JP3773234B2 - Exhaust heat system of internal combustion engine and control method thereof - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排熱系統に関するものであり、特に、熱利用設備等の負荷を介装した回路と熱的に接続されている排熱系統と、その制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７において、従来技術における内燃機関（例えばガスエンジン１２）の排熱系統の１例が示されている。この排熱系統は、エンジン側回路１４と熱利用負荷側回路１６とに大別され、該回路１４、１６は、ジャケット熱交換器１８で熱的に接続されている。
【０００３】
熱利用負荷側回路１６には、熱利用負荷である設備２０、２２が設けられ、三方弁２８、３０が介装されている。また、熱利用負荷側回路１６には、分岐回路３２、三方弁３４が設けられている。そして分岐回路３２は、放熱用熱交換器３６を介して、放熱用冷却塔３８と熱的に接続されている。ここで三方弁３４は、回路１６の温排水を冷却して排熱を廃棄するために、回路１６を流れる温排水を選択的に放熱用冷却塔３８側へ供給している。そして三方弁３４は、熱利用負荷側回路１６の三方弁３４よりも下流側の箇所に介装された温度センサ４０の検出結果（信号伝達ライン３９を介して伝達される）に基いて、回路１６を流れる温排水を分岐回路３２（冷却塔３８側）へ供給している。
【０００４】
一方、エンジン側回路１４には、冷却水循環用のポンプ５２と、三方弁５４とが介装されている。この三方弁５４は、回路１４内を流れる冷却水を、ジャケット熱交換器１８に対して、選択的に供給する様に作用する。
【０００５】
回路１６に介装された熱利用設備２０、２２の双方或いはいずれか一方の運転が停止すると、回路１６内を流れる温排水が当該設備で消費されていた熱量を保有することとなり、その温度（温排水温度）が上昇する。この温度上昇に対して、図６で示す従来技術においては、温度センサ４０により回路１６内の温排水温度の上昇を検知し、三方弁３４の開度を制御して、分岐回路３２内を流れ、放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量を増加して、回路１６内の温排水温度を低下させている。
【０００６】
しかし、図７の従来技術では、三方弁３４の開度制御及び放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量の制御によって回路１６の温排水温度が低下する以前に、回路１６内の温排水温度が上昇してしまう恐れがある。そして、回路１６の温排水温度が上昇すれば、ジャケット熱交換器１８を介して熱的に接続されているエンジン側回路１４内の冷却水温度も上昇してしまい、ガスエンジン１２の停止（トリップ）という事態に至る、という問題が存在する。
【０００７】
これに対して、図８で示す従来技術では、温度センサ４０を熱利用設備２２の直ぐ下流に位置させて、熱利用負荷の急激な変動に対する追随性を向上している。また図８の従来技術では、図６で示す様な冷却塔３８により冷却される温排水流量の制御に加えて、熱利用設備２０、２２の箇所に設けられた三方弁２８、３０の開閉が熱利用負荷の急激な変動に直結することに基いて、冷却塔３８で冷却される温排水流量を制御する三方弁３４において、熱利用設備の三方弁２８、３０の開閉信号（信号伝達ライン８、９により伝達）と温度センサ４０の検出信号（信号伝達ライン３９により伝達）を優先制御させて（フィードフォワード制御）、温排水温度が昇温する以前に、冷却塔３８による放熱を開始している。
【０００８】
しかし、図８の従来技術では、回路１６における熱利用設備２０、２２から三方弁３４までの管長が十分に長くないと、上述したフィードフォワード制御が十分に機能しないという問題を有している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、熱利用負荷が変動しても内燃機関が停止（トリップ）することが無く、しかも、熱利用負荷を介装した回路の管長を長くする必要が無い内燃機関の排熱系統及びその制御方法の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、内燃機関の冷却水が循環する第１の回路と、熱利用負荷が介装されている第２の回路とを有する内燃機関の排熱系統において、前記第２の回路には、第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温度センサと、冷却或いは放熱手段と、前記温度センサの検出結果に応答して前記冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量を制御する三方弁と、クッションタンク、とが介装されており、前記クッションタンクは、前記第２の回路から分岐した分岐回路に介装されており、第２の回路中の前記分岐回路をバイパスする領域には第１の開閉弁が介装されており、前記分岐回路には第２の開閉弁が介装されており、前記第１および第２の開閉弁は前記温度センサの検出結果に応答して開閉制御される様に構成されている。
【００１１】
かかる構成を具備する本発明によれば、前記第２の回路にクッションタンクが設けられているので、第２の回路の管長がさほど長くなくても、熱利用負荷が急激に減少してから、前記クッションタンクを含む第２の回路を流れる温排水温度が上昇するまでには、比較的長い時間が必要となる。クッションタンク内に貯留される温排水量が多いため、その温度を上昇させるためには相当の熱量が必要となるからである。そして、前記「比較的長い時間」が経過する以前には、冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量が増加することにより、前記第２の回路を流れる温排水温度は、内燃機関が停止（トリップ）しない程度に降温する。従って、前記第１の回路内を流れる冷却水温度の上昇と、それに伴う内燃機関の停止が防止されるのである。
【００１３】
ここで、前記クッションタンクには、該タンク内の温排水温度を降温する冷却手段が設けられているのが好ましい。この様に構成すれば、第２の回路を流れる温排水温度の温度上昇が急激であり、冷却或いは放熱手段による冷却が間に合わない場合であっても、上述したクッションタンクに設けた放熱手段により、クッョンタンクに流入した温排水は冷却され、降温するので、十分に対処出来る。
【００１４】
或いは、前記クッションタンク内の温排水と熱交換を行う熱交換器を設け、該熱交換器と連通する回路は前記冷却或いは放熱手段と連通しており、前記冷却或いは排熱手段により前記クッションタンク内の温排水温度を降温する様に構成しても良い。
【００１５】
内燃機関の冷却水が循環する第１の回路と、熱利用負荷が介装されている第２の回路とを有する内燃機関の排熱系統において、前記第１の回路にはクッションタンクが介装されており、前記クッションタンクは、前記第１の回路から分岐した分岐回路に介装されており、第１の回路中の前記分岐回路をバイパスする領域には第１の開閉弁が介装されており、前記分岐回路には第２の開閉弁が介装されており、前記第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温度センサの検出結果に応答して、前記第１および第２の開閉弁が開閉制御される様に構成されている。
【００１６】
かかる構成を具備する本発明によれば、前記第１の回路にはクッションタンクが介装されており、クッションタンクの容積は比較的大きい。そのため、第１の回路の管長を長くする事無くして、第１の回路を流れる冷却水量が多くなり、冷却水温度が許容値以上まで昇温するのには、従来技術の場合に比較して遥かに長い時間が必要となる。そして、当該「遥かに長い時間」は、前記冷却或いは排熱手段により前記第２の回路内の温排水温度が降温され、第１の回路を流れる冷却水温度が降温されるのに十分な時間である。従って、内燃機関がトリップする事態は、完全に防止される。
【００１８】
さらに本発明の実施に際しては、前記クッションタンクには攪拌手段が設けられているのが好ましい。
【００１９】
或いは、前記クッションタンクには邪魔板が設けられているのが好ましい。
【００２０】
これに加えて、前記クッションタンク内には、前記第２の回路を流れる温排水の許容上限温度近傍の融点を有する潜熱蓄熱材が充填され、温排水が保有する過剰の熱量が潜熱に変換されて前記クッションタンク内に蓄熱される様に構成されているのが好ましい。
【００２１】
さらに本発明によれば、前記の内燃機関の排熱系統を制御する制御方法において、温度センサにより前記第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温排水温度検出工程と、温排水温度検出工程で検出された温度が設定温度以上である場合に熱利用負荷が急激に変化したと判断する判断工程と、熱利用負荷が急激に変化したと判断した場合に、前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記第２の開閉弁を開放して第２の回路内の温排水をクッションタンクに流入せしめ、且つ、冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量を制御する前記三方弁を制御して冷却或いは放熱手段により冷却される温排水流量を増加する工程、とを含んでいる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図１−図６を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、図中、同様な部材には同様な符号を付してある。
