JP3400699B2 - エンジン排熱利用吸収冷温水機 - Google Patents

エンジン排熱利用吸収冷温水機

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俊浩 浅沼
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國雄 矢澤
超 福光
浩二 清川
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株式会社 日立インダストリイズ
株式会社エヌ・ティ・ティ ファシリティーズ
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    • Y02B30/625—Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発電と冷暖房を同時
にできるコージェネレーションシステムに関し、特に吸
収冷温水機にエンジン排熱を回収して冷暖房に利用する
エンジン排熱利用吸収冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置は、エンジンの排気ガスを高
温再生器に導入し、二重効用吸収サイクルを構成して熱
効率を高め、ジャケットからの温水は低温再生器に導入
し、一重効用吸収サイクルを構成し冷凍作用を行なって
いた。
【０００３】また他の装置として、エンジン排気ガスと
エンジンジャケット出口冷却温水とを熱交換させてエン
ジンの排熱を全て温水として熱回収し、一重効用低温水
吸収冷凍機を用いて冷水をつくるものがあった。
【０００４】なお、この種の技術として関連するものに
特開平７−２１８０１７号公報が挙げられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記装置は、エンジン
の排気ガスを熱効率の高い二重効用吸収サイクルで熱利
用するため、エンジンの排熱から取り出せる冷凍容量は
大きくなるが高温再生器を流出する排気ガスの温度が２
００℃程度になり、排熱の回収量が少なくなるという点
に関して配慮されていなかった。
【０００６】また上記他の装置においても、エンジン排
気ガスと９０℃程度の温水と熱交換させるため、排気ガ
スの出口温度を１２０℃程度になるまで熱回収できるの
で排熱回収量は多くなるが、吸収式冷凍機が一重効用サ
イクルとなり熱効率が低く、前記の冷凍機より冷凍容量
は少なくなるという点に関して配慮されていなかった。
【０００７】本発明は、エンジンの排気ガスを高温再生
器に導入し、二重効用吸収サイクルで熱利用を図り、冷
凍容量を増大させ且つ、排気ガスからの回収熱量を排気
ガスと温水を熱交換させる場合と同等以上にし、コージ
ェネレーションシステムの熱効率を最大にするエンジン
排熱利用吸収冷温水機を提供することを目的とする。
【０００８】上記目的は、エンジンの排気ガスを利用す
る高温再生器、低温再生器、凝縮機、吸収器、低温熱交
換器、高温熱交換器を動作的に配管接続してなる吸収式
冷温水機と、排気ガスを前記高温再生器に導く排気ガス
導入手段とを備えるエンジン排熱利用吸収冷温水機にお
いて、前記高温再生器の排気ガス出口側に前記エンジン
を冷却したジャケット冷温水が排気ガスと熱交換する熱
交換器を、前記エンジンとこの熱交換器との間にこの熱
交換器を通らずにエンジンに温水を戻す温水戻り配管
を、熱交換器の温水下流側にこの熱交換器で熱交換して
温度の低下した温水を低温再生器を通らずにエンジンに
戻すバイパス配管をそれぞれ設け、前記温水戻り配管の
分岐部にジャケット温水温度調節器を設け、このジャケ
ット温水温度調節器の働きにより、前記熱交換器に流入
する温度低下を防ぎ、前記バイパス配管に温度調節手段
を設け、前記温度調節手段で前記低温再生器からエンジ
ンジャケットに還流する温水温度を一定に保持するよう
に制御することにより達成される。
【０００９】
【００１０】
【００１１】排気ガスと温水の熱交換器の温水出口側よ
り吸収冷温水機をバイパスしてエンジンのジャケットに
温水が還流する配管を設け、温水温度が下がり過ぎない
ように制御する装置を設けることにより排気ガスと温水
の熱交換器のガス側伝熱面の温度を排気ガスの結露温度
以上に保持する。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示す。
【００１３】図１において、１は蒸発器、２は吸収器、
３は凝縮器、４は低温再生器、５は高温再生器、６は低
温熱交換器、７は高温熱交換器、８は冷媒ポンプ、９は
溶液ポンプ、１０は排気ガス・温水熱交換器、１１は排
気ガス管、１２はジャケット冷却温水配管、１３は温水
３方弁、１４は温水温度調節器、１５は温水ポンプ、１
６はエンジン、１７は発電機、１８は温水バイパス配
管、１９は冷温水、２０は冷却水、２１はジャケット冷
却温水温度調節器である。
【００１４】エンジン１６の排気ガスは排気ガス管１１
を通り高温再生器５に導入され、吸収器２より送られて
きた稀溶液を加熱し、溶液より冷媒蒸気（水蒸気）を発
生させ溶液を濃縮する。高温再生器５で発生した冷媒蒸
気は低温再生器４に導かれ、吸収器２より送られてきた
稀溶液を加熱し、冷媒蒸気を発生させて溶液を濃縮す
る、所謂二重効用吸収サイクルを形成し、吸収サイクル
の熱効率を高め冷凍能力を増大させる働きをする。
【００１５】エンジン１６の排気ガスを高温再生器５に
導入した場合、上記の通り吸収サイクルの熱効率が高く
なり冷凍容量が増えるが高温再生器内の溶液温度が１５
０〜１６０℃になるため、排気ガスの出口温度は２００
℃程度止りであり、エンジン１６の燃料に都市ガス等良
質なものを使用している場合には更に熱回収可能であ
る。
【００１６】高温再生器５を流出した排気ガスをエンジ
ン１６のジャケット冷却温水と熱交換する排気ガス・温
水熱交換器１０に導入し、排気ガスより更に熱回収し、
排気ガス温度を約１２０℃にして排出させる。このよう
に高温再生器５の排気ガス出口に排気ガス・温水熱交換
器１０を取り付けることにより、エンジン出口の約５０
０〜６００℃の排気ガスを約２００℃まで高温再生器５
で二重効用サイクルで熱利用し、２００℃から１２０℃
までは温水として熱回収し一重効用サイクルで熱利用す
ることでエンジン１６の排熱回収量の増大と冷凍容量の
増大が図れる。エンジン１６のジャケット冷却温水はエ
ンジン入口温度が８０〜８３℃、エンジン出口温度が８
５〜９０℃と低いため、吸収冷温水機に利用する場合、
吸収冷温水機の伝熱面積を大きくしないと熱が伝わら
ず、大型の吸収冷温水機が必要である。また、この時の
温水と溶液の平均温度差は約８〜１０℃にとられてい
る。このようなジャケット冷却温水を排気ガスで更に加
熱すると２〜３℃高くなって冷温水機の低温再生器４に
供給できるため、温水と溶液の平均温度差が１〜２℃多
くなり、吸収冷温水機の伝熱面積を約２割少なくでき、
冷温水機の小型化が図れる。
【００１７】エンジン１６の排気ガスは水分と炭酸ガス
を多く含み、排気ガスを６０℃程度まで冷やすと排気ガ
ス中の水分が凝縮し伝熱面に水滴となって付着する。こ
の水滴に排気ガス中の炭酸ガスがとけ込み炭酸水とな
り、熱交換器の伝熱面を激しく腐蝕する。従って排気ガ
スの熱交換器の伝熱面の温度を水分が凝縮しないような
温度に保持しなければならない。一方、冷温水機の溶液
温度は冷凍負荷が下がったり、冷却水温度が下がると低
温再生器の溶液温度が大幅に下がる特性があり、溶液と
熱交換する温水温度も大幅に下がることになる。このよ
うな場合、エンジンのジャケット側はジャケット温水温
度調節器２１が働き、温水温度の大幅な低下は起きない
が、この反作用で排気ガス・温水熱交換器側の温水温度
の温度が下がりやすくなる。
【００１８】上記の防止策として排気ガス・温水熱交換
器１０の出口温水を温水バイパス配管１８、温水三方弁
１３を介してエンジンジャケット側に還流させ、エンジ
ンジャケットに還流する温水温度を一定に保持するよう
に温度調節器１４で三方弁１３を開閉し、低温熱交換器
４をバイパスさせる。このように制御することにより排
気ガス・温水熱交換器１０の伝熱面温度を排気ガスの水
分が凝縮する温度以上に保持することができるので、排
気ガス・温水熱交換器１０の腐蝕を防止でき、長期間安
定した運転が可能となる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、エンジンの排気ガスの
熱を効率良く、且つ、回収熱量も最大限にできるため冷
凍容量が大幅に増加する。又、排気ガスの通過する伝熱
面の温度を排気ガスの水分が凝縮する温度以上に保持出
来るので熱交換器の寿命が長くなり長期間安定した運転
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の系統図。
【符号の説明】
１…蒸発器、２…吸収器、３…凝縮器、４…低温再生
器、５…高温再生器、６…低温熱交換器、７…高温熱交
換器、８…冷媒ポンプ、９…溶液ポンプ、１０…排気ガ
ス・温水熱交換器、１１…排気ガス管、１２…ジャケッ
ト冷却温水配管、１３…温水３方弁、１４…温水温度調
節器、１５…温水ポンプ、１６…エンジン１７…発電
機、１８…温水バイパス配管、１９…冷温水、２０…冷
却水、２１…ジャケット温水温度調節器。
フロントページの続き (72)発明者 矢澤 國雄 東京都港区芝浦三丁目４番１号 株式会 社 エヌ・ティ・ティファシリティーズ 内 (72)発明者 福光 超 東京都港区芝浦三丁目４番１号 株式会 社 エヌ・ティ・ティファシリティーズ 内 (72)発明者 清川 浩二 東京都港区芝浦三丁目４番１号 株式会 社 エヌ・ティ・ティファシリティーズ 内 (56)参考文献 特開 平７−218019（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−233391（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F25B 27/02 F25B 15/00 303

