JP4086505B2 - 多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法およびそのための装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法およびそのための装置に係り、詳しくは、系外に存在する低温排熱から熱エネルギを効率よく回収することによって、暖房時の温水生成能力の向上および高温再生器におけるガス燃焼量の低減を可能にした排熱等の利用に基づく暖房運転方法やその装置構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
吸収冷凍機や吸収冷温水機などは、機内を循環する吸収液の濃度変化により冷水や温水を取り出すことができるようになっている。例えば二重効用形の吸収冷凍機では、その構成を図14に示すように、真空容器からなる蒸発器5と吸収器1、それらよりは圧力の高い容器の低温再生器2や凝縮器4、バーナ3Aによって例えば都市ガスを燃焼させ熱エネルギを得る高温再生器3からなっている。
【0003】
蒸発器5では、高真空下で蒸発器管5pの外面に流下された冷媒液5wによって蒸発潜熱を奪われ、蒸発器管を流れる冷水20が冷却される。吸収器1では、蒸発器5で発生した冷媒蒸気5sを吸収器管1pを流れる冷却水9wで冷却することにより、吸収液1bに吸収させると共に容器内を高い真空に保持する。低温再生器2では、高温再生器3で分離蒸発した冷媒蒸気3sを低温再生器管2pに流してその潜熱で吸収液2mを加熱濃縮し、冷媒2sを分離蒸発させる。高温再生器3では、吸収液3mを真空中で加熱濃縮して冷媒蒸気3sを発生させる。凝縮器4では、低温再生器2で蒸発した冷媒蒸気2sが凝縮器管4pを流れる冷却水9wで冷却され、凝縮液化する。なお、冷却水ポンプ9aで圧送され吸収器管1pを経て凝縮器管4pを流通した冷却水9wは、図示しない冷却塔で冷却した後に循環される。
【0004】
このような吸収冷凍機・冷温水機の運転では、冷房運転のみならず、図15に示すように、冷暖切換弁213 ,212 を開いて高温再生器3で蒸発した冷媒蒸気3sを蒸発器5へ送り、低温再生器2でも冷媒蒸気2sが発生していればそれも併せて送り、蒸発器管5pを流れる温水20を加熱すれば、暖房運転を行うこともできる。冷房・暖房のいずれの場合も、冷水または温水20の温度制御にあたって、一般に冷温水出口温度tを基にして高温再生器3における加熱量が図示しない燃料制御弁で調整される。
【0005】
ところで、上記した暖房運転では、凝縮器4において高温再生器3で発生した冷媒蒸気3sや低温再生器2で発生した冷媒蒸気2sを凝縮させる必要はなく、吸収器1においても冷媒蒸気5s(図14を参照)を吸収させる必要がない。前者については、図15中に示したショートパス管路3cが設けられることからも容易に理解できる。
【0006】
このように暖房時には、冷媒蒸気の凝縮や冷媒蒸気の吸収が必要でないのは、冷媒蒸気3s,2sをそのまま温水20の加熱に供しているからである。それゆえ、蒸発器5では冷媒蒸気が温水と熱交換して凝縮した結果生じる冷媒液5wは増える一方であり、これが冷媒溜め5rから溢れて吸収器1へ自ずと移動する。従って、吸収器の散布管1cが低温熱交換器6からの吸収液を吸収器1へ戻すために使用されはするものの、その散布は蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収液に吸収させようとするものでない。
【0007】
このようなことから、吸収器管1pと凝縮器管4pとに通じる冷却水配管系9に冷却水を流す必要はなく、従って暖房運転時に冷却水ポンプ9aが運転されることはない。また、図14のように蒸発器5の冷媒溜め5rから冷媒液5wを汲み上げて散布する必要もなく、冷媒ポンプ5hも運転されることがない。しかしながら、吸収液は、系内で発生した冷媒蒸気によって温水が生成される間に、冷房時と同じ濃度変化をとり同じ経路をたどって循環することに変わりがない。
【0008】
このような吸収冷凍機等においては二重効用の原理に基づき省エネ化が進められているが、その系内での熱交換効率の向上を図るため、図14に示すように、低温熱交換器6や高温熱交換器7が設置される。高温熱交換器7は高温再生器3に向かう吸収液3aを予熱するもので、その熱源として高温再生器3から導出された高温の吸収液3bが導入される。低温熱交換器6は低温再生器2に向かう吸収液1aを予熱するもので、図示の例では低温再生器2から導出された吸収液2bおよび高温熱交換器7を出た吸収液3b7 が吸収器1へ戻される途中で熱源として利用されている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近ではビルや工場において、都市ガスを焚くことによって自家発電すると共に冷暖房することができるコージェネレーションシステムが導入されることが多くなってきている。発電設備としては都市ガスの燃焼でエンジンを駆動して発電機を回すというものであり、冷暖房設備としては上記した吸収冷凍機・冷温水機が使用される。
【0010】
両設備は都市ガスを燃料とする点で共通するのでコージェネレーションシステムとして一つに纏められるが、発電系統と冷暖房系統とは異質であるにもかかわらず一体設備とする意義は、トータルでの都市ガス消費量を低減しようとすることにある。即ち、発電設備では排熱の発生が避けられないが、これを冷房運転のみならず暖房運転においても利用できれば、冷暖房設備でのガス消費量が節減できるという考えに基づいている。
【0011】
因みに、ガスエンジンではケーシングを冷却した後の冷却水が大凡80ないし90℃となる。この程度の排熱はその量が多くても保有熱エネルギはさしたるものでなく、結局は、小規模の暖房や給湯といったものに供し得るにとどまる。ところが、吸収冷凍機・冷温水機においては吸収液の濃縮・稀釈をサイクルとする関係上、上記した低温排熱といえども吸収液の加熱や蒸発のために或る程度は寄与させることができるという点に着目されている。
【0012】
