JP4293329B2 - 熱回収装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を熱源として利用する熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機は、例えば、吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器及び蒸発器を備えている。吸収器からの吸収液は低温再生器に送給され、低温再生器はエンジンの温水熱を利用して吸収液を加熱し、低温再生器にて送給され加熱された吸収液は高温再生器に送給され、高温再生器はエンジンの排ガス熱を利用して吸収液を加熱する。高温再生器にて加熱された吸収液は吸収器に送給され、この吸収器にて吸収されて吸収液に戻る。低温再生器及び高温再生器にて発生した冷媒蒸気は凝縮器に送給され、冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された冷媒液は蒸発器に送給され、この蒸発器にて蒸発され、その気化熱により、冷暖房負荷を通して循環される例えば水を冷却する。蒸発器にて蒸発された冷媒蒸気は吸収器に送給され、この吸収器にて吸収されて吸収液に戻り、この吸収液が上述したように再生器に送給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸収冷凍機では、エンジンから排出される排ガスの全てが高温再生器に送給され、この高温再生器を通して外部に排出される。一般に、排ガスを清浄化するために三元触媒を用いるエンジン（三元触媒式エンジン）では、排ガスの排出量が比較的少なく、排出される排ガスの全てを高温再生器に送給しても特に問題は生じないが、排ガスの清浄化とともに燃料消費量を少なくするための希薄燃焼エンジンでは、三元触媒式エンジンよりも排出される排ガスの排出量が多く、排ガスの全量を高温再生器に送給すると排ガス圧が高くなる。特に、エンジンからの排ガスを高温再生器に導く排ガス流路に追焚きバーナ手段を設けた形態のものにおいては、追焚きバーナ手段の燃焼を行う炉体内にエンジンからの排ガスと追焚きバーナ手段の燃焼排ガスとが流入するが、この排ガスの流入量が多くなっても、炉体からの排ガスの流出量が大きくなりにくく、これによって炉体内の圧力が高くなって追焚きバーナ手段の燃焼状態が悪くなる問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を効率良く回収することができる熱回収装置を提供することである。
本発明の他の目的は、エンジンからの排ガスの排出量が多くても追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好に保つことができる熱回収装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を熱源として利用する熱回収装置であって、
排ガス熱を回収するための高温再生器と、温水熱を回収するための低温再生器と、排ガスと温水との間で熱交換を行うための排ガス・温水熱交換器と、前記エンジンの排ガスを前記高温再生器に導くための第１排ガス流路と、前記エンジンの排ガスを前記排ガス・温水熱交換器を通して大気に排出するための第２排ガス流路と、前記エンジンの温水を前記排ガス・温水熱交換器及び前記低温再生器を通して循環するための温水循環流路とを備えており、
前記第１排ガス流路を通して流れる排ガスの熱は前記高温再生器にて回収され、前記第２排ガス流路を流れる排ガスの熱は前記排ガス・温水熱交換器にて前記温水循環流路を流れる温水に回収され、また前記温水循環流路を通して流れる温水の熱は前記低温再生器にて回収されることを特徴とする。
【０００６】
本発明に従えば、エンジンから排出される排ガスは第１排ガス流路を通して高温再生器に送給され、また排ガス・温水熱交換器が設けられた第２排ガス流路を通して大気に排出され、そして第１排ガス流路を流れる排ガスの熱は高温再生器にて回収され、また第２排ガス流路を流れる排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器にて回収される。従って、エンジンからの排ガスが第１及び第２排ガス流路を通して流れるので、その排出量が多くなっても問題がなく、また第１及び第２排出流路を流れる排ガスの熱を回収することができる。特に、排ガス熱の回収を高温再生器及び排ガス・温水熱交換器によって行っているので、その熱を無駄なく高効率に回収することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記第１排ガス流路には前記高温再生器に関連して炉体が設けられ、この炉体には燃料を燃焼する追焚きバーナ手段及び燃焼用空気を供給するための空気供給手段が設けられているとともに、前記第２排ガス流路にはそこを流れる排ガスの流量を制御するための排ガスダンパが設けられており、前記排ガスダンパは、前記炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に従えば、第１排出流路には炉体が設けられ、この炉体にて追焚きバーナ手段により燃料が燃焼され、この燃焼排ガスがエンジンからの排ガスとともに高温再生器に送給される。従って、高温再生器にて吸収液を充分な熱でもって加熱することができる。また、第２排ガス流路には排ガスダンパが設けられ、この排ガスダンパは炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されるので、炉体内の圧力が高くなることが回避され、追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好な状態に維持することができる。例えば、追焚きバーナ手段による燃焼排ガスが多くなる（又は少なくなる）と、排ガスダンパの開度が大きく（又は小さく）なって第２排ガス流路を通して外部に排出される排ガス量が多く（又は少なく）なり、これによって第１排ガス流路を流れる排ガス量が少なく（又は多く）なり、このようにして炉体内の圧力が実質上一定に保たれる。
【０００９】
更に、本発明に従えば、前記空気供給手段は、燃焼用空気を供給するためのファン装置及び前記ファン装置からの燃焼用空気を前記炉体内に導くための空気送給流路を備え、前記空気送給流路にはそこを流れる燃焼用空気の流量を制御するための空気ダンパが設けられており、前記排ガスダンパ及び前記空気ダンパは前記炉体内の圧力が一定となるように相互に関連して開閉制御されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、燃焼用空気を炉体に導くための空気送給流路に空気ダンパが設けられ、排ガスダンパ及び空気ダンパが相互に関連して開閉制御されるので、比較的簡単な構成でもって炉体内の圧力を実質上一定に維持することができる。例えば、空気ダンパの開度が大きく（又は小さく）なって燃焼用空気の送給量が多く（又は少なく）なると、追焚きバーナ手段からの燃焼排ガスが多く（又は少なく）なる。このとき、空気ダンパの開閉制御に関連して排ガスダンパも開閉制御され、排ガスダンパの開度が大きく（又は小さく）なるように制御され、第２排ガス流路を通して排出される排ガスの排出量が多く（又は少なく）なる。空気ダンパ及び排ガスダンパがこのように相互に関連して開閉制御されるので、追焚きバーナ手段の燃焼量が変化しても炉体内の圧力を実質上一定に維持してその燃焼状態を良好に保つことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う熱回収装置について説明する。図示の実施形態では、本発明を熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機に適用し、またこの吸収式冷凍機をコージェネレーションシステムに適用して説明するが、吸収式冷凍機以外のその他の熱回収装置にも同様に適用することができる。図１は、熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機を備えたコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムにおける追焚きバーナ手段及びその近傍を簡略的に示す断面図であり、図３は、図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【００１２】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、燃料として燃料用ガスを使用するガスエンジン２と、このガスエンジン２により駆動される発電機４と、ガスエンジン２の排ガス熱及び温水熱を回収するための熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機Ｒを備えている。ガスエンジン２は、燃料ガス供給路６を通して供給される都市ガス等の燃料用ガスを燃料とし、排ガス流路８及び温水循環流路１０を含んでいる。排ガス流路８は第１排ガス流路１２及び第２排ガス流路１４から構成され、エンジン２からの排ガスが第１及び第２排ガス流路１２，１４を通して流れる。また、温水循環流路１０はガスエンジン２を冷却するためのジャケット１６（エンジン冷却部に相当する）を含み、ガスエンジン２の冷却水（エンジン２の運転によって温水となる）が温水循環流路１０を通して循環される。この温水循環流路１０には、温水を循環するための循環用ポンプ１８が配設されている。また、温水循環経路１０にはクーリングタワー２０が接続されており、温水がクーリングタワー２０を通して流れると、温水の熱がクーリングタワー２０から大気に放出される。
