(57)【要約】  本発明の例示的な一実施形態では、溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続された吸収装置と吸収装置と流体的に連通する復水器とを備える単一の効果を持つ吸収式冷却器を実現しており、装備される吸収装置は、給水源からの給水を受け取り、熱を給水に伝え、次いで、復水器に入る前に給水の熱調整をさらに行うことなく給水を復水器に運ぶようにサイズが決められ、構成され、復水器は、吸収装置から給水を受け取り、熱を給水に伝え、それにより従来の冷却塔などの外部熱交換器に頼らずに復水器を冷却するようにサイズが決められ、構成される。【選択図】  図１
2010520441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一の効果を持つ吸収式冷却器であって、
溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続されている吸収装置と、
前記吸収装置と流体的に連通する復水器とを備え、
前記吸収装置は、給水源からの給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、次いで、前記復水器に入る前に前記給水の熱調整をさらに行うことなく前記給水を前記復水器に運ぶようにサイズが決められ、構成され、前記復水器は、前記吸収装置から前記給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、それにより前記復水器を冷却するようにサイズが決められ、構成されている、単一の効果を持つ吸収式冷却器。
【請求項２】
さらに、前記発電機の熱交換器コンポーネントを備え、前記発電機の前記熱交換器コンポーネントは、前記復水器から前記給水を受け取り、外部熱源から熱を前記給水に伝えるようにサイズが決められ、構成されている、請求項１に記載の単一の効果を持つ吸収式冷却器。
【請求項３】
単一の効果を持つ吸収式冷却器であって、
溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続されている吸収装置と、
前記発電機の熱交換器コンポーネントに機能的に接続されている復水器とを備え、
前記復水器は、給水源から給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、次いで、前記給水を前記発電機の前記熱交換器コンポーネントに運び、外部熱源から熱を前記給水に伝えるようにサイズが決められ、構成されている、単一の効果を持つ吸収式冷却器。
【請求項４】
ａ．冷媒蒸気を単一の効果を持つ吸収式冷却器の吸収装置に送るステップであり、
該ステップａの際に少なくとも、
ｉ．前記冷媒蒸気は、溶液熱交換器から届く凝結した吸収剤流と接触し、
ｉｉ．前記冷媒蒸気は、前記凝結した吸収剤流によって吸収されて、液体希釈溶液混合物を形成し、
ｉｉｉ．給水源から水流が送られて前記吸収装置を冷却し、該ステップａの前記（ｉｉ）の吸収プロセスにおいて前記冷媒蒸気と前記凝結した吸収剤流との間に高い親和性をもたらし、熱を給水に送る、前記ステップと、
ｂ．前記吸収装置から前記水流を復水器に供給して前記水流が前記復水器から放出される潜熱の少なくとも一部を吸収するようにし、それにより、復水器温水流を形成して、前記復水器を冷却するステップと、
ｃ．熱交換器コンポーネントを通じて発電機に供給することにより前記復水器温水流をさらに加熱し、前記復水器温水流は外部熱源からのエネルギーからさらに熱を吸収するステップと
を含む方法。
【請求項５】
ｄ．第２の水流を蒸発器内に供給し、低温低圧の冷媒が蒸気中にフラッシングされ前記第２の水流から熱を吸収し、それにより前記第２の水流の温度を下げ、冷水流を形成するステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
ｅ．前記冷水流の少なくとも一部を、内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器に移送するステップと、
ｆ．外気を前記エンジン吸気冷却器に通して循環させるステップと
をさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
複数の効果を持つ吸収式冷却器システムであって、
溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続されている吸収装置と、
前記吸収装置と流体的に連通する一次復水器とを備え、
前記吸収装置は、給水源からの給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、次いで、前記一次復水器に入る前に前記給水の熱調整をさらに行うことなく前記給水を前記一次復水器に運ぶようにサイズが決められ、構成され、前記一次復水器は、前記吸収装置から前記給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、それにより前記一次復水器を冷却するようにサイズが決められ、構成されている、複数の効果を持つ吸収式冷却器システム。
【請求項８】
さらに、ターミナル発電機の熱交換器コンポーネントを備え、前記ターミナル発電機の前記熱交換器コンポーネントは、前記一次復水器から前記給水を受け取り、外部熱源から熱を前記給水に伝えるようにサイズが決められ、構成されている、請求項５に記載の複数の効果を持つ吸収式冷却器システム。
【請求項９】
複数の効果を持つ吸収式冷却器システムであって、
溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続されている吸収装置と、
ターミナル発電機の熱交換器コンポーネントに機能的に接続されている復水器とを備え、
前記復水器は、意図的な熱調整が行われていない給水源から給水を受け取り、熱を前記給水に伝え、次いで、前記給水を前記発電機の前記熱交換器コンポーネントに運ぶようにサイズが決められ、構成され、前記発電機の前記熱交換器コンポーネントは前記給水を受け取り、外部熱源から熱を前記給水に伝えるようにサイズが決められ、構成されている、複数の効果を持つ吸収式冷却器システム。
