JPH02104956A - 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、発電機やエヤーコンプレッサ等の作業装置を
駆動するエンジンの排熱を、給湯や暖房に利用するため
に回収する装置に関する。

（従来の技術） エンジンの排熱回収装置の一例として、Ｕ、Ｓ。

Ｐ、４２２６２１４号公報で示されるものが知られてい
る。

これは、第４図に示すように、発電ｆｉ（Ｇ）を駆動す
るエンジン（Ｅ）のウォータージャケット（１）から導
出したエンジン冷却水を、エンジン排気を熱源とする排
気熱吸収器（３）に供給して吸熱させ、ここでの吸熱に
よって昇温したエンジン冷却水を排熱回収器（４）に導
いて、ここに供給される吸熱用液体（水）に放熱させ、
この放熱によって降温したエンジン冷却水をエンジン下
部のオイル留め（１４）に設置した吸熱部（１５）に供
給して、ここに留められた潤滑油を吸熱冷却し、その後
、ウォーターポンプ（７）を介してエンジン（Ｅ）のウ
ォータージャケット（１）に戻すようにエンジン冷却水
循環流路が構成され、又、排熱回収器（４）での吸熱に
よって昇温した吸熱用液体が暖房設備や給湯設備などの
熱負荷装置（５）に導かれる上うになっている。

更に、排熱回収器（４）の入口側のエンジン冷却水流路
−）と出口側のエンジン冷却水流路（ｎ）とを短絡する
バイパス流路（ｏ）が形成されるとともに、コノバイパ
ス流路（０）の出口部にはエンジン冷却水温度が低い時
にバイパス流路（０）を開いて排気熱吸収器（３）から
のエンジン冷却水を排熱回収器（４）に通すことなく短
絡循環流動させて、エンジン（Ｅ）の暖機運転時におけ
るエンジン冷却水の早期昇温を図るように構成されてい
る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来構成においては、エンジン（Ｅ）が高
負荷運転されている状態で冷えきった熱負荷装置（５）
の加熱を開始したような場合に、サーモバルブ（ＴＶ）
がハンチングすることがあった。

つまり、冷えきった熱負荷装置（５）から低温の吸熱用
液体が排熱回収器（４）に供給されるために、ここでの
エンジン冷却水からの放熱は急激に行われ、排熱回収器
（４）の出口側流路（ｎ）の水温は大きく低下してサー
モバルブ（ＴＶ）がバイパス開閉弁（ｏ）を開き、エン
ジン冷却水は排熱回収器（４）を通ることなく循環され
る。この際、エンジン（Ｅ）が高負荷運転状態にあると
排熱発生量も多いため、エンジン冷却水温は直ちに上昇
してサーモバルブ（ＴＶ）がバイパス流路（０）を閉じ
て再びエンジン冷却水が排熱回収器（４）に導かれて放
熱する。

このような作動が極短時間に繰返されてサーモバルブ（
ＴＶ）がハンチング作動し、サーモバルブ（ＴＶ）の可
動部の早期摩耗やバルブ開閉に伴う作動騒音が発生する
ものである。

本発明は、エンジン冷却水からの放熱が過剰に行われる
ことによってもたらされるサーモバルブのハンチング現
象を防止することでサーモバルブの耐久性を向上するこ
とを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本第１発明においては、排熱回
収器（４）に接続されたエンジン冷却水流路（ｂ）・（
ｃ）の入口側と出口側とを短絡してエンジン冷却水の一
部を出口側に分流するバイパス流路（ｊ）、およびこの
バイパス流路（ｊ）を開閉する開閉弁（ｓｖｉ）を設け
るとともに、このバイパス流路開閉弁（ＳＶ４）を、排
熱回収器（４）から出た吸熱用液体の温度が設定値より
低い場合にのみ開路弁させるように構成した。

又、本第２発明においては、排熱回収器（４）に接続さ
れた吸熱用液体流路（ｈ）・（ｉ）の入口側と出口側と
を短絡して排熱回収器（４）に向って流れる入口側の吸
熱用液体の一部を出口側に短絡させるバイパス流路（ｋ
）及びこのバイパス流路（ｋ）を開閉する開閉弁（ＳＶ
４）を設けるとともに、このバイパス開閉弁（ＳＶ４）
を、排熱回収器（４）に供給される吸熱用液体の温度が
設定値より低い場合にのみ開路するよう構成した。

