JP3640378B2 - 低温廃熱ガス駆動冷凍システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロガスタービン等から発生する比較的低温の廃熱ガスを利用して、効率的に冷凍出力を得ることができる低温廃熱ガス駆動冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、分散型電源として電力を効率よく発生でき、しかも装置のコンパクト化が可能なものとしてマイクロガスタービン発電装置が注目されている。この装置では、天然ガスやバイオガスを燃料とし、これを燃焼させて小型のガスタービンを稼働することによって電力を発生させている。しかし、この装置におけるエネルギ効率は十分に高いものとは言えず、多くのエネルギが排ガス中への廃熱としてロスしている。このため廃熱を回収して有効に利用する方法が研究されており、廃熱から温水を得ることが提案されている。しかし、温水等の利用は、活用範囲が限られており、必ずしも全量が利用されるものでもないため、廃熱の有効利用としては十分なものとはいえない。
【０００３】
また、上記マイクロガスタービンの分野とは異なるものの、工場等から発生する高温の廃熱を駆動源として冷凍出力を得る方法が本願出願人によって開発されている。この方法では、両者間で水素の移動を可能とした高温側水素吸蔵合金と低温側水素吸蔵合金とを用意しておく。そして廃熱から高温・高圧の蒸気を得て、これを熱媒として高温側水素吸蔵合金を加熱する。該水素吸蔵合金ではこの加熱によって吸蔵している水素が放出され、該水素は低温側の水素吸蔵合金に吸蔵される。その後、高温側の水素吸蔵合金を冷却して水素吸引力を生じさせると低温側水素吸蔵合金から水素が放出され高温側水素吸蔵合金に吸蔵される。その際に低温側水素吸蔵合金では冷熱が発生するので、これを冷凍用の熱源として利用する。この方法では廃熱を利用して冷凍出力を得ることができるのでエネルギ利用の効率化を図ることができる。したがって、上記したマイクロガスタービンの廃熱を利用して上記装置で冷凍出力を得ることができれば、全体としてのエネルギ効率は飛躍的に向上する。しかも装置のコンパクト化も容易である。この装置が実現すれば、電力とともに冷凍出力が利用されている食品工場、コンビニ、スーパー、病院、ホテル等においてエネルギ効率の高い装置として活用することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マイクロガスタービンは、通常、発電効率を上げるため、排ガスと吸気との熱交換をしており、この後に排ガスを放出するため、排ガス温度が比較的低く、その量も大量に発生するものではないため排ガスから高温・高圧の蒸気を得ることは困難である。この蒸気の温度が低いと上記した高温側水素吸蔵合金を十分に加熱できなため水素を確実に放出させることができず、結果的に低温側水素吸蔵合金で十分な冷熱を得ることができない。このため、従来は、比較的低温の廃熱を利用して冷凍出力を得ることは困難であると考えられていた。
【０００５】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、マイクロガスタービン等から発生する比較的低温の廃熱から熱エネルギを効果的に得て、これを駆動源として冷凍用の冷熱を発生させることができる低温廃熱ガス駆動冷凍システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するため本発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムのうち第１の発明は、水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする高温側水素吸蔵合金容器を高温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく低温廃熱ガスまたは冷却用熱媒が選択的に導入される高温側熱交換器を備え、さらに水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする低温側水素吸蔵合金容器を低温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく冷熱用熱媒が導入される低温側熱交換器を備えており、前記高温側水素吸蔵合金容器と低温側水素吸蔵合金容器とは水素移動可能に連結され、前記低温側熱交換器で冷熱を受けた前記冷熱用熱媒によって直接または間接的に冷熱が供給される冷凍出力部を有するシステムを対にして備え、一方のシステムの低温側水素吸蔵合金で冷熱を発生させる際に、他方のシステムの高温側水素吸蔵合金で水素を吸蔵させる再生を行えるように構成されているとともに、上記冷熱発生と再生とを対となるシステムで切り替える際に、一方の低温側熱交換器に導入されている冷熱用熱媒を他方の低温側熱交換器に導入して顕熱を回収する顕熱回収管を備え、前記高温側熱交換器は、容器形状からなり低温排熱ガスを内部に導入する排ガス導入ダクトと外部に排出する排ガスダクトとが接続され、内部が仕切壁によって並列に仕切られ、それぞれの仕切空間に、対をなす前記高温側熱交換部がそれぞれ設置され、かつ該熱交換部は、高温側水素吸蔵合金容器が内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状からなり、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設され、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして構成されており、前記二つの仕切空間は、前記排ガス導入ダクトの直後方および前記排ガスダクトの直前方内部に設けられたダンパによって選択的に開通、閉鎖が可能になっており、さらに前記高温熱交換器には、冷却水を導入して前記ダンパで閉鎖された仕切空間にある水素吸蔵合金容器に冷却水をかけて該容器間を冷却水が通過して排出できるように冷却水管が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムは、第１の発明において、前記廃熱ガスが、マイクロガスタービンでの燃料の燃焼によって生じるものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、廃熱を駆動源として利用するものであり、該廃熱の発生源としては代表的にはマイクロガスタービンが挙げられる。ただし、本発明としては、廃熱の発生源がこれに限定されるものではなく、種々の発生源を対象とすることができる。また、本来、廃熱としては高温・高圧の蒸気を得ることが困難な比較的低温のものが前提となるが、具体的にはその温度が限定されるものではなく、より高温の廃熱を利用することもできる。すなわち、本発明は比較的低温の廃熱によっても駆動が可能な冷凍システムを提供するものであるが、廃熱が低温であることが要件とされるものではない。
