JPH0680286B2 - 低温エンジン装置 - Google Patents

低温エンジン装置

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JPH0680286B2
JPH0680286B2 JP59043724A JP4372484A JPH0680286B2 JP H0680286 B2 JPH0680286 B2 JP H0680286B2 JP 59043724 A JP59043724 A JP 59043724A JP 4372484 A JP4372484 A JP 4372484A JP H0680286 B2 JPH0680286 B2 JP H0680286B2
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coolant
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/006—Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the sorption type system

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  • Transition And Organic Metals Composition Catalysts For Addition Polymerization (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本願は、1982年６月21日付で出願された米国特許出願第
400,464号の一部継続出願である。
本発明は、一般にエンジン装置に関し、さらに詳しく言
えば、低温タービンと関連した蒸気タービン動力プラン
トを備えた設備に用いられる高圧タービンのような高圧
高温エンジン装置と比較した場合に、ほぼ低温で作動す
るエンジン装置に関するものである。このような低温タ
ービンに置き代わることができる低温エンジン装置は、
外気温度で動作する代表的外部冷却源よりも低温の冷却
流体の流れをつくることができる合成熱交換関係吸込と
共同する。
堀出し燃料資源の非再生が増大しているという認識に応
えて、太陽エネルギ、海洋熱勾配エネルギ、地熱エネル
ギ・ポテンシヤル、生物量およびその他の低級であるが
再生可能な燃料源を用いることのできる装置のような低
級エネルギ源の開発の潜在力を有する種々の技術に注意
が次第に向けられるようになつてきた。高級燃料を消費
する処理環境に放出される廃熱エネルギ量の利用につい
て、一般公衆の注意はほとんど払われていない。もちろ
ん、高級燃料を消費する装置の効率を上げるか、または
天然資源を保存するために低級エネルギ源を使用する装
置を設けることが望ましい。
このような効率を高めるための１つの試みとして、廃熱
エネルギを電気のような使途のあるエネルギに変換する
ことがなされている。例えば、電気利用産業において
は、熱の相当量が蒸気タービンの凝縮器から放出される
ことによつて廃棄されている。さらに、この廃棄熱を周
囲に無計画に放出することは熱汚染に関する強い関心を
呼んでいる。この数年間、この熱エネルギの一部を回収
するための試みがなされてきた。過去の試みは、結合さ
れたガス・タービン／蒸気サイクルを有する装置とか、
蒸気タービン・サイクルの放出端に直列に付加されたボ
トミング・サイクル低温タービンを有するエネルギ装置
からなる二元蒸気ランキン・サイクルと共同した装置と
からなつていた。
この線にそつた試みは、廃熱を単独の蒸気タービン・サ
イクルから大容量の水のような利用しやすい外気温度
“吸込み”に直接に放出することである。これらの試み
は、実用的な最低凝縮圧力または高真空条件で、代表的
には１インチHg程度で放出するものであるけれども、そ
れは依然として凝縮残留熱を放出する必要がある。この
熱はサイクル中タービンによつて有効な出力に実際に変
換される実用化熱の２倍よりも大きくなることがしばし
ば起る。
蒸気よりもむしろ熱力学媒体としてハロゲン化された炭
素冷却剤を用いることによつて、サイクルの低温部分を
修正することによつてこの状況を改善する試みがなされ
てきた。この試みは全蒸気の全体的な熱力学的効率を相
当に改善しているが、一方では高真空凝縮圧力の必要性
をも排除している。冷却剤蒸気が水蒸気の温度よりも低
いので、全体の熱力学的効率が改善されている。このこ
とは、熱力学媒体を液化するさいに放出される廃熱がサ
イクル中で利用できる単位熱に関して減少されるという
ことを意味している。
この試みは相当の改良をもたらしてはいるが、このシス
テムの効率をそれ以上に向上させようとする試みが、熱
入力供給として提唱された低級熱源の温度によつて固有
の制約を受け、また、サイクルの底端における最低温度
が制御できない天然に発生する冷却源の温度によつて指
定されるので、固有の制約を受ける。このような効率
は、熱源またはサイクルの上端の温度と、サイクルの底
端または流体の自然発生物体によつてつくられる熱の
“吸込み”の温度との差の関数となるカルノ・サイクル
