JPH01131860A - 燃焼を動力とする冷凍方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、冷媒圧縮機が、流体燃料例えば気体又は液体
燃料例えば天然ガス又はディーゼル油の燃焼によって発
生した動力により駆動されて機関又はタービンを推進す
るようにしたシステムから改良された冷凍に関する。よ
り詳細には、本発明は、冷凍の生成においてエネルギー
の消費を減少させるために、前記の燃焼を動力とする原
動機の高温の排出ガスを利用するものである。

［従来の技術］ 基本的な冷凍方式又は系は、圧縮機、冷却器、凝縮器及
び蒸発器を一般に含む閉サイクル又は閉ループである冷
凍系は、多くの場合、凝縮器と蒸発器との間に過冷却器
を備えている。圧縮機は、屡々電動機によって駆動され
るが、流体燃料が電気よりも廉価なトン単位の冷凍（ｔ
ｏｎｎａｇｅｒｅｆ’ｒ１ｇｅｒａｔｌｏｎ　）の発生
のためには、圧縮機は、内燃機関又は燃焼タービンによ
って駆動される。

［発明の開示］ 本発明の主な目的は、機関又はタービンが冷媒圧縮機を
駆動する場合の冷凍系のエネルギーコストをより多く節
減することにある。

本発明の別の目的は、機関又はタービンの排出ガス中の
廃熱を利用して冷凍の発生においての燃料の消費を大き
く減少させることにある。

本発明の更に別の重要な目的は、燃焼によって動力を得
る原動機の排出ガスの廃熱を、圧縮された主冷媒に適用
されてそれを凝縮させる冷凍に転換するための周知の吸
収冷凍方式を提供することにある。

本発明によれば、冷媒圧縮機が燃焼期間又は燃焼タービ
ンによって駆動される冷凍方式は、吸収冷凍ユニットを
含み、このユニットは、その内部の濃縮器中の加熱管を
通るように機関又はタービンからの高温の排出ガスを流
すように接続されていると共に、吸収冷凍ユニットから
の冷却剤流を圧縮された冷媒のための凝縮器に、次に吸
収冷凍ユニットに戻るように循環させるように接続され
ている。商業的に入手される吸収冷凍ユニットの中には
、蒸気熱のみにより作動するものもあり、この場合には
、高温の排出ガスを使用して蒸気を発生させ、次にその
蒸気を吸収系の濃縮器の加熱管に導く。そのため原動機
の高温の排出ガスは、吸収ユニット中に冷凍を生ずるた
めに、直接又は間接に有利に使用される。

機械技術において知られるように、燃焼によって動力を
得る原動機と圧縮機とのいくつかの組合せが利用可能で
あり、内燃機関は、往復式の圧縮機又はスクリュー圧縮
機を、また燃焼タービンは、スクリュー圧縮機又は遠心
圧縮機を、それぞれ駆動することができる。理想的には
タービンは、遠心圧縮機に直結される。

本発明に従って使用される吸収冷凍ユニットは、いくつ
かの有力なメーカー、例えば、トレーン、日立及びキャ
リヤの各社によって、標準ユニットとして、今日提供さ
れている。これらの商業的な吸収ユニットは、ハロゲン
化リチウム、好ましくは臭化リチウムの水溶液であり、
これには、他のハロゲン化金属例えば臭化亜鉛が、作動
流体として内部に通常混合されている。

