JP6016027B2 - Waste heat heat pump system - Google Patents
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Description
本発明は、圧縮式ヒートポンプ回路と、吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムに関する。 The present invention relates to an exhaust heat utilization heat pump system including a compression heat pump circuit and an absorption heat pump circuit.
従来、原動機の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路と、原動機の排熱を、吸収液を加熱する再生器の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路とを備えた排熱利用ヒートポンプシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。この排熱利用ヒートポンプシステムでは、圧縮式ヒートポンプ回路の利用側熱交換器を経た冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環し、再生器による再生後に冷媒を分離し、この冷媒を、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出側に供給している。 Conventionally, a compression heat pump circuit that uses a shaft output of a prime mover as a power source of a compressor that compresses a refrigerant, and an absorption heat pump circuit that uses a waste heat of the prime mover as a heat source of a regenerator that heats an absorption liquid An exhaust heat utilization heat pump system provided is known (for example, see Patent Document 1). In this exhaust heat utilization heat pump system, the refrigerant that has passed through the use side heat exchanger of the compression heat pump circuit is circulated to the absorber of the absorption heat pump circuit, and the refrigerant is separated after regeneration by the regenerator. It supplies to the discharge side of the compressor of the heat pump circuit.
しかしながら、上記従来の構成では、原動機によって圧縮機を駆動することで、電気消費量を抑えているものの、原動機の軸端効率は低く（３０％程度）、排熱利用ヒートポンプシステムの省エネルギー化が望まれている。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、省エネルギー化が図れる構造とした排熱利用ヒートポンプシステムを提供することを目的とする。
However, in the above conventional configuration, the compressor is driven by the prime mover to reduce the electric consumption, but the shaft end efficiency of the prime mover is low (about 30%), and energy saving of the heat pump system using exhaust heat is desired. It is rare.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust heat utilization heat pump system having a structure capable of saving energy.
上記目的を達成するために、本発明の排熱利用ヒートポンプシステムは、原動機の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路と、前記原動機の排熱を、吸収液を加熱する再生器の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路とを備え、前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環し、前記再生器による再生後に冷媒を分離し、この冷媒を、前記圧縮式ヒートポンプ回路内を循環するよう構成し、前記圧縮機に供給される冷媒と、前記再生器に供給される吸収液との間で熱交換させる吸込側冷媒熱回収器を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the heat pump system using exhaust heat of the present invention absorbs the exhaust heat of the prime mover and the compression heat pump circuit that uses the shaft output of the prime mover as a power source of the compressor that compresses the refrigerant. An absorption heat pump circuit used as a heat source for a regenerator that heats the liquid, circulates the refrigerant evaporated in the compression heat pump circuit to the absorber of the absorption heat pump circuit, and regenerates the refrigerant after regeneration by the regenerator. The refrigerant is separated and circulated in the compression heat pump circuit to exchange heat between the refrigerant supplied to the compressor and the absorbent supplied to the regenerator. A recovery device is provided.
上記構成において、前記吸収器から前記再生器への吸収液の送り配管から分岐する分岐管を備え、前記吸込側冷媒熱回収器は前記分岐管に設けられてもよい。 The said structure WHEREIN: The branch pipe branched from the feed pipe of the absorption liquid from the said absorber to the said regenerator may be provided, and the said suction side refrigerant | coolant heat recovery device may be provided in the said branch pipe.
上記構成において、前記圧縮機から吐出される冷媒と、前記再生器に供給される吸収液との間で熱交換させる吐出側冷媒熱回収器を設けてもよい。 The said structure WHEREIN: You may provide the discharge side refrigerant | coolant heat recovery device which heat-exchanges between the refrigerant | coolant discharged from the said compressor, and the absorption liquid supplied to the said regenerator.
上記構成において、前記吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒を、前記圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吸込口に供給するように構成してもよい。 The said structure WHEREIN: You may comprise so that the refrigerant | coolant regenerated with the regenerator of the said absorption heat pump circuit may be supplied to the suction inlet of the compressor of the said compression heat pump circuit.
本発明によれば、圧縮機に供給される冷媒と、再生器に供給される吸収液との間で熱交換させる吸込側冷媒熱回収器を設けたため、圧縮機に供給される冷媒蒸気の熱を、吸収液を再生する熱源として利用できるので、吸収液の再生に必要な熱を削減して、排熱利用ヒートポンプシステムの省エネルギー化を図れる。また、圧縮機に供給される冷媒の温度を低下できるので、圧縮機の吸い込み温度を低下させる冷却器を別途設ける必要がない。 According to the present invention, since the suction-side refrigerant heat recovery device for exchanging heat between the refrigerant supplied to the compressor and the absorbent supplied to the regenerator is provided, the heat of the refrigerant vapor supplied to the compressor Can be used as a heat source for regenerating the absorbing liquid, so that heat required for regenerating the absorbing liquid can be reduced, and energy saving of the heat pump system using exhaust heat can be achieved. Further, since the temperature of the refrigerant supplied to the compressor can be lowered, there is no need to separately provide a cooler that lowers the suction temperature of the compressor.
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る排熱利用ヒートポンプシステムを示す回路図である。図２は、再生器及び気液分離器を示す模式図である。
排熱利用ヒートポンプシステム１は、エンジン（原動機）２の軸出力を、冷媒を圧縮する圧縮機１１の動力源として利用する圧縮式ヒートポンプ回路１０と、エンジン２の排熱を、吸収液を加熱する再生器２１の熱源として利用する吸収式ヒートポンプ回路２０とを備えた、いわゆるハイブリッドシステムである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram showing a heat pump system using exhaust heat according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic diagram showing a regenerator and a gas-liquid separator.
The heat pump system 1 using exhaust heat heats the absorption liquid using the heat output from the engine 2 and the compression heat pump circuit 10 that uses the shaft output of the engine 2 as a power source for the compressor 11 that compresses the refrigerant. This is a so-called hybrid system including an absorption heat pump circuit 20 used as a heat source of the regenerator 21.
圧縮式ヒートポンプ回路１０は、圧縮機１１と、利用側熱交換器１２と、放熱器１３と、膨張弁１４、及び四方弁１５とを備えている。圧縮機１１と利用側熱交換器１２とは、圧縮機１１の吸込口１１Ａ側の吸込側冷媒管３１、及び、圧縮機１１の吐出口１１Ｂ側の吐出側冷媒管３２によって接続されている。吸込側冷媒管３１には四方弁１５が、吐出側冷媒管３２には、四方弁１５、放熱器１３、及び膨張弁１４が設けられている。 The compression heat pump circuit 10 includes a compressor 11, a use side heat exchanger 12, a radiator 13, an expansion valve 14, and a four-way valve 15. The compressor 11 and the use side heat exchanger 12 are connected by a suction side refrigerant tube 31 on the suction port 11 </ b> A side of the compressor 11 and a discharge side refrigerant tube 32 on the discharge port 11 </ b> B side of the compressor 11. The suction side refrigerant pipe 31 is provided with a four-way valve 15, and the discharge side refrigerant pipe 32 is provided with a four-way valve 15, a radiator 13, and an expansion valve 14.
圧縮機１１は、吸込側冷媒管３１を流れる冷媒を圧縮するものである。この圧縮機１１は、エンジン２の軸２Ａに接続されており、圧縮機１１にはエンジン２の軸出力が伝達される。つまり、圧縮機１１は、動力源としてエンジン２の軸出力を利用して、冷媒を圧縮するように構成されている。なお、本実施形態のエンジン２は、都市ガスを燃料としたガスエンジンで構成しているが、これに限定されるものではない。
利用側熱交換器１２は、冷媒の冷熱又は温熱を図示しない熱負荷に供給する熱交換器であり、冷媒の冷熱又は温熱を放熱する放熱装置１２Ａ（例えば、ファン）を有している。放熱装置１２Ａには、熱負荷に供給する熱の温度を検出する温度センサ６１が設けられている。
放熱器１３は、冷媒の熱を放熱するものであり、当該放熱器１３の熱を放熱する放熱装置１３Ａ（例えば、ファン）を有している。
The compressor 11 compresses the refrigerant flowing through the suction side refrigerant pipe 31. The compressor 11 is connected to the shaft 2 </ b> A of the engine 2, and the shaft output of the engine 2 is transmitted to the compressor 11. That is, the compressor 11 is configured to compress the refrigerant by using the shaft output of the engine 2 as a power source. In addition, although the engine 2 of this embodiment is comprised with the gas engine which used city gas as the fuel, it is not limited to this.
The use-side heat exchanger 12 is a heat exchanger that supplies the cold or hot heat of the refrigerant to a heat load (not shown), and includes a heat radiating device 12A (for example, a fan) that radiates the cold or hot heat of the refrigerant. The heat dissipation device 12A is provided with a temperature sensor 61 that detects the temperature of heat supplied to the heat load.
