JPS59122784A - 動力回収システム - 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】 本発明は、溶液から作動流体を発生させる発生器と溶液
に作動流体を吸収させる吸収器との間で前記溶液を循環
させる一方、発生器で発生した高圧の作動流体を吸収器
に供給するようにした濃度差エンジンや吸収式冷凍機等
において、発生器から吸収器へ還流される溶液の持つエ
ネルギーを該溶液の循環圧送のための動力源の一部とし
て回収するようにした動力回収システムに関するもので
ある。

従来より、この種の濃度差エンジンとして、例えば第１
図に示すようなものがよく知られている。

すなわち該濃度エンジ／は、濃溶液を加熱して高圧の作
動流体を発生させる発生器（１）と、稀溶液を冷却して
該稀溶液内に作動流体を吸収させる吸収器（２）と、前
記発生器（１）で発生した高圧の作動流体をタービン（
３）を駆動するための駆動源として利用したのち吸収器
（２）に流通させる作動流体流路（４）と、前記作動流
体を発生した後の発生器（１）内の高温高圧の稀溶液（
溶液全体の上層に分布する′部分）を流量制御弁（５）
で減圧したのち吸収器（２）に帰還流通させる稀溶液流
路（６）と、前記作動流体を吸収した後の吸収器（２）
内の低温低圧の濃溶液（溶液全体の下層に分布する部分
）を電動モータ（７）で駆動されるポンプ（８）により
発生器（１）に送給流通させる濃溶液流路（９）と、前
記再溶液流路（Ｇ）、　（９）内を流れる溶液間で熱交
換させる熱交換器（１０）とを備え、ポンプ（８）によ
り溶液を発生器（１）と吸収器（２）との間で循環させ
る一方、発生器（１）からの作動流体の圧力によりター
ビン（３）を回して出力を得るようにしたものである。

尚、（１ａ）は発生器（１）内の濃溶液を加熱するため
の熱源、（２ａ）は吸収器（２）内の稀溶液を冷却する
ための冷却水パイプ、（２ｂ）、（２ｂ）、・・・は稀
溶液流路（６）からの稀溶液を吸収器（２）内にシャワ
ー状に噴出させる噴出口である。

ところで、このような従来の濃度差エンジンにおいて、
前記の如く発生器（１）から吸収器（２）に還流される
高圧の稀溶液をその途中で流量制御弁（５）により減圧
して、該稀溶液の持つエネルギーを無駄に捨てることは
エネルギーの有効利用の点で大きな損失である。

そこで、前記の減圧用流量制御弁（５）に代えて液ター
ビンを設け、該液タービンを前記のポンプ（８）と同軸
に直結して小型で簡単な構造のタービンポンプを構成す
ることにより、高圧の稀溶液でタービンポンプの液ター
ビンを回してポンプ（８）の動力を軽減させるようにす
ることが考えられる。

しかし、その場合、液タービンとポンプ（８）との流量
比Ｇ　ｔ／ＧｐＩＩ、すなわち液タービンおよびポンプ
（８）の一定回転数当りの各々を流れる溶液量の比が一
定であるために、エンジンの運転条件が単一に限定され
てしまう問題がある。すなわち、このことを詳述するに
、飽和溶液中の作動流体重量濃度ξはその温度と圧力と
によって定まる。そこ！、今、濃溶液および稀溶液の各
濃度をそれぞれξ５゜ξッとすると、作動流体を例えば
ＩＫｇ発生させるために必要な濃溶液流量（重量流量）
　Ｇｓは、ξＳ−ξＷ となる。一方、同様に稀溶液流量Ｇｗは前記濃溶液流量
Ｇｓから作動流体発生量（＝　Ｉ　Ｋｑ　）を減じた値
になるので、 ＧＷ　＝＝　Ｇｓ　−Ｌ である。よって稀・濃溶液流量比Ｇｗ／に　Ｂは、Ｇｓ
　　　ｌ−ＧＷ となり（０＜　Ｇｗ／Ｇｓ　＜　１　）、その値は溶液
の濃度ξ８．ξ７によって変動し、換言すれば発生器（
１）および吸収器（２）における温度および圧力によっ
て変動することになる。このことを示せば第４図および
第５図の通りである。したがって、エンジンの運転状態
の変動により、前記稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇｓが前記
したタービン・ポンプ流量比Ｇｔ／Ｇｐ（一定値）より
小さくなると、稀溶液が発生器（１）から吸収器（２）
へ必要以上に流れるため、発生器い）の内部液面高さが
低下していわゆる空炊き状態となるとともに、稀溶液の
流出によって作動流体の圧力が低下してタービン（３）
への駆動力すなわちエンジン出力が不足してしまう。す
なわち液タービンがポンプ作用をすることになる。一方
、稀・濃溶液流量比ＧＷ／ＧＳがタービン・ポンプ流量
比Ｇｔ／Ｇｐより大きくなると、発生器（１）の内部液
面高さおよび内部圧力が共に上昇して、液タービンが過
大抵抗を持つことになり、よっていずれの場合にもエン
ジンを安定運転を行い得ない。

