(57)【要約】【課題】  排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる排熱回収型吸着式冷凍機を提供する。【解決手段】  エンジン発電機１に、排ガス配管２を介して蒸気ボイラ３を接続し、ジャケット冷却水ポンプ４を介装したジャケット冷却水配管５を介して熱交換器６を接続する。温水戻り配管９ａと温水供給配管９ｂを介して熱交換器６に吸着式冷凍機１０を接続する。熱交換器６の温水出口と吸着式冷凍機１０との間、すなわち、温水供給配管９ｂに排ガス熱交換器１９を設け、その排ガス熱交換器１９に蒸気ボイラ３からの排ガス配管２を導入し、蒸気ボイラ３を経た排ガスを排ガス熱交換器１９に導入し、吸着式冷凍機１０に供給する温水を加熱する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排ガスを排ガス配管を介して蒸気ボイラに供給し、前記エンジンからの低温排熱によって得られる温水の熱を回収する熱交換器を設け、前記熱交換器からの温水を吸着式冷凍機に供給するように構成した排熱回収型吸着式冷凍機において、
前記熱交換器の温水出口と前記吸着式冷凍機との間に排ガス熱交換器を設け、前記蒸気ボイラを経た排ガスを前記排ガス熱交換器に導入するように構成したことを特徴とする排熱回収型吸着式冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の排熱回収型吸着式冷凍機において、
吸着式冷凍機における吸着材が活性炭であり、かつ、作動媒体がアルコールである排熱回収型吸着式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンからの排ガスを排ガス配管を介して蒸気ボイラに供給し、エンジンからの低温排熱によって得られる温水の熱を回収する熱交換器を設け、その熱交換器からの温水を吸着式冷凍機に供給するように構成した排熱回収型吸着式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のエンジンからの排熱を回収するものにおいて、その回収効率を高めるために、水やリチウム・ブロマイドなどの液体を吸収材とし、アルコールや水などの冷媒を作動媒体とする吸収式冷凍機において、エンジンから排出される高温排ガスを蒸気ボイラに供給し、その蒸気ボイラを経た後の高温排ガスを、冷媒を吸収した吸収液を吸収器から再生器に戻すときの予熱に利用するように構成したものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１９５１００号（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、吸着式冷凍機では、シリカゲルや活性炭などの固体を吸着材（吸収材）とし、その吸着材を再生・吸着部に充填して充填吸着材にアルコールや水などの作動媒体を吸着ならびに脱着させるようにしており、予熱のために作動媒体を吸収した固体を再生・吸着部から取り出すことは困難であり、上述した従来例のような構成を適用することができず、再生効率を向上する上で改善の余地があった。
【０００４】
また、再生器には、エンジンからの低温排熱によって得られる温水としてのジャケット冷却水を供給し、その低温排熱を回収するようにしており、蒸気ボイラに供給した後の高温排ガスによって、再生器に供給されるジャケット冷却水の温度以上に加熱すると、低温排熱の回収ができず、排熱回収効率を向上するにしても限界があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる排熱回収型吸着式冷凍機を提供することを目的とし、請求項２に係る発明は、より有効的に向上できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
エンジンからの排ガスを排ガス配管を介して蒸気ボイラに供給し、前記エンジンからの低温排熱によって得られる温水の熱を回収する熱交換器を設け、前記熱交換器からの温水を吸着式冷凍機に供給するように構成した排熱回収型吸着式冷凍機において、
前記熱交換器の温水出口と前記吸着式冷凍機との間に排ガス熱交換器を設け、前記蒸気ボイラを経た排ガスを前記排ガス熱交換器に導入するように構成する。
【０００７】
（作用・効果）
