(57)【要約】【課題】流量の変動が大きい余剰蒸気を効果的に用いて、冷凍設備をエネルギ効率よく稼動することを可能とした排熱利用冷凍システムを提供する。【解決手段】エンジン１からの排熱を利用して蒸気を生成するエコノマイザ２と、該エコノマイザ２からの蒸気が供給され蒸気タービン７を回転して発電を行う発電装置８と、該発電電力により圧縮機を駆動し冷熱を生成する圧縮式冷凍機１５とを備えるとともに、前記蒸気タービン７に供給される蒸気の一部が供給される他の蒸気利用装置１０を備え、該他の蒸気利用装置１０は蒸気使用量に変動がある排熱利用冷凍システムであって、前記他の蒸気利用装置１０からの余剰蒸気２３が供給され、これにより加熱される再生器を備えた吸収式冷凍機１１と、前記吸収式冷凍機１１で生成した冷熱により圧縮式冷凍機１５に供給される冷却水２７を予冷する熱交換器１２と、を設けた構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排熱発生源からの排熱を利用して蒸気を生成するエコノマイザと、該エコノマイザにて生成した蒸気が供給され蒸気タービンを回転して発電を行う発電装置と、前記発電装置にて発電した電力により圧縮機を駆動し冷熱を生成する圧縮式冷凍機とを備えるとともに、前記蒸気タービンに供給される蒸気の一部が分岐されて供給される他の蒸気利用装置を備えた排熱利用冷凍システムにおいて、
前記他の蒸気利用装置は蒸気使用量に変動があり、該他の蒸気利用装置からの余剰蒸気が供給されこの供給された余剰蒸気により加熱される再生器を備えた吸収式冷凍機と、
前記吸収式冷凍機で生成した冷熱により前記圧縮式冷凍機に供給される冷却水を予冷する熱交換器と、を設けたことを特徴とする排熱利用冷凍システム。
【請求項２】
前記余剰蒸気の流量を測定する蒸気流量測定手段と、該蒸気流量測定手段にて測定された余剰蒸気流量に基づいて前記圧縮式冷凍機の圧縮機の回転数を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする請求項１記載の排熱利用冷凍システム。
【請求項３】
前記吸収式冷凍機の前段に蓄熱式熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の排熱利用冷凍システム。
【請求項４】
前記熱交換器を蓄熱式熱交換器としたことを特徴とする請求項１若しくは２記載の排熱利用冷凍システム。
【請求項５】
前記蓄熱式熱交換器を並列に複数設けるとともに、各蓄熱式熱交換器への冷媒の供給量を制御するバルブを夫々設け、
前記余剰蒸気の流量を測定する蒸気流量測定手段と、該蒸気流量測定手段にて測定された余剰蒸気流量に基づいて前記バルブを開閉制御し前記蓄熱式熱交換器の稼動数を制御する制御装置と、を設けることを特徴とする請求項３若しくは４記載の排熱利用冷凍システム。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の排熱利用冷凍システムが冷凍コンテナ船に搭載されたシステムであって、前記他の蒸気利用装置が、船内の貨物庫を含む船内蒸気利用装置であり、前記圧縮式冷凍機で生成された冷熱により前記船内蒸気利用装置を冷却するようにしたことを特徴とする排熱利用冷凍システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス発生源からの排熱を利用して蒸気を生成し、該蒸気の排熱を用いて発電を行うとともに蒸気の一部を他の蒸気利用設備に供給して使用するシステムにて、前記発電した電力を用いて冷凍機を駆動して冷熱を発生させる排熱利用冷凍システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関から排出される排ガスの排熱を利用して動力、温熱又は冷熱を取り出すことにより効率的なエネルギ利用を促進するようにしたコジェネレーションシステムが広く用いられている。例えば冷凍コンテナ船や各種工場設備等のように、内燃機関を備えるとともに冷凍設備を備える場合、内燃機関で発生した排ガスの排熱を用いて冷凍設備を稼動する排熱利用冷凍システムがある。
例えば、特許文献１（特開２００４−６９２７６号公報）や特許文献１（特開２００３−２０７２２４号公報）に冷凍設備を備えたコジェネレーションシステムが開示されている。
【０００３】
