(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンと、該エンジンにより駆動される圧縮機と、高圧圧縮冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された凝縮液を膨張弁を経由蒸発する蒸発器と、液分離器とを含んで圧縮式冷凍機を構成し、
前記凝縮器よりの凝縮液の一部を貯留し前記ガスエンジンの排熱により加熱して高圧冷媒蒸気を発生する蒸気発生器と、該蒸気発生器より発生した高圧冷媒蒸気を駆動源とし前記蒸発器の前段に設けた中間冷却器であるエコノマイザーからの未凝縮の戻り冷媒蒸気を吸入して吐出側より冷媒蒸気を噴射する蒸気エジェクタとを設け、前記吐出側よりの冷媒蒸気を前記圧縮機からの圧縮蒸気と合流させて前記凝縮器へ導入させるように構成したことを特徴とする蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用装置。
【請求項２】
室内暖房や融雪等に使用する熱の効率的搬送を可能にした、蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法において、
ガスエンジンの排熱を利用して得られた温熱源を使用して受液部から供給される冷媒液を加熱して高圧冷媒蒸気を形成し、該高圧冷媒蒸気を蒸気エジェクタの駆動源に使用するとともに、該エジェクタより吐出した加熱冷媒蒸気の負荷側での潜熱放出により凝縮され前記受液部へ戻る吐出冷媒蒸気の凝縮液の内未凝縮の戻り冷媒蒸気を前記エジェクタにより吸引させ、前記蒸気エジェクタを介して冷媒蒸気の循環搬送を可能にし、さらに前記受液部へ戻った冷媒液は前記高圧冷媒蒸気に供給されることを特徴とする蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法。
【請求項３】
前記加熱冷媒は潜熱量の大きな低沸点媒体を使用するようにしたことを特徴とする請求項２記載の蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法。
【請求項４】
ガスエンジンの排熱投入部の温熱出力部と、
該出力部の温熱により冷媒を加熱して高圧冷媒蒸気を得る蒸気発生器と、
高圧冷媒蒸気を駆動源として吸引した受液部からの未凝縮の戻り冷媒蒸気を前記高圧冷媒蒸気を介して加熱冷媒蒸気として吐出する蒸気エジェクタと、
吐出冷媒蒸気を搬送して潜熱を被加熱負荷へ付与して凝縮液を受液部へ搬送する気密状搬送路と、前記凝縮液を貯留する受液部と、前記凝縮部を形成する被加熱負荷と、受液部より凝縮液を蒸気発生器へ還流させる冷媒ポンプとより構成したことを特徴とする蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン排熱の有効利用を図るべくなされたもので、
第１の発明はガスエンジンで駆動する圧縮式冷凍機に、前記ガスエンジンの排熱により作動する蒸気エジェクタを使用する蒸気噴射冷凍機を併存させ熱効率の向上を図り、
第２の発明は室内暖房、床暖房、融雪等の被加熱負荷への潜熱搬送に際して、ガスエンジンの排熱投入部の温熱出力により蒸気エジェクタを作動させることにより潜熱搬送をする加熱冷媒蒸気を動力を用いずに搬送することを可能とする、蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
総合効率の向上をめざしたり、電力の無い、もしくは不足の場合は、上記第１の発明に示すガスエンジンで圧縮式冷凍機を駆動して冷却用途に用いることが多い。
