JP4265714B2 - 排熱吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン、スターリングエンジン、ミラーサイクルガスエンジンといった原動機などから発生する排熱を回収して低温でも凍結しない冷凍用媒体を取り出すように構成した排熱吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排熱吸収冷凍機としては、図６の従来例の概略構成図に示すようなアンモニア吸収冷凍機があった。
この従来例によれば、ガスエンジン０１に、カップリング０２を介して発電機０３が連動連結されている。
【０００３】
ガスエンジン０１の低温排熱源としてのエンジン冷却部の出口と入口とにわたって、ジャケット冷却水を循環する第１のポンプ０４を介装した循環配管０５が接続され、この循環配管０５に、単効用吸収冷凍機を構成する再生器０６が設けられている。再生器０６には、ガスエンジン１からのジャケット冷却水（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、水を吸収剤とした非共沸混合媒体としてアンモニア−水系溶液が収容されている。
【０００４】
再生器０６には、精溜器０７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０８が連通接続され、かつ、再生器０６に第１の配管０９を介して吸収器０１０が接続されるとともに、凝縮器０８に第２の配管０１１を介して蒸発器０１２が接続され、更に、吸収器０１０と蒸発器０１２とが連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【０００５】
凝縮器０８では、再生器０６で蒸発したアンモニアを凝縮液化し、その液化したアンモニアを蒸発器０１２に噴霧供給により戻すようになっている。
また、蒸発器０１２では、吸収器０１０における水によるアンモニアの吸収に伴い、アンモニアが蒸発するようになっている。
【０００６】
再生器０６と吸収器０１０とにわたって、溶液ポンプ０１３を介装した第３の配管０１４が接続され、この第３の配管０１４と第１の配管０９との間に熱交換器０１５が設けられ、再生器０６に戻す液化したアンモニア−水系溶液を、再生器０６から吸収器０１０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。
【０００７】
上記構成により、ガスエンジン０１からの低温排熱であるジャケット冷却水を利用して、蒸発器０１２でのアンモニアの蒸発に伴い、冷水を得るようになっている。
すなわち、図７のｌｎｐ−１／Ｔ線図に示すように、蒸発器０１２で７〜８℃の冷水を得ようとすると、蒸発器０１２内（図６に丸付き数字１で示す）でのアンモニアの温度は５℃以下であることが必要である。
【０００８】
吸収器０１０での冷却水（図６に丸付き数字２で示す）の温度は35℃であり、そして、再生器０６内（図６に丸付き数字４で示す）では、そこに供給される95℃程度のジャケット冷却水によって加熱されるため、アンモニア−水系溶液の温度が92℃となる。
【０００９】
また、吸収器０１０から再生器０６に戻す液化したアンモニア−水系溶液は再生器０６から吸収器０１０に流すアンモニア−水系溶液によって加熱されるため、再生器０６に入る（図６に丸付き数字３で示す）アンモニア−水系溶液の温度は70℃程度となる。
一方、再生器０６から吸収器０１０に入る（図６に丸付き数字５で示す）アンモニア−水系溶液の温度は56℃程度となる。
【００１０】
再生器０６から精溜器０７を経て凝縮器０８に供給される（図６に丸付き数字６で示す）アンモニア蒸気の温度は40℃であり、95℃程度のジャケット冷却水によって蒸発器０１２で７〜８℃の冷水を得ることができるのである。
【００１１】
ところで、食品冷凍とか下水処理システムでの下水汚泥の凍結乾燥などでは、−20℃程度あるいはそれよりも低温の冷凍用媒体（ブライン）を必要とするため、上述従来例のものは適用できない。
【００１２】
何故ならば、図８のｌｎｐ−１／Ｔ線図に示すように、蒸発器０１２で−20℃の低温の冷凍用媒体を得ようとすると、蒸発器０１２内（図６に丸付き数字１で示す）でのアンモニアの温度は−23℃以下であることが必要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、蒸発器０１２内でのアンモニアの温度を−23℃（図８に丸付き数字１’で示す）にしようとすると、その水平線（等圧線）と再生器０６の冷却水温度35℃との関係から状態（丸付き数字２’）が決まり、その状態（丸付き数字２’）からの等濃度線と状態（丸付き数字６）の水平線との関係から状態（丸付き数字３’）が決まり、再生器０６での温度（丸付き数字４’）は状態（丸付き数字３’）の温度よりも高くなければならず、通常 130℃以上の温度を必要とする。
【００１４】
このため、従来例の構成のままでは、95℃程度のジャケット冷却水によって蒸発器０１２で−20℃の低温の冷凍用媒体を得ることはできない。
【００１５】
そこで、蒸発器０１２と吸収器０１０との間に電動型圧縮機を設け、蒸発器０１２内の蒸気を吸引し、その吸引した蒸気を吸収器０１０に加圧供給するように構成し、図９のｌｎｐ−１／Ｔ線図に示すように、蒸発器０１２（図９に（丸付き数字１’）で示す）での圧力を、例えば、1.8kgf/cm3まで低下させ、それを電動型圧縮機で加圧することにより5.3kgf/cm3まで（図９に丸付き数字１で示す、これは丸付き数字２と等圧である）戻して吸収器０１０に供給することが考えられた。
【００１６】
