(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出するエンジン排気処理装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略Ｕ字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とするエンジン排気処理装置。
【請求項２】
エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器とを有し、前記エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する空気調和装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略Ｕ字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とするエンジン駆動式ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凝縮水を中和する中和器を備えたエンジン排気処理装置及びそれを用いたエンジン駆動式ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、空気調和装置等に使用される圧縮機をエンジンにより駆動するエンジン駆動式ヒートポンプ装置が知られている。この種のものでは、エンジンの排気ガスを処理するために、エンジンの排気ガスをマフラー及び排気トップを経て排気すると共に、マフラー及び排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する排気ガス処理装置が付設されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
上記従来の排気ガス処理装置では、マフラーで凝縮した凝縮水を中和器に戻すマフラー戻しホース（戻し通路）と、排気トップで凝縮した凝縮水を中和器に戻す排気トップ戻しホース（戻し通路）とを備え、それぞれの凝縮水を別々に戻すようにしている。
このような構成では、マフラー背圧が中和器に作用し、この中和器内の圧力が高くなるため、排気ガスの凝縮水を排気トップ戻しホースを介して中和器に入れる場合、排気ガスが逆流するおそれがある。この逆流が発生すると、異音が発生するため、それを防止するために、従来、中和器の内部に凝縮水を溜めて、その凝縮水中に排気ガスの凝縮水を、当該排気ガスと一緒に吹き込む構成としている。
【特許文献１】特開２００２−２９５９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の構成では、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器内への凝縮水の貯留量が減少し、この減少に起因して、中和器内のいわゆる液封が破壊されることによって異音が発生する等の問題があった。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、排気ガスの逆流により異音が発生することのない、エンジン排気処理装置及びそれを用いたエンジン駆動式ヒートポンプ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出するエンジン排気処理装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該前記マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略Ｕ字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれたことを特徴とする。
この構成では、排気トップの凝縮水が、マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻されるために、この凝縮水が、ベンチュリー管の原理によって、マフラー内にスムーズに吸引され、当該マフラー内に効率よく捕集され、ここに捕集された凝縮水は、マフラー戻しホースを経て、中和器に戻される。これによれば、従来のような排気トップ戻しホースが不要になるため、当該管を介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
【０００６】
