JP3965485B2 - 廃熱利用吸収冷温水機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は廃熱利用吸収冷温水機に関する。さらに詳しくは、灯油、燃料ガス、高温・高圧蒸気などの高質熱源の消費量を低減できる廃熱利用吸収冷温水機に関する。ここに、吸収冷温水機は吸収冷凍機も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、吸収冷温水機における灯油、燃料ガス、高温・高圧蒸気などの高質燃料を削減するため、吸収冷温水機における低温熱交換器と低温再生器との間に太陽熱利用の温水機からの温水やガスタービンを利用した熱電併用システム、いわゆるコージェネレーション・システムからの温水を利用した吸収冷温水機が知られている。
【０００３】
例えば、特公平３ー８４６５号公報には、吸収器ａからの稀吸収液を熱交換器ｂで加熱後、その一部を低温再生器ｃへ残部を高温再生器ｄへ導くと共に、高温再生器ｄからの濃吸収液と低温再生器ｃからの中間液とを前記熱交換器ｂの加熱側に戻して混合し、散布濃液として吸収器ａに帰還させる吸収式冷凍機において、前記熱交換器ｂと低温再生器ｃとの間の稀吸収液管路に、低温熱源を利用して冷媒蒸気を発生させる低温熱源再生器ｅを介在させたことを特徴とする一重二重効用組合せ吸収式冷凍機Ｒ´が提案されている（図１０参照）。
【０００４】
しかしながら、前記提案に係る吸収式冷凍機Ｒ´においては、１台の吸収液ポンプｐで運転圧力の大きく異なる低温再生器ｃおよび高温再生器ｄへ送液している。そのため、部分負荷運転時に高温再生器ｄの圧力が大きく低下し、送液のバランスが大きく変化するとともに吸収液の循環量も増すので、燃料消費率が悪化するという問題がある。
【０００５】
また、低温熱源再生器ｅへ導かれる吸収液は全循環量の約２分の１であるため、低温熱源で加熱された吸収液の温度が高くなり、その結果低温熱源と吸収液との温度差が小さくなり、大きな低温再生器ｃが必要となるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、前記諸問題が解消された高質熱源の消費量を低減できる廃熱利用吸収冷温水機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第１形態は、吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、前記潜熱変化部が、チューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れるプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされ、前記プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段近傍に設けられ、前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、吸収液に添加されている表面活性剤の前記稀吸収液流出口からの流出を阻害しないようにされてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第１形態においては、前記顕熱変化部は、例えばチューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れる満水方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされる。
【０００９】
ここで、前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、例えば碁盤目配列とされていたり、プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段から所定高さ位置に設けられていたりする。
【００１０】
また、本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第２形態は、吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、前記低温熱源利用熱交換器から前記低温再生器への冷媒蒸気ラインに蒸発器の加熱側に接続している分岐ラインを設けるとともに、該分岐ラインに冷房用と暖房用とに切替える冷暖切替手段を介装し、前記冷暖切替手段を暖房用に切替えて前記低温熱源利用熱交換器からの冷媒蒸気を前記蒸発器に導いて同蒸発器内の温水を加熱する
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機においては、低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高い場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されるようにされ、低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高くない場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されないようにされていてもよい。
【００１２】
【作用】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機は、前記の如く構成されているので、熱効率の向上が図られるとともに、高質熱源の消費量が低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒを図１にブロック図で示し、また図２に概略図で示す。この実施の形態１に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、下記のようにして吸収液が循環利用されている。