効率の用語で定義されるので、そのことは任意のシステ
ム論理的最大ポテンシヤル効率を制限する。
特定の従来の試みは、自然には発生せずかつ自然発生物
体の温度よりも低い吸込み内に廃熱を放出することによ
つて、カルノ・サイクルの温度差を増加させることであ
つた。これらの試みは、冷却された物体が凝縮器温度を
低下させるさいに用いる貯留器から引き出させる必要性
が生じるまで、冷たい冷却槽を準備して貯蔵位置に配置
することに依存している。蒸気圧縮冷却がこの点に関し
て用いられている。この冷却はシヤフトの動力出力が増
加するにつれて利用できるようになる吸込みを与えるの
に要する冷却を行うために、より多くの入力シヤフト動
力を必要とすることになる。そのシヤフト動力出力は制
限された効率の向上をもたらすものである。これらの試
みはエネルギが後の使用のために貯蔵される“バツチ”
装置として特徴付けられている。しかし、このような貯
蔵から回収されたエネルギ量は、通常貯蔵を行うために
消費されたエネルギ量以下になる。
したがつて、代表的に利用できる天然物体の温度以下の
温度まで最も有効に吸込みが温度の点で変化されうるよ
うな低温エンジンに関連して熱放出の吸込みを与えるさ
いに得られるべき相当の利益がある。それ以上の顕著な
利点は、この吸込みがエネルギの貯蔵されたバツチの吸
込み以外の形体で設けられうるということである。
これらの目標は、エンジン装置の動作と同時に発展され
る連続流合成吸込みを有する低温エンジン装置を設ける
ことによつて、本発明にもとづいて達成される。即ち、
本発明の低温エンジン装置は、 該低温エンジン装置に熱エネルギ入力の流れを供給する
熱エネルギ入力機器と、 循環吸収剤−冷却剤溶液を有する吸収−冷却副装置であ
って、連続した流れの低温熱吸込みを受け、かつ実質的
に外気温度以下となり得る選定された温度に合成し、該
吸収−冷却副装置の凝縮器／蒸発器に与える吸収−冷却
副装置と、 前記熱エネルギ入力機器と熱交換関係で結合し、かつ、
前記吸収−冷却副装置の前記凝縮器／蒸発器と熱交換関
係で結合された循環熱力学媒体を有する低温熱エンジン
であって、前記熱エネルギ入力機器と熱交換関係で結合
している熱力学媒体を流す高温端を有する熱勾配にまた
がって作動し、前記吸収−冷却副装置の前記合成された
低温熱吸込みと熱交換結合をする前に熱力学媒体が流れ
込む低温端とを有する低温熱エンジンと、 前記吸収剤−冷却剤溶液と熱交換関係で結合された冷却
流体を供給する外部冷却源を有し、 前記連続した流れの低温熱吸込みは、前記吸収−冷却副
装置を通って循環する冷却剤蒸気によって提供されると
共に、 前記循環熱力学媒体が熱エンジンに入る前に前記循環吸
収剤−冷却剤溶液が該循環熱力学媒体に交互に熱を供給
する。
また、本発明による改良された低温エンジン装置の供給
方法は、 熱エネルギ源から熱エネルギ入力の流れを低温エンジン
装置に供給する段階と、 約大気温度にある外部冷却源からの冷却流体の流れを導
入する段階と、 循環吸収剤−冷却剤溶液の流れと熱エネルギ源からの熱
エンジンの流れとの間で熱交換結合を行うことにより、
また、循環吸収剤−冷却剤溶液と外部冷却源からの冷却
流体の流れとの間で熱交換結合を行うことにより、連続
した流れの低温熱吸込みを実質的に大気温度以下になり
得る選定された温度に合成する段階であって、この合成
段階は吸収−冷却副装置を提供する段階を含む該合成段
階と、 熱エネルギ入力の流れと熱交換関係で結合した高温端と
前記連続した流れの低温熱吸込みと熱交換関係で結合す
る低温端とを有する熱勾配にまたがって作動する熱力学
媒体の流れを有する熱エンジンを提供する段階と、を備
え、 前記合成階段は、前記低温熱吸込みを与えるために前記
循環吸収剤−冷却剤溶液を交互に冷却する段階と、循環
熱力学媒体が熱エンジンに入る前に前記循環熱力学媒体
に熱を与えるために循環吸収剤−冷却剤溶液を交互に加
熱する段階を有する。
本発明によれば、循環吸収剤−冷却剤溶液によって、大
気温度以下となり得る合成熱吸込みを提供する。これに
より、熱力学媒体の高温端と低温端の温度差を増加する
ことができ、従って装置のカルノサイクル効率を上げる
ことができる。
このように、本願発明の装置の効率は、外部冷却源の温
度に依存しないため、気候の変動等に基づく冷却流体の
温度の変動の影響を受けることがない。
又、本願発明では循環熱力学媒体が熱エンジンに入る前
に循環吸収剤−冷却剤溶液が循環熱力学媒体に熱を供給
しているため、吸収−冷却サイクル内で発生する凝縮熱
が低温エンジン装置から外部へ捨てられることなく、熱
力学媒体の再生加熱用に用いられる。
したがつて、本発明の目的は、改良された低温エンジン
装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、貯えられた補助エネルギ装置の利
用可能性とはほぼ独立したエンジン装置を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、全体の低温エンジン装置に関連し
て使用から生じる増大動力出力歩留よりも低い比率でエ
ネルギを消費する連続合成吸込みを提供することにあ
