JP2007132280A - エンジンの排気熱回収装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスエンジン9の排気熱回収装置12において、前記排気熱回収装置12内の底部に、導入側から排出側に樋部材34aを形成し、該樋部材34aの排出側端にドレンポット35aを設け、該ドレンポット35aの下部に、機外に通じる外部ドレン配管18と弁腕室58に通じる返油配管22aとに排出方向を切り換える切換手段(サーモスタットバルブ36a)を設けた構成とする。
【選択図】図4
Description
その中で、排気ガスとともに排出される凝縮水が有害物質除去用の触媒を劣化させるため、排気熱回収装置において、この凝縮水を捕集し機外へ排出し、有害物質除去性能を維持することにより環境負荷低減を図る技術が(特許文献1)に開示されており公知となっている。
現状では、凝縮水は油分が混入された状態で、下水もしくは雨水として排水されていることが多く、潤滑油使用量を増加させる原因ともなっている。よって、この潤滑油を分離回収し、再利用すれば潤滑油使用量の低減が可能となるとともに、更なる環境負荷低減にも繋がる。
そこで本発明では、このような状況を鑑み、空調用ガスエンジンから排出される凝縮水に含まれる潤滑油を分離回収し、再利用する機能を有する排気熱回収装置の技術について提案するものである。
図1は本発明の一実施例に係るヒートポンプ装置の回路構成を示した回路図、図2は本発明の一実施例に係るガスエンジンの前面(一部断面)図、図3は本発明の一実施例に係るガスエンジンの左側面(一部断面)図、図4は本発明の第一実施例に係る排気熱処理装置の全体的な構成を示す模式図、図5は本発明の第二実施例に係る排気熱処理装置の全体的な構成を示す模式図である。
尚、説明の便宜上、図2がガスエンジンの前面を表しているものとし、図2中の矢印Aの方向を上、矢印Bの方向を左とする。
本発明に係る排気熱回収装置を備えるヒートポンプ装置1は、室外機2および室内機3で構成され、室外機2と室内機3が2系統の配管(液管およびガス管)で接続されている。そして、ヒートポンプ装置運転時には、室外機2と室内機3の間を冷媒が循環されるようにしている。
室外機2は、室外ファン4、室外熱交換器5、廃熱回収器8、ガスエンジン9、圧縮機10、排気熱回収装置12、冷却水ポンプ13、ラジエータ15等により構成されている。
また、室内機3は、室内ファン19、室外熱交換器20等により構成されている。
低圧の気化した冷媒が、圧縮機10により圧縮され高温高圧の気化した冷媒となり、四方弁7の経路aおよび廃熱回収器8を経て室外熱交換器5へ供給される。
次に、この気化した冷媒は、室外熱交換器5で室外ファン4による送風空気(外気)と熱交換し放熱することにより凝縮し、高圧の液化した冷媒となる。
次に、この高圧の液化した冷媒は、膨張弁6で減圧されて膨張したのちに、室内熱交換器20で室内ファン19による送風空気と熱交換し、蒸発して低圧の気化した冷媒となる。この時、送風空気は冷媒の蒸発潜熱分の熱を奪われるために冷却され、室内が冷房される。
そして、この低圧の気化した冷媒が、四方弁7の経路bを経て再度圧縮機10に戻り、このサイクルを繰り返す。
尚、冷媒としてはフロンガス等が用いられるが、本発明では冷媒の種類を限定するものではない。
低圧の気化した冷媒が、圧縮機10により圧縮され高温高圧の気化した冷媒となり、四方弁7の経路cを経て室内熱交換器20に供給される。そして、この高温高圧の気化した冷媒は、室内熱交換器20で室内ファン19による送風空気と熱交換し、凝縮して高圧の液化した冷媒となる。この時、送風空気は冷媒が凝縮する際の放熱により加熱され、室内が暖房される。
次に、この高圧の液化した冷媒は膨張弁6で減圧されて膨張した後に、室外熱交換器5に供給される。この液化した冷媒は、室外熱交換器5で室外ファン4による送風空気(外気)と熱交換することにより蒸発し、低圧の気化した冷媒となる。
