JP2007017036A - エネルギーの有効利用システム - Google Patents

Abstract

【課題】 ジャケット冷却水との熱交換により生成された温水を利用して、再利用に適した凝縮水を生成するとともに、この再利用に適した凝縮水を積極的に生成してエネルギーのさらなる有効利用を図ることができるシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】 エンジン２のジャケット冷却水との熱交換により得られた温水を減圧下で蒸発させる減圧式蒸発装置４と、この減圧式蒸発装置４内から温水を排出する温水排出手段６と、前記減圧式蒸発装置４からの蒸気を凝縮させる間接式凝縮部７と凝縮水貯留部８とを有する凝縮装置９と、この凝縮装置９内から凝縮水を排出する凝縮水排出手段１０とからなり、前記減圧式蒸発装置４内を減圧する減圧手段５は、前記凝縮装置９を介して前記減圧式蒸発装置４内を減圧する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、エネルギーの有効利用を図るシステムに関するものである。

エンジンにより発電機を作動させて電力を得る一方で、このエンジンから排出される排ガスを排ガスボイラへ送り、蒸気を生成させてエネルギーを有効利用するものとして、特許文献１に記載のものが知られている。このシステムでは、図２に示すように、レシプロエンジン１００により発電機１０１を作動させ、これにより排出される排ガスを排ガスボイラ１０２へ送り、そこで蒸気を生成させる。前記レシプロエンジン１００のジャケット冷却水は、温水熱交換機１０３によって減圧蒸発缶１０４内の温水に熱を与える。この温水は、蒸気エゼクタ１０５の負圧作用によって蒸発させられ、前記排ガスボイラ１０２からの蒸気とともに蒸気使用設備１０６へ送られる。この蒸気使用設備１０６で使用された蒸気は、第一ドレンタンク１０７内へ溜められ、その後、第二ドレンタンク１０８および軟水器１０９を経由して前記排ガスボイラ１０２へ戻されて再利用されている。

以上のように、このシステムでは、ジャケット冷却水から熱回収した温水を蒸気へ変換し、再利用することでエネルギーの有効利用を図っている。

特開２００２−４９４３号公報

しかしながら、このシステムにおいて生成される凝縮水は、ボイラなどの補給水として使用するには、その水質の純度が低下する可能性があり、ボイラなどの補給水として求められる高機能水としては不適である。したがって、このシステムにおける凝縮水を再利用すると、排ガスボイラ１０２の水管などが腐食し易くなる。この点において、このシステムで生成される凝縮水を高機能水とするためには、さらに別途、脱気機などの設備が必要となり経済的でない。

この発明は、このような従来技術の問題点を解決することを目的とする。具体的には、ジャケット冷却水との熱交換により生成された温水を利用して、再利用に適した凝縮水を生成することができるシステムを提供することを目的とする。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、エンジンの排ガスを利用して蒸気を発生させる排ガスボイラを備えたエネルギーの有効利用システムにおいて、前記エンジンのジャケット冷却水との熱交換により得られた温水を減圧下で蒸発させる減圧式蒸発装置と、この減圧式蒸発装置内から温水を排出する温水排出手段と、前記減圧式蒸発装置からの蒸気を凝縮させる間接式凝縮部と凝縮水貯留部とを有する凝縮装置と、この凝縮装置内から凝縮水を排出する凝縮水排出手段とからなり、前記減圧式蒸発装置内を減圧する減圧手段は、前記凝縮装置を介して前記減圧式蒸発装置内を減圧することを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記エンジンのインタークーラー冷却水および／または前記エンジンのジャケット冷却水を冷却する冷却塔を備えていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２において、前記凝縮水排出手段によ
って排出される凝縮水を補給水として使用する高機能水使用装置を備えていることを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明は、請求項３において、前記高機能水使用装置は、前記排ガスボイラおよび／または前記冷却塔であることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、前記エンジンのジャケット冷却水との熱交換により得られた温水から再利用に適した凝縮水を生成することができる。

請求項２に記載の発明によれば、前記冷却塔が前記エンジンのインタークーラー冷却水と熱交換することで、前記エンジンの出力を増加させることができる。また、前記冷却塔が前記エンジンのジャケット冷却水と熱交換することで、前記エンジンの冷却を確実に行うことができる。