【００１５】
まず、冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液、つまり稀吸収液が吸収液ポンプ（稀液ポンプ）Ｐ1を介して低温熱交換器１０に送給される。この低温熱交換器１０に送給された稀吸収液は、この低温熱交換器１０により加熱された後に廃熱利用熱交換器２０に送給される。
【００１６】
この廃熱利用熱交換器２０に送給された稀吸収液は、さらに廃熱利用熱交換器２０により加熱された後、低温再生器３０に送給される。この低温再生器３０に送給された稀吸収液は、低温再生器３０により低温再生され、吸収している冷媒の一部を放出して濃度が上昇する。つまり、中間吸収液となる。この中間吸収液の一部は、吸収液ポンプ（中間液ポンプ）Ｐ2を介して高温熱交換器４０に送給される。
【００１７】
この高温熱交換器４０に送給された中間液は、高温熱交換器４０により加熱された後、高温再生器５０に送給される。この高温再生器５０に送給された中間吸収液は、高温再生器５０により高温再生され、吸収している冷媒の一部を放出して濃度がさらに上昇する。つまり、濃吸収液となる。この濃吸収液は、加熱源として高温熱交換器４０に送給される。
【００１８】
この高温熱交換器４０に送給された濃吸収液は、中間吸収液を加熱した後に中間吸収液の残りと混合され、低温熱交換器１０に加熱源として送給される。この低温熱交換器１０に送給された混合液は、稀吸収液を加熱した後に散布濃液として吸収器６０に帰還させられる。
【００１９】
この実施の形態１におけるサイクルは、前記説明から明らかなように、吸収液が低温再生器１０から高温再生器５０へ流れるようにされているので、いわゆるリバースサイクルとされている。なお、図１および図２において符号７０は蒸発器を、符号８０は連絡管をそれぞれ示す。また、図中の矢符は流れ方向を示す。
【００２０】
また、この実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、廃熱利用熱交換器２０の他は、従来の吸収冷温水機におけるものと同様とされているので、以下、廃熱利用熱交換器２０について説明する。
【００２１】
廃熱利用熱交換器２０は、廃熱などを利用して昇温された低温の温水（加熱流体）を利用して稀吸収液を加熱・昇温し、その稀吸収液に吸収されている冷媒の一部を蒸気とする機能を有するものである。なお、この廃熱利用熱交換器２０においては、低温熱交換器１０により加熱された稀吸収液の温度が、この廃熱利用熱交換器２０に供給されている加熱流体の温度よりも高い場合、廃熱利用熱交換器２０に加熱流体が供給されないように制御されるのが好ましい。
【００２２】
そして、かかる機能を有するようにするため、この廃熱利用熱交換器２０の伝熱面構成は、稀吸収液を昇温させる、いわゆる顕熱変化部２１と稀吸収液を沸騰させる潜熱変化部２２とを備えてなるものとされる。また、顕熱変化部２１と潜熱変化部２２とにおける熱交換を効率良く行うため、それぞれに適した熱交換器構造が採用されている。例えば、顕熱変化部２１は満液方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２３とされる一方、潜熱変化部２２はプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２４とされる。この２方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２３，２４を一体的に構成した廃熱利用熱交換器２０の一例を図３〜図５に示す。
【００２３】
この図３〜図５に示す廃熱利用熱交換器２０は、顕熱変化部２１を構成している満液方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器（以下、単に顕熱変化部熱交換器という）２３と、潜熱変化部２２を構成しているプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器（以下、単に潜熱変化部熱交換器という）２４とを並列的に一体化したものとされる。
【００２４】
顕熱変化部熱交換器２３は、千鳥配列とされた伝熱管群２３１の両端を一対の管板２３２，２３３により支持するとともに、その管板２３２，２３３間の伝熱管群２３１に図示のように管支え兼邪魔板（以下、単に邪魔板という）２３４を適宜間隔で配設したものをケーシング２３５により囲ったものとされる。この邪魔板２３４の配設位置および形状は、伝熱管群２３１の外側を流れる稀吸収液が上下に蛇行しながら流れるように調整されている。すなわち、邪魔板２３４は稀吸収液の上流側から、例えば上下の順に段違いに配設されるとともに、上側に配設された邪魔板２３４の底辺はケーシング底面２３６と所定の隙間を有するものとされる一方、下側に配設された邪魔板２３４の上辺はケーシング天井２３７と所定の隙間を有するものとされる。また、ケーシング２３５の稀吸収液の上流側外側面（並列されている潜熱変化部熱交換器２４と反対側の面）の上部には、所定の大きさの稀吸収液流入口２５が設けられるとともに、ケーシング２３５の稀吸収液の下流側内側面（並列されている潜熱変化部熱交換器２４側の面）の上部には所定の大きさの稀吸収液流出口２６が設けられている。
【００２５】
