JPH03291471A - 熱併給機械駆動システム - 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、自家発電プラント等において、動力源である
エンジンの排熱を回収して冷・暖房および給湯等の熱源
として利用する熱併給機械駆動システムに関する。

［従来の技術］ 従来、この種の熱併給機械駆動システムには、第３図に
示すように、発電機、ポンプ、圧縮機なとの被駆動機械
１′を駆動するためのエンジン２′の軸受材料として銅
鉛系軸受材料を使用し、詠エンジン２′の燃焼室冷却液
室および／または排気熱交換器４′とによって熱媒液と
熱交換させて排気熱を回収し、高温となった熱媒液を吸
収式冷凍機６′または暖房熱交換器５′に選択的に供給
したのち、給湯熱交換機７′に供給することにより冷・
暖房および給湯の熱源として利用する排熱回収回路を備
えたものかある。

［発明が解決しようとする課ａ］ ヒ記従来の技ｉ４１ては、エンジンの燃焼室冷却熱およ
び／または排気カスの排気熱のみを回収して利用するた
けて、エンジン油の排熱回収は行っていないため、シス
テムの熱効率に限界があった。

また、エンジン油からの排熱回収効果のため、エンジン
油温を８０℃を超えて高めるにしたかって、エンジン油
の酸化劣化か速まる。このようなシステムにおいて、エ
ンジンの軸受材料として銅鉛軸受材料を使用しているた
め、軸受の鉛が酸化劣化したエンジン油による酸化腐食
によりエンジン油に溶出して、軸受自体の焼損を起こす
おそれが高まる時期が早まる。このためエンジン油の劣
化に対してエンジン油を交換（以下、「更油」という。

）する必要かあるが、更油間隔を短縮しなければならな
いという問題点があった。

本発明は、上記従来の技術の有する問題声に鑑みてなさ
れたものであり、エンジン油の排熱をも回収することに
より熱併給機械駆動システムの熱効率を向上させ、さら
に、エンジンの軸受の腐食損傷のおそれをなくすと共に
、エンジン油の更油期間を延長可能とする熱併給機械駆
動システムを提供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］ ）記目的を達成するため、本発明の熱併給機械駆動シス
テムは、エンジンの排熱回収回路を備える熱併給機械駆
動システムにおいて、エンジン油の排熱を回収するため
のエンジン油熱交換器を、前記排熱回収回路の返戻管の
エンジン冷却液のエンジンへの入口近傍に配設したこと
を特徴とするものである。

また、エンジンの軸受材料を、アルミニウム系材料製と
すると効果的である。このアルミニウム系材料としては
、アルミニウムを主成分とし、例えば、銅、錫、鉛、ア
ンチモン、ニッケル、亜鉛、ケイ素、マグネシウムなと
か一種以−ト混合された合計が用いられる。具体的には
、アルミニウムー銅−鉛一亜鉛一ケイ素合金、アルミニ
ウムー銅−錫一ニッケル合金、アルミニウムー銅−錫ニ
ッケルーマグネシウム合金、アルミニウムー銅−錫一鉛
一アンチモン合金、アルミニウム銅−錫一鉛一ケイ素合
金、アルミニウムー銅−錫合金などが挙げられる。これ
らの合金の各成分の含有量は、適宜選択されつるが、通
常、銅は０．５〜２．０重量％、錫は５〜５０重量％、
鉛は０５〜１５重量％、その他の成分は０．１〜５１量
％、アルミニウム残部である。

「作用」 エンジンの燃焼室冷却熱および、／または排気熱か排熱
回収回路において回収されるのに加えて、エンジン油の
排熱もエンジン油熱交換器によつ［１ｊ収し７、熱媒液
を高温に加熱するのて、熱併給Ｒ緘駆動システム全体と
しての熱利用効率か高まる。

また、ニシジンの軸受をアルミニウム系軸受材料製とす
ると、エンジンを比較的高温で運転したとしても、エン
ジン油の酸化劣化による軸受材料中の鉛の酸化腐食損傷
か回避できる。

［実施例１ 本発明の一実施例を図面に基いて説明する、７ＰＪ１１
ス１にボすように、発電機１は、ガソリンエンジン、デ
イ−セルエンジノ、カスターど）′エンノン等からなる
エンジン２により駆動されて発電を１「う、熱媒液はエ
ンジン２の燃焼室の冷却を１丁つとともに冷ＢＪ徘熱を
回収する。また、符↓ニー４はニシジン２のね１気熱を
回収するための排気熱交換谷を示し、エンジン２の排気
管１４の途中に配設されており、該排気熱交換器４によ
って前記琲気管１４中を流れるｔＪｋ気ガスから排気熱
を回収する。すなわち、エンジン２のエンジン冷却液出
口に連通された熱源管１１中を流れる熱媒液は、面３．
ｒ、わ［気勢交換器４を通過する間に前記排気ガスによ
り加熱されて記Ｔ温となる。

