特許 7550388 オンデマンド・コジェネレーション・システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】オンデマンド・コジェネレーション・システム

(51)【国際特許分類】

   F02G 5/04 20060101AFI20240906BHJP

   F25B 27/02 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

F02G5/04 H

F02G5/04 K

F25B27/02 K

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024046693

(22)【出願日】2024-03-22

【審査請求日】2024-03-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591091087

【氏名又は名称】株式会社建設技術研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】317011045

【氏名又は名称】株式会社インファクト

(73)【特許権者】

【識別番号】515080412

【氏名又は名称】株式会社 オフシス

(73)【特許権者】

【識別番号】524116302

【氏名又は名称】浅野 隆

(74)【代理人】

【識別番号】110000420

【氏名又は名称】弁理士法人ＭＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】松嶋 健太

(72)【発明者】

【氏名】川嶋 久

(72)【発明者】

【氏名】叶 良一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 隆

【審査官】小林 勝広

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３３６９７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－０３９５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－００４１８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｇ １／００－ ５／０４

Ｆ２５Ｂ ２７／０２

Ｆ２６Ｂ １／００－２５／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

施設またはプラント内の除湿手段と、
前記施設または前記プラント内の空調が必要な空間内の加熱を行うための加熱手段と、
前記施設または前記プラント内の湿空気を除湿するため前記除湿手段に供給された後の冷温水または前記加熱手段に供給された後の温水を、発電機システムの排熱を利用して冷温水および温水とし、前記施設または前記プラントの空調のために循環する循環手段と
を備える、オンデマンド・コジェネレーション・システム。

【請求項2】

前記除湿手段は、前記発電機システムから供給される電力により駆動される第１のヒートポンプ、または前記発電機システムの排熱を利用する温水焚冷温水発生器により生成される冷温水による熱交換により除湿する、請求項１に記載のオンデマンド・コジェネレーション・システム。

【請求項3】

前記加熱手段は、温水焚冷温水発生器から排出される前記温水により乾空気を加熱する、請求項１に記載のオンデマンド・コジェネレーション・システム。

【請求項4】

前記加熱手段は、前記発電機システムの排熱で加熱された空気を第２のヒートポンプにより加熱して前記空間内に供給する、請求項１に記載のオンデマンド・コジェネレーション・システム。

【請求項5】

前記循環手段は、前記除湿手段または前記加熱手段に供給されて熱交換された後の前記冷温水または温水を温水焚冷温水発生器に循環する、請求項１に記載のオンデマンド・コジェネレーション・システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力需要のある場所でオンデマンドに設置されるコジェネレーション・システムに関する。

【背景技術】

【0002】

付近に商用電力供給設備のない場所などでは、電力の需要・供給に応じてエンジン駆動の発電機が使用される。商用電力供給設備のない場所としては、例えば島嶼部、離島、山間部、半島先端の沿岸部などを挙げることができる。このような場所では、電力を供給する際に、ガソリンまたは軽油、灯油などを使用する内燃機関を備えた発電機が利用されることが多い。

【0003】

発電機は内燃機関の動作により発電を行うため、燃料の燃焼により熱を発生させる。従来、発電機は発生した熱は、大気中に放出され、廃棄されていた。しかしながら、近年の地球温暖化の問題により、発電機が発生した排熱をただ大気中に放出するのは熱効率の点から好ましくない。

【0004】

従来から発電機の発生した熱を回収するシステムは知られていた。例えば、特開２０２３－３９５９７号（特許文献１）には、廃熱投入型吸収冷温水機の燃焼の頻繁な発停を抑制することが可能な廃熱利用システムを提供することを課題として、廃温水を熱源として用いる廃温水単独運転と、廃温水および燃料を熱源として用いる燃料併用運転とを切り替え可能な廃熱投入型吸収冷温水機と、廃熱投入型吸収冷温水機の冷温水出口温度を検出する温度センサと、廃熱投入型吸収冷温水機に投入される前に廃温水を昇温させることが可能な昇温手段と、廃温水単独運転時において冷温水出口温度が所定の温度以上となった場合に、昇温手段により廃温水を昇温させる制御装置とを備える排熱利用システムが記載されている。

