JP4301666B2 - 排熱吸収冷凍機 - Google Patents
排熱吸収冷凍機 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4301666B2 JP4301666B2 JP35280399A JP35280399A JP4301666B2 JP 4301666 B2 JP4301666 B2 JP 4301666B2 JP 35280399 A JP35280399 A JP 35280399A JP 35280399 A JP35280399 A JP 35280399A JP 4301666 B2 JP4301666 B2 JP 4301666B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- exhaust heat
- temperature
- pipe
- absorber
- heat source
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
- Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/62—Absorption based systems
- Y02B30/625—Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
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５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０１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。このジャケット冷却水は、通常ガスエンジン０１の排気ガスの排熱も排気ガス熱交換器を介して回収している。
【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。
【０００８】
ところが、アンモニアや、ＬｉＢｒ（リチウムブロマイド）などの吸収式冷凍機では、吸収プロセスや蒸発プロセスにたよっているために、電動型圧縮機によって冷媒を強制的に圧縮・膨張する冷媒回路を備えた冷凍機に比べ、成績係数が低くなる傾向にある。
【０００９】
そのため、従来より、吸収式冷凍機の成績係数を高くする方法が種々検討され、その一つとして、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なプロセスが提案されている。
【００１０】
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、前述のような電動型圧縮機によって冷媒を強制的に圧縮・膨張する冷媒回路を備えた冷凍機の場合と同様に低温の温度を取り出すことができる。また、性能面においても、電動型圧縮機に使用する電力を除いた場合の成績係数を 1.2倍以上に高めることができる。また、従来の方法では、デューリング線図上、ジャケット冷却水レベルの温度を加熱源として、−10℃以下の冷熱を取り出すことができないが、この構成によれば取り出すことができるようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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ず、例えば、アンモニア吸収冷凍機に適用した場合、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すなど、潤滑油と漏洩の問題が、開発を阻害する大きな要因になっていた。
【００１２】
また、同時に、電動型圧縮機の駆動に必要な電力が大きくてランニングコストが増大する問題があった。もちろん、潤滑油や漏洩の問題だけであれば、密閉式のキャンドモータを用いることも可能であるが、ランニングコストやイニシャルコストが増大する欠点があった。
【００１３】
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２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にして良好に行えるようにすることを目的とし、請求項３および請求項４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５に係る発明は、熱回収をより良好に行えるようにすることを目的とし、請求項６に係る発明は、高温排熱源からの排熱回収効率を向上できるようにすることを目的する。
【００１４】
【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、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)に非共沸混合媒体を供給する配管(11)の途中に接続されて再生器(8) から前記吸収器(12)に供給する非共沸混合媒体の一部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、
を備えて構成する。
【００１５】
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。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１に係る発明の排熱吸収冷凍機における圧縮機(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。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１または請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機における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ように構成する。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１または請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機における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。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前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のいずれかに係る発明の排熱吸収冷凍機における蒸気路の圧縮機(27)と吸収器(12)との間に、前記圧縮機(27)からの吐出ガスによって、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体を加熱する熱交換器(25)を設けて構成する。
【００２０】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前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のいずれかに係る発明の排熱吸収冷凍機における高温排熱源から熱交換器(20)を経た排ガス配管に、給湯用温水取り出し用の熱交換器(33)を設けて構成する。
【００２１】
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。
【００２２】
【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、再生器(8) から吸収器(12)に供給される、約85℃などと比較的高温の非共沸混合媒体を熱交換器(20)を介して加熱して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)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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、圧縮機(27)からの吐出ガスの排熱によって、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体を加熱する。
【００２７】