本発明はかかる諸点に鑑みてなされたもので、その目的
の１つは、前記の如く、液タービンとポンプとを直結し
−でなるタービンポンプのタービン・ポンプ流量比を一
定とした場合において、該タービン・ポンプ流量比を濃
度差エンジン等の運転条件範囲内で予想し得る稀・濃溶
液流量比の最小値に合せておき、運転条件の変化に伴う
稀溶液または濃溶液の余剰流量をタービンポンプのター
ビンまたはポンプをバイパスさせて流通させるようにす
ることにより、システム全体の平衡を保って液タービン
に本来のタービン作用を行わせるようにし、よって濃度
差エンジン等の広範囲の運転条件に対するポンプ駆動用
動力の安定回収を図らんとすることにある。

この目的の達成のため、本願の第１の発明の構成は、溶
液を加熱して作動流体を発生させる発生器と、溶液を冷
却して該溶液内に作動流体を吸収させる吸収器と、前記
発生器で発生した作動流体を吸収器に流通させる作動流
体流路と、作動流体を発生した後の発生器内の稀溶液を
吸収器に流通させる稀溶液流路と、作動流体を吸収した
後の吸収器内の濃溶液を発生器内に流通させる濃溶液流
路と、前記稀溶液流路に介設したタービンと濃溶液流路
に介設したポンプとが同軸に直結されてなるタービンポ
ンプと、該タービンポンプを駆動する電動モーターとか
らなる濃度差エンジンや吸収式冷凍機等において、前記
タービンポンプとして運転条件範囲内での最小の稀・濃
溶液流量比と略等しいタービン・ポンプ流量比を持つ同
軸直結型のタービンポンプを用い、かつタービンまたは
ポンプのいずれか一方にバイパス流路を備えているもの
である。このことにより、濃度差エンジン等の運転条件
の変動に対応して変化する稀・濃溶液流量比と一定のタ
ービンポンプ流量比とのずれを補償して、タービンポン
プのタービンに正常なタービン作用を行わせるようにし
たものである。

本発明のいま１つの目的は、前記したタービンポンプの
タービンまたはポンプをバイパスする溶液流量を発生器
または吸収器の内部溶液量に招じて増減制御するように
することにより、運転条件が変化して稀・濃溶液流量比
が変化してもその変化分を前記バイパスする溶液流量の
変更によって補償して常に安定して液タービンに本来の
タービン作用を行わせるようにし、よって濃度差エンジ
ン等の広範囲の運転条件に対するポンプ駆動用動力のよ
り一層確実な安定回収を図らんとするものである。

この第２の目的の達成のため、本願の第２の発明の構成
は、前記の如く、稀溶液流路に介設したタービンと濃溶
液流路に介設したポンプとが同軸に直結されてなるター
ビンポンプを備えた濃度差エンジンや吸収式冷凍機等に
おいて、前記タービンポンプとして運転条件範囲内での
最小の稀・濃溶液流量比と略等しいタービン・ポンプ流
量比を持つタービンポンプを用い、さらに、タービンポ
ンプのタービンまたはポンプのいずれか一方をバイパス
し、かつ流量制御弁を有するバイパス流路と、前記発生
器または吸収器の内部液面高さを検出する液面検出器と
、該液面検出器の出力を受けて、発生器または吸収器の
内部液面高さを一定ないし所定範囲に保つよう前記バイ
パス流路の流量制御弁を開閉制御する制御装置とを設け
たものである。このことにより、濃度差エンジン等の運
転条件の変動に対応して変化する稀・濃溶液流量比と一
定のタービン・ポンプ流量比とのずれを自動的に補償制
御して、タービンポンプのタービンに正常なタービン作
用をより一層確実に行わせるようにしたものである。

