(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気熱を回収する排気熱交換器および該排気熱交換器によって生じた凝縮水を排出するドレーン通路を有するエンジンの排熱回収装置において、
前記排気熱交換器から排出される凝縮水を伴った排気を気液混合状態のまま上方へ案内する押上通路と、
前記押上通路の上端に接続された膨張室と、
前記膨張室で気液分離された凝縮水および排気を前記膨張室から下方へ案内する降下通路と、
前記降下通路下端に設けられた分離室と、
前記分離室から上方に延びた排気排出路とを具備し、
前記分離室底部を前記ドレーン通路に接続したことを特徴とするエンジンの排熱回収装置。
【請求項２】
前記降下通路が前記押上通路より大径であることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項３】
前記膨張室が、水平方向に長い筒形をなし、その下面一端側に前記押上通路を、他端に前記降下通路を接続したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項４】
前記降下通路途中に設けた第２膨張室を具備し、前記膨張室および第２膨張室間の通路より第２膨張室および前記分離室間の通路を大径に形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項５】
前記押上通路、前記膨張室、前記分離室、前記排気排出路、および前記降下通路が一体に成型されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項６】
前記押上通路、前記膨張室、前記分離室、前記排気排出路、前記降下通路、および前記第２膨張室が一体に成型されていることを特徴とする請求項４記載のエンジンの排熱回収装置。
【請求項７】
前記ドレーン通路は排水トラップを構成していることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載のエンジンの排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排熱回収装置に関し、特に、コジェネレーション装置等の動力源に用いられるエンジンの排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境保護の必要性が喧伝され、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等を動力源として発電および給湯等を行う自家発電設備としてのコジェネレーション装置が注目されている。この種のコジェネレーション装置は、エンジン本体から熱回収するだけでなく、排気熱交換器に熱媒体を導入して排気からも熱回収するシステムを採用している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記排気熱交換器では、導入された熱媒体との熱交換により排気が冷却されて凝縮水が生じ、排気熱交換器の出口ではこの凝縮水と排気とが混在している。一般に、排気熱交換器から出た排気を配管を介してサイレンサに導入し、ここで排気と凝縮水とに分離させようとした場合サイレンサ内の排気入口部分に凝縮水が溜まり易く、凝縮水の自重により配管内を流下しようとする力に対してこれを押上げるようにして凝縮水内を排気が通過すると、吹上げ音が発生することになる。また、一部の凝縮水が排気とともにサイレンサ外部へ排出されることもある。
【０００４】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気から分離した凝縮水がサイレンサ入口部分に滞留することによる吹上げ音を防止し、かつ、凝縮水を排気と分離し易い構成にしたエンジンの排熱回収装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排気熱を回収する排気熱交換器および該排気熱交換器での熱交換によって生じた凝縮水を排出するドレーン通路を有するエンジンの排熱回収装置において、前記排気熱交換器から上方へ立上がった押上通路と、該押上通路端に接続された膨張室と、該膨張室から下方へ向かう降下通路と、該降下通路端に設けられた分離室と、該分離室から上方に延びた排気排出路とを具備し、前記分離室底部に前記ドレーン通路が接続されている点に第１の特徴がある。
【０００６】
