JPH116602A - 熱交換器の構造 - Google Patents
熱交換器の構造Info
- Publication number
- JPH116602A JPH116602A JP17125797A JP17125797A JPH116602A JP H116602 A JPH116602 A JP H116602A JP 17125797 A JP17125797 A JP 17125797A JP 17125797 A JP17125797 A JP 17125797A JP H116602 A JPH116602 A JP H116602A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat exchanger
- exhaust gas
- steam
- passage
- temperature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
- F28F1/422—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element with outside means integral with the tubular element and inside means integral with the tubular element
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/003—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by using permeable mass, perforated or porous materials
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、排気ガスと水又は蒸気との熱交換
を行う高効率の熱交換器の構造を提供する。 【解決手段】 本発明は，排気ガス通路８に組み込まれ
たケーシング７，ケーシング７内に配置された隔壁３
３，隔壁３３の内部に形成された水又は蒸気が流れる水
・蒸気通路３６及び隔壁３３の外部に形成された排気ガ
スが流れる排気ガス通路２９から成る。水・蒸気通路３
６と排気ガス通路２９には，セラミック製多孔質部材３
８，４１が配置され，セラミック製多孔質部材３８，４
１にはセラミックスに繊維材を混入した補強部材が配置
されている。
を行う高効率の熱交換器の構造を提供する。 【解決手段】 本発明は，排気ガス通路８に組み込まれ
たケーシング７，ケーシング７内に配置された隔壁３
３，隔壁３３の内部に形成された水又は蒸気が流れる水
・蒸気通路３６及び隔壁３３の外部に形成された排気ガ
スが流れる排気ガス通路２９から成る。水・蒸気通路３
６と排気ガス通路２９には，セラミック製多孔質部材３
８，４１が配置され，セラミック製多孔質部材３８，４
１にはセラミックスに繊維材を混入した補強部材が配置
されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，例えば，エンジ
ンから排出される排気ガスから排気熱エネルギを回収す
るため排気通路に設けられた熱交換器の構造に関する。
ンから排出される排気ガスから排気熱エネルギを回収す
るため排気通路に設けられた熱交換器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，ターボチャージャを備えた遮熱型
エンジンは，排気系の一段目にタービンとコンプレッサ
を備えたターボチャージャを設置し，該ターボチャージ
ャの後流に発電機を持つタービンから成るエネルギー回
収装置を設置している。該遮熱型エンジンでは，燃焼室
が遮熱構造に構成され，燃焼室から排出される排気ガス
の熱エネルギがターボチャージャやエネルギ回収装置に
よって電力として回収されたり，ターボチャージャのコ
ンプレッサの駆動によって過給することによって回収さ
れている。
エンジンは，排気系の一段目にタービンとコンプレッサ
を備えたターボチャージャを設置し，該ターボチャージ
ャの後流に発電機を持つタービンから成るエネルギー回
収装置を設置している。該遮熱型エンジンでは，燃焼室
が遮熱構造に構成され，燃焼室から排出される排気ガス
の熱エネルギがターボチャージャやエネルギ回収装置に
よって電力として回収されたり，ターボチャージャのコ
ンプレッサの駆動によって過給することによって回収さ
れている。
【０００３】また，上記のような遮熱型エンジンに対し
て排気ガスエネルギの回収効率を低減させないようなエ
ネルギ回収システムとして，特開平５−１７９９７２号
に開示されたものがある。該エネルギ回収システムは，
排気通路に設けた第１タービンと該第１タービンで作動
される発電機を備えたエネルギ回収装置，第１タービン
の出口側通路に連結された第２タービンと該第２タービ
ンによって作動される過給用のコンプレッサを備えたタ
ーボチャージャ，及び第１タービンの出口側通路に設置
されたウエィストゲートを有する。
て排気ガスエネルギの回収効率を低減させないようなエ
ネルギ回収システムとして，特開平５−１７９９７２号
に開示されたものがある。該エネルギ回収システムは，
排気通路に設けた第１タービンと該第１タービンで作動
される発電機を備えたエネルギ回収装置，第１タービン
の出口側通路に連結された第２タービンと該第２タービ
ンによって作動される過給用のコンプレッサを備えたタ
ーボチャージャ，及び第１タービンの出口側通路に設置
されたウエィストゲートを有する。
【０００４】コージェネレーションシステムは，動力を
発電機で電気エネルギとして取り出し，排気ガスが有す
る熱エネルギを電力や排気通路に設けた熱交換器で水を
加熱して温水にして給湯用として利用している。このよ
うなコージェネレーションシステムは，定格運転されて
負荷変動が小さく，都市部や山間地等で電力供給システ
ムとして利用されることが期待されている。
発電機で電気エネルギとして取り出し，排気ガスが有す
る熱エネルギを電力や排気通路に設けた熱交換器で水を
加熱して温水にして給湯用として利用している。このよ
うなコージェネレーションシステムは，定格運転されて
負荷変動が小さく，都市部や山間地等で電力供給システ
ムとして利用されることが期待されている。
【０００５】上記のようなコージェネレーションシステ
ムとして，特開平６−３３７０７号公報に開示されたも
のがある。コージェネレーションシステムは，排気ガス
エネルギで蒸気を発生させ，該蒸気エネルギを電気エネ
ルギとして回収して熱効率を向上させたものであり，遮
熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギによってターボチ
ャージャを駆動し，該ターボチャージャからの排気ガス
エネルギで発電機を備えたエネルギ回収装置を駆動す
る。エネルギ回収装置からの排気ガスの熱エネルギを第
１熱交換器で蒸気に変換し，該蒸気によって蒸気タービ
ンを駆動して電気エネルギとして回収する。更に，第２
熱交換器によって蒸気タービンからの高温の蒸気で温水
を発生させ，該温水を給湯用に利用する。
ムとして，特開平６−３３７０７号公報に開示されたも
のがある。コージェネレーションシステムは，排気ガス
エネルギで蒸気を発生させ，該蒸気エネルギを電気エネ
ルギとして回収して熱効率を向上させたものであり，遮
熱型ガスエンジンの排気ガスエネルギによってターボチ
ャージャを駆動し，該ターボチャージャからの排気ガス
エネルギで発電機を備えたエネルギ回収装置を駆動す
る。エネルギ回収装置からの排気ガスの熱エネルギを第
１熱交換器で蒸気に変換し，該蒸気によって蒸気タービ
ンを駆動して電気エネルギとして回収する。更に，第２
熱交換器によって蒸気タービンからの高温の蒸気で温水
を発生させ，該温水を給湯用に利用する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで，天然ガス等
を燃料とするエンジンによって発電電力を高効率で得よ
うとする時，幾つかのシステムを組み合わせることが有
効である。天然ガスは燃焼し難いので，燃焼室を遮熱構
造に構成して燃焼を良好にし，燃焼室から排出される排
気ガスが接触する部分をセラミックス等の材料を用いて
遮熱構造に構成することが好ましい。そこで，上記のよ
うな遮熱形エンジンでは，燃焼室を遮熱構造に構成し，
ターボチャージャを配置し，燃焼室から排出される排気
ガスの圧力を有効に回収することが考えられる。更に，
燃焼室から排出される排気ガスの圧力に関係なく，熱交
換器によって熱エネルギを回収することが考えられる。
しかしながら，排気ガスは気体であり，気体からの熱エ
ネルギの回収は気体が接触する表面積を大きく構成する
必要がある。
を燃料とするエンジンによって発電電力を高効率で得よ
うとする時，幾つかのシステムを組み合わせることが有
