KR101518159B1 - 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치 - Google Patents

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기와무 이노우에
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

과급기(26)의 상류측 및 하류측의 흡기로(24)에 1차 흡기 냉각기(22), 고온측 흡기 냉각기(28) 및 저온측 흡기 냉각기(30)를 마련하고, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 냉각수를 이송하는 흡수식 냉동기(50)와, 고온측 흡기 냉각기(28)에 냉각수를 이송하는 제 2 라디에이터(44)를 마련하고 있다. 흡수식 냉동기(50)에 냉각수를 이송하는 제 1 라디에이터(52)를 마련한 배기로(32)에 마련한 배열 보일러(34)에서 수증기를 제조하고, 이러한 수증기를 흡수식 냉동기(50)에 열원으로서 공급하고 있다. 윤활유 순환 공간(14)을 흐르는 윤활유를 냉각하는 제 3 라디에이터(72)를 마련하고 있다. 제 1 라디에이터(52), 제 2 라디에이터(44) 및 제 3 라디에이터(72)를 마련함으로써, 냉열원으로서 물을 필요로 하지 않는다.

Description

정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치{INTAKE COOLING DEVICE OF STATIONARY INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 정치용 내연 기관에 있어서, 물이 풍부하지 않고 외기온이 높은 지역에 설치되는 것에 매우 적합한 절수형 흡기 냉각 장치에 관한 것이다.
내연 기관의 실린더 내에 형성되는 연소실에 공급되는 흡기는, 충전 효율을 향상시키기 위해, 연소실에 공급되기 전에, 냉각기에서 일단 냉각된다. 특히, 과급기를 구비한 내연 기관에서는, 과급기의 컴프레서에서 가압된 흡기는, 통상 100℃~200℃로 승온하기 위해, 컴프레서의 출구측 흡기로에 열교환기를 마련하여 냉각하고 있다. 해당 열교환기에서 흡기로부터 빼앗은 열은, 방열기 등에 의해 대기로 방열하고 있었다.
특허문헌 1에는, 흡기를 냉각하는 냉각기에 저온 냉매를 공급하는 흡수식 냉동기를 구비한 내연 기관의 흡기 냉각 장치가 개시되어 있다. 이하, 이 장치를 도 3(특허문헌 1의 도 2)에 의해 설명한다. 도 3에 있어서, 디젤 기관(100)에 배기관(102)과 흡기관(104)이 접속되어 있다. 배기관(102)에는, 디젤 기관(100)의 배기 가스를 외부로 방출하는 배기로(106)가 접속되며, 흡기관(104)에는, 외기를 도입하는 흡기로(108)가 접속되어 있다.
배기관(102) 및 흡기관(104)에 걸쳐서 과급기(110)가 마련되어 있다. 과급기(110)는, 배기관(102)에 마련된 배기 터빈(112)과, 흡기관(104)에 마련된 컴프레서(114)가 축(116)을 거쳐서 일체로 구성되어 있다. 흡기관(104)에는 열교환기(118)가 개설되어 있다. 열교환기(118)와 흡수식 냉동기(122) 사이에 관로(120)가 가설되어 있다. 관로(120)는, 흡수식 냉동기(122)를 구성하는 증발기의 열교환기(124)에 도설(導設)되어 있다. 열교환기(118)에 관로(120)를 거쳐서 흡수식 냉동기(122)로부터 냉각수가 공급된다.
배기로(106)와, 흡수식 냉동기(122)를 구성하는 발생기용 열교환기(126)와의 사이는, 관로(128)에서 접속되어 있다. 배기로(106)에는, 관로(128)에 접속된 배기열 교환기(130)가 마련되어 있다.
배기열 교환기(130)에서 배기로(106)를 흐르는 배기 가스(e)로부터 회수된 열 에너지는, 수증기를 매체로 하여, 관로(128)를 거쳐서 발생기용 열교환기(126)에 이송된다. 흡수식 냉동기(122)는, 이 열 에너지 및 냉각탑 등으로부터 이송되는 냉각수에 의해서 가동한다. 흡수식 냉동기(122)의 가동에 의해, 증발기 내의 열교환기(124)를 흐르는 냉각수를 냉각한다. 열교환기(124)에서 냉각된 냉각수는, 공기 냉각기(118)에 이송되며, 흡기관(104)을 흐르는 흡기(a)를 냉각한다.
이러한 흡기 냉각 장치에서는, 소비 전력이 적은 흡수식 냉동기(122)를 이용하며, 또한 흡수식 냉동기(122)의 열원으로서 배기 가스(e)의 보유열을 이용하므로, 열효율을 향상할 수 있다.
