JPH029906A - ターボ過給機関の排気ガスエネルギ回収装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は排気ターボ過給機付内燃機関（以下ターボ過
給機関と言う）の排気ガスエネルギ回収装置に関するも
のである。

従来の技術 従来、ターボ過給機関の排気ガスエネルギを回収する装
置としては排気ガスボイラまた排気タービンを設けて排
気ガスエネルギを熱エネルギまたは動力エネルギとして
回収利用するのが通常である。

発明が解決しようとする問題点 併し乍ら、この様な従来の装置においては、排気ガスボ
イラを設けた場合には、水蒸気エネルギとして回収する
ために給水装置、気水分術装亙、復水装置等の複雑な装
置を必要とする上に、排気ガスボイラの排気ガスと接触
する伝熱面に排気ガス中の硫酸分による腐食が発生し易
い等の難点の在ることが広く知られている。

また、排気タービンを設けて高速動力エネルギとして回
収する場合には、排気タービンに加えて流体継手の緩衝
装置と減速装置が必要となって、高価な装置となるため
に数千ＫＷ以上または特殊な用途のターボ過給機関に限
られて使われているのが通常である。

従って、この発明の目的はこの様な従来における問題点
を解決するために、単純化した安価な装置を成して出力
の小さなターボ過給機関にまで排気ガスエネルギの回収
による有効な利用装置であるターボ過給機関の排気ガス
エネルギ回収装置を提供することにある。

問題点を解決するための手段 この発明に依れば、上述の目的を達成するために、ター
ボ過給機関の排気ガスエネルギ回収装置は、内燃機関の
機関本体と過給機の排気タービンとを連通する排気管か
ら分岐する排気バイパス通路を有する過給機関において
、排気バイパス通路中の排気集合槽、該排気集合槽の後
の排気流量調節絞り装置、該排気集合槽の後にて切換弁
を介して排気ガスエネルギで駆動される排気タービンお
よび該排気タービンに接続されて駆動される空気圧縮機
から成る排気タービン駆動空気圧縮ユニット、該排気タ
ービン駆動空気圧縮ユニットの空気圧縮機が大気から吸
入して圧縮した空気を前記過給機の排気タービン出口の
排気ガスにより加熱する空気加熱装置、該空気加熱装置
の後にて切換弁を介して流体を加熱する熱交換器、前記
の加熱された圧縮空気と大気とを混合して温度を調節し
て温風を送る送風装置を備え、該送風装置は、空気圧縮
機と空気冷却器および空気膨張機とで構成される空気冷
凍機によって前記空気圧縮機の吐出圧縮空気を低温に状
態変化させた空気に大気と混合して温度調節した冷風を
送ることができることを特徴としている。

作　　　用 この様なこの発明の手段に依って、内燃機関の機関本体
と過給機の排気タービンとを連通する排気管から分岐す
る排気バイパス通路を備えたターボ過給機関において、
排気バイパス通路中の排気集合槽を経て排気ガス流量調
節絞り装置で調節した流量の排気ガスを排気タービンに
導入して該排気タービンに接続する空気圧縮機を駆動し
て、大気から吸入した空気を圧縮空気に変換すると共に
、該圧縮空気を熱媒体として空気圧縮機と連通ずる空気
加熱装置の二次側にて前記過給機の排気タービン出口の
排気ガス廃熱を一次側から回収して、切換弁を介して空
気加熱装置の後にて接続する熱交換器の一次側から二次
側の流体を加熱する。該熱交換器で放熱した圧縮空気は
切換弁を介して前記の機関本体に導入されて給気の役割
を果たす。

また、空気加熱装置の後にて接続された他方の切換弁を
介して連通される送風装置に導入された圧縮空気は、ブ
ロワにより大気から吸入されてダンパにて流量調節され
た空気と混合され且つ温度が調節されて、温風としてダ
クトから送られる。この場合には、圧縮空気の圧力エネ
ルギは送風エネルギとして使われる。

