(57)【要約】【課題】発電機の排熱を温水を介して吸収式冷温水機で利用するコージェネレーションシステムにおいて更にエネルギー効率を向上させることができる熱有効利用システムを提供する。【解決手段】熱有効利用システム１は、キシリトール１５と油１６と蓄熱容器１７と油循環路１２と第１熱交換器１３とを備える。キシリトール１５は、潜熱蓄熱により蓄熱する。油１６は、キシリトール１５と熱交換し、キシリトール１５よりも比重が小さい。蓄熱容器１７は、キシリトール１５及び油１６を収容する。第１熱交換器１３は、発電機であるガスエンジン１０１の排熱によって加熱された温水をガスエンジン１０１から吸収式冷温水機１０２に供給する温水供給路１０３と油循環路１２とに接続されて、温水と油１６との間の熱交換を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と吸収式冷温水機とを有し前記発電機の排熱によって加熱された水を前記吸収式冷温水機との間で循環することで前記発電機の排熱を利用するコージェネレーションシステムに対して用いられる熱有効利用システムであって、
潜熱蓄熱により蓄熱する蓄熱体と、
前記蓄熱体に接触することで熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体とは分離する熱交換媒体と、
前記蓄熱体及び前記熱交換媒体を収容する蓄熱容器と、
前記熱交換媒体が循環する熱交換媒体循環路と、
前記発電機の排熱によって加熱された水である温水を前記発電機から前記吸収式冷温水機に供給する温水供給路と前記熱交換媒体循環路とに接続されて、前記温水と前記熱交換媒体との間の熱交換を行う第１熱交換器と、
を備え、
前記蓄熱体はキシリトールであることを特徴とする熱有効利用システム。
【請求項２】
請求項１に記載の熱有効利用システムであって、
前記温水供給路から供給されて前記吸収式冷温水機から排出された水である排出水を前記温水供給路に戻すように循環させる排出水循環路と前記熱交換媒体循環路とに接続されて、前記熱交換媒体と前記排出水との間の熱交換を行う第２熱交換器を更に備えていることを特徴とする熱有効利用システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の熱有効利用システムであって、
少なくとも前記蓄熱容器内に配置され、前記熱交換媒体循環路に接続されるとともに前記蓄熱容器内に前記熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給部を備え、
前記熱交換媒体供給部は、前記熱交換媒体循環路と連通する中空体として形成される供給部本体と、当該供給部本体に設けられて前記熱交換媒体を前記蓄熱容器内に放出する複数のノズルと、を有し、
前記各ノズルは、前記供給部本体において下方に向かって開口形成されたノズル孔と、当該ノズル孔の周囲を囲むとともに下方に向かって筒状に延びるように開口形成されたノズル筒部と、を有していることを特徴とする熱有効利用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機と吸収式冷温水機とを有し前記発電機の排熱によって加熱された水を前記吸収式冷温水機との間で循環することで前記発電機の排熱を利用するコージェネレーションシステムに対して用いられる熱有効利用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機と吸収式冷温水機とを有し発電機の排熱によって加熱された水を吸収式冷温水機との間で循環することで発電機の排熱を利用するコージェネレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１においては、ガスタービン発電機ユニットと排熱回収ユニットとを備えたガスタービンコージェネレーションシステムが開示されている。そして、ガスタービン発電機ユニットとして、空気圧縮機と再生器と燃焼室とガスタービンと発電機とが一体化されたものが開示されており、排熱回収ユニットとして、吸収式冷温水機の発生器として構成される排熱回収熱交換器により形成されたものが開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−４９４４号公報（第２頁、第４頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に開示されたようなコージェネレーションシステム、即ち、発電機の排熱をその排熱により加熱した水である温水を介して吸収式冷温水機で利用するコージェネレーションシステムにおいては、このように発電機の排熱を吸収式冷温水機で利用することで総合エネルギー効率を高めることができる。かかるコージェネレーションシステムの場合、一般的に、発電機の排熱によって上記温水は８８〜９８℃程度の任意に調整可能な温度まで加熱されることになる。一方、吸収式冷温水機においては、供給される上記温水としては８８℃以上の温度が確保されればよく、８８〜９０℃程度の温水が供給されれば吸収式冷温水機として十分な機能が果たされることになる。そこで、本願発明者らは、発電機の排熱により加熱されて吸収式冷温水機に供給される温水の温度と吸収式冷温水機にて必要となる温水の温度との温度差が８℃程度あることに着目し、かかる温度差を有効的に活用することで、発電機の排熱を温水を介して吸収式冷温水機で利用するコージェネレーションシステムにおいて更にエネルギー効率を向上させることができる熱有効利用システムの提案が可能なことに想到した。
【０００５】
