JPH03294764A - 冷水発生用コージェネレーション装置及びこれを利用した地下鉄冷房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は冷水発生用コージェネレーシヨン装置及びこれ
を利用した地下鉄冷房装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、地下鉄の駅舎や隈道内の冷房は、電動機駆動の圧
縮式冷凍機を利用した冷水発生装置を設置して行ったり
、付近の熱供給プラントからの冷水供給を受けて行って
おり、その設備容量は、入梅時期から夏期期間に於ける
最大負荷に対応させている。

また、近来いわゆるコージェネレーシヨン装置の一例と
して、発電機駆動用の内燃機関の廃熱を吸収式冷凍機の
再生用熱源として利用して冷水を発生させる装置が使用
されつつある。

（発明が解決しようとする課題） 従来の地下鉄の冷房装置では、前述したように、その設
備容量を、単に入梅時期から夏期期間に於ける最大負荷
に対応させて設置しており、従ってその設備の年間稼働
日数は少なく、設備の有効利用が図られていない。また
効率も殆ど無視されて、熱の有効利用を図るように構成
されてはおらず、また長期的な冷房負荷の増大には対処
できない。

このような地下鉄の冷房装置に、前述のコージェネレー
シヨン装置による冷水発生装置を利用することも考えら
れるが、吸収式冷凍サイクルは、再生器に於いて必要な
温度が８０℃以上と比較的高く、一般には８５℃前後の
温度が安定して継続的に得られないと成績係数を高く維
持できず、そしてその温度が７０℃以下に下がると吸収
剤の結晶が析出したり、効率が極端に低下したりして冷
水の発生機能を十分に発揮できないし、冷水負荷が少な
い場合等に於いて発生する余剰の熱量を有効に利用する
こともできない。

本発明は、コージェネレーシヨン装置と圧縮式冷凍機と
吸着式冷凍機を合理的に組み合わせることにより、以上
の従来の課題を解決することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 上記の課題を解決するための手段を説明すると、まず、
本発明の冷水発生用コージェネレーシヨン装置は、内燃
機関により駆動する一発電機と、圧縮式冷凍機と、吸着
式冷凍機を構成要素とし、前記内燃機関の廃熱回収部及
び前記圧縮式冷凍機の凝縮器を通る廃熱回収温水系統の
温水を再生用熱源として前記吸着式冷凍機を動作させる
構成としたものである。

上記の構成に於いて、圧縮器は、その駆動軸を発電機駆
動用の内燃機関により駆動する構成とし、該駆動軸と内
燃機関を断続自在に構成することができる。また、吸着
式冷凍機は複数設けた構成とすることができる。

また本発明は、上記の構成に於いて、吸着式冷凍機を地
下鉄駅舎のプラットフォーム下のスペースに設置したり
、地下鉄隈道のデッドスペースに設置して地下鉄冷房装
置を構成するものである。

（作用） 冷房期には、内燃機関の運転により発電機を駆動して発
電を行って所要の電力需要を賄うと同時に、圧縮器の駆
動により圧縮式冷凍機を動作させて、その蒸発器に於い
て冷水を発生させ、この冷水を冷房に利用する。そして
、以上の運転により内燃機関に発生する廃熱及び圧縮式
冷凍機の凝縮器に発生する廃熱は、該凝縮器及び内燃機
関の廃熱回収部を通る廃熱回収温水系統により温水とし
て回収し、この温水を吸着式冷凍機の再生器に導き、吸
着剤の再生を行う。

このようにして再生が行われた吸着剤は、次いで冷媒蒸
気の吸着に供され、吸着式冷凍機の蒸発器に於ける冷水
発生に供される。そして蒸発器に於いて発生させた冷水
は、圧縮式冷凍器の蒸発器に於いて発生させた冷水と共
に冷房に供することができ、こうして内燃機関に発生す
る廃熱及び圧縮式冷凍機の凝縮器に発生する廃熱を冷水
の発生に利用することができる。