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、蒸気タービン(21)駆動用蒸気の発生のために熱回収された排気ガスを熱交換器(33)に供給し、その排気ガスの顕熱および潜熱を、給湯用温水の取り出しのために回収する。
【００２８】
【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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１の配管１１の再生器８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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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と吸収器１２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。この蒸発器１４と吸収器１２とを接続する蒸気配管を蒸気路と称する。
【００３９】
ガス配管４の第２の熱交換器２０の下流側において、給湯管３２とにわたって給湯用温水取り出し用の熱交換器３３が設けられ、第２の熱交換器２０で蒸気タービン２１駆動用の蒸気発生のために顕熱分が回収された後の排気ガスから顕熱および潜熱を回収して給湯用温水を得るように構成されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記第１実施例では、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。
【００４３】
また、上記第１実施例では、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。
【００４４】
また、上記第１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。
【００４５】
図３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、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。他の構成は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。
【００４６】
この第２実施例によれば、常温から−10℃以下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℃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。
【００４７】
上述第２実施例の変形例として、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。
【００４８】
図４は、本発明に係る排熱吸収冷凍機の第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、圧縮機２７からの蒸気路が、第３の熱交換器２４と蒸気タービン２１との間において第４の配管２２に接続され、圧縮機２７からの吐出ガスによって、吸収器１２から再生器８に供給される非共沸混合媒体を加熱するように構成されている。
【００４９】
上述実施例では、再生器８から吸収器１２に供給される非共沸混合媒体であるアンモニア−水系溶液の一部を取り出し、第２の熱交換器２０を排ガスボイラとして蒸気を発生させているため、吸収器１２から非共沸混合媒体を取り出す場合に比べて、吸収剤に対する冷媒の濃度、すなわち、水に対するアンモニアの濃度が低い部分を使用でき、ランキン効率を向上できている。
【００５０】
また、第１の熱交換器１７に供給される上流側で非共沸混合媒体であるアンモニア−水系溶液の一部を取り出す結果、第１の熱交換器１７で吸収器１２から再生器８に供給されるアンモニア−水系溶液の加熱に供される熱量が少なくなることになる。しかしながら、再生器８から吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液の温度が約85℃で、吸収器１２から再生器８に供給されるアンモニア−水系溶液の温度約32℃に比べて十分高い上に、下降流に比較して吸収器１２から再生器８に供給される上昇流の方がエンタルピ落差が小さく、上昇流によって律速されるため、第１の熱交換器１７での熱交換量は変わらず、悪影響を与えることはない。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
【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て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。
しかも、再生器から吸収器に供給する非共沸混合媒体を熱交換器に供給し、高温排熱源からの排気ガスと熱交換させて蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させるから、排気ガスの顕熱のみで蒸気を発生することができ、熱交換器あるいは排ガス配管の酸性凝縮水による腐食損傷を回避できるために高価な材料を用いる必要が無く、例えば、吸収器からの非共沸混合媒体を用いる場合に比べて安価にできる利点がある。
詳述すれば、再生器から吸収器に供給する非共沸混合媒体の温度が約85℃と高いのに対して、吸収器からの非共沸混合媒体を用いる場合、その非共沸混合媒体の温度が約32℃程度と低いため、蒸気を発生させるために多量の熱量を必要とし、高温排熱源からの排気ガスの顕熱のみならず潜熱まで消費されることになる。排気ガスが凝縮液化すると、排気ガス中の亜硫酸成分などによって酸性凝縮水が生じ、この酸性凝縮水が高圧下で熱交換器あるいは排ガス配管に作用して腐食損傷させる。この結果、腐食損傷による破裂等を防止するためにチタン等の高級な耐腐食性材料が必要になって高価になってしまうのである。
【００５４】
また、請求項２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。
【００５５】
また、請求項３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℃以下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。
【００５６】
また、請求項４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℃以下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。
【００５７】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、圧縮機からの吐出ガスの排熱を、吸収器から再生器に供給される非共沸混合媒体の加熱に利用するから、熱回収をより良好に行える。
【００５８】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、高温排熱源からの排気ガスの顕熱の範囲で、蒸気タービン駆動用蒸気の発生のための熱が排気ガスから回収され、その後の排気ガスを熱交換器に供給し、その排気ガスの顕熱および潜熱を回収して給湯用温水を取り出すから、高温排熱源からの排熱回収効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排熱吸収冷凍機の第１実施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】第２実施例を示す概略構成図である。
【図４】第３実施例を示す概略構成図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【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
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
２５…第３の熱交換器
２６…伝動軸
２７…圧縮機
３０…気体軸受
３３…給湯用温水取り出し用の熱交換器
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