請求項１に係る発明の排熱回収型吸着式冷凍機の構成によれば、エンジンからの低温排熱によって得られる温水の熱を熱交換器で回収し、得られた温水を吸着式冷凍機に供給するまでに、排ガス熱交換器により蒸気ボイラを経た排ガスで加熱することができる。
【０００８】
したがって、蒸気ボイラに回収させた後の高温排ガスの熱を吸着式冷凍機に回収することができるようになり、排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる排熱回収型吸着式冷凍機を提供できる。
【０００９】
しかも、低温排熱の回収によって得られる温水を、蒸気ボイラに回収させた後の高温排ガスの熱の回収により更に加熱して吸着式冷凍機に供給するから、より一層排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の排熱回収型吸着式冷凍機において、
吸着式冷凍機における吸着材が活性炭であり、かつ、作動媒体がアルコールであるように構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項２に係る発明の排熱回収型吸着式冷凍機の構成によれば、吸着材として、メタノールの吸着量を多くできる活性炭を用い、その活性炭に作動媒体としてアルコールを吸着ならびに脱着させる。
【００１２】
したがって、吸着式冷凍機に高温の温水を供給して活性炭からのメタノールの脱着量を増加することができ、有効吸着量を増加して冷凍用媒体を低温で効率良く取り出すことができ、排熱回収効率をより有効的に向上して冷凍出力を向上できる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明の排熱回収型吸着式冷凍機の構成によれば、エンジンからの低温排熱によって得られる温水の熱を熱交換器で回収し、得られた温水を吸着式冷凍機に供給するまでに、排ガス熱交換器により蒸気ボイラを経た排ガスで加熱することができるから、蒸気ボイラに回収させた後の高温排ガスの熱を吸着式冷凍機に回収することができるようになり、排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる排熱回収型吸着式冷凍機を提供できる。
【００１４】
しかも、低温排熱の回収によって得られる温水を、蒸気ボイラに回収させた後の高温排ガスの熱の回収により更に加熱して吸着式冷凍機に供給するから、より一層排熱回収効率を向上して冷凍出力を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、この発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は、本発明の排熱回収型吸着式冷凍機の実施例を示す全体構成図であり、発電機を直結内蔵したエンジン発電機１に、排ガス配管２を介して蒸気ボイラ３が接続されるとともに、ジャケット冷却水ポンプ４を介装したジャケット冷却水配管５を介して熱交換器６が接続され、循環ポンプ７およびクッションタンク８を介装した温水戻り配管９ａと温水供給配管９ｂを介して熱交換器６に吸着式冷凍機１０が接続されている。
【００１７】
上記構成により、エンジン発電機１から排出される高温排ガスの熱を利用して蒸気ボイラ３で高温蒸気を発生させ、蒸気タービン（図示せず）の動力を得るようになっている。この蒸気ボイラ３では、例えば、温度６０℃の給水により、圧力が０．７８ＭＰａの蒸気を得るようになっている。
【００１８】
吸着式冷凍機１０では、上部に凝縮器１１が、そして下部に蒸発器１２がそれぞれ設けられ、凝縮器１１と蒸発器１２との間に、ふたつの流路に分岐されて、それぞれ吸着材としての活性炭を充填した第１および第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂが設けられ、更に内部にアルコールとしてのメタノールが封入されている。
【００１９】
凝縮器１１内に冷却水配管１４が導入され、その冷却水配管１４と、クーリングタワー（図示せず）に接続される冷却水供給管１５ａおよび戻り配管１５ｂとが温水・冷却水切替バルブユニット１６を介して接続されている。
【００２０】