効である。天然ガスは燃焼し難いので，燃焼室を遮熱構
造に構成して燃焼を良好にし，燃焼室から排出される排
気ガスが接触する部分をセラミックス等の材料を用いて
遮熱構造に構成することが好ましい。そこで，上記のよ
うな遮熱形エンジンでは，燃焼室を遮熱構造に構成し，
ターボチャージャを配置し，燃焼室から排出される排気
ガスの圧力を有効に回収することが考えられる。更に，
燃焼室から排出される排気ガスの圧力に関係なく，熱交
換器によって熱エネルギを回収することが考えられる。
しかしながら，排気ガスは気体であり，気体からの熱エ
ネルギの回収は気体が接触する表面積を大きく構成する
必要がある。
【０００７】本発明者は，多孔質セラミック部材を用い
た熱交換器を開発し，特願平９−１１８６５７号として
先に出願した。該出願の明細書にも説明されているよう
に，物質間で熱が伝達するプロセスでは，熱伝達量Ｑは
次式で表される。 Ｑ＝Ｋ・ＡS （ＴG −ＴS ）・ｔ 但し，Ｋ：熱通過率，ＡS ：熱伝達経路平均面積，
ＴG ：高温ガス温度，ＴS：低温媒体温度，ｔ：熱伝達
期間である。また，熱通過率Ｋは，次式で表される。 Ｋ＝１／（Ｘ1 ＋Ｘ2 ＋Ｘ3 ） 但し，Ｘ1 ＝（１／αg ）×（ＡS ／Ａ1 ） Ｘ2 ＝（δ1 ／λ1 ）×（ＡS ／Ａ2 ） Ｘ3 ＝（１／αc ）×（ＡS ／Ａ3 ） 更に，αg ：高温ガス熱伝達率，λ1 ：固体熱伝導率，
αc ：低温部熱伝達率，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ：熱移動部材
の接触面積，δ1 ：壁体の壁厚である。
た熱交換器を開発し，特願平９−１１８６５７号として
先に出願した。該出願の明細書にも説明されているよう
に，物質間で熱が伝達するプロセスでは，熱伝達量Ｑは
次式で表される。 Ｑ＝Ｋ・ＡS （ＴG −ＴS ）・ｔ 但し，Ｋ：熱通過率，ＡS ：熱伝達経路平均面積，
ＴG ：高温ガス温度，ＴS：低温媒体温度，ｔ：熱伝達
期間である。また，熱通過率Ｋは，次式で表される。 Ｋ＝１／（Ｘ1 ＋Ｘ2 ＋Ｘ3 ） 但し，Ｘ1 ＝（１／αg ）×（ＡS ／Ａ1 ） Ｘ2 ＝（δ1 ／λ1 ）×（ＡS ／Ａ2 ） Ｘ3 ＝（１／αc ）×（ＡS ／Ａ3 ） 更に，αg ：高温ガス熱伝達率，λ1 ：固体熱伝導率，
αc ：低温部熱伝達率，Ａ1 ，Ａ2 ，Ａ3 ：熱移動部材
の接触面積，δ1 ：壁体の壁厚である。
【０００８】上記式において，排気ガスの熱伝達率，熱
交換器の熱伝導率，及び水蒸気の熱伝達率の値を代入す
ると，熱通過率Ｋの値にとって，排気ガスの熱伝達率，
乾き水蒸気の熱伝達率の寄与率が大きく作用しているこ
とが分かる。そこで，熱通過率Ｋの値に影響する値を小
さくするためには，Ａ1 及びＡ3 の値を大きくし，寄与
率を小さくする必要がある。他方，熱交換器を構成して
いる材料については，熱伝導率を小さくし，排気ガスに
対して強い特性が必要である。
交換器の熱伝導率，及び水蒸気の熱伝達率の値を代入す
ると，熱通過率Ｋの値にとって，排気ガスの熱伝達率，
乾き水蒸気の熱伝達率の寄与率が大きく作用しているこ
とが分かる。そこで，熱通過率Ｋの値に影響する値を小
さくするためには，Ａ1 及びＡ3 の値を大きくし，寄与
率を小さくする必要がある。他方，熱交換器を構成して
いる材料については，熱伝導率を小さくし，排気ガスに
対して強い特性が必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
のことを考慮して，燃焼室から排出される排気ガスの熱
エネルギを回収するため，排気通路に配置され，通路に
多孔質セラミック部材を配置して排気ガス，蒸気等の流
体の接触面積を大きく形成すると共に，多孔質セラミッ
ク部材を繊維材で補強して強度をアップした熱交換器の
構造を提供することである。
のことを考慮して，燃焼室から排出される排気ガスの熱
エネルギを回収するため，排気通路に配置され，通路に
多孔質セラミック部材を配置して排気ガス，蒸気等の流
体の接触面積を大きく形成すると共に，多孔質セラミッ
ク部材を繊維材で補強して強度をアップした熱交換器の
構造を提供することである。
【００１０】この発明は，排気ガス通路に組み込まれた
ケーシング，前記ケーシング内に配置された隔壁，前記
隔壁の内部に形成された低温の流体が流れる低温側通
路，及び前記隔壁の外部の前記ケーシング内に形成され
た高温ガスが流れる高温側通路から成る排気ガスで流体
を加熱する熱交換器の構造において，前記低温側通路及
び前記高温側通路にはセラミック製多孔質部材が配置さ
れ，前記セラミック製多孔質部材中にはセラミックスに
繊維材を混入した補強部材が配置されていることを特徴
とする熱交換器の構造に関する。
ケーシング，前記ケーシング内に配置された隔壁，前記
隔壁の内部に形成された低温の流体が流れる低温側通
路，及び前記隔壁の外部の前記ケーシング内に形成され
た高温ガスが流れる高温側通路から成る排気ガスで流体
を加熱する熱交換器の構造において，前記低温側通路及
び前記高温側通路にはセラミック製多孔質部材が配置さ
れ，前記セラミック製多孔質部材中にはセラミックスに
繊維材を混入した補強部材が配置されていることを特徴
とする熱交換器の構造に関する。
【００１１】前記補強部材は，前記隔壁の内外面から前
記セラミック製多孔質部材中へ放射方向に延びている多
数のフィンから構成されている。また，前記補強部材
は，炭素繊維から成る芯部と，炭化ケイ素から成る外側
部とから構成されている。更に，排気ガスが流れる側の
前記補強部材は，カーボン繊維の不織布で成形された芯
部，前記芯部にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合したスラ
リーを浸透させると共に，前記芯部の表面に前記スラリ
ーを被覆させ，これを１５００℃〜１７００℃前後の温
度でＮ2 ガス中で焼結し，前記芯部の前記カーボン繊維
を前記スラリーが転化した外側部の前記窒化ケイ素で被
覆された構造に形成されている。
記セラミック製多孔質部材中へ放射方向に延びている多
数のフィンから構成されている。また，前記補強部材
は，炭素繊維から成る芯部と，炭化ケイ素から成る外側
部とから構成されている。更に，排気ガスが流れる側の
前記補強部材は，カーボン繊維の不織布で成形された芯
部，前記芯部にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合したスラ
リーを浸透させると共に，前記芯部の表面に前記スラリ
ーを被覆させ，これを１５００℃〜１７００℃前後の温
度でＮ2 ガス中で焼結し，前記芯部の前記カーボン繊維
を前記スラリーが転化した外側部の前記窒化ケイ素で被
覆された構造に形成されている。
【００１２】排気ガスが流れる側の前記補強部材は，炭
化ケイ素で被覆された炭素繊維と窒化ケイ素とを含む複
合材から構成されている。また，水や蒸気が流れる側の
前記セラミック製多孔質部材は，表面が炭化ケイ素で被
覆された窒化ケイ素から成る。或いは，排気ガスが流れ
る側及び水や蒸気が流れる側の前記セラミック製多孔質
部材は，炭化ケイ素，或いは炭化ケイ素で被覆された窒
化ケイ素から構成されている。
化ケイ素で被覆された炭素繊維と窒化ケイ素とを含む複
合材から構成されている。また，水や蒸気が流れる側の
前記セラミック製多孔質部材は，表面が炭化ケイ素で被
覆された窒化ケイ素から成る。或いは，排気ガスが流れ
る側及び水や蒸気が流れる側の前記セラミック製多孔質
部材は，炭化ケイ素，或いは炭化ケイ素で被覆された窒
化ケイ素から構成されている。
【００１３】また，この熱交換器の構造において，水及
び蒸気が流れる前記低温側通路に配置された前記セラミ
ック製多孔質部材は，炭化ケイ素で構成されている。排
気ガスが流れる前記高温側通路に配置された前記セラミ
ック製多孔質部材は，窒化ケイ素で構成されている。
び蒸気が流れる前記低温側通路に配置された前記セラミ
ック製多孔質部材は，炭化ケイ素で構成されている。排
気ガスが流れる前記高温側通路に配置された前記セラミ
ック製多孔質部材は，窒化ケイ素で構成されている。
【００１４】この熱交換器の構造において，前記隔壁
は，カーボン繊維の不織布或いは炭化ケイ素繊維で成形
された隔壁芯部と，前記隔壁芯部にＳｉ粉末とカーボン
粉末を混合したスラリーを浸透させると共に，前記隔壁
芯部の表面に前記スラリーを被覆させ，これを１５００
℃〜１７００℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結し，前記
カーボン繊維又は炭化ケイ素繊維が表面に露出しない構
造に形成されている。従って，カーボン繊維がＳｉＣで
被覆されているので，カーボン繊維が酸素に触れること
がなく，酸化することがないので，長期に強度を確保で
きる。また，ＳｉＣの繊維は，Ｓｉ3 Ｎ4 で被覆されて
いるので，高温になっても粒子間の再結晶が発生せず，
