JPH10148120A - 給電用エンジンの熱回収装置 - Google Patents
給電用エンジンの熱回収装置Info
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- JPH10148120A JPH10148120A JP8321182A JP32118296A JPH10148120A JP H10148120 A JPH10148120 A JP H10148120A JP 8321182 A JP8321182 A JP 8321182A JP 32118296 A JP32118296 A JP 32118296A JP H10148120 A JPH10148120 A JP H10148120A
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- pipe
- heat exchanger
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、給電用エンジンの熱回収装置を提
供する。 【解決手段】 この給電用エンジンの熱回収装置は、排
気ガスによって駆動されるターボチャージャ２、ターボ
チャージャ２の後流のエネルギ回収タービン３及びエネ
ルギ回収タービン３の後流の熱交換器４から構成されて
いる。エネルギ回収タービン３は、排気ガスによって駆
動されるガスタービン９と熱交換器４で発生した水蒸気
によって駆動される蒸気タービン１０から構成されてい
る。熱交換器４は、排気ガス通路１４，１７に接続した
ケーシング１８、ケーシング１８内に配置された水と水
蒸気が流れる耐酸化性セラミック製パイプ及びケーシン
グ１８内で前記セラミック製パイプの外側に配置された
排気ガスが通過できる耐酸化性セラミック多孔体から構
成されている。
供する。 【解決手段】 この給電用エンジンの熱回収装置は、排
気ガスによって駆動されるターボチャージャ２、ターボ
チャージャ２の後流のエネルギ回収タービン３及びエネ
ルギ回収タービン３の後流の熱交換器４から構成されて
いる。エネルギ回収タービン３は、排気ガスによって駆
動されるガスタービン９と熱交換器４で発生した水蒸気
によって駆動される蒸気タービン１０から構成されてい
る。熱交換器４は、排気ガス通路１４，１７に接続した
ケーシング１８、ケーシング１８内に配置された水と水
蒸気が流れる耐酸化性セラミック製パイプ及びケーシン
グ１８内で前記セラミック製パイプの外側に配置された
排気ガスが通過できる耐酸化性セラミック多孔体から構
成されている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、排気ガスが有する熱
エネルギを熱交換器等によって電気エネルギと給湯用エ
ネルギとして回収する給電用エンジンの熱回収装置に関
する。
エネルギを熱交換器等によって電気エネルギと給湯用エ
ネルギとして回収する給電用エンジンの熱回収装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ディーゼルエンジンでは、軽油
を燃料として燃焼室で燃焼させる。軽油はセタン価が高
く、粘性も余り大きくなく、燃焼室内に微粒化燃料を均
一に分散させるために適している。最近のディーゼルエ
ンジンにおいて、排気ガス中のパティキュレート、ＮＯ
X 成分を極めて少なくさせるために、空気を燃焼室で高
圧力に圧縮してその中に燃料を噴射し、燃焼室内での噴
霧の微粒化を実現させている。一般に、エンジンに使用
される燃料として、ガソリン、軽油、天然ガス、重油が
使用される。従来、コージェネレーションから成る発電
装置として、エンジンに発電機を取り付けたシステムが
多かったが、ディーゼルエンジンによる発電では、ディ
ーゼルエンジンが軽油を燃料とするため燃料コストが高
くなり、コスト上、優位性を確保することができない。
を燃料として燃焼室で燃焼させる。軽油はセタン価が高
く、粘性も余り大きくなく、燃焼室内に微粒化燃料を均
一に分散させるために適している。最近のディーゼルエ
ンジンにおいて、排気ガス中のパティキュレート、ＮＯ
X 成分を極めて少なくさせるために、空気を燃焼室で高
圧力に圧縮してその中に燃料を噴射し、燃焼室内での噴
霧の微粒化を実現させている。一般に、エンジンに使用
される燃料として、ガソリン、軽油、天然ガス、重油が
使用される。従来、コージェネレーションから成る発電
装置として、エンジンに発電機を取り付けたシステムが
多かったが、ディーゼルエンジンによる発電では、ディ
ーゼルエンジンが軽油を燃料とするため燃料コストが高
くなり、コスト上、優位性を確保することができない。
【０００３】従来、天然ガスを燃料とするコージェネレ
ーション型エンジンが、例えば、特開平６−３３７０７
号公報に開示されている。該コージェネレーション型エ
ンジンは、排気ガスエネルギで蒸気を発生させ、該蒸気
エネルギを電気エネルギとして回収して熱効率を向上さ
せたものであり、排気ガスエネルギによってターボチャ
ージャを駆動し、該ターボチャージャからの排気ガスエ
ネルギで発電機を備えたエネルギ回収装置を駆動する。