冷水負荷が小さく、圧縮式冷凍機のみで必要量の冷水を
賄える場合は、吸着式冷凍機は冷水発生運転を行わず、
専ら内燃機関に発生する廃熱及び圧縮式冷凍機の凝縮器
に発生する廃熱により前述した吸着剤の再生を行い、再
生後は次の運転まで待機させる。そして、冷水負荷が増
大して、圧縮式冷凍機のみでは必要量の冷水が得られな
い場合には、前述したように予め再生されている吸着剤
により冷媒蒸気の吸着を行い、蒸発器に於いて冷水を発
生させることにより全体としての冷水発生能力を増大さ
せることができ、冷水負荷の増大に対処することができ
る。吸着式冷凍機は、所要の冷水負荷や将来の冷水負荷
の増大等の条件を加味してその冷水発生能力を選定すれ
ば良く、例えば複数を設置して能力を大とすることがで
きる。

吸着式冷凍機は、吸収式冷凍機に於ける吸収剤の析出と
いう不都合がなく、再生器に於ける吸着剤の再生に必要
な熱源の温度も５０℃以上と、比較的低いことに加えて
、熱源の熱量の変動に対しての能力の変動が少なく、ま
た熱量を吸着式冷凍機の吸着再生器内の吸着剤の再生と
いう形態で蓄熱することができるので、時間的にずれが
あっても熱を冷水発生に有効利用することができ、こう
して内燃機関及び圧縮式冷凍機の凝縮器に発生する廃熱
を有効利用することができる。

また、吸着式冷凍機に使用するシリカゲル、ゼアライト
等の吸着剤は、吸着反応時でも体積変化がなく、無毒、
無臭、非腐食性という性質を有し、長期間の使用でも保
守、管理が容易であるので、吸着式冷凍機を地下鉄駅舎
のプラットフォーム下のスペースや地下鉄隊道のデッド
スペースに設置することにより容易に、地下鉄用の冷房
装置を構成することができる。

（実施例） 次に本発明のコージェネレーシヨン装置を地下鉄冷房装
置に適用した実施例につき添付の図面を参照して説明す
る。

図に於いて、符号１はガスエンジン等の内燃機関１であ
り、この内燃機関１により発電機２を駆動する構成とし
ている。この内燃機関１には、ジャケット冷却器３と、
排ガス経路４に設けた排気ガス熱交換器５とから成る廃
熱回収部６を設けている。

符号Ｃは圧縮式冷凍機を示すもので、この圧縮式冷凍機
Ｃは、圧縮器７、凝縮器８、膨張弁９及び蒸発器１０を
構成要素としている。そしてこの圧縮器７は、駆動軸１
１を前記内燃機関ｌにより駆動する構成としており、該
駆動軸１１と内燃機関ｌの出力軸１２とはクラッチ１３
を介して断続自在に接続する構成としている。尚、図示
例ではこの駆動軸１１は、発電機２の回転軸１４を介し
て前記出力軸１２に接続する構成としているが、直接に
接続する構成とすることもできる。また、この圧縮器７
の駆動軸１１は、内燃機関ｌの出力軸１２により駆動さ
せる構成とする他、場合によっては、電動機により駆動
する構成とすることもできる。前記凝縮器８には、後記
廃熱回収温水系統Ｈに連なる熱交換部１５と、冷却塔１
７ａに連なる冷却水経路Ｒａの熱交換部１６を設けてい
る。

また廃熱回収部６には、ジャケット冷却器３と排気ガス
熱交換器５を順次通る温水経路を構成しており、この経
路は廃熱回収温水系統Ｈを構成している。

符号Ａは吸着式冷凍機を示すもので、この吸着式冷凍機
Ａは地下鉄駅舎のプラットフォームＰＬの下方空間に適
数を設置している。この吸着式冷凍機Ａは、例えば第２
図に示すように交互に吸着器及び再生器として動作させ
る一対の吸着剤充填部ａ、ｂから成る吸着再生器１８と
、凝縮器１９と、蒸発器２０とから構成しており、凝縮
器１９と蒸発器２０間にはサイフオン管２１で接続した
冷媒液タンク２２を設け、該冷媒液タンク２２内の冷媒
液は、ポンプ２３、流量調整弁２４及び冷媒噴射部２５
を経て蒸発器２０に導入する構成としている。また、一
対の吸着剤充填部ａ、ｂは、夫々一対の開閉弁２６ａ、
２６ｂを介して凝縮器１９に至る冷媒蒸気経路２７と、
蒸発器２０からの冷媒蒸気経路２８に選択的に接続する
構成としている。前記凝縮器１９、蒸発器２０及び吸着
剤充填部ａ、ｂには夫々熱交換部２９，３０．３１ａ、
３１ｂを設けており、熱交換部２９は冷却水経路Ｒ１熱
交換部３０は冷水系統Ｗに連なる冷水経路ｗｂに接続す
ると共に、熱交換部３１ａ、３１ｂは二対ずつの開閉弁
対３２ａ、３２ｂを介して冷却水経路Ｒと前記廃熱回収
温水系統Ｈを構成する経路に選択的に接続する構成とし
ている。

