JP2597232B2 - エンジンの排熱回収装置 - Google Patents

エンジンの排熱回収装置

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JP2597232B2 JP2316819A JP31681990A JP2597232B2 JP 2597232 B2 JP2597232 B2 JP 2597232B2 JP 2316819 A JP2316819 A JP 2316819A JP 31681990 A JP31681990 A JP 31681990A JP 2597232 B2 JP2597232 B2 JP 2597232B2
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    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、エンジン発電機やコージェネレーションシ
ステムにおけるエンジンの排熱回収装置に関する。
《前提となる基本構造》 エンジンにより発電機を回転させて発生する電力を利
用するエンジン発電機や、エンジン運転中に発生する熱
エネルギーを排熱回収用熱交換器により回収して、電力
と並行利用するコージェネレーションシステムにおいて
は、エンジンの排熱回収装置は、基本構造として第1図
に示すように次のような構成となっている。
すなわち、エンジン1のウォータジャケット1aには、
温水路3a、排熱回収用熱交換器4の授熱路4a、冷水路3b
を順に循環状に接続してエンジン冷却水路3を構成し、
そのエンジン冷却水路3に可変分流用三方弁6で上記授
熱路4aと放熱装置5の放熱路5aとを並列に接続し、エン
ジン冷却水を分流可能にしてある。
さらに、上記エンジン冷却水路3に、エンジン冷却水
の温度センサ7を設け、この温度センサ7にシステムコ
ントローラ10内の放熱制御装置8を介して上記三方弁6
を制御操作可能に連携し、又、上記三方弁6に、放熱操
作検出用のリミットスイッチ9を付設し、このリミット
スイッチ9に上記放熱制御装置8を介して上記放熱装置
5の冷却ファン5bを連携してある。
そして、放熱制御装置8には、エンジン冷却水路3の
エンジン冷却水温度について放熱用設定温度T1(例えば
約90℃)よりも低いファン運転開始用設定温度T2(例え
ば約70℃)を設け、エンジン冷却水温度がファン運転開
始用設定温度T2以上の場合に、リミットスイッチ9が放
熱制御装置8を介して冷却ファン5bを運転させるように
してある。
《従来の技術》 上述のような従来例の基本構造におけるシステムコン
トローラ内の放熱装置の冷却ファン運転制御は、エンジ
ン冷却水路のエンジン冷却水温度が放熱用設定温度より
も高くなった場合には、温度センサが放熱制御装置を介
して三方弁を放熱側へ操作してエンジン冷却水を放熱路
側へ操作するとともに、この操作状態をリミットスイッ
チが検出することに基づいて、放熱制御装置が冷却ファ
ンを運転させる。
これに対して、エンジン冷却水路のエンジン冷却水温
度が放熱用設定温度よりも低くなった場合には、温度セ
ンサが放熱制御装置を介して三方弁を放熱解除側へ操作
するとともに、この操作状態をリミットスイッチが検出
することに基づいて、前記冷却ファンを一定の遅延時間
(例えば約5分間)後に停止させる。
これにより、放熱装置の余熱で冷却ファンのファンモ
ータが劣化するのを防止する。
さらに、放熱状態でシステムを停止した後一定の遅延
時間後に冷却ファンが停止し、その後システムを再運転
しようとする場合、再運転時の初期に冷却ファンの運転
による動力カロスを発生させないために、三方弁のリミ
ットスイッチがオンのままとなっていても、先に、エン
ジン冷却水路の温度センサでエンジン冷却水温度がファ
ン運転開始用設定温度よりも高いことを検出してから、
冷却ファンを運転させるから、エンジン冷却水温度がフ
ァン運転開始用設定温度よりも低い時には、放熱制御装
