排気処理方法、排気処理装置、エンジンの排熱回収装置、及びコジェネレーションシステム
【課題】通路の形態等に制約を受けることがない排気処理を実現する。
【解決手段】本発明の排気処理方法は、熱源（エンジン８）に生じた排気（１２）を熱交換する工程と、前記熱交換によりドレン（９０）を含んだ排気を大径通路（例えば、膨張室９４、９６、９８）と小径通路（例えば、ドレン排出管１０６、１０８）に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程とを含む構成である。また、排気処理装置（排気処理部１８）は、熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段（熱交換器４２）と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段（サイレンサ４４、マフラ４６、ドレン排出管１０６、１０８）とを備える構成である。
【解決手段】本発明の排気処理方法は、熱源（エンジン８）に生じた排気（１２）を熱交換する工程と、前記熱交換によりドレン（９０）を含んだ排気を大径通路（例えば、膨張室９４、９６、９８）と小径通路（例えば、ドレン排出管１０６、１０８）に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程とを含む構成である。また、排気処理装置（排気処理部１８）は、熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段（熱交換器４２）と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段（サイレンサ４４、マフラ４６、ドレン排出管１０６、１０８）とを備える構成である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等の熱源に生じた排気の処理及び装置に関し、例えば、排熱回収後の排気処理を行う排気処理方法、排気処理装置、エンジンの排熱回収装置、及びコジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスを燃料とするエンジンを用いて発電するとともに発熱するエンジンを熱源に用いるコジェネレーション装置が知られている。このコジェネレーション装置では、エンジンからの熱回収として、エンジンの排気を熱媒体や上水に熱交換し、熱媒体から上水に熱交換する等の処理が行われている。
【０００３】
エンジンの排気から潜熱を熱交換するとドレンが発生し、このドレンは排気中に混入している。このため、ドレンを排出する場合、ドレン排出口から排気ガスの流出や、排気口からドレンの飛散等を伴う。
【０００４】
エンジンの排気熱を回収する際に生じたドレンの回収及び排出に関し、ドレンと排気とを分離させる装置が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、燃焼排気から排気とドレンとを分離することが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３２４４１号公報
【特許文献２】特開２００２−０５４４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、排気とドレンの混合気を膨張室まで高速搬送し、その後に降下させて分離室で気液を分離した後に再度、上昇させて排気を排出している構成では（特許文献１）、気液を分離するための管路の太さ調整や、膨張室の設置条件等に制約がある。従来では、経路径を変化させて膨張、収縮により気液を分離し、経路は直列経路が採用されている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、通路の形態等に制約を受けることがない排気処理を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の排気処理方法は、熱源に生じた排気を熱交換する工程と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程とを含む構成である。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の排気処理装置は、熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段とを備える構成である。
【００１１】
上記課題を解決するためには、上記排気処理装置において、好ましくは、前記ドレン分離手段は、前記排気を膨張させる単一又は複数の膨張手段と、この膨張手段から分離されてドレンを流すドレン排出管とを備える構成としてもよい。
【００１２】
上記課題を解決するためには、上記排気処理装置において、好ましくは、前記ドレン分離手段は前記排気から分離されたドレンを捕集するドレントラップを備え、該ドレントラップに前記ドレンとともに前記排気を流す構成としてもよい。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のエンジンの排熱回収装置は、既述の排気処理装置を備える構成である。
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明のコジェネレーションシステムは、既述の排気処理装置を備える構成である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、次の何れかの効果が得られる。
【００１６】
(1) ガスエンジン等の熱源で生じた排気熱を回収する気体−液体熱交換器によって生じたドレンを含む排気からドレンを分離するので、ドレンを含まない排気を外気に排出できるとともに、排気とは別個にドレンを排出させることができる。
【００１７】
(2) 排気を上方に導く押上通路や、排気を下方に導く降下通路で排気通路を形成する必要がないので、排気通路を設置する際の上下方向の制約や、膨張室の形状や排気方向に制約を受けることがなく、排気処理をコンパクト化することができる。
【００１８】
(3) サイレンサ等の吐出圧の高い部分からドレンを伴う排気から排出側の内圧が低い部分で排気とドレンとを分離するので、ドレン分離を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図２】図１の貯湯ユニットの一例を示す図である。
【図３】排気処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】排気処理部の一例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部のマフラの一例を示す図である。
【図６】マフラの他の例を示す図である。
【図７】マフラの他の例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
【００２１】
第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１及び図２は第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示し、図１はその発電ユニット、図２は貯湯ユニットを示している。
【００２２】
このコジェネレーションシステム２は、本発明の排気処理方法、排気処理装置、エンジンの排熱回収装置、及びコジェネレーションシステムの一例である。
【００２３】