以下、本発明を濃度差エンジンに適用した２つの実施例
についてそれぞれ第２図および第３図に基づいて詳細に
説明する。尚、濃度差エンジンの基本構成については第
１図により説明したので第１図と同じ部分は同じ符号を
付しくその詳細な説明は省略する。

第２図は第１実施例を示し、・′】は熱源り１ａ）ｉを
備えた発生器、２は冷却水パイプ（２ａ；を備えた吸収
器で、該発生器ｌと吸収器２とは、作動流体流路４と稀
溶液流路すと濃溶液流路９との３つの流路で接続され、
前記作動流体流路４の途中にはタービン、３が介設され
ており、該タービン、３゛を作動流体の圧力で回転駆動
することにより濃度差エンジンの出力を得る。また、前
記各溶液流路６”、・９の一部は互いに重合されて熱交
換器１０を構成している− さらに、１１１．は液タービン、１２、とポンプ・＋３
１とを同軸に一体的に直結してなるタービンポンプであ
って、前記液タービン（１２）は前記熱交換器（ｌＯ）
より下流側（吸収器（２）側）の稀溶液流路（６）に、
またポンプ（１３）は熱交換器（１０ｊより上流側（同
じく吸収器（２）側）の濃溶液流路（９）にそれぞれ介
設されている。また、タービンポンプ（１１）はそのポ
ンプ（１３）にて電動モータ（７）に連結されており、
該モータ（７）によりポンプ（１３）を作動させて吸収
器（２）内の濃溶液を発生器（１）に圧送する一層、該
発生器ｉｌ）内の稀溶液の液圧により液タービン（１２
を回転駆動して該液タービン（１２）と一体のポンプＸ
、（電動モータ（７））の回転力を補助するように構成
されている。そして、前記タービンポンプ１１．・にお
けるタービン・ポンプ流量比Ｇ　ｔ／Ｇ　ｐ　％すなわ
ち液タービン（１２）およびポンプ（１３：の一定回転
数当りの各々を流れる稀・濃溶液の流量比は、濃度差エ
ンジンの運転条件範囲内での稀・濃溶液流量比ＧＸｖ／
Ｇ３の最小値、すなわちエンジンの運転条件が種々に変
化した場合における稀および濃溶液流路ｆ６）Ｉ　ｊ９
ｊをそれぞれ流れる稀・濃溶液の流量比の最小値と略等
しい値に設定されている。

また、前記タービンポンプ（１１）の液タービン（１２
）上下流側の稀溶液流路（６）間は該液タービン（１２
）をバイパスするバイパス流路１、−で連通され、該バ
イパス流路１４゛にはバイパス流路・、１４を流れる稀
溶液流量を増減制御するように開閉する電動式流量制御
弁１５が介設されている。

一層、前記発生器５白こはその内部液面高さを検出する
差圧検出器、電気伝導度検出器、１手子式２点検出器等
からなる液面検出器ｌ（・か取り付けられ、該液面検出
器ｉ６の出力は前記バイパス流路！４の流量制御弁１）
を作重、Ｄ　４！−、ｊ仰するｆ３・］額装置１７に入
力接続されている。すなわち、該制御装置；７は液面検
出器１６からの出力信号を受けて流量Ｃ′司御弁ｉ口を
ｃ旧Ｔ制御し、発生器１の内部液面高さが所定値より低
いときには流量制御弁１うの開度を小すくシてバイパス
流路１４を流わる稀溶液流量を減少させる一層、所定値
より高いときには流量制御弁１うの開度を大きくして稀
溶液流量を増加させることにより、発生器１．の内部液
面高さを一定ないし所定範囲に保つように作動するもの
である。尚、この制御装置’ｌηの作動については、液
面検出器（１６）の出力を連続的電気信号とし、該信号
に基づいて比例、微分、積分等の制御を行って発生器（
１）の内部液面高さを一定に保つようにするのか理想的
であるか、他に支障がなければ所定の幅をもつ０Ｎ−Ｏ
ＦＦ制御を行って液面高さを所定範囲に保つようにして
もよい。