る。
本発明の別の目的は、熱汚染に関する関心に応えて有用
なエンジン装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、増大された低温タービン出力およ
び減少された回転機械および資金費用を有する低温エン
ジン装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、冷却サイクルにおける正味のエネ
ルギ消費を、タービン・サイクルへの増大された出力の
利点をずらせるのに要するものよりも低い正味エネルギ
入力指令となる点まで減少させるように、エンジン・サ
イクルと冷却サイクルとの間で加熱および冷却の再生交
換のできるエンジン装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、エンジン装置の全体の効率を高め
る相互作用を達成するために種々の要素を組み合わせる
エンジン装置を提供することにある。
本発明の別の目的は、入力シヤフト動力を必要とせずに
作動しかつ入力エネルギ源として熱エネルギを使用する
吸収−冷却副装置と共同する改良された低温エンジンを
提供することにある。
本発明の別の目的は、外気よりも低い吸込み温度を有す
る連続流合成吸込みと共同しかつ吸込み温度が可変設計
パラメータとして選定されうる改良低温エンジン装置を
提供することにある。
本発明にもとづく低温エンジン装置は、低級熱エネルギ
入力供給源21、低温熱エンジン22、吸収−冷却副装置2
3,23a,23bとからできている。外部冷却源24は吸収−冷
却副装置と熱交換結合をしている。外部冷却源24は、通
常機械的に補助されている他の構造が外部冷却源24を設
けるさいに同様に含まれてもよいのであるが、結局は大
部分を水によつている。
低級熱エネルギ入力供給源21は多数の熱源のうちの任意
の１つであつてもよい。その熱源は、低温熱エンジン22
の熱力学媒体が適当な圧力で低温熱エンジン22に入る温
度よりも高い温度で熱源をつくる。このようなエネルギ
入力供給源21は太陽熱収集装置の出力、種々の工業設備
からの加熱された冷却水、低級燃料燃焼機等を含んでい
る。
説明の便宜上、低級エネルギ入力供給源21は、本発明の
低温エンジン装置よりも高温で作動する別の熱エンジン
・サイクルからの廃熱放出としてここでは図示されてい
る。この接続において、低級熱エネルギ入力供給源21
は、高温高圧蒸気入力26と蒸気排出口27とを有する蒸気
タービン25として図示されている。蒸気の圧力および温
度が発電機28等を駆動する蒸気タービン25を作動するさ
いになされる仕事によつて低下された後に、蒸気排出口
27を通して蒸気が通過する。
図示する便宜上、低温熱エンジン22が、閉じたランキン
・サイクルで動作する動力タービンとして示されてい
る。低温熱エンジン22は、蒸気タービン25とは似ずに、
ハロゲン化された炭素冷却剤、イソブタン、アンモニ
ア、およびそれらの組合せのような蒸気以外の熱力学媒
体を用いている。図示した低温熱エンジン22は発電機29
等を駆動する。
吸収−冷却副装置23は、低級熱エネルギ入力供給源21か
ら蒸気排出口27を介して行われる熱の放出と同時かつ関
連して連続した流れの副外気温度の熱吸込みを行う。
吸収−冷却副装置23は、吸収剤と冷却剤との混合物とか
らなる溶液を有している。この吸収−冷却溶液は２つの
流体の組合せである。この１つは特に有用な吸収特性を
有し、また、他の１つは冷却特性を有している。水は吸
収剤としてしばしば用いられる。別の吸収剤はテトラエ
チレン・グリコールのジメチール・エーテル、臭化リチ
ウム等を有している。冷却剤は、アンモニア、水、ハロ
ゲン化された炭化水素を有している。特別の吸収−冷却
溶液は、１つの特別の低温エンジン装置から別のものに
変えてもよい。いずれの選択が適切であるかを決定する
ことは、熱入力源の意図したピーク温度のようなことの
考慮、合成されるべき吸込み条件の意図した低温、外部
冷却源24の特性、装置内の所望動作圧力管理、経済的考
慮ばかりではなく、溶液の毒性、腐食性、可燃性等の考
慮を含んでいる。
本発明のすべての実施例においては、低級熱エネルギ入
力供給源22によつてかつ外部冷却源24によつて与えられ
た熱エネルギ固有性とさらに結合された相互作用の効率
を得るために、低温熱エンジン22と共同するエンジン・
サイクルとおよび吸収−冷却副装置23と共同する吸収−
冷却サイクルとが主として熱交換相互関係をかいして互
いに作用し合う。
さらに詳しく言えば、吸収−冷却副装置23内で、冷却さ
れた熱エンジン媒体が熱エンジン媒体としてそのサイク
ルを繰り返すように即座に再加熱されるようになつてい
る。低温熱エンジンからの冷たい媒体は、吸収−冷却副
装置23によつて放出された廃熱用冷却剤として働く。こ
れらの種々の相互作用によつて、熱エネルギが全低温エ
ンジン装置内で伝達され、また、放出されるべき廃熱が
いちじるしく減少される。このことのすべては、熱入力
温度と熱拒絶温度との間の温度差を調整するために、外
気よりも低温の合成吸込みを同時に与えながら達成され
る。
熱入力を本発明にもとづく低温エンジン装置に与えるた
