JP4005884B2 - アンモニア吸収冷凍機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単効用吸収冷凍機の蒸発器で蒸発されたアンモニア蒸気を圧縮機で吸収器に供給するように構成したアンモニア吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアンモニア吸収冷凍機としては、従来、特開２００２−４８４２６号公報に開示されているものがあった。
【０００３】
この従来例によれば、エンジンの排熱を熱源とする単効用吸収冷凍機の蒸発器と吸収器との間に圧縮機を介装し、蒸発器内の圧力を低下させ、−１０℃以下の冷熱をも取出せるように構成している。
【０００４】
このようなアンモニア吸収冷凍機において、冷凍出力を制御する場合、通常、エンジンから再生器に供給するエンジン冷却水（ジャケット水）の流量を制御するようにしている。
また、圧縮式ターボ型の場合は、圧縮機の吸入弁を流量調整可能に構成し、蒸発器から吸引する蒸気量を調整するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン冷却水（ジャケット水）の流量を制御する場合、圧縮機への吸い込み流量が一定であるのに対して、蒸発器への冷媒供給量が変動するため、冷凍負荷が部分負荷になるに伴い、圧縮機の吸引によって蒸発器内の冷媒量が減少し、冷熱を取出すことができなくなる問題があった。このことは、アンモニア蒸気を取出すために再生器に温水を供給するタイプで、その温水の供給量を制御する場合でも同様であった。
【０００６】
また、圧縮機の吸入弁で蒸発器から吸引する蒸気量を減少させた場合、圧縮機の圧縮比が大きくなり、圧縮機でサージングを生じやすくなる問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、冷凍負荷が減少しても、圧縮機でのサージングを防止するとともに蒸発器に水分が溜まることを防止して安定した運転を行えるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれをも安価にして冷凍用媒体を得ることができながら、安定した運転を行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
再生器(8) と吸収器(12)と凝縮器(10)と蒸発器(14)とから成る単効用吸収冷凍機と、
アンモニア−水系混合媒体を前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給する配管(16)と、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)にアンモニア−水系混合媒体を供給する配管(11)と、
前記蒸発器(14)に連通接続されて前記蒸発器(14)内の蒸気を吸引して前記吸収器(12)との間に圧力差を発生させる圧縮機(24)と、
前記圧縮機(24)に連通接続されて前記圧縮機(24)から排出される蒸気を前記吸収器(12)に供給する蒸気配管(27)と、
前記蒸発器(14)に付設されて冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管(28)とを備えたアンモニア吸収冷凍機であって、
前記蒸発器(14)に接続されて前記吸収器(12)と熱交換可能に流動してから前記圧縮機(24)による蒸気吸引配管(26)または前記蒸発器(14)に連通接続される冷却配管(31)と、
前記冷却配管(31)に設けられて前記吸収器(12)側に流すアンモニア−水系混合媒体の溶液の流量を調整する流量調整弁(32)と、
前記冷凍用媒体取り出し管(28)に設けられて冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ(33)と、
前記温度センサ(33)で測定される温度が一定になるように前記流量調整弁(32)の開度を制御する制御手段(34)とを備えて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のアンモニア吸収冷凍機の構成によれば、単効用吸収冷凍機を作動するとともに、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置によって圧縮機(24)を駆動し、蒸発器(14)内の蒸気を吸引して蒸発器(14)内の圧力を吸収器(12)内の圧力よりも低下させ、蒸発器(14)での蒸発に伴い、冷凍用媒体取り出し管(28)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
しかも、蒸発器(14)から取り出される冷凍用媒体の温度あるいは蒸発器(14)に戻される冷凍用媒体の温度が一定になるように流量制御しながら、冷却配管(31)を通じて蒸発器(14)から吸収器(12)側にアンモニア−水系混合媒体の溶液を流し、その溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させることができる。
【００１０】
したがって、冷凍負荷が減少しても、一定温度の冷凍用媒体を取出すことができる。
しかも、蒸発器(14)からのアンモニア−水系混合媒体の溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させるから、圧縮機(24)の圧縮比を小さくでき、圧縮機(24)の仕事量が減少して回転数が増加し、サージングに対して安全側に移行できる。更に、吸収器(12)との熱交換により、蒸発器(14)内に溜まった水分を蒸発させて蒸発器(14)外に放出でき、冷凍負荷が減少しても、圧縮機(24)でのサージングを防止するとともに蒸発器(14)に水分が溜まることを防止して安定した運転を行える。