The radiator 13 radiates the heat of the refrigerant, and includes a radiating device 13 </ b> A (for example, a fan) that radiates the heat of the radiator 13.
四方弁１５は、圧縮機１１の吸込側及び吐出側を放熱器１３又は利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられ、これにより、熱負荷に冷熱を供給する冷熱運転及び熱負荷に温熱を供給する温熱運転が切り替えられる。より詳細には、冷熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から放熱器１３に、また、利用側熱交換器１２から圧縮機１１の吸込側に、温熱運転時には、圧縮機１１の吐出側から利用側熱交換器１２に、放熱器１３から圧縮機１１の吸込側に冷媒が流れる。なお、図１では、圧縮機１１の吐出側を点ａ１、放熱器１３側を点ａ２、利用側熱交換器１２側を点ｂ１、圧縮機１１の吸込側を点ｂ２として示している。 The four-way valve 15 is switched so that the suction side and the discharge side of the compressor 11 are communicated with the radiator 13 or the use side heat exchanger 12, respectively. The heat operation for supplying the heat is switched. More specifically, it is used from the discharge side of the compressor 11 to the radiator 13 during the cold operation, from the use side heat exchanger 12 to the suction side of the compressor 11, and from the discharge side of the compressor 11 during the heat operation. The refrigerant flows from the radiator 13 to the suction side of the compressor 11 in the side heat exchanger 12. In FIG. 1, the discharge side of the compressor 11 is indicated as a point a1, the radiator 13 side as a point a2, the use side heat exchanger 12 side as a point b1, and the suction side of the compressor 11 as a point b2.
圧縮式ヒートポンプ回路１０には、圧縮式ヒートポンプ回路１０を流れる比較的高温の冷媒と比較的低温の冷媒蒸気との間で熱交換させる冷媒熱交換器１７が設けられている。冷媒熱交換器１７では、冷熱運転時には、放熱器１３から膨張弁１４に供給される冷媒が冷却されるとともに、利用側熱交換器１２から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。一方、温熱運転時には、膨張弁１４から放熱器１３に供給される冷媒が冷却されるとともに、放熱器１３から圧縮機１１に供給される冷媒蒸気が加熱される。この冷媒熱交換器１７により、圧縮式ヒートポンプ回路１０におけるＣＯＰ（成績係数）の向上を図るようにしている。 The compression heat pump circuit 10 is provided with a refrigerant heat exchanger 17 that exchanges heat between a relatively high-temperature refrigerant flowing through the compression heat pump circuit 10 and a relatively low-temperature refrigerant vapor. In the refrigerant heat exchanger 17, during the cooling operation, the refrigerant supplied from the radiator 13 to the expansion valve 14 is cooled, and the refrigerant vapor supplied from the use side heat exchanger 12 to the compressor 11 is heated. On the other hand, during the heating operation, the refrigerant supplied from the expansion valve 14 to the radiator 13 is cooled, and the refrigerant vapor supplied from the radiator 13 to the compressor 11 is heated. The refrigerant heat exchanger 17 improves the COP (coefficient of performance) in the compression heat pump circuit 10.
吸収式ヒートポンプ回路２０は、冷媒熱交換器１７と圧縮機１１との間の吸込側冷媒管３１に設けられ、圧縮式ヒートポンプ回路１０にシリーズに接続されている。吸収式ヒートポンプ回路２０は、再生器２１と、吸収器２２と、気液分離器２３（図２参照）とを備え、冷媒熱交換器１７と吸収器２２とが冷媒管３３によって、再生器２１と圧縮機１１とが冷媒管３４によって接続されている。再生器２１と吸収器２２とは、濃吸収液管（送り配管）４１及び稀吸収液管（戻り配管）４２によって接続されている。 The absorption heat pump circuit 20 is provided in the suction side refrigerant pipe 31 between the refrigerant heat exchanger 17 and the compressor 11, and is connected to the compression heat pump circuit 10 in series. The absorption heat pump circuit 20 includes a regenerator 21, an absorber 22, and a gas-liquid separator 23 (see FIG. 2). The refrigerant heat exchanger 17 and the absorber 22 are connected by a refrigerant pipe 33, and the regenerator 21. And the compressor 11 are connected by a refrigerant pipe 34. The regenerator 21 and the absorber 22 are connected by a concentrated absorbent liquid pipe (feed pipe) 41 and a rare absorbent liquid pipe (return pipe) 42.
吸収器２２は、冷媒管３３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させる。吸収器２２は、吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する熱を冷却する冷却装置２２Ａ（例えば、冷却水循環装置、又は、ファン）を備えている。吸収器２２には、再生器２１に延びる濃吸収液管４１が接続されている。濃吸収液管４１には、吸収液を循環させるための循環ポンプＰが設けられており、循環ポンプＰを駆動することで、吸収器２２から再生器２１に冷媒を吸収した吸収液（濃吸収液）が供給される。 The absorber 22 absorbs the refrigerant vapor supplied from the refrigerant pipe 33 in the absorption liquid. The absorber 22 includes a cooling device 22A (for example, a cooling water circulation device or a fan) that cools heat generated when the absorbing liquid absorbs the refrigerant vapor. A concentrated absorbent liquid pipe 41 extending to the regenerator 21 is connected to the absorber 22. The concentrated absorption liquid pipe 41 is provided with a circulation pump P for circulating the absorption liquid. By driving the circulation pump P, an absorption liquid (concentrated absorption) that has absorbed refrigerant from the absorber 22 into the regenerator 21. Liquid).
再生器２１は、濃吸収液管４１から供給される濃吸収液を、エンジン２の排熱を熱源として加熱再生する。より詳細には、図２に示すように、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａには、エンジン２の排熱を回収したエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水管５１が接続されている。図示は省略するが、エンジン冷却水管５１のエンジン冷却水は、例えば、エンジン２のウォータジャケットを流通してエンジン２の排熱を回収して昇温し、さらに、エンジン２の排ガス流路に設けられた排ガス熱交換器を流通して排ガスの排熱を回収して昇温した後に、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給される。このようにして、エンジン２の排熱を回収したエンジン冷却水を再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａに供給することにより、再生器２１は、高温のエンジン冷却水を再生器２１の熱源として吸収液を加熱再生する。 The regenerator 21 heats and regenerates the concentrated absorbent supplied from the concentrated absorbent pipe 41 using the exhaust heat of the engine 2 as a heat source. More specifically, as shown in FIG. 2, an engine cooling water pipe 51 through which the engine cooling water recovered from the exhaust heat of the engine 2 flows is connected to the cooling water heat transfer pipe 21 </ b> A of the regenerator 21. Although illustration is omitted, the engine cooling water of the engine cooling water pipe 51 circulates through the water jacket of the engine 2, recovers the exhaust heat of the engine 2, raises the temperature, and is provided in the exhaust gas flow path of the engine 2. The exhaust gas heat exchanger is circulated, the exhaust heat of the exhaust gas is recovered and heated, and then supplied to the cooling water heat transfer tube 21 </ b> A of the regenerator 21. In this way, the regenerator 21 uses the high-temperature engine cooling water as a heat source for the regenerator 21 by supplying the engine cooling water that has recovered the exhaust heat of the engine 2 to the cooling water heat transfer pipe 21 </ b> A of the regenerator 21. Regenerate the absorbent by heating.
再生器２１の出口には、加熱再生して発生した冷媒蒸気を残った吸収液（稀吸収液）から分離する気液分離器２３が接続されている。気液分離器２３は、稀吸収液を貯留する本体２３Ａを備え、本体２３Ａの上下方向中間部には再生器２１から延びる混合液管４３が接続されている。本体２３Ａの下部には吸収器２２に延びる稀吸収液管４２が接続され、本体２３Ａの上部には冷媒管３４が接続されている。この気液分離器２３により、吸収液から冷媒蒸気が分離され、冷媒蒸気のみが圧縮機１１に供給され、冷媒蒸気を分離した稀吸収液が吸収器２２に供給される。 A gas-liquid separator 23 is connected to the outlet of the regenerator 21 to separate the refrigerant vapor generated by heating regeneration from the remaining absorption liquid (rare absorption liquid). The gas-liquid separator 23 includes a main body 23A that stores a rare absorbent, and a mixed liquid pipe 43 extending from the regenerator 21 is connected to an intermediate portion in the vertical direction of the main body 23A. A rare absorbing liquid pipe 42 extending to the absorber 22 is connected to the lower part of the main body 23A, and a refrigerant pipe 34 is connected to the upper part of the main body 23A. The gas-liquid separator 23 separates the refrigerant vapor from the absorption liquid, only the refrigerant vapor is supplied to the compressor 11, and the rare absorption liquid from which the refrigerant vapor is separated is supplied to the absorber 22.