このコジェネレーションシステム２には発電ユニット４及び貯湯ユニット６を備えている。発電ユニット４では、駆動源であるエンジン８の回転によって発電するとともに、熱源であるエンジン８に熱媒体１０を接触させてエンジン８の冷却とともに、エンジン８の熱を回収する手段である。この場合、エンジン８の発熱は熱媒体１０に熱交換され、熱媒体１０及び排気１２の双方の熱は熱媒体１４に熱交換される。熱媒体１０は熱源であるエンジン８の冷却水であり、熱媒体１４は蓄熱媒体である。発電ユニット４には、図１に示すように、発電機能部１６と、排気処理部１８と、エンジン冷却回路２０と、排熱回収部２２の一部とを備えている。
【００２４】
貯湯ユニット６は蓄熱手段であって、エンジン８側から熱を回収し、その熱を熱交換して蓄熱し、その熱を給湯に利用する手段であって、図２に示すように、排熱回収部２２と、給湯側熱交換部２４とを備える。排熱回収部２２は、発電ユニット４及び貯湯ユニット６に跨がって設置されている。
【００２５】
(1) 発電機能部１６
【００２６】
発電機能部１６は、エンジン８と、発電機２６と、パワーコンディショナ２８と、発電ユニットコントローラ３０とを備えている。エンジン８は、発電機２６の駆動手段であって、都市ガス、ＬＰＧ、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を燃焼させて回転力を生成するが、その燃料の燃焼で発熱し、排気１２を生じる。従って、エンジン８は発熱源、排熱源であり、エンジン８が発生する排気１２も熱源である。
【００２７】
発電機２６はエンジン８を駆動手段とする発電手段であって、エンジン８の回転力を受けて発電する。この発電出力は、交流であってもよいし、直流であってもよい。
【００２８】
パワーコンディショナ２８は電力変換手段である例えば、インバータで構成され、発電機２６の出力が所定の電圧例えば、商用交流と同等の電圧出力（１００〔Ｖ〕）に変換される。このパワーコンディショナ２８の出力は負荷３２に供給されるとともに、余剰電力として活用される。負荷３２は例えば、家庭向け電力の消費である。余剰電力Ｐｓは、発電電力Ｐｏに対し、家庭向け電力としての消費電力ＰＬが少ない場合に生じ（Ｐｏ＞ＰＬ，Ｐｓ＝Ｐｏ−ＰＬ）、この余剰電力はエンジン冷却回路２０にある余剰電力ヒータ３４に供給され、熱に変換される。
【００２９】
発電ユニットコントローラ３０はエンジン冷却回路２０等の制御手段であって、パワーコンディショナ２８の出力によって給電され、各種センサからの検出出力を受け、排熱回収のための制御出力を機能部に付与する。この発電ユニットコントローラ３０は貯湯ユニット６側の貯湯ユニットコントローラ６２（図２）に接続され、この実施の形態では、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されているリモートコントローラ３６により、貯湯ユニットコントローラ６２を通して操作される。リモートコントローラ３６は、遠隔制御手段の一例であって、発電ユニットコントローラ３０や貯湯ユニット６の遠隔操作に用いられる。
【００３０】
(2) 排気処理部１８
【００３１】
排気処理部１８は、本発明の排気処理方法及び排気処理装置の一例であって、エンジン８で生じた排気１２から主としてドレンを分離する気液分離機能等を備える。この排気処理部１８には、エンジン８から排気ガス回路３８を通して排気１２が流れる。排気ガス回路３８はエンジン８の排気１２を通過させる排気手段である。
【００３２】
この排気ガス回路３８には、濾過器４０、熱交換器４２、サイレンサ４４、マフラ４６が設置されている。この実施の形態では、排気処理部１８にサイレンサ４４、マフラ４６を備えているが、排気処理部１８に濾過器４０及び熱交換器４２を備えてもよい。濾過器４０は、例えば、触媒を備え、排気１２中に含まれる有害物質を除去する。熱交換器４２は、排気１２の熱を熱媒体１４に熱交換する手段の一例であり、熱交換によりドレンを生じる。サイレンサ４４及びマフラ４６は、排ガス系統の排気に伴う騒音を抑制する消音機能と、熱交換器４２の熱交換後の排気１２からドレンを分離する機能とを備える排気装置である。
【００３３】
(3) エンジン冷却回路２０
【００３４】
エンジン冷却回路２０は、エンジン８を熱媒体１０により冷却するとともに、エンジン８の熱（排熱）を熱媒体１０に熱交換して回収する手段であって、熱媒体１０を循環させる第１の循環路を構成する。このエンジン冷却回路２０には、リザーブタンク４８と、ポンプ５０と、熱交換部５２と、温度センサ５４、５６と、熱交換器５８と、余剰電力ヒータ３４とを備える。
【００３５】
リザーブタンク４８は、熱媒体１０を蓄積する手段であって、このリザーブタンク４８には、排熱回収部２２から分岐した補水回路６０が接続されているとともに、補水弁６２及びレベルセンサ６３が設置されている。レベルセンサ６３が補水の必要レベルを検出したとき、補水弁６２が開かれ、熱媒体１０が排熱回収部２２からリザーブタンク４８に補給される。
【００３６】
ポンプ５０は、エンジン冷却回路２０に熱媒体１０を強制的に循環させる手段であって、これにより熱媒体１０は、熱交換部５２、温度センサ５４、５６、熱交換器５８及び余剰電力ヒータ３４に循環する。
【００３７】
熱交換部５２は、エンジン８に設置された熱交換手段であって、エンジン８の排熱を熱媒体１０に熱交換する。温度センサ５４、５６は熱媒体１０の温度検出手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。そこで、温度センサ５４は、エンジン８の入側の熱媒体１０の温度を検出する。また、温度センサ５６は、熱交換部５２の出側の熱媒体１０の温度を検出し、この実施の形態では余剰電力ヒータ３４の出側に設置され、熱交換部５２及び余剰電力ヒータ３４で加熱された熱媒体１０の温度を検出する。
【００３８】
熱交換器５８は、熱媒体１０の熱を蓄熱側の熱媒体１４に熱交換する手段であって、エンジン冷却回路２０と排熱回収部２２との間に設置されている。
【００３９】
(4) 排熱回収部２２
【００４０】
排熱回収部２２は、熱媒体１０の熱及びエンジン８の排気熱を回収する排熱回収手段の一例であって、熱媒体１４を循環させる第２の循環路を構成する。この排熱回収部２２は、既述の発電ユニット４と貯湯ユニット６とに跨がって設置されており、既述の熱交換器４２と、熱交換器５８と、貯湯ユニット６側にある蓄熱タンク６４と、ポンプ６６と、温度センサ６８と、三方弁７０と、バイパス路７２とを備える。
【００４１】
蓄熱タンク６４は、熱媒体１４によって蓄熱する蓄熱手段の一例であって、熱媒体１４には一例として上水Ｗが用いられている。
【００４２】
ポンプ６６は、熱媒体１４を排熱回収部２２に強制的に循環させる手段であり、温度センサ６８は、蓄熱タンク６４又はバイパス路７２に流れる熱媒体１４の温度を検出する手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。
【００４３】
三方弁７０は、蓄熱タンク６４に併設されたバイパス路７２と蓄熱タンク６４側の排熱回収部２２との熱媒流路を切り替える手段としての切替弁であって、蓄熱タンク６４に対して熱媒体１４を流し込む場合にポートＡ−Ｃが開かれ、蓄熱タンク６４に対して熱媒体１４をバイパスする際にポートＡ−Ｂが開かれる。
【００４４】
(5) 給湯側熱交換部２４
【００４５】
給湯側熱交換部２４は、熱媒体１４の熱を上水Ｗに熱交換し、温水ＨＷを得て給湯する手段であるとともに、上水Ｗを熱媒体１４として補給する手段である。この給湯側熱交換部２４には、熱交換器７４と、ポンプ７６と、リザーブタンク７８とを備えている。
【００４６】
