JP2004251575A - Warm water/hot air generation system and warm water/hot air generating device - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水・温風発生システム、および温水・温風発生装置に関する。さらに詳しくは、特に排熱源からの排熱によって、極低濃度の塩化リチウム水溶液を濃縮して、４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液、または、固体塩化リチウムとし、これら高濃度塩化リチウム水溶液および固体塩化リチウムが高い蓄熱密度を有することを利用し、空調に活用可能な温水・温風を発生するシステム、およびこのシステムで使用される温水・温風発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
わが国では冬期、空調装置の利用が飛躍的に普及し、このため電力需要も増大してきた。電力会社がこの増大した電力需要に対応するには、水力発電、火力発電、原子力発電などに依存しなければならない。水力発電や原子力発電は、大容量発電設備となり投資が嵩むほか、遠距離送電しなければならないという欠点がある。石油、石炭、天然ガスなどによる火力発電は、二酸化炭素の排出量が多く、これの総排出量を削減しなければならない現状では、飛躍的な設備拡大はできないのが実情である。しかし、快適な住環境になれた生活者にとって、空調装置を利用しない生活に戻ることは苦痛である。従って、二酸化炭素を排出しない新規な空調システムの開発が望まれていた。
【０００３】
火力発電所、製鉄所、石油化学プラント、セメント工場などの各種工場、廃棄物焼却場などのガス、重油、廃棄物からの２００℃以上の高温の排出気体（排熱）は他の熱源として使用されているが、１００〜１５０℃の範囲の比較的低温の排出気体は地域暖房、浴場、温水プールなどの熱源として活用されているにすぎない。しかも、排熱は貯蔵し難いので、発生と同時に活用しなければならないという時間的制約がある。また、排熱を地域暖房として活用するには、排熱源サイトから熱需要サイトにパイプラインを敷設する必要があり、そのための経費が嵩むばかりでなく、熱源からの距離が２〜３ｋｍ以内という距離的制約がある。さらに、浴場、温水プールとして活用するには、多数の利用者が居住している地域に限られるという地域的制約があるので、十分に活用されていないのが実情である。
【０００４】
最近、上記大容量の発電設備で発電した電気を使用する空調設備に代えて、電力を使用しないで温水・温風を製造する技術である吸湿材（デシカント材）空調システムが提案されている。その一つは吸湿材ロータリー式の乾式タイプのものであり、他の一つは臭化リチウム溶液循環型の湿式タイプのものである。これら提案の吸湿材空調システムでは、いずれも吸湿材が水分を吸収する際に発生する吸収熱を利用するものであるが、蓄熱密度が３００ ｋＪ／ｋｇ以下で低いという欠点がある。なお、本発明において「蓄熱密度」とは、［吸湿材の水分吸収で発生する熱量 （ｋＪ）／｛固体塩化リチウムと水分吸収後の低濃度水溶液の平均重量（ｋｇ）｝］を意味する。蓄熱密度は、１０００ ｋＪ／ｋｇ以上が望ましい。
【０００５】
これらの吸湿材空調システムによるときは、蓄熱密度が小さいという欠点があるほか、システムで使用される吸湿材を再生（脱水、乾燥）する熱源が、吸湿材空調システムを設置する場所の近傍にあることが必須であり、吸湿材を再生する熱源と、吸湿材空調システムを設置する場所が離れている場合は、採用できないという欠点がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−３０１０１４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、かかる状況にあって、従来の空調システムに存在する上記の諸欠点を解決した、改良された空調システムを提供することを目的として、鋭意検討の結果本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明の目的は次のとおりである。
１．吸湿材を再生する熱源（排熱源サイト）と、空調システムを設置する場所（熱需要サイト）との間に、距離的制限や地域的制限がある場合でも、使用できる温水・温風発生システムを提供すること。
２．排熱を活用する際に、時間的制約のない温水・温風発生システムを提供すること。
３．蓄熱密度が大きい温水・温風発生システムを提供すること。
４．従来利用されていなかった排熱を活用し、二酸化炭素を排出しない温水・温風発生システムを提供すること。
５．上記システムで使用する温水・温風発生装置を提供すること。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第１発明では、排熱発生場所の近傍に濃縮装置を設置し、この濃縮装置で排熱を利用し低濃度塩化リチウム水溶液を濃縮し、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムとする第一（濃縮）工程、第一（濃縮）工程で得られた濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムを搬送容器に収納し、収納された搬送容器を搬送手段により空調装置が設置されている場所に搬送する第二（収納・搬送）工程、空調装置が設置されている場所の近傍で、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムを、水に希釈および／または溶解し、得られた塩化リチウム水溶液中に、水の蒸発装置から発生した水蒸気を吸収させて、低濃度塩化リチウム水溶液とする際に生じる吸収熱により、温水と温風を発生させる第三工程、水分を吸収した低濃度塩化リチウム水溶液を搬送容器に収納し、この収納された搬送容器を搬送手段により前記排熱発生場所の近傍に設置した上記濃縮装置に返送する第四工程を含むことを特徴とする、温水・温風発生システムを提供する。
【０００９】
さらに、第２発明では、低濃度塩化リチウム水溶液を、排熱発生場所で発生する排熱を活用する温水・温風発生装置において、この温水・温風発生装置は、少なくとも、低濃度塩化リチウム水溶液を加熱・濃縮し、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムとする濃縮装置、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムを容器に収納し、空調装置が設置されている場所に搬送する搬送装置、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウムを濃度が５０重量％以下の塩化リチウム水溶液とする溶解槽、濃度が５０重量％以下の塩化リチウム水溶液に水の蒸発装置から発生した水蒸気を吸収させ、温水を発生する水の吸収装置、水蒸気発生装置、水蒸気を吸収した塩化リチウム水溶液を、水蒸発装置から発生した水蒸気を吸収させ、温度の高い塩化リチウム水溶液を発生させる前記の吸収装置および水の蒸発装置とは異なる別の吸収装置、水蒸気発生装置、水蒸気吸収により温度が上昇した塩化リチウム水溶液を、外気と接触させ、外気を加熱および加湿する加熱・加湿器装置、加熱・加湿装置で低温となった２３〜３５重量％の塩化リチウム水溶液を蓄える貯槽、とより構成されることを特徴とする、温水・温風発生装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の態様】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明に係るシステムの一例を示す概略図である。図１において、Ａは排熱を発生する排熱源（排熱源サイト）、Ｅは空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）である。Ｂは低濃度塩化リチウム水溶液（本発明では、濃度２３〜３５重量％のものをいう。以下、同じ意味である。）の濃縮装置、Ｃは濃縮された４５重量％の以上の高濃度塩化リチウム水溶液、または、固体の塩化リチウム（以下、４５重量％の以上の高濃度塩化リチウム水溶液、および固体の塩化リチウムの両者を含めて、「塩化リチウムなど」と略称することがある。）の搬送手段、Ｄは「塩化リチウムなど」の高い蓄熱密度を活用した温水・温風発生装置である。
【００１１】
「塩化リチウムなど」の蓄熱密度は、塩化リチウムが固体の塩化リチウムであるときは、結晶形態によって変化するが１８００〜３２００ｋＪ／ｋｇであり、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液であるときは、１１００〜２２００ｋＪ／ｋｇであり、いずれも極めて大きな値を示す。本発明では、蓄熱密度が１０００ｋＪ／ｋｇ以上の塩化リチウム（水溶液）の高い蓄熱密度を活用する。
【００１２】
本発明に係る温水・温風発生システムにおける排熱源（排熱源サイト）（Ａ）で発生する排熱は、低濃度塩化リチウムを濃縮して、「塩化リチウムなど」とする際の熱源として活用される。低濃度の塩化リチウム水溶液を濃縮して「塩化リチウムなど」とすることによって、「塩化リチウムなど」の蓄熱密度を高めることができる。排熱源（Ａ）の具体例としては、セメント工場、廃棄物焼却場、石油化学プラント、製鉄所などから排出される、温度が９０〜１５０℃の範囲の比較的低温の排水、排ガスなどをいう。空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）から移送された低濃度塩化リチウム水溶液は、低濃度塩化リチウム貯槽に蓄えられる。
