JP2002372329A - 吸収冷温水装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温再生器から出てくる排ガス及び排熱を有
効利用して、冷暖房及び給湯を可能にした吸収冷温水装
置とその制御方法を提供する。 【解決手段】 燃料を燃焼させて熱源とする加熱機構を
有する吸収冷温水機と、排熱ボイラとを有する収冷温水
装置であって、前記排熱ボイラＧＢが、高温再生器ＧＨ
から出てくる燃焼排ガスを熱源４Ａとする加熱機構とエ
ンジン、ガスタービンからの排熱４Ｂを熱源とする加熱
機構とを備え、該ＧＢには、蒸気部と連通した給湯熱交
換器Ｗ１を設けると共に、低温再生器ＧＬには、該ＧＢ
からの蒸気による加熱器Ｌａと、前記ＧＨで発生した冷
媒蒸気による加熱器Ｌｂとを備えることとしたものであ
り、前記冷媒流路には、ＧＨの蒸気部と連通した第２の
給湯熱交換器Ｗ２を設けることができ、前記ＧＨとＷ２
を有する系統は、冷暖房系統から分離する分離機構を設
けることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷温水装置に
係り、特に、高温再生器から出てくる排ガスを直接利用
すると共に、エンジン、ガスタービン等の排熱も有効利
用して、冷暖房及び給湯を可能にした吸収冷温水装置と
その制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コジェネレーションシステムで、ガスタ
ービン等の高温の排ガスを使用する冷房／暖房／給湯の
コジェネレーションシステムは従来から知られている。
ガスタービンの中でも容量の小さなものを用いたコジェ
ネレーションシステムでは、高温排ガスで、給湯、冷、
暖房を行う例が増えている。例えば、２０〜１００ｋＷ
クラスのマイクロガスタービンを用いたコジェネレーシ
ョンシステムでは、ガスタービンからの２００〜２５０
℃程度の排ガスから熱を回収し、給湯、冷・暖房を行う
例が増えている。通常は、ガスタービンからの高温排ガ
スを排ガスボイラに投入し、温水を製造して給湯、暖房
を行うと共に、温水を熱源とする吸収冷凍機で冷房を行
っている。

【０００３】図３に、従来のコジェネレーションシステ
ムの概略構成図を示す。このように通常は、ガスタービ
ン５１からの高温排ガス６１を排ガスボイラ５４に投入
し、温水６９を製造して給湯器５６で給湯、温水器５７
で暖房を行うと共に温水６９を熱源とする吸収冷凍機５
２で冷房を行っている。熱源が不足する場合は、排ガス
ボイラ５４に付設した温水ボイラ５５で、熱源（温水）
を追焚きして、給湯、暖房、冷房に対応している。冷房
能力が不足する場合は、追焚き温水を用いる前述の方法
以外に、追焚きは二重効用運転の直火式で対応できて、
温水も投入できる排熱投入型吸収冷温水機を用いる方法
もある。しかし、このような温水を用いるコジェネレー
ションシステムは、装置構成が複雑であり、また、熱効
率も悪く、運転操作性にも問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術に鑑み、高温再生器からの高温排ガスを直接利用する
と共に、エンジン、ガスタービン等の排熱を有効利用し
て、単純な装置構成で、給湯を可能にし、さらには、給
湯単独運転を可能にした吸収冷温水装置とその制御方法
を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、吸収器、低温再生器、高温再生器、凝
縮器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷
媒流路を備え、前記高温再生器には、燃料を燃焼させて
熱源とする加熱機構を有する吸収冷温水機と、排熱ボイ
ラとを有する吸収冷温水装置であって、前記排熱ボイラ
が、高温再生器から出てくる燃焼排ガスを熱源とする加
熱機構と、排熱を熱源とする加熱機構とを備え、該排熱
ボイラには、蒸気部と連通した給湯熱交換器を設けると
共に、前記低温再生器には、該排熱ボイラからの蒸気に
よる加熱機構と、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気に
よる加熱機構とを備えていることを特徴とする吸収冷温
水装置としたものである。

