JP5015389B2 - 発電・冷却システム及びその運転方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，自然界の冷熱や各種排熱を利用して，例えば冬季においては発電し，冬季以外の時期においては系外の熱媒を冷却することが可能な発電・冷却システムとその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，雪氷などの自然界で発生した熱源を利用した各種システムが提案されている。例えば，特公平５−６５７８１号には，冬季に降る雪を利用して物資を冷蔵する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来は，このような未利用エネルギーの活用は極一部に限られており，なかなか活用されていなかった。例えば各種プラントや産業設備などから排出される５０℃程度の低温度レベルの温水は，熱源として利用することが難しかった。このように排出された低温度レベルの温水をそのまま廃棄すると，地球温暖化を助長することにもなってしまう。
【０００４】
本発明の目的は，自然界で得られる冷熱や各種排熱を有効に利用して，エネルギー回収可能なシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明によれば，冷媒を蒸発及び凝縮可能な第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器を備え，これら第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間に，第１の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第２の蒸発器凝縮器に送る第１の管路と，第２の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第１の蒸発器凝縮器に送る第２の管路を設け，これら第１の管路と第２の管路を選択可能に構成すると共に，第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間で蒸発された冷媒を送る第３の管路を設け，この第３の管路に，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電する発電機と，蒸発された冷媒を圧縮させる圧縮機を設け，発電サイクルを行う場合は，蓄熱槽に自然界で作られた氷または雪を投入して冷却した熱媒水を用いることにより，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送り，第２の蒸発器凝縮器において，排熱を利用して冷媒を蒸発させ，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電し，冷凍サイクルを行う場合は，冷却塔で冷却した熱媒水を用いることにより，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，膨張弁で減圧させ，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却し，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送るに際し，圧縮することを特徴とする，発電・冷却システムが提供される。
【０００６】
この発電・冷却システムは，自然界の冷熱や各種排熱を利用して，例えば冬季においては発電し，冬季以外においては系外の熱媒を冷却する運転を行うことができ，同一のシステムでありながら，発電と冷却を切換えて行う可逆サイクルを構成できる。
【０００７】
即ち，発電サイクルを行う場合は，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させる。この場合，例えば氷柱などといった自然界で作られた氷や雪を利用して冷媒を冷却し，凝縮させることができる。そして，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送る。この場合，第１の管路に例えば送液ポンプを設け，該送液ポンプの稼動で冷媒を送液すると良い。また，高低差などを利用して，第１の蒸発器凝縮器から第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に冷媒を送液するようにしても良い。
【０００８】
そして，第２の蒸発器凝縮器では，排熱を利用して冷媒を加熱し，蒸発させる。この場合，例えば５０℃程度の排熱により冷媒を加熱し，蒸発させることが可能である。このため，従来利用困難であった低温度レベルの温排熱やコージェネレーションからの排熱であって，暖房や給湯などの他用途に使った後の，いわば排排熱でも加熱源に利用でき，低温度レベルの熱落差を利用した熱駆動サイクルの構築が可能となる。工場などのプロセス排熱を加熱源に利用しても良い。
【０００９】
そして，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送り，その際に，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって，例えばタービンを回転駆動させ，発電する。タービンを駆動することにより，減圧した冷媒（蒸気）は，第１の蒸発器凝縮器に送られた後，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００１０】
一方，冷凍サイクルを行う場合は，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を冷却し，凝縮させる。この場合，例えば冷却塔に循環させた冷却水などを利用して冷媒を冷却し，凝縮させることができる。なお，このように第２の蒸発器凝縮器において，冷却塔に循環させた冷却水を利用して冷媒を冷却する場合，冷却塔において気化蒸発作用で潜熱を奪う「外気」が自然界の冷熱である。他に海水，地中と土壌との冷熱などを自然界の冷熱として例示できる。そして，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送る。なお，第２の管路には，膨張弁を設けておくと良い。
【００１１】
そして，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を系外の熱媒と熱的に接触（熱交換）させ，系外の熱媒から熱を奪って冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却する。これにより，例えば冷水を作り出し，作り出した冷水を冷房等に利用することができる。そして，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送る。その際に，冷媒（蒸気）を圧縮する。こうして高温高圧の状態で，第２の蒸発器凝縮器に送り込まれた冷媒（蒸気）は，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を，図面を参照にして説明する。図１，２は，いずれも本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１の基本構成を示す説明図であり，図１は，発電・冷却システム１において発電サイクルを行う状態を示し，図２は，発電・冷却システム１において冷凍サイクルを行う状態を示している。
