JPH0754211B2 - 吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は熱媒としてアンモニヤ等を、そして液体吸収剤
として水等を使用する吸収式のヒートポンプサイクルを
利用して高温水を得るとともに電力をも得ることのでき
るコ・ゼネレーションシステムに関する。

（従来の技術） 従来、吸収式ヒートポンプを利用する熱発生装置には種
々あるが第４図はアンモニヤ吸収式ヒートポンプの例で
ある。ボイラ50と分離器51からなる再生器52において、
アンモニヤ水はボイラ50の熱交換器53によって加熱され
て分離器51に流入し、ここでアンモニヤガスと水とに分
離される。アンモニヤガスは導管54を経て凝縮器55に導
入され、供給温水系56,57に連通する熱交換器58に凝縮
熱を与えてこれを加熱し、アンモニヤ液となる。アンモ
ニヤ液は過冷却器59を経て絞り機構68により減圧され蒸
発器63に至りここで蒸発する。その際、低熱源61,62に
連通する熱交換器60から吸熱しこれを冷却する。アンモ
ニヤガスは過冷却器59を経て吸収器65に流入する。一
方、分離器51で分離された水は熱交換器64を経てポンプ
67により吸収器65に導入され、ここでアンモニヤガスを
吸収してアンモニヤ水となり、ポンプ66により熱交換器
64を通って再びボイラ50に導入される。

このような装置では凝縮器55は１段であるため昇温幅が
小さく高温水は得られない。したがってアンモニヤ液の
蒸発温度も高く、低温水も得られない。

また、第５図は圧縮式ヒートポンプを吸収式ヒートポン
プと組み合せた例である。モータ70によって駆動される
圧縮機71により圧縮された熱媒（R114系またはフロリノ
ール等）は導管72から吸収式ヒートポンプ81の蒸発器82
内に導入されて冷却され凝縮液化して導管73、膨脹弁74
を経て蒸発器75に流入し、ここで温廃水系76,77に連通
する熱交換器78から吸熱し、再びスクリュー圧縮機71に
吸入される。

一方、温廃水の一部は導管79を経て吸収式ヒートポンプ
81の再生器83に流入し臭化リチウム溶液を加熱する。こ
こで蒸発した水蒸気は凝縮器84で液化し液管85を経て蒸
発器82に流入し圧縮式ヒートポンプから導管72を経て流
入する高温冷媒を冷却し自らは蒸発する。この水蒸気は
吸収器86内において再生器83から濃溶液管87を経て導入
される濃溶液に吸収され希溶液となって希溶液管88を経
て再び再生器83に導入される。吸収器86内にある熱交換
器89を流れる流体は吸収熱により高温に加熱される。90
は凝縮器84のための冷却塔である。図中、温度の数値は
実施の一例である。

このような圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプの
組み合せ装置では二種類の熱媒系（冷媒系）となり、し
たがって、伝熱が間接的となるので熱効率上も不利であ
ることを免れず、しかも全体の装置が複雑となる。

更に、都市ガスによりガスタービン発電を行い、その排
気ガスを利用する廃ガスボイラに通して蒸気を作り、こ
の蒸気を吸収式冷凍機の熱源として利用して暖冷房を行
なう所謂吸収式コ・ゼネレーションシステムも従来知ら
れている。しかしこのようなシステムも２つの独立した
系によって形成されているため、ポンプ動力や装置の複
雑化の問題点があり、効率においても、独立したそれぞ
れの系の効率を個々に上げることを余儀なくされてい
た。

（発明が解決しようとする課題） 従来技術においては前記のように種々の課題がある。本
発明はこれらの課題を解決することを目的とするもので
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼ
ネレーションシステムは前記の目的を達成するために次
の構成を有する。

第１のシステム 吸収式ヒートポンプサイクルの再生器をボイラと分離器
とにより形成し、ボイラは熱媒とその液体吸収剤からな
る溶液を加熱して熱媒を蒸発させる第１加熱器と、液体
吸収剤を蒸発させる第２加熱器とにより形成する。

第１加熱器で加熱された溶液から熱媒を分離し液体吸収
剤を第２加熱器に流通させるように第１加熱器と第２加
熱器の間に分離器を設ける。

第２加熱器を第１膨脹機を介して高段凝縮器に連通させ
て第２加熱器において蒸発した液体吸収剤の蒸気により
第１膨脹機を駆動して動力を発生せしめるようにする。

高段凝縮器を第２膨脹機を介して吸収器に連通させて高
温凝縮器において供給温水系に給熱することにより凝縮
した液体吸収剤を第２膨脹機に流入させて駆動すること
により動力を発生させるようにする。