【００１３】
濃縮装置（Ｂ）は、上記排熱源（Ａ）の近傍に配置され、上記排熱源を活用して、低濃度塩化リチウム水溶液を「塩化リチウムなど」とする装置である。ここで、「排熱源の近傍」とは、上記排熱源からの排熱を配管で移動・活用できる範囲を意味し、排熱が発生する敷地内が好適であり、排熱源に隣接しているのがより好ましい。
【００１４】
濃縮装置（Ｂ）は、少なくとも、空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）から返送された低濃度塩化リチウム水溶液を、濃縮缶（Ｂ１）で排熱発生場所（Ａ）で発生する排熱によって加熱し、溶液中の水分を蒸発させて濃縮する濃縮缶（Ｂ１）、濃縮缶（Ｂ１）内の圧力を減圧にして濃縮を早める減圧装置（Ｂ４）、濃縮缶（Ｂ１）から蒸発した水蒸気を冷却・凝縮させ凝縮水を系外に排出する凝縮装置（Ｂ３）、濃縮された高濃度塩化リチウム水溶液または固体の塩化リチウム用収納容器（Ｂ９）によって構成される（後記、図２参照）。場合により、固液分離機（Ｂ６）を装備する。
【００１５】
第一（濃縮）工程においては、まず、熱需要サイト（Ｅ）側から搬送された塩化リチウム水溶液は、塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）から、全量ポンプ（Ｂ１０）によって低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｂ７）に移送し、搬送容器（Ｂ８）を空にする。濃縮缶（Ｂ１）では、低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｂ７）に蓄えられた低濃度塩化リチウム水溶液をポンプ（Ｂ１１）で移送し、低濃度塩化リチウム水溶液を加熱して水分を蒸発させ濃縮し、濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液とし、または固体塩化リチウムを析出（晶析）させる機能を果たす。濃縮缶（Ｂ１）は、上記排熱を活用可能な加熱ジャケットを装備した構造、または濃縮缶（Ｂ１）に直接導入可能な構造とする。濃縮缶（Ｂ１）には、水分の蒸発を促進する目的で、濃縮缶（Ｂ１）内の圧力を減圧にする減圧装置（Ｂ４）を装備する。濃縮缶（Ｂ１）には、さらに蒸発した水蒸気を冷却・凝縮させる凝縮装置（Ｂ３）を装備し、凝縮水をここから系外に排出させる。
【００１６】
第一（濃縮）工程においては、濃度が２３〜３５重量％の低濃度塩化リチウム水溶液を、貯槽（Ｂ７）からポンプ（Ｂ１１）によって濃縮缶（Ｂ１）に移送する。濃縮缶（Ｂ１）への移送は貯槽（Ｂ７）から直接であってもよく、または、移送ラインの途中で上記排熱を活用した加熱装置（Ｂ５）によって予熱して移送してもよい。また、濃縮缶（Ｂ１）の塩化リチウム水溶液をポンプ（Ｂ１２）で真空蒸発器（Ｂ２）を経由させ、排熱源よりの排熱を活用して熱交換器によって８５〜１２０℃に加熱し、低濃度塩化リチウム水溶液中の水分を蒸発させることもできる。
【００１７】
第一（濃縮）工程においては、濃縮缶（Ｂ１）内を５５００〜２００００Ｐａの減圧状態とし、熱源によって塩化リチウム水溶液を８５〜１２０℃に加熱する。濃縮缶（Ｂ１）では、塩化リチウム水溶液中の水分の一部を蒸発させて水蒸気とし、水蒸気は塩化リチウム水溶液と分離され、濃縮缶（Ｂ１）の上部に配置された凝縮装置（Ｂ３）によって冷却され、凝縮水とされて濃縮系外に排出される。濃縮缶（Ｂ１）内の塩化リチウム水溶液は、濃縮の程度によって高濃度の塩化リチウム水溶液となり、または塩化リチウム水溶液中に固体の塩化リチウムが共存したスラリー状を呈する液となる。
【００１８】
塩化リチウム水溶液がスラリー状を呈し、必要があれば、このスラリーを固液分離機（Ｂ６）によって、固体の塩化リチウムと濾液に分離する。固体の塩化リチウムは固体の塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）に収納する。濾液は濃縮缶（Ｂ１）に戻す。固液分離機としては、各種の遠心分離機や濾過器などが挙げられる。濃度が４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液を搬送する場合は、高濃度塩化リチウム水溶液を塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）に収納する。搬送容器（Ｂ８）と搬送容器（Ｂ９）とは、排熱源サイト（Ａ）と熱需要サイト（Ｅ）との間を往復する通い容器として機能する。搬送容器（Ｂ８）と搬送容器（Ｂ９）とを、それぞれ複数個準備すれば、本発明に係るシステムを連続的に稼動させることができる。
【００１９】
第二工程では、「塩化リチウムなど」を収納した、塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）、および／または、固体塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）を、搬送手段（Ｃ）によって、温水・温風発生装置（Ｄ）が設置されている場所の近傍に移送する。塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）、固体塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）などの搬送手段（Ｃ）は、車両、船舶、飛行機などが挙げられる。中でも、車両が好適である。排熱発生場所（排熱源サイト）（Ａ）と空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）との距離は３０ ｋｍ程度離れていてもよい。温水・温風発生装置（Ｄ）が設置されている場所と、空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）とは、５０ｍ以内程度に隣接しているのが好ましい。
【００２０】
第三工程では、排熱源サイト（Ａ）から搬送された高い蓄熱密度を有する「塩化リチウムなど」を温水・温風発生装置（Ｄ）を経由して温水と温風を発生させる。温水・温風発生装置（Ｄ）では、「塩化リチウムなど」を水で希釈および／または水に溶解し、得られた塩化リチウム水溶液中に、水の蒸発装置から発生した水蒸気を吸収させて、低濃度塩化リチウム水溶液とする際に生じる吸収熱により、温水と温風を発生させる。発生させた温水・温風などは、温水・温風発生装置（Ｄ）の近傍に配置された空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）で、空調用に活用される。
【００２１】
本発明において、空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）とは、暖房を必要とする施設を意味する。具体的には、商業ビル、病院、ホテル、レストラン、コンビニエンスストア、幼稚園、保育園、学校、各種の福祉施設などが挙げられるが、これら例示したものに限定されるものではない。
【００２２】
温水・温風発生装置（Ｄ）には、温水を発生させる温水発生装置、および温風発生装置を配置する。温水発生装置は、少なくとも、排熱源サイトから搬送された「塩化リチウムなど」を低濃度の塩化リチウム水溶液に溶解する溶解槽（Ｄ６）、第１吸収装置（Ｄ１）、および第１水蒸発装置（Ｄ２）によって構成される。第１吸収装置（Ｄ１）では、第１水蒸発装置（Ｄ２）で蒸発した水蒸気を塩化リチウム水溶液に吸収させ、この際発生する吸収熱を利用して温水をさせ、この吸収された水は「塩化リチウムなど」を溶解、希釈するために使用する（後記、図３参照）。
【００２３】
温風発生装置は、少なくとも、第２吸収装置（Ｄ３）、第２水蒸発装置（Ｄ４）および加熱・加湿装置（Ｄ５）とによって構成される。第２吸収装置（Ｄ３）では、第２水蒸発装置（Ｄ４）で蒸発した水蒸気を、第１吸収装置（Ｄ１）出口の塩化リチウム水溶液に吸収させ、この際発生する吸収熱によって温度の高い塩化リチウム水溶液を発生させる。加熱・加湿装置（Ｄ５）では、その温度の高い塩化リチウム水溶液を外気と接触させ、外気を加熱するとともに加湿して温風を発生させる（後記、図３参照）。
【００２４】
溶解槽（Ｄ６）においては、固体の塩化リチウムまたは４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液を、低濃度の塩化リチウム水溶液によって溶解および／または希釈して、濃度が５０重量％以下の塩化リチウム水溶液とする。濃度の上限（５０重量％）は塩化リチウムの飽和溶解度である。
【００２５】
溶解槽（Ｄ６）において濃度調節された塩化リチウム水溶液を、第１吸収装置（Ｄ１）に移送する。第１吸収装置（Ｄ１）では、第１水蒸発装置（Ｄ２）からの水蒸気を塩化リチウム水溶液に吸収させ、この際発生する吸収熱によって６０℃程度の温水を発生させる。水蒸気を吸収した塩化リチウム水溶液の濃度は３５〜４６重量％、その温度は６５℃程度となり、ポンプによってその一部を高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）に移送し、残りを上記溶解槽（Ｄ６）に循環させる。
