JPH0441932A - 燃料燃焼装置を備えたターボ過給機関の熱風供給装置 - 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１ この発明は燃料燃焼装置く以下燃焼装置と言う）を備え
た排気ターボ過給機付内燃機関（以下ターボ過給機関と
言う）の熱風供給装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、ターボ過給機関の排気ガスにより駆動する過給機
の排気タービンのタービン面積を小さくして排気タービ
ンが回収する排気ガスエネルギの熱落差を大きく採るこ
とによって過給機の空気圧縮機が吸入吐出する給気の一
部をターボ過給機関の外部へ供給して、残りの給気で機
関本体の性能、出力を満足する方式が採られている。タ
ーボ過給機関の外部へ供給された給気の一部は過給機出
口に設けられた熱交換器によって排気ガスから廃熱を回
収して熱風エネルギとして船舶の船舶に送られて船舶の
湿度調整乾燥の用途に供せられる等の例が見られる。

［発明が解決しようとする問題点］ 併し乍ら、この様な船舶における船舶の湿度調整乾燥の
場合に、ターボ過給機関から外部に供給する給気の一部
が機関本体からの排気エネルギを過給機で回収変換した
空気の圧力エネルギであるので、その量がターボ過給機
関の出力の大きさによって変化する結果、船舶の湿度調
整乾燥の需要負荷に熱量的にも時間的にも応じられない
場合がある。すなわち、船舶の目的港における待機碇泊
または輸送途中の気象、海象条件悪化による目的港以外
の港への避難碇泊、更には時間調整のための減速航行等
でターボ過給機関が停止または低負荷運転によって排気
ガスエネルギが得られない或は減少して負荷需要に応じ
られない場合等の不都合が見られる。

従って、この発明の目的はこの様な従来における問題点
を解決するために、ターボ過給機関の過給機の排気ター
ビンのタービン面積を小さくして排気タービンが回収す
る排気ガスエネルギの熱落差を大きくすることによって
常用負荷においては過給機の空気圧縮機から吐出する給
気の一部をターボ過給機関の外部に供給可能にすると共
に、過給機の空気圧縮機と連通ずる給気通路から分岐す
る給気バイパス通路中に空気流量調節弁および燃料燃焼
装置を設けて、ターボ過給機関の低負荷運転中は燃料燃
焼装置の追焚き燃焼による燃焼ガスを機関本体からの排
気ガスと混合して過給機の排気タービンに導入して排気
タービンの出力を増加させて過給機の空気圧縮機からの
給気量と給気圧力を増加させると共に、過給機の排気タ
ービン出口の排気ガス量と排気温度を上昇させてターボ
過給機関の外部に供給する給気量と過給機出口に設けた
熱交換器によって給気が回収する排気ガスからの廃熱回
収量を増加させて船舶に供給する熱風エネルギを増加し
て湿度調整乾燥能力を満足することが出来る。また、常
用負荷運転においても船舶の湿度調整乾燥に必要な熱風
エネルギと給気量がターボ過給機関の出力が相対的に小
さいために不足する場合には燃料燃焼装置の追焚き燃焼
による燃焼ガスエネルギを過給機の排気タービンに供給
することで補うことが出来るようにした燃料燃焼装置を
備えたターボ過給機関の熱風供給装置を提供することに
ある。

［問題点を解決するための手段］ この発明に依れば、燃料燃焼装置を備えたターボ過給機
関の熱風供給装置は、内燃機関の機関本体と過給機の空
気圧縮機とを連通ずる給気通路から分岐する給気バイパ
ス通路を有するターボ過給機関において、給気バイパス
通路中に設けられた空気流量調節弁、該空気流量調節弁
の後に設けられた燃料燃焼装置、該燃料燃焼装置の燃焼
ガスと該機関本体からの排気ガスとを混合して該過給機
の排気タービンに導入する連結管を備えると共に、該過
給機の空気圧縮機と連通ずる給気通路から分岐する給気
放出通路、該給気放出通路の後に段けられて該過給機の
排気タービン出口の排気ガスによって給気を加熱する熱
交換器を備えたことを特徴としている。