更に本第３発明においては、上記サーモバルブ（ＴＶ）
より下手側のエンジン冷却水流路（ａ）から冷却水をラ
ジェータ（８）に導いたのち、ウォーターポンプ（７）
の吸込側に供給する放熱用の流路（ｆ）・（ｇ）を設け
るとともに、エンジン冷却水を上記排熱回収器（４）に
導く排熱回収運転モードと、ラジェータ（８）に導く放
熱運転モードとに択一切換え可能な流路切換え手段を設
け、がっ、ラジェータ（８）に接続された放熱用流路（
「）・（ｇ）の入口側と出口側とに短絡してエンジン冷
却水の一部を出出口側に分流するバイパス流路（ｆｆ）
、およびこのバイパス流路（ｆｆ）を開閉する開閉弁（
ＳＶ４）を設けるとともに、このバイパス流路開閉弁（
ＳＶｓ　）を、ラジェータ冷却用外気の温度が設定値よ
り低い場合にのみ開路するよう構成した。

（作　用） 上記第１発明の特徴構成によれば、排熱回収運転モード
において排熱回収器に低温の吸熱用液体が供給されると
、バイパス流路開閉弁が開いてエンジン冷却水の一部が
排熱回収器を通ることな（出口側流路に短絡流動され、
排熱回収器へのエンジン冷却水量が制限される結果、ウ
ォータージャケットに戻されるエンシン冷却水の温度が
極端に低下することが抑えられる。

従って、サーモバルブがバイパス流路開路状態に切換わ
ることがなく、エンジン冷却水からの放熱が制限された
状態での排熱回収運転モードが続行される。その後、排
熱回収が進んで吸熱用液体の温度が上昇してくると、バ
イパス流路開閉弁が閉じてエンジン冷却水の全量が排熱
回収器に供給される。

又、本第２発明の特徴構成によると、排熱回収運転モー
ドにおいて排熱回収器に低温の吸熱用液体が供給される
と、バイパス流路開閉弁が開いて吸熱用液体の一部が排
熱回収器を通ることなく出口側流路に短絡流動され、排
熱回収器への吸熱用液体流量が制限される結果、ウォー
タージャケットに戻されるエンジン冷却水の温度が極端
に低下することが抑えられる６従って、この場合ら、サ
ーモバルブがバイパス流路開路状態に切換わることがな
く、吸熱用液体による吸熱が制限された状態での排熱回
収運転モードが続行される。

又、本第３発明の特徴構成によると、ラジェータを用い
ての放熱運転モードにおいて、ラジェータ冷却風の温度
が低いと、バイパス流路開閉弁が開いてエンジン冷却水
の一部がラジェータを通ることなく出口側の流路に短絡
流動され、ラジェータへのエンジン冷却水流量が制限さ
れる結果、つオータージャケットに戻されるエンジン冷
却水の温度が極端に低下することが抑えられる。

従って、サーモバルブがバイパス流路開路状態に切換わ
ることがなく、ラジェータでの放熱が制限された状態で
の放熱運転状態が続行される。

（実　施　例） 以下、本発明の実施例のいくつかを例示図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の実施例を示すものであって、ガスを燃
料とするエンジン（Ｅ）は発電！（Ｇ）に直結されてこ
れを駆動する。このエンジン（Ｅ）に備えたウォーター
ジャケット（１）の出口（１ａ）から導出されたエンジ
ン冷却水は、７７ラー（２）の上流側に配備された排気
熱吸収器（３）の受熱部（３ａ）に供給され、エンジン
排気熱を吸収して昇温する。

ここで昇温したエンジン冷却水は流路（ａ）および（ｂ
）を介して排熱回収器（４）に供給される。排熱回収器
（４）内には、熱負荷装置としての給湯設備（５）から
循環ポンプ（６）を介して吸熱用液体（水）が供給循環
される受熱部（４ａ）が設けられており、吸熱用液体が
エンジン冷却水から吸熱して加温される。そして、排熱
回収器（４）での放熱によって降温したエンジン冷却水
は、流路（ｃ）および（ｄ）を経て電動式のウォーター
ポンプに導かれたのち、ウォータージャケット（１）の
入口（１ｂ）に還元供給され、このつオータージャケッ
ト（１）を通過する間の吸熱によってエンジン（Ｅ）を
冷却して再びつオータージャケット出口（１ａ）から送
り出されるようになっている。つまり、ウォータージャ
ケット（１）および排気熱吸収器（３）で吸収したエン
ジン排熱を排熱回収器（４）で吸熱用液体に吸収される
排熱回収用のエンジン冷却水循環流路が形成されている
のである。