そのうえ、圧縮機(24)の仕事量を減少できるから、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置の動力を減少できて経済的である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のアンモニア吸収冷凍機において、
130℃よりも低い温度のエンジン冷却水を発生するエンジン冷却部(1a)と、
130℃よりも高い温度の排気ガスを発生するエンジン(1) と、
前記エンジン(1) からのエンジン冷却水を熱源とするように前記エンジン冷却部(1a)と前記再生器(8) とにわたって接続される循環配管(7) と、
前記配管(16)の途中に接続されて前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給するアンモニア−水系混合媒体の一部を取り出す分岐配管(19)と、
前記エンジン(1) に接続されて前記エンジン(1) からの排気ガスを取り出すガス配管(4) と、
前記ガス配管(4) と前記分岐配管(19)との間に設けられて、前記エンジン(1)からの排気ガスによりアンモニア−水系混合媒体を加熱して蒸発させる熱交換器(20)と、
前記分岐配管(19)に設けられて、前記熱交換器(20)で蒸発したアンモニア−水系混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン(21)とを備え、
前記蒸気タービン(21)と圧縮機(24)とを連動連結して構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のアンモニア吸収冷凍機の構成によれば、エンジン(1) からのエンジン冷却水を熱源として単効用吸収冷凍機を作動する。一方、エンジン(1) からの排気ガスにより、吸収器(12)から再生器(8) に供給されるアンモニア−水系混合媒体の一部を熱交換器(20)を介して加熱してアンモニア−水系混合媒体の蒸気を発生させ、その蒸気によって蒸気タービン(21)を駆動し、蒸気タービン(21)に連動連結した圧縮機(24)を駆動する。
【００１３】
したがって、単効用吸収冷凍機の吸収器(12)から取出したアンモニア−水系混合媒体をエンジン(1)の排気ガスの熱を利用して蒸発させた高温蒸気により蒸気タービン(21)を駆動するように構成し、その蒸気タービン(21)と圧縮機(24)を連動連結するから、エンジン(1)の排熱をより有効に回収し、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれも一層安価にして冷凍用媒体を得ることができながら、安定した運転を行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第１実施例を示す概略構成図であり、原動機としてのガスエンジン１に、カップリング２を介して発電機３が連動連結されている。
【００１５】
高温排熱源としてのガスエンジン１の排気管にガス配管４が接続され、そのガス配管４に、ＮＯｘ成分を除去する脱硝装置５が付設されている。
【００１６】
ガスエンジン１の低温排熱源としてのエンジン冷却部１ａの出口と入口とにわたって、エンジン冷却水（ジャケット冷却水）を循環する第１のポンプ６を介装した循環配管７が接続され、この循環配管７に、単効用吸収冷凍機を構成する再生器８が設けられている。再生器８には、ガスエンジン１からのエンジン冷却水（温度85〜95℃）によって蒸発可能なアンモニアを冷媒とし、かつ、水を吸収剤としたアンモニア−水系混合媒体としてのアンモニア−水系溶液が収容されている。
【００１７】
再生器８には、精留器９を介して水を分離したアンモニア蒸気を供給するように凝縮器１０が連通接続され、再生器８に第１の配管１１を介して吸収器１２が接続されるとともに、凝縮器１０に第２の配管１３を介して蒸発器１４が接続され、更に、吸収器１２と蒸発器１４とが連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【００１８】
凝縮器１０では、再生器８で蒸発した冷媒を凝縮液化し、その液化した冷媒を蒸発器１４に噴霧供給により戻すようになっている。
蒸発器１４では、吸収器１２における吸収剤による冷媒の吸収に伴い、冷媒が蒸発するようになっている。
【００１９】
吸収器１２から再生器８にわたって、第１の溶液ポンプ１５を介装した第３の配管１６が接続され、この第３の配管１６と第１の配管１１との間に第１の熱交換器１７が設けられ、再生器８に戻す液化したアンモニア−水系溶液を、再生器８から吸収器１２に流すアンモニア−水系溶液によって加熱するようになっている。
【００２０】
第３の配管１６の吸収器１２と第１の熱交換器１７との間に、第２の溶液ポンプ１８を介装した分岐配管１９が接続され、この分岐配管１９とガス配管４とにわたって第２の熱交換器２０が設けられ、液化したアンモニア−水系溶液をガスエンジン１からの排気ガスとの伝熱により加熱し、高温高圧の蒸気を発生させるように構成されている。
【００２１】
分岐配管１９に蒸気タービン２１が接続されるとともに、その蒸気タービン２１と第１の配管１１とが第４の配管２２を介して接続され、単効用吸収冷凍機の作動媒体であるアンモニア−水系溶液の高温高圧の蒸気によって蒸気タービン２１を駆動するとともに、蒸気タービン２１から排出される蒸気を吸収器１２に戻すように構成されている。
【００２２】
第４の配管２２の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、蒸気タービン２１から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液の温度を高くできるように構成されている。