또한, 특허문헌 1의 도 3에는 디젤 기관(100)을 냉각한 후의 냉각수의 보유열을, 흡수식 냉동기의 열원으로서 이용하도록 한 예가 개시되어 있다.
일본 공개 특허 제 1983-79618 호 공보
통상, 흡수식 냉동기와 함께 냉각탑을 마련하며, 상기 증발기나 흡수기에 공급하는 냉각수를, 냉각탑에서 물의 증발 잠열을 이용하여 냉각하고 있다. 그 때문에, 냉각탑에서는 대량의 물을 필요로 한다. 또한, 열대 지역과 같이, 외기 온도가 높은 지역에서는, 고온의 외기를 흡기로 하여 이용하면, 과급기에서 가압된 흡기는 높은 온도까지 승온한다. 그 때문에, 고온의 흡기를 고효율로 냉각하는 수단이 필요하게 된다. 따라서, 물이 풍부하지 않은 지역이나, 열대 지역 등과 같이 기온이 높은 지역에서는, 정치용 내연 기관을 설치하여도 충분한 출력을 얻는 것이 어렵다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 과제에 감안하여, 물이 풍부하지 않고, 물부족이 잦은 지역, 혹은 외기 온도가 높은 지역에, 정치용 내연 기관을 설치하는 경우에서도, 물의 소비량이 적으며, 또한 흡기 온도를 고효율이며 저감 가능한 절수형 흡기 냉각 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치는, 흡기로 및 배기로에 과급기를 구비한 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치에 있어서, 과급기를 구성하는 컴프레서의 상류측 흡기로에 마련되며, 흡기를 1차 냉각하는 제 1 흡기 냉각기와, 해당 컴프레서에서 가압되어 승온한 컴프레서 출구측 흡기를 2차 냉각하는 제 2 흡기 냉각기와, 정치용 내연 기관의 배기 가스의 보유열을 열원으로 하여, 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기에 흡기 냉각용 냉각수를 공급하는 흡수식 냉동기와, 냉각수를 외기와 열교환시켜서 냉각하고, 해당 냉각수를 흡수식 냉동기에 냉열원으로서 공급하는 열교환기를 구비하며, 정치용 내연 기관의 연소실에 공급하는 흡기를 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기로 냉각하도록 구성한 것이다.
본 발명 장치에서는, 흡기로에 도입한 외기를, 우선, 과급기의 상류측에서 제 1 흡기 냉각기에서 1차 냉각한다. 그 때문에, 상당히 고온의 외기, 예를 들면, 50℃ 전후의 온도를 갖는 외기라도, 냉각하여 과급기에 도입할 수 있다. 다음에, 과급기를 구성하는 컴프레서에서 가압되어 고온된 흡기를, 과급기의 하류측에서 제 2 흡기 냉각기에서 냉각한 후, 정치용 가스 엔진의 연소실에 공급한다.
제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기의 흡기 냉각용 냉각수를, 흡수식 냉동기로 냉각하도록 한다. 흡기 냉각용 냉각수의 냉각 수단으로서, 소비 전력이 적은 흡수식 냉동기를 이용하며, 또한 흡수식 냉동기에 공급하는 열원을 배기 가스의 보유열로 준비하고, 흡수식 냉동기에 공급하는 냉열원을 외기로 조달하도록 하고 있으므로, 여분인 열원을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 에너지 절약화가 가능하며, 또한 냉각 효율을 향상할 수 있다.
또한, 흡수식 냉동기의 냉열원인 냉각수를 냉각하는 열교환기는, 냉열원으로서 외기를 이용하고 있으며, 물을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 물이 부족한 지역에서도 지장을 초래하지 않는다. 따라서, 본 발명 장치에 의하면, 물이 풍부하지 않으며, 또한 외기온이 높은 지역이어도, 에너지 절약 또한 고효율로 흡기 냉각 장치를 가동할 수 있다.
본 발명 장치에 있어서, 제 2 흡기 냉각기는, 과급기에서 가압된 고온의 흡기를 냉각하는 고온측 흡기 냉각기와, 해당 고온측 흡기 냉각기에서 냉각된 흡기를 더욱 냉각하여 실린더 내에 공급하는 저온측 흡기 냉각기로 이루어지며, 고온측 흡기 냉각기에 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수를 공급하는 제 2 열교환기를 구비하고, 저온측 흡기 냉각기에 흡수식 냉동기로부터 냉각수를 공급하는 동시에, 고온측 흡기 냉각기에서 흡기 냉각에 제공한 후의 냉각수를, 정치용 내연 기관의 냉각수 쟈켓을 거쳐서, 제 2 열교환기로 되돌리도록 구성하면 좋다.
