冷媒は熱交換器１５の冷媒出口５５から冷媒出口遮断弁１９を通って冷媒戻り管５６から高温冷媒配管５２に戻り、高温冷媒配管５２からラジェータ１３に流れていく。このようにしてエンジン１２で温度が上昇した高温の冷媒を熱交換器１５に流すことによって作動流体３０の温度を上昇させる。

制御部６０は温度センサ５７によって作動流体３０の温度を取得し、そして、作動流体３０の温度が所定の温度を超えた場合には、高温冷媒配管遮断弁１７を開とし、冷媒入口遮断弁１８と冷媒出口遮断弁１９とを閉として熱交換器１５への高温冷媒の供給を停止する。

作動流体３０としては様々な流体を用いることができるが、例えば、水を用いた場合には、その温度が１００℃近傍、例えば９０℃まで上昇したら高温冷媒の供給を停止するようにしてもよい。また、作動流体３０として凍結防止のための添加物を含んだ水を用いた場合には、例えばその温度が１００℃以上の所定の温度となった場合に熱交換器１５への高温冷媒の供給を停止させるように構成してもよい。この様にして、作動流体加温タンク１１の内部には９０℃程度の温水が貯留される。

図１の矢印ａからｃに示すように、トラック１０は、市場４１と農作物栽培用の温室２５との間を往復し、温室２５で栽培された農作物４０を市場４１に輸送する。図１の矢印ｃに示すように、トラック１０は、温室２５で栽培された農作物４０を受け取るために市場４１から温室２５まで移動する。市場４１から温室２５までの移動の間、先に説明したように、トラック１０に搭載されている駆動用エンジン１２の高温の冷媒によって作動流体加温タンク１１に貯留されている作動流体３０を所定の温度まで加温する。加温された作動流体３０は保温された作動流体加温タンク１１で温度の高い状態で貯留される。

トラック１０が温室２５に到着すると、トラック１０に搭載されている作動流体加温タンク１１の作動流体加温タンク１１の作動流体出口１１ｄに作動流体取り出し管３１が接続される。作動流体取り出し管３１が接続されたら、移送ポンプ２１が起動され、作動流体３０は保温タンク２２に送られる。保温タンク２２の容量は、作動流体加温タンク１１の数倍の容量であるので、数台分のトラック１０の作動流体加温タンク１１の作動流体３０を貯留することができる。そして、数台分のトラック１０の作動流体加温タンク１１の作動流体３０を貯留したら、作動流体供給ポンプ２４を始動して保温タンク２２に貯留された温度の高い作動流体３０を加温器２６に送る。加温器２６に送られた温度の高い作動流体は温室２５の中の空気と熱交換して温室２５の内部を加温し、その温度が低下する。温度の低下した作動流体３０は、加温器２６から作動流体排出管３５を通って作動流体回収タンク２９に回収される。

作動流体加温タンク１１で加温された作動流体３０が保温タンク２２に移送されるとトラック１０の作動流体加温タンク１１は空となる。作動流体加温タンク１１が空になったら、移送ポンプ２１を停止し、作動流体取り出し管３１を取り外し、作動流体充填管３６を作動流体加温タンク１１の作動流体入口１１ｃに接続する。すると、作動流体回収タンク２９から作動流体３０がトラック１０の作動流体加温タンク１１に流入する。所定の容量だけ作動流体３０が作動流体加温タンク１１に充填されたら、作動流体充填管３６を取り外す。また、トラック１０の荷台には、温室２５で栽培された農作物４０が積載される。そして、作動流体加温タンク１１への作動流体３０の充填とトラック１０への農作物４０の積載が終了したら、トラック１０は市場４１に向って出発する。トラック１０が市場４１に到着したら、トラック１０に積載されていた農作物４０はトラック１０から下ろされて市場４１の中に搬入され、トラック１０はまた、温室２５に向って出発する。そして、トラック１０の作動流体加温タンク１１の作動流体３０はトラック１０が温室２５と市場４１とを往復する間に所定の温度まで加温され、トラック１０が温室２５に到着したら、加温された作動流体３０は保温タンク２２に移されて温室２５の加温に用いられる。

図４に示すように、温室２５で、ピーマン、キュウリ、ナス等の野菜を栽培する場合には、温室２５の温度を所定の温度Ｔ₁以上にすることが必要となる。このような野菜は夏に栽培されることが多いが、近年は冬でもこのような野菜の需要があり、温室２５の中の温度が所定の温度Ｔ₁よりも低くなる期間Ｄ₁の間、石油を燃焼させることによって温室２５の温度を上げる必要があった。このため、期間Ｄ₁の間は農作物４０の生産コストが上昇してしまい採算ラインＣ₁を超えてしまう場合があるという問題があった。