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンの排気ガスを利用する高温再生
    器、低温再生器、凝縮機、吸収器、低温熱交換器、高温
    熱交換器を動作的に配管接続してなる吸収式冷温水機
    と、排気ガスを前記高温再生器に導く排気ガス導入手段
    とを備えるエンジン排熱利用吸収冷温水機において、前
    記高温再生器の排気ガス出口側に前記エンジンを冷却し
    たジャケット冷温水が排気ガスと熱交換する熱交換器
    を、前記エンジンとこの熱交換器との間にこの熱交換器
    を通らずにエンジンに温水を戻す温水戻り配管を、熱交
    換器の温水下流側にこの熱交換器で熱交換して温度の低
    下した温水を低温再生器を通らずにエンジンに戻すバイ
    パス配管をそれぞれ設け、前記温水戻り配管の分岐部に
    ジャケット温水温度調節器を設け、このジャケット温水
    温度調節器の働きにより、前記熱交換器に流入する温度
    低下を防ぎ、前記バイパス配管に温度調節手段を設け、
    前記温度調節手段で前記低温再生器からエンジンジャケ
    ットに還流する温水温度を一定に保持するように制御す
    ることを特徴とするエンジン排熱利用吸収冷温水機。
  2. 【請求項２】前記温度調節手段は、前記熱交換器のガス
    側伝熱面の温度を排気ガスの結露温度以上に制御するこ
    とを特徴とする請求項１に記載のエンジン排熱利用吸収
    冷温水機。
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