이러한 구성에서는, 흡수식 냉동기로 냉각한 냉각수를 저온측 흡기 냉각기에 공급하고, 제 2 열교환기로 냉각한 냉각수를 고온측 흡기 냉각기에 공급함으로써, 냉각 대상을 분담하고 있으므로, 증기 압축식 냉동기 등과 비교하여 냉각 능력이 작은 흡수식 냉동기라도 충분히 대응할 수 있다.
또한, 고온측 흡기 냉각기는, 컴프레서 하류측의 고온 흡기와의 열교환이므로, 그다지 저온의 냉각수를 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 외기를 냉열원으로 하는 제 2 열교환기에서도, 충분히 대응할 수 있다. 또한, 제 2 열교환기는, 외기를 냉열원으로 하고 있으므로, 물을 필요로 하지 않으며, 물이 부족한 지역에서도 가동할 수 있다.
본 발명 장치에 있어서, 정치용 내연 기관의 배기로에 마련된 배기 가스 보일러와, 배기 가스 보일러에서 얻은 수증기 중 적어도 일부를 흡수식 냉동기에 공급하는 수증기 공급로를 구비하며, 해당 수증기를 흡수식 냉동기의 열원으로서 공급하도록 하면 좋다. 이것에 의해서, 배기 가스의 보유열을 효율적으로 회수하여, 흡수식 냉동기의 열원으로서 이용할 수 있다. 또한, 해당 수증기의 나머지를 다른 기기의 열원으로 하여 충당할 수 있다.
본 발명 장치에 있어서, 제 2 흡기 냉각기 또는 저온측 흡기 냉각기와 흡수식 냉동기 사이에 냉각수를 순환하는 냉각수 순환로와, 해당 냉각수 순환로의 왕로와 복로 사이에 접속되며, 과급기에서 가압되어 고온이 된 흡기와 열교환되어 제 2 흡기 냉각기 또는 저온측 흡기 냉각기로부터 배출되는 냉각수를, 흡수식 냉동기를 거치지 않고 제 2 흡기 냉각기 또는 저온측 흡기 냉각기로 되돌리는 바이패스로와 해당 바이패스로를 흐르는 냉각수의 유량을 가변으로 하는 밸브 기구와 해당 밸브 기구를 제어하며, 정치용 내연 기관의 부하에 따라 흡수식 냉동기에 공급되는 냉각수량을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있으면 좋다. 이것에 의해서, 상기 컨트롤러에 의해서, 정치용 내연 기관의 부하에 따라서, 제 2 흡기 냉각기 또는 저온측 흡기 냉각기에 공급하는 냉각수의 온도 및 유량을 제어할 수 있다.
본 발명 장치에 있어서, 흡수식 냉동기로부터 제 2 흡기 냉각기 또는 저온측 흡기 냉각기에 공급되는 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서와, 해당 온도 센서의 검출값이 목표값이 되도록 흡수식 냉동기의 운전을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있으면 좋다. 이것에 의해서, 흡수식 냉동기 또는 저온측 흡기 냉각기에 공급하는 냉각수의 온도를 목표 온도로 제어할 수 있다.
본 발명 장치에 있어서, 정치용 내연 기관의 하우징 내에 형성된 윤활유 공간을 순환하는 윤활유와 외기를 열교환시켜, 해당 윤활유를 냉각하는 제 3 열교환기와, 해당 윤활유 공간에 연통하여 해당 윤활유를 해당 제 3 열교환기에 인도하는 윤활유 순환로를 구비하고 있으면 좋다. 이것에 의해서, 하우징 내의 각 부위를 순환하는 윤활유를 제 3 열교환기로 냉각할 수 있다. 게다가, 제 3 열교환기는 냉열원으로서 물을 사용하지 않기 때문에, 물 부족인 지역에서도 가동할 수 있다.
