JP2006010301A - Cold heat generation system and cold heat generation method - Google Patents
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Abstract
【課題】 エネルギー効率が高く、低コストで運転することができ、またサイズが従来のものと同等の大きさの冷熱生成システム及びこの冷熱生成システムを利用して冷熱を生成する冷熱生成方法を提供する。
【解決手段】 圧縮機7と、蒸気発生器2と、蒸発器3と、凝縮器5と、補助圧縮機構(エジェクタ4等)とを備え、蒸発器3から出た冷媒ガスを圧縮機7により加圧し、この加圧された冷媒ガスを、蒸気発生器2から発生した冷媒ガスにより駆動される補助圧縮機構によって加圧する冷熱生成システム1であって、圧縮機7を、排熱を発生する動力源(ガスエンジン30)により駆動し、動力源により発生した排熱により蒸気発生器2を加熱するものである。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cold heat generation system having a high energy efficiency and capable of operating at a low cost and having a size equivalent to that of a conventional one, and a cold heat generation method for generating cold heat using the cold heat generation system To do.
SOLUTION: A compressor 7, a steam generator 2, an evaporator 3, a condenser 5, and an auxiliary compression mechanism (ejector 4 or the like) are provided, and refrigerant gas discharged from the evaporator 3 is discharged by the compressor 7. A cold heat generation system 1 that pressurizes and pressurizes the pressurized refrigerant gas by an auxiliary compression mechanism that is driven by the refrigerant gas generated from the steam generator 2, and the compressor 7 is used to generate exhaust heat. The steam generator 2 is driven by the exhaust heat generated by the power source (gas engine 30) and generated by the power source.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、冷熱生成システム及び冷熱生成方法に関し、特に省エネルギーを実現することができ、低コストで冷熱を生成することのできる冷熱生成システム及びこの冷熱生成システムを利用して冷熱を生成する冷熱生成方法に関する。 The present invention relates to a cold energy generation system and a cold energy generation method, and particularly to a cold energy generation system capable of realizing energy saving and generating cold energy at a low cost, and cold energy generation using the cold energy generation system to generate cold energy. Regarding the method.
図5は、従来のガスエンジンを利用した冷熱生成システムを示す構成図である。なお図5に示す冷熱生成システム40は、一般的にガスヒートポンプ(ガスヒーポン)と呼ばれているものである。
FIG. 5 is a block diagram showing a cold heat generation system using a conventional gas engine. The cold
図5に示す冷熱生成システム40は、まず代替フロン等の冷媒ガスを圧縮機41で高温・高圧になるように圧縮する。この圧縮機41は、ガスエンジン42の動力を用いて駆動されている。なお圧縮機41が回転式の場合は、ガスエンジン42の軸動力を用いるようにすればよい。
The cold
まず圧縮機41で圧縮された冷媒ガスは、凝縮器43に送られて冷却水により冷却されて液化し、凝縮液冷媒となる。そして膨張弁44に移送された凝縮液冷媒は、膨張弁44で減圧される。その後、減圧された凝縮液冷媒は蒸発器45に送られて蒸発器45内で気化し、冷媒ガスとなる。ここで、凝縮液冷媒が冷媒ガスとなるときに気化熱が奪われるため、蒸発器45が冷却される。この蒸発器45に、冷熱負荷をパイプ等で通過させることにより、冷熱負荷を冷却する。
蒸発器45で発生した冷媒ガスは、再び圧縮機41に送られて圧縮される。このようなサイクルを繰り返すことにより、連続的に冷熱が生成されることとなる。
First, the refrigerant gas compressed by the
The refrigerant gas generated in the
図6は、従来の蒸気噴射式冷凍装置(冷熱生成システム)を示す構成図である(例えば、特許文献1参照)。なお図6に示す冷熱生成システムでは、エジェクタ52と圧縮機54の両方が備えられている。
FIG. 6 is a configuration diagram showing a conventional steam injection refrigeration apparatus (cold heat generation system) (see, for example, Patent Document 1). In the cold heat generation system shown in FIG. 6, both an
図6に示す冷熱生成システムの動作について説明する。冷熱生成システム50の全体を流れる冷媒は、まず蒸気発生器51で温水等により加熱され1次蒸気(駆動蒸気)となって、エジェクタ52に送られる。エジェクタ52では、蒸発器53で気化し圧縮機54で圧縮された冷媒ガス(2次蒸気)を、1次蒸気のノズルからの噴射によって吸引し混合する。このとき冷媒ガスの気化熱により蒸発器53の温度が下がり、蒸発器53内を流れる水等の冷熱負荷を冷却する。エジェクタ52では混合ガスが昇圧され凝縮器55の冷却水によって凝縮液冷媒となり、凝縮液冷媒の一部は液戻しポンプ56によって蒸気発生器51に送られる。凝縮液冷媒の残りは膨張弁57で冷熱生成に必要な状態まで減圧され、蒸発器53に送られる。このようなサイクルを繰り返すことにより冷熱が生成されることとなる。
