JPH02104957A - エンジンの排出熱回収装置 - 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、エンジン本体熱や排気熱などのエンジンから
の排出熱を回収する装置に関し、エンジンの動力負荷が
変動しても、エンジンの過熱を防止し、排気熱吸収用熱
交換器の耐久性を向上できるとともに、熱回収液温の変
化を小さく抑制できるものを提供する。

〈従来技術〉 本発明の対象とするエンジンの排出熱回収装置の基本構
造は、第１図又は第４図に示すように、エンジンＥのウ
ォータジャケット２に、排気熱吸収用熱交換器３のＵ［
気熱吸収路４・温水路５・エンジン排出熱回収用熱交換
器６の熱回収用放出側水路７・及び冷水路８を順に直列
循環状に連通連結して構成した形式のものである。

この形式の従来技術としては、米国特許第４２２６２１
４号公報（第４図参照）に示すように、エンジンＥと発
電機Ｇとを連動連結し、発電機Ｇで発電を行うとともに
、ウオークジャケット２で吸熱したエンジン本体熱と、
排気熱吸収路４で吸熱した排気熱とを、エンジン排出熱
回収用熱交換器６内で放熱して、同熱交換器６の熱回収
用吸熱側水路１５からエンジンＥの排出熱を回収するよ
うに構成したものがある。

尚、符号５０は、エンジンＥの始動時に、冷却水路を温
水路５から直接的に冷水路８に短絡させて、早期にエン
ジンＥを暖機できるようにするための切り換え用三方弁
である。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記従来技術では、エンジン発電機のく
即ち、エンジンＥの）動力負荷が増大した場合、エンジ
ン排出熱が増えるにも拘わらず、エンジン排出熱回収用
熱交換器６における熱回収液側への放熱割合はそれに見
合っては増えないので、冷却水温が急激に上昇してエン
ジンＥが過熱するうえ、排気熱吸収用熱交換器３に急激
な熱応力が加わり、熱交換器３が熱破損する虞れがある
。

また、（１）上述のように、エンジンＥの動力負荷が増
大すると、エンジン排出熱回収用熱交換器６の放出側水
路７を流れる冷却水温が急激に高まって、これと熱交換
して熱回収用吸熱側通路１５から出る熱回収水の水温も
急速に高まり、（２）逆に、エンジンＥの動力負荷が減
少すると、熱交換器６の放出側水路７を流れる冷却水温
が低下して、吸熱側水路１５からの熱回収水温が急速に
低くなって、 エンジンＥの動力負荷の変化に伴って出湯温度が変動し
て一定しないという問題点がある。

本発明は、エンジンの動力負荷が変動した場合でも、エ
ンジンが過熱したり、排気熱吸収用熱交換器が熱破損し
たりすることがないうえ、エンジン排出熱回収用熱交換
器の吸熱側液路から出る熱回収液温の変化を小さくする
ことを技術的課題とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記課題を解消する手段を、実施例に対応する図面を用
いて以下に説明する。

即ち、本発明は、前記基本構造のエンジンの排出熱回収
装置において、 エンジン排出熱回収用熱交換器６の熱回収用放出側水路
７に放熱器１の放熱路１，０を並列状に接続し、 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から成るエンジン冷却水路１１に対して、熱
回収用放出側水路７と放熱路１゜とを、可変分流弁１２
で可変分流可能に接続し、エンジンＥの動力負荷をエン
ジン動力負荷検出器４０で検出可能にし、エンジン動力
負荷検出器４０に分流率制御装置１４を介して可変分流
弁１２を分流率制御可能に連携し、 エンジン動力負荷検出器４ｏの検出負荷が大きくなるほ
ど、分流率制御装置１４が可変分流弁１２を放熱増量側
に作動させて、エンジン冷却水路ＩＩから放熱路１０へ
の冷却水の放熱側分流率を増加させるとともに、熱回収
用放出側水路７への冷却水の熱回収側分流率を減少させ
、 エンジン動力負荷検出器４０の検出負荷が小さくなるほ
ど、可変分流弁１２を放熱減量側に作動させて、前記放
熱側分流率を減少させるとともに、熱回収側分流率を増
加させるように構成したことを特徴とするものである。

〈作用〉 （１）エンジンＥの動力負荷が増大している場合エンジ
ン排出熱が増大してエンジン冷却水路１１の冷却水温が
上昇しようとするが、 エンジン動力負荷検出器４０が動力負荷の上昇を検出し
て、分流率制御装置１４の指令を受けた可変分流弁１２
が放熱増量側に作動して、冷却水を放熱路１０の側に増
々多く分流し、熱回収用放出側水路７の側に増々少なく
分流して、エンジンＥの排出熱の放熱割合を増加させる
ので、上記冷却水温の上昇は抑制される。

