JP2004353956A

JP2004353956A - 排熱回収装置

Info

Publication number: JP2004353956A
Application number: JP2003152301A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kashiwabara; 幸雄柏原; Satoru Noguchi; 哲野口
Original assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Current assignee: Sanki Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-05-29
Publication date: 2004-12-16

Abstract

【課題】排熱利用冷凍機を長期間定格運転することを可能とした排熱回収装置を提供することにある。
【解決手段】負荷側の冷水還り路に連絡する排熱利用冷凍機と、前記排熱利用冷凍機の下流側に直列に配置され、負荷側の冷水往き路に連絡する吸収式冷凍機と、前記排熱利用冷凍機の下流側と前記吸収式冷凍機の下流側とを連絡し、前記負荷側の冷水往き路に連絡するバイパス路と、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えない場合は、前記排熱利用冷凍機のみの運転とし、前記バイパス路を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出し、前記前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合は、前記吸収式冷凍機を起動し、前記バイパス路を閉じ、前記吸収式冷凍機の下流側を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出すように制御運転を行う制御装置とを備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステムにおける排熱を利用して冷凍機にて冷水を製造する排熱回収装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コージェネレーションシステムにおける排熱を利用して冷凍機にて冷水を製造する排熱回収装置は、排熱利用冷凍機と吸収式冷凍機とを並列に配置して標準温度差にて冷水を製造している。
その一例を、図２に基づいて説明する。
出口温度を検出する温度センサ１ａを備えた排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１と、出口温度を検出する温度センサ２ａ，３ａをそれぞれ備えた２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）２，３とが、ヘッダ５，７を介して並列に配置されている。
【０００３】
排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１は、温水流路１３を介してエンジン１１のウオータジャケット１１ａと連絡している。エンジン１１は、発電機１２を駆動して発電を行い、建屋の負荷で使用するようになっている。
温水流路１３の往き側１３ａには、温度センサ１ａにより流量が絞られる三方電動弁１３ｂが設けてある。三方電動弁１３ｂは、バイパス路１３ｄを介して温水流路１３の還り側１３ｃと連絡している。
【０００４】
温水流路１３の還り側１３ｃには、温度センサ１３ｅと、温度センサ１３ｅによって流量制御される２方電動弁１３ｆと、温水ポンプ１３ｇとが設けてある。
温水流路１３の還り側１３ｃには、切替弁１３ｆの上流側で分岐し、放熱用冷却塔１４に連絡する放熱路１５と、切替弁１３ｆの下流側で合流し、放熱用冷却塔１４に連絡する水路１６とが設けてある。水路１６には、三方電動弁１６ａと、三方電動弁１６ａの流量を絞る温度センサ１６ｂと、温度センサ１３ｅによって流量制御される２方電動弁１６ｃとが設けてある。三方電動弁１６ａは、バイパス路１５ａを介して放熱路１５と連絡している。
【０００５】
ヘッダ５には、二次側空調機からの冷水還り路６が連絡し、ヘッダ７には、二次側空調機への冷水往き路８が連絡している。
ヘッダ５は、排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１および２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）２，３に、冷温水ポンプ１ｂ，２ｂ，３ｂを介して連絡している。冷温水ポンプ１ｂ，２ｂ，３ｂは、熱源コントローラ１７によって、台数制御が行われている。
【０００６】
熱源コントローラ１７による台数制御は、カロリーメータ（熱量演算器）１８にて熱量を演算し、冷凍機の運転台数を決定する。カロリーメータ１８には、冷水還り路６に設けた流量計９、温度センサ１０および冷水往き路８に設けた温度センサ４とが連絡している。
２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）２，３は、ガス流量調整弁２ｃ，３ｃを介してガス源に連絡している。
【０００７】
次に、このように構成された排熱回収装置の動作について説明する。
先ず、熱源コントローラ１７による熱源台数制御について説明する（図２において、※１が付されている）。
冷水往き路８に設けた温度センサ４と冷水還り路６に設けた温度センサ１０と流量計９による二次側空調機に実際流れた流量をカロリーメータ１８に入力して二次側空調機の熱量を演算する（図２において、※３で示す）。その情報を熱源コントローラ１７に入力して熱源の運転台数を決定する。排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１を優先させ運転するためにベース運転する冷凍機を排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１に定める。
【０００８】
次に、冷凍機自身の制御について説明する（図２において、※４，※２で示す）。
上記の制御により運転台数が決定した後、２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）２，３は自身の容量制御回路により、冷水出口温度が７℃となるように、ガス流量制御弁２ｃ，３ｃにて容量を制御する。
【０００９】
また、排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１は、自身の容量制御回路により冷水出口温度が７℃となるように温水路１３の排温水（排熱）の流量を三方電動弁１３ｂにて制御する。
従来のコージェネレーションシステムにおける排熱利用熱源システムでは、排熱利用冷凍機のベース運転は確保するが、台数決定後は、冷凍機自身の容量制御回略により平均的に容量制御を行っている。
【００１０】
次に、温水路１３の制御について説明する（図２において、※５で示す）。
発電機１２は建物の照明および一般動力用に発電して建物の電気を供給する（常時１００％近くで稼働）。発電機稼働による発電は、温水化（排温水）して排熱利用する。排温水は、排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１に供給され、冷水製造のエネルギとして利用されるが、上記制御により冷凍機の容量制御が行われた場合、温水温度が８０℃以上となった場合は、放熱するために温度センサ１３ｅにより２方電動弁１３ｆが閉勝手、２方電動弁１６ｃが開勝手とする指令を出し、放熱用冷却塔１４に温水が一部流れ放熱する。温度センサ１３ｅはエンジン１１のウオタジャケット１１ａの冷却仕様に合わせた設定温度とする。
【００１１】
表１に冷凍機のＣＯＰ、循環水量（冷凍機廻り）、有るケースの冷凍機容量を示す。
表２に排熱利用冷凍機、２つのガス焚吸収式冷凍機に関する冷凍機容量、１００％負荷時の運転容量、７５％負荷時（部分負荷時）の運転容量を示す。
【表１】