【００１３】
この発電・冷却システム１は，冷媒を蒸発及び凝縮可能な第１の蒸発器凝縮器１０と第２の蒸発器凝縮器１１を備えている。また，これら第１の蒸発器凝縮器１０と第２の蒸発器凝縮器１１の間で冷媒を循環させるための，第１の管路１２，第２の管路１３及び第３の管路１４が設けられている。
【００１４】
第１の蒸発器凝縮器１０は，発電・冷却システム１において循環させられる冷媒を加熱して蒸発させ，また，冷却して凝縮させるものである。第１の蒸発器凝縮器１０は，コイル２０を備えており，蓄熱槽２１に入れられた熱媒水２２が，送水ポンプ２３の動力によって，往管２４及び復管２５を介して，このコイル２０に循環供給されている。第１の蒸発器凝縮器１０では，コイル２０の表面に冷媒（液または蒸気）を供給することにより，これら往管２４及び復管２５を介して供給される熱媒水２２を冷媒と熱交換させる。
【００１５】
第２の蒸発器凝縮器１１も同様に，発電・冷却システム１において循環させられる冷媒を加熱して蒸発させ，また，冷却して凝縮させるものである。第２の蒸発器凝縮器１１は，コイル３０を備えており，このコイル３０には，熱媒水が，往管３１及び復管３２を介して循環供給されている。
【００１６】
ここで，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，図１のように発電サイクルを行う場合は，例えば各種産業設備，各種プラント，ビル等の建物，電線，ケーブル，圧縮機等の各種設備機器などで発生する排熱を利用して加熱された熱媒水（温水）や，それら各種産業設備などで冷却に用いられて加熱された熱媒水（温水）そのものが往管３１及び復管３２を介して供給される。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，例えば冷却塔で冷却された熱媒水（冷却水）が往管３１及び復管３２を介してコイル３０に供給される。第２の蒸発器凝縮器１１では，コイル３０の表面に冷媒（液及び蒸気）を供給することにより，これら往管３１及び復管３２を介して供給される熱媒水と冷媒を熱交換させる。
【００１７】
第１の管路１２には，送液ポンプ３５と開閉弁３６が設けられている。図１のように発電サイクルを行う場合は，開閉弁３６を開き，送液ポンプ３５を稼動することにより，第１の管路１２を経て，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に冷媒を送るようになっている。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，開閉弁３６を閉じ，送液ポンプ３５の稼動を停止することにより，第１の管路１２には冷媒が流れない状態となる。
【００１８】
第２の管路１３には，膨張弁４０が設けられている。図１のように発電サイクルを行う場合は，膨張弁４０を閉じ，第２の管路１３には冷媒が流れない状態となる。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，膨張弁４０を開くことにより，第２の管路１３を経て，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に冷媒が流量を調節されて送られる状態となる。
【００１９】
第３の管路１４には，発電機と圧縮機の機能を兼ね備えた発電圧縮手段４５が設けられている。発電圧縮手段４５は，第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）と接触するタービン４６と発電電動部４７を回転軸４８で接続した構成を有する。図１のように発電サイクルを行う場合は，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に向かって第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）の機械的エネルギーによってタービン４６が回転させられる。そして，回転軸４８を介して入力された回転動力により，発電電動部４７は発電を行う。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，発電電動部４７によってタービン４６を回転駆動させ，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に向かって第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）を圧縮させるようになっている。
【００２０】
さて，以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１において，例えば冬季において発電サイクルを行う場合は，開閉弁３６を開き，送液ポンプ３５を稼動することにより，図１に示すように，第１の管路１２を経て，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に冷媒を送る状態にする。この場合，膨張弁４０を閉じ，第２の管路１３には冷媒が流れない状態にする。そして，蓄熱槽２１には，例えば氷柱などといった自然界で作られた氷や雪を投入し，自然界の冷熱を利用して冷却した熱媒水２２を，送水ポンプ２３の動力によって，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０に循環供給する。この場合，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０には，例えば約５℃程度の冷却水を供給することが可能である。また，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，例えば各種産業設備などで発生する排熱を利用して加熱した熱媒水（温水）を供給する。この場合，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，約５０〜６０℃程度の温水を供給することが可能である。
【００２１】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０では，コイル２０の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は熱媒水２２と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。一方，コイル２０表面にて冷媒と熱交換することによって加熱されたは熱媒水２２は，復管２５を経て蓄熱槽２１に戻され，蓄熱槽２１に投入された氷や雪を融解することにより再び冷却される。
【００２２】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０において凝縮させられた冷媒（液体）は，送液ポンプ３５により，第１の管路１２を経て第２の蒸発器凝縮器１１に送られる。そして，第２の蒸発器凝縮器１１において，冷媒（液体）は，コイル３０の表面に供給され，各種産業設備などで発生する排熱で加熱された熱媒水（温水）と熱交換する。これにより，第２の蒸発器凝縮器１１では，冷媒（液体）は加熱されて蒸発する。一方，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって冷却されたは熱媒水は，復管３２に戻され，各種産業設備などで発生する排熱によって再び加熱される。この場合，例えば往管３１を経て約６０℃程度の熱媒水をコイル３０に供給し，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって約５５℃程度に冷却された熱媒水を，復管３２に戻すことができる。
