JP3830141B2 - 発電及び吸収冷温水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電及び吸収冷温水装置に係り、特に、ガスタービン、エンジン等の外部からの排熱を熱源として、吸収冷温水機を運転するとともに、吸収冷温水機内に組込んだ冷媒蒸気を駆動源とする膨張機で、発電機を駆動して発電をも行う発電及び吸収冷温水装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
排熱を用いて冷温水を製造する装置、あるいは排熱を用いて発電をする装置など、どちらか一方を目的にした装置が、従来から用いられてきた。
排熱を用いて冷温水を製造し、冷暖房をする場合、中間期には、冷温水負荷がほとんどなくなり、排熱が有効利用できなくなる。
一方、排熱を用いて発電をする装置は、一年中、排熱の利用はできるが、発電効率は低い。冷暖房が必要な時期は、発電した電気で冷凍機あるいはヒートポンプを運転するよりも、排熱で吸収冷温水機を直接駆動した方が利用効率が高くできることが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、上記従来技術に鑑み、冷温水製造と共に発電が可能な簡易な装置を用いて、冷暖房負荷が無い時には、発電単独の運転が可能で、冷房能力を増大したい時は、二重効用運転が可能な発電及び吸収冷温水装置を提供することを課題とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、高熱源再生器、該高熱源再生器で発生する冷媒蒸気を熱源とする低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備えた吸収冷温水装置において、前記高熱源再生器と凝縮器との間に、冷媒蒸気膨張機を有する冷媒蒸気配管を設け、該膨張機に発電機を接続し、前記凝縮器と吸収器とは、それらの蒸気系を弁を有する配管で接続したことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置としたものである。
前記発電及び吸収冷温水装置において、高熱源再生器からの冷媒蒸気配管には、低温再生器又は冷媒蒸気膨張機に冷媒蒸気を分配する弁を設けることができ、また、前記蒸発器には、溶液流路の溶液を該蒸発器伝熱面に導く、暖房サイクル時に作動する弁を有する配管を接続することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
吸収剤と冷媒との組合せは、特に指定はないが、効率を上げるためには、なるべく吸収剤と冷媒との沸点差が大きいことが望ましい。
膨張機としては、タービン型、スクリュウ型、スクロール型等各種型式があり、主に、蒸気の容積流量で型式選択を行うことができる。
また、発電装置と冷凍装置とを兼用できる機器が多く、別途電気式冷凍装置を設けるよりもコンパクトでコストメリットもでる。
【0006】
次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1及び図2は、発明の発電及び吸収冷温水装置の一例を示すフロー構成図である。図においては、水、メタノール、水+メタノール、TFEなど、低圧冷媒であって、圧力があまり高くないとして、吸収器、蒸発器、凝縮器を角缶胴に納めて示している。
図において、Aは吸収器、Gは低温再生器、GHは高熱源再生器、GLXは低熱源再生器、Cは凝縮器、Eは蒸発器、Xは低温熱交換器、XHは高温熱交換器、SPは溶液ポンプ、RPは冷媒ポンプ、V1〜V5は弁、1と2は冷媒蒸気通路、3と4は冷却水、5は熱源、6は冷温水通路であり、また、7は膨張機、8は発電機、11〜17は溶液流路、18〜25は冷媒流路である。
【0007】
このように、本発明では、吸収器A、蒸発器E、低温再生器G、凝縮器Cを、一つの角型缶胴に収め、該缶胴の下部に吸収器Aを、また吸収器Aの斜め上部に蒸発器E、吸収器A上部に凝縮器Cを配置し、さらに、凝縮器C上部に低温再生器Gを配置し、吸収器A、蒸発器Eの低圧側と、低温再生器G、凝縮器Cの高圧側とを、斜め隔壁で分け、この斜め隔壁の上側に低温再生器Gから凝縮器Cへの冷媒蒸気が流れる通路1を配し、斜め隔壁の下側には蒸発器Eから吸収器Aへの冷媒蒸気が流れる通路2を配した構造としている。
また、この缶胴とは別に、高温排ガスを熱源5とする高熱源再生器GHと低熱源再生器GLXと溶液熱交換器X、XH、及び冷媒蒸気膨張機7と発電機8とが配備されている。そして、この缶胴の吸収器A及び低温再生器Gと高熱源再生器GH、低熱源再生器GLX及び膨張機7とは溶液流路11〜16及び冷媒流路20〜25でそれぞれ接続されて構成されている。