【００１０】
本発明では、従来と同様に高温側水素吸蔵合金と、低温側水素吸蔵合金とが必要とされる。これらの水素吸蔵合金は特定の種別に限定されるものではなく、適宜の合金を選定することができる。なお、選定に際しては高温側における加熱温度や低温側における利用冷凍温度を考慮するのが望ましい。
これら水素吸蔵合金は、合金容器に水素の吸放出が可能な状態で収容される。水素の吸放出は容器内に通気材を配置したり、通気路を確保することにより水素の移動を可能とすることによって達成し得る。上記合金容器は、熱交換部として機能するため、熱交換に適した形状や熱伝導が良好な材質で構成する。高温側では、廃熱ガスおよび冷却用熱媒との接触が効果的になされるように考慮する。特に廃熱ガスとの接触および熱交換は本発明としては重要である。これらが良好になされる構成としては、水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器を筒体形状とし、該筒体を、互いに隙間を有するように縦横に多数並設し、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにしたものが挙げられる。なお、筒体の縦横への並設数や隙間の大きさ等は適宜定めることができる。
【００１１】
上記構成によれば、廃熱ガスが円滑に筒体隙間を流れることにより、廃熱ガスの発生源、例えばマイクロガスタービンに負荷を与えるのを避ける。しかも、廃熱ガスが筒体外壁に沿って流れるので筒体との間で効率よく熱交換される。また、その際に、筒体の長手方向と交差する方向に廃熱ガスが流れるので、筒体の長手方向での熱交換率のばらつきを小さくして内部の水素吸蔵合金を均等に加熱することができる。
上記構成に限定されないが、本発明では、高温側熱交換器構造によって廃熱ガスで直接、合金容器および水素吸蔵合金を加熱することを可能にするので、廃熱ガスの温度が比較的低い場合においても水素吸蔵合金容器および内部の水素吸蔵合金を、冷凍出力の駆動源として十分に加熱することができる。
【００１２】
また、廃熱ガスは、熱交換器に導入され、熱交換されて排気されるが、廃熱ガスの温度は合金容器との熱交換によって排気側の方が導入側よりも低くなる。このため、排気側にある合金容器では得られる熱エネルギが小さくなり、容器位置によって合金の加熱が均一になされないおそれがある。これに対しては、廃熱ガスの導入側にある合金容器よりも排気側にある合金容器の方が連続的または段階的に熱交換効率が高くなるように構成するのが有効である。この構成は合金容器の材質を異種のものにして熱伝導の良いものを排気側に配置するようにしてもよく、また、合金容器の形状、合金容器に設けるフィンの配置の有無、フィンの配置数、配置密度、フィンの形状の相違等によって熱交換効率が異なるようにすることもできる。また、上記熱交換率の変化の他に、筒体の熱容量分布を変えることによって加熱の均一化を図ることもできる。例えば筒体の配置密度を廃熱ガスの導入側を密にし、排気側で粗にしたり、廃熱ガスの導入側で筒体の断面積を大径にし、排気側で小径にしたりすることによって、排気側での熱伝導を容易にするものとすることもできる。これにより水素吸蔵合金の加熱の均等化を図ることができるので、水素の発生を効率的に行うことができる。
【００１３】
一方、低温側の熱交換器では、冷熱用の熱媒と水素吸蔵合金容器との間で熱交換するが、通常は冷熱用熱媒には熱媒液が使用され、容器との熱交換も容易である。このため、低温側では本発明として特別な工夫は必要とされず、従来と同様の構成を採用することができる。また、この低温側の水素吸蔵合金と上記した高温側の水素吸蔵合金容器とは、水素移動路を介設するなどして水素の移動を可能にする。
なお、上記低温側熱交換器で得られた冷熱は、冷熱用熱媒に伝達され、該熱媒を循環させることによって冷熱利用部に直接冷熱を移動させたり、他の熱交換器を経る等して間接的に冷熱を移動させたりすることができる。冷熱利用部としては食品保存用の冷凍庫が例示されるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、冷凍が必要とされるあらゆるものに適用が可能である。
また、本発明の装置をマイクロガスタービンに付設すれば、電力発生に加えて廃熱から冷凍出力を得ることができるので、全体のエネルギ効率が飛躍的に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、マイクロガスタービン発電装置の廃熱を利用する本発明装置の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ガスタービン発電装置１は、内部にガスタービン１ａ、発電機１ｂを有しており、ガスタービン１ａで発生した排ガスを排出する排気ダクト２を有している。
該排気ダクト２には、排気ガスが導入されるように、排ガス導入ダクト３ａを介して容器形状の高温側熱交換器４が接続されており、また該熱交換器４には、内部に導入された排気ガスを外部に排出する排ガスダクト３ｂが設けられている。該高温側熱交換器４内には、後述する水素吸蔵合金容器が高温側熱交換部として配置されている、また熱交換器４には、該合金容器に接触させる冷却水を導入、排出するための冷却水管５が接続されている。さらに熱交換器４には、上記合金容器に連結する水素移動管６ａ、６ｂが外部から接続されている。
【００１５】
また、発電装置１の近傍には二つの低温側熱交換器７、８が設置されており、該熱交換器７、８内に水素吸蔵合金を収容した合金容器７１、８１が熱交換部として配置されており、該合金容器７１に前記した水素移動管６ａ、合金容器８１に水素移動管６ｂが接続されている。
また、熱交換器７、８には、合金容器７１、８１に冷熱用熱媒または冷却用熱媒を接触させるために、該熱媒を導入、排出する熱媒管９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂが接続されている。
【００１６】
次に、高温側熱交換器４の内部構造を図２〜図４に基づいて説明する。
熱交換器４内は、排ガス導入ダクト３ａと排ガスダクト３ｂとの間において、仕切壁２０によって並列に仕切られており、それぞれの仕切空間にそれぞれ熱交換部が設置されている。したがって、交換器４は分割されて２つの熱交換器４ａ、４ｂが存在していることになる。また、排ガス導入ダクト３ａの直後方および排ガスダクト３ｂの直前方内部には、仕切壁２０に一端が回転可能に固定され、上記仕切空間をそれぞれ開閉することができる回転ダンパ２３、２４が設けられている。これら回転ダンパ２３、２４によって二つの仕切空間を選択的に開通、閉鎖させることができる。回転ダンパ２３、２４の回転動作は、図示しない駆動装置によって行うことができる。
