JP2004053124A

JP2004053124A - 発電及び吸収冷温水装置

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Publication number: JP2004053124A
Application number: JP2002210759A
Authority: JP
Inventors: Osayuki Inoue; 井上　修行
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP3862629B2

Abstract

【課題】冷温水製造と共に発電が可能な簡易な装置を用いて、冷暖房負荷が
無い時には、発電単独の運転が可能な発電及び吸収冷温水装置を提供する。
【解決手段】冷媒と吸収剤とを組合せて冷凍サイクルを行う吸収冷温水機に、冷媒蒸気で駆動する冷媒蒸気膨張機１及び該１に接続した発電機２を設け、冷温水出力と共に発電をする発電及び吸収冷温水装置であって、前記冷媒蒸気が１から凝縮器Ｇに至る冷媒流路の間に精留器３を設けたものであり、また、温度の異なる二種類以上の熱源を利用し、あるいは顕熱変化をする熱源流体を多熱源として利用し、高熱源再生器ＧＨ、低熱源再生器ＧＬＸ、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た吸収冷温水機であって、前記ＧＬＸとＣとの間に３を設け、ＧＨとＧＬＸとの間の冷媒流路に１を有する冷媒蒸気配管を設け、該１に２を接続したものである。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電及び吸収冷温水装置に係り、特に、ガスタービン、エンジン等の外部からの排熱を熱源として、吸収冷温水機を運転すると共に、吸収冷温水機内に組込んだ冷媒蒸気を駆動源とする膨張機で、発電機を駆動して発電をも行う発電及び吸収冷温水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
排熱を用いて冷温水を製造する装置、あるいは排熱を用いて発電をする装置など、どちらか一方を目的にした装置が、従来から用いられてきた。排熱を用いて冷温水を製造し、冷暖房をする場合、中間期には、冷温水負荷がほとんどなくなり、排熱が有効利用できなくなる。一方、排熱を用いて発電をする装置は、一年中、排熱の利用はできるが、発電効率は低い。冷暖房が必要な時期は、発電した電気で冷凍機あるいはヒートポンプを運転するよりも、排熱で吸収冷温水機を直接駆動した方が利用効率が高くできることが多い。吸収冷凍機で、結晶の心配が無く、吸収器、凝縮器の空冷化が可能であり、またマイナス温度が容易に得られる冷媒／吸収剤の組合せとして、ＮＨ_３／Ｈ_２Ｏ，ＴＦＥ／ＤＭｌ，ＴＦＥ／ＮＭＰなどが用いられている。コージェネレーションとしてほぼ年間を通して利用する場合、前述のような特性が好ましい。しかし、これらの組合せを用いた場合、再生器からの発生蒸気中には、冷媒蒸気と共に吸収剤蒸気も含まれてしまうため、精留器などが必要となる。この精留器の使用により、再生器からの蒸気の温度が低下し、蒸気過熱度の有効利用ができなくなる。
【０００３】
【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、冷温水製造と共に発電が可能な簡易な装置を用いて、冷暖房負荷が無い時には、発電単独の運転が可能であり、また、吸収冷温水機として精留器を必要とするような冷媒と吸収剤の組合せに対して、膨張機を組込む場合の効果的な機器配置が可能な発電及び吸収冷温水装置を提供することを課題とする。
【０００４】
【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、冷媒と吸収剤とを組合せて冷温水サイクルを行う吸収冷温水機に、冷媒蒸気で駆動する冷媒蒸気膨張機及び該膨張機に接続した発電機を設け、冷温水出力と共に発電をする発電及び吸収冷温水装置であって、前記冷媒蒸気が冷媒蒸気膨張機から凝縮器に至る冷媒流路の間に精留器を設けたことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置としたものである。
前記吸収冷温水装置において、吸収冷温水機は、二重効用サイクルのための低温再生器を持ち、前記精留器は、前記冷媒蒸気膨張機から該低温再生器に至る冷媒流路の間に設けることができる。
【０００５】