前記冷水経路ｗｂは圧縮式冷凍機Ｃの蒸発器１０の熱交
換部３３を通る冷水経路Ｗａと並列に接続して、冷水系
統Ｗを構成しており、この冷水系統Ｗには適数の空調用
熱交換部３４を設けている。

一方、前記冷却水経路Ｒは、地下鉄随道Ｔの適所の漏水
を冷却水源とする経路Ｒｂと、適所に設置した冷却塔１
７ｂに連なる経路Ｒｅに連なる構成としている。尚、図
中ｐはポンプ、ｆはファン、■は開閉弁、３５は地下鉄
車両、３６はダンパを示すものである。

以上の構成に於いて、冷房期にはクラッチ１３を連結し
て内燃機関１を運転し、発電機２を駆動すると共に、圧
縮器７を駆動して圧縮式冷凍機Ｃを動作させる。発電機
２により発電された電力は駅舎や陽道Ｔの換気ファン、
排水ポンプ等の補機動力の電源として使用する。また圧
縮式冷凍機Ｃの動作により蒸発器１０に於いて発生ずる
冷水は冷水経路Ｗａを経て冷水系統Ｗの熱交換器３４に
至り、冷房に供される。一方、内燃機関１の運転により
発生する廃熱は、ジャケット熱交換器３及び排ガス熱交
換器５から成る廃熱回収部６を通る経路を介して廃熱回
収温水系統Ｈの温水に回収され、また圧縮式冷凍機Ｃの
動作により、凝縮器８に発生する熱も、この凝縮器８の
熱交換部１５を通る経路を介して廃熱回収温水系統Ｈの
温水に回収される。そしてこの廃熱回収温水系統Ｈの温
水は吸着式冷凍機Ａに供給される。尚、熱交換部１５を
流れる温水だけでは凝縮器８に発生する熱を十分に除去
できない場合には、必要に応じて冷却塔１７ａへの冷却
水経路Ｒａを動作させることにより、圧縮式冷凍機Ｃの
動作を阻害する凝縮熱の除去を行うことができる。

前述した通り、廃熱回収温水系統Ｈの温水は吸着式冷凍
機Ａに至り、その再生器を流れて吸着剤の再生に供され
る。第２図に示すように図中ハツチングを施した開閉弁
及び開閉弁対を開、これを施していない開閉弁及び開閉
弁対を閉として吸着式冷凍機Ａを運転している状態に於
いては、廃熱回収温水系統Ｈの温水は、吸着剤充填部ａ
の熱交換部３１ａを流れてこの吸着剤を加熱し、吸着さ
れている冷媒蒸気を放出させて再生する。放出された冷
媒蒸気は、開閉弁２６ａを経て冷媒蒸気経路２７から凝
縮器１９に導入され、熱交換部２９を流れている冷却水
により冷却されて液化し、サイフオン管２１を介して冷
媒液タンク２２に至る。

