專利名稱：發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置，特別是用于利用廢熱發(fā)電裝置的動(dòng)力源之發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置。
近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越注重地球環(huán)境保護(hù)的必要性，作為家用發(fā)電設(shè)備的利用廢熱發(fā)電裝置也引人注目，所述的家用發(fā)電設(shè)備以燃燒市用煤氣為燃料的氣體發(fā)動(dòng)機(jī)作為其動(dòng)力源，進(jìn)行發(fā)電及供給熱水等。在該利用廢熱發(fā)電的裝置中，從用作動(dòng)力源的發(fā)動(dòng)機(jī)回收廢熱時(shí)，將熱回收媒體(一般為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水)導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部，回收熱量，進(jìn)一步，將該回收煤氣導(dǎo)入熱交換器，進(jìn)行熱的回收(參見專利第2691372號(hào)、特開平8-4586號(hào)公報(bào))。
圖5是表示現(xiàn)有技術(shù)的廢熱回收裝置中熱回收媒體(以下稱熱媒體)以及廢氣溫度變化的圖，縱軸是溫度，橫軸是熱媒體及廢氣流動(dòng)方向。熱媒體的溫度的變化如線Lm所示，廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣的溫度變化如線Lga(并流方式)及Lgb(對(duì)流方式)。并流方式和對(duì)流方式時(shí)的廢氣流向分別以pf，cf表示。
熱媒體通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部期間，回收來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量，其溫度從p’上升到q’。然后，該熱媒體通過(guò)廢氣熱交換器，回收廢氣的熱量，其溫度上升到r’。另一方面，廢氣的熱量由熱媒體吸收，其溫度從g’下降到r’。這樣，在熱媒體的循環(huán)路徑的上游配置發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部，而在其下流配置廢氣熱交換器的場(chǎng)合，熱媒體在廢氣熱交換器中比發(fā)動(dòng)機(jī)本體溫度高的廢氣進(jìn)行熱交換，所以，熱回收前后的溫度差△t大(只是，與并流方式時(shí)相比，對(duì)流方式時(shí)的溫度差稍大些)。
回收熱量和溫度差△t及熱媒體的流量之積成正比，所述的溫度差是指熱回收裝置的入口及出口處熱媒體的溫度差。所以，流量小時(shí)，如圖5所示為較大溫度差，但熱媒體流量大時(shí)則為小的溫度差。
圖6是表示熱媒體的流量比圖5所示例中大時(shí)的熱媒體的溫度變化圖，廢氣熱交換器入口處的熱媒體溫度比廢氣的露點(diǎn)低時(shí)，熱媒體溫度的變化如線Lm1所示，同樣地，在比廢氣的露點(diǎn)高時(shí)，熱媒體溫度的變化如Lm2所示。此外，廢氣溫度的變化分別如線lg1、lg2所示。為了說(shuō)明的簡(jiǎn)單化，僅就廢氣的流向?yàn)椴⒘鞣绞竭M(jìn)行描述。
在比廢氣的露點(diǎn)W低的溫度a”處，導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的熱媒體回收發(fā)動(dòng)機(jī)的熱量，其溫度上升至c”。首先，廢氣由熱媒體吸收其熱量，其溫度從g急速下降。另一方面，熱媒體回收廢氣的熱量，在其溫度降低到露點(diǎn)W時(shí)，熱媒體的溫度上升到b”。其后，廢氣到達(dá)其露點(diǎn)，則廢氣的成份(廢氣中的水蒸氣)凝結(jié)，產(chǎn)生凝結(jié)熱，所以，熱媒體吸收該熱而其溫度進(jìn)一步上升。結(jié)果，回收產(chǎn)生溫度差△t1的熱量。
另一方面，在比廢氣的露點(diǎn)W高的溫度p”處，導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度為p”的熱媒體，回收發(fā)動(dòng)機(jī)的熱，其溫度上升到q。接下來(lái)，該熱媒體在通過(guò)廢氣熱交換器期間，其溫度上升到r”。由此時(shí)的熱回收而產(chǎn)生溫度差△t2。
比較圖5和圖6可以理解，在現(xiàn)有技術(shù)的廢熱回收裝置中，以比較大流量的熱媒體回收熱時(shí)，和以小流量的熱媒體回收熱時(shí)相比，熱回收前后的熱媒體溫度差小。在導(dǎo)入的熱媒體的溫度比露點(diǎn)W低時(shí)，在某種程度上可以期待由廢氣成分的凝結(jié)熱引起的溫度上升。但是，在到達(dá)廢氣熱交換器的入口之前，從發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部進(jìn)行熱回收的熱媒體的溫度已在上升。所以，不能說(shuō)導(dǎo)入熱媒體的溫度比露點(diǎn)足夠低，廢氣到達(dá)其露點(diǎn)W過(guò)于花費(fèi)時(shí)間，結(jié)果不能高效地回收凝結(jié)熱。如果快速地使廢氣的溫度降低到露點(diǎn)以下，雖然可以認(rèn)為可回收更多的凝結(jié)熱，但現(xiàn)有技術(shù)中，該課題未被解決。