【００２６】
第１水蒸発装置（Ｄ２）では、４０００〜８０００Ｐａ程度の真空状態で、３５℃以上の低温排熱により水を蒸発させる。低温排熱源としては、各種設備の冷却用に使用された冷却水などが挙げられる。第１水蒸発装置（Ｄ２）内の水は、蒸発した分だけ外部より補給し水分量を一定に維持するものとする。
【００２７】
第１吸収装置（Ｄ１）と第１水蒸発装置（Ｄ２）は、一つの装置に一体化されている構造のもの、それぞれ独立した装置がパイプなどで連結された構造のものなど、いずれであってもよい。第１吸収装置（Ｄ１）の気相部は、第１水蒸発装置（Ｄ２）の気相部と連結され、４０００〜８０００Ｐａ程度の真空に保持するのが好ましい。これらの装置の種類としては、吸収式冷凍機で一般に使用されている各種の吸収装置と蒸発装置などが挙げられる。
【００２８】
温水を発生させずに温風のみを発生する場合には、溶解槽（Ｄ６）において「塩化リチウムなど」を、ポンプ（Ｄ１９）で移送された加熱・加湿装置（Ｄ５）出口の塩化リチウム水溶液と混合・攪拌し、固体の塩化リチウムまたは４５重量％以上の高濃度塩化リチウム水溶液を溶解および／または希釈し、第２吸収装置（Ｄ３）に移送する（後記、図４参照）。
【００２９】
高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）では、第１吸収装置（Ｄ１）よりの塩化リチウム水溶液を一時貯蔵し、ポンプ（Ｄ１６）により第２吸収装置（Ｄ３）に移送する。この高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）は、第１吸収装置（Ｄ１）よりの塩化リチウム水溶液の量と第２吸収装置（Ｄ３）に移送する液の量とが異なる際に緩衝する機能を果たす。
【００３０】
第２吸収装置（Ｄ３）では、高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）出口の塩化リチウム水溶液と加熱・加湿装置（Ｄ５）出口の塩化リチウム水溶液との混合溶液に、第２水蒸発装置（Ｄ４）からの水蒸気を吸収させ、この際発生する吸収熱によって温度が２３〜３５℃、濃度が２３〜３５重量％の塩化リチウム水溶液を発生させ、その塩化リチウム水溶液を加熱・加湿装置（Ｄ５）に移送する。また、この第２吸収装置（Ｄ３）出口の塩化リチウム水溶液を、溶解槽（Ｄ６）での溶解および／または希釈用塩化リチウム水溶液の一部として使用することもできる。
【００３１】
第２水蒸発装置（Ｄ４）では、１２００〜２０００Ｐａ程度の真空状態で、温度が２５℃以上の低温排熱により水を蒸発させる。低温排熱源としては、各種設備の冷却水などが挙げられる。第２水蒸発装置（Ｄ３）内の水は、蒸発した分だけ外部より補給し水分量を一定に維持するものとする。
【００３２】
第２吸収装置（Ｄ３）と第２水蒸発装置（Ｄ４）は、一つの装置に一体化されている構造のもの、それぞれ独立した装置がパイプなどで連結された構造のものなど、いずれであってもよい。第２吸収装置（Ｄ３）の気相部は、第２水蒸発装置（Ｄ４）の気相部と連結され、１２００〜２０００Ｐａ程度の真空に保持するのが好ましい。これらの装置の種類としては、吸収式冷凍機で一般に使用されている吸収装置と蒸発装置などが挙げられる。
【００３３】
加熱・加湿装置（Ｄ５）では、第２吸収装置（Ｄ３）出口の塩化リチウム水溶液を外気と接触させ、外気を加熱するとともに加湿して温風を発生させ、温風を空調空間に供給する。加熱・加湿装置（Ｄ５）の出口塩化リチウム水溶液の一部を低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ１０）に移送し、残りを第２吸収装置（Ｄ３）に循環させる。加熱・加湿装置（Ｄ５）の種類としては濡れ壁式や充填塔式の気液接触装置が挙げられる。
【００３４】
低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ１０）に貯蔵された溶液は、ポンプ（Ｄ２０）により塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）に収納し、この搬送容器（Ｂ８）を搬送手段（Ｃ）により前記した排熱源のある場所（排熱源サイト）（Ａ）の近傍に設置した濃縮装置に搬送する（第四工程）。排熱源サイト（Ａ）に搬送された低濃度塩化リチウム水溶液は、前記第一（濃縮）工程に付される。本発明に係るシステムでは、第一（濃縮）工程ないし第四工程が、繰り返される。
【００３５】
本発明に係る温水・温風発生システムにおいて、塩化リチウム水溶液の蒸気圧の状態変化を、図５に基づいて説明する。図５において、縦軸は平衡蒸気圧（ＬｏｇＰ、Ｐａ）であり、横軸は温度（℃）である。図５における蒸気圧には、濃度の異なる塩化リチウム水溶液の蒸気圧に加えて、水の蒸気圧および空気中の水蒸気圧も含まれている。この図５に基づいて、塩化リチウム水溶液による第１吸収装置（Ｄ１）での水蒸気吸収による温水発生工程、温風発生工程および塩化リチウム水溶液の濃縮工程について説明する。
【００３６】
図中の点▲１▼は、第１吸収装置（Ｄ１）での濃度が５０重量％以下の塩化リチウム水溶液の温度―蒸気圧の関係を示し、点▲２▼は第１吸収装置（Ｄ１）で水蒸気を吸収して濃度が低くなった第１吸収装置（Ｄ１）出口の塩化リチウム水溶液である。塩化リチウム水溶液は点▲１▼から点▲２▼に変化する過程で、塩化リチウム水溶液は水蒸気を吸収し、その吸収の際に生じる吸収熱により、温水を発生させる。
【００３７】
点▲３▼は第２吸収装置（Ｄ３）入口の塩化リチウム水溶液であり、加熱・加湿装置（Ｄ５）の出口塩化リチウム水溶液点▲５▼と第１吸収装置（Ｄ１）出口の塩化リチウム水溶液点▲２▼の混合した溶液である。点▲４▼は第２吸収装置（Ｄ３）出口の塩化リチウム水溶液であり、加熱・加湿装置（Ｄ５）入口の溶液でもある。塩化リチウム水溶液は点▲３▼から点▲４▼に変化する過程で、塩化リチウム水溶液は水蒸気を吸収し、その吸収の際に生じる吸収熱により、塩化リチウム水溶液の温度が上昇する。
【００３８】
加熱・加湿装置（Ｄ５）では、入口の塩化リチウム水溶液点▲４▼が外気と接触し、外気を加熱および加湿して、温度が低下し、濃度のわずか上昇した出口の塩化リチウム水溶液点▲５▼に変化する。
【００３９】
加熱・加湿装置（Ｄ５）出口の塩化リチウム水溶液点▲５▼は、濃縮缶（Ｂ１）で加熱することによって点▲６▼を経由して、飽和溶解度の点▲７▼に達する。さらに濃縮を継続すると、塩化リチウム水溶液中に固体の塩化リチウムが析出し、溶液中に固体の塩化リチウムが混在するスラリー状を呈する。固体の塩化リチウムは固液分離機で分離されて点▲８▼の結晶塩化リチウムとされる。
【００４０】
図中の点（ａ）は加熱・加湿装置（Ｄ５）入口の外気の状態を、点（ｂ）は加熱・加湿装置（Ｄ５）出口の空気状態を示す。点（ｃ）は第１吸収装置（Ｄ１）と同一圧力の第１水蒸発装置（Ｄ２）での水の状態を示し、点（ｄ）は第２吸収装置（Ｄ３）と同一圧力の第２水蒸発装置（Ｄ４）での水の状態を示し、点（ｅ）は濃縮缶（Ｂ１）で塩化リチウム水溶液から蒸発した水蒸気の凝縮水の状態を示す。
【００４１】
第１吸収装置（Ｄ１）と第１水蒸発装置（Ｄ２）は同一圧力とされ、点▲１▼、点▲２▼、点（ｃ）は等しい圧力を示し、第２吸収器（Ｄ３）と第２水蒸発器（Ｄ４）は同一圧力とされ、点▲４▼と点（ｄ）は等しい圧力を示す。加熱・加湿装置（Ｄ５）下部では、空気入口の点（ａ）と塩化リチウム水溶液出口の点▲５▼の圧力は、「 点▲５▼の圧力 ＞ 点（ａ）の圧力 」の関係を満たし、加熱・加湿装置（Ｄ５）上部では、空気出口の点（ｂ）と塩化リチウム水溶液入口の点▲４▼の圧力は、「 点▲４▼の圧力 ＞ 点（ｂ）の圧力 」の関係を満たし、その圧力差により塩化リチウム水溶液中の水分が外気へ移動する。濃縮装置では濃縮缶（Ｂ１）の溶液の点▲７▼と点▲６▼および点（ｅ） は等しい圧力を示す。
【００４２】
【実施例】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を越えない限り、以下の記載例に限定されるものではない。
【００４３】
［実施例１］
まず、固体塩化リチウムで結晶形態が一水塩であって、蓄熱密度が１８００ｋＪ／ｋｇのものを使用した場合について説明する。図２は濃縮装置（Ａ）の一例の概略図、図３は温水・温風発生装置（Ｄ）の一例の概略図、図４は温風のみ発生する温風発生装置の一例の概略図、図５は塩化リチウム水溶液の平衡蒸気圧を示す図である。
【００４４】
図２において、熱需要サイトより搬送された塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）内の濃度が３３重量％の塩化リチウム水溶液を、塩化リチウム水溶液貯槽（Ｂ７）に受け入れる。その貯槽（Ｂ７）より塩化リチウム水溶液をポンプ（Ｂ１１）によって濃縮缶（Ｂ１）に移送する。移送ラインの途中で、濃縮加熱源として真空蒸発器（Ｂ２）で使用した低圧蒸気の凝縮水と、熱交換器（Ｂ５）において熱交換し塩化リチウム水溶液を予熱する。
【００４５】
濃縮缶（Ｂ１）の内部は、温度１００℃、圧力は減圧装置（Ｂ４）により９０００Ｐａの真空に維持される。濃縮缶（Ｂ１）では、塩化リチウムの飽和水溶液中に結晶の塩化リチウムが混在しているスラリー状を呈している。スラリー液はポンプ（Ｂ１２）によって真空蒸発器（Ｂ２）に移送され、そこで排熱源を活用した低圧蒸気により加熱され溶液中の水分の一部が蒸発して新たに結晶が生成し、再び濃縮缶（Ｂ１）に戻される。濃縮缶（Ｂ１）では、スラリー液を加熱することによって発生した水蒸気をスラリー液から分離し、凝縮装置（Ｂ３）において冷却され、凝縮水とされて系外に排出される。
