JP5189387B2

JP5189387B2 - 熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置

Info

Publication number: JP5189387B2
Application number: JP2008066822A
Authority: JP
Inventors: 聡一郎辻本; 裕士中西
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP2009222293A

Description

本発明は、熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置に関するものである。

従来より、熱電併給装置において原動機等の熱源で発生する排熱を利用した装置が知られており（例えば特許文献１参照）、例えば図２に示すように、熱源１１で発生する排熱により水を加熱して温水を生成する給湯器等がよく利用されている。これは、熱電併給装置１の熱源１１を冷却する冷却水の循環流路１２と、循環流路１２に水−水熱交換器１７とを備えている。
特開２００３−３０２１００号公報

しかしながら、上記従来例においては、熱源１１を冷却する冷却水との間で熱交換を行う水−水熱交換器１７を設けているが、温風を生成して暖房として利用したい場合、前記温水と熱交換を行なうための放熱器７４を使用先（栽培施設４）に設ける必要があった。また、温水や温風を利用しない場合には、冷却水を放熱器１８により冷却しなければならず、この放熱器１８が必要となるものであった。つまり、水−水熱交換器１７、放熱器７４、放熱器１８の３つの熱交換器が必要であった。なお、図２中の符号１２は循環流路、１８は放熱器、７５は循環流路、９は制御装置、９１、９２は電磁弁、９３は温度計である。

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、熱源を冷却する冷却水との間で熱交換を行う水−水熱交換器が不要となり、また、温風を熱電併給装置内に設けた放熱器で生成することができて、使用先に放熱器を設ける必要がなく、水−水熱交換器や放熱器の設備費及び放熱器の設置スペースの低減化を図ることができる熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置を提供する。

上記課題を解決するために請求項１に係る発明にあっては、熱電併給装置１の熱源１１を冷却するための冷却水を流す循環流路１２を設け、循環流路１２にポンプ１３と放熱器１４とを設け、放熱器１４の冷却空気の流入部１４ａに空気を使用先から戻すための戻り流路２を接続すると共に、放熱器１４の冷却空気の流出部１４ｂに放熱器１４で生成した温風を使用先に供給するための供給流路３を接続して該供給流路３にブロア３１を設け、使用先に暖房機７を設置し、該暖房機７の空気取込口７１の面積を供給流路３の下流端の吐出口３２の面積の３倍以上にすると共に、前記吐出口３２を前記空気取込口の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、温風を生成して暖房として利用する場合、熱源１１を冷却する冷却水との間で熱交換を行う水−水熱交換器１７が不要となり、また、温風を熱電併給装置１内に設けた放熱器１４で生成することができて、使用先に放熱器１４を設ける必要がなく、水−水熱交換器１７や放熱器１４の設備費及び放熱器１４の設置スペースの低減化を図ることが可能となる。

また、使用先の空気を循環利用することができて、外気を取込んで加熱して使用先に供給する場合と比較すると、この場合には同量の空気が外部に排気されるため、熱エネルギーの無駄を低減することができ、広い空間の熱負荷を効率良く賄うことができる。また、暖房機７の空気取込口７１の面積を供給流路３の下流端の吐出口３２の面積よりも大きく形成すると共に、吐出口３２を空気取込口の面積内に収まるように配置することで、使用先に設置した暖房機７に供給流路３からの温風を供給し易くなり、暖房機７で要する風量を供給流路３からの温風の風量よりも大きく設定することで供給流路３から供給される温風の全量を暖房機７に供給可能となり、暖房機７に供給されず散逸して無駄になる温風をなくすことができる。特に、暖房機７の空気取込口７１の面積を供給用ダクト３ａの吐出口３２の面積の３倍以上（より好ましくは５倍以上）にすることで、空気取込口７１の面積が吐出口３２の存在により減少してしまう割合が小さくなる。その結果、熱電併給装置１の運転を停止して供給用ダクト３ａからの空気の供給がない場合でも、暖房機７に必要な空気を十分に空気取込口７１から直接吸入できるようになる。その結果、暖房機７の性能がより十分に確保できるようになる。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１に係る発明において、使用先以外の外気と連通し途中に弁５１を備えた放散流路５を供給流路３から分岐すると共に、使用先以外の外気と連通し途中に弁６１を備えた外気取込流路６を戻り流路２から分岐して成ることを特徴とするものである。

このような構成とすることで、図２に示す従来例のように２つの熱交換器（水−水熱交換器１７と放熱器１８）を用いることをしなくても、外気取込流路６を介して冷たい外気を取込んで、使用先の温度調節が可能となる。また、使用先での熱負荷がない場合でも放散流路５を介して温風を排気すると共に、外気取込流路６を介して冷たい外気を取込んで放熱器１４に供給することができて、熱電併給装置１の熱源１１を冷却が可能となる。つまり、従来例と比べて２つの熱交換器を削減できる。