【請求項１０】
ａ．冷媒蒸気を複数の効果を持つ吸収式冷却器の吸収装置に送るステップであり、該ステップａの際に少なくとも、
ｉ．前記冷媒蒸気は、溶液熱交換器から届く凝結した吸収剤流と接触し、
ｉｉ．前記冷媒蒸気は、前記凝結した吸収剤流によって吸収されて、液体希釈溶液混合物を形成し、
ｉｉｉ．給水源から水流が送られて前記吸収装置を冷却し、該ステップａの前記（ｉｉ）の吸収プロセスにおいて前記冷媒蒸気と前記凝結した吸収剤流との間に高い親和性をもたらし、熱を給水に送る、前記ステップと、
ｂ．前記吸収装置から前記水流を一次復水器に供給して前記水流が前記一次復水器から放出される潜熱の少なくとも一部を吸収するようにし、それにより、一次復水器温水流を形成して、前記一次復水器を冷却するステップと、
ｃ．熱交換器コンポーネントを通じてターミナル発電機に供給することにより前記一次復水器温水流をさらに加熱し、前記一次復水器温水流は外部熱源からのエネルギーからさらに熱を吸収するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
ｄ．第２の水流を蒸発器内に供給し、低温低圧の冷媒が蒸気中にフラッシングされ前記第２の水流から熱を吸収し、それにより前記第２の水流の温度を下げ、冷水流を形成するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ｅ．前記冷水流の少なくとも一部を、内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器に移送するステップと、
ｆ．外気を前記エンジン吸気冷却器に通して循環させるステップと
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
内燃機関と、
請求項３に記載の単一の効果を持つ吸収式冷却器と、
少なくとも前記内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器と、
前記吸収式冷却器から冷水を前記エンジン吸気冷却器に運ぶための導管と
を備えるシステムであって、
前述したものは、使用時に、内燃機関から放出された廃熱が前記単一の効果を持つ吸収式冷却器の前記発電機に動力を供給するようにサイズが決められ、構成され、単一の効果を持つ吸収式冷却器は冷水を作り、前記システムは前記冷水の少なくとも一部を前記導管に通して前記エンジン吸気冷却器に循環させ、前記内燃機関に入る空気を冷却するようにサイズが決められ、構成されている、システム。
【請求項１４】
内燃機関と、
請求項９に記載の複数の効果を持つ吸収式冷却器と、
少なくとも前記内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器と、
前記吸収式冷却器から冷水を前記エンジン吸気冷却器に運ぶための導管と
を備えるシステムであって、
前述したものは、使用時に、内燃機関から放出された廃熱が前記複数の効果を持つ吸収式冷却器の前記少なくとも１つの内部発電機に動力を供給するようにサイズが決められ、構成され、複数の効果を持つ吸収式冷却器は冷水を作り、前記システムは前記冷水の少なくとも一部を前記導管に通して前記エンジン吸気冷却器に循環させ、前記内燃機関に入る空気を冷却するようにサイズが決められ、構成されている、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明は、一体型冷却熱電併給システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]冷却熱電併給システムを実現するさまざまな努力がなされている。しかし、知られているシステムにはすべて、それぞれの欠点がある。例えば、当技術分野で「マイクロ」又は「マイクロジェネレーション」と呼ばれている、２００ｋＷ未満の分散型発電の範囲内では、発電効率は比較的低い。したがって、小さな電力又は熱ニーズに対する事例としてポリジェネレーション、例えば、熱電併給（ＣＨＰ）を考えることには価値がある。
【０００３】
[0003]現行の冷却熱電併給（ＣＣＨＰ）用途のほとんどすべては、既存の商業製品を使用して設計され、設置されている。典型的には、これらは、発電機、熱回収ユニット（ＨＲＵ）、冷却システム（電気圧縮システム又は吸収式冷却システム）、及び冷却塔からなる。住宅又は中小企業向け用途では、現行事例は、複雑すぎ、かさばり、高価であり、利用意欲を失わせる。さらに、既存のマイクロＣＣＨＰシステムの総合的な熱／電気効率は、一般に、それぞれのコンポーネントのサイズが小さく、個別商業ユニット間においてさらに不可逆性が生じるため、７０％未満であり、６５％前後である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
[0004]したがって、知られているシステムの前述の欠点のうちの１つ又は複数を克服する一体型ＣＣＨＰシステムのニーズが常に存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[0005]本発明は、とりわけ、ガスタービン、吸収式冷却器、及びガスタービン吸気冷却器をコンパクトな１つのモジュールに一体化する方法を提供することにより、このニーズに応える。本発明は、さらに、ガスタービン吸気冷却技術を使用することにより一定の大電力を発生するための方法を提供する。さらに、本発明は、独立した熱回収システムを排除するために熱回収ユニットを吸収式冷却器システムの発電機に一体化する方法、さらには復水器冷却システムを吸収式冷却器の吸収装置内に組み込むことにより冷却塔を取り除く方法を提供する。これにより、ＣＣＨＰシステムの設置面積及びサイズが大幅に低減され、システム性能が向上し、輸送、設置、及び制御がしやすくなる。
【０００６】
