JP2005147447A - アンモニア−水非共沸混合媒体循環システム - Google Patents

Abstract

【課題】 合理的な改良により、従来冷却水に放出していた熱を回収し、熱エネルギーの有効利用を図るとともに、冷却に要するコストを低減して経済性を向上する。
【解決手段】 再生器４と吸収器８と凝縮器６と蒸発器１０とから成る吸収冷凍機を、アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体として作動する。クーリングタワーからの冷却水により凝縮器６を５０℃以下に冷却する。再生器４から凝縮器６に流動するアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気の熱を第２の熱交換器１６で回収し、その回収した熱を貯湯槽１７にを貯める。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体としてその作動媒体を加熱することによりアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気を発生する再生器を備え、その再生器からのアンモニア濃蒸気を凝縮するために凝縮器や高圧吸収器を５０℃以下に冷却するように構成した吸収冷凍機や動力発生装置などのアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムに関する。

従来の吸収冷凍機では、吸収器のアンモニア−水系混合媒体を再生器に供給し、その再生器において、アンモニア濃度の高いアンモニア濃蒸気を発生させ、発生したアンモニア濃蒸気を凝縮器に供給して冷却し、液化したアンモニア溶液を蒸発器に供給し、蒸発器での蒸発に伴う潜熱により冷水やブラインなどの冷凍用媒体を得るようにしている（特許文献１参照）。
特開２００２−８１７９１号公報（図１）。

また、再生器でアンモニア濃蒸気を発生させ、アンモニア濃蒸気が分離されたアンモニア濃度が低いアンモニア希溶液を低圧吸収器に供給し、タービンなどから戻されるアンモニア濃度が高い溶液を混入し、アンモニア濃度が高くなったアンモニア溶液を再生器に供給するように構成し、更に、再生器で分離されたアンモニア濃蒸気と低圧吸収器からのアンモニア希溶液とを高圧吸収器に供給し、高圧吸収器で冷却してアンモニア濃度が高いアンモニア溶液を得、そのアンモニア溶液を排熱ボイラに供給して蒸気を発生させ、その蒸気でタービンを駆動するように構成した動力発生装置もあった。

上述従来の吸収冷凍機の場合、通常、凝縮器において、クーリングタワーからの冷却水などにより、アンモニア濃蒸気を５０℃以下に冷却するようにしている。しかしながら、再生器から凝縮器に供給されるアンモニア濃蒸気の温度は８０℃以上であり、このような高温のアンモニア濃蒸気を冷却するために、凝縮器に供給する冷却水の水量が多くなり、冷却に要するコストが高くなる欠点があった。

また、上述した動力発生装置の場合も、再生器から高圧吸収器に供給されるアンモニア濃蒸気の温度は８０℃以上であるのに対し、高圧吸収器では５０℃以下に冷却するように構成してあり、前述の吸収冷凍機の場合と同様に、凝縮器に供給する冷却水の水量が多くなり、冷却に要するコストが高くなる欠点があった。

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および２に係る発明は、合理的な改良により、従来冷却水に放出していた熱を回収し、熱エネルギーの有効利用を図るとともに、冷却に要するコストを低減し、経済性を向上できるようにすることを目的とし、また、請求項３に係る発明は、貯湯をイニシャルコストおよびランニングコストのいずれをも安価にして行えるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
再生器と吸収器と凝縮器と蒸発器とから成る吸収冷凍機を、アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体として作動するとともに、前記凝縮器を５０℃以下に冷却するように構成したアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
前記再生器から前記凝縮器に流動するアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気の熱を回収する熱交換器を設けるとともに、前記熱交換器に貯湯槽を接続して構成する。

