JPH0740676Y2 - コジェネレーションシステム - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、コジェネレーションシステムに係り、特に、
排ガスとエンジン冷却熱を有効に回収して給湯等に供す
るコジェネレーションシステムの改良に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

コジェネレーションシステムとは、一般に、建物や工場
等の現地にエンジンを設置して、発電機や冷凍機等を駆
動すると同時に、排ガスやエンジン冷却熱を回収して、
冷房や給湯或いはプロセス用熱源に利用し、燃料の持っ
ているエネルギーを段階的にトータルに利用し尽くすと
いうもので、全体のエネルギー利用効率を大幅に向上さ
せ、エネルギー費用の低減化をか可能とするシステムと
して認識されている。

第８図は従来におけるコジェネレーションシステムの概
念構成を示すもので、符号１は発電機を示す。

この発電機１には、駆動軸２を介してレシプロエンジン
３が連結されている。また、レシプロエンジン３の排気
系４には、排ガスの熱エネルギーを回収するための排ガ
スボイラ５が取り付けられている。そして、この排ガス
ボイラ５とレシプロエンジン３のウォータジャケット６
とには、１つの温水循環管路７が連結されている。この
温水循環管路７には、循環ポンプ８が設けられている。
さらに、この温水循環管路７は熱交換器９を介して温水
を供給する温水管路10が連結され、この温水管路10には
貯湯タンク11が連結されている。

この従来のコジェネレーションシステムによれば、レシ
プロエンジン３を駆動して発電機１を起動し、発電を行
なう。この時、温水循環管路７では、循環ポンプ８が駆
動し、温水を循環させている。そして、レシプロエンジ
ン３内のウォータジャケット６では、駆動を伴って冷却
水温度が上昇し、このウォータジャケット６内に位置す
る温水循環管路７の温水が昇温する。そして、例えば83
℃で移動されてきた温水は、ウォータジャケット６を出
る時には、87℃となって排ガスボイラ５へ送られ、此処
で90℃に昇温されて、熱交換器９に送られる。この熱交
換器９では、温水循環管路７の温水の熱エネルギーが、
温水管路10を介して流入してきた冷水に移り、この熱交
換された冷水は温水となって温水管路10を通って貯湯タ
ンク11に運ばれる。そして、熱交換器９で放熱した温水
は、温水循環管路７を介して循環ポンプ８によって再び
レシプロエンジン３のウォータジャケット６へ送り出さ
れる。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来のコジェネレーションシステムにあっては、レシプ
ロエンジン３の運転中には、排熱の有効利用ができ、貯
湯タンク11には温度の高い温水が供給される。ところ
が、レシプロエンジン３の停止している夜間やレシプロ
エンジン３の始動する前の朝方等には、排熱が無いの
で、貯湯タンク11からは温水を取り出すことができな
い。

そこで、レシプロエンジン３の排熱エネルギーを蓄熱し
て、レシプロエンジン３が停止している時でも、必要に
応じて排熱エネルギーを供給できるような蓄熱システム
が要求されるが、かかる要求にそったものとして、例え
ば、第９図に示すような蓄熱システムが知られている。

この蓄熱システムは、例えば氷蓄熱と同様に物質の融解
−凝固の相変化に伴う潜熱を利用するもので、1985年フ
ランスのクリストピアから導入した技術であり、例えば
日本空調技術出版社発行の「空気調和と冷凍」（VOL26/
/NO6）にもその適用例が記載されている。

この蓄熱システムは、テニスボールサイズ（直径約70m
m）の球状カプセルに、蓄熱体として食品衛生法に規定
されている基本的に無害な各種無機物を注入したものが
エレメントとなって充填されており、球状カプセルの表
面にプラインまたは氷などの流体を通すことによって熱
交換させ、蓄熱，放熱を繰り返すシステムである。

第９図において、この蓄熱システムでは、ヒートポンプ
12に蓄熱側管路13が接続している。この蓄熱側管路13
は、所定温度で相変化する蓄熱体を封入したカプセル14
Aが多数個充填された蓄熱タンク14を介して放熱循環管
路15に接続しており、さらに、放熱循環管路15には、空
調機16が連結されている。

上述の蓄熱システムを従来のコジェネレーションシステ
ムに適用すれば、レシプロエンジン３の排熱エネルギー
を蓄熱することができ、その欠点も解消される。しかし
ながら、このような単純な適用の場合には、排熱エネル
ギーを蓄熱タンク14に蓄熱している時に、同時に、蓄熱
タンク14から放熱して貯湯タンク11に温水を供給するこ
とが出来ず、貯湯タンク11の使用できる時間が制限を受
けることになる。