[0007]本発明の一実施形態では、溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続された吸収装置と吸収装置と流体的に連通する復水器とを備える単一の効果を持つ吸収式冷却器が実現され、吸収装置は、給水源からの給水を受け取り、熱を給水に伝え、次いで復水器に入る前に給水の熱調整をさらに行うことなく給水を復水器に運ぶようにサイズが決められ、構成され、復水器は、吸収装置から給水を受け取り、熱を給水に伝え、それにより従来の冷却塔などの外部熱交換器に頼らずに復水器を冷却するようにサイズが決められ、構成される。
【０００７】
[0008]本発明のさらに他の実施形態は、溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続された吸収装置と発電機の熱交換器コンポーネントに機能的に接続された復水器とを備える単一の効果を持つ吸収式冷却器を実現し、復水器は、給水源から給水を受け取り、熱を給水に伝え、次いで給水を発電機の熱交換器コンポーネントに運び、熱を外部熱源から給水に伝えて外部熱回収ユニットに頼らずに温水を供給するようにサイズが決められ、構成される。
【０００８】
[0009]本発明のさらに他の実施形態は、冷媒蒸気を単一の効果を持つ吸収式冷却器の吸収装置に供給し、少なくとも冷媒蒸気は溶液熱交換器から来る凝結した吸収剤流と接触し、冷媒蒸気は凝結した吸収剤流によって吸収されて液体希釈溶液混合物を形成し、給水源からの水流は吸収剤を冷却して吸収プロセスにおいて冷媒蒸気と凝結した吸収剤流との間に高い親和性を形成し、熱を給水に伝えるように供給されることと、吸収装置から水流を復水器に供給して水流が復水器から放出される潜熱の少なくとも一部を吸収するようにし、それにより、復水器温水流を形成して、従来の冷却塔などの外部熱交換器に頼らずに復水器を冷却することと、熱交換器コンポーネントを通じて発電機に供給することにより復水器温水流をさらに加熱し、復水器温水流は外部熱源からのエネルギーからさらに熱を吸収して外部熱回収ユニットに頼らずに温水を供給することと、第２の水流を蒸発器内に供給し、そこで低温低圧の冷媒が蒸気中にフラッシングされ第２の水流から熱を吸収し、それにより第２の水流の温度を下げ、冷水流を形成することと、冷水流の少なくとも一部を、内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器に移送することと、外気をエンジン吸気冷却器に通して循環させることとを含む方法である。
【０００９】
[0010]本発明の他の実施形態では、複数の効果を持つ吸収式冷却器システムが実現される。システムは、溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続された吸収装置と吸収装置と流体的に連通する一次復水器とを備え、吸収装置は、給水源からの給水を受け取り、熱を給水に伝え、次いで一次復水器に入る前に給水の熱調整をさらに行うことなく給水を一次復水器に運ぶようにサイズが決められ、構成され、一次復水器は、吸収装置から給水を受け取り、熱を給水に伝え、それにより従来の冷却塔などの外部熱交換器に頼らずに一次復水器を冷却するようにサイズが決められ、構成される。
【００１０】
[0011]本発明のさらに他の実施形態は、溶液熱交換器及び発電機に機能的に接続された吸収装置とターミナル発電機の熱交換器コンポーネントに機能的に接続された復水器とを備える複数の効果を持つ吸収式冷却器システムであり、復水器は、意図的な熱調整を行っていない給水源から給水を受け取り、熱を給水に伝え、次いで給水を発電機の熱交換器コンポーネントに運ぶようにサイズが決められ、構成され、発電機の熱交換器コンポーネントは給水を受け取り、外部熱回収ユニットに頼らずに熱を外部熱源から給水に伝えるようにサイズが決められ、構成される。
【００１１】
[0012]本発明のさらに他の実施形態では、冷媒蒸気を複数の効果を持つ吸収式冷却器の吸収装置に供給し、少なくとも冷媒蒸気は溶液熱交換器から来る凝結した吸収剤流と接触し、冷媒蒸気は凝結した吸収剤流によって吸収されて液体希釈溶液混合物を形成し、給水源からの水流は吸収剤を冷却して吸収プロセスにおいて冷媒蒸気と凝結した吸収剤流との間に高い親和性を形成し、熱を給水に伝えるように供給されることと、吸収装置から水流を一次復水器に供給して水流が一次復水器から放出される潜熱の少なくとも一部を吸収するようにし、それにより、一次復水器温水流を形成して、従来の冷却塔などの外部熱交換器に頼らずに一次復水器を冷却することと、熱交換器コンポーネントを通じてターミナル発電機に供給することにより一次復水器温水流をさらに加熱し、一次復水器温水流は外部熱源からのエネルギーからさらに熱を吸収して外部熱回収ユニットに頼らずに温水を供給することと、第２の水流を蒸発器内に供給し、そこで低温低圧の冷媒が蒸気中にフラッシングされ第２の水流から熱を吸収し、それにより第２の水流の温度を下げ、冷水流を形成することと、冷水流の少なくとも一部を、内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器に移送することと、外気をエンジン吸気冷却器に通して循環させることとを含む方法が提供される。
【００１２】
[0013]本発明のさらに他の実施形態において実現されるシステムは、内燃機関、本明細書の教示による単一の効果を持つ吸収式冷却器、少なくとも内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器、及び吸収式冷却器から冷水をエンジン吸気冷却器に運ぶための導管を備え、前記は、使用時に、内燃機関から放出された廃熱が単一の効果を持つ吸収式冷却器の発電機に動力を供給するようにサイズが決められ、構成される。単一の効果を持つ吸収式冷却器は、空間冷却を行うだけでなく、冷水を作り、システムは、冷水の少なくとも一部を導管に通して循環させてエンジン吸気冷却器に戻し、内燃機関に入る空気を冷却するようにサイズが決められ、構成される。
【００１３】
