專利名稱：發(fā)動機的廢熱回收裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的廢熱回收裝置，尤其是作為利用廢熱發(fā)電裝置等的驅(qū)動源使用的發(fā)動機的廢熱回收裝置。
近年來，人們極力宣傳保護地球環(huán)境的必要性，在將以城市煤氣等為燃料的燃氣發(fā)動機等作為動力源、進行發(fā)電和供給熱水的系統(tǒng)中，人們關(guān)注象利用廢熱發(fā)電裝置那樣的、回收利用隨發(fā)動機的運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的熱能的裝置。在這種利用廢熱發(fā)電裝置上，有時使用用于從發(fā)動機的廢氣中回收熱的廢氣熱交換器。
該廢氣熱交換器設(shè)有排出在冷卻廢氣時產(chǎn)生的冷凝水的手段。例如，日本專利公報特開平11-72018號公開的裝置的結(jié)構(gòu)是，排水存水彎管設(shè)置在消音器底部，使其通過包含排水存水彎管的排水通道將冷凝水排出。
由于這種利用廢熱發(fā)電裝置能有效利用熱能，所以大多在特別寒冷的地區(qū)使用。但時，在寒冷地區(qū)，在嚴冬時期或早晚氣溫急劇下降時，有時在上述排水存水彎管內(nèi)，冷凝水凍結(jié)了。為了防止這樣的凍結(jié)，以往也能進行用電加熱器加熱排水通道的工作，但存在的問題是，在不能充分確保電加熱器的安裝空間的情況下，即不能使用大容量的加熱器，而且使用電加熱器本身還增加了用于運轉(zhuǎn)的電力消耗。
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，其目的在于提供一種不用附加如電加熱器那樣的、占用很大的空間的部件，而且，盡可能不增加用于運轉(zhuǎn)的電力消耗，能防止冷凝水凍結(jié)的發(fā)動機的廢熱回收裝置。
本發(fā)明是一種發(fā)動機的廢熱回收裝置，該裝置具有回收發(fā)動機的廢氣熱的廢氣熱交換器和排出由于用該廢氣熱交換器進行熱交換所產(chǎn)生的冷凝水的排水通道，其第1特征是具備將內(nèi)部的載熱體流路連接到外部的熱交換器上的連接件；使載熱體在上述載熱體通道中循環(huán)的水泵；形成于上述排水通道上的排水存水彎管，使上述排水存水彎管穿過上述連接件延伸至外部，而且還具備凍結(jié)解除手段，在上述排水存水彎管內(nèi)的冷凝水已凍結(jié)時，該凍結(jié)解除手段使上述水泵運轉(zhuǎn)。
另外，本發(fā)明的第2特征是其結(jié)構(gòu)為具備從由廢氣熱交換器排出的廢氣中將冷凝水分離出來的消音器，在上述連接件上形成從下方接收來自上述廢氣熱交換器的廢氣并供給到上方的上述消音器的通道，而且使由上述消音器分離出來的冷凝水能流入到上述排水存水彎管中。
另外，本發(fā)明的第3特征是具備檢測上述排水存水彎管的溫度的傳感器；在起動發(fā)動機時，將由上述傳感器測得的溫度和代表凍結(jié)狀態(tài)的基準溫度進行比較的凍結(jié)檢測手段，在由上述凍結(jié)檢測手段判定為排水存水彎管已凍結(jié)的情況下，在起動發(fā)動機之前，使上述水泵運轉(zhuǎn)。其第4特征是在上述連接件上安裝上述傳感器。
根據(jù)第1～第4特征，在冷凝水在排水存水彎管內(nèi)凍結(jié)時，或處于接近凍結(jié)的狀態(tài)時，水泵運轉(zhuǎn)，載熱體循環(huán)。由于載熱體經(jīng)由外部熱交換器進行循環(huán)，所以是與設(shè)置熱交換器的環(huán)境溫度、例如是與蓄水槽內(nèi)的溫度相對應(yīng)的比較高的溫度。由于排水存水彎管包含連接載熱體的循環(huán)流路的連接件內(nèi)的通道，所以，由載熱體加熱能解除冷凝水的凍結(jié)或?qū)⒁獌鼋Y(jié)的狀態(tài)。


圖1是表示本發(fā)明一實施例的廢熱回收裝置的主要部位結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是廢熱回收的外觀立體圖。
圖3是卸下罩子狀態(tài)下的廢熱回收裝置的正面圖。
圖4是卸下罩子狀態(tài)下的廢熱回收裝置的側(cè)視圖。
圖5是表示從廢氣熱交換器排出的廢氣的通過路徑的分解立體圖。
