JP5065921B2 - 冷水発生システム - Google Patents

Description

本発明は、冷水発生システムに係り、特に、空気調和装置等の熱源機として使用される冷水発生システムに好適なものである。

温水を熱源とする従来の一重効用吸収式冷凍機として、再生器、凝縮器、単段蒸発吸収器、これらの機器を結ぶ溶液流路及び冷媒流路、溶液及び冷媒をサイクル内に循環させる溶液ポンプ及び冷媒ポンプ、熱源である温水を流す熱源温水流路、冷水を流す冷水流路、冷却水を流す冷却水流路を備えたものがある。これに関する特許文献としては、特開２０００−２６６４２２号公報（特許文献１）が挙げられる。

係る従来の一重効用吸収式冷凍機では、低い冷水温度、例えば７℃程度の冷水を取り出す場合、実用上８０℃程度の高い熱源温度が必要であり、それより低い熱源を利用することができない、という課題があった。

そこで、二段吸収サイクルを用いて熱源温度が６０℃程度まで利用できる吸収式冷凍機が検討されている。これに関する非特許文献としては、新エネルギー・産業技術総合開発機構平成１３年度成果報告書「エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 低温排熱利用ハイブリッド空調システムの研究開発」（非特許文献１）が挙げられる。

特開２０００−２６６４２２号公報 新エネルギー・産業技術総合開発機構平成１３年度成果報告書「エネルギー有効利用基盤技術先導研究開発 低温排熱利用ハイブリッド空調システムの研究開発」

上述した二段吸収サイクルを用いた吸収式冷凍機では、低い熱源温度で利用する場合における吸収式冷凍機の成績係数（ＣＯＰ）を向上することが望まれる。

本発明の目的は、低い熱源温度でも成績係数を向上できる冷水発生システムを得ることにある。

前述の目的を達成するための本発明の第１の態様は、温水を熱源として冷水を発生する一重効用吸収式冷凍機と、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機とからなる冷水発生システムであって、前記温水及び前記冷水を、先に前記一重効用吸収式冷凍機に流し、次に前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機に流すように構成したことにある。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記一重効用吸収式冷凍機を複数台で構成したこと。
（２）前記（１）において、前記一重効用吸収式冷凍機を２台で構成し、前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機を１台で構成したこと。
（３）前記一重効用吸収式冷凍機の台数を前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機の台数より多くしたこと。
（４）前記一重効用吸収式冷凍機及び前記多段蒸発吸収器を冷却する冷却水を、先に前記一重効用吸収式冷凍機に流し、次に前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機に流すように構成したこと。

係る本発明の冷水発生システムによれば、低い熱源温度でも成績係数を向上できる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の冷水発生システム及びその変形例を図１及び図２を用いて説明する。図１は本発明の第１実施形態の冷水発生システム７０の系統図、図２は図１の冷水発生システム７０の変形例の系統図である。

本実施形態の冷水発生システム７０は複数の吸収式冷凍機１、２を組み合わせて構成されている。複数の吸収式冷凍機１、２は、本実施形態では、単段蒸発吸収器２１を備えた一重効用吸収式冷凍機１と、多段蒸発吸収器２０を備えた一重効用吸収式冷凍機２とからなっており、排熱を利用した温水を熱源として駆動するものである。このように、本実施形態では、排熱を有効に冷水発生に利用できるので、単段蒸発吸収器のみを備えた一重効用吸収式冷凍機や冷水不足分を多重効用吸収式冷凍機で補うことと比較して、イニシャルコストやランニングコストを低減することができる。

一重効用吸収式冷凍機１は、単段蒸発吸収器２１、再生器２２、凝縮器２３、濃溶液ポンプ３０ａ、稀溶液ポンプ３１、冷媒ポンプ３２ａ、濃溶液流路４０ａ、稀溶液流路４１、冷媒流路５０、熱源温水流路１０ａ、冷水流路１１ａ、冷却水流路１２ａを備えて構成されている。

また、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２は、多段蒸発吸収器２０、再生器２２、凝縮器２３、濃溶液ポンプ３０ａ、３０ｃ、稀溶液ポンプ３１、冷媒ポンプ３２ｂ、３２ｃ、濃溶液流路４０ａ、４０ｃ、稀溶液流路４１、冷媒流路５０、５１ｂ、５１ｃ、熱源温水流路１０ｂ、冷水流路１１ｂ、冷却水流路１２ｂを備えて構成されている。