エネルギ回収装置からの排気ガスの熱エネルギを第１熱
交換器で蒸気に変換し、該蒸気によって蒸気タービンを
駆動して電気エネルギとして回収し、第２熱交換器によ
って蒸気タービンからの高温の蒸気で温水を発生させ、
該温水を給湯用に利用するものである。
ーション型エンジンが、例えば、特開平６−３３７０７
号公報に開示されている。該コージェネレーション型エ
ンジンは、排気ガスエネルギで蒸気を発生させ、該蒸気
エネルギを電気エネルギとして回収して熱効率を向上さ
せたものであり、排気ガスエネルギによってターボチャ
ージャを駆動し、該ターボチャージャからの排気ガスエ
ネルギで発電機を備えたエネルギ回収装置を駆動する。
エネルギ回収装置からの排気ガスの熱エネルギを第１熱
交換器で蒸気に変換し、該蒸気によって蒸気タービンを
駆動して電気エネルギとして回収し、第２熱交換器によ
って蒸気タービンからの高温の蒸気で温水を発生させ、
該温水を給湯用に利用するものである。
【０００４】また、ディーゼルエンジンを用いた給電装
置において、燃料として重油を利用できれば、燃料コス
トを大幅に低減できるので、重油を燃焼室に高圧噴射す
るため、重油を加熱して重油に流動性を持たせることが
考えられる。そこで、本出願人は、重油を燃料とするデ
ィーゼルエンジンを開発し、例えば、特願平８−４６９
５６号、特願平８−１５１９１０号、特願平８−１５１
９１１号として出願した。
置において、燃料として重油を利用できれば、燃料コス
トを大幅に低減できるので、重油を燃焼室に高圧噴射す
るため、重油を加熱して重油に流動性を持たせることが
考えられる。そこで、本出願人は、重油を燃料とするデ
ィーゼルエンジンを開発し、例えば、特願平８−４６９
５６号、特願平８−１５１９１０号、特願平８−１５１
９１１号として出願した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ディーゼル
エンジンは、燃料が持つエネルギのほぼ５０％が排気ガ
スとなって放出している。従って、給電用エンジンとし
てディーゼルエンジンを使用した場合には、給電用エン
ジンが都市部等で普及した段階では、排気ガスとして放
出される熱エネルギが問題になる。即ち、エンジンから
排出される排気ガスを、そのままの状態で大気に放出す
ると、周囲の気温を上昇させ、周囲環境を悪化させると
共に、燃料コストをアップすることになって省資源の観
点から問題になる。
エンジンは、燃料が持つエネルギのほぼ５０％が排気ガ
スとなって放出している。従って、給電用エンジンとし
てディーゼルエンジンを使用した場合には、給電用エン
ジンが都市部等で普及した段階では、排気ガスとして放
出される熱エネルギが問題になる。即ち、エンジンから
排出される排気ガスを、そのままの状態で大気に放出す
ると、周囲の気温を上昇させ、周囲環境を悪化させると
共に、燃料コストをアップすることになって省資源の観
点から問題になる。
【０００６】エンジンから排出される排気ガスが有する
熱エネルギを回収する方法としては、排気管にターボチ
ャージャやエネルギ回収タービンを設けることによって
達成できるが、例えば、排気ガスが９００℃の熱エネル
ギを有しているとすると、ターボチャージャではその一
部が回収されてターボチャージャから排出される排気ガ
スの温度が６００℃程度に下がる。ターボチャージャか
ら排気される排気ガスをエネルギ回収タービンに通すこ
とによって熱エネルギが回収されて排気ガスが５００℃
程度に低下する。そこで、エネルギ回収タービンから放
出する排気ガスが有する熱エネルギを更に回収し、排気
ガスの温度を低下させるため、エネルギ回収タービンの
後流に熱交換器が設けられている。
熱エネルギを回収する方法としては、排気管にターボチ
ャージャやエネルギ回収タービンを設けることによって
達成できるが、例えば、排気ガスが９００℃の熱エネル
ギを有しているとすると、ターボチャージャではその一
部が回収されてターボチャージャから排出される排気ガ
スの温度が６００℃程度に下がる。ターボチャージャか
ら排気される排気ガスをエネルギ回収タービンに通すこ
とによって熱エネルギが回収されて排気ガスが５００℃
程度に低下する。そこで、エネルギ回収タービンから放
出する排気ガスが有する熱エネルギを更に回収し、排気
ガスの温度を低下させるため、エネルギ回収タービンの
後流に熱交換器が設けられている。
【０００７】また、ディーゼルエンジンから成る給電用
エンジンでは、燃料として重油や天然ガスを使用して燃
料コストを低減させて熱効率を向上させる共に、エンジ
ンから排出される熱エネルギによって周囲環境を悪化さ
せないことが必要である。特に、市街地や都市部では、
エンジンから排出される排気ガスによる熱の影響を低減
させることが必要である。そこで、給電用エンジンで
は、エンジンから排出される排気ガスから熱エネルギを
如何に有効に回収するかの課題があり、そのため、排気
ガスと水とを通す熱交換器を、如何に構成すれば、排気
ガスが有する熱エネルギを有効に回収でき、しかも、排
気ガスや水に対して耐腐食性、耐熱性及び耐久性を有す
るように構成するかの課題がある。
エンジンでは、燃料として重油や天然ガスを使用して燃