【表２】

【特許文献１】
特開昭６０−１０１４６０号公報
【特許文献２】
特開平１１−２１１２６２号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の排熱回収装置では、排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１と２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）２，３とを、ヘッダ５，７を介して並列に配置しているため、部分負荷となった場合、複数台の冷凍機が台数発停になるまでの中間負荷では各冷凍機が絞り運転となる。
例えば、表２に示すように、７５％負荷で台数制御になると、排熱利用冷凍機（低温吸収式冷温水機）１が部分運転となり、有効な排熱回収とはならない。
【００１３】
従って、コージェネレーションシステムからの排熱を年間通して冷房負荷が多い建物の冷水製造を行う場合に不向きである。
なお、冷凍機を直列に配置する技術は知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
しかし、特許文献１に係る冷温水機複合システムでは、圧縮式冷凍機の電力源を発電機と買電で補うため、コージェネレーションシステムで得られた電力を建物で利用することができなくなる。
【００１４】
また、特許文献２に係る吸収式冷凍機システムでは、前段の冷凍機の冷水出口温度が設定値より常に高い値としてあるので、２つの冷凍機を常に運転しなければならない。
本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、排熱利用冷凍機を長期間定格運転することを可能とした排熱回収装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、負荷側の冷水還り路に連絡する排熱利用冷凍機と、前記排熱利用冷凍機の下流側に直列に配置され、負荷側の冷水往き路に連絡する吸収式冷凍機と、前記排熱利用冷凍機の下流側と前記吸収式冷凍機の下流側とを連絡し、前記負荷側の冷水往き路に連絡するバイパス路と、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えない場合は、前記排熱利用冷凍機のみの運転とし、前記バイパス路を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出し、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合は、前記吸収式冷凍機を起動し、前記バイパス路を閉じ、前記吸収式冷凍機の下流側を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出すように制御運転を行う制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の排熱回収装置において、前記吸収式冷凍機は、複数のガス焚吸収式冷凍機を並列に配置して構成され、前記制御装置は、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合には、一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機を起動し、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えない場合は、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機のみの運転とし、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合は、二台目の前記ガス焚吸収式冷凍機を起動して並列運転とし、以下順次配置された前記ガス焚吸収式冷凍機の運転を制御することを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る排熱回収装置５０を示す。
本実施形態に係る排熱回収装置５０は、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０に対して、並列に配置された２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０が直列に配置されている。
排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０は、温水流路６１と蒸気流路６２とを介してエンジン９０のウオータジャケット９１および排ガスボイラ９３に連絡している。
【００１８】
エンジン９０は、ガスタンク９４から供給されるガスにより駆動し、発電機９５を駆動して発電を行い、建屋の負荷で使用するようになっている。エンジン９０の駆動に伴う排熱は、ウオータジャケット９１、温水流路６１を介して排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０へ供給される。エンジン９０の排ガスは、排気管９２に設けた排ガスボイラ９３によって回収され、蒸気として蒸気流路６２を介して排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０へ供給される。
【００１９】
温水流路６１の往き側６１ａには、排温水ポンプ６１ｂが設けてある。
温水流路６１の還り側６１ｃには、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の下流側に、別に設置するコントローラ６０ａの信号により流量が絞られる三方電動弁６１ｄが設けてある。三方電動弁６１ｄは、バイパス路６１ｅを介して温水流路６１の往き側６１ａと連絡している。
【００２０】
温水流路６１の還り側６１ｃには、温度センサ６１ｆと、温度センサ６１ｆによって切り替えられる切替弁６１ｇとが設けてある。
温水流路６１の還り側６１ｃには、切替弁６１ｇの上流側で分岐し、放熱用冷却塔９６に連絡する放熱路９７と、切替弁６１ｇの下流側で合流し、放熱用冷却塔１４に連絡する水路９８とが設けてある。水路９８には、三方電動弁９８ａと、三方電動弁９８ａの流量を絞る温度センサ９８ｂと、温度センサ６１ｆによって切り替えられる切替弁９８ｃとが設けてある。三方電動弁９８ａは、バイパス路９７ａを介して放熱路９７と連絡している。
【００２１】
蒸気流路６２の往き側６２ａには、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の下流側に設けたコントローラ６０ａによって流量が制御される制御弁６２ｂが設けてある。
蒸気流路６２の還り側６２ｃには、吸水管６２ｆを備えた還水タンク６２ｄと、給水ポンプ６２ｅとが設けてある。
【００２２】
排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の上流側には、負荷側の冷水還り路６４が連絡している。
冷水還り路６４には、温度センサ６４ａと、流量計６４ｂと、インバータ制御される冷温水ポンプ６４ｃとが設けてある。
カロリーメータ６３は、冷水還り路６４に設けた温度センサ６４ａと、冷水往き路８５に設けた温度センサ８５ａと流量計６４ｂの３つの入力信号から二次側空調機に実際流れた流量と温度差で二次側空調機側で必要な熱量を演算し、その情報を台数制御ユニット６５に入力して熱源の運転台数を決定する。
【００２３】
排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の下流側には、２つの温度センサ６６ａ，６６ｂを設けた冷水往き路６６が連絡している。
上流側の温度センサ６６ａは、冷水出口温度を７℃に設定してあり、コントローラ６０ａにより温水流路６１の流量および蒸気流路６２の蒸気の流量を三方電動弁６１ｄおよび制御弁６２ｂにて制御し、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の冷水出口温度を７℃に維持する。
【００２４】
下流側の温度センサ６６ｂは、シーケンサ６６ｃを介して入口温度補償制御として９℃以下にて冷水が吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０に供給されないように切替弁６８ａ，６９ａを閉状態にして、切替弁６７ａを開にする制御を行う（冷凍機の安全補償のため）。
冷水往き路６６には、バイパス路６７と、吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０の冷水導入路６８，６９とが連絡している。
【００２５】
バイパス路６７には、シーケンサ６６ｃによって切り替えられる切替弁６７ａが設けてある。バイパス路６７は、冷水往き路８５に連絡している。
吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０は、並列に配置してある。それぞれの冷水導出路７０ｅ，８０ｅが冷水往き路８５に連絡している。
吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０には、台数制御ユニット６５に連絡するコントローラ７０ａ，８０ａが設けてある。
【００２６】
吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０には、冷水導出路７０ｅ，８０ｅに設けた温度センサ７０ｄ，８０ｄによってガスタンク７０ｃ，８０ｃのガスを取り込むための流量を調整するガス流量調整弁７０ｂ，８０ｂを備えたガス路７０ｆ，８０ｆが設けてある。温度センサ７０ｄ，８０ｄは、冷水出口温度が７℃を維持するようにガス流量調整弁７０ｂ，８０ｂの開度を制御する。