（作用・効果）
請求項１に係る発明のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの構成によれば、再生器から凝縮器に供給される高温のアンモニア濃蒸気の熱を熱交換器により回収して高温の湯を得、その湯を貯湯槽に貯める。
したがって、再生器と凝縮器との間に熱交換器と貯湯槽を設けるという合理的な改良により、従来、クーリングタワーからの冷却水などに放出していた熱により湯を得ることができるから、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
また、凝縮器に供給される前に熱を回収するから、凝縮器に供給されるアンモニア濃蒸気の温度を低下でき、凝縮器において５０℃以下まで冷却するために供給するクーリングタワーからの冷却水などの水量を少なくでき、凝縮器での冷却に要するコストを低減でき、経済性を向上できる。

また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体としてその作動媒体を加熱することによりアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気を発生する再生器と、
アンモニア濃蒸気が分離されたアンモニアの濃度が低いアンモニア希溶液を前記再生器から供給する低圧吸収器と、
前記低圧吸収器からのアンモニア希溶液と前記再生器からのアンモニア濃蒸気とを供給して冷却し、アンモニアの濃度が高いアンモニア溶液を得る高圧吸収器と、
前記高圧吸収器からのアンモニア溶液を加熱してアンモニア蒸気を発生させるボイラと、
前記ボイラで発生したアンモニア蒸気により作動するタービンとを備え、
前記高圧吸収器を５０℃以下に冷却するように構成したアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
前記再生器から前記高圧吸収器に流動するアンモニア濃蒸気の熱を回収する熱交換器を設けるとともに、前記熱交換器に貯湯槽を接続してあることを特徴とするアンモニア−水非共沸混合媒体循環システム。

（作用・効果）
請求項２に係る発明のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの構成によれば、再生器から高圧吸収器に供給される高温のアンモニア濃蒸気の熱を熱交換器により回収して高温の湯を得、その湯を貯湯槽に貯める。
したがって、再生器と高圧吸収器との間に熱交換器と貯湯槽を設けるという合理的な改良により、従来、クーリングタワーからの冷却水などに放出していた熱により湯を得ることができるから、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
また、高圧吸収器に供給される前に熱を回収するから、高圧吸収器に供給されるアンモニア濃蒸気の温度を低下でき、高圧吸収器において５０℃以下まで冷却するために供給するクーリングタワーからの冷却水などの水量を少なくでき、高圧吸収器での冷却に要するコストを低減でき、経済性を向上できる。

請求項３に係る発明のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムは、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
熱交換器を、熱交換後の湯を貯湯槽側に自然循環により流動可能に前記貯湯槽と連通接続された連通管内に設け、かつ、前記連通管に、自然循環流動を停止可能な蓋部材を設けてあるアンモニア−水非共沸混合媒体循環システム。

（作用・効果）
請求項３に係る発明のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの構成によれば、対流現象を利用して、熱交換後の湯を貯湯槽を自然循環流動させ、蓋部材により自然循環流動を停止することにより、貯湯槽内の湯の温度が上昇することを抑え、所定温度の湯を貯湯槽内にためることができる。
したがって、熱交換器と貯湯槽との間に給水ポンプを設けずに済み、貯湯をイニシャルコストおよびランニングコストのいずれをも安価にして行える。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムによれば、再生器から凝縮器に供給される高温のアンモニア濃蒸気の熱を熱交換器により回収して高温の湯を得、その湯を貯湯槽に貯めるから、再生器と凝縮器との間に熱交換器と貯湯槽を設けるという合理的な改良により、従来、クーリングタワーからの冷却水などに放出していた熱により湯を得ることができ、熱エネルギーの有効利用を図ることができる。
また、凝縮器に供給される前に熱を回収するから、凝縮器に供給されるアンモニア濃蒸気の温度を低下でき、凝縮器において５０℃以下まで冷却するために供給するクーリングタワーからの冷却水などの水量を少なくでき、凝縮器での冷却に要するコストを低減でき、経済性を向上できる。

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、本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例１を示す概略構成図であり、ガスエンジン１のエンジン冷却部の出口と入口とにわたってエンジン冷却水（ジャケット冷却水）を循環する循環ポンプ２を介装した循環配管３が、吸収冷凍機を構成する再生器４に接続されている。ガスエンジン１には発電機５が連動連結されている。再生器４には、ガスエンジンからのエンジン冷却後のエンジン冷却水（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、水を吸収剤としたアンモニア−水非共沸混合媒体が収容されている。