し作　　用］ 上述のこの発明の手段に依って、ターボ過給機関の低負
荷運転および常用負荷運転においてターボ過給機関の外
部に給気の一部を取り出して過給機出口に設けられた熱
交換器によって排気ガス廃熱を給気の熱風エネルギとし
て回収利用する場合に、熱エネルギと給気量を増加させ
るために機関本体と過給機の空気圧縮機を連通ずる給気
通路から分岐する給気バイパス通路に設けられた空気流
量調節弁を経たバイパス給気が燃料燃焼装置において導
入された燃料と混合する燃焼用空気に一部が利用されて
、他の部分が燃料燃焼装置を冷却すると共に燃焼ガスを
希釈して下流で機関本体からの排気ガスと混合した後に
過給機の排気タービンを駆動して燃料燃焼装置から供給
した燃料の燃焼ガスの仕事量相当分を過給機の空気圧縮
機が給気圧力と給気量を増加させて過給機の排気タービ
ン出口の排気ガス量と排気温度をも増加上昇するので、
ターボ過給機関の外部に取り出す給気の一部も給気量が
増加されて過給機の排気タービン出口に設けられた熱交
換器で回収する排気ガス廃熱の回収量も増加されて熱風
エネルギを増加することが出来る。

この発明の他の目的と特長および利点は以下の添付図面
に沿っての詳細な説明から明らかになろう。

［実　錐　例］ 図面に示される様に、この発明の燃料燃焼装置を備えた
ターボ過給機関１の熱風供給装置２は、内燃機関の機関
本体１ｏと過給機１３の空気圧縮機１６とを連通ずる給
気通路２７力弓分岐する給気バイパス通＃８１９を有す
るターボ過給機関１において、給気バイパス通路１９中
に設けられた空気流量調節弁２ｏ、この空気流１調節弁
２ｏの後すなわち下流に設けられた燃料燃焼装置２２、
この燃料燃焼装置２２の燃焼ガスと内燃機関の機関本体
１０からの排気ガスとを混合して過給機１３の排気ター
ビン１４に導入する連結管２３、過給機１３の空気圧縮
ｌ１１６と連通する給気通路２７から分岐する給気放出
通路２９、この給気放出通路２９の下流に設けられて過
給機１３の排気タービン１４の排気出口に接続された接
続管３３からの排気ガスによって給気を加熱する熱交＄
１１８３０から主に構成されている。

図示される様に、この発明の熱風供給装置２が設けられ
るターボ過給機関１は内燃機関の機関本体１０と、機関
本体】０に夫々接続された排気管１１ａ、ｌｌｂ、１１
　ｃから成る第１の排気管１１と排気管１２ａ、１２ｂ
、１２ｃから成る第２の排気管１２と、これら第１、第
２の排気管１１．１２に夫々流入した排気ガスが導入さ
れる排気タービン１４および排気タービン１４と軸１５
を介して接続された空気圧縮機１６を有する過給機１３
と、過給機１３の空気圧縮機１６により吸入した給気を
内燃機関の機関本体１０に供給するよう給気出口１７に
空気冷却器２６を介して接続された給気通路２７とから
構成されている。

この様に構成されたターボ過給機関１の過給機１３の空
気圧縮機１６の給気出口１７に連接された給気通路２７
から分岐管１８を介して給気バイパス通路１９が分岐さ
れ、この給気バイパス通路１つに空気流量調節弁２０が
設けられると共に、この空気流量調節弁２０の後ずなわ
ち下流に、燃料供給管３２を有する燃料燃焼装置２２が
設けられている。これら第１、第２の排気管１１．１２
と燃料燃焼装置２２は、接続管２４と付加容積管２５か
ら成る連結管２３によって過給機１３の排気タービン１
４に接続され、第１、第２の排気管１１．１２からの排
気ガスと燃料燃焼装置２２からの燃焼ガスが過給機１３
の排気タービン１４に導入される。第１、第２の排気管
１１．１２に交互に流入した排気ガスは、過給機１３の
排気タービン１４の入口で第１、第２の排気管１１．１
２と燃料燃焼装置２２からの燃焼ガスを排気タービン１
４に導入する連結管２３の接続管２４とを連結する付加
容積管２５．２５の容積効果およびバイパス効果によっ
て圧力波が減衰されて、タービン面積の小さい排気ター
ビン１４が回収する熱落差を大きく採ることが出来る。

