(57)【要約】【課題】補助再生器を設けずに単純な構造で一二重効用冷温水機と同等の効果を生むことができる吸収式冷温水機を提供する。【解決手段】高温再生器５、低温再生器４、凝縮器３、吸収器２、蒸発器１、溶液熱交換器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備え、冷媒と吸収溶液とを封入した吸収式冷温水機であって、前記５の加熱源に用いた熱源流体１３を加熱源とする冷媒液を加熱させる蒸気発生器７を有し、該発生した冷媒蒸気を前記４の加熱源に用いる流路を設けたものであり、前記７の発生蒸気の流路は、前記５で発生した冷媒蒸気を４の加熱源に用いる冷媒流路に接続すると共に、５と７とを一つのユニット１４として構成することができ、前記７の発生蒸気流路には、温水熱交換器を設け、前記７と５の蒸気流路には発電機を配備したタービンを設けることができる【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、溶液熱交換器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備え、冷媒と吸収溶液とを封入した吸収式冷温水機であって、前記高温再生器の加熱源に用いた熱源流体を加熱源とし、冷媒液を加熱して蒸発させる蒸気発生器を有し、該発生した冷媒蒸気を前記低温再生器の加熱源に用いる流路を設けたことを特徴とする吸収式冷温水機。
【請求項２】
前記蒸気発生器の発生蒸気を低温再生器の加熱源に用いる流路を、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気を低温再生器の加熱源に用いる冷媒流路に接続すると共に、高温再生器と蒸気発生器とを一つのユニットとして構成することを特徴とする請求項１記載の吸収式冷温水機。
【請求項３】
前記蒸気発生器の発生蒸気を低温再生器の加熱源に用いる流路に、該蒸気で温水を加熱する温水熱交換器を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の吸収式冷温水機。
【請求項４】
前記蒸気発生器で発生した冷媒蒸気の流路と、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気の冷媒流路に、双方もしくは一方の蒸気を用いて駆動するタービンを設け、該タービンには、発電機を配備したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の吸収式冷温水機。
【請求項５】
前記高温再生器の加熱源に用いる熱源流体は、熱機関の排気ガスであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の吸収式冷温水機。
【請求項６】
前記冷媒発生器の発生蒸気と高温再生器の冷媒蒸気の流路には、両方もしくは一方の蒸気を蒸発器に導く冷暖切替弁を有する流路を接続したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の吸収式冷温水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷温水機に係り、特に、熱源流体を有効利用することができる温水熱交換器を設けた吸収式冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収式冷温水機で、例えば、エンジン排ガスなどの比熱量の小さな流体を熱媒として運転しようとする場合、熱媒の温度の低下が大きいために熱エネルギーを有効に利用するのが難しい。また、直焚きの吸収式冷温水機であれば、排気ガスのもつ熱量を、有効に活用することが難しい。
これを解決しようとすると、例えば、一二重効用冷温水機の使用などが検討されるが、一二重効用の吸収式冷温水機は、高温再生器、低温再生器のほかにさらに再生器（補助再生器と称する）が必要になり、補助再生器に供給する溶液配管や蒸気管などの配管も多くなり、装置が大きくなって高価となることと、液面制御など、制御に困難が伴う。
【０００３】
さらに、熱需要として温水などを併給する、いわゆる冷暖房併用型の一二重効用の吸収式冷温水機は、原理的には製作可能であるが、装置が非常に複雑となるため高価になる。また、温熱需要が多くなると、効率が大きく低下するという問題がある。
