JP2003322427A

JP2003322427A - 排熱投入型一二重効用吸収冷温水機

Info

Publication number: JP2003322427A
Application number: JP2002128003A
Authority: JP
Inventors: Osayuki Inoue; 修行井上; Tetsuya Endo; 哲也遠藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2003-11-14
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP4212084B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高価な温水器が不要な温水蒸発器とすると共
に、冷暖切替を簡易に行うことができる排熱投入型一二
重効用吸収冷温水機を提供する。【解決手段】排熱高温再生器ＧＨ、排熱低温再生器Ｇ
Ｒ、低温再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ及び
これらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備え、
冷房モードと暖房モードとを切替え可能に構成した排熱
投入型一二重吸収冷温水機において、前記Ｅの圧力レベ
ルの機器の内の少なくとも一つの機器から、Ｅ又はＡに
冷媒蒸気を導く暖房モード時に作動する弁Ｖ１を有する
配管２２と、前記吸収溶液の循環系統からＥに溶液を導
く暖房モード時に作動する弁Ｖ２を有する配管１７とを
設けたものであり、前記ＧＨには、冷媒蒸気をＧの加熱
側を通してＣに導く配管２０が接続されており、前記Ｅ
には、該Ｅの下部とＡ又はＡにつながる配管とを結ぶＶ
３を有する配管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、排熱投入型一二重
効用吸収冷温水機に係り、特に、ガスタービン、エンジ
ン等の外部からの排熱を吸収冷温水機の熱源として、一
二重効用サイクルで運転する排熱駆動吸収冷温水機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、排熱高温再生器及び排熱低温
再生器に外部の排熱を投入し、冷房を一二重効用サイク
ルで行う冷凍機で、さらに暖房サイクルも行えるもの
が、次のように提案されている。（１）特公昭５７−２０５４３号公報では、排ガス駆動
一二重効用で、暖房時、排熱高温再生器とこれに接続さ
れた温水器を、冷暖切替弁で他の機器から切り離し、排
熱低温再生器には熱源を投入しないで、排熱高温再生器
のみに熱源を投入して、温水器から温水を取出す方式で
ある。この方式では、排熱低温再生器で、本来なら利用
できるはずの排熱を利用しないで、排出してしまう欠点
があり、また多くの冷暖切替弁（内部系に３弁、排ガス
系に２弁）及び温水器が必要になっている。ただし、下
記に示す蒸発器温水取り出し方式の場合の溶液循環ポン
プの運転は必要ない。（２）特公昭６０−２５８９号公報では、排ガス駆動一
二重効用で、暖房時、排熱高温再生器とこれに接続され
た温水器及び排熱低温再生器とこれに接続された温水器
とを、他の機器から冷暖切替弁で切り離し、排熱高温再
生器及び排熱低温再生器に熱源を投入して、両温水器か
ら温水を取出す方式である。多くの冷暖切替弁（内部系
に６弁）及び温水器２器が必要になっている。ただし、
下記に示す蒸発器温水取り出し方式の場合の溶液循環ポ
ンプの運転は必要ない。

【０００３】（３）特開平４−２５７６６８号公報で
は、一二重効用吸収冷温水機で、温水熱交換器を省略し
て、暖房モード時に温水を蒸発器から取出す方式が説明
されている。高温再生器から、冷媒蒸気及び吸収溶液を
直接吸収器に導入し、蒸発器で冷媒蒸気を凝縮させてい
る。排熱低温再生器の熱は、蒸発器を出た温水を、該排
熱低温再生器と組になる凝縮器に導いて該温水に与えて
いる。凝縮器が温水器を兼用しており、特に温水器を追
加する必要はないが、切替弁が多いという問題がある。
その他、二重効用吸収冷温水機における温水蒸発器取出
方式として、高温再生器の冷媒蒸気を蒸発器に導き、蒸
発器にてこの冷媒蒸気を凝縮させる方式がよく知られて
いる。この方式では、各機器を循環する溶液の温度が上
昇し、例えば、蒸発器で６０℃程度の温水を得ようとす
ると、吸収器出口の溶液温度は８５〜９５℃にもなり、
溶液循環を行うキャンドポンプのモーターの絶縁グレー
ドが高く高価なものとなり、さらにポンプがキャビテー
ションを起こし易くなる。また、火傷防止のため、吸収
器にも保温をする必要がでる等の欠点がある。