従来のガスエンジンを利用した冷熱生成システム(ガスヒートポンプ)では、圧縮機41をガスエンジン42の動力を用いて駆動しており、ガスエンジン42から排熱が出ることとなる。しかしこの排熱は、冬季の暖房時に利用する以外は一般的に捨てられるため、エネルギー効率があまりよくないという問題点があった。またガスエンジン42からの排熱を用いて、吸収式冷凍機等の熱駆動冷熱生成システムを駆動させることは可能であるが、ガスヒートポンプに熱駆動冷熱生成システムを組み合わせると、冷熱生成システムが2系統となり、設置面積が大きい、初期コストがかかる、メンテナンスの負担が大きい等の問題が発生する。
In a conventional cold heat generation system (gas heat pump) using a gas engine, the
また従来の蒸気噴射式冷凍装置(冷熱生成システム)では(例えば、特許文献1参照)、エジェクタ52と圧縮機54を用いることにより、必要な冷房能力を賄うようにしている。しかし、蒸気発生器51に凝縮液冷媒を戻すのに液戻しポンプ56を使用しているため、この液戻しポンプ56を駆動する動力が必要となり、冷熱生成システムの効率を表す成績係数(COP)が低下するという問題点があった。特に、最近は成績係数の向上を目的として冷媒の高圧化が進みつつあるが、冷媒の高圧化により蒸気発生器51と凝縮器55の圧力差が大きくなるため、液戻しポンプ56を駆動する動力を大きくしなければならなかった。
Further, in a conventional steam injection refrigeration apparatus (cold heat generation system) (see, for example, Patent Document 1), an
本発明は、エネルギー効率が高く、低コストで運転することができ、またサイズが従来のものと同等の大きさの冷熱生成システム及びこの冷熱生成システムを利用して冷熱を生成する冷熱生成方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a cold energy generation system having high energy efficiency, capable of operating at low cost, and having a size equivalent to a conventional one, and a cold energy generation method for generating cold energy using the cold energy generation system. The purpose is to provide.
本発明に係る冷熱生成システムは、圧縮機と、蒸気発生器と、蒸発器と、凝縮器と、補助圧縮機構とを備え、蒸発器から出た冷媒ガスを圧縮機により加圧し、この加圧された冷媒ガスを、蒸気発生器から発生した冷媒ガスにより駆動される補助圧縮機構によって加圧する冷熱生成システムであって、圧縮機を、排熱を発生する動力源により駆動し、動力源により発生した排熱により蒸気発生器を加熱するものである。
圧縮機を、排熱を発生する動力源により駆動し、動力源により発生した排熱により蒸気発生器を加熱して冷媒ガスを発生し、この冷媒ガスによって補助圧縮機構(エジェクタ等)を駆動する。このため排熱を有効利用することができ、エネルギー効率が向上し、低コストで冷熱を生成することが可能となる。またこの冷熱生成システムを1系統で構成すれば、従来のガスヒートポンプと同等の大きさで冷熱発生能力を増大させることができる。
The cold heat generation system according to the present invention includes a compressor, a steam generator, an evaporator, a condenser, and an auxiliary compression mechanism, and pressurizes the refrigerant gas emitted from the evaporator with the compressor. A cold heat generation system that pressurizes the generated refrigerant gas by an auxiliary compression mechanism driven by the refrigerant gas generated from the steam generator, wherein the compressor is driven by a power source that generates exhaust heat and is generated by the power source The steam generator is heated by the exhausted heat.
The compressor is driven by a power source that generates exhaust heat, the steam generator is heated by the exhaust heat generated by the power source to generate refrigerant gas, and the auxiliary compression mechanism (ejector or the like) is driven by this refrigerant gas. . For this reason, exhaust heat can be used effectively, energy efficiency can be improved, and cold heat can be generated at low cost. If this cold heat generation system is configured with one system, the cold heat generation capacity can be increased with the same size as a conventional gas heat pump.
また本発明に係る冷熱生成システムは、上記の動力源が、ガスエンジンからなるものである。
圧縮機を、例えば専用のガスエンジンで駆動させることにより、圧縮機の駆動動力及び蒸気発生器を加熱する排熱量を一定比率で安定して供給可能となるため、圧縮機や補助圧縮機構を最も効率の良いポイントで設計することが可能となり、さらに低コストで冷熱生成システムを運転することが可能となる。
また冷熱需要が定格以下の場合にはガスエンジンを部分負荷運転することになるが、一般的に部分負荷運転時の効率は定格運転時に比較して低くなる。そのため従来のガスヒートポンプシステムでは冷熱生成システムとしての効率も低下することになる。効率が低下するということは排熱の割合が高くなるということである。本発明に係る冷熱生成システムでは排熱を有効利用するため、冷熱生成システムとしての効率低下を低減することが可能となる。
In the cold heat generation system according to the present invention, the power source is a gas engine.