請求項３に記載の発明によれば、この種の排ガスボイラを備えたシステムにおけるトータルコストの低減が可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、得られた凝縮水を前記排ガスボイラへ補給水として使用した場合は、濃縮水の排水量（ブロー量）の低減が可能となり、また腐食，スケールなどの発生を抑制することができる。そして、得られた凝縮水を補給水として前記冷却塔に使用した場合は、藻類，スライム，レジオネラ属菌の繁殖の抑制が可能となり、循環水の濃縮の低減や腐食の発生を抑制するとともに、循環水の排水量（ブロー量）を低減することができる。

（実施の形態）
この発明の実施の形態について説明する。この実施の形態は、エンジンの排ガスを利用して蒸気を発生させる排ガスボイラを備えたエネルギーの有効利用システムにおいて、前記エンジンのジャケット冷却水との熱交換により得られた温水を減圧下で蒸発させる減圧式蒸発装置と、この減圧式蒸発装置内から温水を排出する温水排出手段と、前記減圧式蒸発装置からの蒸気を凝縮させる間接式凝縮部と凝縮水貯留部とを有する凝縮装置と、この凝縮装置内から凝縮水を排出する凝縮水排出手段などから構成されており、前記減圧式蒸発装置内を減圧する減圧手段は、前記凝縮装置を介して前記減圧式蒸発装置内を減圧している。

この実施の形態の構成要素について説明する。前記エンジンは、ガスエンジン，ガソリンエンジン，ディーゼルエンジンなどを含むものである。

前記減圧式蒸発装置は、内部を減圧状態としておき、導入する温水を蒸発させて 蒸気を生成するものであり、フラッシュタンクを例示することができる。

前記温水排出手段は、前記減圧式蒸発装置内に溜まる温水を排出するものであるが、減圧状態となる前記減圧式蒸発装置から温水を排出できるだけの処理能力を備えている。

前記凝縮装置は、前記間接式凝縮部と前記凝縮水貯留部とからなるもので、熱交換作用によって蒸気を凝縮させる装置である。前記間接式凝縮部は、蒸気と間接的に熱交換し凝縮させる機能を有する。前記間接式凝縮部は、好ましくはシェルアンドチューブ式の熱交換機を例示することができる。凝縮を間接的に行うことで、凝縮水に不純物の混入を避けることができる。前記凝縮水貯留部は、前記間接式凝縮部により凝縮された凝縮水を貯留
するためのもであり、前記間接式凝縮部とは別個に離れた箇所に設けられているものを含むが、前記間接式凝縮部の直下に設けることが好ましい。さらに、直下に設ける場合も、一体型あるいは別体型として構成することができる。

前記凝縮水排出手段は、前記凝縮装置内の凝縮水を排出するためのものである。この前記凝縮水排出手段は、前記減圧手段の減圧作動を阻害しないような排出処理能力を備えている。

前記減圧手段は、前記凝縮装置内を減圧状態にして非凝縮性ガスである空気を排出するためのものである。前記凝縮装置内を減圧して蒸気を凝縮することにより、凝縮水に空気が溶存しないので、前記凝縮装置内の凝縮水は、脱気されたものとすることができる。また、前記減圧手段は、前記凝縮装置を介して前記減圧式蒸発装置内を減圧し、これにより前記減圧式蒸発装置内へ導入された温水を蒸発させて蒸気を生成させる。

前記高機能水使用装置は、前記排ガスボイラや前記冷却塔を含む概念であるが、高機能水を好適に利用できるものが好ましい。複数個の前記高機能水使用装置を設けることや、種類の異なる前記高機能水使用装置を設けるものであってもよい。高機能水は、脱気された純水を含む概念であり、この高機能水を前記高機能水使用装置の一例である排ガスボイラへ補給水として供給すれば、純水なので濃縮水の排水量（ブロー量）の低減効果を期待することができ、またスケール，腐食の抑制効果を有するとともに、高機能水は温水なので給水予熱効果がある。また、高機能水を冷却塔へ補給水として供給すれば、藻類，スライム，レジオネラ属菌の繁殖の抑制が可能となり、循環水の濃縮の低減や腐食の発生を抑制することができる。

