JPH01117909A - 熱交換器の冷却水制御装置 - 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、特にエンジンの排気管に接続さ
れた熱交換器の劣化防止に関連する。

灸米叫挟権 従来のガスエンジン用熱交換器を第４図について説明す
る。熱交換器１０は、ガスエンジン等のエンジン１１の
排気管１２と、エンジン１１から冷却管１３を流れる冷
却水（−次冷却水）との間で熱交換を行う、エンジン１
１及び熱交換器１゜で加熱された冷却管１３内の冷却水
は、更に第二の熱交換器１４に接続される。第二の熱交
換器１４では、冷却管１３内を流れる冷却水と、第二の
冷却管１６を流れる冷却水との間で熱交換を行う。

冷却管１３には、サーモスタット封切り換え弁１５が設
けられ、冷却管１３を通る冷却水が第二の熱交換器１４
を通りエンジン１１へ供給する通路又は第二の熱交換器
１４を通らずに直接エンジン１１に流入する通路を形成
する。

上記構成において、熱交換器１０は、エンジン１１から
排出・されかつ排気管１２を通る排気ガスの熱を、冷却
管１：うを通る冷却水により受熱する。

この熱は第二の熱交換器１４に供給され、第二の冷却管
１６から熱が回収される。第二の冷却管１６の加熱され
た高温冷却水は空気調和装置用の温水又は給湯等に利用
される。排気管１２を通る排気ガスは、第一の熱交換器
１０に流入し、ここで、冷却管１３の冷却水に熱を奪わ
れた後、大気中に放出される。

冷却管１３を通る一次冷却水は、ポンプ（図示せず）に
より循環されるが、熱交換器１０内を通過した後、サー
モスタット封切り換え弁１５により流れ方向が制御され
る。サーモスタット封切り換え弁１５は、例えば８０℃
以上の温度に設定され、−次冷却水が水温８０℃以下の
時は第二の熱交換器１４を通らずガスエンジン１１に直
接戻される。しかし、−次冷却水の水温が８０℃を超え
るときは、−次冷却水の第二の熱交換器１４を通りガス
エンジン１１に戻る流路が形成される。

ガスエンジン１１の排気管１２内では、冷却水との間で
熱交換を行うとき、排気ガスが過度に冷えるため、排気
中の水分やスス等の付着が促進され、熱交換器１０の排
気側の通路に腐食又は目詰まり等の劣化が生じた。即ち
、熱交換器１０を通過する排気ガスが一般に１５０℃〜
ｚＯＯ℃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生ずる。熱交換器１０の内壁に
より、排気ガスは露点以下の温度に冷却される。

排気ガス中には、水蒸気、硫黄又は窒素が含まれ、この
冷却により水へ気圧力が飽和蒸気圧以下に減圧されると
、熱交換器１０内では、内壁に水蒸気が凝結し、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。

ガスエンジン１１には、都市ガス又はＬＰＧ等のガス燃
料が用いられる。これらの燃料はＳＨ基で構成されるメ
ルカプタンを含み、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。また。

燃焼時に酸素を供給する空気中には窒素が含まれ。

窒素は水蒸気と反応して硝酸となる。生成される硫酸又
は硝酸は弱酸性であるが、熱交換器１０内の温度が高い
ため、活性に富み、このため熱交換器１０の内面を腐食
する時間当りの腐食減量は大きい。更に、排気管の温度
が低いと、排気ガス中に含まれるカーボンが排気管の内
壁に付着して、排気管に目詰まりが発生した。

このような欠点を解消するため、特開昭６１−１４９７
９６号公報に示されるように、排気ガスの温度を測定し
て、この温度レベルに対応して冷却水を流す方法が提案
されている。この公報に示されるように、ガスエンジン
用の排気熱回収用熱交換器を流れる排気ガスの温度を検
出し、この温度に対応して熱交換器を流れる冷却水の流
量を制御する低温流体制御法は公知である。

発明が解決しようとする間１．ａ しかし、従来の低温流体制御装置では、エンジンの排気
ガス温度を検出して熱交換器への冷却水の流量を制御す
るので、排気ガス中の水分の凝縮及びカーボンの付着を
十分に防止することができなかった。即ち、排気管の内
壁に水滴及びカーボンが付着する条件は、排気ガスの温
度のみではなく、飽和湿度が主要因である。排気管の温
度が低くても、排気ガス中の湿度が飽和湿度に達しない
ときは、排気管の内壁に水滴は付着しない、逆に、排気
管の温度が高い場合に、排気ガス中の湿度が飽和湿度を
超えているとき、排気管の内壁に水滴が付着する。排気
ガス中のカーボンは、排気管の内壁に付着する水滴と共
に排気管の内壁に付着して、エンジンの稼動と共に堆積
する。