本發(fā)明是鑒于此問題而作出的，其目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置，該裝置有效地利用廢氣熱交換器產(chǎn)生的廢氣成分的凝結(jié)熱來(lái)進(jìn)行熱回收。
本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置，具有循環(huán)路徑及將上述循環(huán)路徑的輸出側(cè)連接到輸出熱交換器的管路，所述的循環(huán)路徑使熱媒體循環(huán)到利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣熱交換器，其第一特征在于在上述循環(huán)路徑中，于上述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部的上游配置上述廢氣熱交換器，將導(dǎo)入上述廢氣熱交換器的熱媒體設(shè)定成這樣的低溫，即使得與該熱媒體進(jìn)行熱交換的廢氣中的水蒸氣溫度降低到其露點(diǎn)之下。
本發(fā)明的第二特征在于在廢熱回收的工作期間，至少控制上述熱媒體的溫度及流量中的一方，以便將上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中的水蒸氣的溫度維持在露點(diǎn)之下。
本發(fā)明的第三特征在于具有熱負(fù)載檢測(cè)裝置，檢測(cè)通過(guò)上述輸出熱交換器連接的熱負(fù)荷的大??；根據(jù)上述熱負(fù)載檢測(cè)裝置檢測(cè)出的熱負(fù)載的大小控制上述熱媒體的溫度及流量中的至少一方，所控制的工作時(shí)間包含于廢熱回收工作時(shí)間內(nèi)，以便上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中的水蒸氣的溫度為露點(diǎn)之下。
本發(fā)明的第四特征在于通過(guò)控制對(duì)應(yīng)于上述熱負(fù)載的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作及停止，來(lái)控制上述熱媒體的溫度。
本發(fā)明的第五特征在于包括使發(fā)動(dòng)機(jī)油和上述熱媒體進(jìn)行熱交換的油熱交換部，該油熱交換部設(shè)置于上述循環(huán)路徑中的上述廢氣熱交換器的上游。
本發(fā)明的第六特征在于設(shè)有泵，該泵設(shè)置于上述油熱交換器的熱媒體入口側(cè)，以使熱媒體在循環(huán)路徑中循環(huán)。
根據(jù)第1～第6特征，將使廢氣中的水蒸氣溫度降低為露點(diǎn)之下而設(shè)定其溫度的熱媒體引入廢熱交換器中。所以，熱媒體在回收廢氣所有熱及廢氣的凝結(jié)熱后，被導(dǎo)入設(shè)于循環(huán)路徑下游的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部，其溫度進(jìn)一步上升。這樣，使充分進(jìn)行了熱回收的熱媒體循環(huán)到輸出熱交換器。
特別是，根據(jù)本發(fā)明的第2特征，在廢熱回收工作期間，廢氣的水蒸氣被維持于露點(diǎn)溫度之下，而根據(jù)第3特征，在廢熱回收工作中，包含有將水蒸氣于廢氣換交換器內(nèi)使之為露點(diǎn)之下的工作時(shí)間。
根據(jù)第5特征，從因發(fā)動(dòng)機(jī)的熱而溫度上升的發(fā)動(dòng)機(jī)油中回收熱量。從油中回收的熱量比從發(fā)動(dòng)機(jī)本體、廢氣中回收的熱量要小得多，所以，此處的熱媒體溫升小。因此不僅不會(huì)損害上述凝結(jié)熱的回收作用，提高熱回收效率，而且還可得到冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第6特征，熱媒體在從發(fā)動(dòng)機(jī)回收熱量之前通過(guò)泵，所以可以將泵維持于低溫。因此，密封等的老化得以抑制，延長(zhǎng)泵壽命。


圖1是表示本發(fā)明一實(shí)施例所涉及廢熱回收裝置的要部結(jié)構(gòu)之方框圖。
圖2是表示含有本發(fā)明一實(shí)施例涉及的廢熱回收裝置的利用廢熱發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)之方框圖。
圖3表示熱媒體及廢氣溫度變化的圖。
圖4是表示并流方式的廢氣熱交換器中熱媒體及廢氣溫度變化的圖。
圖5表示現(xiàn)有技術(shù)中熱媒體及廢氣溫度變化的圖。
圖6是表示現(xiàn)有技術(shù)中熱媒體及廢氣溫度變化的圖(之二)。
