JP2007309617A - ガス冷房システム - Google Patents

Abstract

【課題】天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）の分解によって得られる水をガス冷房システムに活用する。
【解決手段】ガス冷房システム１０は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンク１１と、ＮＧＨタンク１１より供給されるＮＧＨを燃料ガスと水に分解するＮＧＨ分解装置１２と、冷却水を生成する吸収式冷凍機１３と、吸収式冷凍機１３より生成された冷却水を用いて冷風を生成する空調機１４とを備えている。ＮＧＨ分解装置１２で生成された燃料ガスは吸収式冷凍機１３に供給され、冷却用燃料として使用される。吸収式冷凍機１３は冷水を生成するが、この冷水は空調機１４に供給され、空調機１４の冷却水として使用される。また、ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成された水も空調機１４（或いはその周辺機器）に供給され、空調機１４による冷風の生成の補助に使用される。空調機１４によって生成された冷風は建造物１５内の冷房に使用される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス冷房システムに関し、特に、天然ガスハイドレート（NGH：Natural Gas Hydrate）を燃料とするガス冷房システムに関するものである。

近年、地球環境への配慮から燃料として天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）が注目されている（非特許文献１参照）。ＮＧＨは、メタン、エタン、プロパンなどを主成分とする天然ガスの分子（ゲスト）が水分子のクラスタ中に取り込まれた包接水和物であり、マイナス２０℃の大気圧環境下で約１７０倍のガスを包蔵することができる。ガスエネルギーとしては液化天然ガス（ＬＮＧ）がよく知られているが、ＬＮＧはマイナス１６２℃の極低温下で製造・貯蔵されるため、ＮＧＨは製造、輸送、貯蔵、ガス化というシステム全体面でＬＮＧよりも有利な点が多い。また、ＮＧＨはガソリンなどに比べて二酸化炭素や大気汚染物質の排出量が少ないことから、クリーンエネルギーとして注目されている。
三井造船株式会社、"天然ガスハイドレート（ＮＧＨ)−三井造船"、[online]、[平成１８年５月１０日検索]、インターネット<URL：http://www.mes.co.jp/mes_technology/ngh.html> 特開２００１−３３６８０４号公報 特開２００５−２１４５１９号公報

ところで、マンション、ホテル、商業ビル、病院、工場、倉庫等の大型建築物では、冷房設備の一つとして、水の気化熱を利用した吸収式ガス冷房システムが採用されている。しかし、吸収式ガス冷房システムの冷却効率は十分なものとは言えず、さらなる改良が望まれている。

また、ＮＧＨはこのようなガス冷房システムの燃料に使用することもできるが、ＮＧＨの分解によってメタンガス等の燃料が得られる一方、多量の水が副次的に生成される。水の生成率はＮＧＨに対する体積比で約８０％であることから、かなり多量の水が生成されることになる。しかしながら、従来はそのまま排水するしかなかった。

したがって、本発明の目的は、ＮＧＨの分解によって得られる水を活用したガス冷房システムを提供することにある。

本発明の上記目的は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、ＮＧＨタンクより供給されるＮＧＨを分解して燃料ガスと水を生成するＮＧＨ分解装置と、冷風を生成する空調機と、空調機の冷却に用いる第１の冷却水を生成する吸収式冷凍機とを備え、ＮＧＨ分解装置により生成される燃料ガスを吸収式冷凍機の駆動に用い、ＮＧＨ分解装置により生成される水を空調機による冷風の生成に利用することを特徴とするガス冷房システムによって達成される。

本発明のガス冷房システムは、空調機に関与する熱媒を冷却する熱交換器をさらに備え、ＮＧＨ分解装置により生成される水を熱交換器に供給することが好ましい。ここで、熱媒としては、空調機より排出される第１の冷却水であってもよく、空調機に供給される第１の冷却水であってもよく、空調機が生成する冷風であってもよく、空調機に取り込まれる空気であってもよい。いずれの場合も、冷却能力の高いガス冷房システムを提供することができる。

本発明において、吸収式冷凍機は、水の気化熱を利用して空調機より排出される第１の冷却水を冷却する蒸発器と、蒸発器内で気化した水を臭化リチウム溶液に吸収させる吸収器と、臭化リチウム溶液を加熱することにより当該臭化リチウム溶液に吸収された水分を蒸発させる再生器と、水分を液化して水を再生する凝縮器と、吸収器及び凝縮器を冷却するための第２の冷却水を生成する冷却塔とを含み、冷却塔により生成された第２の冷却水を、吸収器及び凝縮器に対して供給することが好ましい。ここで、冷却塔により生成された第２の冷却水は吸収器及び凝縮器に対して直列に供給してもよく、並列に供給してもよい。