また、本発明は、前記降下通路が前記押上通路より大径である点に第２の特徴があり、前記膨張室が、水平方向に長い筒形をなし、その下面一端側に前記押上通路を、他端に前記降下通路を接続した点に第３の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記降下通路途中に設けた第２膨張室を具備し、前記膨張室および該第２膨張室間の通路より第２膨張室および前記分離室間の通路を大径に形成した点に第４の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記押上通路、前記膨張室、前記分離室、前記排気排出路、および前記降下通路が一体に成型されている点に第５の特徴があり、さらに、前記押上通路、前記膨張室、前記分離室、前記排気排出路、前記降下通路、および前記第２膨張室が一体に成型されている点に第６の特徴がある。また、さらに、前記ドレーン通路が排水トラップを構成している点に第７の特徴がある。
【０００９】
第１〜第７の特徴によれば、押上通路で流速が高められた排気と凝縮水との混合流体は一気に膨張室内部まで運ばれた後分離される。したがって、排気が凝縮水と分離しながら給送されてサイレンサ入口付近に滞留することがなくなり、吹上げ音が抑えられる。また、高速で導入された排気と凝縮水との混合流体は膨張室の壁面に衝突して互いの分離が促進される。膨張室で分離された凝縮水はそのまま降下通路へ排気圧力によって運ばれ降下通路内を自重と排気圧力とを利用して円滑に流下する。さらに、分離室では、凝縮水は背圧によってドレーン通路へ押し出されるので、凝縮水の滞留が防止される。
【００１０】
特に、第２〜第４の特徴によれば、排気および凝縮水はより円滑に移送される。また、第５および第６の特徴によれば、排気と凝縮水との移送通路を一体で形成できるので、製造が容易であるばかりでなく、排熱回収装置内への組み付けも容易である。第７の特徴によれば、排水トラップ内に滞留する凝縮水によって排気が下支えされるので、排気がドレーン通路に流入するのを防止できると共に、分離室から上方への排気を容易にする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１はコジェネレーション装置に含まれる排熱回収装置の構成を示すブロック図である。排熱回収装置１はエンジン発電機のエンジン部から排熱を回収するよう構成される。排熱回収装置１にはエンジン２およびエンジン２に機械的に連結された発電機３が設けられている。発電機３はエンジン回転数に応じた交流電力を発生する。エンジン２には潤滑オイルを溜めるオイルパン４が設けられる。オイルパン４にはオイルクーラ（オイル熱交換器）５が接続されており、オイル熱交換器５はオイルパン４内のオイルと熱媒体（冷却水）との熱交換を行う。エンジン２のシリンダヘッド６にはエアフィルタ７から空気が取入れられる。エンジン２からの排気は排気マニホルド８および排気熱交換器９を通り、サイレンサ３１を経て外部へ排出される。
【００１２】
エンジン２で発生した熱を効率よく回収するための熱媒体の循環経路１２が設定されている。熱媒体を循環させるためのウォータポンプ１０が熱媒体の循環経路１２の入口側に設けられる。この配置により、高温の熱媒体との接触が避けられるのでシール部材等が劣化しにくくなり、ウォータポンプ１０の長寿命化が図られる。ウォータポンプ１０で給送された熱媒体はオイルパン４内のオイル熱交換器５、排気熱交換器９、エンジン２、シリンダヘッド６、サーモカバー１６を順に経て、後述の熱負荷へ循環する。サーモカバー１６はサーモスタットを内蔵していて、予め設定した温度以下では閉弁して熱媒体を循環させないようにすることができる。
【００１３】
熱媒体が循環経路１２を循環することによってエンジン２で発生した熱が回収されて熱負荷へ供給される。すなわち、熱媒体はオイルパン４内のオイル熱交換器５に導入され、エンジン２から回収されたオイルと熱交換してオイルを冷却するとともにそれから熱を得る。続いて熱媒体は排気熱交換器９でエンジン２からの排気と熱交換して熱を得る。オイル熱交換器５および排気熱交換器９で熱を得て温度上昇した熱媒体は、さらにエンジン２のシリンダ壁やシリンダヘッド６に設けられた管路つまりウォータジャケット６Ａからなる冷却部およびシリンダヘッド６を通って熱回収し、その温度がさらに上昇させられる。
【００１４】
図２は上記排熱回収装置の外観を示す斜視図、図３はケースを一部取り外した状態の排熱回収装置の正面図、図４は同右側面図である。図２において、排熱回収装置１は上板１３Ａ、底板１３Ｂ、および側板１３Ｃからなるケース１３によって覆われている。底板１３Ｂには脚１４が設けられ、側板１３Ｃには出力電力を表示するパネル１５や取手１７等が設けられている。側板１３Ｃには熱媒体入口パイプ１８、熱媒体出口パイプ１９、および凝縮水ドレーンパイプ２０、ならびに燃料ガス入口パイプ２１がそれぞれ貫通する孔が形成され、上板１３Ａには吸気管２２および排気管２３がそれぞれ貫通する孔が形成されている。
