WO2012132825A1 - 定置用内燃機関の吸気冷却装置 - Google Patents

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WO2012132825A1
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cooling water
cooling
cooler
air cooler
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正仁 小宮山
宏 福士
究 井上
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a water-saving intake air cooling device that is suitable for a stationary internal combustion engine and is installed in an area where water is not abundant and the outside air temperature is high.
  • the intake air supplied to the combustion chamber formed in the cylinder of the internal combustion engine is once cooled by a cooler before being supplied to the combustion chamber in order to improve the charging efficiency.
  • a cooler since the intake air pressurized by the compressor of the supercharger normally rises to 100 to 200 ° C., it is cooled by providing a heat exchanger at the outlet side intake passage of the compressor. is doing. The heat taken from the intake air by the heat exchanger was radiated to the atmosphere by a radiator or the like.
  • Patent Document 1 discloses an intake air cooling device for an internal combustion engine provided with an absorption refrigerator that supplies a low-temperature refrigerant to a cooler that cools intake air.
  • this apparatus will be described with reference to FIG. 3 (FIG. 2 of Patent Document 1).
  • an exhaust pipe 102 and an intake pipe 104 are connected to the diesel engine 100.
  • the exhaust pipe 102 is connected to an exhaust path 106 for releasing the exhaust gas of the diesel engine 100 to the outside
  • the intake pipe 104 is connected to an intake path 108 for introducing outside air.
  • a supercharger 110 is provided across the exhaust pipe 102 and the intake pipe 104.
  • an exhaust turbine 112 provided in the exhaust pipe 102 and a compressor 114 provided in the intake pipe 104 are integrally formed via a shaft 116.
  • a heat exchanger 118 is interposed in the intake pipe 104.
  • a pipe line 120 is installed between the heat exchanger 118 and the absorption refrigerator 122. The pipe line 120 is led to a heat exchanger 124 of an evaporator constituting the absorption refrigerator 122. Cooling water is supplied from the absorption chiller 122 to the heat exchanger 118 via the pipe line 120.
  • the exhaust path 106 and the generator heat exchanger 126 constituting the absorption refrigerator 122 are connected by a pipe 128.
  • An exhaust heat exchanger 130 connected to the pipe line 128 is provided in the exhaust path 106.
  • the heat energy recovered from the exhaust gas e flowing through the exhaust passage 106 by the exhaust heat exchanger 130 is sent to the generator heat exchanger 126 through the pipe 128 using steam as a medium.
  • the absorption refrigerator 122 is operated by this heat energy and cooling water sent from a cooling tower or the like.
  • the cooling water flowing through the heat exchanger 124 in the evaporator is cooled by the operation of the absorption refrigerator 122.
  • the cooling water cooled by the heat exchanger 124 is sent to the air cooler 118 and cools the intake air a flowing through the intake pipe 104.
  • FIG. 3 of Patent Document 1 discloses an example in which the retained heat of the cooling water after cooling the diesel engine 100 is used as a heat source of the absorption chiller.
  • a cooling tower is provided together with an absorption refrigerator, and the cooling water supplied to the evaporator and the absorber is cooled by using the latent heat of water evaporation in the cooling tower. Therefore, a large amount of water is required in the cooling tower. Further, in a region where the outside air temperature is high, such as a tropical region, when high temperature outside air is used as the intake air, the intake air pressurized by the supercharger rises to a high temperature. Therefore, a means for cooling the hot intake air with high efficiency is required. Therefore, it is difficult to obtain a sufficient output even if a stationary internal combustion engine is installed in a region where water is not abundant or a region where the temperature is high such as a tropical region.
  • the present invention consumes less water even when a stationary internal combustion engine is installed in an area where water is not abundant and water tends to be insufficient, or where the outside air temperature is high.
  • the purpose is to realize a water-saving intake air cooling device that can reduce the intake air temperature with high efficiency.
  • an intake air cooling apparatus for a stationary internal combustion engine is an intake air cooling apparatus for a stationary internal combustion engine having a supercharger in an intake passage and an exhaust passage.
  • a first intake air cooler that is provided in the upstream intake passage and primarily cools the intake air; a second intake air cooler that secondarily cools the compressor outlet-side intake air that has been pressurized and heated by the compressor; and a stationary internal combustion engine
  • An absorption refrigerator that supplies the first intake air cooler and the second intake air cooler with cooling water for intake air cooling using the retained heat of the exhaust gas of the engine as a heat source, and cools the cooling water by exchanging heat with the outside air.
  • a heat exchanger that supplies the cooling water to the absorption chiller as a cooling heat source, and cools the intake air supplied to the combustion chamber of the stationary internal combustion engine by the first intake air cooler and the second intake air cooler. It is comprised so that it may do.
  • the outside air introduced into the intake passage is firstly cooled by the first intake cooler upstream of the supercharger. Therefore, even a considerably high temperature outside air, for example, outside air having a temperature around 50 ° C., can be cooled and introduced into the supercharger.
  • a considerably high temperature outside air for example, outside air having a temperature around 50 ° C.
  • the intake air pressurized by the compressor constituting the supercharger and heated to a high temperature is cooled by the second intake air cooler on the downstream side of the supercharger, it is supplied to the combustion chamber of the stationary gas engine.
  • the cooling water for cooling the intake air of the first intake air cooler and the second intake air cooler is cooled by an absorption refrigerator.
  • an absorption chiller with low power consumption is used, and the heat source supplied to the absorption chiller is covered with the heat stored in the exhaust gas. Because it is able to cover, no extra heat source is required. Therefore, energy saving and cooling efficiency can be improved.
  • the heat exchanger that cools the cooling water that is the cooling heat source of the absorption chiller uses outside air as the cooling heat source and does not require water. Therefore, it will not cause any trouble even in areas where water is scarce. Therefore, according to the device of the present invention, the intake air cooling device can be operated with energy saving and high efficiency even in an area where water is not abundant and the outside air temperature is high.
  • the second intake air cooler further cools the high-temperature side intake air cooler that cools the high-temperature intake air pressurized by the supercharger and the intake air cooled by the high-temperature side intake air cooler.
