JPH02102354A - エンジンの排熱回収装置 - 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） 本発明は、エンジンの排熱をエンジン冷却水を介してウ
ォータジャケット及び排気熱吸収用熱交換器で吸収する
とともに、その吸収熱をエンジン排熱回収用熱交換器で
回収するようにしたエンジンの排熱回収装置に関し、排
熱回収の負荷が部分負荷又は無負荷の場合でもエンジン
のオーバーヒートを防止できる技術である。

（従来の技術） この種のエンジンの排熱回収装置には、従来では、米国
特許Ｎ　ｏ　、　４．２２６．２１４に記載されたもの
がある。

これは、第６図に示すように、エンジン１で発電機Ｇを
駆動して電力を供給するとともに、エンジン１の排熱を
給湯器等の外部熱負荷１００へ回収するようにしたもの
で、次のように構成されている。

即ち、エンジン１のウォータンヤケット２に、排気熱吸
収用熱交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排
熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８
を順に直列循環状に連通連結することにより、冷水路８
・ウォータジャケット２・排気熱吸収路４及び温水路５
でエンジン冷却水路１０１を構成する。そして、エンジ
ン１の排熱をエンジン冷却水路１０１のエンジン冷却水
を介してウォータンヤケット２及び排気熱吸収用熱交換
器３で吸収するとともに、その吸収熱をエンジン排熱回
収用熱交換器６の受熱路３８を介して外部熱負荷１００
に放熱するのである。

（発明が解決しようとする課題） 上記の従来技術では、外部熱負荷１００の排熱回収負荷
が部分負荷になったり無負荷になったりした場合に、排
熱回収用熱交換器６の受熱路３８からの放熱量が減少す
るか又は無くなるため、エンジン冷却水路１０１内のエ
ンジン冷却水の温度か上昇して、エンジン１がオーバー
ヒートするという問題がある。

本発明は、排熱回収負荷が部分負荷又は無負荷の場合で
もエンジンのオーバーヒートを防止することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記目的を達成するために、排熱回収装置を
次のように構成したことを特徴としている。

例えば第１図と第２図に示すように、 エンジン１のウォータジャケット２に、排気熱吸収用熱
交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排熱回収
用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８を順に
直列循環状に連通連結し、冷水路８・ウォータジャケッ
ト２・排熱吸収路４・及び温水路５から成るエンジン冷
却水路１１にエンジン冷却水循環ポンプ２０を介装して
構成したエンジンの排熱回収装置において、 エンジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７にラ
ジェータ９の放熱路１０を並列状に接続し、エンジン冷
却水路１１に対して、熱回収用授熱路７と放熱路１０と
を、熱回収用弁３１と放熱用弁３２との切換開閉により
、切換え接続可能に構成し、 エンジン冷却水路１１に温度センサ１３を設け、温度セ
ンサ１３に弁切換用制御装置１４を介して熱回収用弁３
１及び放熱用弁３２を切換え開閉制御可能に連携し、 温度センサ１３は、エンジン冷却水路１１を通過するエ
ンジン冷却水の水温を検出するものであって、 そのエンジン冷却水温の検出温度Ｔ、が、放熱開始用設
定温度Ｔ１０７以上になった場合には、弁切換用制御装
置１４か熱回収用弁３１を閉弁させて熱回収用授熱路７
を閉止させるとともに、放熱用弁３２を開弁させて放熱
路１０を開通させ、そのエンジン冷却水温の検出温度Ｔ
、が、放熱開始用設定温度Ｔ　ＩＨよりも低い放熱終了
用設定温度Ｔ　１Ｌ以下になった場合には、放熱用弁３
２を閉弁させて放熱路１０を閉止させるとともに、熱回
収用弁３１を開弁させて熱回収用授熱路７を開通させる
ように構成し、 温度センサ１３か、放熱開始用設定温度Ｔ、１．以上、
又は放熱終了用設定温度Ｔ１Ｌ以下になったことを検出
することに基づき、弁切換用制御装置１４が、熱回収用
弁３１と放熱用弁３２とのうちの、これまで閉じていた
一方の弁を開けて両弁３１・３２とも一旦開弁状態にし
た後、その前から開いていた他方の弁を閉じるように構
成したものである。