【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、高価な温水器が不要な温水蒸発器取出し方式
にすると共に、冷暖切替を簡易に行うことができる排熱
高温再生器及び排熱低温再生器に外部の排熱を投入し一
二重効用サイクルを行う吸収冷温水機を提供することを
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、排熱高温再生器、排熱低温再生器、低
温再生器、凝縮器、吸収器、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とを備え、冷房モードで蒸
発器から冷水を取出す状態と、暖房モードで蒸発器から
温水を取出す状態とを切替え可能に構成した排熱投入型
一二重効用吸収冷温水機において、前記凝縮器の圧力レ
ベルの機器（排熱低温再生器、低温再生器、凝縮器）の
内の少なくとも一つの機器から、蒸発器又は吸収器に冷
媒蒸気を導く暖房モード時に作動する弁を有する配管
と、前記吸収溶液の循環系統から蒸発器に溶液を導く暖
房モード時に作動する弁を有する配管とを設けたことを
特徴とする排熱投入型一二重効用吸収冷温水機としたも
のである。前記吸収冷温水機において、排熱高温再生器
には、冷媒蒸気を低温再生器の加熱側を通して凝縮器に
導く配管が接続されており、前記蒸発器には、該蒸発器
下部と吸収器又は吸収器につながる配管とを結ぶ弁を有
する配管を設けることができ、該蒸発器下部と吸収器又
は吸収器につながる配管とを結ぶ前記配管中の弁は、暖
房モード時に開とし、冷房モード時には、希釈弁（吸収
溶液循環系の溶液濃度を希釈する弁）として使用するこ
とができ、また、前記排熱高温再生器には、追焚き用の
高温再生器を付設することができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明では、冷媒に水、吸収溶液
に無機塩類水溶液を用いた吸収冷温水機を対象とする。
本発明の暖房サイクルでは、排熱低温再生器及び低温再
生器で発生する冷媒蒸気を蒸発器に導き、蒸発器伝熱面
に吸収溶液を散布して、前記冷媒蒸気を吸収させて、温
水を加熱する。蒸発器で冷媒蒸気を凝縮させ、温水を蒸
発器から取出す暖房方式では、温水取出し温度をＴｈと
すると、凝縮温度（蒸発器露点）は、△Ｔｅだけ高くな
り、Ｔｈ＋△Ｔｅとなり、これに平衡する吸収器の溶液
温度は、溶液の沸点上昇△Ｔｓだけ高くなり、Ｔｈ＋△
Ｔｅ＋△Ｔｓとなる。Ｔｈ＝６０℃の場合、概略値を当
てはめ△Ｔｅ＝２℃（伝熱面積などで数値は変化）と
し、吸収溶液にＬｉＢｒ水溶液を用い、暖房時の濃度を
約４８ｗｔ％とすると△Ｔｓ＝２５℃であり、吸収器出
口、溶液循環ポンプ部の温度は８７℃程度になる。

【０００７】本発明では、蒸発器に吸収溶液を散布して
温水を加熱しており、蒸発器の散布溶液温度は、温水取
出温度をＴｈとすると、Ｔｈ＋△Ｔｅとなり、この溶液
の沸点上昇を△Ｔｓとすると、蒸発器の蒸気の露点（飽
和温度）は、Ｔｈ＋△Ｔｅ−△Ｔｓとなる。溶液循環ポ
ンプを流れる温度は、Ｔｈ＋△Ｔｅであり、蒸発器に溶
液を散布することで、前述の蒸発器冷媒凝縮方式に比
し、溶液の沸点上昇分△Ｔｓだけ低くできる。Ｔｈ＝６
０℃の場合、概略値を当てはめ△Ｔｅ＝２℃とすると、
約６２℃である。一方、吸収器、蒸発器への冷媒蒸気
は、排熱で加熱される排熱低温再生器及び内部冷媒蒸気
で加熱される低温再生器の両低温再生器にて発生してい
る。両低温再生器から吸収器、蒸発器の間には弁を有す
る冷媒蒸気配管があり、暖房時に開とするが、この弁及
び配管前後で、流動のための差圧が必要で、これを飽和
蒸気温度に換算して△Ｔｖとすると、両低温再生器の発
生冷媒蒸気の露点（飽和温度）は、Ｔｈ＋△Ｔｅ−△Ｔ
ｓ＋△Ｔｖ、溶液の温度は、沸点上昇分だけ高く、サイ
クルの濃度幅を無視すれば、概略、Ｔｈ＋△Ｔｅ＋△Ｔ
ｖとなる。実際にはサイクルに濃度幅があり、低温再生
器の出口溶液温度はＴｈ＋△Ｔｅ＋△Ｔｖ＋αとなる。
αはサイクル濃度幅により変化するが概略α＝２〜１０
℃程度である。