次に、前記実施例の作動について説明するに、発生器：
１゛１の熱源（１ａ）を作動させ、かつ吸収器（２）の
冷却水パイプ（２ａ）に冷却水を流通させた状態でモー
タ７゛・によりタービンポンプｌ１ｌｌｉを作動させる
と、吸収器２内の低圧濃溶液が濃溶液流路（９）を通っ
て発生器、ｌに圧送されて該発生器用で熱源（１ａ）に
より加熱され、この加熱によって該濃溶液から高温高圧
のガス状の作動流体が発生する。この作動流体は作動流
体流路：４）を通って吸収器（２）に戻り、その途中で
タービン（３）を回転駆動し、このことにより濃度差エ
ンジンの出力が発生する。

一方、この作動流体か発生した後の前記発生器１１ｊ内
の高温高圧の稀溶液はその圧力により稀溶液□流路（６
）を通って吸収器（２）内に還流され、該吸収器（２）
内で冷却水パイプ（２ａ）により冷却されて前記作動流
体流路（４）からの作動流体を吸収し濃溶液となる。こ
のように発生器（１）から吸収器（２）へ還流される途
中、稀溶液は熱交換器（１０）にて前記濃溶液流路（９
）内の低温の濃溶液と熱交換して低温となり、その後タ
ービンポンプ（１１）の液タービン（１２）を回転駆動
して減圧される。この液タービン（１２）を駆動するこ
とにより、ポンプ（１３）すなわちモータ（７）の駆動
力を軽減することができる。

この場合、前記タービンポンプ（Ｕ）におけるタービン
・ポンプ流量比Ｇｔ／／Ｇｐがエンジンの運転条件範囲
内での稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇｓの最小値と略等しい
に設定されているため（Ｇｔ／／Ｇｐ≦Ｇｗ／Ｇｓ　）
、前記の如きエンジンの運転に伴って発生器［１）の内
部液面高さが上昇しようとする。しかし、この液面高さ
を液面検出器（１Ｇ）が検出して液面高さ信号を制御装
置（１旧こ出力し、この液面高さ信号を受けた偏部装置
（１荊ま該信号に応じてバイパス流路（１４）の流量制
睡弁（１５）を所定開度開き稀溶液の一部を該バイパス
流路（１４）に流す。このことにより稀溶液全体の流量
がそのときの稀・濃溶液流量比ＧＷ／ＧＳに対応するよ
うに増加し、よって前記発生器（１）の内部液面高さの
上昇が抑制されて平衡状態となる。

そして、この平衡状態からエンジン９運転状態が変化し
て稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇ　ｓが変化したときには、
上記と同様に、その変化に対応するように流量制御弁（
１５）の開度が変化して稀溶液流量が増減調整され、新
たな平衡状態に移行する。

したがって、このように、エンジンの運転条件が変化し
て稀・濃溶液流量比Ｇｗ／Ｇｓが増減変化しても、その
変化分に対応するようにバイパス流路（１４）で稀溶液
流量のみが変化するため、タービンポンプ（１１）の液
タービン（１２）への稀溶液流量は常に略一定となり、
すなわち液タービン（１２）が常に最大効率点の流量で
駆動されて、ポンプ作用をしたり過大抵抗となることは
なく、よって高圧の稀溶液の持つエネルギーを安定して
確実に回収してポンプ（１３）の動力に利用することが
できる。

また、発生器（１）内溶液の液面高さに応じ稀溶液流量
を変えて稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇｓの変化分を補償し
ているため、エンジンの運転条件を急変させても速やか
にエンジンシステムを平衡状態にすることができ、よっ
てエンジンを安定して自動運転することができる。