次に本発明の好ましい実施例を図面に基づいて一層詳細
に説明する。

［実施例］ 第１図の説明には、本発明の特定の例のデータが含まれ
る。

１立方フイート（標準状態）当り９８５８ＴＵの低発熱
量（正味）の天然ガスは、配管（１２）がらの必要な量
の燃焼用空気と共に、配管（１１）を経て、ガスタービ
ン（１０）の燃焼器に流入する。天然ガスの消費速度は
、１時間について約１１３１ｍ　３（４０，４００立方
フイート）（標準状態）である。タービン（１０）によ
って発生した動力は、１軸の継手（１３）を経て、遠心
圧縮機（１４）に移行される。遠心圧縮機（１４）は、
配管（１５）を経て０．９３）ｃｇ／ｃｏ＋２（１３，
３ｐｓｉ）　（絶対圧力）、温度１９．５℃（６７”Ｆ
）において流入するフレオンＲ−１２（デュポン社）の
冷媒蒸気の圧力を増大させる（冷媒蒸気は、配管（１６
）を経て、８．９　ｋｇ／ｃｍ２（９９ｐｓｉ）　（絶
対圧力）温度約１１８．７℃（２７５°Ｆ）において流
出する）。

フレオンＲ−１２は、分子量が１１２であり、１時間に
３２０４ポンドモル（ＰＭＨ）の割合で圧縮機（１４）
によって循環される。加温され圧縮された冷媒は、この
例では周囲の空気によって２６．７℃（８０’Ｆ）に冷
却された冷却器（１７）を通過する。圧力８．８　ｋｇ
／ｃｍ２（９７ｐｓｌ）　（絶対圧力）及び温度３７．
８℃（１００’　Ｆ）の冷却された冷媒は、冷却器（１
７）から配管（１８）を経て凝縮器（１９）に流入し、
そこから圧力６．７　ｋｇ／ｃｍ２（９５ｐｓｉ）　（
絶対圧力）及び温度２５．０℃（７７°Ｆ）において排
出される。圧縮された冷媒のこの冷却は、冷媒を凝縮さ
せるもので、ポンプ（２１）により配管（２２）を経て
、凝縮器（１９）に吸収冷凍ユニット（２０）から、１
６．７℃（６２°Ｆ）の温度に冷却された水を循環させ
ることによって達せられる。この水は、凝縮器（１９）
から２２．２℃（７２’Ｆ）の温度で配管（２３）を経
て吸収冷凍ユニット（２０）に返送される。冷却された
水の循環速度は、１分間当り１９３０３．５　Ｎ　　（
５１００ガロン）　　（５１００Ｇ　Ｐ　Ｍ）である。

高温の排出ガスは、圧力１．１　ｋｇ／ａｍ２（１５，
２ｐｓｌ）（絶対圧力）及び温度約５３２Ｊ℃（９９０
’Ｆ）で、配管（２４）を経てガスタービン（１０）を
離去し、日立製の吸収冷凍ユニット（２０）に通される
。排出ガスの廃熱は、吸収冷凍ユニット（２０）の濃縮
器において、これを通り循環される臭化リチウム溶液か
ら水を蒸発させるために利用される。排出ガスは、ユニ
ット（２０）から、温度約１７６．７℃（３５０°Ｆ）
において配管（２５）を経て大気に放出される。周知の
ように、吸収ユニット（２０）は、それを貫流する冷却
空気を必要としている。ユニット（２０）は、この目的
のために、冷却水のループを備えており、このループ内
のポンプ（２Ｂ）は、温度約４６．１℃（ｌ１５’Ｆ）
の温水をユニット（２０）から吸引し、配管（２７）、
冷却器（２８）及び配管（２９）を経てその水を循環さ
せ、ユニット（２０）に返送する。この例では、冷却器
（２８）は、空気冷却器であり、冷却水の温度を約３７
．８℃（１００°Ｆ）に低下させる。

圧力６．７　ｋｇ／釧２（９５ｐｓ１）　（絶対圧力）
及び温度２５．０°　（７７”Ｆ）において凝縮器（■
９）を離去した、凝縮された冷媒は、配管（３０）を経
て、過冷却交換器（３１）　（過冷却器）に流入する。