【００２３】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，第３の管路１４を経て，第１の蒸発器凝縮器１０に送られる。このように第３の管路１４を通過する際に，冷媒（蒸気）の機械的エネルギーにより，タービン４６が回転させられ，その回転動力により，発電電動部４７は発電を行う。こうして発電された電力は，一般電力として利用することができる。
【００２４】
そして，タービン４６を駆動することにより，減圧した冷媒（蒸気）は，第１の蒸発器凝縮器１０に送られた後，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００２５】
このように，発電・冷却システム１において発電サイクルを行えば，従来利用困難であった５０〜６０℃程度の温水や，氷柱や雪などといった自然界の冷熱を利用して発電し，エネルギー回収を行うことができる。
【００２６】
また，本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１において，例えば冬季以外の時期において冷凍サイクルを行う場合は，膨張弁４０を開くことにより，図２のように，第２の管路１３を経て，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に冷媒が流れる状態にする。この場合，開閉弁３６を閉じ，送液ポンプ３５の稼動を停止することにより，第１の管路１２には冷媒が流れない状態にする。そして，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０に，例えば冷却塔で冷却した熱媒水（冷却水）を供給する。また，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０には，蓄熱槽２１に蓄えた熱媒水２２を，送水ポンプ２３の動力によって循環供給する。
【００２７】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１では，コイル３０の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は熱媒水と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。この場合，例えば往管３１を経て約３２℃程度の熱媒水をコイル３０に供給し，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって約３７℃程度に加熱された熱媒水を，復管３２に戻すことができる。こうして加熱されたは熱媒水は，例えば冷却塔（図示せず）に戻され，自然界の冷熱（例えば外気）を利用して再び約３２℃程度まで冷却される。
【００２８】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１において凝縮させられた冷媒（液体）は，第２の管路１３に設けられた膨張弁４０を経て，第１の蒸発器凝縮器１０に送られる。そして，第１の蒸発器凝縮器１０において，冷媒（液体）は，コイル２０の表面に供給され，蓄熱槽２１から往管２４を経て供給される熱媒水２２と熱交換して蒸発し，熱媒水２２を冷却する。こうして冷却されたは熱媒水は，復管２５を経て蓄熱槽２１に戻され，冷房等に供される。
【００２９】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，第３の管路１４を経て，第２の蒸発器凝縮器１１に送られる。このように第３の管路１４を通過する際に，発電電動部４７によって回転駆動させられたタービン４６により圧縮させられる。こうして高圧となった冷媒（蒸気）が，第２の蒸発器凝縮器１１に戻され，第２の蒸発器凝縮器１１では，冷媒（蒸気）は熱媒水と熱交換することによって冷却されて，再び凝縮させられる。なお，タービン４６を回転させる発電電動部４７（モータなど）は誘電モータを用いれば，発電機としての機能を兼ね備えることができるが，発電機とモータを別体とし，第３の管路１４を通過する冷媒（蒸気）を発電機とモータに導くバイパス管路を設け，該バイパス管路の切換えにより，冷媒（蒸気）を発電機とモータに選択的に導くようにしても良い。
【００３０】
ここで，図３は，発電・冷却システム１をコージェネレーションシステム２と組み合わせた形態を示している。この図３に示す発電・冷却システム１は，発電・冷却システム１の構成自体は，先に図１，２で説明したものと同様であるが，発電サイクルを行う場合において，第２の蒸発器凝縮器１１にて冷媒を加熱する際に，コージェネレーション２の排熱を利用している。
【００３１】
即ち，コージェネレーションシステム２において，エンジン，タービン，ボイラーなどの原動機５０に管路５１を経てポンプ５２により冷却水を循環させ，その冷却水の熱（温熱）を，第２の蒸発器凝縮器１１に，熱交換器５３を介して供給することにより，発電・冷却システム１の冷媒を加熱する構成になっている。また，図示の例では，管路５１を循環する冷却水の熱（温熱）を，熱交換器５３よりも上流において熱交換器５４にて取り出すことにより，暖房や給湯などにも利用できる構成になっている。また，例えば吸収式冷凍機を熱交換器５４に連結すれば，温熱を冷熱に変換して冷房に供することができる。その後，５０〜６０℃の低下した低温排熱を熱交換器５３に供給して，発電・冷却システム１の冷媒の加熱に利用できる構成になっている。更に，原動機５０の動力によって発電機５５を駆動し，発生した電力で，発電・冷却システム１の発電電動部４７を稼動できる構成になっている。
【００３２】
このように発電・冷却システム１をコージェネレーションシステム２と組み合わせることにより，原動機５０の冷却によって生じた排熱をカスケードを利用して低温度まで利用でき，例えば，発電サイクルを行う場合は，冷却水を高温域で暖房，給湯，冷房などに利用し，低温域で発電・冷却システム１の冷媒を加熱することに利用できる。また，冷凍サイクルを行う場合は，コージェネレーションシステム２発生した電力で，発電・冷却システム１の発電電動部４７を稼動することも可能である。
【００３３】
また図４は，コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システム３と発電・冷却システム１を組み合わせた形態を示している。この図４に示す発電・冷却システム１は，発電・冷却システム１の構成自体は，先に図１，２で説明したものと同様である。
【００３４】
駆動システム３は，２つの熱交換器６０，６１を備えており，熱交換器６０から熱交換器６１に冷媒を流す管路６２と，熱交換器６１から熱交換器６０に冷媒を流す管路６３が接続されている。熱交換器６０のコイル６５には，発電・冷却システム１のコイル３０と同様，例えば冷却塔などで約３２℃程度まで冷却された冷却水が供給可能である。熱交換器６１のコイル６６には，例えばコージェネレーションから排熱された約８５℃程度の低温排熱（温水）を供給可能である。管路６３には，タービン７０が設けてあり，このタービン７０で得た回転動力を，軸７１を介して，発電・冷却システム１のタービン４６に伝達できるようになっている。なお，軸７１には，回転動力の伝達をＯＮ／ＯＦＦするためのクラッチ７２が設けてある。