料コストを低減させて熱効率を向上させる共に、エンジ
ンから排出される熱エネルギによって周囲環境を悪化さ
せないことが必要である。特に、市街地や都市部では、
エンジンから排出される排気ガスによる熱の影響を低減
させることが必要である。そこで、給電用エンジンで
は、エンジンから排出される排気ガスから熱エネルギを
如何に有効に回収するかの課題があり、そのため、排気
ガスと水とを通す熱交換器を、如何に構成すれば、排気
ガスが有する熱エネルギを有効に回収でき、しかも、排
気ガスや水に対して耐腐食性、耐熱性及び耐久性を有す
るように構成するかの課題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は、上記
の課題を解決することであり、エンジンから排出される
排気ガスによって駆動される発電機を備えたターボチャ
ージャ及びエネルギ回収タービンを排気ガス通路に設け
ると共に、エネルギ回収タービンから排出される５００
℃程度の排気ガスをその後流に設けた熱交換器に通して
１００℃程度の温度にまで低下させ、周囲環境への悪影
響を低減させると共に、熱交換器を排気ガスによって腐
食させないため、耐腐食性で耐酸化性のセラミックスで
作製して耐久性を向上させた給電用エンジンの熱回収装
置を提供することである。
の課題を解決することであり、エンジンから排出される
排気ガスによって駆動される発電機を備えたターボチャ
ージャ及びエネルギ回収タービンを排気ガス通路に設け
ると共に、エネルギ回収タービンから排出される５００
℃程度の排気ガスをその後流に設けた熱交換器に通して
１００℃程度の温度にまで低下させ、周囲環境への悪影
響を低減させると共に、熱交換器を排気ガスによって腐
食させないため、耐腐食性で耐酸化性のセラミックスで
作製して耐久性を向上させた給電用エンジンの熱回収装
置を提供することである。
【０００９】この発明は、エンジンの排気ガスによって
駆動される排気ガス通路に設けたターボチャージャ、前
記ターボチャージャの後流の前記排気ガス通路に設けた
発電機を備えたエネルギ回収タービン、及び前記エネル
ギ回収タービンの後流の前記排気ガス通路に設けた熱交
換器を具備し、前記エネルギ回収タービンは前記ターボ
チャージャから排出される排気ガスによって駆動される
ガスタービンと前記熱交換器で発生した蒸気によって駆
動される蒸気タービンとの二個の翼車と回転子から成
り、前記熱交換器は前記排気ガス通路に接続したケーシ
ング、前記ケーシング内に配置された水と蒸気が流れる
耐酸化性セラミック製パイプ及び前記ケーシング内で前
記セラミック製パイプの外側に一体的に配置された排気
ガスが通過できる耐酸化性セラミック多孔体から構成さ
れている給電用エンジンの熱回収装置に関する。また、
前記ターボチャージャには、発電機を設け、過給と発電
を行うことができるように構成されている。
駆動される排気ガス通路に設けたターボチャージャ、前
記ターボチャージャの後流の前記排気ガス通路に設けた
発電機を備えたエネルギ回収タービン、及び前記エネル
ギ回収タービンの後流の前記排気ガス通路に設けた熱交
換器を具備し、前記エネルギ回収タービンは前記ターボ
チャージャから排出される排気ガスによって駆動される
ガスタービンと前記熱交換器で発生した蒸気によって駆
動される蒸気タービンとの二個の翼車と回転子から成
り、前記熱交換器は前記排気ガス通路に接続したケーシ
ング、前記ケーシング内に配置された水と蒸気が流れる
耐酸化性セラミック製パイプ及び前記ケーシング内で前
記セラミック製パイプの外側に一体的に配置された排気
ガスが通過できる耐酸化性セラミック多孔体から構成さ
れている給電用エンジンの熱回収装置に関する。また、
前記ターボチャージャには、発電機を設け、過給と発電
を行うことができるように構成されている。
【００１０】また、前記熱交換器における前記セラミッ
ク製パイプ内にはセラミックス格子又は多孔質材が配置
されている。
ク製パイプ内にはセラミックス格子又は多孔質材が配置
されている。
【００１１】また、前記セラミック多孔体及び前記セラ
ミック製パイプは、耐腐食性で耐酸化性の窒化ケイ素、
炭化ケイ素又は窒化アルミニウムから作製されている。
ミック製パイプは、耐腐食性で耐酸化性の窒化ケイ素、
炭化ケイ素又は窒化アルミニウムから作製されている。
【００１２】水及び水蒸気が流れる前記セラミック製パ
イプの内壁面に形成されている緻密なセラミック皮膜
は、前記パイプ内にポリマープレカーサを高圧で通過さ
せて前記内壁面に塗布した後、焼結して作製されてい
る。従って、前記セラミック製パイプは、その内壁面に
クラックや穴等が存在していたとしても、それらの孔は
緻密なセラミック皮膜で塞がれて水や水蒸気がパイプを
通じて外部に漏洩することがなく、また、その外壁面は
凹凸状に構成されているので、パイプ外側を流れる排気
ガスと効果的に熱交換し、水を水蒸気に転化させること
ができる。
イプの内壁面に形成されている緻密なセラミック皮膜
は、前記パイプ内にポリマープレカーサを高圧で通過さ
せて前記内壁面に塗布した後、焼結して作製されてい
る。従って、前記セラミック製パイプは、その内壁面に