そこで、本発明は、発電機の排熱を温水を介して吸収式冷温水機で利用するコージェネレーションシステムにおいて更にエネルギー効率を向上させることができる熱有効利用システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００６】
上記目的を達成するための第１発明に係る熱有効利用システムは、発電機と吸収式冷温水機とを有し前記発電機の排熱によって加熱された水を前記吸収式冷温水機との間で循環することで前記発電機の排熱を利用するコージェネレーションシステムに対して用いられる熱有効利用システムであって、潜熱蓄熱により蓄熱する蓄熱体と、前記蓄熱体に接触することで熱交換し、前記蓄熱体よりも比重が小さく前記蓄熱体とは分離する熱交換媒体と、前記蓄熱体及び前記熱交換媒体を収容する蓄熱容器と、前記熱交換媒体が循環する熱交換媒体循環路と、前記発電機の排熱によって加熱された水である温水を前記発電機から前記吸収式冷温水機に供給する温水供給路と前記熱交換媒体循環路とに接続されて、前記温水と前記熱交換媒体との間の熱交換を行う第１熱交換器と、を備え、前記蓄熱体はキシリトールであることを特徴とする。
【０００７】
この発明によると、発電機の排熱で加熱された温水が温水供給路を介して吸収式冷温水機に供給されるが、このときに温水供給路と熱交換媒体循環路とに接続する第１熱交換器にて熱交換が行われて温水の熱の一部が熱交換媒体に移動する。そして、その熱交換媒体は蓄熱容器へと供給され、熱交換により熱交換媒体から蓄熱体へと熱が移動して蓄熱されることになる。このとき、蓄熱体では融解熱（潜熱）及び比熱の両方を利用して蓄熱でき、とくに潜熱蓄熱によって効率良く多くの蓄熱量を確保することができる。蓄熱体との熱交換が行われた熱交換媒体は、比重差により上昇して蓄熱容器から排出された後、また熱交換媒体循環路を循環して第１熱交換器での熱交換を行うことになる。
【０００８】
そして、本発明においては、本願発明者らが鋭意研究した結果、蓄熱体としてキシリトールを用いることを更なる特徴としている。キシリトールは、融解熱（潜熱）が２４０ｋＪ／ｋｇと大きく、多くの蓄熱量を確保することができる。更に、キシリトールは、融点が９２〜９６℃であり、発電機の排熱によって加熱された温水の温度である８８〜９８℃と吸収式冷温水機に供給される温水の温度として必要な８８〜９０℃との間の温度領域に融点が存在する蓄熱体となっている。このため、温水供給路と熱交換媒体循環路とが接続する第１熱交換器において、９６〜９８℃の温水が熱交換媒体と熱交換して９１〜９２℃近くまで温度低下しても、吸収式冷温水機として十分な機能が果たされることになる。そして、コージェネレーションシステムとしての機能を何ら損なうことなく、発電機の排熱により加熱されて吸収式冷温水機に供給される温水の温度と吸収式冷温水機にて必要となる温水の温度との温度差を活用して、キシリトールからなる蓄熱体に潜熱蓄熱することができる。これにより、コージェネレーションシステムの総合エネルギー効率を更に向上させることができる。
尚、従来、潜熱蓄熱により蓄熱する蓄熱体としてエリスリトールが知られているが、かかるエリスリトールでは、融点が１１９℃と高く、発電機の排熱により加熱された温水の温度と吸収式冷温水機にて必要な温水の温度との温度差を活用して潜熱蓄熱を行うことはできない。
【０００９】
従って、本発明によると、発電機の排熱を温水を介して吸収式冷温水機で利用するコージェネレーションシステムにおいて、発電機の排熱により加熱された温水の温度と吸収式冷温水機にて必要な温水の温度との温度差を有効に活用でき、コージェネレーションシステムの総合エネルギー効率を更に向上させることができる熱有効利用システムを提供することができる。
【００１０】
第２発明に係る熱有効利用システムは、第１発明の熱有効利用システムにおいて、前記温水供給路から供給されて前記吸収式冷温水機から排出された水である排出水を前記温水供給路に戻すように循環させる排出水循環路と前記熱交換媒体循環路とに接続されて、前記熱交換媒体と前記排出水との間の熱交換を行う第２熱交換器を更に備えていることを特徴とする。
【００１１】
この発明によると、排出水循環路と熱交換媒体循環路とに接続されて熱交換媒体と排出水との間の熱交換を行う第２熱交換器が更に備えられている。このため、所望のタイミングにてこの第２熱交換器を用いることで、適宜、蓄熱体に蓄熱された熱によって吸収式冷温水機からの排出水を加熱することができる。そして、第２熱交換器で加熱された排出水は、排出水循環路を通じて温水供給路に戻されるため、再び吸収式冷温水機に供給されることになる。これにより、蓄熱体に蓄熱された熱をコージェネレーションシステムにおいて有効に活用することができる。
【００１２】
第３発明に係る熱有効利用システムは、第１発明又は第２発明の熱有効利用システムにおいて、少なくとも前記蓄熱容器内に配置され、前記熱交換媒体循環路に接続されるとともに前記蓄熱容器内に前記熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給部を備え、前記熱交換媒体供給部は、前記熱交換媒体循環路と連通する中空体として形成される供給部本体と、当該供給部本体に設けられて前記熱交換媒体を前記蓄熱容器内に放出する複数のノズルと、を有し、前記各ノズルは、前記供給部本体において下方に向かって開口形成されたノズル孔と、当該ノズル孔の周囲を囲むとともに下方に向かって筒状に延びるように開口形成されたノズル筒部と、を有していることを特徴とする。
【００１３】