以下、この発明を実施したエネルギーの有効利用システムの具体的実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、この実施例のエネルギーの有効利用システムを示している。

図１において、この実施例のエネルギーの有効利用システムは、発電機１を作動させるエンジンの一例であるガスエンジン２と、このガスエンジン２の排ガスを利用して蒸気を発生させる排ガスボイラ３と、温水を減圧下で蒸発させる減圧式蒸発装置の具体例としてのフラッシュタンク４と、このフラッシュタンク４内を減圧する減圧手段の具体例としての水封式真空ポンプ５と、前記フラッシュタンク４内から温水を排出する温水排出手段の具体例としての循環ポンプ６と、前記フラッシュタンク４からの蒸気を凝縮させる間接式凝縮部７と凝縮水貯留部８とを有する凝縮装置９と、この凝縮装置９内から凝縮水を排出する凝縮水排出手段の具体例としての排出ポンプ１０と、この排出ポンプ１０から排出される凝縮水を補給水として使用する高機能水使用装置の一つである冷却塔１１などから構成されている。そして、この冷却塔１１は、前記ガスエンジン２のジャケット冷却水とインタークーラ冷却水を冷却する構成となっている。

前記ガスエンジン２は、ターボチャージャーの圧縮空気を冷却水で冷却するインタークーラー１２と、前記ガスエンジン２を冷却水で冷却するためのジャケット１３をそれぞれ備えている。このジャケット１３を通過する冷却水の入口温度は約８０℃であり、またその出口温度は約９０℃であり、第一熱交換機１４を介して温水ライン１５内の温水に熱を与える。この温水の前記第一熱交換機１４の入口温度は約７８℃であり、また出口温度は約８８℃である。この温水は、前記温水ライン１５の経路上のＡ地点を経由し、途中、給湯などに利用され、一部または全部は、前記温水ライン１５の経路上のＢ地点へ循環するようになっている。前記ガスエンジン２は、前記発電機１を作動させて電力を発電させるとともに、前記排ガスボイラ３へ排ガスを送り、蒸気を生成させる。

前記フラッシュタンク４は、前記水封式真空ポンプ５によって前記凝縮装置９および接続ライン１６を介して内部が減圧状態となるように構成されており、前記温水ライン１５内の温水の一部または全部を取り入れ、これを上方位置から散布させる。散布された温水は、一部は蒸発して蒸気となり、前記接続ライン１６を介して、前記凝縮装置９内へ導入されるが、残りは前記フラッシュタンク４の下部へ温水として溜まる。

ここにおいて、前記温水ライン１５内の温水を補充するため、別途、補給水を前記循環ポンプ６の下流側から合流させてもよく、前記フラッシュタンク４内へ直接、補給するようにしてもよい。前記フラッシュタンク４内へ直接、補給すると、補給水を導入するためのポンプが不要となる。

前記循環ポンプ６は、前記フラッシュタンク４の下部に接続されており、前記フラッシュタンク４の下部に溜まった温水を排出し、その温水を前記温水ライン１５へ戻して循環させる。

前記凝縮装置９は、前記間接式凝縮部７と前記凝縮水貯留部８とからなり、前記間接式凝縮部７は、この実施例においては、シェルアンドチューブ式熱交換機である。前記間接式凝縮部７の上部には、前記フラッシュタンク４の上部と接続された前記接続ライン１６が接続されており、前記フラッシュタンク４からの蒸気は、前記水封式真空ポンプ５の減圧作動により前記接続ライン１６を介して前記凝縮装置９へ導入される。前記間接式凝縮部７には、蒸気を導入する複数のチューブ１７，１７，…が所定間隔を空けて立設されており、冷却用の水が冷却水ライン１８から導入され、前記各チューブ１７の外側と接触することにより、前記接続ライン１６からの蒸気と間接的に熱交換を行う。前記凝縮水貯留部８は、前記凝縮装置９の下部に設けられており、前記間接式凝縮部７で凝縮された蒸気の凝縮水を溜める。ここにおいて、前記冷却水ライン１８内の冷却水は、得られた熱を第三熱交換機２２を介して温水利用設備（図示省略）などへ供給して、その有効利用を図っている。