【０００８】この溶液を加熱する低温再生器の加熱側冷
媒蒸気露点（高温再生器の露点）は、伝熱のために△Ｔ
ｇ高くなり、Ｔｈ＋△Ｔｅ＋△Ｔｖ＋α＋△Ｔｇとな
る。冷媒に水、吸収溶液に無機塩類水溶液を用いた吸収
冷温水機は、一般に大気圧以下で運転するよう設計し、
圧力容器にならない設計を目指している。伝熱面積、配
管サイズなどで数値は変化するが、温水出口温度Ｔｈ＝
６０℃に対し概略値を当てはめると、△Ｔｅ＝２℃、△
Ｔｖ＝５℃、△Ｔｇ＝５℃程度であり、高温再生器の露
点は７２℃＋αとなり、大気圧以下の設計が可能であ
る。前述の蒸発器で冷媒蒸気を凝縮させ、温水を蒸発器
から取出す暖房方式に同様の計算を当てはめると、蒸発
器の露点（冷媒蒸気飽和温度）：Ｔｈ＋△Ｔｅ、低温再
生器の露点：Ｔｈ＋△Ｔｅ＋△Ｔｖ、低温再生器の溶液
温度：Ｔｈ＋△Ｔｅ＋△Ｔｖ＋α＋△Ｔｓ、低温再生器
の加熱側冷媒蒸気露点（高温再生器の露点）：Ｔｈ＋△
Ｔｅ＋△Ｔｖ＋α＋△Ｔｓ＋△Ｔｇとなる。吸収溶液に
ＬｉＢｒ水溶液を用い、暖房時の濃度を約４８ｗｔ％と
すると△Ｔｓ＝２５℃であり、高温再生器の露点は９７
℃＋αとなる。蒸発器に溜まる冷媒を極力減らし、溶液
濃度を低下させれば、大気圧以下の運転も可能となる
が、溶液循環ポンプ部の温度が高いという欠点が残る。
即ち、高温再生器の冷媒蒸気を直接、吸収器あるいは蒸
発器に導かなくとも、暖房運転が可能である。

【０００９】次に、本発明を、図１〜図３に示す本発明
の吸収冷温水機のフロー構成図を用いて説明する。図に
おいて、Ａは吸収器、Ｇは低温再生器、ＧＨは排熱高温
再生器、ＧＲは排熱低温再生器、ＧＨＡは高温再生器、
Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、Ｘは低温熱交換器、ＸＨは高
温熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、Ｖ
１〜Ｖ４は弁、１と２は冷媒蒸気通路、３と４は冷却
水、５は高温排ガス、６は冷温水通路、１１〜１７は溶
液流路、１８〜２４は冷媒流路である。このように、本
発明では、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、低温再生器Ｇ、凝縮器
Ｃを、一つの角型缶胴に収め、該缶胴の下部に吸収器Ａ
を、また吸収器Ａの斜め上部に蒸発器Ｅ、吸収器Ａ上部
に凝縮器Ｃを配置し、さらに、凝縮器Ｃ上部に低温再Ｇ
を配置し、吸収器Ａ、蒸発器Ｅの低圧側と、低温再生器
Ｇ、凝縮器Ｃの高圧側とを、斜め隔壁で分け、この斜め
隔壁の上側に低温再生器Ｇから凝縮器Ｃへの冷媒蒸気が
流れる通路１を配し、斜め隔壁の下側には蒸発器Ｅから
吸収器Ａへの冷媒蒸気が流れる通路２配した構造として
いる。

【００１０】また、この缶胴とは別に、高温排ガス５を
熱源とす排熱高温再生器ＧＨと排熱低温再生器ＧＲ、及
び高温再生器ＧＨＡと溶液熱交換器Ｘ、ＸＨが配備され
ている。そして、この缶胴の吸収器Ａ及び低温再生器Ｇ
と、排熱高温再生器ＧＨ及び排熱低温再生器ＧＲ、高温
再生器ＧＨＡとは、溶液流路１１〜１７及び冷媒流路２
０〜２４でそれぞれ接続されている。排熱として、ガス
タービン、ガスエンジンなどからの排ガスを、先ず排熱
高温再生器ＧＨ、次いで排熱低温再生器ＧＲに導いて熱
源としている。次に、図１について説明すると、図１
は、吸収溶液が、吸収器Ａから高温再生器ＧＨ−低温再
生器Ｇと、排熱低温再生器ＧＲとを経由して吸収器Ａに
循環するシリーズフローの例である。

