JPS61149796A - 熱交換器の低温流体制御方法及びその装置 - 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 この発明は、熱交換器特に内燃機関の排気ガスから熱回
収を行なう熱交換器の低温流体制御方法及びその装置に
関連する。

一邑圭！ 従来の熱交換器は１例えば第４図に示されるように、内
燃機関の排気ガスから熱を回収するため使用される。即
ち熱交換器１０Ｆｉ第１通路となる管１２によりガスエ
ンジン１１に接続され、その間に触媒コンパ−Ａ配置さ
れる。又、熱交換器１０の第１通踏出口側には消音器１
４が接続される。ガスエンジン１１は点線１６で示され
るように、コンプレッサ１５に作動連結され、コンプレ
ッサ１５は管１７と１８ｔ−通じて空調器等の冷媒を圧
縮する。ガスエンジン１１の冷却水は管１９を通り貯湯
槽２０に送られ、そこで管２１と２２を通る他の流体と
熱交換が行なわれる。冷却水位貯湯槽２０から管２３を
通りポンプ２４．管２５と２６を経て再びガスエンジン
１１に送られる０管２５の冷却水は、又、管２７を通り
熱交換器１０に送られる。

第４図の装置では、高温流体であるガスエンジン１１の
排気ガスは管１２により触媒；ンバータ１３、熱交換器
１０及び消音器１４ｔ−通じて外部に放出される０熱交
換器１０では管１２を通る高温の排気ガスの熱は、管２
７を通る冷却水により回収される。この装置では、熱交
換器１０ｔ−通過する排気ガスが一般゛に１５０°〜ｚ
ｏｏ　ｃ以下になると排気ガス中に含まれる水蒸気が凝
縮水となる凝結現象が発生する。即ち、熱交換器内壁に
より排気ガスは露点以下の温度く冷却される。排気ガス
中には水蒸気、硫黄又は窒素が含まれ、この冷却により
水蒸気圧力が飽和蒸気圧以下に減圧されるので熱交換器
１０内では内壁く水蒸気が凝結し硫酸又は硝酸等の腐食
性成分を含む凝縮水が生成される０ 詳述すれば、ガスエンジンＩＩＫは、都市ガス又はＬＰ
Ｇ等のガス燃料が用いられる。これらの燃料は囲碁で構
成されるメルカプタンを含み、このメルカプタンは燃焼
時に水蒸気と反応して硫酸を生ずる。又、燃焼時に酸素
を与えるため供給される空気中には、窒素が含まれ、こ
の窒素は、水蒸気と反応して硝酸となる。前記硫酸又は
硝酸は。

弱酸性ながら熱交換器内の温度が高いため、活性に富み
、このため熱交換器内面を腐食する時間当りの腐食減量
は大きい。

そこで腐食性成分を含む凝縮水を生じない熱交換器を開
発する必要が生ずる。従来の熱交換器では、低温流体の
出口温度を測定して低温流体の流量を制御する方法が提
案されたが、この方法では。

熱交換器の再稼動時に低温流体が充分く冷却されていな
いと流量制御装置が所期の機能を行わないため、上記凝
縮水が発生する欠点があった。

発明が解決しようとする問題点 この発明は、腐食性成分を含む凝縮水を生じない熱交換
器の低温流体制御方法及びその装置を提供することを目
的とする。

この発明は、従来の熱交換器の構造全変更せず実施でき
る熱交換器の低温流体制御方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。

発明の概要 この発明による熱交換器の低温流体制御方法は。

熱交換器の高温流体の温度９例えば出口温度を測定し、
その温度に対応する電気的出力を利用して熱交換器へ供
給°する低温流体の流量を制御する過程を含む◇又、こ
の発明による熱交換器の低温流体制御装置は、高温流体
の温度を検知する温度七゛ンサと、この温度セン？に接
続された制御回路と。

この制御回路の出力で駆動される流量制御装置とを含む
。この流量制御装置は、低温流体の通路中に取付けられ
、高温流体の温度に対応した流量で低温流体が熱交換器
へ供給されるようにＲ量制御を行う。

実施例 以下この発明の実施例を図面について説明する。

前記第４図及び第１図ないし第３図では、同一部分には
、同一符号を付する。

この発明の実施例を示す第１図は、基本的には前記第４
図に示される装置と同一の装置を有する。

従って同一装置にりいてＦｉ、説明を省略する。

この発明では、ポンプ２４と熱交換器１０とを接続する
管２７に流量制御装置２８が取付けられ。

又１例えば熱交換器１０の高温流体の出口部１２ａＫ、
感温素子３１が取付けられる。感温素子３１は、高温流
体の温度を電気信号に変換する温度センサ３００１部で
、サーミスタ、特に負特性サーミスタ（ＮＴＣサーミス
タ）又はクロメル−アルメル（ＣＡ）熱電対等種々の測
温素子が使用される。