ただし、第４の配管２２中のアンモニア排蒸気によって第３の配管１６内の吸収器１２から再生器８へ供給されるアンモニア−水系溶液を加熱しても同等な効果が得られる。
【００２３】
蒸気タービン２１に伝動軸２３を介して圧縮機２４が一体的に連動連結されている。第２の配管１３の途中箇所に第３の熱交換器２５が設けられ、この第３の熱交換器２５で熱交換可能に、吸収器１２と前述の圧縮機２４とを接続する蒸気吸引配管２６が設けられ、圧縮機２４によって蒸発器１４内の蒸気を吸引するようになっている。
【００２４】
圧縮機２４と第１の配管１１とが蒸気配管２７を介して接続され、その蒸気配管２７の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、圧縮機２４から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液を加熱してその温度を高くし、その後に、吸収器１２に供給するように構成されている。
【００２５】
蒸発器１４に、冷凍用媒体としてのブラインを取り出す冷凍用媒体取り出し管２８が付設され、この冷凍用媒体取り出し管２８が冷凍倉庫や保冷庫などの冷凍用熱源（図示せず）に導入されるようになっている。
凝縮器１０および吸収器１２には、クーリングタワーからの冷却水を供給する冷却管２９が通されている。
【００２６】
蒸発器１４の底部と蒸気吸引配管２６とにわたり、第３の溶液ポンプ３０を介装した冷却配管３１が接続され、その冷却配管３１の途中箇所が吸収器１２内に通され、蒸発器１４内のアンモニア−水系溶液を供給して吸収器１２内のアンモニア−水系溶液を冷却し、吸収器１２内の圧力を低下できるように構成されている。
【００２７】
冷却配管３１に流量調整弁３２が設けられている。冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４からの冷凍用媒体の取出し管部分に、冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３が制御手段としてのコントローラ３４に接続され、そのコントローラ３４に流量調整弁３２が接続されている。温度センサ３３は、冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４への冷凍用媒体の戻り管部分に設けても良い。
【００２８】
コントローラ３４では、温度センサ３３で測定される冷凍用媒体の温度と、例えば−１０℃などの設定温度とを比較し、冷凍負荷が高くて測定温度が設定温度よりも高いときには、流量調整弁３２の開度を減少させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を増加し、一方、冷凍負荷が低くて測定温度が設定温度よりも低いときには、流量調整弁３２の開度を増加させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を減少しながら吸収器１２に供給するアンモニア−水系溶液の流量を増加し、温度センサ３３で測定される冷凍用媒体の温度が一定になるように、すなわち、蒸発器１４から取出される冷凍用媒体の温度を設定温度に維持するように構成されている。
【００２９】
次に、上記第１実施例の動作について説明する。
図２の圧力レベルの変化を示す図に示すように、冷凍負荷が減少して全負荷状態から部分負荷状態になるに伴い、吸収器１２に供給するアンモニア−水系溶液の流量を増加して吸収器１２内の圧力を減少させ、蒸気タービン２１の入口圧力Ｔ、および、蒸発器１４側の圧力Ｐｉを一定に維持しながらも、全負荷状態での吸収器１２内の圧力Ｐｏが部分負荷状態での吸収器１２内の圧力Ｐｏ´となり、圧縮機２４の圧縮比を減少させる（Ｐｏ／Ｐｉ→Ｐｏ´／Ｐｉ）。
【００３０】
その結果、圧縮機２４のヘッドがＣＨ→ＣＨ´となって仕事量が減るとともに蒸気タービン２１のヘッドがＴＨ→ＴＨ´となり、図３の圧力と流量の関係のグラフに示すように、圧縮機２４の回転数が増加するとともに、作動点がＡ１→Ａ２とサージラインＡから遠ざかる安全側に移行し、安定した運転を行うことができる。
【００３１】
図４は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第２実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
すなわち、クーリングタワーからの冷却水を吸収器１２に供給する冷却管２９と冷却配管３１との間に第４の熱交換器４１が介装され、冷却配管３１を吸収器１２内に通さずに、蒸発器１４からのアンモニア−水系混合媒体の溶液（例えば、温度−１５℃）により、クーリングタワーからの冷却水（例えば、温度３２℃）を冷却し、その冷却されたクーリングタワーからの冷却水を介して吸収器１２内を冷却するように構成されている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３２】
図５は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第３実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
すなわち、ガスエンジン１からの排気ガスで発生させた蒸気で蒸気タービン２１を駆動するとともにエンジン冷却水を再生器８に供給するというガスエンジン１の排熱を利用してアンモニア吸収冷凍機を作動する構成と蒸気タービン２１とが無くされ、アンモニア吸収冷凍機４に電動モータ５１が連動連結されるとともに、専用熱源から温水を供給する温水供給管５２が再生器８に導入されている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことによりその説明は省略する。
【００３３】
