JPH0647973B2

JPH0647973B2 - エンジンの排熱回収装置

Info

Publication number: JPH0647973B2
Application number: JP63256226A
Authority: JP
Inventors: 継徳畑; 勇久保元; 宏友松井
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1988-10-11
Publication date: 1994-06-22
Anticipated expiration: 2009-06-22
Also published as: JPH02102352A

Description

【発明の詳細な説明】《産業上の利用分野》本発明は、発電機やエヤーコンプレッサ等の作業装置を
駆動するエンジンの排熱を、給湯や暖房に利用するため
に回収する装置に関する。

《従来の技術》エンジンの排熱回収装置の一例として、U.S.P.４２２６
２１４号公報で示されるものが知られている。

これは、第７図に示すように、発電機(Ｇ)を駆動するエ
ンジン(Ｅ)のウォータージャケット(１)から導出したエ
ンジン冷却水を、エンジン排気を熱源とする排気熱吸収
器(３)に供給して吸熱させ、ここでの吸熱によって昇温
したエンジン冷却水を排熱回収器(４)に導いて、ここに
供給される吸熱用液体(水)に放熱させ、この放熱によっ
て降温したエンジン冷却水をエンジン下部のオイル溜め
(12)に設置した吸熱部(13)に供給して、ここに溜められ
た潤滑油を吸熱冷却し、その後、ウォーターポンプ(７)
を介してエンジン(Ｅ)のウォータージャケット(１)に戻
すようにエンジン冷却水循環流路が構成され、又、排熱
回収器(４)での吸熱によって昇温した吸熱用液体が暖房
設備や給湯設備などの熱負荷装置(５)に導かれるように
なっている。

更に、排熱回収器(４)の入口側のエンシン冷却水流路
(m)と出口側のエンジン冷却水流路(n)とを短絡するバイ
パス流路(o)が形成されるとともに、このバイパス流路
(o)の出口部にはエンジン冷却水温度が低い時にバイパ
ス流路(o)を開いて排気熱吸収器(３)からのエンジン冷
却水を排熱回収器(４)に通すことなく短絡循環流動させ
て、エンジン(Ｅ)の暖機運転時におけるエンジン冷却水
の早期昇温を図るように構成されている。

《発明が解決しようとする課題》しかし、上記従来構成においては、要求熱負荷が大きく
変動する熱負荷装置(５)を接続した場合、要求熱負荷が
大きく低減もしくは無くなった際にエンジン冷却水の放
熱が不足してエンジン(Ｅ)のオーバーヒートを招くもの
であり、エンジン負荷と要求熱負荷とが常に均衡してい
る条件でしか使用できないものであった。

そこで、要求熱負荷が大きく変動する熱負荷装置(５)の
使用を可能とするために、排熱回収用のエンジン冷却水
循環流路と並列状にラジエータを利用した放熱用の冷却
水流路を設けるとともに、排気熱吸収器から出たエンジ
ン冷却水を排熱回収器に導く排熱回収運転モードと、ラ
ジエータに導く放熱運転モードとに切換える弁機構を設
け、かつ、この弁機構を排熱回収器の出口から出る吸熱
用液体の温度検出に基づいて切換え制御する制御装置を
備えた構成のものが本出願人によって先に提案された。
そして、この提案された構成においては、吸熱用液体の
出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)より低いと排熱回収
運転モードとなり、出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)
より高い第２設定温度(T_1H)以上になると放熱運転モー
ドに切換え制御することで、吸熱用液体の出口温度(T₁)
を第１設定温度(T_1L)を下限、第２設定温度(T_1H)を上限
とする範囲内に維持するようにしていた(第６図参照)。

上記のようにモード切換え制御することで熱負荷装置の
要求負荷変動に応じたエンジン冷却水の吸熱用液体もし
くは大気中への放熱を行ってエンジンをオーバーヒート
なく運転することができるようになったのであるが、エ
ンジンが高負荷運転状態での排熱回収運転モードの場
合、流路切換用の弁機構がハンチングを生じることがあ
ることが判った。

つまり、エンジンの高負荷運転状態では、発生する排熱
量が多いため排熱回収器に供給されるエンジン冷却水の
温度は相当高いものとなっており、このため吸熱用液体
は急速に加温されてその出口温度が直ちに第２設定温度
(T_1H)以上となって弁機構が放熱運転モードに切換わ
る。このモード切換えによって吸熱用液体の加温が止め
られる結果、その出口温度が第１設定温度(T_1L)を下ま
わり、再び排熱回収運転モードに切換えられ、これが短
時間おきに繰返されて、いわゆるハンチング現象がもた
らされ、弁機構の耐久性が低下するものである。そし
て、この現象は吸熱用液体の出口温度の幅、つまり、第
２設定温度(T_1H)と第１設定温度(T_1L)との差(△T₁)が小
さいほど発生しやすいものであった。