  • the low-temperature side intake air cooler is provided with a second heat exchanger for supplying cooling water that is cooled by exchanging heat with the outside air, and is absorbed by the low-temperature side intake air cooler.
  • the cooling water is supplied from the refrigerating machine, and the cooling water after being subjected to the intake air cooling by the high temperature side intake air cooler is returned to the second heat exchanger via the cooling water jacket of the stationary internal combustion engine. Good.
  • the cooling water cooled by the absorption chiller is supplied to the low temperature side intake air cooler, and the cooling water cooled by the second heat exchanger is supplied to the high temperature side intake air cooler, thereby sharing the cooling target. Therefore, even an absorption chiller having a cooling capacity smaller than that of a vapor compression chiller or the like can sufficiently cope with it. Further, since the high-temperature side intake cooler exchanges heat with the high-temperature intake air on the downstream side of the compressor, it does not require much low-temperature cooling water. Therefore, the second heat exchanger that uses the outside air as a cold heat source can sufficiently cope. Furthermore, since the second heat exchanger uses outside air as a cold heat source, it does not require water and can operate even in an area where water is insufficient.
  • the apparatus of the present invention comprises an exhaust gas boiler provided in an exhaust path of a stationary internal combustion engine, and a steam supply path for supplying at least a part of the steam obtained by the exhaust gas boiler to an absorption refrigeration machine. It is good to supply as a heat source of a refrigerator. As a result, the retained heat of the exhaust gas can be efficiently recovered and used as a heat source for the absorption refrigerator. Further, the remainder of the water vapor can be used as a heat source for other equipment.
  • a cooling water circulation path for circulating cooling water between the second intake air cooler or the low temperature side intake air cooler and the absorption chiller, and a forward path and a return path of the cooling water circulation path are connected.
  • the cooling water discharged from the second intake air cooler or the low-temperature side intake air cooler is exchanged with the intake air that has been pressurized by the supercharger and becomes high temperature, and the second intake air cooling is performed without passing through the absorption refrigerator.
  • Bypass passage for returning to the cooler or the low-temperature side intake air cooler, a valve mechanism for changing the flow rate of the cooling water flowing through the bypass passage, an absorption refrigerator that controls the valve mechanism, and that depends on the load of the stationary internal combustion engine And a controller for controlling the amount of cooling water supplied to. Accordingly, the controller can control the temperature and flow rate of the cooling water supplied to the second intake air cooler or the low temperature side intake air cooler according to the load of the stationary internal combustion engine.
  • a temperature sensor for detecting the temperature of the cooling water supplied from the absorption chiller to the second intake air cooler or the low temperature side intake air cooler, and the detected value of the temperature sensor to be a target value.
  • a controller for controlling the operation of the absorption refrigerator.
  • a third heat exchanger for exchanging heat between the lubricating oil circulating in the lubricating oil space formed in the housing of the stationary internal combustion engine and the outside air and cooling the lubricating oil, and the lubricating oil space And a lubricating oil circuit that leads the lubricating oil to the third heat exchanger.
  • the lubricating oil circulating through each part in the housing can be cooled by the third heat exchanger.
  • the third heat exchanger does not use water as a cold heat source, it can be operated even in an area where water is insufficient.
  • the intake air is primarily cooled by being provided in an upstream intake passage of a compressor constituting the supercharger.
  • a first intake air cooler, a second intake air cooler that secondary-cools the compressor outlet side intake air that has been pressurized and heated by the compressor, and the heat retained in the exhaust gas of the stationary internal combustion engine is used as a heat source
  • An absorption chiller for supplying intake cooling water to the intake air cooler and the second intake air cooler, cooling the cooling water by exchanging heat with outside air, and using the cooling water as a cooling heat source for the absorption chiller
  • a heat exchanger to be supplied, and the intake air supplied to the combustion chamber of the stationary internal combustion engine is cooled by the first intake air cooler and the second intake air cooler.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an embodiment in which the present invention is applied to a stationary gas engine. It is a flowchart which shows the operation
  • a housing 12 of a stationary gas engine 10 includes a combustion chamber 13 formed in a plurality of cylinders, a lubricating oil circulation path 14 for supplying lubricating oil to each part in the housing 12, A cooling water jacket 16 is provided for cooling each of these parts with cooling water.
  • the combustion chamber 13, the lubricating oil circulation path 14, and the cooling water jacket 16 are schematically shown in FIG.
  • the stationary gas engine 10 is connected to the generator 20 via a flywheel.
  • the intake system of the stationary gas engine 10 includes a primary intake air cooler 22 that primarily cools the taken-in outside air a.
  • a compressor 26 a constituting the supercharger 26 is provided in the downstream intake passage 24 of the primary intake cooler 22.
  • a high temperature side intake cooler 28 and a low temperature side intake cooler 30 are interposed in the intake passage 24 downstream of the compressor 26a.
  • the intake air s pressurized and heated by the compressor 26 a is secondarily cooled by the high temperature side intake cooler 28 and then thirdly cooled by the low temperature side intake air cooler 30, and then entered into the combustion chamber 13 of the stationary gas engine 10. Supplied.
  • the exhaust gas e exhausted from the combustion chamber 13 of the stationary gas engine 10 to the exhaust passage 32 drives an exhaust turbine 26b provided in the exhaust passage 32.
  • the exhaust turbine 26b and the compressor 26a are connected by a shaft 26c, and the compressor 26a and the exhaust turbine 26b constitute a supercharger 26.
  • An exhaust heat boiler 34 is provided in the downstream exhaust passage 32 of the exhaust turbine 26b. Raw water w is supplied to the exhaust heat boiler 34, and steam is produced by the retained heat of the exhaust gas e.
  • the steam produced by the exhaust heat boiler 34 is supplied as a heat source to a generator (not shown) of an absorption chiller 50 described later via pipes 36 and 38.
  • a part of the water vapor is supplied to other devices as a heat source through the pipe 40 branched from the pipe 36.