冷媒は、この過冷却交換器（３１）から、圧力８．８　
ｋｇ／ｃｒｎ２（９４ｐｓｉ）　（絶対圧力）、温度−
６，１’Ｃ（２１’　Ｆ）において排出された後、配管
（３３）中の減圧弁（３２）を通過する。膨張した冷媒
は、圧力１．１ｋｇ／ｃ＋ｎ２（１５，３ｐｓｌ）絶対
圧力）、温度−２８，９℃（−２０’Ｆ）で、配管（３
３）から、冷凍回収コイル（３５）を備えた蒸発器（３
４）中に排出される。凍結温度が−２８，９℃（−２０
’Ｆ）よりも低い凍結防止流体又は他の適宜の流体は、
商業的な魚及び肉の凍結のような、冷凍を必要とする１
以上の操作に回収された冷凍を搬送するために、コイル
（３５）に通される。コイル（３５）に導かれる冷凍防
止流体は、温度−２８，９℃（−２０°Ｆ）の冷凍２０
００　ｔを冷凍需要家に搬送する。

圧力１．１　ｋｇ／ｃｍ２（１５ｐｓｉ）　（絶対圧力
）及び温度−２８，９℃（−２０＠Ｆ）の冷媒蒸気は、
蒸発器（３４）から配管（３６）及び過冷却交換器（３
１）を通過し、過冷却交換器（３１）を通る間に、圧縮
された冷媒を過冷却し、それによって、１９．４℃（６
７’Ｆ）に加温される。圧力０．９　ｋｇ／ａｍ２（１
３，３ｐｓｌ）　（絶対圧力）の加温された冷媒蒸気は
、過冷却交換器（３１）から配管（１５）を経て遠心圧
縮器（１４）に返送され、主冷凍ループを通るフレオン
Ｒ−１２の循環が完成される。

ガスタービン（１０）からの排ガス中の熱を吸収冷凍ユ
ニット（２０）において利用して、圧縮された冷媒を凝
縮するために凝縮器（１９）に通される冷却された水を
供与することによって、全冷凍系のエネルギーの消費は
、吸収冷凍ユニット（２０）がなかったとした場合に比
べて、約１７％減少する。この大きな動力の節減は、吸
収冷凍ユニット（２０）によって凝縮器（１９）に供給
された冷却された水がわずか５．６℃（１０°Ｆ）加温
されたに過ぎないのに、圧縮された冷媒の温度が３７．
８℃（１００”Ｆ）から２５．０℃（７７°Ｆ）まで低
下し、それにより冷媒の凝縮が生じたことから、より一
層注目に値すると思われる。

温度−２８，９°　（−２０°Ｆ）の冷凍２０００　ｔ
を供与するようにされた本発明の別の実施例によれば、
冷却器（１７）は、冷却塔からの水によって冷却される
ようになっており、吸収冷凍ユニット（２０）に組合さ
れた冷却器（２８）は、水冷塔である。この場合、フレ
オンＲ−１２冷媒蒸気は、圧力０．９ｋｇ／ｃｍ２（１
３，３ｐｓｉ）　（絶対圧力）温度１６．７℃（５７’
Ｆ）、流量１時間当り３１６９ポンドモル（３１８９Ｐ
ＭＨ）において、遠心圧縮機（１４）に入り、圧力８．
０ｋｇ／ａｍ”　　（Ｈｐｓｉ）　（絶対圧力）、約１
１８．４℃（２４５’　Ｆ）において、遠心圧縮機（１
４）から排出される。

高温の圧縮された冷媒は、冷却器（１７）を通ることに
よって冷却され、この冷却器（１７）には、冷却塔から
の水が循環され、圧縮された冷媒の温度３７．８”Ｃ（
１００°Ｆ）に降下させる。圧力５．９　ｋｇ／■２（
８４ｐｓｉ）　（絶対圧力）の圧縮された冷媒は、配管
（１８）によって凝縮器（１９）を通過し、圧力５．７
　ｋｇ／口２（８１ｐｓ１）　（絶対圧力）、温度１９
．４℃（６７°Ｆ）の、凝縮された冷媒は、配管（３０
）及び過冷却器（３１）を通り、圧力５．６　）ｃｇ／
ｃｍ２（８０ｐｓｌ）　（絶対圧力）、温度　−７，８
℃（１８°Ｆ）において排出される。過冷却された冷媒
は、減圧弁（３２）を通過する間に膨張され、圧力１．
１　ｋｇ／印２（１５，３ｐｓｌ）（絶対圧力）　、−
２８，９℃（−２０°Ｆ）で、配管（３３）を経て蒸発
器（３４）に排出される。コイル（３５）を通って流れ
る凍結防止剤は、冷凍のトン単位の１以上の購入者に、
蒸発器（３４）からの冷凍を移送する。