本考案は、上述の問題点を解決するためになされたもの
で、その目的は、エンジンから回収した排熱エネルギー
を蓄熱タンクに蓄わえ、エンジンが停止中でも蓄熱タン
クから熱エネルギーを負荷に供給でき、さらに、排熱エ
ネルギーを蓄熱タンクに蓄熱している時でも、蓄熱タン
クから熱エネルギーを放出して負荷に供給することがで
きるコジェネレーションシステムを提供することであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案は、発電機と、この
発電機を駆動するエンジンと、このエンジンの排気熱と
冷却熱のうちの少なくとも一方の排熱エネルギーを回収
する排熱循環管路とを有するコジェネレーションシステ
ムにおいて、前記排熱循環管路に、所定温度で相変化す
る蓄熱体を封入したカプセルが多数個充填された蓄熱タ
ンクを並列に複数個配したタンク用管路を介して放熱循
環管路を接続し、その接続に際して、排熱循環管路のタ
ンク用管路への入口と出口をそれぞれタンク用管路に接
続するとともに、放熱循環管路のタンク用管路への入口
と出口をそれぞれタンク用管路に接続し、排熱循環管路
のタンク用管路への入口側及び出口側付近にそれぞれバ
ルブを介装し、放熱循環管路のタンク用管路への入口側
と出口側付近にそれぞれバルブを介装し、タンク用管路
における排熱循環管路の入口との接続部と放熱循環管路
の出口または入口との接続部の間の管路部分に切換えバ
ルブを介装し、タンク用管路における排熱循環管路の出
口との接続部と放熱循環管路の入口または出口との接続
部の間の管路部分に切換えバルブを介装したものであ
る。

〔作用〕

本考案においては、バルブ，切換えバルブの開閉の組み
合わせによって蓄熱運転状態，放熱運転状態及び蓄熱放
熱同時運転状態の３つの運転状態にすることができる。

先ず、排熱循環管路の２つのバルブを開くとともに放熱
循環管路の２つのバルブを閉じておくと蓄熱運転状態に
することができる。即ち、エンジンから回収された排熱
エネルギーが、排熱循環管路を介して少なくとも１つの
蓄熱タンクに運ばれて蓄熱される。この場合、蓄熱タン
クに蓄熱された熱エネルギーは放熱循環管路を介して負
荷に運ばれることはない。

次に、排熱循環管路の２つのバルブを閉じ、放熱循環管
路の２つのバルブを開いておくと放熱運転状態とするこ
とができる。即ち、エンジンから回収された排熱エネル
ギーは、排熱循環管路を介して蓄熱タンクに運ばれるこ
となく、すでに蓄熱タンクに蓄熱された熱エネルギーが
放熱循環管路を介して負荷に運ばれる。

そして、排熱循環管路及び放熱循環管路の各バルブを開
くとともにタンク用管路の切換えバルブを閉じておくと
蓄熱，放熱同時運転状態にすることができる。即ち、エ
ンジンから回収された排熱エネルギーが、排熱循環管路
を介して少なくとも１つの蓄熱タンクに運ばれ、すでに
他の蓄熱タンクに蓄熱された熱エネルギーが放熱循環管
路を介して負荷に運ばれる。

〔実施例〕

以下、図面により本考案の実施例について説明する。

第１図，第２図は本考案の実施例に係るコジェネレーシ
ョンシステムの内容を示す。

第１図において、符号20は発電機を示す。この発電機20
には駆動軸21を介してレシプロエンジン22が連結されて
いる。レシプロエンジン22の排気系23には排ガスの熱エ
ネルギーを回収するための排ガス熱交換器24が取り付け
られている。

そして、この排ガス熱交換器24とレシプロエンジン22の
ウォータジャケット22Aとには、１つの排熱循環管路25
が連結されている。この排熱循環管路25の途中には、第
１ポンプ26と、タンク用管路27と、第１熱交換器28とが
順番に介装されている。

タンク用管路27には、強化プラスチック製の蓄熱タンク
29,29が並列に配設されている。この蓄熱タンク29に
は、55℃で相変化する蓄熱体を封入したカプセル30が多
数個充填されている。この蓄熱タンク29はクローズドシ
ステムとなっているので、無人運転やメインテナンンス
フリーも可能となる。また、第１熱交換器28には、蓄熱
タンク29で熱交換された排熱循環管路25の温水をレシプ
ロエンジン22に冷却水として戻すための冷却管路31が接
続している。