[0014]本発明の他の実施形態は、内燃機関、本明細書の教示による複数の効果を持つ吸収式冷却器、少なくとも内燃機関に機能的に接続されているエンジン吸気冷却器、及び吸収式冷却器から冷水をエンジン吸気冷却器に運ぶための導管を備えるシステムであり、前記は、使用時に、内燃機関から放出された廃熱が複数の効果を持つ吸収式冷却器の少なくとも１つの内部発電機に動力を供給するようにサイズが決められ、構成される。複数の効果を持つ吸収式冷却器は、空間冷却を行うだけでなく、冷水を作り、システムは、冷水の少なくとも一部を導管に通してエンジン吸気冷却器に循環させ、内燃機関に入る空気を冷却するようにサイズが決められ、構成される。
【００１４】
[0015]本発明のこれら及び他の実施形態、特徴、及び利点は、以下の説明、付属の図、及び添付の請求項からさらに明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】吸気冷却機能及び一体型熱回収ユニットが単一の効果を持つ吸収式冷却器システムの内部にある冷却熱電併給システムの図である。本発明のこの実施形態では、冷却塔及び独立型のＨＲＵは取り除かれている。
【図２】単一の効果を持つ吸収式冷却器の図である。この実施形態では、熱回収ユニット及び冷却塔の同等の効果が、単一の効果を持つ吸収式冷却器内に埋め込まれる。
【図３】二重効果を持つ吸収式冷却器の図である。この実施形態では、熱回収ユニット及び冷却塔の同等の効果が、二重効果を持つ吸収式冷却器内に埋め込まれる。  さまざまな図の中で使用されている類似の参照番号又は文字は、類似の部品又はコンポーネントを指す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
[0020]ガスタービン吸気冷却は、電力需要が最大レベルに達したときに高温多湿の夏季におけるマイクロガスタービンの性能の低下に対処するうえで非常に効果的である。ガスタービン吸気冷却を採用することにより、ガスタービンの電気出力に対する室温及び湿気の影響が最小限に抑えられるが、それは、ガスタービン出力が、周囲温度の関数として強く表され、典型的には、吸気温度が１°Ｆ上昇する毎にＩＳＯ定格電力の０．３％から０．５％が失われるからである。考察されるエンジンサイズ（公称２８ｋＷ）では、典型的なマイクロガスタービンエンジンは、復熱装置（Ｃａｐｓｔｏｎｅモデル３３０など）を使用することなく、燃料投入量の約２３％の定格の変換効率で評価される（システム負荷がかからない又は持続時間が生じない全負荷定格）。残念なことに、エンジン出力と同様に、その効率も、周囲条件の影響を受け、また効率は８６°Ｆで約１９％（ＨＨＶ）まで低下する。これは、約１７，９６３Ｂｔｕ／ｋＷｈの実効発熱率におおよそ等しい。
【００１７】
[0021]効率及び電力出力の低下を補償するために、多数のタービン吸気冷却（ＴＩＣ）技術を使用して、吸気を冷却することにより燃焼タービンを通る質量流を増大することができる。空気は冷たいほど密度が高く、また燃焼タービンは体積流量が一定である機械なので、密度の高い空気は大きな質量流に等しい。吸気冷却によりマイクロガスタービンの性能を改善するためのオプションは、多数あり、両方の間接的蒸発「予冷」システム、能動的な「冷却器」冷凍ベースシステム（電動及び熱による駆動の両方の方式）、乾燥剤冷却システム、及び多数の散水／雲霧オプションを含む。しかし、当技術分野で知られているこれらの方法には、知られている欠点もある。特に、夏が高温多湿である地域では、蒸発冷却及び雲霧法は、温度を下げるのには有効でない。このような問題を解消するために、図１に示されている、本発明の第１の実施形態では、ガスタービンの吸気を冷却するために単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器のいずれかからの冷水の少なくとも一部を使用する。また、本発明のこの第１の実施形態では、単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器は、冷媒／吸収剤溶液の任意の組み合わせを使用することができる。好ましい冷媒／吸収剤溶液は、水／臭化リチウム及びアンモニア／水であるが、水／臭化リチウム溶液が最も好ましい。特に、臭化リチウムは、凝固点よりも上の温度で冷却するのに最も望ましい。
【００１８】
[0022]本発明のいくつかの実施形態において示されているように、単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器は、特に夏季に温水の必要性が減じるときに、既存の技術に比べて、吸気の冷却を行うためのよい選択肢といえる。また、夏季には、過剰な熱は、単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器のエネルギー源として有効利用できる。したがって、図１に示されているように、本発明の第１の実施形態では、タービン吸気冷却を行い、燃料電力効率を高め、夏季の電力出力を行うように吸収式冷却器システムをマイクロガスタービンと一体化する。
【００１９】
[0023]本発明の第１の実施形態のシステムの一部として使用される単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器は、空間冷却だけでなく、タービン吸気の冷却をも行う。この方法でタービン吸気を冷却することにより、暑い日に空気を少なくともＩＳＯ条件（温度５９°Ｆ及び相対湿度６０％）まで冷やすことができる。本発明の第１の実施形態を採用することにより、マイクロガスタービンエンジンでタービン吸気冷却を使用して吸気を少なくともＩＳＯ条件まで冷却すると、８５°Ｆ日で、電力出力を最大約１７％まで、いくつかの事例において場合によってはそれ以上に高めることができる。吸収式冷却器の出口から冷水の少なくとも一部を供給してさらにマイクロガスタービンの吸気を４２°Ｆまで冷却すると、本発明の第１の実施形態を採用することにより、８５°Ｆ日で、電力出力を最大約２７％まで高めることができ、またいくつかの事例において場合によってはそれ以上に高めることもできる。したがって、いくつかの実施形態では、吸収式冷却器の出口から冷水の少なくとも一部を供給してマイクロガスタービンの吸気を冷却すると、８５°Ｆ日で本発明の第１の実施形態を採用することにより、電力出力の増大は、約５％から約２７％までの範囲内であるが、他の実施形態では、この増大は、約１０％から約２７％までの範囲内としてもよい。