この構成によれば、吸収器０１０内での圧力は低下しないため、ジャケット冷却水の温度を高くする必要が無い。ところが、電動型圧縮機の場合、電動モータと圧縮機とを連動連結し、伝動軸の軸受部に対して潤滑と漏洩に対するシールをしなければならない。この場合、電動型圧縮機の駆動に電力が必要でランニングコストが増大するとともに、上述のような排熱吸収冷凍機では潤滑油が系内に混入するとアンモニアの蒸発が阻害されるなど、冷媒への伝熱に弊害を及ぼし、実用性に欠ける。アンモニアの様な系外への漏洩を嫌うものでは、シールに水蒸気のようなラビリンスシールを用いることは困難である。漏洩を微小にするためにメカニカルシールを用いると摩擦損失が急増するという問題を生む。
【００１７】
上記潤滑と漏洩に対するシールの問題を解決するために、密閉式のキャンドモータを用いることが考えられるが、極めて高価であり、ランニングコストのみならずイニシャルコストも増大する欠点があった。
【００１８】
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、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれも安価にして、零度よりも低温の冷凍用媒体を得られるようにするとともに、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して冷凍機の能力を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項２に係る発明は、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して冷凍機の能力を向上できるようにすることを目的とし、請求項３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も安価にして、零度よりも低温の冷凍用媒体を得られるようにするとともに、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して給湯用温水の取り出しに利用し、排熱の回収効率を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項４に係る発明は、−20℃でも凍結しない冷凍用媒体を得られるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明は、軸受部に対する潤滑と漏洩に対するシールを安価かつ摩擦損失を極めて小さく行えるようにするとともに部品の磨耗を無くして耐久性を向上させるようにすることを目的とし、請求項６および請求項７に係る発明は、常温から低温まで冷却するような場合に、成績係数を高くできるようにすることを目的する。そして、請求項８に係る発明は、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して冷凍機の能力を向上できるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、 130℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と、
130℃よりも高い温度の排熱を発生する高温排熱源と、
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、
前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器(8) とにわたって接続される循環配管(7) と、
前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む非共沸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、
前記配管(16)の途中に接続されて非共沸混合媒体を取り出す分岐配管(19)と、 前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源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、前記高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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)で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン(21)と、
前記蒸発器(14)と前記吸収器(12)とを連通接続する蒸気路と、
前記蒸気路に設けられるとともに前記蒸気タービン(21)に一体的に連動連結されて前記蒸発器(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(27)と、
前記蒸発器(14)に付設されて低温の冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管(34)とを備え、
かつ、圧縮機 (27) から吐出されたガスを再生器 (8) 内の非共沸混合媒体と熱交換させた後に吸収器 (12) に供給するように構成する。
【００２０】
なお、例えば、排気ガスの熱を高温部と低温部の複数の熱交換器を用いて、 130℃よりも高い温度の排熱と 130℃よりも低い温度の排熱とを取り出して使用する場合も、それぞれ高温排熱源および低温排熱源とみなす。
【００２１】
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、 請求項１に記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機 (27) から吐出されたガスの熱を、吸収器 (12) に供給する前に、給湯用温水取り出し用の熱交換器 (62) で回収するように構成する。
