JP2010276304A - 蒸気発生システム - Google Patents

Abstract

【課題】ボイラ排熱の有効利用を図る蒸気発生システムを提供すること。
【解決手段】蒸気発生システム１０１は、吸収ヒートポンプ１と、ボイラ９３と、排熱案内手段６１（６２）と、蒸気供給手段８９とを備える。吸収ヒートポンプ１は、吸収溶液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにおける吸収溶液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体Ｗを加熱し蒸発させてヒートポンプ蒸気Ｗｖとする。ボイラ９３は、導入した水を加熱し蒸発させてボイラ蒸気Ｂｖを生成する。排熱案内手段６１（６２）は、ボイラ９３から直接又は間接に排出されたボイラ排熱を保有する排熱保有流体Ｂｂ（Ｄ、Ｅ）を、吸収ヒートポンプ１に導く。蒸気供給手段８９は、ヒートポンプ蒸気Ｗｖを吸収ヒートポンプ１の外部へ導く。吸収ヒートポンプ１は、吸収ヒートポンプサイクルを作動させる際に、導入したボイラ排熱を利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は蒸気発生システムに関し、特にボイラ排熱の有効利用を図る蒸気発生システムに関する。

各種の工場等において、蒸気を発生させる機器としてボイラが広く用いられている。ボイラで発生した蒸気は、利用場所や利用場所に至るまでの配管から蒸気ドレンが高温水として排出され、この蒸気ドレンはフラッシュタンク等に集められて温度を低下させられた後に補給水としてボイラに供給することが行われている。また、ボイラは、一般に、水質を維持するために適宜ブローが行われ、ブロー水が排出される。このブロー水は高温であるため、ブロー水が保有する熱でボイラへ供給される補給水を予熱することが行われている。ところで、近年のボイラは、省エネルギーの観点からエコノマイザが設けられているものが多い。エコノマイザが設けられているボイラでは、エコノマイザにおいて、ボイラの排ガスによってボイラへ供給される補給水を予熱することが行われ、効率を向上させている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００５−１６４１１８号公報（段落０００２等）

しかしながら、ボイラへ供給される補給水がエコノマイザで予熱されると、ブロー水が保有する排熱を活用する場所がなくなり、ブロー水が保有する排熱は回収されずに捨てられることとなっている。また、蒸気ドレンに視点を移せば、フラッシュタンク等で補給水に適した温度に低下させる過程で蒸気ドレンが保有する排熱の一部が放散され、換言すれば蒸気ドレンが保有する排熱の一部が回収されずに捨てられている。

本発明は上述の課題に鑑み、ボイラから直接又は間接に排出されたボイラ排熱の有効利用を図る蒸気発生システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る蒸気発生システムは、例えば図１に示すように、吸収溶液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにおける吸収溶液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体Ｗを加熱し蒸発させてヒートポンプ蒸気Ｗｖとする吸収ヒートポンプ１と；導入した水を加熱し蒸発させてボイラ蒸気Ｂｖを生成するボイラ９３と；ボイラ９３から直接又は間接に排出されたボイラ排熱を保有する排熱保有流体Ｂｂ（又はＤ、Ｅ）を、吸収ヒートポンプ１に導入する排熱案内手段６１（又は６２）と；吸収ヒートポンプ１で生成されたヒートポンプ蒸気Ｗｖを吸収ヒートポンプ１の外部へ導く蒸気供給手段８９とを備え；吸収ヒートポンプ１が、前記吸収ヒートポンプサイクルを作動させる際に、導入した前記ボイラ排熱を利用する。

このように構成すると、ボイラ排熱を用いて吸収ヒートポンプサイクルを作動させるので、ボイラ排熱の有効利用を図ることができる。

また、本発明の第２の態様に係る蒸気発生システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る蒸気発生システム１０１において、吸収ヒートポンプ１が、第１の熱源流体管２１内を流れる第１の熱源流体ｈ１で冷媒の液Ｖｆを加熱して吸収溶液Ｓａに吸収させる冷媒の蒸気Ｖｅを生成する蒸発器２０と、吸収溶液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗを第２の熱源流体管３１内を流れる第２の熱源流体ｈ２で加熱して希溶液Ｓｗから冷媒を蒸発させて濃度が上昇した濃溶液Ｓａを生成する再生器３０と、を含んで構成され；前記排熱案内手段が、前記ボイラ排熱を、蒸発器２０及び再生器３０の少なくとも一方の熱源流体管２１、３１内を流れる熱源流体ｈ１、ｈ２に直接的又は間接的に導く熱源供給管６１を含んで構成されている。

このように構成すると、吸収ヒートポンプサイクルを作動させる熱源としてボイラ排熱を利用することができ、ボイラ排熱の有効利用を図ることができる。

また、本発明の第３の態様に係る蒸気発生システムは、例えば図３に示すように、上記本発明の第１の態様に係る蒸気発生システムにおいて、吸収ヒートポンプ１が、第１の熱源流体管２１内を流れる第１の熱源流体ｈ１で冷媒の液Ｖｆを加熱して吸収溶液Ｓａに吸収させる冷媒の蒸気Ｖｅを生成する蒸発器２０と、吸収溶液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗを第２の熱源流体管３１内を流れる第２の熱源流体ｈ２で加熱して希溶液Ｓｗから冷媒を蒸発させて濃度が上昇した濃溶液Ｓａを生成する再生器３０と、蒸発器２０で生成された冷媒の蒸気Ｖｅを再生器３０で生成された濃溶液Ｓａに吸収させることにより吸収熱を発生させてヒートポンプ蒸気Ｗｖを生成する吸収器１０と、再生器３０で発生した冷媒の蒸気Ｖｇを導入し冷却し凝縮させて液Ｖｆにする凝縮器４０と、を含んで構成され；濃溶液Ｓａ又は冷媒の液Ｖｆに前記ボイラ排熱を伝達する熱交換器６６、６８をさらに備え；前記排熱案内手段が、前記ボイラ排熱を熱交換器６６（６８）に導く液加熱媒体供給管６４（６５）を含んで構成されている。

