JP7229381B2 - cooling system - Google Patents
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Description
本開示は、冷却システムに関する。 The present disclosure relates to cooling systems.
船舶等に用いられるエンジン等の内燃機関では、熱効率を向上させる目的で、内燃機関(例えば、燃焼室)に送られる吸気が冷却される。例えば、特許文献1に開示されているように、吸気の冷却に用いられる冷媒がタンクに貯留される。タンク内の冷媒を気化冷却する(つまり、気化熱を利用して冷却する)ことにより、吸気を効果的に冷却する技術がある。吸気の温度を低下させることにより、燃焼室に送られる吸気の密度を増大させることができるので、熱効率を向上させることができる。 2. Description of the Related Art In an internal combustion engine such as an engine used in a ship or the like, intake air sent to the internal combustion engine (for example, a combustion chamber) is cooled for the purpose of improving thermal efficiency. For example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100001, a refrigerant used for cooling intake air is stored in a tank. There is a technique for effectively cooling intake air by evaporating and cooling the refrigerant in the tank (that is, cooling using the heat of vaporization). By lowering the temperature of the intake air, the density of the intake air sent to the combustion chamber can be increased, thus improving thermal efficiency.
しかしながら、吸気の冷却に用いられる冷媒を気化冷却する従来の技術では、タンク内の減圧に電動ポンプが利用されていた。タンク内を減圧する減圧用の電動ポンプは、多くの電力を消費するので、電力消費量が増大してしまっていた。 However, in the conventional technique of evaporatively cooling the refrigerant used to cool the intake air, an electric pump is used to reduce the pressure in the tank. Electric pumps for reducing the pressure in the tank consume a lot of power, resulting in an increase in power consumption.
本開示は、上記の課題に鑑み、電力消費量の増大を抑制することが可能な冷却システムを提供することを目的としている。 An object of the present disclosure is to provide a cooling system capable of suppressing an increase in power consumption in view of the above problems.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る冷却システムは、内燃機関と接続される吸気流路に設けられる熱交換部と、熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクと、冷媒タンクに貯蔵される冷媒と吸気流路を流通する吸気との熱交換が行われる熱交換部を通過しない蒸気流路に設けられ、冷媒タンクと接続され、冷媒タンク内のガスを吸引するエジェクタと、を備え、蒸気流路は、吸気流路に設けられ熱交換部とは異なる熱交換器、および、内燃機関と接続される排気流路に設けられる熱交換器と接続され、吸気流路に設けられ熱交換部とは異なる熱交換器において、蒸気流路を流通する水と吸気流路を流通する吸気との熱交換が行われ、排気流路に設けられる熱交換器において、吸気流路に設けられ熱交換部とは異なる熱交換器において生じた蒸気と排気流路を流通する排気との熱交換が行われる。 In order to solve the above problems, a cooling system according to an aspect of the present disclosure includes a heat exchange section provided in an intake flow path connected to an internal combustion engine; It is provided in the vapor passage that does not pass through the heat exchange portion where heat exchange between the tank and the refrigerant stored in the refrigerant tank and the intake air that flows through the intake passage is performed, is connected to the refrigerant tank, and is connected to the refrigerant tank to remove the gas in the refrigerant tank . an ejector for suction , wherein the steam flow path is connected to a heat exchanger provided in the intake flow path and different from the heat exchange section, and a heat exchanger provided in the exhaust flow path connected to the internal combustion engine, In a heat exchanger provided in the intake flow path and different from the heat exchange section, heat exchange is performed between water flowing through the steam flow path and intake air flowing through the intake flow path, and in the heat exchanger provided in the exhaust flow path, Heat exchange is performed between the steam generated in a heat exchanger provided in the intake passage and different from the heat exchange section and the exhaust gas flowing through the exhaust passage.
熱交換部は、吸気流路に設けられる熱交換器を含んでもよい。 The heat exchange section may include a heat exchanger provided in the intake flow path.
熱交換部は、吸気流路に設けられるノズルを含んでもよい。 The heat exchange section may include a nozzle provided in the intake flow path.
冷媒タンクは、吸気流路に設けられ、熱交換部は、冷媒タンクに設けられる通気管を含んでもよい。 The refrigerant tank may be provided in the intake flow path, and the heat exchange section may include a vent pipe provided in the refrigerant tank.
吸気流路には、コンプレッサが設けられ、熱交換部は、吸気流路におけるコンプレッサより上流側に設けられてもよい。 A compressor may be provided in the intake flow path, and the heat exchange section may be provided upstream of the compressor in the intake flow path.
