JPH02102355A - エンジンの排熱回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの排熱をエンジン冷却水を介してウ
ォータジャケット及び排気熱吸収用熱交換器で吸収する
とともに、その吸収熱をエンジン排熱回収用熱交換器で
回収するようにしたエンジンの排熱回収装置に関し、排
熱回収の負荷か部分負荷又は無負荷の場合でもエンジン
のオーバーヒートを防止できる技術である。

（従来の技術） コ（７）　種（Ｄエンジンの排熱回収装置には、従来で
は、米国特許Ｎｏ、　４．２２６．２１４に記載された
ものがある。

コレハ、第４図に示すように、エンジン１で発電機Ｇを
駆動して電力を供給するとともに、エンジン１の排熱を
給湯器等の外部熱負荷１００へ回収するようにしたもの
で、次のように構成されている。

即ち、エンジン１のウォータジャケット２に、排気熱吸
収用熱交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排
熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８
を順に直列循環状に連通連結することにより、冷水路８
・ウォータジャケット２・排気熱吸収路４及び温水路５
でエンジン冷却水路１０１を構成する。そして、エンジ
ン１の排熱をエンジン冷却水路１０１のエンジン冷却水
を介してウォータジャケット２及び排気熱吸収用熱交換
器３で吸収するとともに、その吸収熱をエンジン排熱回
収用熱交換器６の受熱路３８を介して外部熱負荷１００
に放熱するのである。

（発明が解決しようとする課題） 上記の従来技術では、外部熱負荷１００の排熱回収負荷
が部分負荷になったり無負荷になったりした場合に、排
熱回収用熱交換器６の受熱路３８からの放熱量が減少す
るか又は無くなるため、エンジン冷却水路１０１内のエ
ンジン冷却水の温度が上昇して、エンジン１がオーバー
ヒートするという問題がある。

本発明は、排熱回収負荷が部分負荷又は無負荷の場合で
もエンジンのオーバーヒートを防止することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、排熱回収装置を
次のように構成したことを特徴としている。

例えば第１図と第２図に示すように、 エンジン１のウォータジャケット２に、排気熱吸収用熱
交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排熱回収
用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８を順に
直列循環状に連通連結し、エンジン排熱回収用熱交換器
６の受熱路３８に排熱回収液入口路４１及び排熱回収液
出口路４２を接続して排熱回収路４５を構成したエンジ
ンの排熱回収装置において、 エンジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７にラ
ジェータ９の放熱路１０を並列状に接続し、 冷水路８・ウォータジャケット２・排熱吸収路４・及び
温水路５から成るエンジン冷却水路１１に対して、熱回
収用授熱路７と放熱路１０とを、切換弁１２で切換え接
続可能に構成し、エンジン冷却水路１１に温度センサ１
３を設け、温度センサ１３に弁切換用制御装置１４を介
して切換弁１２を切換制御可能に連携し、 温度センサ１３は、エンジン冷却水路１１を通過するエ
ンジン冷却水の水温を検出するものであって、 そのエンジン冷却水温の検出温度ＴＩが、放熱開始用設
定温度Ｔ、□以上になった場合には、弁切換用制御装置
１４が切換弁１２を熱回収用状態から放熱用状態へ切換
えて、熱回収用授熱路７を閉止させるとともに、放熱路
１０を開通させ、そのエンジン冷却水温の検出温度Ｔ１
が、放熱開始用設定温度ＴＩ）ｌよりも低い放熱終了用
設定温度Ｔ　ＩＬ以下になった場合には、切換弁１２を
放熱用状態から熱回収用状態へ切換えて、放熱路１０を
閉止させるとともに、熱回収用授熱路７を開通させるよ
うに構成し、 排熱回収路４５に排熱回収液の送液量低下検出手段４７
を設け、排熱回収路４５内を流れる排熱回収液の送液量
が異常低下するか無くなるかした場合に、これを送液量
低下検出手段４７か検出することに基づき、温度センサ
１３からの指令信号に優先させて弁切換用制御装置１４
を制御作動させて、切換弁１２を放熱用状態に保持する
ように構成したものである。