【０００６】前記吸収冷温水装置において、冷媒流路に
は、高温再生器の蒸気部と連通した第２の給湯熱交換器
を設けることができ、また、前記高温再生器と給湯熱交
換器を有する系統は、前記吸収器、低温再生器、凝縮
器、蒸発器を備える冷暖房系統から分離する分離機構を
設けることができる。また、本発明では、前記吸収冷温
水装置の制御方法において、前記吸収冷温水機には、高
温再生器への熱源熱量調節機構、冷水能力調節機構、温
水能力調節機構及び給湯能力調節機構を備え、冷水及び
給湯運転時には、熱源熱量調節機構を、冷水温度又は給
湯温度のいずれかを自動選択して制御し、温水及び給湯
運転時には、熱源熱量調節機構を、温水温度又は給湯温
度のいずれかを自動選択して制御することを特徴とする
吸収冷温水装置の制御方法としたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明は、高温再生器からの高温
排ガスと外部からの排熱とを直接利用した排熱ボイラを
付設し、給湯が可能で、冷房と給湯運転、暖房と給湯運
転を行い、さらには、給湯単独運転を行い、高温排ガス
だけでは給湯が不足する場合には、前記高温再生器の蒸
気部と連通した給湯熱交換器を設けた吸収冷温水装置で
ある。外部からの排熱としては、ガスタービンからの排
ガス、エンジンジャケットや燃料電池の温水等を用いる
ことができる。本発明のコジェネレーションシステムの
概略構成図を図２に示す。図２において、５１はガスタ
ービン、５２は吸収冷温水機、５３は冷却水を冷却する
冷却塔、５４は排熱ボイラ、５８は容量制御ダンパ、５
９は給湯熱交換器、６１は高温排ガス、６０、６２は燃
料、６３は給湯用温水、６４は冷温水、６５はボイラ蒸
気、６６は高温排ガスである。

【０００８】図２では、吸収冷温水機５２は、燃料６２
の燃焼によって作動されて冷温水６４を発生させて冷暖
房に供され、そこから排出される高温の排ガス６６が排
熱ボイラ５４に導入され、また、該排熱ボイラには、ガ
スタービン５１からの高温排ガス６１も導入され、給湯
用の温水６３を加熱すると共に、吸収冷温水機５２の低
温再生器の熱源としても利用される。給湯用の温水６３
は、吸収冷温水機５２の高温再生器からの冷媒ガスによ
って加熱されてもよい。前記の直火式吸収冷温水機５２
の高温再生器からの排ガス温度は、１５０〜２２０℃程
度のことが多く、マイクロガスタービンを用いたコジェ
ネレーションシステムでは、回収対象となる温熱であ
り、本発明では、直火式吸収冷温水機５２からの排ガス
を回収して、排熱ボイラ５４に取り込み、冷暖房・給湯
の燃料消費率を改善している。

【０００９】また、最近のマイクロガスタービンの発電
効率は約３０％であり、排ガス温度は約２５０℃程度で
あるから、排ガスの温度２５０℃から外気温度の中に、
約７０％の熱を放出していることになり、このガスター
ビンからの排ガスの熱を、排熱ボイラ５４で蒸気として
回収し、給湯あるいは低温再生器での溶液の加熱濃縮に
用いている。このように、本発明では、吸収冷温水機５
２とガスタービン５１の排ガスの回収熱を、排熱ボイラ
の蒸気６５として回収し、給湯あるいは低温再生器での
溶液の加熱濃縮に用いる。給湯熱交換器５９と低温再生
器とは並列に接続されているが、基本的には、温度の低
い方に蒸気が流れ凝縮して熱を与える。凝縮液は、排熱
ボイラ５４の下部に戻す。本発明で用いる給湯は、使用
目的を限定するものではなく、「暖房用温水」とは別系
統の温水を示すものである。

【００１０】次に、本発明を、図１に示す本発明の吸収
冷温水装置のフロー構成図を用いて説明する。図１にお
いて、Ａは吸収器、ＧＬは低温再生器、ＧＨは高温再生
器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＸＬは低温熱交換器、Ｘ
Ｈは高温熱交換器、Ｌａは排熱ボイラからの蒸気による
加熱器、Ｌｂは高温再生器からの冷媒ガスによる加熱
器、ＧＢは排熱ボイラ、Ｗ１、Ｗ２は給湯熱交換器、Ｓ
Ｐは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、Ｖ１〜Ｖ８は開閉
弁又は制御弁、１は冷暖房負荷に接続する冷温水配管、
２は冷却水配管、３は熱源配管、４ａ〜４ｃは排熱配
管、５は温度センサ、６は制御器、７は容量制御弁、８
は冷水能力調節弁、９は給湯用温水配管、１０は気液分
離器、１１〜１８は冷媒流路、２０は分岐点、２１〜２
８は溶液流路、３１、３２は蒸気流路である。