【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５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０１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。このジャケット冷却水は、通常ガスエンジン０１の排気ガスの排熱も排気ガス熱交換器を介して回収している。
【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。
【０００８】
ところが、アンモニアや、ＬｉＢｒ（リチウムブロマイド）などの吸収式冷凍機では、吸収プロセスや蒸発プロセスにたよっているために、電動型圧縮機によって冷媒を強制的に圧縮・膨張する冷媒回路を備えた冷凍機に比べ、成績係数が低くなる傾向にある。
【０００９】
そのため、従来より、吸収式冷凍機の成績係数を高くする方法が種々検討され、その一つとして、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なプロセスが提案されている。
【００１０】
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、前述のような電動型圧縮機によって冷媒を強制的に圧縮・膨張する冷媒回路を備えた冷凍機の場合と同様に低温の温度を取り出すことができる。また、性能面においても、電動型圧縮機に使用する電力を除いた場合の成績係数を 1.2倍以上に高めることができる。また、従来の方法では、デューリング線図上、ジャケット冷却水レベルの温度を加熱源として、−10℃以下の冷熱を取り出すことができないが、この構成によれば取り出すことができるようになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、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ず、例えば、アンモニア吸収冷凍機に適用した場合、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すなど、潤滑油と漏洩の問題が、開発を阻害する大きな要因になっていた。
【００１２】
また、同時に、電動型圧縮機の駆動に必要な電力が大きくてランニングコストが増大する問題があった。もちろん、潤滑油や漏洩の問題だけであれば、密閉式のキャンドモータを用いることも可能であるが、ランニングコストやイニシャルコストが増大する欠点があった。
【００１３】
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２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にして良好に行えるようにすることを目的とし、請求項３および請求項４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５に係る発明は、熱回収をより良好に行えるようにすることを目的とし、請求項６に係る発明は、高温排熱源からの排熱回収効率を向上できるようにすることを目的する。
【００１４】
【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、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)に非共沸混合媒体を供給する配管(11)の途中に接続されて再生器(8) から前記吸収器(12)に供給する非共沸混合媒体の一部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、
を備えて構成する。
【００１５】
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。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１に係る発明の排熱吸収冷凍機における圧縮機(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。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１または請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機における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ように構成する。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前述のような目的を達成するために、請求項１または請求項２に係る発明の排熱吸収冷凍機における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。
【００１９】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前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のいずれかに係る発明の排熱吸収冷凍機における蒸気路の圧縮機(27)と吸収器(12)との間に、前記圧縮機(27)からの吐出ガスによって、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体を加熱する熱交換器(25)を設けて構成する。
【００２０】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機は、前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のいずれかに係る発明の排熱吸収冷凍機における高温排熱源から熱交換器(20)を経た排ガス配管に、給湯用温水取り出し用の熱交換器(33)を設けて構成する。
【００２１】
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。
【００２２】
【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、再生器(8) から吸収器(12)に供給される、約85℃などと比較的高温の非共沸混合媒体を熱交換器(20)を介して加熱して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)を通じて低温の冷凍用媒体を取り出すことができる。
【００２３】
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、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。
【００２４】
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、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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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、圧縮機(27)からの吐出ガスの排熱によって、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体を加熱する。
【００２７】
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、蒸気タービン(21)駆動用蒸気の発生のために熱回収された排気ガスを熱交換器(33)に供給し、その排気ガスの顕熱および潜熱を、給湯用温水の取り出しのために回収する。
【００２８】
【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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
第１の配管１１の再生器８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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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と吸収器１２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。この蒸発器１４と吸収器１２とを接続する蒸気配管を蒸気路と称する。