また、請求項３に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、
130 ℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と、
130 ℃よりも高い温度の排熱を発生する高温排熱源と、
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、
前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器 (8) とにわたって接続される循環配管 (7) と、
前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む非共沸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、
前記配管 (16) の途中に接続されて非共沸混合媒体を取り出す分岐配管 (19) と、 前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源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、前記高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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) で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン (21) と、
前記蒸発器 (14) と前記吸収器 (12) とを連通接続する蒸気路と、
前記蒸気路に設けられるとともに前記蒸気タービン (21) に一体的に連動連結されて前記蒸発器 (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 (27) と、
前記蒸発器 (14) に付設されて低温の冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管 (34) とを備え、
かつ、圧縮機 (27) から吐出されたガスの熱を、吸収器 (12) に供給する前に、給湯用温水取り出し用の熱交換器 (62) で回収するように構成する。
また、請求項４に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、
請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
非共沸混合媒体が−23℃でも凍結しない冷媒を含み、かつ、冷凍用媒体取り出し管(34)から、−20℃でも凍結しない冷凍用媒体を取り出すようにする。
【００２２】
低温排熱源からの排熱によって蒸発可能でかつ−23℃でも凍結しない冷媒を含む非共沸混合媒体としては、アンモニア−水系の混合溶液、メタノール−水系の混合溶液等が使用できる。この非共沸混合媒体は、冷媒と吸収剤以外に、腐食防止などのために若干の第三成分を含んでいてもよい。
【００２３】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機(27)と蒸気タービン(21)とを連動連結する伝動軸(26)を気体軸受(30)によって支持するとともに、前記気体軸受(30)と分岐配管(19)とを接続し、熱交換器(20)で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気を前記気体軸受(30)に供給して潤滑するように構成する。
【００２４】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、
請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
低温排熱源と高温排熱源とを有する原動機(41)を設け、前記原動機(41)にターボ冷凍機(42)を連動連結し、前記ターボ冷凍機(42)で冷却した後の被冷却物を冷凍用媒体取り出し管から取り出される冷凍用媒体と熱交換させて冷却するように構成する。
【００２５】
また、請求項７に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
低温排熱源と高温排熱源とを有する原動機を設け、前記原動機に発電機を連動連結し、前記発電機の発電電力線に電動ターボ冷凍機を接続し、前記電動ターボ冷凍機で冷却した後の被冷却物を冷凍用媒体取り出し管から取り出される冷凍用媒体と熱交換させて冷却するように構成する。
【００２６】
【００２７】
また、請求項８に係る発明の排熱吸収冷凍機は、上述のような目的を達成するために、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機(27)から吐出されたガスを、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体に熱交換させた後に吸収器(12)に供給するように構成する。
【００２８】
【００２９】
【作用】
請求項１に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、低温排熱源からの排熱を熱源として単効用吸収冷凍機を作動する。一方、高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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)に一体的に連動連結した圧縮機(27)を駆動する。この圧縮機(27)により、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(34)を通じて、零度よりも低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