【００１３】
この実施形態では、吸収式冷凍機Ｒは、再生器Ｇとして、ガスエンジン２からの排ガス熱を利用して吸収液を加熱する高温再生器２２と、高温再生器２２からの冷媒蒸気とガスエンジン２からの温水の熱を利用して吸収液を加熱する低温再生器２４とを備え、更に高温再生器２２及び低温再生器２４からの冷媒蒸気を凝縮させるための凝縮器２６と、その凝縮器２６からの冷媒蒸気を蒸発させるための蒸発器２８と、その蒸発器２８からの冷媒蒸気を低温再生器２４及び高温再生器２２からの吸収液に吸収させるための吸収器３０を含んでいる。
【００１４】
この吸収式冷凍機Ｒでは、低温再生器２４からの吸収液を加熱する高温再生器２２の加熱部Ｈｇが加熱コイル３２から構成されている。この加熱コイル３２は高温再生器２２の液溜り部に浸潰する状態で配設され、ガスエンジン２からの排ガス（及び／又は追焚きバーナ手段３４からの燃焼排ガス）がこの加熱コイル３２を通して流れ、排ガス熱（及び／又は燃焼排ガス熱）を利用して高温再生器２２内の吸収液が加熱される。追焚き用バーナ手段３４及びそれに関連する構成については、後に詳述する。
【００１５】
吸収式冷凍機Ｒについて更に説明すると、吸収器３０の液溜まり部と低温再生器２４の気相部とが希液供給路３６を介して接続され、この希液供給路３６には吸収液ポンプ３８が配設され、吸収液ポンプ３８の作用によって、冷媒蒸気を吸収した吸収器３０内の低濃度の吸収液（以下、「希液」とも称する）が低温再生器２４に送給される。低温再生器２４の液溜まり部と高温再生器２２の気相部とが中液供給路４０を介して接続され、低温再生器２４内の中濃度の吸収液（以下、「中液」とも称する）が高温再生器２２に送給される。また、高温再生器２２の液溜まり部と吸収器３０の上部の吸収液散布具４２とが濃液供給路４４を介して接続され、高温再生器２２内の高濃度の吸収液（以下、「濃液」とも称する）が吸収器３０に送給される。
【００１６】
高温再生器２２の液溜まり部には加熱コイル３２が浸漬され、この加熱コイル３２に第１排ガス流路１２が接続され、ガスエンジ２からの排ガスが第１排ガス流路１２及び加熱コイル３２を通して流れる。この形態では、後に詳述する如く、ガスエンジン２からの排ガスに加えて（又はこの排ガスに代えて）追焚きバーナ手段３４からの燃焼排ガスが加熱コイル３２を通して流れるように構成されている。
【００１７】
中液供給路４０及び濃液供給路４４には高温熱交換器４６が設けられており、この高温熱交換器４６は、高温再生器２２から濃液供給路４４を通して吸収器３０の吸収液散布具４２に送給される高温の濃液によって、低温再生器２４から中液供給路４０を通して高温再生器２２に送給される中液を加熱する。また、希液供給路３６及び濃液供給路４４には低温熱交換器４８が設けられており、この低温熱交換器４８は、高温再生器２２から濃液供給路４４を通して吸収器３０の吸収液散布具４２に送給される高温の濃液によって、吸収器３０から希液供給路３６を通して低温再生器２４に送給される希液を加熱する。図１に示すように、低温熱交換器２４は、濃液供給路４４の濃液の流れ方向に見て、高温熱交換器４６よりも下流側に設けらており、従って、高温熱交換器４６にて中液との間で熱交換された後の濃液によって希液が加熱される。
【００１８】
ガスエンジン２のジャケット１６と低温再生器２４とが温水循環路１０を介して接続されている。温水循環路１０の一部は低温再生器２２内の吸収液に浸漬され、循環用ポンプ１８の作用によって、ジャケット８内の温水が温水循環路１０を通して循環される。温水循環路１０の浸漬された部分５０が温水加熱部Ｈｗとして作用し、この温水加熱部Ｈｗにおいて温水の熱によって低温再生器２４内の吸収液が加熱される。
【００１９】
高温再生器２２の気相部と凝縮器２６とが冷媒蒸気供給路５２を介して接続され、高温再生器２２の冷媒蒸気が冷媒供給路５２を通して凝縮器２６に送給される。この形態では、冷媒蒸気供給路５２の一部に冷媒蒸気熱源加熱コイル５４が設けられ、この冷媒蒸気熱源加熱コイル５４が低温再生器２４内の吸収液に浸漬され、冷媒蒸気熱源加熱コイル５４を流れる冷媒蒸気の熱によって低温再生器２４内の吸収液が加熱される。また、低温再生器２４の気相部と凝縮器２６とが冷媒蒸気供給路５６を介して接続され、低温再生器２４にて生成された冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給される。
【００２０】
凝縮器２６の底部と蒸発器２８の気相部とが冷媒液供給路５８を介して接続されており、凝縮器２６にて凝縮された冷媒液は冷媒供給路５８を介して蒸発器２８に送給される。蒸発器２８の上部には冷媒液散布具６０が配設され、蒸発器２６内の液溜まり部と冷媒液散布具６０とが冷媒液供給路６２を介して接続され、この冷媒液供給路６２に冷媒ポンプ６４が配設されている。従って、冷媒ポンプ６４の作用によって、蒸発器２８内の冷媒液が冷媒液供給路６２を通して冷媒液散布具６０に送給され、この散布部６０から蒸発器２８内に散布される。更に、蒸発器２８の気相部と吸収器３０の気相部とが冷媒蒸気供給路６６を介して接続されており、蒸発器２８内の冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路６６を介して吸収器３０に送給される。
【００２１】
吸収器３０及び凝縮器２６をこの順序で流れるように冷却水供給路６８が設けられている。冷却水供給路６８は第１冷却コイル７０及び第２冷却コイル７２を有し、第１冷却コイル７０が吸収器３０の気相部に配設され、また第２冷却コイル７２が凝縮器２６の気相部に配設されている。図示していないが、冷却水供給路６８は冷却塔（図示せず）に接続され、冷却塔からの冷却水が冷却水供給路６８を通して流れた後この冷却塔に戻るように構成されている。従って、冷却塔からの冷却水は、第１及び第２冷却コイル７０，７２を通して循環され、吸収器３０においては第１冷却コイル７０を流れる冷却水によってその内部の冷媒蒸気が冷却され、また凝縮器２６においては第２冷却コイル７２を流れる冷却水によってその内部の冷媒蒸気が冷却される。
【００２２】
エアコン等の冷暖房負荷７４と蒸発器２８の気相部とは冷水循環路７６を介して接続されている。冷水循環路７６は熱授受コイル７８を有し、この熱授受コイル７８が蒸発器２８の気相部に配設され、また冷水循環路７６には冷水ポンプ８０が設けられている。かく構成されているので、冷水ポンプ８０の作用によって、冷水循環路７６及び冷暖房負荷７４を通して冷水が循環され、熱授受コイル７８を流れる冷水が冷却される。
【００２３】
更に、温水循環流路１０及び第１排ガス流路１４には、排ガス・温水熱交換器８２が配設されている。この排ガス・温水熱交換器８２は、第２排ガス流路１４を流れる排ガスの熱によって、エンジン２のジャケット１６から低温再生器２４に流れる温水を加熱する。
この吸収冷凍機Ｒは、例えば、冷房運転時に次の通りに作動する。高温再生器２２にて吸収液から発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給され、また低温再生器２４にて発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給され、送給された冷媒蒸気は凝縮器２６にて第２冷却コイル７２を流れる冷却水の作用によって凝縮される。このように凝縮した冷媒液は凝縮器２６の底部に溜まり、冷却液供給路５８を通して蒸発器２８に送給される。この蒸発器２８では、その液溜まり部に溜まった冷媒液が冷媒液供給路６２を通して冷媒液散布具６０に送給され、この冷媒液散布具６０から散布される。かく散布された冷媒液は熱授受コイル７８の作用によって蒸発され、蒸発の際の気化熱により熱授受コイル７８を通して流れる水が冷却され、このようにして冷暖房負荷７４を通して冷水が循環される。
