JP2006177586A

JP2006177586A - 排ガス投入型吸収冷温水機

Info

Publication number: JP2006177586A
Application number: JP2004369679A
Authority: JP
Inventors: Toshikuni Ohashi; 俊邦大橋
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06

Abstract

【課題】組み合わせる内燃機関の種類や仕様によらずに、機体を大型化せずにイニシャルコストを低くできるとともに、安定した運転を行えるようにする。
【解決手段】ガスエンジン２に排ガス配管３を介して吸収冷温水機４を接続し、ガスエンジン２からの排ガスを熱源として吸収冷温水機４を作動する。吸収冷温水機４を、高温再生器５、低温再生器６、凝縮器７、吸収器８および蒸発器９を備えて構成する。高温再生器５の下部に、バーナ１０を備えた燃焼室１１を設け、その燃焼室１１に排ガス配管３を接続する。排ガス配管３に分岐配管２９を接続し、その分岐配管２９に温水ボイラ３０を設ける。温水ボイラ３０に排気管３３を接続し、排気管３３内に、ダンパー３４を付設し、温水ボイラ３０に供給される排ガス流量を調整して高温再生器５に供給する排ガス流量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスエンジンなどの内燃機関で発生する排ガスを熱源として吸収冷温水機を作動するように構成した排ガス投入型吸収冷温水機に関する。

この種のものとしては、従来、次のようなものが知られている。
発電機を駆動するガスエンジンからの排ガスを吸収式冷凍機の高温再生器に供給し、エンジン排ガスの熱を回収して吸収式冷凍機を作動するように構成されている。また、エンジンジャケットの冷却水循環路を通じて回収される排熱により、吸収器から高温再生器に供給される吸収液、または、低温再生器内の吸収液を加熱するように構成されている。

高温再生器には、バーナにより燃料ガスを燃焼させる燃焼室が設けられるとともにこの燃焼室に、前述したガスエンジンからの排ガスを供給できるように構成されている。これにより、高温再生器において、ガスエンジンからの排ガスやバーナからの燃焼ガスにより吸収液を加熱して吸収液から冷媒蒸気を発生させるように構成されている（特許文献1参照）。
特開２０００−４６４３５号公報（図１、図２）

しかしながら、上述のような従来例の場合、高効率のガスエンジンなどの内燃機関と組み合わせた場合、内燃機関からの単位発電量当たりの排ガス量が多くなり、高温再生器の燃焼室での炉圧が上昇する。このような多量の排ガスの供給に起因する、高温再生器の燃焼室での炉圧の上昇を抑えるためには、大きな高温再生器を必要とし、機体全体が大型化する欠点があった。

また、ミラーサイクルガスエンジンと組み合わせたような場合、給気圧を高くするためにターボチャージャーが必要であり、そのターボチャージャーによる給気圧の変動の影響を受けて高温再生器の燃焼室での炉圧が変化しやすく、その炉圧の変化を抑えるためには、大きな高温再生器を必要とし、機体全体が大型化する欠点があった。上述のように、組み合わせる内燃機関の種類や仕様に高温再生器を対応させるためには、高温再生器が単品ごとの生産となり、設備費が増大する欠点があった。また、大型化に伴って設置面積が増大し、イニシャルコストが高くなる欠点があった。

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、請求項１に係る発明は、組み合わせる内燃機関の種類や仕様によらずに、機体を大型化せずにイニシャルコストを低くできるとともに、安定した運転を行えるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、より良好に安定した運転を行えるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、高温再生器をより小型化できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
内燃機関と、
前記内燃機関に排ガス配管を介して接続されて前記内燃機関からの排ガスを熱源として作動する吸収冷温水機と、
を備えた排ガス投入型吸収冷温水機において、
前記排ガス配管に分岐配管を介して接続される熱交換器と、
前記熱交換器に供給される排ガス流量を調整する流量調整機構とを備えて構成する。内燃機関としては、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービンなどが適用される。

