(57)【要約】【課題】コンパクト化及びコストダウンを図ることができるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。【解決手段】熱交換器１４は、排気ガスを通す排気ガス通路８２と、給湯器等に熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路８３と、排気ガスから熱を奪い熱媒体へ熱を与える水通路８４とを備え、この水通路に、水冷エンジンの冷却水が供給される。【効果】熱交換器や配管が少なくなるので、部品点数を少なくすることができ、コストダウンを図ることができる。【選択図】図３
2011021562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷エンジンで発電機を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、熱交換器を用いて前記エンジンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器及び／又は暖房器に与えるコージェネレーション装置において、
前記熱交換器は、前記排気ガスを通す排気ガス通路と、前記給湯器及び／又は暖房器へ熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路と、前記排気ガスから熱を奪い前記熱媒体へ熱を与える水通路とを有し、
この水通路に、前記水冷エンジンの冷却水が供給されることを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記排気ガス通路が、前記水通路で囲われ、この水通路が前記熱媒体通路で囲われていることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンで発電機を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器及び／又は暖房器に与えるコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンで発電機を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、エンジンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器や暖房器に与えるコージェネレーション装置が知られている（例えば、特許文献１（図１）参照。）。
【０００３】
この特許文献１の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図１０に示すように、コージェネレーション装置１００は、エンジン１０１で発電機１０２を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、排気熱交換器１０３でエンジン１０１から排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得る。
また、熱エネルギーを回収、利用するためにコージェネレーション装置１００は、エンジン１０１の冷却水を循環させる１次系統１０４と、貯湯槽１０５等で構成される２次系統１０６と、１次系統１０４と２次系統１０６との間で熱交換する温水熱交換器１０７とを備えている。
【０００４】
冷却水は、エンジン１０１を冷却することで熱エネルギーを得て、更に排気熱交換器１０３でエンジン１０１の排気ガスからも熱エネルギーを得て高温となる。高温の冷却水は、温水熱交換器１０７に流れて熱エネルギーを低温の熱媒体へ移す。温水熱交換器１０７で熱媒体に移された熱エネルギーは、貯湯槽１０５を介して温水消費機器１０８及び／又は熱消費機器１０９に移される。
【０００５】
このようにして、コージェネレーション装置１００は、排気熱交換器１０３と温水熱交換器１０７とを備えて、熱の移動を行う。
ところで、排気熱交換器１０３や温水熱交換器１０７は、比較的大きな機器である。そのため、コージェネレーション装置１００は、大型になる。
しかし、近年の小型化の要求からコージェネレーション装置１００のコンパクト化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−４５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、コンパクト化を図ることができるコージェネレーション装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、水冷エンジンで発電機を駆動して電気エネルギーを発生させると共に、熱交換器を用いて前記エンジンから排出される高温の排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器及び／又は暖房器に与えるコージェネレーション装置において、前記熱交換器は