By driving the compressor with, for example, a dedicated gas engine, the driving power of the compressor and the amount of exhaust heat for heating the steam generator can be stably supplied at a constant ratio. It is possible to design at an efficient point, and it is possible to operate the cold heat generation system at a lower cost.
In addition, when the cold energy demand is below the rating, the gas engine is operated at a partial load, but generally the efficiency at the partial load operation is lower than that at the rated operation. Therefore, in the conventional gas heat pump system, the efficiency as a cold heat generation system will also fall. A decrease in efficiency means a higher rate of exhaust heat. Since the exhaust heat is effectively used in the cold heat generation system according to the present invention, it is possible to reduce a decrease in efficiency as the cold heat generation system.
また本発明に係る冷熱生成システムは、上記の補助圧縮機構が、エジェクタからなるものである。
上記の補助圧縮機構をエジェクタで構成することにより、高いエネルギー効率の冷熱生成システムを得ることができる。
In the cold heat generation system according to the present invention, the auxiliary compression mechanism is an ejector.
By configuring the auxiliary compression mechanism with an ejector, a highly energy efficient cold heat generation system can be obtained.
また本発明に係る冷熱生成システムは、上記のエジェクタの圧力比が、1.0〜1.1の範囲であるものである。
エジェクタの圧力比を1.0〜1.1の範囲で設計することにより、ガスエンジンの排熱を有効に活用し、本発明に係る冷熱生成システムの効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
Further, in the cold heat generation system according to the present invention, the pressure ratio of the ejector is in a range of 1.0 to 1.1.
By designing the ejector pressure ratio in the range of 1.0 to 1.1, it is possible to effectively utilize the exhaust heat of the gas engine and dramatically improve the efficiency of the cold heat generation system according to the present invention. Become.
また本発明に係る冷熱生成システムは、上記の補助圧縮機構が、蒸気発生器から発生した冷媒ガスによって駆動される膨張機と、この膨張機で発生した動力で駆動される補助圧縮機からなるものである。
上記の補助圧縮機構を膨張機と補助圧縮機から構成することにより、高いエネルギー効率の冷熱生成システムを得ることができる。
In the cold heat generation system according to the present invention, the auxiliary compression mechanism includes an expander driven by refrigerant gas generated from a steam generator and an auxiliary compressor driven by power generated by the expander. It is.
By configuring the auxiliary compression mechanism from an expander and an auxiliary compressor, it is possible to obtain a cold energy generation system with high energy efficiency.
また本発明に係る冷熱生成システムは、凝縮器に貯留された凝縮液冷媒の一部が移送される受液器を備え、該受液器から蒸気発生器へ凝縮液冷媒を移送するのに、ダンプトラップ方式を採用したものである。
蒸気発生器へ凝縮液冷媒を戻す際に、ダンプトラップ方式を採用することにより、液戻しポンプが不要となり、液戻しポンプの動力が削減できる。なおこのダンプトラップ方式では、上記の受液器に、蒸気発生器の蒸気を送ったり蒸気発生器を加熱するための温水を送ったりすることにより受液器を加圧して、受液器から蒸気発生器へ凝縮液冷媒を戻すものである。
Further, the cold heat generation system according to the present invention includes a liquid receiver to which a part of the condensate refrigerant stored in the condenser is transferred, and transfers the condensate refrigerant from the liquid receiver to the steam generator. A dump trap system is adopted.
When the condensate refrigerant is returned to the steam generator, the use of the dump trap system eliminates the need for the liquid return pump and reduces the power of the liquid return pump. In this dump trap system, the receiver is pressurized by sending steam from the steam generator or warm water for heating the steam generator to the receiver, and the steam is sent from the receiver. The condensate refrigerant is returned to the generator.
また本発明に係る冷熱生成システムは、凝縮液冷媒を減圧して凝縮器から蒸発器に移送する第2の膨張機と、凝縮液冷媒を凝縮器から蒸気発生器に移送する液戻しポンプを備え、この液戻しポンプが、第2の膨張機で発生した動力により駆動されるものである。
第2の膨張機と液戻しポンプを備え、液戻しポンプが第2の膨張機で発生した動力によって駆動されるため、動力の無駄がなくなり高いエネルギー効率の冷熱生成システムを得ることができる。
In addition, the cold heat generation system according to the present invention includes a second expander that depressurizes the condensate refrigerant and transfers it from the condenser to the evaporator, and a liquid return pump that transfers the condensate refrigerant from the condenser to the steam generator. The liquid return pump is driven by the power generated by the second expander.
Since the second expander and the liquid return pump are provided and the liquid return pump is driven by the power generated by the second expander, power is not wasted and a highly energy efficient cold heat generation system can be obtained.
また本発明に係る冷熱生成システムは、蒸気発生器を流れる冷媒と、蒸発器、圧縮機を流れる冷媒が、同一の物質からなるものである。
蒸気発生器、蒸発器及び圧縮機を流れる冷媒を同一の物質とすれば、これらを同一の配管系統を用いて構成することができ、冷熱生成システムのサイズを小さくすることができる。また同一の物質を冷媒として用いるため、冷熱生成システムに冷媒分離器を設ける必要がなく、冷熱生成システムをシンプルに構成することができる。
In the cold heat generation system according to the present invention, the refrigerant flowing through the steam generator and the refrigerant flowing through the evaporator and the compressor are made of the same substance.