【0005】

特開２０２３－３９５９７号公報は、冷温水出口温度を検出することを記載するものの、熱風を利用して循環可能な湿度調整に使用することを課題とするものではない。発電機からの電力供給を受けて空気調和や乾燥工程を行う施設またはプラントにおいて、発電機からの排熱を有効利用することができれば、空気調和や乾燥工程を行う施設の全体としての操業効率が高まり、地球温暖化の防止および商業電力供給設備のない場所におけるエネルギー消費効率を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０２３－３９５９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、本発明は、発電機の排熱を利用して空気調和や乾燥工程などを行う施設またはプラントなどの総合的な熱利用効率を改善する、オンデマンド・コジェネレーション・システムの提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明によれば、施設またはプラント内の除湿手段と、
前記施設または前記プラント内の空調が必要な空間内の加熱を行うための加熱手段と、
前記施設または前記プラント内の湿空気を除湿するため前記除湿手段または前記加熱手段に供給された後の冷温水を、発電機システムからの排熱を利用して温水として前記施設または前記プラント内に循環する循環手段と
を備える、オンデマンド・コジェネレーション・システムが提供される。

【0009】

前記除湿手段は、前記発電機システムから供給される電力により駆動される第１のヒートポンプ、または前記発電機システムの排熱を利用する温水焚冷温水発生器により生成される冷温水による熱交換により除湿することができる。

【0010】

前記加熱手段は、温水焚冷温水発生器から排出される前記冷温水により乾空気を加熱することができる。

【0011】

前記加熱手段は、前記発電機システムの排熱で加熱された空気を第２のヒートポンプにより加熱して前記空間内に供給することができる。

【0012】

前記循環手段は、前記除湿手段または前記加熱手段に供給されて熱交換された後の前記冷温水を前記温水焚冷温水発生器に循環することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、発電機の排熱を利用して空気調和や乾燥工程などを行う施設またはプラントなどの総合的な熱利用効率を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】例示的な第１の実施形態のシステムを示す図。

【図2】例示的な第２の実施形態のシステムを示す図。

【図3】例示的な第３の実施形態のシステムを示す図。

【図4】例示的な実施形態における発電機システムを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を例示的な実施形態を持って説明するが、本発明は、実施形態に限定されることはない。また、図１～図３で説明するオンデマンド・コジェネレーション・システムは、それぞれ施設またはプラントの設置される場所の電力受給状況により適宜選択することができる。

【0016】

図１は、第１の実施形態によるオンデマンド・コジェネレーション・システム１００の実施形態を示す。本発明のオンデマンド・コージェネレーション・システム１００は、例えば島嶼部、離島、山間部または沿岸部など、既存の商業電力供給設備が容易に利用できない環境に設置され、乾燥室１０１と、付室１０２と、除湿機１０７とを含む。

【0017】

付室１０２にはボイラー１０３が設置され、ボイラー１０３により熱風を生成する。生成された熱風は、除湿が必要な空間である乾燥室へと送付されて、説明する実施形態では乾燥室内に設置された被乾燥物（例えば、魚介類、昆布、わかめ等の海産物、洗濯物、染色後の布、皮革など）を乾燥する。

【0018】

乾燥室１０１の上部には、循環ファン１０４が適切な数で配置されており、除湿機１０７のアウトレットダクト１０５およびインレットダクト１０６からの吸排気と協働してボイラー１０３からの熱風を乾燥室１０１内で循環させる。

【0019】

除湿機１０７は、本実施形態における除湿手段として機能する。除湿機１０７は、第１のヒートポンプを備えており、乾燥室１０１内に設置された被乾燥物を乾燥させた後の湿気を含む湿熱風をインレットダクト１０６から吸入し、除湿し、除湿した後に低温乾燥空気を生成する。生成された低温乾空気は第１熱交換器１１０が設置されたアウトレットダクト１０５を通して加熱された後、熱交換後の乾熱風を乾燥室１０１内に供給される。