【００２４】
吸収器３０において冷媒蒸気を吸収した吸収液は、希液供給路３６及び低温熱交換器４８を通して低温再生器２４に送給され、かく送給される希液は低温熱交換器４８にて高温再生器２２から吸収器３０に送給される濃液によって予熱される。低温再生器２４では、高温再生器２２から冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給される冷媒蒸気と、ジャケット１６及び温水循環路１０を通して循環される温水とによって、内部の希液が加熱され、発生した冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給され、また加熱された中液が中液供給路４０及び高温熱交換器４６を通して高温再生器２２に送給され、かく送給される中液は高温熱交換器４６にて高温再生器２２から吸収器３０に送給される濃液によって予熱される。高温再生器２２では、ガスエンジン２からの排ガスが第１排ガス流路１２を通して加熱コイル３２を流れることによって、及び／又は追焚き用バーナ手段３４からの燃焼排ガスが加熱コイル３２を流れることによって、吸収液が加熱され、発生した冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給される。また、加熱された濃液は濃液供給路４４を通して吸収器３０に送給され、このようにして吸収液が所要の通りに循環される。また、吸収器３０では、吸収液が冷媒蒸気を吸収し、かく吸収することによって発生する吸収熱が第１冷却コイル７０を流れる冷却水に与えられる。更に、凝縮器２６では、冷媒蒸気が凝縮され、かく凝縮することによって発生する凝縮熱が第２冷却コイル７２を流れる冷却水に与えられる。
【００２５】
次に、主として図２を参照して追焚きバーナ手段３４及びこれに関連する構成について説明すると、この実施形態では、エンジン２からの排ガスを高温再生器２２に導く第１排ガス流路１２の一部に略円筒状の炉体１０２が設けられている。また、エンジン２からの排ガスを大気に放出するための第２排ガス流路１４は、この第１排ガス流路１２から分岐して設けられ、矢印１０４で示す排ガスの流れ方向に見て炉体１０２より上流側にて第１排ガス流路１２に接続されている。
【００２６】
第１排ガス流路１２には、第２排ガス流路１４の分岐部と炉体１０２との間の部位に排ガス開閉手段１０８が配設されている。図示の排ガス開閉手段１０８は第１排ガス流路１２を開閉するための開閉バルブ１１０と、この開閉バルブ１１０を開閉するための第１作動源１１２とを備え、第１作動源１１２が例えば電磁ソレノイドから構成される。例えば、第１作動源１１２が作動しない状態では開閉バルブ１１０は図２に実線で示す開位置に保持され、エンジン２からの排ガスは第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給される。一方、第１作動源１１２が作動すると、この開閉バルブ１１０は図２に破線で示す閉位置に保持され、エンジン２からの排ガスが高温再生器２２に実質上送給されることはない。
【００２７】
また、第２排ガス流路１４には、排ガスの流れ方向に見て排ガス・温水熱交換器８２より下流側に排ガスダンパ１１４が配設されている。図示の排ガスダンパ１１４は、第２排ガス流路１４を開閉するための排ガスバルブ１１６と、この排ガスバルブ１１６を回動させるための第２作動源１１８とを備え、第２作動源１１８は例えばステッピングモータから構成される。第２作動源１１８によって排ガスバルブ１１６の開度が大きく（又は小さく）なると、第２排ガス流路１４を通して大気中に排出される排ガスの排出量が多く（又は少なく）なり、これによって、エンジン２から第１の排ガス流路１２を通して高温再生器２２に流れる排ガスの流量が減少（又は増大）する。
【００２８】
追焚きバーナ手段３４は炉体１０２の一端壁１２０に取り付けられている。追焚きバーナ手段３４は燃焼バーナ１２２を備え、この燃焼バーナ１２２が上記一端壁１２０を通して炉体１０２内に延びている。追焚きバーナ手段３４には都市ガス等の燃料用ガスが供給され、供給された燃料用ガスは燃焼バーナ１２２から炉体１０２内に噴出され、燃料用ガスが燃焼することによって燃焼排ガスが生成され、生成された燃焼排ガス（又はこれとともに第１排ガス流路１２を流れるエンジン２からの排ガスとともに）が高温再生器２２の加熱コイル３２に送給される。尚、追焚きバーナ手段３４は、燃焼バーナ１２２への燃料用ガスの供給を制御するための供給制御バルブ１２３を含んでいる。
【００２９】
追焚きバーナ手段３４に関連して、炉体１０２内に燃焼用空気を供給するための空気供給手段１２４が設けられている。この実施形態では、空気供給手段１２４はファン装置１２６と、このファン装置１２６からの空気を炉体１０２内に導く空気送給流路１２８から構成され、空気送給流路１２８には空気ダンパ１３０が配設されている。ファン装置１２６はブロア（図示せず）を有し、ブロアが所定方向に回転することによって、燃焼用空気が空供給流路１２８を通して炉体１０２内に送給される。また、図示の空気ダンパ１３０は、空気送給流路１２８を開閉するための空気バルブ１３２と、この空気バルブ１３２を回動させるための第３作動源１３４とを備え、第３作動源１３４は例えばステッピングモータから構成される。第３作動源１３４によって空気バルブ１３２の開度が大きく（又は小さく）なると、空気送給流路１２８を通して炉体１０２内に供給される燃焼用空気の供給量が多く（又は少なく）なる。尚、この空気バルブ１３２の開閉制御は、後述するように排ガスバルブ１１６の開閉制御と相互に関連してして行われる。
【００３０】
この形態では、ファン装置１２６はインバータ１３６を含み（図３参照）、インバータ１３６によってその回転数が制御される。ファン装置１２６の回転数は空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２の開度に関連して制御され、ファン装置１２６のブロアは、例えば、空気バルブ１３２の開度が小さいときには比較的低速で回転され（炉体１０２に送給される空気量は少なくなる）、空気バルブ１３２の開度が大きいときには比較的高速でされ（炉体１０２に送給される空気量は多くなる）、空気バルブ１３２の開度が中程度であるときには中程度の速度で回転される（炉体１０２に送給される空気量も中程度となる）。
【００３１】
図３をも参照して、図示のコージェネレーションシステムは、更に、システムを制御するための制御手段１４２を備えている。制御手段１４２は例えばマイクロコンピュータから構成され、操作入力手段１４４及び圧力センサ１４６からの操作信号及び検出信号が制御手段１４２に送給される。操作入力手段１４４はシステムの操作パネル（図示せず）に配設され、コージェネレーションシステムの運転を操作制御するための各種操作スイッチ（図示せず）を備えており、これら操作スイッチを操作してコージェネレーションシステムの運転状態が選択される。圧力センサ１４６は、図示していないが、炉体１０２内に配設され、炉体１０２内に流入する排ガスの圧力を検出する。
【００３２】
制御手段１４２はメモリ１４８を含み、このメモリ１４８には作動プログラムが記憶されている。この作動プログラムには、コージェネレーションシステムの作動時における排ガスダンパ１１４の排ガスバルブ１１６と空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２とを関連させて開閉制御するプログラムが含まれており、排ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２は、このプログラムに基づいて開閉制御される。
【００３３】