また、熱需要は季節変動や時間変動が激しく、排熱の熱量と熱需要とが合致しないとエネルギーが無駄になる。このため、余ったエネルギーを電力など融通しやすいエネルギーに変換することも検討されている。
従来の吸収式冷温水機を図面を用いて説明すると、図６は、従来の二重効用の冷温水機であり、いわゆる分岐フローと呼ばれるものである。
例えば、熱源流体１３としてガスエンジンの排気ガス等を用いた場合、熱源流体の供給温度は２８０℃程度である。ここで、二重効用の吸収式冷温水機であれば、高温再生器５を通過した熱源流体の温度は、２００℃以上あり、高温再生器５で利用できた熱は、排気ガスのもつ有効エネルギーの３０％程度に過ぎない。
【０００４】
図７は、従来の一二重効用の吸収式冷温水機であり、この例では、高温再生器５を通過した熱源流体で溶液を加熱し、再生する補助再生器６を用いている。このとき、補助再生器６を出る熱源流体の温度は１２０℃前後となるが、この場合、吸収式冷温水機で利用される熱量は、排気ガスのもつ有効エネルギーの６０％程度になる。この結果、入熱量に対する冷凍能力（いわゆる成績係数）は、二重効用の装置よりは低下するものの、全体としてのエネルギー利用効率は二重効用の装置を上回る。
しかしながら、この場合、補助再生器６とそれを連絡する配管が必要であり、装置が複雑となることや、これらの液面等を制御する制御方式など、装置が複雑となる欠点がある。特に、補助再生器６で発生する冷媒蒸気は、低圧であるために比容積が大きいため、補助再生器６から凝縮器３への流路３４の冷媒蒸気配管は、圧損等を考慮すると非常に大きくなり、補助再生器と凝縮器の配置等にも制限が出てくる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術に鑑み、高温再生器を加熱して温度の低下した熱源流体で冷媒を加熱し、発生した蒸気を低温再生器の加熱に用いることで、補助再生器を設けずして単純な構造で一二重効用冷温水機と同等の効果を生むことができ、制御を容易にし、かつ、従来の冷温水機と部品の共通化を容易にすることができる吸収式冷温水機を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、高温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、溶液熱交換器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路とを備え、冷媒と吸収溶液とを封入した吸収式冷温水機であって、前記高温再生器の加熱源に用いた熱源流体を加熱源とし、冷媒液を加熱して蒸発させる蒸気発生器を有し、該発生した冷媒蒸気を前記低温再生器の加熱源に用いる流路を設けたことを特徴とする吸収式冷温水機としたものである。
前記吸収式冷温水機において、蒸気発生器の発生蒸気を低温再生器の加熱源に用いる流路を、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気を低温再生器の加熱源に用いる冷媒流路に接続すると共に、高温再生器と蒸気発生器とを一つのユニットとして構成することができ、前記蒸気発生器の発生蒸気を低温再生器の加熱源に用いる流路に、該蒸気で温水を加熱する温水熱交換器を設けることができ、また、前記蒸気発生器で発生した冷媒蒸気の流路と、前記高温再生器で発生した冷媒蒸気の冷媒流路に、双方もしくは一方の蒸気を用いて駆動するタービンを設け、該タービンには、発電機を配備してもよく、前記高温再生器の加熱源に用いる熱源流体としては、熱機関の排気ガスが使用でき、さらに、前記冷媒発生器の発生蒸気と高温再生器の冷媒蒸気の流路には、両方もしくは一方の蒸気を蒸発器に導く冷暖切替弁を有する流路を接続することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、高温再生器を加熱して温度の低下した熱源流体で冷媒を加熱し、発生した蒸気を低温再生器の加熱に用いることで、補助再生器を設けずして単純な構造で一二重効用冷温水機と同等の効果を生むことができる吸収式冷温水機である。
また、温水熱交換器を該蒸気発生器と共に設けることで、従来の温水熱交換器を設けた一二重効用の吸収式冷温水機に比べて効率的に熱供給を行うことができる。
さらに、蒸気タービンと、発電機を組み合わせることで、余剰のエネルギーを電力に転換し、エネルギーを有効に利用することができる。
【０００８】