【００２３】
図１において、全体を符号１０で示すものは、ガスエンジン１２（内燃機関）の排熱系統である。この排熱系統は、エンジン側回路１４（内燃機関の冷却水が循環する第１の回路）と熱利用負荷側回路１６（熱利用負荷が介装されている第２の回路）とに大別され、該回路１４、１６は、ジャケット熱交換器１８で熱的に接続されている。
【００２４】
熱利用負荷側回路１６には、熱利用負荷である設備２０、２２が、それぞれ分岐回路２４、２６を介して設けられている。熱利用設備２０、２２が設けられている箇所には三方弁２８、３０が介装されており、回路１６を流過する排熱を選択的に熱利用設備２０、２２へ供給する様になっている。
【００２５】
また、熱利用負荷側回路１６には、分岐回路３２、三方弁３４（温度センサの検出結果に応答して前記冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量を制御する三方弁）が設けられている。そして分岐回路３２は、放熱用熱交換器３６を介して、放熱用冷却塔３８（冷却或いは放熱手段）と熱的に接続されている。ここで三方弁３４は、回路１６の温排水を冷却して排熱を廃棄するために、回路１６を流れる温排水を選択的に放熱用冷却塔３８側へ供給している。そして三方弁３４は、熱利用負荷側回路１６の三方弁３４よりも下流側の箇所に介装された温度センサ４０（第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温度センサ）の検出結果（信号伝達ライン３９を介して伝達される）に基いて、回路１６を流れる温排水を分岐回路３２（冷却塔３８側）へ供給している。
【００２６】
図１において、符号４２は温排水循環用のポンプを示しており、符号４４は、ガスエンジン１２の排気管１３内を流れる排ガスと、回路１６内を流れる温排水とで熱交換を行うための排ガス熱交換器を示している。また、熱利用負荷側回路１６の矢印４５で示す箇所には、膨張タンクを設けることが出来る。
【００２７】
熱利用負荷側回路１６には、さらに、クッションタンク４６が介装されている。後述するように、クッションタンク４６は、回路１６を流れる温排水温度の瞬間的な上昇を抑制する機能を有している。そしてクッションタンク４６内には、内部に貯留された温排水を攪拌するための攪拌手段４８と、タンク４６内の温排水温度の変化を遅くするための邪魔板５０…とが設けられている。但し、攪拌手段４８、邪魔板５０…とはいずれか一方のみを設けるだけでも良く、或いは、双方とも省略する事も可能である。
【００２８】
図１では示されていないが、クッションタンク４６内に、温排水温度の許容上限値近傍の融点を有する潜熱蓄熱材を充填することも可能である。例えば、ガスエンジンコージェネレーションにおける１例の様に、温排水温度の許容上限値が８５℃−９０℃であれば、それと同程度の融点を持つ潜熱蓄熱材として、パラフィンをタンク４６内に充填することが出来る。温排水が保有する過剰の熱量を、潜熱に変換してタンク４６内に蓄熱することにより、エンジントリップを防止するためである。
【００２９】
一方、エンジン側回路１４には、冷却水循環用のポンプ５２と、三方弁５４とが介装されている。この三方弁５４は、回路１４内を流れる冷却水を、ジャケット熱交換器１８に対して、選択的に供給する様に作用する。
【００３０】
次に、図１の実施形態の作用について説明する。
【００３１】
熱利用設備２０、２２の双方或いはいずれか一方の運転が停止すると、当該設備で消費されていた熱が熱利用負荷側回路１６内に止まるので、回路１６内を流れる温排水の温度が上昇する。温度センサ４０により回路１６内の温排水温度の上昇を検知したならば、三方弁３４の開度を制御して、分岐回路３２内を流れる温排水流量（換言すれば、放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量）を増加して、回路１６内の温排水温度を低下させる。
【００３２】
ここで、上述した従来技術においては、回路１６の管長が充分に長くないと、三方弁３４の開度制御（放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量の制御）により温排水温度が低下する以前に回路１６内の温排水温度が上昇して、ジャケット熱交換器１８を介して熱的に接続されているエンジン側回路１４内の冷却水温度も上昇してしまい、ガスエンジン１２の停止（トリップ）という事態に至ってしまう恐れがある。
【００３３】
これに対して図１の実施形態によれば、クッションタンク４６が設けられているので、回路１６の管長がさほど長くなくても、熱利用設備２０、２２が停止してから、回路１６におけるクッションタンク４６の下流側の温排水温度が上昇するまでには、比較的長い時間が必要となる。クッションタンク４６内に貯留される温排水量が多いため、その温度を上昇させるためには相当の熱量が必要となるからである。
【００３４】
そして、前記「比較的長い時間」が経過する以前には、上述した「三方弁３４の開度制御」或いは「放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量の制御」によって、温排水温度は、ガスエンジン１２がトリップしない程度に降下する。従って、エンジン側回路１４内を流れる冷却水温度の上昇と、それに伴うエンジンの停止が防止されるのである。
【００３５】
次に、図２、図３を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、図１において示されている温水ポンプ４２Ａと、膨張タンク介装地点（矢印Ａで示す）は、図２以下では図示を省略している。
【００３６】
図２において、熱利用負荷側回路１６の三方弁３４よりも下流側の領域には、分岐点５６から分岐して合流点５８で合流する分岐回路６０が設けられている。この分岐回路６０にはクッションタンク４６が介装されており、クッションタンク４６内に貯留される温排水は冷却手段６４により冷却される様に構成されている。或いは、内部にパラフィン等の潜熱蓄熱材を充填しても良い。なお、図２では示されていないが、このクッションタンク４６内にも、攪拌手段や邪魔板等を設けることが可能である。
【００３７】
熱利用負荷側回路１６の分岐点５６と合流点５８との間の領域（分岐回路６０をバイパスする領域）には、開閉弁６６（第１の開閉弁）が介装されている。一方、分岐回路６０には、開閉弁６８（第２の開閉弁）が介装されている。そして、これ等の開閉弁６６、６８には、信号伝達ライン７０、７２を介して、それぞれ温度センサ４０の検出信号が送出されている。
【００３８】
図３をも参照して、この第２実施形態の作用を説明する。図３で示す制御に際しては、当初、開閉弁６６が開放されており、開閉弁６８が閉鎖されているものとする。
【００３９】
三方弁３４の下流側に設けた温度センサ４０により、回路１６内を流れる温排水の温度を検出する（図３：ステップＳ１）。そして、検出された温排水温度が設定温度以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで設定温度は、熱利用設備が運転している場合において、熱利用負荷側回路１６内を流れる温排水の温度に対応して決定される。
【００４０】
温度センサ４０により計測された温排水温度が設定温度よりも低ければ（ステップＳ２がＮｏ）、熱利用設備２０、２２は通常通り運転されており、熱利用負荷の急激な変動は発生しなかったものと判断する（ステップＳ３）。その場合には、回路１６内の温排水と、回路１４内の冷却水の温度は上昇せず、ガスエンジン１２がスリップしてしまう事は無い。従って、回路１６内の温度を降下させる必要も無いので、三方弁３４の開度は維持され、開閉弁６６は閉鎖状態、開閉弁６８は開放状態（現状のまま）で維持される（ステップＳ４）。
【００４１】
一方、温排水温度が設定温度よりも高ければ（ステップＳ２がＹｅｓ）、熱利用設備２０、２２の運転が停止される等の理由により、熱利用負荷が急激に変動したものと判断する（ステップＳ５）。
【００４２】
その状態で放置すれば、回路１４側の冷却水温度も上昇してガスエンジン１２がスリップしてしまうので、三方弁３４の開度を増加して放熱用冷却塔３８により冷却される温排水流量を増加すると共に、開閉弁６６を閉鎖し、開閉弁６６を閉鎖する（ステップＳ６）。これにより、回路１６を流れる温排水を、分岐回路６０を介してクッションタンク４６に流入する様にせしめる。
【００４３】
クッションタンク４６は容積が比較的大きいので、熱利用負荷側回路１６の管長がさほど長くなくても、熱利用設備２０、２２が停止して温排水が保有する事となった熱量によりクッションタンク４６内の温排水温度が上昇するまでには、相当に長い時間が必要となる。そして、該「比較的長い時間」が経過する以前には、三方弁３４の開度制御及び冷却塔３８における放熱により、回路１６内を流れる温排水温度は、ガスエンジン１２がトリップしない程度に降下する。従って、エンジン側回路１４内を流れる冷却水温度の上昇と、それに伴うエンジンの停止が防止されるのである。
【００４４】
ここで、回路１６を流れる温排水温度の温度上昇が急激であり、冷却塔３８による冷却が間に合わない場合も想定される。しかし、図２の実施形態によれば、クッョンタンク４６に流入した温排水は冷却手段６４により冷却されて温度が降下するので、その様な場合においても十分に対処出来るのである。