ＳｉＣの繊維強度が低下することがない。
は，カーボン繊維の不織布或いは炭化ケイ素繊維で成形
された隔壁芯部と，前記隔壁芯部にＳｉ粉末とカーボン
粉末を混合したスラリーを浸透させると共に，前記隔壁
芯部の表面に前記スラリーを被覆させ，これを１５００
℃〜１７００℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結し，前記
カーボン繊維又は炭化ケイ素繊維が表面に露出しない構
造に形成されている。従って，カーボン繊維がＳｉＣで
被覆されているので，カーボン繊維が酸素に触れること
がなく，酸化することがないので，長期に強度を確保で
きる。また，ＳｉＣの繊維は，Ｓｉ3 Ｎ4 で被覆されて
いるので，高温になっても粒子間の再結晶が発生せず，
ＳｉＣの繊維強度が低下することがない。
【００１５】この熱交換器の構造は，エンジンの排気ガ
スが排出される排気通路に配置された熱交換装置に適用
され，前記熱交換装置は前記排気ガスの熱エネルギで水
を蒸気に変換して加熱するものである。前記熱交換装置
は，前記エンジンからの排気ガスを排出する前記排気通
路に設けられたターボチャージャの後流に設けられてい
る。更に，前記熱交換装置で発生した高温の蒸気によっ
て蒸気タービンを駆動し，前記蒸気タービンに設けた発
電機によって発電するエネルギ回収装置に適用されてい
る。また，前記熱交換装置における第１段熱交換器の後
流に設けられた第２段熱交換器に適用され，前記第２段
熱交換器は前記第１段熱交換器を通った前記排気ガスで
水を加熱して蒸気に変換させ，前記蒸気を前記第１段熱
交換器に送り込むものである。
スが排出される排気通路に配置された熱交換装置に適用
され，前記熱交換装置は前記排気ガスの熱エネルギで水
を蒸気に変換して加熱するものである。前記熱交換装置
は，前記エンジンからの排気ガスを排出する前記排気通
路に設けられたターボチャージャの後流に設けられてい
る。更に，前記熱交換装置で発生した高温の蒸気によっ
て蒸気タービンを駆動し，前記蒸気タービンに設けた発
電機によって発電するエネルギ回収装置に適用されてい
る。また，前記熱交換装置における第１段熱交換器の後
流に設けられた第２段熱交換器に適用され，前記第２段
熱交換器は前記第１段熱交換器を通った前記排気ガスで
水を加熱して蒸気に変換させ，前記蒸気を前記第１段熱
交換器に送り込むものである。
【００１６】この熱交換器の構造は，上記のように，二
段式熱交換器からコンパクトに構成され，特に，排気ガ
スと蒸気，及び排気ガスと水の熱交換接触面積をそれぞ
れ適正に構成することができるので，熱交換効率を大幅
に向上させることができる。このガスエンジンは，上記
の熱交換効率の良好な熱交換装置を排気通路に組み込ん
でおり，高排気圧を必要としない熱交換装置によるエネ
ルギ回収であり，背圧を低減して損失を低減できると共
に，排気熱エネルギを有効に回収できるので，燃費を低
減することができる。
段式熱交換器からコンパクトに構成され，特に，排気ガ
スと蒸気，及び排気ガスと水の熱交換接触面積をそれぞ
れ適正に構成することができるので，熱交換効率を大幅
に向上させることができる。このガスエンジンは，上記
の熱交換効率の良好な熱交換装置を排気通路に組み込ん
でおり，高排気圧を必要としない熱交換装置によるエネ
ルギ回収であり，背圧を低減して損失を低減できると共
に，排気熱エネルギを有効に回収できるので，燃費を低
減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による熱交換器の構造の実施例を説明する。図１はこの
発明による熱交換器の構造の一実施例を示す説明図，及
び図２は図１の線Ａ−Ａ断面における断面図である。
による熱交換器の構造の実施例を説明する。図１はこの
発明による熱交換器の構造の一実施例を示す説明図，及
び図２は図１の線Ａ−Ａ断面における断面図である。
【００１８】この熱交換器の構造は，排気ガスで流体を
加熱する熱交換器即ち第２段熱交換器６に適用されてお
り，排気ガス通路８に組み込まれたケーシング７，ケー
シング７内に配置された隔壁を構成する管体３３，管体
３３の内部に形成された低温の流体が流れる低温側通路
即ち水・蒸気通路３６，及び管体３３の外部のケーシン
グ７内に形成された高温ガスが流れる高温側通路即ち排
気ガス通路２９から構成されている。熱交換器６におい
て，水・蒸気通路３６にはセラミック製多孔質部材３８
が配置され，排気ガス通路２９にはセラミック製多孔質
部材４２が配置され，セラミック製多孔質部材３８，４
２中にはセラミックスに繊維材を混入した補強部材３９
が配置されている。熱交換器６のセラミック製多孔質部
材４２中に拡がっている熱伝達部４０は，排気ガスより
十分に熱エネルギを受けて管体３３を通じてセラミック
製多孔質部材３８を通る蒸気を加熱することになる。
加熱する熱交換器即ち第２段熱交換器６に適用されてお
り，排気ガス通路８に組み込まれたケーシング７，ケー
シング７内に配置された隔壁を構成する管体３３，管体
３３の内部に形成された低温の流体が流れる低温側通路
即ち水・蒸気通路３６，及び管体３３の外部のケーシン
グ７内に形成された高温ガスが流れる高温側通路即ち排
気ガス通路２９から構成されている。熱交換器６におい
て，水・蒸気通路３６にはセラミック製多孔質部材３８
が配置され，排気ガス通路２９にはセラミック製多孔質
部材４２が配置され，セラミック製多孔質部材３８，４
２中にはセラミックスに繊維材を混入した補強部材３９
が配置されている。熱交換器６のセラミック製多孔質部
材４２中に拡がっている熱伝達部４０は，排気ガスより
十分に熱エネルギを受けて管体３３を通じてセラミック
製多孔質部材３８を通る蒸気を加熱することになる。
【００１９】補強部材３９は，隔壁即ち管体３３の内外
面からセラミック製多孔質部材３８，４２中へ放射方向
に延びている多数のフィンの構造に構成されている。排
気ガスが流れる高温側通路２９を構成する補強部材３９
は，炭化ケイ素で被覆された炭素繊維と窒化ケイ素とを
含む複合材から構成されている。
面からセラミック製多孔質部材３８，４２中へ放射方向
に延びている多数のフィンの構造に構成されている。排
気ガスが流れる高温側通路２９を構成する補強部材３９
は，炭化ケイ素で被覆された炭素繊維と窒化ケイ素とを
含む複合材から構成されている。
【００２０】この熱交換器の構造では，水及び蒸気が流
れる低温側通路の水・蒸気通路３６に配置されたセラミ
ック製多孔質部材３８は，芯部が窒化ケイ素から成り，
該窒化ケイ素の表面は炭化ケイ素で被覆された複合材か
ら構成されている。又は，セラミック製多孔質部材３８
は，炭化ケイ素から構成されている。また，セラミック
製多孔質部材４２は，窒化ケイ素，炭化ケイ素等のセラ
ミックスから構成されている。
れる低温側通路の水・蒸気通路３６に配置されたセラミ
ック製多孔質部材３８は，芯部が窒化ケイ素から成り，
該窒化ケイ素の表面は炭化ケイ素で被覆された複合材か
ら構成されている。又は，セラミック製多孔質部材３８
は，炭化ケイ素から構成されている。また，セラミック
製多孔質部材４２は，窒化ケイ素，炭化ケイ素等のセラ
ミックスから構成されている。
【００２１】この熱交換器の構造は，次のようにして作
製することができる。隔壁を構成する管体３３は，カー
ボン繊維の不織布で隔壁芯部を円筒形に成形し，次い
で，前記隔壁芯部にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合した
スラリーを浸透させると共に，前記隔壁芯部の表面に前
記スラリーを被覆させる。そこで，スラリーが浸透して
表面に被覆させた前記隔壁芯部を，１５００℃〜１７０
０℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結すると，Ｓｉ粉末と
カーボンのスラリーが反応してＳｉ3 Ｎ4 に転化し，隔
壁芯部のカーボン繊維分の量が多くなるので，隔壁芯部
にカーボン繊維が残ることになる。従って，前記隔壁芯
部のカーボン繊維が外側部のＳｉ3 Ｎ4 で被覆されたカ
ーボン繊維が表面に露出しない構造の管体３３に形成す
ることができる。更に，水又は水蒸気が流れる側の隔壁
の表面には，ＳｉＣのスラリーを注入して焼結し，Ｓｉ
3 Ｎ4 の表面にＳｉＣを被覆し，窒化ケイ素の腐食を防
止できる構造に構成する。
製することができる。隔壁を構成する管体３３は，カー
ボン繊維の不織布で隔壁芯部を円筒形に成形し，次い
で，前記隔壁芯部にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合した
スラリーを浸透させると共に，前記隔壁芯部の表面に前
記スラリーを被覆させる。そこで，スラリーが浸透して
表面に被覆させた前記隔壁芯部を，１５００℃〜１７０
０℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結すると，Ｓｉ粉末と
