JP4288799B2 - 排熱投入型吸収式冷凍装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【0002】
本願発明は、排熱投入型吸収式冷凍装置に関するものである。
【従来の技術】
【0003】
従来、例えばガスタービン等の排熱源からの排熱を有効に回収する排熱回収用の熱交換器を、その温度および圧力レベルに応じて、吸収器、低温溶液熱交換器、高温溶液熱交換器および高温再生器等を連通する希溶液ライン中の所望の直列位置、又は低温溶液熱交換器と高温溶液熱交換器とを連通する希溶液ラインに並列な希溶液ライン中の所望の位置に、それぞれ設置するようにした排熱回収可能な排熱投入型の吸収式冷凍装置が提案されている(例えば特開平7−218015号公報参照)。
【0004】
そのような、従来の排熱投入型吸収式冷凍装置の構成の一例を、例えば図3に示している。
【0005】
図中、符号1は高温再生器(HG)であり、ガスバーナ等の加熱源を備えている。該高温再生器1は、吸収器(ABS)4から供給される吸収作用完了後の例えば臭化リチウム等希溶液を加熱沸騰させて、冷媒蒸気である水蒸気と吸収液である臭化リチウム濃溶液とに分離再生するようになっている。
【0006】
この高温再生器1に供給される臭化リチウム希溶液は、吸収器4において吸収液である臭化リチウム濃溶液に冷媒蒸気である水蒸気を吸収させることによって得られ、溶液ポンプ(P)14により、希溶液ラインL1中の低温溶液熱交換器(LLX)3、高温溶液熱交換器(HLX)2を介して、高温再生器1、低温再生器8で順次再生された濃溶液ラインL2,L3側臭化リチウム濃溶液との間で順次有効に予熱された後に高温再生器1に還流されるが、図示のように当該低温溶液熱交換器3と高温溶液熱交換器2との間に排熱投入熱交換器5が直列に設けられており、該排熱投入熱交換器5部分において上記低温溶液熱交換器3から高温溶液熱交換器2に供給される希溶液をガスタービン等所定の排熱源からの排熱と熱交換させて効率良く熱回収を行うようになっている。
【0007】
すなわち、該排熱投入用熱交換器5では、排熱ラインL10を介して投入されたガスタービン等からの排熱(130℃)を上記希溶液ラインL1を流れる低温溶液熱交換器3を経た希溶液(69℃)側に熱回収させることによって当該希溶液の温度69℃を97℃程度に高め、さらに高温溶液熱交換器2で濃溶液ラインL2側高温再生後の臭化リチウム濃溶液の熱(130℃)を回収して125℃程度に昇温させた後に高温再生器1に戻す。
【0008】
一方、上記高温発生器1において再生された水蒸気は、水蒸気ラインL4,L5中の低温再生器(LG)8、減圧弁12を介して凝縮器9に送られ、凝縮液化されて凝縮水となり、さらに凝縮水ラインL6中の減圧弁11を介して蒸発器10の凝縮水散布装置部分へ供給される。
【0009】
蒸発器10は、例えば2次側(利用側)室内機への冷熱源としての冷水を取り出す熱交換器を備え、その2次側冷凍サイクルを循環する冷媒水と上記凝縮器9から送られてくる凝縮水とを相互に熱交換させ、凝縮水を蒸発させることによって2次側冷媒水を例えば冷房運転時の冷熱源である冷水に形成する。一方、蒸発した冷媒蒸気は、冷媒蒸気ラインL7を介して吸収器4に供給される。
【0010】
一方上記高温発生器1から取り出された臭化リチウム濃溶液は、先ず濃溶液ラインL2中の上記高温溶液熱交換器2部分において上記希溶液ラインL1を介して戻される吸収器4からの吸収作用が完了した臭化リチウム希溶液と熱交換されて冷却された後に、減圧弁7を介して低温再生器8に供給されて低温再生される。また該低温再生器8で低温再生された臭化リチウム濃溶液は、さらに低温溶液熱交換器3で希溶液と熱交換された後に減圧弁13を介して上記吸収器4の吸収液分配用ヘッダ内に供給される。