圖6是表示載熱體循環(huán)路徑的主要部位的分解立體圖。
圖7是表示冷凝水的凍結(jié)解除手段的功能方框圖。
以下參照附圖詳細地對本發(fā)明的一實施例進行說明。圖1是表示包含在利用廢熱發(fā)電裝置中的廢熱回收裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。構(gòu)成廢熱回收裝置1，使其能從發(fā)動機發(fā)電機的發(fā)動機部回收廢熱。在廢熱回收裝置1上設(shè)有發(fā)動機2和與發(fā)動機2機械連接且被其驅(qū)動的發(fā)電機3。發(fā)電機3產(chǎn)生與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的交流電。在發(fā)動機2上，設(shè)有儲存潤滑油的油底殼4。在油底殼4上，連接有潤滑油冷卻器(潤滑油熱交換器)5，潤滑油熱交換器5在油底殼4內(nèi)進行潤滑油和載熱體(冷卻水)的熱交換。空氣從空氣濾清器7進入到發(fā)動機2的缸蓋6中。來自發(fā)動機2的廢氣穿過廢氣排氣管8和廢氣熱交換器9，經(jīng)消音器31排放到外部。
設(shè)置用于高效地回收在發(fā)動機2產(chǎn)生的熱的載熱體的循環(huán)通道12。用于使載熱體循環(huán)的水泵10設(shè)置在載熱體的循環(huán)通道12的入口一側(cè)。由于通過這樣配置，能避免與高溫的載熱體的接觸，所以，密封件等不易老化，便于延長水泵的使用壽命。由水泵供給的載熱體依次經(jīng)油底殼4內(nèi)的潤滑油熱交換器5、廢氣熱交換器9、發(fā)動機2、缸蓋6、熱罩16，向后述的熱負載循環(huán)。熱罩16內(nèi)藏有恒溫器，能在預(yù)先設(shè)定的溫度以下關(guān)閉閥門，防止由載熱體而引起的氣缸的溫度降低現(xiàn)象。
通過載熱體在循環(huán)通道12內(nèi)循環(huán)，回收由發(fā)動機2所產(chǎn)生的熱，供向熱負載。即，載熱體被導(dǎo)入到油底殼4內(nèi)的潤滑油熱交換器，與從發(fā)動機2回收的潤滑油進行熱交換，冷卻潤滑油同時從潤滑油獲得熱量。接著，載熱體在廢氣熱交換器9與來自發(fā)動機2的廢氣進行熱交換獲得熱量。在潤滑油熱交換器5和廢氣熱交換器9中獲得熱量、溫度上升的載熱體，進一步穿過設(shè)置在發(fā)動機2的氣缸壁和缸蓋6上的管路，也就是，穿過由水套6A構(gòu)成的冷卻部和缸蓋6，進行熱回收，使其溫度進一步上升。
圖2是表示上述廢熱回收裝置的外觀的立體圖，圖3是卸下一部分罩子狀態(tài)下的廢熱回收裝置的正面圖，圖4是同一裝置的右側(cè)視圖。在圖2中，廢熱回收裝置1由罩子13覆蓋，罩子13由上板13A、底板13B、和側(cè)板13C所構(gòu)成。在底板13B上設(shè)有支腿14，在側(cè)板13C上設(shè)有電氣輸入輸出端子15和把手17。在側(cè)板13C上，形成有載熱體入口管18、載熱體出口管19、和冷凝水排水管20、以及燃氣入口管21分別貫通的孔，在上板13A上形成有吸氣管22和排氣管23分別貫通的孔。
在圖3和圖4中，廢熱回收裝置1的上部配置有空氣濾清器7、電池25、以及ECU26。在最下部配置有廢氣熱交換器9，在中間配置有發(fā)動機2。發(fā)動機2是曲軸(圖未示)垂直設(shè)置的立置式。在曲軸上連接有發(fā)電機3。在發(fā)動機2的下部，配置有油底殼4。在發(fā)動機2的缸蓋的上方設(shè)置有混合器27。在混合器27上分別連接有從空氣濾清器7延伸過來的吸氣用軟管28和從燃氣入口管21延伸過來的燃氣管29。
在上述底板13B上沿側(cè)板13C立設(shè)有右支板30。在右支板30上，安裝有分別制有上述載熱體入口管18、載熱體出口管19和冷凝水排水管20的連接件(詳細情況后述)。吸收來自廢氣熱交換器9的排氣聲的消音器31沿上述右支板30設(shè)置。消音器31與上述排氣管23相連接，吸氣管22與空氣濾清器7相連接。在消音器31上，在其入口一側(cè)設(shè)置有彎管部32，來自廢氣熱交換器9的廢氣經(jīng)彎管部32被導(dǎo)入到消音器31。
