JPH075221Y2 - 排熱回収装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、エンジンの排熱を回収し、該熱を利用して温
水を供給することのできる排熱回収装置に関する。

（従来の技術） 従来、エンジンの排熱を利用した排熱回収装置は、被加
熱水をエンジン冷却水及び排ガスの熱により熱交換器を
介して温水に加熱した後に、該温水を貯湯ボイラーに導
き、該貯湯ボイラーで更に高温の温水に加熱する構造の
ものであった。

（考案が解決しようとする課題） ところが、上記従来の装置においては、例えば、温水を
空調機器等の高熱源として利用する場合において、必要
な熱量を確保するためには、大型の熱交換器の設置もし
くは多量の温水を貯湯すべく貯湯タンク等が不可欠で、
そのため、装置全体の大型化を余儀なくされていた。

本考案は上記問題点に鑑み、従来のような水顕熱のみを
利用するのでなく、凝縮潜熱をも利用できるようにし
て、小型化が可能で、しかも熱交換を効率良く行えるい
わゆる潜熱型の排熱回収装置を提供することを課題とす
る。

（課題を解決するための手段） 本考案が、上記課題を達成するために講じた技術手段
は、減圧室21a内にエンジン冷却水19が供給されると共
に、該減圧室21a内には、エンジン２の排ガスを導き前
記冷却水19を加熱するための加熱チューブ20が冷却水19
に浸された状態に設けられ、前記減圧室21a内で加熱さ
れた蒸気混合水が導かれる熱回収室24aに、蒸気混合水
により被加熱水が加熱される熱交換器22が設けられ、該
熱交換器22で冷却された冷却水19をエンジン２に戻す戻
し配管28が備えられてなる点にある。

更に、前記蒸気混合水の余剰分を放熱するための放熱器
25を設けるのが好ましい。

（作用） 上記構成の排熱回収装置において、減圧室21a内に供給
されたエンジン冷却水は、該減圧室21a内が減圧されて
いるので、その沸点が低くなり、容易に加熱されて蒸気
混合水になる。

また、熱回収室24にて蒸気混合水と被加熱水が熱交換器
22を介して熱交換されるので、潜熱利用が図れ、装置の
小型化が可能で、しかも熱交換が効率良く行なわれ、高
温度の温水の供給が可能になる。

（実施例） 以下、本考案の実施例について説明する。

第２図において、１はガスエンジン式発電冷凍機ユニッ
トで、該ユニット１は、都市ガスを燃料とするエンジン
２と、該エンジン２の一軸からなる駆動軸2aに電磁クラ
ッチ３を介して選択的に回転駆動可能なように一体的に
組み込まれた交流４極の発電機４及び圧縮機６と、該圧
縮機６により圧縮された冷媒（熱媒体）８を凝縮する空
冷凝縮器７と、凝縮後の冷媒８を蓄熱槽９内に設けられ
た低熱源発生用の熱交換器としての製氷管体10に循環供
給可能な循環路11と、エンジン２から排出される排ガス
及び冷却水19の熱を回収して温水を供給可能な排熱回収
用熱交換装置13とを備えてなる。

そして、前記圧縮機６、空冷凝縮器７、製氷管体10及び
循環路11により低熱源供給循環系14が主構成されてい
る。

前記エンジン２の回転数は、該エンジン２の小型化を図
るべく、効率の良好な高速回転で圧縮機６を駆動できる
ように設定されている。一方、発電機４は、例えば、周
波数60Hzの電力を得る場合、1800rpmのエンジン回転数
が限定されることから、エンジン２が高速回転するにも
かかわらず、所定周波数（60Hz又は50Hz）の電力が得ら
れるように電力周波数を制御するための周波数変換装置
16が設けられている。

前記排熱回収用熱交換装置13は、第１図に示すように、
エンジン２から配管18を介してエンジン冷却水19が供
給、貯留され、且つ、排ガスが導かれる熱交換部として
の加熱チューブ20が内設された減圧室21aを有する減圧
タンク21と、温水加熱器22及びその下方に位置して所定
の給湯施設に温水を供給可能な給湯加熱器23が内設され
た熱回収室24aを有する熱回収タンク24と、放熱器25と
から主構成されている。

前記減圧室21a内の加熱チューブ20は屈曲形成された状
態で冷却水19に浸されていると共に、該冷却水19の一部
を、加熱チューブ20内を流動する排ガスにより、水分と
蒸気の混合された蒸気混合水（以下、熱水と記載する）
に容易に昇温できるように、該減圧室21a内は真空装置
（図示省略）により減圧されている。

27は減圧室21a内で発生した熱水を熱回収室24a及び熱水
の余剰分を放熱すべく放熱器25に導く分岐管で、該分岐
管27を介して熱回収室24a内に導かれた熱水は、前記温
水加熱器22及び給湯加熱器23と熱交換されて凝縮し、更
に冷却されて、戻し配管28を介してエンジン２に戻され
るようになっている。

30は分岐管27の減圧室21aと放熱器25とを連通する部分
に設けられた温度調整弁で、減圧室21a内の温度が所定
温度以上に上昇した際に、が温度調整弁30を開いて熱水
を放熱器25に導けるようになっている。

31は放熱器25により冷却された熱水がエンジン２に戻る
ように前記配管28に接続された戻し配管である。32は熱
回収室24a内に導かれる熱水の量を調整するための調整
弁である。

尚、エンジン２に冷却水19が容易に戻るように、熱回収
タンク24はエンジン２よりも高く設けられている。

前記蓄熱槽９は第１蓄熱槽9aと第２蓄熱槽9bとからな
り、これら第１、第２蓄熱槽9a,9bは開閉バルブ（図示
省略）を介して互いに連通または遮蔽自在に設けられて
いる。そして、第２蓄熱槽9b内に前記低熱源供給循環系
14の製氷管体10が挿設されている。

33は、前記排熱回収用熱交換装置13の温水加熱器22と前
記蓄熱槽９の第１蓄熱槽9aとに接続された熱媒体循環路
で、該熱媒循体循環路33及び排熱回収用熱交換装置13に
より高熱源用の温水供給循環系34が主構成されている。

35は、温水を熱源として冷水を第１蓄熱槽9aに供給可能
な吸着式冷凍機で、前記熱媒体循環路33に接続された温
水循環路37及び冷水循環路38と、冷凍器用冷却機39に接
続された冷却循環路40とを備えてなる。

尚、41は温水ポンプ、42は冷水ポンプ、43a,43b,43c,43
dはバルブをそれぞれ示す。

44は、前記蓄熱槽９から取り出された熱源と熱媒循体環
路46を循環する熱媒体53（フロン）との熱交換を行うた
めの室外側熱交換器45と、該熱交換器45より高所に設け
られ前記熱媒体53と室内空気との熱交換を行うための複
数の熱交換器47とを備えてなる冷暖房系である。

前記熱媒体循環路46は第１蓄熱槽9a内に位置するコイル
上の熱交換部55を有し、且つ、下部には、第３図イ，ロ
に示すように、熱媒体53の凝縮する熱交換器から熱媒体
53の蒸発する熱交換器に向けて液化熱媒体53を圧送する
ための液体ポンプ49が介在されており、一対の三方切り
換え弁50を介して両熱交換器45,47間における液化熱媒
体53の圧送方向の切り換えが可能とされている。

尚、前記室内側熱交換器47は空調器51に内蔵され、建物
内の適宜所定位置にそれぞれ設けられている。また、前
記発電機４により得られる電力は空調器51等の装置構成
機器や、その他の設備機器に売電と共に供給される。

次に、上記構成の装置の使用例について説明する。

先ず、夏期においては、第４図イに示すように電磁クラ
ッチ３を冷媒圧縮機６側に接続し、エンジン２を高効率
の高速で運転すると、圧縮機６から出た高温高圧の冷媒
は、空冷凝縮器７により放熱液化された後に、循環路11
を介して製氷管体10で吸熱、蒸発し気化した状態で前記
圧縮機６に戻る。この際に、蓄熱槽９の第２蓄熱槽9b内
に貯留されている水が冷却される。

一方、エンジン２の冷却水19は排熱回収用交換装置13の
減圧室21a内に所定量貯留され、排ガスの循環する加熱
チューブ20により熱水状態に加熱される。このとき、減
圧室21a内は減圧されているため、冷却水19の沸点が低
く冷却水19は容易に熱水化される。

熱水は、分岐管27を介して熱回収室24a内に入り、温水
加熱器22及び給湯加熱器23と熱交換され、低温化された
液体状態で該熱回収室24a内に貯留される。尚、熱回収
室24a内の熱水はその蒸気分が液化するため熱回収室24a
内は減圧され、熱水の熱回収室24a内への流入が促進さ
れると共に、熱水と温水加熱器22との熱交換に際して
は、潜熱利用が図れ、熱交換器効率が良い。

また、給湯加熱器23は温水に浸され、該給湯加熱器23に
流入した水は、適度の温度を有する温水となり適宜給湯
装置に供給可能となる。

上記の如く、熱回収室24a内の熱水は、温水加熱器22及
び給湯加熱器23により熱交換された後に、冷水状態でエ
ンジン２に戻り、エンジン２冷却を効果的に行うことが
できる。

また、温水加熱器22から供給される高温の温水は、高熱
源として温水循環路37を介して吸着式冷凍機35に入り、
温水加熱器22と冷凍機35間を循環する。蓄熱槽９の第１
蓄熱槽9a内の水は、熱媒体循環路33及び冷水循環路38を
介して吸着式冷凍機35を経ることにより、再び冷水とし
て第１蓄熱槽9aに循環供給される。この場合、第１蓄熱
槽9a及び第２蓄熱槽9bは連通されており、前記製氷管体
10及び吸着式冷凍機35の協働により、蓄熱槽９内の水は
冷却される。

該蓄熱槽９内の冷水が、吸着式冷凍機35の冷却能力以下
（例えば、略７°Ｃ以下）になった場合、第１蓄熱槽9a
と第２蓄熱槽9b間のバルブを閉じて、更に、第２蓄熱槽
9b内の冷水を冷却して、水と氷の共存状態の低熱源を蓄
熱媒体として蓄熱する。

そして、冷房を行う際には、クラッチ３を発電機４側に
接続して、エンジン２で発電機４を駆動することによ
り、空調器51等の装置構成機器に電力を供給すると共
に、第２蓄熱槽9b内の低熱源を蓄熱取出ポンプ57を介し
て取り出すと、熱交換器45内の気化熱媒体53は冷却され
凝縮、液化する。

この液化熱媒体53を第３図イに示すように、液体ポンプ
49で加圧、圧送し、熱媒循環路46を経て室内側の各熱交
換機47に送る。該熱交換機47に被冷媒体（空気）を供給
すると、熱媒体53はこの熱を受取り、自らは蒸発して熱
媒循環路46を経て熱交換器45に戻り、循環系が完結し熱
の移動が継続して行われる。

この場合、仮に、両熱交換器45,47の高低差が少ない場
合や、熱媒循環路46が長い場合であっても、液体ポンプ
49により、熱媒循環を促進させることができ、熱交換器
45,47での熱交換を効率良く行なわせることができるの
である。

尚、上記の冷房時には、エンジン２は専ら発電機４を駆
動し、第１蓄熱槽9a内の冷水が設定温度（７°Ｃ）を維
持するように、吸着式冷凍機35から冷水が供給され、該
層9a内の冷水が所定温度を維持する間は、該吸着式冷凍
機35の稼働が自動的に停止するようになっている。

また、上記各空調器51の熱交換器47において加熱された
熱媒体53は第１蓄熱槽9a内の熱交換器55で一時冷却され
てから熱交換器45に入るので、該熱交換器45内での熱媒
体53の凝縮を効果的に促進させることが可能になる。

しかも、第２蓄熱槽9b内には、水と氷の共存する状態の
低熱媒体を蓄熱してあるので、水顕熱のみならず、潜熱
利用が図れ、蓄熱槽９の小型化と蓄熱効率の向上を図る
ことができる。尚、次回冷房開始時は、蓄熱作用により
運転開始直後から冷却が可能である。

次に、冬期においては、第４図ロに示すように、エンジ
ン２の高速運転による排ガス及び冷却水の排熱利用によ
り、排熱回収用熱交換装置13から温水を熱媒体循環路33
を介して蓄熱槽９の第１蓄熱槽9aに循環供給する。この
場合、第１蓄熱槽9aと第２蓄熱槽9b間のバルブは開状態
にあり、両蓄熱槽9a,9bは連通されており、両蓄熱槽9a,
9b内の温水が所定の温度になるまで、エンジン２を運転
し、蓄熱槽９に温水を高熱源として蓄熱する。この場
合、エンジン２は発電機４を駆動し、電力供給が可能で
ある。

暖房を行う際には、第２蓄熱槽9b内の温水を取り出し、
熱交換器45に供給すると、熱媒体53は、第３図ロに示す
ように気化され、液体ポンプ49を介して熱媒循環路46を
経て熱交換機47に供給される。該熱交換機47において熱
媒は室内空気との熱交換により、液化し液体ポンプ49に
圧送されて再び熱交換器45に戻る。

尚、次回暖房開始時は蓄熱槽９の蓄熱作用により、装置
の運転開始直後より暖房が可能になる。

また、蓄熱槽９に、発電機４の電力によって加熱される
ヒータ56を設けて、温水循環供給時にヒータ56において
も加熱するようにしても良い。

冷房及び暖房機能を使用しない中間期においては、エン
ジン２及び排熱回収用熱交換装置13を稼働させて、排熱
回収用熱交換機13から給湯用温水を取り出し、各給湯施
設に適宜供給する。尚、この場合、給湯使用熱量に応じ
て前記温度調整弁30を解放して放熱器25により、給湯用
温水の温度が異常に高温度にならないように、減圧室21
a内の温度を制御する。

以上のような構成の装置は、エンジン２、排熱回収用熱
交換装置13及び蓄熱槽９等の小型化を図れると共に、エ
ネルギー利用効率及び熱交換効率が良好であるため、各
建物における発電システムを備えた空調装置として最適
である。

尚、上記実施例では、分岐管27を設けて減圧室21a内の
温度を調整する構造であるが、第５図に示すように熱回
収室24a内に熱交換器60を設け、該熱交換器60を前記放
熱器25に接続して、熱回収室24a内の温度を調整するよ
うにしても良い。

更に、上記実施例では、エンジン２の回転数を圧縮機６
の回転数に応じて設定すると共に、周波数変換装置16を
設けたものを例示したが、例えば、エンジン２回転数
は、発電機４に応じて設定し、増速機を設けて圧縮機６
の回転数を増速させても良い。

また、エンジン２はガスエンジンに限らず、その他ガソ
リンエンジン等も採用できることは無論である。

更に、前記液体ポンプ49は、熱媒体53の流れを変更でき
るように、正逆回転の方向切り換え可能なものを採用す
れば、前記３方切り換え弁50及びそのための配管が不要
となり、構造が簡単になる。

尚、本考案は、室内空調装置以外にも採用できることは
無論であり、装置各部の具体的な構成は全て本考案の意
図する範囲内で任意に設計変更自在である。

（考案の効果） 以上の様に、本考案によれば、熱回収室内で蒸気混合水
と被加熱水が熱交換されるので、潜熱利用を図ることが
可能となる。その結果、熱交換効率の向上が図れ、従来
のような大型の熱交換器や貯湯タンク等が不要となり、
装置の小型化が可能になる。

しかも、エンジンから供給される冷却水は、減圧室内で
減圧された状態で加熱されるので、その沸点が低くな
り、容易に蒸気混合水になるという効果がある。

更に、熱回収室内の熱交換器で冷却された冷却水をエン
ジンに戻す戻し配管が備えられているので、エンジン冷
却水の有効利用が図れると共に、冷却水を低温で戻すこ
とができ、エンジン側の冷却装置との協働により、エン
ジントラブルを好適に防止できる利点がある。

しかも、前記蒸気混合水の余剰分を放熱するための放熱
器を設けた場合には、熱交換器により加熱される被加熱
水の温度を所定温度に維持できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案にかかる要部断面図、第２図は全体正面
図、第３図（イ），（ロ）は冷暖房循環系をそれぞれ示
す断面図、第４図（イ），（ロ）は冷房時及び暖房時の
使用例をそれぞれ示す説明図、第５図は他の実施例を示
す断面図。 ２……エンジン、19……冷却水、21a……減圧室、22…
…熱交換器、24a……熱回収室、28……配管。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】減圧室21a内にエンジン冷却水19が供給さ
   れると共に、該減圧室21a内には、エンジン２の排ガス
   を導き該冷却水19を加熱するための加熱チューブ20が冷
   却水19に浸された状態に設けられ、前記減圧室21a内で
   加熱された蒸気混合水が導かれる熱回収室24aに、蒸気
   混合水により被加熱水が加熱される熱交換器22が設けら
   れ、該熱交換器22で冷却された冷却水19をエンジン２に
   戻す戻し配管28が備えられてなることを特徴とする排熱
   回収装置。
2. 【請求項２】前記蒸気混合水の余剰分を放熱するための
   放熱器25が設けられてなることを特徴とする請求項１に
   記載の排熱回収装置。