(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収液を熱媒体とし、バーナーに供給した燃料の燃焼熱を駆動源とする吸収式冷温水機であって、
前記吸収液を濃縮する再生器と、前記バーナーで発生する排ガスから熱を回収する排ガス熱交換器と、を有し、
前記排ガス熱交換器は、前記熱媒体を供給する入口配管と、入口ヘッダー管と、複数の伝熱管と、前記伝熱管に付設され前記排ガスに接触するフィンと、出口ヘッダー管と、出口配管と、を含み、前記熱媒体と前記排ガスとの熱交換をするものであって、
前記入口ヘッダー管には、前記複数の伝熱管の一方の端部が接続され、
前記複数の伝熱管の他方の端部は、前記出口ヘッダー管に接続され、
前記出口ヘッダー管は、前記出口配管に接続され、
前記入口ヘッダー管には、その内部を少なくとも２つの領域に分割する仕切り板が設けられ、
分割された前記入口ヘッダー管の領域には、前記入口配管又は前記入口配管から分岐したバイパス管が接続され、
前記バイパス管は、前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁を有し、
前記排ガスの入口温度の分布を測定するための気体温度センサを少なくとも２つ有し、
前記出口配管には、前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度センサを設け、
前記気体温度センサ及び前記熱媒体温度センサの測定結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する、吸収式冷温水機。
【請求項２】
前記バイパス管には、前記流量調整弁の上流側と下流側とを接続する２次バイパス管が付設され、
前記２次バイパス管の流路断面積は、前記バイパス管の流路断面積よりも小さい、請求項１記載の吸収式冷温水機。
【請求項３】
前記入口ヘッダー管の複数の領域のうちの１つと前記出口配管とを接続する３次バイパス管を有し、
前記３次バイパス管は、１次電磁弁が設けられ、
前記出口配管には、前記出口配管における前記３次バイパス管の接続部の上流側に２次電磁弁が設けられ、
前記流量調整弁、前記１次電磁弁及び前記２次電磁弁の開度を調整することにより、
前記入口ヘッダー管の複数の領域における前記熱媒体の流れの向きを変更可能とした、請求項１又は２に記載の吸収式冷温水機。
【請求項４】
液体を含む熱媒体を供給する入口配管と、入口ヘッダー管と、複数の伝熱管と、前記伝熱管に付設され気体に接触するフィンと、出口ヘッダー管と、出口配管と、を備え、
前記熱媒体と前記気体との熱交換をする熱交換器であって、
前記入口ヘッダー管には、前記複数の伝熱管の一方の端部が接続され、
前記複数の伝熱管の他方の端部は、前記出口ヘッダー管に接続され、
前記出口ヘッダー管は、前記出口配管に接続され、
前記入口ヘッダー管には、その内部を少なくとも２つの領域に分割する仕切り板が設けられ、
分割された前記入口ヘッダー管の領域には、前記入口配管又は前記入口配管から分岐したバイパス管が接続され、
前記バイパス管は、前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁を有し、
前記気体の入口温度の分布を測定するための気体温度センサを少なくとも２つ有し、
前記出口配管には、前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度センサを設け、
前記気体温度センサ及び前記熱媒体温度センサの測定結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整する、熱交換器。
【請求項５】
前記バイパス管には、前記流量調整弁の上流側と下流側とを接続する２次バイパス管が付設され、