めに、蒸気が蒸気排出口27を通過する。その熱入力は、
低温熱エンジン・サイクルとおよび吸収−冷却副装置サ
イクルとの両者である。このことは、蒸気排出導管を２
本のライン31,32に分岐することによつて第１図および
第２図に示されている実施例において達成される。この
蒸気が熱交換結合を完了した後に、それが冷却され、代
表的には凝縮される。そのとき、蒸気が蒸気ボイラ（図
示せず）へ戻すための戻しポンプ33を通して低温エンジ
ン装置を退出するからである。
蒸気タービン25と低温熱エンジン・サイクルとの間の熱
交換結合についてさらに詳しく説明すれば、蒸気タービ
ン25からの蒸気は適当な熱伝達部材35を有する蒸気凝縮
器34に入る。熱伝達部材35をかいして低温熱エンジン22
の熱力学媒体が低温熱エンジン・サイクル用の流路の一
部分として循環する。この特別の熱交換結合は、熱エン
ジン熱力学媒体が低温熱エンジン22に入る前に、媒体の
温度の増加を完成させる。
このようにして加熱されかつ圧縮された熱力学媒体が低
温熱エンジン22をかいして低圧の条件まで膨張し、か
つ、外部冷却源24の外気温度以下になつている相当に低
下した温度まで膨張する。熱力学媒体が低温熱エンジン
22を出口36を通して去つたとき、媒体が吸収−冷却副装
置23に入るのに適した冷たい低圧蒸気になる。
第１図および第２図の実施例において、この熱交換結合
が凝縮器／蒸発器38をかいして熱交換関係で結合した吸
収器37になされる。凝縮器／蒸発器38内で、熱力学ター
ビン媒体の冷たい蒸気が凝縮器／蒸発器38を去りかつ流
出導管39を通過する時点まで、その蒸気が液体に凝縮さ
れるべく熱を生じる。熱力学タービン媒体によって生じ
た熱が吸収−冷却副装置23の冷却剤に加えられる。
第１図の実施例について特に参照すれば、液状の熱力学
媒体が流出導管39を通過した後に、媒体の温度を上げる
再生加熱を熱力学媒体に与えるために、ポンプ41の助け
をかりて、熱交換器即ち凝縮器42を通過して循環され
る。このような昇温は、熱力学媒体が熱エンジン・サイ
クルを完了させるために蒸気凝縮器34の熱伝達部材35を
かいして通過したときに、助長される。再生エネルギを
熱力学媒体に与えることを加えて、凝縮器42の熱交換結
合が、凝縮器42に入る冷却剤が入口43における蒸気とし
て流出口44を通つて液状の状態で去る程度まで流入する
冷却剤を冷却する。
吸収−冷却副装置23の詳細についてさらに説明すれば、
この特別の実施例は、吸収器37、凝縮器／蒸発器38、熱
交換器または凝縮器42、発生器45を有している。熱は、
低級熱エネルギ供給源21から前述したライン32を通して
吸収−冷却副装置23に入力される。この抽出蒸気は発生
器45の内容物を加熱するように用いられる。より冷たい
蒸気は、必要ならば戻しポンプ33を通過する前に凝縮を
完了させるために蒸気凝縮器34に戻される。この発生器
45への熱入力が、発生器45内で吸収−冷却溶液の冷却剤
を部分的に蒸留する。おの蒸発された冷却剤は前述した
熱交換を実施するために凝縮器42を通過する。これによ
り、冷却剤が流出口44を去るときに蒸気された冷却剤が
液化され、また、熱力学媒体が凝縮器42を通って流れる
ときにその媒体が熱および温度を増加させられる。
流出口44を通過する冷却剤は、現在は液状ではあるが、
膨張弁46を通る通路に対して上昇した圧力になつてい
る。膨張弁46は、熱力学媒体が凝縮器／蒸発器38を通過
するさいにその媒体に与えられる吸込み条件を合成する
ために要する温度で冷却剤が凝縮器／蒸発器38に入るさ
いに、瞬間的な蒸発を助長するために、液状冷却剤の圧
力を低下させる。冷却剤が凝縮器／蒸発器38を去り、吸
収器37に入るときに、冷却剤が熱力学媒体によつて拒絶
された凝縮熱を吸収し、その温度は膨張弁46を去つた後
の温度からわずかに上昇される。
吸収器37内では、冷却剤は吸収−冷却溶液の暖かい吸収
弱溶液の噴霧をすることによつて好ましく混合される。
この混合によつて、冷却剤および吸収剤は、外部冷却源
24によつて代表的には熱伝達要素47によつて吸収器37に
与えられる温度よりも高い温度で吸収−冷却溶液として
結合される。これによつて、冷却流体が戻り導管48によ
つて外部冷却源24まで戻される間に、吸収−冷却溶液が
外部冷却源24の温度に等しいかまたはわずかに高い温度
まで下げられる。吸収器37内の吸収−冷却溶液を冷却す
るこの特徴が溶液成形の過程を容易にし、また、それほ
ど冷却されていない環境で起こるよりもより高い濃度の
冷却剤が吸収剤の中に溶かされる。
形成された強い吸収−冷却溶液が補充熱交換器51に冷却
循環ポンプ49の助けをかりて送られる。この場合、溶液
は、この吸収−冷却溶液を気化された冷却剤と加熱液体
吸収剤に部分的に蒸留した後に発生器45から流れる熱い
弱い溶液吸収剤によつて暖められる。発生器45内で加熱
された吸収剤に与えられる上昇された圧力が、補充熱交
換器51の通過を補助し、減圧弁またはジエツト52を通過
することによつて吸収器37の低い作動圧力まで減少され
る。
これは吸収−冷却サイクルを完成する。凝縮器42および
発生器45内の流体が高圧縮になり、また、吸収器37およ
