(57)【要約】【課題】運転始動時の動作の安定性を向上させる過給機付きエンジンの排熱利用システムを提供する。【解決手段】本発明は、過給機１と、過給機１の下流側に配置されると共に内部に熱媒が流通するインタークーラ２と、エンジン３と、熱媒と熱交換した湯水を貯留するための貯湯タンク４とを備えた過給機付きエンジンの排熱利用システムである。前記熱媒の温度を検知する第１の温度検知手段９０と、貯湯タンク４内の湯水の温度を検知する第２の温度検知手段９１とをさらに備える。エンジン３が停止した状態において、第１の温度検知手段９０により検知した温度値Ｔ１が、第２の温度検知手段９１により検知した温度値Ｔ２以上の時には前記熱媒を流通させず、第２の検知手段により検知した温度値Ｔ２未満のときには前記貯湯タンク４内の湯水と熱交換した前記熱媒を流通させ、この状態でエンジン３の運転を始動するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸入した空気を圧縮する過給機と、
過給機の下流側に配置されると共に、内部を流通する熱媒と前記圧縮した空気とを熱交換させるインタークーラと、
インタークーラの下流側に配置されるエンジンと、
前記熱媒と熱交換した湯水を貯留するための貯湯タンクと、
を備えた過給機付きエンジンの排熱利用システムであって、
前記熱媒の温度を検知する第１の温度検知手段と、
貯湯タンク内の湯水の温度を検知する第２の温度検知手段とをさらに備え、
前記エンジンが停止した状態において、第１の温度検知手段により検知した温度値が、
第２の温度検知手段により検知した温度値以上の時には前記熱媒を流通させず、第２の検知手段により検知した温度値未満のときには前記貯湯タンク内の湯水と熱交換した前記熱媒を流通させ、
この状態でエンジンの運転を始動するようにしたことを特徴とする、過給機付きエンジンの排熱利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付きエンジンの排熱利用システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、過給機付きエンジンに取り付けられたインタークーラからの排熱を回収し、その回収した熱を有効利用するようにした排熱利用システムが知られている（例えば特許文献１参照）。この過給機付きエンジンの排熱を利用したシステムとしては、例えば次のようなものがある。この一例の過給機付きエンジンの排熱利用システムは、発電機等の動力源となるエンジンと、このエンジンの上流側に設けられて当該エンジンに圧縮空気を送り込む過給機と、エンジンと過給機との間に設けられて過給機により生成された圧縮空気を冷却するインタークーラとを備える。このインタークーラには冷却水（熱媒）が循環しており、この冷却水はインタークーラ内を通過する圧縮空気と熱交換する。一方、圧縮空気と熱交換した冷却水は、インタークーラの外部で温水、または冷却塔などの放熱装置との熱交換が可能となっている。このインタークーラの冷却水と熱交換した温水は、エンジン本体の冷却水と熱交換して得られた温水や、排ガスと熱交換することで得られた温水などと一緒に、温度の高い状態で貯湯タンクに溜められる。このようにして過給機付きエンジンからの排熱を回収し、その回収した熱を様々な用途に再利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８２９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記エンジンは、始動時からある程度運転を継続すると、その本体の温度が高くなり、失火のない安定した駆動を行なうようになる。ところがエンジン始動前や始動直後にはその本体が冷えていることが多いため、過給機からそのエンジン内に流入した圧縮空気は流入する過程で温度が低下し、着火・燃焼時にはさらに温度が低くなる。その結果、燃焼性が悪くなってしまう。この場合、エンジンの始動性が低下するだけでなく、始動直後の失火も引き起こしやすくなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、運転始動時の動作の安定性を向上させる過給機付きエンジンの排熱利用システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムは以下の構成とする。
【０００７】