圖5是表示排氣系統(tǒng)的管路的分解立體圖。在該圖中，廢氣軟管33的一端連接在廢氣熱交換器9的出口接頭91上，廢氣軟管33的另一端連接在與上述載熱體入口管18制成一體的第1連接件34的接頭341上。另外，通過第1連接件34與上述廢氣軟管33相連的消音器入口軟管35連接在消音器31的前段形成的彎管部32的入口端321。在消音器31的上部，連接有與上述排氣管23相連接的消音器出口軟管39。
從消音器31下部的排水管接頭311延伸過來的排水軟管36連接在第1連接件34的接頭342上。再有，通過第1連接件34與上述排水軟管36相連接的排水出口軟管37連接在形成有上述冷凝水排水管20的第2連接件38。排水軟管36和排水出口軟管37構(gòu)成一度從消音器31向下方延伸，然后向上方立起的排水存水彎管。儲存在該排水存水彎管中的冷凝水能防止消音器31內(nèi)的廢氣流入到該排水存水彎管內(nèi)，使廢氣容易向上方排出。上述第1連接件34和第2連接件38以及消音器31固定在上述右支板30上(參照圖3、圖6)。
從發(fā)動機2導(dǎo)入到廢氣熱交換器9的廢氣，與通過循環(huán)通路12的載熱體進行熱交換，溫度下降。在溫度下降時，生成冷凝水，該冷凝水與廢氣一起從廢氣熱交換器9排出。含冷凝水的廢氣穿過廢氣軟管33、第1連接件34、和消音器入口軟管35，被導(dǎo)入到彎管部32(圖5的箭頭A、B)。彎管部32在結(jié)合部40與消音器31的下部側(cè)壁相連接。
在彎管部32和消音器31的結(jié)合部40，廢氣和冷凝水分離，廢氣穿過消音器31和消音器出口軟管39，由排氣管23導(dǎo)引，排放到外部。另一方面，與廢氣分離的冷凝水穿過排水軟管36、第1連接件34、和排水出口軟管37、到達第2連接件38，從冷凝水排水管20排放出去(圖5的箭頭C、D)。
圖6是表示載熱體循環(huán)系統(tǒng)的管路的分解立體圖。在該圖中，左支板41與右支板30對置設(shè)置。該左支板41也與右支板30一樣，設(shè)置在上述底板13B上。在左支板41的下部固定著第4連接件43，該第4連接件通過接載體入口聯(lián)結(jié)軟管42和第1連接件34相連。
在右支板30的中間，設(shè)有制有上述載熱體出口管19的第3連接件44。在左支板41的上部設(shè)有第5連接件46。第3連接件44和第5連接件46由載熱體出口聯(lián)系軟管45連接。在第4連接件43和第5連接件46上分別形成有載熱體左入口管47和載熱體左出口管48。第4連接件43和第5連接件46設(shè)計成從廢熱回收裝置1的左右任意一側(cè)都能安裝載熱體入口和載熱體出口的形式，在從廢熱回收裝置1的右側(cè)安裝載熱體入口和載熱體出口的情況下，載熱體左入口管47和載熱體左出口管48分別由塞子49、50塞住。同樣，在從廢熱回收裝置1的左側(cè)安裝載熱體入口和載熱體出口的情況下，載熱體入口管18和載熱體出口管19分別由塞子49、50塞住。在第3連接件44上，連接有從發(fā)動機2的冷卻部延伸過來的發(fā)動機出口軟管51。
排水存水彎管由上述排水軟管36和排水出口軟管37以及連接該兩軟管的第1連接件34形成，上述結(jié)構(gòu)的廢熱回收裝置1具有在排水存水彎管內(nèi)的冷凝水解凍和防止凍結(jié)的手段。圖7是表示防止冷凝水凍結(jié)手段的功能的框圖，與圖1～圖6相同的標號，表示同一部分。在該圖中，載熱體入口管18和載熱體出口管19與作為外部熱負載的蓄水槽52內(nèi)的熱交換器52A相連接。
通過熱交換器52A的作為載熱體的冷卻水，在由水泵10送至廢熱回收裝置1，經(jīng)第1連接件34或第4連接件43(參照圖6)，在發(fā)動機2和廢氣熱交換器9作為載熱體進行熱回收之后，從上述第3連接件44或第5連接件46返回到蓄水槽52。在連接有排水軟管36和排水出口軟管37的第1連接件34上設(shè)有用于檢測排水存水彎管的溫度的傳感器53。該傳感器53靠近排水軟管36或排水出口軟管37設(shè)置。