クラックや穴等が存在していたとしても、それらの孔は
緻密なセラミック皮膜で塞がれて水や水蒸気がパイプを
通じて外部に漏洩することがなく、また、その外壁面は
凹凸状に構成されているので、パイプ外側を流れる排気
ガスと効果的に熱交換し、水を水蒸気に転化させること
ができる。
【００１３】前記セラミック多孔体は、セラミック繊維
材をパイプ状にした不織布にＳｉ，Ｓｉ3 Ｎ4 を含浸混
合させた混合材を反応焼結させて作製したパイプ状仮焼
体の外側に加熱焼却できる多孔材を配置し、前記多孔材
にセラミック泥漿を流し込んで作製した成形体をＮ2 ガ
ス中で焼結して作製された多数の連続するオープンポア
を備えた反応焼結セラミックスから構成されている。従
って、前記セラミック多孔体には、多数の連続するオー
プンポアが形成され、排気ガスがオープンポアを通って
スムースに流れると共に、熱交換面積を大幅に拡大し、
前記セラミック多孔体の内部に埋め込まれた前記パイプ
を流れる水を効率的に水蒸気に変換することができる。
材をパイプ状にした不織布にＳｉ，Ｓｉ3 Ｎ4 を含浸混
合させた混合材を反応焼結させて作製したパイプ状仮焼
体の外側に加熱焼却できる多孔材を配置し、前記多孔材
にセラミック泥漿を流し込んで作製した成形体をＮ2 ガ
ス中で焼結して作製された多数の連続するオープンポア
を備えた反応焼結セラミックスから構成されている。従
って、前記セラミック多孔体には、多数の連続するオー
プンポアが形成され、排気ガスがオープンポアを通って
スムースに流れると共に、熱交換面積を大幅に拡大し、
前記セラミック多孔体の内部に埋め込まれた前記パイプ
を流れる水を効率的に水蒸気に変換することができる。
【００１４】この発明による給電用エンジンの熱回収装
置は、上記のように構成されているので、ターボチャー
ジャとエネルギ回収タービンとで排気ガスが有する熱エ
ネルギが電気エネルギとして回収され、熱交換器で水か
ら変換された水蒸気が有する熱エネルギはエネルギ回収
タービンの蒸気タービンで電気エネルギとして回収さ
れ、また、熱交換器で発生する温水は給湯用エネルギと
して回収される。
置は、上記のように構成されているので、ターボチャー
ジャとエネルギ回収タービンとで排気ガスが有する熱エ
ネルギが電気エネルギとして回収され、熱交換器で水か
ら変換された水蒸気が有する熱エネルギはエネルギ回収
タービンの蒸気タービンで電気エネルギとして回収さ
れ、また、熱交換器で発生する温水は給湯用エネルギと
して回収される。
【００１５】また、ターボチャージャに次いでエネルギ
回収タービンを通過した排気ガスの温度は５００℃程度
に低下するが、排気ガスが熱交換器を更に通過すること
により水を水蒸気に変換するので、排気ガスが有する熱
エネルギが効果的に回収され、それによって、エンジン
から排出される排気ガスから熱エネルギは電気エネルギ
と蒸気タービンの駆動エネルギとして十分に回収され、
大気に排出される排気ガス温度は１００℃程度にまで十
分に低下し、エンジンから排出される熱エネルギを小さ
くすることができ、周囲環境に悪影響を及ぼすことがな
い。また、排気ガスには種々の酸化物や活性酸素を含ん
でいるが、熱交換器は耐酸化性のＳｉ3Ｎ4 ，ＳｉＣ等
のセラミックスで作製されているので、耐久性を向上さ
せることができる。
回収タービンを通過した排気ガスの温度は５００℃程度
に低下するが、排気ガスが熱交換器を更に通過すること
により水を水蒸気に変換するので、排気ガスが有する熱
エネルギが効果的に回収され、それによって、エンジン
から排出される排気ガスから熱エネルギは電気エネルギ
と蒸気タービンの駆動エネルギとして十分に回収され、
大気に排出される排気ガス温度は１００℃程度にまで十
分に低下し、エンジンから排出される熱エネルギを小さ
くすることができ、周囲環境に悪影響を及ぼすことがな
い。また、排気ガスには種々の酸化物や活性酸素を含ん
でいるが、熱交換器は耐酸化性のＳｉ3Ｎ4 ，ＳｉＣ等
のセラミックスで作製されているので、耐久性を向上さ
せることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
による給電用エンジンの熱回収装置の実施例を説明す
る。図１はこの発明による給電用エンジンの熱回収装置
の一実施例を示す概略説明図、図２は図１の給電用エン
ジンの熱回収装置におけるターボチャージャを示す概略
説明図、図３は図１の給電用エンジンの熱回収装置にお
けるエネルギ回収タービンを示す概略説明図、図４は図
１の給電用エンジンの熱回収装置における熱交換器を示
す断面図、図５は図４の熱交換器におけるセラミック製
パイプを示す断面図、及び図６は図４の熱交換器の作製
工程を示す成形体の分解説明図である。
による給電用エンジンの熱回収装置の実施例を説明す
る。図１はこの発明による給電用エンジンの熱回収装置
の一実施例を示す概略説明図、図２は図１の給電用エン
ジンの熱回収装置におけるターボチャージャを示す概略
説明図、図３は図１の給電用エンジンの熱回収装置にお
けるエネルギ回収タービンを示す概略説明図、図４は図
１の給電用エンジンの熱回収装置における熱交換器を示
す断面図、図５は図４の熱交換器におけるセラミック製