更に、圧縮機 (27) から吐出されたガスの温度が 150 ℃程度まで上昇することに着目し、そのガスの熱を再生器 (8) 内の非共沸混合媒体の加熱に利用する。
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、圧縮機 (27) から吐出されたガスの温度が 150 ℃程度まで上昇することに着目し、そのガスの熱を利用して給湯用温水を取り出す。
また、前述のように、たとえ再生器 (8) 内の非共沸混合媒体とか吸収器 (12) から再生器 (8) に供給される非共沸混合媒体の加熱に利用した後でも、そのガスあるいは凝縮液の温 度は 80 ℃以上であり、一方、給湯用温水としては、 60 ℃程度あれば十分であり、残余の熱を利用して給湯用温水を取り出すこともできる。
また、請求項３に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、低温排熱源からの排熱を熱源として単効用吸収冷凍機を作動する。一方、高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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) に一体的に連動連結した圧縮機 (27) を駆動する。この圧縮機 (27) により、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 (34) を通じて、零度よりも低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
更に、圧縮機 (27) から吐出されたガスの温度が 150 ℃程度まで上昇することに着目し、そのガスの熱を利用して給湯用温水を取り出す。
また、前述のように、たとえ再生器 (8) 内の非共沸混合媒体とか吸収器 (12) から再生器 (8) に供給される非共沸混合媒体の加熱に利用した後でも、そのガスあるいは凝縮液の温度は 80 ℃以上であり、一方、給湯用温水としては、 60 ℃程度あれば十分であり、残余の熱を利用して給湯用温水を取り出すこともできる。
【００３０】
また、請求項４に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、非共沸混合媒体として−23℃でも凍結しない冷媒を含むものを使用することにより、冷凍用媒体取り出し管(34)から、−20℃でも凍結しない冷凍用媒体を取り出すことができる。
【００３１】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、蒸気タービン(21)を作動するための、熱交換器(20)で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気自体を潤滑剤として気体軸受(30)に供給し、その気体軸受(30)によって、圧縮機(27)と蒸気タービン(21)とを連動連結する伝動軸(26)を支持する。
【００３２】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、原動機(41)に連動連結したターボ冷凍機(42)によって被冷却物を冷却し、その被冷却物を、原動機(41)からの排熱によって得られる冷凍用媒体と熱交換させて冷却する。
【００３３】
また、請求項７に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、原動機に発電機を連動連結して発電し、その発電機の電力で駆動される電動ターボ冷凍機によって被冷却物を冷却し、その被冷却物を、原動機からの排熱によって得られる冷凍用媒体と熱交換させて冷却する。
【００３４】
【００３５】
また、請求項８に係る発明の排熱吸収冷凍機の構成によれば、圧縮機(27)から吐出されたガスの温度が150℃程度まで上昇することに着目し、そのガスの熱を吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体の加熱に利用する。
【００３６】
【００３７】
【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、本発明に係る排熱吸収冷凍機の前提構成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。
【００３８】
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。
【００３９】
ガスエンジン１の低温排熱源としてのエンジン冷却部の出口と入口とにわたって、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からのジャケット冷却水（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、水を吸収剤とした非共沸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。
【００４０】
再生器８には、精溜器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とが蒸気路を介して連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【００４１】
