(57)【要約】【課題】近年の原油価格の高騰により、温水排熱回収コージェネレーションによる発電と排熱回収した温水熱源の吸収式冷凍機による冷水供給システムのランニングコストが上昇してしまったため、安価な設備投資によるランニングコスト低減を図りたい。また、限りある資源を有効利用するために省エネルギー化を図り、地球温暖化影響を小さくするために更なる二酸化炭素排出量の削減を図ることが必要である。【解決手段】  上記課題を解決するために本発明は、冷水供給については、既設の温水焚吸収冷凍機１をそのまま利用し、８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３を新設し、水冷式ヒートポンプ冷凍機３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機１より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
８０℃から９０℃までの温水を加熱源とする温水焚吸収冷凍機と８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な水冷式ヒートポンプ冷凍機より構成され、水冷式ヒートポンプから生成される温水を吸収式冷凍機の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機より生成される冷水を合わせて利用側に供給することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステムと吸収式冷凍機とヒートポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の温水排熱回収コージェネレーションシステムは、非特許文献１等に記載されている。従来技術は、図２のようにコージェネレーションにより発電を行うとともに、エンジン排熱を８０〜９０℃の温水として回収して温水焚吸収冷凍機にて冷水を供給するものであった。また、冷水と温水の両方が必要な場合は、図３のように熱交換器１７を併設して、三方弁の切り替えなどにより、温水が必要なときには吸収式冷凍機１を停止してコージェネレーション１３の排温水を熱交換器１７で温水配管２５，１１を通る温水と熱交換して温水を供給していた。
【非特許文献１】空気調和・衛生工学便覧  空気調和・衛生工学会出版  第１３版第３編第３６２〜３９６頁
【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、近年の原油価格の高騰により、図２のような温水排熱回収コージェネレーション１３による発電と排熱回収した温水熱源の吸収式冷凍機１による冷水供給システムのランニングコストが上昇してしまったため、安価な設備投資によるランニングコスト低減を図りたい。また、限りある資源を有効利用するために省エネルギー化を図り、地球温暖化影響を小さくするために更なる二酸化炭素排出量の削減を図ることが必要である。本発明は、従来の温水排熱回収コージェネレーションによる発電と排熱回収した温水熱源の吸収式冷凍機による冷水供給システムに対して、低ランニングコスト、省エネルギー、低二酸化炭素排出量を実現する代替システムを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために本発明は、電力についてはコージェネレーションによる発電を行わずに系統電力を利用し、また、図１のように冷水供給については、既設の８０℃から９０℃までの温水を加熱源とする温水焚吸収冷凍機１をそのまま利用し、８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３を新設し、水冷式ヒートポンプ３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側に供給する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、電力と冷水供給のエネルギーコスト低減が可能になるとともに一次エネルギー量やＣＯ２排出量が低減できる。
【０００６】
