JP2002180902A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸留水を得ることのできるコージェネレーシ
ョンシステムを提供する。 【解決手段】 発電機１を駆動するエンジン２と、エン
ジン２からのジャケット冷却水が流入されるボイラー８
とを有し、このボイラー８内ではエンジン２を熱源とし
てジャケット冷却水が気化して水蒸気とされる。ボイラ
ー８で発生した水蒸気は、空気冷却管１０により冷却さ
れて蒸留水が得られる。ボイラーには、エンジンの排気
管９が設けられ、この排気管９の内部を流通する排ガス
とボイラー８内のジャケット冷却水とが熱交換可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機を駆動する
エンジンで発生した熱を利用して蒸留水を回収する手段
を備えたコージェネレーションシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、発電機により電気供給を行う際
に、単に発電される電気を利用するだけでなく、発電機
を駆動するエンジンから発生する熱エネルギーを何らか
の形で回収して利用するというコージェネレーションシ
ステムが知られている。このようなコージェネレーショ
ンシステムでは、通常、エンジンで発生する熱は、冷却
水を蒸発させて水蒸気として回収するためのエネルギー
源として再利用されており、発生した水蒸気を殺菌や加
熱に用いている。このようなコージェネレーションシス
テムは、蒸気ボイラーを使用する工場や、温水プール等
に温水を使用するホテル等においては有効なシステムと
なりうる。

【０００３】近年は電力供給の自由化、分散化が行われ
るようになっており、自家発電又は売電のための電力設
備を普及させることが試みられ、コージェネレーション
システムの普及が図られている。

【０００４】しかしながら、一般家庭やビルでは、風呂
等で温水を用いることはあるものの、その使用量は少な
く、水蒸気による殺菌や加熱に対する需要も多くない。
従来のコージェネレーションシステムシステムでは、エ
ンジンからの廃熱を利用して温水を得ているが、飲料水
として供するに十分な水質を確保しているわけではない
ので、一般家庭やビル等で需要が比較的多いと思われる
飲料水をコージェネレーションシステムで供給すること
は行われていない。

【０００５】その一方で、河川の汚染による水質汚染が
進んでいるといわれており、飲料水に対する関心が高ま
っている。現在のところ、浄水処理場の多くは、川等か
らひきこんだ原水を沈澱及び濾過し、塩素殺菌を行って
家庭に供給している。このようなシステムでは、トリハ
ロメタンやダイオキシン等を除去することは非常に困難
である。特に、ダイオキシンは、その毒性の高さから、
ダイオキシン類対策特別措置法（平成十一年法律第百五
号）が制定され、ダイオキシン汚染による環境破壊を防
ぐようになっている。なお、この法律においては、「ダ
イオキシン類」とは、ポリ塩化ジベンゾフラン、ポリ塩
化ジベンゾ−パラ−ジオキシンコプラナーポリ塩化ビフ
ェニルとして定義されている。

【０００６】近年では、家庭でも浄水器やアルカリイオ
ン整水器が広く用いられるようになっているが、浄水器
やアルカリイオン整水器でもトリハロメタンやダイオキ
シン等の除去を行うことは非常に困難である。また、浄
水器やアルカリイオン整水器で処理を行う場合、もとの
水の水質の影響を受けやすい。もとの水の汚染がひどい
場合には、浄水器やアルカリイオン整水器を通しても、
安全な飲料水が得られない場合もあり、水質による影響
が大きい。