び凝縮器／蒸発器38内の流体は減少された圧力になる。
吸収構成の修正は、所望のより一定の圧力になるように
なされる。このように完了されたサイクルによつて、吸
収−冷却サイクル内での冷却剤の凝縮熱は低温エンジン
装置から外部へは捨てられないが、しかし、それは熱力
学媒体の再生加熱用に用いられる。
第２図は、本発明にもとづく低温エンジン装置から拒絶
された正味の廃熱、特に戻り導管48を通して拒絶される
廃熱をさらに減少させることを可能にする実施例を図示
している。適正な条件の下で、外部冷却源24に戻される
冷却流体が外部冷却源24の温度に近づけることが可能で
ある。このことは、冷却流体を吸収−冷却副装置23との
熱交換相互作用を増大させることによつて、また、熱力
学媒体との熱交換相互作用を加えることによつて構成さ
れる。この実施例は、熱力学媒体が凝縮器／蒸発器38を
通過し、導管39、ポンプ41を通り凝縮器42に入った後
に、熱力学媒体の冷却容量が凝縮器42内の冷却剤を凝縮
するのに要する容量よりも大きくなつたときに、助成さ
れる。これらの条件の下で、熱力学媒体の過剰冷却容量
が戻り導管48を通る廃熱として装置から拒絶されるかも
知れない熱エネルギ量から追加の再生熱を収集するよう
に用いられることができる。
第２図に示す実施例においては、吸収−冷却副装置23a
は、この副装置の冷却部分に関して追加のかつ変化した
伝達配置を有している。さらに詳しく言えば、外部冷却
源24からの流体が吸収器37を去つた後に、その流体は冷
却剤蒸気を冷却するために凝縮器42aに向けられる。こ
の手続きによつて、凝縮器42aを去る冷却流体は、全体
の装置によつて拒絶される廃熱の大部分を有している。
この廃熱を内蔵している流体は輸送導管53を通つて再生
熱交換器54まで流れる。廃熱内蔵流体は、凝縮器／蒸発
器38と蒸気凝縮器34との間の流路に道筋を付けられた熱
力学媒体によつて冷却される。この動作によつて、冷却
流体内で相当量の廃熱が低温エンジン装置内に保持さ
れ、また、戻り導管48を通つて去る冷却流体は、外部冷
却源24の温度よりも相当に異なつている温度になる。こ
れにより、廃熱が低温エンジン装置を去るときの温度の
より大きい有効な制御を行うことができるようにする。
第３図は本発明の別の実施例を示す。この実施例におい
ては、吸収−冷却副装置23bの特定の要素がエンジン・
サイクル機能と一体になされている。低温エンジン装置
への熱入力は、蒸気流出口27を通り発生器45bおよび蒸
気凝縮器34bへの低級熱エネルギ入力供給源21によつて
与えられる。消費蒸気は戻しポンプ33によつてボイラに
戻される。
本実施例においては、熱力学媒体および冷却剤は、低温
熱エンジン22および吸収−冷却副装置23bを通つて流れ
る共通流体を構成する。吸収−冷却副装置23bの吸収剤
は、代表的にはより希薄にされた形体の冷却剤と同じ組
成を有していてもよい。これらの種々の液体が互いに流
れ込むので、強い溶液と弱い溶液の用語で流れを見るこ
とが適当である。強い溶液または冷却熱力学媒体溶液
は、弱い溶液または吸収剤よりも高い冷却剤濃度を有し
ている。代表的な溶液は冷却熱力学媒体としてのアンモ
ニアおよび吸収剤としての水を有することができる。
発生器45b内の強い溶液が熱伝達部材35bを通つて流れる
蒸気によつて加熱される。このとき、強い溶液は膨張用
および低温熱エネルギ22の駆動用の高温高圧で冷却−熱
力学媒体を駆動させるように部分的に蒸留される。冷却
−熱力学媒体の蒸気相が流出口36を通つて吸収器37bま
で通過するときに、その圧力が低下し、その温度が下が
る。
吸収器37bにおいて、例えば噴霧によつて冷たい蒸気が
入り、混合する。戻りの弱い溶液が吸収器37bに入り、
いくぶん冷たく、いくぶんより濃縮された強い溶液を生
成する。この溶液は、外部冷却源24から熱伝達要素47b
を通り、かつ戻り導管48を通つて流れる流れによつてさ
らに冷却される。この冷たい強い溶液はポンプ41bによ
つて再圧縮される。この点において、この強い溶液は熱
交換器55に入る圧縮された冷たい流体になる。この熱交
換器55内で強い溶液が導管56を通つて発生器45bに戻る
前に加熱される。
発生器45b内で部分的な蒸留処理として、弱い溶液が蒸
気凝縮器34b内に落下し、そして、流入する強い溶液を
加熱するための熱交換器55へそしてそこを通る熱い弱い
溶液の流れとして流出口57を通つて蒸気凝縮器34bを去
る。弱い溶液はそれが入るときの温度よりも低い温度で
熱交換器55を去る。それは、スプレイ・ヘツド58のよう
なものを通つて吸収器37bに入る前に減圧弁52を通過さ
れることが好ましい。
以下の実施例は、本発明をより正確に図示し、それによ
つて実現化される利点および改良点ばかりではなく、本
発明を実施するための最適な力法を示唆している。
＜実施例Ｉ＞ 第１図にもとづく低温エンジン装置は、低温熱エンジン
・サイクル内の熱力学媒体としてハロゲン化された炭
素、フレオン22（Freon、商標）と、吸収−冷却溶液と
してアンモニアおよび水の混合体とを有している。凝縮
器における温度は０゜Fであり、熱力学媒体の圧力は31.