このように構成すると、ボイラ排熱で吸収溶液又は冷媒の液を加熱することができ、ボイラ排熱の有効利用を図ることができる。

また、本発明の第４の態様に係る蒸気発生システムは、例えば図４に示すように、上記本発明の第３の態様に係る蒸気発生システムにおいて、吸収ヒートポンプ１が、吸収器１０で生成された吸収ヒートポンプ蒸気Ｗｖから被加熱媒体の液Ｗｑを分離する気液分離器８０を有し；前記排熱保有流体が、ボイラ蒸気Ｂｖ（例えば図３参照）が凝縮した蒸気ドレンＤ、Ｅであり；液加熱媒体供給管６４が、ボイラ蒸気Ｂｖ（例えば図３参照）が凝縮した場所から気液分離器８０内に蒸気ドレンＤ、Ｅを導く第１の液加熱媒体供給管６４Ａと、気液分離器８０内から熱交換器６６に蒸気ドレンＤ、Ｅを導く第２の液加熱媒体供給管６４Ｂとを含んで構成されている。

このように構成すると、蒸気ドレンを気液分離器内でフラッシュさせて蒸気分を取り出し、その後に吸収溶液又は冷媒の液を加熱することができる。

本発明によれば、ボイラ排熱を用いて吸収ヒートポンプサイクルを作動させるので、ボイラ排熱の有効利用を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る蒸気発生システムの模式的系統図である。 吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 本発明の第２の実施の形態に係る蒸気発生システムの模式的系統図である。 本発明の第２の実施の形態の変形例に係る蒸気発生システムの気液分離器まわりの部分系統図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る蒸気発生システム１０１を説明する。図１は、蒸気発生システム１０１の模式的系統図である。蒸気発生システム１０１は、ヒートポンプ蒸気としての被加熱媒体蒸気Ｗｖを発生する吸収ヒートポンプ１と、ボイラ蒸気Ｂｖを生成するボイラ９３を有する蒸気系９０と、被加熱媒体蒸気Ｗｖを吸収ヒートポンプ１から導出する蒸気供給手段としての被加熱媒体蒸気管８９と、ボイラ９３から排出されたブロー水Ｂｂ（又はボイラ蒸気Ｂｖが凝縮した蒸気ドレンＤ、Ｅ）を吸収ヒートポンプ１に導く排熱案内手段としてのブロー排熱搬送管６１（又はドレン排熱搬送管６２）とを備えている。

吸収ヒートポンプ１は、吸収溶液Ｓ（Ｓａ、Ｓｗ）と冷媒Ｖ（Ｖｅ、Ｖｇ、Ｖｆ）との吸収ヒートポンプサイクルが行われる主要機器を構成する吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、及び凝縮器４０と、気液分離器８０とを備えている。本明細書においては、吸収溶液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「吸収溶液Ｓ」ということとする。同様に、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、吸収溶液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｖとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

吸収器１０は、被加熱媒体Ｗの流路を構成する被加熱媒体管としてのチューブ１２と、濃溶液Ｓａを散布する濃溶液散布ノズル１３とを内部に有している。吸収器１０は、濃溶液散布ノズル１３から濃溶液Ｓａが散布され、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、チューブ１２を流れる被加熱媒体Ｗが受熱して、被加熱媒体Ｗが加熱されるように構成されている。蒸発器２０は、第１の熱源流体としての熱源温水ｈ１の流路を構成する第１の熱源流体管としての熱源管２１と、冷媒液Ｖｆを熱源管２１に向けて散布する冷媒液散布ノズル２２とを内部に有している。蒸発器２０は、冷媒液散布ノズル２２から冷媒液Ｖｆが散布され、散布された冷媒液Ｖｆが熱源管２１内を流れる熱源温水ｈ１の熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生するように構成されている。吸収器１０と蒸発器２０とは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成されている。吸収器１０と蒸発器２０とが連通することにより、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器１０に供給することができるように構成されている。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する第２の熱源流体としての熱源温水ｈ２を内部に流す第２の熱源流体管としての熱源管３１と、希溶液Ｓｗを散布する希溶液散布ノズル３２とを有している。熱源管３１内を流れる熱源温水ｈ２は、熱源管２１内を流れる熱源温水ｈ１と同じ流体であっても異なる流体であってもよい。換言すれば、熱源温水ｈ１と熱源温水ｈ２とは、１つの源から導出された熱源温水が分岐して並列な流れとなったものでもよく、１つの源から導出された熱源温水が熱源温水ｈ１として熱源管２１を流れた後に熱源温水ｈ２として熱源管３１を流れる（又はこの逆に流れる）ように直列に流れるものでもよく、あるいは異なる源から導出されたものであってもよい。本明細書では、説明の便宜上、熱源管２１を流れるものを熱源温水ｈ１と、熱源管３１を流れるものを熱源温水ｈ２と概ね区別する一方、区別しない場合は単に「熱源温水ｈ」と総称する。再生器３０は、希溶液散布ノズル３２から散布された希溶液Ｓｗが熱源温水ｈ２に加熱されることにより、希溶液Ｓｗから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した濃溶液Ｓａが生成されるように構成されている。希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０に移動するように構成されている。凝縮器４０は、冷却媒体としての冷却水ｃが流れる冷却水管４１を有している。凝縮器４０は、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これを冷却水ｃで冷却して凝縮させるように構成されている。再生器３０と凝縮器４０とは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成されている。再生器３０と凝縮器４０とが連通することにより、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給することができるように構成されている。また、吸収器１０及び蒸発器２０が再生器３０及び凝縮器４０よりも高所に配設されており、位置ヘッドで吸収器１０内の吸収溶液Ｓを再生器３０へ及び蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆを凝縮器４０へそれぞれ搬送可能に構成されている。