【００１１】図１の吸収冷温水機の冷房運転において
は、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液ポンプ
ＳＰにより低温熱交換器ＸＬの被加熱側を経た後、希溶
液分岐点２０より、一部は低温再生器ＧＬに、残部は高
温熱交換器ＸＨの被加熱側を通り流路２３から高温再生
器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは、希溶液は加
熱熱源により加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮
された濃溶液は、流路２６を通り高温熱交換器ＸＨで熱
交換され、流路２７から低温再生器ＧＬからの濃溶液２
５と合流する。分岐点２０より流路２４を通り低温再生
器に導入された希溶液は、低温再生器で排熱ボイラＧＢ
からの蒸気による加熱器Ｌａと、高温再生器ＧＨからの
冷媒蒸気による加熱器Ｌｂにより濃縮された後、流路２
５で高温再生器からの濃溶液と合流した後、低温熱交換
器ＸＬの加熱側を通り、流路２８から吸収器Ａに導入さ
れる。

【００１２】高温再生器ＧＨで蒸発した冷媒ガスは、冷
媒流路１３を通り、低温再生器ＧＬの熱源として用いら
れたのち凝縮器Ｃに導入される。凝縮器Ｃでは、低温再
生器ＧＬからの冷媒ガスと共に冷却水により冷却されて
凝縮し、流路１２から蒸発器Ｅに入る。蒸発器Ｅでは、
冷媒が冷媒ポンプＲＰにより、流路１１により循環され
て蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水から奪い、冷
水を冷却し、冷房に供される。蒸発した冷媒は、吸収器
Ａで濃溶液により吸収されて、希溶液となり溶液ポンプ
で循環されるサイクルとなる。排熱ボイラＧＢは、高温
再生器ＧＨからの排ガス、高温排ガス及び排熱を配管４
ａ〜４ｃにより導入されて加熱され、発生した蒸気を給
湯熱交換器Ｗ１と低温再生器ＧＬに供給して熱源に用い
たのち、凝縮した熱媒（水）は排熱ボイラＧＢに循環さ
せる。

【００１３】冷房と給湯運転では、冷水は、前記した通
常の冷房サイクルによリ、冷暖切替は、Ｖ１／Ｖ２の開
閉によって行い、冷房時は弁Ｖ１／Ｖ２が閉止する。給
湯は、排熱ボイラＧＢの蒸気で加熱する給湯熱交換器Ｗ
１、さらには、高温再生器ＧＨの冷媒蒸気で加熱する給
湯熱交換器Ｗ２から取出し、冷媒凝縮液は流路１５から
冷凍サイクル側に戻し、冷房に利用可能とするが、冷房
用として冷媒液が余る場合、流路１６から高温再生器Ｇ
Ｈに戻す。給湯能力調節機構は、給湯熱交換器Ｗ１及び
Ｗ２下部の制御弁Ｖ８及びＶ７で行う。弁Ｖ８を閉止方
向として熱媒液面を上昇させると、給湯能力が低下す
る。能力上昇は、弁Ｖ８を開方向とし、液面を低下させ
ることによる。同様に、高温再生器側の弁Ｖ７を閉止方
向とし、冷媒液面を上昇させると、給湯能力が低下し、
能力上昇は、弁Ｖ７を開方向とし、液面を低下させる。
排熱ボイラ側の弁Ｖ８が全開になってから高温再生器側
の弁Ｖ７を開け、また高温再生器側の弁Ｖ７が全閉にな
ってから排熱ボイラ側の弁Ｖ８を閉じる。弁全開でも能
力不足の場合、熱源を増加させる。