【0011】
そして、吸収器4は、上記濃溶液ラインL3を介して供給される低温溶液熱交換器3からの臭化リチウム濃溶液と上記冷媒蒸気ラインL7を介して供給される蒸発器10からの冷媒蒸気とがそれぞれ上記吸収液分配用ヘッダを介して下方に垂直に流される吸収伝熱管と、該吸収伝熱管の外周部上下方向に所定の間隔で並設された多数枚の放熱フィンと、吸収伝熱管に冷却空気を送風する送風ファンとを備えて構成されている。
【0012】
そして、同吸収器4では、上記高温発生器1から高温溶液熱交換器2、低温再生器8、低温溶液熱交換器3を介して供給されてくる臭化リチウム濃溶液に対し、上記蒸発器10で蒸発した冷媒蒸気を吸収させることによって、上述のように臭化リチウム希溶液を形成する。この臭化リチウム希溶液は、一旦吸収器4の下部ヘッダ内に留められた後、上記溶液ポンプ14により上述したように低温溶液熱交換器3、排熱投入熱交換器5、高温溶液熱交換器2を有する希溶液ラインL1を介して高温再生器1に戻されて再び高温再生される。
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
しかし、上記のように吸収冷媒サイクルの希溶液ラインL1中の低温溶液熱交換器2および高温溶液熱交換器3との間に直列に排熱投入熱交換器5を介設したのでは、排熱温度によっては高温溶液熱交換器3と排熱投入熱交換器5との温度域が重なり、排熱を必ずしも有効に回収することができない問題がある。また、一方上記低温溶液熱交換器3と排熱投入熱交換器5とを並列に設置すると、排熱が凝縮して腐蝕が発生する問題がある。
【0014】
本願発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、低温溶液熱交換器の出口側で希溶液ラインを分岐し、該分岐ラインの一方側に排熱投入熱交換器を、他方側に高温溶液熱交換器を投入するようにすることにより、排熱源からの排熱および高温再生器からの再生熱を共に有効に利用できるようにした排熱投入型吸収式冷凍装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。
【0016】
(1) 請求項1の発明
この発明の排熱投入型吸収式冷凍装置は、高温再生器1、高温溶液熱交換器2、低温溶液熱交換器3、吸収器4を備え、吸収器4からの希溶液が、低温溶液熱交換器3、高温溶液熱交換器2を介して高温再生器1に戻される希溶液ラインL1中に所定の排熱源からの排熱を投入するようにする一方、上記低温溶液熱交換器3の出口側で上記希溶液ラインL1を少なくとも2本並列に分岐し、一方側分岐ラインL12に排熱投入熱交換器5を、他方側分岐ラインL11に高温溶液熱交換器2を設けてなる排熱投入型吸収式冷凍装置において、上記希溶液ラインL 1 の分岐部に、電磁切換弁20を設け、排熱源側に排熱が発生していない時には、上記排熱投入熱交換器5側分岐ラインL 12 を閉じるようにしたことを特徴としている。
【0017】
以上の構成によると、排熱投入熱交換器5が高温溶液熱交換器2に対して並列に設置されることになるために、前述した従来例のように排熱投入熱交換器5の温度と高温溶液熱交換器2の温度域が重なるような場合にも、有効に熱回収を行うことができる。
【0018】
また、同排熱投入熱交換器5は、低温溶液熱交換器3とは直列に設けられることになるから、排熱の凝縮による腐蝕の発生も生じない。
【0019】
しかもその場合において、希溶液ラインL 1 の分岐部には、電磁切換弁20が設けられ、排熱源側に排熱が発生していない時には、排熱投入熱交換器5側分岐ラインL 12 を閉じるようにしている。
【0020】