再生器３０の濃溶液Ｓａが貯留される部分と吸収器１０の濃溶液散布ノズル１３とは、濃溶液Ｓａを圧送する溶液ポンプ３５ｐが配設された濃溶液管３５で接続されている。吸収器１０の希溶液Ｓｗが貯留される部分と希溶液散布ノズル３２とは、希溶液Ｓｗを流す希溶液管３６で接続されている。濃溶液管３５及び希溶液管３６には、濃溶液Ｓａと希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器３８が配設されている。凝縮器４０の冷媒液Ｖｆが貯留される部分と蒸発器２０の冷媒液散布ノズル２２とは、冷媒液Ｖｆを圧送する冷媒ポンプ４６が配設された冷媒液ラインとしての冷媒液管４５で接続されている。蒸発器２０の冷媒液Ｖｆが蒸発せずに貯留される部分と凝縮器４０とは、冷媒液散布ノズル２２から散布されて蒸発しなかった冷媒液Ｖｆを凝縮器４０に戻す冷媒液管２５で接続されている。冷媒液管２５及び冷媒液管４５には、それぞれの管２５、４５を流れる冷媒液Ｖｆ同士で熱交換を行わせる冷媒熱交換器４８が配設されている。蒸発器２０内を流れた熱源温水ｈ１が導出される熱源管２１の導出口と、再生器３０へ熱源温水ｈ２が導入される熱源管３１の導入口とは、熱源温水ｈを流す熱源温水連絡管５１で接続されている。本実施の形態では、蒸発器２０内を流れた熱源温水ｈ１が再生器３０へ供給される構成になっている。

気液分離器８０は、吸収器１０のチューブ１２を流れて加熱された被加熱媒体Ｗを導入し、被加熱媒体蒸気Ｗｖと被加熱媒体液Ｗｑとを分離する機器である。被加熱媒体Ｗは、吸収器１０に供給される液体の被加熱媒体Ｗである被加熱媒体液Ｗｑ、気体の被加熱媒体である被加熱媒体蒸気Ｗｖ、液体と気体とが混合した状態の被加熱媒体である混合被加熱媒体Ｗｍ、吸収ヒートポンプ１外から補充された被加熱媒体である補給液体としての補給水Ｗｓの総称である。本実施の形態では、被加熱媒体Ｗとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。なお、被加熱媒体蒸気Ｗｖは、吸収ヒートポンプ１で生成された蒸気であって、吸収ヒートポンプサイクルに用いられるものではなく、外部の利用に供されるものである。

気液分離器８０と吸収器１０とは、被加熱媒体液Ｗｑをチューブ１２に導く被加熱媒体液管８２及び加熱された被加熱媒体Ｗを気液分離器８０に導く加熱後被加熱媒体管８４で接続されている。被加熱媒体液管８２には、被加熱媒体液Ｗｑをチューブ１２に向けて圧送する被加熱媒体ポンプとしての液体供給ポンプ８３が配設されている。また、気液分離器８０には、分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖを吸収ヒートポンプ１の外に導く被加熱媒体蒸気管８９が接続されている。吸収ヒートポンプ１の外に供給される被加熱媒体蒸気Ｗｖは、比較的圧力が低い（典型的には０．２ＭＰａ（ゲージ圧）程度）低圧蒸気である。また、主に蒸気として吸収ヒートポンプ１の外に供給された分の被加熱媒体Ｗを補うための補給水Ｗｓを吸収ヒートポンプ１の外から導入する補給水管８５が設けられている。補給水管８５は、液体供給ポンプ８３より上流側の被加熱媒体液管８２に接続されている。補給水管８５には、被加熱媒体液管８２に向けて補給水Ｗｓを圧送する補給水ポンプ８６が配設されている。

蒸気系９０は、ボイラ９３のほか、蒸気を集める蒸気ヘッダ９１を有している。蒸気ヘッダ９１は、高圧蒸気ヘッダ９１Ｈと低圧蒸気ヘッダ９１Ｌとを含んで構成されている。ボイラ９３は、燃料を燃焼した熱で、導入した水を加熱して水蒸気であるボイラ蒸気Ｂｖを生成する機器である。ボイラ蒸気Ｂｖは、ボイラ９３で生成された蒸気であり、比較的圧力が高い（典型的には０．８ＭＰａ（ゲージ圧）程度）高圧蒸気である。ボイラ９３として、貫流ボイラ等の水管ボイラや炉筒煙管ボイラ等の丸ボイラを用いることができる。ボイラ９３は、典型的にはエコノマイザ（節炭器）を有しており、燃料を燃焼した際の排ガスで導入する水を加熱することができるように構成されている。また、ボイラ９３は、ボイラ蒸気Ｂｖの発生に伴って内部の缶水が濃縮されるが、過度に濃縮されることによって、キャリーオーバーによりボイラ蒸気Ｂｖに不純物が含まれることやスケールが析出することを低減するべく、適宜ブロー水Ｂｂが排出され、缶水の濃縮度が調節されるように構成されている。なお、説明の便宜のために、図示しているボイラ９３が１台となっているが、典型的には複数のボイラ９３が設けられている。