上記ガスエンジンの排ガス及びジャケット冷却水から出る廃熱の利用は、従来冷房用途のように５℃以上の冷水を必要とするところには吸収式冷凍機や吸着式冷凍機の熱源として６５〜８５℃程度の温水を回収利用していた。また、０℃以下の冷熱を必要とする場合は、アンモニア吸収式冷凍機の熱源として排気ガスより１１０〜１３０℃の蒸気または高温水を回収して駆動熱源としていた。この場合シリンダ冷却水は温度が低く利用出来ないため、無駄に捨てられていた。
【０００３】
上記これまでの利用方法は、ガスエンジンより回収した排熱を駆動源とする吸収式冷凍機ないし吸着式冷凍機を前記圧縮式冷凍機に併用させて用いる方法を取っていた。そのため、設備費や据え付け面積の増大が支障の原因となっていた。
【０００４】
このため、設備を別に用意しなくてはならなく、ユティリティーをそれぞれ配管で接続したり、合わせて使用するため、特別の制御を考慮しなくてはならないなどの問題点があった。
また、構造の異なる二種類の設備となるため、設置上保守点検も二重に考慮する必要があった。
【０００５】
また、上記本発明の第２の発明の対象である、室内暖房、床暖房、融雪等の被加熱負荷への温熱搬送においては、温水や温ブラインを配管で温熱を必要とする箇所まで導きポンプで循環させていた。この場合下記問題点を内蔵していた。
ａ、必要温度差に基づく必要流量の液状媒体を配管内の流路抵抗に打ち勝って送るための搬送用のポンプ動力が必要となる。
ｂ、温熱を必要とする被加熱部分の入り口近傍の温度は高くなるが、遠くなるほどが温度が低下する。
ｃ、上記循環媒体が温水やブラインで構成されているため、時間の経過につれ配管内が腐食する。
【０００６】
また、上記の場合、ヒートパイプの使用により、ガスの潜熱で温熱を送る方法も考えられるが、この場合は下記問題点があった。
ａ、熱の発生部にヒートパイプの受熱部を挿入し、被加熱部で熱を放出後、液化した媒体が受熱部に戻るのに距離が長い（５〜６ｍ）と使用できない。
ｂ、ヒートパイプの設置場所が熱の発生部より遠い場合は設置場所まで温水やブライン等の温熱流体を搬送循環させなくてはならない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる課題を解決するために、第１の発明であるガスエンジンで駆動する圧縮式冷凍機の効率向上のための前記ガスエンジンの排熱利用は、前記圧縮式冷凍機で使用する冷媒を使用し蒸発器、凝縮器も共用できる排熱利用装置を提供し、
また、第２の発明である室内暖房、床暖房、融雪等の被加熱負荷への動力を用いずに潜熱搬送を可能とするとともに、搬送距離及び設置場所に制限の受けることのない、温熱搬送方法とその装置の提供を目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用装置は、ガスエンジンと、該エンジンにより駆動される圧縮機と、高圧圧縮冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された凝縮液を膨張弁を経由蒸発する蒸発器と、液分離器とを含んで圧縮式冷凍機を構成し、
前記凝縮器よりの凝縮液の一部を貯留し前記ガスエンジンの排熱により加熱して高圧冷媒蒸気を発生する蒸気発生器と、該蒸気発生器より発生した高圧冷媒蒸気を駆動源とし前記蒸発器の前段に設けた中間冷却器であるエコノマイザーからの未凝縮の戻り冷媒蒸気を吸入して吐出側より冷媒蒸気を噴射する蒸気エジェクタとを設け、前記吐出側よりの冷媒蒸気を前記圧縮機からの圧縮蒸気と合流させて前記凝縮器へ導入させるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
上記請求項１記載の本発明の第１の発明は、ガスエンジンで駆動されている圧縮式冷凍機の冷媒を使用し、別途設けた蒸気発生器で前記冷媒をエンジン排熱で加熱させ高圧冷媒蒸気を発生させ、該高圧冷媒蒸気を駆動源とする蒸気エジェクタにより蒸気噴射冷凍機を形成させ、前記圧縮式冷凍機に併存させ、該冷凍機の能力向上を図ったものである。
