(57)【要約】【課題】エンジン排熱を利用して、再生器を過大な設備にすることなく、吸収器および凝縮器からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得る。【解決手段】アンモニア−水系混合媒体の溶液を収容するとともに冷媒を蒸発分離する再生器８に凝縮器１０を接続し、再生器８で蒸発分離させたアンモニア蒸気を導入して凝縮液化する。再生器８に吸収器１２を接続し、吸収器１２および凝縮器１０に蒸発器１４を接続し、蒸発器１４内のアンモニア蒸気を圧縮機２４で吸引して吸収器１２に加圧供給する。排ガスボイラ２０でエンジン排熱により蒸発させたアンモニア−水系混合媒体の蒸気でタービン２１を駆動して圧縮機２４を駆動する。圧縮機２４の圧力比を１．５以上にするとともに、吸収器１２内でのアンモニア濃度を調整し、吸収器１２および凝縮器１０を通った冷却水から４０℃以上の温熱を回収する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアを冷媒、水を吸収剤とするアンモニア−水系混合媒体を収容するとともにエンジン冷却水の加熱により冷媒を蒸発分離する再生器と、
前記再生器に接続されて前記再生器で蒸発分離させた冷媒を導入して凝縮液化する凝縮器と、
前記再生器に接続されて前記再生器から供給される冷媒蒸発後の吸収剤に冷媒を吸収して前記再生器に戻す吸収器と、
前記凝縮器および前記吸収器に接続されて前記凝縮器からの冷媒液を蒸発する蒸発器と、
前記蒸発器内の冷媒を吸引して前記吸収器に加圧供給する圧縮機と、
前記圧縮機に連動連結されるタービンと、
前記タービンに前記吸収器から供給されるアンモニア−水系混合媒体を、エンジン排ガスにより蒸発させる排ガスボイラと、
前記吸収器および前記凝縮器を冷却する冷却水配管と、
前記冷却水配管から取り出される冷却水から温熱を回収する熱回収手段とを備え、
前記圧縮機の圧力比が１．５以上になるように設定し、かつ、前記冷却水配管から取り出される冷却水の温度が４０℃以上になるように前記吸収器内でのアンモニア−水系混合媒体のアンモニア濃度を調整するように構成したことを特徴とするアンモニア吸収ヒートポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、
吸収器から再生器に供給する溶液流量と前記再生器での冷媒発生量とによる溶液循環比が２〜１０になるように設定してあるアンモニア吸収ヒートポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、
再生器で発生する冷媒の一部を排ガスボイラに供給するように構成してあるアンモニア吸収ヒートポンプ。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれかに記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、
蒸発器に、前記蒸発器で得られる冷熱を取出す冷熱取り出し手段を付設してあるアンモニア吸収ヒートポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン排熱を回収して、吸収器および凝縮器を冷却する冷却水に回収された熱を暖房や給湯などに利用できるアンモニア吸収ヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン排熱を回収して熱を取り出すものとして、従来、特許文献１にに開示されているものがあった。
【０００３】
この従来例によれば、エンジンの排熱を熱源とする単効用吸収冷凍機の蒸発器と吸収器との間に圧縮機を介装するとともに、蒸発器に冷凍用媒体取り出し管を付設し、蒸発器内の圧力を低下させ、蒸発器での蒸発潜熱を利用して低温の冷熱を取出せるように構成している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−４８４２６号公報（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述従来例において、吸収器および凝縮器にクーリングタワーからの冷却水を供給し、吸収器および凝縮器を冷却しているが、その冷却によって回収された熱は外気中に放出しており、吸収器および凝縮器からの冷却水に回収された排熱を更に回収しようとするものは、従来無かった。
【０００６】
この理由は次の通りである。