本開示の冷却システムによれば、電力消費量の増大を抑制することが可能となる。 According to the cooling system of the present disclosure, it is possible to suppress an increase in power consumption.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. Dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for easy understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In this specification and the drawings, elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, thereby omitting redundant description. Illustrations of elements that are not directly related to the present disclosure are omitted.
<第1の実施形態>
図1および図2を参照して、本開示の第1の実施形態について説明する。<First Embodiment>
A first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
図1は、本開示の第1の実施形態に係るエンジン1の概略構成を示す模式図である。エンジン1は、具体的には、船舶用のエンジンである。図1に示されるように、エンジン1は、ピストン3が内部に設けられるシリンダ5を備える。ピストン3は、シリンダ5内を往復移動する。ピストン3には、ピストンロッド7の一端が取り付けられている。ピストンロッド7の他端には、クロスヘッド9のクロスヘッドピン11が連結される。クロスヘッド9の左右方向(つまり、図1中のピストン3のストローク方向に垂直な方向)の移動は、ガイドシュー9aにより規制される。ガイドシュー9aがガイドされることによって、クロスヘッド9はピストン3と一体に往復移動する。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an
クロスヘッドピン11は、連接棒13の一端に設けられたクロスヘッド軸受15に軸支される。クロスヘッドピン11は、連接棒13の一端を支持している。ピストンロッド7の他端と連接棒13の一端は、クロスヘッド9を介して接続される。
The
連接棒13の他端には、大端部13aが設けられる。大端部13aには、軸受孔13bが形成されている。軸受孔13bには、金属製のすべり軸受17が設けられる。すべり軸受17に、クランクシャフト19のクランクピン19aが回転可能に軸支されている。クランクシャフト19のクランクジャーナル19bは、クランクケース21に設けられる軸受部材に軸支されている。ピストン3と一体に連接棒13が往復移動すると、クランクシャフト19が回転する。
The other end of the connecting
クランクケース21は、クランクシャフト19の回転軸方向に延在する。図1では、シリンダ5が1つのみ示されているが、クランクケース21の上方には、複数のシリンダ5が、クランクシャフト19の回転軸方向に並列して設けられている。
The
シリンダ5の上端には、シリンダカバー23が設けられる。シリンダカバー23には、排気弁箱25が挿通される。排気弁箱25の一端は、ピストン3に臨んでいる。排気弁箱25の一端には、排気ポート25aが開口する。排気ポート25aは、燃焼室27に開口する。燃焼室27は、シリンダカバー23とシリンダ5とピストン3に囲繞されてシリンダ5の内部に形成される。
A
燃焼室27には、排気弁29の弁体が位置する。排気弁29のロッド部には、排気弁駆動装置31が取り付けられる。排気弁駆動装置31は、排気弁箱25に配される。排気弁駆動装置31は、排気弁29をピストン3のストローク方向に移動させる。
A valve body of an
排気弁29がピストン3側に移動して開弁すると、シリンダ5内で生じた燃焼後の排気ガスが、排気ポート25aから排気される。排気後、排気弁29が排気弁箱25側に移動して、排気ポート25aが閉弁される。
When the
排気管33は、排気弁箱25および過給機TCに取り付けられる。排気管33の内部は、排気ポート25aおよび過給機TCのタービンに連通する。過給機TCには、排出管35が取り付けられる。排出管35には、排出口が形成されている。排出管35の内部は、過給機TCのタービンに連通する。排気ポート25aから排気された排気ガスは、排気管33を通って過給機TCのタービンに供給された後、排出管35を通って外部に排気される。
The
過給機TCには、吸気管37が取り付けられる。吸気管37には、吸気口が形成されている。吸気管37の内部は、過給機TCのコンプレッサに連通する。過給機TCのコンプレッサによって、活性ガス(例えば、空気)が吸気管37を通って吸引される。吸引される活性ガス(つまり、吸気)は、過給機TCのコンプレッサによって圧縮される。吸気は、掃気溜39に送られる。シリンダ5の下端は、シリンダジャケット41で囲繞される。シリンダジャケット41の内部には、掃気室43が形成される。掃気溜39に送られた吸気は、掃気室43に圧入される。
An
シリンダ5の下端側には、掃気ポート5aが設けられる。掃気ポート5aは、シリンダ5の内周面から外周面まで貫通する孔である。掃気ポート5aは、シリンダ5の周方向に離隔して複数設けられている。ピストン3が掃気ポート5aより下死点側に移動すると、掃気室43とシリンダ5内の差圧によって、掃気ポート5aからシリンダ5内に吸気が吸入される。
A scavenging
シリンダカバー23には、燃料噴射弁45が設けられる。燃料噴射弁45の先端は燃焼室27側に向けられる。燃料噴射弁45は、燃焼室27に液体燃料(燃料油)を噴出する。液体燃料が燃焼し、その膨張圧によってピストン3が往復移動する。