【００２７】
本実施形態において、カロリーメータ６３と、台数制御ユニット６５と、コントローラ６０ａと、シーケンサ６６ｃとが制御装置を構成する。
次に、斯くして構成された本実施形態に係る排熱回収装置５０の動作を説明する。
先ず、熱源台数制御について説明する（図１において※１で示す）。
【００２８】
冷水往き路８５の温度センサ８５ａと冷水還り路６４の温度センサ６４ａと流量計６４ｂによる二次側空調機に実際流れた流量をカロリーメータ６３に入力して二次側空調機側で必要な熱量を演算し、その情報を台数制御ユニット６５に入力して熱源の運転台数を決定する。その結果を、台数制御ユニット６５から各コントローラ６０ｂ，７０ａ，８０ａへ出力する。
【００２９】
排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０を優先させ運転するためにベース運転する冷凍機を定める。
１台運転の場合は、切替弁６７ａは開、切替弁６８ａ，６９ａは閉の状態として、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０が１００％定格運転となるように制御する。排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０は、発電機９５による排熱を蒸気・温水で同時に供給され、負荷側が５０％負荷以上であれば常時１００％運転となるように温度センサ６６ａによる冷水出口温度設定を７℃とする。
【００３０】
冷水の全体水量は、二次側空調機の変流量制御に合わせて冷温水ポンプ６４ｃをインバータによる変流量制御を行い、冷水往き還り温度差１０℃を確保する。
次に、２台目熱源稼働は、熱量演算にて排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０の容量を超えた場合、吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０または吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）８０を稼働させる。
【００３１】
この時、切替弁６８ａまたは切替弁６９ａを開として切替弁６７ａは閉じる。
全体水量は、冷温水ポンプ６４ｃのインバータにより行う。冷凍機の容量制御は、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０でできる限り冷水出口温度を下げ（設定温度は７℃）、下げきれない場合、２台目冷凍機にて冷却する。３台目稼働も同様に制御する。
【００３２】
次に、冷凍機自身の制御について説明する（図１において、※４，※２で示す）。
上記の制御により運転台数が決定した後、吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０は自身の容量制御回略により、冷水出口温度が７℃となるように、ガス流量調整弁７０ｂ，８０ｂにて容量を制御する。
【００３３】
また、排熱利用冷凍機（一重、二効用重吸収式冷温水機）６０は、自身の容量制御回路により出口温度が７℃となるように、温水流路６１および蒸気流路６２の排温水（排熱）の流量、蒸気の流量を三方電動弁６１ｄ、切替弁６２ｂにて制御する。
次に、発電機９５側の制御について説明する（図１において、※５で示す）。
【００３４】
発電機９５は、建物の照明および一般動力用に発電して建物に電気を供給する（常時能力の１００％近くで稼働）。発電機稼働による発熱は、温水化（排温水）して排熱利用する。排温水は、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０に供給される冷水製造のエネルギとして利用されるが、上記制御により冷凍機の容量制御が行われた場合、温水温度が８０℃以上となった場合は、放熱するために温度センサ６１ｆにより切替弁６１ｇが閉、切替弁９８ｃが開とする指令を出し、放熱用冷却塔９６に温水が流れ放熱する。その場合、必要な熱量のみ放熱するために、放熱管９７の冷却塔出口に設置した温度センサ９８ｂで、放熱用冷却塔９６と温度センサ９８ｂの間に設置した三方電動弁９８ａを制御して、一部の温水をバイパス路９７ａをバイパスする（放熱系配管をバイパスする切替弁６１ｇのあるバイパス管９７ａは無くとも良い場合がある）。温度センサ６１ｆは、エンジン９０のウオータジャケット９１の冷却仕様に合わせた設定温度とする。
【００３５】
表３に冷凍機のＣＯＰ、循環水量（冷凍機廻り）、冷凍機容量を示す。
表４に排熱利用冷凍機、２つのガス焚吸収式冷凍機に関する冷凍機容量、７５％部分負荷時の運転容量、６０％部分負荷時の運転容量を示す。
【表３】

【表４】

以上のように、本実施形態によれば、排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０を上流側に設け、その下流側に並列に配置した２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０を直列に配置し、下流側の吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０に絞り運転をかけ、上流側の排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）６０を定格運転させるようにしたので、下流側の吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０のエネルギを省くことが可能となる。
【００３６】
特に、本実施形態のように入口水温を上げてＣＯＰが高まった運転をする場合には、冷凍機定格容量が下がり、イニシャルコストが下がるという利点がある。
なお、上記実施形態では、２つの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）７０，８０について説明したが、さらに多くの吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）を用いてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば、排熱利用冷凍機を長期間定格運転することが可能となり、排熱を最大限回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る排熱回収装置を示す説明図である。
【図２】従来の排熱回収装置を示す説明図である。
【符号の説明】
５０排熱回収装置
６０排熱利用冷凍機（一重、二重効用吸収式冷温水機）
６０ａ，７０ａ，８０ａコントローラ
６１温水流路
６２蒸気流路
６３カロリーメータ
６４冷水還り路
６４ａ，６６ａ，６６ｂ，７０ｄ，８０ｄ，８５ａ温度センサ
６４ｂ流量計
６４ｃ冷温水ポンプ
６５台数制御ユニット
６６冷水往き路
６６ｃシーケンサ
６７バイパス路
６７ａ，６８ａ，６９ａ切替弁
７０，８０吸収式冷凍機（ガス焚吸収式冷凍機）
７０ｂ，８０ｂ流量調整弁
８５冷水往き路
９０エンジン
９１ウオータジャケット
９３排ガスボイラ
９５発電機

Claims

負荷側の冷水還り路に連絡する排熱利用冷凍機と、
前記排熱利用冷凍機の下流側に直列に配置され、負荷側の冷水往き路に連絡する吸収式冷凍機と、
前記排熱利用冷凍機の下流側と前記吸収式冷凍機の下流側とを連絡し、前記負荷側の冷水往き路に連絡するバイパス路と、
前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えない場合は、前記排熱利用冷凍機のみの運転とし、前記バイパス路を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出し、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合は、前記吸収式冷凍機を起動し、前記バイパス路を閉じ、前記吸収式冷凍機の下流側を介して冷水を前記負荷側の冷水往き路に送り出すように制御運転を行う制御装置と
を備えたことを特徴とする排熱回収装置。
請求項１記載の排熱回収装置において、
前記吸収式冷凍機は、複数のガス焚吸収式冷凍機を並列に配置して構成され、
前記制御装置は、前記排熱利用冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合には、一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機を起動し、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えない場合は、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機のみの運転とし、前記一台目の前記ガス焚吸収式冷凍機の冷水出口温度が設定値を超えた場合は、二台目の前記ガス焚吸収式冷凍機を起動して並列運転とし、以下順次配置された前記ガス焚吸収式冷凍機の運転を制御する
ことを特徴とする排熱回収装置。