分離器を前記高段凝縮器よりも低位の凝縮器に連通させ
て熱媒ガスを該凝縮器に流入させるようにし、該凝縮器
は蒸発器側に連通させる。

高段凝縮器及びそれより低位の前記凝縮器にそれぞれ熱
交換器を設けるとともに、これらの熱交換器を供給温水
系に対し直列または並列に連通させる。

第２のシステム 第１のシステムにおいて、 低位の凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発器に連通させて
低位の凝縮器において供給温水系に給熱することにより
凝縮した熱媒液を第４膨脹機に流入させて駆動すること
により動力を発生させた後、蒸発器に流入させるように
する。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

第３のシステム 第１のシステムにおいて、 低位の凝縮器を中間凝縮器として用い、該中間凝縮器よ
り低位に更に低段凝縮器を設け、前記中間凝縮器を第３
膨脹機を介して低段凝縮器に連通させて中間凝縮器にお
いて供給温水系に給熱することにより凝縮した熱媒液を
第３膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発生
させた後、低段凝縮器に流入させるようにする。

第１膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、
該圧縮機の吸入側の吸収器に吐出側を低段凝縮器にそれ
ぞれ連通し、更に低段凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発
器に連通する。

吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して低段凝縮器に導
入し供給温水系に給熱することによって凝縮した熱媒液
を第４膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発
生させた後、蒸発器に流入させるようにする。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

第４のシステム 第２のシステムにおいて、 低位の凝縮器を低段凝縮器として用い、高段凝縮器と低
段凝縮器との間に中間凝縮器を設ける。

第１膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、
該圧縮機の吸入側の吸収器に吐出側を中間凝縮器にそれ
ぞれ連通する。

中間凝縮器を第３膨脹機を介して低段凝縮器に連通す
る。

吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して中間凝縮器に導
入し供給温水系に給熱することによって凝縮した熱媒液
を第３膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発
生させた後、低段凝縮器に流入させるようにする。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

なお、第１ないし第４のシステムにおいて用いられる膨
脹機を二相流のスクリュー型のものとすることができ
る。

また、本発明において液体吸収剤とは熱媒を吸収する液
体のことであり、アンモニアが熱媒であるときの液体吸
収剤は水である。

（作用） 吸収式ヒートポンプサイクルの再生器の分離器で分離し
た液体吸収剤をボイラで更に加熱して蒸気とし、これを
膨脹機に導いて駆動することにより動力が発生され、ま
た該膨脹機から吐出される流体の熱を高段凝縮器を設け
て利用するのでシステムの熱効率が改善されるとともに
高温水が得られる。

また、前記膨脹機により駆動される圧縮機により吸収式
ヒートポンプサイクルの吸収器から熱媒ガスを吸入し圧
縮した後、該ガスを前記高段凝縮器とは別個に設けた凝
縮器に導いてその保有する熱を利用するのでシステムの
熱効率の一層の改善が達成され、また一段と高い温度の
温水が得られる。更に、蒸発器側においては低温度の水
が得られるので加熱側と冷却側の両方の目的が同時に達
成される。

（実施例） 本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

吸収器20からの溶液であるアンモニヤ水はポンプ21によ
り熱交換器５を経てボイラ１に入り第１加熱器９により
加熱されて分離器６に導入される。ここで熱水とアンモ
ニヤガスとに分離され、熱水はポンプ11により第２加熱
器８により加熱されて水蒸気となり導管７を経て第１膨
脹機２に流入し適宜の駆動体例えば発電機29を回転させ
る。第１膨脹機２はスクリュー式或は二相流のスクリュ
ー式または遠心式のものを用いる。該膨脹機２からの排
出水蒸気は高段凝縮器３に導入され供給温水系40,41の
熱交換器13において放熱し凝縮して高温水となる。高温
水は導管15を経て熱交換器５に導入され、次いで導管18
から高圧水用のスクリュー式二相流の第２膨脹機19に流
入して動力回収を行い、吸収器20にフラッシュされる。

一方、分離器６で発生したアンモニヤガスは導管12を経
て低位の凝縮器に導入され、供給温水系40,41の熱交換
器14において放熱し凝縮してアンモニヤ液となる。この
アンモニヤ液は導管23を経て高圧アンモニヤ液用のスク
リュー式２相流の第４膨脹機24に流入して動力回収を行
い、蒸発器27にフラッシュされる。蒸発器27内のアンモ
ニヤ液は低熱源16,17の熱交換器28より吸熱して蒸発
し、アンモニヤガスは連通管26を経て吸収器20に流入す
る。