潜熱変化部熱交換器２４は、一対の管板２４２，２４３の下部に千鳥配列とされた伝熱管群２４１の両端を支持するとともにその上部に前記伝熱管群２４１の最上部の伝熱管列と碁盤目配列となるように一列の伝熱管列２４４を配設し、管板２４２，２４３間の千鳥配列とされている伝熱管群２４１に図示のように管支え兼邪魔板（以下、単に邪魔板という）２４５を適宜間隔で配設したものをケーシング２４６により囲ったものとされる。そして、伝熱管群２４１の上部とケーシング２４６の天井２４７との間の空間が蒸気室２４８とされる。この邪魔板２４５の配設位置および形状は、前記と同様に千鳥配列とされている伝熱管群の外側を流れる稀吸収液が上下に蛇行しながら流れるように調整されている。すなわち、邪魔板２４５は稀吸収液の上流側から、例えば上下の順に段違いに配設されるとともに、上側に配設された邪魔板２４５の底辺はケーシング底面２４９と所定の隙間を有するものとされる一方、下側に配設された邪魔板２４５の上辺は上部の伝熱管２４４と所定の隙間を有するものとされる。また、前記ケーシング２４６の稀吸収液の下流側外側面（並列されている顕熱変化部熱交換器２３側と反対側の面）の伝熱管群２４１の最上段近傍には、所定形状のせき（稀吸収液流出口）２７が設けられている。一方、蒸気室２４８に蓄積された蒸気は、一端が蒸気室上部に接続され、他端が低温再生器３０のエリミネータの下流側に接続されている連絡管８０（図２参照）により低温再生器３０のエリミネータの下流側に導かれる。なお、図３〜図５に示す例では、顕熱変化部熱交換器２３と潜熱変化部熱交換器２４との境界のケーシングは共用されている。また、図３では説明の都合上、稀吸収液流入口２５、稀吸収液流出口２６，２７は同一の断面に図示されている。
【００２６】
このように、この潜熱変化部熱交換器２４において最上段の伝熱管とその下の段の伝熱管を碁盤目配列とするのは、次のような理由による。すなわち、最上段から最下段まで千鳥配列とすると、廃熱利用熱交換器２０においては熱負荷が低いため沸騰が非常に弱い。このことは、とりわけ部分負荷において顕著である。そのため、沸騰による稀吸収液の撹拌はなく、液面は静かで流動による乱れ以外はない。しかるに、吸収冷温水機においては、吸収力を増大させるためにアルコールなどの表面活性剤が吸収液に添加されている。この添加されている表面活性剤は稀吸収液と比較して比重が小さいので、静かな液溜り部分では稀吸収液から分離して表面を浮遊する。したがって、潜熱変化部熱交換器２４を構成する伝熱管を全て千鳥配列とすると、液面近傍に浮遊している表面活性剤は、液面近傍の伝熱管により流れが阻害されてケーシング２４６側面に設けられている稀吸収液出口２７から稀吸収液と一緒に流出できずに伝熱管群の上部に滞留する。その結果、吸収液の吸収力増強効果が減少する。そこで、最上段の伝熱管２４４とその下の段の伝熱管を碁盤目配列とすれば、表面近傍に浮遊している表面活性剤は、伝熱管にその流動を阻害されずにケーシング２４６側面に設けられている稀吸収液出口２７から流出できる。またそれにより、吸収液の吸収力増強効果も維持される。かかる目的に沿うよう、伝熱管の上部に配設される邪魔板２４５は、表面活性剤の流動を阻害しないような形状とされている。例えば、邪魔板２４５の最上段の伝熱管とその下の伝熱管との間に透孔あるいは長孔を設けて表面活性剤の流動を阻害しないようにされる。なお、最上段の伝熱管とその下の伝熱管の配列は、前記碁盤目配列に限定されるものではなく、液面近くを浮遊している表面活性剤の流動を阻害しない適宜配置とされてもよい。
【００２７】
また、稀吸収液出口２７は前記位置に限定されるものではなく、潜熱変化部熱交換器２４の稀吸収液出口２７を最上段の伝熱管よりもある程度高くしておいていもよい。その場合、伝熱管を全て千鳥配列としても表面活性剤の稀吸収液からの分離が防止されて吸収液の吸収力増強効果は維持される。
【００２８】
図６に、かかる構成とされている加熱流体（低温水）と稀吸収液の流れ方向が示されている。
【００２９】
しかして、この廃熱利用熱交換器２０の加熱流体としては、例えば太陽熱利用温水機からの温水やガスタービンを利用した熱電併用システム、いわゆるコージェネレーション・システムからの温水が利用される。また、加熱流体は液体に限定されるものではなく、加熱された気体とされてもよい。例えば、コージェネレーション・システムからの低圧蒸気とされてもよい。
【００３０】
このように、この実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、低温熱交換器１０と低温再生器３０との間の稀吸収液管路に稀吸収液を加熱・昇温してその稀吸収液に吸収されている冷媒の一部を蒸気とする機能を有する廃熱利用熱交換器２０を介装しているので、ガス、灯油、高温・高圧蒸気などの高質エネルギの消費量を低減できる。しかも、廃熱利用吸収冷温水機Ｒを構成している廃熱利用熱交換器２０においては、稀吸収液を昇温させる熱交換器２１と、その潜熱を変化させる熱交換器２２とをそれぞれに適した方式としているので、その熱効率がよいとともに、前記特公平３ー８４６５号公報に提案されている一重二重効果組合せ吸収式冷凍機のように廃熱利用熱交換器２０で加熱された稀吸収液の温度が高くなり、大きな再生器が必要となるということもない。例えば、この廃熱利用熱交換器２０の入口加熱流体の温度を８８℃とし場合、ＫＡ値比を１〜２の範囲に設定すれば、ガスだき吸収冷温水機において１５〜２０％のガス削減率が得られる（図７の実線参照：実施例）。これは、吸収液を高温再生器から低温再生器へと流す、いわゆるシリーズサイクルとされている吸収冷温水機における同ＫＡ値比範囲におけるガス削減率が１０％程度であるのに比して著しく改善されているといえる（図７の点線参照：比較例）。ここで、ＫＡ値比とは、熱貫流率Ｋ（Ｋｃａｌ／ｍ2・ｄｅｇＣ・ｈ）と伝熱面積Ａとを乗じた値の比をいう。