パイプを示す断面図、及び図６は図４の熱交換器の作製
工程を示す成形体の分解説明図である。
【００１７】この給電用エンジンの熱回収装置は、特開
平６−３３７０７号公報に開示されたコージェネレーシ
ョン型エンジン、或いは前掲特許出願で開示したような
ディーゼルエンジンを用いた大型の燃料タンクを備えた
給電用のコージェネレーションに適用できるものであ
る。ディーゼルエンジンは、例えば、吸入行程、圧縮行
程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返す
ことによって作動されるものであり、例えば、シリンダ
側に形成された遮熱構造の主室、該主室に連絡孔を通じ
て連通するシリンダヘッドに形成された遮熱構造の副
室、及びシリンダ内を往復運動するピストンを有してい
る。
平６−３３７０７号公報に開示されたコージェネレーシ
ョン型エンジン、或いは前掲特許出願で開示したような
ディーゼルエンジンを用いた大型の燃料タンクを備えた
給電用のコージェネレーションに適用できるものであ
る。ディーゼルエンジンは、例えば、吸入行程、圧縮行
程、膨張行程及び排気行程の４つの行程を順次繰り返す
ことによって作動されるものであり、例えば、シリンダ
側に形成された遮熱構造の主室、該主室に連絡孔を通じ
て連通するシリンダヘッドに形成された遮熱構造の副
室、及びシリンダ内を往復運動するピストンを有してい
る。
【００１８】この給電用エンジンの熱回収装置は、主と
して、ディーゼルエンジン１の排気ガスＧによって駆動
される排気ガス通路１２に設けた発電機８を備えたター
ボチャージャ２、ターボチャージャ２の後流の排気ガス
通路１３に設けた発電機１１を備えたエネルギ回収ター
ビン３、及びエネルギ回収タービン３の後流の排気ガス
通路１４に設けた熱交換器４を有する。ターボチャージ
ャ２は、排気ガスＧで駆動されるタービン６、タービン
６にシャフト２８で連結されたコンプレッサ７、及びシ
ャフト２８上に設けられた発電機（交流機）８から構成
されている。コンプレッサ７は、空気Ａを吸い込んでエ
ンジン１に吸気として供給する。ターボチャージャ２に
おける発電機８で発電された電力は、給電用電力として
消費され、一部の電力はバッテリ（図示せず）等に蓄電
される。或いは、ターボチャージャ２には、発電機８を
必ずしも設けなくても良い。
して、ディーゼルエンジン１の排気ガスＧによって駆動
される排気ガス通路１２に設けた発電機８を備えたター
ボチャージャ２、ターボチャージャ２の後流の排気ガス
通路１３に設けた発電機１１を備えたエネルギ回収ター
ビン３、及びエネルギ回収タービン３の後流の排気ガス
通路１４に設けた熱交換器４を有する。ターボチャージ
ャ２は、排気ガスＧで駆動されるタービン６、タービン
６にシャフト２８で連結されたコンプレッサ７、及びシ
ャフト２８上に設けられた発電機（交流機）８から構成
されている。コンプレッサ７は、空気Ａを吸い込んでエ
ンジン１に吸気として供給する。ターボチャージャ２に
おける発電機８で発電された電力は、給電用電力として
消費され、一部の電力はバッテリ（図示せず）等に蓄電
される。或いは、ターボチャージャ２には、発電機８を
必ずしも設けなくても良い。
【００１９】エネルギ回収タービン３は、ターボチャー
ジャ２から排気ガス通路１３を通じて排出される排気ガ
スＧによって駆動されるガスタービン９、熱交換器４で
発生した水蒸気Ｓによって駆動される蒸気タービン１
０、及びガスタービン９と蒸気タービン１０との回転力
を電力に変換する発電機１１から構成されている。即
ち、エネルギ回収タービン３では、ガスタービン９の翼
車、蒸気タービン１０の翼車、及び二個の翼車を連結す
る発電機１１の回転子を構成するシャフトを有してい
る。また、ガスタービン９は、ターボチャージャ２のタ
ービン６と同様に構成することができる。ガスタービン
９では、排気ガスＧに対して耐熱性で且つ耐腐食性を有
するように翼車等がセラミックスで作製され、また、蒸
気タービン１０では、水蒸気Ｓに対して耐腐食性を有す
るように翼車等がセラミックス等の材料で作製された部
品で構成されている。更に、エネルギ回収タービン３で
は、排気ガスタービン９と蒸気タービン１０とで発生す
るスラスト力や、同軸上でのマッチングが考慮して構成
されている。
ジャ２から排気ガス通路１３を通じて排出される排気ガ
スＧによって駆動されるガスタービン９、熱交換器４で
発生した水蒸気Ｓによって駆動される蒸気タービン１
０、及びガスタービン９と蒸気タービン１０との回転力
を電力に変換する発電機１１から構成されている。即
ち、エネルギ回収タービン３では、ガスタービン９の翼
車、蒸気タービン１０の翼車、及び二個の翼車を連結す
る発電機１１の回転子を構成するシャフトを有してい
る。また、ガスタービン９は、ターボチャージャ２のタ
ービン６と同様に構成することができる。ガスタービン
９では、排気ガスＧに対して耐熱性で且つ耐腐食性を有
するように翼車等がセラミックスで作製され、また、蒸
気タービン１０では、水蒸気Ｓに対して耐腐食性を有す
るように翼車等がセラミックス等の材料で作製された部
品で構成されている。更に、エネルギ回収タービン３で