カーボンのスラリーが反応してＳｉ3 Ｎ4 に転化し，隔
壁芯部のカーボン繊維分の量が多くなるので，隔壁芯部
にカーボン繊維が残ることになる。従って，前記隔壁芯
部のカーボン繊維が外側部のＳｉ3 Ｎ4 で被覆されたカ
ーボン繊維が表面に露出しない構造の管体３３に形成す
ることができる。更に，水又は水蒸気が流れる側の隔壁
の表面には，ＳｉＣのスラリーを注入して焼結し，Ｓｉ
3 Ｎ4 の表面にＳｉＣを被覆し，窒化ケイ素の腐食を防
止できる構造に構成する。
【００２２】又は，隔壁３３を作るため隔壁芯部を，Ｓ
ｉＣ繊維を丸く巻いて円筒形成形体に成形し，次いで，
ＳｉＣの繊維を曲げて蛇腹に作って円筒形成形体に配置
し，これを成形型にセットし，次いで，ＳｉＣのスラリ
ーを注入して焼結し，前記隔壁芯部のＳｉＣ繊維を外側
部の炭化ケイ素で被覆し，ＳｉＣ繊維部が表面に露出し
ない構造の管体３３に形成することもできる。
ｉＣ繊維を丸く巻いて円筒形成形体に成形し，次いで，
ＳｉＣの繊維を曲げて蛇腹に作って円筒形成形体に配置
し，これを成形型にセットし，次いで，ＳｉＣのスラリ
ーを注入して焼結し，前記隔壁芯部のＳｉＣ繊維を外側
部の炭化ケイ素で被覆し，ＳｉＣ繊維部が表面に露出し
ない構造の管体３３に形成することもできる。
【００２３】また，補強部材３９は，炭素繊維から成る
中心部と，炭化ケイ素から成る外側部とから構成されて
いる。補強部材３９の中心部と外側部とから成る構造
は，例えば，次のように構成することができる。まず，
カーボン繊維の不織布で芯部を成形し，該芯部にＳｉ粉
末とカーボン粉末を混合したスラリーを浸透させると共
に，芯部の表面に前記スラリーを被覆させ，これを１５
００℃〜１７００℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結する
と，Ｓｉ粉末とカーボンのスラリーが反応してＳｉ3 Ｎ
4 に転化し，芯部のカーボン繊維分の量が多くなるの
で，芯部にカーボン繊維が残ることになる。従って，補
強部材３９の芯部のカーボン繊維が外側部の窒化ケイ素
で被覆されたカーボン繊維が表面に露出しない構造の補
強部材３９に形成することができる。それによって，芯
部のカーボン繊維をスラリーが転化した外側部の窒化ケ
イ素で被覆された構造に形成することができる。更に，
水・蒸気通路３６に位置する補強部材３９には，ＳｉＣ
のスラリーを注入して焼結することによってＳｉ3 Ｎ4
の表面にＳｉＣを被覆し，耐蝕性を向上させる。
中心部と，炭化ケイ素から成る外側部とから構成されて
いる。補強部材３９の中心部と外側部とから成る構造
は，例えば，次のように構成することができる。まず，
カーボン繊維の不織布で芯部を成形し，該芯部にＳｉ粉
末とカーボン粉末を混合したスラリーを浸透させると共
に，芯部の表面に前記スラリーを被覆させ，これを１５
００℃〜１７００℃前後の温度でＮ2 ガス中で焼結する
と，Ｓｉ粉末とカーボンのスラリーが反応してＳｉ3 Ｎ
4 に転化し，芯部のカーボン繊維分の量が多くなるの
で，芯部にカーボン繊維が残ることになる。従って，補
強部材３９の芯部のカーボン繊維が外側部の窒化ケイ素
で被覆されたカーボン繊維が表面に露出しない構造の補
強部材３９に形成することができる。それによって，芯
部のカーボン繊維をスラリーが転化した外側部の窒化ケ
イ素で被覆された構造に形成することができる。更に，
水・蒸気通路３６に位置する補強部材３９には，ＳｉＣ
のスラリーを注入して焼結することによってＳｉ3 Ｎ4
の表面にＳｉＣを被覆し，耐蝕性を向上させる。
【００２４】次に，図３を参照して，この熱交換器の構
造を組み込んだ熱交換装置の一実施例を説明する。この
熱交換器の構造は，エンジンの排気ガスが排出される排
気通路８に配置され且つ排気ガスの熱エネルギで水を蒸
気に変換して加熱する熱交換装置に適用することがで
き，熱交換装置における後段の第２段熱交換器６として
組み込んだ実施例を説明する。
造を組み込んだ熱交換装置の一実施例を説明する。この
熱交換器の構造は，エンジンの排気ガスが排出される排
気通路８に配置され且つ排気ガスの熱エネルギで水を蒸
気に変換して加熱する熱交換装置に適用することがで
き，熱交換装置における後段の第２段熱交換器６として
組み込んだ実施例を説明する。
【００２５】図３に示すように，熱交換装置は，エンジ
ンからの排気ガスで蒸気を加熱する排気通路８に設けら
れた第１段熱交換器４，及び第１段熱交換器４の後流に
設けられ且つ第１段熱交換器４からの排気ガスで水を蒸
気に加熱する第２段熱交換器６を具備している。第１段
熱交換器４は，ケーシング２内に配置された第２段熱交
換器６で加熱された蒸気が流れる蒸気通路３５と，蒸気
通路３５に配置された排気ガスが流れる複数の排気ガス
通路２８を構成する管体２２とから構成されている。排
気ガス通路２８には，上記と同様のセラミック製多孔質
部材４２が配置されている。また，蒸気通路３５には，
上記と同様のセラミック製多孔質部材３８が配置されて
いる。また，第２段熱交換器６は，ケーシング２に隣接
して設けられたケーシング７内に配置されており，その
構成は上記のとおりである。
ンからの排気ガスで蒸気を加熱する排気通路８に設けら
れた第１段熱交換器４，及び第１段熱交換器４の後流に
設けられ且つ第１段熱交換器４からの排気ガスで水を蒸
気に加熱する第２段熱交換器６を具備している。第１段
熱交換器４は，ケーシング２内に配置された第２段熱交
換器６で加熱された蒸気が流れる蒸気通路３５と，蒸気
通路３５に配置された排気ガスが流れる複数の排気ガス
通路２８を構成する管体２２とから構成されている。排
気ガス通路２８には，上記と同様のセラミック製多孔質
部材４２が配置されている。また，蒸気通路３５には，
上記と同様のセラミック製多孔質部材３８が配置されて
いる。また，第２段熱交換器６は，ケーシング２に隣接
して設けられたケーシング７内に配置されており，その
構成は上記のとおりである。
【００２６】第１段熱交換器４の下方に第２段熱交換器
６が配置されている。また，第２段熱交換器６の水・蒸
気通路３６を構成する管体３３は，上下方向に配置さ
れ，第２管路３６を構成する隔壁即ち管体３３の下部３
４には水が貯留されている。更に，ケーシング２，７，
排気ガス通路２８を構成する管体２２，水・蒸気通路３
６を構成する管体３３は，熱伝導率の小さいＳｉＣ又は
ＡｌＮのセラミックスから構成されている。
６が配置されている。また，第２段熱交換器６の水・蒸
気通路３６を構成する管体３３は，上下方向に配置さ
れ，第２管路３６を構成する隔壁即ち管体３３の下部３
４には水が貯留されている。更に，ケーシング２，７，
排気ガス通路２８を構成する管体２２，水・蒸気通路３
６を構成する管体３３は，熱伝導率の小さいＳｉＣ又は
ＡｌＮのセラミックスから構成されている。
【００２７】熱交換装置は，上記のように形成されてお
り，第１段熱交換器４及び第２段熱交換器６は次のよう
に構成されている。第１段熱交換器４は，第１段熱交換
器４から送り込まれる蒸気の熱伝達率が小さいので，水
蒸気の熱交換接触面積即ち多孔質部材から成る蒸気通路
３５の熱交換接触面積は大きく形成され，また，排気ガ
スの熱交換接触面積即ち排気ガス通路２８の熱交換接触
面積は小さく形成されている。第２段熱交換器６は，内
部に形成された水・蒸気通路３６を形成し且つ面積の小
さな隔壁即ち管体３３内に，水が満たされている。水や
湿り水蒸気Ｈ2Ｏは熱伝達率が大きいので，水や湿り水
蒸気の熱交換接触面積即ち水・蒸気通路３６の熱交換接
触面積は小さくて良い。隔壁即ち管体３３の外側の排気
ガスが流れる通路は，排気ガス通路２９で構成され，排
気ガスとの接触面積が大きく形成されている。
り，第１段熱交換器４及び第２段熱交換器６は次のよう
に構成されている。第１段熱交換器４は，第１段熱交換
器４から送り込まれる蒸気の熱伝達率が小さいので，水
蒸気の熱交換接触面積即ち多孔質部材から成る蒸気通路
３５の熱交換接触面積は大きく形成され，また，排気ガ
スの熱交換接触面積即ち排気ガス通路２８の熱交換接触
面積は小さく形成されている。第２段熱交換器６は，内
部に形成された水・蒸気通路３６を形成し且つ面積の小
さな隔壁即ち管体３３内に，水が満たされている。水や
湿り水蒸気Ｈ2Ｏは熱伝達率が大きいので，水や湿り水
蒸気の熱交換接触面積即ち水・蒸気通路３６の熱交換接
触面積は小さくて良い。隔壁即ち管体３３の外側の排気
ガスが流れる通路は，排気ガス通路２９で構成され，排
気ガスとの接触面積が大きく形成されている。
【００２８】次に，図３〜図６を参照して，この熱交換
器の構造を組み込まれたエネルギ回収装置を備えたガス
エンジンを説明する。図４は図３の熱交換装置が組み込
まれているエネルギ回収装置を備えたガスエンジンを示
す概略説明図，図５は図４のエネルギ回収装置における
ターボチャージャを示す概略説明図，及び図６は図４の
エネルギ回収装置における蒸気タービンを示す概略説明