【００３５】
そして，駆動システム３において，熱交換器６０では，コイル６５の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は冷却水と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。こうして凝縮させられた冷媒（液体）は，管路６２を経て熱交換器６１に送られて，コイル６６の表面に供給され，コージェネレーションから排熱された低温排熱（温水）と熱交換する。これにより，熱交換器６１では，冷媒（液体）は加熱されて蒸発する。そして，熱交換器６１において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，管路６３を経て，熱交換器６０に送られるが，管路６３を通過する際に，冷媒（蒸気）の機械的エネルギーにより，タービン７０が回転させられる。こうして得られる回転動力により，発電・冷却システム１のタービン４６を回転駆動（あるいは，発電電動部４７と共にタービン４６を回転駆動）することが可能となる。
【００３６】
このように発電・冷却システム１を，コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システム３と組み合わせることによっても，排熱をカスケード利用して低温度まで利用することが可能となる。これにより，発電電動部４７の回転に要するエネルギーを削減できる。
【００３７】
なお，クラッチ７２をＯＦＦにすることにより，タービン４６への回転動力の伝達を切ることも可能である。また，この駆動システム３において，図４中に点線で記入した管路７５及び膨張弁７６を設けることにより，駆動システム３を発電・冷却システム１と同様の構成にすることも可能である。
【００３８】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば，発電機と圧縮機の機能を兼ね備えた発電圧縮手段４５を用いたが，発電機と圧縮機をそれぞれ別個に備えても良い（その場合，発電機と圧縮機に冷媒を選択的に供給できるように構成すると良い）。また，発電サイクルを行う場合，寒冷地で実施されている幹線道路などで除雪された雪を蓄熱槽２１に投入しても良い。そうすれば，地方自治体や国道管理事務所などで行われる除雪作業とタイアップすることにより，冷熱源を安価に収集することが可能となる。また，雪や氷がないときは，別系統の冷熱を利用して発電してもよい。例えば夜間に氷を作り，それを利用して昼間に発電を行うことも可能である。また，取り出した回転動力によって発電を行わず，他の動力源に活用しても良い。更に，コージェネレーションシステムの排熱の他，清掃工場の排熱，その他の高温の都市排熱等を利用したり，他の設備で利用した後の排熱を更にカスケード利用することができる。その他，冷却塔からの冷却水に代えて，井水，河川水，雑用水（中水）なども利用できる。
【００３９】
【実施例】
図３に示した発電・冷却システム１（コージェネレーションシステム２と組み合わせた発電・冷却システム１）について，発電サイクル時のエネルギーバランスを試算した。試算条件及び冷媒の状態点は，次の通りである。
使用冷媒：Ｒ−１２３
第１の蒸発器凝縮器１０の出口において；熱媒水２２の温度５℃，冷媒凝縮条件：温度８℃，圧力０．４７ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １０２ｋａｌ／ｋｇ
送液ポンプ３５の出口において；冷媒温度８℃，圧力２．５ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １０２ｋａｌ／ｋｇ
第２の蒸発器凝縮器１１の出口（タービン４６の入口に同じ）において；排熱温度６０℃，冷媒蒸発条件：温度５５℃，圧力２．５ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ１５０ｋａｌ／ｋｇ
タービン４６の出口（第１の蒸発器凝縮器１０の入口に同じ）において；冷媒温度８℃，圧力０．４７ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １４４ｋａｌ／ｋｇ
【００４０】
雪氷熱量５００Ｒｔの場合について試算したところ，以下の通りとなった。
冷媒循環量：３６，０００ｋｇ／ｈ
第２の蒸発器凝縮器１１の加熱量：１，７２８Ｍｃａｌ／ｈ
発電量：２９０ｋＷ
発電効率：６０℃低温排熱からみて約１４％（発電効率は，排熱温度が高いほど（＝冷媒蒸発圧力が高くなるため）高くなる。）
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば，冬季は雪氷や排熱などの未利用熱エネルギーを利用した発電システムを行い，冬季以外の時期は冷凍サイクルを行うといった可逆サイクルを実現できる。特に発電システムを行う場合，従来利用することが難しかった低温度レベルの温水を加熱源として利用でき，エネルギー価値の低い低温の熱エネルギーから付加価値の高い電気エネルギーを製造できる。また，低温度レベルの温水からも熱エネルギーを得るので，地球温暖化を防止できる。夏季などには，冷凍サイクルを行って冷房需要などに供することで，システムの利用向上がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システムの基本構成を示す説明図であり，発電サイクルを行う状態を示している。
【図２】本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システムの基本構成を示す説明図であり，冷凍サイクルを行う状態を示している。
【図３】コージェネレーションシステムと組み合わせた発電・冷却システムの説明図である。
【図４】コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システムと発電・冷却システムを組み合わせた形態の説明図である。
【符号の説明】
１ 発電・冷却システム
１０ 第１の蒸発器凝縮器
１１ 第２の蒸発器凝縮器
１２ 第１の管路
１３ 第２の管路
１４ 第３の管路
３５ 送液ポンプ
４０ 膨張弁
４５ 発電圧縮手段
４６ タービン
４７ 発電電動部
【発明の属する技術分野】
本発明は，自然界の冷熱や各種排熱を利用して，例えば冬季においては発電し，冬季以外の時期においては系外の熱媒を冷却することが可能な発電・冷却システムとその運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より，雪氷などの自然界で発生した熱源を利用した各種システムが提案されている。例えば，特公平５−６５７８１号には，冬季に降る雪を利用して物資を冷蔵する方法が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，従来は，このような未利用エネルギーの活用は極一部に限られており，なかなか活用されていなかった。例えば各種プラントや産業設備などから排出される５０℃程度の低温度レベルの温水は，熱源として利用することが難しかった。このように排出された低温度レベルの温水をそのまま廃棄すると，地球温暖化を助長することにもなってしまう。
【０００４】
本発明の目的は，自然界で得られる冷熱や各種排熱を有効に利用して，エネルギー回収可能なシステムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決する手段】