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。
【００４２】
再生器８と吸収器１２とにわたって、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。
【００４３】
第３の配管１６の第１の溶液ポンプ１５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。
【００４４】
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と吸収器１２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。
【００４５】
第３の配管１６において、開閉弁２３を介装したバイパス配管２４が第１の熱交換器１７と並列に接続され、そのバイパス配管２４と第４の配管２２とにわたって第３の熱交換器２５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、蒸気タービン２１から排出されるアンモニア−水系溶液の蒸気によって加熱するようになっている。
【００４６】
図２の断面図に示すように、蒸気タービン２１に伝動軸２６を介して圧縮機２７が一体的に連動連結され、蒸気タービン２１、伝動軸２６および圧縮機２７が、パッキング２８を介してシールした状態で一体化されたケーシング２９内に収容されるとともに、伝動軸２６が気体軸受３０を介して回転自在に支持されている。
【００４７】
第２の配管１３の途中箇所に第４の熱交換器３１が設けられ、この第４の熱交換器３１と蒸発器１４との間に前述の圧縮機２７が設けられ、圧縮機２７によって蒸発器１４内の蒸気を吸引し、第４の熱交換器３１を経てから吸収器１２に供給するようになっている。
【００４８】
分岐配管１９の第２の溶液ポンプ１８の上流箇所と凝縮器１０とが、流量調整弁３２を介装した補助配管３３を介して接続され、第２の熱交換器２０に供給するアンモニア溶液の量を調整し、蒸気タービン２１の出力を向上できるように構成されている。上記流量調整弁３２に代えて、第２の溶液ポンプ１８を吐出容量可変型のポンプで構成するようにしても良い。
【００４９】
蒸発器１４に、−20℃でも凍結しない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３４が付設されている。このブラインとの熱交換により、食品とか下水処理システムでの下水汚泥などの被冷却物を冷却・冷凍するのである。
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３５が通されている。
【００５０】
気体軸受３０には、第２の熱交換器２０で発生した高温高圧の蒸気が供給され、単効用吸収式冷凍機の作動媒体であるアンモニア−水系溶液によって潤滑するように構成されている。この気体軸受３０からの蒸気は、第４の配管２２を通じて吸収器１２に戻されるようになっている。
【００５１】
上記前提構成例では、蒸気タービン２１から排出されるアンモニア−水系溶液の蒸気を吸収器１２に供給するように構成しているが、その蒸気の温度が 100℃を越えるような場合には、再生器８に供給するようにしても良い。
【００５２】
また、上記前提構成例では、気体軸受３０に、第２の熱交換器２０で発生した高温高圧の蒸気を供給するように構成しているが、例えば、吸収器１２からのアンモニア−水系溶液を供給するなど、要するに、単効用吸収式冷凍機の作動媒体であるアンモニア−水系溶液によって潤滑するものであれば、各種の構成が採用できる。
【００５３】
また、上記前提構成例では、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。
【００５４】
図３は、前提構成例の変形例を示す概略構成図であり、前提構成例と異なるところは次の通りである。
すなわち、発電機３に代えてターボ冷凍機を用いるものであり、ガスエンジン４１にターボ冷凍機４２が連動連結され、被冷却物の処理搬送路４３がターボ冷凍機４２を経た後、冷凍用媒体取り出し管４４から取り出される冷凍用媒体と熱交換し、被冷却物を冷却するように構成されている。他の構成は前提構成例と同じであり、その説明は省略する。
【００５５】
この前提構成例の変形例によれば、常温から−20℃などの低温まで冷却する場合において、ターボ冷凍機４２の特性を有効に活用し、全体としての成績係数を大幅に高くできる。
ターボ冷凍機４２は、常温から−10℃や−15℃程度までの範囲で極めて成績係数が高いが、それよりも低温になると極端に成績係数が低下する。その低温での冷却を、本発明の単効用吸収冷凍機と蒸気タービンおよび圧縮機を組み合わせた冷凍構成によって行い、成績係数を低下させないようにしているのである。
【００５６】
次に、上記前提構成例のガスエンジン１，４１として下記仕様のものを用いた場合に得られる冷凍能力（−20℃のブライン冷熱）について考察する。
軸出力 ：1000kw 排気ガス温度 ： 460℃
燃料消費量：2108.139Mcal/h ジャケット水温度： 90℃
空気比 ：1.7 ジャケット水熱量：545kw
得られる冷凍能力は約 700kwであり、例えば、上記第１実施例において再生器８に排気ガスを供給して−20℃のブライン冷熱を得るように構成した場合に比較して３倍の冷凍能力を得られるものであった。
【００５７】
また、前提構成例の変形例の場合、再生器８に燃焼排ガスを供給して−20℃のブライン冷熱を得るように構成した、いわゆるガス焚き冷凍機と同一燃料の入力で比較して、４倍弱の冷凍能力を得られるものであった。
【００５８】
