| 【発明の名称】 |
冷凍システム |
| 【発明者】 |
【氏名】齋藤 太一
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| 【要約】 |
【課題】圧縮式の冷凍機を用いる場合には、排熱から蒸気に変換し、更に電気に変換してから圧縮機を作動させて、二次媒体を圧縮するという手順を踏んでいるため、発電機を介さなければならず、効率が必ずしも高くはなかった。本発明は、排熱を用いた効率の高い冷凍機を提供するものである。
【解決手段】排ガスとの熱交により一次媒体の蒸気を発生する熱交換器と、一次媒体の蒸気を凝縮させる復水器と、一次媒体の蒸気から圧力エネルギーを回収するタービンを有する一次媒体のシステムと、二次媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮後の二次媒体を凝縮させる凝縮器と、二次媒体を膨張させる膨張弁と、二次媒体の蒸発潜熱を回収する蒸発器を有する二次媒体のシステムを、該タービンと圧縮機を連結する連結軸を設置することにより接続したことを特徴とする冷凍システムである。凝縮性の二次媒体がＮＨ3 、Ｃ3 Ｈ8 であることを特徴とする冷凍システムである。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 排ガスとの熱交により一次媒体の蒸気を発生する熱交換器と、一次媒体の蒸気を凝縮させる復水器と、一次媒体の蒸気から圧力エネルギーを回収するタービンを有する一次媒体のシステムと、二次媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮後の二次媒体を凝縮させる凝縮器と、二次媒体を膨張させる膨張弁と、二次媒体の蒸発潜熱を回収する蒸発器を有する二次媒体のシステムとを、該タービンと該圧縮機を連結する連結軸を設置することにより接続したことを特徴とする冷凍システム。
【請求項２】 凝縮性の二次媒体がＮＨ3 、Ｃ3 Ｈ8 であることを特徴とする請求項１記載の冷凍システム。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、物質の凝縮、蒸発を利用した冷凍技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】一次媒体のサイクルは、一般的には一次媒体を水とした蒸気サイクルとして知られている。排熱を導入する熱交換器に水を導入して水蒸気に変換し、その水蒸気を復水器との圧力差でタービンを作動させ、発電機を回転させて発電するシステムである。水蒸気の排圧タービンにより、ヒートポンプの圧縮機を駆動させることで、発電所からの排温水の熱を有効利用させるシステムが検討された（Ｋｏｌｂｕｓｚ，Ｐ．「地域冷暖房システムにおけるヒートポンプの利用」Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ｃｏｕｎｃｉｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ ＥＣＲＣ／Ｍ７００，１９７４／２）。ここでは排温水から排出された熱はヒートポンプ側の媒体の蒸発に利用され、圧縮機により高温化された後凝縮器で熱を回収される。この熱と排圧タービン側の復水器の熱を、段階的に回収することで、温熱を効率的に回収できるとしている。
【０００３】ところで冷熱を発生するシステムでは、熱駆動型のシステムと、電気駆動型のシステムがある。熱駆動型の冷凍機について特徴と作動原理を説明する。熱駆動型の冷凍機は、物質の相変化、化学反応を利用する系が主であり、凝縮器、蒸発器、再生器などからなっている。吸収式冷凍機として代表的なＬｉＢｒ水溶液を利用した系では、ＬｉＢｒの濃度による蒸気圧差を利用しての水の蒸発時の冷熱発生、希薄なＬｉＢｒ溶液の熱による水蒸気の追い出しと水の凝縮による再生によりサイクルを行っている。
【０００４】吸着式冷凍機では、シリカゲルが水を吸着する際の（他方では水の蒸発）により冷熱発生、シリカゲルの加熱による再生（他方では水の凝縮）でサイクルを行っている。水素吸蔵合金（ＭＨ）方式では２種類以上の水素吸蔵放出圧が異なるＭＨを用いて、水素の放出時の吸熱反応を用いた冷熱発生、熱により片方のＭＨの水素圧を上昇させ冷熱発生側のＭＨに戻す再生によるサイクルが行われている。一方で電気駆動型の冷凍機では、電気式の圧縮機で二次媒体を圧縮後、凝縮器で冷却した後に膨張させることで二次媒体を蒸発させ、冷熱を発生させてプロセスに利用することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】電気は容易に入手が可能であるため、電気を駆動源とした圧縮式冷凍機は一般に利用されている。