次に、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１〜図５は、本発明の吸収式冷温水機の種々の例を示すフロー構成図である。
図において、１は蒸発器、２は吸収器、３は凝縮器、４は低温再生器、５は高温再生器、７は蒸気発生器、８は温水熱交換器、９はタービン、１０は発電機、１１は低温熱交換器、１２は高温熱交換器、１３は熱源流体、１４は高温側ユニット、１５は冷水、１６は冷温水、１７は冷却水、１８は温水、２１は溶液ポンプ、２２は冷媒ポンプ、２３は冷媒給液ポンプ、２４は希釈弁、２５は温水熱交換器制御弁、２６は蒸気制御弁、２７は冷媒液制御弁、２８は発電制御弁、２９は冷暖切替弁、３１〜３３は溶液流路、３４〜３８は冷媒蒸気流路、３９〜４４は冷媒液流路である。
【０００９】
図１について説明すると、高温再生器５を通過した熱源流体１３を用いて流路４０からの冷媒を加熱、蒸発させる蒸気発生器７を設け、発生した蒸気を流路３６、３５を通し低温再生器４の加熱源とした。
このとき、蒸気発生器７と高温再生器５の発生蒸気とを合流させ、共用の蒸気配管３５で低温再生器４に導くことができる。
図１では、低温再生器４で凝縮した冷媒液の一部が、流路４０から蒸気発生器７へ送られ、加熱されて冷媒蒸気となる。ここで、必要であれば冷媒液を蒸気発生器７へ送る冷媒給液ポンプ２３を設けてもよい。発生した冷媒蒸気は、高温再生器５で発生した冷媒蒸気の流路３５と合流し、低温再生器４へ導かれ、溶液の再生に用いられる。これにより、一二重効用の吸収式冷温水機と同等の効果を、より単純な装置で達成できる。
【００１０】
冷媒蒸気及び冷媒液は、流路３７と流路３９から凝縮器３へ導入されて冷却水１７により冷却され、凝縮された冷媒液は、流路４１から蒸発器１に導入され、冷水１５から熱を奪い蒸発して流路３８から吸収器２へ導入される。吸収溶液は、流路３１から弱吸収溶液が高温再生器５及び低温再生器４に導入されて、加熱、濃縮された強吸収溶液となり、流路３２から吸収器２に導入されて、蒸発器１からの冷媒蒸気を吸収し、弱吸収溶液となって流路３１から循環される。
この場合、高温再生器５と蒸気発生器７とを一つのユニットとして高温側ユニット１４とし、その他の部分を低温側ユニットとして構成すると、低温側ユニットは、従来の二重効用の吸収式冷温水機の低温側ユニットと同様の構成とすることができる。この場合、高温側ユニットと低温側ユニットとを連絡する配管は、低圧の冷媒蒸気の配管がなく、両者のレイアウトは比較的随意に行うことができる。すなわち、生産上共通部品を用いることが容易となり、装置の低廉化に寄与する。また、従来の一二重効用の吸収式冷温水機と比較した場合、補助再生器のように溶液を加熱する装置がないため、腐食等の問題を生じにくく、信頼性の向上にも寄与する。
【００１１】
図２は、本発明の吸収式冷温水機で蒸気発生器７に温水熱交換器８を付与した例である。
図２では、蒸気発生器７で発生した蒸気が、流路３６から直接温水熱交換器８に供給されるように接続されており、温水熱交換器８で凝縮した冷媒液は、制御弁２５を介して流路４２から蒸気発生器７へ還流している。制御弁２５は、熱需要の増減に応じて開閉し、これに応じて温水熱交換器８内の液位が変化して、伝熱面積が変わることにより給湯能力を制御する。
この場合、熱需要が無から徐々に増加した場合を考えると、熱需要が無い場合、蒸気発生器７で発生した冷媒蒸気は、弁２５を閉とすることで、流路３５からすべて低温再生器４の加熱に用いられ、図１と同様の効果を生ずる。熱需要が生じ、給湯負荷が生じると、弁２５を開として行くことで、蒸気発生器７の発生蒸気は、温水熱交換器８に流入され、低温再生器４の加熱量は減少する。
【００１２】
しかしながら、このときの各部分の温度は、伝熱量の変化による変化はあるものの大きくは変わらず、高温再生器５の過熱量はあまり変わらない。このため、入熱量に対する冷凍能力はむしろ向上する。
すなわち、本発明の吸収式冷温水機は、高温再生器５を通過して利用価値（エクセルギー）の低下した熱を給湯などに優先的に利用し、エネルギーの質に応じた運転を行う機構が備わっていることになる。さらに、給湯による熱需要が増加した場合、弁２５を全開として高温再生器５の発生蒸気を流路３５から温水熱交換器８に導くことで、熱需要を補うこともできる。この場合、温熱需要と冷熱需要のバランスを制御するために、流路３５の蒸気管に制御弁２６を設けても良い。なお、この場合、温水熱交換器８で凝縮した冷媒は、流路４２から流路４０の冷媒給液管を逆に通って流路３９に還流される。