図５に、従来の排熱利用冷凍システムの一例として、冷凍コンテナ船に該システムを適用した場合の概略構成図を示す。冷凍コンテナ船に搭載されたメインエンジン１にて発生した排ガスはエコノマイザ２に導入され、該エコノマイザ２にて給水Ａを加熱して蒸気が生成される。この蒸気は主として蒸気タービン７に送給され、該蒸気タービン７を蒸気により蒸気タービン７を回転して発電機８を駆動させ、発電する。ここで発電した電力は、貨物室１６等を冷却する圧縮式冷凍機１５に供給され、該圧縮式冷凍機１５の圧縮機を駆動する電力に用いられる。蒸気タービン７から排出される蒸気は復水器９にて復水されて給水Ａに送られる。
【０００４】
冷凍コンテナ船には、冷暖房や温水生成器等のように、蒸気タービン７とは他の船内蒸気利用設備１０が設けられている。そこで、エコノマイザ２で生成した蒸気の一部をこれら他の船内蒸気利用設備１０にも供給している。しかしながら、他の船内蒸気利用設備１０は、時間帯や状況等に応じて蒸気使用量の変動が大きいのが実状である。従って、他の船内蒸気利用設備１０に用いられない余剰蒸気は一定量ではないため、この余剰蒸気は復水器で復水して給水Ａに利用していた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６９２７６号公報
【特許文献２】特開２００３−２０７２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、図５に示すように他の蒸気利用設備からの余剰蒸気を復水して給水に用いてしまうと、蒸気の有する熱エネルギを無駄に捨てていることになり、エネルギ効率の低下を招いてしまう。しかしながら、他の蒸気利用設備は蒸気タービンのように蒸気使用量に変動が大きいため、安定的な利用は困難である。
また、近年、例えばコンテナ船においては大型化が進んでおり、冷却能力の大容量化が求められているが、その結果所要電力も大きくなり、発電システムを大型化しなくてはならなくなっている。しかし、発電システムを大型化することは貨物室等の被冷却設備の縮小に繋がるため、むやみに大きくすることができいないという問題があった。
【０００７】
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、流量の変動が大きい余剰蒸気を効果的に用いて、冷凍設備をエネルギ効率よく稼動することを可能とした排熱利用冷凍システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
そこで、本発明はかかる課題を解決するために、排熱発生源からの排熱を利用して蒸気を生成するエコノマイザと、該エコノマイザにて生成した蒸気が供給され蒸気タービンを回転して発電を行う発電装置と、前記発電装置にて発電した電力により圧縮機を駆動し冷熱を生成する圧縮式冷凍機とを備えるとともに、前記蒸気タービンに供給される蒸気の一部が分岐されて供給される他の蒸気利用装置を備えた排熱利用冷凍システムにおいて、
前記他の蒸気利用装置は蒸気使用量に変動があり、該他の蒸気利用装置からの余剰蒸気が供給されこの供給された余剰蒸気により加熱される再生器を備えた吸収式冷凍機と、
前記吸収式冷凍機で生成した冷熱により前記圧縮式冷凍機に供給される冷却水を予冷する熱交換器と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、圧縮式冷凍機の前段に吸収式冷凍機を直列に配置し、吸収式冷凍機で生成した冷熱により圧縮式冷凍機に供給される冷却水を予冷することにより、圧縮式冷凍機の使用電力を削減することが可能となる。
また、流量変動の大きい余剰蒸気を有効活用することができ、システム全体のエネルギ効率を向上させることが可能となる。
【００１０】
また、前記余剰蒸気の流量を測定する蒸気流量測定手段と、該蒸気流量測定手段にて測定された余剰蒸気流量に基づいて前記圧縮式冷凍機の圧縮機の回転数を制御する制御装置と、を設けたことを特徴とする。
上記したように、余剰蒸気の流量は変動が大きいため、吸収式冷凍機で生成される冷熱量にも変動が生じ、余剰蒸気の流量によって圧縮式冷凍機に供給される予冷後の冷却水の温度も変わってくる。従って、制御装置により余剰蒸気の流量に基づいて圧縮式冷凍機が備える圧縮機の回転数を制御することによって、圧縮式冷凍機の冷却能力を一定に維持することが可能となる。
【００１１】
さらに、前記吸収式冷凍機の前段に蓄熱式熱交換器を設けたことを特徴とする。
このように、蓄熱式熱交換器を設けることにより、余剰蒸気の流量変動による冷却能力の変動の平準化を図ることができ、圧縮式冷凍機の運転制御を簡素化することが可能となる。
【００１２】
さらにまた、前記熱交換器を蓄熱式熱交換器としたことを特徴とする。