この発明によると、蓄熱容器内に熱交換媒体を供給する熱交換媒体供給部は、供給部本体と、下方に向かって開口形成されたノズル孔及びノズル筒部をそれぞれ有する複数のノズルと、を備えて構成されている。このため、熱交換媒体は、蓄熱体に対して、複数のノズルをそれぞれ介して供給部本体から下方に向かって放出されることになる。そして、各ノズルには筒状のノズル筒部が設けられているため、供給部本体から各ノズルへと流動してきた熱交換媒体は、ノズル筒部により下方に向けて区画された領域内に充満し、その充満した領域から周囲に溢れるようにして蓄熱体中へと放出されることになる。このようにノズル筒部において熱交換媒体が充満する領域が形成されるため、蓄熱体が熱交換媒体供給部へと浸入してしまうことを抑制できる。また、キシリトールの融点は前述のように９２〜９６℃であり、一方、蓄熱体に接触するよう供給される熱交換媒体の温度は９６〜９８℃近くの温度となるため、熱交換媒体と熱交換して融解したキシリトールが熱交換媒体供給部に浸入し易くなってしまうことが懸念されるが、本発明の構成によると、下方に向かって筒状に延びるノズル筒部内の領域に熱交換媒体が充満しているため、融解したキシリトールの浸入を効率良く抑制することができる。尚、ノズル孔の径や形状、ノズル筒部の筒の高さについては、蓄熱容器や熱交換媒体供給部の寸法等に応じて適宜選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明の実施形態に係る熱有効利用システムは、発電機と吸収式冷温水機とを有し前記発電機の排熱によって加熱された水を前記吸収式冷温水機との間で循環することで前記発電機の排熱を利用するコージェネレーションシステムに対して用いられる熱有効利用システムとして広く適用することができるものである。また、例えば、ガスエンジン、マイクロガスタービン、燃料電池等によって発電機が構成されるガスコージェネレーションに対して本実施形態を適用することができる。
【００１５】
図１は、本発明の一実施の形態に係る熱有効利用システム１をこの熱有効利用システム１が適用されるコージェネレーションシステム１００とともに示す概略図である。
【００１６】
（コージェネレーションシステム）
まず、本実施形態に係る熱有効利用システム１が適用されるコージェネレーションシステム１００について説明する。図１に示すように、コージェネレーションシステム１００は、ガスエンジン１０１、吸収式冷温水機１０２、温水供給路１０３（１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ）、三方弁１０４・１０５、バイパス流路１０６・１０８、戻り流路１０７、排出水循環路１０９等を備えて構成されている。
【００１７】
ガスエンジン１０１は公知のガスエンジンとして構成され、供給されたガスにより作動して発電を行う発電機として構成されている。吸収式冷温水機１０２も公知の吸収式冷温水機として構成されている。そして、コージェネレーションシステム１００は、ガスエンジン１０１の排熱によって加熱された水を吸収式冷温水機１０２との間で循環することでガスエンジン１０１の排熱を利用するようになっている。
【００１８】
温水供給路１０３は、供給路１０３ａ・１０３ｂ・１０３ｃが直列に接続されて構成されており、ガスエンジン１０１の排熱によって加熱された水である温水をガスエンジン１０１から吸収式冷温水機１０２に供給する配管系統として構成されている。そして、供給路１０３ａと供給路１０３ｂとの間には三方弁１０４が設けられ、供給路１０３ｂと供給路１０３ｃとの間には三方弁１０５が設けられている。三方弁１０４と三方弁１０５との間には、供給路１０３ｂと並列にバイパス流路１０６が設けられており、このバイパス流路１０６により供給路１０３ｂを迂回することができるようになっている。
【００１９】
戻り流路１０７は、温水供給路１０３から供給されて吸収式冷温水機１０２から排出された水である排出水をガスエンジン１０１へと戻す配管系統として構成されている。吸収式冷温水機１０２から排出された排出水は、戻り流路１０７を経てガスエンジン１０１へと戻されることで、再びガスエンジン１０１の排熱により加熱され、温水として温水供給路１０３から供給されることになる。尚、三方弁１０５を介して温水供給路１０３から分岐して戻り流路１０７へと接続されたバイパス流路１０８が設けられており、このバイパス流路１０８により吸収式冷温水機１０２を迂回することができるようになっている。また、排出水循環路１０９は、戻り流路１０７から分岐して温水供給路１０３の供給路１０３ｃに接続するように形成されており、上記の排出水を温水供給路１０３に戻すように循環させる配管系統として構成されている。尚、排出水循環路１０９には、流路の途中にバルブ１１０が設けられている。このように、コージェネレーションシステム１００においては、上述した温水供給路１０３や戻り流路１０７等によって構成される流路を温水が循環するようになっている。尚、温水を循環させるポンプは図示していないが、コージェネレーションシステム１００において適宜配設されている。
【００２０】
（熱有効利用システムの全体構成）
次に、本実施形態の熱有効利用システム１について説明する。熱有効利用システム１は、前述したコージェネレーションシステム１００に対して用いられる。そして、図１に示すように、熱有効利用システム１は、蓄熱装置１１と、油循環路（熱交換媒体循環路）１２と、第１熱交換器１３と、第２熱交換器１４と、を備えて構成されている。
【００２１】