温度センサ３０は、感温素子３１からの信号を高温流体
の出口温度に対応する信号に変換し、これを制御回路３
２に供給する。感温素子３１の取付は位置は、上記出口
部１２ｍ以外でもよい。例えば入口部又は入口と出口の
中間部に取付けてもよいが、いずれＫしても感温素子３
１の出力は、高温流体温度に対し一定の関係が与えられ
、高温流体温度を表わすレベルを含む。制御回路３２は
、温度センサ３０の信号を受け出口温度のレベルを電気
的に決定し、このレベルに対応する駆動信号を発生する
。この駆動信号は、流量制御装置２８に送出され、流量
制舞妓ｒＲ２Ｂは、上記駆動信号に対応する流量で低温
流体を管２９を通り熱交換器１０に供給する。即ち、熱
交換器１Ｇから排出される排気ガスの出口温度が例えば
約１５０’〜２００　Ｃ以上のとき、流量制御装置２８
は、出口温度に比例した流量で低温流体を熱交換器１０
へ供給する。

換言すれば、出口温度が高いときは、熱交換器１０への
低温流体の流量は多く、逆に出口温度が低いときはこの
流量は少ない。しかし、ガスエンジンの性能上、管１２
を通る排気ガスの温度上限及び最大吐出流量が設定され
るため、排気ガスの出口温度が、一定温度例えば４００
Ｃかも上限温度までは、流量制御装置２８は、一定の最
大流量で低温流体を熱交換器１０へ供給することもある
０逆に。

排気ガスの出口温度が約１２０Ｃ以下の下限温度のとき
は、制御装置３２は駆動信号を生ずることがなく流量制
御装置２８の作動は停止される。上記排気ガスの上限及
び下限＠度は、ガスエンジンの性能に応じて決定される
。これらの上限及び下限ｒＩＬ度は、感温素子３１が熱
交換器１０の入口部に取付けられたときは、出口部の場
合より、非常に高くなる。

制御回路３２及び流量制御装置２８Ｏ詳細の１例は、第
２図に示される。制御回路３２は、温度センサ３０に接
続された増幅器３３と、増幅器３３の出力を受けこの出
力が所定レベル以上か否かを判断する差動増幅器３４と
を有する。差動増幅器３４は、増幅器３３に接続された
非反転入力端子４０と、定電圧電源３６に接続された反
転入力端子４１を有する。

流量制御装置２８は、差動増幅器３４の駆動信号を受け
るトルクモータ３５及びトルクモータ３５の７−）ツバ
（図示せず）で作動される可変流量制御弁であるサーボ
弁２８＆を有する。上記トルクモータ３５とサーボ弁２
８ｍは、公知温式の装置を使用できる◇。

第２図の装置の作動について説明すると、差動増幅器３
４は、温度セン？３０からの出力が電源３６より高いか
否かを判断し、この出力が高いときには、この出力に対
応する駆動信号を生じトルクモータ３５の７ラツパを対
応位置まで移動させ。

サーボ弁２８ａの開放量を増大する。従って、ポンプ２
４から管２５．２７．？−ボ弁２８ｍ及び管２９を通る
低温流体の流量は増加する。高温流体の温度が高いが上
限温度に満たないときは温度センサ３０から非反転入力
端子４０に与えられる出力はその最大レベルよりは低い
が、電源３６より高いので、差動増幅器３４は、比較的
低レベルの駆動信号を生ずる◇このためトルクモータ３
５の７ツツバ移動量は小さく、サーボ弁２８ｍの開放量
も小さ馳。従ってサーボ弁２８＆を通る低温流体流量は
少ない。

排気ガスの出口温度が一定温度以下の場合は。

温度センサ３０から非反転入力端子４０に与えられる信
号は電源３６よυ低い。このため、差動増幅器３４は駆
動信号を生じないので、トルクモータ３５は作動せず、
サーボ弁２８ｍも開放されない。

第３図は、流量制御装置２８の他の実施例を示す◎流量
制御装置２８は、差動増幅器３４の出力を受ける加減速
度モータ３７と、このモータ３７で駆動されるボンダ２
８ｂとを有する。ポンプ２８ｂは、管２７と２９とに接
続されるが管２７を貯湯槽２０に直接接続してもよい。