したがって、排熱の無い時には、希溶液ラインL 1 を高温溶液熱交換器2側の分岐ラインL 11 の方のみに切換えて、高温溶液熱交換器2側熱交換量の低下を防止し、COPの低下を阻止することができる。そのため、排熱源側の有効な排熱の有無に応じた適切な装置運転が可能となる。
【0021】
(2) 請求項2の発明
この発明の排熱投入型吸収式冷凍装置は、上記請求項1記載の発明の構成において、さらに排熱投入熱交換器5の排熱ライン上流側に高温排熱熱交換器6を直列に設け、高温溶液熱交換器2の出口側分岐ラインL11を当該高温排熱熱交換器6の入口側分岐ラインL12に合流させたことを特徴としている。
【0022】
このような構成によると、排熱ライン上流の高温の排熱を上記低温溶液熱交換器3を経た希溶液に加え、さらに高温溶液熱交換器2を経た希溶液でも回収することができるようになり、大量の排熱の投入が可能になるとともに熱回収効率が大きく向上する。
【0023】
(3) 請求項3の発明
この発明の排熱投入型吸収式冷凍装置は、高温再生器1、高温溶液熱交換器2、低温溶液熱交換器3、吸収器4を備え、吸収器4からの希溶液が、低温溶液熱交換器3、高温溶液熱交換器2を介して高温再生器1に戻される希溶液ラインL 1 中に所定の排熱源からの排熱を投入するようにするとともに、上記低温溶液熱交換器3の出口側で上記希溶液ラインL 1 を少なくとも2本並列に分岐し、一方側分岐ラインL 12 中に排熱投入熱交換器5を、他方側分岐ラインL 11 中に高温溶液熱交換器2を設け、かつ上記排熱投入熱交換器5の排熱ライン上流側に高温排熱熱交換器6を直列に設けて、上記高温溶液熱交換器2の出口側分岐ラインL 11 を当該高温排熱熱交換器6の入口側分岐ラインL 12 に合流させた排熱投入型吸収式冷凍装置において、上記高温溶液熱交換器2および高温排熱熱交換器6への希溶液分配量の制御を行うようにしたことを特徴としている。
【0024】
以上の構成によると、排熱投入熱交換器5が高温溶液熱交換器2に対して並列に設置されることになるために、前述した従来例のように排熱投入熱交換器5の温度と高温溶液熱交換器2の温度域が重なるような場合にも、有効に熱回収を行うことができる。
【0025】
また、同排熱投入熱交換器5は、低温溶液熱交換器3とは直列に設けられることになるから、排熱の凝縮による腐蝕の発生も生じない。
【0026】
そして、さらに排熱投入熱交換器5の排熱ライン上流側に高温排熱熱交換器6を直列に設け、高温溶液熱交換器2の出口側分岐ラインL 11 を当該高温排熱熱交換器6の入口側分岐ラインL 12 に合流させている。
【0027】
したがって、排熱ライン上流の高温の排熱を上記低温溶液熱交換器3を経た希溶液に加え、さらに高温溶液熱交換器2を経た希溶液でも回収することができるようになり、大量の排熱の投入が可能になるとともに熱回収効率が大きく向上する。
【0028】
しかも、その場合において、高温溶液熱交換器2および高温排熱熱交換器6への希溶液分配量の制御を行うようにしている。
【0029】
このように、上記高温溶液熱交換器2と高温排熱熱交換器6各々への希溶液分配量(分配比率)を適切に制御するようにすると、より有効かつ効率的な排熱の回収が可能となる。
【0030】
(4) 請求項4の発明
この発明の排熱投入型吸収式冷凍装置は、上記請求項3記載の発明の構成において、希溶液分配量の制御は、高温溶液熱交換器2の熱回収量に応じ、該高温溶液熱交換器2の熱回収量が最大になるように分配量が制御されるようになっていることを特徴としている。
【0031】
このように、上記請求項3の発明のように希溶液分配量を制御するようにした場合において、その希溶液の分配量の制御を、上記高温溶液熱交換器2の熱回収量に応じて行うようにし、しかもその場合の高温溶液熱交換器2の熱回収量が最大となるように最適分配量を制御するようにすると、特に有効にCOPが向上するようになる。
【発明の効果】
【0032】