2 psiaである。
吸収−冷却副装置は、−10゜Fの合成吸入温を与える。
エンジン装置の低温タービン用のピーク温度が210゜Fに
なるように、蒸気が従来の高圧蒸気タービンから供給さ
れる。外部冷却源は85゜Fの冷却塔水である。
低級熱エネルギ入力供給源を与える高圧タービンは、
「Fundamentals of Classical Thermodynamics」、Van
Wylen、Sonntag、Tohn Wiley ＆ Sons,1968,pag 280に
記載されているようなサイクルを有する基本的な慣用の
蒸気動力プラントのタービンである。それ自体の熱圧力
サイクルは次のように要約される。蒸気が1265 psiaで9
55゜Fで高圧タービンに入り、９％の蒸気が第１抽出点
で330 psiaで抽出され、９％の蒸気が第２抽出点で130
psiaで抽出され、3.4％の蒸気が第３抽出点で48.5 psia
で抽出され、そして、蒸気が大気圧で排出する。このサ
イクルは、ボイラを去る蒸気の約280.5BTU/1bを機械的
シヤフト動力に変える。
低温エンジン装置の発生器においては、弱い溶液は210
゜Fの温度でかつ150 psiaの35％のアンモニアである。
吸収器においては、強い溶液が80゜F、15 psiaで30％の
アンモニアである。溶液の比熱は約1.05BTU/1b/゜Fであ
る。補充熱交換器51において、発生器45からの流入弱溶
液は約210゜Fであり、一方、吸収器37からの流入強溶液
は約80゜Fであり、弱い溶液は90゜Fでそこから排出す
る。装置内で6.5ボンドの弱い溶液については、弱溶液
から伝達される熱は819BTUであり、強い溶液の温度上昇
が104゜Fになることを意味する。したがつて、発生器45
に入る強い溶液の温度は約184゜Fである。
発生器45内では、1.125ポンドの蒸気熱エネルギは発生
器45内のアンモニアの各ポンドを遊離するための入力と
して必要とされる。凝縮器／蒸発器38においては、熱力
学媒体とアンモニアとの間の温度差は20゜Fであり、ア
ンモニアの気化条件は−20゜F、15 psiaであり、熱力学
媒体の凝縮条件は０゜F、31.16psiaである。アンモニア
の全熱吸収または冷却容量は558BTU/1bであり、また、
約６ポンドの熱力学媒体はアンモニアの各ポンドごとに
凝縮される。
熱交換器または凝縮器42においては、排出アンモニア液
と流入熱力学媒体液との間の温度差は10゜Fであり、こ
の凝縮器42内の熱力学媒体に伝達される熱は661BTUであ
る。
過熱器または蒸気凝縮器34内では、そこから流出する熱
力学媒体が210゜Fで380 psiaの圧力である。ポンプ41か
らの熱力学媒体の流出条件は０゜Fで380 psiaである。
このことは、要求される熱力学媒体への全熱入力は約11
9BTU/1bまたは熱力学媒体の６ポンドについて約704BTU
である。したがつて、過熱器34によつて要求される熱入
力は704BTU−661BTU、すなわち約43BTUである。これは
過熱器内で約0.055ポンドの蒸気を消費する。過熱器に
必要な全体の蒸気入力と発生器45内のアンモニアを分解
するのに必要な熱とを組み合せて、必要な全蒸気入力は
1.18ポンドである。
低温熱エンジン22の流入点における熱力学液は210゜F、
380 psiaであり、出口では０゜F、38.7 psiaであり、全
タービン収量は熱力学媒体の１ポンド当り約24.7BTUで
あり、つまり、1.18ポンドの蒸気について熱力学媒体の
約６ポンドに対して約146BTUとなる。したがつて、高温
タービンのボイラを去る蒸気の１ポンド当りタービンの
収量は約1.18ポンドの蒸気で146BTUを割ると約124BTUに
なる。
したがつて、本発にもとづく低温エンジン装置と高圧タ
ービンとの両者の全出力は、高圧タービンからの280.5B
TUと本発明にもとづく低温エンジン装置から124BTUとを
合せて、高圧タービンへの蒸気１ポンドについて404.5B
TUである。
＜比較Ａ＞ 本発明によつて得られる利点を例示するために、220゜
F、14.8 psiaの流入蒸気を有する低圧タービンを含めた
低温ユニツトと、10.8 psiaで抽出された7.7％蒸気の全
体の高圧タービンおよび低圧タービンにおける蒸気の第
４抽出点との比較をする。蒸気は低圧タービンから流出
し、1.5インチHg絶対圧の凝縮器圧力で標準凝縮器に入
る。この慣用のサイクルにおいて、ボイラを去る蒸気の
１ポンドについての33.5BTUが低圧蒸気タービンによつ
てシヤフト動力に変換される。これは、280.5BTU＋33.5
BTUのこの“全蒸気”従来装置について全出力をつく
る。すなわち、発生された蒸気の１ポンドについて全体
で314BTUになる。これはFundamentals of Classical Th
ermodynamicsに記載された完全装置である。したがつ
て、本実施例において本発明にもとづく装置によつて与
えられる全装置出力の１ポンドについて404.5BTUは、こ
の従来の装置によつて与えられる１ポンドについて314B
TUを超えて28.8％の改良をもたらす。
＜比較Ｂ＞ 比較の目的でさらに実施例Ｉと同じフレオンＲ−22（商
標）の熱力学媒体を用いる“ボトミング・サイクル”を
用いた従来の２流体サイクルについて低圧タービンを使
用する例を示す。これは約240゜Ｆの温度でかつ14.7 ps
iaの圧力で高圧蒸気タービンを去る蒸気排出から熱入力
を直接受ける。次いで、ボトミング・サイクルは、100
psiaのタービン流入圧力と210゜Ｆの温度でこの熱力学
媒体を用いて動作する。凝縮器への排出は23 psiaの圧
力と105゜Ｆの温度となる。これは、冷却塔から凝縮器
への85゜Ｆの冷却水の供給に基づき、比較Ａの蒸気低圧
タービンに利用できるものと等価な凝縮器出口温度とな
る。これは、ボイラを去つて高圧蒸気タービンに流れる
蒸気の１ポンドについて約101.5BTUの低圧タービン出力