また、エンジン駆動式の圧縮機と、室外熱交換器とを有し、前記エンジンの排気ガスをマフラーから排気トップを経て排気すると共に、前記マフラー及び前記排気トップで凝縮した凝縮水を中和器を経て中和させて排出する空気調和装置において、前記マフラーが複数の膨張室を連通管で連通させた多室構造マフラーであり、当該前記マフラーよりも上方に前記排気トップを配置し、前記排気トップの凝縮水を前記マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻す戻し通路を備え、この戻し通路は、前記排気トップから前記マフラーへ向けて下方に延び、当該マフラー側で略Ｕ字状に曲げられ、その先端が前記連通管の内側に差し込まれるようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、排気トップの凝縮水が、マフラー内における排気ガスの流速が速い部位に戻されるために、この凝縮水が、ベンチュリー管の原理によって、マフラー内にスムーズに吸引され、当該マフラー内に効率よく捕集され、ここに捕集された凝縮水は、マフラー戻しホースを経て、中和器に戻される。従って、本発明では、従来のような排気トップ戻しホースが不要になるため、当該管を介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプ装置の一実施の形態が適用された空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。
図１に示すように、冷凍装置としての空気調和装置１０は、室外機１１、複数台（例えば２台）の室内機１２Ａ，１２Ｂ及び制御装置１３を有し、室外機１１の室外冷媒配管１４と室内機１２Ａ，１２Ｂの各室内冷媒配管１５Ａ，１５Ｂとが連結されている。
【０００９】
室外機１１は室外に設置され、室外冷媒配管１４には圧縮機１６が配設されるとともに、この圧縮機１６の吸込側にアキュムレータ１７が、吐出側に四方弁１８がそれぞれ配設され、この四方弁１８側に室外熱交換器１９、室外膨張弁２４、ドライコア２５が順次配設されて構成される。室外熱交換器１９には、この室外熱交換器１９へ向かって送風する室外ファン２０が隣接して配置されている。また、圧縮機１６は、フレキシブルカップリング２７等を介してガスエンジン３０に連結され、このガスエンジン３０により駆動される。更に、室外膨張弁２４をバイパスしてバイパス管２６が配設されている。
【００１０】
一方、室内機１２Ａ，１２Ｂはそれぞれ室内に設置され、それぞれ、室内冷媒配管１５Ａ，１５Ｂに室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが配設されるとともに、室内冷媒配管１５Ａ，１５Ｂのそれぞれにおいて室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂの近傍に室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂが配設されて構成される。上記室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂには、これらの室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂへ送風する室内ファン２３Ａ，２３Ｂが隣接して配置されている。
尚、図１中の符号２８はストレーナを示す。また、符号２９は、圧縮機１６の吐出側の冷媒圧力を圧縮機１６の吸込側へ逃す電動弁である。
【００１１】
また、上記制御装置１３は室外機１１に設置され、室外機１１及び室内機１２Ａ，１２Ｂの運転を制御する。具体的には、制御装置１３は、室外機１１におけるガスエンジン３０（即ち圧縮機１６）、四方弁１８、室外ファン２０及び室外膨張弁２４、並びに室内機１２Ａ，１２Ｂにおける室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂ、及び室内ファン２３Ａ，２３Ｂをそれぞれ制御する。
【００１２】
制御装置１３により四方弁１８が切り替えられることにより、空気調和装置１０が冷房運転又は暖房運転に設定される。つまり、制御装置１３が四方弁１８を冷房側に切り換えたときには、冷媒が実線矢印の如く流れ、室外熱交換器１９が凝縮器に、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが蒸発器になって冷房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが室内を冷房する。また、制御装置１３が四方弁１８を暖房側に切り換えたときには、冷媒が破線矢印の如く流れ、室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが凝縮器に、室外熱交換器１９が蒸発器になって暖房運転状態となり、各室内熱交換器２１Ａ，２１Ｂが室内を暖房する。
【００１３】
また、制御装置１３は、冷房運転時には、室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。暖房運転時には、制御装置１３は、室外膨張弁２４及び室内膨張弁２２Ａ，２２Ｂのそれぞれの弁開度を空調負荷に応じて制御する。