  • a three-way valve 42 is provided at a branch portion of the pipe lines 36 and 40, and the three-way valve 42 enables water vapor to be distributed to the pipe lines 38 or 40.
  • a cooling water circulation path 46 for circulating cooling water to the cooling water jacket 16, the high temperature side intake cooler 28, and the second radiator 44 is provided.
  • the second radiator 44 includes a mechanism for taking in the outside air a such as a fan, and a heat exchanging section for exchanging heat between the outside air a and the cooling water, and has a function of cooling the cooling water with the outside air a.
  • the cooling water cooled by the second radiator 44 is circulated through the cooling water circulation path 46 in the direction of the arrow by the pump 48.
  • the intake air s is cooled by the high temperature side intake air cooler 28 with this cooling water.
  • the cooling water used for cooling the intake air s by the high-temperature side intake cooler 28 is then sent to the cooling water jacket 16 to cool each part in the housing 12.
  • the 1st radiator 52 which supplies the cooling water used as the cold heat source of the absorption refrigerator 50 with the absorption refrigerator 50 is provided.
  • the first radiator 52 has the same configuration as the second radiator 44. That is, an outside air intake mechanism and a heat exchanging part that exchanges heat between the outside air a and the cooling water are provided, and has a function of cooling the cooling water with the outside air a.
  • the first radiator 52 and the absorption chiller 50 are connected by cooling water circulation paths 54a and 54b, and a cooling water is connected between the first radiator 52 and the absorption chiller 50 by a pump 56 interposed in the cooling water circulation path 54a. Circulates.
  • the absorption chiller 50 is supplied with water vapor as a heat source via the pipes 36 and 38, and from the first radiator 52 to the condenser and the absorber (not shown) as a cold heat source. Cooling water is supplied.
  • the absorption refrigerator 50 and the low-temperature side intake cooler 30 are connected via cooling water circulation paths 58a and 58b.
  • the cooling water cooled by the absorption chiller 50 is circulated through the cooling water circulation paths 58a and 58b by the pump 60 interposed in the cooling water circulation path 58a, and the intake air s is cooled by the low temperature side intake cooler 30.
  • a cooling water circulation path 74a for supplying cooling water to the primary intake air cooler 22 is connected to the cooling water circulation path 58a.
  • Lubricating oil circulation passages 70 a and 70 b that communicate with the lubricating oil circulation space 14 and lead out the lubricating oil to the outside of the housing 12 are provided.
  • the lubricating oil circulation passages 70 a and 70 b are provided outside the housing 12 and are connected to the third radiator 72. It is connected to the.
  • the third radiator 72 has the same configuration as the first radiator 52 and the second radiator 44, and has an outside air intake mechanism and a heat exchange unit.
  • the third radiator 72 has a function of taking outside air a, exchanging heat between the taken outside air a and the lubricating oil, and cooling the lubricating oil.
  • a bypass path 62 is provided on the absorption chiller 50 side from the connection of the cooling water circulation paths 74a and 74b.
  • a three-way valve 64 is provided at a branch portion between the cooling water circulation path 58 a and the bypass path 62.
  • the cooling water circulation path 58a is provided with a temperature sensor 66 for detecting the cooling water temperature.
  • a controller 68 that controls the operation of the absorption chiller 50 is provided. The controller 68 inputs the detection value of the temperature sensor 66 and controls the operation of the absorption refrigerator 50 based on the detection value.
  • the controller 68 controls the flow rate of water vapor supplied to the absorption chiller 50 by controlling the opening degree of the three-way valve 42. Furthermore, the distribution amount of the cooling water distributed to the cooling water circulation path 58 a and the bypass path 62 is controlled by controlling the opening degree of the three-way valve 64 according to the load of the stationary gas engine 10.
  • the flow rate and temperature of the cooling water supplied to the low temperature side intake air cooler 30 are made constant by controlling the opening degree of the three-way valve 64 by the controller 68 and controlling the amount of cooling water that bypasses the absorption chiller 50. I try to control it.
  • the controller 68 controls the operation of the absorption chiller 50 based on the detection value of the temperature sensor 66, and controls the three-way valves 42 and 64 according to the load of the stationary gas engine 10.
  • the cooling water temperature and the flow rate supplied to the primary intake air cooler 22 and the low temperature side intake air cooler 30 can be kept constant.
  • set temperatures such as outside air a, intake air s, exhaust gas e, and cooling water are appended to each part.
  • the temperature of the outside air a is set to 50 ° C.
  • the exhaust gas e exhausted from the combustion chamber 13 of the stationary gas engine 10 is introduced into the exhaust heat boiler 34.
  • steam is produced with the retained heat of the exhaust gas e.
  • This water vapor is supplied to the absorption refrigerator 50 as a heat source via the pipes 36 and 38.
  • the absorption refrigerator 50 is supplied with cooling water as a cooling heat source from the first radiator 52, and is operated by these heat sources and the cooling heat source. Cooling water at 32 ° C. is produced by the absorption chiller 50, and this cooling water is sent to the primary intake air cooler 22 and the low-temperature side intake air cooler 30. Cool down.
  • the cooling water cooled by the second radiator 44 is sent to the cooling water jacket 16 on the downstream side of the high temperature side intake air cooler 28 to cool each part in the housing 12. Further, the lubricating oil in the housing 12 is sent from the lubricating oil circulation space 14 to the third radiator 72 via the lubricating oil circulation path 70a and cooled. The lubricating oil cooled by the third radiator 72 is returned to the lubricating oil circulation space 14 via the lubricating oil circulation path 70b.
  • the control is terminated (S18).
  • the controller 68 controls the operation of the absorption chiller 50 (S20) so that the detected value is within the set range.
  • the outside air a introduced into the intake passage 24 is cooled in three stages in the upstream and downstream intake passages 24 of the supercharger 26, the outside air a having a temperature of 50 ° C. Even so, it can be supplied to the combustion chamber 13 of the stationary gas engine 10 at a set temperature of 40 ° C. Further, the primary intake air cooler 22 and the low temperature side intake air cooler 30 into which the low-temperature intake air s is introduced have low power consumption, absorption refrigeration using the retained heat of the exhaust gas e as a heat source and the outside air as a cold heat source. Since the cooling water produced by the machine 50 is supplied, a special heat source is not required, and energy-saving and highly efficient cooling efficiency can be achieved.