を生じる。すなわち、低圧タービンと高圧タービンとの
結合したものについての１ポンド当り全382BTUになる。
比較Ａの全蒸気装置と比較したとき、21.65％の出力改
善をもたらす。本実施例における本発明にもとづく装置
は、約5.6％のこの比較Ｂ装置を超えた出力利点を有し
ている。
＜実施例II＞ 第３図に示す低温エンジン装置は、アンモニア・タービ
ン内を循環する熱力学媒体としてアンモニアを用いるよ
うに考案され、タービン・サイクルの底においてタービ
ン排気を受ける吸収器／凝縮器を用いる。タービン22に
ついてのピーク温度は210゜Fになり、外部冷却源は85゜
Fの冷却塔水であり、吸収−冷却副装置23bによつて与え
られる合成吸込みは−10゜Fの温度である。タービン22
に流入するアンモニア蒸気は210゜F、150 psiaであり、
一方出口は−20゜F、15psiである。この低温エンジン装
置によつて与えられる全出力はボイラを去つて高圧蒸気
タービンに入る蒸気の１ポンド当り96.4BTUになる。28
0.5BTUの高圧蒸気タービンによつて与えられる出力に加
えて、この全体の装置についての全出力は376.9BTU/1b
になる。これは比較Ａの全蒸気装置を超えて約20％出力
改善をもたらす。これは、実施例Ｉで述べた別の装置Ｂ
とほぼ同じ量の出力改善である。
本実施例にもとづく低温エンジン装置が別の装置Ｂの束
縛に直面していないことに注目することが重要である。
これは外部冷却源によつて供給されうる最低外気冷却水
温度にもとづく合計になる。本実施例の装置は、外部冷
却源の温度を下げるのに要するもの以下の全冷却入力
で、この実施例の−10゜F以下の吸収−冷却温度を与え
ることによつて容易に変えられる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にもとづく低温エンジン装置の実施例を
示す概略平面図。第２図は外界への正味廃熱拒絶の一層
の最小化を行う本発明の別の実施例を示す概略平面図。
第３図は特定の形体が一体につくられている本発明の別
の実施例を示す概略平面図。 21:低温熱エネルギ入力供給源、22:低温熱エンジン、2
3:吸収−冷却副装置、24:外部冷却源、25:蒸気タービ
ン、26:高温高圧蒸気入力、28:発電機、29:発電機、33:
戻しポンプ、34:凝縮器、37:吸収器、38:凝縮器／蒸発
器、42:凝縮器、45:発生器、51:補充熱交換器。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】改良された低温エンジン装置であって、 該低温エンジン装置に熱エネルギ入力の流れを供給する
    熱エネルギ入力機器（25）と、 略外気温度以下にすることが可能な選択された温度で、
    連続した流れの低温熱吸込みを受け、実施するための、
    凝縮器／蒸発器（38）に与えられる、循環吸収剤−冷却
    剤溶液を有する、吸収−冷却副装置（23）と、 前記熱エネルギ入力機器（25）と熱交換関係で結合し、
    かつ、前記吸収−冷却副装置の前記凝縮器／蒸発器（3
    8）と熱交換関係で結合された循環する熱力学媒体を有
    する低温熱エンジン（22）であって、前記熱エネルギ入
    力機器（25）と熱交換関係で結合している熱力学媒体を
    流す高温端を有する熱勾配にまたがって作動し、前記吸
    収−冷却副装置（23）の前記凝縮器／蒸発器（38）と熱
    交換結合をする前に熱力学媒体が流れ込む低温端とを有
    する低温熱エンジン（22）と、 前記吸収剤−冷却剤溶液と熱交換関係で結合される冷却
    流体を供給する外部冷却源（24）とを有し、 前記連続した流れの低温熱吸込みは、前記吸収−冷却副
    装置（23）を通って循環する冷却剤の蒸気によって提供
    され、一方、前記循環する熱力学媒体が低温熱エンジン
    （22）に入る前に、前記循環吸収剤−冷却剤溶液が該循
    環する熱力学媒体に熱を供給することを特徴とする改良
    された低温エンジン装置。
  2. 【請求項２】前記外部冷却源は外気温度で、また前記低
    温熱吸込みの温度は外気温度以下であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記熱エネルギ入力機器は、前記熱力学媒
    体が前記低温熱エンジンに入り込むさいの温度よりも高
    温の熱源を提供するものであることを特徴とした特許請
    求の範囲第１項に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記熱エネルギ入力機器が供給する熱エネ
    ルギは、蒸気タービンから廃棄されたものであることを
    特徴とした特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記低温熱エンジンは動力タービンであ
    り、前記熱力学媒体は同じ圧力の蒸気の温度よりも低い
    気化温度を有することを特徴とした特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記吸収−冷却副装置は、低温熱エンジン
    の熱力学媒体と吸収剤液体とを混合して前記吸収剤−冷
    却剤溶液にする吸収器構成体（37b）を有していること
    を特徴とした特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】前記吸収−冷却副装置内を流れる前記冷却
    剤は、前記凝縮器／蒸発器において、前記低温熱エンジ
    ンの低温端からの前記循環熱力学媒体と熱交換して気化
    される一方、該循環熱力学媒体を凝縮することを特徴と
    した特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記吸収−冷却副装置は、前記低温熱エン