吸収式ヒートポンプ回路２０には、図１に示すように、再生器２１から吸収器２２に戻される比較的高温の稀吸収液により、吸収器２２から再生器２１に供給される濃吸収液を加熱する吸収液熱交換器２４が設けられている。この吸収液熱交換器２４により、再生器２１に供給される濃吸収液の温度を上昇させると共に、吸収器２２に供給される稀吸収液の温度を低下させることができる。
なお、図１中、放熱装置１２Ａを含めた利用側熱交換器１２及び膨張弁１４は排熱利用ヒートポンプシステム１の室内機１Ａを構成し、その他の構成部品は排熱利用ヒートポンプシステム１の室外機１Ｂを構成している。
In the absorption heat pump circuit 20, as shown in FIG. 1, the concentrated absorbent supplied from the absorber 22 to the regenerator 21 is heated by the relatively high temperature rare absorbent returned from the regenerator 21 to the absorber 22. An absorbing liquid heat exchanger 24 is provided. The absorption liquid heat exchanger 24 can increase the temperature of the concentrated absorption liquid supplied to the regenerator 21 and decrease the temperature of the rare absorption liquid supplied to the absorber 22.
In FIG. 1, the use side heat exchanger 12 including the heat radiating device 12 </ b> A and the expansion valve 14 constitute an indoor unit 1 </ b> A of the exhaust heat utilization heat pump system 1, and other components are outdoor of the exhaust heat utilization heat pump system 1. The machine 1B is configured.
排熱利用ヒートポンプシステム１は、制御装置６０の制御によって四方弁１５を切り替えることで、冷熱運転と、温熱運転とに切り替え運転される。制御装置６０は、図示しない熱負荷に供給する熱が所定の設定温度になるように排熱利用ヒートポンプシステム１を制御する。
冷熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を利用側熱交換器１２に、圧縮機１１の吐出側を放熱器１３にそれぞれ連通するように切り替えられる。
利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給され、吸収器２２において吸収液に吸収される。冷媒を吸収した濃吸収液は、循環ポンプＰ１によって吸収液熱交換器２４を経由して再生器２１に供給される。この濃吸収液は、図２に示すように、再生器２１の冷却水用伝熱管２１Ａ内を流通するエンジン冷却水から吸熱して再生温度まで加熱される。加熱された濃吸収液は、気液分離器２３に供給され、気液分離器２３において冷媒蒸気が分離される。冷媒蒸気が分離された稀吸収液は、図１に示すように、吸収液熱交換器２４に供給され、吸収液熱交換器２４において濃吸収液管４１を流通する濃吸収液を加熱し、吸収器２２に戻される。
The exhaust heat utilization heat pump system 1 is switched to a cold operation and a hot operation by switching the four-way valve 15 under the control of the control device 60. The control device 60 controls the heat pump system 1 using exhaust heat so that heat supplied to a heat load (not shown) reaches a predetermined set temperature.
During the cold operation, the four-way valve 15 is switched so that the suction side of the compressor 11 communicates with the use side heat exchanger 12 and the discharge side of the compressor 11 communicates with the radiator 13.
The refrigerant vapor evaporated in the use side heat exchanger 12 is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 and is absorbed by the absorbing liquid in the absorber 22. The concentrated absorbent that has absorbed the refrigerant is supplied to the regenerator 21 via the absorbent heat exchanger 24 by the circulation pump P1. As shown in FIG. 2, the concentrated absorbent absorbs heat from the engine coolant flowing through the cooling water heat transfer pipe 21 </ b> A of the regenerator 21 and is heated to the regeneration temperature. The heated concentrated absorption liquid is supplied to the gas-liquid separator 23, and the refrigerant vapor is separated in the gas-liquid separator 23. As shown in FIG. 1, the rare absorbing liquid from which the refrigerant vapor has been separated is supplied to the absorbing liquid heat exchanger 24, and the concentrated absorbing liquid flowing through the concentrated absorbing liquid pipe 41 is heated in the absorbing liquid heat exchanger 24. Returned to the absorber 22.
気液分離器２３（図２）において分離された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は放熱器１３において冷却される。冷却された冷媒は、冷媒熱交換器１７において利用側熱交換器１２の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となる。低温低圧状態の冷媒は、利用側熱交換器１２において熱負荷の熱を奪って蒸発する。そして、利用側熱交換器１２において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。 The refrigerant vapor separated in the gas-liquid separator 23 (FIG. 2) is compressed in the compressor 11 to be in a high temperature and high pressure state, and the refrigerant in the high temperature and high pressure state is cooled in the radiator 13. The cooled refrigerant is cooled by the refrigerant vapor on the downstream side of the use side heat exchanger 12 in the refrigerant heat exchanger 17 and expands in the expansion valve 14 to be in a low temperature and low pressure state. The refrigerant in the low temperature and low pressure state evaporates by taking heat from the heat load in the use side heat exchanger 12. Then, the refrigerant vapor evaporated in the use-side heat exchanger 12 repeats circulation such that the refrigerant vapor is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 again.
一方、温熱運転時には、四方弁１５が、圧縮機１１の吸込側を放熱器１３に、圧縮機１１の吐出側を利用側熱交換器１２にそれぞれ連通するように切り替えられる。
放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給される。吸収式ヒートポンプ回路２０における冷媒の再生は冷熱運転時と同様であるため、ここでは説明を省略する。
吸収式ヒートポンプ回路２０において再生された冷媒蒸気は、圧縮機１１において圧縮されて高温高圧状態となり、高温高圧状態の冷媒は利用側熱交換器１２において熱負荷に放熱して冷却される。冷却された冷媒は、膨張弁１４において膨張して低温低圧状態となり、冷媒熱交換器１７において放熱器１３の下流側の冷媒蒸気によって冷却され、放熱器１３において蒸発する。そして、放熱器１３において蒸発した冷媒蒸気は、再度、冷媒熱交換器１７を経由して吸収器２２に供給されるという循環を繰り返す。
On the other hand, during the heat operation, the four-way valve 15 is switched so that the suction side of the compressor 11 communicates with the radiator 13 and the discharge side of the compressor 11 communicates with the use-side heat exchanger 12.
The refrigerant vapor evaporated in the radiator 13 is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17. Since the regeneration of the refrigerant in the absorption heat pump circuit 20 is the same as that during the cold operation, the description thereof is omitted here.
The refrigerant vapor regenerated in the absorption heat pump circuit 20 is compressed in the compressor 11 to be in a high-temperature and high-pressure state, and the refrigerant in the high-temperature and high-pressure state is radiated to the heat load and cooled in the use side heat exchanger 12. The cooled refrigerant expands in the expansion valve 14 to a low temperature and low pressure state, is cooled by the refrigerant vapor on the downstream side of the radiator 13 in the refrigerant heat exchanger 17, and evaporates in the radiator 13. The refrigerant vapor evaporated in the radiator 13 repeats circulation such that the refrigerant vapor is supplied to the absorber 22 via the refrigerant heat exchanger 17 again.
このように、排熱利用ヒートポンプシステム１では、吸収式ヒートポンプ回路２０の再生器２１により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路１０の圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置している。
これに対し、例えば、吸収式ヒートポンプ回路の再生器により再生した冷媒が、圧縮式ヒートポンプ回路の圧縮機の吐出側に供給されるように、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路とをパラレルに配置する場合には、圧縮式ヒートポンプ回路と吸収式ヒートポンプ回路の高圧を合わせる必要がある。
本実施形態では、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置しているため、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０の高圧を合わせる機構を設ける必要がなく、構成を簡素化することができる。
Thus, in the heat pump system 1 using exhaust heat, a compression heat pump is used so that the refrigerant regenerated by the regenerator 21 of the absorption heat pump circuit 20 is supplied to the suction port 11A of the compressor 11 of the compression heat pump circuit 10. The circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series.
On the other hand, for example, the compression heat pump circuit and the absorption heat pump circuit are arranged in parallel so that the refrigerant regenerated by the regenerator of the absorption heat pump circuit is supplied to the discharge side of the compressor of the compression heat pump circuit. In this case, it is necessary to match the high pressures of the compression heat pump circuit and the absorption heat pump circuit.
In this embodiment, since the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series, it is not necessary to provide a mechanism for matching the high pressures of the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20, and the configuration It can be simplified.