吸収式冷却器の出口から冷水の少なくとも一部を供給してマイクロガスタービンの吸気を９５°Ｆから少なくともＩＳＯ条件（５９°Ｆ）まで冷却すると、本発明の第１の実施形態を採用することにより、９５°Ｆ日で、電力出力を最大約２０％まで高めることができ、またいくつかの事例において場合によってはそれ以上に高めることもできる。吸収式冷却器の出口から冷水の少なくとも一部を供給してさらにマイクロガスタービンの吸気を４２°Ｆまで冷却すると、本発明の第１の実施形態を採用することにより、９５°Ｆ日で、電力出力を最大約３０％まで高めることができ、またいくつかの事例において場合によってはそれ以上に高めることもできる。したがって、いくつかの実施形態では、電力出力の増大は、約５％から約３０％までの範囲内であるが、他の実施形態では、この増大は、９５°Ｆ日で約１０％から約３０％までの範囲内であるものとしてもよい。本発明のどれかの実施形態を利用することによる電力出力の増大範囲は、付属の請求項の精神及び範囲内でかなりの変更を受けうる。また、電力出力の増大を行うことに加えて、このタービン吸気冷却技術を使用することにより、ガスタービンは、典型的な出力電力率はガスタービンの周りの周囲温度に依存するので、一定率で出力電力を発生することができる。本発明のタービン吸気冷却技術を使用すると、吸気の温度の変化が穏やかになり、したがって、出力電力率がさらに一定になる。
【００２０】
[0024]さらに、さらに多くの電力が必要になった場合、マイクロガスタービン吸気温度は、さらに、４２°Ｆまで下げ、約１０％だけ電力出力を高めることができる。しかし、マイクロガスタービン用途では、空気がコンプレッサ内へ加速された場合に静温度が失われることで生じうる凍結を回避するために、吸気は約４０°Ｆ以下に下がってはならない。
【００２１】
[0025]マイクロＣＣＨＰシステムの運転性能は、復熱ブレイトンサイクルシステム、吸収式冷却システム、及び熱回収システムの３つのシステムの間の複雑な反復及びトレードオフの関係を伴う。また、エネルギー解析及びエントロピー生成に関する、熱力学の第１法則及び第２法則が、それぞれ、この併給システムの効率を最適化する際に適用される。
【００２２】
[0026]図２に示されている本発明の第２の実施形態では、単一の効果を持つ吸収式冷却器の発電機に熱交換器を追加することにより、また吸収式冷却器の吸収装置及び復水器中の冷却システムとして給水源からの給水を使用することにより、知られているシステムでは必要とされる独立型のＨＲＵ及び冷却塔が不要になる。
【００２３】
[0027]知られている単一の効果を持つ吸収式冷却器では、発電機は、液体蒸気分離装置として使用され、通常は、比較的大きな容積を占有する。しかし、本発明の第２の実施形態では、発電機の熱交換器コンポーネントでは、図２に示されているように、水を分離経路内の発電機に通し、タービン排気ガスによって加熱することができる。この設計により、知られているシステムで使用されている現行のＨＲＵが不要になり、また水を加熱するために発電機の容積を利用することができる。この一体化で、空間、コスト、及びシステムの不可逆性が大幅に低減される。
【００２４】
[0028]さらに、図２に示されているように、本発明の第２の実施形態を使用することにより、知られているシステムにおける大半の単一の効果を持つ吸収式冷却器とともに使用される冷却塔は、吸収装置を通る給水源からの給水を使用し、次いで、吸収装置からの給水の送り先を復水器に変更し、復水器から放出されるエネルギーが効果的に利用されうるようにすることにより取り除くことができる。知られている商用吸収式冷却器システムでは、復水器の冷却は、吸収式冷却器システムの外部の閉ループで運用される水によって行われる。新しい設計では、給水源からの水（例えば、生水、水道水、又は井戸水）は、冷却水として供給され、（ａ）吸収装置内に入り、放出された熱を吸収し、（ｂ）引き続き復水器内に入り、凝縮冷媒によって放出される潜熱を吸収し、（ｃ）給水（この段階で温まっている）は、発電機の熱交換器コンポーネントに通され、高温排気ガスによって加熱される。こうして、従来の吸収式冷却器の独立型冷却塔は、取り除かれうる。図３に示されている本発明の第３の実施形態では、複数の効果を持つ吸収式冷却器のターミナル発電機に熱交換器を追加することにより、また複数の効果を持つ吸収式冷却器の吸収装置内の冷却システムとして給水源からの給水を使用することにより、知られているシステムでは必要とされる独立型のＨＲＵ及び冷却塔が不要になる。
【００２５】
[0029]知られている複数の効果を持つ吸収式冷却器では、ターミナル発電機は、液体蒸気分離装置として使用され、通常は、比較的大きな容積を占有する。しかし、本発明の第３の実施形態では、ターミナル発電機の熱交換器コンポーネントでは、図３に示されているように、水を分離経路内のターミナル発電機に通し、タービン排気ガスによって加熱することができる。この設計により、知られているシステムで使用されている現行のＨＲＵが不要になり、また水を加熱するためにターミナル発電機の容積を利用することができる。この一体化で、空間、コスト、及びシステムの不可逆性が大幅に低減される。
【００２６】
[0030]さらに、図３に示されているように、本発明の第３の実施形態を使用することにより、知られているシステムにおける大半の複数の効果を持つ吸収式冷却器とともに使用される冷却塔は、吸収装置を通る給水源からの給水を使用し、次いで、吸収装置からの給水の送り先を一次復水器に変更し、一次復水器から放出されるエネルギーが効果的に利用されうるようにすることにより取り除くことができる。知られている商用の複数の効果を持つ吸収式冷却器システムでは、一次復水器の冷却は、吸収式冷却器システムの外部の閉ループで運用される水によって行われる。新しい設計では、給水源からの水（例えば、生水、水道水、又は井戸水）は、冷却水として供給され、（ａ）吸収装置内に入り、放出された熱を吸収し、（ｂ）引き続き一次復水器内に入り、凝縮冷媒によって放出される潜熱を吸収し、（ｃ）給水（この段階で温まっている）は、ターミナル発電機の熱交換器コンポーネントに通され、高温排気ガスによって加熱される。こうして、従来の複数の効果を持つ吸収式冷却器の独立型冷却塔は、取り除かれうる。