さらに、エンジンの運転条件の変化に伴う稀・濃溶液流
量比Ｇｗ７Ｇｓの変化をバイパス流路（１４）の流路面
積を調整制御することによって補償しているため、ター
ビン・ポンプ流量比は一定にして差し支えなく、よって
小型で構造の簡単な直結型タービンポンプ（１１）の使
用が可能となる。

第３図は第２実施例を示し、前記第１実施例では発生器
（１）の内部液面高さに応じて稀溶液流量Ｇｗを増減制
御するようにしたのに対し、濃溶液流量Ｇｓを増減制御
するようにしたものである（尚、第２図と同じ部分につ
いては同じ符号を付してその詳細な説明を省略する）。

すなわち、本実施例では、バイパス流路（１４）バター
ビンポンプ（１１）のポンプ（１３）上下流側の濃溶液
流路（９）間を接続するように設けられており、ポンプ
（１３）。

から吐出された濃溶液の一部をバイパス流路（１４５に
よってポンプ（１３）吸込み側ヘリターンさせるように
なされている。また、該バイパス流路（１４）に介設さ
れた流量制御弁（１５）の開度は、液面検出器（１６）
の出力を受けて作動する制御装置（１７）Ｇこより制御
される、その他の構成は前記第１実施例と同様である。

したがって、本実施例では、エンジンの運転条件の変化
により稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇｓが変化したときには
、前記第１実施例と同様にして液面検出器（１６）およ
び制御装置θカが作動することによりバれ、このことに
より該バイパス流路（１４）る流れる濃溶液流量すなわ
ち濃溶液のリターン流量が変化して全体の濃溶液流量Ｇ
ｓが前記新しい稀・濃溶液流量比Ｇ％／Ｇｓに対応する
ように変更され、その結果、発生器（１）内の液面高さ
の変動が抑制される。よって前記第１実施例と同様の作
用効果を奏することができる。

尚、前記両実施例では、発生器（１）の内部液面高さを
検出してそれに応じて制御装置（１７）、　（１７）に
より流量制御弁（＋５Ｌ　（１５）の開度を制御するよ
うにしたが、吸収器（２）の内部液面高さを検出してそ
れに応じて前記と同様な制御を行うようにしてもよく、
必要に応じて適宜選択すればよい。

また、本発明は、濃度差エンジンのみならず、吸収式冷
凍機等に対しても適用することができるのは勿論である
。

以上説明したように、本願の第１の発明によれば、発生
器と吸収器とを備え、発生器から吸収器に流通する高圧
の作動流体を出方に使用する一方、タービンとポンプと
を同軸に直結してなるタービンポンプのタービンを介し
て前記発生器内の稀溶液を吸収器へ、またポンプを介し
て吸収器内の濃溶液を発生器へそれぞれ流通させるよう
にした濃度差エンジンや吸収式冷凍機等において、前記
タービンポンプとして濃度差エンジン等の運転条件範囲
内での最小の稀・濃溶液流量比と略等しいタービン・ポ
ンプ流量比を持つタービンポンプを用い、かつ該タービ
ンポンプのタービンまたはポンプのいずれか一方をバイ
パスするバイパス流路を設けたことにより、エンジン等
の運転条件が変化して稀・濃溶液流量比が変化してもそ
の変化分は溶液が前記バイパス流路をバイパス流通する
ことによって補償されて発生器または吸収器の内部液面
高さが変化するのを抑制することができるので、小型で
簡単な構造のタービンポンプを使用しつつ、該タービン
ポンプのタービンを、エンジン等の広範囲な運転条件に
対し安定してかつ効率的に作動させて、ポンプ駆動のた
めの動力を回収することができ、よって濃度差エンジン
や吸収式冷凍機等における動力の低減を図ることができ
るものである。