この第３実施例の構成によれば、冷凍負荷が減少した場合でも、冷凍用媒体取り出し管２８からは一定温度の冷凍用媒体を取出すとともに、圧縮機２４に供給される蒸気量は一定に維持しながら、その圧縮比を減少して圧縮機２４の仕事量を減少できるため、電動モータ５１にかかる負荷を減少でき、その動力である電力消費量を低減でき、経済性を向上できる。
【００３４】
上記第３実施例において、電動モータ５１に代えて、専用の蒸気発生装置で発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンを用いるようにしても良い。
【００３５】
上記実施例では、冷却配管３１を蒸気吸引配管６に接続しているが、蒸発器１４に接続し、吸収器１２での熱交換によって得たアンモニアー水系溶液の蒸気を蒸発器１４内に供給するように構成しても良い。
【００３６】
また、上記第１および第２実施例では、ガスエンジン１によって発電機３を駆動して電力を取り出す、いわゆるコジェネレーションシステムを示したが、ガスエンジン１によって各種の機械装置を駆動する場合にも適用できる。
【００３７】
上述実施例のガスエンジン１としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやスターリングエンジンなど各種のガスエンジンを用いることができる。
【００３８】
なお、わかりやすくするために、特許請求の範囲、ならびに、課題を解決するための手段および作用・効果それぞれの欄において、構成部材に参照図番を付しているが、これに制限されるものでは無い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のアンモニア吸収冷凍機によれば、単効用吸収冷凍機を作動するとともに、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置によって圧縮機(24)を駆動し、蒸発器(14)内の蒸気を吸引して蒸発器(14)内の圧力を吸収器(12)内の圧力よりも低下させ、蒸発器(14)での蒸発に伴い、冷凍用媒体取り出し管(28)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができ、しかも、蒸発器(14)から取り出される冷凍用媒体の温度あるいは蒸発器(14)に戻される冷凍用媒体の温度が一定になるように流量制御しながら、冷却配管(31)を通じて蒸発器(14)から吸収器(12)側にアンモニア−水系混合媒体の溶液を流し、その溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させることができるから、冷凍負荷が減少しても、一定温度の冷凍用媒体を取出すことができる。
しかも、蒸発器(14)からのアンモニア−水系混合媒体の溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させるから、圧縮機(24)の圧縮比を小さくでき、圧縮機(24)の仕事量が減少して回転数が増加し、サージングに対して安全側に移行できる。更に、吸収器(12)との熱交換により、蒸発器(14)内に溜まった水分を蒸発させて蒸発器(14)外に放出でき、冷凍負荷が減少しても、圧縮機(24)でのサージングを防止するとともに蒸発器(14)に水分が溜まることを防止して安定した運転を行える。
そのうえ、圧縮機(24)の仕事量を減少できるから、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置の動力を減少できて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】圧力レベルの変化を示す図である。
【図３】圧力と流量との相関を示すグラフである。
【図４】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第３実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
１ａ…エンジン冷却部
４…ガス配管
７…循環配管
８…再生器
１０…凝縮器
１１…第１の配管
１２…吸収器
１４…蒸発器
１６…第３の配管
１９…分岐配管
２０…第２の熱交換器
２１…蒸気タービン
２４…圧縮機
２６…蒸気吸引配管
２７…蒸気配管
２８…冷凍用媒体取出し管
３１…冷却配管
３２…流量調整弁
３３…温度センサ
３４…コントローラ（制御手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、単効用吸収冷凍機の蒸発器で蒸発されたアンモニア蒸気を圧縮機で吸収器に供給するように構成したアンモニア吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のアンモニア吸収冷凍機としては、従来、特開２００２−４８４２６号公報に開示されているものがあった。
【０００３】
この従来例によれば、エンジンの排熱を熱源とする単効用吸収冷凍機の蒸発器と吸収器との間に圧縮機を介装し、蒸発器内の圧力を低下させ、−１０℃以下の冷熱をも取出せるように構成している。
【０００４】
このようなアンモニア吸収冷凍機において、冷凍出力を制御する場合、通常、エンジンから再生器に供給するエンジン冷却水（ジャケット水）の流量を制御するようにしている。
また、圧縮式ターボ型の場合は、圧縮機の吸入弁を流量調整可能に構成し、蒸発器から吸引する蒸気量を調整するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン冷却水（ジャケット水）の流量を制御する場合、圧縮機への吸い込み流量が一定であるのに対して、蒸発器への冷媒供給量が変動するため、冷凍負荷が部分負荷になるに伴い、圧縮機の吸引によって蒸発器内の冷媒量が減少し、冷熱を取出すことができなくなる問題があった。このことは、アンモニア蒸気を取出すために再生器に温水を供給するタイプで、その温水の供給量を制御する場合でも同様であった。