熱源温水流路１０ａ、１０ｂは、この順に直列に接続されており、１つの熱源温水流路１１を構成している。また、冷水流路１１ａ、１１ｂは、この順に直列に接続されており、１つの冷水流路１１を構成している。そして、冷却水流路１２ａ、１２ｂは、それぞれ独立にまたは並列に構成されている。

冷房負荷系から高温となって戻ってきた冷水（例えば、温度１５℃程度の冷水）は、まず、一重効用吸収式冷凍機１の冷水流路１１ａで、その蒸発吸収器２１の蒸発器２１ａ内に散布される冷媒と熱交換され、その冷媒の蒸発熱により中間温度（例えば、温度１１℃程度）まで冷却される。冷水流路１１ａから出た冷水は、次に、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２の冷水流路１１ｂで、多段蒸発吸収器内に散布される冷媒と熱交換され、その冷媒の蒸発熱により所定の冷水温度（例えば、７℃程度）まで冷却され、冷房負荷系に戻される。

一方、排熱などで加熱された熱源温水、例えば９０℃〜８０℃程度の熱源温水は、まず、一重効用吸収式冷凍機１の熱源温水流路１０ａで再生器２２内の稀溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させ、例えば８０℃〜６０℃程度の温度まで低下される。熱源温水流路１０ａから出た熱源温水は、次に多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２の熱源温水流路１０ｂで、再生器２２内の稀溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させ、例えば５５℃程度になって外部へ排出される。

本実施形態によれば、一重効用吸収式冷凍機１の出口冷水温度を所定の冷水温度より高くすることができるので、当該吸収式冷凍機１における溶液濃縮及び冷媒再生温度を低くすることができる。さらに、熱源温水１０を一重効用吸収式冷凍機１に先に流すことで、当該吸収式冷凍機１における溶液濃縮及び冷媒再生温度と熱源温水温度との差が大きくとれる。従って、熱源の熱を優先的に一重効用吸収式冷凍機１に入力し、効率よく冷水を冷却させることができる。さらに、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２を用いたことにより、一重効用吸収式冷凍機１で利用できない低温の熱源温水を利用して所定の冷水温度まで冷却することができる。これらによって、排熱をより多く冷水の有効な熱エネルギーに変換できる。

一重効用吸収式冷凍機１は、二段吸収サイクルなどの多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２と比較して一般的に成績係数は良いが、熱源としては高い温度を必要とする。また、吸収式冷凍機サイクルの特性として、冷水温度が高いほど、また、冷却水温度が低いほど再生器２２で溶液を濃縮し冷媒を再生するのに必要な温度が低くなる。よって、一重効用吸収式冷凍機１では、熱源温度と冷媒再生温度との差が大きくとれるので、吸収式冷凍機の駆動熱源としてより多くの熱を入れることが可能となる。成績係数の優れた一重効用吸収式冷凍機１側で優先的に熱源の熱を利用し、次に一重効用吸収式冷凍機１で利用のできない低温の排熱を多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２側で利用することで、排熱等の熱の利用範囲を効率よく拡大回収し、有益な冷水を発生することが可能となる。

なお、冷却水量を十分に確保できない場合は、図２に示すように、低い温度の冷却水を先に一重効用吸収式冷凍機１の冷却水流路１２ａに流した後、次に、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２の冷却水流路１２ｂに流す冷却水路１２とすることが効果的である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の冷水発生システム及びその変形例について図３及び図４を用いて説明する。図３は本発明の第２実施形態の冷水発生システム７０の系統図、図４は図３の冷水発生システム７０の変形例の系統図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態では、２台の一重効用吸収式冷凍機１ａ、１ｂと、１台の多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２と、を備えた冷水発生システム７０である。熱源温水及び冷水を、２台の一重効用吸収式冷凍機１ａ、１ｂに先に流した後に、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２に流す。

具体的には、一重効用吸収式冷凍機１ａ、１ｂのそれぞれで熱源温水流路１０ａ_１、１０ａ_２と冷水流路１１ａ_１、１１ａ_２とが対向流となるように、熱源温水を一重効用吸収式冷凍機１ａの熱源温水流路１０ａ_１に流した後に一重効用吸収式冷凍機１ｂの熱源温水流路１０ａ_２に流し、冷水を一重効用吸収式冷凍機１ｂの冷水流路１１ａ_２に流した後に一重効用吸収式冷凍機１ａの冷水流路１１ａ_１に流す。