上述のタンク用管路27には、放熱循環管路32が接続して
おり、排熱循環管路25及び放熱循環管路32とタンク用管
路27との接続の詳細は第２図に示され、排熱循環管路25
の入口25Aと出口25Bは、それぞれタンク用管路27に接続
されており、放熱循環管路32の入口32Aと出口32Bは、そ
れぞれタンク用管路27に接続されている。

排熱循環管路25のタンク用管路27への入口25A側及び出
口25B側の付近に、それぞれ第１バルブ33,第２バルブ34
が介装されている。放熱循環管路32のタンク用管路27へ
の入口32A側と出口32B側の付近に、それぞれバルブ第３
バルブ35,第４バルブ36が介装されている。

そして、タンク用管路27における排熱循環管路25の入口
25Aとの接続部27Aと放熱循環管路32の出口32Bとの接続
部27Bの間の管路部分に第１切換えバルブ37が介装され
ている。タンク用管路27における排熱循環管路25の出口
25Bとの接続部27Cと放熱循環管路32の入口32Aとの接続
部27Dの間の管路部分に第２切換えバルブ38が介装され
ている。

第１図において、放熱循環管路32の一部に、第２ポンプ
39Aを有するプール用温水循環管路39,第３ポンプ40Aを
有する空調機用温水循環管路40,第４ポンプ41Aを有する
給湯用温水循環管路41,第５ポンプ42Aを有するプール暖
房用温水循環管路42が形成され、これらは分岐部43で分
岐し、合流部44で合流している。

プール用温水循環管路39には、第２熱交換器45を介して
第２次プール用温水循環管路46が接続しており、この第
２次プール用温水循環管路46はプール47に配管されてい
る。

空調機用温水循環管路40には、第３熱交換器48を介して
第２次空調機用温水循環管路49が接続しており、この第
２次空調機用温水循環管路40は空調機50に接続してい
る。

給湯用温水循環管路41には、第４熱交換器51を介して第
２次給湯用温水循環管路52が接続しており、この第２次
給湯用温水循環管路52は貯湯タンク53に接続している。

プール暖房用温水循環管路42には、第５熱交換器54を介
して第２次プール暖房用温水循環管路55が接続してお
り、この第２次プール暖房用温水循環管路55はプール暖
房装置56に接続している。

次に、本実施例の作用を説明する。

本実施例においては、バルブ33,34,35,36及び切換えバ
ルブ37,38の開閉の組み合わせによって蓄熱運転状態
（第３図図示），放熱運転状態（第４図図示）及び蓄熱
放熱同時運転状態（第５図図示）の３つの運転状態にす
ることができる。

先ず、蓄熱運転状態を得ようとする時には、第３図に示
すように、排熱循環管路25の第１バルブ33及び第２バル
ブ34を開くとともに放熱循環管路32の第３バルブ35及び
第４バルブ36を閉じておき、第１切換えバルブ37及び第
２切換えバルブ38を開いておく。

この場合には、レシプロエンジン22を運転し、これによ
り発電機20を起動し、発電を行なう。同時に、排熱循環
管路25では、第１ポンプ26が駆動し、温水を循環させて
いる。

そして、レシプロエンジン22のウォータジャケット22A
では、駆動に伴って冷却水温度が上昇し、このウォータ
ジャケット22A内に位置する排熱循環管路25の温水が昇
温する。そして、ウォータジャケット22Aで昇温した温
水は、さらに排ガス熱交換器24へ送られ、此処で例えば
87℃に昇温されて、蓄熱タンク29,29に送られる。蓄熱
タンク29,29では、排熱循環管路25内の温水の持ってい
る排熱エネルギーが、カプセル30の蓄熱体に、その温度
上昇や液体から固体への相変化して得られる熱エネルギ
ーとして蓄られる。これにより排熱循環管路25内の温水
の水温は低下して例えば82℃となる。

この場合、蓄熱タンク29,29に蓄熱された熱エネルギー
は、放熱循環管路32を介して負荷（プール47,空調機50,
貯湯タンク53,プール暖房装置56）に運ばれることはな
い。

次に、放熱運転状態を得ようとする時には、第４図に示
すように、排熱循環管路25の第１バルブ33及び第２バル
ブ34を閉じるとともに、放熱循環管路32の第３バルブ35
及び第４バルブ36を開き、第１切換えバルブ37及び第２
切換えバルブ38を開いておく。