【００４５】
ステップＳ４或いはステップＳ６の後、ステップＳ７において運転を続行するか否かを判断し、運転を続行するのであれば（ステップＳ７がＮｏ）、ステップＳ１に戻る。
【００４６】
図２、図３の実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１の実施形態と同様である。
【００４７】
図２において、クッションタンク４６内に貯留された温排水を冷却する冷却手段６４は、放熱用冷却塔３８とは別体に設けられている。しかし、放熱用冷却塔３８により、クッションタンク４６内に貯留された温排水の保有する熱量を放出（或いは廃棄）する事も可能である。図４は、放熱用冷却塔３８によりクッションタンク４６内の温排水が保有する熱量を廃棄する実施形態（第３実施形態）を示している。
【００４８】
図４において、クッションタンク４６には、上述したのと同様な熱利用負荷側回路１６の分岐回路６０のみならず、放熱用冷却塔３８を介して放熱を行うための回路８０が接続されている。この回路８０は、クッションタンク４６内に設けられた熱交換器８２（クッションタンク内の温排水と熱交換を行う熱交換器）を備えた回路８４と、冷却塔３８側に接続されている回路８６とに大別される。そして回路８０は、クッションタンク４６内の温排水温度を計測する温度センサ９２の検出結果により開閉作動する三方弁９４を介装しており、センサ９２の検出結果は、信号伝達ライン９６を介して三方弁９４へ送出される。
【００４９】
ここで、クッションタンク４６の内部にパラフィン等の潜熱蓄熱材を充填しても良い。また、図４では示されていないが、このクッションタンク４６内にも、攪拌手段や邪魔板等を設けることが可能である。なお、図４において符号８５は、回路８６をバイパスするバイパス回路を示している。
【００５０】
（温度センサ９２で計測される）クッションタンク４６内の温排水の温度がさほど上昇していない場合には、クッションタンク４６内の温排水の保有する熱量を放出しなくても、クッションタンク４６内の温排水温度が上昇する以前に、回路１６内を流れる温排水は分岐回路３２及び熱交換器３６を介して冷却塔３８で冷却される。従って、三方弁９４により、回路８０を流れる熱媒体が回路８６をバイパスする。
【００５１】
一方、クッションタンク４６内の温排水の温度が上昇して、分岐回路３２及び熱交換器３６を介して冷却塔３８により、回路１６内を流れる温排水を冷却するのが間に合わない場合には、クッションタンク４６内の温排水の保有する熱量を放出しなければならない。その場合には、三方弁９４により、クッションタンク４６内の熱交換器８２と連通する回路８４を、冷却塔３８の回路９０に連通する回路８６に接続する。その結果、クッションタンク４６内の温排水が保有する熱量が、熱交換器８２、回路８４、回路８６（回路９０）を介して、冷却塔３８で放熱されるのである。すなわち、冷却或いは排熱手段である冷却塔３８により、クッションタンク４６内の温排水温度を降温する様に構成されている。
【００５２】
図４の実施形態における上述した以外の構成及び作用効果については、図２、図３の実施形態と同様である。
【００５３】
図１−図４の実施形態においては、熱利用負荷側回路１６にクッションタンク４６が介装されている。しかし、同様なクッションタンクをエンジン側回路１４に介装する事も可能である。図５で示す第４実施形態は、エンジン側回路１４にクッションタンク（図５では符号１４６で示す部材）を介装した実施形態である。
【００５４】
図５において、エンジン側回路１４には三方弁５４が介装されており、三方弁５４により、ジャケット熱交換器１８をバイパスする回路９２と、ジャケット熱交換器１８に連通する回路９４とに、選択的に切り換えられるように構成されている。
【００５５】
熱利用負荷側回路１６の熱利用負荷２０、２２（図１、図２参照）が減少し、回路１６内を流れる温排水の温度が上昇すると、ジャケット熱交換器１８を介して、エンジン側回路１４内を流れるガスエンジン１２の冷却水の水温も上昇する。その様な場合には、上述した通り熱利用負荷側回路１６に介装された冷却塔３８（図１、図２）により、回路１６内の温排水温度が降温され、回路１４内の冷却水温度も降温される。しかし、従来技術においては、冷却水水温が降下する以前に冷却水の水温が許容値以上に昇温してしまう恐れがあり、その様な場合にはガスエンジン１２が運転停止（トリップ）となる。
【００５６】
しかし、図５の実施形態においては、回路１４にはクッションタンク１４６が介装されており、クッションタンク１４６の容積は比較的大きい。そのため、エンジン側回路１４を構成する管路を長くする事無くして、クッションタンク１４６を含む回路１４を流れる冷却水量も多くなり、冷却水温度が許容値以上まで昇温するのには、従来技術の場合に比較して遥かに長い時間が必要となる。そして、当該「遥かに長い時間」は、冷却塔３８により（図１、図２）により熱利用負荷側回路１６内の温排水温度が降温され、ジャケット熱交換器１８を介してエンジン側回路１４内の冷却水温度も降温されるのに十分な時間である。従って、従来技術の様にガスエンジン１２がトリップする事態は、完全に防止されるのである。
【００５７】
図５の第４実施形態における他の構成及び作用効果については、図１−図４で示す実施形態と同様である。
【００５８】
図６で示す第５実施形態は、エンジン側回路１４にクッションタンク１４６を設けた場合における他の実施形態である。図６において、エンジン側回路１４の三方弁５４よりもエンジン１２側の領域には、分岐点１５６から分岐して合流点１５８で合流する分岐回路１６０が設けられ、この回路１６０にはクッションタンク１４６が介装されている。図示されてはいないが、クッションタンク１４６には冷却手段が設けられており、タンク１４６内に貯留される温排水が冷却される様に構成されている。或いは、内部にパラフィン等の潜熱蓄熱材を充填しても良い。なお、このタンク１４６においても、攪拌手段や邪魔板等を設けることが可能である。
【００５９】
エンジン側回路１４の分岐点１５６と合流点１５８との間の領域（分岐回路１６０をバイパスする領域）には、開閉弁１６６（第１の開閉弁）が介装されている。一方、分岐回路１６０には、開閉弁１６８（第２の開閉弁）が介装されている。そして、これ等の開閉弁１６６、１６８には、信号伝達ライン１７０、１７２を介して、それぞれ温度センサ４０（図１、図２参照）の検出信号が送出されている。
【００６０】
回路１６に設けた熱利用設備２０、２２（図１、図２）の運転が停止される等の理由により熱利用負荷が急激に変動し、温度センサ４０（図１、図２）により、回路１６内を流れる温排水の温度が設定温度以上であることが検出された場合には、三方弁３４（図１、図２）の開度を増加して放熱用冷却塔３８（図１、図２）により冷却される温排水流量を増加すると共に、開閉弁１６６を閉鎖し、開閉弁１６６を閉鎖する（ステップＳ６）。これにより、回路１４を流れる冷却水は、分岐回路１６０を介してクッションタンク１４６に流入する。
【００６１】
そして、図５の実施形態の場合と同様に、クッションタンク１４６は容積が比較的大きいので、回路１４の管長がさほど長くなくても、クッションタンク１４６及び回路１４内の冷却水温度が上昇するまでには、相当に長い時間が必要となる。そして、該「比較的長い時間」が経過する以前には、冷却塔３８（図１、図２）における放熱により、回路１６内を流れる温排水温度及び回路１４内の冷却水の水温は、ガスエンジン１２がトリップしない程度に降下する。従って、エンジン側回路１４内を流れる冷却水温度の上昇と、それに伴うエンジンの停止が防止される。
【００６２】
回路１６を流れる温排水温度の温度上昇が急激であり、冷却塔３８（図１、図２）による冷却が間に合わない場合においても、クッョンタンク１４６に流入した冷却水は図示しない冷却手段により冷却されて温度が降下するので、十分に対処出来る。
【００６３】
図６の実施形態における他の構成及び作用効果は、図１−図５の各実施形態と同様である。
【００６４】
なお、図１−図６で示す実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨のみで記載されたものではないことを付記する。換言すれば、図示の実施形態については、各種設計や仕様の変更が可能である。
【００６５】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 熱利用設備の運転停止等により、熱利用負荷が急激に変動しても、内燃機関が停止（トリップ）してしまうことが防止される。
（２） 熱利用負荷側回路、エンジン側回路の管長を、長くする必要が無い。
（３） 既存の部材に対する大々的な改造の必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック図。
【図２】本発明の第２実施形態を示すブロック図。
【図３】第２実施形態の制御フローチャートを示す図。
【図４】本発明の第３実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の第４実施形態を示すブロック図。
【図６】本発明の第５実施形態を示すブロック図。
【図７】従来技術の１例を示すブロック図。
【図８】その他の従来技術を示すブロック図。
【符号の説明】
８、３９、７０、７２、１７０，１７２…信号伝達ライン
１０…ガスエンジン（内燃機関）の排熱系統
１２…ガスエンジン
１４…エンジン側回路
１６…熱利用負荷側回路
１８…ジャケット熱交換器
２０、２２…熱利用負荷（熱利用設備）
２４、３２、６０、１６０…分岐回路