熱交換器７４は、熱媒体１４の熱を上水Ｗに熱交換する手段であり、ポンプ７６は、熱媒体１４を熱交換器７４に強制的に循環させる手段である。熱交換器７４で得られた温水ＨＷは家庭内給湯等に供される。
【００４７】
リザーブタンク７８は、熱媒体１４を蓄積するとともに、熱媒体１４を大気に開放する手段であって、このリザーブタンク７８には上水管路７９から分岐された補水管路８０が接続され、補水管路８０を開閉する手段として補水弁８２と、リザーブタン７８内の熱媒体１４のレベルを検出する手段としてレベルセンサ８４とが設置されている。レベルセンサ８４の検出レベルが基準レベル未満であれば、補水弁８２が開かれ、上水Ｗがリザーブタンク７８に補水される。このリザーブタンク７８は蓄熱タンク６４の底部側に補水管路８６を介して接続され、蓄熱タンク６４の熱媒体１４が補水管路８６及びリザーブタンク７８を通して大気に開放されるとともに、リザーブタンク７８から蓄熱タンク６４の底部側に熱媒体１４が補給される。
【００４８】
また、貯湯ユニットコントローラ６２は、貯湯ユニット６等の制御手段であって、温度センサ６８の検出温度や、リザーブタンク７８にあるレベルセンサ８４の検出出力等を制御情報とし、ポンプ６６、７６の駆動や停止、補水弁８２の開閉等、機能部の制御を行う。
【００４９】
貯湯ユニットコントローラ６２にはリモートコントローラ３６が接続されている。リモートコントローラ３６は、貯湯ユニットコントローラ６２の遠隔操作手段であって、既述の制御に必要な操作に用いられる。
【００５０】
このコジェネレーションシステム２の排気処理について、図３を参照する。図３は排気処理の手順の一例を示している。
【００５１】
この排気の処理手順は、本発明の排気処理方法の一例であって、図３に示すように、熱源に生じた排気を熱交換する工程（ステップＳ１１）と、熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、排気からドレンを分離する工程（ステップＳ１２）とを含んでいる。
【００５２】
ステップＳ１１では、エンジン８に生じた排気１２を熱交換器４２により熱媒体１４に熱交換する。熱交換器４２による熱交換によってドレン９０（図４）を含んだ排気１２を生じる。そこで、ステップＳ１２では、排気１２からサイレンサ４４及びマフラ４６によりドレン９０を分離し、排出する。この場合、ドレン９０を分離した排気１２はマフラ４６より排出される。
【００５３】
次に、排気処理部１８について、図４を参照する。図４は排気処理部の一例を示している。
【００５４】
排気処理部１８は、排ガス系統の排気に伴う騒音を抑制する消音手段であるとともに、熱交換器４２で発生したドレンを排気１２から分離させ、排出する機能を備えた排気装置である。
【００５５】
エンジン８から排出された排気１２は、濾過器４０の触媒で有害物質が除去されるが、排気ガス回路３８の熱交換器４２で熱媒体１４への熱交換により温度が低下する。熱交換後の排気１２は、温度低下によりドレン（凝縮水）９０を生じる。このドレン９０は、圧力が高い排気１２中でミスト状となり、排気１２とともに移動する。この排気１２及びドレン９０は、熱交換器４２の下流側からサイレンサ４４に導かれる。熱交換器４２とサイレンサ４４との間にはＵ字形の排気路９２が設置され、この排気路９２を通してドレン９０を含む排気１２が流れる。
【００５６】
サイレンサ４４は、ドレン９０を含む排気１２の圧力を変化させてドレン９０を析出させるための手段である大径管路として、第１の膨張室９４、第２の膨張室９６、第３の膨張室９８を備える。膨張室９４、９６、９８は、排気１２を膨張させる手段である。膨張室９４及び膨張室９６の上部は管路１００で連結され、膨張室９６と膨張室９８とは上部側及び底部側を並列化された一対の管路１０２、１０４で連結されている。管路１００、１０２、１０４の直径は膨張室９４、９６、９８の断面より狭く、圧縮手段を構成する。また、膨張室９４及び膨張室９６の底面側には小径管路としてドレン排出管１０６、１０８が形成され、これらドレン排出管１０６、１０８の終端部がドレントラップ部１１０側に接続されている。
【００５７】
斯かる構成では、サイレンサ４４の膨張室９４の断面（直径）が導入路である排気路９２の直径より大径であるため、また、膨張室９６の断面（直径）が導入路である排気路９２の直径より大径であるので、排気１２の流速を低下させ、排気音を低下させることができる。
【００５８】
排気路９２からの排気１２は、サイレンサ４４の膨張室９４の中途部に導かれ、膨張室９４の上部側の管路１００と、下部側にあるドレン排出管１０６とに分配される。排気１２の大部分は、高圧状態が維持されて管路１００を通り、次の膨張室９６の上部側に入る。下部のドレン排出管１０６に入った排気１２からドレン９０が析出され、そのドレン９０はドレントラップ部１１０に導かれ、ドレントラップ部１１０に滴下する。
【００５９】
更に、膨張室９４を通過した排気１２は、膨張室９４の上部側から膨張室９４より小径の管路１００を通して膨張室９６の上部に導かれ、膨張室９６に入る。膨張室９６で膨張した排気１２は、膨張室９６より小径の管路１０２、１０４に分配された後、膨張室９８に入るとともに、ドレン排出管１０８にも分配される。下部のドレン排出管１０８に入った排気１２からドレン９０が析出され、そのドレン９０はドレントラップ部１１０に導かれ、ドレントラップ部１１０に滴下する。
【００６０】
次に、マフラ４６は、サイレンサ４４を経た排気１２を通過させて外部に放出させるとともに、消音及びドレン９０の捕集機能を備える。このマフラ４６には第１及び第２の膨張室１１２、１１４とともに、分離室１１６が備えられている。膨張室１１２にはサイレンサ４４側の膨張室９８が管路１１８で接続され、膨張室１１２、１１４は管路１２０で接続され、膨張室１１４及び分離室１１６が管路１２２で接続されている。管路１１８、１２０、１２２は、膨張室１１２、１１４及び分離室１１６より小径である。
【００６１】
分離室１１６の下部には、排気１２から分離されたドレン９０を捕集するドレントラップ部１１０が設置され、このドレントラップ部１１０には所定レベルを超えたドレン９０を排出させる排出口１２４及び排出管１２６が設置されている。ドレントラップ部１１０には、捕集したドレン９０を捕集側と排出側とを分離する分離壁１２８が設置されている。
【００６２】
また、分離室１１６の上部には、ドレン９０を分離した排気１２を外気に放出させる排気部１３０が設置されている。この場合、ドレン排出管１０６、１０８側に分配されて流れる排気１２もドレントラップ部１１０を備える分離室１１６に導かれ、ドレン９０と分離されて排気部１３０から外気に放出される。
【００６３】
斯かる構成では、排気１２は膨張室９８の上部側から膨張室９８よりも小径な管路１１８を通ってマフラ４６の膨張室１１２の上部側に入り、管路１２０で接続された同形状の膨張室１１２、１１４を経て、管路１２２を通って分離室１１６に至る。分離室１１ ６は大径であるため、その背圧は例えば、その上流の排気路９２の１／１０程度（約１０〔ｍＡｑ〕）となっているため、ドレン９０が大量に分離される。
【００６４】
分離室１１６の最下部にはドレン９０を貯留するドレントラップ部１１０が設置され ており、所定レベルを超えたドレン９０が排出口１２４、ドレン排出管１２６を経て外部に排出される。
【００６５】
分離室１１６は、大径で縦長構造になっているため、ドレン９０が分離し易くなっており、上部には排気部１３０が設置され、排気１２が機外に排出されるようになっている。また、排気部１３０は大径であるため、内圧は充分に低下している。
【００６６】