すなわち、図２のデューリング線図に示すように、従来の構成で、吸収器および凝縮器からの冷却水の温度を高くしようとすると、吸収器出口▲３▼での温度および再生器入口▲４▼での温度が高くなるとともに、吸収器から再生器に供給する溶液流量と再生器での冷媒発生量とによる溶液循環比が高くなる。
【０００７】
例えば、一般のアンモニア吸収冷凍機で、３５．５℃の冷却水から２℃高い３７．５℃を得ようとするだけでも、図３のグラフのＪ（従来例の冷却水の取り出し温度に対する溶液循環比の変化を示す線）から明らかなように、溶液循環比が５０倍以上となり、再生器として過大な設備が必要となるばかりか、暖房や給湯に必要な４０℃以上を得ることができなかったからである。
溶液循環比＝（１−ξｂ）／（ξａ−ξｂ）
ここで、ξａは、吸収器出口▲３▼および再生器入口▲４▼でのアンモニア濃度であり、ξｂは、再生器出口▲５▼および吸収器入口▲６▼でのアンモニア濃度である。▲１▼は凝縮器を▲２▼は蒸発器をそれぞれ示す。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、エンジン排熱を利用して、再生器を過大な設備にすることなく、吸収器および凝縮器からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得ることができるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、再生器を過大な設備にすることなく適切な温度の熱を得ることができるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、溶液循環比を大きくせずに、より高温の熱を得ることができるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明は、蒸発器から冷熱を得ながら、吸収器および凝縮器からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得ることができるようすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプは、上述のような目的を達成するために、
アンモニアを冷媒、水を吸収剤とするアンモニア−水系混合媒体を収容するとともにエンジン冷却水の加熱により冷媒を蒸発分離する再生器と、
前記再生器に接続されて前記再生器で蒸発分離させた冷媒を導入して凝縮液化する凝縮器と、
前記再生器に接続されて前記再生器から供給される冷媒蒸発後の吸収剤に冷媒を吸収して前記再生器に戻す吸収器と、
前記凝縮器および前記吸収器に接続されて前記凝縮器からの冷媒液を蒸発する蒸発器と、
前記蒸発器内の冷媒を吸引して前記吸収器に加圧供給する圧縮機と、
前記圧縮機に連動連結されるタービンと、
前記タービンに前記吸収器から供給されるアンモニア−水系混合媒体を、エンジン排ガスにより蒸発させる排ガスボイラと、
前記吸収器および前記凝縮器を冷却する冷却水配管と、
前記冷却水配管から取り出される冷却水から温熱を回収する熱回収手段とを備え、
前記圧縮機の圧力比が１．５以上になるように設定し、かつ、前記冷却水配管から取り出される冷却水の温度が４０℃以上になるように前記吸収器内でのアンモニア−水系混合媒体のアンモニア濃度を調整するように構成する。
【００１０】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプの構成によれば、蒸発器内の冷媒を吸引して吸収器に加圧供給する圧縮機の圧力比が１．５以上になるように設定することで、溶液循環比を大きくせずに、冷却水配管から取り出される冷却水の温度を高くすることができる。
すなわち、図２に示すように、圧縮機で蒸発器内の冷媒を吸引することにより、蒸発器内の圧力▲２▼を低下させ、これにより、吸収器内の圧力を、圧力を低下させる前の圧力レベル▲２▼‘まで高くすることになり、冷却水配管から取り出される冷却水の温度を高くしたとき（ｔ→ｔ’）におけるアンモニア濃度を従来よりも高くでき、溶液循環比を大きくせずに、冷却水配管から取り出される冷却水の温度を高くできるのである。
また、図４の圧力レベルの変化を示す図に示すように、蒸発器の圧力Ｐとタービンの入口圧力Ｔを固定した場合、吸収器内のアンモニア濃度を高くすると、吸収器内の圧力が高くなり（Ｐｏ‘→Ｐｏ）、圧縮機のヘッドがＣＨ→ＣＨ´となって仕事量が減るとともにタービンのヘッドがＴＨ→ＴＨ´となって仕事量が増加する。アンモニア濃度を低くすると、逆になる。このことにより、吸収器内のアンモニア濃度を調整することで、タービンと圧縮機の動力バランスを取ることが可能となり、冷却水配管から所望の温度の熱を取り出すことができる。
したがって、エンジン排熱を利用して、再生器を過大な設備にすることなく、冷却水配管からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得ることができ、エンジン排熱を成績係数大にして温熱状態で回収することができる。
【００１１】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、
吸収器から再生器に供給する溶液流量と前記再生器での冷媒発生量とによる溶液循環比が２〜１０になるように設定する。
溶液循環比が２未満になると、冷却水配管から取り出される冷却水の温度を４０℃以上に高めづらくなり、一方、溶液循環比が１０を越えると、再生器が大型化して設備が過大になるからである。
【００１２】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプの構成によれば、溶液循環比を特定の範囲に設定するから、再生器を過大な設備にすることなく適切な温度の熱を得ることができ、エンジン排熱を、成績係数が高い状態で温熱として良好に回収することができる。
【００１３】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または２に記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、
再生器で発生する冷媒の一部を排ガスボイラに供給するように構成する。
【００１４】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプの構成によれば、再生器で発生する冷媒の一部を排ガスボイラに供給することで、蒸発器に供給される冷媒量を減少して圧縮機の動力を減少し、一方、排ガスボイラでの排熱回収量を増加してタービンの出力を増加し、圧縮機とタービンとのバランスをとることができる。
したがって、溶液循環比を大きくせずに圧縮機の圧力比を大きくして、より高温の熱を得ることができる。
【００１５】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３のいずれかに記載のアンモニア吸収ヒートポンプにおいて、蒸発器に、前記蒸発器で得られる冷熱を取出す冷熱取り出し手段を付設して構成する。
【００１６】
（作用・効果）
請求項４に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプの構成によれば、蒸発器での蒸発潜熱を利用して蒸発器から冷熱を取り出すことができる。
したがって、蒸発器から冷熱を得ながら、吸収器および凝縮器からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得ることができ、温熱および冷熱の両方の需要に応じることができ、有用性大である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るアンモニア吸収ヒートポンプの実施例を示す概略構成図であり、ガスエンジン１に、カップリング２を介して発電機３が連動連結されている。
【００１８】
ガスエンジン１の排気管にガス配管４が接続され、そのガス配管４に、ＮＯｘ成分を除去する脱硝装置５が付設されている。
ガスエンジン１のエンジン冷却部１ａの出口と入口とにわたって、エンジン冷却水（ジャケット冷却水）を循環する第１のポンプ６を介装した循環配管７が接続され、この循環配管７に、単効用吸収冷凍機を構成する再生器８が設けられている。再生器８には、ガスエンジン１からのエンジン冷却水（温度８５〜９５℃）によって蒸発可能なアンモニアを冷媒とし、かつ、水を吸収剤としたアンモニア−水系混合媒体としてのアンモニア−水系溶液が収容されている。
【００１９】
再生器８には、精留器９を介して水を分離したアンモニア蒸気を供給するように凝縮器１０が連通接続され、再生器８に第１の配管１１を介して吸収器１２が接続されるとともに、凝縮器１０に第２の配管１３を介して蒸発器１４が接続され、更に、吸収器１２と蒸発器１４とが連通接続され、単効用吸収冷凍機が構成されている。
【００２０】
凝縮器１０では、再生器８で蒸発した冷媒を凝縮液化し、その液化した冷媒を蒸発器１４に噴霧供給により戻すようになっている。
蒸発器１４では、吸収器１２における吸収剤による冷媒の吸収に伴い、冷媒が蒸発するようになっている。
【００２１】
吸収器１２から再生器８にわたって、第１の溶液ポンプ１５を介装した第３の配管１６が接続され、この第３の配管１６と第１の配管１１との間に第１の熱交換器１７が設けられ、再生器８に戻す液化したアンモニア−水系溶液を、再生器８から吸収器１２に流すアンモニア−水系溶液によって加熱するようになっている。
【００２２】
第３の配管１６の吸収器１２と第１の熱交換器１７との間に、第２の溶液ポンプ１８を介装した分岐配管１９が接続され、この分岐配管１９とガス配管４とにわたって排ガスボイラ２０が設けられ、液化したアンモニア−水系溶液をガスエンジン１からの排気ガスとの伝熱により加熱し、高温高圧の蒸気を発生させるように構成されている。
【００２３】
分岐配管１９にタービン２１が接続されるとともに、そのタービン２１と第１の配管１１とが第４の配管２２を介して接続され、単効用吸収冷凍機の作動媒体であるアンモニア−水系溶液の高温高圧の蒸気によってタービン２１を駆動するとともに、タービン２１から排出される蒸気を吸収器１２に戻すように構成されている。
【００２４】
第４の配管２２の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、タービン２１から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液の温度を高くできるように構成されている。
ただし、第４の配管２２中のアンモニア排蒸気によって第３の配管１６内の吸収器１２から再生器８へ供給されるアンモニア−水系溶液を加熱しても同等な効果が得られる。
【００２５】
タービン２１に伝動軸２３を介して圧縮機２４が一体的に連動連結されている。第２の配管１３の途中箇所に第２の熱交換器２５が設けられ、この第２の熱交換器２５で熱交換可能に、吸収器１２と前述の圧縮機２４とを接続する蒸気吸引配管２６が設けられ、圧縮機２４によって蒸発器１４内の蒸気を吸引するようになっている。
【００２６】
圧縮機２４と第１の配管１１とが蒸気配管２７を介して接続され、その蒸気配管２７の途中箇所が、再生器８内におけるエンジン冷却水との熱交換後のアンモニア−水系溶液と熱交換するように再生器８内に導入され、圧縮機２４から排出される蒸気の熱を利用して、再生器８から出て吸収器１２に供給されるアンモニア−水系溶液を加熱してその温度を高くし、その後に、吸収器１２に供給するように構成されている。
【００２７】
蒸発器１４に、冷熱取り出し手段としての、媒冷凍用媒体としてのブラインを取り出す冷凍用媒体取り出し管２８が付設され、この冷凍用媒体取り出し管２８が冷凍倉庫や保冷庫などの冷凍用熱源（図示せず）に導入されるようになっている。
【００２８】
蒸発器１４の底部と蒸気吸引配管２６とにわたり、第３の溶液ポンプ２９を介装した冷却配管３０が接続され、その冷却配管３０の途中箇所が吸収器１２内に通され、蒸発器１４内のアンモニア−水系溶液を供給して吸収器１２内のアンモニア−水系溶液を冷却し、吸収器１２内の圧力を低下できるように構成されている。
【００２９】
冷却配管３０に流量調整弁３１が設けられ、冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４からの冷凍用媒体の取出し管部分に、冷凍用媒体の温度を測定する温度センサ３２が設けられている。温度センサ３２がコントローラ３３に接続され、そのコントローラ３３に流量調整弁３１が接続されている。温度センサ３２は、冷凍用媒体取り出し管２８の蒸発器１４への冷凍用媒体の戻り管部分に設けても良い。
【００３０】
コントローラ３３では、温度センサ３２で測定される冷凍用媒体の温度と、例えば−１０℃などの設定温度とを比較し、冷凍負荷が高くて測定温度が設定温度よりも高いときには、流量調整弁３１の開度を減少させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を増加し、一方、冷凍負荷が低くて測定温度が設定温度よりも低いときには、流量調整弁３１の開度を増加させて蒸発器１４でのアンモニア−水系溶液の蒸発量を減少しながら吸収器１２に供給するアンモニア−水系溶液の流量を増加し、温度センサ３２で測定される冷凍用媒体の温度が一定になるように、すなわち、蒸発器１４から取出される冷凍用媒体の温度を設定温度に維持するように構成されている。
【００３１】
凝縮器１０および吸収器１２には、クーリングタワーからの冷却水を供給する冷却水配管３４が通されている。
冷却管３４の凝縮器１０よりも下流側において、熱回収手段としての第３の熱交換器３５が設けられ、その第３の熱交換器３５と暖房機３６とにわたって冷媒回路３７が接続され、吸収器１２および凝縮器１０を経て冷却水配管３４から取り出される冷却水に回収された熱を暖房に利用できるように構成されている。
上記冷媒回路３７と暖房機３６とに代えて、第３の熱交換器３５に水を流し、得られる温水を貯湯槽に貯め、給湯などに利用するように構成しても良い。
【００３２】
圧縮機２４の圧力比が１．５以上になるように設定され、また、冷却水配管３４から取り出される冷却水の温度が４０℃となるように、吸収器１２内でのアンモニア−水系混合媒体のアンモニア濃度が次のようにして調整設定されている。
【００３３】
図３のグラフに示すように、冷却水の取り出し温度に対する圧縮機２４の圧力比Ａｐと溶液循環比Ａｆが特定されており、得ようとする取り出し温度から溶液循環比を求め、その溶液循環比に対応するアンモニア濃度を、図２のデューリング線図から求め、得られた濃度になるように予め設定すれば良いのである。また、吸収器１２に純アンモニア溶液の溶液と混合溶液の容器とを接続しておき、吸収器１２内のアンモニア濃度を測定し、その測定濃度に基づいて、純アンモニア溶液を補充したり、混合溶液と交換するなどにより、吸収器１２内のアンモニア濃度を所定の濃度に自動的に維持させるようにしても良い。
【００３４】
凝縮器１０と分岐配管１９とが、第５の配管３８を介して接続され、再生器８で発生する冷媒の一部を排ガスボイラ２０に供給し、蒸発器１４に供給される冷媒量を減少して圧縮機２４の動力を減少し、一方、排ガスボイラ２０での排熱回収量を増加してタービン２１の出力を増加し、圧縮機２４とタービン２１とのバランスをとり、溶液循環比を大きくせずに圧縮機２４の圧力比を大きくして、より高温の熱を得ることができるように構成されている。この場合の圧縮機２４の圧力比Ｂｐと溶液循環比Ｂｆとの関係を図３に示す。この場合、冷却水の取り出し温度が４５℃のときに成績係数１．５が得られ、５０℃のときに成績係数１．３程度が得られる。
【００３５】
上記実施例では、蒸発器１４から冷熱を取り出すように構成しているが、本発明としては、冷熱を取り出さず、冷却水から温熱のみを取り出すように構成する吸収ヒートポンプでも良い、
【００３６】
また、上記実施例では、ガスエンジン１によって発電機３を駆動して電力を取り出す、いわゆるコジェネレーションシステムを示したが、ガスエンジン１によって各種の機械装置を駆動する場合にも適用できる。
【００３７】
上述実施例のガスエンジン１としては、汎用のガスエンジンやディーゼルエンジンやスターリングエンジンなど各種のガスエンジンを用いることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明のアンモニア吸収ヒートポンプの構成によれば、蒸発器内の冷媒を吸引して吸収器に加圧供給する圧縮機の圧力比が１．５以上になるように設定することで、溶液循環比を大きくせずに、冷却水配管から取り出される冷却水の温度を高くすることができるから、エンジン排熱を利用して、再生器を過大な設備にすることなく、冷却水配管からの冷却水から暖房や給湯に利用可能な熱を得ることができ、エンジン排熱を成績係数大にして温熱状態で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアンモニア吸収ヒートポンプの実施例を示す概略構成図である。
【図２】デューリング線図である。
【図３】冷却水の取り出し温度と溶液循環比および圧縮機の圧力比との相関を示すグラフである。
【図４】圧力レベルの変化を示す図である。
【符号の説明】
８…再生器
１０…凝縮器
１２…吸収器
１４…蒸発器
２０…排ガスボイラ
２１…タービン
２４…圧縮機
２８…冷凍用媒体取り出し管（冷熱取り出し手段）
３４…冷却水配管
３５…第３の熱交換器（熱回収手段）
【図１】
2004301344.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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