JPH02238269A - 廃熱回収型蓄熱冷房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸収式冷房システムに係わり、特に、廃熱の回
収並びにＭ熱に好適な濃度差蓄熱を利用する廃熱回収型
蓄熱冷房システムに関する。

〔従来の技術〕

従来の廃熱回収型吸収冷凍システムは第６図に示すよう
に、廃熱源と吸収式冷凍機の再生器とをヒートパイブで
接続して成り、廃熱から熱を受けて吸収液の再生（濃縮
）熱源としていた。しかしながら、高い温度の廃熱を出
す装置（例えば窯業用の焼成炉、製鉄所の各種炉等）で
は、熱効率向上の点から昼夜連続運転されるのが一般的
である。

一方、上述した工場等の事務室等の居室の冷房が必要な
時間は、通常昼間のみである。

したがって、吸収冷凍材の吸収液再生に必要なヒートパ
イブからの熱源、即ち工場廃熱が利用可能な時間は昼間
のみであり、夜間は熱回収することなく、排出されてし
まう結果゛、熱利用率の低減を余儀なくされていた。

一方、特開昭６１−１８０８９１号公報には濃度差蓄熱
の原理が記されているが、蓄熱と放熱を交互に繰り返す
断熱運転であるため、蓄熱時のみ加熱源が必要・であり
、前述したように連続で熱が発生する場合には適用でき
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は熱源系と熱利用系の運転時間の差は配慮
されておらず、熱回収率向上の面から問題があった。

本発明の目的は、前述した運転時間の差に着目し蓄熱機
能を備えることで熱回収率を大幅に向上せしめると共に
、各要素機器寸法を最小にすることができ、さらに、熱
源部と再生器を廃熱発生場所に設置し、当該場所から遠
隔地に冷熱発生部を設置しても熱損失が生じないとヒー
トバイブ利用の廃熱回収型蓄熱冷房システムを提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、廃熱回収蓄熱型冷房システムにおいて、吸
収液再生部で廃熱を利用して濃縮した吸収液と濃縮され
た時に発生して復水された水とをそれぞれ貯蔵するため
の貯槽を、吸収液再生部とは別に設けることにより達成
される。

すなわち、本発明は、廃熱回収器、吸収液再生部、水蒸
気吸収部、放熱器からなり、当該廃熱回収器で回収した
熱を吸収液の再生に使用する廃熱回収型冷房システムに
おいて、吸収液再生部で濃縮された吸収液を貯蔵するた
めの貯槽と当該吸収液が濃縮された時に発生して復水さ
れた水を溜める貯水槽とを、吸収液再生部とは別に設け
たことを特徴とする廃熱回収型蓄熱冷房システムであり
、また、もう一つの発明は、上記廃熱回収型蓄熱冷房シ
ステムの運転方法において、廃熱を利用して吸収液再生
部で吸収液を濃縮して蓄熱させ、この濃縮吸収液を廃熱
回収器近くに設置した貯槽に貯蔵し、この貯蔵した濃縮
吸収液を、遠隔地の冷熱必要地まで輪送して放熱するか
、あるいは必要な時間帯にのみ放熱することを特徴とす
る廃熱回収型蓄熱冷房システムの運転方法である。

本発明をより詳しく説明すると、本発明のシステムに使
用される装置としては、濃縮吸収液を貯蔵しておく貯槽
と凝縮した復水を貯蔵する水槽、吸収液を濃縮するため
の廃熱回収器と連結したヒートパイプを内蔵した再生器
と発生した水蒸気を凝縮するための凝縮器とから成る吸
収液再生部、水を蒸発させる蒸発器と発生した水蒸気を
吸収液に吸収させる吸収器とから成る水蒸気吸収部、前
記、貯槽、吸収液再生部及び水蒸気吸収部を各々接続す
る吸収液配管から構成される。

本発明においては、前記の吸収液再生部と水蒸気吸収部
は、それぞれ分離して別個に設けるのがよく、吸収液再
生部は熱損失を少なくするために廃熱が利用できる近く
に設置し、水蒸気吸収部は冷熱必要地すなわち冷房の必
要な事務所等の近くに設置するのがよい。

また、吸収液再生部は、複数役としてそれぞれの濃縮器
と廃熱回収器とを複数のヒートパイプで接続することが
できるし、一方、水蒸気吸収部も複数段で設置でき、発
生した冷熱の温度の高い順に熱交換して冷熱を取り出す
ように構成することもできる。

〔作　用〕

廃熱部と吸収液を濃縮するための吸収液再生部を接続す
るヒートパイプは、廃熱部からの熱を吸収液再生部の再
生器へ伝え、伝熱面を介して吸収液を加熱し水蒸気を発
生させ、吸収液を濃縮する。

発生した水蒸気は凝縮室へ移動し凝縮され復水する。

濃縮された吸収液は貯槽へ、復水された水は水槽へ流れ
込み貯蔵される。貯蔵された吸収液と水は、必要に応じ
て貯槽から取り出され、水蒸気吸収部の吸収器へ送られ
、熱交換器で当該吸収液が冷却されることで、水蒸気吸
収部内の圧力が低下して、蒸発器に散布されている水を
蒸発させ、潜熱を奪うことにより降温する。当該冷熱は
熱交換器を介して外部へ取り出され、冷房源となる。

係る構成により、第１に吸収液貯槽と水槽を備えたこと
で連続して廃熱が回収でき、熱エネルギーを濃度差に変
換して蓄えておくことが可能である。さらに、冷房時間
を半日（１２時間）と仮定すると、冷房出力と廃熱から
回収する熱量の２倍とすることが可能である。第２に吸
収液再生部と水蒸気吸収部を別置としたことで、両者を
遠く隔てて各々別々に設置することが可能であり、以下
に述べる効果が生まれる。即ち、通常の使用形態におい
ては熱発生部である工場装置と、冷房必要個所例えば事
務室等の居室と遠く隔てて位置している。このことは何
らかの手段で高温熱を冷熱発生部まで熱輸送するか、逆
に発生した冷熱を前記居室まで熱輸送するかの方法が考
えられるが、いづれの方法でも、従来の熱輸送技術では
熱損失が極めて大きく問題があったが、本発明によれば
、濃度差の異なる液を熱源側から冷熱発生部側へ移送す
ることで熱を輸送したことになり、熱損失は全く生じな
い。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されない。

実施例１ 本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明の基礎となる基本的な系統図であり、１
は廃熱回収器、２は隔壁２６で隔離された希薄吸収液の
濃縮器２１と凝縮器２２とから構成される吸収液再生部
、３は吸収液の濃厚液を下方に、希薄液を上方に比重差
で貯蔵する吸収液貯槽、４は隔壁４６により仕切られて
水の蒸発器４２と発生した水蒸気を濃厚媒体に吸収させ
る吸収器４１とから構成される水蒸気吸収部、５は希薄
吸収液から蒸発した水蒸気が凝縮し復水された水を貯え
る水槽、６は濃厚吸収液と希薄吸収液との熱交換器、７
は放熱器である。

さらに、前述した水蒸気吸収部４は、配管１１１と１１
２　、１１３と１１５　、１２０と１２１により各部と
切り離されており、熱源系と冷熱発生系とは遠隔して設
置し、前述した当該個所の配管を各々接続することによ
り、本システムが形成される。

以上のシステム構成において、その作動状況を以下に述
べる。

高温廃熱１０００は廃熱回収器１′へ導入され、ヒート
バイプ１０の受熱端１１を加熱し、降温して管（煙突”
）　２０００から外部へ放出される。受熱端１１で受け
た熱はヒートパイブ１０を伝わって、放熱端２３へ移動
する。

吸収液再生部２の濃縮器２１には管１０２、敗布ノズル
２５を経て供給される希薄吸収液が、前述したヒートパ
イプの放熱端２３へ散布され、加熱されて水蒸気が発生
する。発生した水蒸気は、管１０７により導入され伝熱
管２４、管１０８を経て排出される冷却水によって冷却
されて、復水され、管１０６を経て水槽５へ流れ込いで
貯蔵される。蒸発により濃縮された吸収液は管１０３を
経て、大部分は管１０４により再循環され、残りは熱交
換器６、管１０５を経て吸収液貯槽３の下層へ導入され
る。

吸収液貯槽３の上方層は希薄吸収液が溜まっており、管
１０１により熱交換器６へ導入される。熱交換器６では
前述した如く高い温度の濃厚吸収液と熱交換して昇温さ
れ、管１０２を経て前述した流れとなる。

以上が廃熱回収熱源により希薄吸収液を濃縮し濃厚吸収
液と水とに分離貯蔵する操作である。

次に、濃厚吸収液と水を用い冷房を発生する操作につい
て述べる。

濃厚吸収液は貯槽３の下層から管１１１により引き出さ
れ管１１２、敗布ノズル４５によって水蒸気吸収部４の
吸収器４１内に設置されている冷却伝熱管４３上に敗布
される。この時、後述するように水蒸気吸収部４の圧力
は低下する。一方貯水槽５から引き出され水は管１２０
　、１２１　、１２２を経て、散布ノズル４７を経て蒸
発器４２の伝熱管４４上に散布されており、前述した器
内圧力低下のために当該敗布水は蒸発する。この時蒸発
潜熱が奪われ降温するが、放冷器７により室内空気で昇
湿した水が管１３１により伝熱管４４へ流れ、前述した
散布水を加熱し、自身は降温して、管１３２から抜き出
され放冷器７へ再循環され、伝熱管７１を流れている時
、ファン７２により室内空気と熱交換して降温される。

蒸発器４２で発生した水蒸気は吸収器４１へ流れ、一方
未蒸発の水は管１２３により再＠環される。

吸収器４１へ導入された水蒸気は前述した濃厚吸収液に
吸収され、吸収液は希釈され、管１１３、１１４により
再循環され、残りは管１１５を経て管１０１に合流する
と共に、一部は管１１６により貯槽３の上方層へ戻る。

以上が、冷熱発生操作に係る説明であり、次に第２図と
も合わせて定量的な説明を以下に行う。

第２図は本発明のサイクルに好適な吸収液の温度と水蒸
気特性を、濃度をパラメータとして示したものである。

第１図に於いて、非凝縮性ガスが抽気された吸収液再生
部２の濃縮器２１へ、希薄吸収液が導入される。この場
合、吸収液の加熱温度を１００℃（単位時間当たりの人
熱量を１とする）とし、凝縮器２２の伝熱管２４により
冷却された水蒸気の凝縮温度を４０℃（冷却熱量約１）
とした時、吸収液濃度は約６６％（図中Ａ点）、温度１
００℃となる。この濃厚液は熱交換器６で、希薄吸収液
（常温、３０℃とする）と熱交換して４２℃（温度効率
８０％とする）となり貯槽３の下層へ導入され貯えられ
る。この操作は２４時間連続で実施されるために人熱量
の総量は２４となる。

一方、冷熱発生操作に於いては、非凝縮性ガスが抽気さ
れた水蒸気吸収部４の伝熱管４３で濃厚吸収液が冷却さ
れる温度を４２℃、単位時間冷却熱量を２、希薄吸収液
の濃度を６０％とした時、水蒸気吸収部４の器内圧力は
６ｍｍＨｇ程度となり、第２図に於ける水との交点Ｂよ
り、約７℃で水が蒸発する。この水と管１３１から導入
される水が熱交換器４４で熱交換され降温して管１３２
から抜き出され、放冷器７により、室内空気と熱交換し
て冷房に供される。この放熱量は約２であり、１２時間
運転として放熱総量は２Ｘ１２＝２４となる。

したがって、人熱量の総量を１２時間運転することによ
り、すべて放熱出来ることとなる。

以上に述べたように本発明によれば、吸収液貯槽を設置
したことで、昼夜連続運転により廃熱を２４時間回収し
、昼間の１２時間のみを冷房運転するシステムが完成し
、夜間は吸収液の再生（濃縮）専用に廃熱を利用して濃
厚吸収液を貯蔵しておき、昼間は廃熱利用による吸収液
再生を実施して貯槽に溜めながら、一方では、吸収液貯
槽から濃厚吸収液を引き抜いて水蒸気吸収部へ導入し、
冷熱を発生させることができる。そのため、単位時間当
たりの廃熱量の２倍の冷熱量を発生することができる特
徴を有すると共に、廃熱回収部と水蒸気吸収部を分離し
て別置として両者間を配管で接続することで、熱回収部
を廃熱源に近接して設置し、冷熱発生部を冷熱需要場所
内に設置することが可能である。そして、両者間の熱移
動は濃度の異なる吸収液が移動することから、温度には
全く無関係であり、熱損失を生じないという従来にない
極めて顕著な特徴を有する。

実施例２ 本発明の他の実施例を第３図、第４図を用いて説明する
。第３図は吸収液再生部２を２段とし、当該吸収部に見
合う熱回収が可能なヒートバイブ１０ａ　、１０ｂも２
系列として、廃熱をより効果的に利用する手段と構成材
料の腐食環境軽減を目的に成されたものである。さらに
第３図に示す如く、水蒸気吸収部４を２段として、吸収
後の希薄吸収液の濃度をより低くすることが可能となつ
いる。

第５図は濃度変化率δと蓄熱密度φとの関係を示すグラ
フである。即ち、第５図に示すように吸収液の濃度変化
幅を大きくすることで、単位吸収液重量当たりの蓄熱量
が増大でき、その分貯槽３の容積を小型化することが可
能となる。

第３図に示した実施例では吸収液再生部２と水蒸気吸収
部４の両者を２段として示しているが、いづれか一方を
２段とした装置も当然本発明に含まれると共に、各部を
２段に限定するものではなく、複数段とすることも本発
明の範囲である。

第４図は前述した両者をそれぞれ２段とした時の操作線
図を示したもので、吸収液再生部２の第２役２ｂでの吸
収液加熱温度を１１０℃、凝縮温度５２℃とした時（第
４図中Ａ点）、吸収液濃度６６％が得られ、管１０３よ
り貯槽３へ溜められる一方、第１役２ａでの吸収液加熱
温度を１０５℃、凝縮温度を６０℃とした時（第４図中
Ｂ点）、吸収液濃度６０％が得られる。次に、水蒸気吸
収部４では第１段４ａ，第２段４ｂともに４０℃で吸収
液が保持されているとき、第１段４ａでは吸収液濃度６
０％、蒸発温度４℃（図中Ｃ点）、第２段４ｂでは５４
％、１２℃（図中Ｄ点）が得られる。

したがって吸収液濃度変化幅は１２％となって、第２図
に示した６％の２倍となる。第５図に示す如く当該濃度
変化幅に対する蓄熱密度は第２図に示した実施例ではＣ
，＝６０％、Ｃ２＝６６％から横軸δの値は１０、その
時の蓄熱密度φは５　４　ｋｃａｌ／　ｋｇであるのに
対し、第４図に示した実施例ではＣ，−５０％、Ｃ，＝
６６％、δ＝２６、φ−　１１０ｋｃａｌ／ｋｇとなっ
ている。したがって、蓄熱密度が２倍となっており、同
一熱量を貯蔵するための吸収液貯槽は１／２となり、大
幅な小型化が可能である。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば蓄熱槽を設けることで、熱源系の
運転時間と冷熱系の運転時間を任意に選定でき、工場廃
熱をヒートパイプで熱回収を行うに好適なシステムを提
供できる。特に、２４時間操業の工場廃熱利用時には、
冷房時間を１２時間とすると、単位時間当たりの廃熱量
の２倍の冷熱出力が得られる効果を有すると共に、吸収
液再生部を従来の１７２の寸法に低減できる効果がある
。