下面參照?qǐng)D來(lái)說(shuō)明本發(fā)明一實(shí)施例。在圖7中，包含于利用廢熱發(fā)電裝置中的廢熱回收裝置1構(gòu)成為從發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)部回收廢熱。在廢熱回收裝置1中，設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)2及機(jī)械地連接于該發(fā)動(dòng)機(jī)2上的發(fā)電機(jī)3。發(fā)電機(jī)3產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的交流。在發(fā)動(dòng)機(jī)2上設(shè)有貯存潤(rùn)滑油的油箱4。在該油箱4上連接有油致冷器(油熱交換器)5，油熱交換器5和油箱4內(nèi)的油及熱媒體(冷卻水)進(jìn)行熱交換。從空氣濾清器7將空氣導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)的缸頭6上。來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)2的廢氣通過(guò)多岐管8及廢氣熱交換器9排除到外部。
為了有效地回收發(fā)動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生的熱量，設(shè)有熱媒體的循環(huán)路徑12。使熱媒體循環(huán)的水泵10設(shè)置于熱媒體循環(huán)路徑12的入口側(cè)。根據(jù)這樣的配置，可避免與高溫?zé)崦襟w的接觸，所以密封件不易老化，且延長(zhǎng)水泵10的壽命。由水泵10供給的熱媒體依次經(jīng)過(guò)油箱4內(nèi)的油熱交換器5，廢氣熱交換器9、發(fā)動(dòng)機(jī)2、缸頭6以及熱罩16循環(huán)到后述的熱負(fù)載。熱罩16內(nèi)藏有恒溫器，在預(yù)定的溫度以下時(shí)，可關(guān)閉閥體以使熱媒體不進(jìn)行循環(huán)。
通過(guò)熱媒體在循環(huán)路徑12中循環(huán)，回收發(fā)動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生的熱量，供給熱負(fù)載。即，熱媒體導(dǎo)入油箱4內(nèi)的油熱交換器5，和從發(fā)動(dòng)機(jī)2回收的油進(jìn)行熱交換，在冷卻油的同時(shí)，得到其熱量。接下來(lái)，熱媒體的廢氣熱交換器9處和發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)行熱交換，得到其熱量。在油熱交換器5及廢氣熱交換器9吸收熱量而溫度上升的熱媒體，進(jìn)一步通過(guò)設(shè)于發(fā)動(dòng)機(jī)2的缸壁、缸頭6上的管路，即，由水套6A構(gòu)成的冷卻部及缸頭6來(lái)回收熱量，其溫度進(jìn)一步上升。
圖2表示利用廢氣發(fā)電裝置的方框圖，該發(fā)電裝置將上述發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)連接到商用電力系統(tǒng)中。電力變換裝置13將發(fā)電機(jī)3輸出的交流電變換成與商用電力系統(tǒng)具有相同品質(zhì)(電壓、頻率、噪聲等)的交流電，并具有將交流電變換成與商用電力系統(tǒng)的相位及周期且將之連接到商用系統(tǒng)的機(jī)能。具體地講，具有這樣的下述各部分的機(jī)能將發(fā)電機(jī)3輸出的交流變換成直流的整流器、由整流器變換的直流變換成商用電力系統(tǒng)的周期、電壓的交流電之變壓器、以及噪聲過(guò)濾器及將電連接到商用電力系統(tǒng)的開關(guān)。將不同電力系統(tǒng)并網(wǎng)的電力裝置的一例由特公平4-10302號(hào)公報(bào)公開。由電力變換裝置13變換的發(fā)電機(jī)3輸出的交流電和商用電力系統(tǒng)14并網(wǎng)，連接到電負(fù)載15上。
隨發(fā)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)而由發(fā)動(dòng)機(jī)2產(chǎn)生的熱，在發(fā)動(dòng)機(jī)2的冷卻部、廢氣熱交換器9等熱交換部(整體地以符號(hào)11表示)回收。在熱交換部11進(jìn)行熱回收的熱媒體，即冷卻水經(jīng)管道18將熱量輸送到熱水貯存箱17。由熱水貯存箱17設(shè)有連接到管道18的輸出熱交換器(以下稱「第1熱交換器」)20，從水供給源31供給到熱水貯存箱的水從該第1熱交換器20得到熱量而變成溫水。貯存于熱水貯存箱17中的溫水供給到作為第1熱負(fù)載的熱水供給器21而被利用。
在水供給源和熱水貯存箱17之間設(shè)有閥32，在熱水貯存箱17內(nèi)的水量為標(biāo)準(zhǔn)值之下時(shí)，該閥32打開進(jìn)行供水。水泵10可以這樣設(shè)置它一方面連動(dòng)于發(fā)動(dòng)機(jī)2來(lái)起動(dòng)，而又一方面，發(fā)動(dòng)機(jī)2停止運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從該時(shí)刻經(jīng)過(guò)預(yù)定時(shí)間后，水泵停止工作。