본 발명 장치에 의하면, 흡기로 및 배기로에 과급기를 구비한 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치에 있어서, 과급기를 구성하는 컴프레서의 상류측 흡기로에 마련되며, 흡기를 1차 냉각하는 제 1 흡기 냉각기와, 해당 컴프레서에서 가압되어 승온한 컴프레서 출구측 흡기를 2차 냉각하는 제 2 흡기 냉각기와, 정치용 내연 기관의 배기 가스의 보유열을 열원으로 하고, 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기에 흡기 냉각용 냉각수를 공급하는 흡수식 냉동기와 냉각수를 외기와 열교환시켜서 냉각하고, 해당 냉각수를 흡수식 냉동기에 냉열원으로서 공급하는 열교환기를 구비하며, 정치용 내연 기관의 연소실에 공급하는 흡기를 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기로 냉각하도록 구성했으므로, 흡수식 냉동기를 가동하는데 특별한 열원을 필요로 하지 않으며, 에너지 절약 또한 고효율로 가동할 수 있는 동시에, 흡기를 2단계로 냉각하고 있으므로, 흡기로서 고온의 외기를 도입하여도, 연소실에 공급하는 흡기를 목표 온도로 냉각할 수 있다. 또한, 흡수식 냉동기의 냉열원으로서 물을 이용하지 않으므로, 물이 풍부하지 않은 지역에서도, 지장을 초래하는 일 없이 가동할 수 있다. 따라서, 물이 풍부하지 않으며 또한 외기온이 높은 지역에 매우 적합한 흡기 냉각 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명을 정치용 가스 엔진에 적용한 일 실시형태의 전체 구성도,
도 2는 상기 실시형태의 동작 순서를 나타내는 흐름도,
도 3은 종래의 내연 기관의 흡기 냉각 장치의 구성도.
이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시형태를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이러한 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 본 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지는 아니다.
본 발명을 기온이 높고, 또한 물이 부족하기 쉬운 지역, 예를 들면, 열대의 건조 지역에 설치되는 정치용 가스 엔진에 적용한 일 실시형태를 도 1 및 도 2에 근거하여 설명한다. 도 1에 있어서, 정치용 가스 엔진(10)의 하우징(12)에는, 복수의 실린더 내에 형성되는 연소실(13)과, 하우징(12) 내의 각 부위에 윤활유를 공급하는 윤활유 순환로(14)와, 하우징(12) 내의 각 부위를 냉각수로 냉각하기 위한 냉각수 쟈켓(16)이 마련되어 있다. 또한, 연소실(13), 윤활유 순환로(14) 및 냉각수 쟈켓(16)은, 도 1 중에 모식적으로 도시되어 있다. 정치용 가스 엔진(10)은, 플라이휠을 거쳐서 발전기(20)에 접속되어 있다.
정치용 가스 엔진(10)의 흡기 계통은, 도입된 외기(a)를 1차 냉각하는 1차 흡기 냉각기(22)를 구비하고 있다. 1차 흡기 냉각기(22)의 하류측 흡기로(24)에는, 과급기(26)를 구성하는 컴프레서(26a)가 마련되어 있다. 컴프레서(26a)의 하류측에, 흡기로(24)에는, 고온측 흡기 냉각기(28) 및 저온측 흡기 냉각기(30)가 개설되어 있다. 컴프레서(26a)에서 가압되어 승온된 흡기(s)는, 고온측 흡기 냉각기(28)에서 2차 냉각되고, 다음에 저온측 흡기 냉각기(30)에서 3차 냉각된 후, 정치용 가스 엔진(10)의 연소실(13)에 공급된다.
정치용 가스 엔진(10)의 연소실(13)로부터 배기로(32)에 배기된 배기 가스(e)는, 배기로(32)에 마련된 배기 터빈(26b)을 구동한다. 배기 터빈(26b)과 컴프레서(26a)는 축(26c)에서 접속되며, 컴프레서(26a)와 배기 터빈(26b)으로 과급기(26)를 구성하고 있다. 배기 터빈(26b)의 하류측 배기로(32)에 배열 보일러(34)가 마련되어 있다. 배열 보일러(34)에는 원료수(w)가 공급되며, 배기 가스(e)의 보유열로 수증기를 제조한다. 배열 보일러(34)에서 제조된 수증기는, 관로(36 및 38)를 거쳐서 후술하는 흡수식 냉동기(50)의 발생기(도시 생략)에 열원으로서 공급된다.
관로(36)로부터 분기한 관로(40)를 거쳐서, 수증기의 일부가 다른 기기류에 열원으로서 공급된다. 관로(36 및 40)의 분기부에는 삼방 밸브(42)가 마련되며, 삼방 밸브(42)에 의해서 수증기를 관로(38 또는 40)에 분배 가능하게 하고 있다.