ところで、エンジン２の排熱を利用した吸収式ヒートポンプ回路２０では、排熱利用ヒートポンプシステム１の始動時には、エンジン冷却水温度が再生器２１に必要な再生温度（例えば、６５℃以上）に到達していない。圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置した排熱利用ヒートポンプシステム１では、この状態で吸収式ヒートポンプ回路２０に吸収液を循環させても、冷媒を再生することができず、吸収器２２に吸収できない冷媒蒸気が充満してしまう。 By the way, in the absorption heat pump circuit 20 using the exhaust heat of the engine 2, when the exhaust heat utilization heat pump system 1 is started, the engine coolant temperature reaches the regeneration temperature (for example, 65 ° C. or more) required for the regenerator 21. Not. In the exhaust heat utilization heat pump system 1 in which the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series, even if the absorption liquid is circulated through the absorption heat pump circuit 20 in this state, the refrigerant cannot be regenerated. The refrigerant vapor that cannot be absorbed by the absorber 22 will be filled.
そこで、本実施形態では、吸込側冷媒管３１に吸収式ヒートポンプ回路２０をバイパスするバイパス管３５を設け、エンジン２の立ち上がり時などエンジン冷却水温度が低い場合は、吸収できない冷媒を、バイパス管３５を経て圧縮機１１に直接戻すようにしている。
より詳細には、バイパス管３５には、当該バイパス管３５を開閉するバイパス弁１６が設けられている。バイパス弁１６は、バイパス管３５を流れる冷媒の流量を制御する制御弁であり、このバイパス弁１６により、バイパス管３５を流れる冷媒の流量、及び、冷媒管３３を流れる吸収器２２に流れる冷媒の流量が制御されることとなる。なお、以下の説明では、冷媒管３３の冷媒流量をＦａ、バイパス管３５の冷媒流量をＦｂとし、冷媒の流量比をＦａ／（Ｆａ＋Ｆｂ）とする。また、エンジン冷却水管５１の再生器２１入口側にはエンジン冷却水温度（再生器２１に供給する排熱の温度）を検出する温度センサ６２が設けられており、制御装置６０は温度センサ６２が検出した温度に基づいてバイパス弁１６を制御する。
Therefore, in the present embodiment, a bypass pipe 35 that bypasses the absorption heat pump circuit 20 is provided in the suction-side refrigerant pipe 31, and when the engine coolant temperature is low, such as when the engine 2 is started up, the refrigerant that cannot be absorbed is bypass pipe 35. It is made to return directly to the compressor 11 through this.
More specifically, the bypass pipe 35 is provided with a bypass valve 16 that opens and closes the bypass pipe 35. The bypass valve 16 is a control valve that controls the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass pipe 35. The bypass valve 16 causes the flow rate of the refrigerant flowing through the bypass pipe 35 and the flow of the refrigerant flowing through the absorber 22 through the refrigerant pipe 33. The flow rate will be controlled. In the following description, the refrigerant flow rate of the refrigerant pipe 33 is Fa, the refrigerant flow rate of the bypass pipe 35 is Fb, and the refrigerant flow rate ratio is Fa / (Fa + Fb). A temperature sensor 62 for detecting the engine coolant temperature (the temperature of exhaust heat supplied to the regenerator 21) is provided on the inlet side of the regenerator 21 of the engine cooling water pipe 51. The control device 60 includes the temperature sensor 62. The bypass valve 16 is controlled based on the detected temperature.
図３は、排熱利用ヒートポンプシステム１の運転状態を示すグラフであり、図３（Ａ）は流量比、図３（Ｂ）はエンジン冷却水温度（℃）、図３（Ｃ）はエンジン２の運転状態（ＯＮ／ＯＦＦ）、図３（Ｄ）は循環ポンプＰの回転数、図３（Ｅ）はバイパス弁１６の開度（％）を示す図である。なお、図３中、横軸は排熱利用ヒートポンプシステム１の運転時間を示す。
図１及び図３に示すように、制御装置６０は、排熱利用ヒートポンプシステム１の始動時には、バイパス弁１６を全開にしてエンジン２を始動し、エンジン冷却水が所定の温度（例えば、４５℃）に到達した後に、循環ポンプＰを作動させ、その後、バイパス弁１６を除々に閉止方向に制御し、定格運転状態で完全に閉止させる。これにより、エンジン２を立ち上がり時等に、吸収式ヒートポンプ回路２０側に冷媒が過剰に送られることが防げるので、適切な量の冷媒を吸収器２２に送ることが可能になる。
3 is a graph showing the operating state of the heat pump system 1 using exhaust heat. FIG. 3 (A) is a flow rate ratio, FIG. 3 (B) is the engine coolant temperature (° C.), and FIG. FIG. 3D is a diagram showing the rotational speed of the circulation pump P, and FIG. 3E is a diagram showing the opening degree (%) of the bypass valve 16. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the operation time of the exhaust heat utilization heat pump system 1.
As shown in FIGS. 1 and 3, when starting the exhaust heat utilization heat pump system 1, the control device 60 starts the engine 2 with the bypass valve 16 fully opened, and the engine cooling water has a predetermined temperature (for example, 45 ° C.). ), The circulation pump P is operated, and then the bypass valve 16 is gradually controlled in the closing direction to completely close in the rated operation state. As a result, it is possible to prevent an excessive amount of refrigerant from being sent to the absorption heat pump circuit 20 when the engine 2 is started up or the like, so that an appropriate amount of refrigerant can be sent to the absorber 22.
定格運転状態になると、制御装置６０は、限られたエンジン２の排熱を有効活用するために、エンジン冷却水温度が所定の温度（例えば、再生器２１入口温度が８５℃前後）に保たれるように、吸収式ヒートポンプ回路２０を制御している。
排熱利用ヒートポンプシステム１では、エンジン２での燃料消費量を増減すると排熱量も比例して増減するため、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりもエンジン冷却水の排熱活用分だけ能力変動は大きくなる。したがって、制御装置６０は、熱負荷の負荷変動に対して、圧縮式ヒートポンプ回路のみの場合よりも、吸収式ヒートポンプ回路２０への排熱利用の寄与分（２５％程度）だけ、燃料入力の変化を小さくするように制御している。
In the rated operation state, the control device 60 maintains the engine coolant temperature at a predetermined temperature (for example, the regenerator 21 inlet temperature is about 85 ° C.) in order to effectively use the limited exhaust heat of the engine 2. As shown, the absorption heat pump circuit 20 is controlled.
In the heat pump system 1 using exhaust heat, if the fuel consumption in the engine 2 is increased or decreased, the amount of exhaust heat also increases or decreases proportionally. Become. Therefore, the control device 60 changes the fuel input with respect to the load fluctuation of the heat load by the contribution (about 25%) of the use of the exhaust heat to the absorption heat pump circuit 20 than in the case of only the compression heat pump circuit. It is controlled to make it smaller.
上述のように、図１に示す排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒を、吸収式ヒートポンプ回路２０に循環し、この冷媒を圧縮式ヒートポンプ回路１０に循環させている。したがって、圧縮式ヒートポンプ回路１０を、純粋な冷媒ではなく、冷媒と吸収液の混合物が循環することになるので、圧縮機１１の潤滑油に吸収液が混じるおそれがあり、吸収液に潤滑性のない液体を用いた場合には、圧縮機１１の潤滑を阻害してしまう。
また、圧縮式ヒートポンプ回路１０では、圧縮機１１の潤滑油が、圧縮機１１から当該回路中に飛沫状に流出し、冷媒と一体となって回路中を循環する。圧縮機１１を出た潤滑油は、冷媒とともに移動して吸収器２２へ至り、吸収液と渾然一体となって、吸収式ヒートポンプ回路２０内を循環する。これを放置すると、いずれは圧縮機１１に保持されていた潤滑油が減少してしまう。また、冷媒や吸収液に潤滑油が混じることになるので、潤滑油によって冷媒や吸収液の熱交換が阻害されるおそれがある。
As described above, in the heat pump system 1 using exhaust heat shown in FIG. 1, the refrigerant of the compression heat pump circuit 10 is circulated through the absorption heat pump circuit 20, and this refrigerant is circulated through the compression heat pump circuit 10. Therefore, not the pure refrigerant but the mixture of the refrigerant and the absorbing liquid circulates in the compression heat pump circuit 10, so that the absorbing liquid may be mixed with the lubricating oil of the compressor 11. If no liquid is used, lubrication of the compressor 11 is hindered.
In the compression heat pump circuit 10, the lubricating oil of the compressor 11 flows out from the compressor 11 into the circuit and circulates in the circuit together with the refrigerant. The lubricating oil leaving the compressor 11 moves together with the refrigerant to reach the absorber 22, and is steadily integrated with the absorbing liquid and circulates in the absorption heat pump circuit 20. If this is left as it is, the lubricating oil retained in the compressor 11 will eventually decrease. Further, since the lubricating oil is mixed with the refrigerant and the absorbing liquid, the heat exchange between the refrigerant and the absorbing liquid may be hindered by the lubricating oil.