A
図2は、本開示の第1の実施形態に係る冷却システム100の概略構成を示す模式図である。冷却システム100は、エンジン1の燃焼室27に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム100により吸気を冷却することによって、熱効率を向上させることができる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the
図2ならびに後述する図3および図4では、エンジン1と、吸気流路111と、排気流路112とが示されている。
FIG. 2 and FIGS. 3 and 4, which will be described later, show the
吸気流路111は、掃気室43および掃気ポート5aを介して、エンジン1の燃焼室27と接続される。燃焼室27に送られる吸気は、吸気流路111を流通する。吸気流路111には、過給機TCのコンプレッサCが設けられる。吸気流路111は、吸気流路111におけるコンプレッサCより上流側の上流側吸気流路111aと、吸気流路111におけるコンプレッサCより下流側の下流側吸気流路111bとを含む。上流側吸気流路111aは、図1中の吸気管37により画成される。下流側吸気流路111bは、図1中の掃気溜39により画成される。
The
排気流路112は、排気ポート25aを介して、エンジン1の燃焼室27と接続される。燃焼室27から排出される排気は、排気流路112を流通する。排気流路112には、過給機TCのタービンTが設けられる。排気流路112は、排気流路112におけるタービンTより上流側の上流側排気流路112aと、排気流路112におけるタービンTより下流側の下流側排気流路112bとを含む。上流側排気流路112aは、図1中の排気管33により画成される。下流側排気流路112bは、図1中の排出管35により画成される。
The
図2に示されるように、冷却システム100の吸気流路111には、吸気を冷却するための冷却器として、熱交換器131が設けられる。熱交換器131は、下流側吸気流路111bに設けられる。熱交換器131は、冷媒供給源191から供給される冷媒(例えば、真水)が循環する冷媒流路113aに設けられる。冷媒流路113aを流通する冷媒は、海水等により冷却される。下流側吸気流路111bを流通する吸気は、熱交換器131を流通する冷媒と熱交換することによって冷却される。
As shown in FIG. 2, the
また、図2に示されるように、冷却システム100の吸気流路111には、吸気を冷却するための冷却器として、熱交換器132および熱交換器133がさらに設けられる。熱交換器132は、上流側吸気流路111aに設けられる。熱交換器133は、下流側吸気流路111bにおける熱交換器131より下流側に設けられる。熱交換器132,133には、後述するように、気化冷却された冷媒(例えば、真水)が供給される。熱交換器132,133に供給される冷媒の温度は、熱交換器131に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路111aを流通する吸気は、熱交換器132を流通する気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路111bを流通する吸気は、熱交換器133を流通する気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
In addition, as shown in FIG. 2, the
冷却システム100では、熱交換器131に加えて熱交換器132,133により吸気が冷却されるので、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率が効果的に向上する。
In the
以下、冷却システム100のより詳細な構成について説明する。
A more detailed configuration of the
上流側吸気流路111aには、熱交換器132および気液分離器181が、上流側(つまり、吸気口側)からこの順に設けられる。熱交換器132により冷却された吸気に含まれる水分は、気液分離器181によって分離され、タンク121に送られる。下流側吸気流路111bには、熱交換器134、熱交換器131、熱交換器133および気液分離器182が、上流側(つまり、コンプレッサC側)からこの順に設けられる。熱交換器134は、後述するように、吸気の熱により蒸気を生じさせるために設けられる。熱交換器134,131,133により冷却された吸気に含まれる水分は、気液分離器182によって分離され、タンク121に送られる。
The
タンク121には、気液分離器181,182から送られる冷媒が貯留される。タンク121は、冷媒流路113bを介して冷媒供給源192と接続されている。冷媒流路113bには、開閉弁141が設けられている。開閉弁141を開くことにより、冷媒供給源192からタンク121に冷媒(例えば、真水)を供給することができる。タンク121は、冷媒流路113cを介してタンク122と接続されている。冷媒流路113cには、開閉弁142が設けられている。開閉弁142を開くことにより、タンク121からタンク122に冷媒を供給することができる。
The
タンク122には、熱交換器132,133に供給される冷媒が貯留される。タンク122は、冷媒流路113dを介して三方弁143と接続されている。冷媒流路113dには、三方弁143に向けて冷媒を送出する電動ポンプ151が設けられている。三方弁143は、冷媒流路113eを介して熱交換器132と接続されている。三方弁143は、冷媒流路113gを介して熱交換器133と接続されている。冷媒流路113dと冷媒流路113e,113gとが連通するように三方弁143を制御し、電動ポンプ151を駆動することにより、タンク122から熱交換器132,133に冷媒を供給することができる。熱交換器132,133を通過した冷媒は、冷媒流路113f,113hを通ってタンク122に戻される。