高圧蒸気ヘッダ９１Ｈは、ボイラ蒸気Ｂｖを含む高圧蒸気を収集して、高圧蒸気のユースポイント（利用場所）である高圧プロセス９９Ｈへ供給するものである。高圧プロセス９９Ｈとして、例えば製品の加温が行われるプロセス等が挙げられる。低圧蒸気ヘッダ９１Ｌは、被加熱媒体蒸気Ｗｖを含む低圧蒸気を収集して、低圧蒸気のユースポイント（利用場所）である低圧プロセス９９Ｌへ供給するものである。低圧プロセス９９Ｌとして、例えば暖房等が挙げられる。なお、説明の便宜のために、図示している高圧プロセス９９Ｈ及び低圧プロセス９９Ｌがそれぞれ１つとなっているが、典型的には、高圧蒸気ヘッダ９１Ｈから複数の箇所の高圧プロセス９９Ｈへ高圧蒸気が分配され、低圧蒸気ヘッダ９１Ｌから複数の箇所の低圧プロセス９９Ｌへ低圧蒸気が分配される。

吸収ヒートポンプ１の気液分離器８０に一端が接続された被加熱媒体蒸気管８９の他端は、低圧蒸気ヘッダ９１Ｌに接続されている。ボイラ９３と高圧蒸気ヘッダ９１Ｈとは、ボイラ蒸気Ｂｖを流すボイラ蒸気供給管９４で接続されている。高圧蒸気ヘッダ９１Ｈと低圧蒸気ヘッダ９１Ｌとは、連通管９１ｐを介して相互に連通している。連通管９１ｐには減圧弁９１ｖが配設されている。また、高圧蒸気ヘッダ９１Ｈには、高圧蒸気を高圧プロセス９９Ｈへ向けて導出する高圧蒸気供給管９６Ｈと、ボイラ蒸気Ｂｖを含む高圧蒸気が凝縮した蒸気ドレンとしての高圧ヘッダドレンＤＨを排出する高圧ドレン管９２Ｈとが接続されている。他方、低圧蒸気ヘッダ９１Ｌには、低圧蒸気を低圧プロセス９９Ｌへ向けて導出する低圧蒸気供給管９６Ｌと、被加熱媒体蒸気Ｗｖを含む低圧蒸気が凝縮した蒸気ドレンとしての低圧ヘッダドレンＤＬを排出する低圧ドレン管９２Ｌとが接続されている。高圧ドレン管９２Ｈと低圧ドレン管９２Ｌとは共にヘッダドレン管９２の一端に接続され、ヘッダドレン管９２の他端はドレン排熱搬送管６２に接続されている。ボイラ９３にはブロー水Ｂｂを排出するブロー水管９５の一端が接続されており、ブロー水管９５の他端はブロー排熱搬送管６１に接続されている。また、ヘッダドレン管９２とドレン排熱搬送管６２との接続部には、高圧プロセス９９Ｈ及び低圧プロセス９９Ｌへ供給された蒸気が凝縮した蒸気ドレンとしてのプロセスドレンＥを回収するプロセスドレン管９８が接続されている。

ブロー排熱搬送管６１は、上述のように、一端にブロー水管９５が接続されることにより、ブロー水Ｂｂを導入することができるように構成されている。他方、ドレン排熱搬送管６２は、一端にヘッダドレン管９２及びプロセスドレン管９８が接続されることにより、ヘッダドレンＤ及びプロセスドレンＥ（これらを総称して「ドレン温水Ｆ」という。）を導入することができるように構成されている。ブロー排熱搬送管６１の他端は、蒸発器２０内の熱源管２１へ熱源温水ｈ１を導入する熱源導入管２１ａに接続されている。ブロー排熱搬送管６１の接続部と蒸発器２０との間（ブロー排熱搬送管６１の接続部よりも下流側）の熱源導入管２１ａには、熱源温水ｈ１の温度を検出する温度センサ５８が設けられている。ブロー排熱搬送管６１の接続部よりも上流側の熱源導入管２１ａには、内部を流れる熱源温水ｈ１の流量を調節する流量調節弁２１ｖが配設されている。本実施の形態では、熱源導入管２１ａに対し、ブロー排熱搬送管６１が接続されてブロー水Ｂｂが導入されることとして説明するが、これに代えてドレン排熱搬送管６２が接続されてドレン温水Ｆが導入される構成としてもよい。

蒸気発生システム１０１は制御装置５０をさらに備えている。制御装置５０は、蒸気発生システム１０１の運転のための各ポンプ３５ｐ、４６、８３、８６や弁類を制御する機器である。また、制御装置５０は、流量調節弁２１ｖと信号ケーブルで電気的に接続されており、流量調節弁２１ｖの開度を制御することができるように構成されている。また、制御装置５０は、温度センサ５８と信号ケーブルで電気的に接続されており、温度センサ５８で検出した熱源温水ｈ１の温度を信号として制御装置５０に送信できるように構成されている。

引き続き図１を参照して蒸気発生システム１０１の作用を説明する。なお、吸収ヒートポンプ１の作用の説明においては、図２のデューリング線図を併せて参照する。図２のデューリング線図は、縦軸に冷媒Ｖ（本実施の形態では水）の露点温度を、横軸に溶液Ｓ（本実施の形態ではＬｉＢｒ水溶液）の温度をとっている。右上がりの線は溶液Ｓの等濃度線を表し、右に行くほど高濃度、左に行くほど低濃度となり、図中の露点温度０℃を通る右上がりの線は溶液濃度０％（すなわち冷媒のみ）の線である。なお、縦軸が示す露点温度は飽和圧力と対応関係にあるため、冷媒蒸気Ｖｅ、Ｖｇが飽和蒸気である本実施の形態のヒートポンプサイクルでは、縦軸は主要構成部材１０、２０、３０、４０の内部圧力を表していると見ることもできる。