【０００６】
また、圧縮機の吸入弁で蒸発器から吸引する蒸気量を減少させた場合、圧縮機の圧縮比が大きくなり、圧縮機でサージングを生じやすくなる問題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、冷凍負荷が減少しても、圧縮機でのサージングを防止するとともに蒸発器に水分が溜まることを防止して安定した運転を行えるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれをも安価にして冷凍用媒体を得ることができながら、安定した運転を行えるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
再生器(8) と吸収器(12)と凝縮器(10)と蒸発器(14)とから成る単効用吸収冷凍機と、
アンモニア−水系混合媒体を前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給する配管(16)と、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)にアンモニア−水系混合媒体を供給する配管(11)と、
前記蒸発器(14)に連通接続されて前記蒸発器(14)内の蒸気を吸引して前記吸収器(12)との間に圧力差を発生させる圧縮機(24)と、
前記圧縮機(24)に連通接続されて前記圧縮機(24)から排出される蒸気を前記吸収器(12)に供給する蒸気配管(27)と、
前記蒸発器(14)に付設されて冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管(28)とを備えたアンモニア吸収冷凍機であって、
前記蒸発器(14)に接続されて前記吸収器(12)と熱交換可能に流動してから前記圧縮機(24)による蒸気吸引配管(26)または前記蒸発器(14)に連通接続される冷却配管(31)と、
前記冷却配管(31)に設けられて前記吸収器(12)側に流すアンモニア−水系混合媒体の溶液の流量を調整する流量調整弁(32)と、
前記冷凍用媒体取り出し管(28)に設けられて冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ(33)と、
前記温度センサ(33)で測定される温度が一定になるように前記流量調整弁(32)の開度を制御する制御手段(34)とを備えて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のアンモニア吸収冷凍機の構成によれば、単効用吸収冷凍機を作動するとともに、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置によって圧縮機(24)を駆動し、蒸発器(14)内の蒸気を吸引して蒸発器(14)内の圧力を吸収器(12)内の圧力よりも低下させ、蒸発器(14)での蒸発に伴い、冷凍用媒体取り出し管(28)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
しかも、蒸発器(14)から取り出される冷凍用媒体の温度あるいは蒸発器(14)に戻される冷凍用媒体の温度が一定になるように流量制御しながら、冷却配管(31)を通じて蒸発器(14)から吸収器(12)側にアンモニア−水系混合媒体の溶液を流し、その溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させることができる。
【００１０】
したがって、冷凍負荷が減少しても、一定温度の冷凍用媒体を取出すことができる。
しかも、蒸発器(14)からのアンモニア−水系混合媒体の溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させるから、圧縮機(24)の圧縮比を小さくでき、圧縮機(24)の仕事量が減少して回転数が増加し、サージングに対して安全側に移行できる。更に、吸収器(12)との熱交換により、蒸発器(14)内に溜まった水分を蒸発させて蒸発器(14)外に放出でき、冷凍負荷が減少しても、圧縮機(24)でのサージングを防止するとともに蒸発器(14)に水分が溜まることを防止して安定した運転を行える。
そのうえ、圧縮機(24)の仕事量を減少できるから、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置の動力を減少できて経済的である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のアンモニア吸収冷凍機において、
130℃よりも低い温度のエンジン冷却水を発生するエンジン冷却部(1a)と、
130℃よりも高い温度の排気ガスを発生するエンジン(1) と、
前記エンジン(1) からのエンジン冷却水を熱源とするように前記エンジン冷却部(1a)と前記再生器(8) とにわたって接続される循環配管(7) と、
前記配管(16)の途中に接続されて前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給するアンモニア−水系混合媒体の一部を取り出す分岐配管(19)と、
前記エンジン(1) に接続されて前記エンジン(1) からの排気ガスを取り出すガス配管(4) と、
前記ガス配管(4) と前記分岐配管(19)との間に設けられて、前記エンジン(1)からの排気ガスによりアンモニア−水系混合媒体を加熱して蒸発させる熱交換器(20)と、
前記分岐配管(19)に設けられて、前記熱交換器(20)で蒸発したアンモニア−水系混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン(21)とを備え、