냉각수 쟈켓(16), 고온측 흡기 냉각기(28), 및 제 2 라디에이터(44)에 냉각수를 순환하는 냉각수 순환로(46)가 마련되어 있다. 제 2 라디에이터(44)는, 팬 등의 외기(a)를 도입하는 기구와, 외기(a)와 냉각수를 열교환시키는 열교환부를 구비하고, 외기(a)로 냉각수를 냉각하는 기능을 가진다. 제 2 라디에이터(44)에서 냉각된 냉각수는, 펌프(48)에 의해 냉각수 순환로(46)를 화살표 방향으로 순환한다. 이러한 냉각수에 의해서, 고온측 흡기 냉각기(28)에서 흡기(s)를 냉각한다. 고온측 흡기 냉각기(28)에서 흡기(s)의 냉각에 제공한 냉각수는, 다음에 냉각수 쟈켓(16)에 이송되며, 하우징(12) 내의 각 부위를 냉각한다.
흡수식 냉동기(50)와 함께, 흡수식 냉동기(50)의 냉열원이 되는 냉각수를 공급하는 제 1 라디에이터(52)가 마련되어 있다. 제 1 라디에이터(52)는, 제 2 라디에이터(44)와 동일한 구성을 갖고 있다. 즉, 외기 도입 기구와, 외기(a)와 냉각수를 열교환시키는 열교환부를 구비하고, 외기(a)로 냉각수를 냉각하는 기능을 가진다. 제 1 라디에이터(52)와 흡수식 냉동기(50)는, 냉각수 순환로(54a 및 54b)에서 접속되며, 냉각수 순환로(54a)에 개설된 펌프(56)에 의해서, 제 1 라디에이터(52) 및 흡수식 냉동기(50) 사이를 냉각수가 순환한다.
전술과 같이, 흡수식 냉동기(50)에는, 관로(36 및 38)를 거쳐서 열원이 되는 수증기가 공급되는 동시에, 제 1 라디에이터(52)로부터, 응축기 및 흡수기(도시 생략)에 냉열원으로서 냉각수가 공급된다. 흡수식 냉동기(50)와 저온측 흡기 냉각기(30)는, 냉각수 순환로(58a 및 58b)를 거쳐서 접속되어 있다. 흡수식 냉동기(50)에서 냉각된 냉각수는, 냉각수 순환로(58a)에 개설된 펌프(60)에 의해서, 냉각수 순환로(58a, 58b)를 순환하며, 저온측 흡기 냉각기(30)에서 흡기(s)를 냉각한다.
냉각수 순환로(58a)에는, 1차 흡기 냉각기(22)에 냉각수를 공급하는 냉각수 순환로(74a)가 접속되어 있다. 냉각수 순환로(58b)에는, 1차 흡기 냉각기(22)에서 외기(a)를 냉각한 후의 냉각수를 냉각수 순환로(58b)로 되돌리는 냉각수 순환로(74b)가 접속되어 있다. 그 때문에, 냉각수 순환로(58a)로부터 분기한 냉각수 순환로(74a)에 의해서, 1차 흡기 냉각기(22)에도 냉각수가 공급되며, 외기(a)를 냉각한다.
또한, 윤활유 순환 공간(14)에 연통하여, 윤활유를 하우징(12)의 외부에 도출하는 윤활유 순환로(70a 및 70b)가 마련되며, 윤활유 순환로(70a, 70b)는, 하우징(12)의 외부로 제 3 라디에이터(72)에 접속되어 있다. 제 3 라디에이터(72)는, 제 1 라디에이터(52) 및 제 2 라디에이터(44)와 동일한 구성을 가지고, 외기 도입 기구와 열교환부를 가진다. 제 3 라디에이터(72)에서 외기(a)를 도입하고 도입한 외기(a)와 윤활유를 열교환시켜, 윤활유를 냉각하는 기능을 가진다.
냉각수 순환로(58a, 58b) 사이에는, 냉각수 순환로(74a, 74b)의 접속부보다 흡수식 냉동기(50)측에, 바이패스로(62)가 마련되어 있다. 냉각수 순환로(58a)와 바이패스로(62)의 분기부에는, 삼방 밸브(64)가 마련되어 있다. 냉각수 순환로(58a)에는, 냉각 수온을 검출하는 온도 센서(66)가 마련되어 있다. 또한, 흡수식 냉동기(50)의 운전을 제어하는 컨트롤러(68)가 마련되어 있다. 컨트롤러(68)는, 온도 센서(66)의 검출값을 입력하고, 해당 검출값에 근거하여 흡수식 냉동기(50)의 운전을 제어한다.