The
タンク122は、ガス流路114を介してエジェクタ171と接続されている。エジェクタ171は、後述するように、蒸気が流通する蒸気流路116に設けられる。エジェクタ171には、高圧の流体としての蒸気が供給される。タンク122内のガスは、エジェクタ171により生じる蒸気の流れで吸引される。タンク122内を減圧して、タンク122内の冷媒を気化冷却することができる。エジェクタ171を用いて冷媒を冷却することによって、大気圧下の冷媒よりも低温の過冷却冷媒を生成することができる。気化冷却された冷媒が熱交換器132,133に供給される。減圧用の電動ポンプを用いることなくタンク122内を減圧することができるので、電力消費量の増大を抑制することができる。
The
エジェクタ171に供給される蒸気を生成するための水は、タンク123に貯留されている。タンク123は、水流路115aを介して水供給源193と接続されている。水流路115aには、開閉弁144が設けられている。開閉弁144を開くことにより、水供給源193からタンク123に水(具体的には、真水)を供給することができる。タンク123は、水流路115bを介して熱交換器134と接続されている。水流路115bには、熱交換器134に向けて水を送出する電動ポンプ152が設けられている。電動ポンプ152を駆動することにより、タンク123から熱交換器134に水を供給することができる。
Water for generating steam supplied to the
熱交換器134を流通する水は、下流側吸気流路111bを流通する吸気の熱により暖められることによって、気化して蒸気となる。蒸気流路116は、蒸気流路116a、蒸気流路116b、蒸気流路116c、蒸気流路116dおよび蒸気流路116eを含む。熱交換器134は、蒸気流路116aを介して熱交換器135と接続されている。熱交換器135は、下流側排気流路112bに設けられる。熱交換器134において生じた蒸気は、蒸気流路116aを通って熱交換器135に供給される。熱交換器135に供給された蒸気の圧力は、下流側排気流路112bを流通する排気の熱により暖められることによって、より高くなる。熱交換器134に加えて熱交換器135に蒸気を通すことによって、高圧の流体としての蒸気を得ることができる。
The water flowing through the
熱交換器135は、蒸気流路116bを介して接続器161と接続されている。熱交換器135を通過した蒸気は、蒸気流路116bを通って接続器161に供給される。接続器161には、蒸気流路116cを介して蒸気供給源194が接続されている。蒸気供給源194は、吸気の熱および排気の熱以外の熱源により生じた蒸気を供給する供給源である。例えば、蒸気供給源194では、太陽光の熱を利用して蒸気が生じてもよい。また、例えば、蒸気供給源194では、船舶内のエンジン1以外の他の設備の排熱を利用して蒸気が生じてもよい。接続器161には、熱交換器134,135で生成された蒸気以外に、蒸気供給源194からも蒸気が供給される。
The
エジェクタ171の一端は、蒸気流路116dを介して接続器161と接続されている。エジェクタ171の他端は、蒸気流路116eを介して凝縮器183と接続されている。エジェクタ171内には、当該エジェクタ171の一端から他端に亘って貫通路が形成されている。接続器161から供給される蒸気は、エジェクタ171内の貫通路を通過する。エジェクタ171内の貫通路には、ガス流路114が接続されている。エジェクタ171内の蒸気の流れにより生じた負圧でガス流路114からエジェクタ171内にガスが吸引される。エジェクタ171により、タンク122内のガスが吸引される。エジェクタ171の他端から噴射される蒸気は、凝縮器183によって凝縮されて水になり、タンク123に送られる。凝縮器183内は、大気圧となっている。凝縮器183内には、蒸気を冷却する熱交換器が設けられている。
One end of the
冷却システム100は、吸気流路111に設けられる熱交換部(つまり、吸気と冷媒とを熱交換させる部分)で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク122を備える。冷却システム100は、蒸気流路116に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ171を備える。減圧用の電動ポンプを用いることなく、タンク122内を減圧してタンク122内の冷媒を気化冷却することができる。気化冷却された冷媒を用いて吸気の冷却が実現される。電力消費量の増大が抑制される。エンジン1の吸気を効果的に冷却することができる。エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度を効率的に増大させることができる。熱効率が効率的に向上する。
The
特に、冷却システム100では、吸気流路111に熱交換器132,133が上記熱交換部として設けられる。吸気は、熱交換器132,133を流通する冷媒と熱交換する。タンク121内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。
In particular, in the
冷却システム100では、上記熱交換部としての熱交換器132は、吸気流路111におけるコンプレッサCより上流側(つまり、上流側吸気流路111a)に設けられる。吸気流路111におけるコンプレッサCより上流側で、吸気が熱交換器132により冷却される。エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度は、コンプレッサCによる圧縮後の吸気の温度と比較して、コンプレッサCによる圧縮前の吸気の温度に強く依存する。冷却システム100のように、吸気流路111におけるコンプレッサCより上流側で、吸気を気化冷却された冷媒と熱交換させることによって、エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度をより効果的に増大させることができる。