なお、選択的な開通、閉鎖は、ダンパに限定されず、他の構成を採用することもできる。
【００１７】
上記熱交換器４ａ、４ｂは、図３に示すように、筒体形状の水素吸蔵合金容器２５…２５、２６…２６を縦横に並設したものであり、該容器２５、２６は、図４に示すように、粉末状の水素吸蔵合金を収容するとともに、内部に通気材２７を配置して水素の移動を可能にしている。各容器２５…２５群および容器２６…２６群は、それぞれ各群毎に共通する中空ヘッダ（図示しない）に接続されており、該中空ヘッダにそれぞれ前記した水素移動管６ａ、６ｂが接続されている。
なお、合金容器２５、２６には、排ガスダクト３ｂに近い側のものにおいて、図４に示すように、フィン２８…２８が設けられており、排ガスの導入側よりも排気側の方が熱交換効率が高いものとなっている。
また、熱交換器４には、回転ダンパ２３、２４によって閉鎖された状態で容器２５…２５、２６…２６間を冷却水が通過できるように上記した冷却管５の導入側と排出側とが接続されており、これら冷却管５は各仕切室に達する内部管３０、３１と弁３０ａ、３１ａ、冷却水回収タンク３３を介して接続されている。また、冷却管５は、外部のクーリングタワー３５に冷却水ポンプ３６、３７を介して接続されている。
【００１８】
一方、低温側熱交換器７、８では、熱媒管９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂが外部に伸張し、図示しない弁制御回路に接続されている。該弁制御回路では、熱媒管９ａに、三方弁４０の１ポートが接続され、他ポートの一つは冷却水との熱交換器５０の返流側に接続され、さらに他のポートには冷熱用熱媒タンク５１の返流側に接続されている。熱媒管９ｂは、三方弁４１、４２の１ポートにそれぞれ接続され、三方弁４１の他ポートの一つは熱媒ポンプ５２を介して前記冷熱用熱媒タンク５１の送流側に接続され、さらに他のポートには熱媒管１０ｂが接続されている。また、三方弁４２の他の一つのポートには同じく熱媒管１０ｂが接続され、さらに他のポートには、冷却液ポンプ５３を介して冷却水との熱交換器５０の送流側が接続されている。また、熱媒管１０ａは、三方弁４３の１ポートに接続されており、三方弁４３の他の一つのポートには冷却水との熱交換器５０の返流側が接続され、さらに他のポートは冷熱用熱媒タンク５１の返流側に連結されている。また、熱媒管９ａと熱媒管１０ａとは、バルブ４４を介して顕熱回収管４５が接続されている。
【００１９】
この装置では、高温側の熱交換器と低温側の熱交換器をそれぞれ２つ有しており、対となる熱交換器を２組備えており、各組で交互に冷凍出力が発生する。以下に、その具体的な動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１では、天然ガス等の燃料を導入し、これを燃焼させてガスタービン１ａを作動させ、その出力によって発電機１ｂを駆動して発電する。この電力は適宜の電気機器、設備等に供給される。
上記ガスタービン１ｂでは燃料の燃焼によって３００℃程度の廃熱を有する排ガスが発生する。排ガスは、排ガスダクト２を通してマイクロガスタービン発電装置１外に送られ、排ガス導入ダクト３ａを通して高温側熱交換器４内に導入される。このとき、回転ダンパは２３、２４は、熱交換器４ａ側の通路を開放し、熱交換器４ｂ側の通路を塞ぐように位置している。また、このとき、熱交換器４ａおよび熱交換器８にある合金容器内の水素吸蔵合金には水素が吸蔵されており、熱交換器４ｂおよび熱交換器７にある合金容器内の水素吸蔵合金では水素が放出された状態にあるものとする。
【００２０】
排ガス導入ダクト３ａ内を進行する排ガスは、回転ダンパ２３、２４に従って熱交換器４ａ側に導入され、合金容器２５群の隙間を通って通過し、排気ダクト３ｂから排出される。なお、この排ガスはそのまま廃棄してもよく、また、温水を得る熱源等としてさらに利用することも可能である。
合金容器２５群では、上記排ガスの通過によって排ガス中の廃熱が直接合金容器壁に伝わり内部の水素吸蔵合金を加熱する。なお、この際に、排ガスの導入側ではベアの合金容器２５が配置されているので、その容器の壁面面積に対応して熱が伝達する。一方、排気側の合金容器２５には、多数のフィン２８…２８が設けられているため、排ガスとの接触面積が大幅に増え、熱交換効率が高まる。これにより、温度が下がりつつある排気側においてより効率的に廃熱が水素吸蔵合金に伝達されることになり、容器２５群全体で、より均等に水素吸蔵合金を加熱することが可能になる。加熱された水素吸蔵合金では、吸蔵されていた水素が放出され、通気材２７を通って図示しない中空ヘッダに至る。該水素は平衡圧によって水素移動管６ａを通して低温側熱交換器７へと移動し、該低温側熱交換器７では合金容器７１内の水素吸蔵合金によってこの水素が吸蔵される。なお、この際には、三方弁４０〜４３の操作によって熱媒管９ａ、９ｂを冷却水との熱交換器５０に接続し、冷却液を熱交換器７内に導入して合金容器７１内の水素吸蔵合金を冷却し、水素の吸蔵を促がす。この工程は、低温側の水素吸蔵合金を再生する工程に当たり、後工程で冷熱を発生させる準備段階に当たる。
【００２１】
一方、高熱側熱交換器４ｂ側では、上記工程が前工程として水素吸蔵合金が放出された状態にあり、水素は合金容器８１内の水素吸蔵合金に吸蔵されている状態にある。
高温側熱交換器４ｂでは、上記と同様にして排ガスで加熱された後の状態にあり、合金容器２６群および内部の水素吸蔵合金も高温の状態にある。この状態で、上記工程と並行して、弁３１ａを開いて（弁３０ａは閉じた状態にある）、冷却水管５と熱交換器４ｂ側の内部管３１とを連結し、クーリングタワー３５よりポンプ３６によって冷却水を送流し、合金容器２６群に冷却水をかけるようにして合金容器２６群および内部の水素吸蔵合金を冷却する。容器２６群にかけられた冷却水は、冷却水回収タンク３３に回収され、冷却水管５を通してポンプ３６によってクーリングタワー３５に返流される。
【００２２】
合金容器２６群では、上記冷却によって内部の水素吸蔵合金の水素平衡圧が下がり、水素の吸引力が発生する。この吸引力は、水素移動管６ｂを通して合金容器８１へと伝わる。合金容器８１では、この吸引力によって水素を吸蔵している水素吸蔵合金から水素が放出され、この水素は水素移動管６ｂを通して合金容器４ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵される。合金容器８１では、上記水素の放出によって冷熱が発生する。熱交換器８では、三方弁４０〜４３の操作によって熱媒管１０ａ、１０ｂを冷熱熱媒タンク５１に接続し、熱媒管１０ａ、１０ｂを介して循環する冷熱用熱媒に冷熱を伝達する。この熱媒は熱媒タンク５１に還流するので、これを冷凍庫等の冷凍出力部５５に供給して冷凍出力を発生させる。