前記熱源管１１のド流側は、それぞれ１：Ａ示しない開
閉弁を介在させた暖房用分岐管１１ａと冷房甲うド岐管
１１ｂとに分岐し・−〇おり、暖房用分岐管１１ａの３
中には暖房熱交換器５が、冷り；用分峙イ′ぐ１１ｂの
Ｉプ中には吸収式冷凍機６かそれぞれ配設されているー
これら１１４　Ｊ／＋川分用管１１ａ、Ｆｉよび冷り；
用分岐管１１ｂのト流側は；’；　：ｆｌＬ　１．７て
、反尿管ＩＯとなり１．３返戻管１　（ｌの途中には、
給湯熱々換器７および放執熱憂撓器９を順次配設し、Ｊ
チ放妹菖・乏換益９のト流側の返戻管ＩＯはエンジノへ
のエンジンとｉ月ｎ夜人［−１に連通されている。そし
て　面記返戻管］０の１１１記放執執交換器９とエンジ
ン冷却液入口間の一′１４゛部イ・、ンからバイパス管
１３か分岐され２、該バイパス管１３は、弁１３ａを介
して熱源管１１のエンジン２と）ＪＩ″Ａ熱交換器４間
の適宜部位に連ｉ＋Ｍされている。

なお、符′ｉＪ、８は冷却塔をポし、該冷却塔８で冷却
された冷水は、前記吸収式冷凍機６および放熱交換器９
をそれぞれ冷却するために循環するように構成されてい
る 以上の説明から明らかなように、本実施例も上記従来の
技術と同様のエンジンの排熱回収回路を備えているが、
以下に述べる点か上記従来の技術と大きく相違する。

本実施例ては、返戻管ＩＯのエンジンへのエンソン冷却
液人［］側近傍、すなわち、返戻管１０のｎ１記バイパ
ス管１３の分岐部より下流側にエンジン油の排熱を回収
するためのエンジン油熱交換器３か配設され、詠エンン
ン油熱交換器３によりエンジン２に設けられたオイル管
１２中を循環するエンジン油の排熱を回収するように構
成されている。

次に、本実施例の動作について、第１し１および第２図
に基いて説明する。

（暖房時について） 第１図に示すように、冷房用分岐管１１ｂのＩＡ示しな
い開閉弁を閉しく図中×印参照）、暖房用分岐管１１ａ
の図７「＜シない開閉弁を開とすると共に、弁１．３　
ａをエンジン２およびエンジン油熱交換器３に適した熱
媒液流量の維持のための所定の開度に調節し、冷却塔の
運転は停止した状態とする。

上記の状態で、図示しないポンプを起動して熱媒液（本
天施例では水）を実線矢印方向に循環させ、エンジン２
を起動して発電機１を回転させて発電をン「う。排気管
１４中を流れる排ガスは、排気＠交換器４により前記熱
媒液と熱交換されたのち大気中に排出される、すなわち
、前記排気熱交換器４により排ガスの熱は熱媒液に回収
されて熱媒液かｔｆ冑品となる。該高温の熱媒液は暖房
用分岐管１１ａを介して暖房熱交換器５に供給され暖房
に利用されたのち、給湯熱交換器７に入り給湯に利用さ
れる。この過程において、前記熱媒液は冷却されてその
温度は低下する。低温となった熱媒液は返戻管１０中を
流れ、放熱熱交換器９を素通りし、一部はバイパス管１
３を介して熱源管１１の排気熱交換器４に分流され、残
りはエンジン油熱交換器３とエンジン２を順次通る経路
に供給される。該エンジン油熱交換器３において、熱媒
液はオイル管１２を循環するエンジン油と熱交換される
。すなわち、エンジン油の排熱かが媒液により回収され
て、エンジン油か冷却されると共に熱媒液か高温となる
。

（冷房時について） 第２１メ１に小生ように、暖房用分岐管１１ａの１ス１
示しない開閉弁を閉じ（ＵＡ中×印＃鼎）、冷房用分岐
管１１ｂのし１示しない開閉弁を開とすると共に、弁１
３ａをエンジン２およびエンジン油熱交換器３に遡した
熱媒＄ｉ清、晴維持のための所定の開度に調節し、冷却
塔を運転した状態とする。

上記の状態で、図示しないポンプを起動して熱媒液を実
線矢印方向に循環させ、エンジン２を起動して発電機１
を回転させて発電を行う。

ト述した暖房時の場合と資なる点のみ説明すると、トー
した排熱回収回路中を循環する熱媒液は、熱源管１１か
ら冷房用分岐管１１ｂ中を流れ、吸収式冷凍機６の熱源
として利用されたのち、給湯熱交換器７および放熱熱交
換器９を順次辿り、一部はバイパス管１３を介して熱源
管１１の排気熱交換器４に分流され、残りはエンジン油
熱交換器３とエンジン２を順次通る経路へ供給される。

この場合、返戻管１０中を流れる熱媒液は、前記放熱熱
交換器９において所定の温度まで冷却される。

次に、第１国および第２図に示す実施例と、第３１メ１
および第４し１に示すエンジン油の排熱を回収するため
のエンジン油熱交換器を備えていない従来例とについて
、比較実験を行った結果を説明する。