【００２７】
[0031]次に、上記のように、図の詳細を参照すると、図１は、本発明の特定の一実施形態を示している。そこでは、示されている冷却熱電併給システムは、内燃機関１０、吸収式冷却器１２Ａ、エンジン吸気冷却器１４、及び吸収式冷却器１２Ａからエンジン吸気冷却器１４に冷水１６を運ぶための導管を備え、前記は、使用時に、内燃機関１０から放出された廃熱２４が吸収式冷却器１２Ａの発電機２６への動力となるようにサイズが決められ、構成されることがわかるであろう。吸収式冷却器１２Ａは、少なくとも一部は、空間冷却１８を行う冷水２０を作り出し、システムは、冷水２０の少なくとも一部を導管１６に通してエンジン吸気冷却器１４に循環させて内燃機関１０に入る空気２２を冷却し、次いでエンジン吸気冷却器１４からの水２８の少なくとも一部を吸収式冷却器１２Ａに循環させて戻し、このサイクルを繰り返すように構成される。
【００２８】
[0032]図２は、本発明の他の特定の一実施形態を示している。そこでは、示されている単一の効果を持つ吸収式冷却器１２は、吸収装置３０、溶液熱交換器３２、発電機２６、発電機２６の熱交換器コンポーネント３４、復水器３６、ポンプ４６、蒸発器４８、及び絞り弁５８を備えることがわかるであろう。前記コンポーネントは、使用時に、水流２８が蒸発器４８に送られ、蒸発器４８内の低温低圧の冷媒が蒸気内にフラッシングされ、水流２８から熱を吸収し、それにより、水流の温度を下げて、冷水２０を作る。冷媒蒸気４０は、少なくとも冷媒蒸気４０が溶液熱交換器４２から入ってくる凝結した吸収剤流４２と接触する吸収装置３０に送られ、冷媒蒸気４０は、凝結した吸収剤流４２によって吸収され、液体希釈溶液混合物４４を形成し、給水源３８から給水が送られて吸収装置３０を冷却し、吸収プロセスにおいて冷媒蒸気４０と凝結した吸収剤流４２との間の高い親和性をもたらす。液体希釈溶液混合物４４は、ポンプ４６を使用することで十分な圧力に高められて溶液熱交換器３２に送られ、そこで、熱が凝結した吸収剤流４２から液体希釈溶液混合物４４に伝えられ、予熱された液体希釈溶液混合物５０が形成される。予熱された液体希釈溶液混合物５０は、発電機２６に送られる。予熱された液体希釈溶液混合物５０は、予熱された液体希釈溶液混合物５０中の冷媒の少なくとも一部が再蒸発するように外部熱源６２からの熱を使用して発電機２６内で十分な温度まで加熱され、それにより、予熱された液体希釈溶液混合物を過熱された冷媒蒸気５２と凝結した吸収剤流４２に分離する。過熱した冷媒蒸気５２は、復水器３６に供給され、そこで、発電機２６内と実質的に同じ圧力に保たれ、過熱した冷媒蒸気５２は、転換されて復水器３６内の飽和液相に戻され、凝結した冷媒５６を形成し、潜熱を放出する。給水３８は、吸収装置３０から復水器３６に供給され、給水３８は、凝結した冷媒から放出された潜熱の少なくとも一部を吸収し、それにより復水器温水流５４を形成し、復水器３６を冷却し、さらに発電機２６の熱交換器コンポーネント３４を通して発電機２６に供給することにより復水器温水流５４を加熱し、復水器温水流５４は、外部熱源６２で残留しているエネルギーから追加の熱を吸収する。凝結した冷媒５６は、絞り弁５８に通して送られ、凝結した冷媒５６の圧力は、凝結した冷媒５６をフラッシングするように下げられ、それによりフラッシングされた冷媒蒸気６０が形成される。フラッシングされた冷媒蒸気６０の少なくとも一部は、次いで、再循環されて蒸発器へ戻され、凝結した吸収剤流４２の少なくとも一部は、再循環されて溶液熱交換器３２へ戻される。
【００２９】
[0033]図３は、本発明の他の特定の実施形態の図である。そこで、示されている二重効果を持つ吸収式冷却器７０は、蒸発器７４、吸収装置７８、一次溶液熱交換器８２、一次ポンプ８８、一次発電機９２、一次復水器１１０、一次絞り弁１０４、ターミナルポンプ１０８、ターミナル溶液熱交換器１１２、ターミナル発電機１１８、ターミナル発電機１１８の熱交換器コンポーネント１３２、ターミナル復水器９４、及びターミナル絞り弁１２６を備えることがわかるであろう。前記のコンポーネントは、使用時に、第１の水流７２が第１の水流７２からの熱を吸収する冷媒を入れた蒸発器７４に送られ、それにより加熱された冷媒７２が形成され、第１の水流７２の温度が下げられるようにサイズが決められ、構成される。加熱された冷媒７２は、加熱された冷媒７６が一次溶液熱交換器８２から入ってくる凝結した吸収剤流８０と直接接触する吸収装置７８に送られ、加熱された冷媒蒸気７６は、凝結した吸収剤流８０によって吸収され、液体希釈溶液混合物８４を形成し、第２の水流８６が送られて吸収装置７８を冷却し、吸収プロセスにおいて冷媒蒸気７６と凝結した吸収剤流８０との間の高い親和性をもたらす。液体希釈溶液混合物８４は、一次ポンプ８８を使用することで十分な圧力に高められて一次溶液熱交換器８２に送られ、そこで、熱が凝結した吸収剤流８０から液体希釈溶液混合物８４に伝えられ、予熱された液体希釈溶液混合物９０が形成される。予熱された液体希釈溶液混合物９０は、一次発電機９２に供給され、予熱された液体希釈溶液混合物９０は、予熱された液体希釈溶液混合物９０中の冷媒の少なくとも一部が再蒸発するようにターミナル復水器９４から放出される潜熱からの熱を使用して一次発電機９２内で十分な温度まで加熱され、それにより、予熱された液体希釈溶液混合物を過熱された冷媒蒸気９６、凝結した吸収剤流８０、及び残留している予熱された液体希釈溶液混合物１００に少なくとも部分的に分離する。過熱した冷媒蒸気９６は、一次発電機９２内と実質的に同じ圧力に保たれている一次復水器１１０に供給され、過熱した冷媒蒸気９６は、転換されて一次復水器１１０内の飽和液相に戻され、凝結した冷媒１０２を形成し、潜熱を放出する。凝結した冷媒１０２の圧力は、一次絞り弁１０４を使用して下げられ、凝結した冷媒１０２の圧力及び温度を下げることにより凝結した冷媒１０２がフラッシングされ、それによりフラッシングされた冷媒蒸気１０６が形成される。フラッシングされた冷媒蒸気１０６は、蒸発器７４に送られる。