JP2010536008A - 熱供給用熱交換装置 - Google Patents

Abstract

熱供給用の熱交換装置は、少なくとも１つの温水用吸収式ヒートポンプ（１）と、少なくとも１つの水−水熱交換器（２）と、一次熱供給ネットワーク管路（３）と、二次熱供給ネットワーク管路（４）とを含む。前記一次熱供給ネットワーク管路（３）は温水用吸収式ヒートポンプ（１）の発生器、水−水熱交換器（２）及び温水用吸収式ヒートポンプ（１）の蒸発器を順に通過し、一次熱供給ネットワークシステムを形成する。前記二次熱供給ネットワーク管路（４）は温水用吸収式ヒートポンプ（１）の吸収器及び温水用吸収式ヒートポンプ（１）の凝縮器及び水−水熱交換器（２）を通過し、二次熱供給ネットワークシステムを形成する。

Description

本発明は熱供給用熱交換装置の一種に言及する。

都市部の熱供給規模が急速に発達するにつれ、中心の熱源から熱供給の使用者まで温水を送るのに通常は長い距離が必要である。同一の熱供給負荷では、供給水と返流水の温度差を大きくすることで温水の流量が減り、パイプラインへの投資が低減される。他の利点は、循環ポンプの消費電力と熱供給のコストの低減である。現在、一次熱供給ネットワークの供給水／返流水の設計温度は通常１３０℃／６０℃である。実際は、消費者の熱供給ニーズによって制限されるため、返流水の温度は従来の熱交換器で更に低くされることはできない。よって、返流水の温度を更に下げることは、中心熱源の熱供給半径の拡大、エネルギー消費量の減少、そして熱供給コストの低下にとって大きな意味を持つであろう。

本発明の目的は、熱供給用の熱交換装置の一種を提供することである。

熱交換装置は、少なくとも１つの温水用吸収式ヒートポンプ１と、少なくとも１つの水−水熱交換器２と、一次熱供給ネットワーク管路３と、二次熱供給ネットワーク管路４とを含む。温水用吸収式ヒートポンプ１は発生器、蒸発器、凝縮器及び吸収器を含む。

管路３は、温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器、水−水熱交換器２及び温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器を順次に通過して一次熱供給ネットワークシステムを形成する。管路４は、温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器、温水用吸収式ヒートポンプ１の凝縮器及び水−水熱交換器２を順次に通過して二次熱供給ネットワークシステムを形成する。

温水用吸収式ヒートポンプ１は下記の条件を満たすべきである。即ち、一次熱供給ネットワークの供給水の温度は温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器を通過した後に１０〜４０℃下がらなくてはならない。水−水熱交換器２からの温水の温度は、温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器を通過した後に２０〜４０℃下がらなくてはならない。二次熱供給ネットワークの返流水の温度は、温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器を通過した後に１０〜３０℃上がらなくてはならない。

一次熱供給ネットワーク内の供給水の温度は通常８０℃から１３０℃の間である。

前述の熱交換装置が少なくとも２つの温水用吸収式ヒートポンプ１を含む場合、一次熱供給ネットワーク管路３は温水用吸収式ヒートポンプ１を連続的に通過することができる（直列接続）。また、一次熱供給ネットワーク管３は各温水用吸収式ヒートポンプを個々に通過することもできる（並列接続）。二次熱供給ネットワーク管路４は、直列接続又は並列接続で温水用吸収式ヒートポンプ１を通過することができる。

このような熱交換装置は、弁のような温度制御用器具を含むこともできる。

本発明では、実際の適用に従ってあらゆる実現可能な方法で二次熱供給ネットワーク管路４を接続することができる。温水用吸収式ヒートポンプ１が装置に１つだけ含まれる場合、二次熱供給ネットワーク管路を以下の６つの方法で接続することができる。

第１の方法：二次熱供給ネットワーク管路４が、温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器、ならびに水−水熱交換器２を連続して通過する。

