JPH1193772A - 内燃機関の排熱回収装置 - Google Patents
内燃機関の排熱回収装置Info
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- JPH1193772A JPH1193772A JP9255475A JP25547597A JPH1193772A JP H1193772 A JPH1193772 A JP H1193772A JP 9255475 A JP9255475 A JP 9255475A JP 25547597 A JP25547597 A JP 25547597A JP H1193772 A JPH1193772 A JP H1193772A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水冷式内燃機関の冷却水から発生する水蒸気
を機関自体に過度な負担をかけたり、軸出力の一部を割
愛して熱効率の低下を来たすようなことなく、高温、高
圧化して排熱を回収する内燃機関の排熱回収装置を提供
する。 【解決手段】 内燃機関（１０）の排気熱を高温熱源
（Ｈ）に冷却水を低温熱源（Ｌ）にして作動する熱機関
（１）を設け、熱機関（１）で圧縮機（２）を駆動して
内燃機関（１０）の冷却水から発生する水蒸気の全量ま
たは一部を圧縮し、内燃機関（１０）の冷却水温度及び
圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として内燃機関（１
０）の排気及び冷却水から排熱を回収する。または、排
気ガスボイラー（４）で発生する高温高圧の水蒸気をエ
ジェクタ（３）に供給し、エジェクタ（３）によって内
燃機関（１０）の冷却水から発生する水蒸気の全量また
は一部を圧縮し、内燃機関（１０）の冷却水温度及び圧
力より高い温度及び圧力の水蒸気として内燃機関（１
０）から排熱を回収する。
を機関自体に過度な負担をかけたり、軸出力の一部を割
愛して熱効率の低下を来たすようなことなく、高温、高
圧化して排熱を回収する内燃機関の排熱回収装置を提供
する。 【解決手段】 内燃機関（１０）の排気熱を高温熱源
（Ｈ）に冷却水を低温熱源（Ｌ）にして作動する熱機関
（１）を設け、熱機関（１）で圧縮機（２）を駆動して
内燃機関（１０）の冷却水から発生する水蒸気の全量ま
たは一部を圧縮し、内燃機関（１０）の冷却水温度及び
圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として内燃機関（１
０）の排気及び冷却水から排熱を回収する。または、排
気ガスボイラー（４）で発生する高温高圧の水蒸気をエ
ジェクタ（３）に供給し、エジェクタ（３）によって内
燃機関（１０）の冷却水から発生する水蒸気の全量また
は一部を圧縮し、内燃機関（１０）の冷却水温度及び圧
力より高い温度及び圧力の水蒸気として内燃機関（１
０）から排熱を回収する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水冷式内燃機関、
特にコージェネレーション用のレシプロ式（往復式）内
燃機関の排気及び冷却水から排熱を回収する内燃機関の
排熱回収装置に関する。
特にコージェネレーション用のレシプロ式（往復式）内
燃機関の排気及び冷却水から排熱を回収する内燃機関の
排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】往復式内燃機関からは、軸動力と共に、
排気ガス及び冷却水の２種類の排熱が発生する。そして
コージェネレーションは軸動力と共に、排熱を利用する
ことで省エネルギーを達成するものである。
排気ガス及び冷却水の２種類の排熱が発生する。そして
コージェネレーションは軸動力と共に、排熱を利用する
ことで省エネルギーを達成するものである。
【０００３】それらの排熱のうち、排気ガスの温度は例
えば７００℃〜５００℃という温度であるため、高い温
度、圧力の水蒸気を発生できる。一方、冷却水の温度は
一般的には１００℃以下程度であるため、温水として利
用される。
えば７００℃〜５００℃という温度であるため、高い温
度、圧力の水蒸気を発生できる。一方、冷却水の温度は
一般的には１００℃以下程度であるため、温水として利
用される。
【０００４】しかし、工場等では蒸気の用途は大きいも
のの、温水の用途は限られるために有効に利用されない
場合が多い。またビル等では夏期には排熱のままでは用
途がないため、吸収冷凍機の熱源に利用することが多
い。この場合も、温水熱源の吸収冷凍機は、性能、大き
さ等で蒸気熱源の吸収冷凍機に比べてかなり劣るという
問題がある。
のの、温水の用途は限られるために有効に利用されない
場合が多い。またビル等では夏期には排熱のままでは用
途がないため、吸収冷凍機の熱源に利用することが多
い。この場合も、温水熱源の吸収冷凍機は、性能、大き
さ等で蒸気熱源の吸収冷凍機に比べてかなり劣るという
問題がある。