この場合には、レシプロエンジン22から回収された排熱
エネルギーは、排熱循環管路25を介して蓄熱タンク29,2
9に運ばれることなく、すでに蓄熱タンク29,29に蓄熱さ
れた熱エネルギーが放熱循環管路32を介して負荷に運ば
れる。

例えば、蓄熱タンク29,29で熱交換されて高温となった
放熱循環管路32の温水は、第２ポンプ39Aの駆動力によ
り分岐部43からプール用温水循環管路39を通って第２熱
交換器45に運ばれ、この第２熱交換器45で熱交換されて
第２次プール用温水循環管路46の温水が熱エネルギーを
得て昇温し、プール47に供給される。即ち、熱エネルギ
ーがプール47に運ばれる。

同様にして、蓄熱タンク29,29に蓄熱された熱エネルギ
ーは、放熱循環管路32を介して空調機50,貯湯タンク53,
プール暖房装置56に運ばれる。

各負荷では、熱エネルギーが消費され、温度が低くなっ
た温水が放熱循環管路32を通って蓄熱タンク29,29に戻
る。

そして、蓄熱，放熱同時運転状態を得ようとする時に
は、第５図に示すように、排熱循環管路25の第１バルブ
33及び第２バルブ34を開くとともに放熱循環管路32の第
３バルブ35及び第４バルブ36を開き、タンク用管路27の
第１切換えバルブ37,切換第１切換えバルブ37を閉じて
おく。

この場合には、レシプロエンジン22から回収された排熱
エネルギーを、排熱循環管路25を介して一方の蓄熱タン
ク29に運び、すでに他方の蓄熱タンク29に蓄熱された熱
エネルギーが放熱循環管路32を介して負荷（プール47,
空調機50,貯湯タンク53,プール暖房装置56）に運ばれ
る。

以上の如き構成によれば、レシプロエンジン22から回収
した排熱エネルギーを蓄熱タンク29,29に蓄わえ、レシ
プロエンジン22が停止中でも必要に応じて蓄熱タンク2
9,29から放熱循環管路32を介して熱エネルギーを負荷
（プール47,空調機50,貯湯タンク53,プール暖房装置5
6）に供給できる。ひいては、蓄熱タンク29の採用によ
って、コジェネレーションシステムの熱回収効率を大幅
に向上させることができ、また、システムをコンパクト
に構成することもできる。

そして、タンク用管路27に蓄熱タンク29が並列に２個配
されているので、１方の蓄熱タンク29に熱エネルギーを
排熱循環管路25を介して蓄熱している時でも、他方の蓄
熱タンク29から熱エネルギーを放出して放熱循環管路32
を介して負荷（プール47,空調機50,貯湯タンク53,プー
ル暖房装置56）に供給できる。即ち、２つの蓄熱タンク
29,29を、熱エネルギーの蓄熱と放熱の同時に使用する
ことができる。

なお、本実施例においては、蓄熱運転状態及び放熱運転
状態の時には、第１切換えバルブ37及び第２切換えバル
ブ38を開状態にしているが、これらを閉状態にすること
により１つの蓄熱タンク29を使用することもできる。

また、本実施例においては、蓄熱タンクの数は２個とな
っているが、３個以上とすることもできる。

さらに、本実施例においては、レシプロエンジン22の排
気熱と冷却熱のうちの両方から排熱エネルギーが排熱循
環管路25に回収されているが、排気熱と冷却熱のうちの
一方の排熱エネルギーを排熱循環管路25に回収させるこ
ともできる。

そして、本実施例においては、カプセル30に封入された
蓄熱体は、55℃で相変化するようになっているが、この
温度に限定されることはない。

加えて、本実施例においては、放熱運転状態の際には、
第４図に示すように、放熱循環管路32の温水は矢印方向
に流れるが、ポンプ39A,40A,41A,42Aの向きを変えるこ
とによりこの温水の流れを矢印方向の反対方向に流すよ
うにすることもできる。

第６図，第７図は本考案の実施例に係るコジェネレーシ
ョンシステムの変形例で、本実施例と異なる部分のみ示
し、本実施例と同一の部品には同一の符号を付してい
る。

第６図において、排熱循環管路25と放熱循環管路32がバ
イパス管路61,62で接続されている。この場合には、排
熱循環管路25の第１バルブ33及び第２バルブ34を閉じる
ともに放熱循環管路32の第３バルブ35及び第４バルブ36
を閉じ、タンク用管路27の第１切換えバルブ37,第２切
換えバルブ38を閉じておくことにより、レジプロエンジ
ン22（第１図図示）の排熱エネルギーにより温度上昇し
た排熱循環管路25の温水は、蓄熱タンク29,29を通るこ
となく、直接放熱循環管路25を介して負荷に運ばれる。
負荷に熱エネルギーを与えて温度が下がった温水も、蓄
熱タンク29,29を通ることなく、レシプロエンジン22に
向かう。