【００２３】
熱交換器４ａ、４ｂおよび熱交換器７、８において上記動作を交互に行うことによって冷凍出力を連続して得ることができる。
なお、熱交換器７、８で動作を切り換える際に、弁４４を開いて熱交換器７、８を顕熱回収管４５で連結し、該熱交換器間で冷熱用熱媒を循環させることによって合金容器および水素吸蔵合金の顕熱を回収する。
【００２４】
上記のように、この冷凍装置では、比較的温度の低い廃熱ガスにおいても冷凍出力を効率よく発生させることができ、マイクロガスタービン発電装置に付設すれば、全体としてエネルギ利用効率が非常に大きなエネルギ発生装置を得ることができる。また、環境面においても環境を害すことなく冷凍出力を得ることができ、環境性が優れたマイクロガスタービン発電装置と相まって環境面においても優れた装置といえる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムによれば、水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする高温側水素吸蔵合金容器を高温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく低温廃熱ガスまたは冷却用熱媒が選択的に導入される高温側熱交換器を備え、さらに水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする低温側水素吸蔵合金容器を低温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく冷熱用熱媒が導入される低温側熱交換器を備えており、前記高温側水素吸蔵合金容器と低温側水素吸蔵合金容器とは水素移動可能に連結され、前記低温側熱交換器で冷熱を受けた前記冷熱用熱媒によって直接または間接的に冷熱が供給される冷凍出力部を有するシステムを対にして備え、一方のシステムの低温側水素吸蔵合金で冷熱を発生させる際に、他方のシステムの高温側水素吸蔵合金で水素を吸蔵させる再生を行えるように構成されているとともに、上記冷熱発生と再生とを対となるシステムで切り替える際に、一方の低温側熱交換器に導入されている冷熱用熱媒を他方の低温側熱交換器に導入して顕熱を回収する顕熱回収管を備え、前記高温側熱交換器は、容器形状からなり低温排熱ガスを内部に導入する排ガス導入ダクトと外部に排出する排ガスダクトとが接続され、内部が仕切壁によって並列に仕切られ、それぞれの仕切空間に、対をなす前記高温側熱交換部がそれぞれ設置され、かつ該熱交換部は、高温側水素吸蔵合金容器が内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状からなり、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設され、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして構成されており、前記二つの仕切空間は、前記排ガス導入ダクトの直後方および前記排ガスダクトの直前方内部に設けられたダンパによって選択的に開通、閉鎖が可能になっており、さらに前記高温熱交換器には、冷却水を導入して前記ダンパで閉鎖された仕切空間にある水素吸蔵合金容器に冷却水をかけて該容器間を冷却水が通過して排出できるように冷却水管が接続されているので、比較的温度の低い廃熱ガスを駆動源として効率よく冷凍出力を得ることができる。
【００２６】
また、前記廃熱ガスとして、マイクロガスタービンでの燃料の燃焼によって生じたものを用いれば、上記効果が得られる上に、比較的エネルギ利用効率が低いマイクロガスタービン発電装置のエネルギ利用効率を大幅に高めることができる。
また、装置のコンパクト化が可能であり、電力に加えて冷凍出力を必要とする食品加工工場、コンビニエンスストアなどの小規模事業者において、効率のよいエネルギ発生装置として有効に利用することができる。
【００２７】
さらに、高温側水素吸蔵合金容器を、内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状とし、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設し、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして熱交換部を構成すれば、比較的温度の低い廃熱ガスからも効率的に熱を回収して冷凍装置の駆動源としてより効率よく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】 同じく冷凍システムを示す概略図である。
【図３】 同じく高温側熱交換器内部構造を示す拡大図斜視図である。
【図４】 同じく水素吸蔵合金容器の一部を示す拡大斜視図である。
【図５】 同じく冷凍システムの全体概略図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン発電装置
１ａ ガスタービン
１ｂ 発電機
２ 排気ダクト
３ａ 排ガス導入ダクト
３ｂ 排ガスダクト
４ 高温側熱交換器
４ａ 熱交換器
４ｂ 熱交換器
５ 冷却水管
６ａ 水素移動管
６ｂ 水素移動管
７ 低温側熱交換器
７１ 低温側水素吸蔵合金容器
８ 低温側熱交換器
８１ 低温側水素吸蔵合金容器
９ａ 熱媒管
９ｂ 熱媒管
１０ａ 熱媒管
１０ｂ 熱媒管
２０ 仕切壁
２３ 回転ダンパ
２４ 回転ダンパ
２５ 水素吸蔵合金容器
２６ 水素吸蔵合金容器
２７ 通気材
２８ フィン
３５ クーリングタワー
５０ 熱交換器
５１ 冷熱用熱媒タンク
５５ 冷凍出力部
【発明の属する技術分野】
この発明は、マイクロガスタービン等から発生する比較的低温の廃熱ガスを利用して、効率的に冷凍出力を得ることができる低温廃熱ガス駆動冷凍システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、分散型電源として電力を効率よく発生でき、しかも装置のコンパクト化が可能なものとしてマイクロガスタービン発電装置が注目されている。この装置では、天然ガスやバイオガスを燃料とし、これを燃焼させて小型のガスタービンを稼働することによって電力を発生させている。しかし、この装置におけるエネルギ効率は十分に高いものとは言えず、多くのエネルギが排ガス中への廃熱としてロスしている。このため廃熱を回収して有効に利用する方法が研究されており、廃熱から温水を得ることが提案されている。しかし、温水等の利用は、活用範囲が限られており、必ずしも全量が利用されるものでもないため、廃熱の有効利用としては十分なものとはいえない。