本発明の熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置においては、熱源を冷却する冷却水との間で熱交換を行う水−水熱交換器が不要となり、また、温風を熱電併給装置内に設けた放熱器で生成することができて、使用先に放熱器を設ける必要がなく、水−水熱交換器や放熱器の設備費及び放熱器の設置スペースの低減化を図ることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。

本発明の暖房装置は、熱電併給装置１の排熱を利用するもので、熱電併給装置１としては、発電機や燃料電池等の発電手段を備えると共に、発電機の動力源となる原動機や燃料電池等の熱源１１を備え、発電手段で発生した電力の利用及び熱源１１で発生した熱の利用を図るものであれば特に限定されない。また、原動機としてはガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガスタービン等が挙げられるが特に限定されない。以下にガスエンジからなる原動機で発電機（図示せず）を駆動させるものとして説明する。

熱電併給装置１には、熱源１１を冷却するための冷却水を流す循環流路１２が設けてあると共に、この循環流路１２にポンプ１３と放熱器１４とが設けてある。循環流路１２は冷却水を流す配管からなるもので、原動機を冷却するため原動機本体に配管を配設するほか、配管の途中に、原動機から排出される燃焼排ガスＧから熱回収を行うための熱交換器１５を設けてある。

放熱器１４は、冷却水を冷却するための冷却空気の流入部１４ａに後述する戻り流路２が接続されると共に、冷却空気の流出部１４ｂに後述する供給流路３が接続されるもので、冷却空気の流路の途中にブロア１６が設けてある。また本実施形態では、圧力損失を考慮して、供給流路３の途中にもブロア３１を追設してある。

熱電併給装置１は、これら発電手段、熱源１１、循環流路１２、ポンプ１３、放熱器１４を備えた構成となっている。

この熱電併給装置１には、使用先に上記放熱器１４で生成される温風を供給するための供給流路３が接続されると共に、使用先から空気を戻すための戻り流路２が接続される。供給流路３は、供給用ダクト３ａの上流端を上述したように放熱器１４の冷却空気の流出部１４ｂに接続すると共に、下流端の吐出口３２を使用先の空間に配設して構成される。使用先としては、ビニールハウスや温室といった栽培施設４やその他の屋内空間等、様々であるが特に限定されない。本実施形態では栽培施設４として説明する。戻り流路２は、戻り用ダクト２ａの上流端を使用先の空間に配設するとともに、下流端を上述したように放熱器１４の冷却空気の流入部１４ａに接続して構成される。

また本実施形態では、給流路の途中から、使用先以外の外気（大気）と連通し途中に弁５１を備えた放散流路５を分岐すると共に、戻り流路２の途中から、使用先以外の外気と連通し途中に弁６１を備えた外気取込流路６を分岐している。

また本実施形態では、使用先となる栽培施設４内には暖房機７を設置するもので、暖房機７としては天然ガス、プロパン等のＬＰＧ、灯油、重油を燃料とする燃焼式や、電力や原動機を駆動源とするヒートポンプ１３等が挙げられる。暖房機７は、空気取込口７１から空気を取込んで、内部の熱交換器１５（図示せず）を通すことで温風を生成し、空気吐出口７２から温風を吐出する。空気吐出口７２には、下流側が多数に分岐する分散ダクト８が接続されると共に、空気吐出口７２にはブロア７３が設けてあり、温風は分散ダクト８より栽培施設４の多数の畝に向けて分散して吐出される。

また本実施形態では、暖房機７の空気取込口７１の面積を供給流路３の下流端の吐出口３２の面積よりも大きく形成し、前記吐出口３２を前記空気取込口７１の面積内に収まるように配置している。

上述した本実施形態の運転の一例を示すと、ガスエンジン発電機の出力２５ｋＷ、６０Ｈｚ、ガスエンジンの燃料のＬＰＧ使用量２．９５ｍ３Ｎ／ｈ、冷却水の放熱器１４入口温度８５℃、放熱器１４出口温度８０℃、流量１１０Ｌ／ｍｉｎ、熱出力３８ｋＷ、放熱器１４の空気流量１１０ｍ３／ｍｉｎ、暖房機７はＬＰＧを燃料とする熱風発生機であり、燃焼部の熱出力５０ｋｗ、ＬＰＧ使用量２．２ｍ３Ｎ／ｈ、暖房機７の空気取込口７１は下方に開口していると共に空気吐出口７２は上方に開口しており、空気吐出口７２に設けたブロア７３の風量１６０ｍ３／ｍｉｎ（供給流路３の風量より大きい）である。

この例では原動機を用いているため、定常運転で問題が発生しないようにするため、原動機に戻る冷却水温度は一定の温度範囲、例えば６０℃〜９０℃を維持する必要がある。そのため、例えば起動直後のように冷却水の温度が低すぎる場合は、冷却水は放熱器１４をバイパスして放熱させずに循環させてもよい。この場合には図示しないバイパス流路を設けると共に切替弁を設ける。