【００３１】
また、この実施の形態１の冷房能力（負荷）とＣＯＰの関係を図８に示す。図８から明らかなように、この実施の形態１においては５０％負荷においては廃熱利用熱交換器２０からの熱量のみで所望の冷房がなし得るのがわかる。ここで、ＣＯＰとは下記式により求められるものをいう。
【００３２】
ＣＯＰ＝冷房能力／燃焼熱量（高位）
【００３３】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒを図９に示し、この実施の形態２は、実施の形態１を改変したものであって、廃熱利用熱交換器２０の潜熱変化部熱交換器２４の蒸気室２４８と低温再生器３０とを連絡している連絡管８０に分岐管８２を設け、この分岐管８２の先端を蒸発器７０に接続するとともに、その分岐管８２に冷暖切替弁８３を介装してなるものである。
【００３４】
そして、この冷暖切替弁８３を開として廃熱利用熱交換器２０により生成された冷媒蒸気を蒸発器７０に導くとともにその蒸気を伝熱面で凝縮させ、それによりその伝熱面を構成している伝熱管内を流れている温水を加熱・昇温し、その加熱・昇温された温水を暖房用に利用するものである。冷暖切替弁８３が介装された分岐管８２を装備することにより、新たに温水用の熱交換器を設けることなく廃熱利用で温水を取出せる。その結果、ガス、灯油、高温、高圧蒸気などの高質エネルギーの消費量を低減できる。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施の形態においては廃熱利用熱交換器と低温再生器とを連絡している連絡管に分岐管を設け、その分岐管に冷暖切替弁を設けて冷房および暖房の切替えがなし得るようにされているが、低温再生器と蒸発器とに連絡管を設け、その連絡管に冷暖切替弁を設けて冷房および暖房の切替えがなし得るようにされてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、吸収冷温水機の熱効率の向上が図られるとともに、ガス、灯油、高温、高圧蒸気などの高質エネルギーの消費量を低減できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機のブロック図である。
【図２】同廃熱利用吸収冷温水機の概略図である。
【図３】同廃熱利用吸収冷温水機の廃熱利用熱交換器の断面図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】同廃熱利用熱交換器における加熱流体および稀吸収液の流れ方向を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１をガスだき廃熱利用吸収冷温水機に適用した場合におけるガス削減率ＫＡ値比との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１をガスだき廃熱利用吸収冷温水機に適用した場合におけるＣＯＰと負荷との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２の廃熱利用吸収冷温水機の概略図である。
【図１０】特公平３ー８４６５号公報の提案にかかわる一重二重効用組合せ吸収式冷凍機の概略図である。
【符号の説明】
１０ 低温熱交換器
２０ 廃熱利用熱交換器
２１ 顕熱変化部
２２ 潜熱変化部
２３ 顕熱変化部熱交換器
２４ 潜熱変化部熱交換器
３０ 低温再生器
４０ 高温熱交換器
５０ 高温再生器
６０ 吸収器
７０ 蒸発器
８０ 連絡管
８２ 分岐管
８３ 冷暖切替弁
Ｒ 廃熱利用吸収冷温水機
Ｐ ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は廃熱利用吸収冷温水機に関する。さらに詳しくは、灯油、燃料ガス、高温・高圧蒸気などの高質熱源の消費量を低減できる廃熱利用吸収冷温水機に関する。ここに、吸収冷温水機は吸収冷凍機も含むものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、吸収冷温水機における灯油、燃料ガス、高温・高圧蒸気などの高質燃料を削減するため、吸収冷温水機における低温熱交換器と低温再生器との間に太陽熱利用の温水機からの温水やガスタービンを利用した熱電併用システム、いわゆるコージェネレーション・システムからの温水を利用した吸収冷温水機が知られている。
【０００３】
例えば、特公平３ー８４６５号公報には、吸収器ａからの稀吸収液を熱交換器ｂで加熱後、その一部を低温再生器ｃへ残部を高温再生器ｄへ導くと共に、高温再生器ｄからの濃吸収液と低温再生器ｃからの中間液とを前記熱交換器ｂの加熱側に戻して混合し、散布濃液として吸収器ａに帰還させる吸収式冷凍機において、前記熱交換器ｂと低温再生器ｃとの間の稀吸収液管路に、低温熱源を利用して冷媒蒸気を発生させる低温熱源再生器ｅを介在させたことを特徴とする一重二重効用組合せ吸収式冷凍機Ｒ´が提案されている（図１０参照）。
【０００４】
しかしながら、前記提案に係る吸収式冷凍機Ｒ´においては、１台の吸収液ポンプｐで運転圧力の大きく異なる低温再生器ｃおよび高温再生器ｄへ送液している。そのため、部分負荷運転時に高温再生器ｄの圧力が大きく低下し、送液のバランスが大きく変化するとともに吸収液の循環量も増すので、燃料消費率が悪化するという問題がある。
【０００５】
