JP2002138901A - 内燃機関コジェネシステム - Google Patents

内燃機関コジェネシステム

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JP2002138901A JP2000333463A JP2000333463A JP2002138901A JP 2002138901 A JP2002138901 A JP 2002138901A JP 2000333463 A JP2000333463 A JP 2000333463A JP 2000333463 A JP2000333463 A JP 2000333463A JP 2002138901 A JP2002138901 A JP 2002138901A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】熱効率の高く、また内燃機関の廃熱の利用効果
の高い内燃機関コジェネシステムを提供しようとするも
のである。 【解決手段】ガスタービン４に連結された発電機３とガ
スタービン４を囲むケーシング２内部に内燃機関の冷却
空気を流すブロア５を有する発電部１を備え、除湿ロー
ター１１を有する除湿部９を備えるとともに、ケーシン
グ２内部を通過して温度の上昇した冷却空気とガスター
ビンの排気ガスとを混合して除湿部９の脱着用熱風とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば小型のガ
スタービンやレシプロエンジン等の内燃機関と発電機と
を組み合わせて発電し、さらに内燃機関の廃熱を用いる
ようにした内燃機関コジェネシステムに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関コジェネシステムは内燃機関を
用いて発電するものであって、さらに内燃機関の廃熱を
利用することによって高い熱効率を得るものである。つ
まり内燃機関特にガスタービンでは２００℃以上の高温
の排気ガスを排出するため、この排気ガスをボイラーの
熱源として利用することによって温水を得るようにして
いる。
【０００３】従って燃料の持つ燃焼エネルギーを１００
％とした場合に、発電によって得られる電気エネルギー
は大体２５％〜３５％程度であるが、排気ガスの熱を温
水の供給などに利用することによってトータルのエネル
ギー効率が７０％程度になるというものである。
【０００４】つまり発電機の発生する電力のみを利用す
る場合と比較して、温水を供給することによって各段の
熱効率を得ることができるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし熱効率をさらに
向上させるのは困難であり、また内燃機関の廃熱の利用
が温水供給であると、夏場は利用価値が低く場合によっ
ては温水を廃棄しているため、現実的には電気エネルギ
ーしか利用できず、結局熱効率が２５％〜３５％程度に
なるという問題がある。
【０００６】本発明は特に熱効率の優れ、またエネルギ
ーの利用効果の高い内燃機関コジェネシステムを提供し
ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本件発明は以上のような
課題を解決するため、内燃機関に連結された発電機と内
燃機関を囲むケーシング内部に内燃機関の冷却空気を流
すようにした発電部を備え、乾燥空気をつくる湿気吸着
剤の水分を熱風脱着するようにした除湿部を備えるとと
もに、ケーシング内部を通過して温度の上昇した冷却空
気と内燃機関の排気ガスとを混合して除湿部の脱着用熱
風とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は
内燃機関に連結された発電機とを有し、さらに内燃機関
を囲むケーシングを有し、ケーシング内部に内燃機関の
冷却空気を流すようにした発電部を備え、湿気吸着剤に
よって空気を乾燥させるとともに湿気吸着剤の水分を熱
風脱着するようにした除湿部を備えるとともに、ケーシ
ング内部を通過して温度の上昇した冷却空気と内燃機関
の排気ガスとを混合して除湿部の脱着用熱風としたもの
であり、内燃機関の排気ガスのみでなく内燃機関の発生
する熱を全て回収エネルギーとして利用するという作用
を有する。
【０００９】
【実施例】以下本発明の内燃機関コジェネシステムの実
施例１について図に沿って詳細に説明する。
【００１０】１は発電部であり、発電部１全体を囲むケ
ーシング２、発電機３、ガスタービン４、冷却ブロア５
などより構成されている。ここで発電機３はガスタービ
ン４と連結され、ガスタービン４の回転によって発電を
行う。
【００１１】ガスタービン４は圧縮機Ｃ、タービンＴ、