図２は、熱有効利用システム１のみを示す概略図であり、蓄熱装置１１については断面図で示している。図２に示すように、蓄熱装置１１は、キシリトール（蓄熱体）１５、油（熱交換媒体）１６、蓄熱容器１７、油供給部（熱交換媒体供給部）１８、油排出部（熱交換媒体排出部）１９を備えて構成されている。そして、油循環路１２はその上流端及び下流端とも蓄熱装置１１に接続されており、第１熱交換器１３及び第２熱交換器１４は油循環路１２に対して直列に接続されている。
【００２２】
（油循環路）
油循環路１２は、第１油路１２ａ、第２油路１２ｂ、及び第３油路１２ｃを備えており、熱交換媒体である油１６が流動して循環する配管系統として構成されている。第１油路１２ａは、上流側が蓄熱装置１１の油排出部１９に接続されており、下流側が第２熱交換器１４に接続されている。第２油路１２ｂは、第２熱交換器１４と第１熱交換器１３との間を接続している。第３油路１２ｃは、上流側が第１熱交換器１３に接続しており、下流側が油供給部１８に接続されている。このように、油循環路１２における上流側に第２熱交換器１４が配置され、下流側に第１熱交換器１３が配置されている。尚、熱有効利用システム１においては、図示しない油循環ポンプが設けられており、この油循環ポンプにより油循環路１２を油１６が循環されるようになっている。
【００２３】
（熱交換器）
第１熱交換器１３は、図１に示すように、温水供給路１０３と油循環路１２とに接続されており、ガスエンジン１０１の排熱によって加熱された温水と油１２との間の熱交換を行うようになっている。また、第２熱交換器１４は、排出水循環路１０９と油循環路１２とに接続されており、油１６と吸収式冷温水機１０２から排出された排出水との間の熱交換を行うようになっている。尚、これらの第１熱交換器１３及び第２熱交換器１４としては、例えばプレート式の熱交換器を用いることができるが、種々の形態の熱交換器を適宜用いることができる。
【００２４】
（蓄熱装置）
蓄熱装置１１は、前述のように、キシリトール（蓄熱体）１５、油（熱交換媒体）１６、蓄熱容器１７、油供給部（熱交換媒体供給部）１８、油排出部（熱交換媒体排出部）１９を備えて構成されている。この蓄熱装置１１は、定置式のものとして備えられているが、移動式の蓄熱装置として構成してもよい。蓄熱装置１１を移動式のものとする場合は、油供給部１８及び油排出部１９と油循環路１２との接続を切り離すことで、蓄熱装置１１を移動させることができる。この蓄熱装置１１においては、油循環路１２を介して、蓄熱容器１７の内部と第１熱交換器１３、第２熱交換器１４との間で、熱交換媒体である油１６が循環するようになっている。（図１の油循環路１２における矢印方向参照）。以下、蓄熱装置１１の各部について具体的に説明する。
【００２５】
（蓄熱容器）
蓄熱容器１７は、例えば、底部、天板部、及び四方の側部を構成する複数の板状部材が組み合わされた箱状体として形成される。そして、蓄熱容器１７の側部（側板部）には、油供給部１８及び油排出部１９をそれぞれ貫通設置するための、油供給部用孔及び油排出部用孔が形成されている。そして、蓄熱容器１７には、油（熱交換媒体）１６と、キシリトール（蓄熱体）１５とが収容される。
【００２６】
（油供給部）
図２に示すように、油供給部１８は、その大部分が蓄熱容器１７内に配置されており、油循環路１２に接続されるとともに第１熱交換器１３を通過した（流動した）油１６を蓄熱容器１１内に供給するようになっている。そして、この油供給部１８は、蓄熱容器１７の外部から内部へと貫通して設けられた供給管１８ａと、供給管１８ａの先端側に設けられた供給ヘッダー１８ｂと、を備えて構成されている。供給管１８ａは、蓄熱容器１７の外部から内部へと貫通するように設けられるとともに蓄熱容器１７内でＬ字型に屈曲形成されている。供給管１８ａの先端側は、収容されたキシリトール１５が位置する蓄熱容器１７の下層部分まで下がるように延びている。供給ヘッダー１８ｂは、蓄熱容器１７の下層部分であるキシリトール１５の層において水平方向に延びるように配置され、これにより、その外表面全体とキシリトール１５とが接触するように配置されている。尚、供給管１８ａを分岐管構造として形成し、各分岐管の先端側にそれぞれ供給ヘッダー１８ｂを設けることもできる。
【００２７】
図３は、油供給部１８の供給ヘッダー１８ｂの拡大図（図３（ａ））と、図３（ａ）において丸枠Ａで囲んだ部分の拡大断面図（図３（ｂ））とを示したものである。図３（ａ）に示すように、供給ヘッダー１８ｂは、供給部本体２０と複数のノズル２１とを備えて構成されている。供給部本体２０は、供給管１８ａを介して油循環路１２と連通する中空体として形成されている。この供給部本体２０は、例えば、油１６が流動する内部空間を区画する直方体状（ボックス状）や管状に形成される。
【００２８】
供給ヘッダー１８ｂにおける複数のノズル２１は、図３（ａ）に示すように、供給部本体２０に対して並んで設けられており、油１６を蓄熱容器１７内に放出するようになっている。各ノズル２１は、図３（ｂ）の拡大断面図に示すように、ノズル孔２２とノズル筒部２３とを備えて構成されている。ノズル孔２２は、供給部本体２０において下方に向かって開口形成されている。また、ノズル筒部２３は、ノズル孔２２の周囲を囲むとともに下方に向かって筒状に延びるように開口形成されている。このように形成されたノズル２１においては、供給部本体２０まで流動してきた油１６は、各ノズル孔２２からノズル筒部２３に沿って流出していくことになる。そして、下方に向かって筒状に延びるノズル筒部２３内に油１６は充満し、その充満した領域から周囲にあふれるようにして油１６がキシリトール１５中へと放出されることになる。尚、本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、ノズル筒部２３は、ノズル孔２２の周囲をさらに外側で囲むように下方に向かって突出している。即ち、ノズル筒部２３は、ノズル孔２２を形成するようにノズル孔２２の内側（中心側）に向かってリング状に突出した縁部分２２ａの外側でノズル孔２２を囲んで供給部本体２０から下方に向けて突出するように設けられている。下方に向かって筒状に延びるノズル筒部２３がこのようにノズル孔２２の周囲を縁部分２２ａを介してその外方で囲むように設けられることで、ノズル筒部２３内で油１６が充満する領域をより多く確保し易くなるとともにノズル孔２２の大きさを適宜小さくすることができる。これにより、キシリトール１５が供給部本体２０の内部にまで浸入してしまうことをさらに確実に抑制することができる。