また、低温熱源再生器ｅへ導かれる吸収液は全循環量の約２分の１であるため、低温熱源で加熱された吸収液の温度が高くなり、その結果低温熱源と吸収液との温度差が小さくなり、大きな低温再生器ｃが必要となるという問題がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、前記諸問題が解消された高質熱源の消費量を低減できる廃熱利用吸収冷温水機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第１形態は、吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、前記潜熱変化部が、チューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れるプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされ、前記プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段近傍に設けられ、前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、吸収液に添加されている表面活性剤の前記稀吸収液流出口からの流出を阻害しないようにされてなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第１形態においては、前記顕熱変化部は、例えばチューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れる満水方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされる。
【０００９】
ここで、前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、例えば碁盤目配列とされていたり、プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段から所定高さ位置に設けられていたりする。
【００１０】
また、本発明の廃熱利用吸収冷温水機の第２形態は、吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、前記低温熱源利用熱交換器から前記低温再生器への冷媒蒸気ラインに蒸発器の加熱側に接続している分岐ラインを設けるとともに、該分岐ラインに冷房用と暖房用とに切替える冷暖切替手段を介装し、前記冷暖切替手段を暖房用に切替えて前記低温熱源利用熱交換器からの冷媒蒸気を前記蒸発器に導いて同蒸発器内の温水を加熱する
ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機においては、低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高い場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されるようにされ、低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高くない場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されないようにされていてもよい。
【００１２】
【作用】
本発明の廃熱利用吸収冷温水機は、前記の如く構成されているので、熱効率の向上が図られるとともに、高質熱源の消費量が低減される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施の形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒを図１にブロック図で示し、また図２に概略図で示す。この実施の形態１に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、下記のようにして吸収液が循環利用されている。
【００１５】
まず、冷媒蒸気を吸収して濃度が薄められた吸収液、つまり稀吸収液が吸収液ポンプ（稀液ポンプ）Ｐ1を介して低温熱交換器１０に送給される。この低温熱交換器１０に送給された稀吸収液は、この低温熱交換器１０により加熱された後に廃熱利用熱交換器２０に送給される。
【００１６】
この廃熱利用熱交換器２０に送給された稀吸収液は、さらに廃熱利用熱交換器２０により加熱された後、低温再生器３０に送給される。この低温再生器３０に送給された稀吸収液は、低温再生器３０により低温再生され、吸収している冷媒の一部を放出して濃度が上昇する。つまり、中間吸収液となる。この中間吸収液の一部は、吸収液ポンプ（中間液ポンプ）Ｐ2を介して高温熱交換器４０に送給される。
【００１７】
この高温熱交換器４０に送給された中間液は、高温熱交換器４０により加熱された後、高温再生器５０に送給される。この高温再生器５０に送給された中間吸収液は、高温再生器５０により高温再生され、吸収している冷媒の一部を放出して濃度がさらに上昇する。つまり、濃吸収液となる。この濃吸収液は、加熱源として高温熱交換器４０に送給される。
【００１８】
この高温熱交換器４０に送給された濃吸収液は、中間吸収液を加熱した後に中間吸収液の残りと混合され、低温熱交換器１０に加熱源として送給される。この低温熱交換器１０に送給された混合液は、稀吸収液を加熱した後に散布濃液として吸収器６０に帰還させられる。
【００１９】