前記水封式真空ポンプ５は、前記間接式凝縮部７の下流側であって、前記凝縮水貯留部８内の凝縮水の水面より上方位置に接続されている。前記水封式真空ポンプ５を前記間接式凝縮部７の下流側に接続することで、凝縮前の蒸気を排出しにくくしている。前記水封式真空ポンプ５を前記凝縮水貯留部８内の凝縮水の水面より上方位置に接続させることで、凝縮水の排出を抑制している。前記水封式真空ポンプ５は、前記凝縮装置９内を減圧状態にすることで、前記凝縮装置９内の非凝縮性ガスである空気を排出する。また、前記水封式真空ポンプ５は、前記接続ライン１６を介して前記フラッシュタンク４内をも減圧状態にしている。前記水封式真空ポンプ５は、封水の温度を調整することで処理能力を変えることができ、この封水温度は、前記フラッシュタンク４内へ導入される温水の温度を考慮して適宜な値に設定される。

前記排出ポンプ１０は、前記凝縮装置９内の凝縮水を排出するためのものである。排出された凝縮水は、補給水タンク１９を介して、前記排ガスボイラ３へ補給水として供給される一方、前記冷却塔１１へ補給水として供給される。また、適宜、供給ライン（符号省略）を分岐させて、他の高機能水使用装置へ供給することもできる。

前記冷却塔１１は、高機能水使用装置の一つに相当するもので、一般的に公知である密閉式の冷却塔を例示している。この冷却塔１１において、前記ガスエンジン２のインタークーラー冷却水およびジャケット冷却水と間接的な熱交換を行っている。

つぎに、この実施例のエネルギーの有効利用システムの全体動作について説明する。ま
ず、前記ガスエンジン２から発生した排ガスは、前記排ガスボイラ３へ送られる。前記排ガスボイラ３は、排ガスを熱源として蒸気を生成し、生成された蒸気を各種の蒸気使用機器（一般に「負荷機器」と称されている。）へ送る。一方、前記ジャケット１３内で前記ガスエンジン２と熱交換したジャケット冷却水は、前記第一熱交換機１４を介して前記温水ライン１５内の温水と熱交換を行う。その後、このジャケット冷却水は、第二熱交換機２１を介して前記冷却塔１１および前記インタークーラー１２を通過したインタークーラー冷却水と熱交換したり、熱交換せずにそのまま前記ジャケット１３へ送られるものに分けられる。これらの各流量は、三方弁２０の制御によって行われる。たとえば、前記温水ライン１５内の温水温度が高いときは、ジャケット冷却水は、前記第一熱交換機１４によって十分な熱を放出することができないので、前記第二熱交換機２１を通過するジャケット冷却水の流量を多くし、前記ジャケット１３を冷却するのに必要な温度とする。前記第一熱交換機１４での熱交換によって熱を与えられた前記温水ライン１５内の温水は、給湯器などに利用されるが、一部または全部は前記フラッシュタンク４内へ導かれる。前記フラッシュタンク４内は、前記水封式真空ポンプ５によって減圧状態となっており、温水の一部は蒸気となって前記接続ライン１６を介して、前記凝縮装置９へ導かれるが、残りは温水のまま前記循環ポンプ６によって前記温水ライン１５へ戻される。

さて、前記凝縮装置９へ導入された蒸気は、前記間接式凝縮部７によって凝縮されるが、前記凝縮装置９内は、前記水封式真空ポンプ５によって減圧状態となっているので、非凝縮性ガスである空気が排出され、前記排出ポンプ１０によって排出される凝縮水には空気が溶存していない。したがって、この凝縮水は、脱気されたものであり、また蒸気が凝縮したものなので、不純物がなく、純水になっている（すなわち、高機能水）。この高機能水は、高機能水使用装置へ補給水として好適に使用されるが、この実施例では、高機能水使用装置として、前記排ガスボイラ３および前記冷却塔１１に使用される。