上記の送液量低下検出手段４７としては、第１図に示す
ように、次のものが考えられる。

（１）排熱回収路４５の排熱回収液の回収ポンプ３７か
運転状態であるか否かを検出するもの。

（２）排熱回収路４５に設けた圧力センサ４９の検出圧
力Ｐ５によるもの。

（３）排熱回収路４５に設けた流量センサ５０の検出流
量Ｆ８によるもの。

（４）エンジン排熱回収用熱交換器６の受熱路３８内の
排熱回収液の液温を検出する温度センサ５１を設け、排
熱回収液の送液量が異常低下するか無くなるかした場合
に、受熱路３８内に滞留するか少量たけ流れる排熱回収
液がエンジン冷却水からの受熱て温度上昇することを利
用するもの。

（作用） 本発明は、例えば第１図と第２図に示すように、次のよ
うに作用する。

エンジン冷却水の水温が、放熱終了用設定温度Ｔ　ＩＬ
から放熱開始用設定温度Ｔ８４．に上昇するまでの間で
は、切換弁１２が熱回収用状態に切換えられ、エンジン
冷却水が冷水路８・ウォータシャケ・ノド２・排熱吸収
路４・エンジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路
７の経路で循環する。これにより、エンジン１の排熱を
エンジン排熱回収用熱交換器６から排熱回収路４５の回
収液へ放熱して、エンジン冷却水を冷却し、エンジン１
のオーバーヒートを防止する。

この排熱回収状態において、排熱回収負荷が部分負荷又
は無負荷になり、エンジン排熱回収用熱交換器６の受熱
路３８からの放熱量か減少して、エンジン冷却水の水温
が放熱開始用設定温度Ｔ　、Ｈ以上の温度に上昇すると
、切換弁１２が放熱用状態に切換えられ、エンジン冷却
水が冷水路８・ウォータジャケット２・排熱吸収路４・
ラジェータ９の放熱路１０の経路で循環する。これによ
り、エンジン１の排熱をラジェータ９の放熱路１０から
放熱して、エンジン冷却水を冷却し、エンジン１のオー
バーヒートを防止する。

また、上記の排熱回収装置の運転中に、排熱回収路４５
内を流れる排熱回収液の送液量か異常低下するか無くな
るかした場合には、これを送液量低下検出手段４７が検
出することに基つき、温度センサ１３からの指令信号に
優先させて弁切換用制御装置１４を制御作動させて、切
換弁１２を放熱用状態に保持するように構成したので、
放熱用状態と熱回収用状態との切換えにハンチングが起
きるのを防止できる。

即ち、温度センサ１３からの指令信号たけで切換弁１２
を熱回収用状態と放熱用状態とに切換え操作するだけで
は、熱回収用状態で運転中に排熱回収液の送液量が異常
低下するか無（なるかした場合に、エンジン排熱回収用
熱交換器６からの放熱量が異常低下するか無くなるため
、エンジン冷却水の水温が急速に上昇して短時間のうち
に放熱開始用設定温度Ｔｌ１１以上の温度になり、切換
弁１２を熱回収用状態から放熱用状態に切換える。そし
て、この放熱用状態では、エンジン冷却水がラジェータ
９で冷却されて放熱終了用設定温度Ｔ２３、以下の温度
にまで急速に下降するので、切換弁１２が短時間のうち
に放熱用状態から熱回収用状態へ切換えられる。すると
、前記の排熱回収液の異常低下又は断水に伴うエンジン
排熱回収用熱交換器６の放熱不足で、切換弁１２が短時
間のうちに再び熱回収用状態から放熱用状態へ切換えら
れ、これが繰り返されて切換弁１２のハンチングか起き
るのである。

本発明によれば、排熱回収液の送液量が異常低下するか
無くなるかした場合に、切換弁１２か熱回収用状態であ
ればこれを放熱用状態に切換えるとともに、切換弁１２
が放熱用状態であればそのまま放熱状態を保つように制
御したので、上記のハンチングを防止できる。

（発明の効果） 本発明は、上記のように構成され作用することから次の
効果を奏する。

排熱回収状態では、切換弁が回収用状態に切換えられ、
エンジンの排熱をエンジン排熱回収用熱交換器の受熱路
から放熱して、エンジン冷却水を冷却し、エンジンのオ
ーバーヒートを防止する。

この排熱回収状態において、排熱回収負荷が部分負荷又
は無負荷になり、エンジン排熱回収用熱交換器の受熱路
からの放熱量が減少するか又は無くなるかして、エンジ
ン冷却水の水温が放熱開始用設定温度以上の温度に上昇
すると、切換弁か放熱用状態に切換えられ、エンジンの
排熱をラジェータの放熱路から放熱して、エンジン冷却
水を冷却し、エンジンのオーバーヒートを防止する。