例えば、コージェネレーションの発電効率を０．３８、排熱回収効率を０．４０とするとＡ重油の発熱量を３９．１ＧＪ／ｋＬ、温水焚吸収冷凍機の効率を０．６とすると従来システムの１ｋＬ当たりのコージェネレーションによる発電量は３９．１×０．３８／３．６＝４．１３（ＭＷｈ）、コージェネレーション排熱による吸収式冷凍機の冷熱量は３９．１×０．４０＝１５．６（ＧＪ）となる。また、１ｋＬ当たりの単価を７０，０００円とする。これに対して、冷水と温水を同時に取り出し可能なヒートポンプの消費電力に対する冷却熱量と加熱熱量はそれぞれ１．０と２．０とする。このとき、本発明においてヒートポンプの消費電力に対する吸収式冷凍機から生成される冷熱量は２．０×０．６＝１．２となり、ヒートポンプから生成される冷熱を含めた合計の冷熱量１．２＋１．０＝２．２となる。従来システムの重油１ｋＬ当たりの冷却熱量分の本発明システムの必要消費電力量は１５．６／２．２／３．６＝２．０（ＭＷｈ）であり、従来システムの重油１ｋＬ当たりの発電量分の本発明による系統電力による消費電力量は、１ＭＷｈ当たり９．８ＧＪとして、１５．６／９．８＝１．６（ＭＷｈ）となり、本発明の合計消費電力量は２．０＋１．６＝３．６（ＭＷｈ）となる。基本料金を含めた系統電力の平均電力単価を１ＭＷｈ当たり１５，０００円とすれば、従来システムの重油１ｋＬ当たりの発電量と冷熱量に相当する本発明の合計料金は３．６×１５，０００＝５４，０００（円）となり、従来システム７０，０００円よりも２２％安くなる。
【０００７】
また、一次エネルギー量としては従来システムが３９．１ＧＪ／ｋＬに対して、本発明システムは３．６×９．８＝３５．３（ＧＪ／ｋＬ）であり、１１％の一次エネルギー削減となる。ＣＯ２排出削減量は地球温暖化対策の推進に関する法律によれば、電気の使用で０．５５５ｔＣＯ２／ＭＷｈ、Ａ重油の使用で０．０１８９×３９．１×４４／１２＝２．７（ｔＣＯ２／ｋＬ）であるので、従来システムの二酸化炭素排出量は重油１ｋＬ当たり２．７ｔ、本発明システムでは３．６×０．５５５＝２．０（ｔ）となり、本発明システムにより従来システムに対して２６％の二酸化炭素排出量削減となる。
【０００８】
また、図２の従来システムから図１の本発明を実施するに当たり、８０℃以上の温水を供給できる水冷式ヒートポンプ３、温水ポンプ４、冷水ポンプ７、温水配管８、冷水配管１０を設置するだけで本発明を実施できるため、低コストでシステム変更が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、本実施の形態において、同一の符号を用いた構成要素は同じ機能を果たすので、一度説明したものについて説明を省略する場合がある。
【００１０】
図３は、本発明を実施していない従来技術のシステム図であり、コージェネレーション１３による発電を行うと同時にエンジン排熱を温水として回収して温水焚吸収冷凍機１にて冷水を供給する装置に熱交換器１７を設置して吸収冷凍機１との切り替えにより温水も供給できるようにしたものである。
【００１１】
図３に対して改良を加えたのが図４である。図４は本発明である請求項１を含んだ冷温水供給システム図であり、既設の８０℃から９０℃までの温水を加熱源とする温水焚吸収冷凍機１をそのまま利用し、８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３を新設することにより、水冷式ヒートポンプ３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機１より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側に供給できるようにしたものである。図４を解説するために運転モード別にフローがわかるようにしたシステム図を図５、図６、図７、図８、図９に示し、実線部分が使用する部分を示し、波線部分は使用しない部分を示す。
【００１２】
（ハイブリッド冷水運転モード１）
図５の実線部分は、本発明である請求項１を実施している部分であり、既設の８０℃から９０℃までの温水を加熱源とする温水焚吸収冷凍機１をそのまま利用し、８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３を新設することにより、水冷式ヒートポンプ３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側（冷水負荷）に供給できるようにしたものである。
【００１３】
（コージェネレーション冷水運転モード）
図６の実線部分は、図２と同様に従来技術である温水排熱回収コージェネレーション１３による発電と排熱回収した温水熱源の吸収式冷凍機１による冷水供給の運転フローであり、ハイブリッド冷水運転モードでは電力を使用するため、夏期の電力ピークなどに運転を行い、電力のピークカットを行う場合にのみ当モードの運転を行うとともに、ヒートポンプ３が故障した場合にバックアップとして運転を行うことができる。
【００１４】
（コージェネレーション温水運転モード）