（作用・効果）
請求項１に係る発明の排ガス投入型吸収冷温水機の構成によれば、内燃機関からの排ガスを熱交換器に供給するとともに、流量調整機構により、熱交換器に供給される排ガス流量を調整し、吸収冷温水機に供給する内燃機関からの排ガス流量を調整することができる。したがって、組み合わせる内燃機関の種類や仕様によって、その内燃機関からの排ガス流量が多くなったり変動したりしても、吸収冷温水機に供給する排ガス流量に影響を及ぼすことを回避でき、高温再生器を大型化せずに汎用品を使用することができて、設備費や設置面積を増加させることが無いから、組み合わせる内燃機関の種類や仕様によらずに、機体を大型化せずにイニシャルコストを低くできるとともに、安定した運転を行える。また、吸収式冷温水機に供給しない分の排ガスの熱は熱交換器で回収するから、排熱回収効率を低下することは無い。

また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の排ガス投入型吸収冷温水機において、
内燃機関からの出口における排ガスの圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサで測定される排ガスの圧力が一定になるように流量調整機構を作動する排ガス圧力制御手段とを備えて構成する。

（作用・効果）
請求項２に係る発明の排ガス投入型吸収冷温水機の構成によれば、内燃機関からの出口における排ガスの圧力が一定になるように自動的に制御するから、より良好に安定した運転を行える。

また、請求項３に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載の排ガス投入型吸収冷温水機において、
熱交換器で回収した排熱により吸収器からの吸収液を加熱するように構成する。

（作用・効果）
請求項３に係る発明の排ガス投入型吸収冷温水機の構成によれば、熱交換器で回収した排熱を、吸収器からの吸収液の加熱に利用し、高温再生器に供給される吸収液の温度を高くできる。したがって、高温再生器での冷媒の蒸発効率を高くできるから、高温再生器をより小型化でき、一層安価に構成できる。

以上説明したように、請求項１に係る発明の排ガス投入型吸収冷温水機によれば、内燃機関からの排ガスを熱交換器に供給するとともに、流量調整機構により、熱交換器に供給される排ガス流量を調整し、吸収冷温水機に供給する内燃機関からの排ガス流量を調整することができるから、組み合わせる内燃機関の種類や仕様によって、その内燃機関からの排ガス流量が多くなったり変動したりしても、吸収冷温水機に供給する排ガス流量に影響を及ぼすことを回避でき、高温再生器を大型化せずに汎用品を使用することができて、設備費や設置面積を増加させることが無いから、組み合わせる内燃機関の種類や仕様によらずに、機体を大型化せずにイニシャルコストを低くできるとともに、安定した運転を行える。また、吸収式冷温水機に供給しない分の排ガスの熱は熱交換器で回収するから、排熱回収効率を低下することは無い。

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、本発明に係る排ガス投入型吸収冷温水機の実施例を示す全体概略構成図であり、発電機１を連動連結した、内燃機関としてのガスエンジン２に排ガス配管３を介して吸収冷温水機４が接続され、ガスエンジン２からの排ガスを熱源として吸収冷温水機４を作動するように構成されている。

吸収冷温水機４は、高温再生器５、低温再生器６、凝縮器７、吸収器８および蒸発器９を備えて構成され、それらの系内に、水を冷媒、リチウムブロマイド溶液を吸収剤としたリチウムブロマイド水溶液が、作動流体である吸収液として封入されている。作動流体としては、アンモニア水溶液など各種のものが適用できる。

高温再生器５の下部には、バーナ１０を備えた燃焼室１１が設けられ、その燃焼室１１に排ガス配管３が接続され、ガスエンジン２からの排ガスやバーナ１０からの燃焼ガスによって吸収液を加熱し、冷媒蒸気を発生させるように構成されている。高温再生器５の上部と凝縮器７とが、低温再生器６内を貫通して低温再生器６内の吸収液を加熱する状態で、第１の蒸気配管１２を介して接続され、高温再生器５で発生した冷媒蒸気により低温再生器６で冷媒蒸気を発生するように構成されている。