本発明によれば、ガス冷房システムにＮＧＨ分解装置を実装し、ＮＧＨから得られる燃料ガスを吸収式冷凍機の燃料とし、ＮＧＨから得られる水を空調機による冷風の生成に利用することにより、空調機の負荷低減、冷風出力の増加を図ることができ、冷却能力の高いガス冷房システムを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス冷房システムの基本構成を概略的に示す模式図である。

図１に示すように、このガス冷房システム１０は、ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンク１１と、ＮＧＨタンク１１より供給されるＮＧＨを燃料ガスと水に分解するＮＧＨ分解装置１２と、冷却水を生成する吸収式冷凍機１３と、吸収式冷凍機１３より生成された冷却水（第１の冷却水）を用いて冷風を生成する空調機１４とを備えている。ＮＧＨ分解装置１２で生成された燃料ガスは吸収式冷凍機１３に供給され、冷却用燃料として使用される。吸収式冷凍機１３は冷水を生成するが、この冷水は空調機１４に供給され、空調機１４の冷却水として使用される。また、ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成された水も空調機１４（或いはその周辺機器）に供給され、空調機１４による冷風の生成に補助的に使用される。空調機１４によって生成された冷風は建造物１５内の冷房に使用される。

図２は、ＮＧＨ分解装置１２の構成を示す模式図である。

図２に示すように、ＮＧＨ分解装置１２は、ＮＧＨタンク１１から供給されるペレット状のＮＧＨ（ＮＧＨペレット）を分解するためのＮＧＨ分解槽２１と、ＮＧＨ分解用の熱水を生成する熱交換器２２と、ＮＧＨ分解槽２１より排出される水の一部を熱交換器２２に供給するためのポンプ２３と、熱交換器２２からの熱水をＮＧＨ分解槽２１内のＮＧＨペレット２０の上方から噴霧するノズル２４とを備えている。ＮＧＨ分解槽２１の内部にはネット２５が設けられており、このネット２５により分解槽２１内のＮＧＨペレット２０と水２６は上下に分離される。ＮＧＨ分解槽２１内で発生した燃料ガスはＮＧＨ分解槽２１の上方に設けられたガス排出口２１ａから排出され、ＮＧＨ分解槽２１内で発生した水２６はＮＧＨ分解槽２１の下方に設けられた排水口２１ｂから排出される。このとき得られる水は冷水であり、水温は常温よりも低い。なお、ＮＧＨ分解槽２１で得られた水の温度を調整する水温調整器を設けてもよい。また、分解水の一部をＮＧＨ分解用の熱水として利用せず、外部より供給される水を用いてＮＧＨ分解用の熱水を生成してもよい。

図３は、ガス冷房システム１０（特に吸収式冷凍機１３）の詳細な構成を詳細に示す模式図である。

図３に示すように、このガス冷房システム１０に用いる吸収式冷凍機１３は一重効用吸収式冷凍機であり、水を気化する蒸発器３１と、気化した水を臭化リチウム溶液に吸収させる吸収器３２と、臭化リチウム溶液を加熱することにより当該臭化リチウム溶液に吸収された水分を蒸発させる再生器３３と、水蒸気を液化して水を再生する凝縮器３４と、吸収器３２及び凝縮器３４を冷却するための冷却水（第２の冷却水）を生成する冷却塔３５とを備えている。

蒸発器３１には空調機１４より排出された第１の冷却水が排水ライン３８ａを通って送り込まれるが、この冷却排水は、蒸発器３１の気化熱により冷却され、給水ライン３８ｂを通って空調機１４に送り込まれ、空調機１４の冷却水（第１の冷却水）として再び使用される。蒸発器３１内の圧力は６〜７ｍｍＨｇであり、凝縮器３４から供給された水は冷却排水の熱によって加熱され、５℃程度で気化される。一方、冷却排水の熱は気化熱として奪われることで低下し、これにより冷却排水は例えば７℃程度に冷却される。

蒸発器３１で気化した水は、吸収器３２の臭化リチウム溶液（濃溶液）に吸収される。このため、再生器３３から供給された臭化リチウム溶液の濃度は低くなる。この臭化リチウム溶液（稀溶液）は、ポンプ３６ａにより再生器３３へ供給され、再生器３３で加熱されることで臭化リチウム溶液の水分が蒸発し、臭化リチウム溶液は濃縮される。この臭化リチウム溶液は再び吸収器３２に供給される。一方、再生器３３の加熱で蒸発した水は凝縮器３４に供給され、凝縮器３４内の冷却水により冷却されて元の水に戻る。この水は再び蒸発器３１に供給される。