【０００７】トリハロメタンやダイオキシン等のない安
心して飲める水として、蒸留水が注目されている。蒸留
水の製造過程では、水が一旦蒸発した後に再度液相化し
ているので、不揮発性成分が除去され、もとの水の水質
の影響を小さく抑えることができる。現在、水道水を沸
騰させて蒸留水を得る蒸留水製造器も市販されている
が、水道水を沸騰させるには大きなエネルギーが必要で
ある。家庭用の１００Ｖ電源を用いた場合、電力から熱
への変換効率が低いこともあり、蒸留水を得るためのコ
ストは非常に高くなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】工場等とは異なり、一
般のビルや個人住宅では、水蒸気を殺菌や加熱等に使用
するという需要は、あまりみられない。例えば、風呂を
沸かすための熱源として上述のように回収された水蒸気
を用いることも、勿論可能ではあるが、このような殺菌
や熱源としての需要は、回収される水蒸気やその熱量に
比較すると微々たるものである。従って、回収された水
蒸気の殆どは無駄に捨てられることになり、コージェネ
レーションシステムは、発電を行って廃熱を水蒸気とし
て捨てるだけの単なるジェネレーションシステムとして
しか機能しなくなる。その結果、発電機の初期導入費用
やメンテナンスに伴う手間やコスト等を考えると、コー
ジェネレーションシステムを導入するメリットは小さく
なってしまうことから、コージェネレーションシステム
の導入はあまり進んでいない。

【０００９】本発明は、上述の背景の下になされたもの
であり、その目的は、エンジンの廃熱等を熱源として、
人体に有害な有機塩素化合物等が除去されるように冷却
水を蒸発させたうえで凝縮して蒸留水を得ることができ
るコージェネレーションシステムを提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係るコージェネレーションシステムは、発
電機を駆動するエンジンを冷却するためのジャケット冷
却水を取り込み、このジャケット冷却水を前記エンジン
を熱源として気化させるジャケット冷却水気化手段と、
このジャケット冷却水気化手段によって気化されたもの
を冷却する冷却手段と、この冷却手段によって得られる
蒸留水を出力する手段とを有することを特徴とする。ジ
ャケット冷却水とは、エンジン冷却水のことをいい、特
に、エンジンと熱交換した後のエンジン冷却水のことを
さす。

【００１１】エンジンから、排ガスを外部に放散させる
ための排気管が延びている場合、ジャケット冷却水気化
手段は、取り込んだジャケット冷却水を貯留させるため
の貯留容器と、この貯留容器内に引き込んだ前記排気管
の一部とを含み、前記排気管内を流通する排ガスと貯留
されたジャケット冷却水とが前記貯留容器内で熱交換を
行うように構成する。このようにすれば、エンジンから
排気の形態で排出される廃熱を有効に活用することがで
きるようになる。

【００１２】貯留容器内を略大気圧に維持することによ
り、気圧を調整する装置を追加することなく安価なコー
ジェネレーションシステムを実現することができる。

【００１３】より好ましくは、ジャケット冷却水を前記
ジャケット冷却水気化手段に取り込む前に当該ジャケッ
ト冷却水を貯水する貯水槽と、この貯水槽に貯水された
ジャケット冷却水内の揮発性物質を揮発させる手段とを
備え、前記揮発性物質が揮発した後のジャケット冷却水
を前記ジャケット冷却水気化手段に導くように構成す
る。この場合、貯水槽に、貯水されたジャケット冷却水
の温度を調整するための温度調整手段を設けることで、
沸点が所定温度以下となる成分をより確実に除去するこ
とが可能となる。温度調整手段の具体例としては、ジャ
ケット冷却水を加熱するためのヒータと、ジャケット冷
却水の水温を検知するとともに検知結果に応じて前記ヒ
ータを制御するサーモスタットとを含む構成を挙げるこ
とができる。さらに、ヒータを、前記発電機で発電され
た電力によって駆動することで、外部からの電源を用い
ることなく、コージェネレーションシステムで発電され
る電力を有効活用することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を説明
する。図１は、本発明を適用したコージェネレーション
システムの構成図である。まず、このコージェネレーシ
ョンシステムの動作概略を説明する。ジャケット冷却水
は、発電機１を駆動するエンジン２を冷却する際に、７
０℃〜８５℃に熱せられた後、貯水槽４に貯水される。
この時点で、沸点の低い揮発性物質が（７０℃〜８５℃
程度の沸点の揮発性物質）除去される。このジャケット
冷却水をボイラ８で蒸発させた後、空冷して液化し、こ
れを蒸留水タンク１２に貯留させる。ボイラ８で蒸発し
なかった沸点の高い物質は、ボイラ８に残留するので、
蒸留水タンク１２内には、不純物が殆ど除去された蒸留
水が得られる。