このような発電用ガスエンジンと吸収冷凍機・冷温水機とをひと纏めにしたコージェネレーションシステムにおける吸収冷凍機・冷温水機の一例が、特開平11−237136号公報に提案されている。ここで利用される排熱は、吸収冷凍機・冷温水機からみれば、その系外となる発電系統の温熱源から排出されるもので、温度の低い吸収液と接触させれば顕熱・潜熱熱交換が可能となり、排熱からの熱回収が図られることによって吸収冷凍機・冷温水機に必要となる加熱量を減らすことができるというものである。
【0013】
このように外部に存在する排熱を取り込み、これを熱源として有効利用できるようにすることは省エネの観点から望ましいことは言うまでもない。最近では、排熱の回収効率を一層高め、吸収冷凍機・冷温水機における燃料消費量を可及的に減らしてガス削減率を大きくする努力が払われており、その期待はますます高まってきている。
【0014】
ところで、上記した排熱温水を利用して省エネを図れば、同じ負荷に対しては高温再生器におけるガス消費量を低減できることになるが、系内で発生した冷媒蒸気を使用して暖房用温水を得ようとする場合、その温水温度は高々55℃であって60℃をも得るのは不可能に近い。と言うのは、排熱を利用すると言っても高温再生器3で生成される冷媒蒸気3sの保有熱エネルギが大幅に増大するわけではないし、蒸発器5へ導入される冷媒蒸気と蒸発器管5p内の温水20との熱交換の効率が上がるわけでもない。
【0015】
図16は前記公報記載の装置と少し構造を異にするところがあるが、排熱温水熱交換器8を図15の吸収冷凍機・冷温水機に導入した例である。図それ自体は図15と同じく暖房運転を表しており、排熱温水熱交換器8で発生した冷媒蒸気8sも蒸発器5に導入されている。この例においても、冷却水ポンプ9aは運転されることがない。また蒸発器5の冷媒溜め5rから冷媒液5wを汲み上げて散布する必要もなく、従って冷媒ポンプ5hも運転されない。冷媒液5wが溢れて吸収器1へ移動することも図15と同じである。
【0016】
この図16においては、排熱温水熱交換器8に供給される吸収液1aは低温熱交換器6によって予め昇温されている。この場合に、暖房能力を高めるなどの目的で温水20の取り出し温度を60℃に上げようとすると、排熱温水熱交換器8の入口における吸収液温度は90℃にも達してしまう。排熱温水熱交換器8に導入される排熱温水の温度が80ないし90℃であるから、このような場合には最早顕熱回収は不可能に近い状態となるか、甚だしい場合には逆加熱に陥ってしまう。
【0017】
冷房運転においては、排熱温水熱交換器8と連通している凝縮器4での冷却水による冷却によって飽和圧力を下げるなどして、排熱温水熱交換器8で潜熱回収することができるとしても、暖房運転では冷却水配管系9に冷却水が流れることはないから潜熱回収の条件も整わず、結局は排熱温水熱交換器による暖房運転時の省エネ効果は捗々しいものでなくなる。
【0018】
本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、その目的は、吸収冷凍機・冷温水機の系外に存在する温熱とりわけ低温の排熱であってもこれを利用して暖房運転時でも冷媒蒸気を生成でき、低温再生器での蒸気発生負担を軽減して高温再生器におけるガス消費量を大幅に減らすことができるようにすること、加えて、蒸発器での熱交換量を増大させることができるようにして温水の取り出し温度を上昇させ、暖房能力の向上が図られるようにすることを実現した多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法およびそのための装置を提供することである。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機における暖房時の運転法に適用される。その特徴とするところは、図1を参照して、冷房時に吸収器1から導出され低温熱交換器6を経て温水熱交換器8に向かう吸収液1aを、暖房時にはその全部もしくは一部を吸収器1から直接温水熱交換器8に向かわせる。冷房時に低温熱交換器6を介して吸収器1へ戻される吸収液1bを、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器6から蒸発器5へ供給する。この蒸発器5内の蒸発器管5pを流通する温水20を系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱すると共に、蒸発器5へ供給された吸収液1bを蒸発器管5pに散布して加熱する。そして、蒸発器5に吸収液1bを供給したことによって吸収器1における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして温水熱交換器8における潜熱回収作用を増強させたことである。
【0020】
また、別の方法として、図3に示すように、冷房時に吸収器1から導出され低温熱交換器6を経て温水熱交換器8に向かう吸収液1aを、暖房時にはその全部もしくは一部を吸収器1から直接温水熱交換器8に向かわせる。冷房時に低温熱交換器6を通過した後吸収器1へ戻される吸収液1bを、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器6を通過させることなく蒸発器5へ供給する。この蒸発器5内の蒸発器管5pを流通する温水20を系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱すると共に、蒸発器5へ供給された吸収液1bを蒸発器管5pに散布して加熱する。そして、蒸発器5に吸収液1bを供給したことによって吸収器1における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして温水熱交換器8における潜熱回収作用を増強させるようにしてもよい。
【0021】
さらに、別の方法として、図4を参照して、冷房時に吸収器1から導出され低温熱交換器6を経て温水熱交換器8に向かう吸収液1aを、暖房時にも同じ経路をたどって温水熱交換器8に向かわせる。冷房時に低温熱交換器6を通過した後吸収器1へ戻される吸収液1bを、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器6を通過させることなく蒸発器5へ供給する。この蒸発器5内の蒸発器管5pを流通する温水20を系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱すると共に、蒸発器5へ供給された吸収液1bを蒸発器管5pに散布して加熱する。そして、蒸発器5に吸収液1bを供給したことによって吸収器1における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして温水熱交換器8における潜熱回収作用を増強させることもできる。