まず、吸収ヒートポンプ１の冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器４０では、再生器３０で蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを受け入れて、冷却水管４１を流れる冷却水ｃで冷却して凝縮し、冷媒液Ｖｆとする（ｖ１）。凝縮した冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ４６で蒸発器２０の冷媒液散布ノズル２２に送られる。冷媒液散布ノズル２２に送られた冷媒液Ｖｆは、熱源管２１に向けて散布され、熱源管２１内を流れる熱源温水ｈ１によって加熱され、蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなる（ｖ２）。熱源温水ｈ１は、各種工場等のプロセスから排出される熱のうち比較的環境温度に近い低温（例えば８０℃程度）の熱として排出される排温水が利用可能である。蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅは、蒸発器２０と連通する吸収器１０へと移動する。

次に吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルを説明する。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１３から散布され、この散布された濃溶液Ｓａが蒸発器２０から移動してきた蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する。蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる（ｊ〜ｋ）。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、チューブ１２を流れる被加熱媒体Ｗが加熱される。ここで、溶液側のサイクルの説明から一旦離れて、被加熱媒体蒸気Ｗｖを取り出すための気液分離器８０まわりの作用について説明する。

気液分離器８０の下部には被加熱媒体液Ｗｑが貯留されている。気液分離器８０の下部に貯留されている被加熱媒体液Ｗｑは、被加熱媒体ポンプ８３で吸収器１０のチューブ１２に送られる。チューブ１２に送られる被加熱媒体液Ｗｑには、補給水Ｗｓが系外から補給水ポンプ８６で圧送されて補給水管８５を介して適宜混合される。チューブ１２に送られた被加熱媒体液Ｗｑは、吸収器１０における上述の吸収熱により加熱される。チューブ１２で加熱された被加熱媒体液Ｗｑは、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして、あるいは温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑとして、気液分離器８０に向けて加熱後被加熱媒体管８４を流れる。加熱後被加熱媒体管８４を、温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑが流れる場合、被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０に導入される際に減圧され、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された混合被加熱媒体Ｗｍは、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが分離される。分離された被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０の下部に貯留され、再び吸収器１０のチューブ１２に送られる。他方、分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖは、被加熱媒体蒸気供給管８９に導出され、低圧蒸気ヘッダ９１Ｌに供給される。なお、図示は省略しているが、気液分離器８０の下部にはブロー管（不図示）が設けられ、被加熱媒体蒸気Ｗｖの発生に伴って変動しうる被加熱媒体Ｗの濃縮度が調節されるように構成されている。

再び吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルの説明に戻る。吸収器１０で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなり、吸収器１０の下部に貯留される。貯留された希溶液Ｓｗは、重力及び吸収器１０と再生器３０との内圧の差により再生器３０に向かって希溶液管３６を流れ、溶液熱交換器３８で濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下して（ｋ〜ｍ）、再生器３０に至る。希溶液Ｓｗは、溶液熱交換器３８を出て再生器３０に入る際に圧力（露点温度）が下がり、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖの一部が蒸発するのに伴い温度が低下する（ｍ〜ｎ）。

再生器３０に送られた希溶液Ｓｗは、希溶液散布ノズル３２から散布され、熱源管３１を流れる熱源温水ｈ２（本実施の形態では蒸発器２０から導出された熱源温水ｈ１が熱源温水連絡管５１を介して熱源管３１に導入される）によって加熱され、散布された希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して濃溶液Ｓａとなり（ｎ〜ｐ）、再生器３０の下部に貯留される。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０へと移動する。再生器３０の下部に貯留された濃溶液Ｓａは、溶液ポンプ３５ｐにより、濃溶液管３５を介して吸収器１０の濃溶液散布ノズル１３に圧送される。濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａは、溶液熱交換器３８で希溶液Ｓｗと熱交換して温度が上昇してから吸収器１０に流入し（ｐ〜ｑ）、濃溶液散布ノズル１３から散布される。濃溶液Ｓａは、溶液ポンプ３５ｐで昇圧されて吸収器１０に入り、吸収器１０内で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収することに伴い温度が上昇する（ｑ〜ｊ）。吸収器１０に戻った濃溶液Ｓａは蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収し、以降、同様のサイクルを繰り返す。このように、吸収ヒートポンプ１は、蒸発器２０及び再生器３０に熱源として導入される低質な排温水（熱源温水ｈ）から、排温水よりも温度が高く利用価値の高い蒸気（被加熱媒体蒸気Ｗｖ）を発生させることができる第２種吸収ヒートポンプとして構成されている。なお、図２に示すデューリング線図は、吸収ヒートポンプ１の定常運転時のサイクルを示しており、吸収ヒートポンプ１の停止時は吸収溶液Ｓの結晶防止のため吸収溶液Ｓは希釈されている。