そこで、本実施形態の排熱利用ヒートポンプシステム１では、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としている。すなわち、圧縮機１１の潤滑油を兼ねることが可能なイオン液体を吸収液として用いている。冷媒にＣＯ2（二酸化炭素）を用いる場合、同一液には、例えば、1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([Cnmim][PF6])、又は、1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Cnmim][BF4])が用いられる。また、冷媒にＨＦＣ又はＨＦＯを用いる場合には、同一液には、例えば、[bmim][PF6]: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphateが用いられる。このように、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とを同一液とすることで、圧縮機１１の潤滑油と吸収液とが混ざっても、圧縮機１１の潤滑を阻害することも、吸収液の熱交換効率を低下させることもない。また、圧縮機１１の潤滑油を分離するセパレータを設ける必要がないので、部品点数を削減し、製造工程を簡素化できる。
なお、放熱器１３は、冷媒にＣＯ2等の高圧側で超臨界状態となる非凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時にガスクーラとして、冷媒にＨＦＣやＨＦＯ等の凝縮性冷媒を用いた場合には冷熱運転時に凝縮器として機能する。同様に、利用側熱交換器１２は、冷媒に非凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時にガスクーラとして、冷媒に凝縮性冷媒を用いた場合には温熱運転時に凝縮器として機能する。
Therefore, in the heat pump system 1 using exhaust heat of the present embodiment, the lubricating oil of the compressor 11 and the absorption liquid of the absorption heat pump circuit 20 are the same liquid. That is, an ionic liquid that can also serve as the lubricating oil of the compressor 11 is used as the absorbing liquid. When CO 2 (carbon dioxide) is used as the refrigerant, for example, 1-alkyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate ([Cnmim] [PF6]) or 1-alkyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Cnmim] [BF4]) is used. When HFC or HFO is used as the refrigerant, for example, [bmim] [PF6]: 1-Butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate is used as the same liquid. Thus, by making the lubricating oil and the absorbing liquid of the compressor 11 the same liquid, even if the lubricating oil and the absorbing liquid of the compressor 11 are mixed, the lubricating of the compressor 11 can be inhibited. The heat exchange efficiency is not reduced. Moreover, since it is not necessary to provide a separator for separating the lubricating oil of the compressor 11, the number of parts can be reduced and the manufacturing process can be simplified.
Note that the radiator 13 uses a condensable refrigerant such as HFC or HFO as a gas cooler during cold operation when a non-condensable refrigerant that is in a supercritical state such as CO 2 is used as the refrigerant. In some cases, it functions as a condenser during cold operation. Similarly, when the non-condensable refrigerant is used as the refrigerant, the use-side heat exchanger 12 functions as a gas cooler during the thermal operation, and when the condensable refrigerant is used as the refrigerant, the usage-side heat exchanger 12 functions as a condenser.
ハイブリッド型の排熱利用ヒートポンプシステム１では、熱負荷の負荷に対して再生器２１における入力（冷媒の再生性能）が不足する場合には、再生器２１の入力を増やすために、吸収液循環量を増加することとなる。しかしながら、吸収液循環量が増加すると、再生温度も低下し、吸収式ヒートポンプ回路２０では効率が低下してしまう。また、従来のハイブリッド型の排熱利用ヒートポンプシステムでは、エンジンの軸端効率は低く（３０％程度）、熱の多く（７０％）が使用されていなかった。
そこで、排熱利用ヒートポンプシステム１には、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒の排熱によって吸収液を加熱する吸込側冷媒熱回収器１８及び吐出側冷媒熱回収器１９を備えている。
In the hybrid-type exhaust heat utilization heat pump system 1, when the input (regeneration performance of the refrigerant) in the regenerator 21 is insufficient with respect to the load of the heat load, the absorption liquid circulation amount is increased in order to increase the input of the regenerator 21. Will be increased. However, when the amount of absorption liquid circulation increases, the regeneration temperature also decreases, and the efficiency of the absorption heat pump circuit 20 decreases. Moreover, in the conventional hybrid heat exhaust heat pump system, the shaft end efficiency of the engine is low (about 30%), and much of the heat (70%) is not used.
Therefore, the exhaust heat utilization heat pump system 1 includes a suction side refrigerant heat recovery unit 18 and a discharge side refrigerant heat recovery unit 19 that heat the absorption liquid by exhaust heat of the refrigerant of the compression heat pump circuit 10.
図４は、排熱利用ヒートポンプシステム１を示す回路図である。なお、図４では、四方弁１５及び駆動装置Ｍ（図５参照）を省略している。
吸込側冷媒熱回収器１８は、圧縮機１１に供給される冷媒と、再生器２１に供給する吸収液との間で熱交換させる熱交換器である。より詳細には、圧縮式ヒートポンプ回路１０の吸込側冷媒管３１は、吸込側冷媒熱回収器１８を経由して圧縮機１１に接続されている。吸収式ヒートポンプ回路２０の濃吸収液管４１は、吸収液熱交換器２４の下流側で分岐する濃吸収液バイパス管４４を備えており、濃吸収液バイパス管４４は吸込側冷媒熱回収器１８を経由して再生器２１に接続されている。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the exhaust heat utilization heat pump system 1. In FIG. 4, the four-way valve 15 and the driving device M (see FIG. 5) are omitted.
The suction-side refrigerant heat recovery unit 18 is a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant supplied to the compressor 11 and the absorbent supplied to the regenerator 21. More specifically, the suction side refrigerant pipe 31 of the compression heat pump circuit 10 is connected to the compressor 11 via the suction side refrigerant heat recovery device 18. The concentrated absorbing liquid pipe 41 of the absorption heat pump circuit 20 includes a concentrated absorbing liquid bypass pipe 44 that branches downstream of the absorbing liquid heat exchanger 24, and the concentrated absorbing liquid bypass pipe 44 is connected to the suction side refrigerant heat recovery unit 18. Is connected to the regenerator 21.
したがって、濃吸収液管４１を流通する濃吸収液の一部は、吸収液熱交換器２４の上流側において分流され、濃吸収液バイパス管４４を介して吸込側冷媒熱回収器１８に供給される。吸込側冷媒熱回収器１８に供給された濃吸収液は、吸込側冷媒熱回収器１８において吸込側冷媒管３１を流れる冷媒蒸気によって加熱されて昇温する。すなわち、圧縮機１１に供給される比較的高温の冷媒蒸気は、吸込側冷媒熱回収器１８において濃吸収液バイパス管４４を流れる濃吸収液によって冷却される。このように、圧縮機１１に供給される冷媒蒸気の熱を、吸収液を再生する熱源として利用できるので、吸収液の再生に必要な熱を削減できる。また、圧縮機１１に供給される冷媒の温度を低下できるので、圧縮機１１の吸い込み温度を低下させる冷却器を別途設ける必要がない。 Therefore, a part of the concentrated absorbent flowing through the concentrated absorbent pipe 41 is divided on the upstream side of the absorbent liquid heat exchanger 24 and supplied to the suction-side refrigerant heat recovery unit 18 via the concentrated absorbent bypass pipe 44. The The concentrated absorbent supplied to the suction-side refrigerant heat recovery device 18 is heated by the refrigerant vapor flowing through the suction-side refrigerant pipe 31 in the suction-side refrigerant heat recovery device 18 and rises in temperature. That is, the relatively high-temperature refrigerant vapor supplied to the compressor 11 is cooled by the concentrated absorbent flowing through the concentrated absorbent bypass pipe 44 in the suction side refrigerant heat recovery unit 18. Thus, since the heat | fever of the refrigerant | coolant vapor | steam supplied to the compressor 11 can be utilized as a heat source which reproduce | regenerates absorption liquid, the heat required for reproduction | regeneration of absorption liquid can be reduced. Moreover, since the temperature of the refrigerant supplied to the compressor 11 can be lowered, there is no need to separately provide a cooler for lowering the suction temperature of the compressor 11.
濃吸収液バイパス管４４には、さらに吐出側冷媒熱回収器１９が設けられている。吐出側冷媒熱回収器１９は、圧縮機１１から吐出される冷媒と、再生器２１に供給する吸収液との間で熱交換させる熱交換器である。より詳細には、圧縮式ヒートポンプ回路１０の吐出側冷媒管３２は、吐出側冷媒熱回収器１９を経由して四方弁１５に接続されている。吸収式ヒートポンプ回路２０の濃吸収液バイパス管４４は吸込側冷媒熱回収器１８を経由した後にさらに吐出側冷媒熱回収器１９を経由して再生器２１に接続されている。
したがって、吸込側冷媒熱回収器１８において加熱された濃吸収液は、吐出側冷媒熱回収器１９に供給され、吐出側冷媒熱回収器１９において吐出側冷媒管３２を流れる冷媒によってさらに加熱されて再生器２１に供給される。このように、圧縮機１１において圧縮されて高温となった冷媒の熱を、吸収液を再生する熱源として利用できるので、吸収液の再生に必要な熱をさらに削減できる。
これらの吸込側冷媒熱回収器１８及び吐出側冷媒熱回収器１９は再生器２１に比べ比較的温度が低いので、吸込側冷媒熱回収器１８及び吐出側冷媒熱回収器１９を濃吸収液バイパス管４４に設けることで、吸収器２２から再生器２１に向かう吸収液の全てを加熱する場合に比べ、吸収液の熱交換効率を向上させることができる。
The concentrated absorbent bypass pipe 44 is further provided with a discharge-side refrigerant heat recovery device 19. The discharge-side refrigerant heat recovery device 19 is a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant discharged from the compressor 11 and the absorbent supplied to the regenerator 21. More specifically, the discharge side refrigerant pipe 32 of the compression heat pump circuit 10 is connected to the four-way valve 15 via the discharge side refrigerant heat recovery device 19. The concentrated absorbent bypass pipe 44 of the absorption heat pump circuit 20 is connected to the regenerator 21 via the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 after passing through the suction side refrigerant heat recovery unit 18.