컨트롤러(68)는, 삼방 밸브(42)의 개도를 제어함으로써, 흡수식 냉동기(50)에 공급되는 수증기의 유량을 제어한다. 또한, 정치용 가스 엔진(10)의 부하에 따라서, 삼방 밸브(64)의 개도를 제어함으로써, 냉각수 순환로(58a) 및 바이패스로(62)에 분배되는 냉각수의 분배량을 제어한다.
저온측 흡기 냉각기(30)에는 32℃로 일정량의 냉각수를 공급할 필요가 있다. 저온측 흡기 냉각기(30)로부터 배출되는 냉각수의 온도는, 정치용 가스 엔진(10)의 부하에 따라 35℃보다 저온이 되는 등 변동하기 쉽다. 그 때문에, 그대로 흡수식 냉동기(50)에 공급하면, 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급되는 냉각 수 온도를 32℃로 보지하기 어려워진다. 그래서, 컨트롤러(68)에 의해서 삼방 밸브(64)의 개도를 제어하고, 흡수식 냉동기(50)를 바이패스 하는 냉각수량을 제어함으로써, 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급되는 냉각수의 유량 및 온도를 일정하게 제어하도록 하고 있다.
이와 같이, 컨트롤러(68)에 의해서, 온도 센서(66)의 검출값에 근거하여 흡수식 냉동기(50)의 운전을 제어하고, 또한, 정치용 가스 엔진(10)의 부하에 따라서, 삼방 밸브(42 및 64)를 제어함으로써, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급되는 냉각 수온과 유량을 일정 보지할 수 있다.
도 1 중, 각 부위에, 외기(a), 흡기(s), 배기 가스(e), 냉각수 등의 설정 온도가 부기되어 있다. 본 실시형태는, 외기(a)의 온도를 50℃로 설정한 예이다.
이러한 구성에 있어서, 50℃의 외기(a)는, 컴프레서(26a)의 흡인력으로 1차 흡기 냉각기(22)에 흡입된다. 1차 흡기 냉각기(22)에는, 냉각수 순환로(74a)를 거쳐서 32℃의 냉각수가 이송되어 있으며, 흡입된 외기(a)는, 1차 흡기 냉각기(22)에서, 흡수식 냉동기(50)로부터 공급되는 냉각수와 열교환하여, 40℃로 1차 냉각된다. 외기(a)의 냉각에 제공한 후의 냉각수는, 냉각수 순환로(74b 및 58b)를 거쳐서, 흡수식 냉동기(50)로 되돌려진다.
1차 냉각된 흡기(s)는, 과급기(26)의 컴프레서(26a)에서 가압되어, 200℃로 승온한다. 200℃로 승온한 흡기(s)는, 고온측 흡기 냉각기(28)에서 제 2 라디에이터(44)로부터 공급된 냉각수와 열교환하며, 2차 냉각된다. 2차 냉각된 흡기(s)는, 저온측 흡기 냉각기(30)에서 흡수식 냉동기(50)로부터 공급된 32℃의 냉각수와 열교환하며, 40℃로 3차 냉각된다. 40℃로 3차 냉각된 흡기(s)는, 정치용 가스 엔진(10)의 연소실(13)에 공급된다.
정치용 가스 엔진(10)의 연소실(13)로부터 배출된 배기 가스(e)는, 배열 보일러(34)에 도입된다. 배열 보일러(34)에서, 배기 가스(e)의 보유열로 수증기가 제조된다. 이 수증기는, 관로(36 및 38)를 거쳐서, 열원으로서 흡수식 냉동기(50)에 공급된다. 흡수식 냉동기(50)에는 제 1 라디에이터(52)로부터 냉열원으로서 냉각수가 공급되며, 이들의 열원 및 냉열원에 의해서 가동한다. 흡수식 냉동기(50)에서 32℃의 냉각수가 제조되며, 이 냉각수는 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)로 이송되어, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에서 흡기(s)를 냉각한다.
제 2 라디에이터(44)에서 냉각된 냉각수는, 고온측 흡기 냉각기(28)의 하류측에서, 냉각수 쟈켓(16)으로 이송되며, 하우징(12) 내의 각 부위를 냉각한다. 또한, 하우징(12)의 윤활유는, 윤활유 순환 공간(14)으로부터 윤활유 순환로(70a)를 거쳐서, 제 3 라디에이터(72)로 이송되어 냉각된다. 제 3 라디에이터(72)로 냉각된 윤활유는, 윤활유 순환로(70b)를 거쳐서, 윤활유 순환 공간(14)으로 되돌려진다.