次に、この低圧の気化した冷媒は、廃熱回収器8に供給され、さらに気化が促進される。
そして、この低圧の気化した冷媒が、四方弁7の経路dを経て再度圧縮機10に戻り、このサイクルを繰り返す。
図1に示す如く、室外機2には、駆動源としてガスエンジン9を備え、前記圧縮機2は該ガスエンジン9から動力を得て冷媒を圧縮するものである。具体的には、ガスエンジン9の出力プーリ9aが回転し、この回転がベルト11を介して圧縮機10の入力プーリ10aに伝達され、圧縮作用を創出している。
冷却水ポンプ13から吐出された高温の冷却水は、ラジエータ15でラジエータファン14による送風空気(外気)と熱交換し冷却される。尚、暖房時にはラジエータ15を介すると冷却水が過冷却され、ガスエンジン9の効率等に悪影響を及ぼすため、第一三方弁16を切り換えることにより、冷却水温度に応じてラジエータ15をバイパスして、冷却水を循環できるようにしている。
この冷却された冷却水が、ガスエンジン9内部の熱交換部に供給され、ガスエンジン9が冷却される。このとき、冷却水はガスエンジン9内部の燃焼による発熱と熱交換し温度が上昇する。尚、前述した通り、暖房時にはこの冷却水を廃熱回収器8に供給し、冷媒と熱交換して、冷媒の蒸発を助長し、室内の暖房をより効果的にするようにしている。
次に、この温度が上昇した冷却水は、排気熱回収装置12に供給され、ガスエンジン9から排出される高温の排気ガスと熱交換し、排気ガス温度を低下させるようにしている。
このとき、冷却水は更に温度が上昇し高温の冷却水となっている。
そして、この高温の冷却水が冷却水ポンプ13に戻り、このサイクルを繰り返す。
図2および図3に示す如く、ガスエンジン9は、シリンダブロック50、シリンダヘッド51、ボンネット52、オイルパン53、排気熱回収装置12、マフラー21等により構成されている。
ガスエンジン9は、シリンダブロック50及びシリンダヘッド51を立設してエンジン本体を構成している。エンジン本体においては、シリンダブロック50の上部にシリンダヘッド51が設けられ、シリンダブロック50の下部には潤滑油を貯留するオイルパン53が取り付けられている。
また、シリンダヘッド51の下面と、ピストン55のピストンヘッドとによって形成される燃焼室には、シリンダヘッド51を貫通した状態で点火プラグ65が臨ませて設けられている。つまり、吸気弁28または排気弁29がプッシュロッド62が押されることにより、バネ64の弾性力に抗して吸・排気弁の弁棒61を押して開け、元の位置に復帰した時に閉じることになる。
図2に示す如く、エアクリーナ25より取り込まれた空気は、ガスミキサ26において燃料であるガスと混合され、混合気が生成される。この混合気は、混気マニホールド27を通って、シリンダ57内へと供給される。
前記ピストン55が上死点から下死点まで垂直下方に摺動すると、同時に吸気弁28が開くため、開放された吸気弁28から混合気が吸入される(吸気工程)。
次に、ピストン55が下死点から上死点まで垂直上方に摺動すると、そのとき吸気弁28および排気弁29は共に閉止されているため、吸入された混合気は圧縮され、温度および圧力が上昇し、点火しやすい状態となる(圧縮工程)。
次に、点火プラグ65により混合気に点火され、混合気の燃焼により生じた圧力によりピストン55が上死点から下死点まで押し下げられる(膨張行程)。
次に、ピストン55が下死点から上死点まで上昇する工程では、排気弁29が開き、燃焼後の排気ガスが開放された排気弁29からピストン55に押し出されるようにして排出される(排気工程)。
尚、本実施例では、4サイクルガスエンジンの例を示しているが、ガスエンジンの形式を限定するものではない。
第一実施例の排気熱回収装置12aは、図4に示す如く、本体ケース33aと、樋部材34aと、ドレンポット35aと、サーモスタットバルブ36a、熱交換部37a等により構成されている。