以上の結果、本願発明の排熱投入型吸収式冷凍装置によると、広い排熱温度域に亘り有効かつ効率的に熱回収を行うことができる高効率で低コストの排熱投入型吸収式冷凍装置を提供することができる。
【発明の実施の形態】
【0033】
(実施の形態1)
図1は、本願発明の実施の形態1に係る排熱投入型吸収式冷凍装置の構成を示している。この排熱投入型吸収式冷凍装置は、例えば冷媒として水、吸収液として臭化リチウム(LiBr)を採用して構成されている。
【0034】
図中、符号1は高温再生器(HG)であり、ガスバーナ等の加熱源を備えている。該高温再生器1は、吸収器(ABS)4から供給される吸収作用完了後の例えば臭化リチウム希溶液を加熱沸騰させて、冷媒蒸気である水蒸気と吸収液である臭化リチウム濃溶液とに分離再生するようになっている。
【0035】
この高温再生器1に供給される臭化リチウム希溶液は、吸収器4において吸収液である臭化リチウム濃溶液に冷媒蒸気である水蒸気を吸収させることによって得られ、すでに述べたように通常は溶液ポンプ14(P)により、低温溶液熱交換器(LLX)3、高温溶液熱交換器(HLX)2を介して、高温再生器1および低温再生器(LG)8側からの相対的に温度が高い臭化リチウム濃溶液によって加熱され順次有効に予熱された後に高温再生器1に還流されるが、この実施の形態の場合には、図示のように上記希溶液ラインL1中の当該低温溶液熱交換器3と高温溶液熱交換器2との間に電磁3方切換弁20が設けられており、低温溶液熱交換器3の出口部分で上記高温再生器1側への希溶液ラインL1を少なくとも高温溶液熱交換器2を有する分岐ラインL11と排熱投入熱交換器5を有する分岐ラインL12との2本の並列な分岐ラインL11,L12に分岐させて効率良く熱回収を行うようになっている。
【0036】
上記排熱投入用熱交換器(WX)5には、インバータ制御手段(INV)21により駆動制御されるガス流体ポンプ(熱媒体ポンプP)22と、該ガス流体ポンプ22により流量制御弁23,24を介して流量制御(回転数制御)される自家発電機用マイクロガスタービン(MGT)25A,25Bとを備えたコージェネレーションシステムの排ガスライン(排熱媒体ライン)L9を介して高温(温度TW=130℃)の排熱が投入されるようになっている。そして、該投入された高温の排熱(130℃)を上記電磁3方切換弁20により分岐された上記排熱回収ラインとしての分岐ラインL12を流れる希溶液(69℃)側に熱回収させて同希溶液の温度69℃を例えば125℃程度に高めた後に高温再生器1に戻す。
【0037】
次に、上記高温発生器1において再生された水蒸気は、水蒸気ラインL4,L5により低温再生器(LG)8、減圧弁12を介して凝縮器(COND)9に送られ、凝縮液化されて凝縮水となり、さらに凝縮水ラインL6により減圧弁11を介して蒸発器(EVA)10の凝縮水散布装置部分へ供給される。
【0038】
蒸発器10は、例えば2次側(利用側)室内機への冷熱源としての冷水を取り出す熱交換器を備え、その2次側冷凍サイクルを循環する冷媒水と上記凝縮器9から送られてくる凝縮水とを相互に熱交換させ、凝縮水を蒸発させることによって2次側冷媒水を例えば冷房運転時の冷熱源である冷水に形成する。一方、蒸発した凝縮水は、冷媒蒸気として冷媒蒸気ラインL7を介して吸収器4に供給される。
【0039】
一方上記高温発生器1から取り出された臭化リチウム濃溶液(130℃)は、先ず濃溶液ラインL2を介し上記高温溶液熱交換器2において分岐ラインL11を介して供給される上記吸収器4からの吸収作用が完了した臭化リチウム希溶液(97℃)と熱交換されて降温(105℃)された後に、減圧弁7を介して減圧され、低温再生器8で低温再生される(79℃)。その後、該低温再生された臭化リチウム濃溶液は、濃溶液ラインL3中の低温溶液熱交換器3を介して吸収器4からの希溶液(39℃)と熱交換されて、さらに降温(46℃)された後に減圧弁13を介して上記吸収器4の吸収液分配用ヘッダ内に供給される。