다음에, 도 2의 흐름도에 의해, 컨트롤러(68)의 제어 순서를 설명한다. 도 2에 있어서, 흡수식 냉동기(50)의 운전 개시 후(S12), 정치용 가스 엔진(10)의 부하 상태에 맞추어, 삼방 밸브(42 및 64)의 동작을 제어하여, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급하는 냉각수의 온도를 조정한다(S14).
다음에, 컨트롤러(68)에 입력되는 온도 센서(66)의 검출값이 설정 범위(A≤온도 검출값≤B) 내이면(S16), 제어를 종료한다(S18). 해당 설정 범위 외일 때, 컨트롤러(68)에서 흡수식 냉동기(50)의 운전을 제어하여(S20), 해당 검출값이 설정 범위 내가 되도록 한다.
본 실시형태에 의하면, 흡기로(24)에 도입한 외기(a)를 과급기(26)의 상류측 및 하류측 흡기로(24)에서, 3단계에 걸쳐서 냉각하고 있으므로, 50℃의 온도를 갖는 외기(a)라도, 설정 온도인 40℃로 하여 정치용 가스 엔진(10)의 연소실(13)에 공급할 수 있다. 또한, 저온의 흡기(s)가 도입되는 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에는, 소비 전력이 적고, 또한 배기 가스(e)의 보유열을 열원으로 하고, 외기를 냉열원으로 한 흡수식 냉동기(50)에서 제조한 냉각수를 공급하도록 하고 있으므로, 특별한 열원을 필요로 하지 않으며, 에너지 절약 또한 고효율인 냉각 효율을 달성할 수 있다.
또한, 제 1 라디에이터(52), 제 2 라디에이터(44) 및 제 3 라디에이터(72)는, 모두 외기(a)를 이용하고 있으므로, 물을 필요로 하지 않는다. 그 때문에, 물이 부족한 지역에서도 작동 가능하다. 따라서, 본 실시형태의 흡기 냉각 장치는, 물이 풍부하지 않으며 부족하며, 또한 외기온이 높은 열대의 건조 지역이어도, 고효율로 가동할 수 있다.
또한, 고온측 흡기 냉각기(28)에 공급하는 냉각수는, 그다지 저온인 필요는 없으므로, 외기(a)를 냉열원으로 한 제 2 라디에이터(44)로 충분히 대응할 수 있다. 또한, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급하는 냉각수만을 흡수식 냉동기(50)에서 냉각하도록 하고 있으므로, 증기 압축식 냉동기와 비교하여 냉각 능력이 작은 흡수식 냉동기라도 충분히 대응 가능하다. 이들의 조합에 의해서, 특별한 에너지원을 필요로 하지 않으며, 에너지 절약 또한 고효율인 냉각 효율을 실현하고 있다.
또한, 배기로(32)에 배열 보일러(34)를 마련하고, 배기 가스(e)의 보유열로 수증기를 제조하며, 이 수증기를 흡수식 냉동기(50)의 열원으로서 이용하고 있으므로, 배기 가스(e)의 보유열을 효율적으로 회수할 수 있다. 수증기의 나머지는, 다른 기기의 열원으로서도 이용할 수 있다.
또한, 관로(36)에 삼방 밸브(42)를 마련하는 동시에, 냉각수 순환로(58a, 58b)에 바이패스로(62)와 삼방 밸브(64)를 마련하며, 컨트롤러(68)에 의해서, 정치용 가스 엔진(10)의 부하 상태에 따라서, 삼방 밸브(42 및 64)의 개도를 제어하도록 했으므로, 정치용 가스 엔진(10)의 부하에 따라서, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급하는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 냉각수 순환로(58a)에 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서(66)를 마련하고, 컨트롤러(68)에 의해서, 온도 센서(66)의 검출값에 근거하여, 냉각수의 온도가 목표 온도가 되도록, 흡수식 냉동기(50)의 운전을 제어하도록 했으므로, 1차 흡기 냉각기(22) 및 저온측 흡기 냉각기(30)에 공급하는 냉각수의 온도를 정밀도 양호하게 목표값으로 제어할 수 있다.
또한, 하우징(12)의 내부를 윤활하는 윤활유의 온도를 물을 이용하지 않는 제 3 라디에이터(72)에서 냉각할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 정치용 가스 엔진(10)은 플라이휠을 거쳐서 발전기(20)에 연결되어 있었지만, 발전기(20) 대신에, 펌프나 컴프레서가 연결 되며, 이들 기기를 구동하는 것이어도 좋다. 또한, 본 발명은 정치용 가스 엔진 이외의 정치용 내연 기관에도 적용할 수 있다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 에너지 절약 또한 냉각 효율이 높으며, 물이 풍부하지 않은 고기온의 지역에 매우 적합한 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치를 실현할 수 있다.