次いでポンプ２３、流量調整弁２４を経て、冷媒噴出部
２５から蒸発器２０内に導入されて蒸発し、この際、熱
交換部３０を流れている冷水経路ｗｂの冷水から熱を奪
い、これを冷却する。そして、このように冷却された冷
水経路ｗｂの冷水は、前記圧縮式冷凍機Ｃの蒸発器１０
に於いて発生した冷水と共に冷水系統Ｗの熱交換器３４
に至り、冷房に供される。一方、蒸発器２０内の冷媒蒸
気は１ 冷媒蒸気経路２８から開閉弁２６ｂを経て、他の吸着剤
充填部すに至り、ここで吸着剤に吸着される。かかる吸
着に際して発生する吸着熱は、熱交換部３１ｂを流れる
冷却水、即ち地下鉄の漏水や冷却塔１７ｂからの冷却水
経路Ｒの冷却水により除去される。これらの冷却水は運
転時の条件により適宜選択され、または同時に使用され
る。このような運転により、一方側の吸着剤充填部すの
吸着能力が所定以下に低下した場合には開閉弁及び開閉
弁対を、前述と逆に第２図に於いてハツチングを施した
ものを閉、施していないものを開として、いままで再生
器として動作していた吸着剤充填部ａを吸着器、吸着器
として動作していた吸着剤充填部すを再生器として動作
させることにより、冷水の発生を継続することができる
。

次に冷水負荷が小さく、圧縮式冷凍機Ｃのみで必要量の
冷水を賄える場合には、吸着式冷凍機Ａの吸着剤充填部
ａ、ｂは、前述した再生器としての動作のみを行わせ、
所定の再生後は、前記開閉弁２６ａ、２６ｂ及び開閉弁
対３２ａ、３２ｂを２ 閉に維持して、次の運転まで待機させる。

そして冷房負荷が増大して圧縮式冷凍機Ｃのみでは必要
量の冷水が得られない場合には、前述したように予め再
生されている吸着剤により冷媒蒸気の吸着を行うことに
より冷水発生能力を増大させることができ、冷水負荷の
増大に対処することができ、また同時に前述した通り、
廃熱回収温水系統Ｈの温水により、他の吸着剤充填部の
再生を行うことができる。前述した通り、吸着式冷凍機
Ａは、所要の冷水負荷や将来の冷水負荷の増大等の条件
を加味して、複数を設置することができ、またこれらの
運転方法は、順次に切り替えて運転を行ったり、同時に
運転を行う等適宜である。

次に、冬期や中間期、または冷房期に於ける夜間のよう
に冷房を必要としない場合に於いては、クラッチ１３を
外した状態で内燃機関ｌを運転して、圧縮式冷凍機Ｃは
動作させず、発電機２のみを駆動して発電を行う。発電
機２により発電された電力は前述と同様に駅舎や隈道の
換気ファン、排水ポンプ等の補機動力の電源として使用
する。

また、かかる運転により発生する廃熱は専ら前述と同様
に吸着式冷凍機Ａの吸着剤の再生に供したり、土中蓄熱
を除去する程度の冷房運転に供する。

また場合によっては吸着式冷凍機Ａは、それのみで冷房
運転を行うように制御することもできることは勿論であ
る。

前述した通り吸着式冷凍機Ａは、吸収式冷凍機に於ける
吸収剤の析出というような不都合がなく、再生器に於け
る吸着剤の再生に必要な熱源の温度が低いことに加えて
、熱源の熱量の変動に対しての能力の変動が少なく、ま
た熱量を吸着式冷凍機Ａの吸着再生器１８内の吸着剤の
再生という形態で蓄熱することができるので、時間的に
ずれがあっても熱を冷水発生に有効利用することができ
、こうして内燃機関１及び圧縮式冷凍機Ｃの凝縮器８に
発生する廃熱を有効利用することができる。

また、吸着式冷凍機Ａに使用するシリカゲル、ゼアライ
ト等の吸着剤は、吸着反応時でも体積変化がなく、無毒
、無臭、非腐食性という性質を有し、長期間の使用でも
保守、管理が容易であるので、吸着式冷凍機Ａを地下鉄
駅舎のプラットフォームＰＬ下のスペースや地下鉄隨道
Ｔのデッドスペース等に設置することにより容易に、そ
して万一の破損でも安全な地下鉄用の冷房装置を構成す
ることができる。尚、本発明は、このように地下鉄の冷
房装置に適用する他、地下街や一般のビルに於ける冷水
発生用コージェネレーシヨン装置として利用することが
でき、省エネルギーを図ることができるものである。