If the refrigerant | coolant which flows through a steam generator, an evaporator, and a compressor is made into the same substance, these can be comprised using the same piping system, and the size of a cold-heat generation system can be made small. Moreover, since the same substance is used as the refrigerant, it is not necessary to provide a refrigerant separator in the cold heat generation system, and the cold heat generation system can be configured simply.
本発明に係る冷熱生成方法は、上記のいずれかの冷熱生成システムによって、冷熱を生成するものである。
上記のいずれかの冷熱生成システムによって冷熱を生成するため、エネルギー効率が高く、低コストで冷熱を生成することができる。
The cold heat generation method according to the present invention generates cold heat by any one of the cold heat generation systems described above.
Since cold energy is generated by any one of the above-described cold energy generation systems, energy efficiency is high and cold energy can be generated at low cost.
実施形態1.
図1は、本発明の実施形態1に係る冷熱生成システムを示した構成図である。図1に示す冷熱生成システム1は、補助圧縮機構としてのエジェクタ4と、圧縮機7を備えており、また液戻し方法としてダンプトラップ方式を採用しているものである。なお図1では、補助圧縮機構の部分を点線で示している。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating a cold heat generation system according to
図1に示すように本実施形態1に係る冷熱生成システム1は、蒸気発生器2、蒸発器3、エジェクタ4、凝縮器5、膨張弁6及び圧縮機7を備えている。また凝縮器5には、液戻し配管11を介して受液器8が接続されており、液戻し配管11にはバルブ12が設けられている。さらに蒸気発生器2と受液器8を結ぶ配管にはバルブ15が、蒸気発生器2とエジェクタ4を結ぶ配管にはバルブ20が設けられている。また凝縮器5と蒸気発生器2を接続する冷媒ガス配管16に受液器8を分岐配管17で接続し、冷媒ガス配管16には、冷媒ガス配管16と分岐配管17の接続部の両側にバルブ18、19が備えられている。ここで凝縮器5、受液器8、蒸気発生器2は、高さ方向(鉛直方向)の位置関係について、その内部の凝縮液冷媒の液面高さが、高い方から、凝縮器5、受液器8、蒸気発生器2の順になるように配置されている。なお上記のバルブ12、バルブ15、バルブ18、バルブ19、バルブ20には、電磁弁等を用いることができる。
As shown in FIG. 1, the cold
なお圧縮機7は、ガスエンジン30の動力を、動力伝達手段31を介して伝えることにより駆動されている。この圧縮機41が回転式の場合は、ガスエンジン30の軸動力を用いるようにすればよい。なおガスエンジン30の代わりに、排熱を発生するその他の動力源を用いるようにしてもよい。また、ガスエンジン30の軸動力で圧縮機7を駆動する代わりに、発電機を回して発電し、その発電された電力によって回転する電気モーターにより圧縮機7を駆動してもよい。この場合、電気モーターを駆動する電力として、発電機で発電された電力に加えて、他の電力(例えば、電力会社からの購入電力)を追加するようにしてもよい。
蒸気発生器2は、ガスエンジン30からの排熱が排熱配管32を介して送られることにより、加熱されて蒸気を発生するようになっている。なおガスエンジン30から蒸気発生器2に排熱を送る場合に、排気ガスを直接送ってもよいし、温水等を送るようにしてもよい。
The
The
図1に示すエジェクタ4及び圧縮機7を用いた冷熱生成システム1の動作について説明する。冷熱生成システム1の全体を流れる冷媒は、まず蒸気発生器2で、ガスエンジン30からの排熱ガスや温水等の排熱により加熱され1次蒸気(駆動蒸気)となる。なおこの蒸気発生器2で冷媒を加熱する際に、パイプ等の内部に排熱を流すシェル・アンド・チューブ式熱交換器を用いても、多層の平板に排熱を流すプレート式熱交換器を用いてもよい。またプレート式熱交換器を蒸気発生器2の外部に設置して所謂ボイラーのように構成してもよい。
The operation of the cold
蒸気発生器2の圧力は凝縮器5の圧力より高く、1次蒸気はエジェクタ4に導かれる。エジェクタ4では、蒸発器3で発生し、圧縮機7で加圧された冷媒ガス(2次蒸気)を、1次蒸気のノズル21からの噴射によって吸引し混合する。このとき冷媒ガスの気化熱により蒸発器3の温度が下がり、蒸発器3内を流れる水等の冷熱負荷を冷却する。なお蒸発器3における冷熱負荷の冷却も、シェル・アンド・チューブ式熱交換器やプレート式熱交換器(ボイラー型を含む)を利用することができる。エジェクタ4では混合ガスが昇圧され凝縮器5の冷却水によって凝縮液冷媒となり、凝縮液冷媒の一部は受液器8に貯留される。凝縮液冷媒の残りは膨張弁6で冷熱生成に必要な状態まで減圧され、再び蒸発器3で蒸発して冷熱を生成する。
