(57)【要約】【課題】吸収式冷熱発生装置はその効率も向上しているが、使用された熱エネルギーの廃熱は中低温のレベルの低い熱であるためそのまま大気中に放出され捨てられているため地域の環境に影響を与えという問題があった。【解決手段】本発明は吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を、スターリングエンジンに供給して吸収式冷熱発生装置とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生するようにした吸収式冷熱発電システムを実現することにより吸収式冷熱発生装置の効率を向上させ問題の解決を図った。【選択図】              図１
2004156502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を使用した吸収式冷熱発生装置、
スターリングエンジン、
スターリングエンジンに連結された発電機を具備し、
吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を、スターリングエンジンに供給した後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として吸収式冷熱発生装置とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生することを特徴とする吸収式冷熱発電システム。
【請求項２】
ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を使用した吸収式冷熱発生装置、
スターリングエンジン、
スターリングエンジンに連結された発電機を具備し、
吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気及び加熱蒸気を発生させるためのガス等の燃焼により発生した廃熱をスターリングエンジンに供給し、吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として吸収式冷熱発生装置とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生することを特徴とする吸収式冷熱発電システム。
【請求項３】
ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を加熱して熱媒蒸気を発生させる発生器と、該発生器から送られた熱媒蒸気を冷却凝縮して低温熱媒とする凝縮器と、該凝縮器の低温熱媒を断熱膨張して気化低温化させることにより、水を冷却し冷却水を造る蒸発器と該蒸発器から流入した低温熱媒の蒸気を高温熱媒により吸収させ低温熱媒の蒸気を吸収した熱媒を前記発生器に供給する吸収器とでなる吸収式冷熱発生装置、
スターリングエンジン、
スターリングエンジンに連結された発電機、
吸収式冷熱発生装置の発生器で熱媒の再生を行った加熱蒸気をスターリングエンジンに供給する手段を具備し、
吸収式冷熱発生装置の発生器で熱媒の再生を行った加熱蒸気をスターリングエンジンに供給した後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として発生器とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生することを特徴とする吸収式冷熱発電システム。
【請求項４】
ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を加熱して熱媒蒸気を発生させる発生器と、該発生器から送られた熱媒蒸気を冷却凝縮して低温熱媒とする凝縮器と、該凝縮器の低温熱媒を断熱膨張して気化低温化させることにより、水を冷却し冷却水を造る蒸発器と該蒸発器から流入した低温熱媒の蒸気を高温熱媒により吸収させ低温熱媒の蒸気を吸収した熱媒を前記発生器に供給する吸収器とでなる吸収式冷熱発生装置、
スターリングエンジン、
スターリングエンジンに連結された発電機、
吸収式冷熱発生装置の発生器で熱媒の再生を行った加熱蒸気をスターリングエンジンに供給する手段、
加熱蒸気を発生させるためのガス等の燃焼により発生した廃熱をスターリングエンジンに供給する手段を具備し、