前記蒸気タービン(21)と圧縮機(24)とを連動連結して構成する。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のアンモニア吸収冷凍機の構成によれば、エンジン(1) からのエンジン冷却水を熱源として単効用吸収冷凍機を作動する。一方、エンジン(1) からの排気ガスにより、吸収器(12)から再生器(8) に供給されるアンモニア−水系混合媒体の一部を熱交換器(20)を介して加熱してアンモニア−水系混合媒体の蒸気を発生させ、その蒸気によって蒸気タービン(21)を駆動し、蒸気タービン(21)に連動連結した圧縮機(24)を駆動する。
【００１３】
したがって、単効用吸収冷凍機の吸収器(12)から取出したアンモニア−水系混合媒体をエンジン(1)の排気ガスの熱を利用して蒸発させた高温蒸気により蒸気タービン(21)を駆動するように構成し、その蒸気タービン(21)と圧縮機(24)を連動連結するから、エンジン(1)の排熱をより有効に回収し、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれも一層安価にして冷凍用媒体を得ることができながら、安定した運転を行える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第１実施例を示す概略構成図であり、原動機としてのガスエンジン１に、カップリング２を介して発電機３が連動連結されている。
【００１５】
高温排熱源としてのガスエンジン１の排気管にガス配管４が接続され、そのガス配管４に、ＮＯｘ成分を除去する脱硝装置５が付設されている。
【００１６】
ガスエンジン１の低温排熱源としてのエンジン冷却部１ａの出口と入口とにわたって、エンジン冷却水（ジャケット冷却水）を循環する第１のポンプ６を介装した循環配管７が接続され、この循環配管７に、単効用吸収冷凍機を構成する再生器８が設けられている。再生器８には、ガスエンジン１からのエンジン冷却水（温度85〜95℃）によって蒸発可能なアンモニアを冷媒とし、かつ、水を吸収剤としたアンモニア−水系混合媒体としてのアンモニア−水系溶液が収容されている。
【００１７】
再生器８には、精留器９を介して水を分離したアンモニア蒸気を供給するように凝縮器１０が連通接続され、再生器８に第１の配管１１を介して吸収器１２が接続されるとともに、凝縮器１０に第２の配管１３を介して蒸発器１４が接続され、更に、吸収器１２と蒸発器１４とが連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【００１８】
凝縮器１０では、再生器８で蒸発した冷媒を凝縮液化し、その液化した冷媒を蒸発器１４に噴霧供給により戻すようになっている。
蒸発器１４では、吸収器１２における吸収剤による冷媒の吸収に伴い、冷媒が蒸発するようになっている。
【００１９】
吸収器１２から再生器８にわたって、第１の溶液ポンプ１５を介装した第３の配管１６が接続され、この第３の配管１６と第１の配管１１との間に第１の熱交換器１７が設けられ、再生器８に戻す液化したアンモニア−水系溶液を、再生器８から吸収器１２に流すアンモニア−水系溶液によって加熱するようになっている。
【００２０】
第３の配管１６の吸収器１２と第１の熱交換器１７との間に、第２の溶液ポンプ１８を介装した分岐配管１９が接続され、この分岐配管１９とガス配管４とにわたって第２の熱交換器２０が設けられ、液化したアンモニア−水系溶液をガスエンジン１からの排気ガスとの伝熱により加熱し、高温高圧の蒸気を発生させるように構成されている。
【００２１】
分岐配管１９に蒸気タービン２１が接続されるとともに、その蒸気タービン２１と第１の配管１１とが第４の配管２２を介して接続され、単効用吸収冷凍機の作動媒体であるアンモニア−水系溶液の高温高圧の蒸気によって蒸気タービン２１を駆動するとともに、蒸気タービン２１から排出される蒸気を吸収器１２に戻すように構成されている。
【００２２】
第４の配管２２の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、蒸気タービン２１から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液の温度を高くできるように構成されている。
ただし、第４の配管２２中のアンモニア排蒸気によって第３の配管１６内の吸収器１２から再生器８へ供給されるアンモニア−水系溶液を加熱しても同等な効果が得られる。
【００２３】
蒸気タービン２１に伝動軸２３を介して圧縮機２４が一体的に連動連結されている。第２の配管１３の途中箇所に第３の熱交換器２５が設けられ、この第３の熱交換器２５で熱交換可能に、吸収器１２と前述の圧縮機２４とを接続する蒸気吸引配管２６が設けられ、圧縮機２４によって蒸発器１４内の蒸気を吸引するようになっている。
【００２４】
圧縮機２４と第１の配管１１とが蒸気配管２７を介して接続され、その蒸気配管２７の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、圧縮機２４から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液を加熱してその温度を高くし、その後に、吸収器１２に供給するように構成されている。
【００２５】
蒸発器１４に、冷凍用媒体としてのブラインを取り出す冷凍用媒体取り出し管２８が付設され、この冷凍用媒体取り出し管２８が冷凍倉庫や保冷庫などの冷凍用熱源（図示せず）に導入されるようになっている。
凝縮器１０および吸収器１２には、クーリングタワーからの冷却水を供給する冷却管２９が通されている。
【００２６】
蒸発器１４の底部と蒸気吸引配管２６とにわたり、第３の溶液ポンプ３０を介装した冷却配管３１が接続され、その冷却配管３１の途中箇所が吸収器１２内に通され、蒸発器１４内のアンモニア−水系溶液を供給して吸収器１２内のアンモニア−水系溶液を冷却し、吸収器１２内の圧力を低下できるように構成されている。