再び主として図１及び図２を参照して、このシステムにおいては、通常の運転状態にてエンジン２からの排気ガスを高温再生器２２で回収する場合、排ガス開閉手段１０８の開閉バルブ１１０は図２に実線で示す開位置に保持され、排ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２は、制御手段１４２のメモリ１４８に記憶された作動プログラムによって相互に関連して開閉制御される。即ち、エンジン２からの排ガスの一部は第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給され、かかる排ガスの熱は高温再生器２２にて回収される。このとき、追焚きバーナ手段１３４が燃焼され、追焚きバーナ手段１３４からの燃焼排ガスも第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給されて回収される。また、排ガスの残部は第２排ガス流路１４を通して大気中に排出され、大気中に排出される排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器８２によって温水に回収される。従って、エンジン２からの排ガスの排出量が多くてもこの排ガスは第１及び第２排ガス流路１２，１４を通して流れ、エンジン２からの排ガスの熱を有効に高効率に回収することができる。また、追焚きバーナ手段１３４の燃料量を制御することによって、高温再生器２２内の吸収液の加熱状態を調整することができる。
【００３４】
作動プログラムには、炉体１０２内の圧力、即ち追焚きバーナ手段３４による燃焼排ガスの圧力と第１排ガス流路１２を流れる排ガスの圧力との合計圧力が実質上一定になる、例えば約１００ｍｍＡｑになるように、排気ガスバルブ１１６の開度と空気バルブ１３２の開度との関係がプログラムされている。従って、上述した作動時に、例えば追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多く（又は少なく）なる、即ちその供給制御バルブ１２３の開度が大きく（又は小さく）なると、制御手段１４２はこの供給制御バルブ１２３の開度に関連して空気ダンパ１３０の第３作動源１３４を作動させて空気バルブ１３２の開度をを大きく（又は小さく）するとともに、ファン装置１２６の回転数を上げ（又は下げ）、これによって炉体１０２内に送給される燃焼用空気の送給量が増大し（又は減少し）、燃焼バーナ１２２の燃焼に必要な空気量が送給される。また、このように追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多く（又は少なく）なると、制御手段１４２はメモリ１４８に記憶された作動プログラムに基づいて排気ダンパ１１４の第２作動源１１８を作動させて排ガスバルブ１１６の開度を大きく（又は小さく）し、この排ガスバルブ１１６を空気バルブ１３２の開度位置に対応する所定開度位置に保持し、これによって、第２排ガス流路１４を通して排出される排ガスの排出量が増大（又は減少）し、炉体１０２内に流れる排ガスの流量が少なく（又は多く）なる。追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多くなると、発生する燃焼排ガスによって炉体１０２内の圧力が高くなるが、上述したように大気中に排出される量が多くなって炉体１０２内に流入する排ガス量が少なり、これによって炉体１０２内の圧力を実質上一定に保持することができ、これによって追焚きバーナ手段３４の燃焼状態を良好に維持することができる。
【００３５】
エンジン２からの排ガスを高温再生器２２にて回収しない場合、排ガス開閉手段１０８の開閉バルブ１１０は図２に破線で示す閉位置に保持され、エンジン２からの排ガスは第２排ガス流路１４を通して大気中に排出され、第１排ガス流路１２を通して炉体１０２内に流れることはない。このとき、大気中に排出される排ガスは排ガス・温水熱交換器８２にて温水循環１０を流れる温水との間で熱交換され、熱交換された後に放出される。
【００３６】
上述したシステムでは、エンジン２からの排ガスは高温再生器２２にて吸収液に熱回収された後に、又は排ガス・温水熱交換器８２にて温水との間で熱交換された後に大気中に排出されるので、排ガスが直接的に大気中に排出される場合に比して大気中に排出される排ガス温度を低くすることができる。そして、このことに関連して、排ガスを大気に排出する部位に配設されるサイレンサ（図示せず）を高温仕様にする必要がなくなり、中温仕様のものでも充分な耐久性が得られ、これによって、製造コストの低減を図ることができる。
【００３７】
尚、排ガス熱の回収が不要で且つ他の温水負荷がない場合、温水循環流路１０に配設された切換バルブ（図示せず）が切り換えられ、エンジン２のジャケット１６及び温水循環流路１０を通して流れる温水はクーリングタワー２０を通して流れる。従って、エンジン２からの排ガスは第２の排ガス流路１４を通して大気中に排出され、排出される排ガスの熱は、上述したように排ガス・温水熱交換器８２にて温水循環流路１０を通して循環される温水との間で熱交換されるが、温水の熱はクーリングタワー２０にて大気中に放熱され、クーリングタワー２０にて冷却された温水がジャケット１６に流れる。
【００３８】
以上、本発明に従う熱回収装置を一例としての吸収冷凍機に適用して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、上述した実施形態では、エンジンとして燃料用ガスを用いるガスエンジン２を、また追焚きバーナ手段３４として燃料用ガスを用いるものを用いているが、エンジン２及び／又は追焚きバーナ手段３４として重油等の液体燃料を用いるものを用いるようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態では、排ガスダンパ１１４の排ガスバルブ１１６及び空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２を制御手段１４２によって電気的に作動させているが、これに代えて、排気ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２をリンク機構等を介して機械的に連結し、例えば空気バルブ１３２（又は排ガスバルブ１１６）の回動に伴って排ガスバルブ１１６（又は空気バルブ１３２）を連動して回動するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の請求項１の熱回収装置によれば、エンジンからの排ガスが高温再生器に導くための第１排ガス流路と大気に排出するための第２排ガス流路を通して流れるので、その排出量が多くなっても問題がなく、また第１排ガス流路を流れる排ガスの熱は高温再生器にて、また第２排出流路を流れる排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器にて回収することができ、排ガス熱の回収を無駄なく高効率に行うことができる。
【００４１】
また、本発明の請求項２の熱回収装置によれば、第２排ガス流路に排ガスダンパが設けられ、この排ガスダンパが炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されるので、炉体内の圧力が高くなることが回避され、追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好な状態に維持することができる。
更に、本発明の請求項３の熱回収装置によれば、燃焼用空気を炉体に導くための空気送給流路に空気ダンパが設けられ、排ガスダンパ及び空気ダンパが相互に関連して開閉制御されるので、比較的簡単な構成でもって炉体内の圧力を実質上一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機を備えたコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムにおける追焚きバーナ手段及びその近傍を簡略的に示す断面図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
２ ガスエンジン
８ 排ガス流路
１０ 温水循環流路
１２ 第１排ガス流路
１４ 第２排ガス流路
２２ 高温再生器
２４ 低温再生器
２６ 凝縮器
２８ 蒸発器
３０ 吸収器
３４ 追焚きバーナ手段
８２ 排ガス・温水熱交換器
１０２ 炉体
１０８ 排ガス開閉手段
１１４ 排ガスダンパ
１２４ 空気供給手段
１３０ 空気ダンパ
１４２ 制御手段
Ｒ 吸収式冷凍機