吸収ヒートポンプ１が上記のように作用して被加熱媒体蒸気Ｗｖを生成する一方で、蒸気系９０では、ボイラ９３がボイラ蒸気Ｂｖを生成し、高圧蒸気ヘッダ９１Ｈに供給している。また、蒸気系９０は、吸収ヒートポンプ１で生成された被加熱媒体蒸気Ｗｖの供給を低圧蒸気ヘッダ９１Ｌに受けている。高圧蒸気ヘッダ９１Ｈ内の高圧蒸気は、一部が減圧弁９１ｖを通過して減圧され低圧蒸気となって低圧蒸気ヘッダ９１Ｌに供給される。高圧蒸気ヘッダ９１Ｈ及び低圧蒸気ヘッダ９１Ｌの蒸気は、蒸気の圧力により高圧プロセス９９Ｈ及び低圧プロセス９９Ｌにそれぞれ供給され、利用に供される。蒸気系９０では、ボイラ９３からブロー水Ｂｂが排出される。本実施の形態では、ブロー水Ｂｂの温度が約１７０℃となっている。このブロー水Ｂｂは、ブロー水管９５及びブロー排熱搬送管６１を介して吸収ヒートポンプ１の熱源導入管２１ａに導入され、熱源温水ｈ１と混合された後に蒸発器２０に導入され、吸収ヒートポンプサイクルを作動させる熱源として用いられる。

また、蒸気系９０では、高圧蒸気ヘッダ９１Ｈ及び低圧蒸気ヘッダ９１Ｌから高圧ヘッダドレンＤＨ及び低圧ヘッダドレンＤＬも排出される。本実施の形態では、高圧ヘッダドレンＤＨの温度が約１７０℃となっており、低圧ヘッダドレンＤＬの温度が約１３０℃となっている。高圧ヘッダドレンＤＨは高圧ドレン管９２Ｈを、低圧ヘッダドレンＤＬは低圧ドレン管９２Ｌをそれぞれ流れ、ヘッダドレン管９２で合流してヘッダドレンＤとなった後にドレン排熱搬送管６２に導入される。また、高圧プロセス９９Ｈ及び低圧プロセス９９Ｌからも蒸気が凝縮したプロセスドレンＥが発生し、プロセスドレン管９８を介してドレン排熱搬送管６２に導入される。ドレン排熱搬送管６２に導入されたヘッダドレンＤ及び／又はプロセスドレンＥは、ブロー水Ｂｂに代えて、吸収ヒートポンプ１の熱源導入管２１ａに導入されて熱源温水ｈ１と混合された後に蒸発器２０に導入され、吸収ヒートポンプサイクルを作動させる熱源として用いられてもよい。

このように、蒸気発生システム１０１では、ボイラ９３から排出された熱であるボイラ排熱を保有するブロー水Ｂｂ、又はヘッダドレンＤ及び／又はプロセスドレンＥを吸収ヒートポンプ１に導入することにより、ボイラ排熱の有効利用を図っている。ブロー水Ｂｂ、ヘッダドレンＤ、プロセスドレンＥは、排熱保有流体である。ここで、ブロー水Ｂｂはボイラ９３から直接排出されるので、ブロー水Ｂｂが保有する排熱はボイラ９３から直接排出されたボイラ排熱となる。他方、ヘッダドレンＤ及びプロセスドレンＥはボイラ９３から供給されたボイラ蒸気Ｂｖが凝縮したものであるため、ヘッダドレンＤ及びプロセスドレンＥが保有する排熱はボイラ９３から間接に排出されたボイラ排熱となる。

以上の説明では、ブロー排熱搬送管６１又はドレン排熱搬送管６２を熱源導入管２１ａに接続してブロー水Ｂｂ又はドレン温水Ｆを熱源温水ｈ１に混合させることとしたが、ブロー水Ｂｂ又はドレン温水Ｆを熱源温水ｈ１と混合させずにブロー水Ｂｂ又はドレン温水Ｆのみを熱源流体（第１の熱源流体及び／又は第２の熱源流体）として用いてもよく、あるいは、熱源導入管２１ａに導入される熱源温水ｈ１と、ブロー排熱搬送管６１を流れるブロー水Ｂｂ又はドレン排熱搬送管６２を流れるドレン温水Ｆとで熱交換を行わせる熱交換器を設けることによりボイラ排熱の有効利用を図ることとしてもよい。また、ボイラ排熱を保有するブロー水Ｂｂ又はドレン温水Ｆを熱源流体として用いるほか、ボイラ排熱の利用先となる流体を熱源温水ｈ１以外の以下に説明する流体としてもよい。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る蒸気発生システム１０２の模式的系統図である。蒸気発生システム１０２の、蒸気発生システム１０１（図１参照）と異なる点は、ブロー排熱搬送管６１に代えてドレン排熱搬送管６２が熱源導入管２１ａに接続され、ドレン温水Ｆが吸収ヒートポンプ１の熱源温水ｈ１に混合される構成となっており、さらに、溶液用排熱搬送管６４、冷媒用排熱搬送管６５、溶液加熱熱交換器６６、冷媒加熱熱交換器６８を備え、溶液用排熱搬送管６４及び冷媒用排熱搬送管６５が、ブロー排熱搬送管６１に接続されており、ブロー水Ｂｂが濃溶液Ｓａ及び冷媒液Ｖｆを昇温させる流体とされている点である。溶液用排熱搬送管６４は、溶液加熱熱交換器６６に対して流入出するブロー水Ｂｂを流す部材である。溶液加熱熱交換器６６は、吸収器１０に導入される濃溶液Ｓａとブロー水Ｂｂとの間で熱交換器を行わせる機器であり、溶液熱交換器３８よりも下流側の濃溶液管３５と溶液用排熱搬送管６４とに挿入配置されている。溶液用排熱搬送管６４には、ブロー水Ｂｂの流通を遮断する遮断弁６４ｖが挿入配置されている。冷媒用排熱搬送管６５は、冷媒加熱熱交換器６８に対して流入出するブロー水Ｂｂを流す部材である。冷媒加熱熱交換器６８は、蒸発器２０に導入される冷媒液Ｖｆとブロー水Ｂｂとの間で熱交換器を行わせる機器であり、冷媒熱交換器４８よりも下流側の冷媒液管４５と冷媒用排熱搬送管６５とに挿入配置されている。冷媒用排熱搬送管６５には、ブロー水Ｂｂの流通を遮断する遮断弁６５ｖが挿入配置されている。蒸気発生システム１０２の上記以外の構成（吸収ヒートポンプ１及び蒸気系９０等）は、蒸気発生システム１０１（図１参照）と同様である。