（発明の効果） 本発明は以上の通り、コージェネレーシヨン装置と圧縮
式冷凍機及び吸着式冷凍機を合理的に組み合わせて冷水
を発生させるので、吸収式冷凍機を利用したもののよう
に吸収剤の析出というような不都合がなく、５０℃程度
以上あれば発生熱量が変動する廃熱であっても有効に冷
水の発生に利用することができ、従ってコージェネレー
シヨン装置の内燃機関の運転に際して発生する廃熱を有
効に利用して効率的に冷水を発生することができるとい
う効果がある。特に本発明では、吸着式冷５ 凍機に於ける吸着剤の再生という形態で蓄熱を行えるの
で、冷水の需要時点に於いて冷水負荷が小さいために余
剰熱量が生じる場合や、熱の発生時点と冷水の需要時点
とに時間的なずれがある場合にも、これらの熱量を無駄
にせず、そして圧縮式冷凍機だけでは対応できない大き
な冷水負荷の発生時点に於いて冷水の発生に有効に利用
することができるという効果がある。かくして本発明は
、地下鉄の冷房装置に適用する他、地下街や一般のビル
に於ける冷水発生用コージェネレーシヨン装置として利
用することができ、省エネルギーを図ることができ、ま
た吸着式冷凍機は、無振動、無騒音であって、シリカゲ
ルやゼオライト等の吸着剤も無毒、無臭、無公害、無腐
食性であるので災害時等の万一の場合でも環境汚染等を
起こさず安全であり、保守や管理等も非常にやりやすい
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を地下鉄冷房装置に適用した全体構成の
実施例を表した構成説明図であり、また６ 第２図は吸着式冷凍機Ａの構成の一例を表した系統説明
図である。 符号Ａ・・・吸着式冷凍機、Ｃ・・・圧縮式冷凍機、Ｈ
・・・廃熱回収温水系統、Ｒ（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ）・・
冷却水経路、Ｗ・・・冷水系統、Ｗａ、Ｗｂ・・・冷水
経路、１・・・内燃機関、２・・・発電機、３・・ジャ
ケット冷却器、４・・・排ガス経路、５・・・排気ガス
熱交換器、６・・・廃熱回収部、７・・・圧縮器、８．
１９・・・凝縮器、９・・・膨張弁、１０．２０・・・
蒸発器、１１・・・駆動軸、１２・・・出力軸、１３・
・・クラッチ、１４・・・回転軸、１５．１６．２９．
３０，３１ａ、３１ｂ、３３・・・熱交換部、１７　ａ
、　　１７　ｂ・・冷却塔、１８・・・吸着再生器、２
１・・・サイフオン管、２２・・・冷媒液タンク、２３
・・・ポンプ、２４・・・流量調整弁、２５・・・冷媒
噴射部、２６ａ、２６ｂ−・・開閉弁、２７．２８・・
・冷媒蒸気経路、３２ａ、３２ｂ・・・開閉弁対、３４
・・・空調用熱交換部、３５・・・地下鉄車両、３６・
・・ダンパ、ＰＬ・・・プラットホーム、Ｔ・・・地下
鉄随道、ｐ・・・ポンプ、ｆ・・ファン、■・・・開閉
弁。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関により駆動する発電機と、圧縮式冷凍機
   と、吸着式冷凍機を構成要素とし、前記内燃機関の廃熱
   回収部及び前記圧縮式冷凍機の凝縮器を通る廃熱回収温
   水系統の温水を再生用熱源として前記吸着式冷凍機を動
   作させる構成としたことを特徴とする冷水発生用コージ
   ェネレーシヨン装置
2. （２）請求項１の圧縮器は、その駆動軸を発電機駆動用
   の内燃機関により駆動する構成とし、該駆動軸と内燃機
   関を断続自在に構成したことを特徴とする冷水発生用コ
   ージェネレーシヨン装置
3. （３）請求項１の吸着式冷凍機は、複数設けたことを特
   徴とする冷水発生用コージェネレーシヨン装置
4. （４）請求項１の吸着式冷凍機を地下鉄駅舎のプラット
   フォーム下のスペースに設置したことを特徴とする地下
   鉄冷房装置
5. （５）請求項１の吸着式冷凍機を地下鉄隧道のデッドス
   ペースに設置したことを特徴とする地下鉄冷房装置