【００２９】
（油排出部）
油排出部１９は、例えば配管構造に形成されており、供給管１８ａと同様に、蓄熱容器１７の外部から内部へと貫通して設けられている。油排出部１９は、収容された油１６が位置する蓄熱容器１７の上層部分において蓄熱容器１７へ取り付けられており、蓄熱容器１７内の油１６は、油排出部１９を通して蓄熱容器１７の外部へ排出される。また、油排出部１９は、キシリトール１５及び油１６が蓄熱容器１７に収容された状態において、油１６と接触するように配置されており、蓄熱容器１７内部の油１６は、油排出部１９の先端に設けられた図示しない排出口より油排出部１９へ取り込まれるようになっている。
【００３０】
（熱交換媒体）
本実施形態において熱交換媒体として用いられる油１６は、蓄熱体であるキシリトール１５との間で、直接接触による熱交換を行なう。また、油１６の比重はキシリトール１５よりも小さく、キシリトール１５とは分離する。尚、油１６としては、例えば、鉱物油等を使用できる。
【００３１】
（蓄熱体）
キシリトール１５は、蓄熱体として機能するもので、蓄熱時には、油１６から伝達された熱を蓄える。また、油１６の温度がキシリトール１５よりも低いときは、キシリトール１５は、蓄えられた熱を油１６へ伝達する。キシリトール１５の融点は９２〜９６℃であり、平常時には（室温状態では）固体となっている。そして、油１６から直接接触により熱が伝達されることにより、固体から液体に状態変化し、液体状態のときに蓄熱された状態になる。すなわち、キシリトール１５は、潜熱蓄熱を利用して蓄熱するものである。一方、キシリトール１５は、液体から固体へ状態変化するときに放熱するので、熱を取り出すことができる。尚、キシリトールは、融解熱が２４０ｋＪ／ｋｇと高く、単位質量当たり多くの蓄熱量を確保することができる良好な蓄熱体として機能することができる。
【００３２】
（油及びキシリトールの収容状態ついて）
油１６とキシリトール１５とは互いに混合せず、油１６がキシリトール１５よりも比重が小さいため、蓄熱容器１７内に油１６及びキシリトール１５を注入すると、これらは、油１６が上層、キシリトール１５が下層となって蓄熱容器１７に収容される。また、油１６とキシリトール１５とが互いに混合しないため、油１６とキシリトール１５との間には、夫々を分離するための部材等は介在せず、且つ、油１６とキシリトール１５とは直接接触する。
【００３３】
（熱有効利用システムの作動について）
次に、熱有効利用システム１の作動について説明する。図１において説明したように、本実施形態に係る熱有効利用システム１は、コージェネレーションシステム１００に組み込まれて用いられる。以下、吸収式冷温水機１０２が作動していないときに熱有効利用システム１により蓄熱する場合（図１に示す場合）、吸収式冷温水機１０２の作動中に熱有効利用システム１で蓄熱する場合（図４の場合）、吸収式冷温水機１０２の作動中に熱有効利用システム１から放熱する場合（図５の場合）、の３つのケースについて説明する。
【００３４】
まず、図１において、吸収式冷温水機１０２が作動していないときに熱有効利用システム１により蓄熱する場合について説明する。図１では、例えば吸収式冷温水機１０２が用いられている空調設備（図示せず）にて冷房運転が行われておらず、吸収式冷温水機１０２が作動していない状態であって、コージェネレーションシステム１００におけるガスエンジン１０１のみ作動している場合において、熱有効利用システム１により蓄熱が行われる場合の水及び油１６（図２参照）の流動状態（循環状態）を示している。
【００３５】
図１に示す場合、コージェネレーションシステム１００においては、三方弁１０４は、供給路１０３ａから供給路１０３ｂへの流路を開いており、バイパス流路１０６への流路を閉じた状態になっている。そして、三方弁１０５は、供給路１０３ｂからバイパス流路１０８への流路を開いており、供給路１０３ｃへの流路を閉じた状態になっている。また、排出水循環路１０９のバルブ１１０は閉じられた状態になっている。従って、作動しているガスエンジン１０１の排熱で加熱された水である温水は、供給路１０３ａから供給路１０３ｂ及びバイパス流路１０８を通過した（流動した）後に戻り流路１０７を経てガスエンジン１０１へと戻るように循環している。尚、この温水は、供給路１０３ｂを通過するときに第１熱交換器１３を通過することになる。
【００３６】
一方、熱有効利用システム１においては、蓄熱装置１１ではキシリトール１５の潜熱蓄熱による蓄熱運転が行われることになる。この場合、まず、通常の蓄熱運転開始時においては、放熱した後の状態の蓄熱装置１１に対して蓄熱を行うため、蓄熱装置１１におけるキシリトール１５（図２参照）は固体状態になっている。このように、通常、キシリトール１５が固体の状態から油１６が油循環路１２での循環を開始し、蓄熱運転が開始される。また、油循環路１２を循環する油１６は、第１熱交換器１３を通過するため、この第１熱交換器１３にてガスエンジン１０１の排熱により加熱された温水と油１６との熱交換が行われることになる（即ち、第１熱交換器１３を介して温水から油１６に熱が伝達されることになる）。