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を熱源として利用する熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機は、例えば、吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器及び蒸発器を備えている。吸収器からの吸収液は低温再生器に送給され、低温再生器はエンジンの温水熱を利用して吸収液を加熱し、低温再生器にて送給され加熱された吸収液は高温再生器に送給され、高温再生器はエンジンの排ガス熱を利用して吸収液を加熱する。高温再生器にて加熱された吸収液は吸収器に送給され、この吸収器にて吸収されて吸収液に戻る。低温再生器及び高温再生器にて発生した冷媒蒸気は凝縮器に送給され、冷却水によって冷却されて凝縮される。凝縮された冷媒液は蒸発器に送給され、この蒸発器にて蒸発され、その気化熱により、冷暖房負荷を通して循環される例えば水を冷却する。蒸発器にて蒸発された冷媒蒸気は吸収器に送給され、この吸収器にて吸収されて吸収液に戻り、この吸収液が上述したように再生器に送給される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の吸収冷凍機では、エンジンから排出される排ガスの全てが高温再生器に送給され、この高温再生器を通して外部に排出される。一般に、排ガスを清浄化するために三元触媒を用いるエンジン（三元触媒式エンジン）では、排ガスの排出量が比較的少なく、排出される排ガスの全てを高温再生器に送給しても特に問題は生じないが、排ガスの清浄化とともに燃料消費量を少なくするための希薄燃焼エンジンでは、三元触媒式エンジンよりも排出される排ガスの排出量が多く、排ガスの全量を高温再生器に送給すると排ガス圧が高くなる。特に、エンジンからの排ガスを高温再生器に導く排ガス流路に追焚きバーナ手段を設けた形態のものにおいては、追焚きバーナ手段の燃焼を行う炉体内にエンジンからの排ガスと追焚きバーナ手段の燃焼排ガスとが流入するが、この排ガスの流入量が多くなっても、炉体からの排ガスの流出量が大きくなりにくく、これによって炉体内の圧力が高くなって追焚きバーナ手段の燃焼状態が悪くなる問題がある。
【０００４】
本発明の目的は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を効率良く回収することができる熱回収装置を提供することである。
本発明の他の目的は、エンジンからの排ガスの排出量が多くても追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好に保つことができる熱回収装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンの排ガス熱及び温水熱を熱源として利用する熱回収装置であって、
排ガス熱を回収するための高温再生器と、温水熱を回収するための低温再生器と、排ガスと温水との間で熱交換を行うための排ガス・温水熱交換器と、前記エンジンの排ガスを前記高温再生器に導くための第１排ガス流路と、前記エンジンの排ガスを前記排ガス・温水熱交換器を通して大気に排出するための第２排ガス流路と、前記エンジンの温水を前記排ガス・温水熱交換器及び前記低温再生器を通して循環するための温水循環流路とを備えており、
前記第１排ガス流路を通して流れる排ガスの熱は前記高温再生器にて回収され、前記第２排ガス流路を流れる排ガスの熱は前記排ガス・温水熱交換器にて前記温水循環流路を流れる温水に回収され、また前記温水循環流路を通して流れる温水の熱は前記低温再生器にて回収されることを特徴とする。
【０００６】
本発明に従えば、エンジンから排出される排ガスは第１排ガス流路を通して高温再生器に送給され、また排ガス・温水熱交換器が設けられた第２排ガス流路を通して大気に排出され、そして第１排ガス流路を流れる排ガスの熱は高温再生器にて回収され、また第２排ガス流路を流れる排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器にて回収される。従って、エンジンからの排ガスが第１及び第２排ガス流路を通して流れるので、その排出量が多くなっても問題がなく、また第１及び第２排出流路を流れる排ガスの熱を回収することができる。特に、排ガス熱の回収を高温再生器及び排ガス・温水熱交換器によって行っているので、その熱を無駄なく高効率に回収することができる。
【０００７】
また、本発明では、前記第１排ガス流路には前記高温再生器に関連して炉体が設けられ、この炉体には燃料を燃焼する追焚きバーナ手段及び燃焼用空気を供給するための空気供給手段が設けられているとともに、前記第２排ガス流路にはそこを流れる排ガスの流量を制御するための排ガスダンパが設けられており、前記排ガスダンパは、前記炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に従えば、第１排出流路には炉体が設けられ、この炉体にて追焚きバーナ手段により燃料が燃焼され、この燃焼排ガスがエンジンからの排ガスとともに高温再生器に送給される。従って、高温再生器にて吸収液を充分な熱でもって加熱することができる。また、第２排ガス流路には排ガスダンパが設けられ、この排ガスダンパは炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されるので、炉体内の圧力が高くなることが回避され、追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好な状態に維持することができる。例えば、追焚きバーナ手段による燃焼排ガスが多くなる（又は少なくなる）と、排ガスダンパの開度が大きく（又は小さく）なって第２排ガス流路を通して外部に排出される排ガス量が多く（又は少なく）なり、これによって第１排ガス流路を流れる排ガス量が少なく（又は多く）なり、このようにして炉体内の圧力が実質上一定に保たれる。
【０００９】
更に、本発明に従えば、前記空気供給手段は、燃焼用空気を供給するためのファン装置及び前記ファン装置からの燃焼用空気を前記炉体内に導くための空気送給流路を備え、前記空気送給流路にはそこを流れる燃焼用空気の流量を制御するための空気ダンパが設けられており、前記排ガスダンパ及び前記空気ダンパは前記炉体内の圧力が一定となるように相互に関連して開閉制御されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に従えば、燃焼用空気を炉体に導くための空気送給流路に空気ダンパが設けられ、排ガスダンパ及び空気ダンパが相互に関連して開閉制御されるので、比較的簡単な構成でもって炉体内の圧力を実質上一定に維持することができる。例えば、空気ダンパの開度が大きく（又は小さく）なって燃焼用空気の送給量が多く（又は少なく）なると、追焚きバーナ手段からの燃焼排ガスが多く（又は少なく）なる。このとき、空気ダンパの開閉制御に関連して排ガスダンパも開閉制御され、排ガスダンパの開度が大きく（又は小さく）なるように制御され、第２排ガス流路を通して排出される排ガスの排出量が多く（又は少なく）なる。空気ダンパ及び排ガスダンパがこのように相互に関連して開閉制御されるので、追焚きバーナ手段の燃焼量が変化しても炉体内の圧力を実質上一定に維持してその燃焼状態を良好に保つことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う熱回収装置について説明する。図示の実施形態では、本発明を熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機に適用し、またこの吸収式冷凍機をコージェネレーションシステムに適用して説明するが、吸収式冷凍機以外のその他の熱回収装置にも同様に適用することができる。図１は、熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機を備えたコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムにおける追焚きバーナ手段及びその近傍を簡略的に示す断面図であり、図３は、図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【００１２】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、燃料として燃料用ガスを使用するガスエンジン２と、このガスエンジン２により駆動される発電機４と、ガスエンジン２の排ガス熱及び温水熱を回収するための熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機Ｒを備えている。ガスエンジン２は、燃料ガス供給路６を通して供給される都市ガス等の燃料用ガスを燃料とし、排ガス流路８及び温水循環流路１０を含んでいる。排ガス流路８は第１排ガス流路１２及び第２排ガス流路１４から構成され、エンジン２からの排ガスが第１及び第２排ガス流路１２，１４を通して流れる。また、温水循環流路１０はガスエンジン２を冷却するためのジャケット１６（エンジン冷却部に相当する）を含み、ガスエンジン２の冷却水（エンジン２の運転によって温水となる）が温水循環流路１０を通して循環される。この温水循環流路１０には、温水を循環するための循環用ポンプ１８が配設されている。また、温水循環経路１０にはクーリングタワー２０が接続されており、温水がクーリングタワー２０を通して流れると、温水の熱がクーリングタワー２０から大気に放出される。