一方、圧縮機１６を駆動するガスエンジン３０の燃焼室には、エンジン燃料供給装置３１から燃料と空気との混合気が供給される。このエンジン燃料供給装置３１は、燃料供給配管３２に、燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６が順次配設され、この燃料供給配管３２のスロットルバルブ３６側端部がガスエンジン３０の上記燃焼室に接続されて構成される。
【００１４】
燃料遮断弁３３は、閉鎖型の燃料遮断弁機構を構成し、燃料遮断弁３３が全閉または全開し、燃料ガスの漏れのない遮断と連通とを択一に実施する。
ゼロガバナ３４は、燃料供給配管３２内における当該ゼロガバナ３４の前後の１次側燃料ガス圧力（一次圧ａ）と２次側燃料ガス圧力（二次圧ｂ）とのうち、一次圧ａの変動によっても二次圧ｂを一定の所定圧に調整して、ガスエンジン３０の運転を安定化させる。
【００１５】
燃料調整弁３５は、スロットルバルブ３６の上流側から空気が導入されることで生成される混合気の空燃比を最適に調整するものである。このスロットルバルブ３６の上流側にエンジンユニット外から空気を吸入する空気供給配管１０６が接続されている。この空気供給配管１０６の吸込口にはエアフィルタ１０５が配設されている。
また、スロットルバルブ３６は、ガスエンジン３０の燃焼室３０Ａへ供給される混合気の供給量を調整して、ガスエンジン３０の回転数を制御する。
【００１６】
ガスエンジン３０には、エンジンオイル供給装置３７が接続されている。このエンジンオイル供給装置３７は、オイル供給配管３８にオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０等が配設されたものであり、ガスエンジン３０へエンジンオイルを適宜供給する。
また、ガスエンジン３０は、エンジン冷却装置４１内を循環するエンジン冷却水により冷却される。このエンジン冷却装置４１は、冷却水配管４２を備え、この冷却水配管４２には、ワックス三方弁４３、ラジエータ４６及び循環ポンプ４７が順次配設されて構成される。上記循環ポンプ４７は、稼働時にエンジン冷却水を昇圧して、このエンジン冷却水を冷却水配管４２内で循環させる。
【００１７】
上記ワックス三方弁４３は、ガスエンジン３０を速やかに暖機させるためのものである。このワックス三方弁４３は、入口４３Ａが、冷却水配管４２におけるガスエンジン３０に付設の排ガス熱交換器側に接続され、低温側出口４３Ｂが、冷却水配管４２における循環ポンプ４７の吸込側に接続され、高温側出口４３Ｃが冷却水配管４２におけるラジエータ４６側に接続される。
【００１８】
前記制御装置１３によるガスエンジン３０の制御は、具体的には、エンジン燃料供給装置３１の燃料遮断弁３３、ゼロガバナ３４、燃料調整弁３５及びスロットルバルブ３６、並びにエンジンオイル供給装置３７のオイル遮断弁３９及びオイル供給ポンプ４０、冷却装置４１の循環ポンプ４７を制御装置１３が制御することによってなされる。
【００１９】
本実施形態では、ガスエンジン３０の排気側に、図２に示すように、排気処理装置１００が接続されている。この排気処理装置１００は、ガスエンジン３０、マフラー１０１、排気トップ１０２、中和器１０３を有して構成されている。ガスエンジン３０の燃焼室３０Ａの吸気側には、インテークマニホールド３０Ｂが付設されており、このインテークマニホールド３０Ｂの吸気側には、エンジンユニット外から空気を供給する空気供給配管１０６が接続されている。１０５はエアフィルタである。ガスエンジン３０の燃焼室３０Ａの排気側には、排ガス熱交換器３０Ｃが付設されている。
【００２０】
この排ガス熱交換器３０Ｃは、上記冷却装置４１の冷却水配管４２を流れるエンジン冷却水と、エンジンの排気ガス間で熱交換する。
この排ガス熱交換器３０Ｃを流れる排気ガスと上記エンジン冷却装置４１内を循環するエンジン冷却水とが熱交換され、排ガス熱交換器３０Ｃで例えば約１００℃まで冷却される。この排気ガス中の水蒸気が排ガス熱交換器３０Ｃで冷えて凝縮し、凝縮水（以下、ドレンという。）と排気ガスとが排出される。
【００２１】
この排気ガスが冷えて生成されたドレンには、排気ガス中に含まれるＳＯｘやＮＯｘ等の有害物質が溶解している。
上記排ガス熱交換器３０Ｃの排気側と、マフラー１０１の吸気側（後述の膨張室１０１Ａ）とは、排気ホース１１１を介して接続されている。このマフラー１０１は、その内部が、小孔（図示せず）を有する仕切り板１０１Ｄで仕切られ、複数（２個）の膨張室１０１Ａ，１０１Ｂを備え、各膨張室１０１Ａ，１０１Ｂを、仕切り板１０１Ｄを貫通する連通管１０１Ｃで連通した、いわゆる多室構造マフラーであり、その内部に流入する気体の膨張、収縮及び共鳴効果による音エネルギを吸収する。