（２）エンジンＥの動力負荷が減少している場合エンジ
ン排出熱は減少してエンジン冷却水路１１の冷却水温が
低下しようとするが、 エンジン動力負荷検出器４０が動力負荷の下降を検出し
て、分流率制御装置１４の指令を受けた可変分流弁１２
が放熱減量側に作動して、冷却水を放熱路１０の側に増
々少な（分流し、熱回収用放出側水路７の側に増々多く
分流して、エンジンＥの排出熱の放熱割合を低下させる
ので、上記冷却水温の低下は抑制される。

また、上述のように、エンジンＥの動力負荷が変動して
も、上記冷却水路１１の冷却水温は一定温度範囲内に保
持されることから、当該熱交換器６の放出側水路７を通
る冷却水温は変動幅が小さくなり、この冷却水から熱を
回収して熱交換器６の熱回収用吸熱側液路１５から出る
熱回収液もその温度変化を小さくできる。

〈発明の効果〉 （１）エンジンの動力負荷が増大しても、エンジン動力
負荷検出器に連携した可変分流弁の分流機能により、冷
却水路の冷却水温の」−昇は一定範囲内に抑制されるの
で、エンジンの過熱を円滑に防止できるうえ、排気熱吸
収用熱交換器に急激な熱応力が掛からないので、当該熱
交換器の熱破損をなくせる。

り２）エンジンの動力負荷が変動しても、上記冷却水路
の冷却水温は一定温度範囲内に保持されるので、エンジ
ン排出熱回収用熱交換器の吸熱側液路から流出する熱回
収液の温度変化を小さく抑えられる。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて述べる。

第１図は熱併給エンジン発電装置の系統原理図、第２図
は同装置におけるエンジン動力負荷・ラジェータ側冷却
水分流率の関係図であって、当該熱併給エンジン発電装
置は、縦型ガスエンジンＥと発電機Ｇとを前後方向に連
動連結して、発電を行うと同時に、エンジン本体熱と排
気熱とのエンジン排出熱を回収するように構成しである
。

上記ガスエンジンＥのシリンダブロック及びシリンダヘ
ッド内にウォータジャケット２を形成し、エンジンＥの
排気路２１に排気熱吸収用熱交換器３及びマフラ２０を
順番に取り付ける。

また、エンジンＥにラジェータ１を付設して、エンジン
排出熱を冷却水循環路系外に放熱可能に構成するととも
に、エンジン排出熱回収用熱交換器６を付設して、熱交
換器６の熱回収用放出側水路７でエンジン排出熱を放出
し、その熱回収用吸熱側水路１５でその排出熱を回収し
、吸熱側水路１５から取り出した給湯水を温水タンク２
３に貯留して、給湯に利用するように構成される。

尚、符号２４は制御装置であって、上記ラジェータ１の
冷却ファン２５、後述の循環ポンプ２２、ガス燃料導入
路の減圧弁などを制御している。

上記ウォータジャケット２に、排気熱吸収用熱交換器３
の排気熱吸収路４と、熱交換済みの冷却水をエンジンＥ
から導出する温水路５と、熱交換前の冷却水をエンジン
Ｅに導入する冷水路８と、循環ポンプ２２とを直列循環
状に連通連結し、温水路５と冷水路８との間に、上記ラ
ジェータ１を通る放熱路１０と、エンジン排出熱回収用
熱交換器６の熱回収用放出側水路７とを並列状に連通ず
る。

但し、符号２６はサーモスタット弁であって、温水路５
から冷水路８に短絡状に分岐したバイパス路２７の分岐
入口部に配置され、始動時には弁２６をバイパス路２７
の側に切り換えて、エンジンＥを出た冷却水を温水路５
から冷水路８に短絡的に流通させ、その放熱量を最小に
抑えて、早期に暖機できるように構成しである。

一方、放熱路１０と熱回収用放出側水路７とを上記温水
路５から二股状に分岐した部位に、三方弁から成る可変
分流弁１２を介装し、 上記エンジン発電機の発電機Ｇ側に発電負荷（即ち、エ
ンジン動力負荷と同義であるが、具体的には、発電ワッ
ト数を採る）を検出するエンジン動力負荷検出器４０を
付設し、 当該負荷検出器４０に分流率制御装置１４を介して可変
分流弁１２を分流率制御可能に連携して、エンジンＥの
動力負荷が変動しても、給湯水温を一定範囲に保持する
ように構成される。