上記の排熱回収装置の運転中に、排熱回収液の送液量か
異常低下するか無くなるかした場合に、切換弁が熱回収
用状態であればこれを放熱用状態に切換えるとともに、
切換弁か放熱用状態であればそのまま放熱状態を保つよ
うに制御したので、熱回収用状態と放熱用状態との切換
えにノ＼ンチングが起きるのを防止できる。

従って、切換弁は、頻繁な切換えが起こらなくなるので
、弁座や弁面の摩耗が防止され、寿命が延びる。

また、放熱用状態と熱回収用状態との頻繁な切換えが起
こらないことから、エンジン冷却水の温度変化幅が小さ
くてすむ。このため、エンジンのシリンダや排気熱吸収
用熱交換器は、熱疲労が少なくてすみ、耐久性が向上す
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面て説明する。

第１図は、エンジンの排熱回収装置の全体系統図を示し
、燃料ガスで運転されるエンジン１で発電機Ｇを駆動し
て電力を供給するとともに、エンジン１の排熱を給湯器
からなる外部熱負荷Ｉ００へ回収するように構成したも
のである。

まず、エンジン１の冷却水回路を説明する。

エンジンｌのウォータジャケット２に、排気熱吸収用熱
交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排熱回収
用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８が順に
直列循環状に連通連結されるとともに、冷水路８にエン
ジン冷却水循環ポンプ２０が介装される。このエンジン
冷却水循環ポンプ２０は、電動式に構成されており、バ
ッテリ２７の電力で駆動される。また、エンジン排熱回
収用熱交換器６の熱回収用授熱路７にラジェータ９の放
熱路ＩＯが並列状に接続される。ラジェータ９には電動
式のラジェータファン２８で冷却風か送風される。なお
、排気熱吸収用熱交換器３の排熱吸収路４の下流側には
サーモスタット弁２９が設けられており、エンジン１の
冷機始動時に、エンジン冷却水か、エンジン排熱回収用
熱交換器６及びラジェータ９をバイパスして、定常温度
にまで急速に昇温するようになっている。

上記の冷水路８・ウォータジャケット２・排気熱吸収路
４・及び温水路５でエンジン冷却水路１１か構成されて
いる。このエンジン冷却水路１１に対して、熱回収用授
熱路７と放熱路１ｏとが切換弁１２で切換え接続可能に
構成される。この切換弁１２は、熱回収用電磁弁３１と
放熱用電磁弁３２との二つの電磁弁からなる。

一方、エンジン１の排気ガスは、排気熱吸収用熱交換器
３の排気ガス流路３４を経てマフラ３５から外部へ排出
される。

次に、排熱回収液の回路について説明する。これは、外
部熱負荷１００に貯溜した排熱回収液を回収ポンプ３７
からエンジン排熱回収用熱交換器６の受熱路３８を経て
外部熱負荷１００に戻すようになっている。この受熱路
３８と排熱回収液入１路４１及び排熱回収液出口路４２
で排熱回収路４５か構成されている。

上記の排熱回収装置の電気制御装置の構成は次のように
なっている。同上第１図において、符号４０は、制御電
源人力用の制御盤である。また、エンジン冷却水路１１
の途中部でサーモスタット弁２９の下流側に温度センサ
１３が設けられるとともに、排熱回収液出口路４２に温
度センサ４３が設けられる。各温度センサ１３・４３は
、それぞれ、エンジン冷却水の検出温度Ｔ１・排熱回収
液の検出温度Ｔ、を検出して、弁切換用制御装置１４を
介して切換弁１２を切換制御するようになっている。ま
た、排熱回収路４５に排熱回収液の送液量低下検出手段
４７か設けられる。この送液量低下検出手段４７は、回
収ポンプ３７が運転しているか否かを電気的に検出する
ことに基づき、温度センサ１３からの指令信号に優先さ
せて弁切換用制御装置１４を制御作動させて、切換弁１
２を放熱用状態に保持するように構成しである。

上記の制御装置は、第２図に示す制御プログラムを実行
するようになっている。

排熱回収装置が運転を開始すると（Ｓｌ）、回収ポンプ
３７か運転か否かが判断され（Ｓ２）、運転状態であれ
ば、エンジン冷却水の検出温度Ｔ、が放熱開始用設定温
度Ｔ、、（ここでは９０°Ｃ）よりも低いか否かが判定
される（Ｓ３）。設定温度Ｔ１Ｈ（９０°Ｃ）よりも低
い場合には、回収液の検出温度Ｔ。