在第1熱交換器20的上方設(shè)有第2熱交換器。連接到第2熱交換器22的管道23連接到作為中央加熱系統(tǒng)、取暖系統(tǒng)等的暖氣裝置24，該暖氣裝置是第2熱負(fù)載，管道23構(gòu)成為與向熱水供給器21供給熱水貯存器17中的溫水之管道分開的管道。通過(guò)該第2溫水路徑23，可以從熱水貯存箱17有效地二次回收熱。
之所以將第2熱交換器22設(shè)置于第1熱交換器20的上方，是因?yàn)閺牡?熱交換器20得到熱量的溫度高的水因?qū)α飨虮鹊?熱交換器20更上方流動(dòng)。通過(guò)將第2熱交換器22配置于第1熱交換器20之上方，可從由對(duì)流向上方移動(dòng)的高溫的溫水取得更多的熱量。
在上述第2溫水路徑中設(shè)有恒溫式熱水器25及三通閥26。在恒溫式熱水器25中設(shè)有用于在第2溫水路徑中使溫水循環(huán)的泵27。三通閥26是用將溫水循環(huán)到旁路28側(cè)或供暖裝置24側(cè)的切換裝置。通過(guò)控制此三通閥26可以形成如下的路徑。將三通閥切換到供暖裝置24側(cè)時(shí)，形成從熱水貯存箱17出來(lái)的溫水經(jīng)恒溫式熱水器25及供暖裝置24再返回到熱水供給箱17的溫水路徑。將三通閥26切換到旁路28一側(cè)時(shí)，從熱水貯存箱17出來(lái)的溫水通過(guò)恒溫式熱水器25后，不經(jīng)供暖裝置24而經(jīng)旁路28返回到熱水貯存箱17。
在上述熱水貯存箱17中設(shè)有作為熱負(fù)載路徑的熱媒體溫度檢測(cè)裝置的溫度傳感器TS1，由溫度傳感器TS1檢測(cè)出來(lái)的溫水的溫度信息T1供給到控制器29。雖然可以將溫度傳感器TS1設(shè)置于熱水貯存箱17內(nèi)的、從第1熱交換器20的上端附近到第2熱交換器22的下端之間的適當(dāng)高度的位置，但最好是將其設(shè)置于第1熱交換器20和第2熱交換器22的中間位置。在熱水貯存箱17內(nèi)，因?qū)α鞫a(chǎn)生這樣的傾向，即，其最下端附近溫度變低而最上端附近溫度變高的溫度梯度。所以，將溫度傳感器設(shè)置于上述位置，是可以檢測(cè)出熱水貯存箱內(nèi)的平均溫度的。
控制器29根據(jù)溫度信息T1來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)2的起動(dòng)及停止。即，溫度信息T1表示了直接利用熱水存貯箱17溫水的熱水供給器21、借助第2熱交換器而間接利用溫水的供暖裝置24等的熱需要成熱負(fù)載的大小，所以，當(dāng)溫度在當(dāng)基準(zhǔn)溫度Tref-1之下時(shí)，控制器判斷出熱需要大，驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量。另一方面，如果溫度在基準(zhǔn)溫度Tref-1之上，則判斷出存貯于熱水貯存箱17內(nèi)的熱量足夠，而使發(fā)動(dòng)機(jī)2停止工作。
基準(zhǔn)溫度Tref-1是根據(jù)下述的各參數(shù)來(lái)確定的，即，熱負(fù)載的種類、大小(即，熱水器21、供暖裝置24的種類、大小)、熱交換部11的熱輸出，以及熱水貯存箱17的容量等?；鶞?zhǔn)溫度Tref-1使發(fā)動(dòng)機(jī)2穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，即，避免頻繁起動(dòng)、停止的平衡阻礙性。
根據(jù)上述溫度信息T1來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2時(shí)，可以使發(fā)動(dòng)機(jī)這樣運(yùn)轉(zhuǎn)，即，或使發(fā)電機(jī)3輸出一定的發(fā)電電力，或以電力負(fù)載追隨形式根據(jù)電力負(fù)荷15的大小輸出發(fā)電電力。在輸出發(fā)電電力一定時(shí)，作為驅(qū)動(dòng)源的發(fā)動(dòng)機(jī)2可以以其轉(zhuǎn)數(shù)大致一定的定格運(yùn)轉(zhuǎn)方式運(yùn)轉(zhuǎn)，所以，燃料消費(fèi)量小且廢氣排出狀態(tài)良好，可以高效率地運(yùn)行。此時(shí)，在需要較大電力，而由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電力不足時(shí)，可以以商用電源14來(lái)補(bǔ)充其不足部分。
根據(jù)溫水消費(fèi)量、即熱需要的大小、發(fā)電機(jī)3的運(yùn)轉(zhuǎn)方式，即定額輸出或電力負(fù)荷追隨形式，熱水貯存箱17內(nèi)的水溫受到較大左右。
例如，在溫水消費(fèi)量少的場(chǎng)合下，各根據(jù)溫度傳感器TS1檢測(cè)出的水溫運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)3，則可將水溫維持在80℃左右。在系統(tǒng)中，在熱水器21及供暖裝置24雙方產(chǎn)生熱需要，溫水需求量激增的場(chǎng)合，在系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，熱水貯存器17內(nèi)的溫水溫度降低，只能達(dá)到供水的水溫左右。