【００３９】
ガス配管４の第２の熱交換器２０の下流側において、給湯管３２とにわたって給湯用温水取り出し用の熱交換器３３が設けられ、第２の熱交換器２０で蒸気タービン２１駆動用の蒸気発生のために顕熱分が回収された後の排気ガスから顕熱および潜熱を回収して給湯用温水を得るように構成されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記第１実施例では、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。
【００４３】
また、上記第１実施例では、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。
【００４４】
また、上記第１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。
【００４５】
図３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、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。他の構成は第１実施例と同じであり、その説明は省略する。
【００４６】
この第２実施例によれば、常温から−10℃以下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℃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。
【００４７】
上述第２実施例の変形例として、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。
【００４８】
図４は、本発明に係る排熱吸収冷凍機の第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、圧縮機２７からの蒸気路が、第３の熱交換器２４と蒸気タービン２１との間において第４の配管２２に接続され、圧縮機２７からの吐出ガスによって、吸収器１２から再生器８に供給される非共沸混合媒体を加熱するように構成されている。
【００４９】
上述実施例では、再生器８から吸収器１２に供給される非共沸混合媒体であるアンモニア−水系溶液の一部を取り出し、第２の熱交換器２０を排ガスボイラとして蒸気を発生させているため、吸収器１２から非共沸混合媒体を取り出す場合に比べて、吸収剤に対する冷媒の濃度、すなわち、水に対するアンモニアの濃度が低い部分を使用でき、ランキン効率を向上できている。
【００５０】
また、第１の熱交換器１７に供給される上流側で非共沸混合媒体であるアンモニア−水系溶液の一部を取り出す結果、第１の熱交換器１７で吸収器１２から再生器８に供給されるアンモニア−水系溶液の加熱に供される熱量が少なくなることになる。しかしながら、再生器８から吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液の温度が約85℃で、吸収器１２から再生器８に供給されるアンモニア−水系溶液の温度約32℃に比べて十分高い上に、下降流に比較して吸収器１２から再生器８に供給される上昇流の方がエンタルピ落差が小さく、上昇流によって律速されるため、第１の熱交換器１７での熱交換量は変わらず、悪影響を与えることはない。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
【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て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。
しかも、再生器から吸収器に供給する非共沸混合媒体を熱交換器に供給し、高温排熱源からの排気ガスと熱交換させて蒸気タービン駆動用の蒸気を発生させるから、排気ガスの顕熱のみで蒸気を発生することができ、熱交換器あるいは排ガス配管の酸性凝縮水による腐食損傷を回避できるために高価な材料を用いる必要が無く、例えば、吸収器からの非共沸混合媒体を用いる場合に比べて安価にできる利点がある。
詳述すれば、再生器から吸収器に供給する非共沸混合媒体の温度が約85℃と高いのに対して、吸収器からの非共沸混合媒体を用いる場合、その非共沸混合媒体の温度が約32℃程度と低いため、蒸気を発生させるために多量の熱量を必要とし、高温排熱源からの排気ガスの顕熱のみならず潜熱まで消費されることになる。排気ガスが凝縮液化すると、排気ガス中の亜硫酸成分などによって酸性凝縮水が生じ、この酸性凝縮水が高圧下で熱交換器あるいは排ガス配管に作用して腐食損傷させる。この結果、腐食損傷による破裂等を防止するためにチタン等の高級な耐腐食性材料が必要になって高価になってしまうのである。
【００５４】
また、請求項２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。
【００５５】
また、請求項３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℃以下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。
【００５６】
また、請求項４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℃以下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。
【００５７】
また、請求項５に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、圧縮機からの吐出ガスの排熱を、吸収器から再生器に供給される非共沸混合媒体の加熱に利用するから、熱回収をより良好に行える。
【００５８】
また、請求項６に係る発明の排熱吸収冷凍機によれば、高温排熱源からの排気ガスの顕熱の範囲で、蒸気タービン駆動用蒸気の発生のための熱が排気ガスから回収され、その後の排気ガスを熱交換器に供給し、その排気ガスの顕熱および潜熱を回収して給湯用温水を取り出すから、高温排熱源からの排熱回収効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排熱吸収冷凍機の第１実施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】第２実施例を示す概略構成図である。
【図４】第３実施例を示す概略構成図である。
【図５】従来例の概略構成図である。
【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
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
２５…第３の熱交換器
２６…伝動軸
２７…圧縮機
３０…気体軸受
３３…給湯用温水取り出し用の熱交換器
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
Claims (6)
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、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)に非共沸混合媒体を供給する配管(11)の途中に接続されて再生器(8) から前記吸収器(12)に供給する非共沸混合媒体の一部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、
を備えたことを特徴とする排熱吸収冷凍機。
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、
前記再生器(8) から前記吸収器(12)に非共沸混合媒体を供給する配管(11)の途中に接続されて再生器(8) から前記吸収器(12)に供給する非共沸混合媒体の一部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、
を備えたことを特徴とする排熱吸収冷凍機。