熱交換装置が水−水熱交換器２を１つ含む場合の熱交換装置の概略図を図１に示す。一次熱供給ネットワークの供給水は先ず温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器に流れ込み、駆動熱源として臭化リチウム溶液を加熱し、これを濃縮させる。次に温水は水−水熱交換器２の高温側に流れ込み、低温側の返流水を加熱する。この温水は次に低温熱源として吸収式ヒートポンプ１の蒸発器に流れ込む。最後に、温水は、熱を放出して温度が下がった後に中心熱源に流れ込む。一方、二次熱供給ネットワークの返流水は吸収式ヒートポンプの吸収器及び凝縮器に流れ込み、加熱される。次に、返流水は水−水熱交換器に流れ込み、ここで加熱される。最後に、返流水は末端の使用者に戻る。

第２の方法：二次熱供給ネットワーク管路４は少なくとも２つの独立した管路を含むべきである。独立した管路は温水式吸収ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。一方で、他の全ての独立した管路はそれぞれ水−水熱交換器２に達する。

前述の熱交換装置が水−水熱交換器２を１つ含む場合の熱交換装置の概略図を図２に示す。二次ネットワーク管路４は２つの独立した管路（４−Ａ及び４−Ｂ）からなる。独立管路（４−Ａ）は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。独立管路（４−Ｂ）は水−水熱交換器２に達する。

一次熱供給ネットワークの供給水は温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器に流れ込み、駆動熱源として臭化リチウム溶液を加熱し、これを濃縮させる。次に温水は水−水熱交換器２の高温側に流れ込み、低温側の返流水を加熱する。この温水は次に低温熱源として吸収式ヒートポンプ１の蒸発器に流れ込む。最後に、温水は、熱を放出して温度が下がった後に中心熱源に流れ込む。末端使用者Ａからの二次熱供給ネットワークの返流水は吸収式ヒートポンプの吸収器及び凝縮器に流れ込み、加熱される。末端使用者Ｂからの二次熱供給ネットワークの返流水は水−水熱交換器に流れ込み、加熱される。二次熱供給ネットワークのこれら二種の返流水のパラメータは異なっていてもよい。そして、返流水をそれぞれの二次熱供給ネットワークシステムに通して異なる熱供給使用者に送ることができる。

第３の方法：前述の熱交換装置が水−水熱交換器２を１つ含む場合、二次熱供給ネットワーク管路４は１つの主管路及び２つの分岐管路からなる。主管路はまず２つの分岐管路に分かれる。分岐管路４−１は吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達し、一方で分岐管路４−２は水−水熱交換器２に達し、次にこれら２つの分岐管路は合流する。

熱交換装置の概略図を図３に示す。一次熱供給ネットワークの供給水は温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器に流れ込み、駆動熱源として臭化リチウム溶液を加熱し、これを濃縮させる。次に温水は水−水熱交換器２の高温側に流れ込み、低温側の返流水を加熱する。この温水は次に低温熱源として吸収式ヒートポンプ１の蒸発器に流れ込む。最後に、温水は、熱を放出して温度が下がった後に中心熱源に流れ込む。

熱供給使用者からの二次熱供給ネットワークの返流水は２つの支流に分かれる。一方の支流は吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器に連続して流れ込み、加熱される。もう一方の支流は水−水熱交換器２に流れ込み、加熱される。最後に、これら２つの支流は合流し、熱供給使用者に戻る。

第４の方法：前述の熱交換装置は、２つの水−水熱交換器２（２ａ及び２ｂ）を含む。二次熱供給ネットワーク管路４は主管路及び３つの分岐管路からなる。主管路はまず３つの分岐管路に分かれる。第１の分岐管路は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。第２の分岐管路は水−水熱交換器２ａに達する。第３の分岐管路は水−水熱交換器２ｂに達する。最後に、これら３つの分岐管路が合流する。

第５の方法：前述の熱交換装置は、２つの水−水熱交換器２（２ａ及び２ｂ）を含む。二次熱供給ネットワーク管路４は主管路及び２つの分岐管路からなる。主管路はまず２つの分岐管路に分かれる。第１の分岐管路は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。これに対し、もう一方の分岐管路は水−水熱交換器２ａに達する。次に２つの分岐管路が合流し、最後に水−水熱交換器２ｂを通過する。