吸収式冷熱発生装置の発生器で熱媒の再生を行った加熱蒸気及び加熱蒸気を発生させるためのガス等の燃焼により発生した廃熱をスターリングエンジンに供給し、吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として発生器とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生することを特徴とする吸収式冷熱発電システム。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４において、スターリングエンジンに連結された発電機で発生される電力を吸収式冷熱発生装置の循環ポンプ等の補機の電力として使用することを特徴とする吸収式冷熱発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷熱発生装置においてその廃熱を利用して発電を行い冷熱のみらず電力も発生してエネルギーを有効利用するようにした吸収式冷熱発電システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、地球環境への負担の軽減やエネルギーコストの低減を目的として大規模なビルの空調や地域冷暖房の冷熱発生に吸収式冷熱発生装置が広く使用されるようになってきた。
吸収式冷熱発生装置は冷熱の発生のためのエネルギーとして天然ガス等を燃料とした熱エネルギーを使用したものが多く、その効率も向上しているが、使用された熱エネルギーの廃熱は中低温のレベルの低い熱であるためその有効利用が行われず、そのまま大気中に放出され捨てられているため、省エネルギー効果が十分に発揮されないだけでなく地域の環境に影響を与えという問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このため、吸収式冷熱発生装置の効率を向上し、大気中に放出される廃熱のより少ない環境に優しい吸収式冷熱発生装置の実現が求められている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を使用した吸収式冷熱発生装置と、スターリングエンジンと、スターリングエンジンに連結された発電機とを具備し、吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を、スターリングエンジンに供給した後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として吸収式冷熱発生装置とスターリングエンジンの間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生するようにした吸収式冷熱発電システムを実現することにより吸収式冷熱発生装置の効率を向上させ問題の解決を図ったものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
【実施例】
図１は本発明の吸収式冷熱発生装置の一実施例の構成を示す説明図である。
図１において、１は吸収式冷熱発生装置である。吸収式冷熱発生装置１は、ガス等を燃焼させたエネルギーを熱源として使用して冷熱を発生し、これが冷暖房等に使用される。
２はスターリングエンジンである。スターリングエンジン２は、吸収式冷熱発生装置１の中低温のレベルの低い廃熱をエネルギーとして動作する。
３は発電機で、スターリングエンジン２に連結して駆動される。
吸収式冷熱発生装置１において、１１は蒸発器、１２は吸収器、１３は発生器、１４は凝縮器、１５は熱交換器である。１ａは冷水の出力されるパイプ、２ａ，４ａは冷却水の導入パイプ、３ａは加熱蒸気の導入パイプである。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３Ｐ４，Ｐ５は接続パイプである。１ｂ，２ｂ，３ｂは循環ポンプである。蒸発器１１はパイプＰ１により吸収器１２に接続されている。発生器１３はパイプＰ２により凝縮器１４に接続されている。凝縮器１４の凝縮液出口はパイプＰ３により蒸発器１１に接続されている。発生器１３の凝縮液出口はパイプＰ４により熱交換器１５を介して吸収器１２に接続されている。吸収器１２の凝縮液出口はパイプＰ５によりポンプ２ｂと熱交換器１５を介して発生器１３に接続されている。
【０００６】
この吸収式冷熱発生装置では、熱媒として、蒸発／凝縮温度の低い低沸点媒体の水と、蒸発／凝縮温度の高い臭化リチュウム（ＬｉＢｒ）の高沸点媒体とが使用される。