前記２次バイパス管の流路断面積は、前記バイパス管の流路断面積よりも小さい、請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記入口ヘッダー管の複数の領域のうちの１つと前記出口配管とを接続する３次バイパス管を有し、
前記３次バイパス管は、１次電磁弁が設けられ、
前記出口配管には、前記出口配管における前記３次バイパス管の接続部の上流側に２次電磁弁が設けられ、
前記流量調整弁、前記１次電磁弁及び前記２次電磁弁の開度を調整することにより、
前記入口ヘッダー管の複数の領域における前記熱媒体の流れの向きを変更可能とした、請求項４又は５に記載の熱交換器。
【請求項７】
吸収液を熱媒体とし、バーナーに供給した燃料の燃焼熱を駆動源とし、
吸収器と、蒸発器と、前記吸収液を濃縮する再生器と、凝縮器と、前記バーナーで発生する排ガスから熱を回収する排ガス熱交換器と、を有する吸収式冷温水機の制御方法であって、
前記排ガス熱交換器は、前記熱媒体を供給する入口配管と、入口ヘッダー管と、複数の伝熱管と、前記伝熱管に付設され前記排ガスに接触するフィンと、出口ヘッダー管と、出口配管と、を含み、前記熱媒体と前記排ガスとの熱交換をするものであって、
前記入口ヘッダー管には、前記複数の伝熱管の一方の端部が接続され、
前記複数の伝熱管の他方の端部は、前記出口ヘッダー管に接続され、
前記出口ヘッダー管は、前記出口配管に接続され、
前記入口ヘッダー管には、その内部を少なくとも２つの領域に分割する仕切り板が設けられ、
分割された前記入口ヘッダー管の領域には、前記入口配管又は前記入口配管から分岐したバイパス管が接続され、
前記バイパス管は、前記熱媒体の流量を調整する流量調整弁を有し、
前記排ガスの入口温度の分布を測定するための気体温度センサを少なくとも２つ有し、
前記出口配管には、前記熱媒体の温度を測定する熱媒体温度センサを設け、
前記気体温度センサ及び前記熱媒体温度センサの測定結果に基づいて、前記流量調整弁の開度を調整するものであり、
前記入口ヘッダー管の複数の領域のうちの１つと前記出口配管とを接続する３次バイパス管を有し、
前記３次バイパス管は、１次電磁弁が設けられ、
前記出口配管には、前記出口配管における前記３次バイパス管の接続部の上流側に２次電磁弁が設けられ、
前記流量調整弁、前記１次電磁弁及び前記２次電磁弁の開度を調整することにより、
前記入口ヘッダー管の複数の領域における前記熱媒体の流れの向きを変更可能としたものであり、
前記吸収器から流出する前記吸収液の流量を測定する流量センサを有し、
前記流量センサにより測定した流量が少ない場合は、前記１次電磁弁を全開とし、前記２次電磁弁を全閉とする、吸収式冷温水機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収式冷温水機、熱交換器、吸収式冷温水機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸収液として、例えば臭化リチウム水溶液を用い、冷媒として水を用いる吸収式冷温水機が一般に知られている。吸収式冷温水機のサイクルでは、冷媒を吸収した溶液を再生するために、加熱源より溶液に熱を加え、冷媒を蒸発させることで濃縮を行う。この加熱源にバーナーによる燃焼ガスを用い、さらに暖房運転も行えるようにしたものを直火焚き吸収式冷温水機と呼び、広く空調用の熱源機として用いられている。また、吸収式冷温水機は、種々の熱源の利用が可能であることから、ガスタービンから排出される高温の燃焼排ガスを熱源として駆動することもできる。
【０００３】
このような吸収式冷温水機には、エネルギー効率を高めるため、高温再生器で熱を与えた後の排ガスから熱回収を行う熱交換器が配置されている。
【０００４】
特許文献１には、冷媒の加熱又は冷却をする熱交換器の例が記載されている。
【０００５】