第６の方法：前述の熱交換装置は、２つの水−水熱交換器２（２ａ及び２ｂ）を含む。二次熱供給ネットワーク管路４は主管路及び２つの分岐管路からなる。主管路は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。次に、主管路は２つの分岐管路に分かれる。第１の分岐管路は水−水熱交換器２ａに達する。第２の分岐管路は水−水熱交換器２ｂに達する。最後に、これら２つの管路が合流する。

前述した種の新しいタイプの熱交換装置を含む熱供給システムも保護範囲内にある。例えば、他の加熱装置を含む一次熱供給ネットワークと、熱供給使用者を含む二次熱供給ネットワークに接続された熱交換装置を備えた循環熱供給システムが挙げられる。

前述の熱交換装置及び熱供給システムを地域熱供給に適用することができる。

本発明の熱交換装置の第１の接続モードのフロー図である。 本発明の熱交換装置の第２の接続モードのフロー図である。 本発明の熱交換装置の第３の接続モードのフロー図である。 実施例１の図である。 実施例２の図である。 実施例に適用される温水用吸収式ヒートポンプの図である。

以下の部分では、地域熱供給システムにおける実際の熱供給パラメータに従い、実施例を用いて本発明の実施方法を説明する。

下記の実施例の温水用吸収式ヒートポンプ５が図５及び図６に示されており、これは、発生器１−１、凝縮器１−２、吸収器１−３、蒸発器１−４、溶液熱交換器１−５、スロットル装置１−６、溶液ポンプ１−７、低温流体ポンプ１−８及びあらゆる種類の接続管からなる。

温水用吸収式ヒートポンプの作動の際、希薄溶液（臭化リチウムなど）が温水によって発生器内で沸騰され、低温蒸気及び濃縮液が生じる。

濃縮液は、溶液熱交換器を通って冷却された後に吸収器に入る。濃縮液は低温蒸気を吸収して希薄溶液になる。これは、溶液ポンプによって駆動され、溶液熱交換器内で加熱された後に最終的に発生器に入り、溶液サイクルが完了する。

低温蒸気は凝縮器に入り、ここで低温蒸気は凝縮熱を放出して低温液体になる。この液体は蒸発器に入り、ここで液体はスロットル弁の通過後に熱を吸収して蒸気になる。次に蒸気は吸収器内の溶液によって吸収され、低温サイクルが完了する。

実施例１：本発明の熱交換装置の適用
１：組立品
温水用吸収式ヒートポンプ１及び水−水熱交換器２を含む大温度差熱交換アセンブリ：ＡＨＥ８０００Ａ型、北京ＨＮＲＴ技術開発株式会社（Ｂｅｉｊｉｎｇ ＨＮＲＴ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ）

接続の概略図を図４に示す。一次熱供給ネットワークは温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器、水−水熱交換器２及び温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器へ順に達する。二次熱供給ネットワーク管路は主管路及び２つの分岐管路からなる。主管路はまず２つの分岐管路に分かれる。一方の分岐管路は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。これに対し、もう一方の分岐管路は水−水熱交換器２に達する。次にこれら２つの支流が合流する。

２：適用
一次熱供給ネットワーク：一次熱供給ネットワークの温水は、臭化リチウムを濃縮するための駆動エネルギー源としてまず温水用吸収式ヒートポンプの発生器に流れ込む。温水の温度は、温水用吸収式ヒートポンプ１内で１３０℃から９０℃に変わる。次に、温水は二次熱供給ネットワークの返流水を加熱するための加熱源として水−水熱交換器２に流れ込む。水−水熱交換器２から放出された後、温水の温度は５０℃まで下がる。次に、温水は低位熱源として温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器に流れ込む。温水の温度は２０℃まで下がり、中心熱源に戻る。そして、このサイクルを再度繰り返す。