本発明によれば，冷媒を蒸発及び凝縮可能な第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器を備え，これら第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間に，第１の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第２の蒸発器凝縮器に送る第１の管路と，第２の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第１の蒸発器凝縮器に送る第２の管路を設け，これら第１の管路と第２の管路を選択可能に構成すると共に，第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間で蒸発された冷媒を送る第３の管路を設け，この第３の管路に，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電する発電機と，蒸発された冷媒を圧縮させる圧縮機を設け，発電サイクルを行う場合は，蓄熱槽に自然界で作られた氷または雪を投入して冷却した熱媒水を用いることにより，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送り，第２の蒸発器凝縮器において，排熱を利用して冷媒を蒸発させ，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電し，冷凍サイクルを行う場合は，冷却塔で冷却した熱媒水を用いることにより，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，膨張弁で減圧させ，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却し，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送るに際し，圧縮することを特徴とする，発電・冷却システムが提供される。
【０００６】
この発電・冷却システムは，自然界の冷熱や各種排熱を利用して，例えば冬季においては発電し，冬季以外においては系外の熱媒を冷却する運転を行うことができ，同一のシステムでありながら，発電と冷却を切換えて行う可逆サイクルを構成できる。
【０００７】
即ち，発電サイクルを行う場合は，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させる。この場合，例えば氷柱などといった自然界で作られた氷や雪を利用して冷媒を冷却し，凝縮させることができる。そして，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送る。この場合，第１の管路に例えば送液ポンプを設け，該送液ポンプの稼動で冷媒を送液すると良い。また，高低差などを利用して，第１の蒸発器凝縮器から第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に冷媒を送液するようにしても良い。
【０００８】
そして，第２の蒸発器凝縮器では，排熱を利用して冷媒を加熱し，蒸発させる。この場合，例えば５０℃程度の排熱により冷媒を加熱し，蒸発させることが可能である。このため，従来利用困難であった低温度レベルの温排熱やコージェネレーションからの排熱であって，暖房や給湯などの他用途に使った後の，いわば排排熱でも加熱源に利用でき，低温度レベルの熱落差を利用した熱駆動サイクルの構築が可能となる。工場などのプロセス排熱を加熱源に利用しても良い。
【０００９】
そして，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送り，その際に，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって，例えばタービンを回転駆動させ，発電する。タービンを駆動することにより，減圧した冷媒（蒸気）は，第１の蒸発器凝縮器に送られた後，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００１０】
一方，冷凍サイクルを行う場合は，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を冷却し，凝縮させる。この場合，例えば冷却塔に循環させた冷却水などを利用して冷媒を冷却し，凝縮させることができる。なお，このように第２の蒸発器凝縮器において，冷却塔に循環させた冷却水を利用して冷媒を冷却する場合，冷却塔において気化蒸発作用で潜熱を奪う「外気」が自然界の冷熱である。他に海水，地中と土壌との冷熱などを自然界の冷熱として例示できる。そして，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送る。なお，第２の管路には，膨張弁を設けておくと良い。
【００１１】
そして，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を系外の熱媒と熱的に接触（熱交換）させ，系外の熱媒から熱を奪って冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却する。これにより，例えば冷水を作り出し，作り出した冷水を冷房等に利用することができる。そして，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送る。その際に，冷媒（蒸気）を圧縮する。こうして高温高圧の状態で，第２の蒸発器凝縮器に送り込まれた冷媒（蒸気）は，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の好ましい実施の形態を，図面を参照にして説明する。図１，２は，いずれも本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１の基本構成を示す説明図であり，図１は，発電・冷却システム１において発電サイクルを行う状態を示し，図２は，発電・冷却システム１において冷凍サイクルを行う状態を示している。
【００１３】
この発電・冷却システム１は，冷媒を蒸発及び凝縮可能な第１の蒸発器凝縮器１０と第２の蒸発器凝縮器１１を備えている。また，これら第１の蒸発器凝縮器１０と第２の蒸発器凝縮器１１の間で冷媒を循環させるための，第１の管路１２，第２の管路１３及び第３の管路１４が設けられている。
【００１４】
第１の蒸発器凝縮器１０は，発電・冷却システム１において循環させられる冷媒を加熱して蒸発させ，また，冷却して凝縮させるものである。第１の蒸発器凝縮器１０は，コイル２０を備えており，蓄熱槽２１に入れられた熱媒水２２が，送水ポンプ２３の動力によって，往管２４及び復管２５を介して，このコイル２０に循環供給されている。第１の蒸発器凝縮器１０では，コイル２０の表面に冷媒（液または蒸気）を供給することにより，これら往管２４及び復管２５を介して供給される熱媒水２２を冷媒と熱交換させる。
【００１５】
第２の蒸発器凝縮器１１も同様に，発電・冷却システム１において循環させられる冷媒を加熱して蒸発させ，また，冷却して凝縮させるものである。第２の蒸発器凝縮器１１は，コイル３０を備えており，このコイル３０には，熱媒水が，往管３１及び復管３２を介して循環供給されている。