在僅以回收發(fā)動(dòng)機(jī)2的熱量難以將熱水貯存箱17內(nèi)的水溫維持在基準(zhǔn)溫度時(shí)，恒溫?zé)崴骺梢杂行У匕l(fā)揮其作用。溫水控制器30向恒溫?zé)崴?5和三通閥26發(fā)出恒溫指令B和切換指令C。在溫水控制器中，設(shè)定有比上述基準(zhǔn)溫度Tref-1低的下方基準(zhǔn)溫度Tref-L，當(dāng)熱水貯存箱17內(nèi)的水溫T1低于該下方基準(zhǔn)溫度Tref-L時(shí)，恒溫指令B及切換指令同時(shí)為“開(ON)”。當(dāng)恒溫指令B為“開”時(shí)，恒溫?zé)崴?5被驅(qū)動(dòng)，當(dāng)切換指令C為“開”時(shí)，三通閥26被切換到旁路28側(cè)。由此，由恒溫?zé)崴?5加熱的溫水循環(huán)到管道23中，水溫變高的溫水通過(guò)第2熱交換器22使熱水貯存箱17內(nèi)的水溫升高。
如果熱水貯存箱17內(nèi)的水溫越過(guò)了下方基準(zhǔn)溫度Tref-L，則恒溫指令B及切換指令C同時(shí)為“關(guān)(Off)”，恒溫?zé)崴?5不工作，三通閥被切換到供暖裝置24一側(cè)，根據(jù)供暖需要來(lái)進(jìn)行控制。下方基準(zhǔn)溫度Tref-L和基準(zhǔn)溫度Tref-1具有同樣的平衡阻礙性。
根據(jù)熱水供給要求，通過(guò)將三通閥26切換到旁路28，可以使溫水不循環(huán)供暖裝置24。但是，從熱水供給器供給熱水的對(duì)象若是浴室、或廚房時(shí)，大體上講長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)供給熱水的場(chǎng)合較少，所以向供暖裝置24停止溫水循環(huán)時(shí)時(shí)間也較短。此外，熱負(fù)載為供暖裝置24時(shí)，一旦室內(nèi)的溫度上升后，其熱需要的變化是比較緩慢的，所以，也不會(huì)由溫水循環(huán)的停止產(chǎn)生室溫過(guò)低，實(shí)用上不存在問題。
此外，根據(jù)供暖裝置24熱需求量的增大，在將三通閥26切換到供暖裝置24側(cè)的狀態(tài)下，使恒溫?zé)崴?5驅(qū)動(dòng)，可以迅速地向供暖裝置24供給具有充分水溫度的溫水。供暖裝置24的熱需求的增大，例如可以根據(jù)供暖裝置24的供暖設(shè)定溫度來(lái)判斷。通過(guò)三通閥26的切換，不一定將所有的溫水流向改變，通過(guò)使三通閥26的開度可變，也可以使管路23的溫水的至少一部分返回到第2熱交換器22。
在熱氣交換器9中，在廢氣的入口和出口之間設(shè)置廢氣溫度檢測(cè)裝置，使檢測(cè)出的廢氣溫度為廢氣成份的露點(diǎn)以下時(shí)，可有效地回收凝結(jié)熱。圖3表示廢氣熱交換器9的入口到缸頭6間的熱媒體的溫度。如圖所示，熱媒體的溫度的變化如線Lmo所示，廢氣的溫度變化如線Lgo所示。廢氣熱交換器9構(gòu)成為熱媒體及廢氣的流向?yàn)閷?duì)流形式，所以廢氣及熱媒體的流向是相反的。
廢氣熱交換器9的熱媒體出口即廢氣入口溫度為g的廢氣，在廢氣熱交換器9的熱媒體入口即排氣出口處，其溫度降低到廢氣露點(diǎn)W之下的溫度g。所以，導(dǎo)入到廢氣熱交換器9的熱媒體立即回收廢氣的凝結(jié)熱，在短時(shí)間內(nèi)從溫度a急速上升到溫度a’。熱媒體急速溫度上升時(shí)的梯度(線aa’的斜率)受廢氣熱交換器9內(nèi)導(dǎo)入的熱媒體流量、溫度左右，流量越大，或?qū)霟崦襟w的溫度越低其斜率越大。
在與露點(diǎn)W以上的廢氣熱交換中，與從上述溫度a到溫度a’的傾斜度大的斜率不同，熱媒體從溫度a’以小的斜率慢慢被加熱到溫度a。被加熱到溫度c的熱媒體在發(fā)動(dòng)機(jī)2的冷卻部進(jìn)行熱回收，最終以溫度f(wàn)被從廢熱回收裝置排出，結(jié)果得到溫度差△t3。
為了利用廢氣組分的凝結(jié)熱，從廢氣有效地進(jìn)行熱回收，最好這樣來(lái)設(shè)定熱媒體的流量及/或溫度，即從廢氣熱交換器9排出的廢氣溫度常時(shí)為露點(diǎn)W之下。首先，如果導(dǎo)入到廢氣熱交換器9的熱媒體溫度(入口溫度)一定，在熱媒體的流量大時(shí)，從廢氣回收熱量大，而流量小時(shí)則從廢氣回收熱量小。所以，如果決定了熱負(fù)載側(cè)的要求溫度即熱負(fù)荷的大小，根據(jù)對(duì)應(yīng)于該要求溫度的熱媒體溫度，通過(guò)預(yù)先試驗(yàn)來(lái)設(shè)定可以將廢氣的溫度維持到露點(diǎn)W以下的目標(biāo)流量。設(shè)定的目標(biāo)流量可以由控制水泵10的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)得到。