二次熱供給ネットワーク：４５℃である二次熱供給ネットワークの返流水が２つの支流に分かれる。一方の支流は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器に流れ込み、５７℃に加熱される。もう一方の支流は水−水熱交換器２に流れ込んで８５℃に加熱され、一次熱供給ネットワークと熱交換する。２つの支流の温水は６０℃で合流し、熱供給使用者に送達される。

この装置はヒートポンプと熱交換器を組み合わせている。この装置は、高温の温水のカスケード利用を効果的に行うことができる。この装置は、供給水と返流水との間に１１０℃の温度差を実現することができる。また、この装置は、ビルの熱供給又は家庭用温水のニーズに応えた温水を生じることができる。通常、これらの装置は大規模な地域熱供給システムの各熱交換ステーションに設置される。

実施例２：本発明の熱交換装置の適用
１：組立品
温水用吸収式ヒートポンプ１及び水−水熱交換器２を含む大温度差熱交換装置：ＡＨＥ８０００Ａ型、北京ＨＮＲＴ技術開発株式会社

接続の概略図を図５に示す。

一次熱供給ネットワークは温水用吸収式ヒートポンプ１の発生器、水−水熱交換器２及び温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器へ順に達する。二次熱供給ネットワーク管路は主管路及び２つの分岐管路からなる。主管路はまず２つの分岐管路に分かれる。一方の分岐管路は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器へ順に達する。これに対し、もう一方の分岐管路は水−水熱交換器２ａに達する。次にこれら２つの支流が合流し、水−水熱交換器２ｂに流れ込む。

２：適用
一次熱供給ネットワーク：１３０℃である一次熱供給ネットワークの温水は、臭化リチウムを濃縮するための駆動エネルギー源としてまず温水用吸収式ヒートポンプの発生器に流れ込む。温水用吸収式ヒートポンプから放出された後、温水の温度は９０℃まで下がる。次に、温水は二次熱供給ネットワークの温水を加熱するための加熱源として第二段の水−水熱交換器２ｂに流れ込む。温水の温度は６５℃まで下がる。次に、温水は二次熱供給ネットワークの温水を加熱するための加熱源として第一段の水−水熱交換器２ａに流れ込む。第一段水−水熱交換器から流れ出た後の温水の温度は５０℃まで下がる。次に、温水は低位熱源として温水用吸収式ヒートポンプ１の蒸発器に流れ込む。一次熱供給ネットワーク内の温水の温度は２０℃まで下がり、中心熱源に戻る。そして、このサイクルを再度繰り返す。

二次熱供給ネットワーク：４５℃である二次熱供給ネットワークの返流水が２つの支流に分かれて装置へ流れ込む。一方の支流は温水用吸収式ヒートポンプ１の吸収器及び凝縮器に流れ込み、６０℃に加熱される。もう一方の支流は水−水熱交換器２ａに流れ込んで６０℃に加熱され、一次熱供給ネットワークと熱交換する。２つの支流の温水は合流し、第二段熱交換器２ｂに６０℃で流れ込む。そして、熱供給使用者に６７℃で送達される。

この装置はヒートポンプと二段の熱交換器を組み合わせている。この装置は、高温の温水のカスケード利用を効果的に行うことができる。この装置は、供給水と返流水との間に１１０℃の温度差を実現することができる。また、この装置は、ビルの熱供給又は家庭用温水のニーズに応えた温水を生じることができる。通常、これらの装置は、末端の熱供給装置としてラジエータを用いる大規模な地域熱供給システムの各熱交換ステーションに設置される。

本発明は、熱供給用の熱交換装置の一種を提供する。本発明を使用することで、地域熱供給用の温水のエネルギーのカスケード利用を実現することができる。この装置は、熱供給使用者の温度に対する要求に応えることができるのみならず、一次熱供給ネットワークの返流水の温度を大幅に下げることもできる。一次熱供給ネットワークにおける返流水の温度は、二次熱供給ネットワークの流入水よりもかなり低い。よって、この装置は、一次熱供給ネットワークの供給水と返流水との温度差を大幅に広げる。この大きな温度差での送出により、管路の初期投資及び循環ポンプの消費電力が大幅に低減される。また、この装置は、低位熱源や、廃熱さえをも利用する機会を作る。この装置の利点は、地域熱供給システムの総合的なエネルギー効率を改善でき、熱供給のコストを低減できることにある。本発明の装置をビルの熱供給又は家庭用温水に適用することができる。