低温再生器６の上部と凝縮器７の上部とが第２の蒸気配管１３を介して接続されるとともに、凝縮器７内に冷却塔（図示せず）から吸収器８を経た冷却水配管１４が設けられ、高温再生器５および低温再生器６からの冷媒蒸気を冷却して凝縮液化するように構成されている。

凝縮器７の下部と蒸発器９とが第１の液配管１５を介して接続されるとともに、蒸発器９の上部と吸収器８の上部とが第３の蒸気配管１６を介して接続されている。蒸発器９内の上部に第１の散布管１７が設けられ、その第１の散布管１７に、蒸発器９の下部に接続された第１のポンプ付き配管１８が接続されている。

吸収器８の下部と高温再生器５の下部とが第２のポンプ付き配管１９を介して接続され、高温再生器５の下部と低温再生器６の下部とが第３のポンプ付き配管２０を介して接続されるとともに、低温再生器６の下部と、吸収器８の上部に設けた第２の散布管２１とが、第４のポンプ付き配管２２を介して接続されている。吸収器８内には冷却水配管１４が通され、吸収器８内を冷却して内部圧力を低下するように構成されている。また、蒸発器９に、第１の循環ポンプ２３を介装した冷水取出し配管２４が設けられるとともに、その冷水取出し配管２４に冷房負荷２５が接続されている。

上記構成により、吸収器８に高温再生器５および低温再生器６から高濃度のリチウムブロマイド水溶液を供給し、蒸発器９内の水分を蒸発吸収し、その蒸発潜熱により冷水取出し配管２４内を流れる冷水を冷却し、冷水取出し配管２４から冷水を取出して冷房負荷２５に供給できるようになっている。

第２のポンプ付き配管１９には、順に第１、第２および第３の熱交換器２６，２７，２８が設けられている。第１の熱交換器２６には第４のポンプ付き配管２２が導入され、低温再生器６から吸収器８に流される高濃度のリチウムブロマイド水溶液により、吸収器８から高温再生器５に戻される低濃度のリチウムブロマイド水溶液を加熱するように構成されている。また、第３の熱交換器２８には、第３のポンプ付き配管２０が導入され、高温再生器５から低温再生器６に流される高濃度のリチウムブロマイド水溶液により、吸収器８から高温再生器５に戻される低濃度のリチウムブロマイド水溶液を加熱するように構成されている。

排ガス配管３には分岐配管２９が接続され、その分岐配管２９に熱交換器としての温水ボイラ３０が設けられている。ガスエンジン２に、第２の循環ポンプ３１を介装した冷却水循環配管３２が接続されている。冷却水循環配管３２が温水ボイラ３０および第２の熱交換器２７に順に通され、ジャケット冷却水をガスエンジン２からの排ガスで加熱し、得られた熱により、吸収器８から高温再生器５に戻される低濃度のリチウムブロマイド水溶液を加熱するように構成されている。

温水ボイラ３０に排気管３３が接続されるとともに、排気管３３内に、温水ボイラ３０に供給される排ガス流量を調整する流量調整機構としてのダンパー３４が付設され、このダンパー３４の開度を調整することで、高温再生器５に供給する排ガス流量を調整できるように構成されている。ダンパー３４としては、分岐配管２９内などに設けても良い。

排気管３の分岐配管２９との接続箇所よりも上流箇所に、ガスエンジン２からの出口における排ガスの圧力を測定する圧力センサ３５が設けられている。圧力センサ３５が、排ガス圧力制御手段としてのコントローラ３６に接続され、そのコントローラ３６に、ダンパー３４の開度を駆動調整する電動モータ３７（図２参照）が接続されている。

コントローラ３６には、図２の制御系のブロック図に示すように、比較手段３８、開度減少手段３９および開度増加手段４０が備えられている。比較手段３８では、圧力センサ３５で測定される排ガス圧力と設定圧力とを比較し、設定圧力よりも低いときには増圧信号を出力し、一方、設定圧力よりも高いときには減圧信号を出力するようになっている。