【００１４】冷水能力調節機構は、給湯熱交換器Ｗ２か
ら冷媒系への流路１５中の制御弁Ｖ６を開方向とし、冷
凍能力を増加させる。不足する場合には、低温再生器Ｇ
Ｌへの溶液散布量を調節弁８を開方向として増加させ
る。調節弁８が全開で散布量最大でも能力不足の場合、
容量制御弁７を開いて熱源を増加させる。熱源熱量の調
節は、冷水側で行うか、給湯側で行うかを自動選択す
る。本図の例では、冷温水センサと目標冷水温度、給湯
温度センサと目標給湯温度から、どちらを主体で行うか
を決めてもよい。例えば、ＤＴＣ＝冷水温度−目標冷水
温度、ＤＴＳ＝目標給湯温度−給湯温度とするとき、Ｄ
ＴＳとＫ×ＤＴＣとの比較で、大きい方を主体として制
御する。Ｋ＝１又はＫで適当な重みを付ける。

【００１５】次に、暖房と給湯運転について説明する。
暖房サイクルは、高温再生器ＧＨから、吸収器Ａ・蒸発
器Ｅへの冷媒蒸気流路１７中の弁Ｖ１を開とし、蒸発器
Ｅから吸収器Ａへの流路１８中の弁Ｖ２を開とすること
による。蒸発器Ｅに直接溶液を導入する場合もある。給
湯は、排熱ボイラＧＢの蒸気で加熱する給湯熱交換器Ｗ
１、さらには、高温再生器ＧＨの冷媒蒸気で加熱する給
湯熱交換器Ｗ２から取出し、冷媒凝縮液は流路１６から
高温再生器に戻す。熱源としては、配管４ａ〜４ｃから
の高温排熱を利用し、熱源不足時は燃料３の燃焼によ
る。給湯能力調節機構は、前記した冷房の場合と同様で
ある。温水能力調節機構は、高温再生器ＧＨから、吸収
器Ａ、蒸発器Ｅへの冷媒蒸気流路１７中の弁Ｖ１を開方
向にして暖房能力を増加させる。弁全開でも能力不足の
場合、熱源３の容量制御弁７を開いて熱量を増加させ
る。

【００１６】熱源熱量の調節は、温水側で行うか、給湯
側で行うかは自動選択をする。冷温水センサと目標温水
温度、給湯温度センサと目標給湯温度から、どちらを主
体で行うかを決める。例えば、ＤＴＨ＝目標温水温度−
温水温度、ＤＴＳ＝目標給湯温度−給湯温度とすると
き、ＤＴＳとＫ×ＤＴＨとの比較で、大きい方を主体と
して制御する。Ｋ＝１又は適当な重みを付ける。給湯単
独運転は、冷房負荷あるいは暖房負荷がない時、高温再
生器ＧＨ及び給湯熱交換器Ｗ２を他の機器から、Ｖ３／
Ｖ４／Ｖ５／Ｖ６を閉止して切り離し、排熱ボイラＧＢ
の蒸気を蒸気流路３１から給湯熱交換器Ｗ１に送って給
湯を加熱して流路３２から排熱ボイラＧＢに戻る経路
と、冷媒ガスがＧＨから流路１３、１４を通り、給湯熱
交換器Ｗ２に入り、流路１５、気液分離器１０、流路１
６を通り、ＧＨに戻る経路の給湯単独運転とする。

【００１７】給湯能力の調節は、両給湯熱交換器Ｗ１、
Ｗ２下部の制御弁Ｖ７／Ｖ８を全開とし、熱源を直接増
減させて行う。ただし、冷暖房、給湯の負荷が小さく、
他からの排熱があまる場合、排熱ボイラヘの取り込みを
やめるか、あるいは、取り込んだあと、吸収冷温水装置
を経由して、冷却塔に熱を放出する。排熱ボイラＧＢ中
の不凝縮ガス排出は、図示していないが、給湯熱交換器
Ｗ１上部と吸収冷温水装置とを弁を有する配管で結び、
必要に応じて吸収冷温水装置に移行する。不凝縮ガス
は、外部から排ガスボイラヘの漏れ込みあるいは、腐食
の際に発生する水素ガスなどである。排熱ボイラの熱媒
である水が不足する場合、例えば液面スイッチで検出し
て、蒸発器冷媒などを補給する。

