JPH01313659A - 排気ガス熱交換装置 - 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） この発明は排気ガス熱交換装置に係り、コージェネレー
ションシステム等で使用される排気ガス熱交換器の排気
ガス低温時に発生する硫酸による腐蝕を防止する手段、
及び排気ガス中のカーボン等の堆積による前記排気ガス
熱交換器の目詰り時の点検清掃の容易化を計る手段につ
いての排気ガス熱交換装置に関するものである。

（従来の技術） 従来の技術は、排気ガス熱交換器において。

排気ガスと２機関の冷却水を冷却する二次冷却水と０間
で常時熱交換を行なうものが一般的である。

又一部には排気ガス熱交換器をバイパスする回路を排気
ガス通路又は二次冷却水通路に設け。

前記バイパス回路に切換るための弁の開閉状態を、排気
ガス温度を検出し制御することも行なわれている。

そして排気ガス熱交換器のカーボン等による目詰りに対
しては１機関を停止して点検清掃を行なっている。

（発明が解決しようとする課ｎ＞ 前記従来のものは、排気ガス熱交換器を流れる排気ガス
の温度が低温度の場合、二次冷却水により冷却され水蒸
気及び硫酸ガスがａｍし。

硫酸となり、排気ガス熱交換器の内部を腐蝕させると云
う不具合がある。

しかして硫＃Ｉ腐蝕を防止するため、排気ガス温度の低
温度の場合に、排気ガスと二次冷却水の間の熱交換をや
める方法も行なわれてきたが。

排気温度の検出器が、排気ガスの高温に曝されるため信
幀性に問題があり、なお且つバイパス通路等に設ける弁
の制御のため専用のコントローラを必要とするのでコス
ト高となる等の不具合がある。

又排気ガス熱交換器は燃焼ガス中のカーボンが排気通路
に堆積し、放置する時排気ガスの通過のため抵抗が増大
して、背圧により機関の運転が不可能となる場合がある
。このために目詰りに対して点検清掃を行なう必要があ
るが、この場合５機関を停止して行なわなければならな
いので、その間５〜１０時間、暖房又は冷房の使用がで
きなくなり、きわめて不都合である。

この発明は上記の不具合な点を解決することを課題とす
るものである。

（課題を解決するための手段及び作用）この発明は上記
の点に鑑みなされたものであって、排気ガス熱交換装置
において、排気ガス熱交換器に対する排気ガス又は二次
冷却水のバイパス路を設け、排気温度低下時に排気ガス
又は二次冷却水がバイパスして流れるような開閉装置を
挿設する。

バイパス路への開閉状態を電子ガバナ装置のコントロー
ラにおいて演算される燃料噴射量を調量するラックの位
置によって制御するか、又はターボ過給機のブースト圧
力によって制御するようにした。これにより排気温度が
低温度にある時、排気ガスと二次冷却水の間の熱交換は
行なわれないようにすることが可能となる。

なお回転速度が一定の使用条件では、排気温度とラック
位置の関係及び排気温度とブースト圧力との関係はｌｉ
ｔの対応をなすので、このように排気温度の代用特性と
して用いることができるのである。

排気ガス熱交喚器の目詰りについては、バイパス路に挿
設された３方弁の開閉状態を排気ガス熱交喚器の出入口
の差圧を検知する差圧スイッチで制御することにより、
目詰り状態を知ると共に排気ガス及び二次冷却水をバイ
パス回路に切り換えるので１手動弁を操作することによ
り排気ガス熱交換器の点検清掃を９機関停止を行なうこ
とな（、実施することが可能となった。

（実施例） 次にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は水側に３方弁を設ける場合のこの発明の実施例
を示す構造説明図である。

第２図は排気ガス側に弁を設ける場合のこの発明の実施
例を示す構造説明図である。

第３図は３方弁を吸気ブースト圧で作動させる場合のこ
の発明の実施例を示す構造説明図である。

第４図は排気ガス熱交換器を点検清掃するために好適な
この発明の実施例を示す構造説明図である。

第１図において、ｌは排気ガス熱交換器を示し、該排気
ガス熱交換器ｌは電磁式の３方弁２が開状態にある時、
二次冷却水の通路３より流入する二次冷却水と熱交換し
、排気ガス熱量を図に示さない熱負荷装置へ伝達する。