【００４６】
濃縮缶（Ｂ１）のスラリー液をポンプ（Ｂ１３）により固液分離機の一種である遠心分離機（Ｂ６）に移送し、固体の塩化リチウムと濾液とに分離する。固液分離機（Ｂ６）で分離された濾液は濃縮缶（Ｂ１）に戻し、濃縮操作を繰り返す。結晶の固体塩化リチウムは固体塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）に収納し、この搬送容器（Ｂ９）は搬送手段（Ｃ）により温水・温風発生装置（Ｄ）に移送され、ここで温水・温風などを発生させ、これらを空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）（Ｅ）で活用することは、前記したとおりである。
【００４７】
図３において、排熱源サイトより搬送された固体塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）から固体塩化リチウムをロータリーバルブによって供給量を調節しながら溶解槽（Ｄ６）に投入する。溶解槽（Ｄ６）では第１吸収装置（Ｄ１）出口の塩化リチウム水溶液と固体塩化リチウムを攪拌・混合し固体塩化リチウムを溶解させ、４７重量％の塩化リチウム水溶液とする。溶解した塩化リチウム水溶液を、ポンプ（Ｄ１３）で４４００Ｐａの真空に保持された第１吸収装置（Ｄ１）に移送し、そこで第１水蒸発装置（Ｄ２）で発生した水蒸気を吸収し、その吸収の際に発生する吸収熱を熱交換により６０℃の温水を発生させ、温度が６５℃、濃度が４５重量％の塩化リチウム水溶液となる。
【００４８】
水蒸気を吸収した溶液は、その大半を溶解槽（Ｄ６）に循環し、残りを高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）に移送する。第１水蒸発装置（Ｄ２）では、４０℃の排水で水を加熱し、３１℃の水蒸気を発生させる。第１水蒸発装置（Ｄ２）の水は蒸発した分だけ常に外部より補充し水分量を一定に保つ。高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）は第１吸収装置（Ｄ１）よりの塩化リチウム水溶液の量と第２吸収装置（Ｄ３）に移送する液の量とが異なる際に、緩衝する機能を果たす。
【００４９】
高濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ９）出口の塩化リチウム水溶液を、加熱・加湿装置（Ｄ５）出口の塩化リチウム水溶液と混合し、その混合溶液を１６００Ｐａの真空に保持された第２吸収装置（Ｄ３）に移送する。第２吸収装置（Ｄ３）では、塩化リチウム水溶液に第２水蒸発装置（Ｄ４）からの水蒸気を吸収させ、この際発生する吸収熱によって３２℃、３３重量％の塩化リチウム水溶液を発生させ、その塩化リチウム水溶液を加熱・加湿装置（Ｄ５）に移送する。第２水蒸発装置（Ｄ４）では、第１水蒸発装置（Ｄ２）出口の排水により水を加熱し、１４℃の水蒸気を発生させる。第２水蒸発装置（Ｄ４）の水は蒸発した分だけ常に外部より補充し水分量を一定に保つ。
【００５０】
加熱・加湿装置（Ｄ５）としては濡れ壁式を用い、第２吸収装置（Ｄ３）よりの塩化リチウム水溶液を濡れ壁式加熱・加湿器（Ｄ５）の上部より薄膜を形成させて流下させ、下部からは温度が５．６℃、湿度が２．９ ｇ／ｋｇの冬場の外気を液膜に沿って上昇させて、空気を加熱するとともに加湿し、加熱・加湿器（Ｄ５）出口の空気を温度が２７℃、湿度が８ ｇ／ｋｇの温風として空調空間に供給する。
【００５１】
加熱・加湿装置（Ｄ５）の出口塩化リチウム水溶液の一部を低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ１０）に移送し、残りを第２吸収装置（Ｄ３）に循環させる。低濃度塩化リチウム水溶液貯槽（Ｄ１０）に貯蔵された溶液は、ポンプにより塩化リチウム水溶液搬送容器（Ｂ８）に収納し、この容器を搬送手段（Ｃ）により前記した排熱源のある場所（排熱源サイト）（Ａ）に搬送する。
【００５２】
［実施例２］
次に、濃度が６０重量％の高濃度塩化リチウム水溶液（水溶液中に固体が混合してスラリー状のものを意味し、蓄熱密度は１４００ｋＪ／ｋｇである）を使用した場合について、説明する。基本的には、固体の塩化リチウムを使用した上記の実施例１におけると同一なので、実施例１と異なる点のみについて説明する。
【００５３】
図２において、固液分離機（Ｂ６）と固体塩化リチウム搬送容器（Ｂ９）は不要となる。濃度が３３重量％のスラリー液をポンプにより濃縮缶（Ｂ１）に移送し、以後の濃縮操作は、実施例１における操作と同様である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明は、以上詳細に説明したとおりであり、次のような特別に有利な効果を奏し、その産業上の利用価値は極めて大である。
１．本発明に係る温水・温風発生システムは、従来活用されていなかった９０〜１５０℃の排熱を塩化リチウムに蓄熱し、蓄熱した塩化リチウムが容易に搬送できるので、塩化リチウム水溶液を濃縮するための熱源（排熱源サイト）と、蓄熱した熱を利用する空調システムを設置する場所（熱需要サイト）とが距離的に離れていても活用可能であり、距離的制約を受け難い。
２．本発明に係る温水・温風発生システムは、居住者が少ない地域で発生した未利用エネルギーを蓄熱した塩化リチウムを保管でき、塩化リチウムに蓄熱した状態で、多数の利用者が居住している地域に搬送して利用できるので、地域的制約を受け難い。
３．本発明に係る温水・温風発生システムは、排熱を塩化リチウムに蓄積して活用することができるので、蓄積した排熱を利用する際に時間的制約を受け難い。
４．本発明に係る温水・温風発生システムは、排熱を塩化リチウムに一旦蓄積し、必要な時に利用するので、空調装置の稼働によって生じる電力需要のピークを軽減し、総合エネルギー効率の向上を図ることができる。
５．本発明に係る温水・温風発生システムは、熱源として主として９０〜１５０℃の従来活用されていなかった排熱を利用するので、新たに二酸化炭素を排出することがない。
６．本発明に係わる温水・温風発生システムは、蓄熱密度が大きいので、設備が大掛かりになることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシステムの一例を示す概略図である。
【図２】濃縮装置（Ｂ）の一例の概略図である。
【図３】温水・温風発生装置（Ｄ）の一例の概略図である。
【図４】温風のみ発生する温風発生装置の一例の概略図である。
【図５】塩化リチウム水溶液と平衡蒸気圧との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ：排熱源（排熱源サイト）
Ｂ：濃縮装置
Ｂ１：濃縮缶
Ｂ２：真空蒸発器
Ｂ３：凝縮器
Ｂ４：減圧装置
Ｂ５：加熱器
Ｂ６：固液分離機
Ｂ７：塩化リチウム水溶液貯槽
Ｂ８：塩化リチウム水溶液搬送容器
Ｂ９：固体塩化リチウム搬送容器
Ｂ１０、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３：ポンプ
Ｃ：搬送手段
Ｄ：温水・温風発生装置
Ｄ１：第１吸収装置
Ｄ２：第１水蒸発装置
Ｄ３：第２吸収装置
Ｄ４：第２水蒸発装置
Ｄ５：加熱・加湿装置
Ｄ６：溶解槽
Ｄ７：第１減圧装置
Ｄ８：第２減圧装置
Ｄ９：高濃度塩化リチウム水溶液貯槽
Ｄ１０：低濃度塩化リチウム水溶液貯槽
Ｄ１３、Ｄ１４、Ｄ１５、Ｄ１６、Ｄ１７、Ｄ１８、Ｄ１９、Ｄ２０：ポンプ
Ｅ：空調装置が設置されている場所（熱需要サイト）[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hot water / hot air generating system and a hot water / hot air generating device. More specifically, the extremely low-concentration lithium chloride aqueous solution is concentrated by the exhaust heat from the exhaust heat source to obtain a high-concentration lithium chloride aqueous solution of 45% by weight or more or solid lithium chloride, and these high-concentration lithium chloride aqueous solution and The present invention relates to a system that generates hot water and hot air that can be used for air conditioning by utilizing solid lithium chloride having a high heat storage density, and a hot water and hot air generating device used in the system.