Therefore, the concentrated absorbent heated in the suction side refrigerant heat recovery unit 18 is supplied to the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 and further heated by the refrigerant flowing through the discharge side refrigerant pipe 32 in the discharge side refrigerant heat recovery unit 19. The regenerator 21 is supplied. In this way, the heat of the refrigerant that has been compressed in the compressor 11 and becomes a high temperature can be used as a heat source for regenerating the absorbing liquid, so that the heat necessary for regenerating the absorbing liquid can be further reduced.
Since the suction side refrigerant heat recovery unit 18 and the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 are relatively lower in temperature than the regenerator 21, the suction side refrigerant heat recovery unit 18 and the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 are bypassed with a concentrated absorbent. By providing in the pipe | tube 44, compared with the case where all the absorption liquids which go to the regenerator 21 from the absorber 22 are heated, the heat exchange efficiency of absorption liquid can be improved.
また、本実施形態では、再生器２１から吸収器２２への稀吸収液管４２にリバースポンプ（動力回収機）Ｒを設けている。
図５は、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲを示す模式図である。
循環ポンプＰは、その軸が駆動装置（駆動源）Ｍの軸ＭＡに接続されており、駆動装置Ｍの回転駆動力によって回転されて、濃吸収液管４１を流れる濃吸収液を搬送する。駆動装置Ｍには、例えば、モーター等の原動機が用いられる。
リバースポンプＲは、稀吸収液管４２を流れる稀吸収液によって回転駆動されるポンプである。リバースポンプＲの軸（不図示）は、循環ポンプＰの軸（不図示）に接続されており、リバースポンプＲによる回転エネルギーを循環ポンプＰにより回収し、駆動装置Ｍの駆動力を抑制できるようになっている。これにより、循環ポンプＰの省エネルギー化を図ることができる。
Further, in the present embodiment, a reverse pump (power recovery machine) R is provided in the rare absorption liquid pipe 42 from the regenerator 21 to the absorber 22.
FIG. 5 is a schematic diagram showing the circulation pump P and the reverse pump R.
The circulation pump P has a shaft connected to the shaft MA of the drive device (drive source) M, and is rotated by the rotational driving force of the drive device M to convey the concentrated absorbent flowing through the concentrated absorbent tube 41. For the driving device M, for example, a prime mover such as a motor is used.
The reverse pump R is a pump that is rotationally driven by a rare absorbent that flows through the rare absorbent pipe 42. The shaft (not shown) of the reverse pump R is connected to the shaft (not shown) of the circulation pump P so that the rotational energy from the reverse pump R can be recovered by the circulation pump P and the driving force of the driving device M can be suppressed. It has become. Thereby, energy saving of the circulation pump P can be achieved.
ここで、循環ポンプＰに流入する吸収液の質量流量と、リバースポンプＲに流入する吸収液の質量流量は、吸収式ヒートポンプ回路２０から圧縮式ヒートポンプ回路１０（図１）に戻される冷媒の質量流量分だけ差異が発生する。そのため、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲを同一の排除容積で設計してしまうと、差異に相当する吸収液がリバースポンプＲに流入することとなる。その結果、循環ポンプＰを通過する吸収液とリバースポンプＲを通過する吸収液との間で質量流量のバランスが崩れて、気液分離器２３及び再生器２１側の吸収液が過少となってしまい、本来流入すべきではないガス状の冷媒蒸気をリバースポンプＲに流入させてしまうおそれがある。 Here, the mass flow rate of the absorbing liquid flowing into the circulation pump P and the mass flow rate of the absorbing liquid flowing into the reverse pump R are the mass of the refrigerant returned from the absorption heat pump circuit 20 to the compression heat pump circuit 10 (FIG. 1). Differences occur by the flow rate. Therefore, if the circulation pump P and the reverse pump R are designed with the same excluded volume, the absorption liquid corresponding to the difference flows into the reverse pump R. As a result, the mass flow rate balance is lost between the absorption liquid passing through the circulation pump P and the absorption liquid passing through the reverse pump R, and the absorption liquid on the gas-liquid separator 23 and the regenerator 21 side becomes insufficient. Therefore, there is a possibility that gaseous refrigerant vapor that should not flow in will flow into the reverse pump R.
そこで、本実施形態では、循環ポンプＰを通過する吸収液の質量流量とリバースポンプＲを通過する吸収液の質量流量が等しくなるように、循環ポンプＰの軸とリバースポンプＲの軸とを連結している。より詳細には、循環ポンプＰとリバースポンプＲとを共通の回転軸Ｃを介して同軸に接続し、リバースポンプＲを、循環ポンプＰの排除容積Ｖｐに対してリバースポンプＲの排除容積Ｖｒが次式（１）を満たすように設計している。
Ｖp×ｎ×ρp×ｘp＝Ｖr×ｎ×ρr×ｘr＋ｍcomp・・・（１）
ここで、式（１）において、Ｖは排除容積（ｍ3）、ρは密度（ｋｇ／ｍ3）、ｘは吸収液中の冷媒の質量濃度（ｋｇ冷媒／ｋｇ吸収液）、ｎは回転数（回／秒）、ｍは圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒循環量（ｋｇ／秒）、添え字のｐは循環ポンプＰ、添え字のｒはリバースポンプＲ、添え字のｃｏｍｐは圧縮機１１のものであること、を示す。
このように、本実施形態では、循環ポンプＰを通過する吸収液の質量流量とリバースポンプＲを通過する吸収液の質量流量が等しくしているため、リバースポンプＲに冷媒蒸気が流入することを防止できる。また、循環ポンプＰとリバースポンプＲとを同軸に接続できるので、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲの組み付け作業を簡素化できる。
Therefore, in this embodiment, the shaft of the circulation pump P and the shaft of the reverse pump R are connected so that the mass flow rate of the absorption liquid passing through the circulation pump P and the mass flow rate of the absorption liquid passing through the reverse pump R are equal. doing. More specifically, the circulation pump P and the reverse pump R are coaxially connected via a common rotating shaft C, and the reverse pump R has an exclusion volume Vr of the reverse pump R with respect to the exclusion volume Vp of the circulation pump P. It is designed to satisfy the following formula (1).
V p × n × ρ p × x p = V r × n × ρ r × x r + m comp ··· (1)
Here, in the formula (1), V is the excluded volume (m 3 ), ρ is the density (kg / m 3 ), x is the mass concentration of the refrigerant in the absorbent (kg refrigerant / kg absorbent), and n is the rotation Number (times / second), m is the refrigerant circulation rate (kg / second) of the compression heat pump circuit 10, the subscript p is the circulation pump P, the subscript r is the reverse pump R, and the subscript comp is the compressor 11. Indicates that it is.
Thus, in this embodiment, since the mass flow rate of the absorption liquid passing through the circulation pump P and the mass flow rate of the absorption liquid passing through the reverse pump R are equal, the refrigerant vapor flows into the reverse pump R. Can be prevented. Moreover, since the circulation pump P and the reverse pump R can be connected coaxially, the assembly work of the circulation pump P and the reverse pump R can be simplified.
以上説明したように、本実施形態によれば、圧縮機１１に供給される冷媒と、再生器２１に供給される吸収液との間で熱交換させる吸込側冷媒熱回収器１８を設ける構成とした。この構成により、圧縮機１１に供給される冷媒蒸気の熱を、吸収液を再生する熱源として利用できるので、吸収液の再生に必要な熱を削減して、排熱利用ヒートポンプシステム１の省エネルギー化を図れる。また、圧縮機１１に供給される冷媒の温度を低下できるので、圧縮機１１の吸い込み温度を低下させる冷却器を別途設ける必要がない。 As described above, according to the present embodiment, the suction side refrigerant heat recovery unit 18 that exchanges heat between the refrigerant supplied to the compressor 11 and the absorbent supplied to the regenerator 21 is provided. did. With this configuration, since the heat of the refrigerant vapor supplied to the compressor 11 can be used as a heat source for regenerating the absorbing liquid, the heat necessary for regenerating the absorbing liquid is reduced, and the energy saving of the exhaust heat utilizing heat pump system 1 is achieved. Can be planned. Moreover, since the temperature of the refrigerant supplied to the compressor 11 can be lowered, there is no need to separately provide a cooler for lowering the suction temperature of the compressor 11.