以上のように、この実施例では、ジャケット冷却水と熱交換した温水を高機能水化し、高機能水を補給水として高機能水使用装置へ再利用することで、エネルギーの有効利用を図っている。

この実施例では、前記冷却塔１１を密閉式のものを用いたが、一般的に公知である開放式の冷却塔を用いることもできる。

また、別の変形例では、前記凝縮水貯留部８内の水位を計測する水位計（図示省略）を設置して、前記凝縮水貯留部８から凝縮水がなくならないように、かつ前記水封式真空ポンプ５が凝縮水を吸い込まないように、前記排出ポンプ１０の処理量を制御するための制御部（図示省略）を設けることもできる。これにより、前記排出ポンプ１０の空回転の防止および前記水封式真空ポンプ５による凝縮水の排出を防止することができるのでより好ましい。

さらに、別の変形例では、前記フラッシュタンク４内へ導入される温水の温度に基づいて、前記水封式真空ポンプ５への封水の温度を調整し、前記フラッシュタンク４から蒸気を前記凝縮装置９内へ送ることができるように制御することも好ましい。

以上のように、この実施例によれば、ジャケット冷却水との熱交換により得られた温水を利用して高機能水を生成しているので、エネルギーの有効利用を図ることができる。この高機能水は、前記フラッシュタンク４によって温水を減圧下で蒸気にするので不純物が混入しておらず、減圧下の前記凝縮装置９において蒸気が凝縮したものなので、非凝縮性ガスである空気が排出されている。また、この高機能水を補給水として前記排ガスボイラ３および前記冷却塔１１へ供給するので、エネルギーのさらなる有効利用を図ることができる。この高機能水を前記排ガスボイラ３に補給水として用いると、純水なので濃縮水の
排水量（ブロー量）を低減することができる。また、脱気され、しかも前記排ガスボイラ３の水管などの腐食因子である硫酸イオン，塩化物イオンがないため、前記水管などの腐食の発生を抑制することができ、カルシウム，マグネシウムなどの硬度分がないので、前記水管などに生成されるスケールを抑制することができる。さらに、高機能水は温水なので、給水予熱のためのエネルギーを抑えることができる。この高機能水を前記冷却塔１１へ補給水として用いた場合は、硬度分が含まれていないので、藻類，スライム，レジオネラ属菌の繁殖を抑制することができる。また、純水なので循環水の濃縮を低減でき、濃縮水の排水量（ブロー量）を低減することができる。さらに、硫酸イオン，塩化物イオンがないため腐食の発生を抑制することができる。

この発明に係る実施例の概略説明図 従来技術を示す概略説明図

符号の説明

２ ガスエンジン（エンジン）
３ 排ガスボイラ
４ フラッシュタンク（減圧式蒸発装置）
５ 水封式真空ポンプ（減圧手段）
６ 循環ポンプ（温水排出手段）
７ 間接式凝縮部
８ 凝縮水貯留部
９ 凝縮装置
１０ 排出ポンプ（凝縮水排出手段）

Claims (4)

1. エンジンの排ガスを利用して蒸気を発生させる排ガスボイラを備えたエネルギーの有効利用システムにおいて、前記エンジンのジャケット冷却水との熱交換により得られた温水を減圧下で蒸発させる減圧式蒸発装置と、この減圧式蒸発装置内から温水を排出する温水排出手段と、前記減圧式蒸発装置からの蒸気を凝縮させる間接式凝縮部と凝縮水貯留部とを有する凝縮装置と、この凝縮装置内から凝縮水を排出する凝縮水排出手段とからなり、前記減圧式蒸発装置内を減圧する減圧手段は、前記凝縮装置を介して前記減圧式蒸発装置内を減圧することを特徴とするエネルギーの有効利用システム。
2. 前記エンジンのインタークーラー冷却水および／または前記エンジンのジャケット冷却水を冷却する冷却塔を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギーの有効利用システム。
3. 前記凝縮水排出手段によって排出される凝縮水を補給水として使用する高機能水使用装置を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエネルギーの有効利用システム。
4. 前記高機能水使用装置は、前記排ガスボイラおよび／または前記冷却塔であることを特徴とする請求項３に記載のエネルギーの有効利用システム。
   
   

Images