【0022】
外部生成温水12aは、系外に設置された都市ガスを燃料とするガスエンジン12(図3を参照)の冷却水であり、高温再生器3の加熱源も都市ガスとしておく。なお、外部生成温水はガスエンジンの排ガスで加熱された熱交換水としておいてもよいし、そのガスエンジンの排ガスが導入される排ガス熱交換器15により昇温されたガスエンジンの冷却水としておいてもよい。いずれの場合も、外部生成温水12aは83ないし95℃となっていると都合がよい。
【0023】
多重効用吸収冷凍機・冷温水機の発明は、図1のごとく、吸収器1から導出された吸収液1aを低温熱交換器6を経て温水熱交換器8に向かわせる管路に、低温熱交換器6を迂回するバイパス管路31が設けられ、低温熱交換器6を介して吸収液1bを吸収器1へ戻す管路に、蒸発器5へ向かうイクステンション管路33が接続される。
【0024】
別の装置の発明では、図3に示すように、吸収器1から導出された吸収液1aを低温熱交換器6を経て温水熱交換器8に向かわせる管路に、低温熱交換器6を迂回するバイパス管路31が設けられ、吸収器1に向かう吸収液1bを通過させる低温熱交換器6が介在されている管路に、この低温熱交換器6を通ることなく蒸発器5へ向かうブランチ管路34が設けられる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法およびそのための装置を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図2は、吸収器1,低温再生器2,高温再生器3,凝縮器4,蒸発器5,低温再生器2に向かう吸収液1aを予熱する低温熱交換器6,高温再生器3に向かう吸収液3aを予熱する高温熱交換器7を備えた二重効用吸収冷凍機・冷温水機10の構成を示す。なお、低温再生器2はプール沸騰式熱交換装置が採用され、高温再生器3で発生させた冷媒蒸気3sを加熱源として再生器管2pで受入れ、吸収液2mに埋没する再生器管の上方に冷媒蒸気2sを一時的に貯留しかつ凝縮器4へ導き出すための蒸気用空間2aが確保されている。
【0026】
その機能や作用は「従来の技術」の項で説明したとおりであり、図14と同一の符号を付してその説明を省く。なお、高温再生器3では加熱源として都市ガスをバーナ3Aによって燃焼させた熱ガスが使用され、高温再生器3で発生した冷媒蒸気3sが低温再生器2に加熱源として導入される。高温熱交換器7には高温再生器3から導出された吸収液(濃吸収液)3bが熱源として導入され、低温熱交換器6には吸収器1へ戻される吸収液1bが熱源として導入される。また、吸収器1の吸収器管1pと凝縮器4の凝縮器管4pとが連なる冷却水配管系9が設けられている点についても同じである。
【0027】
本例において、このような吸収冷凍機・冷温水機10は、その系外に83ないし95℃の排熱が存在する環境に置かれる。即ち、高温再生器3と同じく都市ガスを燃焼させて動力を得るガスエンジン(図3に小さく示されている)12が設置され、吸収冷凍機・冷温水機10の設備がそのガスエンジン12によって発電機13を駆動する発電設備と併設される場合には、そのガスエンジンを冷却した後の排熱温水が保有する熱エネルギを積極的に活用できるようにしようとするものである。なお、ガスエンジン12のところに表されている14は放熱用冷却塔であり、15は排ガス熱交換器である。
【0028】
図2に戻って、吸収冷凍機・冷温水機系には、ガスエンジン冷却水である排熱温水12aと吸収器1から低温熱交換器6を経て導出された吸収液1aとを熱交換させる排熱温水熱交換器8が、低温再生器2より高位置に設置される。本例ではこの排熱温水熱交換器8に低温再生器2と同じくプール沸騰式熱交換装置が採用され、排熱温水管8pと接触する吸収液8mから発生した冷媒蒸気8sを一時的に貯留すると共に、低温再生器2の蒸気用空間2aを介して凝縮器4へ導出することができる蒸気溜め8aが確保されている。加えて、この排熱温水熱交換器8内の吸収液8mを低温再生器2へ導出する通路8bも備えられる。因みに、本例においては、この通路8bが冷媒蒸気8sの低温再生器2への移送経路としても機能する。
【0029】
ところで、排熱温水熱交換器8の排熱温水管8pに導入される排熱温水12aは83ないし95℃であることが好ましい。例えば、ガスエンジン冷却水だけではそのような温度が得られない場合には、その冷却水をガスエンジンの300ないし600℃といった排ガスで加熱できるように排ガス熱交換器15(図3を参照)を設けておき、温度の高い排熱を熱交換水として供給できるようにしておけばよい。もちろん、エンジン冷却水にこだわることなく、排ガスと熱交換させただけの温水でもよい。要するに、吸収冷凍機・冷温水機の系外に上記した程度の温度を持った熱が温水のかたちで存在すれば、それを外部生成温水として利用することができる。
【0030】
以上述べたことまでは、先に示した図16の場合と同じである。しかし、図2の吸収冷凍機・冷温水機10には、次に述べる構成が付加されている。それは、吸収器1から導出された吸収液1aを低温熱交換器6を経て排熱温水熱交換器8に向かわせる管路に、低温熱交換器6を迂回するバイパス管路31が設けられていることである。さらに、低温熱交換器6を介して戻される吸収液1bを吸収器1に向かわせる管路32に、蒸発器5へ向かうイクステンション管路33が接続されているのである。なお、いずれの管路31,33においても冷暖切換弁として機能する切換弁31v,33vが介在される。
【0031】
このように構成しておき、図1のように冷暖切換弁31v,33vを開くと、冷房時に吸収器1から導出され低温熱交換器6を経て排熱温水熱交換器8に向かう吸収液1aを、暖房時にはその大部分を吸収器1からバイパス管路31を経て直接排熱温水熱交換器8に向かわせることができる。一方、冷房時に低温熱交換器6を介して吸収器1へ戻される吸収液1bを、暖房時にはその大部分をイクステンション管路33を介して低温熱交換器6から蒸発器5へ供給することができる。