【００１５】次に、コージェネレーションシステムを上
記のように動作させるための各部の詳細内容を説明す
る。本実施形態のコージェネレーションシステムは、エ
ンジン駆動式の発電機１と、発電機１を駆動するエンジ
ン２とが備えられるものである。ポンプ３は、エンジン
２に冷却水を供給する。この冷却水は、エンジン２で加
熱されてジャケット冷却水となり、貯水槽４に貯水され
る。通常、ディーゼルエンジンやガスエンジンの冷却水
の水温は７０〜８５℃である。なお、ジャケット冷却水
に１ｋｇ／ｃｍ２Ｇの圧力をかけておくと、１２０℃の
高温水が得られる。この温度のジャケット冷却水を、ボ
イラ８の給水に直接使用すると高効率で水蒸気を生成す
ることができ、この水蒸気を空冷等により冷却すること
で、高効率で蒸留水を得ることができる。

【００１６】ジャケット冷却水の温度は、通常は７０℃
〜８５℃であり、加熱を行わない場合でも、貯水槽４に
てジャケット冷却水から沸点が７０℃〜８５℃以下の揮
発性物質を除去することができる。トリハロメタン、ト
リクロロエチレン、テトラクロロエチレン等の沸点は６
０℃近辺であることから、加熱装置を設けなくても、こ
れらの人体に有害な成分を除去することは可能である。

【００１７】この実施形態では、沸点が９０℃に近い揮
発性物質の除去も可能となるように、貯水槽４に電力ヒ
ーター５とサーモスタット６とを設け、貯水槽４内のジ
ャケット冷却水の水温を８０℃〜９０℃に保つようにし
た。

【００１８】なお、電力ヒーターの駆動源は特に限定さ
れないが、駆動源として発電機１を用いることが好まし
い。また、エンジンからの高温の排気の排気管を貯水槽
４内に配管し、この排気管内を流通する排気量を適宜調
整することでジャケット冷却水の水温を調整することも
できる。本実施形態では、温度調整が容易であることか
ら、電力ヒーターの駆動源として発電機１を用いた。

【００１９】更に、貯水槽４では、水に不溶でかつ水よ
り比重の高い不純物を貯水槽４の底部に沈澱させる一次
沈澱も行われる。このため、本実施形態では、図１に示
されるように、貯水槽４からボイラ８への配管は、貯水
槽４の底面にではなく、底面よりも高い位置に設けられ
ており、上述の不純物が貯水槽４からボイラ８へと流出
せずに、貯水槽４内でこの配管よりも低い部位に沈澱す
るようにされている。貯水槽４内の沈澱物を排出するた
めに、貯水槽４の底面には、スラッジ排出口２０が設け
られている。沈澱物を除去するには、スラッジ排出口２
０からジャケット冷却水を排出させる。これにより、冷
却水とともに、上述の沈澱物も共に排出される。

【００２０】貯水槽４で揮発性物質が除去されたジャケ
ット冷却水は、その後にポンプ７によってボイラ８に送
られる。このボイラ８の内部には、エンジンの排気管９
が配管されており、排気管９の内部を流通する高温の排
気によってボイラ８内のジャケット冷却水が加熱されて
水蒸気となる構成となっている。本実施形態に係るシス
テムでは、排ガスの温度は３５０℃程度であった。本実
施形態では、ボイラ８内を常圧のままとしたので、ジャ
ケット冷却水は１００℃で水蒸気となる。しかし、ボイ
ラ８内の気圧環境を変えることで、ジャケット冷却水が
水蒸気となる温度を変えることができる。通常、ボイラ
は、動力源として送気を行う構成とされているので、圧
力が高くなっており、その結果蒸気温度も高くなってい
る。このような構成においては、水蒸気とともに沸点が
１００℃以上の不純物も蒸発してしまう。従って、本実
施形態では、ボイラ８を高圧とはせずに、１００℃で蒸
発が行われるようにした。