本発明は、吸入した空気を圧縮する過給機１と、過給機１の下流側に配置されると共に内部を流通する熱媒と前記圧縮した空気とを熱交換させるインタークーラ２と、インタークーラ２の下流側に配置されるエンジン３と、前記熱媒と熱交換した湯水、エンジン本体の冷却水と熱交換して得られた湯水、排ガスと熱交換することで得られた湯水などを貯留するための貯湯タンク４とを備えた過給機付きエンジンの排熱利用システムである。これは、前記熱媒の温度を検知する第１の温度検知手段９０と、貯湯タンク４内の湯水の温度を検知する第２の温度検知手段９１とをさらに備えている。そして前記エンジン３が停止した状態において、第１の温度検知手段９０により検知した温度値Ｔ１が、第２の温度検知手段９１により検知した温度値Ｔ２以上の時には前記熱媒を流通させず、第２の温度検知手段９１により検知した温度値Ｔ２未満のときには前記貯湯タンク４内の湯水と熱交換した前記熱媒を流通させ、この状態でエンジン３の運転を始動するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、エンジン３始動時にインタークーラ２の熱媒の温度値Ｔ１が貯湯タンク４内の湯水の温度値Ｔ２未満のときには、温度の高い熱媒をインタークーラ２内に流通させることができる。温度の高い熱媒がインタークーラ２内を流通すると、仮にエンジン３が冷えている場合であっても過給機１からエンジン３内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることがないため、エンジン３始動時における圧縮空気の燃焼性を向上させることができる。一方、インタークーラ２の熱媒の温度値Ｔ１が貯湯タンク４内の湯水の温度値Ｔ２以上のときには、温度の低い貯湯タンク４の湯水と熱交換する熱媒をインタークーラ２内に流通させないので、この場合にも過給機１からエンジン３内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることを防止できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムによれば、運転始動時の動作の安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態の過給機付きエンジンの排熱利用システム（以下、排熱利用システムという）は、過給機１から供給される圧縮空気を冷却するためのインタークーラ２を備えており、このインタークーラ２からの排熱を利用してお湯を生成し、このお湯をエンジン本体の冷却水と熱交換して得られた湯水、排ガスと熱交換することで得られた湯水などと合わせて貯湯タンク４に溜めておいてその後利用するものである。この排熱利用システムは、図１に示されるように、過給機１と、過給機１の空気流通経路下流側に設けられたインタークーラ２と、インタークーラ２の空気流通経路下流側に設けられたエンジン３と、インタークーラ２の排熱により加熱された湯水を貯めておく貯湯タンク４とを備えている。さらにこの排熱利用システムは、インタークーラ２内を循環する熱媒を冷却する冷却液を生成するための冷却塔５を備えている。この排熱利用システムは、エンジン３の動力を利用して発電するようになっており、エンジン３による発電とインタークーラ２、エンジン本体の冷却水および排ガスからの熱の回収・利用とを同時に行なういわゆるコージェネレーションシステムを構成している。
【００１３】
過給機１は、エンジン３の排気ガスを利用してタービンを回転させ、吸入空気を圧縮するターボチャージャーを用いている。この過給機１は、大気を内部に取り込む吸入口と、タービンにより圧縮された空気を吐出する吐出口とを有している。この吐出口は、その下流側に圧縮空気と燃料とを予混合する予混合部６に接続されている。この予混合部６は、さらに下流側にインタークーラ２が連通接続されている。
【００１４】
インタークーラ２は、過給機１の下流側に接続されており、内部を流通する熱媒により過給機１から供給された空気と熱交換を行なう。本実施形態のインタークーラ２は、通常運転時には過給機１から供給された空気を冷却するが、エンジン３始動時（始動直前から始動直後の一定時間）には過給機１から供給された空気の温度を上昇または維持させる働きもする。インタークーラ２には、図１に示されるように、第１のポンプ７０により圧送された熱媒が内部を流通する熱媒循環管路８０が設けられており、この熱媒循環管路８０はインタークーラ２内において過給機１から供給された圧縮空気と熱交換するように配設されている。この熱媒循環管路８０は、冷却塔側管路８１と貯湯タンク側管路８２とを有しており、冷却塔側管路８１と貯湯タンク側管路８２とは切替弁７３を介して切替可能となっている。この冷却塔側管路８１はその途中に冷却塔用熱交換器８３が接続されている。また貯湯タンク側管路８２はその途中に貯湯タンク用熱交換器８４が接続されている。
【００１５】