【００１３】
この実施形態では、吸収式冷凍機Ｒは、再生器Ｇとして、ガスエンジン２からの排ガス熱を利用して吸収液を加熱する高温再生器２２と、高温再生器２２からの冷媒蒸気とガスエンジン２からの温水の熱を利用して吸収液を加熱する低温再生器２４とを備え、更に高温再生器２２及び低温再生器２４からの冷媒蒸気を凝縮させるための凝縮器２６と、その凝縮器２６からの冷媒蒸気を蒸発させるための蒸発器２８と、その蒸発器２８からの冷媒蒸気を低温再生器２４及び高温再生器２２からの吸収液に吸収させるための吸収器３０を含んでいる。
【００１４】
この吸収式冷凍機Ｒでは、低温再生器２４からの吸収液を加熱する高温再生器２２の加熱部Ｈｇが加熱コイル３２から構成されている。この加熱コイル３２は高温再生器２２の液溜り部に浸潰する状態で配設され、ガスエンジン２からの排ガス（及び／又は追焚きバーナ手段３４からの燃焼排ガス）がこの加熱コイル３２を通して流れ、排ガス熱（及び／又は燃焼排ガス熱）を利用して高温再生器２２内の吸収液が加熱される。追焚き用バーナ手段３４及びそれに関連する構成については、後に詳述する。
【００１５】
吸収式冷凍機Ｒについて更に説明すると、吸収器３０の液溜まり部と低温再生器２４の気相部とが希液供給路３６を介して接続され、この希液供給路３６には吸収液ポンプ３８が配設され、吸収液ポンプ３８の作用によって、冷媒蒸気を吸収した吸収器３０内の低濃度の吸収液（以下、「希液」とも称する）が低温再生器２４に送給される。低温再生器２４の液溜まり部と高温再生器２２の気相部とが中液供給路４０を介して接続され、低温再生器２４内の中濃度の吸収液（以下、「中液」とも称する）が高温再生器２２に送給される。また、高温再生器２２の液溜まり部と吸収器３０の上部の吸収液散布具４２とが濃液供給路４４を介して接続され、高温再生器２２内の高濃度の吸収液（以下、「濃液」とも称する）が吸収器３０に送給される。
【００１６】
高温再生器２２の液溜まり部には加熱コイル３２が浸漬され、この加熱コイル３２に第１排ガス流路１２が接続され、ガスエンジ２からの排ガスが第１排ガス流路１２及び加熱コイル３２を通して流れる。この形態では、後に詳述する如く、ガスエンジン２からの排ガスに加えて（又はこの排ガスに代えて）追焚きバーナ手段３４からの燃焼排ガスが加熱コイル３２を通して流れるように構成されている。
【００１７】
中液供給路４０及び濃液供給路４４には高温熱交換器４６が設けられており、この高温熱交換器４６は、高温再生器２２から濃液供給路４４を通して吸収器３０の吸収液散布具４２に送給される高温の濃液によって、低温再生器２４から中液供給路４０を通して高温再生器２２に送給される中液を加熱する。また、希液供給路３６及び濃液供給路４４には低温熱交換器４８が設けられており、この低温熱交換器４８は、高温再生器２２から濃液供給路４４を通して吸収器３０の吸収液散布具４２に送給される高温の濃液によって、吸収器３０から希液供給路３６を通して低温再生器２４に送給される希液を加熱する。図１に示すように、低温熱交換器２４は、濃液供給路４４の濃液の流れ方向に見て、高温熱交換器４６よりも下流側に設けらており、従って、高温熱交換器４６にて中液との間で熱交換された後の濃液によって希液が加熱される。
【００１８】
ガスエンジン２のジャケット１６と低温再生器２４とが温水循環路１０を介して接続されている。温水循環路１０の一部は低温再生器２２内の吸収液に浸漬され、循環用ポンプ１８の作用によって、ジャケット８内の温水が温水循環路１０を通して循環される。温水循環路１０の浸漬された部分５０が温水加熱部Ｈｗとして作用し、この温水加熱部Ｈｗにおいて温水の熱によって低温再生器２４内の吸収液が加熱される。
【００１９】
高温再生器２２の気相部と凝縮器２６とが冷媒蒸気供給路５２を介して接続され、高温再生器２２の冷媒蒸気が冷媒供給路５２を通して凝縮器２６に送給される。この形態では、冷媒蒸気供給路５２の一部に冷媒蒸気熱源加熱コイル５４が設けられ、この冷媒蒸気熱源加熱コイル５４が低温再生器２４内の吸収液に浸漬され、冷媒蒸気熱源加熱コイル５４を流れる冷媒蒸気の熱によって低温再生器２４内の吸収液が加熱される。また、低温再生器２４の気相部と凝縮器２６とが冷媒蒸気供給路５６を介して接続され、低温再生器２４にて生成された冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給される。
【００２０】
凝縮器２６の底部と蒸発器２８の気相部とが冷媒液供給路５８を介して接続されており、凝縮器２６にて凝縮された冷媒液は冷媒供給路５８を介して蒸発器２８に送給される。蒸発器２８の上部には冷媒液散布具６０が配設され、蒸発器２６内の液溜まり部と冷媒液散布具６０とが冷媒液供給路６２を介して接続され、この冷媒液供給路６２に冷媒ポンプ６４が配設されている。従って、冷媒ポンプ６４の作用によって、蒸発器２８内の冷媒液が冷媒液供給路６２を通して冷媒液散布具６０に送給され、この散布部６０から蒸発器２８内に散布される。更に、蒸発器２８の気相部と吸収器３０の気相部とが冷媒蒸気供給路６６を介して接続されており、蒸発器２８内の冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路６６を介して吸収器３０に送給される。
【００２１】
吸収器３０及び凝縮器２６をこの順序で流れるように冷却水供給路６８が設けられている。冷却水供給路６８は第１冷却コイル７０及び第２冷却コイル７２を有し、第１冷却コイル７０が吸収器３０の気相部に配設され、また第２冷却コイル７２が凝縮器２６の気相部に配設されている。図示していないが、冷却水供給路６８は冷却塔（図示せず）に接続され、冷却塔からの冷却水が冷却水供給路６８を通して流れた後この冷却塔に戻るように構成されている。従って、冷却塔からの冷却水は、第１及び第２冷却コイル７０，７２を通して循環され、吸収器３０においては第１冷却コイル７０を流れる冷却水によってその内部の冷媒蒸気が冷却され、また凝縮器２６においては第２冷却コイル７２を流れる冷却水によってその内部の冷媒蒸気が冷却される。
【００２２】
エアコン等の冷暖房負荷７４と蒸発器２８の気相部とは冷水循環路７６を介して接続されている。冷水循環路７６は熱授受コイル７８を有し、この熱授受コイル７８が蒸発器２８の気相部に配設され、また冷水循環路７６には冷水ポンプ８０が設けられている。かく構成されているので、冷水ポンプ８０の作用によって、冷水循環路７６及び冷暖房負荷７４を通して冷水が循環され、熱授受コイル７８を流れる冷水が冷却される。
【００２３】
更に、温水循環流路１０及び第１排ガス流路１４には、排ガス・温水熱交換器８２が配設されている。この排ガス・温水熱交換器８２は、第２排ガス流路１４を流れる排ガスの熱によって、エンジン２のジャケット１６から低温再生器２４に流れる温水を加熱する。
この吸収冷凍機Ｒは、例えば、冷房運転時に次の通りに作動する。高温再生器２２にて吸収液から発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給され、また低温再生器２４にて発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給され、送給された冷媒蒸気は凝縮器２６にて第２冷却コイル７２を流れる冷却水の作用によって凝縮される。このように凝縮した冷媒液は凝縮器２６の底部に溜まり、冷却液供給路５８を通して蒸発器２８に送給される。この蒸発器２８では、その液溜まり部に溜まった冷媒液が冷媒液供給路６２を通して冷媒液散布具６０に送給され、この冷媒液散布具６０から散布される。かく散布された冷媒液は熱授受コイル７８の作用によって蒸発され、蒸発の際の気化熱により熱授受コイル７８を通して流れる水が冷却され、このようにして冷暖房負荷７４を通して冷水が循環される。
【００２４】