置が冷却ファンを停止状態にして運転させない。
《発明が解決しようとする課題》 上述のような従来技術では次の問題がある。
エンジン冷却水温度と放熱用設定温度との差が小さい
場合、外乱等で少しでもエンジン冷却水温度が放熱用設
定温度よりも高くなった時には、放熱制御装置が三方弁
を放熱路側へ操作するからリミットスイッチがオンとな
って冷却ファンを運転してしまう。
そして冷却ファンは一旦運転されると、外乱等が治ま
ってエンジン冷却水温度が放熱用設定温度よりも低くな
っても、一定の遅延時間(例えば約5分間)後でないと
停止しない。この間エンジン冷却水は放熱路側で冷却さ
れその熱エネルギーは無駄に消費される。
このため定格負荷付近での運転時の排熱回収効率が悪
くなってしまう。
本発明は、このような従来技術における問題点を解消
することを課題とする。
《課題を解決するための手段》 本発明は上記課題を達成するために、 放熱制御装置に、エンジン冷却水路のエンジン冷却水
温度が放熱用設定温度よりも低く、かつ、放熱制御装置
の三方弁制御出力が放熱解除側に制御されている場合に
は、冷却ファンを別の遅延時間(例えば約20秒間)後に
運転させることとしたものである。
ここで、実施例の三方弁制御出力について補足説明を
して置くと、三方弁はエンジン冷却水温度の入力によっ
てPID制御され、流れる電流が約20mAの時には排熱回収
用熱交換器の授熱路側に100%制御され、約4mAの時には
放熱装置の放熱路側に100%制御される。
そして、電流値が約18〜19mAの時は、リミッチスイッ
チはオンとなっているが、弁位置は殆ど放熱解除(排熱
回収用熱交換器の授熱路)側である。
《作用》 本発明は次のように作用する。
放熱制御装置は三方弁制御出力が一定値以下かどう
か、即ち、弁位置が殆ど放熱解除(排熱回収用熱交換器
の授熱路)側かどうかを判断して、一定値以上、即ち、
弁位置が殆ど放熱解除(排熱回収用熱交換器の授熱路)
側の場合には冷却ファンの運転開始に遅延時間を持たせ
る。
即ち、第3図の動作フローチャートに示すように、ま
ず動作S1でリミットスイッチがオンかどうかを判断し、
つぎに動作S2で放熱用設定温度T1がエンジン冷却水温度
よりも高いかどうかを判断し、高くなければ即冷却ファ
ンを運転する。
さらに動作S3で三方弁制御出力が一定値(実施例では
17mA)以下かどうか、即ち、弁位置が殆ど放熱解除(排
熱回収用熱交換器の授熱路)側かどうかを判断する。
ここで、三方弁制御出力が一定値以上、即ち、弁位置
が殆ど放熱解除(排熱回収用熱交換器の授熱路)側の場
合には冷却ファンを遅延時間D2(例えば約20秒間)後に
運転する。
もし、三方弁制御出力が一定値以下、即ち、弁位置が
相当放熱装置の放熱路側に向いている場合には、即冷却
ファンを運転する。
《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。
エンジン冷却水温度と放熱用設定温度との差が小さい
場合、外乱等で少しでもエンジン冷却水温度が放熱用設
定温度よりも高くなった時でも、三方弁制御出力が一定
値以下かどうか、即ち、弁位置が殆ど放熱解除側かどう
かを判断させ、一定値以上、即ち、弁位置が殆ど放熱解
除側の場合には、冷却ファンの運転開始に遅延時間を持
たせたので、少しの外乱で冷却ファンを運転してしまう
ような事はなくなる。
そのためエンジン冷却水の熱エネルギーは無駄に消費
されず、定格負荷付近での運転時の排熱回収効率が悪く
ならない。
《実施例》 以下、本発明の実施例を図面で説明する。
第1図に示すエンジンの排熱回収装置の要部構成図に
おいて、発電機2を連結したエンジン1は燃料ガス入口
11から燃料ガスを供給して運転され、マフラー12を介し
て排気ガスを排出する。そして、発電機2で発生した電
力は配電盤13から各負荷へ供給される。
又、エンジン1にはそ回転軸にファン1bが設けられて
いてエンジン外周を空冷する。