このように、前記熱交換器の代替として蓄熱式熱交換器を設けることにより、新たに熱交換器を設置することなく、剰蒸気の流量変動による冷却能力の変動の平準化を図ることができ、圧縮式冷凍機の運転制御を簡素化することが可能となる。
【００１３】
また、前記蓄熱式熱交換器を並列に複数設けるとともに、各蓄熱式熱交換器への冷媒の供給量を制御するバルブを夫々設け、
前記余剰蒸気の流量を測定する蒸気流量測定手段と、該蒸気流量測定手段にて測定された余剰蒸気流量に基づいて前記バルブを開閉制御し前記蓄熱式熱交換器の稼動数を制御する制御装置と、を設けることを特徴とする。
このように、余剰蒸気の流量に応じて蓄熱式熱交換器の稼動数を増減することによって、大型の蓄熱式熱交換器を設置することなく余剰蒸気の変動に応じた制御が可能となる。
また、上記した排熱利用冷凍システムが冷凍コンテナ船に搭載されたシステムであって、前記他の蒸気利用装置が、船内の貨物庫を含む船内蒸気利用装置であり、前記圧縮式冷凍機で生成された冷熱により前記船内蒸気利用装置を冷却することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
以上記載のごとく本発明によれば、圧縮式冷凍機の前段に吸収式冷凍機を直列に配置し、吸収式冷凍機で生成した冷熱により圧縮式冷凍機に供給される冷却水を予冷することにより、圧縮式冷凍機の使用電力を削減することが可能となる。
また、流量変動の大きい余剰蒸気を有効活用することができ、システム全体のエネルギ効率を向上させることが可能となる。
さらにまた、蓄熱式熱交換器を設けることにより、余剰蒸気の流量変動による冷却能力の変動の平準化を図ることができ、圧縮式冷凍機の運転制御を簡素化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
本実施形態では、排ガス発生源からの排熱を利用して蒸気を生成し、該蒸気の排熱を用いて発電した電力により冷凍機を駆動するとともに、蒸気の一部を
他の蒸気利用設備に供給して使用する排熱利用冷凍システム全般に適用されるものであるが、以下には一例として本システムを冷凍コンテナ船に適用した場合につき説明する。
【００１６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
冷凍コンテナ船には、船を駆動するメインエンジン１が搭載されており、該メインエンジン１から排出される排ガスを利用して蒸気を生成するエコノマイザ２が設けられている。該エコノマイザ２は、給水２２が供給される蒸気ドラム６を備え、該蒸気ドラム６からまず熱交換器５に給水２２が導入されて加熱され、水と蒸気の混合流体が蒸気ドラム６に戻された後、蒸気のみが熱交換器５に導入されて加熱され、飽和蒸気（以下、蒸気と略称する）が生成される。この蒸気は主として蒸気タービン７に送られる。エコノマイザ２にて冷却された排ガスは所定の排ガス処理を経て煙突３より排出される。
蒸気タービン７は、エコノマイザ２にて生成された蒸気により回転され、該蒸気タービン７に連結して配設された発電機８を駆動する。発電機８で発電した電力は後述する圧縮式冷凍機１５に給電される。
【００１７】
圧縮式冷凍機１５は、不図示の圧縮機と、凝縮器と、膨張弁等の減圧装置と、蒸発器とを備えた周知の装置である。該圧縮式冷凍機１５には上記した機器により形成される冷媒サイクルを有しており、蒸発器にて生成される冷熱３０を貨物室１６に供給して該貨物室３０の冷却を行うようになっている。また、該圧縮式冷凍機１５は、冷却水２７が供給されて圧縮機又は凝縮器の冷却を行い、冷却後の排水２９が排出される構成を備えている。この冷却水２７には、海水を用いることが好ましい。さらに上記したように、圧縮式冷凍機１５が備える圧縮機は、発電機８で発電した電力により駆動される。
【００１８】
エコノマイザ２で生成した蒸気の一部２２は、船内蒸気利用設備１０に供給される。該船内蒸気利用設備１０は、例えば船内の冷暖房装置、温水生成装置等のように、蒸気タービン７以外の他の蒸気利用設備１０である。また、該船内蒸気利用設備１０は時間帯や状況等により蒸気使用量が変動するものである。
そこで、船内蒸気利用設備１０で使用されなかった余剰蒸気２３は、吸収式冷凍機１１に供給される。
【００１９】