２８、３０、３４、５４、４…三方弁
３６…放熱用熱交換器
３８…放熱用冷却塔
４０、９２…温度センサ
４２、４２Ａ、５２…ポンプ
４４…排ガス熱交換器
４５…膨張タンク介装位置
４６，１４６…クッションタンク
４８…攪拌手段
５０…邪魔板
５６、１５６…分岐点
５８、１５８…合流点
６６、６８、１６６、６８…開閉弁
８０、８４、８５、８６、９０、９４、 ９２…回路
８２…熱交換器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat system of an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust heat system thermally connected to a circuit interposing a load such as heat utilization equipment and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 shows an example of an exhaust heat system of an internal combustion engine (for example, a gas engine 12) in the prior art. The exhaust heat system is roughly divided into an engine side circuit 14 and a heat utilization load side circuit 16, and the circuits 14 and 16 are thermally connected by a jacket heat exchanger 18.
[0003]
The heat utilization load side circuit 16 is provided with facilities 20 and 22 which are heat utilization loads, and three-way valves 28 and 30 are interposed. Further, the heat utilization load side circuit 16 is provided with a branch circuit 32 and a three-way valve 34. The branch circuit 32 is thermally connected to a heat radiation cooling tower 38 via a heat radiation heat exchanger 36. Here, the three-way valve 34 selectively supplies the warm drainage flowing through the circuit 16 to the heat radiation cooling tower 38 side in order to cool the warm drainage of the circuit 16 and discard the waste heat. The three-way valve 34 is a circuit based on the detection result (transmitted via the signal transmission line 39) of the temperature sensor 40 interposed at a location downstream of the three-way valve 34 of the heat utilization load side circuit 16. 16 is supplied to the branch circuit 32 (cooling tower 38 side).
[0004]
On the other hand, the engine side circuit 14 is provided with a cooling water circulation pump 52 and a three-way valve 54. The three-way valve 54 acts to selectively supply the cooling water flowing in the circuit 14 to the jacket heat exchanger 18.
[0005]
When the operation of either or either of the heat utilization facilities 20 and 22 interposed in the circuit 16 is stopped, the warm waste water flowing in the circuit 16 retains the amount of heat consumed in the facility, and the temperature ( Warm drainage temperature) increases. In response to this temperature increase, in the prior art shown in FIG. The flow rate of the warm drainage cooled by the cooling tower 38 for heat dissipation is increased, and the temperature of the warm drainage in the circuit 16 is lowered.
[0006]
However, in the prior art of FIG. 7, the warm drainage in the circuit 16 is reduced before the warm drainage temperature of the circuit 16 is lowered by controlling the opening degree of the three-way valve 34 and controlling the flow rate of warm drainage cooled by the heat radiation cooling tower 38. The temperature may rise. If the temperature of the waste water in the circuit 16 increases, the temperature of the coolant in the engine side circuit 14 thermally connected via the jacket heat exchanger 18 also increases, and the gas engine 12 is stopped (tripped). ) Is a problem.
[0007]
On the other hand, in the prior art shown in FIG. 8, the temperature sensor 40 is positioned immediately downstream of the heat utilization facility 22 to improve followability to a rapid variation in the heat utilization load. In addition, in the prior art of FIG. 8, in addition to the control of the warm waste water flow rate cooled by the cooling tower 38 as shown in FIG. 6, the three-way valves 28, 30 provided at the locations of the heat utilization facilities 20, 22 are opened and closed. In the three-way valve 34 that controls the flow rate of the warm drainage cooled by the cooling tower 38 based on the direct fluctuation of the heat use load, the open / close signals (signal transmission line 8) of the three-way valves 28 and 30 of the heat use equipment are used. , 9) and the detection signal of the temperature sensor 40 (transmitted by the signal transmission line 39) are given priority control (feed forward control), and before the temperature of the warm waste water rises, heat radiation by the cooling tower 38 is started. Yes.