、前記排気ガスを通す排気ガス通路と、前記給湯器及び／又は暖房器へ熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路と、前記排気ガスから熱を奪い前記熱媒体へ熱を与える水通路とを有し、この水通路に、前記水冷エンジンの冷却水が供給されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、排気ガス通路が、水通路で囲われ、この水通路が熱媒体通路で囲われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係る発明では、熱交換器は、排気ガスを通す排気ガス通路と、給湯器及び／又は暖房器へ熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路と、排気ガスから熱を奪い熱媒体へ熱を与える水通路とを有する。従来技術においては、排気ガスを通す排気熱交換器と、給湯器等へ熱エネルギーを与える熱媒体を通す温水熱交換器との２つの熱交換器を必要とするが、本発明においては、排気ガスからの熱回収と給湯器等への熱エネルギー供給とを１つの熱交換器で実施する。従来技術に比較し、熱交換器や配管が少なくなるので、部品点数を少なくすることができ、コージェネレーション装置のコンパクト化を図ることができる。
【００１１】
請求項２に係る発明では、排気ガス通路が、水通路で囲われ、この水通路が熱媒体通路で囲われている。排気ガス通路、水通路及び熱媒体通路が重なる形態で１つにまとまっているので、熱交換器の小型化が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るコージェネレーション装置の系統図である。
【図２】本発明に係るコージェネレーション装置の正面図である。
【図３】熱交換器の断面図である。
【図４】図３の４−４線断面図である。
【図５】排気ガスの流れを説明する図である。
【図６】冷却水の流れを説明する図である。
【図７】熱媒体の流れを説明する図である。
【図８】新旧のコージェネレーション装置の大きさを比較説明する図である。
【図９】新旧のコージェネレーション装置の系統を比較説明する図である。
【図１０】従来の技術に係るコージェネレーション装置の系統図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
【実施例】
【００１４】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、コージェネレーション装置１０は、筐体１１に収められ、エンジン１２を主要素とする１次系統１３と、この１次系統１３が保有する熱エネルギーを熱交換器１４を介して受け取る２次系統１５とからなる。
【００１５】
２次系統１５は、熱媒体を循環させる熱媒体配管１６と、熱媒体を循環させる媒体ポンプ１７と、給湯器１８と、暖房器２１とからなる。熱交換器１４で高温になった「高温熱媒体」は、給湯器１８で水を湯に変える作用を発揮し、次に、暖房器２１で低温空気を高温の空気に変える作用を発揮して「低温熱媒体」に変わる。
【００１６】
１次系統１３は、水冷エンジン１２に接続され水を循環させる水循環配管２２と、水を循環させる水ポンプ２３と、水冷エンジン１２に接続されオイルを循環させるオイル循環配管２４と、このオイル循環配管２４のオイルの保有熱を水へ移すことでオイルを冷却するオイルクーラー２５と、水冷エンジン１２の出力軸２６に繋がれ電気エネルギーを発生する発電機２７と、水冷エンジン１２から高温の排ガスを排出する排気管２８と、排気管２８及び水循環配管２２から熱エネルギーを熱媒体配管１６へ移す熱交換器１４とからなる。
【００１７】
水冷エンジン１２の出力を発電機２７で電気エネルギーに変換すると共に、水冷エンジン１２の保有熱Ｅを、水循環配管２２及びオイル循環配管２４で取り出す。すなわち、「水」は、水冷エンジン１２で暖められて「湯」に変わり、オイルクーラー２５で更に暖められて「高温湯」に変わる。この「高温湯」は、水循環配管２２により、熱交換器１４へ供給される。
【００１８】
熱交換器１４では、排気管２８で供給される「排気ガス」が、「高温湯」より高温であるため、「排気ガス」から「高温湯」へ熱移動が行われる。このときの移動熱量をｘと呼ぶ。
また、熱交換器１４では、「高温湯」より、「熱媒体」が低温であるため、「高温湯」から「熱媒体」へ熱移動が行われる。このときの移動熱量をｙと呼ぶ。
【００１９】
すなわち、「高温湯」は「排気ガス」により温度が上昇するが、同時に「熱媒体」で冷却される。本発明の熱交換器１４は、熱媒体に水より低温で蒸発する低沸点形媒体を採用するなどして、移動熱量ｘより、移動熱量ｙが大ききなるように構成されている。結果、「高温湯」は温度上昇より、温度低下が格段に勝り、「水」に変わる。
【００２０】
このような重要な作用を発揮する熱交換器１４の構造は、図３で説明する。その前に、図２で１次系統１３の構成の具体例を説明する。