再生器４には、エンジン冷却水により加熱されて水を分離したアンモニア濃度が高いアンモニア濃蒸気を供給するように凝縮器６が連通接続され、再生器４に戻し管７を介して吸収器８が接続されるとともに、凝縮器６に第１の配管９を介して蒸発器１０が接続され、更に、吸収器８と蒸発器１０とが第２の配管１１を介して連通接続され、かつ、再生器４と吸収器８とが、第１のポンプ１２を介装した第３の配管１３を介して接続され、アンモニア吸収冷凍機が構成されている。

凝縮器６では、再生器４で蒸発したアンモニア濃度が高いアンモニア濃蒸気を凝縮液化し、その液化した冷媒を蒸発器１０に戻すようになっている。
蒸発器１０では、吸収器８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。

戻し管７と第３の配管１３との間に第１の熱交換器１４が介装され、再生器４から吸収器８に戻されるアンモニア濃度の低いアンモニア希溶液により、吸収器８から再生器４に供給されるアンモニア濃度が高いアンモニア溶液を加熱するように構成されている。

再生器４と凝縮器６とを接続する蒸気配管１５に第２の熱交換器１６が介装され、その第２の熱交換器１６と貯湯槽１７とが第１の給水ポンプ１８を介装した循環用加熱配管１９を介して接続され、再生器４から凝縮器６に流動するアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気の熱を回収して高温の湯を得、その高温の湯を貯湯槽１７に貯めるように構成されている。

吸収器８および凝縮器６には、クーリングタワー（図示せず）からの冷却水配管２０が導通されている。図中、２１は第２の給水ポンプ２２を介装した給水管を示し、２３は給湯管を示している。２４は、蒸発器１０から低温冷水やブラインなどの冷凍用媒体を取り出す冷凍用媒体取り出し管を示している。

図２は、本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例２を示す概略構成図であり、実施例１と異なるところは次の通りである。
すなわち、熱交換器３１が貯湯槽３２に連通接続された連通管３３内に設けられ、連通管３３の下側部分に、連通流路を開放・遮断する蓋部材３４が付設されている。他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。

実施例２の構成によれば、熱交換器３１で得られる湯を、対流による自然循環流動により貯湯槽３２に供給でき、実施例１における第１の給水ポンプ１８を不要にでき、イニシャルコストおよびランニングコストを低減できる利点を有している。

図３は、本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例３を示す概略構成図であり、実施例１と異なるところは次の通りである。
すなわち、再生器４に、戻し管7および第３の配管１３を介して、アンモニア濃蒸気が分離されたアンモニアの濃度が低いアンモニア希溶液を供給する低圧吸収器４１が接続され、再生器４に蒸気配管１５を介して高圧吸収器４２が接続されるとともに、低圧吸収器４１と高圧吸収器４２とが液配管４３を介して接続され、低圧吸収器４１および高圧吸収器４２にクーリングタワー（図示せず）からの冷却水配管４４が導通され、低圧吸収器４１からのアンモニア希溶液と再生器４からのアンモニア濃蒸気とを供給して冷却し、アンモニアの濃度が高いアンモニア溶液を得るように構成されている。

高圧吸収器４２に、第４の配管４５を介してタービン４６が接続されるとともにタービン４６と低圧吸収器４１とが第５の配管４７を介して接続され、第４の配管４５にボイラ４８が介装されるとともに、ボイラ４８にガスエンジン１からの排ガス配管４９が導入され、タービン４６に発電機５０が連動連結され、動力取り出し装置が構成されている。

再生器４と高圧吸収器４２とを接続する蒸気配管１５に第２の熱交換器１６が介装され、高圧吸収器４２に流動するアンモニア濃蒸気の熱を回収して高温の湯を得、その高温の湯を貯湯槽１７に貯めるように構成されている。他の構成は実施例１と同じであり、同一図番を付すことにより、その説明は省略する。