図７の実線部分は、図３と同様に従来技術であり、冷水と温水の両方が必要な場合は図３のように熱交換器１７を併設して、三方弁の切り替えなどにより、温水が必要なときには吸収式冷凍機１を停止してコージェネレーション１３の排温水を熱交換器１７で温水配管２５，１１を通る温水と熱交換して温水を供給する運転モードであり、ヒートポンプ３が故障した場合のバックアップとして利用する運転フローである。
【００１５】
（温水・冷水同時運転モード）
図８の実線部分は、水冷式ヒートポンプ３から生成される冷水と温水を同時に利用する運転フローであり、冷水配管３１に接続される冷水負荷が別途存在する場合に運転が可能となる。このとき温水と冷水が混じり合わないように電動弁などで冷水配管３０には水が流れないようにする。また、温水負荷が小さい場合は不要な温熱を冷却塔１８と冷却水ポンプ２０と熱交換器１９で放熱することも可能である。この運転モードにおいて水冷式ヒートポンプ３から生成される温水は８０℃以上でなくてもよい。また、冷水負荷の部分は地中熱、井水、工場排温水などの熱源とすることも可能である。
【００１６】
（ヒートポンプ冷水運転モード１）
図９の実線部分は、図５、図６、図７、図８に示されるような冷温水配管２３に接続される冷温水負荷が無く、かつ、冷水配管３１に接続される冷水負荷が存在するときに冷水のみの運転をするときの運転フローであり、水冷式ヒートポンプ３の温水を冷却塔１８、冷却水ポンプ２０、熱交換器１９により放熱することにより冷水運転が可能となる。
【００１７】
（ヒートポンプ冷水運転モード２）
図１０の実線部分は、図９に示されるような冷水配管３１に接続される冷水負荷が無く、かつ、冷水配管２３に接続される冷水負荷が存在するときに冷水のみの運転をするときの運転フローであり、水冷式ヒートポンプ３の温水を冷却塔１８、冷却水ポンプ２０、熱交換器１９により放熱することにより冷水運転が可能となる。この運転モードは図５の運転モードよりも冷水能力が小さいため、冷水負荷が小さい中間期などに適した運転モードである。
【００１８】
（ハイブリッド冷水運転モード２）
図１１の実線部分は、本発明である請求項１を実施している部分と従来技術が混在している運転モードの運転フローを示しており、温水排熱回収コージェネレーション１３と８０℃から９０℃までの温水を加熱源とする温水焚吸収冷凍機１と８０℃以上の温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３により、コージェネレーションの排温水と水冷式ヒートポンプ３から生成される温水の両方を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側（冷水負荷）に供給できるようにしたものである。この運転モードは図５の運転モードよりも冷水能力が高いので、ピーク負荷の場合などに適した運転モードである。この運転モードは図２従来のコージェネレーションと吸収式冷凍機よりも同じ冷水能力を確保するために使用する燃料が少なく済むため、低ランニングコスト、省エネルギー、低二酸化炭素排出量を実現できる。
【００１９】
このように冷水負荷に応じて、図１０、図５、図１１の運転モードを使い分けることが可能である。
【００２０】
従来技術であるコージェネレーションは油焚きエンジンコージェネレーションやガスエンジンコージェネレーション等であり、それを利用したシステムに対して本発明を適用することができる。
【実施例】
【００２１】
温水を生成できる冷水と温水を同時に取り出しが可能な水冷式ヒートポンプ冷凍機については、ＪＩＳＢ８６１３−１９９４におけるヒートポンプ加熱において過負荷条件の出口水温は５０℃であり、８０℃以上の温度については想定されていない。そこで、Ｒ１３４ａ冷媒を用いた水冷式ヒートポンプを製作し、性能試験を行ったところ、温水入口温度７５℃、温水出口温度８３℃、冷水入口温度１５℃、冷水出口温度１０℃の条件で、加熱ＣＯＰが１．９、冷却ＣＯＰが１．０であった。ここで、二酸化炭素冷媒ヒートポンプのように温水側の入口温度と出口温度の温度差が大きい瞬間給湯では、温水側平均温度が低くなるために温水焚吸収式冷凍機の熱源としては適さない。それに対して、水冷式のヒートポンプとしてＲ１３４ａ冷媒を用いることにより温水側入口、出口温度の温度差が５〜１０℃程度の循環加熱が可能となり、１０℃の冷水を得るとともに８０℃以上の温水を得ることができた。これにより温水焚吸収式冷凍機の熱源として利用できるようになった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本願発明は、温水排熱回収コージェネレーションシステムによる発電と排熱回収温水熱源の吸収式冷凍機の冷水供給システムに対してエネルギーコスト削減、省エネルギー、二酸化炭素排出量削減を実現する代替システムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を示した図であり、吸収冷凍機１と水冷式ヒートポンプ冷凍機３より構成される、水冷式ヒートポンプ３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機より生成される冷水を合わせて利用側に供給することを特徴とする装置を示した図である。