又、排気熱吸収器（３）の下手側のエンジン冷却水流路
（ａ）とウォーターポンプの吸込側の流路（ｄ）との間
にはバイパス流路（ｅ）が形成されている。

このバイパス流路（ｅ）の入口部には、エンジン冷却水
の温度が設定値より低い間は流路（ａ）を閉じて冷却水
の全量をバイパス流路（ｅ）に導き、設定値以上の高温
時にはバイパス流路（ｅ）を閉じて流路（ａ）を開くサ
ーモバルブ（ＴＶ）が設けられ、エンジン始動直後の暖
機運転時におけるエンジン冷却水の昇温を早めるよう構
成されている。

又、上記流路（ａ）と流路（ｂ）との接続部位からはエ
ンジン冷却水をラジェータ（８）に供給する流路（ｆ）
が設けられるとともに、ラジェータ（８）から出た冷却
水をウォーターポンプ（７）の吸込側流路（ｄ）に導く
流路（ｇ）が設けられ、かつ、流路（ｂ）および（ｆ）
の入口部には夫々逆特性の電磁開閉弁（ＳＶｌ）、（Ｓ
Ｖ２）が夫々設けられている。これら電磁開閉弁（ＳＶ
ｌ）−（ＳＶ２）ハラ７エータ冷却７７ン（９）の駆動
用モータ（ＦＭ）と共に制御装置（１０）に接続されて
おり、排熱回収器（４）に接続された吸熱用液体流路（
ｈ）、（ｉ）のうち、その出口側の流路（ｉ）に設けた
温度センサー（Ｓｌ）からの検出信号に基づいて以下の
ように制御される。

つまり、温度センサー（Ｓｌ）で検出した出口温度（Ｔ
１）が第１設定温度（ＴＩＬ）（例えば７２°Ｃ）より
低いと電磁開閉弁（ＳＶ＋）が開かれるとともに、電磁
開閉弁（ＳＶ２）が閉じられて排熱回収運転モードとな
り、排気熱吸収器（３）から出たエンジン冷却水が排熱
回収器（４）に送られて吸熱用液体の加温が行われ、又
、出口温度（Ｔ１）が第１設定値（ＴｌＬ）より高い第
２設定値（ＴＩＨ）（例えば８０°Ｃ）以上になると、
逆に電磁開閉弁（ＳＶ４）が閉じられるとともに、電磁
開閉弁（ＳＶ２）が開かれて放熱運転モードとなり、排
気熱吸収器（３）を出たエンジン冷却水はラジェータ（
８）に送られ、がっ、７アンモータ（ＦＭ）が起動され
てラジェータ（８）によるエンジン冷却水の放熱冷却が
行われる。このような動作を出口温度（Ｔ４）の検出に
基づいて行うことで給湯設備（５）における吸熱用液体
の温度が設定温度範囲（例えば７２〜８０℃）に保たれ
るのである。

以上が本装置の基本的な構成および作動であり、本発明
においては、排熱回収運転モードおよび放熱運転モード
においてサーモバルブ（ＴＶ）がハンチング作動する現
象を以下に示す構成によって防止している。

つまり、第１図中に示すように、上記排熱回収器（４）
に接続されたエンジン冷却水流路の一次側流路（ｂ）と
二次側流路（ｃ）とにわたってバイパス流路（ｊ）が設
けられるとともに、このバイパス流路（ｊ）中には細管
からなる絞り部（１１）と電磁式の開閉弁（ＳＶ３）が
設けられている。このバイパス流路開閉弁（ＳＶ４）は
、上記出口温度（Ｔ１）が第１設定温度（ＴｌＬ）より
もかなり低い第３設定温度（Ｔｌ５）（例えば１５℃）
より低い場合にのみ開かれて、エンジン冷却水の一部を
バイパス流路（ｊ）に流して排熱回収器（４）への冷却
水供給量が制限されるようになっている。

以上の構成によれば、エンジン（Ｅ）の排熱量が大きい
高負荷運転状態で冷えきった給湯膜！（５）の加温を開
始したような場合、吸熱用液体の温度が低い状態で排熱
回収運転モードとなるが、排熱回収器（４）へのエンジ
ン冷却水量が制限されるためにつオータージャケット（
１）に戻されるエンジン冷却水が過剰に放熱して降温さ
れることはない。

このため、サーモバルブ（ＴＶ）がバイパス流路（ｅ）
へ開路して排熱回収を中断し、短時間後にエンジン冷却
水温の上昇を感知して再びバイパス流路（ｅ）を閉じて
排熱回収を再開することを繰返すようなハンチング現象
が未然に回避されるのである。