吸収器20はポンプ22によってフラッシュ循環する。

ボイラ１と分離器６とは再生器38としての機能を有して
いる。またボイラ１は燃料ボイラであっても、また排ガ
スボイラであってもよい。

前記の供給温水系40,41は、図示のように直列形式とせ
ず並列形式として熱交換器13と熱交換器14をそれぞれ別
の供給温水系に接続するようにし、温度の異なる温水を
得ることも勿論できる。

本発明の第２の実施例を第２図により説明する。

第１図の場合と異なり、第１膨脹機２により駆動軸39を
介してヒートポンプ用の熱媒ガス圧縮機30を連通させ、
全体の系の熱効率を上げるために吸収器20からアンモニ
ヤガスを熱媒として吸入管31を介して該圧縮機30に吸入
し高温圧縮ガスとし、これを導管32を経て低段凝縮器４
に導入している。

そして、分離器６のアンモニヤガスは導管12を経て中間
凝縮器33に導入され、供給温水系40,41の熱交換器34に
おいて放熱し凝縮してアンモニヤ液となる。このアンモ
ニヤ液は導管35を経て高圧アンモニヤ液用のスクリュー
式二相流の第３膨脹機36に流入して動力回収を行い、導
管37を経て低段凝縮器４内に導入される。

低段凝縮器４においては、供給温水系40,41の熱交換器1
4によりアンモニヤガスの冷却が行われて該ガスは凝縮
してアンモニヤ液となる。このアンモニヤ液は導管23を
経てスクリュー式二相流の第４膨脹機24に流入して動力
回収を行った後、蒸発器27にフラッシュされる。

供給温水系40,41は図示のような直列形式とせず、熱交
換器13,34及び14がそれぞれ別の供給温水系に接続する
ような並列形式とすることもできる。

その他の構成及び機能は第１図の場合と同じである。

本発明の第３の実施例を第３図により説明する。

第２図の場合と同様に第１膨脹機２によりヒートポンプ
用の熱媒ガス圧縮機30を連動させ全体の系の熱効率を上
げるために吸収器20からアンモニヤガスを吸入管31を介
して該圧縮機30に吸入し高温圧縮ガスとするものである
が、第２図の場合と異なり、このアンモニヤガスを中間
凝縮器33に導入させ、一方、分離器６のアンモニヤガス
を導管12を経て低段凝縮器４に導入している。

第２図及び第３図において供給温水系40,41を並列形式
にすれば蒸発器27で低温度を得ると同時に熱交換器13,3
4及び14で高、中、低の３系統の異なる温度の温水が得
られる。

また、熱媒としてアンモニヤを用いたものはボイラの第
１、第２加熱器の腐蝕を防止する効果がある。

〔発明の効果〕

請求項１のシステムにおいては、吸収式ヒートポンプサ
イクルの再生器の分離器で分離された液体吸収剤がボイ
ラの第２加熱器で更に加熱されて蒸気となり、該蒸気を
利用して第１膨脹機が駆動されて動力が発生されるとと
もに第１膨脹機から排出される流体が高段凝縮器に導入
されて、ここで該流体の保有する熱を利用して供給温水
系が加熱されるので、従来技術に比べてシステムの熱効
率が高くなり、高温水を供給することもできる。

また高段凝縮器とそれより低位の凝縮器において供給温
水系の流体が吸収式ヒートポンプサイクルの熱媒と液体
吸収剤とから直接に熱が与えられるので熱伝導の点で従
来技術より優れている。

請求項２のシステムにおいては、請求項１のシステムに
おける前記効果の外に、第４膨脹機が駆動されるので更
に動力を取出すことができ、システムの熱効率が改善さ
れる。

請求項３及び４のシステムにおいては、請求項１のシス
テムにおける前記効果が奏されることはもとよりである
が、第１膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機によ
って吸収器から吸入した熱媒ガスが圧縮された後、中間
凝縮器または低段凝縮器に導入されて該ガスの保有する
熱を利用して供給温水系が加熱されるので、請求項１の
システムに比べて一層熱効率が高くなり、また一段と高
い温度の温水を供給することもできる。

また、請求項３のシステムにおいては熱媒ガス圧縮機か
らのガスが中間凝縮器に導入されるのでボイラの蒸気条
件や中圧、中温でよい。これに対し、請求項４のシステ
ムにおイては熱媒ガス圧縮機からのガスが低段凝縮器に
導入されるのでボイラの蒸気条件は高圧、高温である場
合に適している。