【0032】
このようにしておけば、蒸発器5内の蒸発器管5pを流通する温水20が後述する系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱されることに加えて、冷媒ポンプ5hを駆動して蒸発器冷媒溜め5rの吸収液5aを蒸発器管5pに散布することにより液滴が蒸発器管の外面を流下して、その内部を流通する温水20の加熱度が冷媒蒸気を蒸発器5内に漂わすだけの場合に比べて飛躍的に向上し、例えば60℃もの温水を得て、暖房能力の増強を図ることができるようになる。
【0033】
加えて、蒸発器5に吸収液1bを供給したことによって吸収器1における吸収液濃度が低下することになり、これによって吸収液飽和温度を低くして排熱温水熱交換器8における潜熱回収作用を助長させることも可能となり、吸収冷凍機・冷温水機の暖房運転における省エネがおおいに図られる。以下に、その省エネ作用について詳しく述べる。
【0034】
暖房運転が開始されると、吸収器1から出た吸収液1aの大部分は、バイパス管路31を経て排熱温水熱交換器8に供給される。この吸収液の濃度は後述するが35ないし50%であって、図16の場合の45ないし55%よりもかなり低い。そして、この吸収液温度は低温熱交換器6を通過しないので65ないし75℃となっている。これが83ないし95℃の排熱温水を導入しているプール沸騰式熱交換型の排熱温水熱交換器8に導入されると、排熱温水からの顕熱回収がなされる。
【0035】
これと同時に、吸収液濃度が低くなっていることによって排熱温水熱交換器8における飽和温度が低下することで吸収液からの冷媒の気化が促され、冷媒蒸気8sの生成というかたちで潜熱回収がなされる。なお、低温熱交換器6へ吸収液が幾らか進入することはあっても、排熱温水熱交換器8の入口の手前で合流した吸収液温度が80℃程度までに保持できるのであれば、特に差し支えが生じることはない。
【0036】
排熱温水熱交換器8で顕熱回収した吸収液8mは71ないし87℃となり、これが通路8bを経て低温再生器2へ移行する。このとき、冷媒蒸気8sも排熱温水熱交換器8から導出され、通路8cを経て蒸発器5に供給される。熱交換された吸収液は低温再生器2で高温再生器3からの冷媒蒸気3sによって加熱され、幾らかの冷媒蒸気2sを発生させる。加熱された吸収液2mは、その一部2bが低温熱交換器6へ、残部3aが高温熱交換器7に供給される。前者は高温熱交換器7を出た次に述べる濃吸収液3b7 と共に管路32からイクステンション管路33を経て、その大部分が蒸発器5の冷媒溜め5rに、残部が散布管1cから吸収器1の吸収液溜め1rに戻される。後者は高温熱交換器7を経て高温再生器3に供給される。
【0037】
高温再生器3で加熱された吸収液からは冷媒蒸気3sが発生し、気水分離器で分離された濃吸収液3bは高温熱交換器7に送られる。この吸収液は低温再生器2からの吸収液2bと合流して吸収液1bとなり、低温熱交換器6に入る。この低温熱交換器6の出口の吸収液は100ないし110℃であり、上記したようにその大部分が蒸発器5へ送られる。
【0038】
蒸発器5においては、その蒸発器管5pの存在する空間に冷暖切換弁213 ,218 を介して冷媒蒸気3s,8sが供給され、冷暖切換弁212 を介して冷媒蒸気2sが供給される。この冷媒蒸気は例えば70℃であり、蒸発器管5p内の温水20を加熱する。一方、イクステンション管路33を通過する吸収液が冷媒溜め5rに供給されると、吸収液5aは60ないし65℃にもなる。冷媒ポンプ5hによって汲み上げられた吸収液を散布管5cから散布して、これによっても温水20が加熱され、60℃の温水を実現する。このような運転によれば、冷媒蒸気のみによる加熱の場合よりも暖房能力は増すことになる。
【0039】
蒸発器5で冷媒蒸気2s,3s,8sが温水20と熱交換して凝縮すると、それが冷媒溜め5rに溜まる。この冷媒溜めには上記したように吸収液が供給されるため、図16の場合には冷媒液5wしか存在しなかった冷媒溜め5rに、図1では吸収液が混在することになる。機内に存在する吸収液量は不変であるから、冷媒溜め5rに吸収液の一部が常時貯えられることになれば、蒸発器を除く部分に存在する吸収液の平均濃度が、蒸発器に吸収液を混在させることのない図16の場合の平均濃度の45ないし55%よりも低い、例えば35ないし50%となる。この吸収液濃度の低下によって、排熱温水熱交換器8においては、暖房時においても顕熱回収のみならず上記したごとく潜熱回収が可能となるのである。
【0040】
排熱温水熱交換器8において冷媒蒸気8sを得ることができれば、排熱温水熱交換器で熱交換された吸収液8mを低温再生器2に導くにしても、そこでの冷媒蒸気発生負担を軽減することができる。と言うことは、再生器管2pに導入される冷媒蒸気3sの供給量を減らすことができる。これは、とりもなおさず高温再生器3における冷媒蒸気3sの生成負担を低減できることを意味し、バーナ3Aによるガス燃焼量の節減が実現される。
【0041】
これをまとめると、吸収液濃度が低くなるので排熱温水を利用して潜熱回収の活性化が図られ、排熱温水の利用により高温再生器でのガス消費量を節減でき、吸収液を蒸発器に供給することによって排熱温水熱交換器を使用した場合では不可能であった暖房用の高温温水の取り出しが可能となり、一部の吸収液を蒸発器に取り残すことによって機内を循環する吸収液の濃度を全般的に低下させることができるようになるのである。このように、個々の現象が相互に牽連して相乗効果を生み出す結果となっていることが分かる。
【0042】
因みに、上の説明では蒸発器5に供給する吸収液を冷媒溜め5rに投入している。しかし、図示しないが、別途ポンプを設けるなどして低温熱交換器6からの吸収液を直接散布管5cに送り出し、これから蒸発器管5pに散布するようにしてもよい。勿論、上記した冷媒ポンプ5hによる散布を併用することも差し支えない。
【0043】