The pressure of the
なお本実施形態1において圧縮機7の駆動力およびエジェクタ4の駆動熱は、それぞれガスエンジン30からの軸動力および排熱であるが、その比率はガスエンジン30の効率(軸動力)から概略決まった値となる。例えばガスエンジン30の効率を33%とすると、残りの67%は排熱となる。排熱の全量を有効に活用する事は不可能であり、全排熱量の半分を回収できたとすると、軸動力と回収排熱量の比率は約1:1となる。
In the first embodiment, the driving force of the
エジェクタ4における一次蒸気質量流量mpと二次蒸気質量msの比率ms/mpはエジェクタ4の圧力比(=エジェクタ出口圧力/二次蒸気圧力)の関数であり、圧力比が大きいほど質量流量比率ms/mpは小さくなる特性をもつ。
エジェクタ4の圧力比は任意に設計することが可能である。エジェクタ4の圧力比を大きくするほど圧縮機7の昇圧幅が小さくなるため圧縮機7の所要動力が低減され、ガスエンジン30の燃料消費量が少なくなる。一方、圧力比を大きくするに従い質量流量比率ms/mpが小さくなる。msは冷熱需要から決まる値であるため、mpが大きくなる。上述したように一次蒸気を発生させるガスエンジン回収熱量には制約があるため、圧力比を過大にした場合、一次蒸気発生用熱量の不足を補うための燃料を余分に必要とする。これはトータルとしての冷熱生成システム1の効率低下となる。
The ratio ms / mp between the primary steam mass flow rate mp and the secondary steam mass ms in the ejector 4 is a function of the pressure ratio of the ejector 4 (= ejector outlet pressure / secondary steam pressure). / Mp has a small characteristic.
The pressure ratio of the ejector 4 can be designed arbitrarily. As the pressure ratio of the ejector 4 is increased, the pressure increase range of the
図2は、図1に示すエジェクタ4の圧力比と燃料消費量の関係を示した図である。なお図2に示すグラフは、ガスエンジン30の効率(ガスエンジン30の軸動力/ガスエンジン30の燃料消費量)が約37.5%、ガスエンジン30から回収する排熱の温度が約80℃、凝縮器5と蒸発器3の圧力比が約3.0の場合のものであり、エジェクタ4の圧力比が1.0における燃料消費量を基準(1.0とする)としている。
例えば、図2においてガスエンジン30からの回収排熱量/軸動力(共に単位はKW)が1.5の場合、エジェクタ4の圧力比を1.0〜1.06までの範囲で増大させると圧縮機7の圧縮仕事が減少して燃料消費量が低減される。しかし、エジェクタ4の圧力比が1.06よりも大きくなるとガスエンジン30から回収する排熱ではエジェクタ4の駆動熱量を賄いきれなくなり、1次蒸気補助発生装置(図示せず)等に追加の燃料を供給してエジェクタ4を駆動するための1次蒸気を補う必要が生じるため、燃料消費量が逆に増大し始める。
従って、ガスエンジン30からの回収排熱量/軸動力が1.5の場合、エジェクタ4の圧力比を約1.06とすればガスエンジン30の排熱を最も有効に活用することができ、ガスエンジン30の燃料消費量を最小にすることができる。これは即ち、冷熱生成システム1の効率を最大化することができるということである。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the pressure ratio of the ejector 4 shown in FIG. 1 and the fuel consumption. The graph shown in FIG. 2 shows that the efficiency of the gas engine 30 (shaft power of the
For example, in FIG. 2, when the amount of exhaust heat recovered from the
Therefore, when the amount of exhaust heat recovered from the
また図2に示すように、ガスエンジン30からの回収排熱量/軸動力が1.0の場合、エジェクタ4の圧力比が約1.04のときがガスエンジン30の燃料消費量が最小となり、ガスエンジン30からの回収排熱量/軸動力が1.25の場合、エジェクタ4の圧力比が約1.05のときがガスエンジン30の燃料消費量が最小となることが分かる。なお上記の条件(ガスエンジン30の効率が約37.5%等)は、一般的なガスヒートポンプで見られるものである。
このため本実施形態1では、エジェクタ4の圧力比を1.0〜1.1の範囲で設計することにより、ガスエンジン30の排熱を有効に活用し、冷熱生成システム1の効率を飛躍的に向上させている。なおエジェクタ4の圧力比は、1.02〜1.08の範囲に設定することが好ましく、さらに好ましくは1.03〜1.07の範囲である。
なお燃料消費量を最小とするエジェクタ4の圧力比は、ガスエンジン30からの回収排熱量/軸動力の比以外の要因、例えばガスエンジン30の排熱温度、冷熱生成システムの運転条件及びそれに伴うエジェクタ4の効率変化等によっても変動する。
Also, as shown in FIG. 2, when the amount of exhaust heat recovered from the