上述前提構成例の変形例の更なる変形例として、ターボ冷凍機４２に代えて電動ターボ冷凍機を用いるように、ガスエンジン４１に発電機を連動連結するとともに、その発電機の発電電力線に電動ターボ冷凍機を接続し、その電動ターボ冷凍機で冷却した後の被冷却物を冷凍用媒体取り出し管から取り出される冷凍用媒体と熱交換させて冷却するように構成しても良い。
【００５９】
また、上記前提構成例では、第４の熱交換器３１と蒸発器１４との間に圧縮機２７を設けているが、図４の第１実施例の要部の概略構成図に示すように、第４の熱交換器３１と吸収器１２との間に圧縮機２７を設け、蒸発器１４から第４の熱交換器３１を経て吸引される蒸気を冷却し、一部の蒸気を液化して蒸発器１４に戻すことにより減圧し、その減圧された蒸気を吸収器１２に加圧供給するように構成しても良い。この構成によれば、蒸発器１４内の圧力を吸収器１２内の圧力よりも良好に低下できる利点がある。
【００６０】
また、図４は、第１実施例を示す図であり、上述した第４の熱交換器３１の配置位置以外に前提構成例と異なるところは次の通りである。
すなわち、圧縮機２７からの蒸気路が再生器８に接続されるとともに、再生器８を経て第１の配管１１に接続され、圧縮機２７から吐出されたガスを再生器８内の非共沸混合媒体としてのアンモニア−水系溶液と熱交換させた後に吸収器１２に供給するように構成されている。他の構成は前提構成例と同じであり、同一図番を付してその説明は省略する。
【００６１】
この第１実施例によれば、前提構成例のように、圧縮機２７から吐出されたガスを直接吸収器１２に供給すると、圧縮機２７からのガスの熱（温度 150℃) が吸収器１２の冷却管３５の冷却水に無駄に放出されてしまうのに比べ、圧縮機２７から吐出されるガスの熱を回収して、再生器８内のアンモニア−水系溶液の温度を高くし、冷凍機の能力を向上できる利点がある。
シミュレーションによる一例を示せば、次の通りである。
蒸発器１４での蒸発温度−23℃、吸収器１２内のアンモニア−水系溶液の温度32℃、ジャケット冷却水の温度95℃で運転した場合、圧縮機２７から吐出されたガスを直接吸収器１２に供給するものでは、冷凍機の能力が 116RT（冷凍トン）であったのに対し、第３実施例のように熱回収するものでは、 124RTまで向上できることが判った。
【００６２】
【００６３】
【００６４】
また、図５は、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、圧縮機２７からの蒸気路が再生器８に接続され、再生器８を経て第６の配管６１を介して吸収器１２に供給するように構成され、第６の配管６１に給湯用温水取り出し用の熱交換器６２が設けられるとともに、その熱交換器６２に給湯管６３が接続され、圧縮機２７から吐出されたガスを再生器８内の非共沸混合媒体としてのアンモニア−水系溶液と熱交換させた後に、更に、給湯用温水の取り出しに利用するように構成されている。
【００６５】
この第２実施例によれば、第１実施例と同様に、圧縮機２７から吐出されるガスの熱（例えば、温度が 150℃) を回収し、再生器８内のアンモニア−水系溶液の温度を高くして冷凍機の能力を向上できるのみならず、再生器８での熱交換後の凝縮液の熱（例えば、温度が80℃) を給湯用（通常の温度としては、60℃程度である) としても回収し、排熱の回収効率を一層向上できる利点がある。他の構成は第１実施例と同じであり、同一図番を付してその説明は省略する。
【００６６】
【００６７】
【００６８】
上述実施例のガスエンジン１としては、ミラーサイクル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。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、低温排熱源からの排熱を熱源として単効用吸収冷凍機を作動しながら、高温排熱源からの排熱により蒸気タービンを駆動して圧縮機を駆動し、蒸発器内の圧力を吸収器内の圧力よりも低下させ、零度よりも低温の冷凍用媒体を取り出すから、低温排熱源および高温排熱源からの排熱によって冷凍用媒体を取り出すことができ、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれも安価にして、零度よりも低温の冷凍用媒体を得ることができる。
すなわち、例えば、上述の圧縮機として電動型圧縮機を用いれば、圧縮機の駆動に電力を要するためにランニングコストが増大する。本発明ではこのような駆動電力が不要である。
また、蒸気タービンを駆動する蒸気と、蒸発器内の圧力を吸収器内の圧力よりも低下させるために圧縮機によって吸引する蒸気とが、いずれも単効用吸収冷凍機の作動媒体である非共沸混合媒体の蒸気であり、また、軸受潤滑を同一媒体で行えることから、蒸気タービンと圧縮機ならびにそれらを連動連結する伝動軸を同じケーシング内に収容することができ、電動モータと圧縮機とを連動連結する伝動軸に対する軸受部の潤滑と漏洩に対するシールに複雑な構成を採用したり、密閉式のキャンドモータを用いたりする場合に比べてイニシャルコストを安価にできるのみならず、メンテナンス性を著しく向上させる。
更に、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して、再生器内の非共沸混合媒体の温度を高くするから、冷凍機の能力を向上できる。
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して給湯用温水の取り出しに利用するから、排熱の回収効率を向上できる。
