JP2005003257A - 温水製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省エネルギー上及び経済上有利な温水製造装置を提供する。
【解決手段】原動機１の廃熱で加熱された冷却用水Ｗにより、蓄熱材としてパラフィンを界面活性剤を用いて水中に微細粒子として分散させた熱媒体Ｈを加熱する蓄熱用熱交換器１５と、蓄熱用熱交換器１５で加熱された熱媒体Ｈを貯留して蓄熱する蓄熱槽１６と、蓄熱槽１６からの熱媒体Ｈにより給水Ｗｓを加熱して温水Ｗｈを製造する放熱用熱交換器１７を設ける。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は温水製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原動機を駆動して発電機を回転させ、発電を行うと共に、原動機からの排ガスの廃熱を廃熱ボイラで回収するようにしたコージェネレーション設備が利用されている。
【０００３】
而して、斯かるコージェネレーション設備では、発電時の原動機廃熱により熱交換器を介し給水を加熱し、加熱された給水は温水として貯湯槽に貯湯されて給湯や冷暖房等の熱需要に供することが行われており、斯かる温水を製造するための温水製造装置の一例は図３に示されている。
【０００４】
図中、１はガスエンジン等の原動機、２は原動機１により駆動される発電機、３は原動機１よりの原動機排ガスＧｈから熱を回収する廃熱ボイラであり、原動機１により発電機２が駆動されて発電が行われるようになっていると共に、原動機排ガスＧｈは廃熱ボイラ３に送給されて廃熱が回収されるようになっている。
【０００５】
４は廃熱回収熱交換器、５，６は原動機１のジャケット１ａと廃熱回収熱交換器４とを連結する管路、７は管路５に設けたポンプである。而して、ジャケット１ａ内を流れることにより原動機廃熱を吸収して原動機１を冷却した高温の冷却用水Ｗは、ポンプ７により管路５から廃熱回収熱交換器４へ送給され、廃熱回収熱交換器４で放熱したうえ、管路６から原動機１のジャケット１ａへ導入されて再び原動機廃熱を吸収し得るようになっている。
【０００６】
８は廃熱回収熱交換器４に接続された管路、９は廃熱回収熱交換器４と貯湯槽１０を接続する管路、１１は管路９の中途部に設けられた三方切換弁、１２は管路８の中途部と三方切換弁１１を接続する管路、Ｗｓは管路８から廃熱回収熱交換器４へ導入される給水、Ｗｈは管路９から貯湯槽１０へ送給される温水である。
【０００７】
上記温水製造装置において昼間の原動機１の稼動時間帯に温水Ｗｈを製造する場合には、三方切換弁１１は、管路１２，９が遮断され、管路９は三方切換弁１１の前後部で連通するよう切換えられている。而して、原動機１が例えばガスエンジンの場合には、空気と燃料ガスの混合流体が原動機１のピストン内に供給されて燃料が酸素と協働して爆発燃焼する。このため、クランク軸を介し発電機２が駆動され、発電が行われる。原動機１からの原動機排ガスＧｈは廃熱ボイラ３へ送給されて廃熱が回収され、蒸気等が生成される。
【０００８】
又、原動機１のジャケット１ａを通過することにより、原動機廃熱を吸収して原動機１を冷却した高温の冷却用水Ｗは、ポンプ７により管路５を経て廃熱回収熱交換器４へ送給され、管路８から廃熱回収熱交換器４へ導入された給水Ｗｓと熱交換して給水Ｗｓを加熱し、温水Ｗｈを生成させ、管路６を通ってジャケット１ａへ戻され、再び原動機廃熱を吸収して原動機１を冷却し、管路５へ送出される。生成された温水Ｗｈは、管路９から貯湯槽１０へ送給されて貯湯され、適宜使用される。
【０００９】
又、給水Ｗｓを直接貯湯槽１０へ送給する場合は、管路１２と管路９の三方切換弁１１接続部下流側が連通し、管路９が三方切換弁１１の前後部で遮断されるよう、三方切換弁１１を切換える。このため、給水Ｗｓは廃熱回収熱交換器４を経ることなく、貯湯槽１０へ送給される。
【００１０】
更に、コージェネレーション設備において、発電時の原動機廃熱で給水を加熱して温水を製造し、給湯を行うようにした装置としては、特許文献１に示す装置がある。特許文献１では、昼間の発電時に発電用エンジン等の原動機で生じた廃熱を吸熱した熱媒体は、管路から熱交換器に送給されて給水が加熱され、生成された温水は、給湯口から給湯されるようになっている。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−３１７０８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