貯湯タンク４は、この貯湯タンク用熱交換器８４に接続されており、この貯湯タンク用熱交換器８４において熱交換した湯水を貯水する。貯湯タンク４は、貯湯タンク４内部と連通する湯水循環路８５が設けられている。この湯水循環路８５の途中には、貯湯タンク用熱交換器８４が接続されると共に第２のポンプ７１が接続されている。この貯湯タンク４には最大で８８℃程度の湯が溜められ、この貯湯タンク４内の湯は給湯や空調などに利用される。
【００１６】
冷却塔５は、インタークーラ２を冷却する際に熱媒を冷却する冷却液を生成する。冷却塔５には冷却水循環路８６が設けられており、冷却水循環路８６はその途中に冷却塔用熱交換器８３及び第３のポンプ７２が接続される。この第３のポンプ７２を駆動することにより、冷却塔５により生成された冷却液が、冷却塔用熱交換器８３においてインタークーラ２を流通する熱媒と熱交換を行なう。
【００１７】
エンジン３は、圧縮空気と燃料とを予混合して成る予混合気を取り入れ、その予混合気を燃焼させることで動力を得る。本実施形態のエンジン３は、発電機Ａに接続されており、駆動することで電気を発生させる。なお、燃焼時に発生する排気ガスは、上述のように過給機１の過給に利用される。
【００１８】
本実施形態の排熱利用システムは、図１に示されるように、過給機１の吐出口近傍と、インタークーラ２内の熱媒循環管路８０と、貯湯タンク４とにそれぞれ温度検知手段９０，９１，９２が設けられている。インタークーラ２内の熱媒循環管路８０に設けられた温度検知手段（第１の温度検知手段９０）は、インタークーラ２内を流通する熱媒の温度を検知する。また貯湯タンク４に設けられた温度検知手段（第２の温度検知手段９１）は、貯湯タンク４に貯留された温水の温度を検知する。また過給機１の吐出口近傍に設けられた温度検知手段（第３の温度検知手段９２）は、過給機１により圧縮された空気の温度を検知する。これらの温度検知手段９０，９１，９２は、温度センサーにより構成されており、それぞれが制御部に接続されている。
【００１９】
制御部は、エンジン３の始動前及び始動時から一定時間、エンジン３の始動性を向上させるための運転を行なわせる。制御部は、各ポンプ７０，７１，７２に接続されており、温度検知手段９０，９１，９２の検知値に基づいて第１のポンプ７０と第２のポンプ７１のＯＮ／ＯＦＦ制御を行なう。制御部は、システム起動スイッチがＯＮされることにより排熱利用システム運転開始の信号が送られると、各温度検知手段９０，９１，９２に温度検知を行なうよう指令を送る。すると各温度検知手段９０，９１，９２は、運転開始時のインタークーラ２の熱媒，貯湯タンク４の温水，過給機１から吐出された空気の各温度を検知する。各温度検知手段９０，９１，９２は、それぞれの部位の温度値を制御部に送信する。制御部は、温度検知手段９０，９１，９２から送られた各温度値（第１の温度検知手段９０による温度値：Ｔ１，第２の温度検知手段９１による温度値：Ｔ２，第３の温度検知手段９２による温度値：Ｔ３）の大小関係を判断する。制御部は、検知された温度値のうち、第２の温度検知手段９１が最も大きいと判断した場合（Ｔ２＞Ｔ１＞Ｔ３，Ｔ２＞Ｔ３＞Ｔ１）、第１のポンプ７０と第２のポンプ７１の運転を開始させる。すると温度の高い貯湯タンク４内の湯が、湯水循環路８５を循環し始める。同時にインタークーラ２内の熱媒は、熱媒循環管路８０内を循環し始め、貯湯タンク用熱交換器８４にて温度の高い湯と熱交換する。すると、インタークーラ２内の温度が上昇する。この状態で過給機１及びエンジン３を始動すると、過給機１から供給された圧縮空気は、加熱されると共にエンジン３内に流れ込み、最終的に着火される。このとき圧縮空気の温度は上昇しているので、エンジン３が冷えていても着火時にその温度が下がり過ぎてしまうことがなく、エンジン３は失火を起こしにくくなると共に、始動時の動作が安定する。
【００２０】
ここで温度検知手段９０，９１，９２により検知された各温度値が、Ｔ３＞Ｔ２＞Ｔ１の関係となっている場合、圧縮空気はこの状態でインタークーラ２を通過すると温度が大きく低下してしまう。このため制御部は、第１のポンプ７０と第２のポンプ７１の運転を開始させて、貯湯タンク４内の湯水とインタークーラ２の熱媒との熱交換を行い、圧縮空気の温度低下を最小限に留めるように制御する。
【００２１】
一方、制御部が第１の温度検知手段９０により検知された温度値Ｔ１を最も大きいと判断した場合（Ｔ１≧Ｔ３≧Ｔ２，Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）、制御部は各ポンプ７０，７１を駆動させず、そのままエンジン３を始動させる。すると、過給機１からの圧縮空気は、インタークーラ２内のほうが高温となっているため、インタークーラ２によって加熱され、次いでエンジン３内に流れ込み、着火される。このとき圧縮空気の温度は上昇しているので、エンジン３は失火を起こしにくくなると共に、始動時の動作が安定する。