吸収式冷凍機１１は、再生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器とを備える周知の装置である。具体的には、該吸収式冷凍機１１は、冷媒を含む吸収液を加熱して吸収液から冷媒を気化させて分離する再生器と、この再生器によって分離した気化冷媒を冷却して凝縮液化させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮した液化冷媒を、熱運搬用熱媒体が通過する蒸発用熱交換器の表面に滴下させ、低圧雰囲気で蒸発させる蒸発器と、冷却用熱媒体が通過する吸収用熱交換器が前記蒸発用熱交換器と隣接して配置され、前記再生器で濃度上昇した高濃度吸収液を前記吸収用熱交換器の表面に滴下して、吸収熱を奪いながら前記蒸発器で蒸発した気化冷媒を吸収液に吸収させる吸収器と、から構成される。
該吸収式冷凍機１１の再生器を加熱する熱源として、前記余剰蒸気２３が用いられる。
【００２０】
さらに前記吸収式冷凍機１１で生成した冷熱により圧縮式冷凍機１５の冷却水２７を予冷する熱交換器１２を備える。熱交換器１２は、低温側には吸収式冷凍機１１の蒸発器で冷却された冷媒が通流するとともに、高温側には圧縮式冷凍機１５に供給される冷却水２７が通流し、これらの間で熱交換が行われて冷却水２７が予冷される。
【００２１】
このように本実施形態によれば、圧縮式冷凍機１５の前段に吸収式冷凍機１１を直列に配置し、吸収式冷凍機１５で生成した冷熱により圧縮式冷凍機１５に供給される冷却水２７を予冷することにより、圧縮式冷凍機の使用電力を削減することが可能となる。また、流量変動の大きい余剰蒸気を有効活用することができ、システム全体のエネルギ効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
また、本実施形態を応用させた構成として、船内蒸気利用設備１０の余剰蒸気２３の流量を測定する蒸気流量測定手段４１と、該蒸気流量測定手段４１にて測定した余剰蒸気流量に基づいて前記圧縮式冷凍機１５の圧縮機の回転数を制御する制御装置４２と、を設けることが好ましい。
上記したように、余剰蒸気２３の流量は変動が大きいため、吸収式冷凍機１１で生成される冷熱量にも変動が生じ、余剰蒸気２３の流量によって圧縮式冷凍機１５に供給される予冷後の冷却水２７の温度も変わってくる。従って、制御装置４２により、余剰蒸気２３の流量に基づいて圧縮式冷凍機１５が備える圧縮機の回転数を制御することによって、貨物室１６の冷却能力を一定に維持することが可能となる。
【００２３】
（実施形態２−１）
以下の実施形態２−１乃至実施形態２−３は、上記した実施形態１の構成に蓄熱手段を加えた構成となっている。尚、実施形態２−１乃至実施形態２−３において、実施形態１と同一の構成についてはその詳細な説明を省略する。
【００２４】
図２は、本発明の実施形態２−１に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
本システムは、吸収式冷凍機１１の前段に、蓄熱式熱交換器４５を備えた構成となっている。該蓄熱式熱交換器４５は、高温側に船内蒸気利用設備１０の余剰蒸気２３が通流し、低温側に吸収式冷凍機１１の再生器を加熱する熱媒が通流し、余剰蒸気２３により熱媒を加熱する構成を備える。該蓄熱式熱交換器４５は、蓄熱体を装填したケーシングを備え、該ケーシングの一端から他端へ余剰蒸気２３を流して蓄熱体を加熱した後、他端から一端に熱媒を流し、蓄熱体に蓄熱された熱により熱媒を加熱するようになっている。蓄熱体には、潜熱蓄熱体、顕熱蓄熱体等から適宜選択して用いられるが、好適には熱容量が大であるセラミック体等が用いられる。
【００２５】
上記したように、余剰蒸気２３の流量は船内蒸気需要により時々刻々と変化するため、圧縮式冷凍機１５の冷却温度が急激に変動することがあるが、本実施形態のごとく蓄熱式熱交換器４５を設けることにより、負荷変動の平準化を図ることができ、圧縮式冷凍機１５の運転制御を簡素化することが可能となる。
【００２６】
（実施形態２−２）
図３は、本発明の実施形態２−２に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
本構成は、吸収式冷凍機１１の後段に、蓄熱式熱交換器４６を備えた構成となっている。即ち、実施形態１に示した熱交換器１２を蓄熱式熱交換器４６に代替したものである。該蓄熱式熱交換器４６は、低温側に吸収式冷凍機１１の蒸発器で冷却された冷媒が通流するとともに、高温側には圧縮式冷凍機１５に供給される冷却水２７が通流し、これらの間で熱交換が行われて冷却水２７が予冷される。該蓄熱式熱交換器４６は、蓄熱体を装填したケーシングを備え、該ケーシングの一端から他端へ吸収式冷凍機１１の冷媒を流して蓄熱体を冷却した後、他端から一端に冷却水２７を流し、蓄熱体に蓄熱された冷熱により冷却水２７を冷却するようになっている。蓄熱体には、潜熱蓄熱体、顕熱蓄熱体等から適宜選択して用いられるが、好適には水等が用いられる。