第１および第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂそれぞれ内に第１および第２の循環配管１７ａ，１７ｂが導入されるとともに、その第１および第２の循環配管１７ａ，１７ｂが温水・冷却水切替バルブユニット１６に接続されている。
【００２１】
蒸発器１２内にブラインなどの冷凍用媒体を流す冷凍用媒体取り出し配管１８が導入されている。
【００２２】
熱交換器６の温水出口と吸着式冷凍機１０との間、すなわち、温水供給配管９ｂに排ガス熱交換器１９が設けられ、その排ガス熱交換器１９に蒸気ボイラ３からの排ガス配管２が導入され、蒸気ボイラ３を経た排ガスを排ガス熱交換器１９に導入し、吸着式冷凍機１０に供給する温水を加熱するように構成されている。
【００２３】
温水供給配管９ｂには、排ガス熱交換器１９と並列に、流量調整弁２０を介装したバイパス配管２１が接続され、排ガス熱交換器１９の下流側に温水温度を測定する温度計２２が設けられるとともに、その温度計２２と流量調整弁２０とが連係され、温度計２２で測定される温水温度が設定温度になるように流量調整弁２０を調整できるように構成されている。
【００２４】
温水・冷却水切替バルブユニット１６は、図２の温水・冷却水の流路構成図に示すように、７個の第１ないし第７の切替バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７を備えて構成され、それらバルブの切替により、第１および第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂを、再生工程と吸着工程とに背反的に切替えるように構成されている。
【００２５】
先ず、図２の（ａ）に示すように、温水を温水供給配管９ｂ→第１の切替バルブＶ１→第２の切替バルブＶ２→第１の循環配管１７ａ→第３の切替バルブＶ３→温水戻り配管９ａと流し、第１の再生・吸着部１３ａで、活性炭を加熱して吸着されているメタノールを脱着する。
【００２６】
一方、クーリングタワーからの冷却水を、冷却水供給管１５ａ→第４の切替バルブＶ４→第５の切替バルブＶ５→第２の循環配管１７ｂ→第６の切替バルブＶ６→第７の切替バルブＶ７→冷却水配管１４→冷却水戻り配管１５ｂと流して凝縮器１１および第２の再生・吸着部１３ｂを冷却し、第１の再生・吸着部１３ａで脱着して凝縮器１１に上昇したメタノール蒸気を凝縮液化させ、その液化したメタノールを蒸発器１２に流下させ、第２の再生・吸着部１３ｂでの吸着により蒸発器１１でメタノールを蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍用媒体取り出し配管１８から低温の冷凍用媒体を取り出す。
【００２７】
逆に、図２の（ｂ）に示すように、温水を温水供給配管９ｂ→第１の切替バルブＶ１→第５の切替バルブＶ５→第２の循環配管１７ｂ→第６の切替バルブＶ６→温水戻り配管９ａと流し、第２の再生・吸着部１３ｂで、活性炭を加熱して吸着されているメタノールを脱着する。
【００２８】
一方、クーリングタワーからの冷却水を、冷却水供給管１５ａ→第４の切替バルブＶ４→第２の切替バルブＶ２→第１の循環配管１７ａ→第３の切替バルブＶ３→第７の切替バルブＶ７→冷却水配管１４→冷却水戻り配管１５ｂと流して凝縮器１１および第１の再生・吸着部１３ａを冷却し、第２の再生・吸着部１３ｂで脱着して凝縮器１１に上昇したメタノール蒸気を凝縮液化させ、その液化したメタノールを蒸発器１２に流下させ、第１の再生・吸着部１３ａでの吸着により蒸発器１１でメタノールを蒸発させ、その蒸発潜熱により冷凍用媒体取り出し配管１８から低温の冷凍用媒体を取り出す。
【００２９】
上記構成により、エンジン発電機１から排出される低温排熱であるジャケット冷却水の熱に加え、高温排熱である高温排ガスの熱を蒸気ボイラ３で回収した後に更に排ガス熱交換器１９で回収し、第１または第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂでの活性炭からのメタノールの脱着量を増加し、次工程でのメタノールの吸着量を増加でき、吸着式冷凍機１０の冷凍出力を向上できる。
【００３０】
次に、具体的な実験結果について説明する。
【００３１】
エンジン発電機１としては、周波数６０Ｈｚで回転数が１２００ｒｐｍのイエンバッハ社製のもの（ＪＭＳ３２０ＧＳ−Ｂ．Ｌ）を用いた。
【００３２】