【図２】従来システムを示した図であり、温水排熱回収コージェネレーション１３と温水焚吸収式冷凍機１により、発電と排熱回収による冷水供給を行う装置の図である。
【図３】従来システムを示した図であり、吸収式冷凍機１と熱交換器１７の切り替えにより冷水と温水の両方が必要な場合のシステム図である。
【図４】本発明である請求項１を含んだ冷温水供給システム図である。
【図５】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、実線部分は本発明である請求項１を実施している部分であり、吸収式冷凍機１をそのまま利用し、電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機３を新設することにより、水冷式ヒートポンプ３から生成される温水を吸収式冷凍機１の加熱源の温水として利用しかつ吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側（冷水負荷）に供給できるようにしたものである。
【図６】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、実線部分は従来技術のコージェネレーション１３による排温水熱源の吸収式冷凍機１による冷水供給の運転フローである。
【図７】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、図７の実線部分は、図３と同様の従来技術あり、冷水と温水の両方が必要な場合は熱交換器１７を併設して、温水が必要なときには吸収式冷凍機１を停止してコージェネレーション１３の排温水を熱交換器１７で温水配管２５，１１を通る温水と熱交換して温水を供給する運転フローである。
【図８】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、図８の実線部分は、水冷式ヒートポンプ３から生成される冷水と温水を同時に利用する運転フローである。
【図９】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、図９の実線部分は、冷温水２３に接続される冷温水負荷が無く、かつ、冷水配管３１に接続される冷水負荷が存在するときの運転フローである。
【図１０】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、図１０の実線部分は、冷水配管３１に接続される冷水負荷が無く、かつ、冷水配管２３に接続される冷水負荷が存在するときに冷水のみの運転をするときの運転フローである。
【図１１】図４を実線部分と波線部分に分けた図であり、図１１の実線部分は、本発明である請求項１を実施している部分と従来技術が混在している運転モードの運転フローを示しており、コージェネレーション１３と温水焚吸収冷凍機１と水冷式ヒートポンプ冷凍機３により、コージェネレーションの排温水と水冷式ヒートポンプ３から生成される温水の両方を吸収式冷凍機１の加熱源として利用し、吸収式冷凍機より生成される冷水と電動式ヒートポンプ冷凍機３より生成される冷水を合わせて利用側（冷水負荷）に供給できるようにしたものである。
【符号の説明】
【００２４】
１  温水焚吸収式冷凍機
２  冷却等
３  冷水・温水同時取り出し電動式水冷式ヒートポンプ冷凍機
４  温水ポンプ
５  冷却水ポンプ
６  冷水ポンプ
７  冷水ポンプ
８  温水配管
９  冷却水配管
１０  冷水配管
１１  冷水配管
１２  冷水配管
１３  温水排熱回収コージェネレーション
１４  温水ポンプ
１５  温水配管
１６  冷水配管
１７  温水−温水熱交換器
１８  冷却塔
１９  温水−冷却水熱交換器
２０  冷却水ポンプ
２１  温水配管
２２  温水配管
２３  冷温水配管
２４  温水配管
２５  温水配管
３０  冷水配管
３１  冷水配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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