また、本実施形態によれば、吸収器２２から再生器２１への濃吸収液管４１から分岐する濃吸収液バイパス管４４を備え、吸込側冷媒熱回収器１８は濃吸収液バイパス管４４に設けられる構成とした。吸込側冷媒熱回収器１８は再生器２１に比べ比較的温度が低いので、吸収器２２から再生器２１に向かう吸収液の全てを加熱する場合に比べ、吸収液の熱交換効率を向上させることができる。 Moreover, according to this embodiment, the concentrated absorbent bypass pipe 44 branched from the concentrated absorbent pipe 41 from the absorber 22 to the regenerator 21 is provided, and the suction side refrigerant heat recovery device 18 is connected to the concentrated absorbent bypass pipe 44. It was set as the structure provided. Since the suction-side refrigerant heat recovery device 18 has a relatively low temperature compared to the regenerator 21, the heat exchange efficiency of the absorption liquid should be improved as compared with the case where all of the absorption liquid from the absorber 22 toward the regenerator 21 is heated. Can do.
また、本実施形態によれば、圧縮機１１から吐出される冷媒と、再生器２１に供給される吸収液との間で熱交換させる吐出側冷媒熱回収器１９を設ける構成とした。この構成により、圧縮機１１において圧縮されて高温となった冷媒蒸気の熱を、吸収液を再生する熱源として利用できるので、吸収液の再生に必要な熱をさらに削減できる。その結果、排熱利用ヒートポンプシステム１の省エネルギー化をより効果的に図れる。 Moreover, according to this embodiment, it was set as the structure which provides the discharge side refrigerant | coolant heat recovery device 19 which heat-exchanges between the refrigerant | coolant discharged from the compressor 11, and the absorption liquid supplied to the regenerator 21. FIG. With this configuration, the heat of the refrigerant vapor that has been compressed in the compressor 11 and becomes a high temperature can be used as a heat source for regenerating the absorbent, so that the heat necessary for regenerating the absorbent can be further reduced. As a result, the energy saving of the exhaust heat utilization heat pump system 1 can be achieved more effectively.
但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、再生器２１により再生した冷媒を圧縮機１１の吸込口１１Ａに供給し、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをシリーズに配置していたが、再生器２１により再生した冷媒を圧縮機１１の吸込側に供給し、圧縮式ヒートポンプ回路１０と吸収式ヒートポンプ回路２０とをパラレルに配置してもよい。
However, the above embodiment is an aspect of the present invention, and it is needless to say that the embodiment can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
For example, the refrigerant regenerated by the regenerator 21 is supplied to the suction port 11A of the compressor 11 and the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 are arranged in series. It may be supplied to the suction side of the compressor 11 and the compression heat pump circuit 10 and the absorption heat pump circuit 20 may be arranged in parallel.
また、圧縮機１１の潤滑油と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液とを同一液としたが、必ずしも同一液とする必要はない。吸収液に潤滑性のない吸収液を用いる場合、潤滑油に吸収液に適さない潤滑油を用いる場合には、例えば、再生器２１から圧縮機１１に延びる冷媒管に潤滑油を分離するセパレータを設ければよい。 Moreover, although the lubricating oil of the compressor 11 and the absorption liquid of the absorption heat pump circuit 20 are the same liquid, it is not always necessary to use the same liquid. When using a non-lubricating absorbing liquid as the absorbing liquid, or using a non-lubricating lubricating oil as the lubricating oil, for example, a separator that separates the lubricating oil into a refrigerant pipe extending from the regenerator 21 to the compressor 11 is used. What is necessary is just to provide.
上記実施形態では、吸込側冷媒熱回収器１８を、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒と、吸収式ヒートポンプ回路２０の吸収液との間で熱交換する熱交換器として構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、吸込側冷媒熱回収器１８を、圧縮式ヒートポンプ回路１０の冷媒と外気との間で熱交換する熱交換器として構成してもよい。また、本実施形態では、濃吸収液バイパス管４４を、吸収液熱交換器２４の下流側で分岐させているが、これに限定されるものではなく、例えば、循環ポンプＰと吸収液熱交換器２４との間で分岐させてもよい。 In the said embodiment, although the suction side refrigerant | coolant heat recovery device 18 is comprised as a heat exchanger which heat-exchanges between the refrigerant | coolant of the compression heat pump circuit 10, and the absorption liquid of the absorption heat pump circuit 20, It is not limited. For example, the suction side refrigerant heat recovery unit 18 may be configured as a heat exchanger that exchanges heat between the refrigerant of the compression heat pump circuit 10 and the outside air. In this embodiment, the concentrated absorbent bypass pipe 44 is branched on the downstream side of the absorbent liquid heat exchanger 24. However, the present invention is not limited to this, and for example, the circulation pump P and the absorbent liquid heat exchange. You may make it branch with the container 24. FIG.
また、上記実施形態では、吐出側冷媒熱回収器１９を設けたが、吐出側冷媒熱回収器１９を省略してもよい。吐出側冷媒熱回収器１９は、吸込側冷媒熱回収器１８を設けた濃吸収液バイパス管４４に設けたが、濃吸収液管４１から分岐する別の濃吸収液バイパス管に設けてもよい。 In the above embodiment, the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 is provided, but the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 may be omitted. The discharge side refrigerant heat recovery unit 19 is provided in the concentrated absorbent bypass pipe 44 provided with the suction side refrigerant heat recovery unit 18, but may be provided in another concentrated absorbent bypass pipe branched from the concentrated absorption liquid pipe 41. .
また、上記実施形態では、エンジン２の排熱のみを再生器２１の熱源としたが、エンジン２の排熱が十分でない場合には、図６に示すように、エンジン２の排熱に加えて、例えば、エンジン２の排熱よりも低温の他熱源３の熱を再生器１２１の熱源としてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although only the exhaust heat of the engine 2 was used as the heat source of the regenerator 21, when the exhaust heat of the engine 2 is not enough, in addition to the exhaust heat of the engine 2, as shown in FIG. For example, the heat of the other heat source 3 that is lower than the exhaust heat of the engine 2 may be used as the heat source of the regenerator 121.
また、上記実施形態では、循環ポンプＰとリバースポンプＲとを同軸に接続し、循環ポンプＰの排除容積Ｖｐに対してリバースポンプＲの排除容積Ｖｒが次式（１）を満たすようにリバースポンプＲを設計したが、これに限定されるものではなく、循環ポンプＰの排除容積ＶｐとリバースポンプＲの排除容積Ｖｒとが次式（１）を満たすように、循環ポンプＰ及び／又はリバースポンプＲを設計してもよい。 In the above embodiment, the circulation pump P and the reverse pump R are coaxially connected, and the reverse pump so that the exclusion volume Vr of the reverse pump R satisfies the following expression (1) with respect to the exclusion volume Vp of the circulation pump P. Although R is designed, the present invention is not limited to this, and the circulation pump P and / or the reverse pump is set so that the exclusion volume Vp of the circulation pump P and the exclusion volume Vr of the reverse pump R satisfy the following expression (1). R may be designed.
また、例えば、図７に示すように、循環ポンプＰとリバースポンプＲとを同軸に接続し、リバースポンプＲに、式（１）を満たすように排除容積Ｖrを可変する可変機構４を設けてもよい。これにより、図７の例においても、循環ポンプＰを通過する吸収液の質量流量とリバースポンプＲを通過する吸収液の質量流量が等しくなるので、リバースポンプＲに冷媒蒸気が流入することを防止できる。また、循環ポンプＰとリバースポンプＲとを同軸に接続できるので、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲの組み付け作業が簡素化する。
なお、図７の例では、可変機構４をリバースポンプＲに設けているが、可変機構４は、循環ポンプＰに設けてもよいし、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲの両方に設けてもよい。
Further, for example, as shown in FIG. 7, the circulation pump P and the reverse pump R are connected coaxially, and the reverse pump R is provided with a variable mechanism 4 that varies the excluded volume V r so as to satisfy the expression (1). May be. Accordingly, in the example of FIG. 7 as well, the mass flow rate of the absorbing liquid passing through the circulation pump P and the mass flow rate of the absorbing liquid passing through the reverse pump R become equal, so that the refrigerant vapor is prevented from flowing into the reverse pump R. it can. Further, since the circulation pump P and the reverse pump R can be connected coaxially, the assembly work of the circulation pump P and the reverse pump R is simplified.