また、空気圧縮機の後にて接続された他方の切換弁を介
して連通された空気冷凍機の圧縮機に導入された圧縮空
気は該空気冷凍機の圧縮機にて昇温昇圧されて空気冷却
器で冷却温度調節されて空気膨張機に入り膨張仕事を行
って該空気膨張機に接続された空気冷凍機の空気圧縮機
を駆動すると共に、低温の空気となって切換弁を介して
送風装置に導入されて、ブロワにより吸入されて且つ流
量がダンパで調節された大気と混合されて冷風として供
給されて夫々有効に使用される。

斯様に、動圧過給方式のターボ過給機関の過給機のター
ビン面積を小さくすると共に、過給機の排気タービンと
内燃機関の機関本体とを接続する複数の排気管から交互
に排気ガスが脈動して流入する。排気集合槽の後に設け
られた排気流量調節絞り装置により調節された流量の排
気ガスは、切換弁を介して排気タービンに導入されて膨
張仕事を行った後に過給機の排気タービン出口の排気ガ
スと合流する。排気タービンで吸収した膨張仕事は排気
タービンから軸によって回転エネルギとして伝導されて
空気圧縮機を駆動して、大気から吸入した空気を昇温昇
圧して圧縮空気を空気圧縮機出口の接続管から送り出す
と、接続管に備えた２個の切換弁の一方を経た圧縮空気
は接続管によって過給機の排気タービン出口に備える空
気加熱装置の二次側に導入されて一次側を通過する排気
ガスによって加熱されて空気加熱装置出口の接続管に備
える２個の一方の切換弁を介して熱交換器の一次側に導
入されて二次側を通過する流体を加熱する熱媒体の役割
を果たした後に熱交換器出口の切換弁を介して内燃機関
の給気管に導入して給気としての役割を果す、空気加熱
装置出口の接続管に備える他方の切換弁を介して送風装
置に供給された高温の圧縮空気は送風装置のブロワが吸
入してダンパにて流量を調節された大気からの空気と混
合されて温風としてダクトから送られ、この時の圧縮空
気の圧力エネルギは送風エネルギとして役立つ。また、
空気圧縮機出口の接続管に備えた他方の切換弁を介して
空気圧縮機、空気冷却器、空気膨張機から構成される空
気冷凍機に導入された圧縮空気は空気圧縮機で更に昇温
昇圧された後に、空気冷却器で冷却して温度調節されノ
ご後に空気膨張機で膨張仕事を行って空気膨張機が吸収
した回転エネルギは、軸によって伝導されて空気圧縮機
の昇温昇圧エネルギに還元すると共に低温低圧の空気と
なり、空気冷凍機出口の接続管に備える切換弁を介して
送風装置に導入されて送風装置のブロワが吸収してダン
パで流量を調節された大気からの空気と混合されて温度
を調節して冷風としてダクトから送られる。また、過給
機の排気タービンが排気ガスから吸収する回転エネルギ
はタービン面積を小さくすることで、排気タービンにお
ける排気ガスの熱落差が増加するので、排気ガスをバイ
パスしても従来並に維持して機関本体に供給される給気
量は従来並に維持することが出来る。

この発明の他の目的や特長および利点は以下の添付図面
に沿っての詳細な説明により明らかになろう。

実　　施　　例 図面に示される様に、この発明のターボ過給機関の排気
ガスエネルギ回収装置１は、内燃機関の機関本体１０と
過給機１３の排気タービン１６とを連通ずる排気管１１
．１２から分岐する排気バイパス通路５を有するターボ
過給機関２において、排気バイパス通路５中の排気集合
槽２９、この排気集合槽２９の後の排気流量調節絞り装
置３０、排気集合槽２９の後にて切換弁３２を介して排
気ガスエネルギで駆動される排気タービン３５およびこ
の排気タービン３５に軸３６によって接続されて駆動さ
れる空気圧縮機３７から成る排気タービン駆動空気圧縮
ユニット３４、この排気タービン駆動空気圧縮ユニット
３４の空気圧縮機３７が大気から吸入して圧縮した空気
を過給機１３の排気タービン出口の排気ガスにより加熱
する空気加熱装置１つ、この空気加熱装置１つの後にて
切換弁４４を介してδ九体を加熱する烈文損番４５、空
気加熱装置１つで加熱された圧縮空気と大気を混合して
温度をユ！節して温風を送る送風装置５２がら主に構成
され、空気圧縮機５つと空気冷却器６１および室気１コ
３張（Ｉ！６Ｂとで１１１１成される空気冷凍Ｕ！５８
によって空気圧縮機３７の吐出圧縮空気を低温に状態変
化させた空気に大気と混合して温度調節した冷風を送る
ことができる。