【０００３】
また、上記マイクロガスタービンの分野とは異なるものの、工場等から発生する高温の廃熱を駆動源として冷凍出力を得る方法が本願出願人によって開発されている。この方法では、両者間で水素の移動を可能とした高温側水素吸蔵合金と低温側水素吸蔵合金とを用意しておく。そして廃熱から高温・高圧の蒸気を得て、これを熱媒として高温側水素吸蔵合金を加熱する。該水素吸蔵合金ではこの加熱によって吸蔵している水素が放出され、該水素は低温側の水素吸蔵合金に吸蔵される。その後、高温側の水素吸蔵合金を冷却して水素吸引力を生じさせると低温側水素吸蔵合金から水素が放出され高温側水素吸蔵合金に吸蔵される。その際に低温側水素吸蔵合金では冷熱が発生するので、これを冷凍用の熱源として利用する。この方法では廃熱を利用して冷凍出力を得ることができるのでエネルギ利用の効率化を図ることができる。したがって、上記したマイクロガスタービンの廃熱を利用して上記装置で冷凍出力を得ることができれば、全体としてのエネルギ効率は飛躍的に向上する。しかも装置のコンパクト化も容易である。この装置が実現すれば、電力とともに冷凍出力が利用されている食品工場、コンビニ、スーパー、病院、ホテル等においてエネルギ効率の高い装置として活用することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、マイクロガスタービンは、通常、発電効率を上げるため、排ガスと吸気との熱交換をしており、この後に排ガスを放出するため、排ガス温度が比較的低く、その量も大量に発生するものではないため排ガスから高温・高圧の蒸気を得ることは困難である。この蒸気の温度が低いと上記した高温側水素吸蔵合金を十分に加熱できなため水素を確実に放出させることができず、結果的に低温側水素吸蔵合金で十分な冷熱を得ることができない。このため、従来は、比較的低温の廃熱を利用して冷凍出力を得ることは困難であると考えられていた。
【０００５】
本発明は上記事情を背景としてなされたものであり、マイクロガスタービン等から発生する比較的低温の廃熱から熱エネルギを効果的に得て、これを駆動源として冷凍用の冷熱を発生させることができる低温廃熱ガス駆動冷凍システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記課題を解決するため本発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムのうち第１の発明は、水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする高温側水素吸蔵合金容器を高温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく低温廃熱ガスまたは冷却用熱媒が選択的に導入される高温側熱交換器を備え、さらに水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする低温側水素吸蔵合金容器を低温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく冷熱用熱媒が導入される低温側熱交換器を備えており、前記高温側水素吸蔵合金容器と低温側水素吸蔵合金容器とは水素移動可能に連結され、前記低温側熱交換器で冷熱を受けた前記冷熱用熱媒によって直接または間接的に冷熱が供給される冷凍出力部を有するシステムを対にして備え、一方のシステムの低温側水素吸蔵合金で冷熱を発生させる際に、他方のシステムの高温側水素吸蔵合金で水素を吸蔵させる再生を行えるように構成されているとともに、上記冷熱発生と再生とを対となるシステムで切り替える際に、一方の低温側熱交換器に導入されている冷熱用熱媒を他方の低温側熱交換器に導入して顕熱を回収する顕熱回収管を備え、前記高温側熱交換器は、容器形状からなり低温排熱ガスを内部に導入する排ガス導入ダクトと外部に排出する排ガスダクトとが接続され、内部が仕切壁によって並列に仕切られ、それぞれの仕切空間に、対をなす前記高温側熱交換部がそれぞれ設置され、かつ該熱交換部は、高温側水素吸蔵合金容器が内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状からなり、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設され、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして構成されており、前記二つの仕切空間は、前記排ガス導入ダクトの直後方および前記排ガスダクトの直前方内部に設けられたダンパによって選択的に開通、閉鎖が可能になっており、さらに前記高温熱交換器には、冷却水を導入して前記ダンパで閉鎖された仕切空間にある水素吸蔵合金容器に冷却水をかけて該容器間を冷却水が通過して排出できるように冷却水管が接続されていることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムは、第１の発明において、前記廃熱ガスが、マイクロガスタービンでの燃料の燃焼によって生じるものであることを特徴とする。
【０００９】
本発明では、廃熱を駆動源として利用するものであり、該廃熱の発生源としては代表的にはマイクロガスタービンが挙げられる。ただし、本発明としては、廃熱の発生源がこれに限定されるものではなく、種々の発生源を対象とすることができる。また、本来、廃熱としては高温・高圧の蒸気を得ることが困難な比較的低温のものが前提となるが、具体的にはその温度が限定されるものではなく、より高温の廃熱を利用することもできる。すなわち、本発明は比較的低温の廃熱によっても駆動が可能な冷凍システムを提供するものであるが、廃熱が低温であることが要件とされるものではない。
【００１０】
本発明では、従来と同様に高温側水素吸蔵合金と、低温側水素吸蔵合金とが必要とされる。これらの水素吸蔵合金は特定の種別に限定されるものではなく、適宜の合金を選定することができる。なお、選定に際しては高温側における加熱温度や低温側における利用冷凍温度を考慮するのが望ましい。
これら水素吸蔵合金は、合金容器に水素の吸放出が可能な状態で収容される。水素の吸放出は容器内に通気材を配置したり、通気路を確保することにより水素の移動を可能とすることによって達成し得る。上記合金容器は、熱交換部として機能するため、熱交換に適した形状や熱伝導が良好な材質で構成する。高温側では、廃熱ガスおよび冷却用熱媒との接触が効果的になされるように考慮する。特に廃熱ガスとの接触および熱交換は本発明としては重要である。これらが良好になされる構成としては、水素吸蔵合金を収容する水素吸蔵合金容器を筒体形状とし、該筒体を、互いに隙間を有するように縦横に多数並設し、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにしたものが挙げられる。なお、筒体の縦横への並設数や隙間の大きさ等は適宜定めることができる。