【0008】
次に、図(a)を用いてそれぞれの運転について説明する。
まず、冷房運転においては、蒸発器Eで冷媒蒸気が蒸発して、冷水(又はブライン)を冷却する。蒸発した冷媒蒸気は、吸収器Aにて、冷却水3で冷却されている吸収溶液に吸収される。
吸収器Aの溶液は、流路11からポンプSPにより、低温熱交換器X及び高温熱交換器XHの被加熱側を通って高熱源再生器GHに送られる。高熱源再生器GHでは、熱源5によって溶液が加熱されて、冷媒蒸気を発生し、吸収剤が濃縮された状態になり、流路12から高温熱交換器XHの加熱側を経由して低温再生器Gに送られる。
【0009】
冷房出力及び発電をするとき、膨張機7側の流路21の弁V5を開、低温再生器側流路23の弁V4を閉とし、発生した冷媒蒸気は、流路20、21を通り冷媒蒸気膨張機7で仕事をし、低圧蒸気となって凝縮器Cに入り、凝縮して蒸発器Eに戻る。冷水負荷があまり無く、冷房出力オーバーになる時は、熱源5が排熱の場合には、熱源を最大限使用して発電量を多く確保し、一方、冷水(冷房)出力調整のため、冷媒蒸気膨張機7からの冷媒蒸気の一部を流路24からの弁1を開にして吸収器Aに導き、凝縮器Cで凝縮する冷媒量を減少させて負荷調節を行う。凝縮器Cの負荷が小さくなると、凝縮圧力が低下し、膨張機出力は若干であるが増加する。なお、熱源5が排熱ではなく、熱源コストが問題になる場合は、発電量と冷凍出力の効果を考慮して調整する必要がある。
発電よりも冷房優先のとき、膨張機側の弁V5を閉、低温再生器側の弁V4を開とし、発生した冷媒蒸気は、流路20、23を通り低温再生器Gの熱源となり、低温再生器Gの溶液を加熱濃縮し、自らは凝縮液となり凝縮器Cに入る。一方、低温再生器Gで溶液から発生する冷媒蒸気は、凝縮器Cで凝縮し、先程の凝縮液と共に蒸発器Eに戻る。膨張機側の弁V5と、低温再生器側の弁V4とを調節して、冷媒蒸気量を分配し、発電と冷凍出力を調節することもできる。
【0010】
暖房運転においては、暖房時には、基本的には吸収器A、凝縮器Cに冷却水3、4を流さず、吸収溶液Eを蒸発器伝熱面に散布して温水を製造する。
高熱源再生器GHで発生した冷媒蒸気は、冷媒蒸気膨張機7で仕事をし、低圧冷媒蒸気となって、流路24から弁1を開にして吸収器A又は蒸発器Eに入り、蒸発器伝熱面に散布されている吸収溶液に吸収される。
温水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、熱源を最大限使用して発電量を確保し、一方、温水(暖房)出力調整のため、冷却水3、4を流し、余分な温熱を冷却水に捨てる。この際、冷却水は温度を調整あるいは流量を調整して、温水の容量制御をすることになる。
【0011】
発電単独運転においては、基本的には吸収器Aに吸収溶液を散布すると共に冷却水3を流し、冷媒蒸気膨張機出口の蒸気を流路24から吸収器Aに導いて吸収させる。
凝縮器Cには冷却水を流さなくてよいが、流れていても差し支えない。
高熱源再生器GHで発生した冷媒蒸気は、冷媒蒸気膨張機7で仕事をし、低圧冷媒蒸気となって、吸収器Aで吸収溶液に吸収される。
図1(a)はシリーズフローで示しているが、図1(b)のように、パラレルフローとしてもよい。
パラレルフローで低温再生器加熱側に流路23から蒸気を導入する場合に、希溶液を流路13から低温再生器Gに送り、蒸気を導入しない場合は、希溶液を送らないようにしてもよい。
フローはその他、リバースフローなどを採用してもよい。
【0012】
次に、図2を用いてそれぞれの運転について説明する。
図2は、一二重効用サイクルの可能な装置を示す。高熱源再生器GHに高温側熱源流体を、低熱源再生器GLXに低温側熱源流体を投入する。
高熱源再生器GHの発生蒸気は、冷媒蒸気膨張機7に導くと発電ができ、一方低温再生器Gに導いて加熱源として利用すれば、冷凍能力を増加させることができる。
低熱源再生器GLXで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Cに導く。低熱源温度が高ければ、発生冷媒を冷媒蒸気膨張機7の低圧部あるいは低圧段を経由して凝縮器Cに導いてもよい。また、冷媒蒸気膨張機7と凝縮器Cとに切替選択導入などとしてもよい。
凝縮器Cと吸収器Aとを弁V1を有する配管24で結び、冷媒蒸気膨張機7から出る低圧冷媒蒸気を凝縮器Cで凝縮させるか、吸収器Aに吸収させるか調節あるいは選択できる。