上記の場合において、熱回収用弁３１と放熱用弁３２を
共に開弁状態にしてから、両弁３１・３２のうちの一方
の弁を閉弁操作するまでの同時開弁時間を設定するため
の手段としては、次のものか考えられる。

（１）弁切換用制御装置１４に電気式タイマーを設け、
この電気式タイマーを所定の時間に設定することにより
、同時開弁時間Δｔを設定する。

（２）エンジン冷却水循環ポンプ２０の吐出側に圧力セ
ンサ２１を設け、エンジン運転中のエンジン冷却水の温
度変化に伴って増減する圧力センサ２１の検出圧力Ｐ１
の増減に対応させて、弁切換用制御装置１４て同時開弁
時間Δｔを増減させる。即ち、第３図に示すように、エ
ンジン冷却水温が高くて検出圧力Ｐ１が高いときには同
時開弁時間△ｔを長くするとともに、エンジン冷却水温
が低くて検出圧力Ｐ１か低いときには同時開弁時間Δｔ
を短くするのである。

（３）第４図に示すように、回収・放熱の切換中に上記
圧力センサ２１の検出圧力Ｐ１が所定の圧力Ｐ。以上と
なっている時間を検出して、その圧力高の時間を同時開
弁時間△ｔとする。

（４）上記の圧力センサ２１の検出圧力Ｐ１のうちで、
熱回収用弁３１と放熱用弁３２のうちの一方の弁だけか
開弁じている切換前の圧力を検出するとともに、両弁３
１・３２が共に開弁している切換中の圧力を検出する。

そして、第５図に示すように、これら両者の差圧へＰが
、所定の差圧ΔＰｏ以上となっている時間を同時開弁時
間Δｔとする。

（作用） 本発明は、例えば第１図と第２図に示すように、次のよ
うに作用する。

エンジン冷却水の水温が、放熱終了用設定温度Ｔ　１Ｌ
から放熱開始用設定温度Ｔ　、、に上昇するまでの間で
は、熱回収用弁（熱回収用電磁弁）３１が開弁するとと
もに放熱用弁（放熱用電磁弁）３２が閉弁し、エンジン
冷却水が冷水路８・ウォータジャケット２・排熱吸収路
４・エンジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７
の経路で循環する。

これにより、エンジン１の排熱をエンジン排熱回収用熱
交換器６から排熱回収路４５の回収液へ放熱して、エン
ジン冷却水を冷却し、エンジン１の一 オーバーヒートを防止する。

この排熱回収状態において、排熱回収負荷か部分負荷又
は無負荷になり、エンジン排熱回収用熱交換器６の受熱
路３８からの放熱量が減少して、エンジン冷却水の水温
が放熱開始用設定温度ＴＩ）１以上の温度に上昇すると
、熱回収用弁（熱回収用電磁弁）３１が閉弁するととも
に放熱用弁（放熱用電磁弁）３２が開弁じ、エンジン冷
却水が冷水路８・ウォータジャケット２・排熱吸収路４
・ラジェータ９の放熱路１０の経路で循環する。これに
より、エンジン１の排熱をラジェータ９の放熱路１０か
ら放熱して、エンジン冷却水を冷却し、エンジン１のオ
ーバーヒートを防止する。

上記の回収・放熱の切換時において、熱回収用弁３１と
放熱用弁３２とのうちの、それまで閉じていた一方の弁
を開けて両弁３１・３２を共に開弁状態にした後、その
前から開いていた他方の弁を閉じるように構成したので
、一方の弁の開弁作動所要時間に対して他方の弁の閉弁
作動所要時間が短い場合でも、同時閉弁の状態になるの
を防止でき、その結果、エンジン冷却水の循環回路でウ
ォータハンマによる異常圧力上昇が起こらない。これに
より、エンジン１は、ラジェータキャップ等からのエン
ジン冷却水の噴き出しを防止でき、冷却水不足によるオ
ーバーヒートを防止てきる。

（発明の効果） 本発明は、上記のように構成され作用することから次の
効果を奏する。

排熱回収状態では、熱回収用弁が開弁するとともに放熱
用弁が閉弁し、エンジンの排熱をエンジン排熱回収用熱
交換器の受熱路から放熱して、エンジン冷却水を冷却し
、エンジンのオーバーヒートを防止する。