【０００５】このため、内燃機関の冷却水から良質の水
蒸気を回収することが望まれており、冷却水温度を１２
０℃として、この温度で水蒸気を発生して利用するガス
エンジンが実用化されている。
蒸気を回収することが望まれており、冷却水温度を１２
０℃として、この温度で水蒸気を発生して利用するガス
エンジンが実用化されている。
【０００６】その一例を図４に示す。内燃機関１０の冷
却水は、多岐管１０ａによってセパレータ１５に導か
れ、セパレータ１５内の飽和水はその下部から吸入管１
０ｂで内燃機関１０に送られて循環している。また、セ
パレータ１５の下部には給水管１５ａが設けられて冷却
水Ｗが給水されている。そして、セパレータ１５の上部
からは水蒸気ライン１２が分岐され、気水分離器１３で
水分が分離されて蒸気圧コントローラで調圧された１ｋ
ｇ／ｃｍ２の水蒸気Ｓが蒸気熱源として供給されてい
る。なお、符号１６は内燃機関１０で駆動される発電機
等の負荷を、１１は排気ガスＧを排出する排気管を示し
ている。
却水は、多岐管１０ａによってセパレータ１５に導か
れ、セパレータ１５内の飽和水はその下部から吸入管１
０ｂで内燃機関１０に送られて循環している。また、セ
パレータ１５の下部には給水管１５ａが設けられて冷却
水Ｗが給水されている。そして、セパレータ１５の上部
からは水蒸気ライン１２が分岐され、気水分離器１３で
水分が分離されて蒸気圧コントローラで調圧された１ｋ
ｇ／ｃｍ２の水蒸気Ｓが蒸気熱源として供給されてい
る。なお、符号１６は内燃機関１０で駆動される発電機
等の負荷を、１１は排気ガスＧを排出する排気管を示し
ている。
【０００７】しかし、一般の工場での使用や、蒸気熱源
吸収冷凍機での使用には、１２０℃という水蒸気温度で
は不十分であり、より高い温度の水蒸気を発生できるこ
とが望まれている。一方、冷却水温度を高くすると、往
復式内燃機関各部の耐久性、燃焼性能への影響の検討が
必要であり、設計の見直し、コストの上昇が避けられな
い。
吸収冷凍機での使用には、１２０℃という水蒸気温度で
は不十分であり、より高い温度の水蒸気を発生できるこ
とが望まれている。一方、冷却水温度を高くすると、往
復式内燃機関各部の耐久性、燃焼性能への影響の検討が
必要であり、設計の見直し、コストの上昇が避けられな
い。
【０００８】また、内燃機関の冷却水温度を高くするこ
となく、冷却水からの水蒸気を高温、高圧化する方法と
して、冷却水から発生する水蒸気を圧縮機で圧縮し、高
温、高圧とする方法が提案されている。しかし、この圧
縮機の駆動には内燃機関からの動力を使用する必要があ
るので、冷却水からの排熱は確かに利用しやすくなる
が、その一方で、内燃機関の熱効率が低下するという問
題があり、実際には使用されていない。
となく、冷却水からの水蒸気を高温、高圧化する方法と
して、冷却水から発生する水蒸気を圧縮機で圧縮し、高
温、高圧とする方法が提案されている。しかし、この圧
縮機の駆動には内燃機関からの動力を使用する必要があ
るので、冷却水からの排熱は確かに利用しやすくなる
が、その一方で、内燃機関の熱効率が低下するという問
題があり、実際には使用されていない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、水冷式内燃
機関の冷却水から発生する水蒸気を機関自体に過度な負
担をかけたり、あるいは軸出力の一部を割愛して熱効率
の低下を来たすようなことなく、高温、高圧化して排熱
を回収する内燃機関の排熱回収装置を提供することを目
的としている。
機関の冷却水から発生する水蒸気を機関自体に過度な負
担をかけたり、あるいは軸出力の一部を割愛して熱効率
の低下を来たすようなことなく、高温、高圧化して排熱
を回収する内燃機関の排熱回収装置を提供することを目
的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の内燃機関の排熱
回収装置は、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、
内燃機関の排気熱を高温熱源とし冷却水を低温熱源とし
て作動する熱機関を設け、該熱機関により圧縮機を駆動
し、該圧縮機は内燃機関の冷却水から発生する水蒸気の
全量または一部を圧縮して内燃機関の冷却水よりも温度
及び圧力が高い水蒸気にせしめる様に構成している。す
なわち、内燃機関の排気及び冷却水からの排熱を、内燃
機関の冷却水よりも温度及び圧力が高い水蒸気として回
収しているのである。
回収装置は、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、
内燃機関の排気熱を高温熱源とし冷却水を低温熱源とし
て作動する熱機関を設け、該熱機関により圧縮機を駆動
し、該圧縮機は内燃機関の冷却水から発生する水蒸気の
全量または一部を圧縮して内燃機関の冷却水よりも温度
及び圧力が高い水蒸気にせしめる様に構成している。す
なわち、内燃機関の排気及び冷却水からの排熱を、内燃