【００２１】また、ボイラ８では、不揮発性の不純物が
沈澱してボイラ８の底部に貯まる二次沈澱も行われる。
上述の一次沈澱及びこの二次沈澱においては、水銀、カ
ドミウム、砒素、鉛、リン等の不揮発性成分が除去され
る。また、放射性物質は人体に有害であり、除去するこ
とが望ましいが、放射性物質の多くは不揮発性であるの
で、除去することが可能である。ボイラ８内の沈澱物を
排出するために、ボイラ８の底面には、スラッジ排出口
２１が設けられている。沈澱物を除去するには、スラッ
ジ排出口２１からジャケット冷却水を排出させる。これ
により、冷却水とともに、上述の沈澱物も共に排出され
る。

【００２２】ボイラ８で発生する水蒸気は、フィン１１
を備えてボイラ８の頂部と蒸留水タンク１２とを連通さ
せる空気冷却管１０を流通する間に冷却されて液化され
る。この際、液化時の空気冷却管１０内の温度は、水の
沸点からあまり低くならないことが好ましい。温度があ
まり低くなり過ぎると、沸点が１００℃未満の不純物が
空気冷却管に存在していた場合に、その不純物が液化し
てしまうおそれがある。従って、このような不純物の液
化を排除するために、空気冷却管内の温度は、水蒸気が
十分に液化する範囲内で、できるだけ高温に保つことが
好ましい。

【００２３】液化により得られた蒸留水は、蒸留水タン
ク１２内に貯まる。また、空気冷却管１０内で液化しな
かった不純物があった場合、その不純物は、排出口１３
から排出され、水蒸気の液化により得られた蒸留水は、
蒸留水タンク１２内に貯まる。蒸留水タンク１２内の蒸
留水は、ポンプ１４により、外部に供給される。本実施
形態では、得られた蒸留水を、更に活性炭槽１５を通過
させるようにしている。これにより、もしも残留塩素等
の不純物が蒸留水中に残っていたとしても、それら不純
物を活性炭槽１５により除去し、飲料水としての安全性
が一層高い蒸留水が得られる。

【００２４】また、本発明の他の実施形態を図２に示
す。この実施形態は、蒸留水タンク１２からの蒸留水を
再度エンジンの冷却水としてエンジンに戻すという循環
式システムとなっている。この実施形態では、図２に示
されるように、蒸留水タンク１２に貯水された蒸留水
は、ポンプ１４を通じてエンジンに送られてエンジンを
冷却した後に、再度ジャケット冷却水として貯水槽４に
送られるようになっている。この構成は、例えば、冷却
水として用いた水の汚染がひどくて蒸留水タンク１２に
貯留した水の不純物が多すぎる場合に有効である。この
場合には、蒸留水タンク１２内の蒸留水をエンジン２に
戻して循環させ、再度蒸留を行うことで、不純物を除去
することができる。

【００２５】ジャケット冷却水の給水源を水道水とし
て、上記構成のコージェネレーションシステムに適用し
た結果、水道水中の不揮発性成分は勿論、トリハロメタ
ンやダイオキシン、及び水道水中の残留塩素等も除去さ
れた。このようにして、安全な飲料水として使用するこ
とができる蒸留水が得られた。更に、本実施形態のコー
ジェネレーションシステムを用いることで、井戸水や雨
水、河川からの原水等の、浄水場で処理されていない水
からも飲料に適した蒸留水を得ることができた。