図２に示されるように、コージェネレーション装置１０は、エンジン１２を収納する筐体１１と、この筐体１１の底部に設けられ衝撃を吸収する緩衝部材２９と、この緩衝部材２９にブラケット３１を介して設けられオイルを貯留するオイルパン３２と、このオイルパン３２の上部に設けられオイルを冷却するオイルクーラー２５と、このオイルクーラー２５の上部に設けられ駆動力及び熱を発生するエンジン本体３３と、このエンジン本体３３に設けられ駆動力を伝える出力軸としてのクランク軸２６と、このクランク軸２６に接続され電気エネルギーを発生させる発電機２７とを備えている。
【００２１】
また、コージェネレーション装置１０は、筐体１１の側部に設けられ燃料ガスを導入する燃料ガス導入口３４と、この燃料ガス導入口３４に接続され燃料ガスを導く燃料管３５と、筐体１１上部の吸気系の入口に設けられ吸気から異物を除去するエアクリーナ３６と、このエアクリーナ３６に接続され吸気と燃料ガスとの混合気をエンジン本体３３に導く吸気管３７とを備えている。
【００２２】
また、コージェネレーション装置１０は、エンジン本体３３に設けられ排気ガスを導く排気管２８と、この排気管２８に接続され排気ガスから熱エネルギーを得る熱交換器１４と、この熱交換器１４に接続され排気ガスを導く排気導管３８と、この排気導管３８に接続され排気音を低減させるサイレンサ４１と、このサイレンサ４１に接続され排気ガスを導く排気導管４２と、この排気導管４２に接続され排気ガスを外部に排気する排気口４３とを備えている。
クランク軸２６の端部には、ファン４４が連結されている。ファン４４で発電機２７が収納されている室内４５の空気を吸引し、ダクト４６から外部へ排出する。
【００２３】
また、冷却水が通る１次系統１３は、エンジン１２のウォータージャケット及びオイルクーラー２５を通過した冷却水を熱交換器１４に導く第１水循環配管４７と、熱交換器１４から出た冷却水を水ポンプ２３に導く第２水循環配管４８と、水ポンプ２３から出された冷却水をエンジン１２に導く第３水循環配管５１とを備えている。
なお、水循環配管（図１、符号２２）は、第１〜第３水循環配管４７、４８、５１等で構成される。
【００２４】
熱媒体が通る２次系統１５は、筐体１１の側部に設けられ熱媒体を導入する熱媒体導入口５２と、この熱媒体導入口５２に接続され熱媒体を熱交換器１４に導く第１熱媒体配管５３と、熱交換器１４から排出された熱媒体を導く第２熱媒体配管５４と、筐体１１の側部に設けられ熱媒体を外部に出す熱媒体排出口５５とを備えている。
なお、熱媒体配管（図１、符号１６）は、第１、第２熱媒体配管５３、５４等で構成される。
【００２５】
次に、熱交換器１４について説明する。
図３に示されるように、熱交換器１４は、排気管２８が接続される天板５６と、この天板５６の中央に設けられ排気ガスを取り入れる排気ガス入口５７と、この排気ガス入口５７から下方へ円錐状に形成され三元触媒５８を保持する保持部材６１と、天板５６の下側に設けられ保持部材６１を補強する補強板６２と、この補強板６２の外側に設けられ円筒の壁面にらせん状の窪み６３を呈するらせん円筒部材６４と、このらせん円筒部材６４の外側にらせん状の窪み６３に接して設けられ熱交換器１４内部を仕切る仕切り部材６５と、仕切り部材６５の外側に設けられ冷却水を導く冷却水誘導板６６と、この冷却水誘導板６６を貫通する形態で設けられ排気ガスを誘導する複数の排気ガス誘導管６７と、天板５６の下側に設けられ冷却水誘導板６６の外側に接する円筒部材６８と、この円筒部材６８の下部に設けられ冷却水が流れる部分を塞ぐ冷却水仕切り板７１と、円筒部材６８の下端に設けられ円筒部材６８の底を塞ぐ底板７２と、円筒部材６８に設けられ最も外側の壁を形成する外板７３と、この外板７３と円筒部材６８の間に設けられ熱媒体を導く熱媒体誘導板７４と、底板７２に設けられている排気ガス出口７５と、円筒部材６８に設けられている冷却水入口７６及び冷却水出口７７と、外板７３に設けられている熱媒体入口７８及び熱媒体出口８１とからなる。
【００２６】
熱交換器１４は、排気ガスを通す排気ガス通路８２と、給湯器等に熱エネルギーを与える熱媒体を通す熱媒体通路８３と、排気ガスから熱を奪い熱媒体へ熱を与える水通路８４とを備える。
【００２７】
次に、熱交換器１４の排気ガス、冷却水及び熱媒体の通路を説明する。
図４に示されるように、熱交換器１４は、排気ガスを通す排気ガス通路８２と、熱媒体を通す熱媒体通路８３と、排気ガスから熱を奪い熱媒体へ熱を与える水通路８４とを備え、排気ガス通路８２が、水通路８４で囲われ、この水通路８４が熱媒体通路８３で囲われている形態となる。
【００２８】
冷却水は、第１水循環配管４７から送り込まれ、水通路８４を通って第２水循環配管４８へ流れ出る。熱媒体は、第１熱媒体配管５３から送り込まれ、熱媒体通路８３を通って第２熱媒体配管５４へ流れ出る。
なお、実施例では、排気ガス誘導管６７を８本にしたが、６本、１０本でもよく、排気ガスの熱エネルギーを冷却水に移すことができれば、他の本数であってもよい。