For this reason, in the first embodiment, by designing the pressure ratio of the ejector 4 in the range of 1.0 to 1.1, the exhaust heat of the
The pressure ratio of the ejector 4 that minimizes the fuel consumption depends on factors other than the ratio of the recovered exhaust heat amount / shaft power from the
ここで本実施形態1に係る冷熱生成システム1の液戻し方法について説明する。
まずエジェクタ4及び圧縮機7が稼働し液戻しが行われる前は、バルブ15、19が閉、バルブ12、18、20が開の状態になっている。このとき、凝縮器5と受液器8は均圧となっている。凝縮器5で凝縮した凝縮液冷媒の一部は膨張弁6から蒸発器3へ導かれるが、一部は受液器8に蓄えられる。受液器8内の凝縮液冷媒がレベル計(図示せず)により設定された液レベルに達すると、ダンプトラップ方式により、受液器8の凝縮液冷媒が蒸気発生器2に移送される。具体的には、バルブ12、18を閉、バルブ19を開にして、蒸気発生器2内にある高温高圧の1次蒸気を冷媒ガス配管16、分岐配管17を経て受液器8に導き、受液器8内の凝縮液冷媒が例えば自重給液できる圧力まで加熱・加圧する。なおこのとき、バルブ20を閉めて蒸気発生器2の1次蒸気がすべて受液器8に向かうようにしてもよい。またこのときの加熱量は、タイマーや圧力計を用いて制御することができる。続いてバルブ15を開け、凝縮液冷媒を受液器8から蒸気発生器2に自重給液等により移送する。なおここで、自重給液の代わりにポンプを用いて凝縮液冷媒を移送するようにしてもよい。この場合、受液器8と蒸気発生器2はほぼ同一圧力となっているため、移送に要するポンプ動力は非常に小さなものでよい。またポンプを用いる場合には、受液器8と蒸気発生器2の高さ方向の位置関係を任意にすることができる。
Here, a liquid returning method of the cold
First, before the ejector 4 and the
凝縮液冷媒を移送した後に加圧された受液器8を減圧するには、バルブ15、19を閉、バルブ12、18を開にして、受液器8内の冷媒ガスを凝縮器5内に導くようにする。またバルブ20を閉じていた場合は、バルブ20を開くことにより、エジェクタ4への1次蒸気の供給が再開される。なお、ダンプトラップ方式においては、バルブ12、15の代わりに逆止弁を用いてもよい。
In order to depressurize the
本実施形態1では、蒸気発生器2への液戻し方法として、蒸気発生器2の1次蒸気を受液器8に送ることにより、受液器8の凝縮液冷媒を蒸気発生器2に移送するようにしているが、例えばガスエンジン30からの排熱を排熱配管32から分岐させて受液器8に送って加熱・加圧するようにしてもよい。これにより常時蒸気発生器2からエジェクタ4に蒸気を安定して供給することが可能となり、冷熱生成システム1の連続運転が可能となる。 また液戻し方法として、ダンプトラップ方式を用いずに、図3に示すような液戻しポンプによって蒸気発生器2への液戻しを行うようにしてもよい。
なお一般的なダンプトラップ方式の液戻し方法については、例えば特開2003−262412号公報(図1、図2)を参照されたい。
また本実施形態1ではエジェクタを1つ備えた冷熱生成システム1を示しているが、例えば複数のエジェクタを並列に配置してもよく、また直列に複数配置するようにしてもよい。
In the first embodiment, as a liquid returning method to the
For a general dump trap type liquid return method, see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-262212 (FIGS. 1 and 2).
In the first embodiment, the cold
本実施形態1では、圧縮機7を、排熱を発生するガスエンジン30により駆動し、ガスエンジン30により発生した排熱により蒸気発生器2を加熱して蒸気を発生し、この蒸気によってエジェクタ4を駆動する。このため排熱を有効利用することにより圧縮機7の駆動動力が低減され、ガスエンジン30の駆動用燃料消費量が削減されて、エネルギー効率が向上し、低コストで冷熱を生成することが可能となる。また本実施形態1に係る冷熱生成システム1は、1系統で構成されているため、従来のガスヒートポンプと同等の大きさで冷熱発生能力を増大させることができる。
またエジェクタ4の圧力比を1〜1.1の範囲で設計しているため、ガスエンジン30の排熱を有効に活用し、冷熱生成システム1の効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
さらに蒸気発生器2へ凝縮液冷媒を戻す際に、ダンプトラップ方式を採用しているため、液戻しポンプが不要となり、液戻しポンプの動力が削減できる。
In the first embodiment, the
Moreover, since the pressure ratio of the ejector 4 is designed in the range of 1 to 1.1, the exhaust heat of the
Further, when the condensate refrigerant is returned to the
実施形態2.