【００２２】
ここで温度検知手段９０，９１，９２により検知された各温度値が、Ｔ３＞Ｔ１＞Ｔ２の関係となっている場合、圧縮空気はこの状態でインタークーラ２を通過すると温度が低下してしまい、仮に各ポンプ７０，７１を駆動させてインタークーラ２内の熱媒を流通させたとしてもさらに温度が低下してしまう。このため制御部は、各ポンプ７０，７１を駆動させず、圧縮空気の温度低下を最小限に留めるように制御する。
【００２３】
すなわち、第１の温度検知手段９０と第２の温度検知手段９１との関係に着目した場合、制御部の制御は次のようになる。第１の温度検知手段９０により検知した温度値Ｔ１が、第２の温度検知手段９１により検知した温度値Ｔ２以上の時（Ｔ１≧Ｔ２）には、制御部は第１のポンプ７０と第２のポンプ７１を運転させない。一方、第１の温度検知手段９０により検知した温度値Ｔ１が、第２の温度検知手段９１により検知した温度値Ｔ２未満の時（Ｔ１＜Ｔ２）には、制御部は第１のポンプ７０と第２のポンプ７１を運転させる。そしてこの状態でエンジン３を始動させるように制御する。
【００２４】
制御部は、エンジン３の始動時に上記制御を行い、この状態で一定時間エンジン３を運転させた後、通常の運転に切り替える制御を行なう。制御部は、前記切替弁７３に接続されているため、貯湯タンク側管路８２から冷却塔側管路８１への切替制御を行なうことができる。これによりエンジン３の運転が安定した後は、インタークーラ２により圧縮空気を冷却させることができる。通常のインタークーラ２の働きにより圧縮空気の圧縮比を上げたり、圧縮空気の点火前の自己発火を防いだりすることができる。
【００２５】
本実施形態の排熱利用システムは、エンジン３始動時に、インタークーラ２の熱媒の温度が貯湯タンク４内の湯水の温度未満のときには、温度の高い熱媒をインタークーラ２内に流通させることができる。温度の高い熱媒がインタークーラ２内を流通すると、仮にエンジン３が冷えている場合であっても過給機１からエンジン３内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることがないため、エンジン３始動時における圧縮空気の燃焼性を向上させることができる。一方、インタークーラ２の熱媒の温度が貯湯タンク４内の湯水の温度以上のときには、温度の低い貯湯タンク４の湯水と熱交換した熱媒をインタークーラ２内に流通させないので、過給機１からエンジン３内へ送られる圧縮空気が過度に冷やされることを防止できる。この結果、運転始動時の動作の安定性を向上させることができる。
【００２６】
本実施形態の排熱利用システムは、第３の温度検知手段９２が設けられており、この第３の温度検知手段９２によって過給機１からの圧縮空気の温度を検知するようにしていたが、本発明の過給機付きエンジンの排熱利用システムは、第３の温度検知手段９２は必ずしも必要な構成ではない。
【００２７】
また本実施形態は、インタークーラ２内を流通する熱媒と湯水との熱交換が、熱媒と湯水とで直接行なわれていたが、本発明は、インタークーラ内を流通する熱媒と湯水との熱交換が、熱媒と湯水との間に他の熱媒を介して行なわれるものであってもよい。
【００２８】
また本実施形態の排熱利用システムは、コージェネレーションシステムを構成していたが、本発明の給機付きエンジンの排熱利用システムは、コージェネレーションシステムでなくてもよく、過給機付きエンジンの排熱を利用するシステムであれば、広く適用することができる。また本実施形態の排熱利用システムは、過給機１がターボチャージャーによって構成されていたが、本発明の給機付きエンジンの排熱利用システムは、過給機がスーパーチャージャーであってもよく、この点限定されるものでなはい。
【符号の説明】
【００２９】
１      過給機
２      インタークーラ
３      エンジン
４      貯湯タンク
５      冷却塔
６      予混合室
７０    第１のポンプ
７１    第２のポンプ
７２    第３のポンプ
７３    切替弁
８０    熱媒循環管路
８１    冷却塔側管路
８２    貯湯タンク側管路
８３    冷却塔用熱交換器
８４    貯湯タンク用熱交換器
８５    湯水循環路
８６    冷却水循環路
９０    第１の温度検知手段
９１    第２の温度検知手段
９２    第３の温度検知手段
Ａ      発電機
【図１】
2011214490.tif 000003