燃料ガスとしては、組成がメタン６５％、二酸化炭素３５％の下水汚泥処理で得られるバイオガスを用いた。熱量は６．５ｋＷ／Ｎｍ3、流量は３１９Ｎｍ3／ｈ、空気量は３１３８Ｎｍ3／ｈであった。また、高温排ガスの温度は、蒸気ボイラ３の入口で５００℃、出口で１８２℃、排ガス熱交換器１９からの出口での温度は１０５℃であった。
【００３３】
吸着式冷凍機１０に供給する温水流量をエンジン発電機１から熱交換器６に流れるジャケット冷却水の量の２倍とし、温水戻り配管９ａでの温度が８３℃としたところ、温水供給配管９ｂで吸着式冷凍機１０に供給される温水の温度は８９．３℃であった。
【００３４】
また、温水・冷却水切替バルブユニット１６での切替時間は４分であった。
【００３５】
第１および第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂでの活性炭の総重量は５１０ｋｇで、粒状で、伝熱管が銅製でフィンがルミニウム製のクロスフィンコイル型熱交換器のフィンの隙間に充填した。その第１および第２の再生・吸着部１３ａ，１３ｂにクーリングタワーから流す冷却水の温度は、冷却水供給管１５ａで３５．８℃、冷却水戻り配管１５ｂで３８℃であった。
【００３６】
上記構成の排熱回収型吸着式冷凍機を用い、吸着式冷凍機１０に供給する温水の温度を８７℃〜９２℃と変えて実験を行ったところ、冷凍出力としては、図３の冷凍出力の温度依存特性のグラフに示す結果が得られ、有効吸着量としては、図４の有効吸着量の温度依存特性のグラフに示す結果が得られた。
【００３７】
これらの結果から、あるレベルを超えると変化率が減少し、吸収式冷凍機１０に供給する温水温度を高くすることによる効果が、あるレベルを超えると減少していくことがわかる。これは、活性炭の温度をあるレベル以上高くしても、その温度までにメタノールを脱着できていれば、それ以上温度を高くしても脱着が進まず、有効吸着量（メタノールの吸着量または脱着量／活性炭の重量）を高くできないからであり、また、この有効吸着量に冷凍出力が関係するからである。
【００３８】
すなわち、排ガス熱交換器１９からの温水の温度は、例えば、８９．３℃など、８９℃に近い温度に設定するのが望ましいことがわかる。
【００３９】
上記構成の排熱回収型吸着式冷凍機によって得られた出力は下記の通りであった。
【００４０】
電気出力：７９４ｋＷ、発電効率３８．３％
蒸気出力：圧力０．７８Ｍｐａで、４３４ｋＷ、蒸気熱効率は２０．９％
温水出力：温水戻り配管９ａでの温度８３℃、熱交換器６の出口における温水供給配管９ｂでの温度８８℃で５２７ｋＷ、温水熱効率２５．５％
であり、総合効率は８４．７％であった。
【００４１】
一方、比較例として、上述排ガス熱交換器１９を用いずに、吸着式冷凍機１０に供給する温水温度を８８℃としたものを用いたところ、温水出力が４２０ｋＷで温水熱効率２０．３％であり、電気出力および蒸気出力は同じでも、総合効率が７９．５％と減少し、本発明の実施例の排熱回収型吸着式冷凍機を用いることにより、５．２％向上できることが明らかであった。
【００４２】
上記実施例では、燃料ガスとして下水汚泥処理によって発生するバイオガスを用いているが、例えば、食品工場の排水の処理によって発生するバイオガスなど、嫌気性メタン発酵による各種のバイオガスを用いることができる。
【００４３】
また、上記実施例では、発電機を直結内蔵したエンジン発電機１を示したが、本発明としては、各種の動力を取り出すためのエンジンなど、各種のエンジンからの排熱によって吸着式冷凍機１０を運転する排熱回収型吸着式冷凍機に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施例に係る排熱回収型吸着式冷凍機示す全体構成図である。
【図２】温水・冷却水の流路構成図である。
【図３】冷凍出力の温度依存特性を示すグラフである。
【図４】有効吸着量の温度依存特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１…エンジン発電機（エンジン）
２…排ガス配管
３…蒸気ボイラ
６…熱交換器
１０…吸着式冷凍機
１９…排ガス熱交換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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