サイレンサ４４の膨張室９４、９６、９８、マフラ４６の膨張室１１２、１１４、分離室１１６は、中空構造になっていてドレン９０が滴り落ち易くなっている。また、これらの接続通路である管路１００、１０２、１０４、１１８、１２０、１２２、ドレン排出管１０６、１０８等の材質は、コンパクト化、低コスト化を図るため、樹脂でも良く、また、ユニット化しても良い。
【００６７】
そして、膨張室９４、９６、９８と分離室１１６とを結ぶ細い管路であるドレン排出管１０６、１０８は、熱交換で発生したドレンの回収機能と、排気音の抑制機能とを有する。排気音に関し、排気１２にドレン９０が混入していると、排気１２及びドレン９０の移動方向が同じでも、両者の質量差により水を噴くような音（排気音）を生じさせる。上記実施の形態では、膨張室９４、９６、９８が備えられ、膨張室９４で排気１２からドレン９０を分離させる第１段目の分離を行い、膨張室９６でドレン９０を含む排気１２からドレン９０を分離させる第２段目の分離を行う。このため、管路１００では、大部分が排気１２であって、少量のドレン９０を含み、ドレン排出管１０６、１０８では、排気１２から析出したドレン９０と、少量の排気１２とを含んでいる。従って、ドレン９０の回収とともに、排気１２が通過する膨張室９４、９６、９８から分離室１１６に至る通路で発生させる排気音を低減することができる。
【００６８】
上記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００６９】
(1) エンジン８等の熱源で生じた排気熱を回収する気体−液体熱交換器によって生じたドレンを含む排気１２からドレン９０を分離するので、ドレンを含まない排気を外気に排出できるとともに、排気１２とは別個にドレン９０を排出させることができる。
【００７０】
(2) 排気１２を上方に導く押上通路や、排気を下方に導く降下通路で排気通路を形成する必要がないので、排気通路を設置する際の上下方向の制約や、膨張室の形状や排気方向に制約を受けることがなく、排気処理をコンパクト化することができる。
【００７１】
(3) サイレンサ等の吐出圧の高い部分にドレン９０を含む排気１２を導いて排気１２からドレン９０を分離するとともに、排気１２を排出側の内圧が低い部分に導いて排気１２からドレン９０を分離するので、ドレン分離を効率的に行うことができる。具体的には、サイレンサ等の吐出圧の高い部分からドレン９０を伴う排気１２を内圧が低いマフラ４６に導き、気液分離を行うので、液体であるドレン９０の自重落下を利用でき、容易且つ効率的な気液分離を実現できる。
【００７２】
(4) 排気音を抑制することができる。
【００７３】
〔第２の実施の形態〕
【００７４】
第２の実施の形態について、図５、図６及び図７を参照する。図５〜図７は第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示している。
【００７５】
上記実施の形態では、ドレン９０を未処理で機外に排出する構成になっているが、図５に示すように、ドレン９０の中和手段として機外部に中和器１３２を設置し、この中和器１３２にドレン排出管１２６を接続してもよい。中和器１３２にはドレン９０を中和する中和剤１３４を装填し、この中和剤１３４でドレン９０を中和した後、排出する構成としてもよい。
【００７６】
中和器１３２は、図６に示すように、機内に設置する構成とし、ドレン排出管１２６の中途部に設置してもよい。
【００７７】
また、ドレントラップ部１１０は、中和器１３２の機能を備えてもよく、図７に示すように、ドレントラップ部１１０の分離壁１２８の前後に中和剤１３４を設置してもよい。斯かる構成とすれば、ドレントラップ部１１０にある中和剤１３４でドレン９０を中和し、中和後のドレン９０をドレン排出管１２６から機外に排出することができる。
【００７８】
ドレントラップ部１１０に中和剤１３４を充填すれば、中和機能を兼ねることが可能であり、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００７９】
〔第３の実施の形態〕
【００８０】
第３の実施の形態について、図８を参照する。図８は第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示している。
【００８１】
第１の実施の形態では、排気処理部１８のサイレンサ４４に膨張室９４、９６、９８を備えたが、図８に示すように、第１及び第２の膨張室１３６、１３８を備える構成としてもよい。
【００８２】
膨張室１３６の上部には排気路９２からドレン９０を含む排気１２が供給され、膨張室１３６、１３８は、下部側で管路１４０で連結されている。この場合、管路１１８は膨張室１３８の上部側に接続されている。
【００８３】
斯かる構成では、ドレン９０を含む排気１２が膨張室１３６に流れ、排気路９２より径大な膨張室１３６で膨張するとともに、膨張室１３６の下部側にある小径のドレン排出管１０６に分配される。膨張室１３６及びドレン排出管１０６で析出したドレン９０がドレン排出管１０６を通してドレントラップ部１１０に流れる。
【００８４】
膨張室１３６から小径の管路１４０を介して膨張室１３８に流れた排気１２からドレン９０が凝固し、膨張室１３８の底部側にあるドレン排出管１０８からドレントラップ部１１０に流れる。
【００８５】
膨張室１３８を通過した排気１２は、管路１１８を通してマフラ４６側に流れる。マフラ４６側の機能は既述の通りであるので、その説明を省略する。
【００８６】
ドレン排出管１０６、１０８側に分配されて流れる排気１２は、ドレントラップ部１１０を備える分離室１１６に導かれ、ドレン９０と分離されて排気部１３０から外気に放出される。
【００８７】
〔他の実施の形態〕
【００８８】
(1) 上記実施の形態では、２つのドレン排出管１０６、１０８を設置しているが、これに限定されることなく、２ヶ所以上にドレン排出管を増加させ、分離室１１６にドレン９０を導く構成としてもよい。
【００８９】
(2) 上記実施の形態では、排熱源及び排気源としてエンジン８を例示しているが、エンジン８以外の熱源又は排気源であってもよい。
【００９０】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、エンジン等の熱源を用いたコジェネレーションシステム等に広く利用され、排気熱の熱交換で生じたドレンを排気から分離して効率よく排出できる。
【符号の説明】
【００９２】
２ コジェネレーションシステム
４ 発電ユニット
６ 貯湯ユニット
８ エンジン
１０、１４ 熱媒体
１２ 排気
１８ 排気処理部
３８ 排気ガス回路
４０ 濾過器
４２ 熱交換器
４４ サイレンサ
４６ マフラ
９４、９６、９８ 膨張室
１０６、１０８ ドレン排出管
１１２、１１４ 膨張室
１１６ 分離室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等の熱源に生じた排気の処理及び装置に関し、例えば、排熱回収後の排気処理を行う排気処理方法、排気処理装置、エンジンの排熱回収装置、及びコジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料ガスを燃料とするエンジンを用いて発電するとともに発熱するエンジンを熱源に用いるコジェネレーション装置が知られている。このコジェネレーション装置では、エンジンからの熱回収として、エンジンの排気を熱媒体や上水に熱交換し、熱媒体から上水に熱交換する等の処理が行われている。
【０００３】