【００１１】
上記構成によれば、廃熱ガスが円滑に筒体隙間を流れることにより、廃熱ガスの発生源、例えばマイクロガスタービンに負荷を与えるのを避ける。しかも、廃熱ガスが筒体外壁に沿って流れるので筒体との間で効率よく熱交換される。また、その際に、筒体の長手方向と交差する方向に廃熱ガスが流れるので、筒体の長手方向での熱交換率のばらつきを小さくして内部の水素吸蔵合金を均等に加熱することができる。
上記構成に限定されないが、本発明では、高温側熱交換器構造によって廃熱ガスで直接、合金容器および水素吸蔵合金を加熱することを可能にするので、廃熱ガスの温度が比較的低い場合においても水素吸蔵合金容器および内部の水素吸蔵合金を、冷凍出力の駆動源として十分に加熱することができる。
【００１２】
また、廃熱ガスは、熱交換器に導入され、熱交換されて排気されるが、廃熱ガスの温度は合金容器との熱交換によって排気側の方が導入側よりも低くなる。このため、排気側にある合金容器では得られる熱エネルギが小さくなり、容器位置によって合金の加熱が均一になされないおそれがある。これに対しては、廃熱ガスの導入側にある合金容器よりも排気側にある合金容器の方が連続的または段階的に熱交換効率が高くなるように構成するのが有効である。この構成は合金容器の材質を異種のものにして熱伝導の良いものを排気側に配置するようにしてもよく、また、合金容器の形状、合金容器に設けるフィンの配置の有無、フィンの配置数、配置密度、フィンの形状の相違等によって熱交換効率が異なるようにすることもできる。また、上記熱交換率の変化の他に、筒体の熱容量分布を変えることによって加熱の均一化を図ることもできる。例えば筒体の配置密度を廃熱ガスの導入側を密にし、排気側で粗にしたり、廃熱ガスの導入側で筒体の断面積を大径にし、排気側で小径にしたりすることによって、排気側での熱伝導を容易にするものとすることもできる。これにより水素吸蔵合金の加熱の均等化を図ることができるので、水素の発生を効率的に行うことができる。
【００１３】
一方、低温側の熱交換器では、冷熱用の熱媒と水素吸蔵合金容器との間で熱交換するが、通常は冷熱用熱媒には熱媒液が使用され、容器との熱交換も容易である。このため、低温側では本発明として特別な工夫は必要とされず、従来と同様の構成を採用することができる。また、この低温側の水素吸蔵合金と上記した高温側の水素吸蔵合金容器とは、水素移動路を介設するなどして水素の移動を可能にする。
なお、上記低温側熱交換器で得られた冷熱は、冷熱用熱媒に伝達され、該熱媒を循環させることによって冷熱利用部に直接冷熱を移動させたり、他の熱交換器を経る等して間接的に冷熱を移動させたりすることができる。冷熱利用部としては食品保存用の冷凍庫が例示されるが、本発明としてはこれに限定されるものではなく、冷凍が必要とされるあらゆるものに適用が可能である。
また、本発明の装置をマイクロガスタービンに付設すれば、電力発生に加えて廃熱から冷凍出力を得ることができるので、全体のエネルギ効率が飛躍的に向上する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、マイクロガスタービン発電装置の廃熱を利用する本発明装置の一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ガスタービン発電装置１は、内部にガスタービン１ａ、発電機１ｂを有しており、ガスタービン１ａで発生した排ガスを排出する排気ダクト２を有している。
該排気ダクト２には、排気ガスが導入されるように、排ガス導入ダクト３ａを介して容器形状の高温側熱交換器４が接続されており、また該熱交換器４には、内部に導入された排気ガスを外部に排出する排ガスダクト３ｂが設けられている。該高温側熱交換器４内には、後述する水素吸蔵合金容器が高温側熱交換部として配置されている、また熱交換器４には、該合金容器に接触させる冷却水を導入、排出するための冷却水管５が接続されている。さらに熱交換器４には、上記合金容器に連結する水素移動管６ａ、６ｂが外部から接続されている。
【００１５】
また、発電装置１の近傍には二つの低温側熱交換器７、８が設置されており、該熱交換器７、８内に水素吸蔵合金を収容した合金容器７１、８１が熱交換部として配置されており、該合金容器７１に前記した水素移動管６ａ、合金容器８１に水素移動管６ｂが接続されている。
また、熱交換器７、８には、合金容器７１、８１に冷熱用熱媒または冷却用熱媒を接触させるために、該熱媒を導入、排出する熱媒管９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂが接続されている。
【００１６】
次に、高温側熱交換器４の内部構造を図２〜図４に基づいて説明する。
熱交換器４内は、排ガス導入ダクト３ａと排ガスダクト３ｂとの間において、仕切壁２０によって並列に仕切られており、それぞれの仕切空間にそれぞれ熱交換部が設置されている。したがって、交換器４は分割されて２つの熱交換器４ａ、４ｂが存在していることになる。また、排ガス導入ダクト３ａの直後方および排ガスダクト３ｂの直前方内部には、仕切壁２０に一端が回転可能に固定され、上記仕切空間をそれぞれ開閉することができる回転ダンパ２３、２４が設けられている。これら回転ダンパ２３、２４によって二つの仕切空間を選択的に開通、閉鎖させることができる。回転ダンパ２３、２４の回転動作は、図示しない駆動装置によって行うことができる。
なお、選択的な開通、閉鎖は、ダンパに限定されず、他の構成を採用することもできる。
【００１７】
上記熱交換器４ａ、４ｂは、図３に示すように、筒体形状の水素吸蔵合金容器２５…２５、２６…２６を縦横に並設したものであり、該容器２５、２６は、図４に示すように、粉末状の水素吸蔵合金を収容するとともに、内部に通気材２７を配置して水素の移動を可能にしている。各容器２５…２５群および容器２６…２６群は、それぞれ各群毎に共通する中空ヘッダ（図示しない）に接続されており、該中空ヘッダにそれぞれ前記した水素移動管６ａ、６ｂが接続されている。
なお、合金容器２５、２６には、排ガスダクト３ｂに近い側のものにおいて、図４に示すように、フィン２８…２８が設けられており、排ガスの導入側よりも排気側の方が熱交換効率が高いものとなっている。
また、熱交換器４には、回転ダンパ２３、２４によって閉鎖された状態で容器２５…２５、２６…２６間を冷却水が通過できるように上記した冷却管５の導入側と排出側とが接続されており、これら冷却管５は各仕切室に達する内部管３０、３１と弁３０ａ、３１ａ、冷却水回収タンク３３を介して接続されている。また、冷却管５は、外部のクーリングタワー３５に冷却水ポンプ３６、３７を介して接続されている。