【００１６】
ここで，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，図１のように発電サイクルを行う場合は，例えば各種産業設備，各種プラント，ビル等の建物，電線，ケーブル，圧縮機等の各種設備機器などで発生する排熱を利用して加熱された熱媒水（温水）や，それら各種産業設備などで冷却に用いられて加熱された熱媒水（温水）そのものが往管３１及び復管３２を介して供給される。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，例えば冷却塔で冷却された熱媒水（冷却水）が往管３１及び復管３２を介してコイル３０に供給される。第２の蒸発器凝縮器１１では，コイル３０の表面に冷媒（液及び蒸気）を供給することにより，これら往管３１及び復管３２を介して供給される熱媒水と冷媒を熱交換させる。
【００１７】
第１の管路１２には，送液ポンプ３５と開閉弁３６が設けられている。図１のように発電サイクルを行う場合は，開閉弁３６を開き，送液ポンプ３５を稼動することにより，第１の管路１２を経て，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に冷媒を送るようになっている。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，開閉弁３６を閉じ，送液ポンプ３５の稼動を停止することにより，第１の管路１２には冷媒が流れない状態となる。
【００１８】
第２の管路１３には，膨張弁４０が設けられている。図１のように発電サイクルを行う場合は，膨張弁４０を閉じ，第２の管路１３には冷媒が流れない状態となる。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，膨張弁４０を開くことにより，第２の管路１３を経て，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に冷媒が流量を調節されて送られる状態となる。
【００１９】
第３の管路１４には，発電機と圧縮機の機能を兼ね備えた発電圧縮手段４５が設けられている。発電圧縮手段４５は，第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）と接触するタービン４６と発電電動部４７を回転軸４８で接続した構成を有する。図１のように発電サイクルを行う場合は，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に向かって第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）の機械的エネルギーによってタービン４６が回転させられる。そして，回転軸４８を介して入力された回転動力により，発電電動部４７は発電を行う。一方，図２のように冷凍サイクルを行う場合は，発電電動部４７によってタービン４６を回転駆動させ，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に向かって第３の管路１４を流れる冷媒（蒸気）を圧縮させるようになっている。
【００２０】
さて，以上のように構成された本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１において，例えば冬季において発電サイクルを行う場合は，開閉弁３６を開き，送液ポンプ３５を稼動することにより，図１に示すように，第１の管路１２を経て，第１の蒸発器凝縮器１０から第２の蒸発器凝縮器１１に冷媒を送る状態にする。この場合，膨張弁４０を閉じ，第２の管路１３には冷媒が流れない状態にする。そして，蓄熱槽２１には，例えば氷柱などといった自然界で作られた氷や雪を投入し，自然界の冷熱を利用して冷却した熱媒水２２を，送水ポンプ２３の動力によって，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０に循環供給する。この場合，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０には，例えば約５℃程度の冷却水を供給することが可能である。また，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，例えば各種産業設備などで発生する排熱を利用して加熱した熱媒水（温水）を供給する。この場合，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０には，約５０〜６０℃程度の温水を供給することが可能である。
【００２１】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０では，コイル２０の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は熱媒水２２と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。一方，コイル２０表面にて冷媒と熱交換することによって加熱されたは熱媒水２２は，復管２５を経て蓄熱槽２１に戻され，蓄熱槽２１に投入された氷や雪を融解することにより再び冷却される。
【００２２】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０において凝縮させられた冷媒（液体）は，送液ポンプ３５により，第１の管路１２を経て第２の蒸発器凝縮器１１に送られる。そして，第２の蒸発器凝縮器１１において，冷媒（液体）は，コイル３０の表面に供給され，各種産業設備などで発生する排熱で加熱された熱媒水（温水）と熱交換する。これにより，第２の蒸発器凝縮器１１では，冷媒（液体）は加熱されて蒸発する。一方，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって冷却されたは熱媒水は，復管３２に戻され，各種産業設備などで発生する排熱によって再び加熱される。この場合，例えば往管３１を経て約６０℃程度の熱媒水をコイル３０に供給し，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって約５５℃程度に冷却された熱媒水を，復管３２に戻すことができる。
【００２３】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，第３の管路１４を経て，第１の蒸発器凝縮器１０に送られる。このように第３の管路１４を通過する際に，冷媒（蒸気）の機械的エネルギーにより，タービン４６が回転させられ，その回転動力により，発電電動部４７は発電を行う。こうして発電された電力は，一般電力として利用することができる。
【００２４】
そして，タービン４６を駆動することにより，減圧した冷媒（蒸気）は，第１の蒸発器凝縮器１０に送られた後，再び自然界の冷熱を利用して冷却され，凝縮させられる。
【００２５】
このように，発電・冷却システム１において発電サイクルを行えば，従来利用困難であった５０〜６０℃程度の温水や，氷柱や雪などといった自然界の冷熱を利用して発電し，エネルギー回収を行うことができる。
【００２６】