この排気タービン１４で回収した回転エネルギは軸１５
によって過給機１３の空気圧縮機１６に伝達されて空気
圧縮機１６によって大気から吸入した給気を圧縮して給
気出口１７から空気冷却器２６を介して給気通路２７か
ら内燃機ｒ！Ｊｊ１ｏの機関本体１０に送り込むと共に
、分岐管１８から給気の一部が分岐されてバイパス給気
として給気バイパス通路１９に送り込まれる。また、同
様に分岐管１８からは弁２８を介して給気放出通１１８
２９が接続されていて、この給気放出通路２９に送り込
まれた他の一部の給気が熱交換器３ｏの二次側に導入さ
れて、排気タービン１４を出た排気ガスの廃熱を回収し
て熱風に変換されて接続管３１から供給される。従って
、過給機１３の排気タービン１４からの排気ガスは接続
管３３および伸縮継手３４を介して熱交換器３ｏの一次
側に導入されてこの熱交換器３ｏにおいて給気放出通’
７１Ｂ　２９からの給気と熱交換されて、排気ガスの廃
熱が回収されて接続管３５から大気に放出される。

図示される櫟に、内燃機関の機関本体１ｏの負荷が低い
場合、または熱風エネルギの需要負荷に対して相対的に
機関本体１ｏの出力が小さい場合には、内燃機関の機関
本体１ｏから流出して第１の排気管１１の各排気管１　
】−ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃと第２の排気管１２の各排気管
１２ａ、１２ｂ１２ｃに夫々流入して過給Ｉ！１３のの
排気タービン１４に導入された排気ガスエネルギが不足
するために、排気タービン１４で回収された回転エネル
ギが軸１５によって空気圧縮機１６に伝達されるが、空
気圧縮機１６が大気から吸入して圧縮する給気の圧縮仕
事が不足して給気圧力や給気量が不足する結果、空気圧
縮機１６の給気出口１７から分岐管１８、弁２８、給気
放出通路２９を経て熱交換器３０で廃熱を回収して加熱
される給気は排気タービン１４からの流出する排気ガス
の廃熱も不足するために回収廃熱が小さく、接続管３１
から供給される給気の一部を変換した熱風のエネルギお
よび風量とも共に不足することになる。

従って、この場合には、空気圧縮機１６の給気出口１７
から給気バイパス通路１９を経て空気流量調節弁２０で
流量調節された給気を接続管２】から燃料燃焼装置２２
に供給して、外部から燃料供給管３２によって供給され
た燃料と共に追焚き燃焼を行って得た燃焼ガスを燃焼ガ
ス用の連結管２３の接続管２４で第１、第２の排気管１
１．１２と夫々付加容積管２５．２５で連結した流路で
内燃機関の機関本体】０からの排気ガスと混合して過給
機１３の排気タービン１４に第１、第２の排気管１１．
１２と、燃料燃焼装置２２の連結管２３の接続管２４か
ら導入して排気タービン１４から軸１５を経て不足した
回転エネルギを補って空気圧縮機１６の圧縮仕事を増加
して、給気出口１７、分岐管１８、弁２８、給気放出通
路２９を経て熱交換器３０に導入される給気の圧力と量
を増加すると共に、排気タービン１４から流出する排気
ガス量、温度の増加上昇を得て熱交換器３０で回収する
廃熱も増加して接続管３１から供給する熱風エネルギと
その風量の不足を補うことが出来る。