  • the intake air cooling device can operate with high efficiency even in a tropical dry area where water is not abundant and is scarce and the outside air temperature is high.
  • the second radiator 44 using the outside air a as a cold heat source can sufficiently cope with it.
  • the absorption refrigeration has a cooling capacity smaller than that of the vapor compression chiller. The machine can also handle it.
  • the exhaust heat boiler 34 is provided in the exhaust passage 32, steam is produced with the retained heat of the exhaust gas e, and this steam is used as the heat source of the absorption chiller 50, the retained heat of the exhaust gas e is efficiently used. Can be recovered. The remainder of the water vapor can also be used as a heat source for other equipment.
  • a three-way valve 42 is provided in the pipeline 36, and a bypass passage 62 and a three-way valve 64 are provided in the cooling water circulation paths 58a and 58b. Therefore, the temperature of the cooling water supplied to the primary intake air cooler 22 and the low-temperature side intake air cooler 30 can be controlled according to the load of the stationary gas engine 10.
  • a temperature sensor 66 for detecting the temperature of the cooling water is provided in the cooling water circulation path 58a, and the controller 68 uses the absorption value of the cooling water so that the temperature of the cooling water becomes the target temperature based on the detection value of the temperature sensor 66 Since the operation of 50 is controlled, the temperature of the cooling water supplied to the primary intake air cooler 22 and the low temperature side intake air cooler 30 can be accurately controlled to the target value. Further, the temperature of the lubricating oil that lubricates the inside of the housing 12 can be cooled by the third radiator 72 that does not use water.
  • the stationary gas engine 10 is connected to the generator 20 via the flywheel.
  • a pump or a compressor is connected to drive these devices. May be.
  • the present invention can also be applied to stationary internal combustion engines other than stationary gas engines.
  • an intake air cooling device for a stationary internal combustion engine that is suitable for a high-temperature region where energy saving and cooling efficiency are high and water is not abundant.

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Abstract

過給機２６の上流側及び下流側の吸気路２４に一次吸気冷却器２２、高温側吸気冷却器２８及び低温側吸気冷却器３０を設け、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に冷却水を送る吸収式冷凍機５０と、高温側吸気冷却器２８に冷却水を送る第２ラジエータ４４とを設けている。吸収式冷凍機５０に冷却水を送る第１ラジエータ５２を設け、排気路３２に設けた排熱ボイラ３４で水蒸気を製造し、この水蒸気を吸収式冷凍機５０に熱源として供給している。潤滑油循環空間１４を流れる潤滑油を冷却する第３ラジエータ７２を設けている。第１ラジエータ５２、第２ラジエータ４４及び第３ラジエータ７２を設けることで、冷熱源として水を必要としない。

Description

定置用内燃機関の吸気冷却装置
　本発明は、定置用内燃機関において、水が豊富でなくかつ外気温が高い地域に設置されて好適な節水型吸気冷却装置に関する。