この実施の形態１におけるサイクルは、前記説明から明らかなように、吸収液が低温再生器１０から高温再生器５０へ流れるようにされているので、いわゆるリバースサイクルとされている。なお、図１および図２において符号７０は蒸発器を、符号８０は連絡管をそれぞれ示す。また、図中の矢符は流れ方向を示す。
【００２０】
また、この実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、廃熱利用熱交換器２０の他は、従来の吸収冷温水機におけるものと同様とされているので、以下、廃熱利用熱交換器２０について説明する。
【００２１】
廃熱利用熱交換器２０は、廃熱などを利用して昇温された低温の温水（加熱流体）を利用して稀吸収液を加熱・昇温し、その稀吸収液に吸収されている冷媒の一部を蒸気とする機能を有するものである。なお、この廃熱利用熱交換器２０においては、低温熱交換器１０により加熱された稀吸収液の温度が、この廃熱利用熱交換器２０に供給されている加熱流体の温度よりも高い場合、廃熱利用熱交換器２０に加熱流体が供給されないように制御されるのが好ましい。
【００２２】
そして、かかる機能を有するようにするため、この廃熱利用熱交換器２０の伝熱面構成は、稀吸収液を昇温させる、いわゆる顕熱変化部２１と稀吸収液を沸騰させる潜熱変化部２２とを備えてなるものとされる。また、顕熱変化部２１と潜熱変化部２２とにおける熱交換を効率良く行うため、それぞれに適した熱交換器構造が採用されている。例えば、顕熱変化部２１は満液方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２３とされる一方、潜熱変化部２２はプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２４とされる。この２方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器２３，２４を一体的に構成した廃熱利用熱交換器２０の一例を図３〜図５に示す。
【００２３】
この図３〜図５に示す廃熱利用熱交換器２０は、顕熱変化部２１を構成している満液方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器（以下、単に顕熱変化部熱交換器という）２３と、潜熱変化部２２を構成しているプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器（以下、単に潜熱変化部熱交換器という）２４とを並列的に一体化したものとされる。
【００２４】
顕熱変化部熱交換器２３は、千鳥配列とされた伝熱管群２３１の両端を一対の管板２３２，２３３により支持するとともに、その管板２３２，２３３間の伝熱管群２３１に図示のように管支え兼邪魔板（以下、単に邪魔板という）２３４を適宜間隔で配設したものをケーシング２３５により囲ったものとされる。この邪魔板２３４の配設位置および形状は、伝熱管群２３１の外側を流れる稀吸収液が上下に蛇行しながら流れるように調整されている。すなわち、邪魔板２３４は稀吸収液の上流側から、例えば上下の順に段違いに配設されるとともに、上側に配設された邪魔板２３４の底辺はケーシング底面２３６と所定の隙間を有するものとされる一方、下側に配設された邪魔板２３４の上辺はケーシング天井２３７と所定の隙間を有するものとされる。また、ケーシング２３５の稀吸収液の上流側外側面（並列されている潜熱変化部熱交換器２４と反対側の面）の上部には、所定の大きさの稀吸収液流入口２５が設けられるとともに、ケーシング２３５の稀吸収液の下流側内側面（並列されている潜熱変化部熱交換器２４側の面）の上部には所定の大きさの稀吸収液流出口２６が設けられている。
【００２５】
潜熱変化部熱交換器２４は、一対の管板２４２，２４３の下部に千鳥配列とされた伝熱管群２４１の両端を支持するとともにその上部に前記伝熱管群２４１の最上部の伝熱管列と碁盤目配列となるように一列の伝熱管列２４４を配設し、管板２４２，２４３間の千鳥配列とされている伝熱管群２４１に図示のように管支え兼邪魔板（以下、単に邪魔板という）２４５を適宜間隔で配設したものをケーシング２４６により囲ったものとされる。そして、伝熱管群２４１の上部とケーシング２４６の天井２４７との間の空間が蒸気室２４８とされる。この邪魔板２４５の配設位置および形状は、前記と同様に千鳥配列とされている伝熱管群の外側を流れる稀吸収液が上下に蛇行しながら流れるように調整されている。すなわち、邪魔板２４５は稀吸収液の上流側から、例えば上下の順に段違いに配設されるとともに、上側に配設された邪魔板２４５の底辺はケーシング底面２４９と所定の隙間を有するものとされる一方、下側に配設された邪魔板２４５の上辺は上部の伝熱管２４４と所定の隙間を有するものとされる。また、前記ケーシング２４６の稀吸収液の下流側外側面（並列されている顕熱変化部熱交換器２３側と反対側の面）の伝熱管群２４１の最上段近傍には、所定形状のせき（稀吸収液流出口）２７が設けられている。一方、蒸気室２４８に蓄積された蒸気は、一端が蒸気室上部に接続され、他端が低温再生器３０のエリミネータの下流側に接続されている連絡管８０（図２参照）により低温再生器３０のエリミネータの下流側に導かれる。なお、図３〜図５に示す例では、顕熱変化部熱交換器２３と潜熱変化部熱交換器２４との境界のケーシングは共用されている。また、図３では説明の都合上、稀吸収液流入口２５、稀吸収液流出口２６，２７は同一の断面に図示されている。
【００２６】