コージェネレーション設備に設けられた上記各温水製造装置では、昼間の原動機稼動時間帯は、原動機が稼動されて発電が行われているため、原動機廃熱を有効に利用することができる。しかし、夜間の原動機稼動時間帯外には原動機は停止されているため、原動機廃熱は発生せず、従って、温水の温度は下降するため、昼間に回収された原動機廃熱は無駄に捨てられることになり、省エネルギー及び経済上不利である。
【００１３】
本発明は上記実情に鑑み、コージェネレーション設備に設置される、省エネルギー上及び経済上有利な温水製造装置を提供することを目的としてなしたものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の温水製造装置は、原動機の廃熱で加熱された冷却用水により、蓄熱材を含む熱媒体を加熱する第一の熱交換器と、該第一の熱交換器で加熱された熱媒体を貯留して蓄熱する蓄熱槽と、該蓄熱槽からの熱媒体により給水を加熱して温水を製造する第二の熱交換器を設けたものである。
【００１５】
請求項２の温水製造装置は、第二の熱交換器で生成された温水を貯湯するための貯湯槽を設けたものである。
【００１６】
請求項３の温水製造装置においては、熱媒体は、蓄熱材としてパラフィンを用い、該パラフィンを界面活性剤を用いて水中に粒子として分散させたものであり、請求項４の温水製造装置においては、原動機はガスエンジンである。
【００１７】
本発明によれば、昼間の原動機稼動時間帯において原動機廃熱を有効に利用することができることは勿論、夜間の原動機稼動時間帯外には、原動機稼動時間帯に熱媒体を介し蓄熱槽に蓄熱した原動機廃熱により温水を製造することができ、従って、夜間においても、昼間に蓄熱された原動機廃熱を有効活用することができ、コージェネレーション設備の総合効率が向上して省エネルギー及び経済上有利であり、又、特にホテル、病院等、夜間に温水を必要とするユーザにおいて有効活用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１はコージェネレーション設備に適用される本発明の温水製造装置を実施する形態の一例である。本図示例では、昼間の原動機稼動時間帯においては、原動機廃熱を利用して温水Ｗｈを製造し得るようにすることに加えて、蓄熱材を有する熱媒体Ｈにより原動機廃熱を回収して蓄熱し、夜間の原動機稼動時間帯外においては、熱媒体Ｈに蓄熱した熱により、温水Ｗｈを製造し得るようにしている。図１中、図３に示すものと同一の符号のものは同一のものを示す。
【００１９】
図中、１３はポンプ７の下流側において管路５に接続された管路、１４は管路６に接続された管路、１５は蓄熱用熱交換器であり、管路１３，１４は蓄熱用熱交換器１５に接続されている。而して、ジャケット１ａ内を流れることにより原動機廃熱を吸収して原動機１を冷却した高温の冷却用水Ｗの一部は、管路５，１３から蓄熱用熱交換器１５へ送給され、蓄熱用熱交換器１５で放熱したうえ、管路１４，６から原動機１のジャケット１ａへ戻されて再び原動機廃熱を吸収し、管路５へ送出されるようになっている。
【００２０】
１６は蓄熱槽、１７は放熱用熱交換器、１８ａ，１８ｂは蓄熱用熱交換器１５と放熱用熱交換器１７とを連結するよう、三方切換弁１９を介し直列に接続された管路、２０ａ，２０ｂは蓄熱用熱交換器１５と放熱用熱交換器１７とを連結するよう、三方切換弁２１を介し直列に接続された管路、２２，２３は蓄熱槽１６と三方切換弁１９，２１とを連結する管路、２４は管路２２の中途部に設けたポンプである。蓄熱に用いられる熱媒体ＨはＰＣＭ（Ｐｈａｓｅ ＣｈａｎｇｅｄＭａｔｅｒｉａｌ）エマルジョンで、蓄熱材であるパラフィンを界面活性剤を用いて水中に微細粒子として分散させたものであり、蓄熱材が凝固しても融解しても、熱媒体Ｈの流動性は保持されるようになっている。
【００２１】
而して、昼間の原動機１の稼動時間帯（例えば、７時〜２２時）において蓄熱を行う場合には、熱媒体Ｈはポンプ２４により、蓄熱槽１６から管路２２、三方切換弁１９、管路１８ａを経て蓄熱用熱交換器１５へ送給され、高温の冷却用水Ｗと熱交換して加熱され、管路２０ａ、三方切換弁２１、管路２３を経て蓄熱槽１６へ戻され、蓄熱が行われるようになっている。又、夜間の原動機１の稼動時間帯外には、熱媒体Ｈはポンプ２４により、蓄熱槽１６から管路２２、三方切換弁１９、管路１８ｂを経て放熱用熱交換器１７へ送給され、給水Ｗｓと熱交換して放熱し、管路２０ｂ、三方切換弁２１、管路２３を経て蓄熱槽１６へ戻されるようになっている。