【００３７】
上述のように蓄熱装置１１での蓄熱運転が開始されると、油１６が油供給部１８のノズル２１から放出され、固体状態のキシリトール１５に対して、温水から熱が伝達されて高温になった油１６が接触する。これにより、油１６からキシリトール１５へと熱が伝達され、キシリトール１５の温度が上昇し、融点に達した状態のキシリトール１５の体積比率が増加していくことになる。そして、このように融点に達すると、キシリトール１５では潜熱蓄熱が行われることになる。また、キシリトール１５と熱交換を行った油１６は、再び油循環路１２を循環して第１熱交換器１３にて温水との間で熱交換を行うことになる。
【００３８】
上述のように、ガスエンジン１０１のみ運転しているときには、第１熱交換器１３によりガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水と油１６との熱交換を行い、更に蓄熱装置１１にて油１６とキシリトール１５との熱交換を行うことで、潜熱蓄熱により蓄熱装置１１にて蓄熱を行うことができる。また、図１に示すケースにおいて運転状態が安定した状態における水及び油１６の温度について例示すると、次のようになる。まず、供給部１０３ａではガスエンジン１０１で加熱された９８℃近くの温水が流動し、第１熱交換器１３を通過後はこの温水の温度が９１〜９２℃近くまで低下する。そして、ガスエンジン１０１で加熱されて再び９８℃近くの温水となる。一方、油１６については、第１熱交換器１３を通過直後の油１６の温度は９６〜９７℃近くまで上昇しており、蓄熱装置１１を通過してキシリトール１５と熱交換した後は、９０℃程度まで温度低下することになる。そして、第１熱交換器１３で温水と熱交換して再び９６〜９７℃近くまで上昇することになる。
【００３９】
尚、この図１に示す状態から吸収式冷温水機１０２の作動が開始される場合は、三方弁１０５において、供給路１０３ｂからバイパス流路１０８への流路を閉じるとともに、供給路１０３ｂから供給路１０３ｃへの流路を開くように切換操作が行われることになる。この場合、供給路１０３ｃから吸収式冷温水機１０２に対して９０℃以上の温水を供給する必要があるが、供給路１０３ｃには９１〜９２℃程度の温水が供給されることになるため、吸収式冷温水機１０２の機能を十分に発揮させることができる。
【００４０】
次に、図４において、吸収式冷温水機１０２の作動中に熱有効利用システム１で蓄熱する場合について説明する。図４では、例えば吸収式冷温水機１０２が用いられている空調設備（図示せず）にて冷房運転が行われており、ガスエンジン１０１及び吸収式冷温水機１０２が作動している場合において、熱有効利用システム１により蓄熱が行われる場合の水（温水）及び油１６（図２参照）の流動状態（循環状態）を示している。
【００４１】
図４に示す場合、コージェネレーションシステム１００においては、三方弁１０４は、供給路１０３ａから供給路１０３ｂへの流路を開くとともに、バイパス流路１０６への流路も開いた状態になっている。そして、三方弁１０５は、供給路１０３ｂから供給路１０３ｃへの流路を開いており、バイパス流路１０８への流路を閉じた状態になっている。また、排出水循環路１０９に設けられたバルブ１１０は閉じられた状態になっている。従って、作動しているガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水は、供給路１０３ａから供給路１０３ｂ及びバイパス流路１０６の両方の流路を流動し、供給路１０３ｃで合流して吸収式冷温水機１０２へと供給される。そして、吸収式冷温水機１０２から排出された排出水が戻り流路１０７を経てガスエンジン１０１へと戻るように水の循環が行われている。尚、供給路１０３ａから供給された温水のうち供給路１０３ｂを通過する温水のみが第１熱交換器１３を通過し、バイパス流路１０６を通過した温水は、第１熱交換器１３の下流側の温水と合流した後そのまま供給路１０３ｃを経て吸収式冷温水機１０２へと供給されることになる。
【００４２】
一方、熱有効利用システム１においては、図１の場合と同様に、蓄熱装置１１ではキシリトール１５の潜熱蓄熱による蓄熱運転が行われることになる。図４の場合も、図１の場合と同様に、通常、キシリトール１５が固体の状態から油１６が油循環路１２での循環を開始し、蓄熱運転が開始される。そして、油循環路１２を循環する油１６が第１熱交換器１３を通過することで、ガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水と油１６との熱交換が行われることになる。また、蓄熱装置１１においては、図１の場合と同様に、油供給部１８のノズル２１から放出された油１６とキシリトール１５との間で熱交換が行われ、キシリトール１５にて潜熱蓄熱が行われることになる。そして、キシリトール１５と熱交換を行った油１６は、再び油循環路１２を循環して第１熱交換器１３にて温水との間で熱交換を行うことになる。
【００４３】
