JP4070348B2 - 吸収ヒートポンプおよびその制御方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して温度がそれより高い流体、例えば高温蒸気を発生させると共に、化学工業プラントなどで使用する冷却水の温度が夏季には上昇して使用できなくなるので、低温の冷却水を提供することができる吸収ヒートポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来は、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して、温度がそれより高い高温の蒸気を発生させる吸収ヒートポンプ装置と、冷却水として使用可能な所定の低温水を発生させる吸収式冷凍機とを別個に設置して対応していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高温蒸気を発生させる吸収ヒートポンプ装置と、所定の低温水を発生させる吸収式冷凍機とを別個に設置するのは、設備の設置スペースが大きくなる。また、配管、設置機器が重複するので、システム全体としてコスト増を招くと云った問題点があり、設備の小型化とコストの削減を図る必要があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、併設された再生器から供給される冷媒蒸気を冷却水によって冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を熱源流体が保有する熱によって加熱して冷媒を蒸発させる第1蒸発器と、前記凝縮器から供給される冷媒液が被冷却流体から熱を奪って冷却し、冷媒が蒸発する第2蒸発器と、前記第1蒸発器に併設されて第1蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液に吸収させて前記再生器に戻すと共に、内部に被加熱流体が通される第1吸収器と、前記第2蒸発器に併設されて第2蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記第1吸収器から冷媒を吸収して前記再生器に戻されている吸収液の一部または前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液の一部に吸収させると共に、内部に冷却水が通される第2吸収器とを備え、前記再生器と前記凝縮器、および、前記第2蒸発器と前記第2吸収器とを横並びに設けると共に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液は、冷媒ポンプにより前記第1蒸発器および前記第2蒸発器へと供給し、前記再生器で濃縮した吸収液を吸収液ポンプにより前記第1吸収器および前記第2吸収器へと供給し、前記再生器で濃縮した吸収液を吸収液ポンプにより前記第1吸収器および前記第2吸収器へと供給し、凝縮器から第2蒸発器へ供給する冷媒液の量が、第2蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて、凝縮器と第2蒸発器とを接続する冷媒液管に設けられたポンプの回転数制御または起動/停止制御によって制御されるようにした吸収ヒートポンプの制御方法を提供するものである。
【0008】
前記構成の吸収ヒートポンプにおいて、凝縮器から第2蒸発器へ供給する冷媒液の量を第2蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて、凝縮器と第2蒸発器とを接続する冷媒液管に設けたポンプの回転数制御または起動/停止制御によって制御するようにした第2の制御方法と、
を提供するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
〔第1の実施形態〕
図1と図2に基づいて本発明の第1の実施形態を説明する。図中1は再生器、2は凝縮器、3は第1蒸発器、4は第1吸収器、5は第2蒸発器、6は第2吸収器、7は高温熱交換器、8は低温熱交換器、P1〜P3は冷媒ポンプ、P4とP5は吸収液ポンプ、V1は流量制御弁、11と12は排熱供給管、13は冷却水管、14は温水管、15は冷水管、1A、3A、4A、5A、6Aは散布装置、11A〜15Aと13Bは伝熱管、S1は温度センサであり、それぞれ図に示したように設置されている。
【0011】