熱交換器Ｒより構成され、圧縮機Ｃによって圧縮された
空気が熱交換器Ｒによって熱せられ、タービンＴに入
る。タービンＴの入口で燃料が高圧・高温の空気と混合
されて燃焼し、タービンＴに駆動力を与える。
【００１２】タービンＴを出た高温の排気ガスは、熱交
換器Ｒで圧縮機Ｃを出た空気に熱を与え、排ガス排気口
６より排出される。この時の排気ガスの温度は約２８０
℃である。
【００１３】またケーシング２内には冷却ブロア５によ
って外気が取り入れられ、ガスタービン４や発電機３等
は外気によって冷却される。ガスタービン４や発電機３
を冷却した空気は外気温度に対して約３０℃温度が上昇
し、冷却空気排出口７より排出される。
【００１４】排ガスの温度は約２８０℃と高温であるた
め排ガス排気口６の温度も２００℃以上に上昇する。そ
こで安全のために排ガス排気口６の廻りを冷却空気排出
口７によって囲んでいる。つまり排ガス排気口６と冷却
空気排出口７は同軸状に形成されている。
【００１５】８はミキシングチャンバーであり、排ガス
排気口６からの排気ガスと冷却空気排出口７からの空気
を混合するものである。このミキシングチャンバー８の
出口は除湿部９の再生ゾーン１０に接続されている。
【００１６】除湿部９は例えば特許出願公告平成１年第
２５６１４号公報に開示されたものであり、除湿部９に
はシリカゲルなどの湿気吸着剤が担持されたハニカム状
（蜂の巣状）除湿ロータ１１が設けられている。除湿部
９は吸着ゾーン１２及び再生ゾーン１０に分割されてい
る。また除湿ローター１１はモーター（図示せず）によ
って回転駆動される。
【００１７】１３、１４はそれぞれブロアであり、ブロ
ア１３は除湿部９の再生ゾーン１０の空気を吸い出すよ
う、吸い込み側が再生ゾーン１０に連結されている。ブ
ロア１４は例えば室内の空気を吸い込み、除湿部９の吸
着ゾーン１２へ送るものである。
【００１８】本発明の実施例１は以上のような構成より
なり、以下その動作について説明する。先ずガスタービ
ン４に燃料を送りガスタービン４を起動する。これによ
って発電機３は発電を開始する。発電機３は燃料が燃焼
し発生したエネルギーの約２８％の電力を発生する。
【００１９】タービンＴを出た高温の空気は熱交換器Ｒ
で圧縮機Ｃを出た空気と熱交換して約２８０℃まで温度
が下がり、排ガス排気口６から発電部１外に出る。この
排ガス排気口６から外に出る排ガスは、燃料が燃焼し発
生したエネルギーの約５７％のエネルギーを有してい
る。
【００２０】また冷却ブロア５によって外気がケーシン
グ２内に送られ、ガスタービン４や発電機３が冷却され
る。つまり外気はガスタービン４や発電機３の熱を奪
い、温度が３０℃程度上昇して冷却空気排出口７から排
出される。この時に冷却空気排出口７から排出される空
気は燃料が燃焼し発生したエネルギーの約１０％のエネ
ルギーを有している。
【００２１】排ガス排気口６から外に出る排ガスと冷却
空気排出口７から排出される空気とはミキシングチャン
バー８内で混合されて、約１４０℃程度の空気となり、
ブロア１３によって除湿部９の再生ゾーン１０に入る。
【００２２】この約１４０℃の空気によって除湿ロータ
ー１１は吸着した湿気を脱着され、除湿ローター１１の
脱着された部分は吸着ゾーン１２に移動して室内などの
空気を除湿する。
【００２３】つまり、発電に寄与しなかったエネルギー
のうち排ガスの有するエネルギー５７％及び冷却空気の
有するエネルギー１０％が除湿ローター１１の脱着に用
いられ、これによってそのエネルギーがガスタービンコ
ジェネシステムを設置した病院や事業所などの室内の除
湿に用いられることになる。
【００２４】日本の夏の気象条件は高温・多湿であり、
冷房時には冷凍機の消費エネルギーの約６０％は潜熱負
荷で消費される。つまり、冷房時に冷房装置のエバポレ
ーターに室内空気中の水分が結露することによって室内
空気は除湿されるが、水が結露する時に潜熱負荷が発生
する。
【００２５】従って、室内空気が除湿部９によって除湿
されていると、冷房装置の負荷は顕熱負荷のみとなり、
冷房装置の消費エネルギーが半分以下になる。つまり発
電に寄与しなかったエネルギー７２％の内、６７％が除
湿に用いられ冷房装置の負荷を減少させる。特に、夏場
に利用価値のなかった余熱を有効に利用できるため、実
質的な省エネルギー効果が高い。
【００２６】天然ガスやプロパンガスを用いたガスター
ビンは排ガス中に含まれる炭化水素や一酸化炭素等の有
害物質が少なく、問題無く排ガスを直接除湿ローター１
１の脱着に用いることができる。しかし、格別に室内の
空気に清浄性が求められる場合には以下説明の実施例２
を用いることができる。
【００２７】図２は実施例２のフロー図であり、図１の
実施例１のものと発電部１、ケーシング２、発電機３、