[0002]
[Prior art]
In Japan, the use of air conditioners has become dramatically widespread in winter, which has led to an increase in power demand. Power companies have to rely on hydro, thermal and nuclear power to respond to this increased demand. Hydropower and nuclear power are disadvantageous in that they have to be large-capacity power generation facilities, increase investment, and require long-distance power transmission. Thermal power generation using petroleum, coal, natural gas, etc. emits a large amount of carbon dioxide, and under the current situation where total emissions must be reduced, it is not possible to dramatically expand facilities. However, it is painful for a resident who has a comfortable living environment to return to life without using the air conditioner. Therefore, development of a new air conditioning system that does not emit carbon dioxide has been desired.
[0003]
High-temperature exhaust gas (exhaust heat) of 200 ° C or higher from gas, heavy oil, and waste from various plants such as thermal power plants, steel mills, petrochemical plants, cement plants, and waste incineration plants, and used as other heat sources However, the relatively low-temperature exhaust gas in the range of 100 to 150 ° C. is only used as a heat source for district heating, baths, heated pools, and the like. In addition, since it is difficult to store the waste heat, there is a time constraint that the waste heat must be used as soon as it is generated. In addition, in order to use the exhaust heat as district heating, it is necessary to lay a pipeline from the exhaust heat source site to the heat demand site, which not only increases the cost but also the distance from the heat source to within 2 to 3 km. There are restrictions. Furthermore, it is not fully utilized because it is limited to areas where a large number of users live in order to use it as a bath or a heated pool.
[0004]
In recent years, instead of air conditioning equipment that uses electricity generated by the large-capacity power generation equipment, a moisture absorbing (desiccant) air conditioning system has been proposed, which is a technology for producing hot water and hot air without using electric power. One is a dry type of a rotary type of a hygroscopic material, and the other is a wet type of a lithium bromide solution circulation type. All of these proposed absorbent air conditioning systems utilize the heat of absorption generated when the absorbent absorbs moisture, but have the disadvantage that the heat storage density is low at 300 kJ / kg or less. In the present invention, the term "heat storage density" means [calorific value (kJ) generated by moisture absorption of the hygroscopic material / {average weight of solid lithium chloride and low-concentration aqueous solution after moisture absorption (kg)}]. The heat storage density is desirably 1000 kJ / kg or more.
[0005]
These air-conditioning air conditioning systems have the disadvantage of low heat storage density and have a heat source for regenerating (dehydrating and drying) the water-absorbing materials used in the system near the location where the air-conditioning air-conditioning system is installed. This is indispensable, and when the heat source for regenerating the moisture absorbent and the place where the moisture absorbent air conditioning system is installed are far from each other, there is a disadvantage that it cannot be adopted.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-5-301014
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Under such circumstances, the present inventors have made intensive studies to complete the present invention as a result of an intensive study for the purpose of providing an improved air conditioning system which has solved the above-mentioned drawbacks existing in the conventional air conditioning system. It has been reached. That is, the objects of the present invention are as follows.
1. A hot water / hot air generation system that can be used even if there are distance or regional restrictions between the heat source that regenerates the absorbent material (exhaust heat source site) and the place where the air conditioning system is installed (heat demand site). To provide.
2. To provide a hot water / hot air generation system without time constraints when utilizing exhaust heat.
3. To provide a hot water / hot air generation system with high heat storage density.
4. To provide a hot water / hot air generation system that does not emit carbon dioxide by utilizing waste heat that has not been used before.
5. To provide a hot water / hot air generator used in the above system.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, in the first invention, a concentrating device is installed in the vicinity of a place where waste heat is generated. (Concentration) step of converting a high-concentration lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride into a high-concentration lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride having a concentration of 45% by weight or more obtained in the first (concentration) step The second (storage / transport) step of transporting the stored transport container to the location where the air conditioner is installed by the transport means, where the concentration is 45% by weight near the location where the air conditioner is installed. The above-described high-concentration lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride is diluted and / or dissolved in water, and water vapor generated from a water evaporator is absorbed in the obtained lithium chloride aqueous solution to reduce the concentration. The third step of generating hot water and hot air by the heat of absorption generated when the lithium chloride aqueous solution is used, the low-concentration lithium chloride aqueous solution having absorbed water is stored in a transport container, and the stored transport container is transported by the transport unit. A fourth aspect of the present invention is to provide a hot water / hot air generation system, which includes a fourth step of returning the hot water to the concentrating device installed near the exhaust heat generation place.
[0009]
Further, in the second invention, in the hot water / hot air generator utilizing the low-concentration lithium chloride aqueous solution at the exhaust heat generation site, the hot water / hot air generator includes at least a low-concentration lithium chloride aqueous solution. Is heated and concentrated to obtain a concentrated lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride having a concentration of 45% by weight or more, and a high concentration lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride having a concentration of 45% by weight or more is stored in a container. A transport device for transporting to a place where an air conditioner is installed, a dissolution tank for converting a high-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 45% by weight or more or solid lithium chloride to a lithium chloride aqueous solution having a concentration of 50% by weight or less; A water absorber, a steam generator, which absorbs water vapor generated from a water evaporator into a lithium chloride aqueous solution of 50% by weight or less to generate hot water; The absorption device is different from the absorption device and the water evaporation device, which absorbs steam, absorbs water vapor generated from a water evaporation device, and generates a high-temperature lithium chloride aqueous solution. A heating / humidifying device for heating and humidifying the outside air by bringing the aqueous solution of lithium chloride, whose temperature has risen due to the absorption of water vapor, into contact with the outside air, and a storage tank for storing a 23 to 35% by weight aqueous solution of lithium chloride cooled by the heating / humidifying device. And a hot water / hot air generator.
[0010]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a system according to the present invention. In FIG. 1, A is a waste heat source that generates waste heat (a waste heat source site), and E is a place where an air conditioner is installed (a heat demand site). B is an apparatus for concentrating a low-concentration lithium chloride aqueous solution (in the present invention, having a concentration of 23 to 35% by weight; the same applies hereinafter); C is a high-concentration lithium chloride having a concentration of 45% by weight or more Means for transporting an aqueous solution or solid lithium chloride (hereinafter, may be abbreviated as "lithium chloride or the like", including both a high-concentration aqueous solution of lithium chloride of 45% by weight or more and solid lithium chloride). And D are hot water / hot air generators utilizing the high heat storage density of “lithium chloride or the like”.
[0011]
When lithium chloride is solid lithium chloride, the heat storage density of "such as lithium chloride" varies depending on the crystal form, but is 1800 to 3200 kJ / kg, and is a high-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 45% by weight or more. At that time, it is 1100-2200 kJ / kg, and all show extremely large values. In the present invention, a high heat storage density of lithium chloride (aqueous solution) having a heat storage density of 1000 kJ / kg or more is used.