【0040】
そして、吸収器4は、例えば上記低温溶液熱交換器3からの臭化リチウム濃溶液と上記蒸発器10からの冷媒蒸気とが上記吸収液分配用ヘッダを介して下方に垂直に流される吸収伝熱管と、該吸収伝熱管の外周部上下方向に所定の間隔で並設された多数枚の放熱フィンと、吸収伝熱管に冷却空気を送風する送風ファンとを備えて構成されている。
【0041】
この吸収器4では、上記高温発生器1から高温溶液熱交換器2、低温再生器8、低温溶液熱交換器3を介して供給されてくる臭化リチウム濃溶液に対し、上記蒸発器10で蒸発した冷媒蒸気を吸収させることによって、上述のように臭化リチウム希溶液を形成する。この臭化リチウム希溶液は、一旦吸収器4の下部ヘッダ内に留められた後、さらに希溶液ラインL1中の上記溶液ポンプ14により上述したように低温溶液熱交換器3、電磁3方切換弁20を介して高温溶液熱交換器2側分岐ラインL11又は排熱投入熱交換器5側分岐ラインL12を介して各々有効に熱回収されて加熱昇温された後に高温再生器1に戻されて再び高温再生される。
【0042】
したがって、以上の構成によると、排熱投入熱交換器5が高温溶液熱交換器2に対して並列に設置されることになるために、前述した従来例のように排熱投入熱交換器5の温度と高温溶液熱交換器2の温度域が重なるような場合にも、有効に熱回収を行うことができる。
【0043】
また、同排熱投入熱交換器5は、低温溶液熱交換器3とは直列に設けられることになることから、排熱の凝縮による腐蝕の発生も生じない。
【0044】
また、以上の場合、上記電磁3方切換弁20は、排熱の有無に応じて切換制御されるようになっており、排熱の無い時には、上記希溶液ラインL1を高温溶液熱交換器2側の分岐ラインL11の方にのみ切換えて分岐ラインL12の方を閉じ高温溶液熱交換器2側の熱交換量の低下を防止するようにして、COPの低下を阻止するようにする。従って、排熱源側の有効な排熱の有無に応じた適切な装置運転が可能となる。
【0045】
(実施の形態2)
次に図2は、本願発明の実施の形態2に係る排熱投入型吸収式冷凍装置の構成を示している。
【0046】
この実施の形態のものは、上記実施の形態1の吸収式冷凍装置の構成において、さらに、その排ガスライン(排熱媒体ライン)L9上流側に排熱投入熱交換器(WX)5と直列に高温排熱熱交換器(HWX)6を設けるとともに、同高温排熱熱交換器6の希溶液分岐ラインL12の入口側で上記高温溶液熱交換器2を出た希溶液分岐ラインL11を合流させたことを特徴とするものであり、その他の部分の構成および作用は上記実施の形態1の吸収式冷凍装置と同一である。
【0047】
このような構成によると、コージェネレーションシステム側排ガスラインL9上流の高温の排熱を上記低温溶液熱交換器3を経た希溶液に加え、さらに高温溶液熱交換器2を経た希溶液でも回収することができるようになり、大量の排熱の投入が可能になるとともに熱回収効率が大きく向上する。
【0048】
また、その場合において、上記高温溶液熱交換器2と高温排熱熱交換器6各々への希溶液分配量(分配比率)を適切に制御するようにすると、より有効かつ効率的な排熱の回収が可能となる。そして、その場合に、該希溶液分配量の制御を例えば上記高温溶液熱交換器2の熱回収量に応じて行うようにし、かつ高温溶液熱交換器2の熱回収量が最大となるようにその最適分配量を制御するようにすると、特に有効にCOPが向上するようになる。
【0049】
なお、その場合、上記高温溶液熱交換器2の熱回収量は、例えば同高温溶液熱交換器2の入口と出口の温度を検出して行われる。
【0050】
(他の実施の形態)