この排熱回収状態において、排熱回収負荷が部分負荷又
は無負荷になり、エンジン排熱回収用熱交換器の受熱路
からの放熱量か減少するか又は無くなるかして、エン７
ン冷却水の水温が放熱開始用設定温度以」二の温度に上
昇すると、熱回収用弁が閉弁するとともに放熱用弁が開
弁じ、エンジンの排熱をラジェータの放熱路から放熱し
て、エンジン冷却水を冷却し、エンジンのオーバーヒー
トを防止する。

上記の回収・放熱の切換時に熱回収用弁と放熱用弁とが
同時閉弁の状態になるのを防止したので、エンジン冷却
水の循環回路でウオータノ・ンマによる異常圧力上昇か
起こらない。これにより、エンジンは、ラジェータキャ
ップ等からのエンジン冷却水の噴き出しを防止でき、冷
却水不足によるオーバーヒートを防止できる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面で説明する。

第１図は、エンジンの排熱回収装置の全体系統図を示し
、燃料ガスで運転されるエンジン１で発電機Ｇを駆動し
て電力を供給するとともに、エンジン１の排熱を給湯器
からなる外部熱負荷１００へ回収するように構成したも
のである。

まず、エンジン１の冷却水回路を説明する。

エンジン１のウォータジャケット２に、排気熱吸収用熱
交換器３の排熱吸収路４・温水路５・エンジン排熱回収
用熱交換器６の熱回収用授熱路７・及び冷水路８か順に
直列循環状に連通連結されるとともに、冷水路８にエン
ジン冷却水循環ポンプ２０が介装される。このエンジン
冷却水循環ポンプ２０は、電動式に構成されており、バ
ッテリ２７の電力で駆動される。また、エンジン排熱回
収用熱交換器６の熱回収用授熱路７にラジェータ９の放
熱路ＩＯが並列状に接続される。ラジェータ９には電動
式のラジェータファン２８で冷却風が送風される。なお
、排気熱吸収用熱交換器３の排熱吸収路４の下流側には
サーモスタット弁２９が設けられており、エンジン１の
冷機始動時に、エンジン冷却水が、エンジン排熱回収用
熱交換器６及びラジェータ９をバイパスして、定常温度
にまで急速に昇温するようになっている。

上記の冷水路８・ウォータジャケット２・排気熱吸収路
４・及び温水路５てエンジン冷却水路１１が構成されて
いる。このエンジン冷却水路１１に対して、熱回収用授
熱路７と放熱路１０とが切換弁１２で切換え接続可能に
構成される。この切換弁１２は、熱回収用弁である熱回
収用電磁弁３１と、放熱用弁である放熱用電磁弁３２と
の二つの電磁弁からなる。

一方、エンジン１の排気ガスは、排気熱吸収用熱交換器
３の排気ガス流路３４を経てマフラ３５から外部へ排出
される。

次に、排熱回収液の回路について説明する。これは、外
部熱負荷１００に貯溜した排熱回収液を回収ポンプ３７
からエンジン排熱回収用熱交換器６の受熱路３８を経て
外部熱負荷１００に戻すようになっている。この受熱路
３８と回収液入口路４１及び回収液出口路４２で排熱回
収路４５が構成されている。

上記の排熱回収装置の電気制御装置の構成は次のように
なっている。同上第１図において、符号４０は、制御電
源入力用の制御盤である。また、エンジン冷却水路ｌｌ
の途中部でサーモスタット弁２９の下流側に温度センサ
１３が設けられる。

この温度センサ１３は、エンジン冷却水の水温を検出し
て、弁切換用制御装置１４を介して切換弁１２を切換制
御するようになっている。

即ち、温度センサ１３のエンジン冷却水温の検出温度Ｔ
１が、放熱開始用設定温度Ｔ１Ｈ以上になった場合には
、弁切換用制御装置１４が熱回収用電磁弁３１を閉じる
とともに放熱用電磁弁３２を開いて、切換弁１２を熱回
収用状態から放熱用状態へ切換える。これにより、エン
ジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７が閉止さ
れるとともに、ラジェータ９の放熱路１０を開通される
。