が放熱開始用設定温度Ｔ２）１（ここでは８０°Ｃ）よ
りも低いか否かが判定される（Ｓ４）。設定温度Ｔ　Ｐ
Ｈ（８０°Ｃ）よりも低い場合には、切換弁１２が熱回
収用状態に切換えられ（Ｓ５）、Ｓ２の段階にもどされ
る。

また、Ｓ２の段階において回収ポンプ３７が運転してな
い場合、Ｓ３の段階においてエンジン冷却水の検出温度
Ｔ、が設定温度Ｔ　、Ｈ（９０°Ｃ）以上の場合、Ｓ４
の段階において回収液の検出温度Ｔ２が放熱開始用設定
温度Ｔｒｏ（８０°Ｃ）以上の場合には、切換弁１２が
放熱用状態に切換えられる（Ｓ６）。次いで、回収ポン
プ３７が運転か否かが判断され（Ｓ７）、運転の場合に
は、エンジン冷却水の検出温度Ｔ１が放熱終了用設定温
度Ｔ、Ｌ（ここでは８２°Ｃ）以下か否かが判断される
（Ｓ８）。設定温度ＴＩＬ（８２°Ｃ）以下の場合には
、回収液の検出温度Ｔ２か、放熱終了用設定温度Ｔ２．
（ここでは７２°Ｃ）以下か否かが判断される（Ｓ９）
。設定温度Ｔ、Ｌ（７２°Ｃ）以下の場合には、Ｓ２の
段階にもどされる。

上記Ｓ７の段階において回収ポンプ３７が運転してない
場合、Ｓ８の段階においてエンジン冷却水の検出温度Ｔ
、が放熱終了用設定温度Ｔ　、Ｌ（８２０Ｃ）よりも高
い場合、Ｓ９の段階において回収液の検出温度Ｔ、が放
熱終了用設定温度Ｔ、Ｉ−（７２°Ｃ）よりも高い場合
には、Ｓ６の段階に戻されて放熱用状態に保たれるので
ある。

このように構成して、両電磁弁３１・３２からなる切換
弁１２を熱回収用状態と放熱用状態とに切換え操作する
ことにより、第３図に示すように、エンジン冷却水の温
度が放熱開始用設定温度Ｔ１．４（９０°Ｃ）と放熱終
了用設定温度ＴＩＩ、（８２°Ｃ）との間に保たれると
ともに、回収液の温度が、放熱量始用設定温度Ｔ３．（
８０°Ｃ）と放熱終了用設定温度ＴｔＬ（７２°Ｃ）と
の間に保たれる。これにより、エンジン冷却水を一定範
囲に保ってエンジン１のオーバーヒートを防止できると
ともに、外部熱負荷１００の負荷変動に拘わらず、回収
液を一定範囲の所望温度で取り出せる。

また、排熱回収装置は、回収ポンプ３７が運転状態でな
いときには放熱用状態に切換えられてその状態に保持さ
れるので、エンジン冷却水がラジェータ９で冷却されて
温度低下しても回収状態へ切換わることがなくなる。こ
れにより、回収ポンプ３７か停止したときに、放熱用状
態と熱回収状態との頻繁な切換えがなくなる。

なお、送液量低下検出手段４７は、回収ポンプ３７の運
転状態を検出するものに代えて、次のように変形できる
（第１図参照）。

（第１変形例） 排熱回収路４５の排熱回収液出口路４２に圧力センサ４
９を設け、圧力センサ４９の検出圧力Ｐｓて、排熱回収
液の送液量か異常低下したか無くなつた場合の指令信号
を出すようにしたもの。

（第２変形例） 排熱回収路４５の排熱回収液出口路４２に流量センサ５
０を設け、流量センサ５０の検出流量Ｆ　ｓで、排熱回
収液の送液量が異常低下したか無くなった場合の指令信
号を出すようにしたもの。

（第３変形例） エンジン排熱回収用熱交換器６の受熱路３８内の排熱回
収液の液温を検出する温度センサ５１を設け、排熱回収
液の送液量が異常低下するか無くなるかした場合に、受
熱路３８内に滞留するか少量流れる排熱回収液がエンジ
ン冷却水からの受熱て異常温度上昇するのを利用して、
指令信号を出すようにしたもの。