ガスタービン４、冷却ブロア５、排ガス排気口６、冷却
空気排出口７、ミキシングチャンバー８、除湿部９、再
生ゾーン１０、除湿ロータ１１、吸着ゾーン１２、ブロ
ア１３，１４については共通であり、冗長性を避けるた
め重複した説明を省略する。
【００２８】この実施例２のものは、排ガス排気口６か
ら出た排ガスと大気との熱交換を行う熱交換器１５を設
けている。そして熱交換器１５を通過した高温になった
空気をミキシングチャンバー８に導くようにしている。
【００２９】ここで熱交換器１５としては、互いに独立
し熱伝導のある２つの空気通路が互いに直交する直交形
熱交換器や２つの空気通路が互いに平行な対向流形熱交
換器が適する。一般にこのような熱交換器の熱交換効率
は６０〜７０％あり、排ガスの有するエネルギー５７％
の６０〜７０％及び冷却空気の有するエネルギー１０％
を除湿に用いることができる。
【００３０】以上の実施例１及び２では、除湿部９を出
た空気をそのまま室内に戻すようにしていた。空気が除
湿ローター１１を通過する際、空気中の湿気が除湿ロー
ター１１に吸着され吸着熱を発するため、これらの実施
例の場合除湿部９から供給される乾燥空気の温度が高
い。
【００３１】そこで除湿部９から供給される乾燥空気を
冷却して室内に供給する実施例３について以下説明す
る。図３は本発明の実施例３の要部のみを表したもので
ある。つまり実施例３のものは、図１の実施例１のもの
と発電部１、ケーシング２、発電機３、ガスタービン
４、冷却ブロア５、排ガス排気口６、冷却空気排出口
７、ミキシングチャンバー８、除湿部９、再生ゾーン１
０、除湿ロータ１１、吸着ゾーン１２、ブロア１３，１
４については共通であり、図２の実施例２のものとはさ
らに熱交換器１５について共通であり、発電部１、ケー
シング２、発電機３、ガスタービン４、冷却ブロア５、
排ガス排気口６、冷却空気排出口７、熱交換器１５につ
いては図示を省略し、冗長性を避けるため重複した説明
を省略する。
【００３２】図３の実施例３のものは図１、図２の実施
例１，２と比較して、実施例１，２のものはブロア１４
の吸い込み側が室内に連通しているのに対し、ブロア１
４の吸い込み側を大気に開放している。
【００３３】図３において１６は直交形熱交換器であ
り、その一方の通路には室内からの空気を通し、他方の
通路には除湿部９の吸着ゾーン１２からの空気を通す。
また一方の通路の出口は大気に開放し、他方の通路の出
口は室内と連通する。１７は水スプレーであり、直交形
熱交換器１６の一方の通路に入る室内からの空気に水を
噴霧するものである。
【００３４】室内からの直交形熱交換器１６の一方の通
路に入る空気は水スプレー１７によって水を噴霧され、
水の気化熱によって温度が低下する。すでに説明のとお
り、除湿部９の吸着ゾーン１２からの乾燥空気は温度が
上昇しているが、直交形熱交換器１６を通過するときに
温度の低下した室内からの空気と熱交換をして冷却さ
れ、低温乾燥空気となって室内に供給される。
【００３５】この実施例３のものは、室内の空気は直交
形熱交換器１６の一方の通路から大気に放出され、大気
がブロア１４、吸着ゾーン１２、直交形熱交換器１６の
他方の通路を通って室内に供給される。つまり常時新鮮
空気が供給される。
【００３６】以上の実施例１〜３では内燃機関としてガ
スタービンを用いる例を示したが、天然ガスやプロパン
ガスなどを燃料とするレシプロエンジンを用いても全く
同様の効果が得られる。
【００３７】
【発明の効果】本発明の内燃機関コジェネシステムは上
記の如く構成したので、内燃機関の放出する廃熱の内、
排ガスの持つ廃熱だけでなく内燃機関を冷却した冷却空
気の廃熱までも利用することができ、極めて高い熱効率
を期待することができるものである。
【００３８】さらに本発明の内燃機関コジェネシステム
は、内燃機関の廃熱の利用先として、吸着式の除湿部の
吸着剤脱着熱としているため、特に夏場のように廃熱が
豊富に取れる時期に冷房装置の負荷を軽減することがで
きる。これは夏場に電力消費が集中し、そのために大き
な電力供給インフラを必要とする我が国において、イン
フラを小さくすることができ、社会に対する貢献度が大
きなものである。
【００３９】また、本発明のもの除湿部によって供給さ
れる乾燥空気を冷却して供給することができため、冷房
装置としての機能を期待することができ、エネルギー源
として電気エネルギーはブロアに消費されるものだけで
あり、殆ど内燃機関の廃熱だけで室内を快適な空気条件
にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関コジェネシステムの実施例１
を示すフロー図である。
【図２】本発明の内燃機関コジェネシステムの実施例２