In the
冷却システム100では、蒸気流路116は、吸気流路111に設けられる熱交換器134と接続される。エジェクタ171に供給される蒸気は、熱交換器134において、吸気の熱により生じる。エジェクタ171に供給される蒸気を吸気の熱により生じさせることによって、エンジン1の駆動に伴って生じる熱を有効に利用して吸気の冷却を実現することができる。
In
冷却システム100では、蒸気流路116は、排気流路112に設けられる熱交換器135と接続される。エジェクタ171に供給される蒸気は、熱交換器135において、排気の熱により生じる。エジェクタ171に供給される蒸気を排気の熱により生じさせることによって、エンジン1の駆動に伴って生じる熱を有効に利用して吸気の冷却を実現することができる。
In
<第2の実施形態>
図3を参照して、本開示の第2の実施形態について説明する。<Second embodiment>
A second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
図3は、本開示の第2の実施形態に係る冷却システム200の概略構成を示す模式図である。冷却システム200は、上述した冷却システム100と同様に、エンジン1の燃焼室27に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム200では、上述した冷却システム100と比較して、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換にノズルが用いられる点が異なる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図3に示されるように、冷却システム200の吸気流路111には、吸気を冷却するための冷却器として、上述した冷却システム100の熱交換器132および熱交換器133に替えて、ノズル201およびノズル202が設けられる。ノズル201は、上流側吸気流路111aに設けられる。ノズル202は、下流側吸気流路111bにおける熱交換器131より下流側に設けられる。ノズル201,202には、後述するように、気化冷却された冷媒(例えば、真水)が供給される。ノズル201,202は、供給される冷媒を吸気流路111に噴射する。ノズル201,202に供給される冷媒の温度は、熱交換器131に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路111aを流通する吸気は、ノズル201から噴射される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路111bを流通する吸気は、ノズル202から噴射される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
As shown in FIG. 3, in the
冷却システム200では、熱交換器131に加えてノズル201,202により吸気が冷却されるので、冷却システム100と同様に、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率が効果的に向上する。
In
以下、冷却システム200のより詳細な構成について説明する。
A more detailed configuration of the
冷却システム100と同様に、タンク122は、冷媒流路113dを介して三方弁143と接続されている。タンク122と三方弁143との間には、三方弁143に向けて冷媒を送出する電動ポンプ151が設けられている。冷却システム100と異なり、三方弁143は、冷媒流路213aを介してノズル201と接続されている。三方弁143は、冷媒流路213bを介してノズル202と接続されている。
As in the
タンク122内のガスは、エジェクタ171により蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。冷媒流路113dと冷媒流路213a,213bとが連通するように三方弁143を制御し、電動ポンプ151を駆動することにより、タンク122からノズル201,202に気化冷却された冷媒を供給することができる。
The gas in the
冷却システム200は、冷却システム100と同様に、吸気流路111に設けられる熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク122を備える。冷却システム200は、蒸気流路116に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ171を備える。冷却システム100と同様に、電力消費量の増大を抑制することができる。エンジン1の吸気を効果的に冷却することができる。
Like the
特に、冷却システム200では、吸気流路111にノズル201,202が上記熱交換部として設けられる。吸気は、ノズル201,202から噴射される冷媒と熱交換する。タンク122内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。ノズル201,202は、例えば熱交換器132,133と比較して、安価である。タンク122内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を低コストで実現することができる。
In particular, in the
<第3の実施形態>
図4を参照して、本開示の第3の実施形態について説明する。<Third embodiment>
A third embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