[0008]
However, the prior art of FIG. 8 has a problem that the feedforward control described above does not function sufficiently unless the pipe length from the heat utilization facilities 20 and 22 to the three-way valve 34 in the circuit 16 is sufficiently long.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been proposed in view of the above-described problems of the prior art, and the internal combustion engine does not stop (trip) even when the heat utilization load fluctuates, and the heat utilization load is interposed. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat system of an internal combustion engine that does not require a long circuit pipe length and a control method therefor.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, in the exhaust heat system of the internal combustion engine having the first circuit in which the cooling water of the internal combustion engine circulates and the second circuit in which the heat utilization load is interposed, the second circuit Controls a temperature sensor for detecting the temperature of the hot waste water flowing in the second circuit, cooling or heat radiating means, and controls the flow rate of the hot waste water supplied to the cooling or heat radiating means in response to the detection result of the temperature sensor. A cushion tank, and the cushion tank is interposed in a branch circuit branched from the second circuit, and bypasses the branch circuit in the second circuit. A first on-off valve is interposed in the region, a second on-off valve is interposed in the branch circuit, and the first and second on-off valves respond to the detection result of the temperature sensor. Thus, it is configured to be controlled to open and close.
[0011]
According to the present invention having such a configuration, since the cushion tank is provided in the second circuit, even if the tube length of the second circuit is not so long, the heat utilization load is rapidly reduced, A relatively long time is required until the temperature of the warm drainage flowing through the second circuit including the cushion tank rises. This is because the amount of warm waste water stored in the cushion tank is large, and a considerable amount of heat is required to raise the temperature. Before the “relatively long time” elapses, the temperature of the warm drainage supplied to the cooling or heat radiating means increases, so that the temperature of the warm drainage flowing through the second circuit is stopped ( Decrease the temperature so that it does not trip. Therefore, an increase in the temperature of the cooling water flowing in the first circuit and the accompanying stop of the internal combustion engine are prevented.
[0013]
Here, it is preferable that the cushion tank is provided with a cooling means for lowering the temperature of the warm drainage in the tank. If constituted in this way, even if the temperature rise of the warm waste water temperature flowing through the second circuit is abrupt, and cooling or cooling by the heat radiating means is not in time, by the heat radiating means provided in the cushion tank described above, The hot wastewater that flows into the kyung tank is cooled and cooled down, so it can be dealt with sufficiently.
[0014]
Alternatively, a heat exchanger for exchanging heat with the warm drainage in the cushion tank is provided, and a circuit communicating with the heat exchanger is in communication with the cooling or heat radiating means, and the cushion tank is You may comprise so that the temperature of an internal warm drainage may be dropped.
[0015]
In a waste heat system of an internal combustion engine having a first circuit through which cooling water of the internal combustion engine circulates and a second circuit in which a heat utilization load is interposed, a cushion tank is interposed in the first circuit. The cushion tank is interposed in a branch circuit branched from the first circuit, and a first on-off valve is interposed in a region of the first circuit that bypasses the branch circuit. A second on-off valve is interposed in the branch circuit, and in response to a detection result of a temperature sensor for detecting the temperature of the hot waste water flowing in the second circuit, the first and first valves The two on-off valves are configured to be controlled to open and close.
[0016]
According to the present invention having such a configuration, a cushion tank is interposed in the first circuit, and the volume of the cushion tank is relatively large. Therefore, without increasing the pipe length of the first circuit, the amount of cooling water flowing through the first circuit increases, and the temperature of the cooling water rises to an allowable value or more compared to the case of the prior art. A much longer time is required. The “much longer time” is a time sufficient for the temperature of the waste water in the second circuit to be lowered by the cooling or exhaust heat means and the temperature of the cooling water flowing through the first circuit to be lowered. It is. Therefore, the situation where the internal combustion engine trips is completely prevented.
[0018]
Furthermore, when carrying out the present invention, it is preferable that the cushion tank is provided with a stirring means.
[0019]
Alternatively, it is preferable that a baffle plate is provided in the cushion tank.
[0020]
In addition, the cushion tank is filled with a latent heat storage material having a melting point near the allowable upper limit temperature of the warm drainage flowing through the second circuit, and the excess amount of heat held by the warm drainage is converted into latent heat. It is preferable that heat is stored in the cushion tank.
[0021]
Furthermore, according to the present invention, in the control method for controlling the exhaust heat system of the internal combustion engine, the temperature and temperature of the hot waste water flowing through the second circuit is detected by a temperature sensor, A determination step of determining that the heat use load has changed abruptly when the temperature detected in the detection step is equal to or higher than a set temperature; and a determination step of determining that the heat use load has changed abruptly; Closes the valve, opens the second on-off valve, allows the warm drainage in the second circuit to flow into the cushion tank, and controls the three-way valve that controls the flow rate of warm drainage supplied to the cooling or heat dissipation means And a step of increasing the flow rate of the warm drainage cooled by the cooling or heat radiation means.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the drawings, similar members are denoted by the same reference numerals.
[0023]
In FIG. 1, what is generally indicated by reference numeral 10 is an exhaust heat system of a gas engine 12 (internal combustion engine). This exhaust heat system is roughly divided into an engine side circuit 14 (first circuit through which cooling water of the internal combustion engine circulates) and a heat utilization load side circuit 16 (second circuit in which a heat utilization load is interposed). The circuits 14 and 16 are thermally connected by a jacket heat exchanger 18.
[0024]
The heat utilization load side circuit 16 is provided with facilities 20 and 22 which are heat utilization loads via branch circuits 24 and 26, respectively. Three-way valves 28 and 30 are interposed at the locations where the heat utilization facilities 20 and 22 are provided, and the exhaust heat flowing through the circuit 16 is selectively supplied to the heat utilization facilities 20 and 22. ing.
[0025]
Further, the heat utilization load side circuit 16 is provided with a branch circuit 32 and a three-way valve 34 (a three-way valve for controlling the flow rate of warm waste water supplied to the cooling or heat radiation means in response to the detection result of the temperature sensor). Yes. The branch circuit 32 is thermally connected to a heat radiation cooling tower 38 (cooling or heat radiation means) via a heat radiation heat exchanger 36. Here, the three-way valve 34 selectively supplies the warm drainage flowing through the circuit 16 to the heat radiation cooling tower 38 side in order to cool the warm drainage of the circuit 16 and discard the waste heat. The three-way valve 34 is detected by a temperature sensor 40 (a temperature sensor for detecting the temperature of the warm waste water flowing in the second circuit) interposed at a location downstream of the three-way valve 34 of the heat utilization load side circuit 16. Based on the result (transmitted via the signal transmission line 39), the warm drainage flowing through the circuit 16 is supplied to the branch circuit 32 (cooling tower 38 side).
[0026]
In FIG. 1, reference numeral 42 indicates a pump for circulating hot water, and reference numeral 44 indicates heat exchange between the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 13 of the gas engine 12 and the hot waste water flowing in the circuit 16. 1 shows an exhaust gas heat exchanger. Further, an expansion tank can be provided at a location indicated by an arrow 45 in the heat utilization load side circuit 16.
[0027]
A cushion tank 46 is further interposed in the heat utilization load side circuit 16. As will be described later, the cushion tank 46 has a function of suppressing an instantaneous rise in the temperature of the warm drainage flowing through the circuit 16. In the cushion tank 46, stirring means 48 for stirring the warm drainage stored therein, and baffle plates 50 for slowing the change in the temperature of the warm drainage in the tank 46 are provided. However, only one of the stirring means 48 and the baffle plates 50 may be provided, or both of them may be omitted.