このように、この潜熱変化部熱交換器２４において最上段の伝熱管とその下の段の伝熱管を碁盤目配列とするのは、次のような理由による。すなわち、最上段から最下段まで千鳥配列とすると、廃熱利用熱交換器２０においては熱負荷が低いため沸騰が非常に弱い。このことは、とりわけ部分負荷において顕著である。そのため、沸騰による稀吸収液の撹拌はなく、液面は静かで流動による乱れ以外はない。しかるに、吸収冷温水機においては、吸収力を増大させるためにアルコールなどの表面活性剤が吸収液に添加されている。この添加されている表面活性剤は稀吸収液と比較して比重が小さいので、静かな液溜り部分では稀吸収液から分離して表面を浮遊する。したがって、潜熱変化部熱交換器２４を構成する伝熱管を全て千鳥配列とすると、液面近傍に浮遊している表面活性剤は、液面近傍の伝熱管により流れが阻害されてケーシング２４６側面に設けられている稀吸収液出口２７から稀吸収液と一緒に流出できずに伝熱管群の上部に滞留する。その結果、吸収液の吸収力増強効果が減少する。そこで、最上段の伝熱管２４４とその下の段の伝熱管を碁盤目配列とすれば、表面近傍に浮遊している表面活性剤は、伝熱管にその流動を阻害されずにケーシング２４６側面に設けられている稀吸収液出口２７から流出できる。またそれにより、吸収液の吸収力増強効果も維持される。かかる目的に沿うよう、伝熱管の上部に配設される邪魔板２４５は、表面活性剤の流動を阻害しないような形状とされている。例えば、邪魔板２４５の最上段の伝熱管とその下の伝熱管との間に透孔あるいは長孔を設けて表面活性剤の流動を阻害しないようにされる。なお、最上段の伝熱管とその下の伝熱管の配列は、前記碁盤目配列に限定されるものではなく、液面近くを浮遊している表面活性剤の流動を阻害しない適宜配置とされてもよい。
【００２７】
また、稀吸収液出口２７は前記位置に限定されるものではなく、潜熱変化部熱交換器２４の稀吸収液出口２７を最上段の伝熱管よりもある程度高くしておいていもよい。その場合、伝熱管を全て千鳥配列としても表面活性剤の稀吸収液からの分離が防止されて吸収液の吸収力増強効果は維持される。
【００２８】
図６に、かかる構成とされている加熱流体（低温水）と稀吸収液の流れ方向が示されている。
【００２９】
しかして、この廃熱利用熱交換器２０の加熱流体としては、例えば太陽熱利用温水機からの温水やガスタービンを利用した熱電併用システム、いわゆるコージェネレーション・システムからの温水が利用される。また、加熱流体は液体に限定されるものではなく、加熱された気体とされてもよい。例えば、コージェネレーション・システムからの低圧蒸気とされてもよい。
【００３０】
このように、この実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機Ｒにおいては、低温熱交換器１０と低温再生器３０との間の稀吸収液管路に稀吸収液を加熱・昇温してその稀吸収液に吸収されている冷媒の一部を蒸気とする機能を有する廃熱利用熱交換器２０を介装しているので、ガス、灯油、高温・高圧蒸気などの高質エネルギの消費量を低減できる。しかも、廃熱利用吸収冷温水機Ｒを構成している廃熱利用熱交換器２０においては、稀吸収液を昇温させる熱交換器２１と、その潜熱を変化させる熱交換器２２とをそれぞれに適した方式としているので、その熱効率がよいとともに、前記特公平３ー８４６５号公報に提案されている一重二重効果組合せ吸収式冷凍機のように廃熱利用熱交換器２０で加熱された稀吸収液の温度が高くなり、大きな再生器が必要となるということもない。例えば、この廃熱利用熱交換器２０の入口加熱流体の温度を８８℃とし場合、ＫＡ値比を１〜２の範囲に設定すれば、ガスだき吸収冷温水機において１５〜２０％のガス削減率が得られる（図７の実線参照：実施例）。これは、吸収液を高温再生器から低温再生器へと流す、いわゆるシリーズサイクルとされている吸収冷温水機における同ＫＡ値比範囲におけるガス削減率が１０％程度であるのに比して著しく改善されているといえる（図７の点線参照：比較例）。ここで、ＫＡ値比とは、熱貫流率Ｋ（Ｋｃａｌ／ｍ2・ｄｅｇＣ・ｈ）と伝熱面積Ａとを乗じた値の比をいう。
【００３１】
また、この実施の形態１の冷房能力（負荷）とＣＯＰの関係を図８に示す。図８から明らかなように、この実施の形態１においては５０％負荷においては廃熱利用熱交換器２０からの熱量のみで所望の冷房がなし得るのがわかる。ここで、ＣＯＰとは下記式により求められるものをいう。
【００３２】
ＣＯＰ＝冷房能力／燃焼熱量（高位）
【００３３】
実施の形態２
本発明の実施の形態２に係る廃熱利用吸収冷温水機Ｒを図９に示し、この実施の形態２は、実施の形態１を改変したものであって、廃熱利用熱交換器２０の潜熱変化部熱交換器２４の蒸気室２４８と低温再生器３０とを連絡している連絡管８０に分岐管８２を設け、この分岐管８２の先端を蒸発器７０に接続するとともに、その分岐管８２に冷暖切替弁８３を介装してなるものである。
【００３４】
そして、この冷暖切替弁８３を開として廃熱利用熱交換器２０により生成された冷媒蒸気を蒸発器７０に導くとともにその蒸気を伝熱面で凝縮させ、それによりその伝熱面を構成している伝熱管内を流れている温水を加熱・昇温し、その加熱・昇温された温水を暖房用に利用するものである。冷暖切替弁８３が介装された分岐管８２を装備することにより、新たに温水用の熱交換器を設けることなく廃熱利用で温水を取出せる。その結果、ガス、灯油、高温、高圧蒸気などの高質エネルギーの消費量を低減できる。