図示される様に、排気タービン１４を流出した排気ガス
は接続管３３、伸縮継手３４を経て熱交換器３０の一次
側に導入されて二次側の給気によって廃熱が回収された
後に接続管３５から大気に放出される。

［発明の効果］ この様に、この発明の燃料燃焼装置を備えたターボ過給
機関の熱風供給装置に依れば、ターボ過給機関の低負荷
域の運転においても、過給機の空気圧縮機から内燃機関
の機関本体をバイパスする給気バイパス通路を設けてバ
イパスする給気量を空気流量調節弁で調節した後に、バ
イパス給気を燃料燃焼装置の燃焼空気に利用した燃焼ガ
スを機関本体からの排気ガスと混合して過給機の排気タ
ービンに供給することによって、ターボ過給機関の外部
に供給する一部の給気量と給気圧力の上昇を得ると共に
、過給機の排気タービンから流出する排気ガスの廃熱量
の上昇も得て、排気タービン出口に設けられた熱交換器
によってターボ過給機関の外部へ供給する一部の給気を
変換した熱風の温度と風量とを増加させることを可能に
する。また、ターボ過給機関の常用負荷域の運転におい
ても、過給機の排気タービンのタービン面積を小さくす
ることによって排気タービンにおける熱落差を大きくし
て給気の一部をターボ過給機関の外部へ取り出して排気
タービンの出口に設けられた熱交換器によって排気ガス
廃熱を回収した熱風のエネルギと風量とが需要負荷に対
して不足する場合には機関本体をバイパスする給気バイ
ノくス通路に設けられた燃料燃焼装置の追焚き燃焼ガス
を機関本体から流出する排気ガスと混合して過給機の排
気タービンに供給することによって熱風のエネルギと風
量とを増加させて補うことが出来る。

従って、ターボ過給機関から外部に供給する給気の一部
を排気タービン出口に設けられた熱交換器によって排気
ガスの廃熱を回収した熱風のエネルギを利用する場合に
おいてもターボ過給Ｉ！！関の負荷に拘わらず所要の熱
風のエネルギと風量との供給を可能にして、本来の目的
である廃熱利用のターボ過給機関の熱風供給装置の不都
合を解消して、廃熱利用の機会の増大による省エネルギ
等の効果が得られるものであり、熱風の温度が２００℃
以上の温度レベルにおいて加熱、暖房、更には空気エネ
ルギの特性を活かして吸着除湿装置と組み合せた調湿、
乾燥の用途等の省エネルギ効果が得られるものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の燃料燃焼装置を備えたターボ過給機関
の熱風供給装置の概要図である６図中、１：ターボ過給
機関、２；熱風供給装置、１０：内燃機関の機関本体・
、１１、ｌｌａ、ｌｌｂ、１１ｃ、１２．１２ａ、１２
ｂ、１２ｃ：排気管、１３：過給機、１４：排気タービ
ン、１５：軸、１６：空気圧縮機、１７：給気出口、１
８：分岐管、１９：給気バイパス通路、２０：空気流量
調節弁、２１；接続管、２２・燃料燃焼装置、２３二連
結管、２４：接続管、２５：負荷容積管、２６：空気冷
却器、２７：給気道路、２８：弁、２９；給気放出通路
、３０：熱交換器、３１．３３．３５：接続管、３４：
伸縮継手。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の機関本体と過給機の空気圧縮機とを連通する
   給気通路から分岐する給気バイパス通路を有するターボ
   過給機関において、 給気バイパス通路中に設けられた空気流量調節弁、該空
   気流量調節弁の後に設けられた燃料燃焼装置、該燃料燃
   焼装置の燃焼ガスと該機関本体からの排気ガスとを混合
   して該過給機の排気タービンに導入する連結管を備える
   と共に、該過給機の空気圧縮機と連通する給気通路から
   分岐する給気放出通路、該給気放出通路の後に設けられ
   て該過給機の排気タービン出口の排気ガスによって給気
   を加熱する熱交換器を備えたことを特徴とする、燃料燃
   焼装置を備えたターボ過給機関の熱風供給装置。