【0020】

また、オンデマンド・コージェネレーション・システム１００は、発電機システム１０８を備える。オンデマンド・コジェネレーション・システム１００は、ディーゼルエンジンなどを駆動して交流電流を除湿機１０７および循環ファン１０４などへと供給し、その動作を可能とする。発電機システム１０８からの温水は、温水焚冷温水発生器１０９へと供給されて、熱交換媒体の冷温水を、例えば、７０～８５°程度に加熱する。なお、発電機を含む発電機システム１０８についてはより詳細に後述する。

【0021】

温水焚冷温水発生器１０９からの温水は、除湿機１０７のアウトレットダクト１０５内に設置された第１熱交換器１１０で、除湿機１０７からの低温乾燥空気を空気調和（加熱）して乾熱風を生成する。この第１熱交換器１１０が本実施形態における加熱手段に対応する。生成された乾熱風は、再度乾燥室１０１内に循環されて、乾燥室１０１内の温度を維持しつつ、乾燥室１０１内の湿度を低下させる。これにより、被乾燥物の乾燥効率が改善する。

【0022】

乾燥効率の改善は直接的に被乾燥物の乾燥時間を短縮する。このため、本実施形態は、熱風を生成するために要する灯油などの石油系燃料の消費を低下し、脱炭素に貢献する。また、乾燥時間も短縮されるため、作業者の労働時間、労働環境も改善されるので、労働コストも低下することができる。

【0023】

第１熱交換器１１０で熱交換され、低温化した温水は、除湿機１０７のインレットダクトに隣接して設置された第２熱交換器１１１に導入される。第２熱交換器１１１は、乾燥室１０１内から排出される７０～８０°の湿熱風を６０℃以下に低温化して、除湿機１０７の動作効率を改善すると共に、除湿機１０７の連続操業を可能としている。

【0024】

第２熱交換器１１１での熱交換後の温水は、ポンプＰを介して再度発電機システム１０８を経由して温水焚冷温水発生器１０９、図示する実施形態では、温水焚冷温水発生器１０９へと循環されて、再帰的に乾熱風を生成することを可能とする。ポンプＰおよび温水焚冷温水発生器１０９（または後述する４０８）が本実施形態における循環手段に相当する。このため、第１の実施形態は被乾燥物を乾燥するための全体の熱効率を改善することで、低炭素化および労働環境改善を通じて地球温暖化およびＳＤＧｓに貢献する。

【0025】

なお、本発明は、図１に示した態様に限定されることなく、高温熱媒体が低温化した後に再度高温化して使用するシステムにおいて、システムが生成する廃熱をその循環的動作にフィードバックすることが可能なシステムである限り、例えば暖房用空調機システム、給湯システム、乾燥システムなどその構成および用途に限定されず適用可能である。

【0026】

図２は、オンデマンド・コジェネレーション・システムの例示的な第２の実施形態２００を示す。第２の実施形態は、低温空気がボイラー２０３を使用して加熱され、乾燥室２０１に導入される点は第１実施形態と共通する。第２の実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システム２００では、第１の実施形態の除湿機１０７を、温水焚冷温水発生器２０８が生成する冷温水を使用して除湿を行う構成とされる。温水焚冷温水発生器２０８が生成した冷温水は除湿機２０７内に配置された第２熱交換器（不図示）の熱交換器チューブ内を通され、熱交換器チューブで湿熱風を除湿する。

【0027】

乾燥室２０１から排出される湿熱風は、ダクト２０６を経由して除湿機２０７に導入される。除湿機２０７は、温水焚冷温水発生器２０８からの冷温水が供給され、除湿機２０７の下部から導入される湿熱風を冷却し、除湿を行う。除湿された空気は、ダクト２０５を介して乾空気として乾燥室２０１内に循環される。また、第３熱交換器２１０には、温水焚冷温水発生器２０８に供給される温水が迂回して供給される。第３熱交換器２１０は、温水焚冷温水発生器２０８からの温水でダクト２０５を通る乾空気を加熱した後、乾空気を乾燥室２０１へと循環させる。第３熱交換器が、本実施形態における他の態様における加熱手段として機能する。