[0028]
Although not shown in FIG. 1, it is also possible to fill the cushion tank 46 with a latent heat storage material having a melting point near the allowable upper limit value of the warm drainage temperature. For example, as in the case of gas engine cogeneration, if the allowable upper limit value of the hot drainage temperature is 85 ° C.-90 ° C., the tank 46 is filled with paraffin as a latent heat storage material having the same melting point as that. I can do it. This is to prevent an engine trip by converting the excessive amount of heat held by the warm waste water into latent heat and storing it in the tank 46.
[0029]
On the other hand, the engine side circuit 14 is provided with a cooling water circulation pump 52 and a three-way valve 54. The three-way valve 54 acts to selectively supply the cooling water flowing in the circuit 14 to the jacket heat exchanger 18.
[0030]
Next, the operation of the embodiment of FIG. 1 will be described.
[0031]
When the operation of both or one of the heat utilization facilities 20 and 22 is stopped, the heat consumed in the facility stops in the heat utilization load side circuit 16, so that the temperature of the warm waste water flowing in the circuit 16 increases. . If the temperature sensor 40 detects an increase in the temperature of the warm drainage in the circuit 16, the opening degree of the three-way valve 34 is controlled and the flow rate of the warm drainage flowing in the branch circuit 32 (in other words, the cooling tower 38 for heat radiation). The temperature of the warm drainage to be cooled is increased, and the temperature of the warm drainage in the circuit 16 is lowered.
[0032]
Here, in the above-described prior art, if the pipe length of the circuit 16 is not sufficiently long, the temperature of the warm drainage is lowered by controlling the opening degree of the three-way valve 34 (controlling the flow rate of warm drainage cooled by the cooling tower 38 for heat radiation). The temperature of the hot drainage in the circuit 16 rises before the start, and the temperature of the cooling water in the engine side circuit 14 that is thermally connected via the jacket heat exchanger 18 also rises, and the gas engine 12 is stopped. There is a risk of a trip.
[0033]
On the other hand, according to the embodiment of FIG. 1, since the cushion tank 46 is provided, even if the pipe length of the circuit 16 is not so long, the cushions in the circuit 16 are stopped after the heat utilization facilities 20 and 22 are stopped. A relatively long time is required until the warm drainage temperature on the downstream side of the tank 46 rises. This is because the amount of warm waste water stored in the cushion tank 46 is large, and a considerable amount of heat is required to raise the temperature.
[0034]
Before the “relatively long time” elapses, the temperature of the warm drainage is set by the above-described “control of the opening degree of the three-way valve 34” or “control of the flow rate of warm drainage cooled by the cooling tower 38 for heat radiation”. The gas engine 12 is lowered to such an extent that it does not trip. Therefore, an increase in the temperature of the coolant flowing in the engine side circuit 14 and the accompanying engine stop are prevented.
[0035]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Note that the hot water pump 42A and the expansion tank insertion point (indicated by the arrow A) shown in FIG. 1 are not shown in FIG.
[0036]
In FIG. 2, a branch circuit 60 that branches from a branch point 56 and joins at a junction 58 is provided in a region downstream of the three-way valve 34 of the heat utilization load side circuit 16. A cushion tank 46 is interposed in the branch circuit 60, and the warm drainage stored in the cushion tank 46 is configured to be cooled by the cooling means 64. Alternatively, the inside may be filled with a latent heat storage material such as paraffin. Although not shown in FIG. 2, stirring means, baffle plates, and the like can be provided in the cushion tank 46.
[0037]
An open / close valve 66 (first open / close valve) is interposed in a region between the branch point 56 and the junction 58 of the heat utilization load side circuit 16 (a region that bypasses the branch circuit 60). On the other hand, the branch circuit 60 is provided with an on-off valve 68 (second on-off valve). Then, detection signals of the temperature sensor 40 are sent to the on-off valves 66 and 68 through the signal transmission lines 70 and 72, respectively.
[0038]
The operation of the second embodiment will be described with reference to FIG. In the control shown in FIG. 3, it is assumed that the on-off valve 66 is initially opened and the on-off valve 68 is closed.
[0039]
A temperature sensor 40 provided on the downstream side of the three-way valve 34 detects the temperature of the warm waste water flowing in the circuit 16 (FIG. 3: step S1). And it is determined whether the detected warm waste water temperature is more than preset temperature (step S2). Here, the set temperature is determined in correspondence with the temperature of the warm waste water flowing in the heat utilization load side circuit 16 when the heat utilization facility is in operation.
[0040]
If the temperature of the warm drainage measured by the temperature sensor 40 is lower than the set temperature (No in step S2), the heat utilization facilities 20 and 22 are operated as usual, and the rapid variation of the heat utilization load does not occur. Judgment is made (step S3). In that case, the temperature of the hot waste water in the circuit 16 and the temperature of the cooling water in the circuit 14 do not rise, and the gas engine 12 does not slip. Accordingly, since there is no need to lower the temperature in the circuit 16, the opening degree of the three-way valve 34 is maintained, the on-off valve 66 is kept closed, and the on-off valve 68 is kept open (as it is) (step S4). ).
[0041]
On the other hand, if the warm drainage temperature is higher than the set temperature (Yes in Step S2), it is determined that the heat utilization load has fluctuated rapidly due to the operation of the heat utilization facilities 20 and 22 being stopped (Step S2). S5).
[0042]
If left in that state, the temperature of the cooling water on the circuit 14 side also rises and the gas engine 12 slips, so the warm drainage flow rate that is cooled by the cooling tower 38 by increasing the opening of the three-way valve 34. And the on-off valve 66 is closed, and the on-off valve 66 is closed (step S6). As a result, the hot waste water flowing through the circuit 16 is caused to flow into the cushion tank 46 via the branch circuit 60.
[0043]
Since the cushion tank 46 has a relatively large volume, even if the pipe length of the heat utilization load side circuit 16 is not so long, the cushion tank 46 is in accordance with the amount of heat that the heat utilization facilities 20 and 22 stop and the hot drainage holds. A considerable amount of time is required until the temperature of the warm drainage increases. Before the “relatively long time” elapses, the temperature of the warm drainage flowing through the circuit 16 drops to such an extent that the gas engine 12 does not trip due to the opening control of the three-way valve 34 and the heat radiation in the cooling tower 38. To do. Therefore, an increase in the temperature of the coolant flowing in the engine side circuit 14 and the accompanying engine stop are prevented.
[0044]
Here, it is assumed that the temperature of the warm waste water flowing through the circuit 16 is rapidly increased and the cooling by the cooling tower 38 is not in time. However, according to the embodiment of FIG. 2, the warm waste water that has flowed into the Kwung tank 46 is cooled by the cooling means 64 and the temperature drops, so that even such a case can be dealt with sufficiently.
[0045]
After step S4 or step S6, it is determined whether or not the operation is continued in step S7. If the operation is continued (No in step S7), the process returns to step S1.
[0046]
Other configurations and operational effects in the embodiment of FIGS. 2 and 3 are the same as those of the embodiment of FIG.
[0047]
In FIG. 2, the cooling means 64 that cools the hot wastewater stored in the cushion tank 46 is provided separately from the heat radiation cooling tower 38. However, the heat radiation stored in the cushion tank 46 can be released (or discarded) by the heat radiation cooling tower 38. FIG. 4 shows an embodiment (third embodiment) in which the amount of heat retained by the warm drainage in the cushion tank 46 is discarded by the cooling tower 38 for heat radiation.