は、排気ガスタービン９と蒸気タービン１０とで発生す
るスラスト力や、同軸上でのマッチングが考慮して構成
されている。
【００２０】蒸気タービン１０の出口側の通路２２に
は、温度低下した水蒸気Ｓや水分が流れているが、コン
デンサ即ち復水器５が設けられており、復水器５におい
て水蒸気Ｓや水分は水Ｗに変換し、水Ｗは水通路１６を
通って熱交換器４に循環される。このシステムでは、復
水器５は、一種のアキュムレータとして機能し、水や湯
気或いは水蒸気のスムースな循環の補助として機能す
る。蒸気タービン１０は、耐久性を向上させるため、ブ
レードをセラミックスで作製すると共に、スクロールを
形成するハウジングをセラミックスで作製されている。
エネルギ回収タービン３における発電機１１で発電され
た電力は給電用電力として消費され、余った電力はバッ
テリ（図示せず）等に蓄電される。
は、温度低下した水蒸気Ｓや水分が流れているが、コン
デンサ即ち復水器５が設けられており、復水器５におい
て水蒸気Ｓや水分は水Ｗに変換し、水Ｗは水通路１６を
通って熱交換器４に循環される。このシステムでは、復
水器５は、一種のアキュムレータとして機能し、水や湯
気或いは水蒸気のスムースな循環の補助として機能す
る。蒸気タービン１０は、耐久性を向上させるため、ブ
レードをセラミックスで作製すると共に、スクロールを
形成するハウジングをセラミックスで作製されている。
エネルギ回収タービン３における発電機１１で発電され
た電力は給電用電力として消費され、余った電力はバッ
テリ（図示せず）等に蓄電される。
【００２１】また、熱交換器４は、エネルギ回収タービ
ン３の後流の排気ガス通路１４に接続したケーシング１
８（１８Ａ，１８Ｂ）、ケーシング１８内に配置された
水と蒸気が流れる耐酸化性セラミック製パイプ１９及び
ケーシング１８内でセラミック製パイプ１９の外側に配
置された排気ガスＧが通過できる耐酸化性セラミック多
孔体２０から構成されている。ケーシング１８は、ケー
シング１８Ａ又は１８Ｂのいずれか一方を筒形体に形成
し、他方を筒形体の両端を閉鎖する蓋体に形成すること
によって形成される。また、セラミック製パイプ１９内
にはセラミックス格子又は多孔質材２１が配置されてい
る。熱交換器４を通過した排気ガスＧは温度が、例え
ば、１００℃以下に低下しており、排気ガス通路１７を
通って、場合によっては消音器やディーゼルパティキュ
レートフィルタ等を通って外気に放出される。
ン３の後流の排気ガス通路１４に接続したケーシング１
８（１８Ａ，１８Ｂ）、ケーシング１８内に配置された
水と蒸気が流れる耐酸化性セラミック製パイプ１９及び
ケーシング１８内でセラミック製パイプ１９の外側に配
置された排気ガスＧが通過できる耐酸化性セラミック多
孔体２０から構成されている。ケーシング１８は、ケー
シング１８Ａ又は１８Ｂのいずれか一方を筒形体に形成
し、他方を筒形体の両端を閉鎖する蓋体に形成すること
によって形成される。また、セラミック製パイプ１９内
にはセラミックス格子又は多孔質材２１が配置されてい
る。熱交換器４を通過した排気ガスＧは温度が、例え
ば、１００℃以下に低下しており、排気ガス通路１７を
通って、場合によっては消音器やディーゼルパティキュ
レートフィルタ等を通って外気に放出される。
【００２２】また、セラミック多孔体２０及びセラミッ
ク製パイプ１９は、耐腐食性で耐酸化性に富んだ窒化ケ
イ素、炭化ケイ素又は窒化アルミニウムから作製され、
内部に水及び蒸気が流れるものである。セラミック多孔
体２０及びセラミック製パイプ１９は、例えば、図６に
分解された状態で示されている多孔材２４に含浸された
スラリー及び成形体２６を反応焼結することによって作
製される。
ク製パイプ１９は、耐腐食性で耐酸化性に富んだ窒化ケ
イ素、炭化ケイ素又は窒化アルミニウムから作製され、
内部に水及び蒸気が流れるものである。セラミック多孔
体２０及びセラミック製パイプ１９は、例えば、図６に
分解された状態で示されている多孔材２４に含浸された
スラリー及び成形体２６を反応焼結することによって作
製される。
【００２３】まず、窒化ケイ素、炭化ケイ素又は窒化ア
ルミニウム等のセラミック繊維材にＳｉ，Ｓｉ3 Ｎ4 粉
末を含浸混合させた混合材によってパイプ状不織布と粉
体の合成材を作製し、混合材から成るパイプ状不織布を
Ｎ2 ガス中で反応焼結させてパイプ状仮焼体２５を作製
する。次いで、パイプ状仮焼体２５内にポリマープレカ
ーサ（窒化ケイ素前駆体）を高圧で通過させ、その内壁
面にポリマープレカーサを塗布又は含浸させる。また、
図６に示すように、仮焼体のセラミック板２３には、パ
イプ状仮焼体２５が嵌合する孔３０を形成し、また、焼
結時に加熱焼却されるポリウレタンフォーム、ゴムフォ
ーム等の多孔材２４には、パイプ状仮焼体２５が貫通す
る孔２９を形成する。多孔材２４の両端面にセラミック
板２３を配置し、パイプ状仮焼体２５をセラミック板２
３の孔３０と多孔材２４の孔２９とに貫通して配置し、
更に、パイプ状仮焼体２５内にセラミックス格子やセラ
ミック多孔質材を配置し、この組立体を成形型に配置す
る。次いで、パイプ状仮焼体２５の外側に配置した多孔