【００１３】
図３は、本発明の吸収式冷温水機の冷媒蒸気流路３５に、タービン９を付与した例である。
図３では、高温再生器５及び蒸気発生器７で発生した蒸気の一部を、流路３５から発電制御弁２８でタービン９に導くこととした。ここでタービン９に発電機１０などを接続することで、冷熱需要が低下した場合、発生した蒸気を用いて発電を行い、余剰のエネルギーを有効に利用することができる。
図４は、図３の例に発電制御弁２８を追加した例であり、この場合、蒸気発生器７と高温再生器５との発生蒸気を運転条件に合わせて、流路３５と３６及び流路３５’と３６’に切替えて適切に制御することができる。
【００１４】
図５は、本発明の吸収式冷温水機の冷媒蒸気流路３５の分岐流路３５’に冷暖切替弁２９を付加した例である。
本例で、冷暖切替弁２９を開とすると、蒸気発生器７及び高温再生器５で発生した蒸気が流路３５’から蒸発器１に導かれ、蒸発器１で凝縮する。これにより、蒸発器１を流れる冷温水１６を加熱し、暖房を行うことが可能となる。
従来の吸収式冷温水機では、熱源により溶液を加熱し、発生した冷媒蒸気を用いて暖房を行っている。このため、必要な温水温度に対して、相当に高い温度まで溶液を加熱する必要があり、熱源流体からの回収熱量が低くなってしまう問題があった。
従来は、これを解決しようとすれば、たとえば溶液を直接蒸発器に導いて加熱する方法などがとられている。しかし、このような方法は、暖房から冷房へ切り替えた後の冷媒の汚染の問題や、蒸発器の腐食、冷媒ポンプの大型化など、好ましくない影響がある。
しかし、本発明によれば、蒸気の蒸発温度は温水の温度と差が小さいため、回収熱量を大きく取り効率を大幅に向上することができるのみならず、冷媒の汚染といった悪影響は原理的に無く、高効率かつ信頼性の高い冷温水機を提供できる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
（１）単純な構成の装置で、従来の一二重効用吸収式冷温水機と同等の効果を得ることができる。
（２）従来の吸収式冷温水機と多くの要素を共有することができ、装置の低廉化に寄与する。
（３）吸収式冷温水機において、温水と冷水を併給し、従来技術に比べて総合的な効率を向上させることができる。
（４）熱源流体の入力が過剰である場合に、余剰のエネルギーを用いて、効率的に発電を行うことができる。
（５）本発明の効能を特に発揮し、エネルギー利用効率の高い吸収式冷温水機を提供できる。
（６）従来の冷温水機と同様に冷暖房共に利用でき、熱源流体のエネルギーを効率よく用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収式冷温水機の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の吸収式冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明の吸収式冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明の吸収式冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図５】本発明の吸収式冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図６】従来の吸収式冷温水機の一例を示すフロー構成図。
【図７】従来の吸収式冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
１：蒸発器、２：吸収器、３：凝縮器、４：低温再生器、５：高温再生器、６：補助再生器、７：蒸気発生器、８：温水熱交換器、９：タービン、１０：発電機、１１：低温熱交換器、１２：高温熱交換器、１３：熱源流体、１４：高温側ユニット、１５：冷水、１６：冷温水、１７：冷却水、１８：温水、２１：溶液ポンプ、２２：冷媒ポンプ、２３：冷媒給液ポンプ、２４：希釈弁、２５：温水熱交換器制御弁、２６：蒸気制御弁、２７：冷媒液制御弁、２８：発電制御弁、２９：冷暖切替弁、３１〜３３：溶液流路、３４〜３８：冷媒蒸気流路、３９〜４４：冷媒液流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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