図4は、本開示の第3の実施形態に係る冷却システム300の概略構成を示す模式図である。冷却システム300は、上述した冷却システム100と同様に、エンジン1の燃焼室27に送られる吸気を冷却するためのシステムである。冷却システム300では、上述した冷却システム100と比較して、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換が当該冷媒を貯留するタンクを介して行われる点が異なる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a
図4に示されるように、冷却システム300の吸気流路111には、吸気を冷却するための冷却器として、上述した冷却システム100の熱交換器132および熱交換器133に替えて、タンク301およびタンク302が設けられる。タンク301は、上流側吸気流路111aに設けられる。タンク302は、下流側吸気流路111bにおける熱交換器131より下流側に設けられる。タンク301,302には、後述するように、気化冷却される冷媒(例えば、真水)が貯留される。タンク301,302は、冷媒を貯留する機能の他に、熱交換器としての機能も有する。タンク301,302に貯留される冷媒の温度は、熱交換器131に供給される冷媒の温度よりも低い。上流側吸気流路111aを流通する吸気は、タンク301に貯留される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。下流側吸気流路111bを流通する吸気は、タンク302に貯留される気化冷却された冷媒と熱交換することによって冷却される。
As shown in FIG. 4, in the
冷却システム300では、熱交換器131に加えてタンク301,302により吸気が冷却される。冷却システム100と同様に、気化冷却された冷媒によって吸気を効果的に冷却することができる。エンジン1の燃焼室27に送られる吸気の密度を効果的に増大させることができるので、熱効率を効果的に向上させることができる。
In
以下、冷却システム300のより詳細な構成について説明する。
A more detailed configuration of the
冷却システム100と異なり、タンク121は、冷媒流路113c,313a,313bを介してタンク301,302と接続されている。具体的には、タンク121は、冷媒流路113cの一端と接続されている。冷媒流路113cの他端は、冷媒流路313aを介してタンク301と接続されている。冷媒流路313aには、開閉弁341が設けられている。開閉弁341を開くことにより、タンク121からタンク301に冷媒を供給することができる。冷媒流路113cの他端は、冷媒流路313bを介してタンク302と接続されている。冷媒流路313bには、開閉弁342が設けられている。開閉弁342を開くことにより、タンク121からタンク302に冷媒を供給することができる。
Unlike the
タンク301は、ガス流路314aを介してエジェクタ371と接続されている。タンク302は、ガス流路314bを介してエジェクタ372と接続されている。エジェクタ371,372には、後述するように、蒸気が供給される。タンク301内のガスは、エジェクタ371により生じる蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。タンク302内のガスは、エジェクタ372により生じる蒸気の流れで吸引されることによって、気化冷却される。
The
タンク301には、吸気が通過する通気管301aが設けられている。通気管301aの内周側を吸気が通過する。通気管301aの外周面は、タンク301内の冷媒と接触する。タンク301内の冷媒と通気管301aを通過する吸気とは、通気管301aを介して熱交換する。通気管301aは、金属等の高い熱伝導性を有する材料によって形成されることが好ましい。タンク301には、例えば、複数の通気管301aがタンク301を貫通して設けられる。なお、通気管301aの数および通気管301aのタンク301内での配置は、特に限定されない。
The
蒸気流路116は、蒸気流路116a、蒸気流路116b、蒸気流路116c、蒸気流路116f、蒸気流路116g、蒸気流路116hおよび蒸気流路116iを含む。エジェクタ371の一端は、蒸気流路116fを介して接続器161と接続されている。エジェクタ371の他端は、蒸気流路116gを介して凝縮器183と接続されている。接続器161から蒸気流路116fを介して供給される蒸気は、エジェクタ371内の貫通路を通過して、凝縮器183に送られる。蒸気が通過するエジェクタ371内の貫通路には、ガス流路314aが接続されている。エジェクタ371内の蒸気の流れにより生じた負圧でタンク301内のガスが吸引される。
エジェクタ372の一端は、蒸気流路116hを介して接続器161と接続されている。エジェクタ372の他端は、蒸気流路116iを介して凝縮器183と接続されている。接続器161から蒸気流路116hを介して供給される蒸気は、エジェクタ372内の貫通路を通過して、凝縮器183に送られる。蒸気が通過するエジェクタ372内の貫通路には、ガス流路314bが接続されている。エジェクタ372内の蒸気の流れにより生じた負圧でタンク302内のガスが吸引される。
One end of the
冷却システム300は、冷却システム100と同様に、吸気流路111に設けられる熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクとしてタンク301,302を備える。冷却システム300は、蒸気流路116に設けられ、上記冷媒タンクと接続されるエジェクタとしてエジェクタ371,372を備える。冷却システム100と同様に、電力消費量の増大を抑制することができる。エンジン1の吸気を効果的に冷却することができる。
Similar to cooling
特に、冷却システム300では、上記冷媒タンクとしてのタンク301,302は、吸気流路111に設けられ、タンク301,302に通気管301a,302aが上記熱交換部として設けられる。吸気は、タンク301,302に貯留される冷媒と熱交換する。それにより、タンク301,302内で気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を適切に実現することができる。さらに、気化冷却される冷媒が貯留されるタンクから他の冷却用の機器までの冷媒流路(例えば、冷却システム100におけるタンク122から熱交換器132,133までの冷媒流路113d,113e,113g等)を省略することができる。気化冷却された冷媒を用いた吸気の冷却を、少ないスペースかつ少ない冷媒量で実現することができる。