エンジンの排気から潜熱を熱交換するとドレンが発生し、このドレンは排気中に混入している。このため、ドレンを排出する場合、ドレン排出口から排気ガスの流出や、排気口からドレンの飛散等を伴う。
【０００４】
エンジンの排気熱を回収する際に生じたドレンの回収及び排出に関し、ドレンと排気とを分離させる装置が知られている（特許文献１）。
【０００５】
また、燃焼排気から排気とドレンとを分離することが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１３２４４１号公報
【特許文献２】特開２００２−０５４４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、排気とドレンの混合気を膨張室まで高速搬送し、その後に降下させて分離室で気液を分離した後に再度、上昇させて排気を排出している構成では（特許文献１）、気液を分離するための管路の太さ調整や、膨張室の設置条件等に制約がある。従来では、経路径を変化させて膨張、収縮により気液を分離し、経路は直列経路が採用されている。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題に鑑み、通路の形態等に制約を受けることがない排気処理を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の排気処理方法は、熱源に生じた排気を熱交換する工程と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程とを含む構成である。
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の排気処理装置は、熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段と、前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段とを備える構成である。
【００１１】
上記課題を解決するためには、上記排気処理装置において、好ましくは、前記ドレン分離手段は、前記排気を膨張させる単一又は複数の膨張手段と、この膨張手段から分離されてドレンを流すドレン排出管とを備える構成としてもよい。
【００１２】
上記課題を解決するためには、上記排気処理装置において、好ましくは、前記ドレン分離手段は前記排気から分離されたドレンを捕集するドレントラップを備え、該ドレントラップに前記ドレンとともに前記排気を流す構成としてもよい。
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のエンジンの排熱回収装置は、既述の排気処理装置を備える構成である。
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明のコジェネレーションシステムは、既述の排気処理装置を備える構成である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、次の何れかの効果が得られる。
【００１６】
(1) ガスエンジン等の熱源で生じた排気熱を回収する気体−液体熱交換器によって生じたドレンを含む排気からドレンを分離するので、ドレンを含まない排気を外気に排出できるとともに、排気とは別個にドレンを排出させることができる。
【００１７】
(2) 排気を上方に導く押上通路や、排気を下方に導く降下通路で排気通路を形成する必要がないので、排気通路を設置する際の上下方向の制約や、膨張室の形状や排気方向に制約を受けることがなく、排気処理をコンパクト化することができる。
【００１８】
(3) サイレンサ等の吐出圧の高い部分からドレンを伴う排気から排出側の内圧が低い部分で排気とドレンとを分離するので、ドレン分離を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示す図である。
【図２】図１の貯湯ユニットの一例を示す図である。
【図３】排気処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】排気処理部の一例を示す図である。
【図５】第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部のマフラの一例を示す図である。
【図６】マフラの他の例を示す図である。
【図７】マフラの他の例を示す図である。
【図８】第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
〔第１の実施の形態〕
【００２１】
第１の実施の形態について、図１及び図２を参照する。図１及び図２は第１の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの一例を示し、図１はその発電ユニット、図２は貯湯ユニットを示している。
【００２２】
このコジェネレーションシステム２は、本発明の排気処理方法、排気処理装置、エンジンの排熱回収装置、及びコジェネレーションシステムの一例である。
【００２３】
このコジェネレーションシステム２には発電ユニット４及び貯湯ユニット６を備えている。発電ユニット４では、駆動源であるエンジン８の回転によって発電するとともに、熱源であるエンジン８に熱媒体１０を接触させてエンジン８の冷却とともに、エンジン８の熱を回収する手段である。この場合、エンジン８の発熱は熱媒体１０に熱交換され、熱媒体１０及び排気１２の双方の熱は熱媒体１４に熱交換される。熱媒体１０は熱源であるエンジン８の冷却水であり、熱媒体１４は蓄熱媒体である。発電ユニット４には、図１に示すように、発電機能部１６と、排気処理部１８と、エンジン冷却回路２０と、排熱回収部２２の一部とを備えている。
【００２４】
貯湯ユニット６は蓄熱手段であって、エンジン８側から熱を回収し、その熱を熱交換して蓄熱し、その熱を給湯に利用する手段であって、図２に示すように、排熱回収部２２と、給湯側熱交換部２４とを備える。排熱回収部２２は、発電ユニット４及び貯湯ユニット６に跨がって設置されている。
【００２５】
(1) 発電機能部１６
【００２６】
発電機能部１６は、エンジン８と、発電機２６と、パワーコンディショナ２８と、発電ユニットコントローラ３０とを備えている。エンジン８は、発電機２６の駆動手段であって、都市ガス、ＬＰＧ、ガソリン、灯油、軽油等の燃料を燃焼させて回転力を生成するが、その燃料の燃焼で発熱し、排気１２を生じる。従って、エンジン８は発熱源、排熱源であり、エンジン８が発生する排気１２も熱源である。
【００２７】
発電機２６はエンジン８を駆動手段とする発電手段であって、エンジン８の回転力を受けて発電する。この発電出力は、交流であってもよいし、直流であってもよい。
【００２８】
パワーコンディショナ２８は電力変換手段である例えば、インバータで構成され、発電機２６の出力が所定の電圧例えば、商用交流と同等の電圧出力（１００〔Ｖ〕）に変換される。このパワーコンディショナ２８の出力は負荷３２に供給されるとともに、余剰電力として活用される。負荷３２は例えば、家庭向け電力の消費である。余剰電力Ｐｓは、発電電力Ｐｏに対し、家庭向け電力としての消費電力ＰＬが少ない場合に生じ（Ｐｏ＞ＰＬ，Ｐｓ＝Ｐｏ−ＰＬ）、この余剰電力はエンジン冷却回路２０にある余剰電力ヒータ３４に供給され、熱に変換される。
【００２９】