図4に示す如く、前記本体ケース33aは、略直方体または円筒体の部材であり、該本体ケース33aの内面に垂直上下方向に垂下と立設を交互に繰り返し、ラビリンス状に配設される鋼板部材である複数の仕切り部材38aを内包している。
本体ケース33aの排気上流側には、排気ガスを導入する導入口39aが形成されており、また排気下流側には排気ガスを排出する排出口40aが形成されている。
また、本体ケース33a下面には、本体ケース33a下面に形成された複数の水抜き穴(小)41aを覆い、排気下流側に下り勾配となるようにように配設される樋状の樋部材34aと、前記本体ケース33aの最下流部の下面に形成された水抜き穴(大)42aを覆うように配設され、前記樋部材34aの最下流部と接続されるドレンポット35aが配設されている。
前記ドレンポット35aからは、垂直下方に配管が延設され、該配管の途中にはサーモスタットバルブ36aが配設されている。
また、前記本体ケース33aを覆うように熱交換部37aが配設されている。
本体ケース33a下面には、前記複数の水抜き穴(小)41aおよび水抜き穴(大)42aが形成されているため、前記凝縮混合物は、本体ケース33aの外部に自然に排出され、前記樋部材34aを介するか、もしくは直接ドレンポット35aに集められる。
本発明では、簡便な方法で潤滑油の分離および回収をするようにしており、以下にその方法について説明をする。
該サーモスタットバルブ36aは、分流型の三方弁であり、内部を流通する流体の温度を検知し、設定温度を境として流路を直通方向もしくは直角方向のいずれかに切り換えるものである。
本実施例では、該サーモスタットバルブ36aの設定温度を150℃としている。設定温度を150℃としたのは、凝縮混合物が150℃以上であれば、内部の水分が完全に蒸発し、油分(潤滑油)のみが残る温度として安全率を見込んで設定したためである。
そして、凝縮混合物の温度が150℃以上であれば、サーモスタットバルブ36a内の流路を直通方向に切り換えて返油配管22aと連通させ、排気熱回収装置12aがボンネット52内の弁腕室58と連通するようにしている。このとき、潤滑油のみとなった凝縮混合物が、排気ガスの圧力により押し流され、ガスエンジン9に戻されて、再利用されるようにしている。
また、凝縮混合物の温度が150℃未満であれば、サーモスタットバルブ36a内の流路を直角方向に切り換えて、排気熱回収装置12が機外と連通するようにしている。このとき、凝縮混合物は外部ドレン管18を介して機外へ排出されるようにしている。
また,前記切換手段は、サーモスタットバルブ36aで構成し、設定温度以上であればエンジン側に、設定温度未満であれば機外側に切り換えるように構成している。
従って、凝縮水及び油の排出方向を簡単な構成で切り換えることができるのである。また、配管経路を切り換えるための切換手段はサーモスタットであるため、油圧・空圧・電気等で駆動するアクチュエータと異なり、動力が不要なため安価に構成できるのである。
第二実施例の排気熱回収装置12bは、図5に示す如く、第一実施例の排気熱回収装置12aに比して、ドレンポット35bが配設される位置を変更したものであり、本体ケース33bと、樋部材34bと、ドレンポット35bと、サーモスタットバルブ36b、熱交換部37b等により構成されている点では、第一実施例と同様である。
図5に示す如く、前記本体ケース33bは、略直方体の部材であり、該本体ケース33bの内面に垂直上下方向に垂下と立設を交互に繰り返し、ラビリンス状に配設される鋼板部材である複数の仕切り部材38bを内包している。
本体ケース33bの排気上流側には、排気ガスを導入する導入口39bが形成されており、また排気下流側には排気ガスを排出する排出口40bが形成されている。