即ち、負荷検出器１４の検出値を受けた分流率制御装置
１４が、第２図に示す動力負荷・分流率制御線Ａに基づ
いて可変分流弁１２を下記の（１）〜（２）のように制
御して、 ■温水路５−放熱路ＩＯ ■温水路５→熱交換器６の熱回収用放出側水路７の二つ
の流路への分流率を変化させ、放熱と熱回収の割合を変
えるように構成される。

（１）エンジン動力負荷が増大した場合発電負荷が高負
荷側に増大した場合、エンジン排出熱が増大して温水路
５を流れる冷却水温は上昇しようとするが、 第２図に示すように、エンジン動力負荷検出器４０の負
荷検出値Ｗは例えば高負荷値Ｗ（Ｈ）を検出するので、
分流率制御線Ａに従って、分流率制御装置１４は放熱路
１０側への分流率ｎを放熱増加側分流率すに増加させて
可変分流弁１２を分流率制御する。

従って、検出負荷Ｗが高くなるほど、温水路５→放熱路
ＩＯへの分流割合が増し、温水路５→熱回収用放出側水
路７への分流割合が減って、エンジン排出熱のシステム
系外への放熱割合が増すので、冷却水温の上昇は抑制さ
れ、エンジンＥの過熱は防止される。

また、エンジン動力負荷の上昇に伴い、上昇傾向にある
熱回収用放出側水路７の冷却水温は、上記分流率制御に
よって低く抑えられるので、この冷却水より熱回収して
吸熱側水路１５から出る給湯水の温度も上昇を抑制され
、給湯水は適正な温度範囲内に保持される。

（２）エンジン動力負荷が減少した場合発電負荷が低負
荷側に減少した場合、エンジン排出熱が減って温水路５
を流れる冷却水温は下降しようとするが、 第２図に示すように、エンジン動力負荷検出器４０の負
荷検出値Ｗは例文ば低負荷値Ｗ（Ｌ）を検出するので、
分流率制御線Ａに従って、分流率制御装置１４は放熱路
１０側への分流率ｎを放熱減少側分流率ａに減少させて
可変分流弁１２を分流率制御する。

従って、検出負荷Ｗが低くなるほど、温水路５→放熱路
１０への分流割合が減り、温水路５→熱回収用放出側水
路７への分流割合が増えて、エンジン排出熱のシステム
系外への放熱割合が減るので、冷却水温の下降は抑制さ
れる。

この結果、熱回収用放出側水路７を通る冷却水は温度低
下を抑えられて、この冷却水より熱回収して吸熱側水路
１５から出る給湯水の温度も下降を抑制されるので、給
湯水は適正な温度範囲内に保持される。

但し、上記可変分流弁１２は、当該実施例のような三方
弁に限らず、第３図に示すように、温水路５から分岐し
た放熱路１０と熱回収用放出側水路７とに通常の二方向
型調量弁１２ａを各々付設し、これらを一つの分流率制
御装置１４に連携するように構成しても差し支えない。

また、上記分流率制御装置１４による分流率制御は、当
該実施例のように直線状の分流率制御線Ａによってリニ
アーに行っても良いし、動力負荷検出値が増えるほど放
熱路側の分流率がより過剰に増大するように、曲線状の
分流率制御線Ｂに基づいて行っても差し支えない（第２
図の仮想線参照）。

他方、上記温水路５に温度センサ１３を付設し、当該温
度センサ１３を分流率制御装置１４を介して可変分流弁
１２に連動することにより、温水路５を通過する温水が
異常上昇した場合に、上記エンジン動力負荷検出器４０
からの負荷検出値Ｗの情報に優先して、当該温度センサ
１３からの温排水温Ｔ、の情報が分流率制御装置１４内
で処理され、可変分流弁１２を割り込み制御して、エン
ジンＥの過熱を防止するように構成しである。

即ち、分流率制御装置１４に上限温度Ｔ、（Ｈ）を設定
し、当該上限温度Ｔ、（Ｈ）に対する温度センサ１３の
検出温排水温Ｔ１のレベルにより、以下の（イ）〜（ロ
）の制御を行う。

（イ）検出温度Ｔ、＜上限温度ＴＩ（Ｈ）の場合（即ち
、エンジン温排水が正常温度領域にある場合）上記エン
ジン動力負荷検出器４０からの負荷検出値Ｗの情報に基
づいて、可変分流弁１２の分流率制御が前記（２）〜（
２）のように分流率制御装置１４によって行われる。