冷却塔３５により生成された冷却水は、ライン３９及びポンプ３６ｂを通って吸収器３２へ供給され、次に凝縮器３４へ供給された後、冷却塔３５に送り戻される。つまり、冷却水は、冷却塔３５、吸収器３２及び凝縮器３４を循環しており、吸収器３２及び凝縮器３４に対して直列に供給されている。

ＮＧＨ分解装置１２で生成された燃料ガスは、再生器３３のガスバーナ３３ａに供給され、臭化リチウム溶液の水分を蒸発させる燃料として使用されると共に、建造物１５内のガス設備にも供給される。また、ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成された冷水は、空調機１４と吸収式冷凍機１３（蒸発器３１）との間の排水ライン３８ａの途中に設置された熱交換器３７に供給され、空調機１４の冷却排水の温度を低下させる冷却水として使用される。この熱交換器により、空調機１４を出た冷却排水の温度を例えば１２℃程度まで下げることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ＮＧＨ分解装置１２より得られる燃料ガスをガス冷房システムの燃料とするだけでなく、ＮＧＨ分解装置１２より得られる水を空調機１４の冷却排水の冷却に利用していることから、ＮＧＨの副生成物である冷水を有効に活用することができる。これにより、吸収式冷凍機１３の負荷を低減することができると共に、吸収式冷凍機１３の出力を増加させることができる。つまり、より少ない燃料で同じ冷房能力を得ることが可能となり、同じ燃料であればより大きな冷房能力を得ることができる。

図４は、本発明の第２の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図４に示すように、このガス冷房システム２０の特徴は、冷却塔３５の排水口に接続されたラインが途中で分岐しており、分岐の一方は吸収器３２に接続され、他方は凝縮器３４に接続されている点にある。つまり、冷却塔３５により生成された冷却水は、ライン及びポンプ３６ｂを通って吸収器３２及び凝縮器３４へ並列に供給されている。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。

上述した第１の実施形態では、冷却水が吸収器３２を一端通過した後、凝縮器に供給されるので、多少温度上昇した冷却水が凝縮器３４に供給されることになるが、本実施形態によれば、そのような温度上昇のない冷却水を凝縮器３４に対しても供給することができる。その他、第１の実施形態と同様の作用効果を得られることは言うまでもない。

図５は、本発明の第３の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図５に示すように、このガス冷房システム３０の特徴は、吸収式冷凍機１３（蒸発器３１）から空調機１４までの給水ラインの途中に熱交換器３７が設けられている点にある。ＮＧＨ分解装置１２で副次的に生成された冷水は、空調機の冷却水の温度をさらに低減する冷却水として使用される。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態によれば、吸収式冷凍機から供給される冷却水の温度を十分低くすることができる。

図６は、本発明の第４の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図６に示すように、このガス冷房システム４０の特徴は、冷却塔３５により生成された冷却水が、ライン及びポンプ３６ｂを通って吸収器３２及び凝縮器３４へ並列に供給されている点にある。また、吸収式冷凍機１３（蒸発器３１）から空調機１４までの給水ラインの途中に熱交換器３７が設けられている点にある。つまり、本実施形態は、第２及び第３の実施形態を組み合わせたものである。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。

本実施形態によれば、そのような温度上昇のない冷却水を凝縮器３４に対しても供給することができる。また、本実施形態によれば、吸収式冷凍機１３から供給される冷却水の温度を十分低くすることができるので、空調機の冷却能力をさらに向上させることができる。

図７は、本発明の第５の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図７に示すように、このガス冷房システム５０の特徴は、空調機１４の送風口に熱交換器３７が設けられている点にある。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態によれば、空調機１４によって生成された冷風が熱交換器３７によってさらに冷却されて供給されるので、冷風の温度を十分低くすることができる。

図８は、本発明の第６の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図８に示すように、このガス冷房システム６０の特徴は、空調機１４の送風口に熱交換器３７が設けられている点にある。また、吸収式冷凍機１３（蒸発器３１）から空調機１４までの給水ラインの途中に熱交換器３７が設けられている点にある。つまり、本実施形態は、第２及び第５の実施形態を組み合わせたものである。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態によれば、空調機１４によって生成された冷風が熱交換器３７によってさらに冷却されて供給されるので、冷風の温度を十分低くすることができる。

図９は、本発明の第７の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図９に示すように、このガス冷房システム７０の特徴は、空調機１４の空気吸入口に熱交換器３７が設けられている点にある。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態によれば、空調機１４に取り込まれる空気が熱交換器３７によって予め冷却されるので、冷風の温度を十分低くすることができる。