[0048]
In FIG. 4, the cushion tank 46 is connected not only to the branch circuit 60 of the heat-use load side circuit 16 as described above, but also to a circuit 80 for performing heat radiation via the heat radiation cooling tower 38. . This circuit 80 includes a circuit 84 provided with a heat exchanger 82 (a heat exchanger for exchanging heat with the warm waste water in the cushion tank) provided in the cushion tank 46, and a circuit connected to the cooling tower 38 side. 86. The circuit 80 includes a three-way valve 94 that opens and closes based on the detection result of the temperature sensor 92 that measures the temperature of the warm drainage in the cushion tank 46, and the detection result of the sensor 92 is transmitted via the signal transmission line 96. It is sent to the three-way valve 94.
[0049]
Here, the cushion tank 46 may be filled with a latent heat storage material such as paraffin. Further, although not shown in FIG. 4, stirring means, baffle plates, and the like can be provided in the cushion tank 46. In FIG. 4, reference numeral 85 indicates a bypass circuit that bypasses the circuit 86.
[0050]
If the temperature of the warm drainage in the cushion tank 46 (measured by the temperature sensor 92) has not increased so much, even if the amount of heat held by the warm drainage in the cushion tank 46 is not released, Before the warm drainage temperature rises, the warm drainage flowing through the circuit 16 is cooled by the cooling tower 38 via the branch circuit 32 and the heat exchanger 36. Therefore, the heat medium flowing through the circuit 80 bypasses the circuit 86 by the three-way valve 94.
[0051]
On the other hand, when the temperature of the warm drainage in the cushion tank 46 rises and it is not enough to cool the warm drainage flowing in the circuit 16 by the cooling tower 38 via the branch circuit 32 and the heat exchanger 36, The amount of heat held by the warm drainage in the cushion tank 46 must be released. In that case, the circuit 84 communicating with the heat exchanger 82 in the cushion tank 46 is connected to the circuit 86 communicating with the circuit 90 of the cooling tower 38 by the three-way valve 94. As a result, the amount of heat held by the warm drainage in the cushion tank 46 is radiated by the cooling tower 38 via the heat exchanger 82, the circuit 84, and the circuit 86 (circuit 90). That is, the temperature of the warm drainage in the cushion tank 46 is lowered by the cooling tower 38 which is a cooling or exhaust heat means.
[0052]
The configuration and operational effects of the embodiment of FIG. 4 other than those described above are the same as those of the embodiment of FIGS.
[0053]
In the embodiment of FIGS. 1 to 4, a cushion tank 46 is interposed in the heat utilization load side circuit 16. However, a similar cushion tank can be installed in the engine side circuit 14. The fourth embodiment shown in FIG. 5 is an embodiment in which a cushion tank (a member indicated by reference numeral 146 in FIG. 5) is interposed in the engine side circuit 14.
[0054]
In FIG. 5, a three-way valve 54 is interposed in the engine-side circuit 14. The circuit 92 bypasses the jacket heat exchanger 18 and the circuit 94 communicates with the jacket heat exchanger 18 by the three-way valve 54. It is configured to be selectively switched.
[0055]
When the heat use loads 20 and 22 (see FIGS. 1 and 2) of the heat use load side circuit 16 are reduced and the temperature of the warm waste water flowing through the circuit 16 is increased, the engine side circuit is passed through the jacket heat exchanger 18. The temperature of the cooling water of the gas engine 12 flowing in the engine 14 also rises. In such a case, as described above, the temperature of the waste water in the circuit 16 is lowered by the cooling tower 38 (FIGS. 1 and 2) interposed in the heat-use load side circuit 16, and the cooling water in the circuit 14 is cooled. The temperature is also lowered. However, in the prior art, there is a risk that the coolant temperature will rise above an allowable value before the coolant temperature falls, and in such a case, the gas engine 12 is shut down (tripped). .
[0056]
However, in the embodiment of FIG. 5, a cushion tank 146 is interposed in the circuit 14, and the volume of the cushion tank 146 is relatively large. For this reason, the amount of cooling water flowing through the circuit 14 including the cushion tank 146 is increased without increasing the length of the pipe line constituting the engine-side circuit 14, and the conventional technology is used to raise the cooling water temperature to an allowable value or more. A much longer time is required than in the case of. Then, during the “much longer time”, the temperature of the warm waste water in the heat utilization load side circuit 16 is lowered by the cooling tower 38 (FIGS. 1 and 2), and the engine side circuit 14 is passed through the jacket heat exchanger 18. The cooling water temperature inside is sufficient for the temperature to drop. Therefore, the situation where the gas engine 12 trips as in the prior art is completely prevented.
[0057]
About another structure and effect in 4th Embodiment of FIG. 5, it is the same as that of embodiment shown in FIGS. 1-4.
[0058]
The fifth embodiment shown in FIG. 6 is another embodiment in the case where a cushion tank 146 is provided in the engine side circuit 14. In FIG. 6, a branch circuit 160 that branches from a branch point 156 and joins at a junction point 158 is provided in a region closer to the engine 12 than the three-way valve 54 of the engine side circuit 14. Is intervening. Although not shown, the cushion tank 146 is provided with a cooling means, and is configured so that the warm waste water stored in the tank 146 is cooled. Alternatively, the inside may be filled with a latent heat storage material such as paraffin. The tank 146 can also be provided with stirring means, baffle plates, and the like.
[0059]
An open / close valve 166 (first open / close valve) is interposed in a region between the branch point 156 and the merge point 158 of the engine side circuit 14 (region bypassing the branch circuit 160). On the other hand, the branch circuit 160 is provided with an on-off valve 168 (second on-off valve). Then, detection signals from the temperature sensor 40 (see FIGS. 1 and 2) are sent to these on-off valves 166 and 168 via signal transmission lines 170 and 172, respectively.
[0060]
The heat utilization load fluctuates abruptly because the operation of the heat utilization facilities 20 and 22 (FIGS. 1 and 2) provided in the circuit 16 is stopped, and the temperature sensor 40 (FIGS. 1 and 2) 16, when it is detected that the temperature of the warm waste water flowing in the interior is equal to or higher than the set temperature, the opening degree of the three-way valve 34 (FIG. 1, FIG. 2) is increased and the cooling tower 38 (FIG. 1, FIG. 1). The warm drainage flow rate cooled by 2) is increased, the on-off valve 166 is closed, and the on-off valve 166 is closed (step S6). Thereby, the cooling water flowing through the circuit 14 flows into the cushion tank 146 via the branch circuit 160.
[0061]
As in the case of the embodiment of FIG. 5, the cushion tank 146 has a relatively large volume, so that even if the pipe length of the circuit 14 is not so long, the cooling water temperature in the cushion tank 146 and the circuit 14 rises. Requires a considerable amount of time. Before the “relatively long time” elapses, the temperature of the warm waste water flowing in the circuit 16 and the temperature of the cooling water in the circuit 14 are reduced by the heat radiation in the cooling tower 38 (FIGS. 1 and 2). The engine 12 is lowered to such an extent that it does not trip. Therefore, an increase in the temperature of the coolant flowing through the engine side circuit 14 and the accompanying engine stop are prevented.
[0062]
Even when the temperature of the warm waste water flowing through the circuit 16 rises rapidly and the cooling by the cooling tower 38 (FIGS. 1 and 2) is not in time, the cooling water flowing into the Kwung tank 146 is cooled by cooling means (not shown). Because temperature falls, it can cope enough.
[0063]
Other configurations and operational effects in the embodiment of FIG. 6 are the same as those of the embodiments of FIGS.
[0064]
It should be noted that the embodiment shown in FIGS. 1 to 6 is merely an example, and is not described only for the purpose of limiting the technical scope of the present invention. In other words, various designs and specifications can be changed for the illustrated embodiment.