図示される様に、この発明のターボ過給機関の排気ガス
エネルギ回収装置１は、排気ガスエネルギ回収装置１が
分岐接続されるターボ過給機関２の内燃機関の機関本体
１０と、機関本体１ｏに接続された第１、第２の排気管
１１．１２と、排気管１１．１２からの排気ガスが排気
タービン人口１４．１５から導入される排気タービン１
６およびこのｊＪＦ気タービン１６と軸２１により接続
された空気圧縮ｔＩ！１２２を宥する過給Ｕ更１３と、
過給機１３の排気タービン１６の出口車室１７に排気用
Ｉ」管１８を介して接続された空気加ス（１装置１つと
、過給機１３の空気圧ｌｉｔ　ｖｉ２２の給気量１］２
３に接続された給気管２４と、給気管２４に空気冷却器
２５を介して接続された機関本体１０の給気管２６と、
ターボ過給機関２の機関本体１０の排気管１１．１２に
分岐接続された排気バイパス通路５の連結管２７．２８
によって排気ガスが導入されるよう接続された排気バイ
パス通路５中の排気集合槽２つと、この排気！１３合４
ｔ’？　２９の出口に接続された排気ガス流−Ｉｔ調節
絞り装置３０と、排気バイパス通路５内のこの排気ガス
流量調節絞り装置３０に続いてＱ）換弁３２お」：び接
続管３３を介して排気ガスがノ、ダ入される排気タービ
ン３５および排気タービン３５に軸３６を介して連結さ
れた空気圧縮機３７を有する排気タービン駆動空気圧縮
ユニット３４と、排気タービン１１１へ動空気圧縮ユニ
ット３４の空気圧Ｊｌｉ１！１１３７により大気から吸
入して圧縮した圧縮空気を送出す接続管３９にＬＪｊ換
弁４１および接続管４２を介して接続された空気加が一
装置１つの二次側に導入されて加熱された圧縮空気が切
換弁４４を経て導入される熱交換２ｉｉ　４５と、排気
タービン１１（シ動空気圧１１６ユニット３４の空気圧
Ｊｌｉｉ　ｆｉ　３７出口の接もＶ管３つに切換弁４ｏ
を介して接続された空気圧縮機５つと空気冷却器６１と
±気膨張機６３を有する空気冷凍機５８と、空気冷凍機
５８の空気膨張機６３の出口に接続された接続管６５と
切換弁６６および接続管５１を経て接続されたブロワ５
３とダンパ５４および混合室５５を有する送風装置５２
とがら構成されている。

図示される様に、斯様に構成されたこの発明のターボ過
給機関の排気ガスエネルギ回収装置１においては、内燃
機関の機関本体１０がへ流出した排気ガスは、機関本体
１０に各々接続された排気管１１ａ、ｌｌｂ、ｌｌｃが
ら成る第１の排気管１１と、排気管１２ａ、１２ｂ、１
２ｃがら成る第２の排気管１２とにより過給機１３の排
気タービン人口１４．１５を経て各々排気タービン１６
内に導入されて排気タービン１６を駆動して、軸２１を
介して給気用の空気圧縮機２２を駆動して大気を吸入し
、吸入した給気を圧縮して給気出口２３から給気管２４
に送り込む。過給機１３の排気タービン１６を駆動した
排気ガスは過給機１３の出口車室１７、排気出口管１８
がら排気出口管１８に接続された空気加熱装置１つの一
次側を経て排気管２０から大気に放出される。また、過
給機１３の空気圧縮＠２２にて吸入された給気は給気出
口２３から給気管２４を介して空気冷却器２５および機
関本体１０の給気管２６に導入されて内燃機関の機関本
体１０に給気される。