【００２２】
２５は三方切換弁１１の下流側において管路９と放熱用熱交換器１７を接続する管路、２６は放熱用熱交換器１７と貯湯槽１０とを接続する管路、２７は管路２６の中途部に設けられた三方切換弁、２８は管路２５の中途部と三方切換弁２７を接続する管路である。
【００２３】
而して、昼間の原動機１の稼動時間帯において廃熱回収熱交換器４により給水Ｗｓが加熱され、温水Ｗｈが生成された場合は、温水Ｗｈは、管路９、管路２５の管路２８接続部よりも上流側の部分、管路２８、三方切換弁２７、管路２６の三方切換弁２７接続部よりも下流側の部分を経て、貯湯槽１０へ送給されるようになっている。又、夜間の原動機１の稼動時間帯外の場合には、管路９、管路２５には放熱用熱交換器１７へ導入される給水Ｗｓが送給されるようになっており、放熱用熱交換器１７からの温水Ｗｈは、管路２６を経て貯湯槽１０へ送給されるようになっている。
【００２４】
次に、上記した実施の形態の作用を説明する。
原動機１の稼動時間帯には、三方切換弁１１は、管路１２，９が遮断され、管路９が三方切換弁１１の前後部で連通するよう、切換えられており、三方切換弁２７は、管路２８及び管路２６の三方切換弁２７よりも下流側の部分が連通し、管路２６は三方切換弁２７の前後部で遮断されるよう、切換えられている。又、三方切換弁１９は、管路２２，１８ａが連通し、管路２２，１８ｂが遮断されるよう、切換えられており、三方切換弁２１は、管路２０ａ，２３が連通し、管路２０ｂ，２３が遮断されるよう、切換えられている。
【００２５】
原動機１が駆動されると、原動機１からの原動機排ガスＧｈは廃熱ボイラ３へ送給されて廃熱が回収され、蒸気等が生成され、原動機１のジャケット１ａを通過した高温の冷却用水Ｗはポンプ７により吐出され、一部は図３の装置と同様にして廃熱回収熱交換器４へ送給され、管路８から廃熱回収熱交換器４へ導入された給水Ｗｓと熱交換し、給水Ｗｓを加熱して温水Ｗｈを生成させ、管路６を通ってジャケット１ａへ戻され、再び原動機廃熱を吸収して原動機１を冷却し、管路５へ送出される。廃熱回収熱交換器４からの温水Ｗｈは、管路９、三方切換弁１１、管路９、管路２５，２８、三方切換弁２７、管路２６を経て貯湯槽１０へ送給されて貯湯され、適宜使用される。
【００２６】
又、ジャケット１ａを通過してポンプ７により吐出された高温の冷却用水Ｗの一部は、管路５，１３を経て蓄熱用熱交換器１５へ送給され、管路１８ａから蓄熱用熱交換器１５へ導入された熱媒体Ｈを熱交換により加熱し、管路１４，６を経て原動機１のジャケット１ａへ戻され、再び原動機廃熱を吸収して管路５へ送出される。
【００２７】
蓄熱槽１６からの蓄熱材を含有する熱媒体Ｈは、ポンプ２４により、管路２２、三方切換弁１９、管路１８ａを経て蓄熱用熱交換器１５へ送給され、高温の冷却用水Ｗと熱交換して加熱され、管路２０ａ、三方切換弁２１、管路２３を経て蓄熱槽１６へ戻され、蓄熱が行われる。
【００２８】
原動機１の稼動時間帯外には、三方切換弁１１は、管路１２と管路９の三方切換弁１１よりも下流側の部分が連通し、管路９の三方切換弁１１前後部が遮断されるよう、切換えられ、三方切換弁２７は、管路２８と管路２６とが遮断され、管路２６の三方切換弁２７前後部が連通されるよう、切換えられている。又、三方切換弁１９は、管路２２と管路１８ｂが連通し、管路２２と管路１８ａが遮断されるよう、切換えられ、三方切換弁２１は、管路２０ｂと管路２３が連通し、管路２０ａと管路２３が遮断されるよう、切換えられている。
【００２９】
このため、蓄熱槽１６に蓄熱されている熱媒体Ｈは、ポンプ２４により、管路２２、三方切換弁１９、管路１８ｂを経て放熱用熱交換器１７へ送給され、管路８，１２、三方切換弁１１、管路９，２５から放熱用熱交換器１７へ導入された給水Ｗｓを熱交換により加熱して温水Ｗｈを生成させ、管路２０ｂ、三方切換弁２１、管路２３を経て蓄熱槽１６へ戻される。放熱用熱交換器１７において生成された温水Ｗｈは管路２６、三方切換弁２７、管路２６を通り、貯湯槽１０へ送給されて貯湯され、適宜使用される。
【００３０】