従って、上記温度幅(△T₁)を充分大きく設定しておくこ
とで、流路切換え用バルブ機構のハンチングを抑えるこ
とが可能となるのであるが、こうすると、エンジン負荷
が小さい場合、つまり、発生するエンジン排熱量が比較
的少なく場合に、吸熱用液体が上限温度である第２設定
温度(T_1H)以上になって放熱運転モードに切換わってか
ら、下限温度である第１設定温度(T_1L)より下まわるま
でに長時間を要し、排熱回収効率が低下してしまう別の
問題が発生するものであり、設定温度幅(△T₁)をむやみ
に大きくすることは排熱回収装置としては好ましいもの
ではなかった。

本発明はこのような事情に着目してなされたものであっ
て、エンジン負荷が高い場合の流路切換用弁機構のハン
チングを抑制しながら、エンジン負荷が低い場合の排熱
回収効率の向上を図れるようにすることを目的とするも
のである。

《課題を解決するための手段》上記目的を達成するための本発明の特徴構成は、エンジ
ン(Ｅ)のウォータージャケット(１)の出口(1a)から導出
したエンジン冷却水を、エンジン排気を熱源とする排気
熱吸収器(３)に供給して受熱させたのち、排熱回収器
(４)に導いてここに供給される吸熱用液体に放熱させ、
排熱回収器(４)から出たエンジン冷却水をウォーターポ
ンプ(７)を介してエンジン(Ｅ)のウォータージャケット
入口(1b)に戻すようにする排熱回収用のエンジン冷却水
循環流路を備えたエンジンの排熱回収装置において、排
気熱吸収器(３)から出たエンジン冷却水をラジエータ
(８)に導いたのちウォーターポンプ(７)の吸込側に供給
する放熱用のエンジン冷却水流路(a)・(f)・(g)・(d)を
設け、また、排気吸収気器(３)から出たエンジン冷却水
を排熱回収器(４)に導く排熱回収運転モードとラジエー
タ(８)に導く放熱運転モードとに択一切換え可能な流路
切換え手段(SV₁),(SV₂)を設け、かつ、この流路切換え
手段(SV₁),(SV₂)は、排熱回収器(４)から出る吸熱用液
体の出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)より低くなると
排熱回収運転モードに切換えられ、第１設定温度(T_1L)
よりも高い第２設定温度(T_1H)以上になると放熱運転モ
ードに切換えられるように制御装置(10)に接続し、更
に、エンジン負荷検出手段(11)で検出したエンジン負荷
(L)が大なるほど第１設定温度(T_1L)を低くする手段を制
御装置(10)に備えてある点にある。

《作用》上記特徴構成によれば、エンジンが高負荷運転状態にあ
ると、第１設定温度(T_1L)がエンジン低負荷運転時より
低く設定されるために出口温度(T₁)が第１設定温度
(T_1L)を下まわって排熱回収運転モードに切換わったの
ち、第２設定温度(T_1H)まで昇温して放熱運転モードに
切換わるまでの時間は比較的長いものとなる。

そして、エンジン負荷が小さくなるにつれて第１設定温
度(T_1L)が高くなり、この場合は出口温度(T₁)が第２設
定温度(T_1H)以上となって放熱運転モードに切換わった
のち、第１設定温度(T_1L)を下まわるまで降温して排熱
回収運転モードに切換わるまでの時間は短く、又、エン
ジン排熱の発生量が少ないために排熱回収運転モードか
ら放熱運転モードへの切換わりには時間を要することに
なる。

《実施例》以下、本発明の実施例のいくつかを例示図に基づいて説
明する。

第１図は本発明の実施例を示すものであって、ガスの燃
料とするエンジン(Ｅ)は発電機(Ｇ)に直結されてこれを
駆動する。このエンジン(Ｅ)に備えたウォータージャケ
ット(１)の出口(1a)から導出されたエンジン冷却水は、
マフラー(２)の上流側に配備された排気熱吸収器(３)の
受熱部(3a)に供給され、エンジン排気熱を吸収して昇温
する。ここで昇温したエンジン冷却水は流路(a)および
(b)を介して排熱回収器(４)に供給される。排熱回収器
(４)内には、熱負荷装置としての給湯設備(５)から循環
ポンプ(６)を介して吸熱用液体(水)が供給循環される受
熱部(4a)が設けられており、吸熱用液体がエンジン冷却
水から吸熱して加温される。そして、排熱回収器(４)で
の放熱によって降温したエンジン冷却水は、流路(c)お
よび(d)を経て電動式のウォーターポンプ(７)に導かれ
たのち、ウォータージャケット(１)の入口(1b)に還元供
給され、このウォータージャケット(１)を通過する間の
吸熱によってエンジン(Ｅ)を冷却して再びウォータージ
ャケット出口(1a)から送り出されるようになっている。
つまり、ウォータージャケット(１)および排気熱吸収器
(３)で吸収したエンジン排熱を排熱回収器(４)で吸熱用
液体に吸収される排熱回収用のエンジン冷却水循環流路
(a)・(b)・(c)・(d)が形成されているのである。