また、内燃機関の機関本体１０の排気管１１．１２に接
続された排気バイパス通路５の連結管２７．２８によっ
て排気集合槽２９内に導入された排気ガスの一部は、排
気集合槽２９の出口の排気ガス流量調節絞り装置３０に
より流量が調節された後に切換弁３２を経て接続管３３
から排気タービン駆動空気圧縮ユニット３４の排気ター
ビン３５を駆動して、接続管３８から、過給８１１３の
排気タービン１６を駆動して出口車室１７から流出する
排気ガスと排気出口管１８で合流される。

排気タービン駆動空気圧縮ユニット３４の排気タービン
３５が吸収した回転エネルギは軸３６によって伝達され
て空気圧縮機３７を駆動して大気から吸入した空気を昇
温昇圧して圧縮空気として接続管３つに送り出す。この
接続管３つに設けられな切換弁４０．４１の内、切換弁
４１だけを開くと、排気タービン駆動空気圧縮ユニット
３４の空気圧縮機３７がらの圧縮空気は接続管４２がら
空気加熱装置１つの二次側に導入されて一次側を通る排
気出口管１８がら空気加熱装置１つを経て排気管２０が
ら大気中に放出される排気ガスによって加熱されて高温
となって接続管４３に流入される。また、接続管４３に
は切換弁４４．５ｏが設けられているが、切換弁４４だ
けを開くと、高温の圧縮空気は熱交換Ｈ４５に導入され
てポンプ装置４６によって熱交換器４５に送り込まれる
流体を加熱して接続管４７、切換弁４８、接続管４つを
経て過給機１３の空気圧縮機２２がら送り出されて、給
気出口２３がら給気管２４に流入される給気と合流して
空気冷却器２５で冷却されて温度調節された後に給気管
２６がら機関本体１ｏに供給される。

一方、空気加熱装置１つから流入された高温の圧縮空気
は、接続管４３に設けられた別の切換弁５０だけを開く
ときに、接続管５１がら送風装置５２の混合室５５でブ
ロワ５３が大気から吸入してダンパ５４で流量が調節さ
れた空気を誘引混合して温風としてダクト５６から送り
出す。

また、排気タービン駆動空気圧縮ユニット３４の空気圧
縮機３７の出口からの圧縮空気は、接続管３つに設けら
れた他方の切換弁４０だけを開くときに、空気冷凍機５
８の空気圧縮機５つに導入されて昇温昇圧され接続管６
０がら空気冷却器６１に流入して冷却温度調節されて接
続管６２がら空気膨張機６３に導入されて、膨張仕事を
行って軸６４に空気圧縮機５つに回転エネルギを供給す
ると共に、低温の空気となって接続管６５、切換弁６６
、接続管５１を経て送風装置５１の混合室５５でブロワ
５３が大気から吸入してダンパ５４で流量を調節した空
気左混合されて温度が調節された冷風としてダクト５６
から送り出される。