即ち、従来に見られた、排熱を６５〜８５℃の温水または１１０〜１３０℃の蒸気の形で回収したものを別途に併用する機器に供給することによってしか排熱の利用が許されなかった方式から圧縮式冷凍機と同一システム内の冷媒を使用して蒸発器、凝縮器も共用できるようにして簡単に排熱利用ができ且つ総合効率の向上が図れる。
【００１０】
【００１１】
上記第１の発明で、蒸発器の手前に設けたエコノマイザーにより未凝縮の戻り冷媒蒸気をエジェクタにより吸引させたので、蒸発器経過後の冷熱を放出した冷媒蒸気を吸引するときよりも、エコノマイザーの蒸発圧力が高い分だけ吸引効率が上がり冷凍サイクルの能力を増大させることができる。
【００１２】
次に本発明の第２の発明である室内暖房や融雪等のための温熱輸送に際しての蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法は、室内暖房や融雪等に使用する熱の効率的搬送を可能にした、蒸気エジェクタによるガスエンジンの排熱利用方法において、
ガスエンジンの排熱を利用して得られた温熱源を使用して受液部から供給される冷媒液を加熱して高圧冷媒蒸気を形成し、該高圧冷媒蒸気を蒸気エジェクタの駆動源に使用するとともに、該エジェクタより吐出した加熱冷媒蒸気の負荷側での潜熱放出により凝縮され前記受液部へ戻る吐出冷媒蒸気の凝縮液の内未凝縮の戻り冷媒蒸気を前記エジェクタにより吸引させ、前記蒸気エジェクタを介して冷媒蒸気の循環搬送を可能にし、さらに前記受液部へ戻った冷媒液は前記高圧冷媒蒸気に供給されることを特徴とする。
【００１３】
上記請求項２記載の本発明の第２の発明では、ガスエンジンの排熱により冷媒を加熱して加熱冷媒蒸気を形成して被加熱負荷まで潜熱輸送するため、熱放出部を均一に暖めたり、均一加熱が可能にしている。
また、前記加熱冷媒蒸気の送り出しに蒸気エジェクタを使用してあるため、吸入部に低圧部を形成し、該低圧部により前記エジェクタよりの加熱冷媒蒸気の被加熱負荷での潜熱放出による凝縮液の内未凝縮の戻り冷媒蒸気を搬送動力を必要とすることなく還流させることができる。
なお、受液部に戻ってくる温度、圧力の低下した未凝縮の戻り冷媒蒸気を再びエジェクタにより吸引させ加熱冷媒蒸気と一緒に蒸気の潜熱が被加熱負荷に戻るため、約３０％程効率が向上する。
なお、冷媒加熱の熱源はガスエンジンの排熱に限らず例えばゴミ焼却炉の排熱を使用しても良い。
【００１４】
また、上記請求項３記載の加熱冷媒は潜熱量の大きな低沸点媒体を使用するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
上記請求項３記載の発明により、加熱冷媒には潜熱量の大きい、例えばＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）等を使用すると真空又は大気圧近くで作動するため、負荷側及び配管設備に耐圧構造が不要となる。
【００１６】
そして、上記請求項３記載の発明を使用した温熱輸送に際してのガスエンジンの排熱利用装置は、ガスエンジンの排熱投入部の温熱出力部と、該出力部の温熱により冷媒を加熱して高圧冷媒蒸気を得る蒸気発生器と、高圧冷媒蒸気を駆動源として吸引した受液部からの未凝縮の戻り冷媒蒸気を前記高圧冷媒蒸気を介して加熱冷媒蒸気として吐出する蒸気エジェクタと、吐出冷媒蒸気を搬送して潜熱を被加熱負荷へ付与して凝縮液を受液部へ搬送する気密状搬送路と、前記凝縮液を貯留する受液部と、前記凝縮部を形成する被加熱負荷と、受液部より凝縮液を蒸気発生器へ還流させる冷媒ポンプとより構成したことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１は、本発明の第１の発明の圧縮式冷凍機の効率向上を図るガスエンジンの排熱利用装置の概略の構成を示す図で、図２は図１の別の実施例を示す図である。図３は、本発明の第２の発明の加熱冷媒の潜熱搬送に係わるガスエンジンの排熱利用装置の概略の構成を示す図である。