【００２２】
上記排ガス熱交換３０Ｃから排出されたドレンと排気ガスとが、排気ホース１１１を通じてマフラー１０１の膨張室１０１Ａへ流入する。この膨張室１０１Ａ内に流入した排気ガスは、そこでドレンを分離した後、連通管１０１Ｃを介して膨張室１０１Ｂに流入し、ここでもドレンを分離した後、排気トップ１０２に向かう。
マフラー１０１の膨張室１０１Ｂに溜まったドレンは、仕切り板１０１Ｄの小孔を介して、膨張室１０１Ａへ流入し、ここに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース１１３を通じて中和器１０３に導かれる。この中和器１０３は、ドレンに含まれる排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等の有害物質を中和するものである。
【００２３】
上記マフラー１０１と排気トップ１０２とは、排気ホース１１２を介して接続されており、上記マフラー１０１の膨張室１０１Ｂを通過した排気ガスは、排気ホース１１２を通じて排気トップ１０２に流入する。この排気ガスは、排気トップ１０２内で冷却され、排気ガス中の水蒸気が冷却しドレンが発生して、最終的な排気ガスは、この排気トップ１０２を介して外に排気される。
【００２４】
排気トップ１０２内部で発生したドレンは、排気トップ戻しホース１１４を介して、マフラー１０１の連通管１０１Ｃの内側または入口に戻される。この連通管１０１Ｃの内側はマフラー１０１内における排気ガスの流速が速い部位であり、ここにドレンが戻されると、このドレンは、ベンチュリー管の原理によって、マフラー１０１内にスムーズに吸引される。よって、排気トップ１０２内部で発生したドレンは、マフラー１０１内に効率よく捕集される。この捕集されたドレンは、膨張室１０１Ａまたは１０１Ｂに溜まり、膨張室１０１Ｂに溜まったドレンは、上述したように、仕切り板１０１Ｄの小孔を介して、膨張室１０１Ａへ流入し、膨張室１０１Ａに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース１１３を通じて中和器１０３に導かれる。
【００２５】
中和器１０３に送られたドレンは、中和器１０３内部に配設された中和剤により、ドレン中に溶け込んでいる排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等が除去される。この中和器１０３で中和されたドレンは、ドレン排水ホース１１６を通じて外へ排出される。
上記中和器１０３の本体内部は、例えば多数の小孔を有する板等により、流入空間１０３ａ、中和空間１０３ｂ、排出空間１０３ｃに仕切られている。流入空間１０３ａに、マフラー戻しホース１１３が挿入されている。この流入空間１０３ａには、マフラー１０１及び排気トップ１０２で発生したドレンが貯留される。
【００２６】
中和空間１０３ｂは、その内部に充填した中和剤により上記流入空間１０３ａに貯留されたドレンを中和する。ここで、中和剤は、例えば方解石（大理石、炭酸カルシウム）等のアルカリ成分を有している。この中和空間１０３ｂは、中和空間１０３ｂの底面及び天面から突設される複数の区画壁１１７を有し、これら区画壁１１７は中和空間１０３ｂの空間途中まで延びている。この区画壁１１７により、中和空間１０３ｂの内部には蛇行した通路が形成される。この中和空間１０３ｂ内で中和されたドレンは、排出空間１０３ｃ内に貯留される。この排出空間１０３ｃにはドレン排水ホース１１６が接続され、その先端が排出空間１０３ｃ底部近傍まで挿入されている。排出空間１０３ｃ内に滞留する中和されたドレンは、ドレン排水ホース１１６を介して外へ排出される。
【００２７】
本実施形態では、排気トップ１０２で発生したドレンが、排気トップ戻しホース１１４を介して、マフラー１０１の連通管１０１Ｃの内側に戻し吸引されるため、従来のように、排気トップ１０２で発生したドレンを、直接、中和器に戻すための排気トップ戻しホースが不要になり、当該ホースを介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。
また、本構成では、特に、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器１０３内へのドレンの貯留量が減少した場合であっても、逆流が起こり得ず、これに起因した異音の発生が抑制される。
【００２８】
さらに、排気トップ戻しホース１１４はマフラー１０１側で略Ｕ字状に曲げられ、その先端１１４Ｃが、連通管１０１Ｃの内側に差し込まれるため、略Ｕ字部にドレンが溜まり、水封状態となり、排気トップ戻しホース１１４内の逆流が防止され、上述の異音の発生が効果的に抑制される。
【００２９】
図３は、別実施の形態を示す。