上記構成により、ガスエンジン１のエンジン冷却水によりアンモニア濃度が高いアンモニア溶液を作成し、そのアンモニア溶液をボイラ４８に供給し、エンジン排ガスの熱によりアンモニア蒸気を発生させ、ボイラ４８で発生したアンモニア蒸気によりタービン４６を作動し、発電機５０により電力を得るようになっている。

このため、再生器４からのアンモニア濃蒸気の熱により高温の湯を得て熱エネルギーの有効利用を図ることができる。また、再生器４から高圧吸収器４２に供給されるアンモニア濃蒸気中に水分を含ませることにより、第２の熱交換器１６での凝縮液化により潜熱をも良好に回収できる。

上記実施例３において、実施例２におけると同様に第２の熱交換器１６を貯湯槽１７に連通接続された連通管内に設け、その連通管の下方側部分に蓋部材を付設するように構成しても良い。

上記実施例において、冷却水配管２０，４４に熱交換器を介装し、床暖房や温風暖房などを行うように構成しても良い。その構成によれば、実施例1および２の場合、冷凍用媒体取り出し管２４からの冷熱で冷房を行うことにより、全体として、冷暖房を行いながら給湯を行えるという効果を発揮させることができる。

上述実施例の排ガスやエンジン冷却水の排出熱源としてのガスエンジンとしては、汎用のガスエンジンやディーゼルガスエンジンやスターリングガス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。

本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例１を示す概略構成図である。 本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例２を示す概略構成図である。 本発明に係るアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムの実施例３を示す概略構成図である。

符号の説明

４…再生器
６…凝縮器
８…吸収器
１０…蒸発器
１６…第２の熱交換器
１７…貯湯槽
３１…第２の熱交換器
３２…貯湯槽
３３…連通管
３４…蓋部材
４１…低圧吸収器
４２…高圧吸収器
４６…タービン
４８…ボイラ

Claims (3)

1. 再生器と吸収器と凝縮器と蒸発器とから成る吸収冷凍機を、アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体として作動するとともに、前記凝縮器を５０℃以下に冷却するように構成したアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
   前記再生器から前記凝縮器に流動するアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気の熱を回収する熱交換器を設けるとともに、前記熱交換器に貯湯槽を接続してあることを特徴とするアンモニア−水非共沸混合媒体循環システム。
2. アンモニアと水とから成る非共沸混合媒体を作動媒体としてその作動媒体を加熱することによりアンモニアの濃度が高いアンモニア濃蒸気を発生する再生器と、
   アンモニア濃蒸気が分離されたアンモニアの濃度が低いアンモニア希溶液を前記再生器から供給する低圧吸収器と、
   前記低圧吸収器からのアンモニア希溶液と前記再生器からのアンモニア濃蒸気とを供給して冷却し、アンモニアの濃度が高いアンモニア溶液を得る高圧吸収器と、
   前記高圧吸収器からのアンモニア溶液を加熱してアンモニア蒸気を発生させるボイラと、
   前記ボイラで発生したアンモニア蒸気により作動するタービンとを備え、
   前記高圧吸収器を５０℃以下に冷却するように構成したアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
   前記再生器から前記高圧吸収器に流動するアンモニア濃蒸気の熱を回収する熱交換器を設けるとともに、前記熱交換器に貯湯槽を接続してあることを特徴とするアンモニア−水非共沸混合媒体循環システム。
3. 請求項１または２に記載のアンモニア−水非共沸混合媒体循環システムにおいて、
   熱交換器を、熱交換後の湯を貯湯槽側に自然循環により流動可能に前記貯湯槽と連通接続された連通管内に設け、かつ、前記連通管に、自然循環流動を停止可能な蓋部材を設けてあるアンモニア−水非共沸混合媒体循環システム。
   

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