一方、晶度センサ１３のエンジン冷却水温の検出温度Ｔ
、か、放熱開始用設定温度ＴＩＨよりも低い放熱終了用
設定温度Ｔ１Ｌ以下になった場合には、放熱用電磁弁３
２を閉じるとともに回収用電磁弁３１を開いて、切換弁
１２を放熱用状態から熱回収用状態へ切換える。これに
より、ラジェータ９の放熱路１０が閉止されるとともに
、エンジン排熱回収用熱交換器６の熱回収用授熱路７が
開通される。

このように両電磁弁３１・３２を開閉操作することによ
り、第２図に示すように、エンジン冷却水の温度が放熱
開始用設定温度Ｔ　、Ｈ（９０°Ｃ）と放熱終了用設定
温度Ｔ１Ｌ（８２°Ｃ）との間に保たれるのである。

」ユニの回収・放熱の切換時において、熱回収用電磁弁
３１と放熱用電磁弁３２とが、弁切換用制御装置１４に
付設の電気式タイマで、所定の時間だけ共に開弁するよ
うに制御される。

即ち、同上第２図に示すように、回収状態では熱回収用
電磁弁３１が開弁するとともに放熱用電磁弁３２が閉弁
している。この回収状態から放熱状態へ切換わるときに
は、まず放熱用電磁弁３２が開弁じ、次いで、同時量弁
時間Δｔの経過後に熱回収用電磁弁３１が閉弁する。さ
らに、この放熱状態から回収状態に切換わるときには、
まず熱回収用電磁弁３１が開弁じ、次いて同時量弁時間
Δｔの経過後に放熱用電磁弁３２が閉弁する。

上記のように、回収・放熱の切換時に、熱回収用電磁弁
３１及び放熱用電磁弁３２を設定時間だけ同時に開くよ
うに構成したので、切換え時のウォータハンマを防止で
き、エンジン冷却水の圧力が異常に上昇することを防止
できる。

なお、同時間弁用時間Δｔを設定するための手段は、上
記の電気式タイマに代えて、第３図から第５図にそれぞ
れ示すように変形できる。

第３図は第１変形例を示している。これは、エンジン冷
却水循環ポンプ２０の吐出側に圧力センサ２１を設け（
第１図参照）、エンジン冷却水温が高くて検出圧力Ｐ１
が高いときには、同時量弁時間Δｔを長くするとともに
、エンジン冷却水温が低くて検出圧力Ｐ１が低いときに
は、同時量弁時間Δｔを短くするのである。これにより
、同時量弁時間Δｔか、ウォータハンマを防止するのに
必要な最小時間ですみ、回収・放熱の切換えの遅れが短
くてすむ。

第４図は第２変形例を示している。これは、回収・放熱
の切換中に前記圧力センサ２１の検出圧力Ｐ、が所定の
圧力Ｐ。以上となっている時間を検出して、その圧力高
の時間を同時量弁時間Δｔとすることにより、回収・放
熱の切換え遅れを短くするのである。

第５図は第３変形例を示している。これは、圧力センサ
２１の検出圧力Ｐ、のうちで、熱回収用弁３１と放熱用
弁３２のうちの一方の弁だけが開弁じている切換前の圧
力を検出するとともに、両弁３１・３２が共に開弁じて
いる切換途中状態の圧力を検出し、これら両者の差圧Δ
Ｐが、所定の差圧△Ｐｏ以上となっている時間を同時量
弁時間Δｔとすることにより、回収・放熱の切換え遅れ
を短（するのである。