また、本発明においては蒸発器側で低温度の冷水を得る
ことができるので加熱と冷却の目的を同時に達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の吸収式ヒートポンプサイ
クルを利用したコ・ゼネレーションシステムの異なる実
施例のフローシートダイヤグラム、第４図及び第５図は
従来技術のフローシートダイヤグラムである。 １……ボイラ、２……第１膨脹機、３……高段凝縮器、
４……低段凝縮器、６……分離器、８……第２加熱器、
９……第１加熱器、13,14……熱交換器、16,17……低熱
源、19……第２膨脹機、20……吸収器、24……第４膨脹
機、27……蒸発器、30……熱媒ガス圧縮機、33……中間
凝縮器、34……熱交換器、36……第３膨脹機、38……再
生器、40,41……供給温水系。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−138065（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−171811（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−78150（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸収式ヒートポンプサイクルの再生器をボ
   イラと分離器とにより形成し、ボイラは熱媒とその液体
   吸収剤からなる溶液を加熱して熱媒を蒸発させる第１加
   熱器と、液体吸収剤を蒸発させる第２加熱器とにより形
   成するとともに、第１加熱器で加熱された溶液から熱媒
   を分離し液体吸収剤を第２加熱器に流通させるように第
   １加熱器と第２加熱器の間に分離器を設け、第２加熱器
   を第１膨脹機を介して高段凝縮器に連通させて第２加熱
   器において蒸発した液体吸収剤の蒸気により第１膨脹機
   を駆動して動力を発生せしめるようにし、高段凝縮器を
   第２膨脹機を介して吸収器に連通させて高段凝縮器にお
   いて供給温水系に給熱することにより凝縮した液体吸収
   剤を第２膨脹機に流入させて駆動することにより動力を
   発生させるようにし、一方分離器を前記高段凝縮器より
   も低位の凝縮器に連通させて熱媒ガスを該凝縮器に流入
   させるようにし、該凝縮器は蒸発器側に連通させ、前記
   高段凝縮器及びそれより低位の前記凝縮器にそれぞれ熱
   交換器を設けるとともに、これらの熱交換器を供給温水
   系に対し直列または並列に連通させたことを特徴とする
   吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーシ
   ョンシステム。
2. 【請求項２】請求項１記載のコ・ゼネレーションシステ
   ムにおいて、低位の凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発器
   に連通させて低位の凝縮器において供給温水系に給熱す
   ることにより凝縮した熱媒液を第４膨脹機に流入させて
   駆動することにより動力を発生させた後、蒸発器に流入
   させるようにし、蒸発器において低熱源から吸熱するこ
   とにより蒸発した熱媒ガスを吸収器に導入するように
   し、吸収器の溶液を再生器に導入するようにした吸収式
   ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシ
   ステム。
3. 【請求項３】請求項１記載のコ・ゼネレーションシステ
   ムにおいて、低位の凝縮器を中間凝縮器として用い、該
   中間凝縮器より低位に更に低段凝縮器を設け、前記中間
   凝縮器を第３膨脹機を介して低段凝縮器に連通させて中
   間凝縮器において供給温水系に給熱することにより凝縮
   した熱媒液を第３膨脹機に流入させて駆動することによ
   り動力を発生させた後、低段凝縮器に流入させるように
   し、第１膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設
   け、該圧縮機の吸入側を吸収器に吐出側を低段凝縮器に
   それぞれ連通し、更に低段凝縮器を第４膨脹機を介して
   蒸発器に連通して、吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮
   して低段凝縮器に導入し供給温水系に給熱することによ
   って凝縮した熱媒液を第４膨脹機に流入させて駆動する
   ことにより動力を発生させた後、蒸発器に流入させるよ
   うにし、蒸発器において低熱源から吸熱することにより
   蒸発した熱媒ガスを吸収器に導入するようにし、吸収器
   の溶液を再生器に導入するようにした吸収式ヒートポン
   プサイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム。
4. 【請求項４】請求項２記載のコ・ゼネレーションシステ
   ムにおいて、低位の凝縮器を低段凝縮器として用い、高
   段凝縮器と低段凝縮器との間に中間凝縮器を設け、第１
   膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、該圧
   縮機の吸入側を吸収器に吐出側を中間凝縮器にそれぞれ
   連通し、更に中間凝縮器を第３膨脹機を介して低段凝縮
   器に連通し、吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して中
   間凝縮器に導入し供給温水系に給熱することによって凝
   縮した熱媒液を第３膨脹機に流入させて駆動することに
   より動力を発生させた後、低段凝縮器に流入させるよう
   にし、蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸
   発した熱媒ガスを吸収器に導入するようにし、吸収器の
   溶液を再生器に導入するようにした吸収式ヒートポンプ
   サイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム。
5. 【請求項５】請求項１ないし４の膨脹機が二相流のスク
   リュー膨脹機である吸収式ヒートポンプサイクルを利用
   したコ・ゼネレーションシステム。