[0065]
【The invention's effect】
The effects of the present invention are listed below.
(1) The internal combustion engine is prevented from being stopped (tripped) even when the heat utilization load fluctuates suddenly due to the operation stop of the heat utilization facility.
(2) It is not necessary to lengthen the pipe length of the heat utilization load side circuit and the engine side circuit.
(3) There is no need for extensive modifications to existing parts.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a control flowchart of a second embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing an example of the prior art.
FIG. 8 is a block diagram showing another conventional technique.
[Explanation of symbols]
8, 39, 70, 72, 170, 172 ... signal transmission line
10 ... Waste heat system of gas engine (internal combustion engine)
12 ... Gas engine
14 ... Engine side circuit
16 ... Heat utilization load side circuit
18 ... Jacket heat exchanger
20, 22 ... Heat utilization load (heat utilization equipment)
24, 32, 60, 160 ... branch circuit
28, 30, 34, 54, 4 ... Three-way valve
36 ... Heat exchanger for heat dissipation
38 ... Cooling tower for heat dissipation
40, 92 ... temperature sensors
42, 42A, 52 ... Pump
44 ... Exhaust gas heat exchanger
45 ... Expansion tank interposition position
46,146 ... Cushion tank
48. Stirring means
50 ... Baffle plate
56, 156 ... Branching point
58, 158 ... Junction
66, 68, 166, 68 ... open / close valve
80, 84, 85, 86, 90, 94, 92 ... circuit
82 ... Heat exchanger

Claims (8)

内燃機関の冷却水が循環する第１の回路と、熱利用負荷が介装されている第２の回路とを有する内燃機関の排熱系統において、前記第２の回路には、第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温度センサと、冷却或いは放熱手段と、前記温度センサの検出結果に応答して前記冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量を制御する三方弁と、クッションタンク、とが介装されており、前記クッションタンクは、前記第２の回路から分岐した分岐回路に介装されており、第２の回路中の前記分岐回路をバイパスする領域には第１の開閉弁が介装されており、前記分岐回路には第２の開閉弁が介装されており、前記第１および第２の開閉弁は前記温度センサの検出結果に応答して開閉制御される様に構成されていることを特徴とする内燃機関の排熱系統。  In the exhaust heat system of an internal combustion engine having a first circuit through which cooling water of the internal combustion engine circulates and a second circuit in which a heat utilization load is interposed, the second circuit includes the second circuit A temperature sensor for detecting the temperature of the hot waste water flowing through the inside, a cooling or heat radiating means, a three-way valve for controlling the flow rate of the hot waste water supplied to the cooling or heat radiating means in response to the detection result of the temperature sensor, and a cushion A tank, and the cushion tank is interposed in a branch circuit branched from the second circuit, and the first circuit is provided in a region of the second circuit that bypasses the branch circuit. An on-off valve is provided, and a second on-off valve is provided on the branch circuit, and the first and second on-off valves are controlled to open and close in response to the detection result of the temperature sensor. An internal combustion engine characterized by being configured as described above Waste heat system. 前記クッションタンクには、該タンク内の温排水温度を降温する冷却手段が設けられている請求項１の内燃機関の排熱系統。  The exhaust heat system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the cushion tank is provided with cooling means for lowering the temperature of the warm waste water in the tank. 前記クッションタンク内の温排水と熱交換を行う熱交換器を設け、該熱交換器と連通する回路は前記冷却或いは放熱手段と連通しており、前記冷却或いは排熱手段により前記クッションタンク内の温排水温度を降温する様に構成された請求項１の内燃機関の排熱系統。  A heat exchanger for exchanging heat with the warm waste water in the cushion tank is provided, and a circuit communicating with the heat exchanger is in communication with the cooling or heat radiating means. The exhaust heat system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust heat system is configured to lower the temperature of the warm waste water. 内燃機関の冷却水が循環する第１の回路と、熱利用負荷が介装されている第２の回路とを有する内燃機関の排熱系統において、前記第１の回路にはクッションタンクが介装されており、前記クッションタンクは、前記第１の回路から分岐した分岐回路に介装されており、第１の回路中の前記分岐回路をバイパスする領域には第１の開閉弁が介装されており、前記分岐回路には第２の開閉弁が介装されており、前記第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温度センサの検出結果に応答して、前記第１および第２の開閉弁が開閉制御される様に構成されていることを特徴とする内燃機関の排熱系統。  In a waste heat system of an internal combustion engine having a first circuit through which cooling water of the internal combustion engine circulates and a second circuit in which a heat utilization load is interposed, a cushion tank is interposed in the first circuit. The cushion tank is interposed in a branch circuit branched from the first circuit, and a first on-off valve is interposed in a region of the first circuit that bypasses the branch circuit. A second on-off valve is interposed in the branch circuit, and in response to a detection result of a temperature sensor for detecting the temperature of the hot waste water flowing in the second circuit, the first and first valves An exhaust heat system for an internal combustion engine, wherein the two on-off valves are controlled to be opened and closed. 前記クッションタンクには攪拌手段が設けられている請求項１−４のいずれか１項の内燃機関の排熱系統。  The exhaust heat system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the cushion tank is provided with stirring means. 前記クッションタンクには邪魔板が設けられている請求項１−４のいずれか１項の内燃機関の排熱系統。  The exhaust heat system of the internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a baffle plate is provided in the cushion tank. 前記クッションタンク内には、前記第２の回路を流れる温排水の許容上限温度近傍の融点を有する潜熱蓄熱材が充填され、温排水が保有する過剰の熱量が潜熱に変換されて前記クッションタンク内に蓄熱される様に構成されている請求項１−４のいずれか１項の内燃機関の排熱系統。  The cushion tank is filled with a latent heat storage material having a melting point near the allowable upper limit temperature of the warm drainage flowing through the second circuit, and an excessive amount of heat held by the warm drainage is converted into latent heat so that the cushion tank contains The exhaust heat system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust heat system is configured to store heat in the engine. 請求項１、２、３、４、５、６のいずれか１項の内燃機関の排熱系統を制御する制御方法において、温度センサにより前記第２の回路内を流れる温排水の温度を検出する温排水温度検出工程と、温排水温度検出工程で検出された温度が設定温度以上である場合に熱利用負荷が急激に変化したと判断する判断工程と、熱利用負荷が急激に変化したと判断した場合に、前記第１の開閉弁を閉鎖し、前記第２の開閉弁を開放して第２の回路内の温排水をクッションタンクに流入せしめ、且つ、冷却或いは放熱手段に供給される温排水流量を制御する前記三方弁を制御して冷却或いは放熱手段により冷却される温排水流量を増加する工程、とを含むことを特徴とする内燃機関の排熱系統の制御方法。  7. A control method for controlling an exhaust heat system of an internal combustion engine according to claim 1, wherein a temperature sensor detects a temperature of hot waste water flowing through the second circuit. Hot wastewater temperature detection process, a judgment process for judging that the heat utilization load has changed abruptly when the temperature detected in the hot wastewater temperature detection process is equal to or higher than the set temperature, and a judgment that the heat utilization load has suddenly changed In this case, the first on-off valve is closed, the second on-off valve is opened to allow the warm drainage in the second circuit to flow into the cushion tank, and the temperature supplied to the cooling or heat radiating means. A method for controlling the exhaust heat system of the internal combustion engine, comprising: controlling the three-way valve for controlling the drainage flow rate to increase a warm drainage flow rate cooled by the cooling or heat radiation means.

Images