このような現象が現実に発生している以上、従来のよう
に、単に排気ガスの温度のみを測定しても、熱交換器の
腐食及び目詰まりを十分に防止することができない。

そこで、この発明は、従来の上記欠点を解消して、排気
ガス中の湿度及び排気管の温度における飽和湿度に対応
して冷却水の流量を制御できる熱交換器の冷却水制御装
置を提供することを目的とする。

奥漠２点Ｊ」１伏するための手段 この発明による熱交換器の冷却水制御装置は。

エンジンの排気管に接続されかつエンジンの排気ガスと
冷却水との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換器の冷
却水の流量を制御する流量制御装置と、排気ガスの湿度
を測定する湿度測定装置と、排気管の温度を測定する温
度測定装置と、温度測定装置により測定された排気管の
温度に対応する飽和湿度に対して湿度測定装置により測
定された排気ガスの湿度が高いとき、流量制御装置を制
御して熱交換器への冷却水の流量を制御する流量制御回
路とを設けた構成を有する。

作用 流量制御回路は、温度測定装置により測定された排気管
の温度に対応する飽和湿度に対して湿度測定装置により
測定された排気ガスの湿度が高いとき、流量制御装置を
制御して冷却水の流量を制御し、排気管の温度に対応す
る飽和湿度に対して排気ガスの湿度が低いときは、冷却
水の流量制御を行わない。

実施例 以下、この発明による熱交換器の冷却水制御装置の実施
例を第１図〜第３図について説明する。

これらの図面では第４図に示す箇所と同一の部分につい
ては同一符号を付し、説明を省略する。

この発明による熱交換器の冷却水制御装置２゜は、排気
管１２内を流れる排気ガスの湿度を測定する湿Ｊｆ１測
定装置２１と、排気管の温度を測定する温度測定装ｖ：
１２２と、熱交換器の冷却水の流量を制御する流量制御
装置２３と、温度測定装置により測定された排気管の温
度に対応する飽和湿度に対して湿度測定装置により測定
された排気ガスの湿度が高いとき、流量制御装置を制御
して熱交換器への冷却水の流量を制御する流量制御回路
２４とが設けられる。

湿度測定装置２１は、乾湿計、露点計、毛髪湿度計、赤
外線吸収湿度計、電気抵抗式湿度計等種々の湿度測定装
置を使用することができる。赤外線吸収湿度計は、特定
の赤外線が水蒸気に吸収されることを利用したものであ
る。また、電気抵抗式湿度計は、吸湿性物質（主にＬｉ
Ｃ１）の薄層の電気抵抗が湿度によって変化する特性を
利用したものである。

温度測定装置２２は、熱電対、負特性又は正特性のサー
ミスタ、バイメタル等種々の温度測定装置を使用できる
。

流量制御装置２３は、冷却管１３を流れる冷却水を循環
するポンプ、流量制御弁又は熱交換器１０への流量を制
限してエンジン１１又は第二の熱交換器１４へ戻す切り
換え弁である。

流量制御回路２４は、マイクロコンピュータ等の集積回
路を使用して作成することができる。何れにしても、流
量制御回路２４は、温度測定装置２２に接続されかつ飽
和湿度を演算する飽和湿度決定手段と、飽和湿度決定手
段及び湿度測定装置２１に接続されかつ飽和湿度決定手
段の出力より湿度測定手段の出力が大きいとき、流量制
御装置に制御出力を与えて冷却水の流量を制御比較手段
を有する。この動作を第２図のフローチャートについて
説明する。

まず、ステップ３０では、湿度測定装置２１からの信号
を受信して、排気管１２を流れる排気ガスの湿度を検出
する０次に、ステップ３１では、温度測定装置２２から
の信号を受信して、排気管１２の温度を検出する。流量
制御回路２４内には。

演算回路が設けられ、ステップ３２では、排気管１２の
温度での飽和湿度を決定する。この飽和湿度は、湿り空
気線図を利用して容易に求めることができる。ステップ
３３では、比較手段によって排気ガスの湿度が飽和湿度
より大きいか否か判断する。排気ガスの湿度が飽和湿度
より大きい又は等しいとき、ステップ３４に進み、流量
制御装置２３により冷却水の流量が制御される。この流
量制御は、冷却管１３を流れる冷却水を循環するポンプ
、流量制御弁又は切り換え弁により熱交換器１０への冷
却水の流量を減少状態、零流斌状態又は非増加状態にす
ることにより行われる。しかし。

排気ガスの湿度が飽和湿度に満たないときは、ステップ
３５において冷却水の流量は制御されない。

ステップ３４及び３５において冷却水の流量を制御した
後又は非制御後、ステップ３３に戻り、エンジン１１の
稼！Ｆｌｌ中、常に排気ガス中の湿度と飽和湿度とが比
鮫される。