【００１１】図１の吸収冷温水機の冷房運転において
は、弁Ｖ１、Ｖ２を閉止、ポンプＳＰ、ＲＰを運転とし
て、冷房サイクルを行う。吸収器Ａからの希溶液の一部
を、流路１１から分岐して流路１３により排熱低温再生
器ＧＲに導いて、排熱で加熱濃縮し、濃縮液を流路１５
から流路１６に合流して吸収器Ａに戻す。発生した冷媒
蒸気は、低温再生器Ｇを経由あるいは直接凝縮器Ｃに導
く。吸収器Ａからの希溶液の大部分は、流路１１から排
熱高温再生器ＧＨに導き、排熱で加熱濃縮し、次で流路
１２から低温再生器Ｇに導き、排熱高温再生器ＧＨで発
生した冷媒蒸気で加熱濃縮する。排熱高温再生器ＧＨか
らの冷媒蒸気は、低温再生器Ｇの加熱側で冷媒液とな
り、凝縮器Ｃに導かれる。両低温再生器Ｇ、ＧＲで発生
する冷媒蒸気は、凝縮器Ｃにて冷却され冷媒液となる。
凝縮器Ｃの冷媒液は、流路１８により蒸発器Ｅに導かれ
る。蒸発器Ｅで、冷媒液は冷水６から熱を奪い、冷凍効
果を出すと共に自らは蒸発して、吸収器Ａの溶液に吸収
される。吸収器Ａ、凝縮器Ｃは、冷却水３、４で冷却さ
れる。

【００１２】また、暖房運転においては、弁Ｖ１、Ｖ２
を開として、冷暖を切替える。冷却水３、４は流さな
い。溶液を循環させるため、溶液ポンプＳＰは運転す
る。低温再生器Ｇの圧力レベルの機器（低温再生器Ｇ、
排熱低温再生器ＧＲ、凝縮器Ｃ）と吸収器Ａ又は蒸発器
Ｅとを結ぶ配管２２中の弁Ｖ１を開き、冷媒蒸気を蒸発
器Ｅに導き、ここで吸収させる。低温再生器Ｇ及び排熱
低温再生器ＧＲからの溶液を、流路１６から低温熱交換
器Ｘの加熱側を経由して、弁Ｖ２を開として流路１７か
ら蒸発器Ｅに導く。暖房時に弁Ｖ２を開にすることで、
溶液は吸収器Ａ散布装置には行かずに、蒸発器Ｅ底部あ
るいは冷媒ポンプＲＰの吸込み側に導かれ、ポンプＲＰ
を運転して蒸発器Ｅに散布する。蒸発器Ｅで冷媒蒸気を
吸収した溶液は、蒸発器Ｅ液溜めのオーバーフロー管か
ら吸収器Ａに戻る。

【００１３】蒸発器Ｅのオーバーフロー管から溶液を戻
すと、蒸発器Ｅの液保有量が最大となり、一方吸収器Ａ
に保有する吸収溶液は最小となる。暖房時は溶液温度が
高く、ポンプＳＰのキャビテーションが発生し易いの
で、吸収器Ａの液保有量が少なく、ポンプＳＰヘの押込
みヘッドが低下するのは好ましくはない。従って、蒸発
器Ｅ下部に新たに、吸収器Ａへの配管と弁Ｖ３を設け
て、暖房時開として、蒸発器Ｅの液保有量を減らし、吸
収器Ａの液保有量を増やすのがよい。この弁Ｖ３として
は、冷房時に希釈弁として用いている弁を兼用すれば、
暖房のために新たに追加することは避けられる。

【００１４】図２は、吸収器Ａからの溶液を、低温熱交
換器Ｘの被加熱側を出た後、分岐し、一部を流路１３か
ら低温再生器Ｇに、残りの部分を高温熱交換器ＸＨの被
加熱側を経由して、流路１１から排熱高温再生器ＧＨに
導いているパラレルフローの例である。低温再生器Ｇで
加熱濃縮された溶液は、流路１４から排熱低温再生器Ｇ
Ｒに導かれ、排熱で加熱濃縮された後、流路１５を通り
低温熱交換器Ｘの加熱側に接続されている。排熱高温再
生器ＧＨで加熱濃縮された溶液は、流路１２から高温熱
交換器ＸＨの加熱側を経由して、前記の流路１５と合流
して低温熱交換器Ｘの加熱側に接続されている。