また、本願の第２の発明によれば、前記バイパス流路に
流量制御弁を設け、該流量制御弁の開度を前記発生器ま
たは吸収器の内部液面高さに応じて制御するようにした
ことにより、バイパス流路を流れる溶液流量が調整され
て前記タービンポンプのタービンをより一層安定して作
動させることができ、濃度差エンジンや吸収式冷凍機等
における動力の確実な低減を図ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の濃度差エンジンの模式説明図、第２図は
本発明の第１実施例を示す第１図相当図、第３図は同第
２実施例を示す第１図相当図、第４図は発生器内温度お
よび圧力を一定にしたときの吸収器内温度および圧力と
稀・濃溶液流量比との相関関係の一例を示す説明図、第
５図は吸収器内温度および圧力を一定にしたときの発生
器内温度および圧力と稀・濃溶液流量比との相関関係の
一例を示す説明図である。 ＋１）・・・発生器、（２）・・・吸収器、（３）・・
・タービン、（４）・・・作動流体流路、（６）・・稀
溶液流路、（７）・・・電動モータ、（９）・・濃溶液
流路、（１ｏ）・・・熱交換器、（１１）・・・タービ
ンポンプ、（１２）−・液タービン、（１■・ポンプ、
［Ｉ４Ｌ　（ｎ）　　バイパス流路、（１５）　ｌ　（
１５）　　流量制御弁、（１６）・・・液面検出器、（
１７Ｌ　（１７）・・・制御装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶液を加熱して作動流体を発生させる発生器（１
   ）と、溶液を冷却して該溶液内に作動流体を吸収させる
   吸収器（２）と、前記発生器（１）で発生した作動流体
   を吸収器（２）に流通させる作動流体流路（４）と、作
   動流体を発生した後の発生器［ｌ）内の稀溶液を吸収器
   （２）に流通させる稀溶液流路（Ｇ）と、作動流体を吸
   収した後の吸収器（２）内の濃溶液を発生器（１）内に
   流通させる濃溶液流路（９）と、前記稀溶液流路（６）
   に介設したタービン（１２）と濃溶液流路（９）に介設
   したポンプ（１３）とが同軸に直結されてなるタービン
   ポンプ（１１）と、該タービンポンプ（１１）を駆動す
   る電動モータ（７）とからなる濃度差エンジンや吸収式
   冷凍機等において、前記タービンポンプ（１１）として
   運転条件範囲内での最小の稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇ　
   ｓと略等しいタービン・ポンプ流量比Ｇ　ｔ／Ｇｐを持
   つ同軸直結型のタービンポンプを用い、かつタービン（
   ！匂またはポンプ（１３）のいずれか一方にバイパス流
   路（１４＋、（１４）を備えたことを特徴とする動力回
   収システム。
2. （２）溶液を加熱して作動流体を発生させる発生器（１
   ）と、溶液を冷却して該溶液内に作動流体を吸収させる
   吸収器（２）と、前記発生器（１）で発生した作動流体
   を吸収器（２）に流通させる作動流体流路（４）と、作
   動流体を発生した後の発生器ｆｉｔ内の稀溶液を吸収器
   （２）に流通させる稀溶液流路（６）と、作動流体を吸
   収した後の吸収器（２）内の濃溶液を発生器（１）内に
   流通させる濃溶液流路（９）と、前記稀溶液流路（６）
   に介設したタービン（１２）と濃溶液流路（９）に介設
   したポンプ（１３）とが同軸に直結されてなるタービン
   ポンプ（１１）と、該タービンポンプ（１１）を駆動す
   る電動モーター（７）とを備えた濃度差エンジンや吸収
   式冷凍機等において、前記タービンポンプ（１１）とし
   て運転条件範囲内での最小の稀・濃溶液流量比ＧＷ／Ｇ
   　３と略等しいタービン・ポンプ流量比Ｇｔ／／Ｇｐを
   持つタービンポンプを用い、さらに、タービンポンプ（
   ＩＩ）のタービン（１２）またはポンプ（１３）のいず
   れか一方をバイパスし、かつ流量制御弁（１５）　、　
   （１５）を有するバイパス流路（１萄、　（＋４）と、
   前記発生器（１）または吸収器（２）の内部液面高さを
   検出する液面検出器（ｌに）と、該液面検出器（１６）
   の出力を受けて、発生器（１）または吸収器（２）の内
   部液面高さを一定ないし所定範囲に保つよう前記バ御す
   る制御装置（１７）、（１７）とを設けたことを特徴と
   する動力回収システム。