機関の冷却水よりも温度及び圧力が高い水蒸気として回
収しているのである。
【００１１】この熱機関は、内燃機関の排気ガスの持つ
排熱の一部を動力に変換し、残りの熱エネルギーを冷却
水に与える。そして、熱機関で発生された動力によって
圧縮機が運転され、冷却水から発生した冷却水の温度及
び圧力に対応する飽和水蒸気を圧縮し、冷却水の温度及
び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気を吐出する。排気
ガスから回収された排熟は、一部が冷却水に与えられ、
残りは動力に変換された後、圧縮後の水蒸気に与えられ
る。システム全体としては、排気ガスから回収された排
熱と、冷却水から回収された排熱が、全て冷却水の温度
及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として利用され
ることが可能となる。
排熱の一部を動力に変換し、残りの熱エネルギーを冷却
水に与える。そして、熱機関で発生された動力によって
圧縮機が運転され、冷却水から発生した冷却水の温度及
び圧力に対応する飽和水蒸気を圧縮し、冷却水の温度及
び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気を吐出する。排気
ガスから回収された排熟は、一部が冷却水に与えられ、
残りは動力に変換された後、圧縮後の水蒸気に与えられ
る。システム全体としては、排気ガスから回収された排
熱と、冷却水から回収された排熱が、全て冷却水の温度
及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として利用され
ることが可能となる。
【００１２】この熱機関としては、外燃機関であれば良
く、例えば、蒸気機関、スターリングエンジンのいずれ
も使用可能であり、また、これらに限られることは無
い。
く、例えば、蒸気機関、スターリングエンジンのいずれ
も使用可能であり、また、これらに限られることは無
い。
【００１３】また、内燃機関の運転条件によっては、熱
機関の発生する動力が、冷却水から発生する水蒸気の全
量を圧縮するに必要な動力に不足する場合もあり得る。
その場合には、冷却水から発生する水蒸気の一部を圧縮
することが簡単である。
機関の発生する動力が、冷却水から発生する水蒸気の全
量を圧縮するに必要な動力に不足する場合もあり得る。
その場合には、冷却水から発生する水蒸気の一部を圧縮
することが簡単である。
【００１４】さらに、歯車列で結合する等の公知の方法
によって、内燃機関の軸動力の一部を圧縮幾の駆動に用
いることができる。または、電動機で発生する動力を、
熱機関の発生する動力に合わせて用いてもよい。
によって、内燃機関の軸動力の一部を圧縮幾の駆動に用
いることができる。または、電動機で発生する動力を、
熱機関の発生する動力に合わせて用いてもよい。
【００１５】また、本発明の内燃機関の排熱回収装置
は、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、内燃機関
の排気ガスから排熱を回収して高温高圧の水蒸気を発生
するボイラーを設け、該ボイラーはそこで発生する高温
高圧の水蒸気をエジェクタに供給し、該エジェクタは内
燃機関の冷却水から発生する水蒸気の全量または一部を
圧縮して内燃機関の冷却水よりも温度及び圧力が高い水
蒸気にせしめる様に構成されている。すなわち、内燃機
関の排気及び冷却水から排熱を、内燃機関の冷却水より
も温度及び圧力が高い水蒸気として回収しているのであ
る。
は、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、内燃機関
の排気ガスから排熱を回収して高温高圧の水蒸気を発生
するボイラーを設け、該ボイラーはそこで発生する高温
高圧の水蒸気をエジェクタに供給し、該エジェクタは内
燃機関の冷却水から発生する水蒸気の全量または一部を
圧縮して内燃機関の冷却水よりも温度及び圧力が高い水
蒸気にせしめる様に構成されている。すなわち、内燃機
関の排気及び冷却水から排熱を、内燃機関の冷却水より
も温度及び圧力が高い水蒸気として回収しているのであ
る。
【００１６】ここで、前記ボイラーは複数基設置され、
その内の１基は内燃機関の排気ガスから排熱を回収して
高温高圧の水蒸気を発生するボイラーであり、それらの
ボイラーのそれぞれから前記エジェクタに水蒸気が供給
されているのが好ましい。
その内の１基は内燃機関の排気ガスから排熱を回収して
高温高圧の水蒸気を発生するボイラーであり、それらの
ボイラーのそれぞれから前記エジェクタに水蒸気が供給
されているのが好ましい。
【００１７】また、前記複数基のボイラーの発生する水
蒸気がそれぞれ別個のエジェクタに供給されている様に
構成しても良い。
蒸気がそれぞれ別個のエジェクタに供給されている様に
構成しても良い。
【００１８】この様な構成を具備する本発明によれば、