なお、以上の各実施の形態では、排熱媒体として例えば排ガス流体を採用したが、これは例えば相対的に高温の液流体であっても良いことは言うまでもなく、各種の熱媒体の熱を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の実施の形態1に係る排熱投入型吸収式冷凍装置の構成を示す冷凍サイクル図である。
【図2】 本願発明の実施の形態2に係る排熱投入型吸収式冷凍装置の要部の構成を示す冷凍サイクル図である。
【図3】 従来の排熱投入型吸収式冷凍装置の要部の構成を示す冷凍サイクル図である。
【符号の説明】
1は高温発生器(HG)、2は高温溶液熱交換器、3は低温溶液熱交換器(LLX)、4は吸収器(ABS)、5は排熱投入型熱交換器(WX)、6は高温排熱熱交換器(HWX)、7は減圧弁、8は低温再生器(LG)、9は凝縮器(COND)、10は蒸発器(EVA)、11,12,13は減圧弁、14は溶液ポンプ(P)、20は電磁3方切換弁、21はインバータ制御手段(INV)、22はガス流体ポンプ(P)、23,24は流量制御弁、25A,25Bはマイクロガスタービン(MGT)である。
Claims (4)
- 高温再生器(1)、高温溶液熱交換器(2)、低温溶液熱交換器(3)、吸収器(4)を備え、吸収器(4)からの希溶液が、低温溶液熱交換器(3)、高温溶液熱交換器(2)を介して高温再生器(1)に戻される希溶液ライン(L1)中に所定の排熱源からの排熱を投入するようにする一方、上記低温溶液熱交換器(3)の出口側で上記希溶液ライン(L1)を少なくとも2本並列に分岐し、一方側分岐ライン(L12)中に排熱投入熱交換器(5)を、他方側分岐ライン(L11)中に高温溶液熱交換器(2)を設けてなる排熱投入型吸収式冷凍装置において、上記希溶液ライン(L 1 )の分岐部に、電磁切換弁(20)を設け、排熱源側に排熱が発生していない時には、上記排熱投入熱交換器(5)側分岐ライン(L 12 )を閉じるようにしたことを特徴とする排熱投入型吸収式冷凍装置。
- 排熱投入熱交換器(5)の排熱ライン上流側に高温排熱熱交換器(6)を直列に設け、高温溶液熱交換器(2)の出口側分岐ライン(L11)を当該高温排熱熱交換器(6)の入口側分岐ライン(L12)に合流させたことを特徴とする請求項1記載の排熱投入型吸収式冷凍装置。
- 高温再生器(1)、高温溶液熱交換器(2)、低温溶液熱交換器(3)、吸収器(4)を備え、吸収器(4)からの希溶液が、低温溶液熱交換器(3)、高温溶液熱交換器(2)を介して高温再生器(1)に戻される希溶液ライン(L 1 )中に所定の排熱源からの排熱を投入するようにするとともに、上記低温溶液熱交換器(3)の出口側で上記希溶液ライン(L 1 )を少なくとも2本並列に分岐し、一方側分岐ライン(L 12 )中に排熱投入熱交換器(5)を、他方側分岐ライン(L 11 )中に高温溶液熱交換器(2)を設け、かつ上記排熱投入熱交換器(5)の排熱ライン上流側に高温排熱熱交換器(6)を直列に設けて、上記高温溶液熱交換器(2)の出口側分岐ライン(L 11 )を当該高温排熱熱交換器(6)の入口側分岐ライン(L 12 )に合流させた排熱投入型吸収式冷凍装置において、上記高温溶液熱交換器(2)および高温排熱熱交換器(6)への希溶液分配量の制御を行うようにしたことを特徴とする排熱投入型吸収式冷凍装置。
- 希溶液分配量の制御は、高温溶液熱交換器(2)の熱回収量に応じ、該高温溶液熱交換器(2)の熱回収量が最大になるように分配量が制御されるようになっていることを特徴とする請求項3記載の排熱投入型吸収式冷凍装置。
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1999
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