特許文献１に記載の熱交換器は、複数のチューブと、これらのチューブの一端に接続された第１ヘッダと、複数のチューブの他端に接続された第２ヘッダとを備え、第１ヘッダ及び第２ヘッダはそれぞれ、電磁弁により開閉可能な連通路を有する仕切り板を有し、熱交換器を流れる冷媒の流量を変更できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−３０９７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記、吸収式冷温水機は、高温再生器にバーナーが直結されている。バーナーで燃料を燃焼させ、その燃焼熱を高温再生器に投入し、吸収式冷温水機の駆動源としている。熱回収が終了した後、排ガスとなって高温再生器から排出される。その時点で、その排ガスが持つ熱エネルギー（排ガス温度）は十分高い。そこで排ガスを排ガス熱交換器に投入し、排ガスが持つ熱を溶液に回収させ、吸収式冷温水機の駆動源として利用する。
【０００８】
そして、最終的に排ガスは、大気汚染物質を取り除いた後、大気に開放される。
【０００９】
近年、吸収式冷温水機は大容量化の方向に進んでおり、それに対応するために吸収式冷温水機システム全体を構成する各熱交換器の大容量化が求められている。
【００１０】
特に、上記排ガス熱交換器は、フィン・アンド・チューブ式の熱交換器（以下、「フィンチューブ式熱交換器」という。）を採用しており、大容量化に伴い熱交換器の高さ方向の寸法が大きくなる。つまり、排ガス熱交換器の内部は、ひとつの熱交換器ユニットを高さ方向に多段化した構造になっている。そして、吸収式冷温水機の大容量化に伴い、その段数（高さ）は増加する傾向にある。また、高温再生器と排ガス熱交換器は、高温再生器の排ガス流路下流側に煙道ダクトを介して排ガス熱交換器を接続する。高温再生器から排出された排ガスは、煙道ダクトを通り、排ガス熱交換器へ送られ、排ガスの熱を溶液に回収する。そこで加熱された溶液は、高温再生器へ送られる。
【００１１】
特許文献１に記載の手段によれば、チューブ内の溶液の流量に応じて、溶液の経路を切り替えてチューブの流路断面積を適切な値に変更することで、熱交換器での熱交換効率を維持できるという特徴が示されている。
【００１２】
その構造によって、溶液の流量変化に対応した高効率な排熱回収が実施できると考えられる。しかし、高温再生器から排出される排ガスの温度分布がある場合には、不十分な排熱回収となる可能性が考えられる。つまり、高温再生器から排出される排ガスは、高温再生器内を通過した後の状態であるため、熱交換の際の溶液状態や吸収式冷温水機の運転条件によって、排ガスの温度分布が偏ることが予想される。特に大容量化に伴い、高さ方向に大型化する排ガス熱交換器は、その入口において排ガスの温度分布が生じやすくなる傾向にある。そして、排ガスに温度分布が生じた場合、各段の熱交換器の溶液チューブ内の流速が同一であれば、比較的低温な排ガスが通過する部位では、排熱回収量が減少することが懸念される。
【００１３】
本発明の目的は、温度分布を有する気体から液体を含む熱媒体を用いて熱回収をする熱交換器において熱回収効率を高めるとともに、この熱交換器を吸収式冷温水機に適用することにより吸収式冷温水機の能力を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、液体を含む熱媒体を供給する入口配管と、入口ヘッダー管と、複数の伝熱管と、伝熱管に付設され気体に接触するフィンと、出口ヘッダー管と、出口配管と、を備え、熱媒体と気体との熱交換をする熱交換器であって、入口ヘッダー管には、複数の伝熱管の一方の端部が接続され、複数の伝熱管の他方の端部は、出口ヘッダー管に接続され、出口ヘッダー管は、出口配管に接続され、入口ヘッダー管には、その内部を少なくとも２つの領域に分割する仕切り板が設けられ、分割された入口ヘッダー管の領域には、入口配管又は入口配管から分岐したバイパス管が接続され、バイパス管は、熱媒体の流量を調整する流量調整弁を有し、気体の入口温度の分布を測定するための気体温度センサを少なくとも２つ有し、出口配管には、熱媒体の温度を測定する熱媒体温度センサを