原動機１の稼動時間帯外に放熱用熱交換器１７で温水Ｗｈを製造する必要のない場合には、三方切換弁１１は、原動機１の稼動時間帯外における前述の切換え状態のままとし、三方切換弁２７は、管路２８と管路２６の三方切換弁２７よりも下流側の部分が連通し、管路２８と管路２６の三方切換弁２７よりも上流側の部分が遮断されるよう三方切換弁２７を切換える。このため、管路８からの給水Ｗｓは、廃熱回収熱交換器４及び放熱用熱交換器１７を通ることなく、貯湯槽１０へ送給される。
【００３１】
図２には図１に示す温水製造装置に用いられる冷却用水Ｗ、熱媒体Ｈ、給水Ｗｓ、給湯Ｗｈの温度線図が示されている。図中、イは冷却用水Ｗの温度線図、ロは熱媒体Ｈの温度線図、ハは給水Ｗｓ、給湯Ｗｈの温度線図である。図２において、Ｔ１は冷却用水Ｗの蓄熱用熱交換器１５入口における温度で、Ｔ１≒８０℃、Ｔ２は冷却用水Ｗの蓄熱用熱交換器１５出口における温度で、Ｔ２≒６５℃である。Ｔ３は熱媒体Ｈの蓄熱用熱交換器１５入口における温度、或は、熱媒体Ｈの放熱用熱交換器１７出口における温度で、Ｔ３≒６０℃、Ｔ４は熱媒体Ｈの蓄熱用熱交換器１５出口における温度、或は、熱媒体Ｈの放熱用熱交換器１７入口における温度で、Ｔ４≒７０℃である。Ｔ５は給水Ｗｓの放熱用熱交換器１７入口の温度で、Ｔ５≒１５℃、Ｔ６は温水Ｗｈの放熱用熱交換器１７出口の温度で、Ｔ６≒６０℃である。
【００３２】
本発明の図示例によれば、昼間の原動機稼動時間帯において原動機廃熱を有効に利用することができることは勿論、夜間の原動機稼動時間帯外には、原動機稼動時間帯に熱媒体Ｈにより蓄熱槽１６に蓄熱した原動機廃熱を用いて温水Ｗｈを製造することができる。従って、原動機稼動時間帯外においても、原動機稼動時間帯に蓄熱された原動機廃熱を有効活用することができ、コージェネレーション設備の総合効率が上昇して省エネルギー及び経済上有利である。又、これらの設備は特にホテル、病院等、夜間に温水を必要とするユーザにおいて有効活用することができる。
【００３３】
なお、本発明の温水製造装置においては、原動機としてガスエンジンを用いる場合について説明したが、ガスエンジン以外のエンジンや、各種タービンを用いても実施できること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜４記載の温水製造装置によれば、昼間の原動機稼動時間帯において原動機廃熱を有効に利用することができることは勿論、夜間の原動機稼動時間帯外においても、原動機稼動時間帯に熱媒体により蓄熱槽に蓄熱した原動機廃熱を用いて温水を製造することができ、従って、夜間においても、昼間に蓄熱された原動機廃熱を有効活用することができ、コージェネレーション設備の総合効率が向上して省エネルギー及び経済上不利であり、又、特にホテル、病院等、夜間に温水を必要とするユーザにおいて有効活用することができる、等種々の優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】コージェネレーション設備に適用される本発明の温水製造装置の実施の形態の一例を示すフロー図である。
【図２】図１の温水製造装置に用いる冷却用水、熱媒体、給水、温水の温度線図を示すグラフである。
【図３】コージェネレーション設備に適用される従来の温水製造装置の一例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 原動機
１０ 貯湯槽
１５ 蓄熱用熱交換器（第一の熱交換器）
１６ 蓄熱槽
１７ 放熱用熱交換器（第二の熱交換器）
Ｈ 熱媒体
Ｗ 冷却用水（冷却用流体）
Ｗｓ 給水
Ｗｈ 温水

Claims (4)

1. 原動機の廃熱で加熱された冷却用流体により、蓄熱材を含む熱媒体を加熱する第一の熱交換器と、該第一の熱交換器で加熱された熱媒体を貯留して蓄熱する蓄熱槽と、該蓄熱槽からの熱媒体により給水を加熱して温水を生成させる第二の熱交換器を設けたことを特徴とする温水製造装置。
2. 第二の熱交換器で生成された温水を貯湯するための貯湯槽を設けた請求項１記載の温水製造装置。
3. 熱媒体は、蓄熱材としてパラフィンを用い、該パラフィンを界面活性剤を用いて水中に粒子として分散させたものである請求項１又は２記載の温水製造装置。
4. 原動機はガスエンジンである請求項１、２又は３記載の温水製造装置。

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