又、排気熱吸収器(３)の下手側のエンジン冷却水流路
(a)とウォーターポンプの吸込側の流路(d)との間にはバ
イパス流路(e)が形成されている。このバイパス流路(e)
の入口部には、エンジン冷却水の温度が設定値より低い
間は流路(a)を閉じて冷却水の全量をバイパス流路(e)に
導き、設定値以上の高温時にはバイパス流路(e)を閉じ
て流路(a)を開くサーモバルブ(TV)が設けられ、エンジ
ン始動直後の暖機運転時におけるエンジン冷却水の昇温
を早めるよう構成されている。

又、上記流路(a)と流路(b)との接続部位からはエンジン
冷却水をラジエータ(８)に供給する流路(f)が設けられ
るとともに、ラジエータ(８)から出た冷却水をウォータ
ーポンプ(７)の吸込側流路(d)に導く流路(g)が設けら
れ、かつ、流路(b)および(f)の入口部には夫々逆特性の
電磁開閉弁(SV₁),(SV₂)が夫々設けられている。これら
電磁開閉弁(SV₁),(SV₂)はラジエータ冷却ファン(９)の
駆動用モータ(FM)と共に制御装置(10)に接続されてお
り、排熱回収器(４)の受熱部(4a)に接続された吸熱用液
体流路(h),(i)のうち、その出口側の流路(i)に設けた温
度センサー(S₁)からの検出信号(出口温度(T₁))に基づい
て以下のように制御される。

つまり、温度センサー(S₁)で検出した出口温度(T₁)が第
１設定温度(T_1L)より低いと電磁開閉弁(SV₁)が開かれる
とともに、電磁開閉弁(SV₂)が閉じられて排熱回収運転
モードとなり、排気熱吸収器(３)から出たエンジン冷却
水が排熱回収器(４)に送られて吸熱用液体の加温が行わ
れ、又、出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)より高い第
２設定値(T_1H)以上になると、逆に電磁開閉弁(SV₁)が閉
じられるとともに、電磁開閉弁(SV₂)が開かれて放熱運
転モードとなり、排気熱吸収器(３)を出たエンジン冷却
水はラジエータ(８)に送られ、かつ、ファンモータ(FM)
が起動されてラジエータ(８)によるエンジン冷却水の放
熱冷却が行われる。このような動作を出口温度(T₁)の検
出に基づいて行うことで給湯設備(５)における吸熱用液
体の温度が第１・第２の設定温度(T_1L)(T_1H)の範囲内に
保たれるのである。

更に詳しい作動が第２図の制御フローチャートで示され
る。つまり、運転が開始されると、先ず検出した出口温
度(T₁)が第２設定温度(T_1H)と比較される(ステップ１
＃)。この場合、出口温度(T₁)が第２設定温度(T_1H)より
も低ければ排熱回収運転モードとなり、回収用の電磁開
閉弁(SV₁)が開かれるとともに、放熱用の電磁開閉弁(SV
₂)が閉じられて排気熱吸収器(３)から出たエンジン冷却
水は排熱回収器(４)に導かれ(ステップ２＃)、出口温度
(T₁)が第２設定温度(T_1H)以上になるまで排熱回収運転
(ステップ１＃，２＃)が続けられる。

出口温度(T₁)が第２設定温度(T_1H)以上になると放熱運
転モードとなり、電磁開閉弁(SV₁)が閉じられるととも
に電磁開閉弁(SV₂)が開かれてエンジン冷却水はラジエ
ータ(８)に送られる(ステップ３＃)。

放熱運転モードに入ると、エンジン負荷検出手段(11)に
よってエンジン負荷(Ｌ)が検出され(ステップ４＃)、こ
の検出したエンジン負荷(Ｌ)に対して予め関係づけられ
た温度幅(△T₁)が設定される(ステップ５＃)。この温度
幅(△T₁)は、第３図中のＡで示すようにエンジン負荷
(Ｌ)の増大について大きくなる関係に定められており、
第２設定温度(T_1H)から上記のように設定された温度幅
(△T₁)を差引いた値(T_1H−△T₁)がこの場合の第１設定
温度(T_1L)に設定される(ステップ６＃)。