４は機関を示し、該機関４は発電機５を定回転で駆動し
。

排気ガスを排気ガス熱交換器１へ送出する０機関４の冷
却水は機関４の放熱量を吸収し、温水熱交換器６におい
て熱交換し、二次冷却水へ、放２！量を伝達する。７は
電子ガバナ装置のコントローラを示し公知の構造を有す
るものである。

該コントローラ７は機関４の回転信号を受信し、機関４
の回転数を一定に保つに適した。燃料噴射ポンプ１３の
燃料噴射量をｇｔｉｔするラックの位置を演算し、ラッ
クを動作させるアクチュエータ１４ヘラツク位置信号を
伝える。

３方弁２は前記のように開状態において二次冷却水を排
気ガス交換器ｌへ流入させるが、閉状態においてはバイ
パス路８を通じて二次冷却水を熱負荷装置へ流入させる
ので、開状態においては排気ガスと二次冷却水の間の熱
交換は行なわれない。

３方弁２の開閉動作はコントローラ７によって次のよう
に制御される。コントローラ７内の図示しない固定メモ
リ（ＲＯＭと略記）に予め制御プログラム及びラック位
置の制御値Ｘ１が記憶されている。コントローラ７は中
央演算装ｊ［（ＣＰＵと略記）により２機関回転数を一
定とするラック位置Ｙ１を、その時の発電機負荷に対応
して演算する。ＣＰＵはＹｌとＸｌを比較しＹｌがＸＩ
より小なる場合、３方弁２を閉方向とする信号Ａを発生
する。

コントローラ７より出される信号Ａは３方弁２に伝えら
れ、３方弁２は閉状態となり二次冷却水は排気ガス熱交
換器ｌとバイパス路８に流れる。

ラック位置Ｙ１が制限値Ｘ！より大となり。

すなわち機関の負荷が大となり排気ガス温度が高い場合
は、ＣＰＵは３方弁２を開状態とするように制御信号を
出して３方弁２を開状態に制御する。ラック位置は機関
回転数がほぼ一定の状態にあるので、排気ガス温度と１
：ｌの対応にあり制限値ＸＩの状態は排気ガス温度に制
限値を与えることと同等である。

この実施例では排気ガス温度が２０℃以下となる時、排
気ガス熱交換器１を一部バイパスして二次冷却水が流れ
るようなラック位置制限値にＸＩが予め設定され記憶さ
れている。

第２図において示す実施例では、排気ガス通路９．ｌＯ
にガス流れを閉止する弁に相当する排気ガスダンパ１）
．１２が挿設されている。排気ガスダンパ１）が閉、排
気ガスダンパＩ２が開状態にある場合、排気ガスは排気
ガス熱交換器ｌを流れて、二次冷却水との間に熱交換を
行なう、排気ガスダンパ１）が開、排気ガスダンパ１２
が閉状態にある場合は２排気ガスは排気ガス熱交換器を
通ることなく、バイパスして排気ガス通路９を流れる。

排気バイパスは電磁方式で開閉される公知の構造のもの
を使用し、電気信号により開閉動作を行なうと共に、開
閉動作は、連動して行なわれ、排気ダンパのうち閉状態
にあるものの開動作を先行して行なうようになっている
。

コントローラ７のＣＰＵは燃料制御の演算を行ないラッ
ク位置ＩＹＩを算出し、Ｙｌと予めＲＯＭに選定されて
いる制限値Ｘ１と比較し。

ＹｌがＸＩより小なる時は、コントローラ内にあるメモ
リ　（ＲＡＭと略記）にある排気ガスダンハ１）．１２
の開閉状態に関する記憶に基づいて。

各排気ガスダンパの開閉動作時間に見合ったターイミン
グで排気ガスダンパの動作信号Ｂを発生させ、コントロ
ーラ７に接続された排気ガスダンパを動作させて、排気
ガスを排気ガス熱交換器に対してバイパスさせて流れる
ようにすると共に、ＣＰＵの排気ガスダンパの開閉に関
する情報に従って、ＲＡＭの排気ガスダンパの開閉記憶
を更新する。この実施例の場合図示しない二次冷却水側
の弁は必要な個所に設けられるが。