In particular, in the
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above embodiments. It is clear that a person skilled in the art can conceive of various modifications or modifications within the scope of the claims, and it is understood that these also belong to the technical scope of the present disclosure. be done.
上記では、船舶用のクロスヘッド型のエンジン1の吸気を冷却するための冷却システム100,200,300について説明した。しかしながら、本開示に係る冷却システムは、エンジン1以外の他の内燃機関(例えば、トランクピストン型のエンジン、船舶以外の移動体に搭載されるエンジンまたはガスタービンエンジン等)の吸気を冷却するための冷却システムであってもよい。
The cooling
上記では、上流側吸気流路111aおよび下流側吸気流路111bの双方で、吸気が気化冷却された冷媒と熱交換する例を説明した。しかしながら、上流側吸気流路111aまたは下流側吸気流路111bの一方のみで、吸気が気化冷却された冷媒と熱交換してもよい。例えば、冷却システム100から熱交換器132または熱交換器133の一方が省略されてもよい。また、例えば、冷却システム200からノズル201またはノズル202の一方が省略されてもよい。また、例えば、冷却システム300からタンク301またはタンク302の一方が省略されてもよい。
An example has been described above in which the intake air is heat-exchanged with the evaporatively cooled refrigerant in both the
上記では、上流側吸気流路111aと下流側吸気流路111bとの間で、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換の方法が同様である例を説明した。しかしながら、上流側吸気流路111aと下流側吸気流路111bとの間で、気化冷却された冷媒と吸気との熱交換の方法が異なっていてもよい。例えば、冷却システム100における熱交換器132が冷却システム200におけるノズル201または冷却システム300におけるタンク301に置き換えられてもよい。冷却システム100における熱交換器133が冷却システム200におけるノズル202または冷却システム300におけるタンク302に置き換えられてもよい。冷却システム200におけるノズル201が冷却システム300におけるタンク301に置き換えられてもよい。冷却システム200におけるノズル202が冷却システム300におけるタンク302に置き換えられてもよい。
An example has been described above in which the method of heat exchange between the vaporized and cooled refrigerant and the intake air is the same between the
上記では、エジェクタ171,371,372に供給される蒸気を生じさせる蒸気供給源が熱交換器134,135および蒸気供給源194である例を説明した。しかしながら、蒸気供給源は、熱交換器134,135および蒸気供給源194の一部であってもよい。例えば、蒸気供給源は、熱交換器134,135および蒸気供給源194のうちのいずれか1つであってもよい。ただし、蒸気供給源で蒸気を生じさせるための熱源の温度は高いことが好ましい。
The above describes an example in which the
上記で説明した冷却システム300のようにエジェクタの数が複数である場合、各エジェクタに供給される蒸気を生じさせる蒸気供給源が異なっていてもよい。例えば、冷却システム300において、熱交換器135で生じた蒸気がエジェクタ371のみに供給され、熱交換器134で生じた蒸気がエジェクタ372のみに供給されるように、水および蒸気の回路が形成されていてもよい。また、このように、複数のエジェクタ間で蒸気供給源が異なる場合、減圧の対象となるタンクとエジェクタの組み合わせは、適宜設定されてよい。冷却システム100における熱交換器132,133の各々に異なるタンクが接続される場合、各タンクと接続されるエジェクタは異なっていてもよい。冷却システム200におけるノズル201,202の各々に異なるタンクが接続される場合、各タンクと接続されるエジェクタは異なっていてもよい。
In the case of multiple ejectors, such as the
上記で説明した冷却システム100,200,300に対して一部の構成要素を追加、削除または変更してもよい。例えば、エジェクタ171,371,372の下流側に真空ポンプを追加してもよい。エジェクタ171,371,372における蒸気の流速を上昇させることができるので、タンク122,301,302内のガスの吸引能力を向上させることができる。
Certain components may be added, deleted or changed to the
本開示は、冷却システムに利用することができる。 The present disclosure can be utilized in cooling systems.