配管（３６）を経て蒸発器（３４）を離去する冷媒蒸気
は過冷却器（３１）において１６．７℃（５７°Ｆ）に
加温され、そこから配管（１５）によって圧縮器（１４
）に返送される。

第１実施例と同様に、天然ガスは、配管（１２）からの
所要量の燃焼空気と共に、配管（１１）を経て、ガスタ
ービン（ｌＯ）の燃焼器に供給される。天然ガスの消費
量は、１時間当り１０１６ｍ　”　　（標準状態）（３
［ｉ、３０口５ＣＦＨ）である。圧力１．１　ｋｇ　／
　ｃ＋ｎ　２（１５，２ｐｓｉ）　（絶対圧力）、温度
的５０４．８℃（９４０’　Ｆ）の、高温の排出ガスは
、ガスタービン（１０）から、配管（２４）及び日立製
臭化リチウム吸収冷凍ユニッ）　（２０）の濃縮器を通
過し、そこから、温度１７８．７℃（３５０’Ｆ）の排
出ガスが配管（２５）を経て大気中に放出される。ユニ
ット（２０）を通る排出ガスから取出された熱は、Ｌｌ
、１℃（５２°Ｆ）に水を冷却する。冷却された水は、
ポンプ（２１）によって、１９１５２１）　／分（５０
６０Ｇ　Ｐ　Ｍ　）の流量で、配管（２２）及び凝縮器
（１９）を経て循環され、温度１６．７℃（６２°Ｆ）
で配管（２３）によってユニット（２０）に返送される
。ユニット（２０）のための冷却水は、約３７．８℃（
約１００’Ｆ）の温度で、ユニ・ソト（２０）から、ポ
ンプ（２６）及び配管（２７）を経て冷却塔（２８）に
循環され、そこから２９．５℃（８５’Ｆ）で配管（２
９）を経てユニット（２０）に返送される。

第１実施例と同様に、吸収冷凍ユニット（２０）におい
て、ガスタービン（１０）からの高温の排出ガスを利用
し、ポンプ（２１）により凝縮器（１９）を経て循環さ
れる冷却された水を供与することによって、吸収冷凍ユ
ニット（２０）のない同一の冷凍系を使用した場合に比
べて、全冷凍系のエネルギーの消費が約２６％減少する
。

前述したように、成る吸収冷凍系、例えば、トレーン社
によって販売されているものは、蒸気熱のみによって作
動する。第２図には、吸収冷凍ユニッ）　（２０）が蒸
気による加熱を必要とする場合の第１図のブロック図の
変更が図示されている。この場合、ガスタービン（ｌＯ
）からの高温の排出ガスは、配管（２４）を経て蒸気発
生器（４０）に流入し、ここで、排出ガス中の廃熱によ
って蒸気が発生する。

これによって冷却された排出ガスは、配管（４１）を経
て大気中に放出される。蒸気は、蒸気発生器（４０）か
ら配管（４２）を経て、吸収冷凍ユニット（２０）の濃
縮器に流入する。凝縮された蒸気は、ポンプ（４３）及
び配管（４４）によって、ユニット（２０）から蒸気発
生器（４０）に戻るように再循環される。第１図のブロ
ック図からその他の点では変更されてない。