ところで、このように構成した吸収冷凍機・冷温水機において、冷暖切換弁を切り換えれば、図2のようになって、吸収器1から導出された吸収液1aの全部を低温熱交換器6から温水熱交換器8に向かわせ、低温熱交換器6を介して吸収液1bの全部を吸収器1へ戻せば冷房運転することができる。この場合、冷却水配管系9で吸収器管1pから凝縮器管4pへの流れとなるように冷却水を供給しつつ排熱温水熱交換器8での顕熱・潜熱回収を図れば、高温再生器3での加熱量を抑制することができる。
【0044】
また、その冷却水配管系9での冷却水の流れ方向を図2中に記入したごとく逆にすれば、排熱温水熱交換器8における潜熱回収の効果をより一層高めることができ、ますますガス燃焼量の低減を引き出すことができる。しかし、これは本発明の直接の目的とするところでなく、その作用効果については特願2001−374311号で詳しく述べられているので、ここではこれ以上の説明を省く。
【0045】
なお、吸収液が分岐する部分での分流比率は、それ以後の管路や弁体における管摩擦等によって決まるので、冷暖切換弁はオン・オフ弁としてもよいが、流量調整弁を採用するなどして分流量を適宜変更できるようにしておいてもよい。例えば、暖房運転中にバイパス管路31を通過する吸収液の温度が予定温度範囲から低く外れたりすると、高温再生器3の排ガス温度が低下して煙道で結露する事態が生じる。これによる炭酸腐食や硫酸腐食を避けるために、冷暖切換弁31vの開度を絞ってバイパス管路31を流通する吸収液量を減らすということもできるようになる。
【0046】
ところで、図2においては、排熱温水熱交換器8が吸収液8mに浸漬する排熱温水管8pの上方に蒸気溜め8aが確保されたプール沸騰式であると説明した。しかし、それに限らず、排熱温水熱交換器は、蒸発器5や吸収器1と同様に、流下液膜式の構造となっていてもよい。即ち、吸収液が散布される排熱温水管と蒸気溜めとがほぼ同一空間を占めるものでも、その機能はプール沸騰式と何ら異なるものでない。
【0047】
上記した排熱温水熱交換器8は、低温再生器2より是非上方に位置しなければならないというものでもない。例えば図3に示すように、ポンプ16を設けるならば、排熱温水熱交換器8を低温再生器2よりも下方に設置させることも差し支えない。ポンプ16の介在される通路8dには吸収液8mだけが流れることになるので、生成された冷媒蒸気8sを低温再生器2へ送るための蒸気通路8eが新たに必要となる。なお、通路8dと通路8eの二つが低温再生器2に向けて設けられるとしてもよいが、通路8b(図1を参照)のように通路8dと通路8eとの共通化が図れないことを考慮すれば、通路8eに代えて直接凝縮器4へ移行させるための通路8fを設けるようにしてもよい。
【0048】
因みに、図3は図1と表記法が異なっているが、排熱温水熱交換器8の位置と次に説明する事項を除いて図1と何ら変わるものでなく、その図と同様にリバースフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機である。この図3には、吸収器1に向かう吸収液を通過させる低温熱交換器6が介在されている管路に、その低温熱交換器を通ることなく蒸発器5へ向かうブランチ管路34が設けられている。即ち、一点鎖線で示したように、図1では低温熱交換器6を通過した吸収液をイクステンション管路33を介して蒸発器5に送っているのであるが、図3ではそれに代わるブランチ管路34が備えられ、これを通して吸収液1bを冷媒溜め5rもしくは図示しないが直接散布管5cに送るようにしている。
【0049】
このようにしておけば、冷房時に吸収器1から導出され低温熱交換器6を経て排熱温水熱交換器8に向かう吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を吸収器1から直接排熱温水熱交換器8に向かわせ、その一方で、冷房時に低温熱交換器6を通過した後吸収器1へ戻される吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器6を通過させることなく蒸発器5へ供給することができる。そして、蒸発器内の蒸発器管5pを流通する温水20を主として系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱すると共に、蒸発器5へ供給された吸収液を蒸発器管5pに散布して加熱し、蒸発器に吸収液を供給したことによって吸収器1における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして排熱温水熱交換器8における潜熱回収作用を増強させることができるようになる。
【0050】
図4は、上記したバイパス管路を設けない例である。この場合、本発明の思想である吸収器1を出た吸収液1aをそのままの温度で排熱温水熱交換器8に供給することを実現しようとすれば、低温熱交換器6を通過する吸収液1aに熱を与えないように、冷房時に低温熱交換器6を通過した後吸収器1へ戻される吸収液1bを、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器6を通過させることなく蒸発器5へ供給するようにすればよい。即ち、図3中に示した管路34と同じブランチ管路34Aを設けておけばよい。
【0051】
吸収器1へ戻される吸収液1bの大部分が、低温熱交換器6を通ることなく蒸発器5へ向かうことになり、暖房時も吸収器1から導出された吸収液を低温熱交換器6を経て排熱温水熱交換器8へ向かわせるにもかかわらず、蒸発器内の蒸発器管5pを流通する温水20を系内発生冷媒蒸気3s,8sで加熱すると共に、蒸発器5へ供給された吸収液を蒸発器管5pに散布して、高い温度の暖房用温水を得ることができる。勿論、蒸発器5に吸収液を供給したことによって吸収器1における吸収液濃度が低下し、これによって吸収液飽和温度が低くなって排熱温水熱交換器8における潜熱回収作用を増強させることができる。図5は図4の構造の場合の冷房運転を、参考までに記したものである。
【0052】
図6は、本発明をパラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した例である。図において、排熱温水熱交換器8を低温再生器2より下方に置いた例のみを示し、図1のように排熱温水熱交換器8を高い位置に設置した例は表されていない。これにはバイパス管路31と共にイクステンション管路33が設けられており、この部分について言えば図1に相当する構成を持つパラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機となっている。