【００１５】
図３および図４において、排熱回収装置１の上部にはエアフィルタ７、バッテリ２５、およびＥＣＵ２６が配置され、最下部には排気熱交換器９が、中間部にはエンジン２がそれぞれ配置されている。エンジン２はクランク軸（図示しない）が垂直に設定されたバーチカルタイプであり、クランク軸には発電機３が結合されているとともに、エンジン２の下部にはオイルパン４が配置されている。エンジン２のシリンダヘッドの上方にはミキサ２７が設けられ、ミキサ２７にはエアフィルタ７から延びた吸気用ホース２８と、燃料ガス入口パイプ２１から延びたガスパイプ２９とがそれぞれ接続されている。
【００１６】
前記底板１３Ｂには、側板１３Ｃに沿って右ステー３０が立設されている。右ステー３０には前記熱媒体入口パイプ１８、熱媒体出口パイプ１９、および凝縮水ドレーンパイプ２０がそれぞれ形成されたジョイント（詳細は後述）が取付けられている。排気熱交換器９からの排気音を吸収するサイレンサ３１が前記右ステー３０に沿って設けられている。サイレンサ３１は前記排気管２３に接続され、吸気管２２はエアフィルタ７に接続される。サイレンサ３１には、その入口側に曲管３２が設けられていて、排気熱交換器９からの排気は曲管部３２を経てサイレンサ３１に導入される。
【００１７】
図５は、排気系統の配管を示す分解斜視図である。同図において、排気熱交換器９の出口金具９１に一端が接続される排気ホース３３の他端は、前記熱媒体入口パイプ１８が一体に形成された第１ジョイント３４の口金３４１に接続される。さらに、第１ジョイント３４を介して前記排気ホース３３につながるサイレンサ入口ホース３５が、サイレンサ３１の前段に形成された曲管部３２の入口端３２１に接続される。サイレンサ３１の上部には前記排気管２３につながるサイレンサ出口ホース３９が結合される。なお、サイレンサ３１および曲管部３２は図７に関してさらに後述する。
【００１８】
サイレンサ３１の出口端３１１から延長されたドレーンホース３６は第１ジョイント３４の口金３４２に接続される。さらに、第１ジョイント３４を介して前記ドレーンホース３６につながるドレーン出口ホース３７が、前記凝縮水ドレーンパイプ２０が形成された第２ジョイント３８に接続される。ドレーンホース３６とドレーン出口ホース３７とはサイレンサ３１から一旦下方に延び、そこから上方に立上がる排水トラップを構成している。この排水トラップに溜まる凝縮水はサイレンサ３１内の排気がこの排水トラップ内へ流入するのを防止し、排気が上方へ排出されるのを容易にする。前記第１ジョイント３４および第２ジョイント３８、ならびにサイレンサ３１は前記右ステー３０に固定される（図６参照）。
【００１９】
エンジン２から排気熱交換器９に導入された排気は熱媒体と熱交換して温度が下げられる。温度が低下したときに凝縮水を生じ、この凝縮水は排気と一緒になって排気熱交換器９から排出される。凝縮水を伴った排気は排気ホース３３、第１ジョイント３４、およびサイレンサ入口ホース３５を通じて曲管部３２に導入される（矢印Ａ，Ｂ）。
【００２０】
曲管部３２およびサイレンサ３１の結合部４０で排気と凝縮水とが分離され、排気はサイレンサ３１およびサイレンサ出口ホース３９を通じて排気管２３に導かれ外部へ排出される。一方、排気と分離された凝縮水はドレーンホース３６、第１ショイント３４、およびドレーン出口ホース３７を通じて第２ジョイント３８に至り、凝縮水ドレーンパイプ２０から排出される（矢印Ｃ，Ｄ）。
【００２１】
図６は、熱媒体循環系統の配管を示す分解斜視図である。同図において、右ステー３０に対向して左ステー４１が設けられる。この左ステー４１も右ステー３０と同様、前記底板１３Ｂに立設される。左ステー４１の下部には、熱媒体入口連絡ホース４２によって第１ジョイント３４と接続された第４ジョイント４３が固定される。
【００２２】
また、右ステー３０の中間部には、前記熱媒体出口パイプ１９が形成された第３ジョイント４４が設けられ、左ステー４１の上部には第５ジョイント４６が設けられる。第３ジョイント４４および第５ジョイント４６は熱媒体出口連絡ホース４５によって接続される。第４ジョイント４３と第５ジョイント４６には、それぞれ熱媒体左入口パイプ４７、および熱媒体左出口パイプ４８が形成される。第４ジョイント４３および第５ジョイント４６は熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の左右いずれからでもとれるよう設けられたものであり、熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の右側からとる場合は、熱媒体左入口パイプ４７、および熱媒体左出口パイプ４８はそれぞれプラグ４９，５０によって塞がれる。同様に、熱媒体入口および熱媒体出口を排熱回収装置１の左側からとる場合は、熱媒体入口パイプ１８、および熱媒体出口パイプ１９がそれぞれプラグ４９，５０によって塞がれる。第３ジョイント４４にはエンジン２の冷却部から延長されたエンジン出口ホース５１が接続される。