第２図に本発明の第２の実施例が示されている。

この場合、排熱回収器（４）に接続された吸熱用液体流
路（ｈ）、（ｉ）を短絡するバイパス流路（ｋ）が設け
られるとともに、このバイパス流路（ｋ）中に絞り部（
１２）と電磁式の開閉弁（ＳＶ４）が設けられ、かつ、
入口側流路（ｈ）の水温を検出する温度センサ（Ｓ２）
が設けられている。そして、上記バイパス開閉弁（ＳＶ
４）は温度センサ（Ｓ２）で検出される入口温度Ｔ２）
が設定温度より低い場合にのみ開かれて、吸熱用液体の
一部をバイパス流路（ｋ）に流して排熱回収器（４）へ
の吸熱用液体量を制限することで、排熱回収器（４）で
の放熱を少なくしてつオータージャケット（１）に戻さ
れるエンジン冷却水の過剰な降温を抑え、もって上記し
たサーモバルブ（ＴＶ）のハンチング作動を回避するこ
とができる。

第３図に本発明の＄３の実施例が示されている。

この場合は、ラジェータ（８）に接続されたエンジン冷
却水流路の入口側と出口側とを短絡するバイパス流路（
ｌ）が設けられるとともに、このバイパス流路（ジ）中
に絞り部（１３）と電磁式の開閉弁（ＳＶ５）が設けら
れ、かつ、ラジェータ（８）に送られる冷却風の温度を
検出する温度センサ（Ｓ４）が設けられている。そして
、上記バイパス開閉弁（ＳＶ５）は温度センサ（Ｓ４）
で検出される冷却風温度が設定温度より低い場合にのみ
開かれるようになっている。