【００２９】
以上の述べた熱交換器１４の作用を図５〜図７に述べる。先ず、図５では排気ガス通路８２における排気ガスの流れを示す。
図５に示されるように、高温の排気ガスは、矢印（１）のように排気管２８から送り込まれ、矢印（２）のように三元触媒５８に流れ込む。三元触媒５８から出た排気ガスは、矢印（３）のようにらせん円筒部材６４と仕切り部材６５の間に入り、矢印（４）のように旋回しながら流れる。そして、排気ガスは、矢印（５）のように排気ガス誘導管６７に入り、矢印（６）のように排気導管３８へ流れ出る。
【００３０】
次に、水通路８４における冷却水の流れを示す。
図６（ａ）に示されるように、高温湯の冷却水は、第１水循環配管４７から入り、矢印（７）、（８）のように旋回しながら流れ、熱を奪われて低温の水になり、第２水循環配管４８へ流れ出る。
【００３１】
次に、熱の移動について説明する。
図６（ｂ）に示されるように、矢印（７）の冷却水の流れは、排気ガス側である仕切り部材６５及び排気ガス誘導管６７から熱Σ（ｘ）を受け取り、熱媒体側である円筒部材６８に熱Σ（ｙ）を移す。また、矢印（８）の冷却水の流れも同様である。このように、排気ガス誘導管６７があることで、冷却水の流れが仕切り部材６５側と円筒部材６８側の両方に行き来して、効率良く熱交換が行われる。
熱Σ（ｘ）＜熱Σ（ｙ）である。結果、冷却水は熱を奪われ、低温になる。
【００３２】
次に熱媒体通路８３における熱媒体の流れを示す。
図７に示されるように、低温熱媒体は、第１熱媒体配管５３から送り込まれ、矢印（９）のように旋回しながら流れ、熱を受け取って高温熱媒体になり、第２熱媒体配管５４へ流れ出る。
【００３３】
次にコンパクト化について説明する。
図８において、（ａ）に示す比較例では、コージェネレーション装置１１０は、排気ガスから熱回収する第１熱交換器１１１と、回収した熱を外部の熱媒体に移す第２熱交換器１１２とが備えられている。結果、第２熱交換器１１２を配置するためのスペースが必要となり、コージェネレーション装置１１０が大きくなる。
【００３４】
図８（ｂ）に示す実施例では、コージェネレーション装置１０は、排気ガスから熱回収する機能と回収した熱を外部の熱媒体に移す機能を有する熱交換器１０を備えている。実施例に示すコージェネレーション装置１０は、比較例に示すコージェネレーション装置１１０よりも、幅Ｌだけ小型になる。このように、本発明に係るコージェネレーション装置１０は、コンパクト化を図ることができる。
【００３５】
次に主要部品を系統図で比較して説明する。
図９（ａ）に示す比較例では、コージェネレーション装置１１０は、エンジン１１３、エンジン１１３の排気ガスから熱回収する第１熱交換器１１１、オイルクーラー１１４、回収した熱を外部の熱媒体に移す第２熱交換器１１２及びそれらを繋ぐ配管が備えられている。熱交換器の数は２である。
図９（ｂ）に示す実施例では、コージェネレーション装置１０は、エンジン１２、オイルクーラー２５、排気ガスから熱回収する機能と回収した熱を外部の熱媒体に移す機能を有する熱交換器１０及びそれらを繋ぐ配管が備えられている。熱交換器の数は１である。
実施例のコージェネレーション装置１０は、比較例のコージェネレーション装置１１０よりも、熱交換器と配管の数が少ない。部品点数が少ないので、装置を簡易にしてコストダウンを図ることができる。
【００３６】
尚、本発明に係るコージェネレーション装置１０は、実施例ではオイルクーラー２５からも熱回収したが、オイルクーラー２５から必ずしも熱回収する必要はなく、排気ガスから熱回収する機能と回収した熱を外部の熱媒体に移す機能を有する熱交換器１４を備えていれば、他の構成であっても差し支えない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明に係る汎用エンジンは、排気ガスから熱エネルギーを得て給湯器及び／又は暖房器に与えるコージェネレーション装置に好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…コージェネレーション装置、１２…エンジン、１４…熱交換器、１７…媒体ポンプ、１８…給湯器（貯水タンク）、２１…暖房器、２３…水ポンプ、２５…オイルクーラー、２７…発電機、２８…排気管、８２…排気ガス通路、８３…熱媒体通路、８４…水通路。
【図１】
2011021562.tif 000003
【図２】
2011021562.tif 000004
【図３】
2011021562.tif 000005
【図４】
2011021562.tif 000006
【図５】
2011021562.tif 000007
【図６】
2011021562.tif 000008
【図７】
2011021562.tif 000009
【図８】
2011021562.tif 000010
【図９】
2011021562.tif 000011
【図１０】
2011021562.tif 000012