上述のように、ガスエンジン１０１及び吸収式冷温水器１０２が運転しているときには、ガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水は、バイパス流路１０７を介して直接に吸収式冷温水機１０２へと供給されるとともに第１熱交換器１３により油１６との熱交換も行うことになる。そして、蓄熱装置１１にて第１熱交換器１３で熱交換後の油１６とキシリトール１５との熱交換を行うことで、吸収式冷温水機１０２の運転中においても、潜熱蓄熱により蓄熱装置１１にて蓄熱を行うことができる。これにより、ガスエンジン１０１の排熱のエネルギーのうち吸収式冷温水機１０２の作動中に不要となって余ってしまうエネルギーについても無駄なく蓄熱装置１１に蓄熱することができることになる。尚、図４に示すケースにおいて運転状態が安定した状態における水及び油１６の温度について例示すると、図１の場合と同様に、供給部１０３ａでの温水の温度が９８℃近くであり、第１熱交換器１３通過直後の油１６の温度が９６〜９７℃近くとなる。そして、供給路１０３ｂとバイパス流路１０６との温水が合流した供給路１０３ｃにおける温水の温度も９０℃以上が確保されることになる。
【００４４】
最後に、図５において、吸収式冷温水機１０２の作動中に熱有効利用システム１から放熱する場合について説明する。図５では、例えば吸収式冷温水機１０２が用いられている空調設備（図示せず）にて高負荷の冷房運転が行われており、ガスエンジン１０１及び吸収式冷温水機１０２が作動している場合において、ガスエンジン１０１の排熱のエネルギーでの不足分を補うために、熱有効利用システム１により放熱が行われる場合の水（温水）及び油１６（図２参照）の流動状態（循環状態）を示している。
【００４５】
図５に示す場合、コージェネレーションシステム１００においては、三方弁１０４は、供給路１０３ａからバイパス流路１０６への流路を開いており、供給路１０３ｂへの流路を閉じた状態になっている。そして、三方弁１０５は、バイパス流路１０６から供給路１０３ｃへの流路を開いており、バイパス流路１０８への流路を閉じた状態になっている。また、排出水循環路１０９に設けられたバルブ１１０は開いた状態になっている。従って、作動しているガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水は、供給路１０３ａからバイパス流路１０６及び供給路１０３ｃを経て吸収式冷温水機１０２へと供給される。そして、吸収式冷温水機１０２から排出された排出水は、その一部が戻り流路１０７を経てガスエンジン１０１へと戻り、残りについては排出水循環路１０９を通過して供給路１０３ｃに合流した後再び吸収式冷温水機１０２へと供給されることになる。尚、排出水循環路１０９を通過する排出水は、第２熱交換器１４を通過することになる。
【００４６】
一方、熱有効利用システム１においては、蓄熱装置１１ではキシリトール１５に潜熱蓄熱により蓄熱された熱の放熱運転が行われることになる。この場合、まず、通常の放熱運転開始時においては、潜熱蓄熱により蓄熱した状態の蓄熱装置１１が放熱を行うため、蓄熱装置１１におけるキシリトール１５（図２参照）は液体状態になっている。このように、通常、キシリトール１５が液体の状態から油１６が油循環路１２での循環を開始し、放熱運転が開始される。
【００４７】
尚、上述のように蓄熱装置１１での放熱運転が開始されると、油１６が油供給部１８のノズル２１から放出され、液体状態のキシリトール１５に対して、排出水に熱を伝達して低温になった油１６が接触する。これにより、キシリトール１５から油１６へと熱が伝達され、キシリトール１５の温度が低下し、凝固した状態のキシリトール１５の体積比率が増加し、放熱が進むことになる。一方、油１６の温度はキシリトール１５から放熱された熱が伝達されて温度が上昇し、高温になって油循環路１２へと流動していくことになる。そして、油循環路１２に流動してきた油１６は、第２熱交換器１４を通過するため、この第２熱交換器１４にて排出水循環路１０９を通過する排出水と油１６との熱交換が行われることになる（即ち、第２熱交換器１４を介して油１６から排出水に熱が伝達されることになる）。また、排出水と熱交換を行った油１６は、再び油循環路１２を循環して蓄熱装置１１内にてキシリトール１５との間で熱交換を行うことになる。
【００４８】
上述のように、吸収式冷温水機１０２が用いられている空調設備にて高負荷の冷房運転が行われており、ガスエンジン１０１の排熱のエネルギーでの不足分を補う必要があるような場合には、蓄熱装置１１にて放熱運転を行うことができる。これにより、熱有効利用システム１にて蓄熱していた熱をコージェネレーションシステム１００に対して供給し、不足する熱量を補うことができる。
【００４９】
（効果）
以上説明したように、本実施形態に係る熱有効利用システム１によると、ガスエンジン１０１の排熱で加熱された温水が温水供給路１０３を介して吸収式冷温水機１０２に供給されるが、このときに温水供給路１０３と油循環路１２とに接続する第１熱交換器１３にて熱交換が行われて温水の熱の一部が油１６に移動する。そして、その油１６は蓄熱容器１７へと供給され、熱交換により油１６からキシリトール１５へと熱が移動して蓄熱されることになる。このとき、キシリトール１５では融解熱（潜熱）及び比熱の両方を利用して蓄熱でき、とくに潜熱蓄熱によって効率良く多くの蓄熱量を確保することができる。キシリトール１５との熱交換が行われた油１６は、比重差により上昇して蓄熱容器１７から排出された後、また油循環路１２を循環して第１熱交換器１３での熱交換を行うことになる。
【００５０】