　内燃機関のシリンダ内に形成される燃焼室に供給される吸気は、充填効率を向上させるため、燃焼室に供給される前に、冷却器で一旦冷却される。特に、過給機を備えた内燃機関では、過給機のコンプレッサで加圧された吸気は、通常１００～２００℃に昇温するため、コンプレッサの出口側吸気路に熱交換器を設けて冷却している。該熱交換器で吸気から奪った熱は、放熱器等により大気へ放熱していた。
　特許文献１には、吸気を冷却する冷却器に低温冷媒を供給する吸収式冷凍機を備えた内燃機関の吸気冷却装置が開示されている。以下、この装置を図３（特許文献１の図２）により説明する。図３において、ディーゼル機関１００に排気管１０２と吸気管１０４が接続されている。排気管１０２には、ディーゼル機関１００の排気ガスを外部へ放出する排気路１０６が接続され、吸気管１０４には、外気を導入する吸気路１０８が接続されている。
　排気管１０２及び吸気管１０４に跨って過給機１１０が設けられている。過給機１１０は、排気管１０２に設けられた排気タービン１１２と、吸気管１０４に設けられたコンプレッサ１１４とが軸１１６を介して一体に構成されている。吸気管１０４には熱交換器１１８が介設されている。熱交換器１１８と吸収式冷凍機１２２との間に管路１２０が架設されている。管路１２０は、吸収式冷凍機１２２を構成する蒸発器の熱交換器１２４に導設されている。熱交換器１１８に管路１２０を介して吸収式冷凍機１２２から冷却水が供給される。
　排気路１０６と、吸収式冷凍機１２２を構成する発生器用熱交換器１２６との間は、管路１２８で接続されている。排気路１０６には、管路１２８に接続された排気熱交換器１３０が設けられている。
　排気熱交換器１３０で排気路１０６を流れる排気ガスｅより回収された熱エネルギは、水蒸気を媒体とし、管路１２８を経て発生器用熱交換器１２６に送られる。吸収式冷凍機１２２は、この熱エネルギ及び冷却塔等から送られる冷却水によって稼動する。吸収式冷凍機１２２の稼動により、蒸発器内の熱交換器１２４を流れる冷却水を冷却する。熱交換器１２４で冷却された冷却水は、空気冷却器１１８に送られ、吸気管１０４を流れる吸気ａを冷却する。
　この吸気冷却装置では、消費電力が少ない吸収式冷凍機１２２を用い、かつ吸収式冷凍機１２２の熱源として排気ガスｅの保有熱を利用するので、熱効率を向上できる。
　なお、特許文献１の図３には、ディーゼル機関１００を冷却した後の冷却水の保有熱を、吸収式冷凍機の熱源として利用するようにした例が開示されている。
特開昭５８－７９６１８号公開公報
　通常、吸収式冷凍機と共に冷却塔を設け、前記蒸発器や吸収器に供給する冷却水を、冷却塔で水の蒸発潜熱を利用して冷却している。そのため、冷却塔では大量の水を必要とする。また、熱帯地域のように、外気温度が高い地域では、高温の外気を吸気として用いると、過給機で加圧された吸気は高い温度まで昇温する。そのため、高温の吸気を高効率で冷却する手段が必要となる。従って、水が豊富でない地域や、熱帯地域等のように気温が高い地域では、定置用内燃機関を設置しても十分な出力を得ることが難しい。
　本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、水が豊富でなく、水不足しがちな地域、あるいは外気温度が高い地域に、定置用内燃機関を設置する場合でも、水の消費量が少なく、かつ吸気温度を高効率で低減可能な節水型吸気冷却装置を実現することを目的とする。
　かかる目的を達成するため、本発明の定置用内燃機関の吸気冷却装置は、吸気路及び排気路に過給機を備えた定置用内燃機関の吸気冷却装置において、過給機を構成するコンプレッサの上流側吸気路に設けられ、吸気を一次冷却する第１の吸気冷却器と、該コンプレッサで加圧され昇温したコンプレッサ出口側吸気を二次冷却する第２の吸気冷却器と、定置用内燃機関の排気ガスの保有熱を熱源とし、第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器に吸気冷却用冷却水を供給する吸収式冷凍機と、冷却水を外気と熱交換させて冷却し、該冷却水を吸収式冷凍機に冷熱源として供給する熱交換器と、を備え、定置用内燃機関の燃焼室に供給する吸気を第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器で冷却するように構成したものである。
　本発明装置では、吸気路に導入した外気を、まず、過給機の上流側で第１の吸気冷却器で一次冷却する。そのため、相当に高温の外気、例えば、５０℃前後の温度を有する外気であっても、冷却して過給機に導入できる。次に、過給機を構成するコンプレッサで加圧され高温となった吸気を、過給機の下流側で第２の吸気冷却器で冷却した後、定置用ガスエンジンの燃焼室に供給する。
　第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器の吸気冷却用冷却水を、吸収式冷凍機で冷却するようにする。吸気冷却用冷却水の冷却手段として、消費電力が少ない吸収式冷凍機を用い、かつ吸収式冷凍機に供給する熱源を排気ガスの保有熱でまかない、吸収式冷凍機に供給する冷熱源を外気でまかなうようにしているので、余分な熱源を必要としない。そのため、省エネ化でき、かつ冷却効率を向上できる。
　また、吸収式冷凍機の冷熱源である冷却水を冷却する熱交換器は、冷熱源として外気を用いており、水を必要としない。そのため、水が不足した地域でも支障をきたさない。従って、本発明装置によれば、水が豊富でなく、かつ外気温が高い地域であっても、省エネかつ高効率で吸気冷却装置を稼動できる。
　本発明装置において、第２の吸気冷却器は、過給機で加圧された高温の吸気を冷却する高温側吸気冷却器と、該高温側吸気冷却器で冷却された吸気をさらに冷却してシリンダ内に供給する低温側吸気冷却器とからなり、高温側吸気冷却器に外気と熱交換して冷却された冷却水を供給する第２の熱交換器を備え、低温側吸気冷却器に吸収式冷凍機から冷却水を供給すると共に、高温側吸気冷却器で吸気冷却に供した後の冷却水を、定置用内燃機関の冷却水ジャケットを経て、第２の熱交換器に戻すように構成するとよい。
　かかる構成では、吸収式冷凍機で冷却した冷却水を低温側吸気冷却器に供給し、第２の熱交換器で冷却した冷却水を高温側吸気冷却器に供給することで、冷却対象を分担しているので、蒸気圧縮式冷凍機等と比べて冷却能力が小さい吸収式冷凍機でも十分対応できる。
　また、高温側吸気冷却器は、コンプレッサ下流側の高温吸気との熱交換であるので、さほど低温の冷却水を必要としない。そのため、外気を冷熱源とする第２の熱交換器でも、十分対応できる。さらに、第２の熱交換器は、外気を冷熱源としているので、水を必要とせず、水が不足した地域でも稼動できる。
　本発明装置において、定置用内燃機関の排気路に設けられた排ガスボイラと、排ガスボイラで得た水蒸気の少なくとも一部を吸収式冷凍機に供給する水蒸気供給路とを備え、該水蒸気を吸収式冷凍機の熱源として供給するようにするとよい。これによって、排気ガスの保有熱を効率良く回収して、吸収式冷凍機の熱源として利用できる。また、該水蒸気の残りを他の機器の熱源として充当できる。