以上に述べた実施例では、フレオンＲ−１２が用いられ
ているが、デュポン社のフルオロカーボン、例えばＲ−
１３又はＲ−２２を冷媒として選定しても差支えない。

その他の実用的な冷媒には、アンモニア、プロパン及び
プロピレンが含まれる。本発明によって冷凍が供与され
る温度レベルは、商業的に重要な範囲である約１．７℃
〜−４５，６℃（約３５０Ｆ〜約−５０°Ｆ）に亘って
変更することができる。所望の冷凍温度レベルは、冷凍
技術において知られるように、適切な冷媒を選定し、凝
縮器に入る時及び蒸発器を離去する時の冷媒の圧力を制
御することによって達せられる。

本発明によって実現される燃料の節減は、少くとも約５
０ｔの冷凍を供与する冷凍系の場合に特に顕著となる。

このような低いトン数の冷凍においては、内燃機関が、
冷媒圧縮機（往復式でもスクリュー式でもよい）のため
のただ１つの実用的な原動機である。少くとも２００ｔ
の冷凍を供給する系の場合に、よりよい燃料の節減が得
られるが、それは、スクリュー圧縮機又は遠心圧縮機に
結合された燃焼タービンの有効な組合せを用いることが
このように比較的大きな系において可能となるためであ
る。本発明の利点は、燃焼によって動力を得る原動機に
よって圧縮機が駆動される既存の冷凍系に適用可能であ
る。これらの既存の系の改装は、２００〜５００ｔの冷
凍を生ずる系の場合に特に経済的にメリットが大きく、
原動機の高温の排出ガスからの廃熱を利用して冷却され
た冷媒を吸収冷凍ユニットから圧縮された冷媒の凝縮器
に循環させるための吸収冷凍ユニットを購入し取付ける
だけでよい。本発明により達せられる燃料の経済は、１
０００〜５０００　ｔの冷凍能力を備えた新しい冷凍系
の製造及び稼動を特に利益率の高いものとする。