図である。
器の構造を組み込まれたエネルギ回収装置を備えたガス
エンジンを説明する。図４は図３の熱交換装置が組み込
まれているエネルギ回収装置を備えたガスエンジンを示
す概略説明図，図５は図４のエネルギ回収装置における
ターボチャージャを示す概略説明図，及び図６は図４の
エネルギ回収装置における蒸気タービンを示す概略説明
図である。
【００２９】エネルギ回収装置を構成する熱交換器は，
エンジン１からの排気ガスを排出する排気通路８に設け
られたターボチャージャ３の後流に設けられている。ま
た，エネルギ回収装置は，熱交換装置で発生した高温の
蒸気によって蒸気タービン５を駆動し，蒸気タービン５
に設けた発電機２０によって発電するに適用されてい
る。また，この発明による熱交換器の構造は，熱交換装
置における第１段熱交換器４の後流に設けられた第２段
熱交換器６に適用され，第２段熱交換器６は第１段熱交
換器４を通った排気ガスで水を加熱して蒸気に変換さ
せ，蒸気を第１段熱交換器４に送り込むことから構成さ
れている。
エンジン１からの排気ガスを排出する排気通路８に設け
られたターボチャージャ３の後流に設けられている。ま
た，エネルギ回収装置は，熱交換装置で発生した高温の
蒸気によって蒸気タービン５を駆動し，蒸気タービン５
に設けた発電機２０によって発電するに適用されてい
る。また，この発明による熱交換器の構造は，熱交換装
置における第１段熱交換器４の後流に設けられた第２段
熱交換器６に適用され，第２段熱交換器６は第１段熱交
換器４を通った排気ガスで水を加熱して蒸気に変換さ
せ，蒸気を第１段熱交換器４に送り込むことから構成さ
れている。
【００３０】このエネルギ回収装置を備えたガスエンジ
ン１は，吸入行程，圧縮行程，膨張行程及び排気行程の
４つの行程を順次繰り返すことによって作動される多気
筒或いは単気筒であり，定置式のコージェネレーション
システムにおける負荷変動が小さいエンジン１に適用す
ることが好ましいものである。
ン１は，吸入行程，圧縮行程，膨張行程及び排気行程の
４つの行程を順次繰り返すことによって作動される多気
筒或いは単気筒であり，定置式のコージェネレーション
システムにおける負荷変動が小さいエンジン１に適用す
ることが好ましいものである。
【００３１】このエネルギ回収装置を備えたガスエンジ
ン１は，天然ガス等のガス体を燃料とし，例えば，コー
ジェネレーションシステムに適用できる単気筒又は多気
筒エンジンであり，燃焼室がシリンダに形成された主室
１Ａと，主室１Ａに連絡口を通じて連通するシリンダヘ
ッド３０に形成した副室１Ｂとから副室式ガスエンジン
に構成されている。ガスエンジン１は，燃焼室の主室１
Ａからの排気ガスを排出するため排気マニホルド４４
と，吸気通路１０を通じて主室１Ａへ吸気を供給するた
め吸気マニホルド４５が設けられている。吸気通路１０
からの吸入空気は吸気マニホルド４５を通じて各気筒の
主室１Ａへ供給され，また，各主室１Ａからの排気ガス
は排気マニホルド４４によって集合して排気通路８へ排
出される。また，副室１Ｂへ供給される天然ガスは，燃
料加圧ポンプ１３の作動によって燃料供給路９を通じて
燃焼室の各副室１Ｂへ供給される。
ン１は，天然ガス等のガス体を燃料とし，例えば，コー
ジェネレーションシステムに適用できる単気筒又は多気
筒エンジンであり，燃焼室がシリンダに形成された主室
１Ａと，主室１Ａに連絡口を通じて連通するシリンダヘ
ッド３０に形成した副室１Ｂとから副室式ガスエンジン
に構成されている。ガスエンジン１は，燃焼室の主室１
Ａからの排気ガスを排出するため排気マニホルド４４
と，吸気通路１０を通じて主室１Ａへ吸気を供給するた
め吸気マニホルド４５が設けられている。吸気通路１０
からの吸入空気は吸気マニホルド４５を通じて各気筒の
主室１Ａへ供給され，また，各主室１Ａからの排気ガス
は排気マニホルド４４によって集合して排気通路８へ排
出される。また，副室１Ｂへ供給される天然ガスは，燃
料加圧ポンプ１３の作動によって燃料供給路９を通じて
燃焼室の各副室１Ｂへ供給される。
【００３２】この実施例では，ガスエンジン１における
燃焼室の主室１Ａと副室１Ｂは，セラミック部材，遮熱
層等によって遮熱構造に構成されている。ガスエンジン
１は，改質燃料が供給されるシリンダヘッド３０に形成
された副室１Ｂを備えており，副室１Ｂは制御弁３１に
よる連絡口の開放によって主室１Ａに連通するように構
成されている。主室１Ａには，ターボチャージャ３のコ
ンプレッサ１６からの圧縮空気が吸気通路１０を通じて
供給され，また，副室１Ｂには，燃料弁３２が設けら
れ，燃料弁３２による燃料供給口の開放によって燃料供
給路９から副室１Ｂへガス燃料が供給される。
燃焼室の主室１Ａと副室１Ｂは，セラミック部材，遮熱
層等によって遮熱構造に構成されている。ガスエンジン
１は，改質燃料が供給されるシリンダヘッド３０に形成
された副室１Ｂを備えており，副室１Ｂは制御弁３１に
よる連絡口の開放によって主室１Ａに連通するように構
成されている。主室１Ａには，ターボチャージャ３のコ
ンプレッサ１６からの圧縮空気が吸気通路１０を通じて
供給され，また，副室１Ｂには，燃料弁３２が設けら
れ，燃料弁３２による燃料供給口の開放によって燃料供
給路９から副室１Ｂへガス燃料が供給される。
【００３３】ガスエンジン１は，図１の熱交換器を組み
込んだ熱交換装置を備えていることである。ガスエンジ
ン１は，ＣＨ4 を主成分とする天然ガス燃料を収容した
燃料タンク１１，ガス燃料を燃焼室の副室１Ｂへ供給す
る燃料加圧ポンプ１３，ターボチャージャ３の後流の排
気通路８に設けられた第１熱交換器４，第１熱交換器４
で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン５，及
び第１熱交換器４の後流に設けられ且つ蒸気タービン５
から排出される流体（低温蒸気と水）を蒸気に変換して
該蒸気を第１熱交換器４に供給する第２熱交換器６を有
している。
込んだ熱交換装置を備えていることである。ガスエンジ
ン１は，ＣＨ4 を主成分とする天然ガス燃料を収容した
燃料タンク１１，ガス燃料を燃焼室の副室１Ｂへ供給す
る燃料加圧ポンプ１３，ターボチャージャ３の後流の排
気通路８に設けられた第１熱交換器４，第１熱交換器４
で発生した蒸気によって駆動される蒸気タービン５，及
び第１熱交換器４の後流に設けられ且つ蒸気タービン５
から排出される流体（低温蒸気と水）を蒸気に変換して
該蒸気を第１熱交換器４に供給する第２熱交換器６を有
している。
【００３４】ガスエンジン１は，燃焼室の主室１Ａと副
室１Ｂは，セラミック部材及び遮熱層によって遮熱構造
に構成されているので，主室１Ａから排気マニホルド４
４を通じて排出される排気ガスは約９００℃〜８００℃
の高温ガスである。そこで，ガスエンジン１では，排気
ガスの熱エネルギをターボチャージャ３，第１熱交換器
４及び第２熱交換器６によって回収するように構成され
ている。
室１Ｂは，セラミック部材及び遮熱層によって遮熱構造
に構成されているので，主室１Ａから排気マニホルド４
４を通じて排出される排気ガスは約９００℃〜８００℃
の高温ガスである。そこで，ガスエンジン１では，排気
ガスの熱エネルギをターボチャージャ３，第１熱交換器
４及び第２熱交換器６によって回収するように構成され
ている。
【００３５】ターボチャージャ３は，図５に示すよう
に，排気ガスによって駆動されるタービン１５，タービ
ン１５にシャフト１８によって連結され且つタービン１
５によって駆動されるコンプレッサ１６，及びシャフト
１８に対して設けた交流機即ち発電機１７から構成され
ている。コンプレッサ１６は，タービン１５によって駆
動され，空気を加圧して圧縮空気とし，該圧縮空気を吸
気通路１０を通じて吸気マニホルド４５からそれぞれの
気筒の主室１Ａへ供給する。発電機１７は，タービン１
５の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを
電気エネルギとして回収することができる。
に，排気ガスによって駆動されるタービン１５，タービ
ン１５にシャフト１８によって連結され且つタービン１
５によって駆動されるコンプレッサ１６，及びシャフト
１８に対して設けた交流機即ち発電機１７から構成され
ている。コンプレッサ１６は，タービン１５によって駆
動され，空気を加圧して圧縮空気とし，該圧縮空気を吸
気通路１０を通じて吸気マニホルド４５からそれぞれの
気筒の主室１Ａへ供給する。発電機１７は，タービン１
５の回転力を電力として取り出して排気ガスエネルギを
電気エネルギとして回収することができる。
【００３６】第１熱交換器４は，第１ケーシング２内に
配置された第２段熱交換器６で加熱された蒸気が流れる
セラミック製多孔質部材から成る蒸気通路３５と蒸気通
路３５に配置された排気ガスが流れる複数の排気ガス通
路２８とから構成されている。また，第２段熱交換器６
は第１ケーシング２に隣接して設けられた第２ケーシン