[0012]
Exhaust heat generated in the exhaust heat source (exhaust heat source site) (A) in the hot water / hot air generation system according to the present invention is utilized as a heat source when concentrating low-concentration lithium chloride to obtain “lithium chloride or the like”. You. By concentrating a low-concentration aqueous solution of lithium chloride to “lithium chloride or the like”, the heat storage density of “lithium chloride or the like” can be increased. Specific examples of the waste heat source (A) include relatively low-temperature wastewater having a temperature in the range of 90 to 150 ° C and exhaust gas discharged from a cement plant, a waste incineration plant, a petrochemical plant, a steel mill, or the like. . The low-concentration lithium chloride aqueous solution transferred from the place where the air conditioner is installed (heat demand site) (E) is stored in the low-concentration lithium chloride storage tank.
[0013]
The concentrating device (B) is a device that is disposed near the exhaust heat source (A) and that converts the low-concentration lithium chloride aqueous solution to “lithium chloride or the like” by using the exhaust heat source. Here, “in the vicinity of the exhaust heat source” means a range in which the exhaust heat from the exhaust heat source can be moved and utilized by piping, and is preferably in a site where the exhaust heat is generated, and is adjacent to the exhaust heat source. Is more preferred.
[0014]
The concentrating device (B) converts the low-concentration lithium chloride aqueous solution returned from at least the place (heat demand site) where the air conditioner is installed (heat demand site) (E) into the condensing can (B1) at the waste heat generating place (A). The concentrating canister (B1) for heating by the generated exhaust heat to evaporate and concentrate the water in the solution, the decompression device (B4) for reducing the pressure in the concentrating canister (B1) to accelerate the concentration, and the concentrating canister (B1). A condenser (B3) for cooling and condensing water vapor evaporated from the system to discharge condensed water out of the system, and a storage container (B9) for concentrated high-concentration lithium chloride aqueous solution or solid lithium chloride (described later, FIG. 2). Optionally, a solid-liquid separator (B6) is provided.
[0015]
In the first (concentration) step, first, the lithium chloride aqueous solution transported from the heat demand site (E) side is supplied from the lithium chloride aqueous solution transport container (B8) to the low-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (B10) by the total amount pump (B10). B7) and empty the transfer container (B8). In the concentration canister (B1), the low-concentration lithium chloride aqueous solution stored in the low-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (B7) is transferred by a pump (B11), and the low-concentration lithium chloride aqueous solution is heated to evaporate water and concentrated. It functions as a high-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 45% by weight or more, or functions to precipitate (crystallize) solid lithium chloride. The concentrating can (B1) has a structure equipped with a heating jacket capable of utilizing the exhaust heat or a structure that can be directly introduced into the concentrating can (B1). The concentrating canister (B1) is equipped with a decompression device (B4) for reducing the pressure in the concentrating canister (B1) in order to promote evaporation of water. The concentrating canister (B1) is further equipped with a condenser (B3) for cooling and condensing the evaporated water vapor, from which the condensed water is discharged out of the system.
[0016]
In the first (concentration) step, a low-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 23 to 35% by weight is transferred from the storage tank (B7) to the concentration can (B1) by the pump (B11). The transfer to the concentration canister (B1) may be directly from the storage tank (B7), or may be performed by preheating by a heating device (B5) utilizing the exhaust heat in the middle of the transfer line. Further, the lithium chloride aqueous solution in the concentrating can (B1) is passed through the vacuum evaporator (B2) by the pump (B12), and is heated to 85 to 120 ° C. by the heat exchanger using the waste heat from the waste heat source. It is also possible to evaporate water in a concentrated lithium chloride aqueous solution.
[0017]
In the first (concentration) step, the inside of the concentration can (B1) is reduced to a pressure of 5500 to 20000 Pa, and the lithium chloride aqueous solution is heated to 85 to 120 ° C by a heat source. In the concentrating can (B1), a part of the water in the aqueous lithium chloride solution is evaporated into water vapor, and the water vapor is separated from the aqueous lithium chloride solution and cooled by the condensing device (B3) disposed above the concentrating can (B1). Is discharged as condensed water outside the concentration system. The aqueous lithium chloride solution in the concentration canister (B1) becomes a high-concentration aqueous lithium chloride solution depending on the degree of concentration, or becomes a slurry-like liquid in which solid lithium chloride coexists in the aqueous lithium chloride solution.
[0018]
The aqueous lithium chloride solution is in the form of a slurry. If necessary, the slurry is separated into solid lithium chloride and a filtrate by a solid-liquid separator (B6). The solid lithium chloride is stored in a solid lithium chloride transport container (B9). The filtrate is returned to the concentration can (B1). Examples of the solid-liquid separator include various types of centrifuges and filters. When transporting a high-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 45% by weight or more, the high-concentration lithium chloride aqueous solution is stored in a lithium chloride aqueous solution transport container (B8). The transfer container (B8) and the transfer container (B9) function as passing containers that reciprocate between the exhaust heat source site (A) and the heat demand site (E). If a plurality of transfer containers (B8) and a plurality of transfer containers (B9) are prepared, the system according to the present invention can be operated continuously.
[0019]
In the second step, a lithium chloride aqueous solution transport container (B8) and / or a solid lithium chloride transport container (B9) containing “lithium chloride or the like” is transported by a transport means (C) to generate a hot water / hot air generator. (D) is transported near the place where it is installed. The transporting means (C) such as the lithium chloride aqueous solution transporting container (B8) and the solid lithium chloride transporting container (B9) include vehicles, ships, and airplanes. Among them, a vehicle is preferable. The distance between the exhaust heat generation location (exhaust heat source site) (A) and the location where the air conditioner is installed (heat demand site) (E) may be about 30 km. It is preferable that the place where the hot water / hot air generator (D) is installed and the place where the air conditioner is installed (heat demand site) (E) are adjacent within about 50 m.
[0020]
In the third step, hot water and hot air are generated through the hot water / hot air generating device (D) from “lithium chloride or the like” having a high heat storage density transferred from the exhaust heat source site (A). In the hot water / hot air generator (D), “lithium chloride or the like” is diluted with water and / or dissolved in water, and the resulting lithium chloride aqueous solution absorbs water vapor generated from the water evaporator, Hot water and hot air are generated by the heat of absorption generated when the low-concentration lithium chloride aqueous solution is used. The generated hot water / hot air and the like are used for air conditioning at a place (heat demand site) (E) where an air conditioner is installed near the hot water / hot air generator (D).
[0021]
In the present invention, the place where the air conditioner is installed (heat demand site) (E) means a facility that requires heating. Specific examples include commercial buildings, hospitals, hotels, restaurants, convenience stores, kindergartens, nursery schools, schools, various welfare facilities, and the like, but are not limited thereto.
[0022]
The hot water / hot air generator (D) includes a hot water generator for generating hot water and a hot air generator. The hot water generator includes at least a dissolving tank (D6) for dissolving “lithium chloride or the like” conveyed from the exhaust heat source site in a low-concentration lithium chloride aqueous solution, a first absorber (D1), and a first water evaporator ( D2). In the first absorber (D1), the water vapor evaporated in the first water evaporator (D2) is absorbed by the aqueous solution of lithium chloride, and the absorbed heat is used to generate hot water. For dissolving and diluting lithium chloride (see FIG. 3 described later).
[0023]
The hot air generator includes at least a second absorber (D3), a second water evaporator (D4), and a heating / humidifying device (D5). In the second absorption device (D3), the water vapor evaporated by the second water evaporation device (D4) is absorbed by the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the first absorption device (D1). Generate lithium aqueous solution. In the heating / humidifying device (D5), the lithium chloride aqueous solution having a high temperature is brought into contact with the outside air to heat and humidify the outside air to generate hot air (see FIG. 3 described later).
[0024]
In the dissolving tank (D6), solid lithium chloride or a high-concentration lithium chloride aqueous solution of 45% by weight or more is dissolved and / or diluted with a low-concentration aqueous solution of lithium chloride to produce a lithium chloride aqueous solution having a concentration of 50% by weight or less. And The upper limit of the concentration (50% by weight) is the saturation solubility of lithium chloride.
[0025]
The lithium chloride aqueous solution whose concentration has been adjusted in the dissolution tank (D6) is transferred to the first absorption device (D1). In the first absorbing device (D1), the water vapor from the first water evaporating device (D2) is absorbed in the aqueous lithium chloride solution, and hot water of about 60 ° C. is generated by the generated heat of absorption. The concentration of the aqueous solution of lithium chloride that has absorbed water vapor is 35 to 46% by weight, the temperature thereof is about 65 ° C., a part of which is transferred to a high-concentration aqueous solution of lithium chloride storage tank (D9) by a pump, and the remainder is dissolved in the above-mentioned dissolution tank (D6). ).