コントローラ７によって制御されない。

ラック位置Ｙｌが制限値Ｘ１より大となり。

すなわち機関４の負荷が大となり排気ガス温度が高い場
合、ｃｐｕは排気ガスが排気ガス熱交換器を通るように
制御する。

以上述べた部分を除いて、第１図の実施例に述べた構造
及び符号と共通である。

第３図において示す実施例は、第１図に示した実施例を
簡略化したものである。又この実施例は排気ターボ過給
機関に限定して適用するものである。３１は過給機を示
し、該過給機３１は給気管３２を介して機関４へ加圧空
気を送出し、ｊａ関４において発生した排気ガスにより
タービン３３を回転せしめ、タービン３３と同軸上にあ
るプロ、り３５を駆動して加圧空気を発生する。

給気管３２に設けられた取出口３６より加圧空気のブー
スト圧力が取出され、ピストンシリンダ３７に供給され
る。ピストンシリンダ３７の内部にはピストン３８がシ
リンダ３９の内筒面を滑動し得る嵌合によって取付けら
れ、ピストン３８の頭部に装着されたシールリング４０
によってシールされる。

ピストン３８の頭部はリンク４１に連結され、リンク４
２を介して３方弁２の弁軸に固着されたレバー４３に連
結されている。レバー４３にはバネ４４が装着され、そ
のバネ力°はピストン３８の力とバランスしている。ピ
ストンシリンダ３７に加えられたブースト圧力によって
ピストン３８はバネ４４とバランスしつつ変位し、最大
変位位置では３方弁２は開状態となり、二次冷却水は排
気ガス熱交換気を流れる。

ピストンシリンダ３７に加えられるブースト圧力が低下
し、予め設定されたブースト圧力Ｐ＋以下となるピスト
ン３８はバネ４４のバネ力により引き戻され３方弁２は
閉方向となり、二次冷却水の一部は排気ガス熱交換器を
バイパスして流れる。

機関回転数が一定の状態に制御されている時ブースト圧
力は排気ガス温度とほぼｌ：１の対応にあり、ブースト
圧力Ｐ、を排気温度の制限値に相当するように設定すれ
ば、排気温度が制限値以下の時、３方弁２は閉方向とな
り、二次冷却水の一部が排気ガス熱交換器をバイパスし
て流れることになる。制限値Ｐ１の値はバネ４４のバネ
常数、取付バネ力により所定の値に調整することは容易
である。

以上述べた構造を除いて、第１図の実施例に述べた構造
及び符号と共通である。なおこのピストンシリンダをブ
ースト圧力によって作動させる方法は、この実施例に規
定するものに限定されることなく、内燃機関の動作する
部分の制；１のいずれにも適用できる。

第４図おいて示す実施例は、第１．２図に示す実施例の
点検清掃に関するものである。

５１は排気ガス通路９．１０の合流点に挿設された３方
弁を示す、５２は差圧スイッチを示し、該差圧スイッチ
５２は排気ガス熱交換器の差圧を検知し、差圧が制限値
を越える時、３方弁５１を閉状態として排気ガスが排気
ガス熱交換器をバイパスして流れるようにすると共に、
二次冷却水側の３方弁２を閉状態として、二次冷却水が
排気ガス熱交換器をバイパスして流れるようにする。

更に差圧スイッチ５２が作動した場合には、第１図の実
施例又は第２図の実施例におけるコントローラ７の排気
ガスダンパ１）．１２又は３方弁２に対する制御信号が
遮断される。差圧スイッチ５２の作動時にはランプ５３
が点灯し、排気ガス熱交換器ｌが目詰り状態にあること
を警告する。

これにより弁５４．５５．５６．５７を手動にて閉状態
とし１機関を停止することなく排気ガス熱交損器１を取
り外し１点検清掃を実施することができる。

排気ガス熱交換器を点検清掃後は、再び取り付けられ、
弁５４．５５．５６．５７が開状態に手動にて操作され
、差圧スイッチ５２に接続されている復帰用の手動スイ
ッチ５８が操作され、これにより差圧スイッチ５２が正
常状態に戻され、３方弁２及び５１が開状態に自動的に
変換され、コントローラ７の制御機能も復帰する。