係る第２実施形態によれば、第１実施形態よりもさらに効果が大きくなる。

なお、冷却水量を十分に確保できない場合は、図４に示すように、低い温度の冷却水を先に一重効用吸収式冷凍機１ａ、１ｂの冷却水流路１２ａ、１２ｂに流した後、次に、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機２の冷却水流路１２ｃに流す冷却水路１２とすることが効果的である。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の吸収式冷凍機及びその変形例について図５及び図６を用いて説明する。図５は本発明の第３実施形態の吸収式冷凍機８０の系統図、図６は図５の吸収式冷凍機８０の変形例の系統図である。

本実施形態の吸収式冷凍機８０は、多段蒸発吸収器２０、単段蒸発吸収器２１、再生器２２、凝縮器２３、濃溶液ポンプ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、稀溶液ポンプ３１、冷媒ポンプ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、濃溶液流路４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、稀溶液流路４１、冷媒流路５０、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、熱源温水流路１０、冷却水流路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、冷水流路１１を備えて構成されている。本実施形態においては、冷凍機の冷媒には水、吸収剤には臭化リチウムが用いられ、排熱温水等を熱源として駆動するものである。

多段蒸発吸収器２０は、低段蒸発器２０ａ、低段吸収器２０ｃ、高段蒸発器２０ｂ、高段吸収器２０ｄを備えて構成されている。単段蒸発吸収器２１は、単段蒸発器２１ａ、単段吸収器２１ｃを備えて構成されている。再生器２２は、低段再生器２２ａ、高段再生器２２ｂ、熱源温水流路１０を備えて構成されている。凝縮器２３は、低段凝縮器２３ａ、高段凝縮器２３ｂ、冷却水流路１２ａを備えて構成されている。冷水流路１１は、冷水を単段蒸発器２１ａ、低段蒸発器２０ａの順に流す。

次に、この吸収式冷凍機８０の運転中の動作について説明する。

冷房に供される冷水は、冷水流路１１を通して流れ、単段蒸発器２１ａ、低段蒸発器２０ａにおいて、冷媒ポンプ３２ａ、３２ｃで蒸発器に散布された冷媒の蒸発熱によって冷却されて冷水流路１１から冷房負荷系に送られる。このとき発生した冷媒蒸気は、単段吸収器２１ｃ、低段吸収器２０ｃの溶液によって吸収される。この吸収によって蒸発器２１ａ、２０ａ内の圧力及び蒸発温度が低圧及び低温に維持される。

ここで、高温となって冷房負荷系から戻ってきた冷水は、単段蒸発器２１ａで中間温度まで冷却され、低段蒸発器２０ａで所定の温度まで冷却される。これにより、単段蒸発器２１ａの蒸発温度及び圧力を、冷水を所定の温度まで冷却するのに必要な蒸発温度及び圧力よりも高温及び高圧にすることができる。このため、単段吸収器２１ｃではより薄い溶液濃度まで冷媒を吸収することが可能となり、単段蒸発吸収器での冷凍能力配分を大きくすることができる。

そして、単段吸収器２１ｃで冷媒を吸収して薄くなった溶液は、低段吸収器２０ｃへ送られ、低段蒸発器２０ａで冷水の熱を奪って蒸発した冷媒を吸収する。この低段吸収器２０ｃの溶液は、高段蒸発器２０ｂにおいて冷媒ポンプ３２ｂにより散布された冷媒の蒸発熱によって冷却される。

低段吸収器２０ｃで薄くなった溶液は、高段吸収器２０ｄへと送られて高段吸収器２０ｄ内へ散布され、高段蒸発器２０ｂで蒸発した冷媒を吸収して稀溶液となり再生器２２へと送られる。なお、濃溶液の流入順路は、高段吸収器２０ｄ、低段吸収器２０ａの順番でもかまわない。

再生器２２へ流入する稀溶液は十分薄くなっているので、低い熱源温度でも加熱濃縮し冷媒を再生することが可能となる。再生器２２で濃縮された濃溶液は、再び単段吸収器２１ｃへ送られる。また、再生した冷媒蒸気は、凝縮器２３で冷媒液となり、再び単段蒸発器２１ａ、低段蒸発器２０ａ、高段蒸発器２０ｂへと送られる。