【００１８】
図１に示すように、本発明の第１の発明の圧縮式冷凍機の効率向上を図るガスエンジンの排熱利用装置は、
ガスエンジン２０により駆動されている圧縮機２３と、該圧縮機２３で圧縮され配管２３ａを経由した圧縮蒸気が冷却媒体である冷却水６０により凝縮され凝縮冷媒液として貯留される凝縮器２４と、凝縮冷媒液が膨張弁２５を介して断熱膨張して蒸発して蒸発潜熱により冷水を形成する蒸発器２６と、該蒸発器２６で冷熱を放出した冷媒蒸気を貯留する液分離器２７とで形成されている単段圧縮冷水チラーに、
前記凝縮冷媒液の一部を凝縮器２４より分離してガスエンジンの２０の排熱により加熱して高圧冷媒蒸気を形成する蒸気発生器１０と、前記高圧冷媒蒸気を駆動源として前記蒸発器２６よりの気液混合状の戻り冷媒蒸気を吸引して高圧冷媒蒸気を介して噴射する蒸気エジェクタ１１とよりなる蒸気噴射冷凍機を併設する構成にしてある。
【００１９】
上記ガスエンジン２０の排熱は、冷却水熱交換器２２、排ガス熱交換器２１を設け、配管１２、温水循環ポンプ１３、流量調整弁１４を介して蒸気発生器１０の加熱用熱交換器１０ａの熱源として使用するようにしてある。
【００２０】
上記構成において、凝縮器２４に貯留されている凝縮冷媒液は配管１０ｃ、液ポンプ１０ｂを介して蒸気発生器１０へ導入され、６５〜９０℃のガスエンジン２０の排熱で加熱蒸発しその温度の飽和圧力近くまで上昇する。このときの冷媒蒸気圧力は流量制御弁１４でのガス流入熱量の調整によりエジェクタ１１に流れる高圧冷媒ガスの蒸気圧を一定にしている。
【００２１】
蒸気発生器１０で発生した高圧冷媒蒸気は、配管１５、流量制御弁１５ａを経由して蒸気エジェクタ１１の導入口１１ａより導入され、蒸気エジェクタ１１の吐出口１１ｃよりの冷媒蒸気は配管２３ａで圧縮機２３からの圧縮蒸気と合流させて、凝縮器２４へ導入され再凝縮する。
【００２２】
蒸発器２６から液分離器２７への配管２６ａより分流して蒸気エジェクタ１１の吸入部１１ｂに接続する配管１６を設け、本来圧縮機２３が吸入しているガス量以外に蒸気エジェクタ１１が吸引するガス量だけ、蒸発器２６の冷媒循環量が増加し、冷凍機の能力アップを図ることができる。
【００２３】
図２に示すガスエンジンの排熱利用装置は、図１の凝縮器２４と膨張弁２５との間にエコノマイザ２８を設け、該エコノマイザ２８より未凝縮の戻り冷媒蒸気を蒸気エジェクタ１１の吸入部１１ｂへ導入するようにしてある。
上記構成により、図１の場合の蒸発器２６からの冷媒蒸気を吸引するときよりも、エコノマイザである中間冷却器の蒸発圧力が高い分だけ蒸気エジェクタの吸引効率が向上して、その分だけ、膨張弁２５に流入する冷媒液の過冷却度が高くなり、冷凍能力が増大する。
【００２４】
図３には、本発明の第２の発明の加熱冷媒の潜熱搬送に係わるガスエンジンの排熱利用装置の概略の構成を示してある。
図３に見るように、本排熱利用装置は、ガスエンジンの排熱、温泉水、ゴミ焼却炉の排熱、冷凍機凝縮器の凝縮熱、その他の熱発生部の廃熱を熱源とする廃熱投入部３１の温熱源３１ａと、該温熱源により冷媒を加熱して高圧冷媒蒸気を得る蒸気発生器３０と、高圧冷媒蒸気を駆動源とする加熱冷媒蒸気を吐出する蒸気エジェクタ３２と、加熱冷媒蒸気を搬送して潜熱を被加熱負荷４０へ潜熱を付与して凝縮液を受液部である冷媒液溜器３５へ搬送する気密状潜熱搬送パイプ３４と、前記冷媒液溜器３５と、該冷媒液溜器３５より冷媒液を蒸気発生器３０へ還流させる冷媒ポンプ３５ａとより構成し、
上記被加熱負荷４０に潜熱を放出した凝縮液を貯留する冷媒液溜器３５において、未凝縮の戻り冷媒蒸気は配管３６を介して蒸気エジェクタ３２の殆ど真空圧に近い低圧の吸入部３２ｂに自動的に吸引され、前記エジェクタ３２の吐出側３２ｃより前記加熱冷媒として吐出され潜熱搬送パイプ３４を介して搬送動力を使用する事無く循環するようにしてある。