エンジン1のウォータジャケット1aには、温水路3a、
排熱回収用熱交換器4の授熱路4a、冷水路3bを順に循環
状に接続してエンジン冷却水路3を構成し、そのエンジ
ン冷却水路3に可変分流用三方弁6で授熱路4aと放熱装
置5の放熱路5aとを並列に接続し、エンジン冷却水ポン
プ1cで圧送されるエンジン冷却水を分流可能にしてあ
る。
排熱回収用熱交換器4には温水入口14と温水出口15と
があり、授熱路4aを通るエンジン冷却水の温熱を吸収し
て利用するようになっている。
又、排気ガスの熱を回収するために、排ガス熱交換器
4bがエンジン1の排気部に直接付設されている。
エンジン冷却水は、始動時などで冷却水温度が一定値
以下の時にエンジン冷却水路3に設置されたサーモスタ
ット3cで、バイパス路3dをバイパスし、冷却水温度が一
定値以上になった時バイパスを止めて通常水路を流れ
る。
さらに、エンジン冷却水路3には、エンジン冷却水の
温度センサ7を設け、この温度センサ7にシステムコン
トローラ10内の放熱制御装置8を介して三方弁6を制御
操作可能に連携し、又、三方弁6に放熱操作検出用のリ
ミットスイッチ9を付設し、このリミットスイッチ9に
放熱制御装置8を介して放熱装置5の冷却ファン5bを連
携してある。
そして、放熱制御装置8には、エンジン冷却水路3の
エンジン冷却水温度について放熱用設定温度T1(例えば
約90℃)よりも低いファン運転開始用設定温度T2(例え
ば約70℃)を設け、エンジン冷却水温度がファン運転開
始用設定温度T2以上の場合に、リミットスイッチ9が放
熱制御装置8を介して冷却ファン5bを運転させるように
してある。
さらに、放熱制御装置8には、エンジン冷却水温度が
放熱用設定温度T1よりも低く、かつ、放熱制御装置8の
三方弁制御出力が殆ど放熱解除(排熱回収用熱交換器4
の授熱路4a)側に制御されている場合には、冷却ファン
5bを遅延時間D2(例えば約20秒間)後に運転させるよう
にしてある。
システムコントローラ10は図示しない中央演算処理装
置と各種操作スイッチ及び継電器などを備えていて、シ
ステム内の各部からの温度、圧力、電圧又は回転数など
の入力信号や、各部への運転、停止、又は警報などの指
令信号を送受して継電器や操作スイッチを作動させる事
により、システムの運転を制御している。
このシステムコントローラ10の制御動作のうち、放熱
制御装置8による冷却ファン5bの運転制御は次のように
作動する。
第2図に示す動作ブロック線図及び第3図に示す動作
フローチャートにおいて、エンジン冷却水路3のエンジ
ン冷却水温度が放熱用設定温度T1よりも高くなった場合
(即ち、ファン運転開始用設定温度T2以上の場合)に
は、温度センサ7が放熱制御装置8を介して三方弁6を
放熱側へ操作してエンジン冷却水を放熱路5a側へ操作す
るとともに、この操作状態をリミットスイッチ9が検出
することに基づいて、放熱制御装置8が冷却ファン5bを
運転させる。
これに対して、エンジン冷却水路3のエンジン冷却水
温度が放熱用設定温度T1よりも低くなった場合には、温
度センサ7が放熱制御装置8を介して三方弁6を放熱解
除側へ操作するとともに、この操作状態をリミットスイ
ッチ9が検出することに基づいて、冷却ファン5bを一定
の遅延時間D1(例えば約5分間)後に停止させる。
これにより、放熱装置5の余熱で冷却ファン5bのファ
ンモータ5cが劣化するのを防止する。
さらに、放熱状態でシステムを停止した後一定の遅延
時間D1後に冷却ファン5bが停止し、その後システムを再
運転しようとする場合、三方弁6のリミットスイッチ9
がオンのままとなっていても、先に、エンジン冷却水路
3の温度センサ7でエンジン冷却水温度がファン運転開
始用設定温度T2よりも高いことを検出してから、冷却フ
ァン5bを運転させるから、エンジン冷却水温度がファン
運転開始用設定温度T2よりも低い時には、放熱制御装置
8が冷却ファン5bを停止状態にして運転させない。