そして、本実施形態の熱有効利用システム１においては、本願発明者らが鋭意研究した結果、蓄熱体としてキシリトール１５を用いることを更なる特徴としている。キシリトール１５は、融解熱（潜熱）が２４０ｋＪ／ｋｇと大きく、多くの蓄熱量を確保することができる。更に、キシリトール１５は、融点が９２〜９６℃であり、ガスエンジン１０１の排熱によって加熱された温水の温度である８８〜９８℃と吸収式冷温水機１０２に供給される温水の温度として必要な８８〜９０℃との間の温度領域に融点が存在する蓄熱体となっている。このため、温水供給路１０３と油循環路１２とが接続する第１熱交換器１３において、９６〜９８℃の温水が油１６と熱交換して９１〜９２℃近くまで温度低下しても、吸収式冷温水機１０２として十分な機能が果たされることになる。そして、コージェネレーションシステム１００としての機能を何ら損なうことなく、ガスエンジン１０１の排熱により加熱されて吸収式冷温水機１０２に供給される温水の温度と吸収式冷温水機１０２にて必要となる温水の温度との温度差を活用して、キシリトール１５からなる蓄熱体に潜熱蓄熱することができる。これにより、コージェネレーションシステム１００の総合エネルギー効率を更に向上させることができる。
【００５１】
従って、本実施形態によると、ガスエンジン１０１の排熱を温水を介して吸収式冷温水機１０２で利用するコージェネレーションシステム１００において、ガスエンジン１０１の排熱により加熱された温水の温度と吸収式冷温水機１０２にて必要な温水の温度との温度差を有効に活用でき、コージェネレーションシステム１００の総合エネルギー効率を更に向上させることができる熱有効利用システム１を提供することができる。
【００５２】
また、熱有効利用システム１によると、排出水循環路１０９と油循環路１２とに接続されて油１２と排出水との間の熱交換を行う第２熱交換器１４が更に備えられている。このため、所望のタイミングにてこの第２熱交換器１４を用いることで、適宜、キシリトール１５に蓄熱された熱によって吸収式冷温水機１０２からの排出水を加熱することができる。そして、第２熱交換器１４で加熱された排出水は、排出水循環路１０９を通じて温水供給路１０３に戻されるため、再び吸収式冷温水機１０２に供給されることになる。これにより、キシリトール１５に蓄熱された熱をコージェネレーションシステム１００において有効に活用することができる。
【００５３】
また、熱有効利用システム１によると、蓄熱容器１７内に油１６を供給する油供給部１８は、供給部本体２０と、下方に向かって開口形成されたノズル孔２２及びノズル筒部２３をそれぞれ有する複数のノズル２１と、を備えて構成されている。このため、油１６は、キシリトール１５に対して、複数のノズル２１をそれぞれ介して供給部本体２０から下方に向かって放出されることになる。そして、各ノズル２１には筒状のノズル筒部２３が設けられているため、供給部本体２０から各ノズル２１へと流動してきた油１６は、ノズル筒部２３により下方に向けて区画された領域内に充満し、その充満した領域から周囲に溢れるようにしてキシリトール１５中へと放出されることになる。このようにノズル筒部２３において油１６が充満する領域が形成されるため、キシリトール１５が油供給部１８へと浸入してしまうことを抑制できる。また、キシリトール１５の融点は９２〜９６℃であり、一方、キシリトール１５に接触するよう供給される油１６の温度は９６〜９８℃近くの温度となるため、油１６と熱交換して融解したキシリトール１５が油供給部１８に浸入し易くなってしまうことが懸念されるが、本実施形態によると、下方に向かって筒状に延びるノズル筒部２３内の領域に油１６が充満しているため、融解したキシリトール１５の浸入を効率良く抑制することができる。尚、ノズル孔２２の径や形状、ノズル筒部２３の筒の高さについては、蓄熱容器１７や油供給部１８の寸法等に応じて適宜選択することができる。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施できるものである。
【００５５】
本実施形態においては、温水供給路や排出水循環路については、熱有効利用システムではなくコージェネレーションシステムに含まれる要素として説明したが、温水供給路や排出水循環路がコージェネレーションシステムの要素ではなく熱有効利用システムの構成要素として含まれていてもよい。
【００５６】
本実施形態においては、コージェネレーションシステムにおける発電機がガスエンジンである場合を例にとって説明したが、この通りでなくてもよく、例えば、マイクロガスタービン、燃料電池等によって発電機が構成されるガスコージェネレーションに対して本実施形態を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る熱有効利用システムをこの熱有効利用システムが適用されるコージェネレーションシステムとともに示す概略図である。
【図２】図１に示す熱有効利用システムの概略図である。
【図３】図２に示す熱有効利用システムにおける油供給部の供給ヘッダーの拡大図と更にその部分拡大断面図とを示したものである。
【図４】図１に示す熱有効利用システムの作動を説明する概略図である。
【図５】図１に示す熱有効利用システムの作動を説明する概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１        熱有効利用システム
１２      油循環路（熱交換媒体循環路）
１３      第１熱交換器
１５      キシリトール（蓄熱体）
１６      油（熱交換媒体）
１７      蓄熱容器
１００    コージェネレーションシステム
１０１    ガスエンジン（発電機）
１０２    吸収式冷温水機
１０３    温水供給路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2009036484.tif 000006
【図５】
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