1:エンジン(内燃機関) 27:燃焼室 100,200,300:冷却システム 111:吸気流路 112:排気流路 121,123:タンク 122:タンク(冷媒タンク) 131,134,135:熱交換器 132,133:熱交換器(熱交換部) 141,142,144:開閉弁 143:三方弁 151,152:電動ポンプ 161:接続器 171,371,372:エジェクタ 181,182:気液分離器 183:凝縮器 191,192:冷媒供給源 193:水供給源 194:蒸気供給源 201,202:ノズル(熱交換部) 301,302:タンク(冷媒タンク) 301a,302a:通気管(熱交換部) 341,342:開閉弁 TC:過給機 C:コンプレッサ T:タービン
1: Engine (internal combustion engine) 27:
Claims (5)
前記熱交換部で熱交換される冷媒が貯留される冷媒タンクと、
前記冷媒タンクに貯蔵される冷媒と前記吸気流路を流通する吸気との熱交換が行われる前記熱交換部を通過しない蒸気流路に設けられ、前記冷媒タンクと接続され、前記冷媒タンク内のガスを吸引するエジェクタと、
を備え、
前記蒸気流路は、前記吸気流路に設けられ前記熱交換部とは異なる熱交換器、および、前記内燃機関と接続される排気流路に設けられる熱交換器と接続され、
前記吸気流路に設けられ前記熱交換部とは異なる熱交換器において、前記蒸気流路を流通する水と前記吸気流路を流通する吸気との熱交換が行われ、
前記排気流路に設けられる熱交換器において、前記吸気流路に設けられ前記熱交換部とは異なる熱交換器において生じた蒸気と前記排気流路を流通する排気との熱交換が行われる、
冷却システム。 a heat exchange section provided in an intake flow path connected to an internal combustion engine;
a refrigerant tank in which refrigerant heat-exchanged in the heat exchange unit is stored;
provided in a vapor flow path that does not pass through the heat exchange portion where heat exchange between refrigerant stored in the refrigerant tank and intake air flowing through the intake flow path is performed, is connected to the refrigerant tank , and is connected to the refrigerant tank; an ejector for sucking gas ;
with
the steam flow path is connected to a heat exchanger different from the heat exchange section provided in the intake flow path and a heat exchanger provided in an exhaust flow path connected to the internal combustion engine;
heat exchange between water flowing through the steam flow path and intake air flowing through the air intake flow path in a heat exchanger provided in the air intake flow path and different from the heat exchange unit;
In the heat exchanger provided in the exhaust flow path, heat exchange is performed between steam generated in a heat exchanger provided in the intake flow path and different from the heat exchange section and exhaust gas flowing through the exhaust flow path,
cooling system.
請求項1に記載の冷却システム。 The heat exchange unit includes a heat exchanger provided in the intake flow path,
A cooling system according to claim 1 .
請求項1または2に記載の冷却システム。 The heat exchange unit includes a nozzle provided in the intake flow path,
3. A cooling system according to claim 1 or 2.
前記熱交換部は、前記冷媒タンクに設けられる通気管を含む、
請求項1~3のいずれか一項に記載の冷却システム。 The refrigerant tank is provided in the intake flow path,
The heat exchange unit includes a vent pipe provided in the refrigerant tank,
A cooling system according to any one of claims 1-3.
前記熱交換部は、前記吸気流路における前記コンプレッサより上流側に設けられる、
請求項1~4のいずれか一項に記載の冷却システム。 A compressor is provided in the intake flow path,
The heat exchange section is provided upstream of the compressor in the intake flow path,
A cooling system according to any one of claims 1-4.
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