[0026]
In the first water evaporator (D2), water is evaporated by low-temperature exhaust heat of 35 ° C. or more in a vacuum state of about 4000 to 8000 Pa. Examples of the low-temperature exhaust heat source include cooling water used for cooling various facilities. The water in the first water evaporator (D2) is replenished from the outside by the amount evaporated, and the water content is kept constant.
[0027]
The first absorbing device (D1) and the first water evaporating device (D2) may have a structure in which they are integrated into one device, or a structure in which independent devices are connected by a pipe or the like. You may. The gas phase of the first absorption device (D1) is connected to the gas phase of the first water evaporator (D2), and is preferably maintained at a vacuum of about 4000 to 8000 Pa. Examples of the types of these devices include various absorption devices and evaporators generally used in absorption refrigerators.
[0028]
When only hot air is generated without generating hot water, “lithium chloride or the like” is dissolved in the dissolving tank (D6) with the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the heating / humidifying device (D5) transferred by the pump (D19). After mixing and stirring, solid lithium chloride or a high-concentration aqueous solution of lithium chloride having a concentration of 45% by weight or more is dissolved and / or diluted and transferred to the second absorption device (D3) (see FIG. 4 described later).
[0029]
In the high-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D9), the lithium chloride aqueous solution from the first absorption device (D1) is temporarily stored and transferred to the second absorption device (D3) by the pump (D16). This high-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D9) performs a function of buffering when the amount of the lithium chloride aqueous solution from the first absorption device (D1) is different from the amount of the liquid to be transferred to the second absorption device (D3). .
[0030]
In the second absorbing device (D3), a mixed solution of the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the high-concentration aqueous solution of lithium chloride storage tank (D9) and the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the heating / humidifying device (D5) is added to the second water evaporator (D4). From water, and the absorption heat generated at this time generates a lithium chloride aqueous solution having a temperature of 23 to 35 ° C. and a concentration of 23 to 35% by weight, and transfers the lithium chloride aqueous solution to a heating / humidifying device (D5). I do. Further, the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the second absorber (D3) can be used as a part of the aqueous solution of lithium chloride for dissolution and / or dilution in the dissolving tank (D6).
[0031]
In the second water evaporator (D4), water is evaporated by low-temperature exhaust heat at a temperature of 25 ° C. or more in a vacuum state of about 1200 to 2000 Pa. Examples of the low-temperature exhaust heat source include cooling water for various facilities. The water in the second water evaporator (D3) is replenished from the outside by the amount evaporated, and the water content is kept constant.
[0032]
The second absorbing device (D3) and the second water evaporating device (D4) may have a structure in which they are integrated into one device, or a structure in which independent devices are connected by a pipe or the like. You may. The gas phase of the second absorption device (D3) is connected to the gas phase of the second water evaporator (D4), and is preferably maintained at a vacuum of about 1200 to 2000 Pa. Examples of these types of devices include an absorption device and an evaporator generally used in an absorption refrigerator.
[0033]
In the heating and humidifying device (D5), the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the second absorbing device (D3) is brought into contact with the outside air, and the outside air is heated and humidified to generate warm air, and the warm air is supplied to the air-conditioned space. A part of the aqueous lithium chloride solution at the outlet of the heating / humidifying device (D5) is transferred to the low-concentration aqueous lithium chloride solution storage tank (D10), and the remainder is circulated to the second absorption device (D3). Examples of the type of the heating / humidifying device (D5) include a wet wall type and a packed tower type gas-liquid contact device.
[0034]
The solution stored in the low-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D10) is stored in a lithium chloride aqueous solution transport container (B8) by a pump (D20), and the transport container (B8) is transported by the transport means (C). (A waste heat source site) (A) and is conveyed to a concentrator installed near (A). The low-concentration lithium chloride aqueous solution transported to the exhaust heat source site (A) is subjected to the first (concentration) step. In the system according to the present invention, the first (concentration) step to the fourth step are repeated.
[0035]
The state change of the vapor pressure of the aqueous solution of lithium chloride in the hot water / hot air generation system according to the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 5, the vertical axis represents the equilibrium vapor pressure (LogP, Pa), and the horizontal axis represents the temperature (° C.). The vapor pressure in FIG. 5 includes the vapor pressure of water and the vapor pressure of air in addition to the vapor pressures of the aqueous solutions of lithium chloride having different concentrations. With reference to FIG. 5, a description will be given of a process of generating warm water, a process of generating warm air, and a process of concentrating the aqueous solution of lithium chloride by absorbing water vapor in the first absorption device (D1) using the aqueous solution of lithium chloride.
[0036]
Point (1) in the figure indicates the temperature-vapor pressure relationship of the aqueous solution of lithium chloride having a concentration of 50% by weight or less in the first absorber (D1), and point (2) indicates the first absorber (D1). Is the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the first absorption device (D1) whose water vapor has been absorbed to reduce the concentration. In the process of changing the lithium chloride aqueous solution from point (1) to point (2), the lithium chloride aqueous solution absorbs water vapor and generates hot water by the heat of absorption generated at the time of absorption.
[0037]
Point (3) is an aqueous solution of lithium chloride at the inlet of the second absorber (D3), and an outlet (5) of the aqueous solution of lithium chloride of the heating / humidifying device (D5) and an aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the first absorber (D1). This is a mixed solution of (2). Point (4) is the aqueous solution of lithium chloride at the outlet of the second absorber (D3), and is also the solution at the inlet of the heating / humidifying device (D5). In the process of changing the aqueous solution of lithium chloride from point (3) to point (4), the aqueous solution of lithium chloride absorbs water vapor, and the temperature of the aqueous solution of lithium chloride rises due to the heat of absorption generated during the absorption.
[0038]
In the heating / humidifying device (D5), the lithium chloride aqueous solution point (4) at the inlet comes into contact with the outside air, heats and humidifies the outside air, and the temperature decreases, and the lithium chloride aqueous solution point (5) at the outlet where the concentration slightly rises. Changes to ▼.
[0039]
The lithium chloride aqueous solution point (5) at the outlet of the heating / humidifying device (D5) reaches the saturated solubility point (7) via the point (6) by heating in the concentration canister (B1). When the concentration is further continued, solid lithium chloride precipitates in the aqueous lithium chloride solution, and a slurry in which the solid lithium chloride is mixed in the solution is exhibited. The solid lithium chloride is separated by a solid-liquid separator to obtain crystalline lithium chloride at point (8).
[0040]
The point (a) in the figure shows the state of the outside air at the inlet of the heating / humidifying device (D5), and the point (b) shows the state of the air at the outlet of the heating / humidifying device (D5). Point (c) indicates the state of water in the first water evaporator (D2) at the same pressure as the first absorber (D1), and point (d) indicates the second pressure at the same pressure as the second absorber (D3). The state of water in the water evaporator (D4) is shown, and the point (e) shows the state of condensed water of water vapor evaporated from the aqueous lithium chloride solution in the concentration canister (B1).
[0041]
The first absorbing device (D1) and the first water evaporating device (D2) are set to the same pressure, points (1), (2), and (c) show the same pressure. The second water evaporator (D4) has the same pressure, and the points (4) and (d) indicate the same pressure. In the lower part of the heating / humidifying device (D5), the pressure at point (a) at the air inlet and the pressure at point (5) at the outlet of the aqueous solution of lithium chloride satisfy the relationship of "pressure at point (5)> pressure at point (a)". In the upper part of the heating / humidifying device (D5), the pressure at the point (b) of the air outlet and the point (4) at the inlet of the aqueous solution of lithium chloride has a relationship of “pressure at the point (4)> pressure at the point (b)”. The water in the lithium chloride aqueous solution moves to the outside air due to the pressure difference. In the concentration device, the points (7), (6) and (e) of the solution in the concentration can (B1) show the same pressure.
[0042]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following description examples without departing from the gist thereof.
[0043]
[Example 1]
First, the case where solid lithium chloride having a crystal form of monohydrate and a heat storage density of 1800 kJ / kg is used will be described. FIG. 2 is a schematic diagram of an example of a concentrator (A), FIG. 3 is a schematic diagram of an example of a hot water / hot air generator (D), FIG. 4 is a schematic diagram of an example of a hot air generator that generates only hot air, FIG. 5 is a diagram showing the equilibrium vapor pressure of the aqueous lithium chloride solution.