【００２６】以上のように得られた蒸留水中には残留塩
素分が含まれないので、特に病院等で用いるのに適して
いる。また、食生活においても、各種料理に水道水やミ
ネラルウォーターが用いられているが、水に含まれる塩
素やミネラル成分が食材と反応し、食材本来の味が得ら
れないことも多い。一方、蒸留水ではこのような不純物
がないので、食材本来の味を引き出すことができ、コー
ヒー、紅茶、日本茶、ウィスキー等の嗜好飲料も、本物
の味を最大限に引き出すことができる。蒸留水は、不純
物が実質的に含まれないことから、飲料用以外にも、銭
湯や家庭における浴槽の洗浄用や、電力自動車のバッテ
リーに補充するといった用途にも適しており、また加湿
器等に用いるのにも好適である。浴槽、バッテリーや加
湿器等では、水中の不純物や水が蒸発した後に残る残滓
は好ましくなく、また故障の原因等にもなるが、蒸留水
を用いることでこれらの問題が解決できるからである。

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エンジンの廃熱等を熱源として、人体に有害な有機塩素
化合物等が除去されるように冷却水を蒸発させたうえで
凝縮して蒸留水を得ることができるコージェネレーショ
ンシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るコージェネレーショ
ンシステムのブロック図。

【図２】本発明の他の実施形態に係るコージェネレーシ
ョンシステムのブロック図。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ エンジン ３ ポンプ ４ 貯水槽 ５ 電力ヒーター ６ サーモスタット ７ ポンプ ８ ボイラ ９ 排気管 １０ 空気冷却管 １１ フィン １２ 蒸留水タンク １３ 排出口 １４ ポンプ １５ 活性炭槽 ２０ スラッジ排出口 ２１ スラッジ排出口

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機を駆動するエンジンを冷却するた
   めのジャケット冷却水を取り込み、このジャケット冷却
   水を前記エンジンを熱源として気化させるジャケット冷
   却水気化手段と、 このジャケット冷却水気化手段によって気化されたもの
   を冷却する冷却手段と、 この冷却手段によって得られる蒸留水を出力する手段と
   を有することを特徴とする、コージェネレーションシス
   テム。
2. 【請求項２】 前記エンジンからはエンジン内で生じた
   排ガスを外部に放散させるための排気管が延びており、 前記ジャケット冷却水気化手段は、前記取り込んだジャ
   ケット冷却水を貯留させるための貯留容器と、この貯留
   容器内に引き込んだ前記排気管の一部とを含み、前記排
   気管内を流通する排ガスと貯留されたジャケット冷却水
   とが前記貯留容器内で熱交換を行うように構成されてい
   ることを特徴とする、請求項１記載のコージェネレーシ
   ョンシステム。
3. 【請求項３】 前記貯留容器内が略大気圧に維持されて
   いることを特徴とする、請求項２記載のコージェネレー
   ションシステム。
4. 【請求項４】 前記ジャケット冷却水を前記ジャケット
   冷却水気化手段に取り込む前に当該ジャケット冷却水を
   貯水する貯水槽と、 この貯水槽に貯水されたジャケット冷却水内の揮発性物
   質を揮発させる手段とを備え、 前記揮発性物質が揮発した後のジャケット冷却水を前記
   ジャケット冷却水気化手段に導くように構成されている
   ことを特徴とする、 請求項２記載のコージェネレーションシステム。
5. 【請求項５】 前記貯水槽には、貯水されたジャケット
   冷却水の温度を調整するための温度調整手段が設けられ
   ていることを特徴とする、 請求項４記載のコージェネレーションシステム。
6. 【請求項６】 前記温度調整手段は、ジャケット冷却水
   を加熱するためのヒータと、ジャケット冷却水の水温を
   検知するとともに検知結果に応じて前記ヒータを制御す
   るサーモスタットとを含んで構成されることを特徴とす
   る、 請求項５記載のコージェネレーションシステム。
7. 【請求項７】 前記ヒータが、前記発電機で発電された
   電力によって駆動されることを特徴とする、 請求項６記載のコージェネレーションシステム。
8. 【請求項８】 前記冷却手段によって得られた蒸留水を
   前記エンジンに対して冷却水として再度供給する手段を
   有することを特徴とする請求項１記載のコージェネレー
   ションシステム。