グ７内に配置された水を貯留できる水・蒸気通路３６と
水・蒸気通路３６の周りに配置され且つ第１段熱交換器
４からの排気ガスが流れる排気ガス通路２９とから構成
されている。
配置された第２段熱交換器６で加熱された蒸気が流れる
セラミック製多孔質部材から成る蒸気通路３５と蒸気通
路３５に配置された排気ガスが流れる複数の排気ガス通
路２８とから構成されている。また，第２段熱交換器６
は第１ケーシング２に隣接して設けられた第２ケーシン
グ７内に配置された水を貯留できる水・蒸気通路３６と
水・蒸気通路３６の周りに配置され且つ第１段熱交換器
４からの排気ガスが流れる排気ガス通路２９とから構成
されている。
【００３７】蒸気タービン５は，図６に示すように，第
１熱交換器４で発生した蒸気によって駆動されるタービ
ン１９，タービン１９から排出される蒸気によって駆動
されるタービン２４，及びタービン１９と２４とを連結
したシャフト２１に対して設けられた発電機２０から構
成されている。従って，蒸気エネルギはタービン１９，
２４を駆動し，その回転力は発電機２０によって電力と
して回収される。
１熱交換器４で発生した蒸気によって駆動されるタービ
ン１９，タービン１９から排出される蒸気によって駆動
されるタービン２４，及びタービン１９と２４とを連結
したシャフト２１に対して設けられた発電機２０から構
成されている。従って，蒸気エネルギはタービン１９，
２４を駆動し，その回転力は発電機２０によって電力と
して回収される。
【００３８】排気通路８に設けられた第２熱交換器６
は，気相−液相熱交換器であり，排気ガスエネルギによ
って蒸気を発生させ，該蒸気は蒸気通路４１を通じて第
１熱交換器４へ送り込まれる。蒸気タービン５を駆動し
た蒸気は，水と低温蒸気との流体になって流体通路２７
を通ってコンデンサ１４へ放出され，コンデンサ１４で
高温水となって水ポンプ１２によって水通路２６を通じ
て第２熱交換器６へ再び送り込まれる。また，第２熱交
換器６を通過した排気ガスは，熱エネルギをほとんど回
収された状態の低温の排気ガス（例えば，２００℃程
度）となって外部に排出される。
は，気相−液相熱交換器であり，排気ガスエネルギによ
って蒸気を発生させ，該蒸気は蒸気通路４１を通じて第
１熱交換器４へ送り込まれる。蒸気タービン５を駆動し
た蒸気は，水と低温蒸気との流体になって流体通路２７
を通ってコンデンサ１４へ放出され，コンデンサ１４で
高温水となって水ポンプ１２によって水通路２６を通じ
て第２熱交換器６へ再び送り込まれる。また，第２熱交
換器６を通過した排気ガスは，熱エネルギをほとんど回
収された状態の低温の排気ガス（例えば，２００℃程
度）となって外部に排出される。
【００３９】このエネルギ回収装置を備えたガスエンジ
ンは，上記のように構成され，次のように作動する。
ンは，上記のように構成され，次のように作動する。
【００４０】制御弁３１が閉鎖した状態で，吸気弁（図
示せず）の開放によってターボチャージャ３のコンプレ
ッサ１６からの空気が吸気通路１０を通じて吸気マニホ
ルド４４から主室１Ａに供給される。主室１Ａの空気は
制御弁３１の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮される。
一方，制御弁３１が閉鎖した状態で燃料弁３２が開放
し，燃料加圧ポンプ１３の作動によって天然ガス燃料が
燃料タンク１１からガス燃料供給路９を通じて副室１Ｂ
に供給される。圧縮行程上死点近傍で制御弁３１が開放
し，主室１Ａの圧縮空気が副室１Ｂに流入し，改質燃料
が圧縮空気と混合して着火燃焼し，膨張行程に移行して
ピストン４３に仕事をする。
示せず）の開放によってターボチャージャ３のコンプレ
ッサ１６からの空気が吸気通路１０を通じて吸気マニホ
ルド４４から主室１Ａに供給される。主室１Ａの空気は
制御弁３１の閉鎖状態で圧縮行程において圧縮される。
一方，制御弁３１が閉鎖した状態で燃料弁３２が開放
し，燃料加圧ポンプ１３の作動によって天然ガス燃料が
燃料タンク１１からガス燃料供給路９を通じて副室１Ｂ
に供給される。圧縮行程上死点近傍で制御弁３１が開放
し，主室１Ａの圧縮空気が副室１Ｂに流入し，改質燃料
が圧縮空気と混合して着火燃焼し，膨張行程に移行して
ピストン４３に仕事をする。
【００４１】排気行程において，主室１Ａと副室１Ｂの
排気ガスは，排気通路８を通じてターボチャージャ３へ
送り出される。ターボチャージャ３では，タービン１５
を駆動し，その回転力は発電機１７で電気エネルギに変
換されると共に，コンプレッサ１６を駆動する。発電機
１７で得られた電力は，バッテリに蓄電されたり，補機
を駆動するのに消費される。また，コンプレッサ１６は
空気を吸気通路１０を通じて燃焼室へ過給する機能を果
たす。ターボチャージャ３のタービン１５を通過して排
気ガスは排気通路８と通じて第１熱交換器４へ送り込ま
れる。
排気ガスは，排気通路８を通じてターボチャージャ３へ
送り出される。ターボチャージャ３では，タービン１５
を駆動し，その回転力は発電機１７で電気エネルギに変
換されると共に，コンプレッサ１６を駆動する。発電機
１７で得られた電力は，バッテリに蓄電されたり，補機
を駆動するのに消費される。また，コンプレッサ１６は
空気を吸気通路１０を通じて燃焼室へ過給する機能を果
たす。ターボチャージャ３のタービン１５を通過して排
気ガスは排気通路８と通じて第１熱交換器４へ送り込ま
れる。
【００４２】第１熱交換器４へ送り込まれた排気ガス
は，排気ガス通路２８を通過し，次いで，排気ガス８を
通じて第２熱交換器６へ送り込まれる。排気ガスは，排
気ガス通路２８を通過する際に，第２熱交換器６から蒸
気通路４１を通って蒸気通路３５に送り込まれた蒸気と
熱交換して高温に加熱する。第１熱交換器４で高温に加
熱された蒸気は，高温蒸気通路２５を通って蒸気タービ
ン５へ送り込まれ，タービン１９，２４を駆動する。タ
ービン１９，２４の駆動によって発電機２０が発電す
る。発電機２０が発電された電力は，バッテリに蓄電さ
れたり，補機を駆動するのに消費される。高温蒸気は蒸
気タービン５を駆動した後，低温蒸気や水から成る流体
に変換され，該流体は流体通路２７を通じてコンデンサ
１４へ送られて水になり，その水は水ポンプ１２の駆動
によって水通路２６を通じて第２熱交換器６の水・蒸気
通路３６へ送り込まれる。
は，排気ガス通路２８を通過し，次いで，排気ガス８を
通じて第２熱交換器６へ送り込まれる。排気ガスは，排
気ガス通路２８を通過する際に，第２熱交換器６から蒸
気通路４１を通って蒸気通路３５に送り込まれた蒸気と
熱交換して高温に加熱する。第１熱交換器４で高温に加
熱された蒸気は，高温蒸気通路２５を通って蒸気タービ
ン５へ送り込まれ，タービン１９，２４を駆動する。タ
ービン１９，２４の駆動によって発電機２０が発電す
る。発電機２０が発電された電力は，バッテリに蓄電さ
れたり，補機を駆動するのに消費される。高温蒸気は蒸
気タービン５を駆動した後，低温蒸気や水から成る流体
に変換され，該流体は流体通路２７を通じてコンデンサ
１４へ送られて水になり，その水は水ポンプ１２の駆動
によって水通路２６を通じて第２熱交換器６の水・蒸気
通路３６へ送り込まれる。
【００４３】第１熱交換器４から第２熱交換器６へ送り
込まれた排気ガスは，第２熱交換器６の排気ガス通路２
９を通じて排気通路８へ送り出される。排気ガスは，排
気ガス通路２９を通過する際，水・蒸気通路３６を通る
水と熱交換して蒸気に変換する。排気通路８へ送り出さ
れた排気ガスは，ターボチャージャ３，第１熱交換器４
及び第２熱交換器６によって熱エネルギが回収されてお
り，例えば，２００℃程度にまで温度低下している。
込まれた排気ガスは，第２熱交換器６の排気ガス通路２
９を通じて排気通路８へ送り出される。排気ガスは，排
気ガス通路２９を通過する際，水・蒸気通路３６を通る
水と熱交換して蒸気に変換する。排気通路８へ送り出さ
れた排気ガスは，ターボチャージャ３，第１熱交換器４
及び第２熱交換器６によって熱エネルギが回収されてお
り，例えば，２００℃程度にまで温度低下している。
【００４４】
【発明の効果】この発明による熱交換器の構造は，上記
のように構成されているので，熱交換効率を大幅に向上
させる共に，強度をアップでき，耐久性に富んだものと
なる。また，この熱交換器の構造を，二段式の熱交換装
置に組み込むと，第１段熱交換器と第２段熱交換器によ
って排気ガスが有する熱エネルギを水と熱交換し，水を
高温蒸気に変換することができ，高温蒸気が有するエネ
ルギは蒸気タービンで電気エネルギとして有効に回収さ
れる。
のように構成されているので，熱交換効率を大幅に向上
させる共に，強度をアップでき，耐久性に富んだものと
なる。また，この熱交換器の構造を，二段式の熱交換装
置に組み込むと，第１段熱交換器と第２段熱交換器によ
って排気ガスが有する熱エネルギを水と熱交換し，水を
高温蒸気に変換することができ，高温蒸気が有するエネ