図3は、本発明の実施形態2に係る冷熱生成システムを示した構成図である。図3に示す冷熱生成システム1は、補助圧縮機構としてエジェクタ4の代わりに膨張機22及び補助圧縮機23を備えている。また第2の膨張機24及び液戻しポンプ25を備えており、ダンプトラップ方式の代わりにこれらによって蒸気発生器2への液戻しが行われる。なお図3では、補助圧縮機構の部分を点線で示している。
その他の構成要素(蒸発器3等)及びそれらの動作は、実施形態1に係る冷熱生成システムとほぼ同様であり、詳細な説明を省略する。また同じ構成要素には同じ符号を付して説明する。なお本実施形態2に係る冷熱生成装置1では、実施形態1における膨張弁6、受液器8及びバルブは設けられていないものとする。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a cold heat generation system according to
Other components (such as the evaporator 3) and their operations are substantially the same as those of the cold heat generation system according to the first embodiment, and detailed description thereof is omitted. The same constituent elements will be described with the same reference numerals. In addition, in the cold heat production |
図3に示す冷熱生成システム1では、蒸気発生器2で発生した1次蒸気(駆動蒸気)が膨張機22に移送され、膨張機22はこの1次蒸気によって駆動される。なお1次蒸気は、実施形態1と同様に冷媒がガスエンジン30の排熱で加熱されることにより発生する。ここで例えば、膨張機22が回転式のものである場合には軸動力が発生する。膨張機22と補助圧縮機23は動力伝達手段26で接続されており、補助圧縮機23は膨張機22で発生した動力(例えば、軸動力)で駆動される。なお膨張機22及び補助圧縮機23は、例えば往復運動型、スクロール型、スクリュー型、ロータリー型、ベーン型、遠心型等の一般的な形式のものを使用することができ、動力の伝達の方法は軸動力を伝達するものに限定されない。
In the cold
蒸発器3で発生し、圧縮機7で加圧された冷媒ガス(2次蒸気)は、補助圧縮機23によってさらに加圧される。なお圧縮機7は、実施形態1と同様にガスエンジン30の動力によって駆動されており、また蒸発器3における冷熱負荷の冷却の冷却の原理は実施形態1に係る冷熱生成システム1と同様である。膨張機22を通過した冷媒ガス及び補助圧縮機23を通過した冷媒ガスは共に凝縮器5に移送され、凝縮器5の冷却水によって凝縮液冷媒となる。この凝縮液冷媒の一部は第2の膨張機24に移送され、その他の凝縮液冷媒は液戻しポンプ25に移送される。
The refrigerant gas (secondary vapor) generated in the evaporator 3 and pressurized by the
第2の膨張機24は凝縮器5から移送された凝縮液冷媒で駆動され、凝縮液冷媒は第2の膨張機24によって減圧される。例えば、第2の膨張機24が回転式のものである場合には軸動力が発生する。第2の膨張機24と液戻しポンプ25は動力伝達手段27で接続されており、液戻しポンプ25は第2の膨張機24で発生した動力(例えば、軸動力)で駆動される。なお第2の膨張機24は、膨張機22と同様に、例えば往復運動型、スクロール型、スクリュー型、ロータリー型、ベーン型、遠心型等の一般的な形式のものを使用することができ、動力の伝達の方法は軸動力を伝達するものに限定されない。
そして第2の膨張機24で減圧された凝縮液冷媒は、蒸発器3に移送される。また凝縮器5から液戻しポンプ25に移送された凝縮液冷媒は、液戻しポンプ25で加圧されて蒸気発生器2に移送される。
以下、上記のようなサイクルが繰り返されることにより冷熱が生成される。
The
Then, the condensate refrigerant decompressed by the
Hereinafter, cold is produced | generated by repeating the above cycles.
本実施形態2では、蒸気発生器2及び膨張機22を流れる冷媒と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23及び第2の膨張機24を流れる冷媒が同一の物質からなり、1つの凝縮器5によって冷媒ガスを凝縮するようになっている。なお蒸気発生器2及び膨張機22を流れる冷媒と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23及び第2の膨張機24を流れる冷媒を、別の物質からなるものとして、冷熱生成システム1に冷媒分離器(図示せず)を設けるようにしてもよい。また蒸気発生器2及び膨張機22を流れる冷媒と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23及び第2の膨張機24を流れる冷媒を、別の物質からなるものとして、配管系統及び凝縮器を分離した冷熱生成システムは以下の実施形態3において説明する。
なお本実施形態2では圧縮機7と補助圧縮機23が直列に配置されているが、圧縮機7と補助圧縮機23を並列に配置するようにしてもよい。
In the second embodiment, the refrigerant flowing through the
In the second embodiment, the
本実施形態2では、補助圧縮機構を膨張機22と補助圧縮機23から構成しているため膨張機22の動力を有効に活用することができ、高いエネルギー効率の冷熱生成システム1を得ることができる。
また第2の膨張機24と液戻しポンプ25を備え、液戻しポンプ25が第2の膨張機24で発生した動力によって駆動されるため、動力の無駄がなくなり高いエネルギー効率の冷熱生成システムを得ることができる。
さらに蒸気発生器2、蒸発器3及び圧縮機7を流れる冷媒を同一の物質としているため、これらを同一の配管系統を用いて構成することができ、冷熱生成システム1のサイズを小さくすることができる。
その他の効果については、実施形態1に係る冷熱生成システム1と同様である。
In the second embodiment, since the auxiliary compression mechanism is composed of the
Further, since the
Furthermore, since the refrigerant flowing through the
Other effects are the same as those of the cold
実施形態3.