また，本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システム１において，例えば冬季以外の時期において冷凍サイクルを行う場合は，膨張弁４０を開くことにより，図２のように，第２の管路１３を経て，第２の蒸発器凝縮器１１から第１の蒸発器凝縮器１０に冷媒が流れる状態にする。この場合，開閉弁３６を閉じ，送液ポンプ３５の稼動を停止することにより，第１の管路１２には冷媒が流れない状態にする。そして，第２の蒸発器凝縮器１１のコイル３０に，例えば冷却塔で冷却した熱媒水（冷却水）を供給する。また，第１の蒸発器凝縮器１０のコイル２０には，蓄熱槽２１に蓄えた熱媒水２２を，送水ポンプ２３の動力によって循環供給する。
【００２７】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１では，コイル３０の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は熱媒水と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。この場合，例えば往管３１を経て約３２℃程度の熱媒水をコイル３０に供給し，コイル３０表面にて冷媒と熱交換することによって約３７℃程度に加熱された熱媒水を，復管３２に戻すことができる。こうして加熱されたは熱媒水は，例えば冷却塔（図示せず）に戻され，自然界の冷熱（例えば外気）を利用して再び約３２℃程度まで冷却される。
【００２８】
そして，第２の蒸発器凝縮器１１において凝縮させられた冷媒（液体）は，第２の管路１３に設けられた膨張弁４０を経て，第１の蒸発器凝縮器１０に送られる。そして，第１の蒸発器凝縮器１０において，冷媒（液体）は，コイル２０の表面に供給され，蓄熱槽２１から往管２４を経て供給される熱媒水２２と熱交換して蒸発し，熱媒水２２を冷却する。こうして冷却されたは熱媒水は，復管２５を経て蓄熱槽２１に戻され，冷房等に供される。
【００２９】
そして，第１の蒸発器凝縮器１０において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，第３の管路１４を経て，第２の蒸発器凝縮器１１に送られる。このように第３の管路１４を通過する際に，発電電動部４７によって回転駆動させられたタービン４６により圧縮させられる。こうして高圧となった冷媒（蒸気）が，第２の蒸発器凝縮器１１に戻され，第２の蒸発器凝縮器１１では，冷媒（蒸気）は熱媒水と熱交換することによって冷却されて，再び凝縮させられる。なお，タービン４６を回転させる発電電動部４７（モータなど）は誘電モータを用いれば，発電機としての機能を兼ね備えることができるが，発電機とモータを別体とし，第３の管路１４を通過する冷媒（蒸気）を発電機とモータに導くバイパス管路を設け，該バイパス管路の切換えにより，冷媒（蒸気）を発電機とモータに選択的に導くようにしても良い。
【００３０】
ここで，図３は，発電・冷却システム１をコージェネレーションシステム２と組み合わせた形態を示している。この図３に示す発電・冷却システム１は，発電・冷却システム１の構成自体は，先に図１，２で説明したものと同様であるが，発電サイクルを行う場合において，第２の蒸発器凝縮器１１にて冷媒を加熱する際に，コージェネレーション２の排熱を利用している。
【００３１】
即ち，コージェネレーションシステム２において，エンジン，タービン，ボイラーなどの原動機５０に管路５１を経てポンプ５２により冷却水を循環させ，その冷却水の熱（温熱）を，第２の蒸発器凝縮器１１に，熱交換器５３を介して供給することにより，発電・冷却システム１の冷媒を加熱する構成になっている。また，図示の例では，管路５１を循環する冷却水の熱（温熱）を，熱交換器５３よりも上流において熱交換器５４にて取り出すことにより，暖房や給湯などにも利用できる構成になっている。また，例えば吸収式冷凍機を熱交換器５４に連結すれば，温熱を冷熱に変換して冷房に供することができる。その後，５０〜６０℃の低下した低温排熱を熱交換器５３に供給して，発電・冷却システム１の冷媒の加熱に利用できる構成になっている。更に，原動機５０の動力によって発電機５５を駆動し，発生した電力で，発電・冷却システム１の発電電動部４７を稼動できる構成になっている。
【００３２】
このように発電・冷却システム１をコージェネレーションシステム２と組み合わせることにより，原動機５０の冷却によって生じた排熱をカスケードを利用して低温度まで利用でき，例えば，発電サイクルを行う場合は，冷却水を高温域で暖房，給湯，冷房などに利用し，低温域で発電・冷却システム１の冷媒を加熱することに利用できる。また，冷凍サイクルを行う場合は，コージェネレーションシステム２発生した電力で，発電・冷却システム１の発電電動部４７を稼動することも可能である。
【００３３】
また図４は，コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システム３と発電・冷却システム１を組み合わせた形態を示している。この図４に示す発電・冷却システム１は，発電・冷却システム１の構成自体は，先に図１，２で説明したものと同様である。
【００３４】
駆動システム３は，２つの熱交換器６０，６１を備えており，熱交換器６０から熱交換器６１に冷媒を流す管路６２と，熱交換器６１から熱交換器６０に冷媒を流す管路６３が接続されている。熱交換器６０のコイル６５には，発電・冷却システム１のコイル３０と同様，例えば冷却塔などで約３２℃程度まで冷却された冷却水が供給可能である。熱交換器６１のコイル６６には，例えばコージェネレーションから排熱された約８５℃程度の低温排熱（温水）を供給可能である。管路６３には，タービン７０が設けてあり，このタービン７０で得た回転動力を，軸７１を介して，発電・冷却システム１のタービン４６に伝達できるようになっている。なお，軸７１には，回転動力の伝達をＯＮ／ＯＦＦするためのクラッチ７２が設けてある。
【００３５】
そして，駆動システム３において，熱交換器６０では，コイル６５の表面に冷媒（蒸気）が供給され，冷媒は冷却水と熱交換することによって冷却されて，凝縮させられる。こうして凝縮させられた冷媒（液体）は，管路６２を経て熱交換器６１に送られて，コイル６６の表面に供給され，コージェネレーションから排熱された低温排熱（温水）と熱交換する。これにより，熱交換器６１では，冷媒（液体）は加熱されて蒸発する。そして，熱交換器６１において蒸発させられた冷媒（蒸気）は，管路６３を経て，熱交換器６０に送られるが，管路６３を通過する際に，冷媒（蒸気）の機械的エネルギーにより，タービン７０が回転させられる。こうして得られる回転動力により，発電・冷却システム１のタービン４６を回転駆動（あるいは，発電電動部４７と共にタービン４６を回転駆動）することが可能となる。
【００３６】
このように発電・冷却システム１を，コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システム３と組み合わせることによっても，排熱をカスケード利用して低温度まで利用することが可能となる。これにより，発電電動部４７の回転に要するエネルギーを削減できる。
【００３７】
なお，クラッチ７２をＯＦＦにすることにより，タービン４６への回転動力の伝達を切ることも可能である。また，この駆動システム３において，図４中に点線で記入した管路７５及び膨張弁７６を設けることにより，駆動システム３を発電・冷却システム１と同様の構成にすることも可能である。
【００３８】