[0044]
In FIG. 2, a lithium chloride aqueous solution having a concentration of 33% by weight in a lithium chloride aqueous solution transport container (B8) transported from a heat demand site is received in a lithium chloride aqueous solution storage tank (B7). The aqueous lithium chloride solution is transferred from the storage tank (B7) to the concentration can (B1) by the pump (B11). In the middle of the transfer line, condensed water of low-pressure steam used in the vacuum evaporator (B2) as a heat source for concentration and heat exchange in the heat exchanger (B5) to preheat the lithium chloride aqueous solution.
[0045]
The inside of the concentration canister (B1) is maintained at a temperature of 100 ° C., and the pressure is maintained at 9000 Pa vacuum by a pressure reducing device (B4). The concentrator (B1) has a slurry state in which crystalline lithium chloride is mixed in a saturated aqueous solution of lithium chloride. The slurry liquid is transferred to the vacuum evaporator (B2) by the pump (B12), where it is heated by the low-pressure steam utilizing the exhaust heat source, a part of the water in the solution evaporates, new crystals are generated, and the condensing vessel is reconstituted. It returns to (B1). In the concentration canister (B1), steam generated by heating the slurry liquid is separated from the slurry liquid, cooled in the condenser (B3), converted into condensed water, and discharged out of the system.
[0046]
The slurry liquid of the concentration canister (B1) is transferred to a centrifugal separator (B6), which is a kind of solid-liquid separator, by a pump (B13), and separated into solid lithium chloride and a filtrate. The filtrate separated by the solid-liquid separator (B6) is returned to the concentration can (B1), and the concentration operation is repeated. The crystalline solid lithium chloride is stored in a solid lithium chloride transfer container (B9), and the transfer container (B9) is transferred to the hot water / hot air generator (D) by the transfer means (C), where the hot water / hot air is discharged. As described above, these are generated and utilized at the place where the air conditioner is installed (heat demand site) (E).
[0047]
In FIG. 3, solid lithium chloride is supplied from a solid lithium chloride transport container (B9) transported from an exhaust heat source site to a melting tank (D6) while the supply amount is adjusted by a rotary valve. In the dissolving tank (D6), the aqueous lithium chloride solution and the solid lithium chloride at the outlet of the first absorption device (D1) are stirred and mixed to dissolve the solid lithium chloride, thereby obtaining a 47% by weight aqueous lithium chloride solution. The dissolved lithium chloride aqueous solution is transferred to a first absorption device (D1) maintained at a vacuum of 4400 Pa by a pump (D13), where water vapor generated in a first water evaporation device (D2) is absorbed, and the absorption of the water vapor is performed. The absorbed heat generated at this time generates 60 ° C. hot water by heat exchange, resulting in a lithium chloride aqueous solution having a temperature of 65 ° C. and a concentration of 45% by weight.
[0048]
Most of the solution that has absorbed the water vapor is circulated to the dissolution tank (D6), and the remainder is transferred to the high-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D9). In the first water evaporator (D2), water is heated with 40 ° C. wastewater to generate 31 ° C. steam. The water in the first water evaporator (D2) is constantly replenished from the outside by the amount of evaporation to keep the water content constant. The high-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D9) performs a function of buffering when the amount of the lithium chloride aqueous solution from the first absorption device (D1) is different from the amount of the liquid to be transferred to the second absorption device (D3).
[0049]
The lithium chloride aqueous solution at the outlet of the high-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D9) is mixed with the lithium chloride aqueous solution at the outlet of the heating / humidifying device (D5), and the mixed solution is kept at a vacuum of 1600 Pa in the second absorption device (D3). Transfer to In the second absorber (D3), the aqueous solution of lithium chloride absorbs water vapor from the second water evaporator (D4), and the heat of absorption generated at this time generates a 33% by weight aqueous solution of lithium chloride at 32 ° C. The aqueous lithium chloride solution is transferred to a heating / humidifying device (D5). In the second water evaporator (D4), water is heated by drainage at the outlet of the first water evaporator (D2) to generate 14 ° C. steam. The water in the second water evaporator (D4) is constantly replenished from the outside by the amount of evaporation to keep the water content constant.
[0050]
As the heating / humidifying device (D5), a wet wall type is used, and the lithium chloride aqueous solution from the second absorption device (D3) is formed into a thin film from the upper portion of the wet wall type heating / humidifier (D5) and flows down. From 5.6 ° C and 2.9 g / kg, the outside air in winter is raised along the liquid film to heat and humidify the air, and the air at the outlet of the heating / humidifier (D5) It is supplied to the air-conditioned space as warm air having a temperature of 27 ° C. and a humidity of 8 g / kg.
[0051]
A part of the aqueous lithium chloride solution at the outlet of the heating / humidifying device (D5) is transferred to the low-concentration aqueous lithium chloride solution storage tank (D10), and the remainder is circulated to the second absorption device (D3). The solution stored in the low-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank (D10) is housed in a lithium chloride aqueous solution transport container (B8) by a pump, and this container is transported by the transport means (C) to a location where the above-mentioned exhaust heat source is provided (an exhaust heat source site). ) (A).
[0052]
[Example 2]
Next, a case in which a high-concentration lithium chloride aqueous solution having a concentration of 60% by weight (meaning a slurry in which a solid is mixed in the aqueous solution and having a heat storage density of 1400 kJ / kg) will be described. Basically, it is the same as in the above-mentioned Example 1 using solid lithium chloride, and therefore only the points different from Example 1 will be described.
[0053]
In FIG. 2, the solid-liquid separator (B6) and the solid lithium chloride transport container (B9) are not required. The slurry liquid having a concentration of 33% by weight is transferred to the concentration can (B1) by a pump, and the subsequent concentration operation is the same as the operation in Example 1.
[0054]
【The invention's effect】
As described in detail above, the present invention has the following special advantageous effects, and its industrial utility value is extremely large.
1. The hot water / hot air generation system according to the present invention stores waste heat of 90 to 150 ° C., which has not been conventionally used, in lithium chloride, and can easily transport the stored lithium chloride. Can be used even if the heat source (exhaust heat source site) and the place where the air-conditioning system that uses the stored heat is installed (heat demand site) are far apart, and are not subject to distance restrictions.
2. The hot water / hot air generation system according to the present invention can store lithium chloride storing unused energy generated in an area where the number of residents is small, and store an area in which a large number of users live in a state where heat is stored in lithium chloride. Because it can be transported and used, it is less subject to regional restrictions.
3. The hot water / hot air generating system according to the present invention can store and utilize waste heat in lithium chloride, and thus is less likely to be restricted in terms of time when utilizing the stored waste heat.
4. The hot water / hot air generation system according to the present invention temporarily accumulates waste heat in lithium chloride and uses it when necessary, so that the peak of power demand caused by the operation of the air conditioner is reduced and the overall energy efficiency is improved. be able to.
5. The hot-water / hot-air generating system according to the present invention mainly uses exhaust heat of 90 to 150 ° C. which has not been conventionally used as a heat source, and thus does not newly emit carbon dioxide.
6. The hot water / hot air generation system according to the present invention has a large heat storage density, and thus does not require large-scale facilities.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of an example of a concentration device (B).
FIG. 3 is a schematic view of an example of a hot water / hot air generator (D).
FIG. 4 is a schematic view of an example of a hot air generator that generates only hot air.
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a lithium chloride aqueous solution and an equilibrium vapor pressure.
[Explanation of symbols]
A: Exhaust heat source (Exhaust heat source site)
B: Concentrator
B1: Concentrated can
B2: Vacuum evaporator
B3: Condenser
B4: Decompression device
B5: heater
B6: Solid-liquid separator
B7: Lithium chloride aqueous solution storage tank
B8: Lithium chloride aqueous solution transport container
B9: Solid lithium chloride transport container
B10, B11, B12, B13: Pump
C: Transport means
D: Hot water / hot air generator
D1: First absorption device
D2: First water evaporator
D3: Second absorption device
D4: Second water evaporator
D5: Heating / humidifying device
D6: Dissolution tank
D7: First decompression device
D8: Second decompression device
D9: High-concentration lithium chloride aqueous solution storage tank
D10: Low concentration lithium chloride aqueous solution storage tank
D13, D14, D15, D16, D17, D18, D19, D20: Pump
E: Location where the air conditioner is installed (heat demand site)
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| JP2003044083A JP2004251575A (en) | 2003-02-21 | 2003-02-21 | Warm water/hot air generation system and warm water/hot air generating device |
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2003
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