図１０は、本発明の第８の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

図１０に示すように、このガス冷房システム８０の特徴は、空調機１４の空気吸入口に熱交換器３７が設けられている点にある。また、吸収式冷凍機１３（蒸発器３１）から空調機１４までの給水ラインの途中に熱交換器３７が設けられている点にある。つまり、本実施形態は、第２及び第７の実施形態を組み合わせたものである。その他の構成は第１の実施形態と同様であるため、ここでの説明は省略する。本実施形態によれば、空調機１４に取り込まれる空気が熱交換器３７によって予め冷却されるので、冷風の温度を十分低くすることができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、これらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、一重効用吸収式冷凍機を例に挙げたが、本発明は二重効用吸収式冷凍機に適用することもできる。また、吸収液として臭化リチウムを例に挙げたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のどのような吸収液を用いてもよい。

図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス冷房システムの基本構成を概略的に示す模式図である。 図２は、ＮＧＨ分解装置１２の構成を示す模式図である。 図３は、吸収式冷凍機１３の構成を詳細に示す模式図である。 図４は、本発明の第２の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図６は、本発明の第４の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図７は、本発明の第５の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図８は、本発明の第６の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図９は、本発明の第７の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。 図１０は、本発明の第８の実施形態に係るガス冷房システム（特に吸収式冷凍機１３）の構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ ガス冷房システム
１１ タンク
１２ ＮＧＨ分解装置
１３ 吸収式冷凍機
１４ 空調機
１５ 建造物
２０ ガス冷房システム
２０ ＮＧＨペレット
２１ａ ガス排出口
２１ｂ 排水口
２１ ＮＧＨ分解槽
２２ 熱交換器
２３ ポンプ
２４ ノズル
２５ ネット
２６ 水（分解水）
３０ ガス冷房システム
３１ 蒸発器
３２ 吸収器
３３ 再生器
３３ａ ガスバーナ
３４ 凝縮器
３５ 冷却塔
３６ａ ポンプ
３６ｂ ポンプ
３７ 熱交換器
３８ａ 排水ライン
３８ｂ 給水ライン
３９ ライン
３９ａ ライン
３９ｂ ライン
４０ ガス冷房システム
５０ ガス冷房システム
６０ ガス冷房システム
７０ ガス冷房システム
８０ ガス冷房システム

Claims (9)

1. ＮＧＨが貯蔵されたＮＧＨタンクと、
   前記ＮＧＨタンクより供給されるＮＧＨを分解して燃料ガスと水を生成するＮＧＨ分解装置と、
   冷風を生成する空調機と、
   前記空調機の冷却に用いる第１の冷却水を生成する前記吸収式冷凍機とを備え、
   前記ＮＧＨ分解装置により生成される前記燃料ガスを前記吸収式冷凍機の駆動に用い、
   前記ＮＧＨ分解装置により生成される前記水を前記空調機による前記冷風の生成に利用することを特徴とするガス冷房システム。
2. 前記空調機に関与する熱媒を冷却する熱交換器をさらに備え、
   前記ＮＧＨ分解装置により生成される前記水を前記熱交換器に供給することを特徴とする請求項１に記載のガス冷房システム。
3. 前記熱媒は、前記空調機より排出される前記第１の冷却水であることを特徴とする請求項２に記載のガス冷房システム。
4. 前記熱媒は、前記空調機に供給される前記第１の冷却水であることを特徴とする請求項２又は３に記載のガス冷房システム。
5. 前記熱媒は、前記空調機が生成する前記冷風であることを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のガス冷房システム。
6. 前記熱媒は、前記空調機に取り込まれる空気であることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載のガス冷房システム。
7. 前記吸収式冷凍機は、
   水の気化熱を利用して前記空調機より排出される前記第１の冷却水を冷却する蒸発器と、
   前記蒸発器内で気化した水を臭化リチウム溶液に吸収させる吸収器と、
   前記臭化リチウム溶液を加熱することにより当該臭化リチウム溶液に吸収された水分を蒸発させる再生器と、
   前記水分を液化して水を再生する凝縮器と、
   前記吸収器及び前記凝縮器を冷却するための第２の冷却水を生成する冷却塔とを含み、
   前記冷却塔により生成された前記第２の冷却水を、前記吸収器及び前記凝縮器に対して供給することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のガス冷房システム。
8. 前記冷却塔により生成された前記第２の冷却水を前記吸収器及び前記凝縮器に対して直列に供給することを特徴とする請求項７に記載のガス冷房システム。
9. 前記冷却塔により生成された前記第２の冷却水を前記吸収器及び前記凝縮器に対して並列に供給することを特徴とする請求項７に記載のガス冷房システム。
   

Images