【0053】
このパラレルフロータイプにおいては、暖房時に低温熱交換器6を迂回した吸収液1aが、その一部を排熱温水熱交換器8を介して低温再生器2へ、残部を高温熱交換器7を介して高温再生器3へと、両方の再生器に並行して流されるようになっている。勿論のことであるが、排熱温水熱交換器8は低温再生器2での冷媒蒸気生成を軽減することを目的としているので、低温再生器2に向かう経路に設置されているのである。その点についても図1や図3と異なるものでないが、ここでは図3に対応する管路構成(ブランチ管路34)を示すことは割愛する。図7は図6と異なり排熱温水熱交換器8や高温熱交換器7に向かう吸収液1aを低温熱交換器6に通すようにしたもので、これに図4の思想を適用にして、ブランチ管路34Aが設けられた例となっている。
【0054】
図8は低温熱交換器6を迂回した吸収液1aが排熱温水熱交換器8に送られ、排熱温水熱交換器8から出た吸収液8mが低温再生器2と高温熱交換器7へ移行させるようにした例であるが、趣旨は図6と同じでバイパス管路31と共にイクステンション管路33が設けられている。図9は図8と同じ構成のパラレルフロータイプであるがバイパス管路は設けられず、ブランチ管路34Aのみが設けられた図4の思想が適用されている。
【0055】
図10は低温熱交換器6を迂回した吸収液1aが排熱温水熱交換器8と高温熱交換器7に送られ、排熱温水熱交換器8から出た吸収液8mが低温再生器2と高温熱交換器7へ移行させるようにした例である。趣旨は図6と同じでバイパス管路31と共にイクステンション管路33が設けられる。図11は図10と同じ構成のパラレルフロータイプであるがバイパス管路は設けられず、ブランチ管路34Aのみが設けられた図4の思想が適用されている。
【0056】
図12は排熱温水熱交換器8から低温再生器2へ吸収液を送らず、低温再生器2へは高温再生器3から高温熱交換器7を通過した吸収液3bのみが供給されるようになっているシリーズフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機の例である。この場合でも排熱温水熱交換器8で冷媒蒸気8sを生成し、それによって低温再生器2での冷媒蒸気生成量を軽減している。趣旨は図6と同じでバイパス管路31と共にイクステンション管路33が設けられている。図13は図12と同じ構成のシリーズフロータイプであるがバイパス管路は設けられず、ブランチ管路34Aのみが設けられた図4の思想が適用されたものである。
【0057】
以上の種々な吸収冷凍機・冷温水機に適用した例を述べたが、それぞれの二重効用形に限らず、中間再生器といったものを備えた三重効用形に対しても適用することができるのは、その思想上明らかである。また、ジェネリンクを前提にした例を用いたが、ガスエンジンの排熱温水に限らず、上記した温度範囲にある利用されないような温水が存在すれば、それを使用することができる。その場合、排熱温水熱交換器は温水熱交換器と称するものであればよいことは述べるまでもない。
【0058】
ついでながら述べれば、冷房運転時には吸収液の平均濃度を、暖房時に意図的に低下させたそれより高くしておかなければならない。例えば冷房運転に入る季節当初に別途設けた弁を開いて冷媒溜めの吸収液を抜くといった作業をしてもよいが、その時期に冷房慣らし運転時間を確保するなら、その間に冷媒ポンプを止めておくことによって、徐々に冷媒溜めの吸収液を冷媒液に置き換えることができる。
【0059】
【発明の効果】
本発明によれば、吸収器に戻される吸収液の全部もしくは一部を蒸発器に供給するようにしたので、温水熱交換器を使用した場合では不可能であった暖房用の高温温水の取り出しが可能となる。それのみならず、吸収液の一部を蒸発器に滞留させることにより系内で循環する吸収液の濃度を全体的に低くでき、飽和温度の低下を導き外部生成温水を利用した潜熱回収が促進される。一方、温水熱交換器に向かう吸収液は低温再生器で予熱されていないかされても僅かであることから、温水熱交換器に低い温度の吸収液を導入することができて顕熱回収も図られる。外部生成温水の利用による顕熱・潜熱回収の効果が高まれば、高温再生器でのガス消費量は節減される。また、温水熱交換器での潜熱回収によって低温再生器での冷媒蒸気生成負担が軽減され、ひいては高温再生器での冷媒蒸気生成量の低減が図られ、ガス消費の抑制を一層促進することができる。
【0060】
温水は系外に設置された都市ガスを燃料とするガスエンジンの冷却水としておき、高温再生器の加熱源も都市ガスとしておけば、ガスエンジンから出る排熱温水の利用により、コージェネレーションシステムにおけるガス消費量の節減におおいに寄与させることができる。
【0061】
なお、温水は都市ガスを燃料とするガスエンジンの排ガスで加熱された熱交換水としておいてもよく、また、排ガスが導入される排ガス熱交換器により昇温されたガスエンジンの冷却水としておくこともできる。いずれにしても、温水熱交換器に供給される温水を83ないし95℃のものにしておけば、多重効用吸収冷凍機・冷温水機における省エネが促進される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法が適用されているリバースフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機の暖房運転時の全体系統を示し、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスして排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液を低温熱交換器の下流側で分岐させた後にその全部もしくは一部が蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図2】図1の吸収冷凍機・冷温水機の冷房運転時のシステム図。