蒸発器１１内には熱媒の水が入れられ、冷水のパイプ１ａが貫通して配置されており、ポンプ（図示省略）により圧送された水Ｗ１が配管中を流れている。水Ｗ１は、断熱膨張し低温になった熱媒の水の蒸発潜熱により冷却される。蒸発せずに残った熱媒の水は、循環ポンプ１ｂにより蒸発器１１内を循環し、水Ｗ１を断熱膨張により冷却して蒸発する。冷却された水Ｗ１は、例えば冷房などの冷熱源としての冷却水として使用される。蒸発器１１の断熱膨張により発生した熱媒の水の蒸発は、吸収器１２に吸収される。
【０００７】
吸収器１２内では、熱媒の蒸発／凝縮温度の高い臭化リチュウム（ＬｉＢｒ）の高沸点媒体が周囲の低沸点媒体の熱媒の水蒸気を吸収して吸収器１２内の圧力を下げることによりパイプＰ１を介して蒸発器１１の水蒸気を吸収する。
吸収器１２内の熱媒の臭化リチュウム（ＬｉＢｒ）の高沸点媒体は、水蒸気を吸収することにより濃度が薄くなることと、吸収反応熱による温度上昇とにより水蒸気の吸収能力が低下する。この吸収能力の低下を改善するために熱媒を循環ポンプ２ｂにより吸収器１２内を循環させ冷却水の導入パイプ２ａにより冷却すると共に、ポンプ３ｂにより熱交換器１５を通して発生器３に送り濃縮する。熱媒は、循環ポンプ２ｂにより吸収器１２内を循環しており、蒸発器１１からの蒸気と、発生器１３からの熱媒Ａとが十分に混合凝縮するようになっている。
【０００８】
発生器１３では、ガス等の燃焼により発生した加熱源の熱により加熱された蒸気が、配管３ａにより導かれて発生器１３内を貫流している。発生器１３に送られた熱媒は、蒸気により加熱され、熱媒の低沸点媒体の水が蒸気となり分離されパイプＰ２を介して凝縮器１４送られる。発生器１３内に残った熱媒の高沸点媒体の臭化リチュウム（ＬｉＢｒ）は、パイプＰ４を介して熱交換器１５を通り吸収器１２に戻される。熱交換器１５は、吸収器１２より送り出された温度の高い熱媒の熱を発生器１３から送り出される温度の低い熱媒に伝える。このため発生器１３から送り出される熱媒は、熱交換器１５により予熱されてから吸収器１２に送られることになる。
【０００９】
凝縮器１４には、ポンプ（図示省略）から圧送されている冷却水の導入パイプ４ａが貫流しているため、発生器１３からパイプＰ２を介して凝縮器１４に流入した熱媒の低沸点媒体の水の蒸気は冷却水で冷却されて水となる。熱媒の低沸点媒体の水は、パイプＰ３を通して低温となって蒸発器１１に入る。
上記のように、吸収器１１の熱媒は、熱交換器１５により予熱されてから発生器１３に送られ、加熱されて蒸気となる。この蒸気は凝縮器１４に送られ、冷却水にて冷却・凝縮されて熱媒の水となり、蒸発器１１に送られる。蒸発器１１では、低温化し気化した蒸気により水Ｗ１を冷却して冷熱源の冷水を造り、冷房などに利用される。蒸発器１１の蒸気や、発生器１３の熱媒は、吸収器１２に戻り冷却水にて冷却されて熱媒となる。ここまで説明したシステムは、従来の熱回収冷熱発生機構と同じである。
【００１０】
発生器１３で、熱媒の再生を行った加熱蒸気は、その後はスターリングエンジン２に供給された後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気となり発生器１３とスターリングエンジン２の間を循環する。
スターリングエンジン２において、２０は作動媒体、２１は加熱器、２５は冷却器、２４は再生器、２６は冷却水系統、２７は放熱器、２２は膨張シリンダ、２３はピストン、２８は発生する駆動力である。
吸収式冷熱発生装置１に近接して設置された、例えば２気筒構成のスターリングエンジン２には吸収式冷熱発生装置１の発生器１３で、熱媒の再生を行った後の温度の低下した加熱蒸気が供給される。
尚、本図中では説明簡略化のため、２気筒中の１気筒分のみ示す。
【００１１】
スターリングエンジン２には発電機３がスターリングエンジン２の出力軸２９を介して機械的に接続され、発電機３の電気出力端子３１は電源系統に電気的に接続され電力を供給する構成となっている。
スターリングエンジン２の加熱器２１は熱媒の再生を行った加熱蒸気が流れる流路３ａ中に設置されている。加熱器２には作動媒体２０が満されており、加熱蒸気との熱交換により加熱され、昇温昇圧して、スターリングエンジン２内にある膨張シリンダ２２に送られピストン２３を押し下げることにより駆動力２９が発生する。
一方、膨張シリンダ２２で仕事をした作動媒体２０は別の気筒で発生した駆動力２９によるピストン２３の上昇により膨張シリンダ２２から排気され流路を逆流して加熱器２１を経由して再生器２４に入りそこで蓄熱し、さらに冷却器２５に送られ放熱器２７に連なる冷却水系統２６と熱交換され別の気筒の冷却工程で仕事をする。冷却工程で仕事をした作動媒体２０は、再び流路を正方向に流れて一連の動作をくり返す。
【００１２】