設け、気体温度センサ及び熱媒体温度センサの測定結果に基づいて、流量調整弁の開度を調整する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、温度分布を有する気体から液体を含む熱媒体を用いて熱回収をする熱交換器において熱回収効率を高めるとともに、この熱交換器を吸収式冷温水機に適用することにより吸収式冷温水機の能力を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の吸収式冷温水機を示す模式構成図である。
【図２】実施例１の吸収式冷温水機に用いる排ガス熱交換器を示す斜視図である。
【図３】図２の排ガス熱交換器の高さ方向の排ガスの温度分布を示すグラフである。
【図４】図２の排ガス熱交換器の構成及びその内部における溶液の流動を示す模式断面図である。
【図５】流調弁の開度と溶液出口温度との関係を示すグラフである。
【図６】実施例２の排ガス熱交換器の構成及びその内部における溶液の流動を示す模式断面図である。
【図７】実施例３の排ガス熱交換器の構成及びその内部における溶液の流動を示す模式断面図である。
【図８】図７の状態から流調弁を切り替えた場合における溶液の流動を示す模式断面図である。
【図９】実施例４の排ガス熱交換器の構成及びその内部における溶液の流動を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態における手段について説明する。なお、本実施形態に係る熱交換器は、吸収式冷温水機に用いる排ガス熱交換器として記載するが、当該熱交換器は、吸収式冷温水機に適用するものに限定されるものではなく、また、排ガス熱交換器に限定されるものでもない。
【００１８】
第１の手段は、主にバーナーの燃焼熱を駆動源とする吸収式冷温水機に用いる排ガス熱交換器において、溶液入口配管と、入口ヘッダー管と、伝熱管と、フィンと、出口ヘッダー管と、溶液出口管と、排ガス熱交換器に流入してくる排ガス温度を測定する複数個の温度センサと、排ガスによって加熱された溶液の出口温度を測定する温度センサとを含む構成としたものである。そして、入口ヘッダー管の内部には、溶液が通過する流路を上下に分割できる仕切り板を設けている。なお、仕切り板によって入口ヘッダー管と伝熱管群とが上下に分割されるため、説明の都合上、上側を上段側、下側を下段側と呼称する。また、溶液入口配管は、入口ヘッダー管の上段側に溶液を供給することができるように接続されている。さらに、溶液入口配管には、入口ヘッダー管の下段側に向かって溶液を輸送できるようにバイパス配管を接続している。そのバイパス配管の途中には、流量調整弁（以下、「流調弁」という。）を設置し、流調弁の開度を調整することで、入口ヘッダー管に接続された入口ヘッダー管（伝熱管群）の上段側と下段側に供給する溶液流量を可変とすることができ、排ガス温度の測定結果に基づいて溶液供給量を変更することができる。
【００１９】
第２の手段は、上記バイパス管の溶液入口配管と流調弁との間から入口ヘッダー管の下段側に向かって溶液を輸送できるように２次バイパス配管を接続する。ただし、２次バイパス配管の流路断面積は、バイパス配管のそれよりも十分小さいものとする。そうすることで、流調弁を全閉状態にしても、わずかながら入口ヘッダー管（伝熱管群）の下段側にも常時、溶液を供給することが可能になる。
【００２０】
第３の手段は、第１の手段の構造に加え、入口ヘッダー管から溶液出口配管に向かって溶液を輸送できるように、３次バイパス配管を接続する。３次バイパスの途中には、１次電磁弁を設ける。なお、溶液出口配管は、出口ヘッダー管に、２次電磁弁を介して接続する。そうすることで、１次電磁弁及び２次電磁弁の開閉により、伝熱管群の上段側と下段側の流路接続を並列／直列に切り替えることができ、排ガス温度、溶液出口温度及び溶液流量の測定結果に基づいて、伝熱管内の溶液流速を制御することが可能になる。
【００２１】