設(shè)定媒體的目標(biāo)流量以使廢氣一直在露點(diǎn)W之下，則在熱負(fù)載側(cè)的要求溫度高時(shí)，有時(shí)會(huì)得不到滿足上述要求的熱媒體的溫度。此時(shí)，使熱媒體的流量降低，提高入口溫度，減小凝結(jié)熱的利用程度。但是，即使是在該場(chǎng)合，為了盡可能有效地進(jìn)行熱回收，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)期間，最好是在使廢氣為其露點(diǎn)之下的熱媒體流量下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間盡可能地加長(zhǎng)。
另一方面，在固定熱媒體流量的狀態(tài)下，可控制廢氣入口溫度來(lái)使廢氣溫度為露點(diǎn)之下。首先，設(shè)定使廢氣溫度為露點(diǎn)之下的入口溫度的基準(zhǔn)溫度Tw。而且，如果入口溫度超過(guò)該基準(zhǔn)溫度，回收效率變低，則使發(fā)動(dòng)機(jī)2停止工作。使發(fā)動(dòng)機(jī)2停止，入口溫度變?yōu)榛鶞?zhǔn)溫度Tw之下，則再次開始運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)2。通過(guò)這樣的控制，可以將熱媒體的入口溫度維持在基準(zhǔn)溫度，高效地進(jìn)行熱回收。雖然最好將控制入口溫度用的溫度傳感器配置于廢氣熱交換器9的入口，但在熱媒體的循環(huán)路徑上，也可以將其配置在水泵10的近上游，缸頭6的前后。
發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)及停止的切換控制也可以通過(guò)上述溫度信息T1的基準(zhǔn)溫度Tref-1的設(shè)定來(lái)進(jìn)行。即，事先調(diào)查熱媒體入口溫度和溫度信息T1之間的關(guān)系，根據(jù)該關(guān)系設(shè)定對(duì)應(yīng)于媒體基準(zhǔn)溫度Tw的信息T1的基準(zhǔn)溫度Tref-1。根據(jù)這樣設(shè)定的基準(zhǔn)溫度Tref-1來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)或停止控制，可使廢氣溫度為露點(diǎn)W之下。
將廢氣溫度一直為露點(diǎn)W之下地來(lái)設(shè)定熱媒體的基準(zhǔn)溫度Tw，則在熱負(fù)荷側(cè)要求溫度高時(shí)，有時(shí)得不到滿足該要求的熱媒體的溫度。此時(shí)，將熱媒體的基準(zhǔn)溫度Tw較高地設(shè)置?；鶞?zhǔn)溫度Tw根據(jù)預(yù)先試驗(yàn)等來(lái)設(shè)定，以使之在包含廢氣溫度不為露點(diǎn)之下的時(shí)間內(nèi)的全部運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間中，熱回收效率無(wú)太大損失，并可滿足熱負(fù)荷側(cè)的要求。通過(guò)調(diào)節(jié)上述基準(zhǔn)溫度Tref-1的平衡阻礙性，即使是通過(guò)控制發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)及停止的時(shí)機(jī)、也可同樣地進(jìn)行控制。
在有熱水貯存箱17的場(chǎng)合，最好使此熱水貯存箱17內(nèi)的溫水溫度對(duì)應(yīng)熱負(fù)荷的要求，維持所希望的溫度。如上所述，來(lái)自溫度傳感器TS1的溫度信息T1比基準(zhǔn)溫度Tref-1高時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)2停止的場(chǎng)合，可考慮此發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況來(lái)決定熱媒體的流量。即，欲將溫水溫度維持于基準(zhǔn)溫度Tref-1來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)2的運(yùn)轉(zhuǎn)、停止時(shí)，從此運(yùn)轉(zhuǎn)、停止的狀況根據(jù)經(jīng)驗(yàn)找出發(fā)動(dòng)機(jī)2的排熱，與該排熱相關(guān)連地決定熱媒體的溫度以不超過(guò)基準(zhǔn)溫度Tw。這樣，在固定流量的狀態(tài)下，可對(duì)應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)2的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，維持熱媒體的溫度于基準(zhǔn)溫度Tw，使廢氣溫度為露點(diǎn)W之下。
以熱媒體的溫度為基準(zhǔn)，使廢氣的溫度在露點(diǎn)W之下的場(chǎng)合，也和以流量為基準(zhǔn)使廢氣的溫度為露點(diǎn)W之下的場(chǎng)合相同，最好以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間中將排氣的溫度為露點(diǎn)W之下的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間盡量長(zhǎng)地設(shè)定熱媒體的溫度。