    ジンに入る前の循環熱力学媒体の温度を上昇させる凝縮
    器を有し、該凝縮器は循環する冷却剤液体の温度を降下
    させることを特徴とした特許請求の範囲第１項に記載の
    装置。
  9. 【請求項９】前記吸収−冷却副装置は、吸収剤−冷却剤
    溶液を吸収剤溶液流と冷却剤溶液流とに分離する発生器
    を有していることを特徴とした特許請求の範囲第１項に
    記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記吸収器構成体は、前記低温熱エンジ
    ン装置と、該構成体を循環する吸収剤−冷却剤溶液の温
    度を低下させる外部冷却源との間で循環する流体と熱交
    換関係で結合していることを特徴とした特許請求の範囲
    第６項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記外部冷却源の流体は、再生熱交換器
    （54）において、前記循環熱力学媒体と熱交換すること
    を特徴とした特許請求の範囲第１項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記吸収−冷却副装置は、前記熱エネル
    ギ入力機器からの熱エネルギを受け前記吸収剤−冷却剤
    溶液を冷却剤蒸気と吸収剤溶液とに分離する発生器／凝
    縮器を備えていることを特徴とした特許請求の範囲第１
    項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記冷却剤蒸気が前記低温熱エンジンの
    高温端で前記熱力学媒体になることを特徴とした特許請
    求の範囲第12項に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記吸収−冷却副装置は、前記吸収溶液
    の流れと前記冷却剤蒸気の流れとを結合する吸収器構成
    体を有していることを特徴とした特許請求の範囲第12項
    に記載の装置。
  15. 【請求項１５】改良された低温エンジン装置の供給方法
    であって、 熱エネルギ源から熱エネルギ入力の流れを低温エンジン
    装置に供給する段階と、略外気温度にある外部冷却源か
    らの冷却流体の流れを導入する段階と、 循環吸収剤−冷却剤溶液の流れと熱エネルギ源からの熱
    エネルギの流れとの間で熱交換結合を行うことにより、
    また循環吸収剤−冷却剤溶液と外部冷却源からの冷却流
    体の流れとの間で熱交換結合を行うことにより、略外気
    温度以下にすることが可能な選択された温度で、連続し
    た流れの低温熱吸込みをする段階であって、吸収−冷却
    副装置を提供する段階を含む、低温熱吸込み段階と、 熱エネルギ入力の流れと熱交換関係で結合した高温端と
    前記連続した流れの低温熱吸込みと熱交換関係で結合す
    る低温端とを有する熱勾配にまたがって作動する熱力学
    媒体の流れを有した熱エンジンを提供する段階と、を備
    え、 前記低温熱吸込み段階は、前記低温熱吸込みを与えるた
    めに前記循環吸収剤−冷却剤溶液を冷却する段階と、前
    記循環熱力学媒体が熱エンジンに入る前に該循環熱力学
    媒体に熱を与えるために、循環吸収剤−冷却剤溶液を加
    熱する段階とを有することを特徴とする改良された低温
    エンジン装置の供給方法。
  16. 【請求項１６】前記低温熱吸込み段階は、濃縮溶質量の
    溶液の流れと希薄溶質量の溶液の流れとの間で吸収剤−
    冷却剤溶液の流れを結合したり、分離したりすることを
    特徴とした特許請求の範囲第15項に記載の方法。
  17. 【請求項１７】前記外部冷却源は外気温度であり、ま
    た、低温熱吸込みの温度は該外気温度以下の温度である
    ことを特徴とした特許請求の範囲第15項に記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記熱力学媒体が同じ圧力の蒸気の温度
    よりも低い気化温度を有していることを特徴とした特許
    請求の範囲第15項に記載の方法。
  19. 【請求項１９】冷却剤の流れおよび熱力学媒体の流れ
    は、熱力学媒体が低温熱エンジンを去った後、冷却剤を
    凝縮させる一方、熱力学媒体を気化させるように、熱交
    換結合によって互いに作用し合うことを特徴とした特許
    請求の範囲第15項に記載の方法。
  20. 【請求項２０】冷却剤の流れおよび熱力学媒体の流れ
    は、熱力学媒体が低温熱エンジンを去った後に、冷却剤
    の温度を低下させる一方、熱力学媒体の温度を上昇させ
    るように、熱交換結合によって互いに作用し合うことを
    特徴とした特許請求の範囲第15項に記載の方法。
  21. 【請求項２１】前記導入段階は、循環冷却流体から循環
    熱力学媒体に熱を伝達させるために、熱力学媒体が低温
    熱エンジンに入る前に該循環熱力学媒体の流れと熱交換
    関係で結合して冷却流体を流すことを含んでいることを
    特徴とした特許請求の範囲第15項に記載の方法。
  22. 【請求項２２】前記低温熱吸込み段階は、吸収剤溶液の
    流れと該吸収剤溶液よりも溶質濃度の高い溶液の流れと
    の間で、吸収剤−冷却剤溶液の流れを結合したり、分離
    したりすることを特徴とした特許請求の範囲第15項に記
    載の方法。
  23. 【請求項２３】前記低温熱吸込み段階は、冷却剤蒸気の
    流れと吸収剤溶液の流れとに、吸収剤−冷却剤溶液の流
    れを部分的に蒸留することを特徴とした特許請求の範囲
    第15項に記載の方法。
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