以上のようにこの発明の実施例のものは、俳気ガス熱交
換器に流入する排気ガス温度が低い状態で、二次冷却水
により冷却されて、排気ガス中の水分及び硫黄分が凝縮
し、硫酸となり排気ガス熱交換器を腐蝕させることを、
排気ガス熱交換器へ流入する排気ガス又は二次冷却水の
流れをバイパスさせることにより防止することができる
。

又排気ガス熱交換器の目詰りに対して機関を停止させる
ことなく、取り外して点検することを可能とした。

（発明の効果） この発明は以上述べたようにして成り、排気ガス熱交換
器の排気側又は二次冷却水側に排気ガス熱交換器をバイ
パスする手段を設け、該バイパスの手段を燃料噴射量を
調量するラックの位置によって検知して制御するか、又
は過給機のブースト圧力により制御するようにして、該
排気ガス熱交換器内の排気ガス通路において発生する低
温による硫酸腐蝕を防止することができる。

更に排気ガス熱交換器内における排気ガス中のカーボン
等の堆積による目詰りに対して、該排気熱交換器に流入
する排気ガス及び二次冷却水をバイパスさせる手段を設
けることにより。

機関を停止させることなく点検清掃を容易に可能な構造
とした。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の二次冷却水側に３方弁を
設けた場合の構造説明図、第２図は排気ガス側に弁を設
ける場合の構造説明図、第３図は３方弁を給気ブースト
圧で作動させる場合の構造説明図、第４図は点検清掃を
容易に行なう場合の構造説明図をそれぞれ示す。 １・・・排気ガス熱交換器、２・・・３方弁。 ４・・・内燃機関、　　　　　７・・・コントローラ。 ８・・・バイパス路、　　　　９・・・排気バイパス路
。 １０・・・排気ガス通路、　　　１）・・・排気ガスダ
ンパ。 １２・・・排気ガスダンパ　　３１・・・過給機。 ３７・・・ピストンシリンダ、５１・・・３方弁５５２
・・・差圧スイッチ、５３・・・ランプ。 ５８・・・手動スイッチ。 特　許　出　願　人　株式会社　小松製作所化　理　人
（弁理士）　松　澤　　　　統第１図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の排気ガスと二次冷却水との間で熱交換
   を行なう排気ガス熱交換器を有する排気ガス熱交換装置
   において、二次冷却水回路に前記排気ガス熱交換器をバ
   イパスする回路と、前記バイパス回路に二次冷却水を切
   り換える３方弁を挿設し、該３方弁の開閉動作を電子ガ
   バナ装置のコントローラにおいて演算される燃料噴射量
   の調量を行なうラックの位置によって制御するようにし
   た排気ガス熱交換装置。
2. （２）上記バイパス回路を排気ガス通路に設けバイパス
   回路及び排気ガス熱交換器への排気ガス通路に、それぞ
   れ通路を遮断する機能を有する排気ガスダンパを挿設し
   、該排気ガスダンパのそれぞれの開閉状態を電子ガバナ
   装置のコントローラによって制御する請求項（１）記載
   の排気ガス熱交換装置。
3. （３）排気ターボ過給機関において、過給機のブースト
   圧により作動するピストンシリンダ装置によって上記３
   方弁を制御させるようにした、請求項（１）記載の排気
   ガス熱交換装置。
4. （４）排気ガス熱交換器のガス入口及び出口の差圧を検
   出して作動する差圧スイッチにより、前記排気ガス熱交
   換器の排気通路の目詰り状態に至った時に、前記排気ガ
   ス熱交換器をバイパスさせるために設けられた排気通路
   及び二次冷却水通路のそれぞれに挿設されている３方弁
   を閉状態に制御するようにして、前記排気ガス熱交換器
   を機関を停止させることなく脱着可能とした、請求項（
   １）及び請求項（２）記載の排気ガス熱交換装置。