吸収器３０において冷媒蒸気を吸収した吸収液は、希液供給路３６及び低温熱交換器４８を通して低温再生器２４に送給され、かく送給される希液は低温熱交換器４８にて高温再生器２２から吸収器３０に送給される濃液によって予熱される。低温再生器２４では、高温再生器２２から冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給される冷媒蒸気と、ジャケット１６及び温水循環路１０を通して循環される温水とによって、内部の希液が加熱され、発生した冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５６を通して凝縮器２６に送給され、また加熱された中液が中液供給路４０及び高温熱交換器４６を通して高温再生器２２に送給され、かく送給される中液は高温熱交換器４６にて高温再生器２２から吸収器３０に送給される濃液によって予熱される。高温再生器２２では、ガスエンジン２からの排ガスが第１排ガス流路１２を通して加熱コイル３２を流れることによって、及び／又は追焚き用バーナ手段３４からの燃焼排ガスが加熱コイル３２を流れることによって、吸収液が加熱され、発生した冷媒蒸気が冷媒蒸気供給路５２を通して凝縮器２６に送給される。また、加熱された濃液は濃液供給路４４を通して吸収器３０に送給され、このようにして吸収液が所要の通りに循環される。また、吸収器３０では、吸収液が冷媒蒸気を吸収し、かく吸収することによって発生する吸収熱が第１冷却コイル７０を流れる冷却水に与えられる。更に、凝縮器２６では、冷媒蒸気が凝縮され、かく凝縮することによって発生する凝縮熱が第２冷却コイル７２を流れる冷却水に与えられる。
【００２５】
次に、主として図２を参照して追焚きバーナ手段３４及びこれに関連する構成について説明すると、この実施形態では、エンジン２からの排ガスを高温再生器２２に導く第１排ガス流路１２の一部に略円筒状の炉体１０２が設けられている。また、エンジン２からの排ガスを大気に放出するための第２排ガス流路１４は、この第１排ガス流路１２から分岐して設けられ、矢印１０４で示す排ガスの流れ方向に見て炉体１０２より上流側にて第１排ガス流路１２に接続されている。
【００２６】
第１排ガス流路１２には、第２排ガス流路１４の分岐部と炉体１０２との間の部位に排ガス開閉手段１０８が配設されている。図示の排ガス開閉手段１０８は第１排ガス流路１２を開閉するための開閉バルブ１１０と、この開閉バルブ１１０を開閉するための第１作動源１１２とを備え、第１作動源１１２が例えば電磁ソレノイドから構成される。例えば、第１作動源１１２が作動しない状態では開閉バルブ１１０は図２に実線で示す開位置に保持され、エンジン２からの排ガスは第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給される。一方、第１作動源１１２が作動すると、この開閉バルブ１１０は図２に破線で示す閉位置に保持され、エンジン２からの排ガスが高温再生器２２に実質上送給されることはない。
【００２７】
また、第２排ガス流路１４には、排ガスの流れ方向に見て排ガス・温水熱交換器８２より下流側に排ガスダンパ１１４が配設されている。図示の排ガスダンパ１１４は、第２排ガス流路１４を開閉するための排ガスバルブ１１６と、この排ガスバルブ１１６を回動させるための第２作動源１１８とを備え、第２作動源１１８は例えばステッピングモータから構成される。第２作動源１１８によって排ガスバルブ１１６の開度が大きく（又は小さく）なると、第２排ガス流路１４を通して大気中に排出される排ガスの排出量が多く（又は少なく）なり、これによって、エンジン２から第１の排ガス流路１２を通して高温再生器２２に流れる排ガスの流量が減少（又は増大）する。
【００２８】
追焚きバーナ手段３４は炉体１０２の一端壁１２０に取り付けられている。追焚きバーナ手段３４は燃焼バーナ１２２を備え、この燃焼バーナ１２２が上記一端壁１２０を通して炉体１０２内に延びている。追焚きバーナ手段３４には都市ガス等の燃料用ガスが供給され、供給された燃料用ガスは燃焼バーナ１２２から炉体１０２内に噴出され、燃料用ガスが燃焼することによって燃焼排ガスが生成され、生成された燃焼排ガス（又はこれとともに第１排ガス流路１２を流れるエンジン２からの排ガスとともに）が高温再生器２２の加熱コイル３２に送給される。尚、追焚きバーナ手段３４は、燃焼バーナ１２２への燃料用ガスの供給を制御するための供給制御バルブ１２３を含んでいる。
【００２９】
追焚きバーナ手段３４に関連して、炉体１０２内に燃焼用空気を供給するための空気供給手段１２４が設けられている。この実施形態では、空気供給手段１２４はファン装置１２６と、このファン装置１２６からの空気を炉体１０２内に導く空気送給流路１２８から構成され、空気送給流路１２８には空気ダンパ１３０が配設されている。ファン装置１２６はブロア（図示せず）を有し、ブロアが所定方向に回転することによって、燃焼用空気が空供給流路１２８を通して炉体１０２内に送給される。また、図示の空気ダンパ１３０は、空気送給流路１２８を開閉するための空気バルブ１３２と、この空気バルブ１３２を回動させるための第３作動源１３４とを備え、第３作動源１３４は例えばステッピングモータから構成される。第３作動源１３４によって空気バルブ１３２の開度が大きく（又は小さく）なると、空気送給流路１２８を通して炉体１０２内に供給される燃焼用空気の供給量が多く（又は少なく）なる。尚、この空気バルブ１３２の開閉制御は、後述するように排ガスバルブ１１６の開閉制御と相互に関連してして行われる。
【００３０】
この形態では、ファン装置１２６はインバータ１３６を含み（図３参照）、インバータ１３６によってその回転数が制御される。ファン装置１２６の回転数は空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２の開度に関連して制御され、ファン装置１２６のブロアは、例えば、空気バルブ１３２の開度が小さいときには比較的低速で回転され（炉体１０２に送給される空気量は少なくなる）、空気バルブ１３２の開度が大きいときには比較的高速でされ（炉体１０２に送給される空気量は多くなる）、空気バルブ１３２の開度が中程度であるときには中程度の速度で回転される（炉体１０２に送給される空気量も中程度となる）。
【００３１】
図３をも参照して、図示のコージェネレーションシステムは、更に、システムを制御するための制御手段１４２を備えている。制御手段１４２は例えばマイクロコンピュータから構成され、操作入力手段１４４及び圧力センサ１４６からの操作信号及び検出信号が制御手段１４２に送給される。操作入力手段１４４はシステムの操作パネル（図示せず）に配設され、コージェネレーションシステムの運転を操作制御するための各種操作スイッチ（図示せず）を備えており、これら操作スイッチを操作してコージェネレーションシステムの運転状態が選択される。圧力センサ１４６は、図示していないが、炉体１０２内に配設され、炉体１０２内に流入する排ガスの圧力を検出する。
【００３２】
制御手段１４２はメモリ１４８を含み、このメモリ１４８には作動プログラムが記憶されている。この作動プログラムには、コージェネレーションシステムの作動時における排ガスダンパ１１４の排ガスバルブ１１６と空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２とを関連させて開閉制御するプログラムが含まれており、排ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２は、このプログラムに基づいて開閉制御される。
【００３３】
再び主として図１及び図２を参照して、このシステムにおいては、通常の運転状態にてエンジン２からの排気ガスを高温再生器２２で回収する場合、排ガス開閉手段１０８の開閉バルブ１１０は図２に実線で示す開位置に保持され、排ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２は、制御手段１４２のメモリ１４８に記憶された作動プログラムによって相互に関連して開閉制御される。即ち、エンジン２からの排ガスの一部は第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給され、かかる排ガスの熱は高温再生器２２にて回収される。このとき、追焚きバーナ手段１３４が燃焼され、追焚きバーナ手段１３４からの燃焼排ガスも第１排ガス流路１２を通して高温再生器２２に送給されて回収される。また、排ガスの残部は第２排ガス流路１４を通して大気中に排出され、大気中に排出される排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器８２によって温水に回収される。従って、エンジン２からの排ガスの排出量が多くてもこの排ガスは第１及び第２排ガス流路１２，１４を通して流れ、エンジン２からの排ガスの熱を有効に高効率に回収することができる。また、追焚きバーナ手段１３４の燃料量を制御することによって、高温再生器２２内の吸収液の加熱状態を調整することができる。
【００３４】