【0028】

第３熱交換器２１０から排出された熱交換後の温水は、ポンプ（図示せず）を介して発電機システム１０８へと循環されて温水とされた後、再度温水焚冷温水発生器２０８へと循環されて、乾燥室の空気調和を行うために利用される。ポンプＰ２および温水焚冷温水発生器２０８を含む機能手段が、本実施形態における循環手段に相当する。

【0029】

本実施形態では、温水焚冷温水発生器２０８の発生した冷温水が乾燥室２０１内の湿潤空気の低湿化のために使用され、温水は、暖かい乾空気を生成するために並行的に使用されるので、さらに施設またはプラントの熱効率を改善することができる。

【0030】

図３は、本実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システムの第３の実施形態３００を示す。第３実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システム３００は、ボイラー１０３、２０３を使用せず、熱風の生成、湿空気の乾燥を発電機システム１０８の生成する電力および排熱を使用して行う。図３の実施形態は、発電機容量が大きなシステムに好適な実施形態である。

【0031】

発電機システム１０８（図示せず）からの電力は、第２のヒートポンプ３０６に送られ、生成された高温媒体で室内熱交換器（第３熱交換器）３０５を加熱する。室内熱交換器３０５により生成された乾燥熱風は、乾燥室３０１内に排出され、主として乾燥室２０１を加熱する。第２のヒートポンプ３０６および室内熱交換器３０５が、本実施形態の加熱手段に相当する。

【0032】

発電機システム１０８からは発電機の排気ガスにより温められた温風が、温風ダクト３０４を通じて乾燥室３０１内に導入される。導入された温風は、乾燥室３０１内の乾燥を補助する。また、温風ダクト３０４からの温風は室内熱交換器３０５に送られて、室内熱交換器３０５の加熱を補助し効率的に高温の空気を生成する。

【0033】

また、発電機システム（図示せず）１０８からの温水は、温水焚冷温水発生器３０８に供給され冷温水を生成する。生成された冷温水は、除湿機３０７に供給され、乾燥室３０１内の湿空気を除湿した後、温水焚冷温水発生器３０８に戻され循環される。除湿機３０７が本実施形態の乾燥手段に相当する。また、ポンプＰおよび温水焚冷温水発生器３０８（また他の実施形態では図４の温水焚冷温水発生器４０８）が本実施形態の循環手段に相当する。なお、乾燥室３０１内に供給された発電機システムなどからの空気をバランスさせるため、乾燥室３０１には排気ダクト３０２が設置されていて、乾燥室３０１内の気圧をバランスしている。

【0034】

本実施形態は、発電機システムからの排熱を乾燥室３０１の加熱補助に使用すると共に、発電機システムからの電力を使用して除湿および加熱のために使用する。第３の実施形態では、乾燥工程のために灯油などを使用するボイラーの使用を排除できるので、さらに地球温暖化に貢献することが可能となる。

【0035】

図４は、本実施形態で使用する発電機システム１０８の概略図である。発電機システム１０８は、発電モジュール４０１と、ラジエター４０５と、温水焚冷温水発生器４０８とを含む。なお、温水焚冷温水発生器４０８は、上述した様に、温水焚冷温水発生器１０９、２０８、３０８と共用することができる。発電モジュール４０１は、ディーゼルエンジン４０４と、発電機４０３とを含み、軽油等の化石燃料を使用して発電機４０３を駆動して発電する。発電された電力は、第１～第３の実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システムといった負荷システムを動作するために利用することができる。

【0036】

ディーゼルエンジン４０４を冷却するためのラジエター４０５の温水は、ポンプＰ１および温水供給を調節するための遅動型三方バルブ４０９を介して温水焚冷温水発生器４０８に送られて、７５～８５℃の温水を生成する。生成された温水は、第１～第３の実施形態における温水需要のため温水を供給される。一方、負荷側で使用された低温化した冷温水は、温水焚冷温水発生器４０８に循環され、再度ラジエターに戻されて加熱され、再度、負荷側での温水需要に供給される。