また、本体ケース33b下面には、本体ケース33b下面に形成された複数の水抜き穴(小)41bを覆い、排気上流側に下り勾配となるように配設される樋状の樋部材34bと、前記本体ケース33bの最上流部の下面に形成された水抜き穴(大)42bを覆うように配設され、前記樋部材34bの最下流部と接続されるドレンポット35bが配設されている。
前記ドレンポット35bからは、垂直下方に返油配管22bが延設され、該配管の途中にはサーモスタットバルブ36bが配設されている。
また、前記本体ケース33bを覆うように熱交換部37bが配設されている。
本体ケース33b下面には、前記複数の水抜き穴(小)41bおよび水抜き穴(大)42bが形成されているため、前記凝縮混合物は、本体ケース33bの外部に自然に排出され、前記樋部材34bを介するか、もしくは直接ドレンポット35bに集められる。
本実施例では、ドレンポット35bが、排気ガスの導入口39bに近接して配設されており、凝縮混合物の温度を第一実施例に比して高温に維持できるよう改良したものである。
また、ドレンポット35bでの凝縮混合物の温度を150℃以上に維持することが容易となるため、150℃以下の場合を考慮する必要がなく、配管経路が簡略化されている。具体的には、サーモスタットバルブ36bは、第一実施例のように三方弁とする必要はなく二方弁でよい。また配管数量も削減可能である。
該サーモスタットバルブ36bは、二方弁であり、内部を流通する流体の温度を検知し、設定温度を境としてバルブの開−閉を切り換えるものである。
本実施例でも、第一実施例と同様に、該サーモスタットバルブ36bの設定温度を150℃としている。
そして、凝縮混合物の温度が150℃以上であれば、サーモスタットバルブ36bが開となり返油配管22bと連通し、排気熱回収装置12bがボンネット52内の弁腕室58と連通するようにしている。このとき、潤滑油のみとなった凝縮混合物が、排気ガスの静圧により押し流され、ガスエンジン9に戻されて、再利用されるようにしている。
また、凝縮混合物の温度が150℃未満であれば、サーモスタットバルブ36bを閉となり、凝縮混合物の温度が150℃以上になるまで待機状態となるようにしている。
尚、第一実施例及び第二実施例の設定温度は水分が完全に蒸発する温度であればよいので、約120〜170℃の範囲とすることができる。
12 排気熱回収装置
18 外部ドレン配管
22a 返油配管
34a 樋部材
35a ドレンポット
36a サーモスタットバルブ
58 弁腕室
Claims (4)
- エンジンの排気マニホールドに排気ガス熱交換器を接続したエンジンの排気熱回収装置において、
前記排気ガス熱交換器内底部に、導入側から排出側に溝を形成し、該溝の排出側端に油溜まりを設け、該油溜まり下部に、機外に通じる通路とエンジンヘッド部に通じる通路とに排出方向を切り換える切換手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - 請求項1に記載のエンジンの排気熱回収装置において、
前記切換手段を、サーモスタットバルブで構成し、設定温度以上であればエンジン側に、設定温度未満であれば機外側に切り換えるように構成したことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - エンジンの排気マニホールドに排気ガス熱交換器を接続したエンジンの排気熱回収装置において、
前記排気ガス熱交換器内底部に、導入側から排出側に溝を形成し、該溝の排気ガス入口側に油溜まりを設け、該油溜まり下部とエンジンヘッド部を連通する通路に開閉手段を設けたことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。 - 請求項3に記載のエンジンの排気熱回収装置において、
前記開閉手段をサーモスタットバルブで構成し、設定温度以上であればエンジン側に排出するように構成したことを特徴とするエンジンの排気熱回収装置。
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