Claims (11)

1. 地域熱供給用の熱交換装置の一種であって、少なくとも１つの温水用吸収式ヒートポンプ（１）と、少なくとも１つの水−水熱交換器（２）と、一次熱供給ネットワーク管路（３）と、二次熱供給ネットワーク管路（４）とを含み、
   前記温水用吸収式ヒートポンプが発生器、蒸発器、凝縮器及び吸収器からなり、
   前記一次熱供給ネットワーク管路（３）は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記発生器、前記水−水熱交換器（２）及び前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記蒸発器を順に通過し、これにより、一次熱供給ネットワークシステムを形成し、
   前記二次熱供給ネットワーク管路（４）は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器ならびに前記水−水熱交換器（２）を通過し、これにより、二次熱供給ネットワークシステムを形成する、
   地域熱供給用熱交換装置。
2. １つの温水用吸収式ヒートポンプ（１）から構成される、請求項１に記載の熱交換装置。
3. 前記二次熱供給ネットワーク管路（４）が前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器ならびに前記水−水熱交換器（２）を順に通過する、請求項２に記載の熱交換装置。
4. 前記二次熱供給ネットワーク管路（４）が少なくとも２つの独立した管路を含み、前記管路のうちの１つが温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器を順に通過し、前記管路のうちの残りはそれぞれ前記水−水熱交換器（２）を通過する、請求項２に記載の熱交換装置。
5. １つの水−水熱交換器（２）を含み、前記二次熱供給ネットワーク管路（４）は主管路及び２つの分岐管路からなり、前記主管路は２つの分岐管路に分かれ、分岐管路（４−１）は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記凝縮器を通過し、分岐管路（４−２）は水−水熱交換器（２）を通過し、次にこれら２つの前記分岐管路が合流する、請求項２に記載の熱交換装置。
6. ２つの水−水熱交換器（２ａ、２ｂ）を含み、前記二次熱供給ネットワーク管路（４）は主管路及び３つの分岐管路からなり、前記主管路はまず３つの分岐管路に分かれ、第１の分岐管路は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器を順に通過し、第２の分岐管路は水−水熱交換器（２ａ）を通過し、第３の分岐管路は水−水熱交換器（２ｂ）を通過し、最後にこれら３つの前記分岐管路が合流する、請求項２に記載の熱交換装置。
7. ２つの水−水熱交換器（２ａ及び２ｂ）を含み、前記二次熱供給ネットワーク管路４は主管路及び２つの分岐管路からなり、前記主管路はまず２つの分岐管路に分かれ、第１の分岐管路は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器を順に通過し、これに対してもう一方の分岐管路は水−水熱交換器（２ａ）を通過し、次にこれら２つの前記分岐管路が合流した後に水−水熱交換器（２ｂ）を通過する、請求項２に記載の熱交換装置。
8. ２つの水−水熱交換器（２ａ、２ｂ）を含み、前記二次熱供給ネットワーク管路（４）は主管路及び２つの分岐管路からなり、前記主管路は前記温水用吸収式ヒートポンプ（１）の前記吸収器及び前記凝縮器を順に通過し、次に前記主管路は２つの分岐管路に分かれ、一方の分岐管路は水−水熱交換器（２ａ）を通過し、もう一方の分岐管路は水−水熱交換器（２ｂ）を通過し、最後にこれら２つの前記分岐管路が合流する、請求項２に記載の熱交換装置。
9. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱交換装置を含む熱供給システム。
10. 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の熱交換装置の地域熱供給システムへの適用。
11. 請求項９に記載の熱供給システムの地域熱供給への適用。

Images