第３図は、流量制御回路２４の具体的な回路を示す。排
気管１２内を流れる排気ガスの湿度を測定する湿度ａｌ
ｌｌ定装置２１は、増幅器２５を介して差動増幅器２８
の反転入力端子に接続される。また、排気管の温度を測
定する温度測定装置２２は。

増幅器２６を介して演算増幅器２７の非反転入力端子に
接続される。演算増幅器２７の反転入力端子は適当な電
源に接続される。演算増幅器２７は排気管１２の温度で
の飽和湿度を演算する。演算増幅器２７の出力は、差動
増幅器２８の非反転入力端子に供給される。作動増幅器
２Ｂの出力は、トランジスタ等のドライバ回路２９に送
出される。

ドライバ回路２９は、そのオン時に、熱交換器の熱交換
器への冷却水の流量を制御する流量制御装置２３を作動
する。

第３図の構成において、温度測定装置２２の出力に基づ
いて演算増幅器２７は、飽和湿度を表す出力を作動増幅
器２８の非反転入力端子に供給する。また、湿度測定装
置２１は、差動増幅器２８の反転入力端子に出力を与え
る。差動増幅器２８は、演算増幅器２７の出力が増幅器
２５の出力より小さいとき、ドライバ回路２９に出力を
供給して流量制御装置２３を作動して冷却水を循環する
。

しかし、演算増幅器２７の出力が増幅器２５の出゛力よ
り大きいとき又は等しいとき、流量制御装置２３を制御
して冷却水の流量を減少状態、零流量状態又は非増加状
態にする。

上記のように、流量制御回路２４は、温度測定装置２２
により測定された排気管の温度に対応する飽和湿度に対
して湿度測定装置２１により測定された排気ガスの湿度
が高いとき、流量制御装置を制御して冷却水の流量を制
御し、排気管の温度に対応する飽和湿度に対して排気ガ
スの湿度が低いときは、冷却水の流量制御を行わない、
従って、排気管の温度が低く、排気ガス中の湿度が飽和
湿度に達しないは、冷却水が循環される。また、排気管
の温度が高くても、排気ガス中の湿度が飽和湿度を超え
ているときは、冷却水の流量が制限される。このため、
排気管の内壁に水滴が付着する現象及び付着する水滴と
共に排気管の内壁に排気ガス中のカーボンが付着する現
象が生じない。

分明の級呆 この発明では、排気ガスの湿度及び排気管の温度を１ｌ
ｌｌｌ定して、熱交換器へ流れる冷却水の流量が制御さ
れる。冷却水の流量を制御し、排気管の内壁での水滴の
付着を防止することにより、腐食性物質による熱交換器
の排気管の腐食及びカーボンの付着による目詰まりを防
止することができる。

このように、熱交換器の劣化を防止すると共に。

熱交換効率の低下を阻止することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明により熱交換器の冷却水制御装置のブ
ロック図、第２図は流量制御回路の動作を示すフローチ
ャート、第３図は流量制御回路の回路図、第４図は従来
の熱交換器のブロック図である。 １１０．エンジン、　１０１．熱交換器、　　１２６．
排気管、　　２０．、冷却水制御装置、２１゜、湿度測
定装置、　２２０．温度測定装置、２３゜、流量制御装
置、　　２４０．流量制御回路、第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの排気管に接続されかつエンジンの排気
   ガスと冷却水との間で熱交換を行う熱交換器と、熱交換
   器の冷却水の流量を制御する流量制御装置と、排気ガス
   の湿度を測定する湿度測定装置と、排気管の温度を測定
   する温度測定装置と、温度測定装置により測定された排
   気管の温度に対応する飽和湿度に対して湿度測定装置に
   より測定された排気ガスの湿度が高いとき、流量制御装
   置を制御して熱交換器への冷却水の流量を制御する流量
   制御回路とで構成されることを特徴とする熱交換器の冷
   却水制御装置。
2. （２）流量制御回路は、温度測定装置に接続されかつ飽
   和湿度を演算する飽和湿度決定手段と、飽和湿度決定手
   段及び湿度測定装置に接続されかつ飽和湿度決定手段の
   出力より湿度測定手段の出力が大きいとき、流量制御装
   置に制御出力を与えて熱交換器への冷却水の流量を制御
   する比較手段とを有する特許請求の範囲第（１）項記載
   の熱交換器の冷却水制御装置。
3. （３）流量制御装置は冷却水を循環するポンプ、流量制
   御弁又は切り換え弁である特許請求の範囲第（１）項記
   載の熱交換器の冷却水制御装置。