此外，也不限于將熱媒體的流量及溫度之一固定而控制另一方，以雙方均可變的方式來(lái)控制也是可以的。重要的是，以下述方式來(lái)控制導(dǎo)入廢氣熱交換器9的熱媒體的保有熱量，即，既能持續(xù)地滿足熱負(fù)荷側(cè)的要求，又可從導(dǎo)入廢氣熱交換器9中的廢氣中高效地回收熱量。
此外，檢測(cè)熱媒體的流量、溫度，將它們控制為基準(zhǔn)值，以將廢氣溫度保持于露點(diǎn)之下，取代這樣的控制方式，也可以這樣來(lái)控制，即，直接檢測(cè)出廢氣的溫度，控制熱媒體的溫度、流量以使此廢氣的溫度收斂于基準(zhǔn)值。此時(shí)，廢氣溫度傳感器可設(shè)置于廢氣熱交換器9的內(nèi)部及其上下游靠近廢氣熱交換器的位置(最好是廢氣出口附近)。
如上所述，通過(guò)將熱媒體的流量及導(dǎo)入廢氣熱交換器9的導(dǎo)入溫度，設(shè)定成在廢氣熱交換器內(nèi)廢氣溫度為露點(diǎn)之下，因廢氣的凝結(jié)熱可提高熱媒體的熱回收效率。結(jié)果，因熱媒體回收的熱引起的熱媒體的溫度上升部分(溫度差△t3)較圖5所示的現(xiàn)有技術(shù)的裝置大。使熱媒體通過(guò)廢氣熱交換器的時(shí)間比其通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部在先，這樣，特別是在導(dǎo)入廢氣熱交換器的熱媒體的溫度比廢氣的露點(diǎn)W低時(shí)，更有效果。
在上述例中，廢氣熱交換器構(gòu)成為對(duì)流形式，但在并流形式中也是如此。圖4表示并流形式的廢氣熱交換器9的入口到發(fā)動(dòng)機(jī)缸頭6之間的熱媒體的溫度。在廢氣熱交換器入口的熱媒體的溫度比廢氣的露點(diǎn)W低的場(chǎng)合，熱媒體的溫度如線Lm1變化，廢氣的溫度分別如線Lg1變化。
在該圖中，導(dǎo)入廢氣熱交換9的溫度為a的熱媒體從溫度為g的廢氣中回收熱量，逐漸地使廢氣的溫度降低。在廢氣的溫度降低到露點(diǎn)W的時(shí)刻(熱媒體溫度上升到b)，廢氣組分凝結(jié)而產(chǎn)生凝結(jié)熱，所以，熱媒體以較大斜率升高溫度(線bc的斜率)。最終得到溫度差△t3’。該斜率和對(duì)流方式同樣地決定于導(dǎo)入廢氣熱交換器9的熱媒體的流量，溫度(溫度a)，流量越大或?qū)氲臒崦襟w的溫度越低，其斜率越大。作為熱交換器的形式，除對(duì)流、并流方式之外，也有稱之為直交流形式的熱交換器及它們的變種，本發(fā)明當(dāng)然也適用于這樣的熱交換器。
在上述實(shí)施例中，使用油熱交換器5從油箱4內(nèi)的油中回收了熱量。這在極寒地區(qū)，熱媒體不易升溫的場(chǎng)合是有效的，雖然也具有降低油溫的效果，但根據(jù)使用環(huán)境也不一定非設(shè)油交換器5不可。
從以上的說(shuō)明可以看出，根據(jù)權(quán)利要求1～8的發(fā)明，可以高效地回收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。特別是，將廢氣熱交換器置于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部之前，所以，由溫度比較低的熱媒體來(lái)使廢氣中的水蒸氣凝結(jié)，其凝結(jié)熱也可得以回收。
根據(jù)權(quán)利要求3～5的發(fā)明，為了使廢氣中的水蒸氣溫度為其露點(diǎn)之下，利用于了凝結(jié)熱，含有了控制熱媒體的溫度及/或流量的工作部分。所以，可邊提高熱回收效率邊升高熱媒體的溫度。
此外，根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)明，從因發(fā)動(dòng)機(jī)的熱而溫度上升的發(fā)動(dòng)機(jī)油中回收熱量。從油中回收的熱量比從發(fā)動(dòng)機(jī)本體、廢氣中回收的熱量要小得多，所以，此處的熱媒體溫升小。因此，不僅不會(huì)損害上述的凝結(jié)熱回收作用，提高熱回收效率，而且可以得到冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)油的效果。另外，根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)明可以延長(zhǎng)熱媒體泵壽命。
權(quán)利要求
1．一種發(fā)動(dòng)機(jī)的廢熱回收裝置，具有循環(huán)路徑及將上述循環(huán)路徑的輸出側(cè)連接到輸出熱交換器的管路，所述的循環(huán)路徑使熱媒體循環(huán)到利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣熱交換器，其特征在于在上述循環(huán)路徑中，于上述發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部的上游配置上述廢氣熱交換器，將導(dǎo)入上述廢氣熱交換器的熱媒體設(shè)定成這樣的低溫，即使得與該熱媒體進(jìn)行熱交換的廢氣中的水蒸氣溫度降低到其露點(diǎn)之下。
2．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，其特征在于在廢熱回收的工作期間，至少控制上述熱媒體的溫度及流量中的一方，以便將上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中的水蒸氣的溫度維持在露點(diǎn)之下。