つまり、電磁開閉弁（ＳＶ４）を閉じ電磁開閉弁（ＳＶ
２）を開く放熱運転モードにおいて、ラジェータ冷却風
の温度が低すぎる場合、エンジン冷却水の一部をバイパ
ス流路（ｆｆ）に流してラジェータ（８）への冷却水量
を制限し、ウォータージャケット（１）に戻されるエン
ジン冷却水の過剰な降温を抑えることでサーモバルブ（
ＴＶ）のハンチング作動を防止しているのである。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、エンジンが高負
荷運転状態でエンジン冷却水が過剰な放熱によって大き
く降温してサーモバルブがハンチング作動する現象を未
然に回避し、サーモバルブの早期摩耗を防止して、その
耐久性を高めることができるうえ、サーモバルブのハン
チングによる作動騒音を解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジンの排熱回収装置の第１の
実施例を示す構成図、第２図は第２の実施例の構成図、
第３図は第３の実施例の構成図であり、第４図は従来例
の構成図である。 （１）・・・ウォータージャケット、　（１ａ）・・・
ウォータージャケット出口、　（１ｂ）・・・ウォータ
ージャケット入口、　（３）・・・排気熱吸収器、　（
４）・・・排熱回収器、　（７）・・・つオーターポン
プ、（８）・・・ラジェータ、　（Ｅ）・・・エンジン
、（ｂ−ｃ）・・・エンジン冷却水流路、（ｅ−ｊ−に
−ｌ）・・・バイパス流路、　（ｆ−ｇ）・・・放熱用
の流路、　　（ｈ−ｉ）・・・吸熱用液体流路、（ＳＶ
２）・・・バイパス流路開閉弁、　（ＳＶ、・ＳＶ４）
・・・開閉弁、（ＴＶ）・・・サーモバルブ。 特許出願人　　久保田鉄工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン（Ｅ）のウォータ−ジャケット（１）の出
   口（１ａ）から導出したエンジン冷却水を、エンジン排
   気を熱源とする排気熱吸収器（３）に供給して受熱させ
   たのち、排熱回収器（４）に導いてここに供給される吸
   熱用液体に放熱させ、排熱回収器（４）から出たエンジ
   ン冷却水をウォーターポンプ（７）を介してエンジン（
   Ｅ）のウォータ−ジャケット入口（１ｂ）に戻すように
   するエンジン冷却水循環流路を備えるとともに、排気熱
   吸収器（３）から出たエンジン冷却水を排熱回収器（４
   ）を通さずにウォーターポンプ（７）に短絡させるバイ
   パス流路（ｅ）を備え、かつ、このバイパス流路（ｅ）
   の入口に、排気熱吸収器（３）から出たエンジン冷却水
   の温度が設定値以下のときにエンジン冷却水をバイパス
   流路（ｅ）に導き、設定値より高いときに排熱回収器側
   に導くサーモバルブ （ＴＶ）を設けてあるエンジンの排熱回収装置において
   、 排熱回収器（４）に接続されたエンジン冷却水流路（ｂ
   ）・（ｃ）の入口側と出口側とを短絡しでエンジン冷却
   水の一部を出口側に分流するバイパス流路（ｊ）、およ
   びこのバイパス流路（ｊ）を開閉する開閉弁（ＳＶ＿３
   ）を設けるとともに、このバイパス流路開閉弁（ＳＶ＿
   ３）を、排熱回収器（４）から出た吸熱用液体の温度が
   設定値より低い場合にのみ開路弁させるように構成して
   あることを特徴とするエンジンの排熱回収装置 ２、エンジン（Ｅ）のウォータージャケット（１）の出
   口（１ａ）から導出したエンジン冷却水を、エンジン排
   気を熱源とする排気熱吸収器（３）に供給して受熱させ
   たのち、排熱回収器（４）に導いてここに供給される吸
   熱用液体に放熱させ、排熱回収器（４）から出たエンジ
   ン冷却水をウォーターポンプ（７）を介してエンジン（
   Ｅ）のウォータ−ジャケット入口（１ｂ）に戻すように
   するエンジン冷却水循環流路を備えるとともに、排気熱
   吸収器（３）から出たエンジン冷却水を排熱回収器（４
   ）を通さずにウォーターポンプ（７）に短絡させるバイ
   パス流路（ｅ）を備え、かつ、このバイパス流路（ｅ）
   の入口に、排気熱吸収器（３）から出たエンジン冷却水
   の温度が設定値以下のときにエンジン冷却水をバイパス
   流路（ｅ）に導き、設定値より高いときに排熱回収器側
   に導くサーモバルブ （ＴＶ）を設けてあるエンジンの排熱回収装置において
   、 排熱回収器（４）に接続された吸熱用液体流路（ｈ）・
   （ｉ）の入口側と出口側とを短絡して排熱回収器（４）
   に向つて流れる入口側の吸熱用液体の一部を出口側に短
   絡させるバイパス流路（ｋ）及びこのバイパス流路（ｋ
   ）を開閉する開閉弁（ＳＶ＿４）を設けるとともに、こ
   のバイパス開閉弁（ＳＶ＿４）を、排熱回収器（４）に
   供給される吸熱用液体の温度が設定値より低い場合にの
   み開路するよう構成してあることを特徴とするエンジン
   の排熱回収装置 ３、エンジン（Ｅ）のウォータ−ジャケット（１）の出
   口（１ａ）から導出したエンジン冷却水を、エンジン排
   気を熱源とする排気熱吸収器（３）に供給して受熱させ
   たのち、排熱回収器（４）に導いてここに供給される吸
   熱用液体に放熱させ、排熱回収器（４）から出たエンジ
   ン冷却水をウォーターポンプ（７）を介してエンジン（
   Ｅ）のウォータージャケット入口（１ｂ）に戻すように
   するエンジン冷却水循環流路を備えるとともに、排気熱
   吸収器（３）から出たエンジン冷却水を排熱回収器（４
   ）を通さずにウォーターポンプ（７）に短絡させるバイ
   パス流路（ｅ）を備え、かつ、このバイパス流路（ｅ）
   の入口に、排気熱吸収器（３）から出たエンジン冷却水
   の温度が設定値以下のときにエンジン冷却水をバイパス
   流路（ｅ）に導き、設定値より高いときに排熱回収器側
   に導くサーモバルブ （ＴＶ）を設けてあるエンジンの排熱回収装置において
   、 上記サーモバルブ（ＴＶ）より下手側のエンジン冷却水
   流路（ａ）から冷却水をラジエータ（８）に導いたのち
   、ウォーターポンプ（７）の吸込側に供給する放熱用の
   流路（ｆ）・（ｇ）を設けるとともに、エンジン冷却水
   を上記排熱回収器（４）に導く排熱回収運転モードと、
   ラジエータ（８）に導く放熱運転モードとに択一切換え
   可能な流路切換え手段を設け、かつ、ラジエータ（８）
   に接続された放熱用流路（ｆ）・（ｇ）の入口側と出口
   側とに短絡してエンジン冷却水の一部を出口側に分流す
   るバイパス流路（ｌ）、およびこのバイパス流路（ｌ）
   を開閉する開閉弁（ＳＶ＿５）を設けるとともに、この
   バイパス流路開閉弁（ＳＶ＿５）を、ラジエータ冷却用
   外気の温度が設定値より低い場合のみ開路するよう構成
   してあることを特徴とするエンジンの排熱回収装置