　本発明装置において、第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器と吸収式冷凍機との間に冷却水を循環する冷却水循環路と、該冷却水循環路の往路と復路との間に接続され、過給機で加圧され高温となった吸気と熱交換され第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器から排出される冷却水を、吸収式冷凍機を経ずに第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器に戻すバイパス路と、該バイパス路を流れる冷却水の流量を可変とする弁機構と、該弁機構を制御し、定置用内燃機関の負荷に応じて吸収式冷凍機に供給される冷却水量を制御するコントローラと、を備えているとよい。これによって、前記コントローラによって、定置用内燃機関の負荷に応じて、第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器に供給する冷却水の温度及び流量を制御できる。
　本発明装置において、吸収式冷凍機から第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器に供給される冷却水の温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出値が目標値になるように吸収式冷凍機の運転を制御するコントローラと、を備えているとよい。これによって、吸収式冷凍機又は低温側吸気冷却器に供給する冷却水の温度を目標温度に制御できる。
　本発明装置において、定置用内燃機関のハウジング内に形成された潤滑油空間を循環する潤滑油と外気とを熱交換させ、該潤滑油を冷却する第３の熱交換器と、該潤滑油空間に連通し該潤滑油を該第３の熱交換器に導く潤滑油循環路と、を備えているとよい。これによって、ハウジング内の各部位を循環する潤滑油を第３の熱交換器で冷却できる。しかも、第３の熱交換器は冷熱源として水を使用しないので、水不足の地域でも稼動できる。
　本発明装置によれば、吸気路及び排気路に過給機を備えた定置用内燃機関の吸気冷却装置において、過給機を構成するコンプレッサの上流側吸気路に設けられ、吸気を一次冷却する第１の吸気冷却器と、該コンプレッサで加圧され昇温したコンプレッサ出口側吸気を二次冷却する第２の吸気冷却器と、定置用内燃機関の排気ガスの保有熱を熱源とし、第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器に吸気冷却用冷却水を供給する吸収式冷凍機と、冷却水を外気と熱交換させて冷却し、該冷却水を吸収式冷凍機に冷熱源として供給する熱交換器と、を備え、定置用内燃機関の燃焼室に供給する吸気を第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器で冷却するように構成したので、吸収式冷凍機を稼動するのに特別な熱源を必要とせず、省エネかつ高効率で稼動できると共に、吸気を２段階で冷却しているので、吸気として高温の外気を導入しても、燃焼室に供給する吸気を目標温度に冷却できる。また、吸収式冷凍機の冷熱源として水を用いないので、水が豊富でない地域でも、支障を来すことなく稼動できる。従って、水が豊富でなくかつ外気温が高い地域に好適な吸気冷却装置を実現できる。
本発明を定置用ガスエンジンに適用した一実施形態の全体構成図である。 前記実施形態の動作手順を示すフローチャートである。 従来の内燃機関の吸気冷却装置の構成図である。
　以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
　本発明を、気温が高く、かつ水が不足しがちな地域、例えば、熱帯の乾燥地域に設置される定置用ガスエンジンに適用した一実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１において、定置用ガスエンジン１０のハウジング１２には、複数のシリンダ内に形成される燃焼室１３と、ハウジング１２内の各部位に潤滑油を供給する潤滑油循環路１４と、ハウジング１２内の各部位を冷却水で冷却するための冷却水ジャケット１６とが設けられている。なお、燃焼室１３、潤滑油循環路１４及び冷却水ジャケット１６は、図１中で模式的に図示されている。定置用ガスエンジン１０は、はずみ車を介して発電機２０に接続されている。
　定置用ガスエンジン１０の吸気系統は、取り込んだ外気ａを一次冷却する一次吸気冷却器２２を備えている。一次吸気冷却器２２の下流側吸気路２４には、過給機２６を構成するコンプレッサ２６ａが設けられている。コンプレッサ２６ａの下流側で、吸気路２４には、高温側吸気冷却器２８及び低温側吸気冷却器３０が介設されている。コンプレッサ２６ａで加圧され昇温した吸気ｓは、高温側吸気冷却器２８で二次冷却され、次に低温側吸気冷却器３０で三次冷却された後、定置用ガスエンジン１０の燃焼室１３に供給される。
　定置用ガスエンジン１０の燃焼室１３から排気路３２に排気された排気ガスｅは、排気路３２に設けられた排気タービン２６ｂを駆動する。排気タービン２６ｂとコンプレッサ２６ａとは軸２６ｃで接続され、コンプレッサ２６ａと排気タービン２６ｂとで過給機２６を構成している。排気タービン２６ｂの下流側排気路３２に排熱ボイラ３４が設けられている。排熱ボイラ３４には原料水ｗが供給され、排気ガスｅの保有熱で水蒸気を製造する。排熱ボイラ３４で製造された水蒸気は、管路３６及び３８を経て後述する吸収式冷凍機５０の発生器（図示省略）に熱源として供給される。
　管路３６から分岐した管路４０を経て、水蒸気の一部が他の機器類に熱源として供給される。管路３６及び４０の分岐部には三方弁４２が設けられ、三方弁４２によって水蒸気を管路３８又は４０に分配可能にしている。
　冷却水ジャケット１６、高温側吸気冷却器２８、及び第２ラジエータ４４に冷却水を循環する冷却水循環路４６が設けられている。第２ラジエータ４４は、ファン等の外気ａを取り入れる機構と、外気ａと冷却水とを熱交換させる熱交換部を備え、外気ａで冷却水を冷却する機能をもつ。第２ラジエータ４４で冷却された冷却水は、ポンプ４８により冷却水循環路４６を矢印方向に循環する。この冷却水によって、高温側吸気冷却器２８で吸気ｓを冷却する。高温側吸気冷却器２８で吸気ｓの冷却に供した冷却水は、次に冷却水ジャケット１６に送られ、ハウジング１２内の各部位を冷却する。