排ガスボイラーで発生した高圧蒸気は、エジェクタに供
給されて冷却水から発生した水蒸気を吸引し、そして該
エジェクタのデフューザー部において、排ガスボイラー
で発生した高圧蒸気及び冷却水から発生した水蒸気との
流速を減速して、その圧力を高める。その結果、冷却水
から発生する水蒸気が内燃機関の冷却水よりも温度及び
圧力が高い水蒸気になる。そして、システム全体として
みれば、排気ガスの排熱と冷却水の排熱が全て、冷却水
の温度及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として利
用可能となる。ここで、エジェクタを利用することによ
り、熱機関を利用する場合と比べて、排熱回収装置がよ
り構造簡単で安価なものとなる。
排ガスボイラーで発生した高圧蒸気は、エジェクタに供
給されて冷却水から発生した水蒸気を吸引し、そして該
エジェクタのデフューザー部において、排ガスボイラー
で発生した高圧蒸気及び冷却水から発生した水蒸気との
流速を減速して、その圧力を高める。その結果、冷却水
から発生する水蒸気が内燃機関の冷却水よりも温度及び
圧力が高い水蒸気になる。そして、システム全体として
みれば、排気ガスの排熱と冷却水の排熱が全て、冷却水
の温度及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気として利
用可能となる。ここで、エジェクタを利用することによ
り、熱機関を利用する場合と比べて、排熱回収装置がよ
り構造簡単で安価なものとなる。
【００１９】内燃機関の運転条件によっては、エジェク
タに供給する水蒸気が冷却水から発生する水蒸気の全量
を圧縮するには足りないこともあり得る。その場合に
は、単純に、冷却水から発生する蒸気の一部のみを圧縮
してもよい。或いは、既設のボイラーを有する場合に
は、そのボイラーから発生する水蒸気を、排気から発生
する水蒸気と合流させて用いても良い。その際に、それ
ぞれの水蒸気を同一のエジェクタに供給してもよいし、
別個のエジェクタに供給しても良い。
タに供給する水蒸気が冷却水から発生する水蒸気の全量
を圧縮するには足りないこともあり得る。その場合に
は、単純に、冷却水から発生する蒸気の一部のみを圧縮
してもよい。或いは、既設のボイラーを有する場合に
は、そのボイラーから発生する水蒸気を、排気から発生
する水蒸気と合流させて用いても良い。その際に、それ
ぞれの水蒸気を同一のエジェクタに供給してもよいし、
別個のエジェクタに供給しても良い。
【００２０】さらに、既設のボイラーからの蒸気のみ
を、エジェクタに供給することも可能である。すなわ
ち、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、高温高圧
の水蒸気を発生してエジェクタに供給するボイラーを設
け、該ボイラーは内燃機関の排気ガスから排熱を回収し
て高温高圧の水蒸気を発生するタイプのものを包含せ
ず、前記エジェクタは内燃機関の冷却水から発生する水
蒸気の全量または一部を圧縮して内燃機関の冷却水より
も温度及び圧力が高い水蒸気にせしめる様に構成するこ
とも可能である。
を、エジェクタに供給することも可能である。すなわ
ち、水冷式内燃機関の排熱回収装置において、高温高圧
の水蒸気を発生してエジェクタに供給するボイラーを設
け、該ボイラーは内燃機関の排気ガスから排熱を回収し
て高温高圧の水蒸気を発生するタイプのものを包含せ
ず、前記エジェクタは内燃機関の冷却水から発生する水
蒸気の全量または一部を圧縮して内燃機関の冷却水より
も温度及び圧力が高い水蒸気にせしめる様に構成するこ
とも可能である。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。なお、前記図４と同様な構成部品は
同じ番号を付し重複説明は省略する。図１において、水
冷式の往復式内燃機関１０の冷却水系は、内燃機関１０
から多岐管１０ａで集められてセパレータ１５に導か
れ、セパレータ１５において水蒸気と飽和水に分離さ
れ、セパレータ１５の下部から再び吸入管１０ｂにより
内燃機関１０に入って循環されている。そして、セパレ
ータ１５の上部からは水蒸気ライン１２が分岐され、気
水分離器１３を介して圧縮機２に連通されており、圧縮
機２で内燃機関１０の冷却水より高い温度及び圧力の水
蒸気Ｓに圧縮されて外部に蒸気源として供給されてい
る。また、気水分離器１３からはライン１２ａにより分
離した水がセパレータ１５の下部に戻されている。
施形態を説明する。なお、前記図４と同様な構成部品は
同じ番号を付し重複説明は省略する。図１において、水
冷式の往復式内燃機関１０の冷却水系は、内燃機関１０
から多岐管１０ａで集められてセパレータ１５に導か
れ、セパレータ１５において水蒸気と飽和水に分離さ
れ、セパレータ１５の下部から再び吸入管１０ｂにより
内燃機関１０に入って循環されている。そして、セパレ
ータ１５の上部からは水蒸気ライン１２が分岐され、気