作動プログラムには、炉体１０２内の圧力、即ち追焚きバーナ手段３４による燃焼排ガスの圧力と第１排ガス流路１２を流れる排ガスの圧力との合計圧力が実質上一定になる、例えば約１００ｍｍＡｑになるように、排気ガスバルブ１１６の開度と空気バルブ１３２の開度との関係がプログラムされている。従って、上述した作動時に、例えば追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多く（又は少なく）なる、即ちその供給制御バルブ１２３の開度が大きく（又は小さく）なると、制御手段１４２はこの供給制御バルブ１２３の開度に関連して空気ダンパ１３０の第３作動源１３４を作動させて空気バルブ１３２の開度をを大きく（又は小さく）するとともに、ファン装置１２６の回転数を上げ（又は下げ）、これによって炉体１０２内に送給される燃焼用空気の送給量が増大し（又は減少し）、燃焼バーナ１２２の燃焼に必要な空気量が送給される。また、このように追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多く（又は少なく）なると、制御手段１４２はメモリ１４８に記憶された作動プログラムに基づいて排気ダンパ１１４の第２作動源１１８を作動させて排ガスバルブ１１６の開度を大きく（又は小さく）し、この排ガスバルブ１１６を空気バルブ１３２の開度位置に対応する所定開度位置に保持し、これによって、第２排ガス流路１４を通して排出される排ガスの排出量が増大（又は減少）し、炉体１０２内に流れる排ガスの流量が少なく（又は多く）なる。追焚きバーナ手段３４の燃焼量が多くなると、発生する燃焼排ガスによって炉体１０２内の圧力が高くなるが、上述したように大気中に排出される量が多くなって炉体１０２内に流入する排ガス量が少なり、これによって炉体１０２内の圧力を実質上一定に保持することができ、これによって追焚きバーナ手段３４の燃焼状態を良好に維持することができる。
【００３５】
エンジン２からの排ガスを高温再生器２２にて回収しない場合、排ガス開閉手段１０８の開閉バルブ１１０は図２に破線で示す閉位置に保持され、エンジン２からの排ガスは第２排ガス流路１４を通して大気中に排出され、第１排ガス流路１２を通して炉体１０２内に流れることはない。このとき、大気中に排出される排ガスは排ガス・温水熱交換器８２にて温水循環１０を流れる温水との間で熱交換され、熱交換された後に放出される。
【００３６】
上述したシステムでは、エンジン２からの排ガスは高温再生器２２にて吸収液に熱回収された後に、又は排ガス・温水熱交換器８２にて温水との間で熱交換された後に大気中に排出されるので、排ガスが直接的に大気中に排出される場合に比して大気中に排出される排ガス温度を低くすることができる。そして、このことに関連して、排ガスを大気に排出する部位に配設されるサイレンサ（図示せず）を高温仕様にする必要がなくなり、中温仕様のものでも充分な耐久性が得られ、これによって、製造コストの低減を図ることができる。
【００３７】
尚、排ガス熱の回収が不要で且つ他の温水負荷がない場合、温水循環流路１０に配設された切換バルブ（図示せず）が切り換えられ、エンジン２のジャケット１６及び温水循環流路１０を通して流れる温水はクーリングタワー２０を通して流れる。従って、エンジン２からの排ガスは第２の排ガス流路１４を通して大気中に排出され、排出される排ガスの熱は、上述したように排ガス・温水熱交換器８２にて温水循環流路１０を通して循環される温水との間で熱交換されるが、温水の熱はクーリングタワー２０にて大気中に放熱され、クーリングタワー２０にて冷却された温水がジャケット１６に流れる。
【００３８】
以上、本発明に従う熱回収装置を一例としての吸収冷凍機に適用して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、上述した実施形態では、エンジンとして燃料用ガスを用いるガスエンジン２を、また追焚きバーナ手段３４として燃料用ガスを用いるものを用いているが、エンジン２及び／又は追焚きバーナ手段３４として重油等の液体燃料を用いるものを用いるようにしてもよい。
【００３９】
また、上述した実施形態では、排ガスダンパ１１４の排ガスバルブ１１６及び空気ダンパ１３０の空気バルブ１３２を制御手段１４２によって電気的に作動させているが、これに代えて、排気ガスバルブ１１６及び空気バルブ１３２をリンク機構等を介して機械的に連結し、例えば空気バルブ１３２（又は排ガスバルブ１１６）の回動に伴って排ガスバルブ１１６（又は空気バルブ１３２）を連動して回動するようにしてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の請求項１の熱回収装置によれば、エンジンからの排ガスが高温再生器に導くための第１排ガス流路と大気に排出するための第２排ガス流路を通して流れるので、その排出量が多くなっても問題がなく、また第１排ガス流路を流れる排ガスの熱は高温再生器にて、また第２排出流路を流れる排ガスの熱は排ガス・温水熱交換器にて回収することができ、排ガス熱の回収を無駄なく高効率に行うことができる。
【００４１】
また、本発明の請求項２の熱回収装置によれば、第２排ガス流路に排ガスダンパが設けられ、この排ガスダンパが炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されるので、炉体内の圧力が高くなることが回避され、追焚きバーナ手段の燃焼状態を良好な状態に維持することができる。
更に、本発明の請求項３の熱回収装置によれば、燃焼用空気を炉体に導くための空気送給流路に空気ダンパが設けられ、排ガスダンパ及び空気ダンパが相互に関連して開閉制御されるので、比較的簡単な構成でもって炉体内の圧力を実質上一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱回収装置の一例としての吸収式冷凍機を備えたコージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１のコージェネレーションシステムにおける追焚きバーナ手段及びその近傍を簡略的に示す断面図である。
【図３】図１のコージェネレーションシステムの制御系を簡略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
２ ガスエンジン
８ 排ガス流路
１０ 温水循環流路
１２ 第１排ガス流路
１４ 第２排ガス流路
２２ 高温再生器
２４ 低温再生器
２６ 凝縮器
２８ 蒸発器
３０ 吸収器
３４ 追焚きバーナ手段
８２ 排ガス・温水熱交換器
１０２ 炉体
１０８ 排ガス開閉手段
１１４ 排ガスダンパ
１２４ 空気供給手段
１３０ 空気ダンパ
１４２ 制御手段
Ｒ 吸収式冷凍機
Claims (3)
- エンジンの排ガス熱及び温水熱を熱源として利用する熱回収装置であって、
排ガス熱を回収するための高温再生器と、温水熱を回収するための低温再生器と、排ガスと温水との間で熱交換を行うための排ガス・温水熱交換器と、前記エンジンの排ガスを前記高温再生器に導くための第１排ガス流路と、前記エンジンの排ガスを前記排ガス・温水熱交換器を通して大気に排出するための第２排ガス流路と、前記エンジンの温水を前記排ガス・温水熱交換器及び前記低温再生器を通して循環するための温水循環流路とを備えており、
前記第１排ガス流路を通して流れる排ガスの熱は前記高温再生器にて回収され、前記第２排ガス流路を流れる排ガスの熱は前記排ガス・温水熱交換器にて前記温水循環流路を流れる温水に回収され、また前記温水循環流路を通して流れる温水の熱は前記低温再生器にて回収されることを特徴とする熱回収装置。 - 前記第１排ガス流路には前記高温再生器に関連して炉体が設けられ、この炉体には燃料を燃焼する追焚きバーナ手段及び燃焼用空気を供給するための空気供給手段が設けられているとともに、前記第２排ガス流路にはそこを流れる排ガスの流量を制御するための排ガスダンパが設けられており、前記排ガスダンパは、前記炉体内の圧力が実質上一定となるように開閉制御されることを特徴とする請求項１記載の熱回収装置。
- 前記空気供給手段は、燃焼用空気を供給するためのファン装置及び前記ファン装置からの燃焼用空気を前記炉体内に導くための空気送給流路を備え、前記空気送給流路にはそこを流れる燃焼用空気の流量を制御するための空気ダンパが設けられており、前記排ガスダンパ及び前記空気ダンパは前記炉体内の圧力が一定となるように相互に関連して開閉制御されることを特徴とする請求項２記載の熱回収装置。
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