材２４にセラミック泥漿を侵入させて成形体２６を作製
する。成形体２６を、Ｎ2 ガス中で反応焼結することに
よって、多孔材２４が加熱焼結されて多孔材２４の部分
に多数の連続するオープンポアが形成され、セラミック
泥漿は反応焼結セラミックスに焼結され、パイプ状仮焼
体２５はセラミック製パイプ１９に転化される。ここ
で、反応焼結セラミックスはセラミック多孔体２０を構
成する。セラミック製パイプ１９の内壁面にポリマープ
レカーサが転化したセラミック皮膜２７が形成される。
また、セラミック板２３は熱交換器４では遮蔽プレート
として機能する。
ルミニウム等のセラミック繊維材にＳｉ，Ｓｉ3 Ｎ4 粉
末を含浸混合させた混合材によってパイプ状不織布と粉
体の合成材を作製し、混合材から成るパイプ状不織布を
Ｎ2 ガス中で反応焼結させてパイプ状仮焼体２５を作製
する。次いで、パイプ状仮焼体２５内にポリマープレカ
ーサ（窒化ケイ素前駆体）を高圧で通過させ、その内壁
面にポリマープレカーサを塗布又は含浸させる。また、
図６に示すように、仮焼体のセラミック板２３には、パ
イプ状仮焼体２５が嵌合する孔３０を形成し、また、焼
結時に加熱焼却されるポリウレタンフォーム、ゴムフォ
ーム等の多孔材２４には、パイプ状仮焼体２５が貫通す
る孔２９を形成する。多孔材２４の両端面にセラミック
板２３を配置し、パイプ状仮焼体２５をセラミック板２
３の孔３０と多孔材２４の孔２９とに貫通して配置し、
更に、パイプ状仮焼体２５内にセラミックス格子やセラ
ミック多孔質材を配置し、この組立体を成形型に配置す
る。次いで、パイプ状仮焼体２５の外側に配置した多孔
材２４にセラミック泥漿を侵入させて成形体２６を作製
する。成形体２６を、Ｎ2 ガス中で反応焼結することに
よって、多孔材２４が加熱焼結されて多孔材２４の部分
に多数の連続するオープンポアが形成され、セラミック
泥漿は反応焼結セラミックスに焼結され、パイプ状仮焼
体２５はセラミック製パイプ１９に転化される。ここ
で、反応焼結セラミックスはセラミック多孔体２０を構
成する。セラミック製パイプ１９の内壁面にポリマープ
レカーサが転化したセラミック皮膜２７が形成される。
また、セラミック板２３は熱交換器４では遮蔽プレート
として機能する。
【００２４】熱交換器４の焼結体は、上記のようにして
作製され、セラミック多孔体２０にセラミック製パイプ
１９が埋め込まれた構造が作製される。上記のようにし
て作製した焼結体を、ケーシング１８Ａとケーシング１
８Ｂとで形成される空間内に配置し、ケーシング１８Ｂ
に排気ガス通路１４，１７をそれぞれ取り付け、ケーシ
ング１８Ａに水通路１６と水蒸気通路１５をそれぞれ取
り付けて熱交換器４が作製される。熱交換器４では、セ
ラミック製パイプ１９のセラミック皮膜２７とセラミッ
ク板２３とがケーシング１８Ａとケーシング１８Ｂ内に
おいて、排気ガスと水又は水蒸気とを遮蔽する遮蔽板の
機能を果たす構造に作製される。
作製され、セラミック多孔体２０にセラミック製パイプ
１９が埋め込まれた構造が作製される。上記のようにし
て作製した焼結体を、ケーシング１８Ａとケーシング１
８Ｂとで形成される空間内に配置し、ケーシング１８Ｂ
に排気ガス通路１４，１７をそれぞれ取り付け、ケーシ
ング１８Ａに水通路１６と水蒸気通路１５をそれぞれ取
り付けて熱交換器４が作製される。熱交換器４では、セ
ラミック製パイプ１９のセラミック皮膜２７とセラミッ
ク板２３とがケーシング１８Ａとケーシング１８Ｂ内に
おいて、排気ガスと水又は水蒸気とを遮蔽する遮蔽板の
機能を果たす構造に作製される。
【００２５】熱交換器４は、図４に示すように、排気ガ
スＧが排気ガス通路１４から熱交換器４内に侵入し、多
数のオープンポアを有するセラミック多孔体２０を通過
しつつセラミック製パイプ１９との熱交換を行いながら
排気ガス通路１７から放出される。一方、水Ｗは水通路
１６から熱交換器４内に侵入し、セラミック製パイプ１
９を通過しつつ排気ガスＧから熱エネルギを受熱して水
蒸気Ｓに蒸発し、水蒸気通路１５から蒸気タービン１０
へ送り込まれる。
スＧが排気ガス通路１４から熱交換器４内に侵入し、多
数のオープンポアを有するセラミック多孔体２０を通過
しつつセラミック製パイプ１９との熱交換を行いながら
排気ガス通路１７から放出される。一方、水Ｗは水通路
１６から熱交換器４内に侵入し、セラミック製パイプ１
９を通過しつつ排気ガスＧから熱エネルギを受熱して水
蒸気Ｓに蒸発し、水蒸気通路１５から蒸気タービン１０
へ送り込まれる。
【００２６】
【発明の効果】この発明による給電用エンジンの熱回収
装置は、上記のように構成されているので、ディーゼル
エンジンから排出される排気ガスが有する熱エネルギ
は、ターボチャージャ、エネルギ回収タービン及び熱交
換器によって回収され、外気を高めることがなく、例え
ば、ディーゼルエンジンを都市部等で作動しても、周囲
環境を悪化させることがない。従って、この給電用エン
ジンの熱回収装置は、例えば、大型の燃料タンクを使用
するような定置式のコージェネレーションの給電装置に
適用でき、重油を燃料として有効に利用でき、燃料コス
トを大幅に低減でき、電力コストを低減できると共に、