また、請求項３に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、低温排熱源からの排熱を熱源として単効用吸収冷凍機を作動しながら、高温排熱源からの排熱により蒸気タービンを駆動して圧縮機を駆動し、蒸発器内の圧力を吸収器内の圧力よりも低下させ、零度よりも低温の冷凍用媒体を取り出すから、低温排熱源および高温排熱源からの排熱によって冷凍用媒体を取り出すことができ、ランニングコストおよびイニシャルコストのいずれも安価にして、零度よりも低温の冷凍用媒体を得ることができる。
すなわち、例えば、上述の圧縮機として電動型圧縮機を用いれば、圧縮機の駆動に電力を要するためにランニングコストが増大する。本発明ではこのような駆動電力が不要である。
また、蒸気タービンを駆動する蒸気と、蒸発器内の圧力を吸収器内の圧力よりも低下させるために圧縮機によって吸引する蒸気とが、いずれも単効用吸収冷凍機の作動媒体である非共沸混合媒体の蒸気であり、また、軸受潤滑を同一媒体で行えることから、蒸気タービンと圧縮機ならびにそれらを連動連結する伝動軸を同じケーシング内に収容することができ、電動モータと圧縮機とを連動連結する伝動軸に対する軸受部の潤滑と漏洩に対するシールに複雑な構成を採用したり、密閉式のキャンドモータを用いたりする場合に比べてイニシャルコストを安価にできるのみならず、メンテナンス性を著しく向上させる。
更に、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して給湯用温水の取り出しに利用するから、排熱の回収効率を向上できる。
【００７１】
また、請求項４に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、−20℃でも凍結しない冷凍用媒体を取り出すから、食品冷凍とか下水処理システムでの下水汚泥の凍結乾燥などに良好に適用でき、汎用性を向上できる。
【００７２】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、蒸気タービンと圧縮機とを連動連結する伝動軸の気体軸受の潤滑を、蒸気タービンを作動する非共沸混合媒体の蒸気自体によって行うから、その蒸気の一部が軸受から漏洩しようとも異物にならず、潤滑油を用いる場合のような高いシール構成を不要にでき、軸受部に対する潤滑と漏洩に対するシールを、簡単な構成で安価にして良好に行える。また、軸受の摩擦損失を極めて小さくすることができる。
【００７３】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、例えば、食品冷凍とか下水処理システムでの下水汚泥の凍結乾燥のように、常温から−20℃などの低温まで冷却する場合に、常温から−10℃や−15℃程度までは、その範囲で極めて成績係数の高いターボ冷凍機によって被冷却物を冷却し、それより低温の範囲では原動機からの排熱によって得られる冷凍用媒体で冷却し、常温から低温まで冷却する場合に、全体としての成績係数を大幅に高くできる。
【００７４】
また、請求項７に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、原動機に連動連結した発電機の電力によって電動ターボ冷凍機を駆動し、例えば、食品冷凍とか下水処理システムでの下水汚泥の凍結乾燥のように、常温から−20℃などの低温まで冷却する場合に、常温から−10℃や−15℃程度までは、その範囲で極めて成績係数の高い電動ターボ冷凍機によって被冷却物を冷却し、それより低温の範囲では原動機からの排熱によって得られる冷凍用媒体で冷却し、常温から低温まで冷却する場合に、全体としての成績係数を大幅に高くできる。
【００７５】
【００７６】
また、請求項８に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、圧縮機から吐出されるガスの熱を回収して吸収器から再生器に供給される非共沸混合媒体を加熱し、再生器内の非共沸混合媒体の温度を高くするから、冷凍機の能力を向上できる。
【００７７】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る排熱吸収冷凍機の前提構成例を示す概略構成図である。
【図２】 要部の断面図である。
【図３】 前提構成例の変形例を示す概略構成図である。
【図４】 第１実施例を示す要部の概略構成図である。
【図５】 第２実施例を示す要部の概略構成図である。
【図６】 従来例の概略構成図である。
【図７】 ｌｎｐ−１／Ｔ線図である。
【図８】 ｌｎｐ−１／Ｔ線図である。
【図９】 ｌｎｐ−１／Ｔ線図である。
【符号の説明】
１…原動機としてのガスエンジン
４…ガス配管
７…循環配管
８…再生器
１０…凝縮器
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
２６…伝動軸
２７…圧縮機
３０…気体軸受
３４…冷凍用媒体取り出し管
４１…原動機としてのガスエンジン
４２…ターボ冷凍機
４４…冷凍用媒体取り出し管
６２…給湯用温水取り出し用の熱交換器

Claims (8)

130℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と、
130℃よりも高い温度の排熱を発生する高温排熱源と、
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、
前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器(8) とにわたって接続される循環配管(7) と、
前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む非共沸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、