本実施形態の排熱利用システム１００では、トラック１０のエンジン１２からラジェータ１３によって外部に放出されていた熱を高温の作動流体３０として回収し、その熱によって温室２５を加温することができるので、排熱を有効利用して二酸化炭素の排出量を抑制することができると共に、冬場の農作物４０の生産コストを抑制することができる。また、保温タンク２２、作動流体回収タンク２９の容量はトラック１０の作動流体加温タンク１１容量の数倍の容量となっていることから、トラック１０が連続的に市場４１と温室２５とを往復しない場合でも十分に温室２５を加温することができると共に、トラック１０から送られる温度の高い作動流体３０の量が多い場合でも回収した排熱を保温タンク２２に温度の高い作動流体３０として十分に貯留することができ、回収した排熱をより有効に利用することができる。

以上説明した実施形態では、トラック１０のエンジン１２の排熱を温室２５の加温に利用することとして説明したが、本発明は、トラック１０が往復するような場所であれば適用することができ、例えば、運送会社のトラック１０の車庫に保温タンク２２、作動流体回収タンク２９を設置し、トラック１０の排熱で加温した作動流体３０を利用して会社の建物等の暖房を行うこととしてもよい。

また、本実施形態では、トラック１０のエンジン１２の冷媒を作動流体加温タンク１１内の熱交換器１５に供給して作動流体３０を加温することとして説明したが、エンジン１２の高温の潤滑油を熱交換器１５に供給して作動流体３０を加温することとしてもよい。更に、本実施形態では、車両はトラック１０であることとして説明したが、エンジン１２によって駆動される車両であれば乗用車や軽トラックなどに作動流体加温タンク１１を搭載することとしてもよい。

図５を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図１から図３を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。

本実施形態は、温室２５の加温器２６の放熱器２６ａをフィン付管２６ｂによって構成し、ファン２７を設けない構成とし、保温タンク２２に貯留した温度の高い作動流体３０がなくなった場合でも連続的に温室２５の室内を加温することができるように作動流体３０を加熱するボイラ７０を設けたものである。本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏する。

以上説明した各実施形態では、トラック１０に搭載した作動流体加温タンク１１に貯留した作動流体を加温して排熱を回収し、回収した排熱によって室内を加温することについて説明したが、本発明はこのような室内を加温することに限られず、回収した排熱を様々な態様の排熱回収手段で利用することができる。たとえば、作動流体加温タンク１１で加温した作動流体３０を利用して蒸気タービン、発電機を駆動して発電し、その発電電力を電力系統に供給することとしてもよいし、加温した作動流体３０によって給湯用の水を加温することとしてもよい。また、これらを季節によって組み合わせ、例えば、作動流体３０に水を用い、冬場には、温水、つまり、加温した作動流体３０を保温タンク２２から加温器２６に供給して温室２５を加温し、温室２５の加温が必要ない夏場等には、保温タンク２２からの温水を蒸気として蒸気タービンに供給して発電機を駆動し、発電電力を電力系統に供給したり、車両駆動用バッテリの充填を行ったりするようにしてもよい。

１０トラック、１１作動流体加温タンク、１１ａケーシング、１１ｂ保温材、１１ｃ作動流体入口、１１ｄ作動流体出口、１２エンジン、１３ラジェータ、１４冷媒流路、１５熱交換器、１７高温冷媒配管遮断弁、１８冷媒入口遮断弁、１９冷媒出口遮断弁、２１移送ポンプ、２２保温タンク、２３保温材、２４作動流体供給ポンプ、２５温室、２６加温器、２６ａ放熱器、２６ｂフィン付管、２７ファン、２８モータ、２９作動流体回収タンク、３０作動流体、３１作動流体取り出し管、３２作動流体入口管、３３作動流体出口管、３４作動流体供給管、３５作動流体排出管、３６作動流体充填管、４０農作物、４１市場、５１低温冷媒配管、５２高温冷媒配管、５３冷媒送り管、５４冷媒入口、５５冷媒出口、５６冷媒戻り管、５７温度センサ、６０制御部、７０ボイラ、１００排熱利用システム。

Claims

エンジンによって駆動される車両に搭載され、その中に貯留した作動流体を前記エンジンの排熱によって加温する作動流体加温タンクと、
前記作動流体加温タンクで加温された作動流体を供給することによって回収した排熱を利用する排熱利用手段と、を備える排熱利用システムであって、
前記排熱利用手段の作動流体入口に接続され、前記作動流体加温タンクで加温された作動流体を貯留し、前記作動流体加温タンクよりも容量が大きい保温タンクと、
前記排熱利用手段の作動流体出口に接続され、前記作動流体入口での温度よりも低温の作動流体を貯留し、前記作動流体加温タンクよりも容量が大きい作動流体回収タンクと、を含み、
前記作動流体加温タンク内の加温された作動流体を前記保温タンクに移送して空になった前記作動流体加温タンクに前記作動流体回収タンクに貯留された低温の作動流体を充填すること、
を特徴とする排熱利用システム。
請求項１に記載の排熱利用システムであって、
前記作動流体加温タンクは前記車両に着脱可能に搭載されること、
を特徴とする排熱利用システム。