つぎに、上記の手段により得られる効果について説明する。
【００２２】
第１、第２の手段により、排ガス温度及び溶液出口温度の測定結果に基づいて流調弁の開度制御を行い、より高温度の排ガスが通過する伝熱管群には、より多くの溶液を供給するので、排ガスが持つ熱を効率よく回収できる。つまり、溶液に回収した熱は、吸収式冷温水機の駆動源として利用されるため、冷凍能力を増大させるとともに、吸収式冷温水機の効率が向上するという効果が得られる。
【００２３】
第３の手段により、排ガス温度、溶液出口温度及び溶液流量の測定結果に基づいて、条件にあった流調弁、１次電磁弁及び２次電磁弁の制御を行い、伝熱管内を通過する溶液流速の低下を防止することができ、排ガスと溶液との熱伝達を促進させ、排ガスが持つ熱を効率よく回収できる。そのため、上記と同様の効果が得られる。
【００２４】
以下、実施例を用いて更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１〜図６を用いて実施例１について説明する。
【００２６】
まず、吸収式冷温水機の全体構成について図１を用いて説明する。
【００２７】
吸収式冷温水機１００は、吸収式冷温水機の要部１０１と、周辺機器と、これらを接続する配管類と、から構成されている。ここで、吸収式冷温水機の要部１０１とは、図１において一点鎖線で表す範囲全体をいう。
【００２８】
吸収式冷温水機の要部１０１は、高温再生器１０２、低温再生器１０３、凝縮器１０４、蒸発器１０５及び吸収器１０６を含む構成である。周辺機器には、排ガス熱交換器１０７、高温熱交換器１０８、低温熱交換器１０９、溶液ポンプ１１０、冷媒ポンプ１１１、溶液流量センサ１１２、冷却水の熱を大気に開放する冷却塔（図示せず）等が含まれる。
【００２９】
以下では、冷媒に水を、溶液に臭化リチウム水溶液を使用した場合について説明する。
【００３０】
吸収式冷温水機１０１の内部は、通常、窒素、酸素等の空気成分が除去され、減圧され、冷媒の水蒸気で満たされた状態が維持されている。吸収式冷温水機１０１の運転時における各部の水蒸気圧は、高温再生器が最も高く、次いで「低温再生器及び凝縮器」、「蒸発器及び吸収器」の順となっている。なお、その他の冷媒や溶液でも同等の効果が得られる。
【００３１】
高温再生器１０２と低温再生器１０３で発生する冷媒蒸気は、冷媒配管１１３と通路１１４を通り、凝縮器１０４に送られる。冷媒蒸気は、凝縮器１０４で凝縮して液体となる。その後、冷媒配管１１５を通り、蒸発器１０５に送られる。
【００３２】
蒸発器１０５に送られた冷媒は、冷媒ポンプ１１１を動力として、冷媒配管１１６を介して蒸発器１０５の上部から散布される。散布された冷媒は、蒸発し、その際に蒸発潜熱が奪われて低温度となり、冷水配管１１７を通る冷水の温度を下げる。そして、温度が下がった冷水１１８は、空調機などの負荷側へ供給される。
【００３３】
一方、蒸発器１０５で蒸発した冷媒蒸気は、吸収器１０６に送られ、その後、冷媒蒸気は、比較的濃度の高い溶液（濃溶液）に吸収される。濃溶液は、高温再生器１０２と低温再生器１０３から送られてくるようになっている。濃溶液は、冷媒蒸気を吸収し、比較的濃度の低い溶液（稀溶液）となる。この稀溶液は、溶液ポンプ１１０によって高温再生器１０２へ送られる。ここで、稀溶液の一部が低温再生器１０３に送られるように制御してもよい。
【００３４】
高温再生器１０２へ送られた稀溶液は、バーナー１１９の燃焼によって得られた熱で加熱され濃縮される。その時、発生した冷媒蒸気が配管１１３を通り、再び凝縮器１０４へ送られる。
【００３５】
高温再生器１０２へ送られる稀溶液は溶液温度をできるだけ高く、吸収器１０６へ送られる濃溶液は溶液温度をできるだけ低くすることが望ましい。このため、低温熱交換器１０９と高温熱交換器１０８を用いて濃溶液と稀溶液との間で熱交換を行う。さらに、高温再生器１０２へ向かう稀溶液の一部または全部を、配管１２０を介して排ガス熱交換器１０７へ送り、高温再生器１０２から送られてきた排ガスによって更に加熱する。そうすることで、排ガスが持つ熱をより多く回収して、冷凍能力を向上させることができる。