　吸収式冷凍機５０と共に、吸収式冷凍機５０の冷熱源となる冷却水を供給する第１ラジエータ５２が設けられている。第１ラジエータ５２は、第２ラジエータ４４と同様の構成を有している。即ち、外気取入れ機構と、外気ａと冷却水とを熱交換させる熱交換部とを備え、外気ａで冷却水を冷却する機能をもつ。第１ラジエータ５２と吸収式冷凍機５０とは、冷却水循環路５４ａ及び５４ｂで接続され、冷却水循環路５４ａに介設されたポンプ５６によって、第１ラジエータ５２及び吸収式冷凍機５０間を冷却水が循環する。
　前述のように、吸収式冷凍機５０には、管路３６及び３８を介して熱源となる水蒸気が供給されると共に、第１ラジエータ５２から、凝縮器及び吸収器（図示省略）に冷熱源として冷却水が供給される。吸収式冷凍機５０と低温側吸気冷却器３０とは、冷却水循環路５８ａ及び５８ｂを介して接続されている。吸収式冷凍機５０で冷却された冷却水は、冷却水循環路５８ａに介設されたポンプ６０によって、冷却水循環路５８ａ、５８ｂを循環し、低温側吸気冷却器３０で吸気ｓを冷却する。
　冷却水循環路５８ａには、一次吸気冷却器２２に冷却水を供給する冷却水循環路７４ａが接続されている。冷却水循環路５８ｂには、一次吸気冷却器２２で外気ａを冷却した後の冷却水を冷却水循環路５８ｂに戻す冷却水循環路７４ｂが接続されている。そのため、冷却水循環路５８ａから分岐した冷却水循環路７４ａによって、一次吸気冷却器２２にも冷却水が供給され、外気ａを冷却する。
　また、潤滑油循環空間１４に連通し、潤滑油をハウジング１２の外部へ導出する潤滑油循環路７０ａ及び７０ｂが設けられ、潤滑油循環路７０ａ、７０ｂは、ハウジング１２の外部で第３ラジエータ７２に接続されている。第３ラジエータ７２は、第１ラジエータ５２及び第２ラジエータ４４と同様の構成をもち、外気取入れ機構と、熱交換部とをもつ。第３ラジエータ７２で外気ａを取り入れ、取り入れた外気ａと潤滑油とを熱交換させ、潤滑油を冷却する機能をもつ。
　冷却水循環路５８ａ、５８ｂ間には、冷却水循環路７４ａ、７４ｂの接続部より吸収式冷凍機５０側に、バイパス路６２が設けられている。冷却水循環路５８ａとバイパス路６２との分岐部には、三方弁６４が設けられている。冷却水循環路５８ａには、冷却水温を検出する温度センサ６６が設けられている。また、吸収式冷凍機５０の運転を制御するコントローラ６８が設けられている。コントローラ６８は、温度センサ６６の検出値を入力し、該検出値に基づいて吸収式冷凍機５０の運転を制御する。
　コントローラ６８は、三方弁４２の開度を制御することで、吸収式冷凍機５０に供給される水蒸気の流量を制御する。さらに、定置用ガスエンジン１０の負荷に応じて、三方弁６４の開度を制御することで、冷却水循環路５８ａ及びバイパス路６２に分配される冷却水の分配量を制御する。
　低温側吸気冷却器３０には３２℃で一定量の冷却水を供給する必要がある。低温側吸気冷却器３０から排出される冷却水の温度は、定置用ガスエンジン１０の負荷に応じて３５℃より低温になるなど変動しやすい。そのため、そのまま吸収式冷凍機５０に供給すると、低温側吸気冷却器３０に供給される冷却水温度を３２℃に保持しにくくなる。そこで、コントローラ６８によって三方弁６４の開度を制御し、吸収式冷凍機５０をバイパスする冷却水量を制御することにより、低温側吸気冷却器３０に供給される冷却水の流量及び温度を一定に制御するようにしている。
　このように、コントローラ６８によって、温度センサ６６の検出値に基づいて吸収式冷凍機５０の運転を制御し、また、定置用ガスエンジン１０の負荷に応じて、三方弁４２及び６４を制御することで、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に供給される冷却水温と流量を一定保持することができる。
　図１中、各部位に、外気ａ、吸気ｓ、排気ガスｅ、冷却水等の設定温度が付記されている。本実施形態は、外気ａの温度を５０℃と設定した例である。
　かかる構成において、５０℃の外気ａは、コンプレッサ２６ａの吸引力で一次吸気冷却器２２に吸入される。一次吸気冷却器２２には、冷却水循環路７４ａを介して３２℃の冷却水が送られており、吸入された外気ａは、一次吸気冷却器２２で、吸収式冷凍機５０から供給される冷却水と熱交換し、４０℃に一次冷却される。外気ａの冷却に供した後の冷却水は、冷却水循環路７４ｂ及び５８ｂを介して、吸収式冷凍機５０に戻される。
　一次冷却された吸気ｓは、過給機２６のコンプレッサ２６ａで加圧され、２００℃に昇温する。２００℃に昇温した吸気ｓは、高温側吸気冷却器２８で第２ラジエータ４４から供給された冷却水と熱交換し、二次冷却される。二次冷却された吸気ｓは、低温側吸気冷却器３０で吸収式冷凍機５０から供給された３２℃の冷却水と熱交換し、４０℃に三次冷却される。４０℃に三次冷却された吸気ｓは、定置用ガスエンジン１０の燃焼室１３に供給される。
　定置用ガスエンジン１０の燃焼室１３から排出された排気ガスｅは、排熱ボイラ３４に導入される。排熱ボイラ３４で、排気ガスｅの保有熱で水蒸気が製造される。この水蒸気は、管路３６及び３８を介し、熱源として吸収式冷凍機５０に供給される。吸収式冷凍機５０には第１ラジエータ５２から冷熱源として冷却水が供給され、これらの熱源及び冷熱源によって稼動する。吸収式冷凍機５０で３２℃の冷却水が製造され、この冷却水は一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に送られ、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０で吸気ｓを冷却する。
　第２ラジエータ４４で冷却された冷却水は、高温側吸気冷却器２８の下流側で、冷却水ジャケット１６に送られ、ハウジング１２内の各部位を冷却する。また、ハウジング１２の潤滑油は、潤滑油循環空間１４から潤滑油循環路７０ａを経て第３ラジエータ７２に送られ冷却される。第３ラジエータ７２で冷却された潤滑油は、潤滑油循環路７０ｂを経て、潤滑油循環空間１４に戻される。
　次に、図２のフローチャートにより、コントローラ６８の制御手順を説明する。図２において、吸収式冷凍機５０の運転開始後（Ｓ１２）、定置用ガスエンジン１０の負荷状態に合わせて、三方弁４２及び６４の動作を制御し、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に供給する冷却水の温度を調整する（Ｓ１４）。
　次に、コントローラ６８に入力される温度センサ６６の検出値が設定範囲（Ａ≦温度検出値≦Ｂ）で内であるなら（Ｓ１６）、制御を終了する（Ｓ１８）。該設定範囲外であるとき、コントローラ６８で吸収式冷凍機５０の運転を制御し（Ｓ２０）、該検出値が設定範囲内になるようにする。