ここで、本実施形態では、凝縮器２３を低段凝縮器２３ａ及び高段凝縮器２３ｂに二分割し、再生器２２を低段再生器２２ａ及び高段再生器２２ｂに二分割して、再生効率を向上させている。なお、必要に応じて、単段の凝縮器及び単段の再生器としてもよい。

第３実施形態では、吸収式冷凍機の構成として単段蒸発吸収器と多段蒸発吸収器を組み合わせることと、最初に単段蒸発吸収器に冷水を流し、次に多段蒸発吸収器に流すことで、排熱等の熱の利用範囲を効率よく拡大回収し、有益な冷水を発生することが可能となる。

なお、冷却水量を十分に確保できない場合は、図６に示すように、低い温度の冷却水を先に単段蒸発吸収器２１に流した後、高段吸収器２０ｄに流し、さらに低段凝縮器２３ａに流すようにすることが効果的である。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態の吸収式冷凍機及びその変形例について図７及び図８を用いて説明する。図７は本発明の第４実施形態の吸収式冷凍機８０の系統図、図８は図７の吸収式冷凍機８０の変形例の系統図である。この第４実施形態は、次に述べる点で第３実施形態と相違するものであり、その他の点については第３実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第４実施形態では、単段蒸発吸収器２１を多段蒸発吸収器２０の上に設置したことである。この第４実施形態によれば、重力の作用により溶液循環の一部を行うので、濃溶液ポンプを減らすことができる。

なお、冷却水量を十分に確保できない場合は、図８に示すように、低い温度の冷却水を先に単段蒸発吸収器２１ｃに流した後、高段吸収器２０ｄに流し、さらに低段凝縮器２３ａに流すようにすることが効果的である。

本発明の第１実施形態の冷水発生システムの系統図である。 図１の冷水発生システムの変形例の系統図である。 本発明の第２実施形態の冷水発生システムの系統図である。 図３の冷水発生システムの変形例の系統図である。 本発明の第３実施形態の吸収式冷凍機の系統図である。 図５の吸収式冷凍機の変形例の系統図である。 本発明の第４実施形態の吸収式冷凍機の系統図である。 図７の吸収式冷凍機の変形例の系統図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ…一重効用吸収式冷凍機、２…多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機、１０…熱源温水流路、１１…冷水流路、１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ…冷却水流路、２０…多段蒸発吸収器、２０ａ…低段蒸発器、２０ｂ…高段蒸発器、２０ｃ…低段吸収器、２０ｄ…高段吸収器、２１…単段蒸発吸収器、２１ａ…単段蒸発器、２１ｃ…単段吸収器、２２…再生器、２２ａ…低段再生器、２２ｂ…高段再生器、２３…凝縮器、２３ａ…低段凝縮器、２３ｂ…高段凝縮器、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ…濃溶液ポンプ、３１…稀溶液ポンプ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ…冷媒ポンプ、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ…濃溶液流路、４１…稀溶液流路、５０、５１ａ、５１ｂ、５１ｃ…冷媒流路、７０…冷水発生システム、８０…吸収式冷凍機。

Claims (5)

1. 温水を熱源として冷水を発生する一重効用吸収式冷凍機と、多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機とからなる冷水発生システムであって、
   前記温水及び前記冷水を、先に前記一重効用吸収式冷凍機に流し、次に前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機に流すように構成した
   ことを特徴とする冷水発生システム。
2. 請求項１において、前記一重効用吸収式冷凍機を複数台で構成したことを特徴とする冷水発生システム。
3. 請求項２において、前記一重効用吸収式冷凍機を２台で構成し、前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機を１台で構成したことを特徴とする冷水発生システム。
4. 請求項１において、前記一重効用吸収式冷凍機の台数を前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機の台数より多くしたことを特徴とする冷水発生システム。
5. 請求項１から４の何れかにおいて、前記一重効用吸収式冷凍機及び前記多段蒸発吸収器を冷却する冷却水を、先に前記一重効用吸収式冷凍機に流し、次に前記多段蒸発吸収器を備えた吸収式冷凍機に流すように構成したことを特徴とする冷水発生システム。

Images