請求項１に記載の圧縮機(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または請求項２に記載の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または請求項２に記載の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のいずれかに記載の蒸気路の圧縮機(27)と吸収器(12)との間に、前記圧縮機(27)からの吐出ガスによって、吸収器(12)から再生器(8) に供給される非共沸混合媒体を加熱する熱交換器(25)を設けて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高温排熱源から熱交換器(20)を経た排ガス配管に、給湯用温水取り出し用の熱交換器(33)を設けてある排熱吸収冷凍機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35280399A JP4301666B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 排熱吸収冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35280399A JP4301666B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 排熱吸収冷凍機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001174098A JP2001174098A (ja) | 2001-06-29 |
| JP4301666B2 true JP4301666B2 (ja) | 2009-07-22 |
Family
ID=18426551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35280399A Expired - Fee Related JP4301666B2 (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 排熱吸収冷凍機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4301666B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106546033A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-03-29 | 天津大学 | 气体机多余热源驱动增压三效复合制冷循环系统 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008008581A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Toho Gas Co Ltd | 吸着式暖房・給湯装置 |
| JP2008008582A (ja) * | 2006-06-30 | 2008-01-17 | Toho Gas Co Ltd | 吸着式暖房・給湯装置 |
| JP4996313B2 (ja) * | 2007-04-10 | 2012-08-08 | 大阪瓦斯株式会社 | ガスシール機構及び動力システム |
| JP2014152950A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-25 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 冷凍システム、船舶及び冷凍システムの運転方法 |
| CN103245126A (zh) * | 2013-04-09 | 2013-08-14 | 天津大学 | 船用发动机的冷电双效余热回收系统 |
| CN107842907B (zh) * | 2017-12-07 | 2023-09-29 | 青岛宏科达机械科技有限公司 | 一种制热供暖系统 |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35280399A patent/JP4301666B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106546033A (zh) * | 2016-11-03 | 2017-03-29 | 天津大学 | 气体机多余热源驱动增压三效复合制冷循环系统 |
| CN106546033B (zh) * | 2016-11-03 | 2018-06-19 | 天津大学 | 气体机多余热源驱动增压三效复合制冷循环系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001174098A (ja) | 2001-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH01131860A (ja) | 燃焼を動力とする冷凍方式 | |
| JP4274619B2 (ja) | 排熱回収システム | |
| JP2004251125A (ja) | 排熱回収システム | |
| CN109736963A (zh) | 一种船舶发动机的余热利用系统及方法 | |
| US20110056219A1 (en) | Utilization of Exhaust of Low Pressure Condensing Steam Turbine as Heat Input to Silica Gel-Water Working Pair Adsorption Chiller | |
| JP4301666B2 (ja) | 排熱吸収冷凍機 | |
| JP2001248936A (ja) | 排熱吸収冷凍システム | |
| CN113339696A (zh) | 一种二氧化碳增压储存装置及方法 | |
| JP4187562B2 (ja) | アンモニア吸収ヒートポンプ | |
| JPH10274010A (ja) | バイナリー発電システム | |
| JP3169441B2 (ja) | 油吸収型熱サイクル | |
| JP4265714B2 (ja) | 排熱吸収冷凍機 | |
| JP5389366B2 (ja) | 水蒸気圧縮・吸収ハイブリッド冷凍機 | |
| JP4233201B2 (ja) | 排熱吸収冷凍機 | |
| JP4187563B2 (ja) | アンモニア吸収冷凍機 | |
| JP4005884B2 (ja) | アンモニア吸収冷凍機 | |
| JP2001116391A (ja) | 排熱吸収冷凍機 | |
| JPH02106665A (ja) | 吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム | |
| JP2005147447A (ja) | アンモニア−水非共沸混合媒体循環システム | |
| JP4462759B2 (ja) | 排熱回収システム | |
| JPH0329961B2 (ja) | ||
| JPH11343864A (ja) | 深冷タービン発電システム | |
| JP2687080B2 (ja) | 冷凍機及びその運転方法 | |
| JPH01150763A (ja) | 廃熱回収冷房装置 | |
| CN115854591A (zh) | 一种热泵蒸汽系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050421 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080411 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080422 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090106 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090227 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090227 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090421 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090421 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501 Year of fee payment: 3 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |