(57)【要約】【課題】溶液循環をスムーズにしてコンパクト化した垂直伝熱管群を用いた排ガス高温再生器を有する排ガス投入型吸収冷温水機を提供する。【解決手段】溶液流路が、吸収器Ａからの溶液を、低温熱交換器Ｘ被加熱側と高温熱交換器ＸＨ被加熱側を経由して排ガス高温再生器ＧＨＸに導き、次いでＸＨ加熱側を経由して低温再生器Ｇに導いた後、Ｘ加熱側を経由してＡに戻す循環経路を有する排ガス投入型吸収冷温水機において、前記ＧＨＸが、矩形断面の排ガス通路中に、垂直伝熱管群ＹＰを持ち、該ＹＰの上部に、ＹＰの開口部を覆うように気液室ＹＧを、また、ＹＰの下部に、ＹＰの開口部を覆うように溶液供給室ＹＬを設けた構造を有すると共に、前記、溶液流路のＸＨの加熱側とＧとを結ぶ配管と、ＧとＸ加熱側とを結ぶ配管との間を、流量制限機構（絞り機構）４を有する配管３で連絡することとしたものである。【選択図】　図１
2004053123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス高温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、低温熱交換器、高温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、該溶液流路が、吸収器からの溶液を、低温熱交換器被加熱側と高温熱交換器被加熱側を経由して排ガス高温再生器に導き、次いで高温熱交換器加熱側を経由して低温再生器に導いた後、低温熱交換器加熱側を経由して吸収器に戻す循環経路を有する排ガス投入型吸収冷温水機において、前記排ガス高温再生器が、矩形断面の排ガス通路中に、垂直伝熱管群を持ち、該垂直伝熱管群の上部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように気液室を、また、垂直伝熱管群の下部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように溶液供給室を設けた構造を有すると共に、前記溶液流路の高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管と、低温再生器と低温熱交換器加熱側とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡したことを特徴とする排ガス投入型吸収冷温水機。
【請求項２】
前記吸収冷温水機には、排ガス低温再生器を増設し、熱源である高温排ガスを、排ガス高温再生器、排ガス低温再生器の順に投入することを特徴とする請求項１記載の排ガス投入型吸収冷温水機。
【請求項３】
排ガス高温再生器、排ガス低温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、低温熱交換器、高温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、溶液流路が、吸収器からの溶液を、低温熱交換器被加熱側から、高温熱交換器被加熱側を経由して排ガス高温再生器に導き、次いで高温熱交換器加熱側を経由して低温再生器へと導き、また、排ガス低温再生器へと導いた後、低温熱交換器加熱側を経由して吸収器に戻す循環経路を有する排ガス投入型吸収冷温水機において、前記排ガス高温再生器が、矩形断面の排ガス通路中に、垂直伝熱管群を持ち、該垂直伝熱管群の上部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように気液室を、また、垂直伝熱管群の下部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように溶液供給室を設けた構造を有すると共に、前記溶液流路の高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管と、低温熱交換器被加熱側と排ガス低温再生器とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡したことを特徴とする排ガス投入型吸収冷温水機。
【請求項４】
前記溶液流路の低温熱交換器被加熱側と高温熱交換器の被加熱側とを結ぶ配管と、高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の排ガス投入型吸収冷温水機。
【請求項５】
前記溶液流路の排ガス高温再生器と高温熱交換器加熱側とを結ぶ流路に、高ポテンシャルエネルギを熱源とする高温再生器を設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の排ガス投入型吸収冷温水機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷温水機に係り、特にガスタービン、エンジン等の外部からの高温排ガスを吸収冷温水機の熱源として有効利用する排ガス駆動吸収冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温排ガスを排ガス高温再生器に投入する吸収冷温水機が、特公昭５７−２０５４３号公報あるいは実公昭６０−８２９２号公報等に示されている。
また、高温排ガスを排ガス高温再生器に投入し、負荷が大きく熱源不足の場合には、高温再生器で燃料を焚いて、溶液を加熱濃縮する方法が特開昭５８−４９８６９号公報に示されている。
これに対し、本発明者らは、先に、高温排ガスを熱源とし、冷温水を出力する冷温水機に、垂直伝熱管群を用いた排ガス高温再生器を採用することで、コンパクトで、溶液保有量が少なく起動特性のよい排ガス駆動吸収冷温水機とすることができることを提案している。
【０００３】
しかし、この排ガス高温再生器は、保有液量が少ないことから、排ガスに急激に加熱されると一気に圧力が上昇し、溶液供給が追いつかず空焚き傾向になると共に、溶液流出量が減少するので、低温発生器への流量が減少する。排ガス高温再生器で発生した冷媒蒸気は、低温再生器に熱を与え凝縮するのであるが、低温再生器の溶液量が減少することで凝縮しにくくなり、さらに蒸気圧を上げる方向になる。
一方、排ガス高温再生器への溶液供給が追いつき、排ガス高温再生器からの低温再生器に溶液が供給されるようになってくると、今度は逆に、冷媒蒸気の凝縮が活発になり、一気に圧力の低下が進むことになる。このように、排ガス高温再生器をコンパクトにし、溶液保有量を少なくしてくると、溶液の循環がスムーズでなくなり、従って、溶液熱交換器での熱回収が不充分になり、効率も低下してくる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記した事実に鑑み、垂直伝熱管群を用いた排ガス高温再生器を用いて、溶液循環をスムーズにしてコンパクト化した排ガス投入型吸収冷温水機を提供することを課題とする。
【０００５】
【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、排ガス高温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、低温熱交換器、高温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、該溶液流路が、吸収器からの溶液を、低温熱交換器被加熱側と高温熱交換器被加熱側を経由して排ガス高温再生器に導き、次いで高温熱交換器加熱側を経由して低温再生器に導いた後、低温熱交換器加熱側を経由して吸収器に戻す循環経路を有する排ガス投入型吸収冷温水機において、前記排ガス高温再生器が、矩形断面の排ガス通路中に、垂直伝熱管群を持ち、該垂直伝熱管群の上部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように気液室を、また、垂直伝熱管群の下部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように溶液供給室を設けた構造を有すると共に、前記溶液流路の高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管と、低温再生器と低温熱交換器加熱側とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡したことを特徴とする排ガス投入型吸収冷温水機としたものである。
前記吸収冷温水機には、排ガス低温再生器を増設し、熱源である高温排ガスを、排ガス高温再生器、排ガス低温再生器の順に投入することができる。
【０００６】
また、本発明では、排ガス高温再生器、排ガス低温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、低温熱交換器、高温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、溶液流路が、吸収器からの溶液を、低温熱交換器被加熱側から、高温熱交換器被加熱側を経由して排ガス高温再生器に導き、次いで高温熱交換器加熱側を経由して低温再生器へと導き、また、排ガス低温再生器へと導いた後、低温熱交換器加熱側を経由して吸収器に戻す循環経路を有する排ガス投入型吸収冷温水機において、前記排ガス高温再生器が、矩形断面の排ガス通路中に、垂直伝熱管群を持ち、該垂直伝熱管群の上部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように気液室を、また、垂直伝熱管群の下部に、垂直伝熱管群の開口部を覆うように溶液供給室を設けた構造を有すると共に、前記溶液流路の高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管と、低温熱交換器被加熱側と排ガス低温再生器とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡したことを特徴とする排ガス投入型吸収冷温水機としたものである。
これらの吸収冷温水機において、前記溶液流路の低温熱交換器被加熱側と高温熱交換器の被加熱側とを結ぶ配管と、高温熱交換器の加熱側と低温再生器とを結ぶ配管との間を、流量制限機構を有する配管で連絡することができ、また、前記溶液流路の排ガス高温再生器と高温熱交換器加熱側とを結ぶ流路に、高ポテンシャルエネルギを熱源とする高温再生器を設けることができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１〜図４は、本発明に用いる吸収冷温水機のフロー構成図である。
図において、Ａは吸収器、Ｇは低温再生器、ＧＨは高温再生器、ＧＨＸは排ガス高温再生器、ＧＬＸは排ガス低温再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、Ｘは低温熱交換器、ＸＨは高温熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、ＹＰは垂直伝熱管、ＹＬは溶液供給室、ＹＧは気液室、１は高温排ガス流路、２は燃料供給路、３、７はバイパス配管、４〜６、８は絞り機構、９は液位検出装置、１０は排ガス通路、１１〜１７は溶液流路、１８〜２２は冷媒流路である。
【０００８】
このように、本発明では、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、低温再生器Ｇ、凝縮器Ｃを一つの角型缶胴に収め、この缶胴とは別に、高温排ガスを熱源とする排ガス高温再生器ＧＨＸ、排ガス低温再生器ＧＬＸと、燃料を熱源とする高温再生器ＧＨと溶液熱交換器ＸＨ、Ｘが配備されている。そして、この缶胴の吸収器Ａ及び低温再生器Ｇと、排ガス高温再生器ＧＨＸ、排ガス低温再生器ＧＬＸ、高温再生器ＧＨとは、溶液流路１１〜１７及び冷媒流路２０〜２２でそれぞれ接続されている。排ガス高温再生器ＧＨＸ、排ガス低温再生器ＧＬＸは、内部に高温排ガスが通る矩形断面の排ガス通路１０を有し、該通路１０に垂直伝熱管ＹＰ群が備えられ、該垂直伝熱管群の上部が気液分離室ＹＧ、下部が溶液供給室ＹＬを構成している。
本発明は、冷媒に水、吸収溶液に無機塩類水溶液を用いた吸収冷温水機を対象とする。
【０００９】
次に、図１を用いて本発明を説明する。
図１では、吸収器Ａからの溶液を流路１１を通り、低温熱交換器Ｘ被加熱側、高温熱交換器ＸＨ被加熱側を経由して排ガス高温再生器ＧＨＸに導き、次いで流路１２を通り、高温熱交換器ＸＨ加熱側を経由して低温再生器Ｇに導いた後、流路１３から低温熱交換器Ｘ加熱側を経由して、流路１４から吸収器Ａに戻している。吸収器Ａから排ガス高温再生器ＧＨＸへの送り込みは、溶液ポンプＳＰで行っている。つまり、排ガス高温再生器ＧＨＸと吸収器Ａとの差圧、位置ヘッドの差、溶液熱交換器、配管の圧力損失等はポンプヘッドで賄っている。
一方、排ガス高温再生器ＧＨＸからの流出は、排ガス高温再生器ＧＨＸと低温再生器Ｇとの差圧及び位置ヘッド差を駆動力として行っているが、前記差圧は、運転状態によって変化する。図に示すように、低温再生器Ｇの位置が、排ガス高温再生器ＧＨＸより上部に配置されている場合、差圧が、位置ヘッド差に打ち勝つ必要があり、差圧が小さい場合、流出できなくなる。
【００１０】
低温再生器Ｇの内圧変化は小さいが、排ガス高温再生器ＧＨＸの内圧変化は大きく、排ガス高温再生器ＧＨＸからの流出量（戻し量）は内圧によって大きく変化する。
排ガス高温再生器ＧＨＸへの送り込量は、排ガス高温再生器ＧＨＸの液面などを液面検出装置９で検出し、溶液戻し能力に見合った量としている。例えば、排ガス高温再生器ＧＨＸ出口液面が高くなれば、ポンプの回転数を低くし、ポンプヘッドを抑えて流入量を減らし、排ガス高温再生器ＧＨＸ出口液面が低くなれば、ポンプの回転数を高くし、ポンプヘッドを増して流入量を増加させるなどの制御をインバータ（ＩＮＶ）でしている。
【００１１】
冷温水機の起動時を考えると、冷温水機内圧は各機器ほぼ一定の状態からスタートし、溶液ポンプＳＰにより溶液が吸収器Ａから排ガス高温再生器ＧＨＸに送り込まれるが、内圧差が、位置ヘッド差に打ち勝てず、排ガス高温再生器ＧＨＸの液面が上昇し、溶液ポンプ回転数を低下させ、殆ど流れない状態になる。排ガスが投入されると、排ガス高温再生器ＧＨＸの内圧は急激に上昇し、溶液が流出して液面が低下し、溶液ポンプ回転数を急激に上げる必要がでてくる。回転数が上がり、溶液供給量が増加した時には、低温再生器Ｇにも溶液が排ガス再生器ＧＨＸ側から供給され、排ガス再生器ＧＨＸの冷媒蒸気が凝縮し、排ガス高温再生器ＧＨＸの内圧が逆に急激に低下し、溶液の流出能力も低下する。このような関係で、溶液の循環がハンチングを起こすような現象が生じ易い。
この現象は、内圧低下時に、溶液流出が殆ど無くなるようなことから生じている。
【００１２】
そこで、本発明では、高温熱交換器ＨＸの加熱側から低温再生器Ｇへの溶液流路１２の配管と、低温再生器Ｇから低温熱交換器Ｘ加熱側への溶液流路１３の配管との間を、流量制限機構（絞り機構）４を有するバイパス配管３で連絡し、排ガス高温再生器ＧＨＸから吸収器Ａに位置ヘッド差で少量であっても流量を確保し、流量が無くなることを防ぎ、また溶液ポンプＳＰの回転速度を極端に低下することを防いでいる。流量制限機構４は、制御弁として、溶液の循環がハンチングを起こしそうなとき、又は起こした時に弁を開方向としてもよい。溶液の循環がハンチングを起こしそうなときとは、例えば、排ガス高温再生器ＧＨＸの圧力あるいは露点（飽和蒸気温度）が低い時などである。
【００１３】
また、本発明では、低温熱交換器Ｘ被加熱側と高温熱交換器ＸＨ被加熱側とを結ぶ溶液流路１１の配管と、高温熱交換器ＸＨの加熱側と低温再生器Ｇとを結ぶ溶液流路１２の配管との間を、流量制限機構（絞り機構）５を有する溶液流路１５の配管で連絡し、低温再生器Ｇに少量ではあっても流量を確保し、排ガス高温再生器ＧＨＸの冷媒蒸気が凝縮できるようにしている。特に、低温再生器Ｇが溶液散布型の伝熱器である場合、溶液流量がなくなると、排ガス高温再生器ＧＨＸの内圧が一気に上昇するので、この最小流量確保の配管は有効である。前記流量制限機構５を制御弁として、溶液の循環がハンチングを起こしそうなとき、又は起こした時に弁を開方向としてもよい。
【００１４】
図２は、排ガス高温再生器ＧＨＸから高温熱交換器ＸＨ加熱側への溶液流路１２の間に、高ポテンシャルエネルギ（燃料、蒸気など）を熱源とする（追焚き用）高温再生器ＧＨを設けたものに、本発明を適用した例である。
図３は、排ガス低温再生器ＧＬＸを付加した例であり、排ガス高温再生器ＧＨＸで熱源として利用した排ガスを、排ガス低温再生器ＧＬＸに導いて熱源として利用し、低温再生器Ｇで加熱濃縮された溶液を排ガス低温再生器ＧＬＸに導き、さらに加熱濃縮している。
図２のように、排ガス高温再生器ＧＬＸから高温熱交換器ＸＨ加熱側への溶液流路１２の間に、高ポテンシャルエネルギ（燃料、蒸気など）を熱源とする（追焚き用）高温再生器ＧＨを設けてもよい。
【００１５】
また、ガスエンジンのように、高温排ガスと共にエンジンジャケットからの温水も熱源として利用できる場合、図３の排ガス低温再生器ＧＬＸの代わりに、温水低温再生器としても差支えないし、また、温水低温再生器をさらに追加しても差支えない。
図４は、排ガス低温再生器ＧＬＸを付加した例であり、排ガス高温再生器ＧＨＸの流出能力確保のため、高温熱交換器ＸＨの加熱側から低温再生器Ｇへの溶液配管と、排ガス低温再生器ＧＬＸへ溶液を送る溶液流路１６の配管とを、流量制限機構（絞り機構）８を有するバイパス配管７で連絡したもので、排ガス高温再生器ＧＨＸから排ガス低温再生器ＧＬＸに位置ヘッド差（液面差）で、少量であっても流量を確保し、流量が零になることを防ぎ、また溶液ポンプＳＰの回転速度を極端に低下することを防いでいる。
図１〜図４では、排ガスの流れ方向と、吸収溶液の出入口方向との関係を平行流で示しているが、対向流であっても差支えなく、伝熱的には対向流が好ましい。
冷凍機専用とすることも、また暖房の可能な冷温水機とすることもできる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、吸収冷温水機の起動時の排ガス高温再生器内の内圧変動による溶液循環の不具合を是正し、溶液循環をスムーズにし、排ガス高温再生器に垂直伝熱管群を用いたコンパクト化した排ガス投入型吸収冷温水機を提供できた。また、排ガスの熱源が不足するときには、燃料で熱源をバックアップできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いる吸収冷温水機の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明に用いる吸収冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図３】本発明に用いる吸収冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図４】本発明に用いる吸収冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【符号の説明】
Ａ：吸収器、Ｇ：低温再生器、ＧＨ：高温再生器、ＧＨＸ：排ガス高温再生器、ＧＬＸ：排ガス低温再生器、Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、Ｘ：低温熱交換器、ＸＨ：高温熱交換器、ＳＰ：溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、ＹＰ：垂直伝熱管、ＹＬ：溶液供給室、ＹＧ：気液室、１：高温排ガス流路、２：燃料供給路、３、７：バイパス配管、４〜６、８：絞り機構、９：液位検出装置、１０：排ガス通路、１１〜１７：溶液流路、１８〜２２：冷媒流路
【図１】
2004053123.tif 000003
【図２】
2004053123.tif 000004
【図３】
2004053123.tif 000005
【図４】
2004053123.tif 000006