【００２７】
冷却配管３１に流量調整弁３２が設けられている。冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４からの冷凍用媒体の取出し管部分に、冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ３３が設けられている。温度センサ３３が制御手段としてのコントローラ３４に接続され、そのコントローラ３４に流量調整弁３２が接続されている。温度センサ３３は、冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４への冷凍用媒体の戻り管部分に設けても良い。
【００２８】
コントローラ３４では、温度センサ３３で測定される冷凍用媒体の温度と、例えば−１０℃などの設定温度とを比較し、冷凍負荷が高くて測定温度が設定温度よりも高いときには、流量調整弁３２の開度を減少させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を増加し、一方、冷凍負荷が低くて測定温度が設定温度よりも低いときには、流量調整弁３２の開度を増加させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を減少しながら吸収器１２に供給するアンモニア−水系溶液の流量を増加し、温度センサ３３で測定される冷凍用媒体の温度が一定になるように、すなわち、蒸発器１４から取出される冷凍用媒体の温度を設定温度に維持するように構成されている。
【００２９】
次に、上記第１実施例の動作について説明する。
図２の圧力レベルの変化を示す図に示すように、冷凍負荷が減少して全負荷状態から部分負荷状態になるに伴い、吸収器１２に供給するアンモニア−水系溶液の流量を増加して吸収器１２内の圧力を減少させ、蒸気タービン２１の入口圧力Ｔ、および、蒸発器１４側の圧力Ｐｉを一定に維持しながらも、全負荷状態での吸収器１２内の圧力Ｐｏが部分負荷状態での吸収器１２内の圧力Ｐｏ´となり、圧縮機２４の圧縮比を減少させる（Ｐｏ／Ｐｉ→Ｐｏ´／Ｐｉ）。
【００３０】
その結果、圧縮機２４のヘッドがＣＨ→ＣＨ´となって仕事量が減るとともに蒸気タービン２１のヘッドがＴＨ→ＴＨ´となり、図３の圧力と流量の関係のグラフに示すように、圧縮機２４の回転数が増加するとともに、作動点がＡ１→Ａ２とサージラインＡから遠ざかる安全側に移行し、安定した運転を行うことができる。
【００３１】
図４は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第２実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
すなわち、クーリングタワーからの冷却水を吸収器１２に供給する冷却管２９と冷却配管３１との間に第４の熱交換器４１が介装され、冷却配管３１を吸収器１２内に通さずに、蒸発器１４からのアンモニア−水系混合媒体の溶液（例えば、温度−１５℃）により、クーリングタワーからの冷却水（例えば、温度３２℃）を冷却し、その冷却されたクーリングタワーからの冷却水を介して吸収器１２内を冷却するように構成されている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。
【００３２】
図５は、本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第３実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところは、次の通りである。
すなわち、ガスエンジン１からの排気ガスで発生させた蒸気で蒸気タービン２１を駆動するとともにエンジン冷却水を再生器８に供給するというガスエンジン１の排熱を利用してアンモニア吸収冷凍機を作動する構成と蒸気タービン２１とが無くされ、アンモニア吸収冷凍機４に電動モータ５１が連動連結されるとともに、専用熱源から温水を供給する温水供給管５２が再生器８に導入されている。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付すことによりその説明は省略する。
【００３３】
この第３実施例の構成によれば、冷凍負荷が減少した場合でも、冷凍用媒体取り出し管２８からは一定温度の冷凍用媒体を取出すとともに、圧縮機２４に供給される蒸気量は一定に維持しながら、その圧縮比を減少して圧縮機２４の仕事量を減少できるため、電動モータ５１にかかる負荷を減少でき、その動力である電力消費量を低減でき、経済性を向上できる。
【００３４】
上記第３実施例において、電動モータ５１に代えて、専用の蒸気発生装置で発生させた蒸気で駆動する蒸気タービンを用いるようにしても良い。
【００３５】
上記実施例では、冷却配管３１を蒸気吸引配管６に接続しているが、蒸発器１４に接続し、吸収器１２での熱交換によって得たアンモニアー水系溶液の蒸気を蒸発器１４内に供給するように構成しても良い。
【００３６】
また、上記第１および第２実施例では、ガスエンジン１によって発電機３を駆動して電力を取り出す、いわゆるコジェネレーションシステムを示したが、ガスエンジン１によって各種の機械装置を駆動する場合にも適用できる。
【００３７】
上述実施例のガスエンジン１としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやスターリングエンジンなど各種のガスエンジンを用いることができる。
【００３８】