水分離器１３を介して圧縮機２に連通されており、圧縮
機２で内燃機関１０の冷却水より高い温度及び圧力の水
蒸気Ｓに圧縮されて外部に蒸気源として供給されてい
る。また、気水分離器１３からはライン１２ａにより分
離した水がセパレータ１５の下部に戻されている。
【００２２】全体を符号１で示す熱機関は、セパレータ
１５内に設けられたコンデンサを低熱源Ｌとし、ポンプ
Ｐを介して高熱源Ｈである排気管１１に介装された排ガ
スボイラー４内に連通され、高熱源Ｈから膨脹機１ａを
介して再び低熱源Ｌに戻る蒸気機関である。そして、膨
脹機１ａによって前記圧縮機２が駆動されている。
１５内に設けられたコンデンサを低熱源Ｌとし、ポンプ
Ｐを介して高熱源Ｈである排気管１１に介装された排ガ
スボイラー４内に連通され、高熱源Ｈから膨脹機１ａを
介して再び低熱源Ｌに戻る蒸気機関である。そして、膨
脹機１ａによって前記圧縮機２が駆動されている。
【００２３】したがって、熱機関１は排ガスボイラー４
を高熱源Ｈとし、セパレータ１５内のコンデンサを低熱
源Ｌとして内燃機関１０の排気ガスＧの持つ排熱の一部
を膨脹機１ａで動力に変換し、残りの熱エネルギーを冷
却水Ｗに与えている。そして、膨脹機１ａで発生された
動力によって圧縮機２が運転され、セパレータ１５から
水蒸気ライン１２で導入された飽和水蒸気を圧縮し、冷
却水Ｗの温度及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気Ｓ
を吐出する。排気ガスＧから回収された排熟は、一部が
冷却水Ｗに与えられ、残りは動力に変換された後、圧縮
後の水蒸気に与えられる。システム全体としては、排気
ガスＧから回収された排熱と、冷却水Ｗから回収された
排熱が、全て冷却水Ｗの温度及び圧力より高い温度及び
圧力の水蒸気Ｓとして利用することが可能となる。
を高熱源Ｈとし、セパレータ１５内のコンデンサを低熱
源Ｌとして内燃機関１０の排気ガスＧの持つ排熱の一部
を膨脹機１ａで動力に変換し、残りの熱エネルギーを冷
却水Ｗに与えている。そして、膨脹機１ａで発生された
動力によって圧縮機２が運転され、セパレータ１５から
水蒸気ライン１２で導入された飽和水蒸気を圧縮し、冷
却水Ｗの温度及び圧力より高い温度及び圧力の水蒸気Ｓ
を吐出する。排気ガスＧから回収された排熟は、一部が
冷却水Ｗに与えられ、残りは動力に変換された後、圧縮
後の水蒸気に与えられる。システム全体としては、排気
ガスＧから回収された排熱と、冷却水Ｗから回収された
排熱が、全て冷却水Ｗの温度及び圧力より高い温度及び
圧力の水蒸気Ｓとして利用することが可能となる。
【００２４】次に、図２を参照して別の実施形態を説明
する。排ガスボイラー４内にはポンプＰによって清水が
供給され、排ガスボイラー４で発生した高圧蒸気はエジ
ェクタ３のノズル３ａに導かれ、膨脹して高速の蒸気流
を発生している。一方、セパレータ１５からの水蒸気ラ
イン１２は、気水分離器１３を介してエジェクタ３のノ
ズル３ａの周囲に開口されている。
する。排ガスボイラー４内にはポンプＰによって清水が
供給され、排ガスボイラー４で発生した高圧蒸気はエジ
ェクタ３のノズル３ａに導かれ、膨脹して高速の蒸気流
を発生している。一方、セパレータ１５からの水蒸気ラ
イン１２は、気水分離器１３を介してエジェクタ３のノ
ズル３ａの周囲に開口されている。
【００２５】したがって内燃機関１０の冷却水から発生
した水蒸気は、セパレータ１５から水蒸気ライン１２に
よってエジェクタ３に導かれる。そして、エジェクタ３
において、ノズル３ａからの高速蒸気流に吸引されてス
ロート部３ｂからデフューザ部３ｃで減速し、その圧力
が高められて高温、高圧の水蒸気Ｓとなり、外部に供給
される。
した水蒸気は、セパレータ１５から水蒸気ライン１２に
よってエジェクタ３に導かれる。そして、エジェクタ３
において、ノズル３ａからの高速蒸気流に吸引されてス
ロート部３ｂからデフューザ部３ｃで減速し、その圧力
が高められて高温、高圧の水蒸気Ｓとなり、外部に供給
される。
【００２６】
【実施例】前記図１に示した蒸気機関１によって圧縮機
２を駆動する実施形態については、具体的な運転条件と
して下記のような条件が可能である。内燃機関１０の熱
収支としては、内燃機関の運転条件が出力３１０ｋｗ、
回転数１５００ｒｐｍの時に、燃料熱入力１００％（８
４９ｋｗ）に対して、 内燃機関軸出力 ３６．５％ 排気ガス ３５％（このうち２６％が排ガス
ボイラー４で蒸気の発生に使われる） 冷却水 ２３％ その他 ５．５％ となる。
２を駆動する実施形態については、具体的な運転条件と
して下記のような条件が可能である。内燃機関１０の熱
収支としては、内燃機関の運転条件が出力３１０ｋｗ、
回転数１５００ｒｐｍの時に、燃料熱入力１００％（８
４９ｋｗ）に対して、 内燃機関軸出力 ３６．５％ 排気ガス ３５％（このうち２６％が排ガス
ボイラー４で蒸気の発生に使われる） 冷却水 ２３％ その他 ５．５％ となる。