発電ユニットコントローラ３０はエンジン冷却回路２０等の制御手段であって、パワーコンディショナ２８の出力によって給電され、各種センサからの検出出力を受け、排熱回収のための制御出力を機能部に付与する。この発電ユニットコントローラ３０は貯湯ユニット６側の貯湯ユニットコントローラ６２（図２）に接続され、この実施の形態では、貯湯ユニットコントローラ６２に接続されているリモートコントローラ３６により、貯湯ユニットコントローラ６２を通して操作される。リモートコントローラ３６は、遠隔制御手段の一例であって、発電ユニットコントローラ３０や貯湯ユニット６の遠隔操作に用いられる。
【００３０】
(2) 排気処理部１８
【００３１】
排気処理部１８は、本発明の排気処理方法及び排気処理装置の一例であって、エンジン８で生じた排気１２から主としてドレンを分離する気液分離機能等を備える。この排気処理部１８には、エンジン８から排気ガス回路３８を通して排気１２が流れる。排気ガス回路３８はエンジン８の排気１２を通過させる排気手段である。
【００３２】
この排気ガス回路３８には、濾過器４０、熱交換器４２、サイレンサ４４、マフラ４６が設置されている。この実施の形態では、排気処理部１８にサイレンサ４４、マフラ４６を備えているが、排気処理部１８に濾過器４０及び熱交換器４２を備えてもよい。濾過器４０は、例えば、触媒を備え、排気１２中に含まれる有害物質を除去する。熱交換器４２は、排気１２の熱を熱媒体１４に熱交換する手段の一例であり、熱交換によりドレンを生じる。サイレンサ４４及びマフラ４６は、排ガス系統の排気に伴う騒音を抑制する消音機能と、熱交換器４２の熱交換後の排気１２からドレンを分離する機能とを備える排気装置である。
【００３３】
(3) エンジン冷却回路２０
【００３４】
エンジン冷却回路２０は、エンジン８を熱媒体１０により冷却するとともに、エンジン８の熱（排熱）を熱媒体１０に熱交換して回収する手段であって、熱媒体１０を循環させる第１の循環路を構成する。このエンジン冷却回路２０には、リザーブタンク４８と、ポンプ５０と、熱交換部５２と、温度センサ５４、５６と、熱交換器５８と、余剰電力ヒータ３４とを備える。
【００３５】
リザーブタンク４８は、熱媒体１０を蓄積する手段であって、このリザーブタンク４８には、排熱回収部２２から分岐した補水回路６０が接続されているとともに、補水弁６２及びレベルセンサ６３が設置されている。レベルセンサ６３が補水の必要レベルを検出したとき、補水弁６２が開かれ、熱媒体１０が排熱回収部２２からリザーブタンク４８に補給される。
【００３６】
ポンプ５０は、エンジン冷却回路２０に熱媒体１０を強制的に循環させる手段であって、これにより熱媒体１０は、熱交換部５２、温度センサ５４、５６、熱交換器５８及び余剰電力ヒータ３４に循環する。
【００３７】
熱交換部５２は、エンジン８に設置された熱交換手段であって、エンジン８の排熱を熱媒体１０に熱交換する。温度センサ５４、５６は熱媒体１０の温度検出手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。そこで、温度センサ５４は、エンジン８の入側の熱媒体１０の温度を検出する。また、温度センサ５６は、熱交換部５２の出側の熱媒体１０の温度を検出し、この実施の形態では余剰電力ヒータ３４の出側に設置され、熱交換部５２及び余剰電力ヒータ３４で加熱された熱媒体１０の温度を検出する。
【００３８】
熱交換器５８は、熱媒体１０の熱を蓄熱側の熱媒体１４に熱交換する手段であって、エンジン冷却回路２０と排熱回収部２２との間に設置されている。
【００３９】
(4) 排熱回収部２２
【００４０】
排熱回収部２２は、熱媒体１０の熱及びエンジン８の排気熱を回収する排熱回収手段の一例であって、熱媒体１４を循環させる第２の循環路を構成する。この排熱回収部２２は、既述の発電ユニット４と貯湯ユニット６とに跨がって設置されており、既述の熱交換器４２と、熱交換器５８と、貯湯ユニット６側にある蓄熱タンク６４と、ポンプ６６と、温度センサ６８と、三方弁７０と、バイパス路７２とを備える。
【００４１】
蓄熱タンク６４は、熱媒体１４によって蓄熱する蓄熱手段の一例であって、熱媒体１４には一例として上水Ｗが用いられている。
【００４２】
ポンプ６６は、熱媒体１４を排熱回収部２２に強制的に循環させる手段であり、温度センサ６８は、蓄熱タンク６４又はバイパス路７２に流れる熱媒体１４の温度を検出する手段であって、例えば、サーミスタ温度センサで構成される。
【００４３】
三方弁７０は、蓄熱タンク６４に併設されたバイパス路７２と蓄熱タンク６４側の排熱回収部２２との熱媒流路を切り替える手段としての切替弁であって、蓄熱タンク６４に対して熱媒体１４を流し込む場合にポートＡ−Ｃが開かれ、蓄熱タンク６４に対して熱媒体１４をバイパスする際にポートＡ−Ｂが開かれる。
【００４４】
(5) 給湯側熱交換部２４
【００４５】
給湯側熱交換部２４は、熱媒体１４の熱を上水Ｗに熱交換し、温水ＨＷを得て給湯する手段であるとともに、上水Ｗを熱媒体１４として補給する手段である。この給湯側熱交換部２４には、熱交換器７４と、ポンプ７６と、リザーブタンク７８とを備えている。
【００４６】
熱交換器７４は、熱媒体１４の熱を上水Ｗに熱交換する手段であり、ポンプ７６は、熱媒体１４を熱交換器７４に強制的に循環させる手段である。熱交換器７４で得られた温水ＨＷは家庭内給湯等に供される。
【００４７】
リザーブタンク７８は、熱媒体１４を蓄積するとともに、熱媒体１４を大気に開放する手段であって、このリザーブタンク７８には上水管路７９から分岐された補水管路８０が接続され、補水管路８０を開閉する手段として補水弁８２と、リザーブタン７８内の熱媒体１４のレベルを検出する手段としてレベルセンサ８４とが設置されている。レベルセンサ８４の検出レベルが基準レベル未満であれば、補水弁８２が開かれ、上水Ｗがリザーブタンク７８に補水される。このリザーブタンク７８は蓄熱タンク６４の底部側に補水管路８６を介して接続され、蓄熱タンク６４の熱媒体１４が補水管路８６及びリザーブタンク７８を通して大気に開放されるとともに、リザーブタンク７８から蓄熱タンク６４の底部側に熱媒体１４が補給される。
【００４８】
また、貯湯ユニットコントローラ６２は、貯湯ユニット６等の制御手段であって、温度センサ６８の検出温度や、リザーブタンク７８にあるレベルセンサ８４の検出出力等を制御情報とし、ポンプ６６、７６の駆動や停止、補水弁８２の開閉等、機能部の制御を行う。
【００４９】
貯湯ユニットコントローラ６２にはリモートコントローラ３６が接続されている。リモートコントローラ３６は、貯湯ユニットコントローラ６２の遠隔操作手段であって、既述の制御に必要な操作に用いられる。
【００５０】
このコジェネレーションシステム２の排気処理について、図３を参照する。図３は排気処理の手順の一例を示している。
【００５１】
この排気の処理手順は、本発明の排気処理方法の一例であって、図３に示すように、熱源に生じた排気を熱交換する工程（ステップＳ１１）と、熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、排気からドレンを分離する工程（ステップＳ１２）とを含んでいる。
【００５２】
ステップＳ１１では、エンジン８に生じた排気１２を熱交換器４２により熱媒体１４に熱交換する。熱交換器４２による熱交換によってドレン９０（図４）を含んだ排気１２を生じる。そこで、ステップＳ１２では、排気１２からサイレンサ４４及びマフラ４６によりドレン９０を分離し、排出する。この場合、ドレン９０を分離した排気１２はマフラ４６より排出される。
【００５３】
次に、排気処理部１８について、図４を参照する。図４は排気処理部の一例を示している。
【００５４】
排気処理部１８は、排ガス系統の排気に伴う騒音を抑制する消音手段であるとともに、熱交換器４２で発生したドレンを排気１２から分離させ、排出する機能を備えた排気装置である。