放散流路５と外気取込流路６とを利用する運転について説明する。これは、使用先で暖房を必要としない時に、外気取込流路６の弁６１を開いて、該外気取込流路６を介して冷たい外気を取込むと共に、放散流路５の弁５１を開いて、該放散流路５を介して放熱器１４で発生した温風を外気に放散して、使用先で熱負荷がない場合でも熱電併給装置１の熱源１１の冷却を可能とするものである。

放散流路５は、下流端において使用先以外の外気と連通し、途中に弁５１を備えた放散用ダクト５ａの上流側を供給流路３から分岐させるか、あるいは前記放散用ダクト５ａの上流端を放熱器１４の流出部１４ｂ近傍に設置して構成される。外気取込流路６は、上流端において使用先以外の外気と連通し、途中に弁６１を備えた外気取込用ダクト６ａの下流端を供給流路３から分岐させるか、あるいは前記外気取込用ダクト６ａの下流端を放熱器１４の流入部１４ａ近傍に設置して構成される。

放散流路５は、本実施形態では図１に示すように、供給流路３から分岐させる場合には、供給流路３の屈曲部から分岐させて、供給流路３の上流側から放散流路５の下流側に向けて略直線状となるように配置することで、放散流路５へ分岐して流れる空気の圧力損失を抑えることができると共に、放散流路５の弁５１を開くことで、供給流路３の下流端の暖房機７のブロア７３を駆動しない場合には、放熱器１４の空気の流出部１４ｂから流出して供給流路３を流れる空気の殆どが放散流路５を流れることとなり、供給流路３側に弁を設けなくても放散流路５に流すか供給流路３の下流側に流すかの切り替えが可能となる。また、放散用ダクト５ａと外気取込用ダクト６ａをできるだけ短くすることでも圧力損失を低減することができる。

また、外気取込流路６も同様に、戻り流路２から分岐させる場合には、戻り流路２の屈曲部から分岐させて、外気取込流路６の上流側から戻り流路２の下流側に向けて略直線状となるように配置することで、外気取込流路６から戻り流路２にかけて流れる空気の圧力損失を抑えることができると共に、外気取込流路６の弁６１を開くことで、放熱器１４の空気の流入部１４ａから流入する空気の殆どが外気取込流路６から流入することとなり、戻り流路２側に弁を設けなくても戻り流路２から流すか外気取込流路６から流すかの切り替えが可能となる。

図示しないが、上記放散用ダクト５ａと外気取込用ダクト６ａとに設けた弁６１、５１の他に、供給流路３であって放散流路５よりも下流側、および戻り流路２であって外気取込流路６よりも上流側にそれぞれ弁を設け、計４個の弁を設けてもよい。

また、いずれの場合でも、弁を流量調整可能とすることで、使用先の温度調節が可能となる。また、弁は電磁弁等の自動で開閉可能な弁とすることで、温度の自動調整が可能となる。

この例の運転で、使用先で熱負荷がない場合、放散流路５の弁５１を開くと共に外気取込流路６の弁６１を開くことで、供給流路３及び戻り流路２を流れる空気の流量を殆ど無視できるレベルに低減することができて、弁６１、５１を放散流路５と外気取込流路６に設けた２個に低減できた。

また、供給流路３から供給される温風の全量を暖房機７に流入させることができ、供給流路３からの温風が暖房機７の空気取込口７１から取込まれず散逸して暖房機７の周辺の温度が上昇してしまうような現象は見られなかった。

本発明の一実施形態の構成図である。従来例の構成図である。

符号の説明

１熱電併給装置
１１熱源
１２循環流路
１３ポンプ
１４放熱器
１４ａ流入部
１４ｂ流出部
１５熱交換器
１６ブロア
２戻り流路
２ａ戻り用ダクト
３供給流路
３ａ供給用ダクト
３１ブロア
３２吐出口
４栽培施設
５放散流路
５ａ放散用ダクト
５１弁
６外気取込流路
６ａ外気取込用ダクト
６１弁
７暖房機
７１空気取込口
７２空気吐出口
７３ブロア
８分散ダクト
Ｇ燃焼排ガス

Claims

熱電併給装置の熱源を冷却するための冷却水を流す循環流路を設け、循環流路にポンプと放熱器とを設け、放熱器の冷却空気の流入部に空気を使用先から戻すための戻り流路を接続すると共に、放熱器の冷却空気の流出部に放熱器で生成した温風を使用先に供給するための供給流路を接続して該供給流路にブロアを設け、使用先に暖房機を設置し、該暖房機の空気取込口の面積を供給流路の下流端の吐出口の面積の３倍以上にすると共に、前記吐出口を前記空気取込口の面積内に収まるように配置して成ることを特徴とする熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置。
使用先以外の外気と連通し途中に弁を備えた放散流路を供給流路から分岐すると共に、使用先以外の外気と連通し途中に弁を備えた外気取込流路を戻り流路から分岐して成ることを特徴とする請求項１記載の熱電併給装置の排熱を利用した暖房装置。