発明の効果 この様に、この発明のターボ過給機関の排気ガスエネル
ギ回収装置に依れば、近年の過給機の性能向上と、内燃
機関と過給機のマツチング技術の向上とを利用すること
によって過給機のタービン面積を小さくして排気ガスの
過給１瓜の排気タービンにおけるｐ落差を大きくして排
気ガスエネルギの回収ブ（ζを向上さす°て、過給１１
（の窄気圧ＪＩＷ仕事分従来並に維持して内燃機関の機
関本体への給気の供給址を維持し、排気バイパス′装置
にバイパス排気ガスを供給して新たに設（すた排気ター
ビンと空気圧縮機でバイパス排気ガスのエネルギを圧Ｊ
ｌｉｉ　空気エネルギに変換すると共に、圧縮埜気の小
さな化体（＋’ｔを利用して熱媒体に使用して過給Ｕ及
のｌＪｆ気タービンｊ１冒］に設けた空気加ｆ：！５装
置で排気ガスのＩＩＦ熱を回収して高温になった圧１１
６空気が熱交換２Ｓで燃Ｔ′１重油、潤滑油、氷雪：の
流体を加熱することを可能にし、放り；５後の圧第１４
空気エネルギを更に内燃機関のＵ１関本体でＪΔ気とし
て利用することが出来る。また、過給への排気タービン
出口に説＋′）らｈた空気加熱装置によって排気ガスｊ
ゴＥばＪ４を回収し゛（高温の圧１１６空気を送風装置
に導入することにＪ：　。

て大気と混合して温風として暖房、コ゛、１湿、’：’
ｌ＋　／、”Ｉ　’＋’；の用途に利用することが出来
るとＪ（に、圧１１６空気エネルギを送風エネルギに利
用出来る。更に、圧縮空気を空気冷凍機に導入して低温
の空気に変換して送風装置に供給して大気と混合して冷
風として供給して冷′７７５等に供することが出来るー
ｔ、のＩＩＦ　気ガスエネルギの有効利用の効果が得ら
れる６

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明のターボ過給機関の排気ガスエ；１、ル
ギ回収装置の概要図である１図中、１：排気ガスエネル
ギ回収装置、２；ターボ過給機関、５：排気バイパス通
路、１０：内燃機関の機関本体、１１．１２：排気管、
１３：過給機、１４．１５：　ＪＪＦ気タービン入［Ｉ
、１６．３５：排気タービン、１８：排気出口管、１つ
：空気加熱装置、２０：排気管、２１．３６．６１１．
軸、２２：空気圧Ｊ１７沢、２３　　給気１」−冒コ、
２７１．２６　：給気管、２５：空気冷却器、２７．２
８：連結管、２つ二団気！に合１１１１．３０．排気ガ
ス流Ｍ調節絞り装置、３１．３３．３８．３９、／ｌ　
２．１１３．４７．４９．５１．５７．６０．６２．６
５：接ＩＡ管、３２．１１０．４１．４４．４８．５０
．６６：切換４ｒ、３４：排気タービン駆動空気圧縮ユ
ニット、３７．５つ：空気圧縮機、４５：熱交換器、４
６：ポンプ装置、５２：送風装置、５３ニブロワ、５．
１ダンパ、５５：混合室、５６・ダクｌ＝、５８　空気
冷凍機、６１．空気冷却器、６３．空気膨張代。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関の機関本体と過給機の排気タービンとを連通す
   る排気管から分岐する排気バイパス通路を有する過給機
   関において、排気バイパス通路中の排気集合槽、該排気
   集合槽の後の排気流量調節絞り装置、該排気集合槽の後
   にて切換弁を介して排気ガスエネルギで駆動される排気
   タービンおよび該排気タービンに接続されて駆動される
   空気圧縮機から成る排気タービン駆動空気圧縮ユニット
   、該排気タービン駆動空気圧縮ユニットの空気圧縮機が
   大気から吸入して圧縮した空気を前記過給機の排気ター
   ビン出口の排気ガスにより加熱する空気加熱装置、該空
   気加熱装置の後にて切換弁を介して流体を加熱する熱交
   換器、前記の加熱された圧縮空気と大気とを混合して温
   度を調節して温風を送る送風装置を備え、該送風装置は
   、空気圧縮機と空気冷却器および空気膨張機とで構成さ
   れる空気冷凍機によって前記空気圧縮機の吐出圧縮空気
   を低温に状態変化させた空気に大気と混合して温度調節
   した冷風を送ることができることを特徴とするターボ過
   給機関の排気ガスエネルギ回収装置。