【図3】コージェネレーションシステムとしていることを示すと共に、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスして排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図4】吸収液の全部が低温熱交換器を通過して排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図5】図4の吸収冷凍機・冷温水機の冷房運転時のシステム図。
【図6】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスしてその一部が排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液を低温熱交換器の下流側で分岐させた後にその全部もしくは一部が蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図7】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部が低温熱交換器を通過してその一部が排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図8】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスして排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図9】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部が低温熱交換器を通過して排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図10】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスして排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液を低温熱交換器の下流側で分岐させた後にその全部もしくは一部が蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図11】パラレルフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液が低温熱交換器を通過してその全部もしくは一部が排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図12】シリーズフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器をバイパスしてその全部もしくは一部が排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液を低温熱交換器の下流側で分岐させた後にその全部もしくは一部が蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図13】シリーズフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機に適用した場合であって、吸収液が低温熱交換器を通過してその全部もしくは一部が排熱温水熱交換器に向かい、吸収器に向かう吸収液の全部もしくは一部が低温熱交換器を通過することなく蒸発器へ導入されるようにした場合のシステム図。
【図14】従来技術としての既存のリバースフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機の全体系統であって、冷房運転時のシステム図。
【図15】図14の吸収冷凍機・冷温水機の暖房運転時のシステム図。
【図16】従来技術としての既存のリバースフロータイプの吸収冷凍機・冷温水機の全体系統であって、排熱温水熱交換器を備えた場合の暖房運転時のシステム図。
【符号の説明】
1…吸収器、1a…吸収液、1b…吸収液、2…低温再生器、3…高温再生器、3b,3b7 …吸収液(濃吸収液)、3s…冷媒蒸気、4…凝縮器、5…蒸発器、5c…散布管、5p…蒸発器管、6…低温熱交換器、7…高温熱交換器、8…温水熱交換器(排熱温水熱交換器)、8s…冷媒蒸気、10…二重効用吸収冷凍機・冷温水機、12…ガスエンジン、12a…排熱温水(外部生成温水)、15…排ガス熱交換器、20…冷温水、212 ,213 ,218 …冷暖切換弁、31…バイパス管路、31v…切換弁(冷暖切換弁)、32…吸収器に向かう管路、33…イクステンション管路、33v…切換弁(冷暖切換弁)、34,34A…ブランチ管路。
Claims (9)
- 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、前記吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、前記高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と前記吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法において、
冷房時に前記吸収器から導出され低温熱交換器を経て前記温水熱交換器に向かう吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を前記吸収器から直接前記温水熱交換器に向かわせ、
冷房時に前記低温熱交換器を介して前記吸収器へ戻される吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器から前記蒸発器へ供給し、
該蒸発器内の蒸発器管を流通する温水を系内発生冷媒蒸気で加熱すると共に、蒸発器へ供給された吸収液を前記蒸発器管に散布して加熱し、
蒸発器に吸収液を供給したことによって前記吸収器における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして前記温水熱交換器における潜熱回収作用を増強させたことを特徴とする多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。 - 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、前記吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、前記高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と前記吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法において、