上述のように構成された蒸気発生システム１０２は、蒸気系９０から排出されたドレン温水Ｆが熱源導入管２１ａに接続されて蒸気発生システム１０１（図１参照）と同様に吸収ヒートポンプ１の熱源温水として利用される一方、蒸気系９０から排出されたブロー水Ｂｂが溶液用排熱搬送管６４及び冷媒用排熱搬送管６５を流れる。溶液用排熱搬送管６４を流れるブロー水Ｂｂは、溶液加熱熱交換器６６に流入し、濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａと熱交換して濃溶液Ｓａの温度を上昇させ、自身は温度が低下する。濃溶液Ｓａの温度を上昇させることにより、被加熱媒体蒸気Ｗｖが発生しやすくなる。他方、冷媒用排熱搬送管６５を流れるブロー水Ｂｂは、冷媒加熱熱交換器６８に流入し、冷媒液管４５を流れる冷媒液Ｖｆと熱交換して冷媒液Ｖｆの温度を上昇させ、自身は温度が低下する。冷媒液Ｖｆの温度を上昇させることにより、蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生しやすくなる。なお、定常時は遮断弁６４ｖ、６５ｖを閉にして溶液加熱熱交換器６６及び冷媒加熱熱交換器６８のそれぞれにブロー水Ｂｂが供給されないようにし、起動時や負荷変動時に適宜遮断弁６４ｖ及び／又は遮断弁６５ｖを開にして溶液加熱熱交換器６６及び／又は冷媒加熱熱交換器６８にブロー水Ｂｂを供給することにより、吸収ヒートポンプ１の応答を早めるようにしてもよい。また、上記の説明では、ブロー排熱搬送管６１が溶液用排熱搬送管６４及び冷媒用排熱搬送管６５に接続され、ドレン排熱搬送管６２が熱源導入管２１ａに接続されることとしたが、両者を入れ替えて、ドレン排熱搬送管６２が溶液用排熱搬送管６４及び冷媒用排熱搬送管６５に接続され、蒸気発生システム１０１（図１参照）と同様にブロー排熱搬送管６１が熱源導入管２１ａに接続されることとしてもよい。

次に図４を参照して、本発明の第２の実施の形態の変形例に係る蒸気発生システム１０２Ａを説明する。図４は、蒸気発生システム１０２Ａの気液分離器８０まわりの部分系統図である。蒸気発生システム１０２Ａの、蒸気発生システム１０２（図３参照）と異なる点は、図示は省略しているが、ドレン排熱搬送管６２が溶液用排熱搬送管６４及び冷媒用排熱搬送管６５に接続され、ブロー排熱搬送管６１が熱源導入管２１ａに接続されると共に、溶液用排熱搬送管６４が、ヘッダドレンＤ及び／又はプロセスドレンＥを、蒸気系９０から気液分離器８０内に導く第１の液加熱媒体供給管としての高圧溶液用排熱搬送管６４Ａと、気液分離器８０から溶液加熱熱交換器６６に導く第２の液加熱媒体供給管としての低圧溶液用排熱搬送管６４Ｂとに別れ、ヘッダドレンＤ及び／又はプロセスドレンＥが気液分離器８０内を通過した後に溶液加熱熱交換器６６に導入される構成になっている点である。高圧溶液用排熱搬送管６４Ａは、典型的には加熱後被加熱媒体管８４よりも上方で気液分離器８０に接続されている。なお、溶液用排熱搬送管６４と冷媒用排熱搬送管６５とを別系統としてブロー水Ｂｂは冷媒用排熱搬送管６５（図３参照）を介して冷媒加熱熱交換器６８（図３参照）に導入されるように構成されていてもよい。蒸気発生システム１０２Ａの上記以外の構成は、蒸気発生システム１０２（図３参照）と同様である。

上述のように構成された蒸気発生システム１０２Ａは、蒸気系９０から排出されたヘッダドレンＤ及び／又はプロセスドレンＥ（以下、ヘッダドレンＤを代表例として説明する。）が、高圧溶液用排熱搬送管６４Ａを流れて気液分離器８０の気相部に流入する。気液分離器８０に流入したヘッダドレンＤは、圧力の低下により一部が再蒸発（フラッシュ）し、低圧蒸気となって、被加熱媒体蒸気Ｗｖと共に低圧蒸気ヘッダ９１Ｌに供給される。他方、気液分離器８０に流入したヘッダドレンＤのうちフラッシュしなかった残りは気液分離器８０の下部に落下して被加熱媒体液Ｗｑと混合した後に、低圧溶液用排熱搬送管６４Ｂを介して溶液加熱熱交換器６６に流入し、濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａと熱交換して濃溶液Ｓａの温度を上昇させる。溶液加熱熱交換器６６から導出されたヘッダドレンＤ（被加熱媒体液Ｗｑ）は、蒸気発生システム１０１（図１参照）のように熱源導入管２１ａへ導入して熱源温水ｈ１と混合させ、又は熱源温水連絡管５１へ導入して熱源温水ｈ２と混合させて残存する熱を熱源流体として回収する構成としてもよく、あるいはボイラ９３（図２参照）の給水として用いられてもよい。このように、蒸気発生システム１０２Ａでは、気液分離器８０でヘッダドレンＤの一部をフラッシュさせるので、効率よく低圧蒸気を取り出すことができ、さらに残りのヘッダドレンＤが保有している排熱を溶液加熱熱交換器６６で有効に利用することができる。なお、蒸気発生システム１０２Ａにおいて気液分離器８０に導入されるヘッダドレンＤは、高圧蒸気のドレンであることが好ましい。例えばヘッダドレンＤが１７０℃の場合、０．２ＭＰａ（ゲージ圧）でフラッシュさせることで、ヘッダドレンＤの７重量％を低圧蒸気として回収することができる。