【0013】
冷房運転においては、高熱源再生器GHからの冷媒蒸気は、冷房負荷が多く冷房主体で運転する場合は、低温再生器Gに導いて溶液の加熱濃縮に利用(二重効用サイクル)し、冷房負荷が高負荷でなく発電主体で運転する場合は、冷媒蒸気膨張機7に導いて発電し、膨張後の冷媒を凝縮させて冷房に利用する。
低熱源再生器GLXからの冷媒蒸気は、冷房中は基本的には凝縮器Cに導く。
冷水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、凝縮器Cと吸収器Aとの間の弁V1を開とし、冷媒蒸気膨張機出口から吸収器Aに入る蒸気量を調節する。
蒸発器Eで冷媒蒸気が蒸発して、冷水(又はブライン)を冷却する等は、図1と同じである。
溶液の循環は、吸収冷凍機のシリーズフロー、パラレルフロー、リバースフロー、これらの混合したフロー等各種で行うことができる。
【0014】
暖房運転においては、暖房時には、吸収器A、凝縮器Cに冷却水3、4を流さず、吸収溶液を弁V2を開として流路17から蒸発器E伝熱面に散布して温水を製造する。
高熱源再生器GHで発生した冷媒蒸気は、冷媒蒸気膨張機7にて仕事をした後、低熱源再生器GLXで発生した冷媒蒸気と共に、吸収器A又は蒸発器Eに入り、蒸発器伝熱面に散布されている吸収溶液に吸収され、蒸発器Eを流れる温水を加熱する。
温水負荷があまり無く出力オーバーになる時は、冷却水を流して調節する。
【0015】
発電単独運転においては、高熱源再生器GHで発生した冷媒蒸気は、冷媒蒸気膨張機7に導き、膨張機で仕事をした後吸収器Aの吸収溶液に吸収される。
低熱源再生器GLXで発生した冷媒蒸気は、吸収器Aにて吸収溶液に吸収される。なお、低熱源再生器GLXで発生した冷媒蒸気を冷媒蒸気膨張機7の低圧段に導く構成の場合には、膨張機7で仕事をした後、吸収器Aにて吸収される。
吸収器A、蒸発器E等は、低圧冷媒を用いるときは、散布式の熱交換器の形態をとるが、アンモニア等の高圧冷媒のときには散布式ではなく、満液式の熱交換器の形態として差し支えない。
吸収冷温水機としているが、吸収冷凍機に適用して差し支えない。
また、冷却水の代りに空気とするなど冷却媒体を変えてもよく、冷温水も空気あるいは熱媒など別の媒体としてもよい。
冷媒と吸収剤との沸点差があまり高くない場合、吸収冷凍機としては精留器が必要で、構成機器中に精留器を含んでいて差し支えない。
【0016】
【発明の効果】
本発明によれば、ガスタービン、エンジン等の外部からの排熱を熱源として、吸収冷温水機を運転すると共に、吸収冷温水機内に組込んだ冷媒蒸気を駆動源とする膨張機で、発電機を駆動して発電をも行うことができ、また、冷暖房負荷が無い時には、発電単独の運転が可能で、冷房能力を増大したい時は、二重効用運転ができる発電及び吸収冷温水装置とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)、(b)は、本発明の発電及び吸収冷温水装置の一例を示すフロー構成図。
【図2】本発明の発電及び吸収冷温水装置の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
A:吸収器、G:低温再生器、GH:高熱源再生器、GLX:低熱源再生器、C:凝縮器、E:蒸発器、X:低温熱交換器、XH:高温熱交換器、SP:溶液ポンプ、RP:冷媒ポンプ、V1〜V5:弁、1、2:冷媒蒸気通路、3、4:冷却水、5:熱源、6:冷温水通路、7:膨張機、8:発電機、11〜17:溶液流路、18〜25:冷媒流路
Claims (3)
- 高熱源再生器、該高熱源再生器で発生する冷媒蒸気を熱源とする低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを有する吸収冷温水装置において、前記高熱源再生器と凝縮器との間に、冷媒蒸気膨張機を有する冷媒蒸気配管を設け、該膨張機に発電機を接続し、前記凝縮器と吸収器とは、それらの蒸気系を弁を有する配管で接続したことを特徴とする発電及び吸収冷温水装置。
- 前記高熱源再生器からの冷媒蒸気配管には、低温再生器又は冷媒蒸気膨張機に冷媒蒸気を分配する弁を設けたことを特徴とする請求項1記載の発電及び吸収冷温水装置。
- 前記蒸発器には、溶液流路の溶液を該蒸発器伝熱面に導く、暖房サイクル時に作動する弁を有する配管を接続したことを特徴とする請求項1又は2記載の発電及び吸収冷温水装置。
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