【００２７】内燃機関１０の排気ガスＧの温度は６５０
℃以上であるので、ボイラー４からの発生蒸気は、例え
ば、圧力６０気圧、温度４５０℃の過熱蒸気とすること
ができる。そして、内燃機関１０の冷却水は、１２０℃
で運転することとし、したがって、蒸気機関１のコンデ
ンサＬでの凝縮温度はやはり１２０℃とする。このとき
蒸気機関１の作動サイクルは図３に示すようになり、各
部の蒸気のエンタルピは、 排ガスボイラー入（６０気圧、１２０℃）：ｉ４＝１２
０ｋｃａｌ／ｋｇ 排ガスボイラー出（６０気圧、４５０℃）：ｉ１＝７９
０ｋｃａｌ／ｋｇ コンデンサ入り （２気圧、１２０℃） ：ｉ２＝６２
０ｋｃａｌ／ｋｇ となる。
℃以上であるので、ボイラー４からの発生蒸気は、例え
ば、圧力６０気圧、温度４５０℃の過熱蒸気とすること
ができる。そして、内燃機関１０の冷却水は、１２０℃
で運転することとし、したがって、蒸気機関１のコンデ
ンサＬでの凝縮温度はやはり１２０℃とする。このとき
蒸気機関１の作動サイクルは図３に示すようになり、各
部の蒸気のエンタルピは、 排ガスボイラー入（６０気圧、１２０℃）：ｉ４＝１２
０ｋｃａｌ／ｋｇ 排ガスボイラー出（６０気圧、４５０℃）：ｉ１＝７９
０ｋｃａｌ／ｋｇ コンデンサ入り （２気圧、１２０℃） ：ｉ２＝６２
０ｋｃａｌ／ｋｇ となる。
【００２８】したがって、この条件での蒸気機関の熱効
率は、η＝（ｉ１−ｉ２）／（ｉ１−ｉ４）＝２５％、
そして、蒸気機関の軸出力は、８４９×０．２６×０．
２５＝５５ｋｗとなる。
率は、η＝（ｉ１−ｉ２）／（ｉ１−ｉ４）＝２５％、
そして、蒸気機関の軸出力は、８４９×０．２６×０．
２５＝５５ｋｗとなる。
【００２９】一方、圧縮機２は１２０℃、２気圧の飽和
蒸気を５気圧に圧縮するものとする。このときの圧縮機
入口の蒸気のエンタルピは、６４６ｋｃａｌ／ｋｇ、圧
縮機出口の蒸気のエンタルピは、６８８ｋｃａｌ／ｋｇ
であり、圧縮の動力はその差の４２ｋｃａｌ／ｋｇであ
る。一方、冷却水には、コンデンサＬからの入熱も有
り、発生する蒸気に与えられるエネルギは、８４９×
（０．２６×０．７５＋０．２３）＝３６１ｋｗであ
る。これによって発生する蒸気量は３６１×８６０／６
４６＝４８１ｋｇ／ｈｒである。この蒸気量を圧縮する
動力は、４８１×４２／８６０＝２４ｋｗとなり、これ
は、蒸気機関１で発生する動力５５ｋｗに対して、各部
の損失を考慮しても小さい値であるから、このような排
熱利用装置が運転可能であることがわかる。
蒸気を５気圧に圧縮するものとする。このときの圧縮機
入口の蒸気のエンタルピは、６４６ｋｃａｌ／ｋｇ、圧
縮機出口の蒸気のエンタルピは、６８８ｋｃａｌ／ｋｇ
であり、圧縮の動力はその差の４２ｋｃａｌ／ｋｇであ
る。一方、冷却水には、コンデンサＬからの入熱も有
り、発生する蒸気に与えられるエネルギは、８４９×
（０．２６×０．７５＋０．２３）＝３６１ｋｗであ
る。これによって発生する蒸気量は３６１×８６０／６
４６＝４８１ｋｇ／ｈｒである。この蒸気量を圧縮する
動力は、４８１×４２／８６０＝２４ｋｗとなり、これ
は、蒸気機関１で発生する動力５５ｋｗに対して、各部
の損失を考慮しても小さい値であるから、このような排
熱利用装置が運転可能であることがわかる。
【００３０】次に、前記図２に示した蒸気エジェクタ３
を用いた実施形態については、具体的な運転条件として
下記のような条件が可能である。内燃機関１０及び冷却
水の条件は上記例と同様とする。排ガスボイラー４から
発生する蒸気は、同じ条件で６０気圧、４５０℃とする
と、そのエンタルピはｉ１＝７９０ｋｃａｌ／ｋｇであ
る。この蒸気は、ノズル３ａにより６０気圧から断熱膨
脹して２気圧になり、周囲の低圧蒸気を巻き込んで、デ
フューザ３ｃで５気圧まで圧縮される。結局、６０気
圧、４５０℃から５気圧まで断熱膨張することになる。
膨張後の蒸気のエンタルピは、ｉ２＝６４５ｋｃａｌ／
ｋｇであり、エジェクタ３で利用できるエネルギは、そ
の差の１４５ｋｃａｌ／ｋｇである。発生する蒸気量
は、８４９×８６０×０．２６／７９０＝２４０ｋｇ／
ｈｒである。
を用いた実施形態については、具体的な運転条件として
下記のような条件が可能である。内燃機関１０及び冷却
水の条件は上記例と同様とする。排ガスボイラー４から
発生する蒸気は、同じ条件で６０気圧、４５０℃とする
と、そのエンタルピはｉ１＝７９０ｋｃａｌ／ｋｇであ
る。この蒸気は、ノズル３ａにより６０気圧から断熱膨
脹して２気圧になり、周囲の低圧蒸気を巻き込んで、デ
フューザ３ｃで５気圧まで圧縮される。結局、６０気
圧、４５０℃から５気圧まで断熱膨張することになる。
膨張後の蒸気のエンタルピは、ｉ２＝６４５ｋｃａｌ／
ｋｇであり、エジェクタ３で利用できるエネルギは、そ
の差の１４５ｋｃａｌ／ｋｇである。発生する蒸気量
は、８４９×８６０×０．２６／７９０＝２４０ｋｇ／
ｈｒである。
【００３１】したがって、エジェクタ３で利用し得るエ
ネルギの総量は、４０ｋｗとなる。一方、冷却水から発