以上の説明では、吸収ヒートポンプ１で発生した被加熱媒体蒸気Ｗｖが低圧蒸気ヘッダ９１Ｌを介して低圧プロセス９９Ｌに供給され、ボイラ９３で発生したボイラ蒸気Ｂｖが高圧蒸気ヘッダ９１Ｈを介して高圧プロセス９９Ｈに供給されることとしたが、低圧蒸気ヘッダ９１Ｌ及び／又は高圧蒸気ヘッダ９１Ｈを介さずに蒸気をプロセスに供給することとしてもよい。

以上の説明では、吸収ヒートポンプ１が、単段昇温型の吸収ヒートポンプであるとしたが、多段昇温型の吸収ヒートポンプでもよい。

１ 吸収ヒートポンプ
１０ 吸収器
２０ 蒸発器
２１ 熱源管
３０ 再生器
３１ 熱源管
４０ 凝縮器
６１ 排熱搬送管
６４ 溶液用排熱搬送管
６４Ａ 高圧溶液用排熱搬送管
６４Ｂ 低圧溶液用排熱搬送管
６５ 冷媒用排熱搬送管
６６ 溶液加熱熱交換器
６８ 冷媒加熱熱交換器
８０ 気液分離器
８９ 被加熱媒体蒸気管
９３ ボイラ
１０１、１０２、１０２Ａ 蒸気発生システム
Ｂｂ ブロー水
Ｂｖ ボイラ蒸気
Ｄ ヘッダドレン
Ｅ プロセスドレン
ｈ１、ｈ２ 熱源温水
Ｓａ 濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖｅ 蒸発器冷媒蒸気
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気
Ｖｆ 冷媒液
Ｗ 被加熱媒体
Ｗｑ 被加熱媒体液
Ｗｖ 被加熱媒体蒸気

Claims (4)

1. 吸収溶液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにおける前記吸収溶液が前記冷媒の蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体を加熱し蒸発させてヒートポンプ蒸気とする吸収ヒートポンプと；
   導入した水を加熱し蒸発させてボイラ蒸気を生成するボイラと；
   前記ボイラから直接又は間接に排出されたボイラ排熱を保有する排熱保有流体を、前記吸収ヒートポンプに導入する排熱案内手段と；
   前記吸収ヒートポンプで生成されたヒートポンプ蒸気を前記吸収ヒートポンプの外部へ導く蒸気供給手段とを備え；
   前記吸収ヒートポンプが、前記吸収ヒートポンプサイクルを作動させる際に、導入した前記ボイラ排熱を利用する；
   蒸気発生システム。
2. 前記吸収ヒートポンプが、第１の熱源流体管内を流れる第１の熱源流体で前記冷媒の液を加熱して前記吸収溶液に吸収させる前記冷媒の蒸気を生成する蒸発器と、前記吸収溶液が前記冷媒の蒸気を吸収して濃度が低下した希溶液を第２の熱源流体管内を流れる第２の熱源流体で加熱して前記希溶液から前記冷媒を蒸発させて濃度が上昇した濃溶液を生成する再生器と、を含んで構成され；
   前記排熱案内手段が、前記ボイラ排熱を、前記蒸発器及び前記再生器の少なくとも一方の前記熱源流体管内を流れる熱源流体に直接的又は間接的に導く熱源供給管を含んで構成された；
   請求項１に記載の蒸気発生システム。
3. 前記吸収ヒートポンプが、第１の熱源流体管内を流れる第１の熱源流体で前記冷媒の液を加熱して前記吸収溶液に吸収させる前記冷媒の蒸気を生成する蒸発器と、前記吸収溶液が前記冷媒の蒸気を吸収して濃度が低下した希溶液を第２の熱源流体管内を流れる第２の熱源流体で加熱して前記希溶液から前記冷媒を蒸発させて濃度が上昇した濃溶液を生成する再生器と、前記蒸発器で生成された前記冷媒の蒸気を前記再生器で生成された前記濃溶液に吸収させることにより前記吸収熱を発生させて前記ヒートポンプ蒸気を生成する吸収器と、前記再生器で発生した前記冷媒の蒸気を導入し冷却し凝縮させて液にする凝縮器と、を含んで構成され；
   前記濃溶液又は前記冷媒の液に前記ボイラ排熱を伝達する熱交換器をさらに備え；
   前記排熱案内手段が、前記ボイラ排熱を前記熱交換器に導く液加熱媒体供給管を含んで構成された；
   請求項１に記載の蒸気発生システム。
4. 前記吸収ヒートポンプが、前記吸収器で生成された前記吸収ヒートポンプ蒸気から前記被加熱媒体の液を分離する気液分離器を有し；
   前記排熱保有流体が、前記ボイラ蒸気が凝縮した蒸気ドレンであり；
   前記液加熱媒体供給管が、前記ボイラ蒸気が凝縮した場所から前記気液分離器内に前記蒸気ドレンを導く第１の液加熱媒体供給管と、前記気液分離器内から前記熱交換器に前記蒸気ドレンを導く第２の液加熱媒体供給管とを含んで構成された；
   請求項３に記載の蒸気発生システム。

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