このため、再運転時の初期に冷却ファンの運転による
動力クロスが発生しない。
一方、放熱制御装置8は三方弁制御出力が一定値以下
かどうか、即ち、弁位置が殆ど放熱解除(排熱回収用熱
交換器4の授熱路4a)側かどうかを判断して、一定値以
上、即ち、弁位置が殆ど放熱解除(排熱回収用熱交換器
4の授熱路4a)側の場合には冷却ファン5bの運転開始に
遅延時間D2(例えば約20秒間)を持たせているため、エ
ンジン冷却水温度と放熱用設定温度T1との差が小さい場
合、外乱等で少しでもエンジン冷却水温度が放熱用設定
温度T1よりも高くなった時でも、少しの外乱で冷却ファ
ン5bを運転してしまうような事はなくなる。
そのためエンジン冷却水の熱エネルギーは無駄に消費
されず、定格負荷付近での運転時の排熱回収効率が悪く
ならない。
【図面の簡単な説明】
第1図から第3図は本発明の実施例を示し、第1図はエ
ンジンの排熱回収装置の要部構成図、第2図は動作ブロ
ック線図、第3図は動作フローチャートである。 第4図は従来例の動作フローチャートである。 1……エンジン、1a……ウォータジャケット、3……エ
ンジン冷却水路、3a……温水路、3b……冷水路、4……
排熱回収用熱交換器、4a……授熱路、5……放熱装置、
5a……放熱路、5b……冷却ファン、6……可変分流用三
方弁、7……温度センサ、8……放熱制御装置、9……
リミットスイッチ、 D1・D2……遅延時間、T1……放熱用設定温度。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンジン(1)のウォータジャケット(1
    a)に、温水路(3a)・排熱回収用熱交換器(4)の授
    熱路(4a)・冷水路(3b)を順に循環状に接続し、上記
    授熱路(4a)に放熱装置(5)の放熱路(5a)を並列に
    接続し、 上記ウォータジャケット(1a)と温水路(3a)と冷水路
    (3b)とからなるエンジン冷却水路(3)に対して、上
    記授熱路(4a)と放熱路(5a)とを、可変分流用三方弁
    (6)でエンジン冷却水を分流可能に構成し、 上記エンジン冷却水路(3)に、エンジン冷却水の温度
    センサ(7)を設け、この温度センサ(7)に放熱制御
    装置(8)を介して上記三方弁(6)を制御操作可能に
    連携し、 上記三方弁(6)に、放熱操作検出用のリミットスイッ
    チ(9)を付設し、このリミットスイッチ(9)に上記
    放熱制御装置(8)を介して冷却ファン(5b)を連携
    し、 前記エンジン冷却水路(3)のエンジン冷却水温度が放
    熱用設定温度(T1)よりも高くなった場合には、前記温
    度センサ(7)が前記放熱制御装置(8)を介して前記
    三方弁(6)を放熱側へ操作するとともに、この操作状
    態を前記リミットスイッチ(9)が検出することに基づ
    いて、上記放熱制御装置(8)が前記冷却ファン(5b)
    を運転させ、 これに対して、前記エンジン冷却水路(3)のエンジン
    冷却水温度が前記放熱用設定温度(T1)よりも低くなっ
    た場合には、前記温度センサ(7)が前記放熱制御装置
    (8)を介して前記三方弁(6)を放熱解除側へ操作す
    るとともに、この操作状態を前記リミットスイッチ
    (9)が検出することに基づいて、前記冷却ファン(5
    b)を遅延時間(D1)後に停止させる、エンジンの排熱
    回収装置において、 前記エンジン冷却水路(3)のエンジン冷却水温度が前
    記放熱用設定温度(T1)よりも低く、かつ、前記放熱制
    御装置(8)の三方弁制御出力が放熱解除側に制御され
    ている場合には、前記冷却ファン(5b)を別の遅延時間
    (D2)後に運転させる、 ことを特徴とするエンジンの排熱回収装置。
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