また、本発明では、温度の異なる二種類以上の熱源を利用し、あるいは顕熱変化をする熱源流体を入口から出口に向かって温度の異なる多熱源として利用し、少なくとも、高熱源再生器、低熱源再生器、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た吸収冷温水機であって、前記低熱源再生器と凝縮器との間の冷媒流路に精留器を設け、高熱源再生器と低熱源再生器との間に冷媒蒸気膨張機を有する冷媒蒸気配管を設け、該膨張機に発電機を接続したことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置としたものである。
前記吸収冷温水装置において、凝縮器と吸収器とは、それらの蒸気系を弁を有する配管で接続することができ、また、前記蒸発器には、溶液流路の溶液を該蒸発器の伝熱面に導く、暖房サイクル時に作動する弁を有する配管を接続することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、精留前の加熱蒸気を膨張機に導いて仕事をさせ、その後、精留して凝縮器に導くものである。
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明の発電及び吸収冷温水装置のフロー構成図を示す。
図において、Ａは吸収器、ＧＨは再生器又は高熱源再生器、ＧＬＸは低熱源再生器、Ｇは低温再生器、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、Ｖ１〜Ｖ５は弁、１は膨張機、２は発電機、３、３’は精留器、４、４’は分縮器、５は熱源、６、７、８は冷却水、９は冷温水通路、１１〜１７は溶液流路、１８〜２５は冷媒流路である。
図１及び図２では、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、凝縮器Ｃを、一つの角型缶胴に収め、また、図３では、さらに低温再生器Ｇを収め、この缶胴とは別に、高温排ガスを熱源５とする再生器又は高熱源再生器ＧＨ、低熱源再生器ＧＬＸと溶液熱交換器Ｘ、ＸＨ及び膨張機１と発電機２、精留器３と分縮器４とが配備されている。そして、この缶胴の吸収器Ａ及び凝縮器Ｃ、低温再生器Ｇと再生器又は高熱源再生器ＧＨ、低熱源再生器ＧＬＸ及び膨張機１、精留器３及び分縮器４とは、溶液流路１１〜１６及び冷媒流路２０〜２４でそれぞれ接続されて構成されている。
【０００７】
次に、図１を用いてそれぞれの運転について説明する。
図１は、ＴＦＥなど、低圧冷媒であって、圧力があまり高くないとして、前記のように、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、凝縮器Ｃを角型缶胴に収めて示している。また、吸収器Ａ、凝縮器Ｃの冷却は冷却水を用いるとして説明しているが、各機器別缶胴でも、また空冷でも差支えない。
まず、冷房運転においては、蒸発器Ｅで冷媒蒸気が蒸発して、冷水（又はブライン）を冷却する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器Ａにて、冷却水で冷却されている吸収溶液に吸収される。
吸収器Ａの溶液は、溶液ポンプＳＰで、溶液熱交換器Ｘの被加熱側を通って、流路１１から再生器ＧＨに送られる。再生器ＧＨで熱源５によって加熱され、冷媒蒸気を発生し、溶液は吸収剤が濃縮された状態になる。濃縮溶液は、流路１２から溶液熱交換器Ｘの加熱側を通って、流路１６から吸収器Ａに戻り、吸収器伝熱面に散布される。
【０００８】
再生器ＧＨで発生した蒸気中には冷媒蒸気と共に、吸収剤蒸気も混入しているが、この混合蒸気を流路２０から膨張機１に導き、低圧まで仕事をさせる。膨張機１を出た蒸気を流路２１から精留器３に導き、吸収器Ａからの希溶液と接触させ精留する。精留器３出口には分縮器４があり、冷却水８等で冷却し、蒸気の一部を凝縮させ、精留器３に凝縮液を戻し、精留効果を上げる。分縮器４に代えて、凝縮器Ｃの凝縮液を精留器３に還流させても差支えない。
精留器３、分縮器４を通り、冷媒純度の高い蒸気が凝縮器Ｃに入り、冷却水９で冷却されて凝縮し、冷媒液となって流路１８から蒸発器Ｅに戻る。
【０００９】
冷水負荷があまり無く、出力オーバーになる時は、熱源が排熱の場合、熱源を最大限使用して発電量を多く確保し、一方、冷水（冷房）出力調整のため、冷媒蒸気を流路２５で凝縮器Ｃから吸収器Ａに導き、凝縮器Ｃで凝縮する冷媒量を減少させて負荷調節を行う。凝縮器Ｃの負荷が小さくなると、凝縮圧力が低下し、膨張機１出力は若干であるが増加する。別の調整法として、蒸発器Ｅの冷媒液を吸収器Ａに戻し吸収能力を低下させるなどの方法もある。また、熱源が排熱ではなく、熱源コストが問題になる場合は、発電量と冷凍出力の効果を考慮して調整する必要がある。