【００３６】
以上のように、冷媒が溶液によって輸送され、蒸発・凝縮を繰り返しながら冷熱を生成し続けることを可能にしている。
【００３７】
次に、排ガス熱交換器の構造について図２を用いて説明する。
【００３８】
図２は、本実施例の吸収式冷温水機に用いる排ガス熱交換器の外観を示す斜視図である。
【００３９】
本図に示す排ガス熱交換器２００は、溶液入口配管２０１（単に「入口配管」ともいう。）、溶液出口配管２０２（単に「出口配管」ともいう。）、入口ヘッダー管２０３、出口ヘッダー管２０４、伝熱管２０５、フィン２０６及び筐体（図示せず）で概ね構成されている。筐体は、伝熱管２０５の集合体である伝熱管群とフィン２０６の集合体であるフィン群とを内包し、排ガスを通過させるために排ガスの入口部及び出口部が開口した状態で形成されている。伝熱管群及びフィン群は、蛇行した構成を有する一本の伝熱管２０５と、これとほぼ直交する方向に複数枚重ねられたフィン２０６とで構成された熱交換器ユニット２０７を高さ方向に積層し、多段化したものである。
【００４０】
本実施形態では、たとえば１０段積層した場合を例に挙げて説明する。
【００４１】
多段化された熱交換器群の各伝熱管入口には、ひとつの入口ヘッダー管２０３が取り付けられている。同様に各伝熱管の出口には、ひとつの出口ヘッダー管２０４が取り付けられている。そして、それぞれのヘッダー管に、溶液入口配管２０１、溶液出口配管２０２が取り付けられている。
【００４２】
排ガス熱交換器内における溶液と排ガスの流れについて説明する。
【００４３】
溶液は、溶液ポンプ１１０によって低温熱交換器１０９で加熱された後、溶液の一部または全部が排ガス熱交換器２００（図１においては符号１０７で表している。）の溶液入口配管２０１に送られて、入口ヘッダー管２０３へ供給される。入口ヘッダー管２０３へ供給された溶液は、入口ヘッダー管２０３へ接続された各伝熱管２０５に等量に分配される。分配された溶液は伝熱管内部を流れる。
【００４４】
一方、高温再生器１０２から向かってくる排ガスは、排ガス熱交換器２００のガス入口部（図示せず）から矢印２０８の方向に流入する。流入した排ガスは、伝熱管群に取り付けられたフィン２０６の隙間を通過する。その際、排ガスの熱をフィン２０６で回収し、フィン２０６から伝熱管２０５へ、伝熱管２０５から溶液へと熱を回収する。そして、排ガスは溶液に熱を回収されながら排ガス熱交換器２００のガス出口部（図示せず）へ向かい、矢印２０９の方向へ送られる。
【００４５】
溶液は、排ガスの熱を回収しながら出口ヘッダー管２０４に向かって伝熱管内を流れる。各伝熱管内を流れる加熱された溶液は、出口ヘッダー管２０４で集合されて溶液出口配管２０２へ送られる。排ガス熱交換器２００を出た溶液は、配管１２１を通り、高温熱交換器１０８を出た配管１２２と合流して高温再生器１０２へ供給される。
【００４６】
次に、排ガス熱交換器において、供給される排ガスの温度分布と、それに対応する排ガス熱交換器２００の構造および溶液の流量制御について、図３〜図５を用いて説明する。
【００４７】
図３は、排ガス熱交換器２００の排ガス入口部における排ガス温度分布の一例を示したものである。縦軸は排ガス熱交換器入口部における高さ方向の位置を、横軸は排ガス温度を示している。
【００４８】
前述のとおり、高温再生器１０２では、バーナー１１９の燃焼熱によって稀溶液を加熱する。高温再生器１０２内部の稀溶液の流動状態によって、排ガスから溶液への熱伝達の様相が変化する。そのため、排ガスからの熱回収量が多い部分と、少ない部分とがあり、結果として、高温再生器１０２の出口（排ガス熱交換器の入口）において排ガスの温度分布が生じる。本実施例では、排ガス熱交換器２００の入口部において上段側が高温、下段側が低温という排ガス温度分布を形成することを例に挙げて説明する。ただし、形成される温度分布はこれに限定されるものではない。