なお、排熱回収液の送液量が異常低下するか無くなるか
した場合の回収・放熱の切換えのハンチングを防止する
ために、排熱回収液の温度制御を、排熱回収液出口路４
２の温度センサ４３に代えて上記の温度センサ５１で行
うことも可能である。

即ち、受熱路３８内の温度センサ５１の検出温度Ｔ３は
、排熱回収液の送液量が異常低下するが無くなるかした
場合でも、熱回収用状態では、エンジン冷却水からの伝
熱で温度低下しにくい。そのため、放熱終了用設定温度
（７２°Ｃ）に下がるまでには十分な時間を確保でき、
放熱用状態か比較的長い時間保持されるので、頻繁な切
換えを防止できるのである。

また、熱回収用状態と放熱用状態との切換えは、排熱回
収液の温度を所定の温度幅に保つ必要がない場合には、
温度センサ４３を省略して、温度センサ１３たけて行う
ことも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図は本発明の実施例を示し、第１図は全
体系統図、第２図は制御プログラム図、第３図はエンジ
ン冷却水及び回収液の温度変化を示す図である。 第４図は、従来例を示す全体系統図である。 １・・エンジン、２　、ウォータジャケット、３・・排
気熱吸収用熱交換器、４・・・排熱吸収路、５・・・温
水路、６・・・エンジン排熱回収用熱交換器、７・・・
熱回収用状態路、８・・・冷水路、９・・ラジェータ、
１０・・・放熱路、１１・・・エンジン冷却水路、１２
・・・切換弁、１３・・・温度センサ、１４・・・弁切
換用制御装置、３８・・・受熱路、４１・・・排熱回収
液入口路、４２・排熱回収液出口路、４５・・・排熱回
収路、４７・・・送液量低下検出手段、 Ｔ、・・・エンジン冷却水温の検出温度、１゛、□・・
放熱開始用設定温度、 Ｔ　ＩＬ・・・放熱終了用設定温度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン（１）のウォータジャケット（２）に、排
   気熱吸収用熱交換器（３）の排熱吸収路（４）・温水路
   （５）・エンジン排熱回収用熱交換器（６）の熱回収用
   授熱路（７）・及び冷水路（８）を順に直列循環状に連
   通連結し、エンジン排熱回収用熱交換器（６）の受熱路
   （３８）に排熱回収液入口路（４１）及び排熱回収液出
   口路（４２）を接続して排熱回収路（４５）を構成した
   エンジンの排熱回収装置において、 エンジン排熱回収用熱交換器（６）の熱回収用授熱路（
   ７）にラジエータ（９）の放熱路（１０）を並列状に接
   続し、 冷水路（８）・ウォータジャケット（２）・排熱吸収路
   （４）・及び温水路（５）から成るエンジン冷却水路（
   １１）に対して、熱回収用授熱路（７）と放熱路（１０
   ）とを、切換弁（１２）で切換え接続可能に構成し、 エンジン冷却水路（１１）に温度センサ（１３）を設け
   、温度センサ（１３）に弁切換用制御装置（１４）を介
   して切換弁（１２）を切換制御可能に連携し、 温度センサ（１３）は、エンジン冷却水路（１１）を通
   過するエンジン冷却水の水温を検出するものであって、 そのエンジン冷却水温の検出温度（Ｔ＿１）が、放熱開
   始用設定温度（Ｔ＿１＿Ｈ）以上になった場合には、弁
   切換用制御装置（１４）が切換弁（１２）を熱回収用状
   態から放熱用状態へ切換えて、熱回収用授熱路（７）を
   閉止させるとともに、放熱路（１０）を開通させ、 そのエンジン冷却水温の検出温度（Ｔ＿１）が、放熱開
   始用設定温度（Ｔ＿１＿Ｈ）よりも低い放熱終了用設定
   温度（Ｔ＿１＿Ｌ）以下になった場合には、切換弁（１
   ２）を放熱用状態から熱回収用状態へ切換えて、放熱路
   （１０）を閉止させるとともに、熱回収用授熱路（７）
   を開通させるように構成し、 排熱回収路（４５）に排熱回収液の送液量低下検出手段
   （４７）を設け、排熱回収路（４５）内を流れる排熱回
   収液の送液量が異常低下するか無くなるかした場合に、
   これを送液量低下検出手段（４７）が検出することに基
   づき、温度センサ（１３）からの指令信号に優先させて
   弁切換用制御装置（１４）を制御作動させて、切換弁（
   １２）を放熱用状態に保持するように構成したことを特
   徴とするエンジンの排熱回収装置。