【００２５】
上記構成において、被加熱負荷４０の温度条件が変化しても、また凝縮液の戻り条件が変化しても、蒸気エジェクタ３２の一次圧力を圧力調整弁３３ａを介して容易に凝縮液の戻り条件を安定化させることができる。
また、受液部である冷媒液溜器３５に被加熱負荷４０より戻ってくる未凝縮の戻り冷媒蒸気（温度、圧力が低下している）が再び蒸気エジェクタ３２の低圧の吸入部３２ｂにより吸引されて加熱冷媒蒸気と一緒に蒸気の潜熱が被加熱負荷４０へ戻るので３０％程度の効率アップが可能である。
また、搬送動力の使用を不必要とするため、メンテナンスフリーシステムが可能である。
【００２６】
上記加熱冷媒を形成する冷媒には、潜熱量の大きい、冷媒で例えばＨＦＥ（ハイドロフルオロエーテル）を選択し、地球環境破壊を考慮して被加熱負荷の温度条件で大気圧に近い圧力で使用することが安全上好ましい。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の第１の発明の構成により下記効果を奏する。
ａ、蒸発器に供給する冷媒液の過冷却度を、エコノマイザの未凝縮の戻り冷媒蒸気を吸引させることによって、増大させることが出来、能力アップすることができる。
ｂ、同一システム内で蒸気発生器、蒸気エジェクタの付設と、凝縮器からの蒸気発生器への冷媒液を供給する冷媒ポンプの付設をする簡単、低コストの構造で、排熱を有効に利用することができる。
ｃ、系内の冷媒を使用することから圧縮式と同一温度でしかもシステム構成と制御面での複雑さを避け利用でき、排熱利用による能力増大分だけ冷却装置全体を小型化できる。
ｄ、付設する蒸気エジェクタは回転部をもたない簡単な構造のため、保守点検の手間を省くことができる。
ｅ、圧縮式の冷媒を利用することから、温度幅は冷凍、冷蔵の条件から空気調和で使用する１０℃内外の温度まで幅広く利用できる。
【００２８】
本発明の第２の発明の構成により下記効果を奏する。
ａ、装置の設置場所に関係なく動力を使用することなくすむため、装置全体の故障が無く、メンテナンスフリーのシステムが可能である。
ｂ、被加熱負荷の温度条件や凝縮液の戻り条件が変化しても蒸気エジェクタの一次圧力の調整で安定化させることが出来る。
ｃ、受液部である冷媒液溜器に被加熱負荷より戻ってくる温度、圧力が低下している未凝縮の戻り冷媒が再び蒸気エジェクタにより吸引されて加熱冷媒蒸気＝と一緒に蒸気の潜熱が被加熱負荷へ戻るので３０％程度の効率アップが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の発明の圧縮式冷凍機の効率向上を図るガスエンジンの排熱利用装置の概略の構成を示す図である。
【図２】  図１の別の実施例を示す図である。
【図３】  本発明の第２の発明の加熱冷媒の潜熱搬送に係わるガスエンジンの排熱利用装置の概略の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０、３０    蒸気発生器
１０ａ、３０ａ  加熱用熱交換器
１１、３２      蒸気エジェクタ
１１ｂ、３２ｂ  吸入部
２０    ガスエンジン
２１    排ガス熱交換器
２２    冷却水熱交換器
２３    圧縮機
２４    凝縮器
２５    膨張弁
２６    蒸発器
２７    液分離器
２８    エコノマイザ
３１    廃熱投入部
３１ａ  温熱源
３４    潜熱搬送パイプ
３５    冷媒液溜器
４０    被加熱負荷
【図１】
0004285718.tif 000002
【図２】
0004285718.tif 000003
【図３】
0004285718.tif 000004