以上，本発明の好ましい実施の形態の一例を示したが，本発明はここに例示した形態に限定されない。例えば，発電機と圧縮機の機能を兼ね備えた発電圧縮手段４５を用いたが，発電機と圧縮機をそれぞれ別個に備えても良い（その場合，発電機と圧縮機に冷媒を選択的に供給できるように構成すると良い）。また，発電サイクルを行う場合，寒冷地で実施されている幹線道路などで除雪された雪を蓄熱槽２１に投入しても良い。そうすれば，地方自治体や国道管理事務所などで行われる除雪作業とタイアップすることにより，冷熱源を安価に収集することが可能となる。また，雪や氷がないときは，別系統の冷熱を利用して発電してもよい。例えば夜間に氷を作り，それを利用して昼間に発電を行うことも可能である。また，取り出した回転動力によって発電を行わず，他の動力源に活用しても良い。更に，コージェネレーションシステムの排熱の他，清掃工場の排熱，その他の高温の都市排熱等を利用したり，他の設備で利用した後の排熱を更にカスケード利用することができる。その他，冷却塔からの冷却水に代えて，井水，河川水，雑用水（中水）なども利用できる。
【００３９】
【実施例】
図３に示した発電・冷却システム１（コージェネレーションシステム２と組み合わせた発電・冷却システム１）について，発電サイクル時のエネルギーバランスを試算した。試算条件及び冷媒の状態点は，次の通りである。
使用冷媒：Ｒ−１２３
第１の蒸発器凝縮器１０の出口において；熱媒水２２の温度５℃，冷媒凝縮条件：温度８℃，圧力０．４７ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １０２ｋａｌ／ｋｇ
送液ポンプ３５の出口において；冷媒温度８℃，圧力２．５ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １０２ｋａｌ／ｋｇ
第２の蒸発器凝縮器１１の出口（タービン４６の入口に同じ）において；排熱温度６０℃，冷媒蒸発条件：温度５５℃，圧力２．５ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ１５０ｋａｌ／ｋｇ
タービン４６の出口（第１の蒸発器凝縮器１０の入口に同じ）において；冷媒温度８℃，圧力０．４７ｋｇ／ｃｍ２，エンタルピ １４４ｋａｌ／ｋｇ
【００４０】
雪氷熱量５００Ｒｔの場合について試算したところ，以下の通りとなった。
冷媒循環量：３６，０００ｋｇ／ｈ
第２の蒸発器凝縮器１１の加熱量：１，７２８Ｍｃａｌ／ｈ
発電量：２９０ｋＷ
発電効率：６０℃低温排熱からみて約１４％（発電効率は，排熱温度が高いほど（＝冷媒蒸発圧力が高くなるため）高くなる。）
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば，冬季は雪氷や排熱などの未利用熱エネルギーを利用した発電システムを行い，冬季以外の時期は冷凍サイクルを行うといった可逆サイクルを実現できる。特に発電システムを行う場合，従来利用することが難しかった低温度レベルの温水を加熱源として利用でき，エネルギー価値の低い低温の熱エネルギーから付加価値の高い電気エネルギーを製造できる。また，低温度レベルの温水からも熱エネルギーを得るので，地球温暖化を防止できる。夏季などには，冷凍サイクルを行って冷房需要などに供することで，システムの利用向上がはかれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システムの基本構成を示す説明図であり，発電サイクルを行う状態を示している。
【図２】本発明の実施の形態にかかる発電・冷却システムの基本構成を示す説明図であり，冷凍サイクルを行う状態を示している。
【図３】コージェネレーションシステムと組み合わせた発電・冷却システムの説明図である。
【図４】コージェネレーションの排熱を利用して回転動力を得る駆動システムと発電・冷却システムを組み合わせた形態の説明図である。
【符号の説明】
１ 発電・冷却システム
１０ 第１の蒸発器凝縮器
１１ 第２の蒸発器凝縮器
１２ 第１の管路
１３ 第２の管路
１４ 第３の管路
３５ 送液ポンプ
４０ 膨張弁
４５ 発電圧縮手段
４６ タービン
４７ 発電電動部
Claims (3)
- 冷媒を蒸発及び凝縮可能な第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器を備え，これら第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間に，第１の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第２の蒸発器凝縮器に送る第１の管路と，第２の蒸発器凝縮器で凝縮された冷媒を第１の蒸発器凝縮器に送る第２の管路を設け，これら第１の管路と第２の管路を選択可能に構成すると共に，第１の蒸発器凝縮器と第２の蒸発器凝縮器の間で蒸発された冷媒を送る第３の管路を設け，この第３の管路に，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電する発電機と，蒸発された冷媒を圧縮させる圧縮機を設け，
発電サイクルを行う場合は，蓄熱槽に自然界で作られた氷または雪を投入して冷却した熱媒水を用いることにより，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送り，第２の蒸発器凝縮器において，排熱を利用して冷媒を蒸発させ，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電し，
冷凍サイクルを行う場合は，冷却塔で冷却した熱媒水を用いることにより，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，膨張弁で減圧させ，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却し，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送るに際し，圧縮することを特徴とする，発電・冷却システム。 - 請求項１の発電・冷却システムを運転する方法であって，蓄熱槽に自然界で作られた氷または雪を投入して冷却した熱媒水を用いることにより，第１の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第１の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第１の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送り，第２の蒸発器凝縮器において，排熱を利用して冷媒を蒸発させ，この第２の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，蒸発された冷媒の機械的エネルギーによって発電することを特徴とする，運転方法。
- 請求項１の発電・冷却システムを運転する方法であって，冷却塔で冷却した熱媒水を用いることにより，第２の蒸発器凝縮器において，自然界の冷熱を利用して冷媒を凝縮させ，この第２の蒸発器凝縮器で凝縮させた冷媒を第２の管路を経て第１の蒸発器凝縮器に送るに際し，膨張弁で減圧させ，第１の蒸発器凝縮器において，冷媒を蒸発させることにより，系外の熱媒を冷却し，この第１の蒸発器凝縮器で蒸発させた冷媒を第３の管路を経て第２の蒸発器凝縮器に送るに際し，圧縮することを特徴とする，運転方法。
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