【００３５】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施の形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、実施の形態においては廃熱利用熱交換器と低温再生器とを連絡している連絡管に分岐管を設け、その分岐管に冷暖切替弁を設けて冷房および暖房の切替えがなし得るようにされているが、低温再生器と蒸発器とに連絡管を設け、その連絡管に冷暖切替弁を設けて冷房および暖房の切替えがなし得るようにされてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、吸収冷温水機の熱効率の向上が図られるとともに、ガス、灯油、高温、高圧蒸気などの高質エネルギーの消費量を低減できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１の廃熱利用吸収冷温水機のブロック図である。
【図２】同廃熱利用吸収冷温水機の概略図である。
【図３】同廃熱利用吸収冷温水機の廃熱利用熱交換器の断面図である。
【図４】図３のIV-IV線断面図である。
【図５】図３のV-V線断面図である。
【図６】同廃熱利用熱交換器における加熱流体および稀吸収液の流れ方向を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１をガスだき廃熱利用吸収冷温水機に適用した場合におけるガス削減率ＫＡ値比との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の実施の形態１をガスだき廃熱利用吸収冷温水機に適用した場合におけるＣＯＰと負荷との関係を示すグラフである。
【図９】本発明の実施の形態２の廃熱利用吸収冷温水機の概略図である。
【図１０】特公平３ー８４６５号公報の提案にかかわる一重二重効用組合せ吸収式冷凍機の概略図である。
【符号の説明】
１０ 低温熱交換器
２０ 廃熱利用熱交換器
２１ 顕熱変化部
２２ 潜熱変化部
２３ 顕熱変化部熱交換器
２４ 潜熱変化部熱交換器
３０ 低温再生器
４０ 高温熱交換器
５０ 高温再生器
６０ 吸収器
７０ 蒸発器
８０ 連絡管
８２ 分岐管
８３ 冷暖切替弁
Ｒ 廃熱利用吸収冷温水機
Ｐ ポンプ
Claims (6)
- 吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、
前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、
前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、
前記潜熱変化部が、チューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れるプール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされ、
前記プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段近傍に設けられ、
前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、吸収液に添加されている表面活性剤の前記稀吸収液流出口からの流出を阻害しないようにされてなることを特徴とする廃熱利用吸収冷温水機。 - 前記顕熱変化部が、チューブ内を加熱流体が流れ、チューブ外を稀吸収液が流れる満水方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器とされて
なることを特徴とする請求項１記載の廃熱利用吸収冷温水機。 - 前記伝熱管群の最上段とその下の段の伝熱管の配置が、碁盤目配列とされてなることを特徴とする請求項１記載の廃熱利用吸収冷温水機。
- プール沸騰方式のシェル・アンド・チューブ型熱交換器の稀吸収液流出口が、シェル・アンド・チューブ型熱交換器を構成している伝熱管群の最上段から所定高さ位置に設けられてなることを特徴とする請求項１記載の廃熱利用吸収冷温水機。
- 吸収器から稀吸収液を低温熱交換器で加熱して低温再生器へ導き、前記低温再生器からの中間液の一部を高温熱交換器で加熱して高温再生器へ導き、前記高温再生器からの濃吸収液を加熱源として前記高温熱交換器に導いて中間液を加熱して前記中間液の残りと混合し、前記混合液を加熱源として前記低温熱交換器に導いて稀吸収液を加熱して散布混合液として吸収器に帰還させる吸収冷温水機において、
前記低温熱交換器と前記低温再生器との間の稀吸収液管路に、外部からの低温熱源を利用して稀吸収液を昇温する顕熱変化部と、前記顕熱変化部により昇温された稀吸収液から冷媒蒸気を生成する潜熱変化部とを有する低温熱源利用熱交換器を介装し、
前記低温熱源利用熱交換器により生成された冷媒蒸気を前記低温再生器に送給し、
前記低温熱源利用熱交換器から前記低温再生器への冷媒蒸気ラインに蒸発器の加熱側に接続している分岐ラインを設けるとともに、該分岐ラインに冷房用と暖房用とに切替える冷暖切替手段を介装し、
前記冷暖切替手段を暖房用に切替えて前記低温熱源利用熱交換器からの冷媒蒸気を前記蒸発器に導いて同蒸発器内の温水を加熱する
ことを特徴とする廃熱利用吸収冷温水機。 - 低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高い場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されるようにされ、
低温熱源利用熱交換器に供給される低温熱源の温度が低温熱交換器により加熱された稀吸収液の温度よりも高くない場合に前記低温熱源が低温熱源利用熱交換器に供給されないようにされてなる
ことを特徴とする請求項１または５記載の廃熱利用吸収冷温水機。
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