【００５５】
エンジン８から排出された排気１２は、濾過器４０の触媒で有害物質が除去されるが、排気ガス回路３８の熱交換器４２で熱媒体１４への熱交換により温度が低下する。熱交換後の排気１２は、温度低下によりドレン（凝縮水）９０を生じる。このドレン９０は、圧力が高い排気１２中でミスト状となり、排気１２とともに移動する。この排気１２及びドレン９０は、熱交換器４２の下流側からサイレンサ４４に導かれる。熱交換器４２とサイレンサ４４との間にはＵ字形の排気路９２が設置され、この排気路９２を通してドレン９０を含む排気１２が流れる。
【００５６】
サイレンサ４４は、ドレン９０を含む排気１２の圧力を変化させてドレン９０を析出させるための手段である大径管路として、第１の膨張室９４、第２の膨張室９６、第３の膨張室９８を備える。膨張室９４、９６、９８は、排気１２を膨張させる手段である。膨張室９４及び膨張室９６の上部は管路１００で連結され、膨張室９６と膨張室９８とは上部側及び底部側を並列化された一対の管路１０２、１０４で連結されている。管路１００、１０２、１０４の直径は膨張室９４、９６、９８の断面より狭く、圧縮手段を構成する。また、膨張室９４及び膨張室９６の底面側には小径管路としてドレン排出管１０６、１０８が形成され、これらドレン排出管１０６、１０８の終端部がドレントラップ部１１０側に接続されている。
【００５７】
斯かる構成では、サイレンサ４４の膨張室９４の断面（直径）が導入路である排気路９２の直径より大径であるため、また、膨張室９６の断面（直径）が導入路である排気路９２の直径より大径であるので、排気１２の流速を低下させ、排気音を低下させることができる。
【００５８】
排気路９２からの排気１２は、サイレンサ４４の膨張室９４の中途部に導かれ、膨張室９４の上部側の管路１００と、下部側にあるドレン排出管１０６とに分配される。排気１２の大部分は、高圧状態が維持されて管路１００を通り、次の膨張室９６の上部側に入る。下部のドレン排出管１０６に入った排気１２からドレン９０が析出され、そのドレン９０はドレントラップ部１１０に導かれ、ドレントラップ部１１０に滴下する。
【００５９】
更に、膨張室９４を通過した排気１２は、膨張室９４の上部側から膨張室９４より小径の管路１００を通して膨張室９６の上部に導かれ、膨張室９６に入る。膨張室９６で膨張した排気１２は、膨張室９６より小径の管路１０２、１０４に分配された後、膨張室９８に入るとともに、ドレン排出管１０８にも分配される。下部のドレン排出管１０８に入った排気１２からドレン９０が析出され、そのドレン９０はドレントラップ部１１０に導かれ、ドレントラップ部１１０に滴下する。
【００６０】
次に、マフラ４６は、サイレンサ４４を経た排気１２を通過させて外部に放出させるとともに、消音及びドレン９０の捕集機能を備える。このマフラ４６には第１及び第２の膨張室１１２、１１４とともに、分離室１１６が備えられている。膨張室１１２にはサイレンサ４４側の膨張室９８が管路１１８で接続され、膨張室１１２、１１４は管路１２０で接続され、膨張室１１４及び分離室１１６が管路１２２で接続されている。管路１１８、１２０、１２２は、膨張室１１２、１１４及び分離室１１６より小径である。
【００６１】
分離室１１６の下部には、排気１２から分離されたドレン９０を捕集するドレントラップ部１１０が設置され、このドレントラップ部１１０には所定レベルを超えたドレン９０を排出させる排出口１２４及び排出管１２６が設置されている。ドレントラップ部１１０には、捕集したドレン９０を捕集側と排出側とを分離する分離壁１２８が設置されている。
【００６２】
また、分離室１１６の上部には、ドレン９０を分離した排気１２を外気に放出させる排気部１３０が設置されている。この場合、ドレン排出管１０６、１０８側に分配されて流れる排気１２もドレントラップ部１１０を備える分離室１１６に導かれ、ドレン９０と分離されて排気部１３０から外気に放出される。
【００６３】
斯かる構成では、排気１２は膨張室９８の上部側から膨張室９８よりも小径な管路１１８を通ってマフラ４６の膨張室１１２の上部側に入り、管路１２０で接続された同形状の膨張室１１２、１１４を経て、管路１２２を通って分離室１１６に至る。分離室１１ ６は大径であるため、その背圧は例えば、その上流の排気路９２の１／１０程度（約１０〔ｍＡｑ〕）となっているため、ドレン９０が大量に分離される。
【００６４】
分離室１１６の最下部にはドレン９０を貯留するドレントラップ部１１０が設置され ており、所定レベルを超えたドレン９０が排出口１２４、ドレン排出管１２６を経て外部に排出される。
【００６５】
分離室１１６は、大径で縦長構造になっているため、ドレン９０が分離し易くなっており、上部には排気部１３０が設置され、排気１２が機外に排出されるようになっている。また、排気部１３０は大径であるため、内圧は充分に低下している。
【００６６】
サイレンサ４４の膨張室９４、９６、９８、マフラ４６の膨張室１１２、１１４、分離室１１６は、中空構造になっていてドレン９０が滴り落ち易くなっている。また、これらの接続通路である管路１００、１０２、１０４、１１８、１２０、１２２、ドレン排出管１０６、１０８等の材質は、コンパクト化、低コスト化を図るため、樹脂でも良く、また、ユニット化しても良い。
【００６７】
そして、膨張室９４、９６、９８と分離室１１６とを結ぶ細い管路であるドレン排出管１０６、１０８は、熱交換で発生したドレンの回収機能と、排気音の抑制機能とを有する。排気音に関し、排気１２にドレン９０が混入していると、排気１２及びドレン９０の移動方向が同じでも、両者の質量差により水を噴くような音（排気音）を生じさせる。上記実施の形態では、膨張室９４、９６、９８が備えられ、膨張室９４で排気１２からドレン９０を分離させる第１段目の分離を行い、膨張室９６でドレン９０を含む排気１２からドレン９０を分離させる第２段目の分離を行う。このため、管路１００では、大部分が排気１２であって、少量のドレン９０を含み、ドレン排出管１０６、１０８では、排気１２から析出したドレン９０と、少量の排気１２とを含んでいる。従って、ドレン９０の回収とともに、排気１２が通過する膨張室９４、９６、９８から分離室１１６に至る通路で発生させる排気音を低減することができる。
【００６８】
上記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００６９】
(1) エンジン８等の熱源で生じた排気熱を回収する気体−液体熱交換器によって生じたドレンを含む排気１２からドレン９０を分離するので、ドレンを含まない排気を外気に排出できるとともに、排気１２とは別個にドレン９０を排出させることができる。
【００７０】
(2) 排気１２を上方に導く押上通路や、排気を下方に導く降下通路で排気通路を形成する必要がないので、排気通路を設置する際の上下方向の制約や、膨張室の形状や排気方向に制約を受けることがなく、排気処理をコンパクト化することができる。
【００７１】
(3) サイレンサ等の吐出圧の高い部分にドレン９０を含む排気１２を導いて排気１２からドレン９０を分離するとともに、排気１２を排出側の内圧が低い部分に導いて排気１２からドレン９０を分離するので、ドレン分離を効率的に行うことができる。具体的には、サイレンサ等の吐出圧の高い部分からドレン９０を伴う排気１２を内圧が低いマフラ４６に導き、気液分離を行うので、液体であるドレン９０の自重落下を利用でき、容易且つ効率的な気液分離を実現できる。
【００７２】
(4) 排気音を抑制することができる。
【００７３】
〔第２の実施の形態〕