を示すフロー図である。
【図３】本発明の内燃機関コジェネシステムの実施例３
を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 発電部 ２ ケーシング ３ 発電機 ４ ガスタービン ５ 冷却ブロア ６ 排ガス排気口 ７ 冷却空気排出口 ８ ミキシングチャンバー ９ 除湿部 １０ 再生ゾーン １１ 除湿ロータ １２ 吸着ゾーン １３、１４ ブロア １５ 熱交換器 １６ 直交形熱交換器 １７ 水スプレー
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１２月１２日（２００１．１２．
１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００２】
【従来の技術】内燃機関コジェネシステムはガスタービ
ンエンジンを用いて発電するものであって、さらにガス
タービンエンジンの廃熱を利用することによって高い熱
効率を得るものである。つまりガスタービンでは２００
℃以上の高温の排ガスを排出するため、この排ガスをボ
イラーの熱源として利用することによって温水を得るよ
うにしている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００３】従って燃料の持つ燃焼エネルギーを１００
％とした場合に、発電によって得られる電気エネルギー
は大体２５％〜３５％程度であるが、排ガスの熱を温水
の供給などに利用することによってトータルのエネルギ
ー効率が７０％程度になるというものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし熱効率をさらに
向上させるのは困難であり、またガスタービンエンジン
の廃熱の利用が温水供給であると、夏場は利用価値が低
く場合によっては温水を廃棄しているため、現実的には
電気エネルギーしか利用できず、結局熱効率が２５％〜
３５％程度になるという問題がある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００７】
【課題を解決するための手段】本件発明は以上のような
課題を解決するため、ガスタービンエンジンに連結され
た発電機とを囲むケーシング内部にガスタービンエンジ
ンの冷却空気を流すようにした発電部を備え、乾燥空気
をつくる湿気吸着剤の水分を熱風脱着するようにした除
湿部を備えるとともに、ケーシング内部を通過して温度
の上昇した冷却空気とガスタービンエンジンの排ガスと
を混合して除湿部の脱着用熱風とした。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１２】タービンＴを出た高温の排ガスは、熱交換
器Ｒで圧縮機Ｃを出た空気に熱を与え、排ガス排気口６
より排出される。この時の排ガスの温度は約２８０℃で
ある。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内燃機関と前記内燃機関に連結された発電
    機とを有し、さらに前記内燃機関を囲むケーシングを有
    し、前記ケーシング内部に前記内燃機関の冷却空気を流
    すようにした発電部を備え、湿気吸着剤によって空気を
    乾燥させるとともに前記湿気吸着剤の水分を熱風脱着す
    るようにした除湿部を備えるとともに、前記ケーシング
    内部を通過して温度の上昇した冷却空気と前記内燃機関
    の排気ガスとを混合して前記除湿部の脱着用熱風とした
    ことを特徴とする内燃機関コジェネシステム。
  2. 【請求項２】内燃機関と前記内燃機関に連結された発電
    機とを有し、さらに前記内燃機関を囲むケーシングを有
    し、前記ケーシング内部に前記内燃機関の冷却空気を流
    すようにした発電部を備え、湿気吸着剤によって空気を
    乾燥させるとともに前記湿気吸着剤の水分を熱風脱着す
    るようにした除湿部を備えるとともに、前記内燃機関の
    排気ガスと熱交換して高温になった空気と前記ケーシン
    グ内部を通過して温度の上昇した冷却空気とを混合して
    前記除湿部の脱着用熱風としたことを特徴とする内燃機
    関コジェネシステム。
  3. 【請求項３】除湿部は湿気吸着剤を担持したハニカムロ
    ーターを有するものである請求項１あるいは請求項２記
    載の内燃機関コジェネシステム。
  4. 【請求項４】除湿部から供給される乾燥空気を冷却して
    室内へ供給するようにした請求項１あるいは請求項２記
    載の内燃機関コジェネシステム。
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