ルギは蒸気タービンで電気エネルギとして有効に回収さ
れる。
【００４５】また，ガスエンジンは，排気ガスの熱エネ
ルギによってターボチャージャを駆動し，該熱エネルギ
がコンプレッサ及び発電機で回収されると共に，上記の
ように，ターボチャージャのタービンから排気される排
気ガスで第１熱交換器及び第２熱交換器で蒸気を発生さ
せ，該蒸気で蒸気タービンを駆動し，該蒸気タービンを
駆動して発電機で電力として回収できる。従って，ガス
エンジンは，従来のようなエネルギ回収タービンに変え
て，熱交換装置によって排気熱エネルギが回収されるの
で，従来のような背圧による損失がなく，また，有効に
排気熱エネルギが回収されるので，燃費を低減すること
ができる。
ルギによってターボチャージャを駆動し，該熱エネルギ
がコンプレッサ及び発電機で回収されると共に，上記の
ように，ターボチャージャのタービンから排気される排
気ガスで第１熱交換器及び第２熱交換器で蒸気を発生さ
せ，該蒸気で蒸気タービンを駆動し，該蒸気タービンを
駆動して発電機で電力として回収できる。従って，ガス
エンジンは，従来のようなエネルギ回収タービンに変え
て，熱交換装置によって排気熱エネルギが回収されるの
で，従来のような背圧による損失がなく，また，有効に
排気熱エネルギが回収されるので，燃費を低減すること
ができる。
【図１】この発明による熱交換器の構造の一実施例を示
す説明図である。
す説明図である。
【図２】図１の熱交換器の線Ａ−Ａ断面における断面図
である。
である。
【図３】図１の熱交換器を組み込んだ熱交換装置の一実
施例を示す説明図である。
施例を示す説明図である。
【図４】図１の熱交換器を組み込んだエネルギ回収装置
を備えたガスエンジンを示す説明図である。
を備えたガスエンジンを示す説明図である。
【図５】図４のガスエンジンに組み込まれた発電機を備
えたターボチャージャを示す説明図である。
えたターボチャージャを示す説明図である。
【図６】図４のガスエンジンに組み込まれた蒸気タービ
ンを示す説明図である。
ンを示す説明図である。
１ ガスエンジン １Ａ 主室 １Ｂ 副室 ２，７ ケーシング ３ ターボチャージャ ４ 第１熱交換器 ５ 蒸気タービン ６ 第２熱交換器 ８ 排気通路 １１ 燃料タンク １３ 燃料加圧ポンプ ２８，２９ 排気ガス通路 ３３ 壁体（隔壁） ３５ 蒸気通路 ３６ 水・蒸気通路 ３８，４２ セラミック製多孔質部材 ３９ 補強部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｂ 43/00 43/00 Ａ Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｆ０２Ｇ 5/02 Ｂ Ｆ２８Ｄ 7/10 Ｆ２８Ｄ 7/10 Ｚ
Claims (13)
- 【請求項１】 排気ガス通路に組み込まれたケーシン
グ，前記ケーシング内に配置された隔壁，前記隔壁の内
部に形成された低温の流体が流れる低温側通路，及び前
記隔壁の外部の前記ケーシング内に形成された高温ガス
が流れる高温側通路から成る排気ガスで流体を加熱する
熱交換器の構造において，前記低温側通路及び前記高温
側通路にはセラミック製多孔質部材が配置され，前記セ
ラミック製多孔質部材中にはセラミックスに繊維材を混
入した補強部材が配置されていることを特徴とする熱交
換器の構造。 - 【請求項２】 前記補強部材は，前記隔壁の内外面から
前記セラミック製多孔質部材中へ放射方向に延びている
多数のフィンから構成されている請求項１に記載の熱交
換器の構造。 - 【請求項３】 前記補強部材は，炭化ケイ素繊維又は炭
素繊維から成る芯部と，炭化ケイ素から成る外側部とか
ら構成されている請求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項４】 排気ガスが流れる前記高温側通路を構成
する前記補強部材は，カーボン繊維の不織布で成形され
た芯部，前記芯部にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合した
スラリーを浸透させると共に，前記芯部の表面に前記ス
ラリーを被覆させ，これを１５００℃〜１７００℃程度
の温度でＮ2 ガス中で焼結し，前記芯部の前記カーボン
繊維を前記スラリーが転化した外側部のＳｉ3 Ｎ4 で被
覆された構造に形成されている請求項１に記載の熱交換
器の構造。 - 【請求項５】 排気ガスが流れる前記高温側通路を構成
する前記補強部材は，炭化ケイ素で被覆された炭素繊維
と窒化ケイ素とを含む複合材から構成されている請求項
１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項６】 前記セラミック製多孔質部材は，窒化ケ
イ素から成り，前記窒化ケイ素の表面には炭化ケイ素が
被覆されている請求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項７】 水及び蒸気が流れる前記低温側通路に配
置された前記セラミック製多孔質部材は，炭化ケイ素，
又は炭化ケイ素で被覆された窒化ケイ素で構成されてい
る請求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項８】 排気ガスが流れる前記高温側通路に配置
された前記セラミック製多孔質部材は，窒化ケイ素で構
成されている請求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項９】 排気ガスが流れる側の前記隔壁は，カー
ボン繊維の不織布で成形された隔壁芯部，前記隔壁芯部
にＳｉ粉末とカーボン粉末を混合したスラリーを浸透さ
せると共に，前記隔壁芯部の表面に前記スラリーを被覆
させ，これを１５００℃〜１７００℃程度の温度でＮ2
ガス中で焼結し，前記カーボン繊維を前記スラリーが転
化した窒化ケイ素で被覆された構造に形成されている請
求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項１０】 エンジンの排気ガスが排出される排気
通路に配置された熱交換装置に適用され，前記熱交換装
置は前記排気ガスの熱エネルギで水を蒸気に変換して加
熱することから成る請求項１に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項１１】 前記熱交換装置は，前記エンジンから
の排気ガスを排出する前記排気通路に設けられたターボ
チャージャの後流に設けられていることから成る請求項
１０に記載の熱交換器の構造。 - 【請求項１２】 前記熱交換装置で発生した高温の蒸気
によって蒸気タービンを駆動し，前記蒸気タービンに設
けた発電機によって発電するエネルギ回収装置に適用さ
れていることから成る請求項１０に記載の熱交換器の構
造。 - 【請求項１３】 前記熱交換装置における第１段熱交換
器の後流に設けられた第２段熱交換器に適用され，前記
第２段熱交換器は前記第１段熱交換器を通った前記排気
ガスで水を加熱して蒸気に変換させ，前記蒸気を前記第
１段熱交換器に送り込むことから成る請求項１０に記載
の熱交換器の構造。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17125797A JPH116602A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 熱交換器の構造 |
| EP98304682A EP0884550A3 (en) | 1997-06-13 | 1998-06-12 | Heat exchanger, heat exchange apparatus comprising the same, and heat exchange apparatus-carrying gas engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17125797A JPH116602A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 熱交換器の構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH116602A true JPH116602A (ja) | 1999-01-12 |
Family
ID=15919976