この実施形態では、排気トップ１０２内部で発生したドレンが、排気トップ戻しホース２１４を介して、マフラー１０１の入口１０１Ｅに戻される。この入口１０１Ｅは、マフラー１０１内における排気ガスの流速が速い部位であり、ここに戻されると、上述したように、ドレンは、ベンチュリー管の原理によって、マフラー１０１内にスムーズに吸引される。よって、排気トップ１０２内部で発生したドレンは、マフラー１０１内に効率よく捕集される。この捕集されたドレンは、膨張室１０１Ａまたは１０１Ｂに溜まり、膨張室１０１Ｂに溜まったドレンは、上述したように、仕切り板１０１Ｄの小孔を介して、膨張室１０１Ａへ流入し、膨張室１０１Ａに溜まったドレンと共に、マフラー戻しホース１１３を通じて中和器１０３に導かれる。
【００３０】
中和器１０３に送られたドレンは、中和器１０３内部に配設された中和剤により、ドレン中に溶け込んでいる排気ガス中のＳＯｘやＮＯｘ等が除去される。この中和器１０３で中和されたドレンは、ドレン排水ホース１１６を通じて外へ排出される。
【００３１】
本実施形態では、排気トップ１０２で発生したドレンが、排気トップ戻しホース２１４を介して、マフラー１０１の入口１０１Ｅに戻し吸引されるため、従来のように、排気トップ１０２で発生したドレンを、直接、中和器に戻すための排気トップ戻しホースが不要になり、当該ホースを介して排気ガスが逆流するおそれがなくなり、この逆流の発生に起因した異音の発生が抑制される。また、特に、乾期や冷房期間等の非凝縮環境下において、中和器１０３内へのドレンの貯留量が減少した場合であっても、従来のように、中和器１０３と排気トップ１０２を接続する排気トップ戻しホースが存在しないため、逆流が起こり得ず、これに起因した異音の発生が抑制される。
【００３２】
図４は、排気処理装置１００のホース系統図である。
即ち、ガスエンジン３０には、上述したように、排ガス熱交換器３０Ｃが付設され、この排ガス熱交換器３０Ｃには、排気ホース１１１が接続され、この排気ホース１１１は、マフラー１０１に接続されている。このマフラー１０１には、排気ホース１１２が接続され、この排気ホース１１２には、排気トップ１０２が接続されている。また、この排気トップ１０２には、排気トップ戻しホース１１４が接続され、この排気トップ戻しホース１１４は、上述したように、マフラー１０１内の排気ガスの流速が速い部位に接続されている。また、マフラー１０１には、マフラー戻しホース１１３が接続され、このマフラー戻しホース１１３は、中和器１０３に接続され、この中和器１０３には、ドレン排水ホース１１６が接続されている。
【００３３】
排気ガス系のホース材料では、一般に、耐熱性、耐酸性、耐エンジンオイル性等から内面にフッ素ゴムを使用し、外面に耐熱性に優れるアクリル系ゴムを使用する。ここでホース材料は材料コストや省資源化等の観点から、使用部位に応じて使い分けることが望ましい。振動が小さい部位のホース、例えば、ホース１１２Ａ，１１２Ｂ，１１４Ａ，１１４Ｂ，１１３等では、内面に耐スチームシリコンゴム、外面にエコノミーシリコンゴムを配置したホースを使用することが望ましい。また、エンジンオイルが溜まらない部位のホース、例えば直立配置のホース１１２Ａ，１１２Ｂ等では、パーオキサイト加硫のエチランプロピレンゴムを使用することが望ましい。
【００３４】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。上記排気トップ戻しホース１１４，２１４の戻し口は、上述した位置に限定されるものではなく、その位置は、マフラー１０１内における排気ガスの流速が速い部位であれば、いずれの位置であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係るエンジン駆動式ヒートポンプの一実施の形態が適用された空気調和装置における冷媒回路を示す回路図である。
【図２】一実施の形態に係るガスエンジンの吸気系・排気系及びドレンのフロー図である。
【図３】別実施の形態に係るガスエンジンの吸気系・排気系及びドレンのフロー図である。
【図４】排気処理装置のホース系統図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  空気調和装置
３０  ガスエンジン
３０Ａ  燃焼室
３０Ｂ  排ガス熱交換器
３０Ｃ  インテークマニホールド
１００  排気処理装置
１０１  マフラ
１０１Ａ，１０１Ｂ  膨張室
１０１Ｃ  連通管
１０２  排気トップ
１０３  中和器
１１３  マフラー戻しホース
１１４，２１４  排気トップ戻しホース
１１６  ドレン排水ホース
【図１】
0004660311.tif 000002
【図２】
0004660311.tif 000003
【図３】
0004660311.tif 000004
【図４】
0004660311.tif 000005