JP5358329B2 - コージェネレーション装置 - Google Patents
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Description
図10に示すように、コージェネレーション装置100は、エンジン101で発電機102を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、排気熱交換器103でエンジン101から排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得る。
また、熱エネルギーを回収、利用するためにコージェネレーション装置100は、エンジン101の冷却水を循環させる1次系統104と、貯湯槽105等で構成される2次系統106と、1次系統104と2次系統106との間で熱交換する温水熱交換器107とを備えている。
ところで、排気熱交換器103や温水熱交換器107は、比較的大きな機器である。そのため、コージェネレーション装置100は、大型になる。
しかし、近年の小型化の要求からコージェネレーション装置100のコンパクト化が求められている。
図1に示されるように、コージェネレーション装置10は、筐体11に収められ、エンジン12を主要素とする1次系統13と、この1次系統13が保有する熱エネルギーを熱交換器14を介して受け取る2次系統15とからなる。
また、熱交換器14では、「高温湯」より、「熱媒体」が低温であるため、「高温湯」から「熱媒体」へ熱移動が行われる。このときの移動熱量をyと呼ぶ。
図2に示されるように、コージェネレーション装置10は、エンジン12を収納する筐体11と、この筐体11の底部に設けられ衝撃を吸収する緩衝部材29と、この緩衝部材29にブラケット31を介して設けられオイルを貯留するオイルパン32と、このオイルパン32の上部に設けられオイルを冷却するオイルクーラー25と、このオイルクーラー25の上部に設けられ駆動力及び熱を発生するエンジン本体33と、このエンジン本体33に設けられ駆動力を伝える出力軸としてのクランク軸26と、このクランク軸26に接続され電気エネルギーを発生させる発電機27とを備えている。
クランク軸26の端部には、ファン44が連結されている。ファン44で発電機27が収納されている室内45の空気を吸引し、ダクト46から外部へ排出する。
なお、水循環配管(図1、符号22)は、第1〜第3水循環配管47、48、51等で構成される。
なお、熱媒体配管(図1、符号16)は、第1、第2熱媒体配管53、54等で構成される。
図3に示されるように、熱交換器14は、排気管28が接続される天板56と、この天板56の中央に設けられ排気ガスを取り入れる排気ガス入口57と、この排気ガス入口57から下方へ円錐状に形成され三元触媒58を保持する保持部材61と、天板56の下側に設けられ保持部材61を補強する補強板62と、この補強板62の外側に設けられ円筒の壁面にらせん状の窪み63を呈するらせん円筒部材64と、このらせん円筒部材64の外側にらせん状の窪み63に接して設けられ熱交換器14内部を仕切る仕切り部材65と、仕切り部材65の外側に設けられ冷却水を導く冷却水誘導板66と、この冷却水誘導板66を貫通する形態で設けられ排気ガスを誘導する複数の排気ガス誘導管67と、天板56の下側に設けられ冷却水誘導板66の外側に接する円筒部材68と、この円筒部材68の下部に設けられ冷却水が流れる部分を塞ぐ冷却水仕切り板71と、円筒部材68の下端に設けられ円筒部材68の底を塞ぐ底板72と、円筒部材68に設けられ最も外側の壁を形成する外板73と、この外板73と円筒部材68の間に設けられ熱媒体を導く熱媒体誘導板74と、底板72に設けられている排気ガス出口75と、円筒部材68に設けられている冷却水入口76及び冷却水出口77と、外板73に設けられている熱媒体入口78及び熱媒体出口81とからなる。
図4に示されるように、熱交換器14は、排気ガスを通す排気ガス通路82と、熱媒体を通す熱媒体通路83と、排気ガスから熱を奪い熱媒体へ熱を与える水通路84とを備え、排気ガス通路82が、水通路84で囲われ、この水通路84が熱媒体通路83で囲われている形態となる。
なお、実施例では、排気ガス誘導管67を8本にしたが、6本、10本でもよく、排気ガスの熱エネルギーを冷却水に移すことができれば、他の本数であってもよい。