In the example of FIG. 7, the variable mechanism 4 is provided in the reverse pump R, but the variable mechanism 4 may be provided in the circulation pump P or in both the circulation pump P and the reverse pump R. .
さらに、例えば、図８に示すように、循環ポンプＰの軸（不図示）とリバースポンプＲの軸（不図示）とを、次式（２）が成立するような、循環ポンプＰとリバースポンプＲの回転数比（ｎp／ｎr）を可変する変速機５を介して接続してもよい。より詳細には、循環ポンプＰの軸と変速機５を循環ポンプ側軸Ｃ１によって、リバースポンプＲの軸と変速機５をリバースポンプ側軸Ｃ２によって接続される。
Ｖp×ｎp×ρp×ｘp＝Ｖr×ｎr×ρr×ｘr＋ｍcomp・・・（２）
これにより、図８の例においても、循環ポンプＰを通過する吸収液の質量流量とリバースポンプＲを通過する吸収液の質量流量が等しくなるので、リバースポンプＲに冷媒蒸気が流入することを防止できる。また、図５の例のように循環ポンプＰ及び／又はリバースポンプＲを式（１）に合わせて設計したり、図７の例のように可変機構４を循環ポンプＰ及び／又はリバースポンプＲに設けたりすることなく、必要がなくなるので、循環ポンプＰ及びリバースポンプＲの構成を簡素化できる。
Further, for example, as shown in FIG. 8, the circulation pump P and the reverse pump such that the following expression (2) is established between the axis of the circulation pump P (not shown) and the axis of the reverse pump R (not shown). You may connect via the transmission 5 which changes the rotation speed ratio ( np / nr ) of R. More specifically, the shaft of the circulation pump P and the transmission 5 are connected by the circulation pump side shaft C1, and the shaft of the reverse pump R and the transmission 5 are connected by the reverse pump side shaft C2.
V p × n p × ρ p × x p = V r × n r × ρ r × x r + m comp (2)
Accordingly, also in the example of FIG. 8, the mass flow rate of the absorbing liquid passing through the circulation pump P and the mass flow rate of the absorbing liquid passing through the reverse pump R become equal, so that the refrigerant vapor is prevented from flowing into the reverse pump R. it can. Further, the circulation pump P and / or the reverse pump R is designed according to the expression (1) as in the example of FIG. 5, or the variable mechanism 4 is designed as the circulation pump P and / or the reverse pump R as in the example of FIG. Therefore, the configuration of the circulation pump P and the reverse pump R can be simplified.
また、図７及び図８の例において、例えば、図９に示すように、気液分離器２３に吸収液の液を検出する液位センサＳを設け、液位センサＳが検出した吸収液の液位を所定の位置に保つように、循環ポンプＰとリバースポンプＲの質量流量比（循環ポンプＰの質量流量／リバースポンプＲの質量流量）を制御してもよい。より詳細には、気液分離器２３の液位が下がれば、質量流量比を大きくするように制御し、気液分離器２３の液位が上がれば、質量流量比を小さくするように制御する。これにより、リバースポンプＲに冷媒蒸気が流入することを防止できる。
なお、図７の例において、質量流量比を大きくするには、循環ポンプＰの排除容積を大きくする、又は、リバースポンプＲの排除容積を小さくする、あるいは、その両方を行う。一方、質量流量比を小さくするには、循環ポンプＰの排除容積を小さくする、又は、リバースポンプＲの排除容積を大きくする、あるいは、その両方を行う。
図８の例において、質量流量比を大きくするには循環ポンプＰとリバースポンプＲの回転数比（ｎp／ｎr）を大きくし、一方、質量流量比を小さくするには回転数比を小さくする。
また、リバースポンプＲは省略してもよい。
In the example of FIGS. 7 and 8, for example, as shown in FIG. 9, the gas-liquid separator 23 is provided with a liquid level sensor S for detecting the liquid of the absorbing liquid, and the liquid level sensor S detected by the liquid level sensor S is provided. The mass flow ratio between the circulation pump P and the reverse pump R (mass flow rate of the circulation pump P / mass flow rate of the reverse pump R) may be controlled so as to keep the liquid level at a predetermined position. More specifically, when the liquid level of the gas-liquid separator 23 decreases, the mass flow rate ratio is controlled to increase, and when the liquid level of the gas-liquid separator 23 increases, the mass flow rate ratio is controlled to decrease. . Thereby, it is possible to prevent the refrigerant vapor from flowing into the reverse pump R.
In the example of FIG. 7, in order to increase the mass flow rate ratio, the rejection volume of the circulation pump P is increased, the rejection volume of the reverse pump R is decreased, or both. On the other hand, in order to reduce the mass flow rate ratio, the exclusion volume of the circulation pump P is reduced, the exclusion volume of the reverse pump R is increased, or both.
In the example of FIG. 8, to increase the mass flow rate ratio, increase the rotational speed ratio (n p / n r ) of the circulation pump P and the reverse pump R, while to decrease the mass flow rate ratio, increase the rotational speed ratio. Make it smaller.
Further, the reverse pump R may be omitted.
また、上記実施形態では、バイパス管３５にバイパス弁１６を設けることで、エンジン２の始動時における吸収式ヒートポンプ回路２０への冷媒供給量を制御していたが、これに限定されるものではない。例えば、吸収式ヒートポンプ回路２０に延びる冷媒管３４にバイパス弁を設けてもよい。また、バイパス弁１６は、流量制御弁でなく開閉弁であってもよい。さらに、例えば、図１０に示すように、冷媒管３３，３４及びバイパス管３５の分岐点に三方弁２１６を設けてもよい。なお、図１０に示す排熱利用ヒートポンプシステム２００では、冷媒熱交換器１７、吸込側冷媒熱回収器１８及び吐出側冷媒熱回収器１９を省略している。 Moreover, in the said embodiment, although the bypass valve 16 was provided in the bypass pipe 35, the refrigerant | coolant supply amount to the absorption heat pump circuit 20 at the time of starting of the engine 2 was controlled, It is not limited to this. . For example, a bypass valve may be provided in the refrigerant pipe 34 extending to the absorption heat pump circuit 20. Further, the bypass valve 16 may be an on-off valve instead of a flow rate control valve. Furthermore, for example, as shown in FIG. 10, a three-way valve 216 may be provided at a branch point between the refrigerant pipes 33 and 34 and the bypass pipe 35. In the heat pump system 200 using exhaust heat shown in FIG. 10, the refrigerant heat exchanger 17, the suction side refrigerant heat recovery unit 18, and the discharge side refrigerant heat recovery unit 19 are omitted.
１，２００ 排熱利用ヒートポンプシステム
２ エンジン（原動機）
１０ 圧縮式ヒートポンプ回路
１１ 圧縮機
１１Ａ 吸込口
１８ 吸込側冷媒熱回収器
１９ 吐出側冷媒熱回収器
２０ 吸収式ヒートポンプ回路
２１ 再生器
２２ 吸収器
４１ 濃吸収液管（送り配管）
４２ 稀吸収液管（戻り配管）
４４ 濃吸収液バイパス管（分岐管）
1,200 Waste heat utilization heat pump system 2 Engine (prime mover)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Compression type heat pump circuit 11 Compressor 11A Suction inlet 18 Suction side refrigerant | coolant heat recovery device 19 Discharge side refrigerant | coolant heat recovery device 20 Absorption-type heat pump circuit 21 Regenerator 22 Absorber 41 Concentrated absorption liquid pipe (feed piping)
42 Rare absorption liquid pipe (return pipe)
44 Concentrated absorbent bypass pipe (branch pipe)
Claims (4)
前記圧縮式ヒートポンプ回路において蒸発した冷媒を、前記吸収式ヒートポンプ回路の吸収器に循環し、前記再生器による再生後に冷媒を分離し、この冷媒を、前記圧縮式ヒートポンプ回路内を循環するよう構成し、
前記圧縮機に供給される冷媒と、前記再生器に供給される吸収液との間で熱交換させる吸込側冷媒熱回収器を設けたことを特徴とする排熱利用ヒートポンプシステム。 A compression heat pump circuit that uses a shaft output of a prime mover as a power source of a compressor that compresses a refrigerant, and an absorption heat pump circuit that uses the exhaust heat of the prime mover as a heat source of a regenerator that heats an absorbing liquid ,
The refrigerant evaporated in the compression heat pump circuit is circulated to the absorber of the absorption heat pump circuit, the refrigerant is separated after regeneration by the regenerator, and the refrigerant is circulated in the compression heat pump circuit. ,
An exhaust heat utilization heat pump system comprising a suction-side refrigerant heat recovery unit that exchanges heat between the refrigerant supplied to the compressor and the absorbent supplied to the regenerator.
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