【００１８】
一方、低温側熱交換器７、８では、熱媒管９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂが外部に伸張し、図示しない弁制御回路に接続されている。該弁制御回路では、熱媒管９ａに、三方弁４０の１ポートが接続され、他ポートの一つは冷却水との熱交換器５０の返流側に接続され、さらに他のポートには冷熱用熱媒タンク５１の返流側に接続されている。熱媒管９ｂは、三方弁４１、４２の１ポートにそれぞれ接続され、三方弁４１の他ポートの一つは熱媒ポンプ５２を介して前記冷熱用熱媒タンク５１の送流側に接続され、さらに他のポートには熱媒管１０ｂが接続されている。また、三方弁４２の他の一つのポートには同じく熱媒管１０ｂが接続され、さらに他のポートには、冷却液ポンプ５３を介して冷却水との熱交換器５０の送流側が接続されている。また、熱媒管１０ａは、三方弁４３の１ポートに接続されており、三方弁４３の他の一つのポートには冷却水との熱交換器５０の返流側が接続され、さらに他のポートは冷熱用熱媒タンク５１の返流側に連結されている。また、熱媒管９ａと熱媒管１０ａとは、バルブ４４を介して顕熱回収管４５が接続されている。
【００１９】
この装置では、高温側の熱交換器と低温側の熱交換器をそれぞれ２つ有しており、対となる熱交換器を２組備えており、各組で交互に冷凍出力が発生する。以下に、その具体的な動作について説明する。
マイクロガスタービン発電装置１では、天然ガス等の燃料を導入し、これを燃焼させてガスタービン１ａを作動させ、その出力によって発電機１ｂを駆動して発電する。この電力は適宜の電気機器、設備等に供給される。
上記ガスタービン１ｂでは燃料の燃焼によって３００℃程度の廃熱を有する排ガスが発生する。排ガスは、排ガスダクト２を通してマイクロガスタービン発電装置１外に送られ、排ガス導入ダクト３ａを通して高温側熱交換器４内に導入される。このとき、回転ダンパは２３、２４は、熱交換器４ａ側の通路を開放し、熱交換器４ｂ側の通路を塞ぐように位置している。また、このとき、熱交換器４ａおよび熱交換器８にある合金容器内の水素吸蔵合金には水素が吸蔵されており、熱交換器４ｂおよび熱交換器７にある合金容器内の水素吸蔵合金では水素が放出された状態にあるものとする。
【００２０】
排ガス導入ダクト３ａ内を進行する排ガスは、回転ダンパ２３、２４に従って熱交換器４ａ側に導入され、合金容器２５群の隙間を通って通過し、排気ダクト３ｂから排出される。なお、この排ガスはそのまま廃棄してもよく、また、温水を得る熱源等としてさらに利用することも可能である。
合金容器２５群では、上記排ガスの通過によって排ガス中の廃熱が直接合金容器壁に伝わり内部の水素吸蔵合金を加熱する。なお、この際に、排ガスの導入側ではベアの合金容器２５が配置されているので、その容器の壁面面積に対応して熱が伝達する。一方、排気側の合金容器２５には、多数のフィン２８…２８が設けられているため、排ガスとの接触面積が大幅に増え、熱交換効率が高まる。これにより、温度が下がりつつある排気側においてより効率的に廃熱が水素吸蔵合金に伝達されることになり、容器２５群全体で、より均等に水素吸蔵合金を加熱することが可能になる。加熱された水素吸蔵合金では、吸蔵されていた水素が放出され、通気材２７を通って図示しない中空ヘッダに至る。該水素は平衡圧によって水素移動管６ａを通して低温側熱交換器７へと移動し、該低温側熱交換器７では合金容器７１内の水素吸蔵合金によってこの水素が吸蔵される。なお、この際には、三方弁４０〜４３の操作によって熱媒管９ａ、９ｂを冷却水との熱交換器５０に接続し、冷却液を熱交換器７内に導入して合金容器７１内の水素吸蔵合金を冷却し、水素の吸蔵を促がす。この工程は、低温側の水素吸蔵合金を再生する工程に当たり、後工程で冷熱を発生させる準備段階に当たる。
【００２１】
一方、高熱側熱交換器４ｂ側では、上記工程が前工程として水素吸蔵合金が放出された状態にあり、水素は合金容器８１内の水素吸蔵合金に吸蔵されている状態にある。
高温側熱交換器４ｂでは、上記と同様にして排ガスで加熱された後の状態にあり、合金容器２６群および内部の水素吸蔵合金も高温の状態にある。この状態で、上記工程と並行して、弁３１ａを開いて（弁３０ａは閉じた状態にある）、冷却水管５と熱交換器４ｂ側の内部管３１とを連結し、クーリングタワー３５よりポンプ３６によって冷却水を送流し、合金容器２６群に冷却水をかけるようにして合金容器２６群および内部の水素吸蔵合金を冷却する。容器２６群にかけられた冷却水は、冷却水回収タンク３３に回収され、冷却水管５を通してポンプ３６によってクーリングタワー３５に返流される。
【００２２】
合金容器２６群では、上記冷却によって内部の水素吸蔵合金の水素平衡圧が下がり、水素の吸引力が発生する。この吸引力は、水素移動管６ｂを通して合金容器８１へと伝わる。合金容器８１では、この吸引力によって水素を吸蔵している水素吸蔵合金から水素が放出され、この水素は水素移動管６ｂを通して合金容器４ｂ内の水素吸蔵合金に吸蔵される。合金容器８１では、上記水素の放出によって冷熱が発生する。熱交換器８では、三方弁４０〜４３の操作によって熱媒管１０ａ、１０ｂを冷熱熱媒タンク５１に接続し、熱媒管１０ａ、１０ｂを介して循環する冷熱用熱媒に冷熱を伝達する。この熱媒は熱媒タンク５１に還流するので、これを冷凍庫等の冷凍出力部５５に供給して冷凍出力を発生させる。
【００２３】
熱交換器４ａ、４ｂおよび熱交換器７、８において上記動作を交互に行うことによって冷凍出力を連続して得ることができる。
なお、熱交換器７、８で動作を切り換える際に、弁４４を開いて熱交換器７、８を顕熱回収管４５で連結し、該熱交換器間で冷熱用熱媒を循環させることによって合金容器および水素吸蔵合金の顕熱を回収する。
【００２４】