この場合には、排熱エネルギーと負荷の必要熱量が等し
い時に有効である。

また、第７図に示すように、排熱循環管路25の第１バル
ブ33及び第２バルブ34を開くともに放熱循環管路32の第
３バルブ35及び第４バルブ36を開き、タンク用管路27の
第１切換えバルブ37,第２切換えバルブ38を開いておく
ことにより、レシプロエンジン22の排熱エネルギーによ
り温度上昇した排熱循環管路25の温水の一部は、蓄熱タ
ンク29,29を通ることなく、直接放熱循環管路25を介し
て負荷に運ばれ、温水の一部は蓄熱タンク29,29のカプ
セル30の蓄熱体に熱エネルギーを与えつつ流れ、レシプ
ロエンジン22に向かう。負荷に熱エネルギーを与えて温
度が下がった温水は、蓄熱タンク29,29を通ることな
く、レシプロエンジン22に向かう。

この場合は排熱エネルギーが負荷側の必要熱量よりも大
きい場合に有効であり、負荷側に熱エネルギーを与えつ
つ蓄熱タンク29,29に蓄熱することができる。

〔考案の効果〕

以上述べたように、本考案に係るコジェネレーションシ
ステムによれば、エンジンから回収した排熱エネルギー
を蓄熱タンクに蓄われ、エンジンが停止中でも蓄熱タン
クから熱エネルギーを負荷に供給できる。

そして、タンク用管路に蓄熱タンクが並列に複数個配さ
れているので、少なくとも１つの蓄熱タンクに熱エネル
ギーを排熱循環管路を介して蓄熱している時でも、他の
蓄熱タンクから熱エネルギーを放出して放熱循環管路を
介して負荷に供給できる。即ち、複数の蓄熱タンクを熱
エネルギーの蓄熱と放熱の同時に使用することができる
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例に係るコジェネレーションシス
テムの構成図である。 第２図は第１図の蓄熱タンク付近の拡大図である。 第３図は本実施例に係るコジェネレーションシステムの
蓄熱時における要部使用状態説明図である。 第４図は本実施例に係るコジェネレーションシステムの
放熱時における要部使用状態説明図である。 第５図は本実施例に係るコジェネレーションシステムの
蓄熱及び放熱時における要部使用状態説明図である。 第６図は本考案の実施例に係るコジェネレーションシス
テムの変形例を示す要部説明図である。 第７図は第６図におけるコジェネレーションシステムの
変形例の他の使用方法を示す要部説明図である。 第８図は従来におけるコジェネレーションシステムの構
成図である。 第９図は従来における蓄熱システムの構成図である。 〔主要な部分の符号の説明〕 20……発電機 22……レシプロエンジン 25……排熱循環管路 27……タンク用管路 29……蓄熱タンク 30……カプセル 32……放熱循環管路 33……第１バルブ 34……第２バルブ 35……第３バルブ 36……第４バルブ 37……第１切換えバルブ 38……第２切換えバルブ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】発電機と、この発電機を駆動するエンジン
   と、このエンジンの排気熱と冷却熱のうちの少なくとも
   一方の排熱エネルギーを回収する排熱循環管路とを有す
   るコジェネレーションシステムにおいて、前記排熱循環
   管路に、所定温度で相変化する蓄熱体を封入したカプセ
   ルが多数個充填された蓄熱タンクを並列に複数個配した
   タンク用管路を介して放熱循環管路を接続し、その接続
   に際して、排熱循環管路のタンク用管路への入口と出口
   をそれぞれタンク用管路に接続するとともに、放熱循環
   管路のタンク用管路への入口と出口をそれぞれタンク用
   管路に接続し、排熱循環管路のタンク用管路への入口側
   及び出口側付近にそれぞれバルブを介装し、放熱循環管
   路のタンク用管路への入口側と出口側付近にそれぞれバ
   ルブを介装し、タンク用管路における排熱循環管路の入
   口との接続部と放熱循環管路の出口または入口との接続
   部の間の管路部分に切換えバルブを介装し、タンク用管
   路における排熱循環管路の出口との接続部と放熱循環管
   路の入口または出口との接続部の間の管路部分に切換え
   バルブを介装したことを特徴とするコジェネレーション
   システム。