すなわち、再生器1の内部には伝熱管11Aが備えられ、散布装置1Aからこの伝熱管11Aの上に散布される吸収液を図示しない化学プラントなどから排熱供給管11を介して供給される、例えば80〜90℃程度の高温の蒸気または温水によって加熱して冷媒を蒸発分離し、この分離した冷媒蒸気が凝縮器2に入り、冷却水管13を介して伝熱管13Bに供給される冷却水に放熱して凝縮する。
【0012】
凝縮器2で凝縮した冷媒液は、冷媒ポンプP1によって第1蒸発器3と第2蒸発器5とに供給される。第1蒸発器3に供給された冷媒液は冷媒ポンプP2によって散布装置3Aから伝熱管12Aの上に散布され、図示しない化学プラントなどから排熱供給管12を介して伝熱管12Aに供給される80〜90℃程度の高温の蒸気または温水によって加熱されて蒸発し、第1吸収器4に供給され、冷媒を蒸発分離した再生器1から吸収液ポンプP4により供給されて散布装置4Aから伝熱管14Aの上に散布される吸収液に吸収され、再生器1に戻される。
【0013】
なお、冷媒を蒸発分離して再生器1から第1吸収器4に供給される吸収液と、冷媒蒸気を吸収して第1吸収器4から再生器1に戻される吸収液とは、高温熱交換器7で熱交換し、再生器1から第1吸収器4に供給される吸収液は温度を下げ、第1吸収器4から再生器1に戻される吸収液は温度を上げる。
【0014】
そして、第1蒸発器で加熱生成された冷媒蒸気の保有熱と、吸収液が冷媒を吸収する際に発生する反応熱によって、伝熱管14Aの内部を流れる水が120〜150℃程度に加熱され、温水管14を介して所要の熱負荷に供給される。
【0015】
一方、凝縮器2から冷媒ポンプP1によって第2蒸発器5に供給された冷媒液は、冷媒ポンプP3によって散布装置5Aから伝熱管15Aの上に散布され、冷水管15を介して供給される水から熱を奪い、その温度を化学プラントなどの冷却水として使用可能な温度、例えば20℃に下げる。
【0016】
そして、第2蒸発器5で伝熱管15Aの内部を流れる水から熱を奪って蒸発した冷媒は第2吸収器6に供給され、低温熱交換器8を通って散布装置6Aから伝熱管13Aの上に散布されている吸収液、すなわち第1吸収器4から高温熱交換器7を通って再生器1に戻されている一部の吸収液に吸収される。
【0017】
第2吸収器6で冷媒を吸収した吸収液は、吸収液ポンプP5によって再生器1に戻される。この場合も、冷媒蒸気を吸収して第1吸収器4から第2吸収器6に供給される吸収液と、冷媒蒸気をさらに吸収して第2吸収器6から再生器1に戻される吸収液とは、低温熱交換器8で熱交換し、第2吸収器6に供給される吸収液は温度を下げ、第2吸収器6から再生器1に戻される吸収液は温度を上げる。
【0018】
なお、冷却水管13から第2吸収器6内部の伝熱管13Aに供給される冷却水の流量は、伝熱管15Aで冷却されて冷水管15に流れ出た冷水の温度が所定の設定温度、例えば20℃になるように流量制御弁V1によって適宜制御される。
【0019】
すなわち、伝熱管13Aを流れる冷却水の流量が多いほど、散布装置6Aから伝熱管13Aの上に散布された吸収液は冷却されて冷媒に対する吸収作用が強まり、第2吸収器6と第2蒸発器5の内部にある冷媒蒸気は減少し、その圧力は下がって第2蒸発器5における冷媒の蒸発量が増加し、伝熱管15Aを通る水はより強力に冷却されるので、
【0020】
例えば図2に示したように伝熱管15Aで冷却されて冷水管15に流れ出ている冷水の温度、すなわち温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃のときには流量制御弁V1の開度を所定の開度にセットし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より高いほど流量制御弁V1の開度を大きくして伝熱管13Aに流れる冷却水の流量を多くし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より低いほど流量制御弁V1の開度を小さくして伝熱管13Aに流れる冷却水の流量を制限し、第2蒸発器5の伝熱管15Aで冷却して冷水管15に供給する冷水の温度を所定の20℃にする。
【0021】
〔第2の実施形態〕