なお、わかりやすくするために、特許請求の範囲、ならびに、課題を解決するための手段および作用・効果それぞれの欄において、構成部材に参照図番を付しているが、これに制限されるものでは無い。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のアンモニア吸収冷凍機によれば、単効用吸収冷凍機を作動するとともに、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置によって圧縮機(24)を駆動し、蒸発器(14)内の蒸気を吸引して蒸発器(14)内の圧力を吸収器(12)内の圧力よりも低下させ、蒸発器(14)での蒸発に伴い、冷凍用媒体取り出し管(28)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができ、しかも、蒸発器(14)から取り出される冷凍用媒体の温度あるいは蒸発器(14)に戻される冷凍用媒体の温度が一定になるように流量制御しながら、冷却配管(31)を通じて蒸発器(14)から吸収器(12)側にアンモニア−水系混合媒体の溶液を流し、その溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させることができるから、冷凍負荷が減少しても、一定温度の冷凍用媒体を取出すことができる。
しかも、蒸発器(14)からのアンモニア−水系混合媒体の溶液で吸収器(12)を冷却して吸収器(12)内の圧力を減少させるから、圧縮機(24)の圧縮比を小さくでき、圧縮機(24)の仕事量が減少して回転数が増加し、サージングに対して安全側に移行できる。更に、吸収器(12)との熱交換により、蒸発器(14)内に溜まった水分を蒸発させて蒸発器(14)外に放出でき、冷凍負荷が減少しても、圧縮機(24)でのサージングを防止するとともに蒸発器(14)に水分が溜まることを防止して安定した運転を行える。
そのうえ、圧縮機(24)の仕事量を減少できるから、電動モータや蒸気タービンなどの駆動装置の動力を減少できて経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】圧力レベルの変化を示す図である。
【図３】圧力と流量との相関を示すグラフである。
【図４】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第２実施例を示す概略構成図である。
【図５】本発明に係るアンモニア吸収冷凍機の第３実施例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…ガスエンジン
１ａ…エンジン冷却部
４…ガス配管
７…循環配管
８…再生器
１０…凝縮器
１１…第１の配管
１２…吸収器
１４…蒸発器
１６…第３の配管
１９…分岐配管
２０…第２の熱交換器
２１…蒸気タービン
２４…圧縮機
２６…蒸気吸引配管
２７…蒸気配管
２８…冷凍用媒体取出し管
３１…冷却配管
３２…流量調整弁
３３…温度センサ
３４…コントローラ（制御手段）
Claims (2)
- 再生器(8) と吸収器(12)と凝縮器(10)と蒸発器(14)とから成る単効用吸収冷凍機と、
アンモニア−水系混合媒体を前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給する配管(16)と、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)にアンモニア−水系混合媒体を供給する配管(11)と、
前記蒸発器(14)に連通接続されて前記蒸発器(14)内の蒸気を吸引して前記吸収器(12)との間に圧力差を発生させる圧縮機(24)と、
前記圧縮機(24)に連通接続されて前記圧縮機(24)から排出される蒸気を前記吸収器(12)に供給する蒸気配管(27)と、
前記蒸発器(14)に付設されて冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管(28)とを備えたアンモニア吸収冷凍機であって、
前記蒸発器(14)に接続されて前記吸収器(12)と熱交換可能に流動してから前記圧縮機(24)による蒸気吸引配管(26)または前記蒸発器(14)に連通接続される冷却配管(31)と、
前記冷却配管(31)に設けられて前記吸収器(12)側に流すアンモニア−水系混合媒体の溶液の流量を調整する流量調整弁(32)と、
前記冷凍用媒体取り出し管(28)に設けられて冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ(33)と、
前記温度センサ(33)で測定される温度が一定になるように前記流量調整弁(32)の開度を制御する制御手段(34)と、
を備えたことを特徴とするアンモニア吸収冷凍機。 - 請求項１に記載のアンモニア吸収冷凍機において、
130℃よりも低い温度のエンジン冷却水を発生するエンジン冷却部(1a)と、
130℃よりも高い温度の排気ガスを発生するエンジン(1) と、
前記エンジン(1) からのエンジン冷却水を熱源とするように前記エンジン冷却部(1a)と前記再生器(8) とにわたって接続される循環配管(7) と、
前記配管(16)の途中に接続されて前記吸収器(12)から前記再生器(8) に供給するアンモニア−水系混合媒体の一部を取り出す分岐配管(19)と、
前記エンジン(1) に接続されて前記エンジン(1) からの排気ガスを取り出すガス配管(4) と、
前記ガス配管(4) と前記分岐配管(19)との間に設けられて、前記エンジン(1)からの排気ガスによりアンモニア−水系混合媒体を加熱して蒸発させる熱交換器(20)と、
前記分岐配管(19)に設けられて、前記熱交換器(20)で蒸発したアンモニア−水系混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン(21)とを備え、
前記蒸気タービン(21)と圧縮機(24)とを連動連結してあるアンモニア吸収冷凍機。
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