図4は、本発明の実施形態3に係る冷熱生成システムを示した構成図である。図4に示す冷熱生成システム1は、蒸気発生器2及び膨張機22を流れる冷媒と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23及び第2の膨張機24を流れる冷媒が別の物質からなり、2つの凝縮器5a及び5bによって冷媒ガスを凝縮するようになっている。また蒸気発生器2、膨張機22及び凝縮器5aの配管系統と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23、凝縮器5b及び第2の膨張機24の配管系統が分離されている。なお本実施形態3に係る冷熱生成システム1では、実施形態2に係る冷熱生成システム1と同様に、膨張機22と補助圧縮機23が動力伝達手段26で接続されており、第2の膨張機24と液戻しポンプ25が動力伝達手段27によって接続されている。
その他の構成要素(蒸発器3等)及びそれらの動作は、実施形態2に係る冷熱生成システムと同様であり、説明を省略する。また同じ構成要素には同じ符号を付しており、補助圧縮機構の部分を点線で示している。
図4に示すように、蒸気発生器2及び膨張機22の配管系統と、蒸発器3、圧縮機7、補助圧縮機23及び第2の膨張機24の配管系統を分離して冷熱生成システム1を構成することもできる。このように配管系統を分離することにより、蒸気発生器2及び膨張機22の配管系統を流れる冷媒を独立して任意に選択することが可能となる。これにより、例えばガスエンジン30から回収する排熱温度に応じて冷媒を選択することができる。なおその他の効果については、実施形態1及び実施形態2に示す冷熱生成システム1とほぼ同様である。
Embodiment 3. FIG.
FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a cold heat generation system according to Embodiment 3 of the present invention. 4, the refrigerant flowing through the
Other components (such as the evaporator 3) and their operations are the same as those of the cold heat generation system according to the second embodiment, and a description thereof is omitted. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and the part of an auxiliary compression mechanism is shown with the dotted line.
As shown in FIG. 4, the
本発明に係る冷熱生成システム及び冷熱生成方法は、上記の実施形態1、2及び3に限定されるものではなく、本発明の思想の範囲内において変更することができる。例えば、実施形態1の冷熱生成システム1において、ダンプトラップ方式の代わりに膨張機と液戻しポンプ(実施形態2における第2の膨張機24と液戻しポンプ25)を用いて蒸気発生器2への液戻しを行うようにしてもよい。また例えば実施形態2及び実施形態3において、第2の膨張機24と液戻しポンプ25を動力伝達手段27で接続しないようにしてもよい。この場合、例えば第2の膨張機24で発生した動力で発電機を回して発電し、その発電した電力によって液戻しポンプ25を駆動するようにしてもよい。
The cold heat generation system and the cold heat generation method according to the present invention are not limited to the above-described
1 冷熱生成システム、2 蒸気発生器、3 蒸発器、4 エジェクタ、5 凝縮器、6 膨張弁、7 圧縮機、8 受液器、11 液戻し配管、12 バルブ、15 バルブ、16 冷媒ガス配管、17 分岐配管、18 バルブ、19 バルブ、20 バルブ、21 ノズル、22 膨張機、23 補助圧縮機、24 第2の膨張機、25 液戻しポンプ、26 動力伝達手段、27 動力伝達手段、30 ガスエンジン、31 動力伝達手段、32 排熱配管。
1 cold heat generation system, 2 steam generator, 3 evaporator, 4 ejector, 5 condenser, 6 expansion valve, 7 compressor, 8 liquid receiver, 11 liquid return pipe, 12 valve, 15 valve, 16 refrigerant gas pipe, 17 branch pipe, 18 valve, 19 valve, 20 valve, 21 nozzle, 22 expander, 23 auxiliary compressor, 24 second expander, 25 liquid return pump, 26 power transmission means, 27 power transmission means, 30
Claims (9)
前記圧縮機を、排熱を発生する動力源により駆動し、前記動力源により発生した排熱により前記蒸気発生器を加熱することを特徴とする冷熱生成システム。 A compressor, a steam generator, an evaporator, a condenser, and an auxiliary compression mechanism, pressurizing a refrigerant gas from the evaporator by the compressor, and supplying the pressurized refrigerant gas to the A cold heat generation system that pressurizes the auxiliary compression mechanism driven by the refrigerant gas generated from the steam generator,
A cold heat generating system, wherein the compressor is driven by a power source that generates exhaust heat, and the steam generator is heated by the exhaust heat generated by the power source.
A cold heat generating method, wherein the cold heat generating system according to any one of claims 1 to 8 generates cold heat.
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