この動作をくり返すことによりスターリングエンジン２は連続して運転され、吸収式冷熱発生装置１の熱媒の再生を行った加熱蒸気が一定レベルの温度以上に保たれている限り回転を行い発電機３を駆動し発電を行う。
吸収式冷熱発生装置の発生器１３で、熱媒の再生を行った加熱蒸気は、スターリングエンジン２に供給されスターリングエンジンで仕事をすることにより廃熱を有効利用した後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気となり発生器１３とスターリングエンジン２の間を循環する。
尚、上記の説明では吸収式冷熱発生装置の発生器１３で、熱媒の再生を行った加熱蒸気の廃熱をスターリングエンジン２に供給して電力としてエネルギーとして回収する実施例につてい説明したが、更に加熱蒸気を発生させるためのガス等の燃焼により発生した廃熱もスターリングエンジン２に供給して電力としてエネルギーとして回収するして、より効率の良いシステムを実現することも出来る。スターリングエンジン２の出力軸２８からの駆動力２９は発電機３を駆動し、その電気出力端子電力を発生させ、吸収式冷熱発生装置１の循環ポンプ等の補機の電力として利用され、残りは電源系統に対し送電される。
【００１３】
このように本発明の吸収式冷熱発電システムでは、冷却した水Ｗ１と電力が得られるので、吸収式冷熱発生装置を動作させるための電力を別途用意する必要がないのでガス等の熱源のエネルギーだけで吸収式冷熱発生装置を動作させることが出来装置の構成が簡略化される。
しかも使用する熱媒は低沸点媒体と高沸点媒体の混合流体であるため、非等温蒸発／凝縮特性をもつ。したがって、本発明の吸収式冷熱発電システムでは、熱媒は非等温蒸発をし、熱源流体と熱媒との温度差を、水だけを使用した場合よりも小さくでき、高効率発電システムを実現できる。すなわち、本発明で提供したシステムは、通常の水を使用した発電システムよりも発電効率は高く、従来技術である熱回収冷熱発生機構と単一成分熱媒を使用する発電システムの組み合わせ時よりも高くでき、比較的安いコストで省エネルギー効果を従来技術適用の場合以上に高めることができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の吸収式冷熱発４電システムは、ガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気の熱源流体により熱媒を使用した吸収式冷熱発生装置と、スターリングエンジンと、スターリングエンジンに連結された発電機とを具備し、吸収式冷熱発生装置で熱媒の再生を行った加熱蒸気を、スターリングエンジンに供給した後、再びガス等の燃焼により発生した熱により加熱されて高温の加熱蒸気として吸収式冷熱発生装置とスターリングエンジン２の間を循環するように構成し、スターリングエンジンに連結された発電機により電力を発生するようにしたものである。
【００１５】
このため本発明によれば、冷熱と電力とを同時に供給できるため、廃熱を電力としてエネルギー回収でき、省エネルギー効果を従来技術適用の場合以上に高めることができる。
又、本発明では、吸収式冷熱発装置を動作させるための電力を別途用意する必要がないのでガス等の熱源のエネルギーだけで吸収式冷熱発装置を動作させることが出来装置の構成が簡略化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収式冷熱発生装置の一実施例の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・・吸収式冷熱発生装置，
２・・・スターリングエンジン，
３・・・発電機，
１１・・・蒸発器，
１２・・・吸収器，
１３・・・発生器，
１４・・・凝縮器，
１５・・・熱交換器，
１ａ・・・冷水の出力パイプ，
２ａ，４ａ・・・冷却水の導入パイプ，
３ａ・・・加熱蒸気の導入パイプ，
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３Ｐ４，Ｐ５・・・接続パイプ，
１ｂ，２ｂ，３ｂ・・・循環ポンプ，
Ｗ１・・・水，
２０・・・スターリングエンジンの作動媒体，
２１・・・加熱器，
２５・・・冷却器，
２４・・・再生器，
２６・・・冷却水系統
２７・・・放熱器
２２・・・膨張シリンダ
２３・・・ピストン，
２８・・・発生する駆動力，
２９・・・スターリングエンジン２の出力軸，
３１・・・発電機３の電気出力端子，
【図１】
2004156502.tif 000003