3．如權(quán)利要求1所述的廢熱回收裝置，其特征在于具有廢氣溫度檢測(cè)裝置，以檢測(cè)出在上述廢氣熱交換器前后的預(yù)定位置處的廢氣溫度；根據(jù)上述廢氣溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的廢氣溫度控制上述熱媒體的溫度及流量中的至少一方，將控制的工作時(shí)間包含于熱回收工作時(shí)間內(nèi)，以便上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中水蒸氣溫度為露點(diǎn)之下。
4．如權(quán)利要求3所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，其特征在于廢氣溫度在上述廢氣熱交換器內(nèi)或其附近檢測(cè)。
5．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，其特征在于在上述循環(huán)路徑上具有檢測(cè)熱媒體溫度的熱媒體溫度檢測(cè)裝置，根據(jù)上述廢氣溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的廢氣溫度控制上述熱媒體的溫度及流量中的至少一方，將控制的工作時(shí)間包含于熱回收工作時(shí)間中，以便上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中水蒸氣溫度為露點(diǎn)之下。
6．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，其特征在于具有熱負(fù)載檢測(cè)裝置，檢測(cè)通過(guò)上述輸出熱交換器連接的熱負(fù)荷的大??；根據(jù)上述熱負(fù)載檢測(cè)裝置檢測(cè)出的熱負(fù)載的大小控制上述熱媒體的溫度及流量中的至少一方，所控制的工作時(shí)間包含于廢熱回收工作時(shí)間內(nèi)，以便上述廢氣熱交換器內(nèi)的廢氣中的水蒸氣的溫度為露點(diǎn)之下。
7．如權(quán)利要求5所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢熱回收裝置，其特征在于通過(guò)控制對(duì)應(yīng)于上述熱負(fù)載的上述發(fā)動(dòng)機(jī)的工作及停止，來(lái)控制上述熱媒體的溫度。
8．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣熱回收裝置，其特征在于還包括使熱媒體沿循環(huán)路徑循環(huán)的泵，該泵配置于上述廢氣熱交換器的上游側(cè)入口的循環(huán)路徑中。
9．如權(quán)利要求1所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣熱回收裝置，其特征在于包括使發(fā)動(dòng)機(jī)油和上述熱媒體進(jìn)行熱交換的油熱交換部，該油熱交換部設(shè)置于上述循環(huán)路徑中的上述廢氣熱交換器的上游。
10．如權(quán)利要求9所述的發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣回收裝置，其特征在于設(shè)有泵，該泵設(shè)置于上述油熱交換器的熱媒體入口側(cè)，以使熱媒體在循環(huán)路徑中循環(huán)。
全文摘要
設(shè)有使熱媒體循環(huán)到利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部及發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的廢氣熱交換器中的循環(huán)路徑12。循環(huán)路徑12的輸出側(cè)通過(guò)管路18連接于輸出熱交換器,該輸出熱交換器設(shè)于熱水貯存器17等。在循環(huán)路徑12上的較發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻部更上游處設(shè)置廢氣熱交換器9。導(dǎo)入到廢氣熱交換器9中的熱媒體被設(shè)定成低溫,以使與該熱媒體進(jìn)行熱交換的廢氣中的水蒸氣溫度變?yōu)槁饵c(diǎn)之下。在熱交換器9中,熱媒體回收廢氣及廢氣的凝結(jié)熱,并在導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)冷部后再次升溫。這樣來(lái)高效地回收發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量。
文檔編號(hào)F02G5/04GK1295186SQ0013069
公開日2001年5月16日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月22日
發(fā)明者戶川一宏, 木谷博行 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社