生した蒸気は、２気圧の飽和の条件から５気圧まで断熱
圧縮される。その動力は上記図１の実施例と同じで４２
ｋｃａｌ／ｋｇである。発生する蒸気量としては、冷却
水の分だけを考慮すれば良く、８４９×８６０×０．２
３／６４６＝２６０ｋｇである。したがって、圧縮動力
の総量は、２６０×４２／８６０＝１３ｋｗとなる。こ
れはエジェクタ３の効率を考慮しても、利用しうるエネ
ルギ４０ｋｗより十分低い値であり、このような排熱利
用装置が運転可能であることがわかる。
ネルギの総量は、４０ｋｗとなる。一方、冷却水から発
生した蒸気は、２気圧の飽和の条件から５気圧まで断熱
圧縮される。その動力は上記図１の実施例と同じで４２
ｋｃａｌ／ｋｇである。発生する蒸気量としては、冷却
水の分だけを考慮すれば良く、８４９×８６０×０．２
３／６４６＝２６０ｋｇである。したがって、圧縮動力
の総量は、２６０×４２／８６０＝１３ｋｗとなる。こ
れはエジェクタ３の効率を考慮しても、利用しうるエネ
ルギ４０ｋｗより十分低い値であり、このような排熱利
用装置が運転可能であることがわかる。
【００３２】
【発明の効果】本発明は以上説明したように構成され、
以下の効果を奏する。 （１） 内燃機関の冷却水から発生する水蒸気を、排気
熱を高温熱源とし冷却水を低温熱源として作動する熱機
関で駆動される圧縮機、または排気ガスボイラーで発生
する高温高圧の水蒸気を供給したエジェクタによって高
温、高圧化し排熱を回収することができる。 （２） 上記水蒸気の高温、高圧化は、機関自体に過度
な負担をかけたり、あるいは軸出力の一部を使用するよ
うなことなく行うことができる。
以下の効果を奏する。 （１） 内燃機関の冷却水から発生する水蒸気を、排気
熱を高温熱源とし冷却水を低温熱源として作動する熱機
関で駆動される圧縮機、または排気ガスボイラーで発生
する高温高圧の水蒸気を供給したエジェクタによって高
温、高圧化し排熱を回収することができる。 （２） 上記水蒸気の高温、高圧化は、機関自体に過度
な負担をかけたり、あるいは軸出力の一部を使用するよ
うなことなく行うことができる。
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す側面図。
【図２】本発明の別の実施形態の構成を示す側面図。
【図３】本発明の作用を説明するエンタルピ・エントロ
ピ線図
ピ線図
【図４】従来の排熱回収装置の構成を示す側面図。
１・・・熱機関 １ａ・・・膨脹機 ２・・・圧縮機 ３・・・エジェクタ ４・・・ボイラー １０・・・内燃機関 １１・・・排気管 １２・・・水蒸気ライン １５・・・セパレータ １６・・・発電機 Ｈ・・・高熱源 Ｌ・・・低熱源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｐ 3/22 Ｆ０１Ｐ 3/22 Ｈ Ｆ０２Ｇ 1/055 Ｆ０２Ｇ 1/055 Ｅ
Claims (8)
- 【請求項１】 水冷式内燃機関の排熱回収装置におい
て、内燃機関の排気熱を高温熱源とし冷却水を低温熱源
として作動する熱機関を設け、該熱機関により圧縮機を
駆動し、該圧縮機は内燃機関の冷却水から発生する水蒸
気の全量または一部を圧縮して内燃機関の冷却水よりも
温度及び圧力が高い水蒸気にせしめることを特徴とする
内燃機関の排熱回収装置。 - 【請求項２】 前記圧縮機の駆動に前記熱機関の出力と
共に、内燃機関の出力と電動機の出力のいずれか一方或
いは両方を用いる請求項１の内燃機関の排熱回収装置。 - 【請求項３】 前記熱機関が蒸気機関である請求項１ま
たは２いずれかの内燃機関の排熱回収装置。 - 【請求項４】 前記熱機関がスターリングエンジンであ
る請求項１または２いずれかの内燃機関の排熱回収装
置。 - 【請求項５】 水冷式内燃機関の排熱回収装置におい
て、内燃機関の排気ガスから排熱を回収して高温高圧の
水蒸気を発生するボイラーを設け、該ボイラーはそこで
発生する高温高圧の水蒸気をエジェクタに供給し、該エ
ジェクタは内燃機関の冷却水から発生する水蒸気の全量
または一部を圧縮して内燃機関の冷却水よりも温度及び
圧力が高い水蒸気にせしめることを特徴とする内燃機関
の排熱回収装置。 - 【請求項６】 前記ボイラーは複数基設置され、その内
の１基は内燃機関の排気ガスから排熱を回収して高温高
圧の水蒸気を発生するボイラーであり、前記ボイラーの
各々から前記エジェクタに水蒸気が供給されている請求
項５の内燃機関の排熱回収装置。 - 【請求項７】 前記複数基のボイラーの発生する水蒸気
が、それぞれ別個のエジェクタに供給されている請求項
６の内燃機関の排熱回収装置。 - 【請求項８】 水冷式内燃機関の排熱回収装置におい
て、高温高圧の水蒸気を発生してエジェクタに供給する
ボイラーを設け、該ボイラーは内燃機関の排気ガスから
排熱を回収して高温高圧の水蒸気を発生するタイプのも
のを包含せず、前記エジェクタは内燃機関の冷却水から
発生する水蒸気の全量または一部を圧縮して内燃機関の