（暖房時について） 暖ノＩ；時における工不ルキ収支を第１表にボす。

第 ！ 表 ′ＩｒｆＩ１表から明らかなように、実施例のものは従
来例に比較して熱収支が向トしている。

第２表に実施例のものの各要素の熱媒液の温度分布とエ
ネルギ収支を示し、第３表に従来例の各要素の熱媒液の
温度分布とエネルギ収支を示す。

第 表 第 表 第２表および第３表を比較すると、各要素の熱媒液の温
度は実施例の方がより高温であり、その分回収された排
熱を有効に利用することかできることを示している。。

（冷房時について） 冷房時におけるエネルギ収支をｖＪ４表に示す、 第４表から明らかなように、実施例のものは従来例のも
のに比較して熱収支が向上していると共に冷凍機のＣＯ
Ｐも高い。

第 ５ 表 第 表 第５表に実施例のものの各要素の熱媒液の温度分布とエ
ネルギ収支を示し、第６表に従来例の各要素の熱媒液の
温度分布とエネルギ収支を示す。

第５表と第６表とを比較−（ると、各３Ｊ２の熱媒液の
ン品曳は、暖房時と同様に、実施例のものの万かよりｒ
＋１温であり、その分回収された４Ｊｔ熱をｆｌ−効利
用でさることを／■（シている。

Ｅ’　＋：ｌ’実施例の熱併給機械駆動システムにおい
て、エンジノの軸受をアルミニウム系材料製とすると、
従来例の如き鉛腐食か発生することかなぐ、エンジン油
の更油間隔か長時間にできる。

以トに、ト記変託例と比較例との実験結果について説明
する。

第７表 第７表は実験に用いたエンジンの軸受材ト１のそれぞれ
の組成を示す。

ティーセルエンジン、発電機、エンジン油からの熱回収
を行うエンジン油熱交換器、排気カスからの熱回収を行
なう排気熱交換器、冷暖房用熱利用機器などから成る熱
併給機械駆動システムを、熱媒液温度９０℃、エンジン
油温１０５℃、エンジン油ＡＰＩ−ＣＤｍＳＡＥ３０に
て運転したところ、それそわ次のような結果を得た。

（変形例） アルミニウム系軸受は材料（第７表参照）使用の場合は
、エンジン油の酸化劣化状態か鉛腐食性を示す状態に達
しても、腐食損傷の懸念が無く、別の使用限度まで、史
に長く継続使用できた。

（比較例） 銅鉛軸受材料（表７表参照）使用の場合は約２００ｈて
エンジン油の劣化状態か鉛腐食性を示す状態に達し、エ
ンジン油を更油せざるを得なくなった。

銅鉛軸受材料使用の場合ても、表面層（鉛９０％錫８％
銅２％）が銅鉛層を完全に覆っていれば鉛腐食性を示す
エンジン油に銅鉛層か露出しないので、軸受損傷の危険
はないが、運転中に何時表面層が固体粒子のかみ込みゃ
片当りなどにより傷つき、銅鉛層か露出するか予測でき
ないため、エンジン油の劣化状態が鉛腐食性を示す状態
に達する前にエンジン油を更油せざるを得ない、事実、
運転中に表面層が傷つき、銅鉛層が露出し、鉛腐食性を
丞゛すエンジン油に接触したため、鉛の選択的溶出によ
る、銅鉛軸受の焼損が発生した。

［発明の効果］ 本発明は、ト述のとおり構成されているので、以下に記
載するような効果を奏する。

エンジン油の排熱を回収することにより、その分排熱の
回収を多くでき、システム全体の熱効率が高くなる。

また、エンジンの軸受をアルミニウム系軸受材料製とす
ると、軸受の腐食損傷のおそれがなくなり、エンジン油
の更油間隔が長時間にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の熱併給機械駆動システム
の一実施例を示す構成図であって、第１図は暖房時の説
明図、第２図は冷房時の説明図、第３図および第４図は
従来の熱併給機械駆動システムの構成図であって、第３
図は暖房時の説明図、第４図は冷房時の説明図である。 １・・・Ｑ　電機、　　　　　　　２・・・エンジン。 ３・・・エンジン油熱交換器 ４・・・排気熱交換器。 ６・・・吸収式冷凍機。 ８・・・冷却塔。 １０・・・返戻管、　　　　　１ １ｔａ−・・暖房用分岐管。 １　ｌ　ｂ−−・冷房用分岐管、１２−・・オイル管。 １３・・・バイパス管、　　　　１３ａ−・・弁。 １４・・・排気管。 ５・・・暖房熱交換器。 ７・・・給湯熱交換器。 ９・・・放熱熱交換器。 １・・・熱源管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジンの排熱回収回路を備える熱併給機械駆動シ
   ステムにおいて、 エンジン油の排熱を回収するためのエンジン油熱交換器
   を、前記排熱回収回路の返戻管のエンジン冷却液入口近
   傍に配設したことを特徴とする熱供給機械駆動システム
   。 ２、エンジンの軸受が、アルミニウム系材料製である請
   求項１記載の熱供給機械駆動システム。