そして、出口温度(T₁)がこのようにして決定された第１
設定温度(T_1L)と比較される(ステップ７＃)。ここで、
出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)以上であれば(ステッ
プ３＃)に戻って放熱運転モードが続行され、出口温度
(T₁)が第１設定温度(T_1L)より低ければステップ(１＃，
２＃)に戻って排熱回収運転モードとなる。

以上のように、両電磁開閉弁(SV₁),(SV₂)を制御するこ
とで、出口温度(T₁)が第１設定温度(T_1L)を下限、第２
設定温度(T_1H)を上限とする範囲(第３図中のハンチング
部分)内に維持されるのである。

なお、エンジン負荷検出手段(11)としては、エンジン
(Ｅ)に備えたガバナの燃料調量部材の位置、エンジン
(Ｅ)のブースト圧、エンジン排気圧、排気温度、などを
適宜センサで直線的に検出する手段が考えられる。又、
その他の手段として循環流体の温度検出によって間接的
にエンジン負荷を検出することも可能であり、その一例
が第４図に示される。

つまり、排熱回収器(４)に供給されるエンジン冷却水の
流量(Ｑ)と温度(T₂)を夫々流量センサ(S₀)と温度センサ
(S₂)で検出し、かつ、排熱回収器(４)から出るエンジン
冷却水の温度(T₃)を温度センサ(S₃)で検出し、流量(Ｑ)
と入口温度(T₂)とによってエンジン(Ｅ)の直接負荷を、
又、入口温度(T₂)と出口温度(T₃)とから外部の熱的負荷
を演算し、これらから総合的にエンジン負荷(Ｌ)を割り
出すのである。このエンジン負荷検出手段を用いた制御
フローチャートが第５図に示される。

《発明の効果》以上説明したように、本発明によれば、エンジン負荷が
大きくなるにつれて出口温度の下限となる第１設定温度
を低く修正するものであるから、排熱発生量の多いエン
ジン高負荷運転時において、排熱回収運転モードに切換
わった直後に、直ちに出口温度が第２設定温度にまで上
昇して流路切換え手段がハンチングするような現象を防
止することができるとともに、排熱発生量の少いエンジ
低負荷運転時において、排熱回収運転モードを長くとっ
て効率のよい排熱回収を行うことができるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るエンジン排熱回収装置の実施例を
示す構成図、第２図は制御フローチャート、第３図はエ
ンジン負荷に対する設定温度の関係を示す線図である。
第４図は別の実施例の構成図、第５図は別実施例の制御
フローチャートである。又、第６図は提案技術における
エンジン負荷と設定温度との関係を示す線図、更に第７
図は従来例の構成図である。 (１)……ウォータージャケット、(1a)……出口、(1b)…
…入口、 (３)……排気熱吸収器、(４)……排熱回収器、(７)……
ウォーターポンプ、 (８)……ラジエータ、(10)……制御装置、(11)……エン
ジン負荷検出手段、 (Ｅ)……エンジン、(a,f,g,d)……エンジン冷却水流
路、 (SV₁,SV₂)……流路切換手段、(T₁)……出口温度、(T_1L)
……第１設定温度、 (T_1H)……第２設定温度。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−160318（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−91572（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−158958（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン(Ｅ)のウォータージャケット(１)
の出口(1a)から導出したエンジン冷却水を、エンジン排
気を熱源とする排気熱吸収器(３)に供給して受熱させた
のち、排熱回収器(４)に導いてここに供給される吸熱用
液体に放熱させ、排熱回収器(４)から出たエンジン冷却水をウォーターポ
ンプ(７)を介してエンジン(Ｅ)のウォータージャケット
入口(1b)に戻すように構成した排熱回収用のエンジン冷却水循環流路を備えたエンジン
の排熱回収装置において、排気熱吸収器(３)から出たエンジン冷却水をラジエータ
(８)に導いたのちウォーターポンプ(７)の吸込側に供給
する放熱用のエンジン冷却水流路(a)・(f)・(g)・(d)を
設け、また、排気熱吸収器(３)から出たエンジン冷却水を排熱
回収器(４)に導く排熱回収運転モードとラジエータ(８)
に導く放熱運転モードとに択一切換え可能な流路切換え
手段(SV₁),(SV₂)を設け、かつ、この流路切換え手段(SV₁),(SV₂)は、排熱回収器
(４)から出る吸熱用液体の出口温度(T₁)が第１設定温度
(T_1L)より低くなると排熱回収運転モードに切換えら
れ、第１設定温度(T_1L)よりも高い第２設定温度(T_1H)以
上になると放熱運転モードに切換えられるように制御装
置(10)に接続し、更に、エンジン負荷検出手段(11)で検出したエンジン負
荷(L)が大なるほど第１設定温度(T_1L)を低くする手段を
制御装置(10)に備えてあることを特徴とするエンジンの排熱回収装置。