さらに、本発明の効果は、吸収液再生部と水蒸気吸収部
を別置としたことで、熱源系に接近して吸収液再生部を
設置でき、ヒートパイブの長さを短縮できるとともに、
水蒸気吸収部を冷熱需要場所に設置でき、両者間は、吸
収液を移送することで熱輸送が可能であり、従来例に見
られる熱損失を完全に防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明から成る廃熱回収型蓄熱冷房システムの
基本系統図、 第２図は第１図の系統での摸作線図、 第３図は本発明の他の実施例を示す系統図、第４図は第
３図の系統での操作線図、 第５図は吸収液濃度変化幅と蓄熱密度との関係を示すグ
ラフ、 第６図は従来例に見られる廃熱回収型冷房システムの系
統図である。 １・・・廃熱回収器、２・・・吸収液再生部、３・・・
吸収液貯槽、４・・・水蒸気吸収部、５・・・水槽、６
・・・熱交換器、７・・・赦熱器、１０・・・ヒートパ
イブ、ｌ０００・・・廃熱源 特許出願人　　株式会社　日立製作所 同　　　　バブコック日立株式会社 代　　理　　人　　　　　中　　　本　　　　　　　宏
同　　　　　　　　井　　　上　　　　　　　昭ベ　柵
ｉＳ 田 メ冫 Ａ−ｉ 表 釆 到ｊｆ頃 ９　Δ一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、廃熱回収器、吸収液再生部、水蒸気吸収部、放熱器
   からなり、当該廃熱回収器で回収した熱を吸収液の再生
   に使用する廃熱回収型冷房システムにおいて、吸収液再
   生部で濃縮された吸収液を貯蔵するための貯槽と当該吸
   収液が濃縮された時に発生して復水された水を溜める貯
   水槽とを、吸収液再生部とは別に設けたことを特徴とす
   る廃熱回収型蓄熱冷房システム。 ２、廃熱回収器と吸収液再生部の濃縮器とをヒートパイ
   プで接続したことを特徴とする請求項１記載の廃熱回収
   型蓄熱冷房システム。 ３、吸収液再生部と水蒸気吸収部とをそれぞれ分離して
   設けたことを特徴とする請求項１記載の廃熱回収型蓄熱
   冷房システム。 ４、吸収液再生部を複数段とし、それぞれの濃縮器と廃
   熱回収器とを複数のヒートパイプで接続したことを特徴
   とする請求項１記載の廃熱回収型蓄熱冷房システム。 ５、水蒸気吸収部を複数段とし、発生した冷熱の温度の
   高い順に熱交換して冷熱を取り出すように構成したこと
   を特徴とする請求項１記載の廃熱回収型蓄熱冷房システ
   ム。 ６、請求項１記載の廃熱回収型蓄熱冷房システムの運転
   方法において、廃熱を利用して吸収液再生部な吸収液を
   濃縮して蓄熱させ、この濃縮吸収液を廃熱回収器近くに
   設置した貯槽に貯蔵し、遠隔地の冷熱必要地までこの濃
   縮吸収液を輸送して、そこで水蒸気吸収部を介して放熱
   させることにより、輸送経路での熱損失を抑制したこと
   を特徴とする廃熱回収型蓄熱冷房システムの運転方法。 ７、請求項１記載の廃熱回収型蓄熱冷房システムの運転
   方法において、常時もしくは冷房必要時間より長時間に
   わたつて放出される廃熱を、吸収液再生部で吸収液の濃
   縮により回収、貯蔵し、必要な時間帯のみ貯蔵した濃縮
   吸収液から、水蒸気吸収部を介して冷熱として取り出す
   ことを特徴とする廃熱回収型蓄熱冷房システムの運転方
   法。 ８、請求項７記載において、吸収液再生部での廃熱回収
   を昼夜連続して行なうことを特徴とする廃熱回収型蓄熱
   冷房システムの運転方法。