本発明は、当業者によって種々変更して実施することが
できる。例えば、冷凍サイクル又はループのオプション
の部材である過冷却器（３１）は、第１図に示した冷凍
系のエネルギーの節減を大きくは減少させることなく除
去することができる。更に、冷却器（１７）、　（２８
）に、同一の冷却媒体即ち空気又は水を使用する必要は
なく、冷却器（１７）に空気、冷却器（２８）に水を、
それぞれ用いても差支えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例を示すブロック図、第
２図は第１図のブロック図の一部を変更した部分的なブ
ロック図である。 （１０）・・・ガスタービン（原動機）　、（１４）・
・・遠心圧縮機（冷媒蒸気圧縮機）　、（１７）・・・
冷却器、（１９）・・・凝縮器、（２０）・・・吸収冷
凍ユニット、（３２）・・・減圧弁。 代理人　弁理士　佐々木　宗　治 ＦＩＧ、（ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）流体燃料の燃焼によって動力を得る原動機によって
   駆動される冷媒蒸気圧縮機と、高温の圧縮された冷媒蒸
   気から熱を除去するために該冷媒蒸気圧縮機に連結され
   た冷却器と、冷却され圧縮された冷媒蒸気を凝縮するた
   めに該冷却器に連結された凝縮器と、凝縮された冷媒を
   膨張させ、膨張された冷媒を、熱伝達面を備えた蒸発器
   中に排出させ、該蒸発器からの冷凍を、該熱伝達面と接
   触して流れる流体によって回収するように接続された、
   減圧弁と、を有し、該蒸発器は、冷媒蒸気をそれから該
   圧縮器に返送するように接続してあり、更に、吸収剤と
   してハロゲン化リチウムを含む水溶液を備えた吸収冷凍
   ユニットを有し、該吸収冷凍ユニットは、該原動機から
   の高温排出ガスの廃熱を利用するように接続されている
   と共に、該吸収冷凍ユニットによって冷却された冷却剤
   を該凝縮器を経て再び該吸収冷凍ユニットに戻るように
   循環させるように接続されている改良型の冷凍方式。 ２）圧縮機が、スクリュー圧縮機又は遠心圧縮機であり
   、燃焼によって動力を得る原動機が燃焼タービンである
   請求項１記載の冷凍方式。 ３）圧縮機が往復式圧縮機又はスクリュー圧縮機であり
   、燃焼によって動力を得る原動機が内燃機関である請求
   項１記載の冷凍方式。 ４）圧縮機が遠心圧縮機であり、燃焼によって動力を得
   る原動機が、該遠心圧縮機に連結された燃焼タービンで
   あり、ハロゲン化リチウムが臭化リチウムである請求項
   １記載の冷凍方式。 ５）圧縮機がスクリュー圧縮機であり、燃焼によって動
   力を得る原動機が、ディーゼル機関であり、ハロゲン化
   リチウムが臭化リチウムである請求項１記載の冷凍方式
   。 ６）過冷却交換器が凝縮器に、凝縮された冷媒が減圧弁
   内においての膨張の前にそれを貫流させるように接続し
   てあると共に、蒸発器にも、それからの冷媒蒸気が圧縮
   機に戻る前に該過冷却熱交換器中の凝縮された冷媒との
   向流熱交換関係において流れるように接続してある請求
   項１−５のいずれか１項記載の冷凍方式。 ７）冷媒が、フルオロカーボン、アンモニア、プロパン
   及びプロピレンから成る群中より選択されたものとする
   請求項１−６のいずれか１項記載の冷凍方式。 ８）水冷塔に循環される水によって冷却器を冷却する請
   求項１−７のいずれか１項記載の冷凍方式。 ９）原動機によって仕事を行なうために流体燃料を燃焼
   させ、該仕事を利用して冷媒蒸気を冷却し、冷却され圧
   縮された冷媒蒸気を冷却剤との熱交換によって凝縮し、
   凝縮した冷媒を等エンタルピー的に膨張させ、膨張した
   冷媒を蒸発域に排出し、該蒸発域から冷凍を回収し、該
   蒸発域から前記のその圧縮に該冷媒蒸気を返却し、該原
   動機を離去する高温の燃焼ガス中の廃熱を利用して、ハ
   ロゲン化リチウムの水溶液を吸収剤として含有する吸収
   冷凍ユニットを作動させ、該吸収冷凍ユニットによって
   発生した冷凍を利用して、前記冷却され圧縮された冷媒
   蒸気との熱交換関係において流れる前記冷却剤を冷却し
   、前記の冷却蒸気の凝縮を行なわせることから成る冷凍
   方法。 １０）原動機を離去する高温の燃焼ガス中の廃熱の利用
   が、該吸収冷凍ユニットに該ガスを通過させることを含
   む請求項第９項記載の冷凍方法。 １１）原動機を離去する高温の燃焼ガス中の廃熱の利用
   が、前記ガスによって蒸気を発生させ、この蒸気を該吸
   収冷凍ユニットに通過させることを含む請求項第９項記
   載の冷凍方法。 １２）凝縮された冷媒を過冷却した後、該蒸発域からの
   冷媒蒸気との向流熱交換によって等エンタルピー膨張を
   行なわせ、その後に該冷媒蒸気をその圧縮に返却する請
   求項９−１１のいずれか１項記載の冷凍方法。 １３）凝縮及び蒸発の間冷媒の圧力を制御して約１．７
   ℃（３５°Ｆ）〜−４５．６℃（−５０°Ｆ）の範囲の
   温度の冷凍を生じさせる請求項９−１２のいずれか１項
   記載の冷凍方法。 １４）吸収冷凍ユニットの水溶液のハロゲン化リチウム
   が臭化リチウムである請求項９−１３のいずれか１項記
   載の冷凍方法。 １５）流体燃料が天然ガス、冷媒がフルオロカーボン型
   である請求項９−１４のいずれか１項記載の冷凍方法。