温度センサS1が検出する冷水の温度に基づいて流量制御弁V1の開度を制御する代わりに、流量制御弁V2を破線で示した位置に設置し、この流量制御弁V2の開度を前記図2と同様に、すなわち温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃のときには流量制御弁V2の開度を所定の開度にセットし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より高いほど流量制御弁V2の開度を大きくして散布装置5Aから伝熱管15Aの上に散布する冷媒液の量を増やし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より低いほど流量制御弁V2の開度を小さくして散布装置5Aから伝熱管15Aの上に散布する冷媒液の量を減らし、第2蒸発器5で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管15Aで冷却して冷水管15に供給する冷水の温度を所定の20℃にすることもできる。
【0022】
〔第3の実施形態〕
また、上記第2の実施形態は、温度センサS1が検出する冷水の温度に基づいて流量制御弁V2の開度を調節して散布装置5Aから伝熱管15Aの上に散布する冷媒液の量を制御し、これにより第2蒸発器5で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管15Aで冷却して冷水管15に供給する冷水の温度を所定の20℃にするものであったが、温度センサS1が検出する冷水の温度に基づいて冷媒ポンプP3の回転数を制御して散布装置5Aから伝熱管15Aの上に散布する冷媒液の量を制御し、これにより第2蒸発器5で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管15Aで冷却して冷水管15に供給する冷水の温度を所定の20℃にしても良い。
【0023】
〔第4の実施形態〕
流量制御弁V3を破線で示した位置に設置し、この流量制御弁V3の開度を前記図2と同様に、すなわち温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃のときには流量制御弁V3の開度を所定の開度にセットし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より高いほど流量制御弁V3の開度を大きくして散布装置6Aから伝熱管13Aの上に散布する吸収液の量を増やし、温度センサS1が検出する温度が所定の設定温度20℃より低いほど流量制御弁V3の開度を小さくして散布装置6Aから伝熱管13Aの上に散布する吸収液の量を減らし、このようにして冷媒に対する吸収作用の大きさを制御することで第2蒸発器5で蒸発する冷媒の量を制御し、伝熱管15Aで冷却して冷水管15に供給する冷水の温度を所定の20℃にすることもできる。
【0024】
〔第5の実施形態〕
流量制御弁V4と、第2蒸発器5の冷媒液溜りに溜まっている冷媒液の液面を検出する液面センサS2とを破線で示した位置に設置し、流量制御弁V4の開度を液面センサS2が検出する液面レベルに基づいて、例えば図3に示したよう制御しても良い。
【0025】
すなわち、液面センサS2が検出する冷媒液の液面が所定の設定レベルにあるときには流量制御弁V4の開度を所定の開度にセットし、液面センサS2が検出する液面が所定の設定レベルより高いほど流量制御弁V4の開度を大きくして凝縮器2から第2蒸発器5に供給する冷媒液の量を増やし、液面センサS2が検出する液面が所定の設定レベルより低いほど流量制御弁V4の開度を小さくして凝縮器2から第2の蒸発器5に供給する冷媒液の量を減らし、このようにして第2蒸発器5に供給する冷媒液の量を制御することにより、第2蒸発器5には常時所定量の冷媒液が存在し、冷媒ポンプP3によって冷媒液が伝熱管15Aの上に確実に散布できるので、冷水管15に供給する冷水が所定の20℃に制御できる。
【0026】
〔第6の実施形態〕
上記第5の実施形態は、液面センサS2が検出する冷媒の液面に基づいて流量制御弁V4の開度を調節して凝縮器2から第2蒸発器5に供給する冷媒液の量を制御するものであったが、凝縮器2から第1蒸発器3に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプと、凝縮器2から第2蒸発器5に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプを設置し、凝縮器2から第2蒸発器5に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプの回転数を液面センサS2が検出する冷媒の液面に基づいて制御して、第2蒸発器5における冷媒液のレベルを調整するようにしても良い。
【0027】