本実施形態のごとく蓄熱式熱交換器４６を設けることにより、余剰蒸気２３の流量変動による冷却能力の変動の平準化を図ることができ、圧縮式冷凍機１５の運転制御を簡素化することが可能となる。
【００２７】
（実施形態２−３）
図４は、本発明の実施形態２−３に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。本実施形態２−３は、上記した実施形態２−２、２−３に適用可能な構成であるが、ここでは一例として実施形態２−２に適用した構成につき説明する。
本構成は、吸収式冷凍機１１の前段に、複数の蓄熱式熱交換器４５ａ、４５ｂ、４５ｃを並列に配設した構成を有している。図中には３基の蓄熱式熱交換器を並列配置した構成を示しているが、その数は限定されない。
【００２８】
蓄熱式熱交換器のうち２基の蓄熱式熱交換器４５ｂ、４５ｃには、余剰蒸気２３が供給される流路上にバルブ４７ｂ、４７ｃが、吸収式冷凍機１１の熱媒が供給される流路上にバルブ４８ｂ、４８ｃが設けられており、これにより蓄熱式熱交換器４５ａ〜４５ｃの稼動数を制御可能となっている。
また、余剰蒸気２３の流量を測定する蒸気流量測定手段４１と、該蒸気流量測定手段４１にて測定された余剰蒸気流量に基づいてバルブ４７ｂ、４７ｃ、４８ｂ、４８ｃを開閉制御し、蓄熱式熱交換器４５ａ〜４５ｃの稼動数を制御する制御装置４２とを備える。
【００２９】
本構成において、蒸気流量測定手段４１にて測定された余剰蒸気２３の流量が大きい場合には、制御装置４２にてバルブ４７ｂ、４７ｃ、４８ｂ、４８ｃを開に制御し、蓄熱式熱交換器４５ａ〜４５ｃの全て稼動させる。一方、蒸気流量測定手段４１にて測定された余剰蒸気２３の流量が少ない場合には、制御装置４２にてバルブ４７ｂ、４７ｃ、４８ｂ、４８ｃを全て閉、或いは、バルブ４７ｂとバルブ４８ｂ又はバルブ４７ｃとバルブ４８ｃの何れか一方の組み合わせのみを閉に制御し、蓄熱式熱交換器４５ａ〜４５ｃの稼動数を減らす。
このように、余剰蒸気２３の流量に応じて蓄熱式熱交換器４５ａ〜４５ｃの稼動数を増減することによって、大型の蓄熱式熱交換器を設置することなく余剰蒸気の変動に応じた制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、排ガス発生源からの排熱を利用して蒸気を生成し、該蒸気の排熱を用いて発電した電力により冷凍機を駆動するとともに、蒸気の一部を他の蒸気利用設備に供給して使用する排熱利用冷凍システムにて、他の蒸気利用設備から排出される流量変動が大きい余剰蒸気を効果的に用いて、冷凍設備をエネルギ効率よく稼動することができるため、冷凍コンテナ船や各種冷凍工場等において幅広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態１に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態２−１に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態２−２に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態２−３に係る排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
【図５】従来の冷凍コンテナ船に搭載された排熱利用冷凍システムの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１    エンジン
２    エコノマイザ
７    蒸気タービン
８    発電機
９    復水器
１０  船内蒸気利用設備
１１  吸収式冷凍機
１２  熱交換器
１５  圧縮式冷凍機
２１  排ガス
２２  分岐蒸気
２３  余剰蒸気
４１  蒸気流量測定手段
４２  制御装置
４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ、４６  蓄熱式熱交換器
４７ｂ、４７ｃ、４８ｂ、４８ｃ  バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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