（ロ）上限温度Ｔ、（Ｈ）≦検出温度Ｔ１の場合（即ぢ
、エンジン温排水が異常上昇した場合）前述のように、
温度センサ１３からの情報が、エンジン動力負荷検出器
４０からの情報に優先して働き、 放熱路１０に流れる冷却水の分流率を１００％とし、熱
交換器６の熱回収用放出側水路７への分流率を０％とす
るように可変分流弁１２を分流率制御し、 温水路５を流れる温水の全てを放熱器１の側に流して、
冷却水循環システムの系外への放熱割合を最大にし、早
期にエンジンＥからの温排水を冷却して、エンジンＥの
過熱を防止する。

尚、本制御においては、ハンチングを避けるために、渇
水温が上限温度Ｔ、（Ｈ）をかなり下回る温度に下降す
るまで、放熱側分流率を１００％に継続する。

また、上記温度センサ１３は、温水路５・冷水路８・ウ
ォータジャケット２及び排気熱吸収路４から成る冷却水
路１１のうちの、いずれに設けても良いが、エンジンＥ
の過熱を迅速に防止するには、温水路５の温水温度を測
定するのが好ましい。

以上のように、本発明は、エンジンの動力負荷をエンジ
ン動力負荷検出器で検出可能にし、エンジン動力負荷が
変動した場合に、検出器に制御装置を介して連携した可
変分流弁の作用により、エンジン排出熱を吸熱した冷却
水を、放熱器の放熱路と熱交換器の熱回収用水路とに所
定分流率で振り分けることを特徴とするので、 エンジンＥはエンジン発電機に限らず、エンジンコンプ
レッサ、エンジンウエルタナトの他ツエンジン作業機、
或いは、エンジン単独でも差し支えない。

上記エンジンの動力負荷検出は、エンジン単独の場合に
は、エンジンＥの排気温、火花点火式エンジン（ガソリ
ン及びガスエンジン）における空気・燃料混合器のスロ
ットル弁の位置、或いはディーゼルエンジンにおける燃
料噴射ポンプの調量ラックの位置などによって行う。

また、エンジン作業機の場合には、エンジンＥの側の負
荷を採っても良いし、作業機側の負荷（例えば、発電機
の発電ワット数など）を採っても差し支えない。

しかも、上記放熱器ｌは、ラジェータに限らず、コンデ
ンサやホッパでも良い。

上記エンジン排出熱回収用熱交換器の吸熱側液路を流れ
る熱回収液は、上記実施例のように水に限らず、オイル
などでも差し支えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示すエンジンの排出熱回収装
置の原理系統図、第２図は熱回収液の流量変化率・放熱
路への分流率の関係図、第３図は可変分流弁の他の実施
態様を示す要部系統図、第４図は従来技術を示す第１図
相当図である。 １・・放熱器、２・・・ウォータジャケット、３・・・
排気熱吸収用熱交換器、４・・・排気熱吸収路、５・・
・温水路、６・・・エンジン排出熱回収用熱交換器、７
・・・６の熱回収用放出側水路、８・・・冷水路、１０
・・・放熱路、１２・・・可変分流弁、１４・・・分流
率制御装置、１５・・・６の熱回収用吸熱側液路、４０
・・・エンジン動力負荷検出器、Ｅ・・・エンジン。 第２図 第１図

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２に、排気熱吸収
   用熱交換器３の排気熱吸収路４・温水路５・エンジン排
   出熱回収用熱交換器６の熱回収用放出側水路７・及び冷
   水路８を順に直列循環状に連通連結して構成したエンジ
   ンの排出熱回収装置において、 エンジン排出熱回収用熱交換器６の熱回収用放出側水路
   ７に放熱器１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・排気熱吸収路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
   回収用放出側水路７と放熱路１０とを、可変分流弁１２
   で可変分流可能に接続し、 エンジンＥの動力負荷をエンジン動力負荷検出器４０で
   検出可能にし、エンジン動力負荷検出器４０に分流率制
   御装置１４を介して可変分流弁１２を分流率制御可能に
   連携し、エンジン動力負荷検出器４０の検出負荷が大き
   くなるほど、分流率制御装置１４が可変分流弁１２を放
   熱増量側に作動させて、エンジン冷却水路１１から放熱
   路１０への冷却水の放熱側分流率を増加させるとともに
   、熱回収用放出側水路７への冷却水の熱回収側分流率を
   減少させ、 エンジン動力負荷検出器４０の検出負荷が小さくなるほ
   ど、可変分流弁１２を放熱減量側に作動させて、前記放
   熱側分流率を減少させるとともに、熱回収側分流率を増
   加させるように構成したことを特徴とするエンジンの排
   出熱回収装置