【００２３】
図７は、サイレンサ３１およびサイレンサ３１の入口側に形成された曲管部３２を排熱回収装置１の要部断面図である。同図において、曲管部３２は、入口端３２１を起点としてＳ字状に屈曲しながら上方に立ち上がる比較的細径の押上通路３２２と、この押上通路３２２上端につながる第１膨張室３２３と、第１膨張室３２３の下方に押上通路３２２より大径の連通路３２４を介して接続された第２膨張室３２５と、第２膨張室３２５から下方に延長された降下通路３２６とを有する。第１膨張室３２３と第２膨張室３２５はいずれも水平方向に長い筒形をなしている。
【００２４】
降下通路３２６は前記押上通路３２２や連通路３２４より大径であって、筒状のサイレンサ３１の下端部寄り側壁に連通している。降下通路３２６が連通されているサイレンサ３１の下端部の部屋は排気と凝縮水とが分離される分離室３１２を形成していて、この分離室３１２から上方に向かって凝縮水が分離された排気が排出される。分離室３１２の下端には前記出口端３１１が開口している。なお、大径の通路で第１膨張室３２３とサイレンサ３１とをつなぐようにして、排気の給送速度が低下して排気と凝縮水との分離が促進されるようにしてあれば、第２膨張室３２５は省略してあってもよい。
【００２５】
サイレンサ３１と曲管部３２とは例えば樹脂によって一体成型によって形成することができる。一体成型を容易にするとともに形態のまとまりをもたせて強度確保や取付けの容易性を高めるため、サイレンサ３１と曲管路３２との間は板状または膜状の部分３２７を有している。膜部分３２７には前記ステー３０への取付けのためのボルト孔３２８，３２９が穿たれている。
【００２６】
上記サイレンサ３１と曲管部３２によれば、凝縮水が混在した排気は細径の押上通路３２２を高い流速で一気に第１膨張室３２３内部まで運ばれる。ここでは排気は高速で一気に運ばれるので、低速で流動していくのと違い、排気と凝縮水とが混ざり合うときの吹上げ音が生じるのを防止することができる。
【００２７】
第１膨張室３２３内部へ一気に運ばれた排気と凝縮水は壁面に衝突して両者の分離が促進される。そして、この分離された凝縮水はそのまま排気圧力によって連通路３２４まで運ばれた後、自重と排気圧力とを利用して分離室３１２まで円滑に流下し、分離室３１２において凝縮水に排気の背圧がかかり、凝縮水はドレーン通路つまりドレーンホース３５へ押出される。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項７の発明によれば、凝縮水が混在したままの排気を一気に上方へ搬送させた後、分離させるようにしたので、吹上げ音の発生を抑制することができる。また、排気と凝縮水は膨張室および降下通路内で良好に分離され、かつ、凝縮水は排気の背圧でドレーン通路へ押出されるので、凝縮水が排気中に一部混在して排出されることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態に係る排熱回収装置の要部構成を示すブロック図である。
【図２】  排熱回収装置の外観斜視図である。
【図３】  ケースを取外した状態の排熱回収装置の正面図である。
【図４】  ケースを取外した状態の排熱回収装置の側面図である。
【図５】  排気熱交換器から排出された排気の通過経路を示す分解斜視図である。
【図６】  熱媒体の循環経路の要部を示す分解斜視図である。
【図７】  サイレンサおよびサイレンサと一体成型された曲管部の要部断面図である。
【符号の説明】
１…排熱回収装置、  ２…エンジン、  ３…発電機、  ４…オイルパン、  ５…オイル熱交換器、  ９…排気熱交換器、  １０…熱媒体用ポンプ、  １２…循環経路、  １３…ケース、  １８…熱媒体入口パイプ、  １９…熱媒体出口パイプ、  ２０…凝縮水ドレーンパイプ、  ２２…吸気管、  ２３…排気管、  ３１…サイレンサ、  ３２…曲管部、  ３２２…押上通路、  ３２３…第１膨張室、  ３２５…第２膨張室、  ３１２…分離室
【図１】
0003646859.tif 000002
【図２】
0003646859.tif 000003
【図３】
0003646859.tif 000004
【図４】
0003646859.tif 000005
【図５】
0003646859.tif 000006
【図６】
0003646859.tif 000007
【図７】
0003646859.tif 000008