【0037】

また、ディーゼルエンジン４０４の排気ガスは、第４熱交換器４０６に送られ、ファンの動作によりフィルター４０７を介して導入される外気を温める。その後、マフラー４１１を通して外気に放出される。暖められた空気は、第４熱交換器４０６からの排熱と共に第３の実施形態に示す負荷システムにおける温風需要のため負荷システムへと供給される。

【0038】

以下に、第３の実施形態における発電機システムの作動手順を説明する。
１ 発電機のディーゼルエンジン４０４を起動する。
２ 高温の第２ヒートポンプ３０６を起動する。
３ ディーゼルエンジン４０４が排熱適温になるまではエンジン排熱は供給されない。
４ エンジン排熱が適温になったら遅動型三方バルブ４０９により温水を温水焚冷温水発生器４０８(または１０９，２０８、３０８)に供給する。
５ 加工場(乾燥室)内の除湿機または熱交換器に冷温水が供給されると室内除湿が開始される。
６ 室内が除湿され乾燥状態になると高温の第２ヒートポンプ３０６は能力が小さくなり発電量も少なくなるので、排熱が減少した時は遅動型三方バルブ４０９を調整してラジエター４０５からの温水を適温状態にする。
７ また、第１の実施形態および第２の実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システム１００、２００においても温水焚冷温水発生器１０９、２０８、３０８は上記「６」の方式で同様に制御することができる。

【0039】

以上説明したオンデマンド・コジェネレーション・システムによれば、電力需要のある場所で使用される発電機の排熱を効率的に使用して、電力供給を受ける施設またはプラントの熱効率を改善することが可能となる。また、本実施形態のオンデマンド・コジェネレーション・システムによれば、商業電力供給設備がないか、または容易に利用できない場所に設置される施設またはプラントにおける熱効率を改善することを可能とする。

【符号の説明】

【0040】

１００ ：オンデマンド・コジェネレーション・システム
１０１ ：乾燥室
１０２ ：付室
１０３ ：ボイラー
１０４ ：循環ファン
１０５ ：アウトレットダクト
１０６ ：インレットダクト
１０７ ：除湿機
１０８ ：発電機システム
１０９ ：温水焚冷温水発生器
１１０ ：第１熱交換器
１１１ ：第２熱交換器
２００ ：第２の実施形態
２０１ ：乾燥室
２０３ ：ボイラー
２０５ ：ダクト
２０６ ：ダクト
２０７ ：除湿機
２０８ ：温水焚冷温水発生器
２１０ ：第３熱交換器
３００ ：第３の実施形態
３０１ ：乾燥室
３０２ ：排気ダクト
３０４ ：温風ダクト
３０５ ：室内熱交換器
３０６ ：第２ヒートポンプ
３０７ ：除湿機
３０８ ：温水焚冷温水発生器
４０１ ：発電モジュール
４０３ ：発電機
４０４ ：ディーゼルエンジン
４０５ ：ラジエター
４０６ ：第４熱交換器
４０７ ：フィルター
４０８ ：温水焚冷温水発生器
４０９ ：遅動型三方バルブ
４１１ ：マフラー
Ｐ ：ポンプ
Ｐ１ ：ポンプ
Ｐ２ ：ポンプ

【要約】

【課題】 オンデマンド・コジェネレーション・システムを提供すること。
【解決手段】 本発明のオンデマンド・コジェネレーション・システム１００は、施設またはプラント内の除湿手段１０７と、施設または前記プラント内の空調が必要な空間内の加熱を行うための加熱手段１１０と、施設またはプラント内の湿空気を除湿するため除湿手段１０７または加熱手段１１０に供給された後の冷温水を、発電機システム１０８の排熱を利用して温水とし、施設またはプラント内に循環する循環手段Ｐ、１０９とを備える。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】