冷房時に前記吸収器から導出され低温熱交換器を経て前記温水熱交換器に向かう吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を前記吸収器から直接前記温水熱交換器に向かわせ、
冷房時に前記低温熱交換器を通過した後前記吸収器へ戻される吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器を通過させることなく前記蒸発器へ供給し、
該蒸発器内の蒸発器管を流通する温水を系内発生冷媒蒸気で加熱すると共に、蒸発器へ供給された吸収液を前記蒸発器管に散布して加熱し、
蒸発器に吸収液を供給したことによって前記吸収器における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして前記温水熱交換器における潜熱回収作用を増強させたことを特徴とする多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。 - 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、前記吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、前記高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と前記吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法において、
冷房時に前記吸収器から導出され低温熱交換器を経て前記温水熱交換器に向かう吸収液を、暖房時にも同じ経路をたどって温水熱交換器に向かわせ、
冷房時に前記低温熱交換器を通過した後前記吸収器へ戻される吸収液を、暖房時にはその全部もしくは一部を低温熱交換器を通過させることなく前記蒸発器へ供給し、
該蒸発器内の蒸発器管を流通する温水を系内発生冷媒蒸気で加熱すると共に、蒸発器へ供給された吸収液を前記蒸発器管に散布して加熱し、
蒸発器に吸収液を供給したことによって前記吸収器における吸収液濃度を低下させ、これによって吸収液飽和温度を低くして前記温水熱交換器における潜熱回収作用を増強させたことを特徴とする多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。 - 前記外部生成温水は吸収冷凍機・冷温水機系外に設置された都市ガスを燃料とするガスエンジンの冷却水であり、前記高温再生器の加熱源も都市ガスであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載された多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。
- 前記外部生成温水は、都市ガスを燃料とするガスエンジンの排ガスで加熱された熱交換水であり、前記高温再生器の加熱源も都市ガスであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載された多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。
- 前記外部生成温水は、都市ガスを燃料とするガスエンジンの排ガスが導入される排ガス熱交換器によって昇温されたガスエンジンの冷却水であり、前記高温再生器の加熱源も都市ガスであることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載された多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。
- 前記温水熱交換器に導入される外部生成温水は、83ないし95℃であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載された多重効用吸収冷凍機・冷温水機における暖房運転法。
- 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、前記吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、前記高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と前記吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機において、
前記吸収器から導出された吸収液を低温熱交換器を経て前記温水熱交換器に向かわせる管路に、前記低温熱交換器を迂回するバイパス管路が設けられ、
前記低温熱交換器を介して吸収液を前記吸収器へ戻す管路に、前記蒸発器へ向かうイクステンション管路が接続されていることを特徴とする多重効用吸収冷凍機・冷温水機。 - 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器、前記吸収器へ戻される吸収液が熱源として導入され吸収器から導出された吸収液を予熱する低温熱交換器、前記高温再生器から導出された吸収液が熱源として導入され高温再生器に向かう吸収液を予熱する高温熱交換器、系外より導入された外部生成温水と前記吸収器から低温熱交換器を経て導出された吸収液の全部または一部とを熱交換させる温水熱交換器が備えられた吸収冷凍機・冷温水機において、
前記吸収器から導出された吸収液を低温熱交換器を経て前記温水熱交換器に向かわせる管路に、前記低温熱交換器を迂回するバイパス管路が設けられ、
前記吸収器に向かう吸収液を通過させる前記低温熱交換器が介在されている管路に、該低温熱交換器を通ることなく前記蒸発器へ向かうブランチ管路が設けられていることを特徴とする多重効用吸収冷凍機・冷温水機。
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