【００１０】
暖房運転においては、暖房時には、基本的には吸収器Ａ、凝縮器Ｃ、分縮器４に冷却水を流さず、吸収溶液を流路１７から蒸発器Ｅ伝熱面に散布して温水を製造する。
再生器ＧＨで発生した混合蒸気は、冷媒蒸気膨張機１で仕事をし、低圧冷媒蒸気となって、精留器３、分縮器４、凝縮器Ｃを経由し、流路２５の蒸気弁Ｖ１を開として、吸収器Ａ又は蒸発器Ｅに入り、蒸発器伝熱面に散布されている吸収溶液に吸収される。
この弁Ｖ１は、膨張機１出口から直接吸収器Ａ又は蒸発器Ｅに導くラインを設け、その中に設置しても差支えない。
【００１１】
温水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、熱源を最大限使用して発電量を確保し、一方、温水（暖房）出力調整のため、冷却水を流し、余分な温熱を冷却水に捨てる。この際、冷却水は温度を調整あるいは流量を調整して、温水の容量制御をすることになる。
温水負荷が多く、発電量よりも、温熱出力を重視する場合、再生器ＧＨで発生した冷媒蒸気を直接蒸発器Ｅに導き、温熱を多くするような弁付きのラインを設けてもよい。
【００１２】
発電単独運転においては、基本的には吸収器Ａに吸収溶液を散布すると共に冷却水６を流し、冷媒蒸気膨張機１出口の蒸気を吸収器Ａに導いて吸収させる。流路２５の弁Ｖ１を開とする。
分縮器４、凝縮器Ｃには冷却水を流さなくてよいが、流れていても差支えない。再生器ＧＨで発生した混合蒸気は、冷媒蒸気膨張機１で仕事をし、低圧冷媒蒸気となって、吸収器Ａで吸収溶液に吸収される。吸収器Ａ、蒸発器Ｅ等は、低圧冷媒を用いるときは、散布式の熱交換器の形態をとるが、アンモニア等の高圧冷媒のときには散布式ではなく、満液式の熱交換器の形態として差支えない。
また、吸収冷温水機としているが、吸収冷凍機に適用して差支えない。
【００１３】
図２は、温度の異なる二種類以上の熱源を利用し、あるいは顕熱変化をする熱源流体を入口から出口に向かって温度の異なる二熱源として利用し、高熱源再生器ＧＨに高温側熱源流体を、低熱源再生器ＧＬＸに低温側熱源流体を投入している。　高熱源再生器ＧＨの発生蒸気は冷媒蒸気膨張機１に導いて発電し、低圧となった蒸気は低熱源再生器ＧＬＸに導き、低熱源再生器ＧＬＸで発生する混合蒸気と共に精留器３に導く。吸収器Ａからの希溶液の一部は、流路１３から精留器３経由で低熱源再生器ＧＬＸに入る。吸収器Ａからの希溶液の残部は、高熱源再生器ＧＨに入る。
その他の作用は図１とほぼ同様である。
【００１４】
図３は、一二重効用サイクルの可能な装置を示す。高熱源再生器ＧＨに高温側熱源流体を、低熱源再生器ＧＬＸに低温側熱源流体を投入する。高熱源再生器ＧＨの発生蒸気は冷媒蒸気膨張機１に導くと発電ができ、一方低温再生器Ｇに導いて加熱源として利用すれば、冷凍能力を増加させることができる。低温再生器Ｇ側に導く時には精留器３を通してから導く必要がある。
高熱源再生器ＧＨの発生蒸気は冷媒蒸気膨張機１に導いて発電し、低圧となった蒸気は低熱源再生器ＧＬＸに導き、低熱源再生器ＧＬＸで発生する混合蒸気と共に精留器３’に導く。吸収器Ａからの希溶液の一部は、精留器３’経由で低温再生器Ｇに入る。吸収器Ａからの希溶液の残部は、高熱源再生器ＧＨに入る。凝縮器Ｃと吸収器Ａとを弁Ｖ１を有する配管２５で結び、冷媒蒸気膨張機１から出る低圧冷媒蒸気を凝縮器Ｃで凝縮させるか、吸収器Ａに吸収させるか調節あるいは選択できる。
【００１５】
冷房運転においては、高熱源再生器ＧＨからの冷媒蒸気は、冷房負荷が多く冷房主体で運転する場合は、低温再生器Ｇに導いて溶液の加熱濃縮に利用（二重効用サイクル）し、冷房負荷が高負荷でなく、発電主体で運転する場合は、冷媒蒸気膨張機１に導いて発電し、膨張後の冷媒を凝縮させて冷房に利用する。
冷水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、凝縮器Ｃと吸収器Ａとの間の弁Ｖ１を開とし、冷媒蒸気膨張機１出口から吸収器Ａに入る蒸気量を調節する。蒸発器Ｅで冷媒蒸気が蒸発して、冷水（又はブライン）を冷却する等は図１と同じである。
溶液の循環は吸収冷温水機のシリーズフロー、パラレルフロー、リバースフロー、これらの混合したフロー等各種考えられるが詳細は省略する。
【００１６】