前記配管(16)の途中に接続されて非共沸混合媒体を取り出す分岐配管(19)と、 前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源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、前記高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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)で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン(21)と、
前記蒸発器(14)と前記吸収器(12)とを連通接続する蒸気路と、
前記蒸気路に設けられるとともに前記蒸気タービン(21)に一体的に連動連結されて前記蒸発器(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(27)と、
前記蒸発器(14)に付設されて低温の冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管(34)とを備え、
かつ、圧縮機 (27) から吐出されたガスを再生器 (8) 内の非共沸混合媒体と熱交換させた後に吸収器 (12) に供給することを特徴とする排熱吸収冷凍機。

請求項１に記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機 (27) から吐出されたガスの熱を、吸収器 (12) に供給する前に、給湯用温水取り出し用の熱交換器 (62) で回収するものである排熱吸収冷凍機。

130 ℃よりも低い温度の排熱を発生する低温排熱源と、
130 ℃よりも高い温度の排熱を発生する高温排熱源と、
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、
前記低温排熱源からの排熱を熱源とするように前記低温排熱源と前記再生器 (8) とにわたって接続される循環配管 (7) と、
前記低温排熱源からの排熱によって蒸発可能な冷媒を含む非共沸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、
前記配管 (16) の途中に接続されて非共沸混合媒体を取り出す分岐配管 (19) と、 前記高温排熱源に接続されて前記高温排熱源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、前記高温排熱源からの排気ガスにより非共沸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) で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気によって駆動する蒸気タービン (21) と、
前記蒸発器 (14) と前記吸収器 (12) とを連通接続する蒸気路と、
前記蒸気路に設けられるとともに前記蒸気タービン (21) に一体的に連動連結されて前記蒸発器 (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 (27) と、
前記蒸発器 (14) に付設されて低温の冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管 (34) とを備え、
かつ、圧縮機 (27) から吐出されたガスの熱を、吸収器 (12) に供給する前に、給湯用温水 取り出し用の熱交換器 (62) で回収することを特徴とする排熱吸収冷凍機。

請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
非共沸混合媒体が− 23 ℃でも凍結しない冷媒を含み、かつ、冷凍用媒体取り出し管 (34) から、− 20 ℃でも凍結しない冷凍用媒体を取り出すものである排熱吸収冷凍機。

請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機 (27) と蒸気タービン (21) とを連動連結する伝動軸 (26) を気体軸受 (30) によって支持するとともに、前記気体軸受 (30) と分岐配管 (19) とを接続し、熱交換器 (20) で蒸発した非共沸混合媒体の蒸気を前記気体軸受 (30) に供給して潤滑するものである排熱吸収冷凍機。

請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
低温排熱源と高温排熱源とを有する原動機 (41) を設け、前記原動機 (41) にターボ冷凍機 (42) を連動連結し、前記ターボ冷凍機 (42) で冷却した後の被冷却物を冷凍用媒体取り出し管 (44) から取り出される冷凍用媒体と熱交換させて冷却するものである排熱吸収冷凍機。

請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
低温排熱源と高温排熱源とを有する原動機を設け、前記原動機に発電機を連動連結し、前記発電機の発電電力線に電動ターボ冷凍機を接続し、前記電動ターボ冷凍機で冷却した後の被冷却物を冷凍用媒体取り出し管から取り出される冷凍用媒体と熱交換させて冷却するものである排熱吸収冷凍機。

請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記載の排熱吸収冷凍機において、
圧縮機 (27) から吐出されたガスを、吸収器 (12) から再生器 (8) に供給される非共沸混合媒体に熱交換させた後に吸収器 (12) に供給するものである排熱吸収冷凍機。

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