上記のように、この冷凍装置では、比較的温度の低い廃熱ガスにおいても冷凍出力を効率よく発生させることができ、マイクロガスタービン発電装置に付設すれば、全体としてエネルギ利用効率が非常に大きなエネルギ発生装置を得ることができる。また、環境面においても環境を害すことなく冷凍出力を得ることができ、環境性が優れたマイクロガスタービン発電装置と相まって環境面においても優れた装置といえる。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の低温廃熱ガス駆動冷凍システムによれば、水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする高温側水素吸蔵合金容器を高温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく低温廃熱ガスまたは冷却用熱媒が選択的に導入される高温側熱交換器を備え、さらに水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする低温側水素吸蔵合金容器を低温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく冷熱用熱媒が導入される低温側熱交換器を備えており、前記高温側水素吸蔵合金容器と低温側水素吸蔵合金容器とは水素移動可能に連結され、前記低温側熱交換器で冷熱を受けた前記冷熱用熱媒によって直接または間接的に冷熱が供給される冷凍出力部を有するシステムを対にして備え、一方のシステムの低温側水素吸蔵合金で冷熱を発生させる際に、他方のシステムの高温側水素吸蔵合金で水素を吸蔵させる再生を行えるように構成されているとともに、上記冷熱発生と再生とを対となるシステムで切り替える際に、一方の低温側熱交換器に導入されている冷熱用熱媒を他方の低温側熱交換器に導入して顕熱を回収する顕熱回収管を備え、前記高温側熱交換器は、容器形状からなり低温排熱ガスを内部に導入する排ガス導入ダクトと外部に排出する排ガスダクトとが接続され、内部が仕切壁によって並列に仕切られ、それぞれの仕切空間に、対をなす前記高温側熱交換部がそれぞれ設置され、かつ該熱交換部は、高温側水素吸蔵合金容器が内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状からなり、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設され、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして構成されており、前記二つの仕切空間は、前記排ガス導入ダクトの直後方および前記排ガスダクトの直前方内部に設けられたダンパによって選択的に開通、閉鎖が可能になっており、さらに前記高温熱交換器には、冷却水を導入して前記ダンパで閉鎖された仕切空間にある水素吸蔵合金容器に冷却水をかけて該容器間を冷却水が通過して排出できるように冷却水管が接続されているので、比較的温度の低い廃熱ガスを駆動源として効率よく冷凍出力を得ることができる。
【００２６】
また、前記廃熱ガスとして、マイクロガスタービンでの燃料の燃焼によって生じたものを用いれば、上記効果が得られる上に、比較的エネルギ利用効率が低いマイクロガスタービン発電装置のエネルギ利用効率を大幅に高めることができる。
また、装置のコンパクト化が可能であり、電力に加えて冷凍出力を必要とする食品加工工場、コンビニエンスストアなどの小規模事業者において、効率のよいエネルギ発生装置として有効に利用することができる。
【００２７】
さらに、高温側水素吸蔵合金容器を、内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状とし、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設し、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして熱交換部を構成すれば、比較的温度の低い廃熱ガスからも効率的に熱を回収して冷凍装置の駆動源としてより効率よく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態を示す全体斜視図である。
【図２】 同じく冷凍システムを示す概略図である。
【図３】 同じく高温側熱交換器内部構造を示す拡大図斜視図である。
【図４】 同じく水素吸蔵合金容器の一部を示す拡大斜視図である。
【図５】 同じく冷凍システムの全体概略図である。
【符号の説明】
１ ガスタービン発電装置
１ａ ガスタービン
１ｂ 発電機
２ 排気ダクト
３ａ 排ガス導入ダクト
３ｂ 排ガスダクト
４ 高温側熱交換器
４ａ 熱交換器
４ｂ 熱交換器
５ 冷却水管
６ａ 水素移動管
６ｂ 水素移動管
７ 低温側熱交換器
７１ 低温側水素吸蔵合金容器
８ 低温側熱交換器
８１ 低温側水素吸蔵合金容器
９ａ 熱媒管
９ｂ 熱媒管
１０ａ 熱媒管
１０ｂ 熱媒管
２０ 仕切壁
２３ 回転ダンパ
２４ 回転ダンパ
２５ 水素吸蔵合金容器
２６ 水素吸蔵合金容器
２７ 通気材
２８ フィン
３５ クーリングタワー
５０ 熱交換器
５１ 冷熱用熱媒タンク
５５ 冷凍出力部
Claims (2)
- 水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする高温側水素吸蔵合金容器を高温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく低温廃熱ガスまたは冷却用熱媒が選択的に導入される高温側熱交換器を備え、さらに水素吸蔵合金を収容して水素の吸放出を可能とする低温側水素吸蔵合金容器を低温側熱交換部として有し、該熱交換部と熱交換するべく冷熱用熱媒が導入される低温側熱交換器を備えており、前記高温側水素吸蔵合金容器と低温側水素吸蔵合金容器とは水素移動可能に連結され、前記低温側熱交換器で冷熱を受けた前記冷熱用熱媒によって直接または間接的に冷熱が供給される冷凍出力部を有するシステムを対にして備え、一方のシステムの低温側水素吸蔵合金で冷熱を発生させる際に、他方のシステムの高温側水素吸蔵合金で水素を吸蔵させる再生を行えるように構成されているとともに、上記冷熱発生と再生とを対となるシステムで切り替える際に、一方の低温側熱交換器に導入されている冷熱用熱媒を他方の低温側熱交換器に導入して顕熱を回収する顕熱回収管を備え、前記高温側熱交換器は、容器形状からなり低温排熱ガスを内部に導入する排ガス導入ダクトと外部に排出する排ガスダクトとが接続され、内部が仕切壁によって並列に仕切られ、それぞれの仕切空間に、対をなす前記高温側熱交換部がそれぞれ設置され、かつ該熱交換部は、高温側水素吸蔵合金容器が内部に通気可能に水素吸蔵合金を収容した筒体形状からなり、該筒体が互いに隙間を有するように多数並設され、該隙間を筒体長手方向と交差する方向に沿って廃熱ガスが通過するようにして構成されており、前記二つの仕切空間は、前記排ガス導入ダクトの直後方および前記排ガスダクトの直前方内部に設けられたダンパによって選択的に開通、閉鎖が可能になっており、さらに前記高温熱交換器には、冷却水を導入して前記ダンパで閉鎖された仕切空間にある水素吸蔵合金容器に冷却水をかけて該容器間を冷却水が通過して排出できるように冷却水管が接続されていることを特徴とする低温廃熱ガス駆動冷凍システム。
- 前記廃熱ガスは、マイクロガスタービンでの燃料の燃焼によって生じるものであることを特徴とする請求項１記載の低温廃熱ガス駆動冷凍システム。
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