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17125797A Pending JPH116602A (ja) | 1997-06-13 | 1997-06-13 | 熱交換器の構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH116602A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1418397A3 (en) * | 2002-11-08 | 2005-09-14 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2010513766A (ja) * | 2007-05-03 | 2010-04-30 | エムエーエヌ・ディーゼル・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・エスイー・ティスクランド | Ｓｃｒ反応器を備える大型ターボ過給型ディーゼルエンジン |
| JP2012511120A (ja) * | 2008-12-08 | 2012-05-17 | ファイアースター エンジニアリング，エルエルシー | 多孔質媒体を用いる再生冷却型ジャケット |
| JP2013200111A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-10-03 | Hoshizaki Electric Co Ltd | 蒸気発生装置 |
| KR101375062B1 (ko) * | 2012-02-03 | 2014-03-14 | 삼성중공업 주식회사 | 폐열 회수 장치 및 이를 포함하는 선박 |
| WO2014085181A1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Heat exchangers using metallic foams on fins |
| US8858224B2 (en) | 2009-07-07 | 2014-10-14 | Firestar Engineering, Llc | Detonation wave arrestor |
| JP2015042934A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | 熱交換部材、およびセラミックス構造体 |
-
1997
- 1997-06-13 JP JP17125797A patent/JPH116602A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7059130B2 (en) | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| EP1418397A3 (en) * | 2002-11-08 | 2005-09-14 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2010513766A (ja) * | 2007-05-03 | 2010-04-30 | エムエーエヌ・ディーゼル・フィリアル・アフ・エムエーエヌ・ディーゼル・エスイー・ティスクランド | Ｓｃｒ反応器を備える大型ターボ過給型ディーゼルエンジン |
| JP2012511120A (ja) * | 2008-12-08 | 2012-05-17 | ファイアースター エンジニアリング，エルエルシー | 多孔質媒体を用いる再生冷却型ジャケット |
| US8858224B2 (en) | 2009-07-07 | 2014-10-14 | Firestar Engineering, Llc | Detonation wave arrestor |
| KR101375062B1 (ko) * | 2012-02-03 | 2014-03-14 | 삼성중공업 주식회사 | 폐열 회수 장치 및 이를 포함하는 선박 |
| JP2013200111A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-10-03 | Hoshizaki Electric Co Ltd | 蒸気発生装置 |
| WO2014085181A1 (en) * | 2012-11-28 | 2014-06-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Heat exchangers using metallic foams on fins |
| JP2015042934A (ja) * | 2013-07-23 | 2015-03-05 | 日本碍子株式会社 | 熱交換部材、およびセラミックス構造体 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6119457A (en) | Heat exchanger apparatus using porous material, and ceramic engine provided with supercharger driven by thermal energy recorded from exhaust gas by the same apparatus | |
| JPH10148120A (ja) | 給電用エンジンの熱回収装置 | |
| CN101415908B (zh) | 具有能量回收装置的大型涡轮增压柴油发动机 | |
| US6672063B1 (en) | Reciprocating hot air bottom cycle engine | |
| EP0878615A2 (en) | A gas engine with a gas fuel reforming device | |
| US20070101716A1 (en) | Energy recovery system in an engine | |
| JP2001132442A (ja) | エネルギ回収装置を備えたエンジン | |
| WO1995011375B1 (en) | Performance enhanced gas turbine powerplants | |
| JPH116602A (ja) | 熱交換器の構造 | |
| US4294074A (en) | Drive assembly, especially for motor vehicles | |
| JP2001132538A (ja) | エネルギ回収装置を備えたエンジン | |
| EP0884550A2 (en) | Heat exchanger, heat exchange apparatus comprising the same, and heat exchange apparatus-carrying gas engine | |
| US7059130B2 (en) | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system | |
| JP2001132555A (ja) | エンジンのｅｇｒ装置に設けた水分離装置 | |
| JP2003193865A (ja) | ガスタービン発電システム及びガスタービン動力システムおよびその起動方法 | |
| JP3580091B2 (ja) | ランキンサイクルにおけるコンデンサ | |
| EP2384395B1 (en) | Energy recovery system for an internal combustion engine | |
| JPH116601A (ja) | 熱交換装置及び該熱交換装置を組み込んだエネルギ回収装置を備えたガスエンジン | |
| JP3587630B2 (ja) | 発電設備および動力設備 | |
| JPH10299472A (ja) | 多孔質材料を用いた熱交換器及び該熱交換器によるエネルギ回収装置を備えたセラミックエンジン | |
| JPH0633707A (ja) | コジェネレーション型エンジン | |
| JPH10299574A (ja) | 排気熱回収エネルギでコンプレッサを駆動するセラミックエンジン | |
| JP2001183076A (ja) | 熱交換器の構造 | |
| RU2056584C1 (ru) | Паровой котел с агрегатом наддува и способ получения пара в котле с агрегатом наддува | |
| JP2001152846A (ja) | 燃料改質装置を備えたエンジン |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050114 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050222 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050421 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20050906 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |