| 【発明の名称】 |
潜熱回収型吸収冷温水機 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤本 洋
【氏名】松村 章二朗
【氏名】杉山 修
|
| 【要約】 |
【課題】簡単な構成で、高温排熱源からの排気ガスからの回収熱量を増大させて、吸収冷温水機から取り出せる冷熱エネルギー量を増大する。
【解決手段】再生器９と吸収器１２と凝縮器１０と蒸発器１４とから成る単効用吸収冷凍機を設け、ガスエンジン１から発生するジャケット冷却水を循環配管８を介して再生器９に供給する。水−リチウムブロマイド溶液を配管１６を通じて吸収器１２から再生器９に供給するとともにその配管１６の途中に分岐配管１８を接続して水−リチウムブロマイド溶液を取り出し、配管１６を通じてとは別に再生器９に供給する。ガスエンジン１から発生する排気ガスをガス配管４を通じて取り出すとともに、そのガス配管４と分岐配管１８との間に熱交換器１９を設け、ガスエンジン１からの排気ガスにより、その凝縮潜熱を利用して水−リチウムブロマイド溶液を加熱する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 150℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と 150℃よりも高い温度の排気ガスを発生する高温排熱源とを有する原動機(1) と、再生器(9) と吸収器(12)と凝縮器(10)と蒸発器(14)とから成る単効用吸収冷凍機と、前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器(9) とにわたって接続される循環配管(8) と、前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む２成分系混合溶液を前記吸収器(12)から前記再生器(9) に供給する配管(16)と、前記配管(16)の途中に接続されて２成分系混合溶液を取り出すとともに前記配管(16)とは別に前記再生器(9) に供給する分岐配管(18)と、前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源からの排気ガスを取り出すガス配管(4) と、前記ガス配管(4) と前記分岐配管(18)との間に設けられて、前記高温排熱源からの排気ガスにより２成分系混合溶液を加熱する熱交換器(19)と、を備えたことを特徴とする潜熱回収型吸収冷温水機。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、コジェネレーションシステムなどに用いるために、ディーゼルエンジン、スターリングエンジン、ミラーサイクルガスエンジンなどの原動機から発生する排熱を回収して冷熱を取り出すように構成した潜熱回収型吸収冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】上述のように原動機から発生する排熱を回収する場合、従来では、原動機の低温排熱源から発生する冷却ジャケット水を、原動機の高温排熱源から発生する排気ガスで加熱し、この冷却ジャケット水の熱を吸収冷温水機の再生器に与え、吸収冷温水機を駆動するように構成されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温排熱源から発生する冷却ジャケット水の温度は80〜90℃程度であるのに対して、排気ガスと熱交換された冷却ジャケット水の温度は85〜95℃程度であり、排気ガスから回収される熱量がさほど多くはなく、再生器に付与される熱量が少なくて吸収冷温水機から取り出せる冷熱エネルギー量が少ない欠点があった。
【０００４】本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、簡単な構成で、高温排熱源からの排気ガスからの回収熱量を増大させて、吸収冷温水機から取り出せる冷熱エネルギー量を増大できるようにすることを目的する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の潜熱回収型吸収冷温水機は、上述のような目的を達成するために、150℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と 150℃よりも高い温度の排気ガスを発生する高温排熱源とを有する原動機と、再生器と吸収器と凝縮器と蒸発器とから成る単効用吸収冷凍機と、前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器とにわたって接続される循環配管と、前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む２成分系混合溶液を前記吸収器から前記再生器に供給する配管と、前記配管の途中に接続されて２成分系混合溶液を取り出すとともに前記配管とは別に前記再生器に供給する分岐配管と、前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源からの排気ガスを取り出すガス配管と、前記ガス配管と前記分岐配管との間に設けられて、前記高温排熱源からの排気ガスにより２成分系混合溶液を加熱する熱交換器と、を備えて構成する。
【０００６】２成分系混合溶液としては、水−リチウムブロマイド系の混合溶液、アンモニア−硝酸リチウム系の混合溶液、アンモニア−水系の混合溶液、メタノール−水系の混合溶液等が使用できる。この２成分系混合溶液は、冷媒と吸収剤以外に、腐食防止などのために若干の第三成分を含んでいてもよい。
【０００７】
【作用】本発明の潜熱回収型吸収冷温水機の構成によれば、吸収器からの２成分系混合溶液を高温排熱源からの排気ガスと熱交換させ、その加熱された２成分系混合溶液を再生器に供給する。吸収器からの２成分系混合溶液の温度は35℃程度であり、排気ガスの凝縮温度（ 100℃程度）よりもはるかに低い。そのため、２成分系混合溶液と排気ガスとの熱交換に伴い、排気ガスの温度が凝縮温度以下にまで低下し、凝縮潜熱をも２成分系混合溶液の加熱に利用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る潜熱回収型吸収冷温水機の実施例を示す概略構成図であり、原動機としてのガスエンジン１に、カップリング２を介して発電機３が連動連結されている。
【０００９】高温排熱源としてのガスエンジン１の排気管にガス配管４が接続され、そのガス配管４に、ＮＯｘ成分を除去する脱硝装置５と、ドレンを除去する気液分離装置６が付設されている。
【００１０】ガスエンジン１の低温排熱源としてのエンジン冷却部の出口と入口とにわたって、ジャケット冷却水を循環する第１のポンプ７を介装した循環配管８が接続され、この循環配管８に、単効用吸収冷凍機を構成する再生器９が設けられている。再生器９には、ガスエンジン１からのジャケット冷却水（温度85〜95℃）によって蒸発可能な水を冷媒とし、かつ、リチウムブロマイド溶液を吸収剤とした２成分系混合溶液として水−リチウムブロマイド溶液が収容されている。
【００１１】再生器９には凝縮器１０が連通接続され、再生器９に第１の配管１１を介して吸収器１２が接続されるとともに、凝縮器１０に第２の配管１３を介して蒸発器１４が接続され、更に、吸収器１２と蒸発器１４とが連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【００１２】凝縮器１０では、再生器９で蒸発した冷媒を凝縮液化し、その液化した冷媒を蒸発器１４に噴霧供給により戻すようになっている。蒸発器１４では、吸収器１２における吸収剤による冷媒の吸収に伴い、冷媒が蒸発するようになっている。
【００１３】再生器９と凝縮器１０とにわたって、溶液ポンプ１５を介装した第３の配管１６が接続され、この第３の配管１６と第１の配管１１との間に第１の熱交換器１７が設けられ、再生器９に戻す液化した水−リチウムブロマイド溶液を、再生器９から吸収器１２に流す水−リチウムブロマイド溶液によって加熱するようになっている。
【００１４】第３の配管１６の溶液ポンプ１５と第１の熱交換器１７との間と、再生器１４とが分岐配管１８を介して接続され、この分岐配管１８とガス配管４とにわたって第２の熱交換器１９が設けられ、液化した水−リチウムブロマイド溶液をガスエンジン１からの排気ガスとの伝熱により加熱してから再生器９に戻すように構成されている。
【００１５】循環配管８には、再生器９と並列に、第１の三方弁２０を介装した第１のバイパス配管２１が接続されている。また、第１の三方弁２０とガスエンジン１との間に、クーリングタワーからの冷却水によって冷却する冷却用熱交換器２２が設けられるとともに、その冷却用熱交換器２２と並列に第２の三方弁２３を介装した第２のバイパス配管２４が接続されている。また、分岐配管１８には、第２の熱交換器１９と並列に、第３の三方弁２５を介装した第３のバイパス配管２６が接続されている。
【００１６】吸収器１２から凝縮器１０にわたって、クーリングタワーからの冷却水を供給する冷却管２７が通されている。蒸発器１４に冷水取り出し管２８が通されている。
【００１７】循環配管８において、第２のバイパス配管２４との下流側の接続箇所より下流側箇所に、ガスエンジン１に供給されるジャケット冷却水の温度を測定する第１の温度センサ２９が付設されている。また、冷水取り出し管２８に、取り出される冷水の温度を測定する第２の温度センサ３０が付設されている。
【００１８】図２のブロック図に示すように、第１および第２の温度センサ２９，３０、ならびに、第１、第２および第３の三方弁２０，２３，２５がコントローラ３１に接続されている。
【００１９】また、第１の三方弁２０には、その弁開度が全開状態（ジャケット冷却水の全量を第１のバイパス配管２１に流す状態）か全閉状態（ジャケット冷却水の全量を再生器９に流す状態）を検出する弁開度センサ３２が設けられ、この弁開度センサ３２もコントローラ３１に接続されている。
【００２０】コントローラ３１には、第１の温度センサ２９からの測定温度ｔ１と設定温度Ｔ１とを比較する第１の比較手段３３と、第２の温度センサ３０からの測定温度ｔ２と設定温度Ｔ２とを比較する第２の比較手段３４と、弁開度センサ３２からの検出開度に基づいてその弁開度が全開状態か全閉状態かを比較判別する第３の比較手段３５と、駆動操作する三方弁を第１の三方弁２０と第３の三方弁２５とに背反的に切り換える出力切換手段３６とが備えられている。
【００２１】次に、上述構成に基づくコントローラ３１の制御動作について、図３のフローチャートを用いて説明する。
【００２２】先ず、第１の温度センサ２９によって測定されるジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲の下限値（Ｔ１−α）よりも高いかどうかを第１の比較手段３３によって比較判別する（Ｓ１）。ここで、下限値（Ｔ１−α）よりも低ければ、ステップＳ２に移行して第２の三方弁２３を所定開度開き、第２のバイパス配管２４に流すジャケット冷却水の量を増加させ、ガスエンジン１に供給されるジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲になるように上昇させる。
【００２３】ステップＳ１で、ジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲の下限値（Ｔ１−α）よりも高ければ、ステップＳ３にに移行し、第１の温度センサ２９によって測定されるジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲の上限値（Ｔ１＋α）よりも低いかどうかを第１の比較手段３３によって比較判別する。ここで、上限値（Ｔ１＋α）よりも高ければ、ステップＳ４に移行して第２の三方弁２３を所定開度閉じ、第２のバイパス配管２４に流すジャケット冷却水の量を減少させ、ガスエンジン１に供給されるジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲になるように低下させる。
【００２４】上記ステップＳ１からステップＳ４までの動作によって、ガスエンジン１に供給されるジャケット冷却水の温度ｔ１を設定温度範囲内に維持するように制御するようになっている。
【００２５】ステップＳ３で、ジャケット冷却水の温度ｔ１が設定温度範囲の上限値（Ｔ１＋α）よりも低ければ、ステップＳ５に移行して、第２の温度センサ３０によって測定される取り出し冷水の温度ｔ２が設定温度範囲の下限値（Ｔ２−β）よりも高いかどうかを第２の比較手段３４によって比較判別する。ここで、下限値（Ｔ２−β）よりも低ければ、ステップＳ６に移行し、先ず、第１の三方弁２０が全開状態かどうかを第３の比較手段３５によって比較判別する。
【００２６】第１の三方弁２０が全開状態で無ければ、ステップＳ７に移行し、第１の三方弁２０を所定開度開き、第１のバイパス配管２１に流すジャケット冷却水の量を増加させ、再生器９に供給されるジャケット冷却水の温度を低下させる。
【００２７】ステップＳ６で第１の三方弁２０が全開状態であると判別したときには、ステップＳ８に移行し、出力切換手段３６により、駆動操作する三方弁を第１の三方弁２０から第３の三方弁２５に切り換え、第３の三方弁２５を所定開度開き、第３のバイパス配管２６に流す再生器９に戻す液化した水−リチウムブロマイド溶液の量を増加させ、再生器９に供給される水−リチウムブロマイド溶液の温度を低下させる。
【００２８】ステップＳ５で、第２の温度センサ３０によって測定される取り出し冷水の温度ｔ２が設定温度範囲の下限値（Ｔ２−β）よりも高ければ、ステップＳ９に移行し、第２の温度センサ３０によって測定される取り出し冷水の温度ｔ２が設定温度範囲の上限値（Ｔ２＋β）よりも低いかどうかを第２の比較手段３４によって比較判別する。ここで、上限値（Ｔ２＋β）よりも高ければ、ステップＳ１０に移行し、先ず、第１の三方弁２０が全閉状態かどうかを第３の比較手段３５によって比較判別する。
【００２９】ステップＳ１０で第１の三方弁２０が全閉状態でないと判別したときには、ステップＳ１１に移行し、第１の三方弁２０を所定開度閉じ、第１のバイパス配管２１に流すジャケット冷却水の量を減少させ、再生器９に供給されるジャケット冷却水の温度を上昇させる。
【００３０】ステップＳ１０で第１の三方弁２０が全閉状態であると判別したときには、ステップＳ１２に移行し、出力切換手段３６により、駆動操作する三方弁を第１の三方弁２０から第３の三方弁２５に切り換え、第３の三方弁２５を所定開度閉じ、第３のバイパス配管２６に流す再生器９に戻す液化した水−リチウムブロマイド溶液の量を減少させ、再生器９に供給される水−リチウムブロマイド溶液の温度を上昇させる。
【００３１】上述したステップＳ５からステップＳ１２までの動作により、冷房負荷や冷凍負荷の変動など、要求される冷熱エネルギーに変動を生じた場合に、その変動を取り出し冷水の温度変化により検出し、取り出し冷水の温度を設定範囲内に維持させ、負荷変動に良好に対応できる。また、負荷が小さくて部分負荷状態のときに、再生器９に必要以上に高温の水−リチウムブロマイド溶液を供給して吸収冷温水機を加熱しすぎることを防止し、吸収冷温水機の耐久性を向上できる。
【００３２】上述実施例では、部分負荷状態のときに、再生器９に供給する水−リチウムブロマイド溶液に対する加熱量を抑えるように構成しているが、例えば、ジャケット冷却水に対する設定温度を低く設定し、再生器９に供給されるジャケット冷却水の温度を低下させ、再生器９に供給される水−リチウムブロマイド溶液の熱をジャケット冷却水側に逃がし、再生器９内の水−リチウムブロマイド溶液の温度を低下させるように構成してもよい。
【００３３】上述実施例のガスエンジン１としては、ミラーサイクルガスエンジンやディーゼルエンジンやスターリングエンジンなど各種のガスエンジンを用いることができる。
【００３４】また、上記実施例では、ガスエンジン１によって発電機３を駆動して電力を取り出す、いわゆるコジェネレーションシステムを示したが、ガスエンジン１によって各種の機械装置を駆動する場合にも適用できる。
【００３５】なお、わかりやすくするために、特許請求の範囲において、構成部材に参照図番を付しているが、これに制限されるものでは無い。
【００３６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明の潜熱回収型吸収冷温水機によれば、単効用吸収冷凍機の吸収器からの２成分系混合溶液を取り出す分岐配管と、２成分系混合溶液と高温排熱源からの排気ガスとを熱交換する熱交換器とを設けるだけでありながら、35℃程度の低温の吸収器からの２成分系混合溶液と排気ガスとを熱交換させ、２成分系混合溶液の加熱に排気ガスの凝縮潜熱をも利用することができるから、簡単な構成で、高温排熱源からの排気ガスからの回収熱量を増大させて、吸収冷温水機から取り出せる冷熱エネルギー量を増大できるようになった。しかも、再生器に直接供給される２成分系混合溶液を加熱するから、例えば、ジャケット冷却水を加熱するような場合に比べて伝熱ロスが無く、排熱の回収効率を向上できる。すなわち、ジャケット冷却水を加熱する場合、そのジャケット冷却水を流す配管を再生器内に通すもので、再生器内での伝熱が間接的なため、例えば、再生器内の２成分系混合溶液の必要な温度が85℃であれば、それよりも伝熱ロス分を見込んだ 5℃高いジャケット冷却水を流さなければならない。これに対して、本発明によれば、熱交換器での熱交換によって２成分系混合溶液を85℃に加熱しさえすればよいのである。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】００００００２８４
【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社
|
| 【出願日】 |
平成１１年４月１９日（１９９９．４．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９３０５６
【弁理士】
【氏名又は名称】杉谷 勉
|
| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４３７５（Ｐ２０００−３０４３７５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１０５７１ |
|