製鉄所などに多量に存在する中低温排熱は、温度レベルが低いために発電した場合、発電効率が必ずしも良くなかった。発電効率は、大まかには蒸気タービンの効率、発電機の効率の積であり、それによって製造される電気を用いて、圧縮機型の冷凍機を利用する場合には更に圧縮機の効率がかかってくることになり、効率は必ずしも良くなかった。従って本発明は、上記問題点を解決し、大きくは排熱を駆動源とした効率の高い冷凍システムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題を解決する手段を鋭意検討した結果、排熱により変換された一次媒体の圧力エネルギーを用いて、該一次媒体とは種類の異なる二次媒体を直接圧縮し、二次媒体を冷却した後膨張させることにより冷熱を発生させることを知見し、本発明をなすに至った。すなわち、その発明の要旨とするところは、排ガスとの熱交により一次媒体の蒸気を発生する熱交換器と、一次媒体の蒸気を凝縮させる復水器と、一次媒体の蒸気から圧力エネルギーを回収するタービンを有する一次媒体のシステムと、二次媒体を圧縮する圧縮機と、圧縮後の二次媒体を凝縮させる凝縮器と、二次媒体を膨張させる膨張弁と、二次媒体の蒸発潜熱を回収する蒸発器を有する二次媒体のシステムとを、該タービンと該圧縮機を連結する連結軸を設置することにより接続したことを特徴とする冷凍システムである。凝縮性の二次媒体がＮＨ3 、Ｃ3 Ｈ8 であることを特徴とする冷凍システムである。このようにしてエネルギー利用効率の高い冷凍システムを構築することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の冷凍システムの構成図であり、この図を用いてエネルギー利用効率の高い冷凍システムの構成について説明する。排ガスとの熱交により一次媒体４の蒸気を発生する熱交換器１と、一次媒体４の蒸気を凝縮させる復水器３と、一次媒体４の蒸気から圧力エネルギーを回収するタービン２を有する一次媒体のシステムと、二次媒体９を圧縮する圧縮機５と、圧縮後の二次媒体９を凝縮させる凝縮器６と、二次媒体９を膨張させる膨張弁７と、二次媒体９の蒸発潜熱を回収する蒸発器８を有する二次媒体のシステムとを、タービン２と該圧縮機５を連結する連結軸１０を設置することにより接続したシステムである。
【０００８】一次媒体４として例えば水を使用し、熱交換器１において燃焼排ガス１１の熱を回収し、低温低圧の水蒸気を発生させる。その蒸気は復水器３との熱落差によりタービン２を駆動させる。復水器３には冷却水１２が導入されている。タービン２のエネルギーは連結軸１０により圧縮機５に伝えられ、例として二次媒体９のＮＨ3 を圧縮機５で圧縮する。高温高圧のＮＨ3 は冷却水１２が導入されている凝縮器７において冷却され凝縮する。このＮＨ3 は膨張弁７により膨張され、蒸発器８にて対象物を冷却する。凝縮性の二次媒体はＮＨ3 、またはＣ3 Ｈ8 を利用するシステムである。
【０００９】
【実施例】燃焼排ガス３５０℃２０００００Ｎｍ3 ／ｈにより１９Ｔ／ｈの蒸気を製造し、２Ｔ／ｈの蒸気をタービン２に導入した。二次媒体はＮＨ3 を用いて、圧縮機５で圧縮後、凝縮器６で熱を除去した後、膨張弁７を介して、蒸発器８で対象物の４０℃の炭酸ガス３７００Ｎｍ3 ／ｈを冷却した。その結果、−３０℃の液化炭酸ガスを製造することができた。この時の冷熱取得量は９７００００ｋａｌ／ｈとなった。この際の出力冷熱量／蒸気入熱量は０．６以上となり、低温低圧蒸気を電気へ変換する場合には発電効率が15％程度であることから、従来の方式に比較して３０％程度のエネルギー効率の向上が見られた。
【００１０】
【発明の効果】以上述べたように、排熱を一次媒体に変換した圧力エネルギーにより圧縮機を作動させ適切な二次媒体を使用することによりエネルギー利用効率の高い冷凍システムを構築することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６６５５
【氏名又は名称】新日本製鐵株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４７９０
【弁理士】
【氏名又は名称】椎名 彊
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３５９６（Ｐ２０００−２８３５９６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８８３２４ |
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