Claims (8)

  1. 흡기로 및 배기로에 과급기를 구비한 정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치에 있어서,
    상기 과급기를 구성하는 컴프레서의 상류측 흡기로에 마련되며, 흡기를 1차 냉각하는 제 1 흡기 냉각기와,
    상기 컴프레서에서 가압되어 승온한 컴프레서 출구측 흡기를 2차 냉각하는 제 2 흡기 냉각기와,
    정치용 내연 기관의 배기 가스의 보유열을 열원으로 하고, 상기 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기에 흡기 냉각용 냉각수를 공급하는 흡수식 냉동기와,
    냉각수를 외기와 열교환시켜서 냉각하고, 상기 냉각수를 상기 흡수식 냉동기에 냉열원으로서 공급하는 열교환기와,
    정치용 내연 기관의 배기로에 마련된 배기 가스 보일러와,
    상기 배기 가스 보일러에서 얻은 수증기의 적어도 일부를 상기 흡수식 냉동기에 공급하는 수증기 공급로를 구비하며,
    정치용 내연 기관의 연소실에 공급하는 흡기를 상기 제 1 흡기 냉각기 및 제 2 흡기 냉각기에서 냉각하도록 구성하고,
    상기 수증기를 흡수식 냉동기의 열원으로서 공급하도록 한 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 흡기 냉각기는, 상기 과급기에서 가압된 고온의 흡기를 냉각하는 고온측 흡기 냉각기와, 상기 고온측 흡기 냉각기에서 냉각된 흡기를 더욱 냉각하여 실린더 내에 공급하는 저온측 흡기 냉각기로 이루어지며,
    상기 고온측 흡기 냉각기에 외기와 열교환하여 냉각된 냉각수를 공급하는 제 2 열교환기를 구비하며,
    상기 저온측 흡기 냉각기에 상기 흡수식 냉동기로부터 냉각수를 공급하는 동시에, 상기 고온측 흡기 냉각기에서 흡기 냉각에 제공한 후의 냉각수를, 정치용 내연 기관의 냉각수 쟈켓을 거쳐서, 상기 제 2 열교환기로 되돌리도록 구성한 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 흡기 냉각기와 상기 흡수식 냉동기 사이에 냉각수를 순환하는 냉각수 순환로와,
    상기 냉각수 순환로의 왕로와 복로 사이에 접속되며, 과급기에서 가압되어 고온이 된 흡기와 열교환되어 제 2 흡기 냉각기로부터 배출되는 냉각수를, 흡수식 냉동기를 거치지 않고 제 2 흡기 냉각기로 되돌리는 바이패스로와,
    상기 바이패스로를 흐르는 냉각수의 유량을 가변으로 하는 밸브 기구와,
    상기 밸브 기구를 제어하여, 정치용 내연 기관의 부하에 따라 흡수식 냉동기에 공급되는 냉각수 온도를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기로부터 상기 제 2 흡기 냉각기에 공급되는 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서의 검출값이 목표값이 되도록 흡수식 냉동기의 운전을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    정치용 내연 기관의 하우징 내에 형성된 윤활유 공간을 순환하는 윤활유와 외기를 열교환시켜, 상기 윤활유를 냉각하는 제 3 열교환기와,
    상기 윤활유 공간에 연통하여 상기 윤활유를 상기 제 3 열교환기로 인도하는 윤활유 순환로를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 저온측 흡기 냉각기와 상기 흡수식 냉동기 사이에 냉각수를 순환하는 냉각수 순환로와,
    상기 냉각수 순환로의 왕로와 복로 사이에 접속되며, 과급기에서 가압되어 고온이 된 흡기와 열교환되어 저온측 흡기 냉각기로부터 배출되는 냉각수를, 흡수식 냉동기를 거치지 않고 저온측 흡기 냉각기로 되돌리는 바이패스로와,
    상기 바이패스로를 흐르는 냉각수의 유량을 가변으로 하는 밸브 기구와,
    상기 밸브 기구를 제어하여, 정치용 내연 기관의 부하에 따라 흡수식 냉동기에 공급되는 냉각수 온도를 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 흡수식 냉동기로부터 상기 저온측 흡기 냉각기에 공급되는 냉각수의 온도를 검출하는 온도 센서와,
    상기 온도 센서의 검출값이 목표값이 되도록 흡수식 냉동기의 운전을 제어하는 컨트롤러를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는
    정치용 내연 기관의 흡기 냉각 장치.
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