冷却水よりも温度及び圧力が高い水蒸気にせしめる様に
構成されていることを特徴とする内燃機関の排熱回収装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25547597A JP3773225B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排熱回収装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25547597A JP3773225B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排熱回収装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1193772A true JPH1193772A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3773225B2 JP3773225B2 (ja) | 2006-05-10 |
Family
ID=17279288
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25547597A Expired - Fee Related JP3773225B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排熱回収装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3773225B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001194025A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法とその装置 |
| JP2010203765A (ja) * | 2010-03-15 | 2010-09-16 | Tokyo Gas Co Ltd | 排熱を利用した蒸気発生システムの運転制御方法 |
| JP2010203730A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Tokyo Gas Co Ltd | 排熱を利用した蒸気発生システム |
| JP2016003638A (ja) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | 日野自動車株式会社 | 廃熱回収装置 |
| CN105351093A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-02-24 | 瑞昌哥尔德发电设备(无锡)制造有限公司 | 一种适用于低温环境的柴油发电机组 |
| CN105697189A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-06-22 | 山东大学 | 一种提高egr发动机能源利用率的系统及控制方法 |
-
1997
- 1997-09-19 JP JP25547597A patent/JP3773225B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001194025A (ja) * | 1999-12-28 | 2001-07-17 | Mayekawa Mfg Co Ltd | 蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法とその装置 |
| JP2010203730A (ja) * | 2009-03-05 | 2010-09-16 | Tokyo Gas Co Ltd | 排熱を利用した蒸気発生システム |
| JP2010203765A (ja) * | 2010-03-15 | 2010-09-16 | Tokyo Gas Co Ltd | 排熱を利用した蒸気発生システムの運転制御方法 |
| JP2016003638A (ja) * | 2014-06-19 | 2016-01-12 | 日野自動車株式会社 | 廃熱回収装置 |
| CN105351093A (zh) * | 2015-11-12 | 2016-02-24 | 瑞昌哥尔德发电设备(无锡)制造有限公司 | 一种适用于低温环境的柴油发电机组 |
| CN105697189A (zh) * | 2016-03-31 | 2016-06-22 | 山东大学 | 一种提高egr发动机能源利用率的系统及控制方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3773225B2 (ja) | 2006-05-10 |
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