モータ３７は、排気ガスの温度に対応する差動増幅器３
４の駆動信号で作動され、モータ３７に作動連結された
ボンダ２８ｂは、上記温度に対応する流量で低温流体を
熱交換器１０に供給する。

上記低温流体制御装置は、ガスエンジンの排気ガスから
熱を回収する熱交換器の例として説明されたが、この発
明の実施例は１種々の変更が可能である。例えば、この
発明は車両に取付けられた内燃機関の排気ガスから熱を
回収する熱交換器にも実施できる。制御回路３２では、
差動増幅器３４の代りにＡ／Ｄ変換器を接続し、一定時
間毎＜ｌｌＡｍ信号をディジタルで発生し、このディジ
タル信号トルクモータ３５又は加減速度モータ３７を作
動することもよい。又、差動増幅器とＡ／Ｄ変換器を組
合わせてこれらを作動することもできる◇発明の効果 この発明では、熱交換器の高温流体の温度を測定し、こ
の温度に対応する電気的出力を利用して熱交換器へ供給
する低温流体の流量を制御する点に特徴があるので、熱
変換器内を流れる高温流体は露点以上の高温度例゛えば
臨界温度以上の温度に維持され、このため凝縮水が発生
せず、腐食性成分を含む凝縮水による器内腐食は生じな
い。仮に始動時に凝縮水が発生しても、微量であり、そ
の後の稼動により短時間内に排気ガス中に蒸発し。

事実上腐食は生じない。

又、この発明による低温流体制御装置は、自動的に温度
測定から流量制御までの過程を直接実施するものである
から１作業員による熱交換器内の清掃を省略できる利点
を有する。またこの装置は。

を測定するため、再稼動時にも凝縮水が発生しない０

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明による熱交換器の低温流体制御装置
のブロック図；第２図は第１図の装置に使用する制御回
路及び流量制御装置の詳細を示すブロック図：第３図は
第２図と同様の他の実施例を示すブロック図で；第４図
は従来の低温流体制御装置のブロック図を示す０ １０・・・熱交換器、　２８・・・流量制御装置、　３
０・・・温度センサ、３２・・・制御回路 １９　　　　窮１図

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器内を通過する高温流体の温度を電気信号
   に変換する温度測定過程； 上記電気信号に対応する駆動信号を生ずる信号変換過程
   ；及び 熱交換器内を通過する低温流体の流量を上記駆動信号に
   より制御し、上記高温流体の温度に対応する流量で上記
   低温流体を熱交換器内に供給する流量制御過程； で構成されることを特徴とする熱交換器の低温流体制御
   方法。
2. （２）上記温度測定過程、信号変換過程及び流量制御過
   程は、自動的に行われる特許請求の範囲第１項記載の熱
   交換器の低温流体制御方法。
3. （３）高温流体と低温流体とをそれぞれ第１通路及び第
   ２通路で通過させ、両流体間で熱移動を行う熱交換器の
   低温流体の流量を制御する装置で、上記第１通路内に取
   付けられた温度センサと、該温度センサに電気的に接続
   されかつ駆動信号を生ずる制御回路と、上記第２通路中
   に配置され、上記駆動信号を受け上記高温流体の温度に
   対応する流量で低温流体を上記第２通路を通り熱交換器
   に供給する流量制御装置とで構成されることを特徴とす
   る熱交換器の低温流体制御装置。
4. （４）上記温度センサは、熱電対である特許請求の範囲
   第３項記載の熱交換器の低温流体制御装置。
5. （５）上記温度センサは、負特性サーミスタである特許
   請求の範囲第３項記載の熱交換器の低温流体制御装置。
6. （６）上記第１通路は、内燃機関、消音器又は触媒コン
   バータに接続される特許請求の範囲第３項記載の熱交換
   器の低温流体制御装置。
7. （７）上記第２通路は、貯湯槽に接続される特許請求の
   範囲第３項記載の熱交換器の低温流体制御装置。
8. （８）上記制御回路は、差動増幅器を含む特許請求の範
   囲第３項記載の熱交換器の低温流体制御装置。
9. （９）上記制御回路は、Ｄ−Ａ変換器を含みかつ定時間
   の駆動信号を生ずる特許請求の範囲第３項記載の熱交換
   器の低温流体制御装置。
10. （１０）上記流量制御装置は、加減速度モータ及びポン
    プを含む特許請求の範囲第３項ないし第８項のいずれか
    に記載の熱交換器の低温流体制御装置。
11. （１１）上記流量制御装置は、トルクモータ及びサーボ
    弁を含む特許請求の範囲第３項ないし第８項のいずれか
    に記載の熱交換器の低温流体制御装置。