　本実施形態によれば、吸気路２４に導入した外気ａを過給機２６の上流側及び下流側吸気路２４で、３段階に亘って冷却しているので、５０℃の温度を有する外気ａであっても、設定温度である４０℃にして定置用ガスエンジン１０の燃焼室１３に供給できる。また、低温の吸気ｓが導入される一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０には、消費電力が少なく、かつ排気ガスｅの保有熱を熱源とし、外気を冷熱源とした吸収式冷凍機５０で製造した冷却水を供給するようにしているので、特別な熱源を必要とせず、省エネかつ高効率な冷却効率を達成できる。
　また、第１ラジエータ５２、第２ラジエータ４４及び第３ラジエータ７２は、いずれも外気ａを用いているので、水を必要としない。そのため、水が不足した地域でも作動可能である。従って、本実施形態の吸気冷却装置は、水が豊富でなく不足気味で、かつ外気温が高い熱帯の乾燥地域であっても、高効率で稼動できる。
　また、高温側吸気冷却器２８に供給する冷却水は、さほど低温である必要はないので、外気ａを冷熱源とした第２ラジエータ４４で十分対応できる。また、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に供給する冷却水のみを吸収式冷凍機５０で冷却するようにしているので、蒸気圧縮式冷凍機と比べて冷却能力が小さい吸収式冷凍機でも十分対応可能である。これらの組み合わせによって、特別なエネルギ源を必要とせず、省エネかつ高効率な冷却効率を実現している。
　また、排気路３２に排熱ボイラ３４を設け、排気ガスｅの保有熱で水蒸気を製造し、この水蒸気を吸収式冷凍機５０の熱源として用いているので、排気ガスｅの保有熱を効率良く回収できる。水蒸気の残りは、他の機器の熱源としても利用できる。
　また、管路３６に三方弁４２を設けると共に、冷却水循環路５８ａ、５８ｂにバイパス路６２と三方弁６４とを設け、コントローラ６８によって、定置用ガスエンジン１０の負荷状態に応じて、三方弁４２及び６４の開度を制御するようにしたので、定置用ガスエンジン１０の負荷に応じて、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に供給する冷却水の温度を制御できる。
　また、冷却水循環路５８ａに冷却水の温度を検出する温度センサ６６を設け、コントローラ６８によって、温度センサ６６の検出値に基づいて、冷却水の温度が目標温度になるように、吸収式冷凍機５０の運転を制御するようにしたので、一次吸気冷却器２２及び低温側吸気冷却器３０に供給する冷却水の温度を精度良く目標値に制御できる。
　また、ハウジング１２の内部を潤滑する潤滑油の温度を水を用いない第３ラジエータ７２で冷却できる。
　なお、前記実施形態では、定置用ガスエンジン１０ははずみ車を介して発電機２０に連結されていたが、発電機２０の代わりに、ポンプやコンプレッサが連結され、これらの機器を駆動するものであってもよい。また、本発明は、定置用ガスエンジン以外の定置用内燃機関にも適用できる。
　本発明によれば、省エネかつ冷却効率が高く、水が豊富でない高気温の地域に好適な定置用内燃機関の吸気冷却装置を実現できる。

Claims (6)

  1. 　吸気路及び排気路に過給機を備えた定置用内燃機関の吸気冷却装置において、
    　前記過給機を構成するコンプレッサの上流側吸気路に設けられ、吸気を一次冷却する第１の吸気冷却器と、
    　該コンプレッサで加圧され昇温したコンプレッサ出口側吸気を二次冷却する第２の吸気冷却器と、
    　定置用内燃機関の排気ガスの保有熱を熱源とし、前記第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器に吸気冷却用冷却水を供給する吸収式冷凍機と、
    　冷却水を外気と熱交換させて冷却し、該冷却水を前記吸収式冷凍機に冷熱源として供給する熱交換器と、を備え、
    　定置用内燃機関の燃焼室に供給する吸気を前記第１の吸気冷却器及び第２の吸気冷却器で冷却するように構成したことを特徴とする定置用内燃機関の吸気冷却装置。
  2. 　前記第２の吸気冷却器は、前記過給機で加圧された高温の吸気を冷却する高温側吸気冷却器と、該高温側吸気冷却器で冷却された吸気をさらに冷却してシリンダ内に供給する低温側吸気冷却器とからなり、
    　前記高温側吸気冷却器に外気と熱交換して冷却された冷却水を供給する第２の熱交換器を備え、
    　前記低温側吸気冷却器に前記吸収式冷凍機から冷却水を供給すると共に、前記高温側吸気冷却器で吸気冷却に供した後の冷却水を、定置用内燃機関の冷却水ジャケットを経て、前記第２の熱交換器に戻すように構成したことを特徴とする請求項１に記載の定置用内燃機関の吸気冷却装置。
  3. 　定置用内燃機関の排気路に設けられた排ガスボイラと、
    　該排ガスボイラで得た水蒸気の少なくとも一部を前記吸収式冷凍機に供給する水蒸気供給路とを備え、
    　該水蒸気を吸収式冷凍機の熱源として供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の定置用内燃機関の吸気冷却装置。
  4. 　前記第２の吸気冷却器又は前記低温側吸気冷却器と前記吸収式冷凍機との間に冷却水を循環する冷却水循環路と、
    　該冷却水循環路の往路と復路との間に接続され、過給機で加圧され高温となった吸気と熱交換され第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器から排出される冷却水を、吸収式冷凍機を経ずに第２の吸気冷却器又は低温側吸気冷却器に戻すバイパス路と、
    　該バイパス路を流れる冷却水の流量を可変とする弁機構と、
    　該弁機構を制御し、定置用内燃機関の負荷に応じて吸収式冷凍機に供給される冷却水温度を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定置用内燃機関の吸気冷却装置。
  5. 　前記吸収式冷凍機から前記第２の吸気冷却器又は前記低温側吸気冷却器に供給される冷却水の温度を検出する温度センサと、
    　該温度センサの検出値が目標値になるように吸収式冷凍機の運転を制御するコントローラと、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定置用内燃機関の吸気冷却装置。
  6. 　定置用内燃機関のハウジング内に形成された潤滑油空間を循環する潤滑油と外気とを熱交換させ、該潤滑油を冷却する第３の熱交換器と、
    　該潤滑油空間に連通し該潤滑油を該第３の熱交換器に導く潤滑油循環路と、を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の定置用内燃機関の吸気冷却装置。
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