【００７４】
第２の実施の形態について、図５、図６及び図７を参照する。図５〜図７は第２の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示している。
【００７５】
上記実施の形態では、ドレン９０を未処理で機外に排出する構成になっているが、図５に示すように、ドレン９０の中和手段として機外部に中和器１３２を設置し、この中和器１３２にドレン排出管１２６を接続してもよい。中和器１３２にはドレン９０を中和する中和剤１３４を装填し、この中和剤１３４でドレン９０を中和した後、排出する構成としてもよい。
【００７６】
中和器１３２は、図６に示すように、機内に設置する構成とし、ドレン排出管１２６の中途部に設置してもよい。
【００７７】
また、ドレントラップ部１１０は、中和器１３２の機能を備えてもよく、図７に示すように、ドレントラップ部１１０の分離壁１２８の前後に中和剤１３４を設置してもよい。斯かる構成とすれば、ドレントラップ部１１０にある中和剤１３４でドレン９０を中和し、中和後のドレン９０をドレン排出管１２６から機外に排出することができる。
【００７８】
ドレントラップ部１１０に中和剤１３４を充填すれば、中和機能を兼ねることが可能であり、設備のコンパクト化を図ることができる。
【００７９】
〔第３の実施の形態〕
【００８０】
第３の実施の形態について、図８を参照する。図８は第３の実施の形態に係るコジェネレーションシステムの排気処理部の一例を示している。
【００８１】
第１の実施の形態では、排気処理部１８のサイレンサ４４に膨張室９４、９６、９８を備えたが、図８に示すように、第１及び第２の膨張室１３６、１３８を備える構成としてもよい。
【００８２】
膨張室１３６の上部には排気路９２からドレン９０を含む排気１２が供給され、膨張室１３６、１３８は、下部側で管路１４０で連結されている。この場合、管路１１８は膨張室１３８の上部側に接続されている。
【００８３】
斯かる構成では、ドレン９０を含む排気１２が膨張室１３６に流れ、排気路９２より径大な膨張室１３６で膨張するとともに、膨張室１３６の下部側にある小径のドレン排出管１０６に分配される。膨張室１３６及びドレン排出管１０６で析出したドレン９０がドレン排出管１０６を通してドレントラップ部１１０に流れる。
【００８４】
膨張室１３６から小径の管路１４０を介して膨張室１３８に流れた排気１２からドレン９０が凝固し、膨張室１３８の底部側にあるドレン排出管１０８からドレントラップ部１１０に流れる。
【００８５】
膨張室１３８を通過した排気１２は、管路１１８を通してマフラ４６側に流れる。マフラ４６側の機能は既述の通りであるので、その説明を省略する。
【００８６】
ドレン排出管１０６、１０８側に分配されて流れる排気１２は、ドレントラップ部１１０を備える分離室１１６に導かれ、ドレン９０と分離されて排気部１３０から外気に放出される。
【００８７】
〔他の実施の形態〕
【００８８】
(1) 上記実施の形態では、２つのドレン排出管１０６、１０８を設置しているが、これに限定されることなく、２ヶ所以上にドレン排出管を増加させ、分離室１１６にドレン９０を導く構成としてもよい。
【００８９】
(2) 上記実施の形態では、排熱源及び排気源としてエンジン８を例示しているが、エンジン８以外の熱源又は排気源であってもよい。
【００９０】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、エンジン等の熱源を用いたコジェネレーションシステム等に広く利用され、排気熱の熱交換で生じたドレンを排気から分離して効率よく排出できる。
【符号の説明】
【００９２】
２ コジェネレーションシステム
４ 発電ユニット
６ 貯湯ユニット
８ エンジン
１０、１４ 熱媒体
１２ 排気
１８ 排気処理部
３８ 排気ガス回路
４０ 濾過器
４２ 熱交換器
４４ サイレンサ
４６ マフラ
９４、９６、９８ 膨張室
１０６、１０８ ドレン排出管
１１２、１１４ 膨張室
１１６ 分離室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源に生じた排気を熱交換する工程と、
前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程と、
を含むことを特徴とする排気処理方法。
【請求項２】
熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段と、
前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段と、
を備えることを特徴とする排気処理装置。
【請求項３】
前記ドレン分離手段は、
前記排気を膨張させる単一又は複数の膨張手段と、
この膨張手段から分離されてドレンを流すドレン排出管と、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
前記ドレン分離手段は前記排気から分離されたドレンを捕集するドレントラップを備え、該ドレントラップに前記ドレンとともに前記排気を流すことを特徴とする、請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４に記載の排気処理装置を備えることを特徴とする、エンジンの排熱回収装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項４に記載の排気処理装置を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項１】
熱源に生じた排気を熱交換する工程と、
前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離する工程と、
を含むことを特徴とする排気処理方法。
【請求項２】
熱源に生じた排気の熱を熱交換する熱交換手段と、
前記熱交換によりドレンを含んだ排気を大径通路と小径通路に分流させ、前記排気からドレンを分離するドレン分離手段と、
を備えることを特徴とする排気処理装置。
【請求項３】
前記ドレン分離手段は、
前記排気を膨張させる単一又は複数の膨張手段と、
この膨張手段から分離されてドレンを流すドレン排出管と、
を備えることを特徴とする、請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項４】
前記ドレン分離手段は前記排気から分離されたドレンを捕集するドレントラップを備え、該ドレントラップに前記ドレンとともに前記排気を流すことを特徴とする、請求項２に記載の排気処理装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４に記載の排気処理装置を備えることを特徴とする、エンジンの排熱回収装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項４に記載の排気処理装置を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−７５６４（Ｐ２０１２−７５６４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４５６５３（Ｐ２０１０−１４５６５３）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００１７０１３０）高木産業株式会社 (87)
【Ｆターム（参考）】
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