図5に示されるように、高温の排気ガスは、矢印(1)のように排気管28から送り込まれ、矢印(2)のように三元触媒58に流れ込む。三元触媒58から出た排気ガスは、矢印(3)のようにらせん円筒部材64と仕切り部材65の間に入り、矢印(4)のように旋回しながら流れる。そして、排気ガスは、矢印(5)のように排気ガス誘導管67に入り、矢印(6)のように排気導管38へ流れ出る。
図6(a)に示されるように、高温湯の冷却水は、第1水循環配管47から入り、矢印(7)、(8)のように旋回しながら流れ、熱を奪われて低温の水になり、第2水循環配管48へ流れ出る。
図6(b)に示されるように、矢印(7)の冷却水の流れは、排気ガス側である仕切り部材65及び排気ガス誘導管67から熱Σ(x)を受け取り、熱媒体側である円筒部材68に熱Σ(y)を移す。また、矢印(8)の冷却水の流れも同様である。このように、排気ガス誘導管67があることで、冷却水の流れが仕切り部材65側と円筒部材68側の両方に行き来して、効率良く熱交換が行われる。
熱Σ(x)<熱Σ(y)である。結果、冷却水は熱を奪われ、低温になる。
図7に示されるように、低温熱媒体は、第1熱媒体配管53から送り込まれ、矢印(9)のように旋回しながら流れ、熱を受け取って高温熱媒体になり、第2熱媒体配管54へ流れ出る。
図8において、(a)に示す比較例では、コージェネレーション装置110は、排気ガスから熱回収する第1熱交換器111と、回収した熱を外部の熱媒体に移す第2熱交換器112とが備えられている。結果、第2熱交換器112を配置するためのスペースが必要となり、コージェネレーション装置110が大きくなる。
図9(a)に示す比較例では、コージェネレーション装置110は、エンジン113、エンジン113の排気ガスから熱回収する第1熱交換器111、オイルクーラー114、回収した熱を外部の熱媒体に移す第2熱交換器112及びそれらを繋ぐ配管が備えられている。熱交換器の数は2である。
図9(b)に示す実施例では、コージェネレーション装置10は、エンジン12、オイルクーラー25、排気ガスから熱回収する機能と回収した熱を外部の熱媒体に移す機能を有する熱交換器10及びそれらを繋ぐ配管が備えられている。熱交換器の数は1である。
実施例のコージェネレーション装置10は、比較例のコージェネレーション装置110よりも、熱交換器と配管の数が少ない。部品点数が少ないので、装置を簡易にしてコストダウンを図ることができる。
Claims (1)
- 水冷エンジンで発電機を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、熱交換器を用いて前記エンジンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器及び/又は暖房器に与えるコージェネレーション装置において、
前記熱交換器は、前記排気ガスを通す排気ガス通路と、前記給湯器及び/又は暖房器へ熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路と、前記排気ガスから熱を奪い前記熱媒体へ熱を与える水通路とを有し、この水通路に、前記水冷エンジンの冷却水が供給され、前記排気ガス通路が、前記水通路で囲われ、この水通路が前記熱媒体通路で囲われており、
前記熱交換器は、天板の中央に設けられ前記排気ガスを取り入れる排気ガス入口と、この排気ガス入口から下方へ円錐状に形成され三元触媒を保持する保持部材と、前記天板の下側に設けられ前記保持部材を補強する補強板と、この補強板の外側に設けられ円筒の壁面にらせん状の窪みを呈するらせん円筒部材と、このらせん円筒部材の外側にらせん状の窪みに接して設けられ前記熱交換器内部を仕切る仕切り部材と、この仕切り部材の外側に設けられ前記冷却水を導く冷却水誘導板と、この冷却水誘導板を貫通する形態で設けられ前記排気ガスを誘導する複数の排気ガス誘導管と、前記天板の下側に設けられ前記冷却水誘導板の外側に接する円筒部材と、この円筒部材の下部に設けられ前記冷却水が流れる部分を塞ぐ冷却水仕切り板と、前記円筒部材の下端に設けられ前記円筒部材の底を塞ぐ底板と、前記円筒部材に設けられ最も外側の壁を形成する外板と、この外板と前記円筒部材の間に設けられ前記熱媒体を導く熱媒体誘導板と、前記底板に設けられている排気ガス出口と、前記円筒部材に設けられている冷却水入口及び冷却水出口と、前記外板に設けられている熱媒体入口及び熱媒体出口とからなることを特徴とするコージェネレーション装置。
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