残留している予熱された液体希釈溶液混合物１００は、ターミナルポンプ１０８を使用して十分な圧力に高められてターミナル溶液熱交換器１１２に送られ、それにより、熱が凝結した吸収剤流１１４から残留している予熱された液体希釈溶液混合物１００に伝えられ、予熱された液体希釈溶液混合物１１６が形成され、また予熱された液体希釈溶液混合物１１６は、ターミナル発電機１１８に供給される。第２の水流８６は、吸収装置７８から一次復水器１１０に送られ、第２の水流８６は、凝結した冷媒１０２から放出された潜熱の少なくとも一部を吸収する。残留している予熱された液体希釈溶液混合物１１６は、予熱された液体希釈溶液混合物１１６中の冷媒の少なくとも一部が再蒸発するように外部熱源１２０からの熱を使用してターミナル発電機１１８内で十分な温度まで加熱され、それにより、予熱された液体希釈溶液混合物１１６を過熱された冷媒蒸気１２２と凝結した吸収剤流１１４に分離する。過熱された冷媒蒸気１２２は、ターミナル復水器９４に送られ、そこで、ターミナル発電機１１８内と実質的に同じ圧力に保たれる。過熱された冷媒蒸気１２２は、ターミナル復水器９４内で転換されて液相に戻され、凝結した冷媒１２４が形成され、潜熱が放出される。凝結した冷媒１２４は、ターミナル絞り弁１２６を使用して、凝結した冷媒１２４の圧力及び温度を下げることによりフラッシングされ、それによりフラッシングされた冷媒蒸気１２８が形成される。フラッシングされた冷媒蒸気１２８は、一次復水器１１０に送られ、フラッシングされた冷媒蒸気１２８は、一次復水器１１０内で転換されて飽和液相に戻され、それにより凝結した冷媒１０２が形成され、潜熱が放出される。凝結した冷媒１０２は、一次絞り弁を使用して、凝結した冷媒１０２の圧力及び温度を下げることによりフラッシングされ、それによりフラッシングされた冷媒蒸気１０６が形成される。フラッシングされた冷媒蒸気１０６の少なくとも一部は、次いで、再循環されて蒸発器７４へ戻され、凝結した吸収剤流８０の少なくとも一部は、再循環されて蒸発器７８へ戻される。最後に、第２の水流８６は、さらに、ターミナル発電機１１８のコンパクトな熱交換器コンポーネント１３２を通してターミナル発電機１１８内に第２の水流８６を送り込み、外部熱源１２０から残っているエネルギーを使用して第２の水流８６を加熱することにより、さらに加熱される。
【００３０】
[0034]ＣＣＨＰシステムのコアは、ガスタービン、レシプロエンジン（火花点火、ディーゼル、及びスターリングエンジン）、風力タービン、燃料電池、ソーラーパネル、及び小型水力発電機を含む。現在、レシプロエンジン、特にガス及びディーゼルは、住居及び小規模企業市場において優位を占めている。本発明では、レシプロエンジ及びガスタービンなどの内燃機関の使用が最も好ましい。
【００３１】
[0035]マイクロＣＣＨＰでは、二重の効果を持つ吸収式冷却器とともにマイクロガスタービン使用するシステムが最も好ましい。マイクロガスタービンから出る排気ガスは約２７５℃で、レスプロエンジンの温度よりも高いため、二重の効果を持つ吸収式冷却器を採用する実施形態では、マイクロガスタービンのより高い排気ガス温度を利用する。二重の効果を持つ吸収式冷却器が使用された場合には、冷水と温水の両方が高まる。二重の効果を持つ冷却器を使用する場合のトレードオフは、サイズが大きくなり、複雑さが増すことである。
【００３２】
[0036]上記のように、既存のマイクロＣＣＨＰシステムの総合的な熱／電気効率は、一般に、それぞれのコンポーネントのサイズが小さく、個別商業ユニット間においてさらに不可逆性が生じるため、７０％未満であり、６５％前後である。本発明の一実施形態では、図１に示されているように、冷却熱電併給システムは、内燃機関１０、吸収式冷却器１２Ａ、エンジン吸気冷却器１４、及び吸収式冷却器１２Ａから冷水１６をエンジン吸気冷却器１４に運ぶための導管を備える。マイクロＣＣＨＰシステムの典型的な熱回収ユニットは、本発明の吸収式冷却器（図２の単一の効果を持つ吸収式冷却器１２、図３の二重の効果を持つ吸収式冷却器７０）の発電機に一体化され、それにより、スタンドアロンの熱回収システムが取り除かれるだけでなく、冷水が外部給水源（図２の３８、図３の８６）から吸収式冷却器（図２の１２、図３の７０）の吸収装置（図２の３０、図３の７８）に来る復水器冷却システムを組み込むことにより冷却塔（又は同等の冷却熱交換器）が不要になる。本発明では、これらのコンポーネントをコンパクトな１つのモジュールに一体化し、独立型の熱回収システム及び冷却塔をなくすことにより、優れた性能を有する高効率システムであるマイクロガスタービンを使用する一体型マイクロＣＣＨＰを実現する。マイクロＣＣＨＰ技術領域において、つまり２００ｋＷ未満で、本発明のこの実施形態を使用することにより（図１の１２Ａ）、マイクロＣＣＨＰの性能は、単一の効果を持つ吸収式冷却器（図２の１２）が図１に示されている実施形態において吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合には、最大約１４２．５％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高くすることができ、また二重の効果を持つ吸収式冷却器（図３の７０）が図１に示されている実施形態において吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合には、最大約１６４．８％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高くすることができる。全体的性能が１００％より高くても、熱力学の第２法則に反しないことに留意されたい。１００％を超えるエネルギーの部分は、燃料に由来するものではなく、吸収式冷却器１２Ａを介して環境から取り出されるものである。
【００３３】