なお、回収・放熱の切換えは、前記の温度センサ１３で
単独に行うことに代えて、次のようにすることも可能で
ある。即ち、第１図に示すように、エンジン冷却水路１
１に温度センサ１３を設けるとともに、回収液出口路４
２に他の温度センサ４３を設ける。そして、一方の温度
センサ１３でエンジン冷却水の温度制御を行うとともに
、他方の温度センサ４３で排熱回収液の温度制御を行う
のである。この場合、例えば、エンジン冷却水の検出温
度Ｔ、を放熱開始用設定温度Ｔ、Ｈ（９０°Ｃ）と放熱
終了用設定温度Ｔ　、Ｉ、（８２°Ｃ）との間に保つと
ともに、排熱回収液の検出温度Ｔ、を放熱開始用設定温
度Ｔ２０（８０’Ｃ）と放熱終了用設定温度Ｔ２Ｌ（７
２°Ｃ）との間に保つように制御することか考えられる
。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は本発明の実施例を示している。 第１図と第２図はその一実施例を示し、第１図は全体系
統図で、第２図は、エンジン冷却水温の時間変化及び弁
の開閉状態を示す図である。 第３図から第５図は、それぞれ、同時量弁時間を設定す
るための変形例を示す図である。 第６図は、従来例を示す全体系統図である。 ２０・・エンジン冷却水循環ポンプ、 ３１　熱回収用弁（熱回収用電磁弁）、３２・・・放熱
用弁（放熱用電磁弁）、Ｔ１・・エンジン冷却水温の検
出温度、Ｔ　Ｉ）Ｉ・放熱開始用設定温度、 Ｔ１Ｌ・・放熱終了用設定温度。 １・・・エンジン、２・・・ウォータジャケット、３・
・・排気熱吸収用熱交換器、４・・・排熱吸収路、５・
・・温水路、６・・・エンジン排熱回収用熱交換器、７
・・・熱回収用電磁弁、８・・・冷水路、９・・・ラジ
ェータ、１０・・・放熱路、１１・・エンジン冷却水路
、１３・・・温度センサ、１４・・弁切換用制御装置、 第３図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、エンジン（１）のウォータジャケット（２）に、排
   気熱吸収用熱交換器（３）の排熱吸収路（４）・温水路
   （５）・エンジン排熱回収用熱交換器（６）の熱回収用
   授熱路（７）・及び冷水路（８）を順に直列循環状に連
   通連結し、冷水路（８）・ウォータジャケット（２）・
   排熱吸収路（４）・及び温水路（５）から成るエンジン
   冷却水路（１１）にエンジン冷却水循環ポンプ（２０）
   を介装して構成したエンジンの排熱回収装置において、
   エンジン排熱回収用熱交換器（６）の熱回収用授熱路（
   ７）にラジエータ（９）の放熱路（１０）を並列状に接
   続し、エンジン冷却水路（１１）に対して、熱回収用授
   熱路（７）と放熱路（１０）とを、熱回収用弁（３１）
   と放熱用弁（３２）との切換開閉により、切換え接続可
   能に構成し、 エンジン冷却水路（１１）に温度センサ（１３）を設け
   、温度センサ（１３）に弁切換用制御装置（１４）を介
   して熱回収用弁（３１）及び放熱用弁（３２）を切換え
   開閉制御可能に連携し、 温度センサ（１３）は、エンジン冷却水路（１１）を通
   過するエンジン冷却水の水温を検出するものであって、 その冷却水温の検出温度（Ｔ＿１）が、放熱開始用設定
   温度（Ｔ＿１＿Ｈ）以上になった場合には、弁切換用制
   御装置（１４）が熱回収用弁（３１）を閉弁させて熱回
   収用授熱路（７）を閉止させるとともに、放熱用弁（３
   ２）を開弁させて放熱路（１０）を開通させ、 その冷却水温の検出温度（Ｔ＿１）が、放熱開始用設定
   温度（Ｔ＿１＿Ｈ）よりも低い放熱終了用設定温度（Ｔ
   ＿１＿Ｌ）以下になった場合には、放熱用弁（３２）を
   閉弁させて放熱路（１０）を閉止させるとともに、熱回
   収用弁（３１）を開弁させて熱回収用授熱路（７）を開
   通させるように構成し、 温度センサ（１３）が、放熱開始用設定温度（Ｔ＿１＿
   Ｈ）以上、又は放熱終了用設定温度（Ｔ＿１＿Ｌ）以下
   になったことを検出することに基づき、弁切換用制御装
   置（１４）が、熱回収用弁（３１）と放熱用弁（３２）
   とのうちの、これまで閉じていた一方の弁を開けて両弁
   （３１）（３２）とも一旦開弁状態にした後、その前か
   ら開いていた他方の弁を閉じるように構成したことを特
   徴とするエンジンの排熱回収装置。