季節に左右されることなく年間通じて使用でき、極めて
好ましいものである。
装置は、上記のように構成されているので、ディーゼル
エンジンから排出される排気ガスが有する熱エネルギ
は、ターボチャージャ、エネルギ回収タービン及び熱交
換器によって回収され、外気を高めることがなく、例え
ば、ディーゼルエンジンを都市部等で作動しても、周囲
環境を悪化させることがない。従って、この給電用エン
ジンの熱回収装置は、例えば、大型の燃料タンクを使用
するような定置式のコージェネレーションの給電装置に
適用でき、重油を燃料として有効に利用でき、燃料コス
トを大幅に低減でき、電力コストを低減できると共に、
季節に左右されることなく年間通じて使用でき、極めて
好ましいものである。
【図１】この発明による給電用エンジンの熱回収装置の
一実施例を示す概略説明図である。
一実施例を示す概略説明図である。
【図２】図１の給電用エンジンの熱回収装置におけるタ
ーボチャージャを示す概略説明図である。
ーボチャージャを示す概略説明図である。
【図３】図１の給電用エンジンの熱回収装置におけるエ
ネルギ回収タービンを示す概略説明図である。
ネルギ回収タービンを示す概略説明図である。
【図４】図１の給電用エンジンの熱回収装置における熱
交換器を示す断面図である。
交換器を示す断面図である。
【図５】図４の熱交換器におけるセラミック製パイプを
示す断面図である。
示す断面図である。
【図６】図４の熱交換器の作製工程を示す成形体の分解
説明図である。
説明図である。
１ ディーゼルエンジン ２ ターボチャージャ ３ エネルギ回収タービン ４ 熱交換器 ５ 復水器（コンデンサ） ８，１１ 発電機 ９ ガスタービン １０ 蒸気タービン １２，１３，１４，１７ 排気ガス通路 １５ 蒸気通路 １６ 水通路 １８，１８Ａ，１８Ｂ ケーシング １９ セラミック製パイプ ２０ セラミック多孔体 ２１ 格子やセラミック繊維 ２２ 蒸気・水通路 ２３ 遮蔽プレート ２４ 多孔材（ポリウレタンフォーム） ２５ パイプ状仮焼体 ２６ 成形体 ２７ セラミック皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｂ Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｆ２８Ｆ 21/04 Ｆ２８Ｆ 21/04 Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｇ
Claims (6)
- 【請求項１】 エンジンの排気ガスによって駆動される
排気ガス通路に設けたターボチャージャ、前記ターボチ
ャージャの後流の前記排気ガス通路に設けた発電機を備
えたエネルギ回収タービン、及び前記エネルギ回収ター
ビンの後流の前記排気ガス通路に設けた熱交換器を具備
し、前記エネルギ回収タービンは前記ターボチャージャ
から排出される排気ガスによって駆動されるガスタービ
ンと前記熱交換器で発生した水蒸気によって駆動される
蒸気タービンとの２個の翼車と回転子から成り、前記熱
交換器は前記排気ガス通路に接続したケーシング、前記
ケーシング内に配置された水と水蒸気が流れる耐酸化性
セラミック製パイプ及び前記ケーシング内で前記セラミ
ック製パイプの外側に一体的に配置された排気ガスが通
過できる耐酸化性セラミック多孔体から構成されている
ことから成る給電用エンジンの熱回収装置。 - 【請求項２】 前記熱交換器における前記セラミック製
パイプ内にはセラミックス格子又は多孔質材が配置され
ている請求項１に記載の給電用エンジンの熱回収装置。 - 【請求項３】 前記セラミック多孔体及び前記セラミッ
ク製パイプは、耐腐食性で耐酸化性の窒化ケイ素、炭化
ケイ素又は窒化アルミニウムから作製されている請求項
１に記載の給電用エンジンの熱回収装置。 - 【請求項４】 水及び水蒸気が流れる前記セラミック製
パイプの内壁面に形成されている緻密なセラミック皮膜
は、前記パイプ内にポリマープレカーサを高圧で通過さ
せて前記内壁面に塗布した後、焼結して作製されている
請求項１に記載の給電用エンジンの熱回収装置。 - 【請求項５】 前記セラミック多孔体は、セラミック繊
維材をパイプ状にした不織布にＳｉ，Ｓｉ3 Ｎ4 を含浸
混合させた混合材を反応焼結させて作製したパイプ状仮
焼体の外側に加熱焼却できる多孔材を配置し、前記多孔
材にセラミック泥漿を流し込んで作製した成形体をＮ2
ガス中で焼結して作製された多数の連続するオープンポ
アを備えた反応焼結セラミックスから構成されている請
求項１に記載の給電用エンジンの熱回収装置。 - 【請求項６】 前記ターボチャージャには、発電機を設
け、過給と発電を行うことができるように構成されてい
る請求項１に記載の給電用エンジンの熱回収装置。
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| JP8321182A JPH10148120A (ja) | 1996-11-18 | 1996-11-18 | 給電用エンジンの熱回収装置 |
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