暖房運転においては、暖房時には、吸収器Ａ、凝縮器Ｃに冷却水６、７を流さず、吸収溶液を蒸発器Ｅ伝熱面に散布して温水を製造する。高熱源再生器ＧＨで発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気膨張機１にて仕事をした後、低熱源再生器ＧＬＸで発生した冷媒蒸気と共に吸収器Ａ又は蒸発器Ｅに入り、蒸発器伝熱面に散布されている吸収溶液に吸収され、蒸発器Ｅを流れる温水を加熱する。温水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、冷却水を流して調節する。
発電単独運転においては、高熱源再生器ＧＨで発生した冷媒蒸気は冷媒蒸気膨張機１に導き、膨張機で仕事をした後吸収器Ａの吸収溶液に吸収される。低熱源再生器ＧＬＸで発生した冷媒蒸気は、吸収器Ａにて吸収溶液に吸収される。
なお、低熱源再生器ＧＬＸで発生した冷媒蒸気を冷媒蒸気膨張機１の低圧段に導く構成の場合には、膨張機１で仕事をした後、吸収器Ａにて吸収される。
本発明では、発電装置と冷凍装置とで機器を兼用することで、両装置を別々に設けるよりも設置面積を少なく、しかもコストメリットを出すことができる。
なお、熱源再生器内の溶液と熱源５の流れは、図１のように対向流でも、図２、図３のような平行流でも差支えない。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン、エンジン等の外部からの排熱を熱源として、吸収冷温水機を運転すると共に、冷媒蒸気を駆動源とする膨張機で、発電機を駆動して発電をも行うことができる冷温水製造と共に発電が可能な簡易な装置を用いて、冷暖房負荷が無い時には、発電単独の運転が可能で、また、吸収冷温水機として精留器を必要とするような冷媒／吸収剤の組合せに対して、膨張機を組込む場合の効果的な機器配置が可能な発電及び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】本発明の発電及び吸収冷温水装置の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の発電及び吸収冷温水装置の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の発電及び吸収冷温水装置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：再生器又は高熱源再生器、ＧＬＸ：低熱源再生器、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〜Ｖ５：弁、１：膨張機、２：発電機、３、３’：精留器、４、４’：分縮器、５：熱源、６、７、８：冷却水、９：冷温水通路、１１〜１７：溶液流路、１８〜２５：冷媒流路

Claims

冷媒と吸収剤とを組合せて冷温水サイクルを行う吸収冷温水機に、冷媒蒸気で駆動する冷媒蒸気膨張機及び該膨張機に接続した発電機を設け、冷温水出力と共に発電をする発電及び吸収冷温水装置であって、前記冷媒蒸気が冷媒蒸気膨張機から凝縮器に至る冷媒流路の間に精留器を設けたことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置。
前記吸収冷温水機は、二重効用サイクルのための低温再生器を持ち、前記精留器は、前記冷媒蒸気膨張機から該低温再生器に至る冷媒流路の間に設けたことを特徴とする請求項１記載の発電及び吸収冷温水装置。
温度の異なる二種類以上の熱源を利用し、あるいは顕熱変化をする熱源流体を入口から出口に向かって温度の異なる多熱源として利用し、少なくとも、高熱源再生器、低熱源再生器、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た吸収冷温水機であって、前記低熱源再生器と凝縮器との間の冷媒流路に精留器を設け、高熱源再生器と低熱源再生器との間の冷媒流路に冷媒蒸気膨張機を有する冷媒蒸気配管を設け、該膨張機に発電機を接続したことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置。
前記凝縮器と吸収器とは、それらの蒸気系を弁を有する配管で接続したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の発電及び吸収冷温水装置。
前記蒸発器には、溶液流路の溶液を該蒸発器の伝熱面に導く、暖房サイクル時に作動する弁を有する配管を接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の発電及び吸収冷温水装置。