【００１５】低温熱交換器Ｘの加熱側を出た溶液は、流
路１６から冷房時は吸収器Ａに散布され、暖房時は流路
１７から弁Ｖ２を経由して蒸発器Ｅに散布される。弁Ｖ
１は、冷房時閉、暖房時開とする。図２では、溶液フロ
ーが、図１と異なるのみで、冷暖切替の弁動作、機器動
作は同じである。図１及び図２では、溶液のフローを、
パラレルフロー、シリーズフローをベースにしたもので
説明しているが、リバースフロー、あるいはこれらの混
合したサイクルフロー等各種のものに適用できる。冷暖
切替の弁動作、機器動作は同様にできる。

【００１６】図３では、負荷に対して、排熱が充分にな
いとき、高温再生器ＧＨＡで追焚きをする例を示してい
る。追焚きをしても、暖房出力が、排熱単独運転の全出
力程度であれば、弁Ｖ１と弁Ｖ２で冷暖切替が可能であ
る。追焚きをして、出力を大幅に増加させる場合には、
高温再生器ＧＨＡから冷媒蒸気を、流路２３から流路２
４の弁Ｖ４を開として蒸発器Ｅ系に直接導いて、高温再
生器ＧＨＡの内圧及び温度を抑えても差支えない。弁Ｖ
１の大幅なサイズアップをせずに、圧力の高い冷媒蒸気
を弁サイズの小さな弁Ｖ４の追加でカバーすることにな
る。

【００１７】

【発明の効果】前記のように、本発明においては、暖房
サイクルでは、排熱低温再生器及び低温再生器で発生す
る冷媒蒸気を、蒸発器に導き、冷媒蒸気を凝縮させて温
水を加熱するため、高価な温水器が不要な温水蒸発器取
出し方式にすると共に、冷房切替を簡易に行うことがで
きる排熱投入型一二重効用サイクルを行う冷吸収冷温水
機を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸収冷温水機の一例を示すフロー構成
図。

【図２】本発明の吸収冷温水機の他の例を示すフロー構
成図。

【図３】本発明の吸収冷温水機の他の例を示すフロー構
成図。

【符号の説明】

Ａ：吸収器、Ｇ：低温再生器、ＧＨ：排熱高温再生器、
ＧＲ：排熱低温再生器、ＧＨＡ：高温再生器、Ｃ：凝縮
器、Ｅ：蒸発器、Ｘ：低温熱交換器、ＸＨ：高温熱交換
器、ＳＰ：溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、Ｖ１〜Ｖ
４：弁、１、２：冷媒蒸気通路、３、４：冷却水、５：
高温排ガス、６：冷温水通路、１１〜１７：溶液流路、
１８〜２４：冷媒流路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排熱高温再生器、排熱低温再生器、低温
再生器、凝縮器、吸収器、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とを備え、冷房モードで蒸発
器から冷水を取出す状態と、暖房モードで蒸発器から温
水を取出す状態とを切替え可能に構成した排熱投入型一
二重吸収冷温水機において、前記凝縮器の圧力レベルの
機器の内の少なくとも一つの機器から、蒸発器又は吸収
器に冷媒蒸気を導く暖房モード時に作動する弁を有する
配管と、前記吸収溶液の循環系統から蒸発器に溶液を導
く暖房モード時に作動する弁を有する配管とを設けたこ
とを特徴とする排熱投入型一二重吸収冷温水機。
【請求項２】前記排熱高温再生器には、冷媒蒸気を低
温再生器の加熱側を通して凝縮器に導く配管が接続され
ていることを特徴とする請求項１記載の排熱投入型一二
重効用吸収冷温水機。
【請求項３】前記蒸発器には、該蒸発器の下部と吸収
器又は吸収器につながる配管とを結ぶ弁を有する配管を
設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の排熱投入
型一二重効用吸収冷温水機。
【請求項４】前記排熱高温再生器には、追焚き用の高
温再生器を付設したことを特徴とする請求項１、２又は
３記載の排熱投入型一二重効用吸収冷温水機。