檢測器54具有A／D轉(zhuǎn)換器，將傳感器53的輸出信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)輸出。該數(shù)字數(shù)據(jù)輸入到比較器55，與基準溫度值Tref進行比較?；鶞蕼囟戎礣ref是與排水存水彎管的凍結(jié)狀態(tài)相對應(yīng)的數(shù)字數(shù)據(jù)。比較器55在起動發(fā)動機2時動作，在以由檢測器54提供的數(shù)據(jù)所代表的排水存水彎管的溫度比基準溫度值Tref低時，在發(fā)動機2運轉(zhuǎn)之前，水泵10開始運轉(zhuǎn)。由此，使載熱體循環(huán)經(jīng)過第1連接件34，加熱排水存水彎管，將其解凍。在水泵10開始運轉(zhuǎn)后，在上述傳感器53所檢測的溫度比基準溫度值Tref高時，發(fā)動機2開始起動。即可以在水泵10起動后，在排水存水彎管的溫度超過基準溫度值Tref時，開始起動發(fā)動機2，也可以在起動水泵10、經(jīng)過預(yù)定的時間之后開始起動發(fā)動機2。經(jīng)過預(yù)定的時間后，可以看作是排水存水彎管內(nèi)的冷凝水被解凍了。另外，比較器55可以由ECU26內(nèi)的微電腦的功能來實現(xiàn)。
以上說明表明，根據(jù)本發(fā)明的權(quán)利要求1～權(quán)利要求4，排水存水彎管內(nèi)的冷凝水的凍結(jié)或接近凍結(jié)的狀態(tài)，能通過載熱體的循環(huán)來解除。特別是，由于僅僅是使用于廢熱回收的載熱體循環(huán)通路上的水泵運轉(zhuǎn)就能加熱排水存水彎管，所以，能使與安裝加熱器不同的結(jié)構(gòu)更加簡單。
權(quán)利要求
1．一種發(fā)動機的廢熱回收裝置，具有回收發(fā)動機的廢氣熱的廢氣熱交換器和排出由于用該廢氣熱交換器進行熱交換所產(chǎn)生的冷凝水的排水通道，其特征在于包括將內(nèi)部的載熱體流路連接到外部的熱交換器上的連接件；使載熱體在上述載熱體通道中循環(huán)的水泵；形成于上述排水通道上的排水存水彎管，使上述排水存水彎管穿過上述連接件延伸至外部，而且還具備在上述排水存水彎管內(nèi)的冷凝水已凍結(jié)時、使上述水泵運轉(zhuǎn)的凍結(jié)解除手段。
2．權(quán)利要求1所記載的發(fā)動機的廢熱回收裝置，其特征在于具備從由廢氣熱交換器排出的廢氣中將冷凝水分離出來的消音器，在上述連接件上形成將來自上述廢氣熱交換器的廢氣供給到上述消音器的通道，而且使由上述消音器分離出來的冷凝水能流入到上述排水存水彎管中。
3．權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所記載的發(fā)動機的廢熱回收裝置，其特征在于包括檢測上述排水存水彎管的溫度的傳感器；將由上述傳感器測得的溫度和代表凍結(jié)狀態(tài)的基準溫度進行比較的凍結(jié)檢測手段，在由上述凍結(jié)檢測手段判定為排水存水彎管已凍結(jié)的情況下，使上述水泵運轉(zhuǎn)。
4．權(quán)利要求3所記載的發(fā)動機的廢熱回收裝置，其特征在于在上述連接件上安裝上述傳感器。
5．權(quán)利要求3所記載的發(fā)動機的廢熱回收裝置，其特征在于上述凍結(jié)檢測手段，在起動發(fā)動機前將用上述傳感器測得的溫度和代表凍結(jié)狀態(tài)的基準溫度進行比較。
6．權(quán)利要求3所記載的發(fā)動機的廢熱回收裝置，上述凍結(jié)檢測手段，在起動發(fā)動機時將用上述傳感器測得的溫度和代表凍結(jié)狀態(tài)的基準溫度進行比較。
全文摘要
其目的是提供一種廢氣熱交換器所產(chǎn)生的冷凝水在排水管內(nèi)處于凍結(jié)或接近于凍結(jié)的狀態(tài)時的解除手段。由消音器31從廢氣中分離出的冷凝水經(jīng)包含連接件34的排水存水彎管排放到外部。在連接件34上還一體地形成有能通過外部熱交換器52A循環(huán)的載熱體的流路。在起動發(fā)動機2時,依據(jù)用傳感器53測得的排水存水彎管的溫度判斷是否有凍結(jié)。在判定已凍結(jié)時,在起動發(fā)動機2之前,使水泵10運轉(zhuǎn),使載熱體循環(huán),解除凍結(jié)。
文檔編號F01N3/00GK1295179SQ0013381
公開日2001年5月16日 申請日期2000年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月4日
發(fā)明者笠井聰人, 中川義德 申請人:本田技研工業(yè)株式會社