上記のように凝縮器2から第1蒸発器3に冷媒液を送る冷媒ポンプと、凝縮器2から第2蒸発器5に冷媒液を送る冷媒ポンプを別々に設置すると、第2蒸発器5への冷媒液の供給を第1吸収器3への供給に優先して、冷水管15による冷水供給を優先することが可能になるので、この冷水を化学プラントなどの冷却水に使用すれば、夏場も冷却水が不足すると云った不都合がなくなる。
【0028】
また、上記第5、第6の実施形態の制御は、液面センサS2が検出する冷媒液の液面に基づいて流量制御弁V4を単に開閉したり、別途設置する冷媒ポンプの起動/停止を制御して、第2蒸発器5における冷媒液の液面を所定のレベル範囲に抑えるようにしても良い。そして、この第5、第6の実施形態の制御は、前記第1〜第4の実施形態の制御と適宜組み合わせることができる。
【0029】
また、吸収ヒートポンプとしては、第1吸収器4で冷媒を吸収して再生器1に戻っている吸収液の一部ではなく、例えば図4に示したように再生器1で冷媒を蒸発分離した吸収液の一部が第2吸収器5に供給されるものであっても良い。そして、この図4に示したように吸収ヒートポンプ装置においても、前記した全ての制御が同様に有効である。
【0030】
【発明の効果】
本発明の吸収ヒートポンプによれば、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して、温度がそれより高い温水や蒸気を発生することができると共に、季節を問わず20℃程度の冷水が得られるので、化学工業プラントなどで使用する冷却水の確保が夏場でも容易になった。
【0031】
しかも、一組の再生器と凝縮器に、高温を得るための第1蒸発器と第1吸収器、低温を得るための第2蒸発器と第2吸収器から構成され、高温を得るための吸収ヒートポンプ装置と、低温を得るための吸収式冷凍機を別個に設置している従来技術に比較すると、配管、設置機器が重複することがないので、設置スペースの削減も図れるコンパクトで廉価な装置が実現できると共に、所定の温度に冷却した水などを確実に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】装置の構成例を示す説明図である。
【図2】冷水温度と流量制御弁の開度の関係を示す説明図である。
【図3】冷媒の液面と流量制御弁の開度の関係を示す説明図である。
【図4】装置の他の構成例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 再生器
2 凝縮器
3 第1蒸発器
4 第1吸収器
5 第2蒸発器
6 第2吸収器
7 高温熱交換器
8 低温熱交換器
11・12 排熱供給管
13 冷却水管
14 温水管
15 冷水管
P1〜P3 冷媒ポンプ
P4・P5 吸収液ポンプ
S1 温度センサ
S2 液面センサ
V1〜V4 流量制御弁
Claims (1)
- 併設された再生器から供給される冷媒蒸気を冷却水によって冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を熱源流体が保有する熱によって加熱して冷媒を蒸発させる第1蒸発器と、前記凝縮器から供給される冷媒液が被冷却流体から熱を奪って冷却し、冷媒が蒸発する第2蒸発器と、前記第1蒸発器に併設されて第1蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液に吸収させて前記再生器に戻すと共に、内部に被加熱流体が通される第1吸収器と、第2蒸発器に併設されて第2蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記第1吸収器から冷媒を吸収して前記再生器に戻されている吸収液の一部または前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液の一部に吸収させると共に、内部に冷却水が通される第2吸収器とを備え、前記再生器と前記凝縮器、および、前記第2蒸発器と前記第2吸収器とを横並びに設けると共に、前記凝縮器で凝縮した冷媒液は、冷媒ポンプにより前記第1蒸発器および前記第2蒸発器へと供給し、前記再生器で濃縮した吸収液を吸収液ポンプにより前記第1吸収器および前記第2吸収器へと供給し、凝縮器から第2蒸発器へ供給する冷媒液の量が、第2蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて、凝縮器と第2蒸発器とを接続する冷媒液管に設けられたポンプの回転数制御または起動/停止制御によって制御されることを特徴とする吸収ヒートポンプの制御方法。
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