開度減少手段３９では、比較手段３８からの増圧信号に応答して、開度減少信号を出力し、電動モータ３７を駆動してダンパー３４の開度を減少するようになっている。
一方、開度増加手段３９では、比較手段３８からの減圧信号に応答して、開度増加信号を出力し、電動モータ３７を駆動してダンパー３４の開度を増加するようになっている。

上記構成により、バーナ１０の出力調整や、ガスエンジン２の出力変動などにかかわらず、ガスエンジン２の出口での排ガスの圧力が一定になるように調整できるようになっている。

次に、ガスエンジン２の出力が一定である状態における、バーナ１０の出力調整状態と排気管３３などに流れる排ガス流量の相関の具体例を示しておく。ここで、ガスエンジンとしては、出力が８１５ｋＷで、発生する排ガス流量が３４００ｍ³／ｈのものを用いた。また、燃焼室１１からの排ガス流量は２２００ｍ³／ｈとした。（１）バーナ最大燃焼時これは、ガスエンジン２の始動時や停止時などであるが、燃焼室１１側からの背圧が設定圧力となって、ダンパー３４が全開状態となり、燃焼室１１への排ガス流量が０で、ガスエンジン２を駆動していても、温水ボイラ３０側に排ガスの全量が流れる。

（２）バーナ最低燃焼時これは、バーナ１０の燃焼量が２０％で、燃焼室１１への排ガス流量が１７６０ｍ³／ｈで、温水ボイラ３０側への排ガス流量が１６４０ｍ³／ｈとなる。（３）バーナ最低燃焼時これは、バーナの燃焼量が６０％で、燃焼室１１への排ガス流量が８８０ｍ³／ｈで、温水ボイラ３０側への排ガス流量が２５２０ｍ³／ｈとなる。（４）バーナＯＦＦこれは、バーナの燃焼を停止してガスエンジン２からの排ガスによってのみ吸収冷温水機３を作動する状態であり、燃焼室１１への排ガス流量が２２００ｍ³／ｈで、温水ボイラ３０側への排ガス流量が１２００ｍ³／ｈとなる。

上記実施例では、ガスエンジン２からの排ガスの熱を温水ボイラ３０で回収するようにしているが、温水ボイラ３０に代えて蒸気ボイラなどを用いても良い。また、上記実施例では、流量調整機構として、ダンパー３４を用いているが、排ガスの流動方向とは逆向きに外気を噴出するエジェクターとか、あるいは、流路横断面積が異なる複数の排気管に選択的に流すような構成のものを用いても良い。

本発明としては、ガスエンジン２に代えて、ディーゼルエンジン、ガスタービンなどを用いるものでも良い。

本発明に係る排ガス投入型吸収冷温水機の実施例を示す全体概略構成図である。制御系を示すブロック図である。

符号の説明

２…ガスエンジン（内燃機関）
３…排ガス配管
４…吸収冷温水機
８…吸収器
２９…分岐配管
３０…温水ボイラ（熱交換器）
３４…ダンパー（流量調整機構）
３５…圧力センサ
３６…コントローラ（排ガス圧力制御手段）

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関に排ガス配管を介して接続されて前記内燃機関からの排ガスを熱源として作動する吸収冷温水機と、
を備えた排ガス投入型吸収冷温水機において、
前記排ガス配管に分岐配管を介して接続される熱交換器と、
前記熱交換器に供給される排ガス流量を調整する流量調整機構と、
を備えたことを特徴とする排ガス投入型吸収冷温水機。
請求項１に記載の排ガス投入型吸収冷温水機において、
内燃機関からの出口における排ガスの圧力を測定する圧力センサと、
前記圧力センサで測定される排ガスの圧力が一定になるように流量調整機構を作動する排ガス圧力制御手段と、
を備えている排ガス投入型吸収冷温水機。
請求項１または２に記載の排ガス投入型吸収冷温水機において、
熱交換器で回収した排熱により吸収器からの吸収液を加熱するように構成してある排ガス投入型吸収冷温水機。