【００１８】冷房サイクルと暖房サイクルの切替には各
種方式があるが、図面では一例を示している。例えば、
「冷房サイクル」は、ＧＨとＡＥ間の冷媒蒸気弁を閉じ
て、ＡとＥ間の液戻し弁を閉じる。また、「暖房サイク
ル」はＧＨとＡＥ間の冷媒蒸気弁を開いて、ＡとＥ間の
液戻し弁を開くことによる。２重効用の冷房サイクルに
は、所謂、シリーズフロー、パラレルフロー、リバース
フロー、分岐フローなど各種あるが、本発明は、フロー
を指定するものではなく、いずれのフローにも適用でき
る。暖房サイクルについても、各種方式があるが、特に
指定するものではない。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、高温再生器から排出さ
れる高温排ガス及び外部からの排熱を有効利用して、給
湯用と低温再生器の加熱源として用いると共に、給湯を
行うことができ、また、給湯単独運転も行うことができ
る装置構成を単純化した吸収冷温水装置とすることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸収冷温水装置の一例を示すフロー構
成図。

【図２】本発明を用いるコジェネレーションシステムの
概略構成図。

【図３】従来のコジェネレーションシステムの概略構成
図。

【符号の説明】

Ａ：吸収器、ＧＬ：低温再生器、ＧＨ：高温再生器、
Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、ＸＬ：低温熱交換器、ＸＨ：
高温熱交換器、Ｌａ：排熱ボイラからの蒸気による加熱
器、Ｌｂ：高温再生器からの冷媒ガスによる加熱器、Ｇ
Ｂ：排熱ボイラ、Ｗ１、Ｗ２：給湯熱交換器、ＳＰ：溶
液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、Ｖ１〜Ｖ８：開閉弁又は
制御弁、１：冷暖房負荷に接続する冷温水配管、２：冷
却水配管、３：熱源配管、４ａ〜４ｃ：排熱配管、５：
温度センサ、６：制御器、７：容量制御弁、８：冷水能
力調節弁、９：給湯用温水配管、１０：気液分離器、１
１〜１８：冷媒流路、２０：分岐点、２１〜２８：溶液
流路、３１、３２：蒸気流路、５１：ガスタービン、５
２：吸収冷温水機、５３：冷却塔、５４：排熱ボイラ、
５８：容量制御ダンパ、５９：給湯熱交換器、６１：高
温排ガス、６２：燃料、６３：給湯用温水、６４：冷温
水、６５：ボイラ蒸気、６６：高温排ガス（吸収冷温水
機）、６７：冷却水、６８：排ガス、７０：電気

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収器、低温再生器、高温再生器、凝縮
   器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒
   流路を備え、前記高温再生器には、燃料を燃焼させて熱
   源とする加熱機構を有する吸収冷温水機と、排熱ボイラ
   とを有する吸収冷温水装置であって、前記排熱ボイラ
   が、高温再生器から出てくる燃焼排ガスを熱源とする加
   熱機構と排熱を熱源とする加熱機構とを備え、該排熱ボ
   イラには、蒸気部と連通した給湯熱交換器を設けると共
   に、前記低温再生器には、該排熱ボイラからの蒸気によ
   る加熱機構と、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気によ
   る加熱機構とを備えていることを特徴とする吸収冷温水
   装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒流路には、高温再生器の蒸気部
   と連通した第２の給湯熱交換器を設けたことを特徴とす
   る請求項１記載の吸収冷温水装置。
3. 【請求項３】 前記高温再生器と給湯熱交換器を有する
   系統は、前記吸収器、低温再生器、凝縮器、蒸発器を備
   える冷暖房系統から分離する分離機構を設けたことを特
   徴とする請求項２記載の吸収冷温水装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は３記載の吸収冷温水装置の
   制御方法において、前記吸収冷温水機には、高温再生器
   への熱源熱量調節機構、冷水能力調節機構、温水能力調
   節機構及び給湯能力調節機構を備え、冷水及び給湯運転
   時には、熱源熱量調節機構を、冷水温度又は給湯温度の
   いずれかを自動選択して制御し、温水及び給湯運転時に
   は、熱源熱量調節機構を、温水温度又は給湯温度のいず
   れかを自動選択して制御することを特徴とする吸収冷温
   水装置の制御方法。