[0037]単一の効果を持つ吸収式冷却器（図２の１２）が、図１の吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合、マイクロＣＣＨＰの性能は、最大約１４２．５％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高くすることができ、これは、電力に対する３０％、冷水に対する３１．５％、及び温水に対する８１％を含む。特に、図１の本発明のこの実施形態では、マイクロガスタービン１０内で３６０，０００ｋＪ／ｈの燃料が使用される場合、結果として、２９．６ｋＷの電力が出力され（出力される電力に対し約３０％の性能）、約６，０００ｋＪ／ｈの放射損失が生じ、約２４２，０００ｋＪ／ｈの廃熱が内燃機関１０から吸収式冷却器１２Ａに放出される（２４）。次いで、熱回収ユニットが組み込まれている単一の効果を持つ吸収式冷却器１２は、マイクロガスタービン１０から２４２，０００ｋＪ／ｈを、戻り水流２８から１１７，０００ｋＪ／ｈを受け取り、単一の効果を持つ吸収式冷却器に対し０．６８の典型的な熱性能係数を仮定した場合には、２８９，０００ｋＪ／ｈを６８℃の温水に放出し、２２，０００ｋＪ／ｈを損失し、４８，０００ｋＪ／ｈを排気ガス中に出す。したがって、その結果得られる、熱回収ユニットが組み込まれている単一の効果を持つ吸収式冷却器１２の性能は、生成される温水の約８１％である。また、単一の効果を持つ吸収式冷却器１２によって生成される冷水２０については、１１７，０００ｋＪ／ｈ、つまり３１．５％の性能となる。したがって、上記の数字からわかるように、マイクロガスタービンに１００ｋＷ分の燃料を投入する毎に、最大約１４２．５ｋＷまでの性能が達成されることになる。ここでもまた、全体的性能が１００％より高くても、熱力学の第２法則に反しないことに留意されたい。１００％を超えるエネルギーの部分は、燃料に由来するものではなく、吸収式冷却器１２Ａを介して環境から取り出されるものである。冷却能力、つまり冷水からの３１．５ｋＷは、２回勘定され、最初に冷却性能として勘定され、後で温水によって回収される。
【００３４】
[0038]二重の効果を持つ吸収式冷却器（図４の７０）が、図１の吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合、マイクロＣＣＨＰの性能は、最大約１６４．８％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高くすることができ、これは、電力に対する３０％、冷水に対する４３．３％、及び温水に対する９１．４％を含む。特に、図１の本発明のこの実施形態では、マイクロガスタービン１０内で３６０，０００ｋＪ／ｈの燃料が使用される場合、結果として、２９．６ｋＷの電力が出力され（出力される電力に対し約３０％の性能）、約６，０００ｋＪ／ｈの放射損失が生じ、約２４２，０００ｋＪ／ｈの廃熱が内燃機関１０から吸収式冷却器１２Ａに放出される（２４）。次いで、熱回収ユニットが組み込まれている二重の効果を持つ吸収式冷却器７０は、マイクロガスタービン１０から２４２，０００ｋＪ／ｈを、戻り水流７２から１５６，０００ｋＪ／ｈを受け取り、二重の効果を持つ吸収式冷却器７０に対し１．３の典型的な熱性能係数を仮定した場合には、３２８，０００ｋＪ／ｈを６８℃の温水に放出し、２２，０００ｋＪ／ｈを損失し、４８，０００ｋＪ／ｈを排気ガス中に出す。したがって、その結果得られる、熱回収ユニットが組み込まれている二重の効果を持つ吸収式冷却器７０の性能は、生成される温水の約９１．４％である。また、二重の効果を持つ吸収式冷却器７０によって生成される冷水については、１５６，０００ｋＪ／ｈ、つまり４３．３％の性能となる。したがって、上記の数字からわかるように、マイクロガスタービンに１００ｋＷ分の燃料を投入する毎に、最大約１６４．８％までの性能が達成されることになる。ここでもまた、全体的性能が１００％より高くても、熱力学の第２法則に反しないことに留意されたい。１００％を超えるエネルギーの部分は、燃料に由来するものではなく、吸収式冷却器７０を介して環境から取り出されるものである。
【００３５】
[0039]知られているマイクロＣＨＰシステムでは、廃熱を温水に転換するだけであり、したがって、温水の燃料コストのみが節約される。逆に、本発明の上記の実施形態を使用すると、その結果実現されるマイクロＣＣＨＰシステムは、単一の効果を持つ吸収式冷却器（図２の１２）が図１に示されている実施形態において吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合には、最大約１４２．５％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高い全体的性能をもたらすことができ、また二重の効果を持つ吸収式冷却器（図３の７０）が図１に示されている実施形態において吸収式冷却器１２Ａとして使用される場合には、最大約１６４．８％まで、場合によってはいくつかの事例においてさらに高い全体的性能をもたらすことができる。特に発展途上国の農村部の場合、農村では木材及び農業残渣などの伝統的なバイオマスを使用して温水を作り出すことができるため、より多くの電力を生産しより多くの冷水を供給できることのほうが、温水を生成することよりも重要である。また、前記の説明が、マイクロＣＣＨＰシステムの領域に限定されていたとしても、１ＭＷ、５０ＭＷ、２５０ＭＷなどの、本発明の実施形態を使用する大型のシステムにおいても、同様の向上がある。
【００３６】
[0040]本発明の実施形態すべてにおいて採用される単一の効果又は複数の効果を持つ吸収式冷却器は、冷媒／吸収剤溶液の任意の組み合わせを使用することができる。好ましい冷媒／吸収剤溶液は、水／臭化リチウム及びアンモニア／水であるが、水／臭化リチウム溶液が最も好ましい。
【００３７】
[0041]上では特定の実施形態について説明されているが、当業者であれば本開示に照らしてこれらの実施形態の他のいくつかの変更形態も考えることができ、そのような変更形態は本発明の精神及び範囲内に収まるものであることは理解されるであろう。したがって、本発明の範囲は、上で詳述されている特定の実施形態に限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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