【００４９】
図４は、排ガス温度分布が生じた場合でも、できるだけ多くの排ガスの熱を回収することができる排ガス熱交換器の構成と溶液の流量制御方法について示している。
【００５０】
本発明の排ガス熱交換器４００は、排ガスの温度を測定する温度センサ４０１、４０２、溶液の出口温度を測定する温度センサ４０３、溶液入口配管２０１、溶液出口配管２０２、入口ヘッダー管２０３、出口ヘッダー管２０４、伝熱管２０５、フィン（図示せず）、バイパス配管４０４及び流量調整弁４０５（以下、「流調弁」という。）、並びに排ガスの温度と溶液の出口温度に基づいて流調弁の開度を制御する流量制御ユニット４０６から構成されている。排ガス熱交換器４００の基本構成は、図２で説明したとおりである。それに加えて、本発明では以下の構造を持つことを特徴としている。
【００５１】
すなわち、入口ヘッダー管２０３を仕切り板４０７によって上段側と下段側に分割する。溶液入口配管２０１を入口ヘッダー管２０３との接続部よりも上流側で分岐させ、そこからバイパス配管４０４によって下段側の入口ヘッダー管２０３に接続する。そのバイパス配管４０４の途中には、流調弁４０５が設けられている。図４中のＭは入口ヘッダー管２０３の上段側に供給する溶液流量、ｍは下段側に供給する溶液流量を示す。
【００５２】
Ｔｇ１は、上段側付近の温度センサ４０１によって測定した排ガス温度であり、Ｔｇ２は下段側付近の温度センサ４０２によって測定した排ガス温度である。これらは、制御ユニット４０６に電気信号として送られる。
【００５３】
表１は、流量調整弁の開度の制御を示したものである。
【００５４】
【表１】
0006320958.tif 000002
【００５５】
上記のような構成により、排ガスの温度測定結果Ｔｇ１及びＴｇ２に基づいて、排ガス熱交換器４００に流れてくる排ガスの温度分布が、上段側４０８で高温度、下段側４０９で低温度と判定した場合（Ｔｇ１＞Ｔｇ２）は、流調弁４０５の開度を小さくする。つまり、温度が高い排ガスが通過する伝熱管群には、できるだけ多くの溶液を供給し、効率よく排ガスの熱を回収する。一方、上段側４０８と下段側４０９で排ガス温度が等しいか、下段側４０９で高温度である場合（Ｔｇ１≦Ｔｇ２）は、流調弁４０５を全開とする。
【００５６】
図５は、流調弁４０５の開度と、それによって溶液と排ガスで熱交換した後の溶液出口配管２０２における溶液温度との関係を示したものである。
【００５７】
本図に示すように、流調弁の開度を全閉とした場合と前回とした場合との間に溶液出口配管における溶液温度が最大となる開度がある。このような開度に調整することにより、溶液の出口温度が上昇し、排ガスから溶液への熱回収を効率的に行うことができる。
【００５８】
上述の流調弁の開度の調整（制御）は、図４に示す溶液出口配管２０２に設けた温度センサ４０３により溶液の温度を測定し、流調弁４０５の開度を微調整することにより行う。この場合に、フィードバック制御、フィードフォワード制御等を適用することができる。
【実施例２】
【００５９】
図６を用いて実施例２について説明する。
【００６０】
本図は、実施例１の構造と手段に加えて、さらに２次バイパス管７０１を設けたものである。２次バイパス管７０１の流路断面積は、バイパス管７０２（図４の符号４０４）のそれに比べて非常に小さいものである。２次バイパス管７０１は、バイパス管７０２の流調弁７０３と溶液入口配管２０１の途中に接続し、他端を入口ヘッダー管２０３の下段側に接続したものである。
【００６１】
そのような構造をとることにより、流調弁７０３（図４の符号４０５）を全閉鎖とした場合でも、両バイパス管の流路断面積の比率に応じて、常に下段側４０９の伝熱管群にも溶液を流すことが可能である。すなわち、実施例１の構造で流調弁７０３を全閉鎖した場合は、下段側４０９の伝熱管群には溶液は供給されず、満たされた溶液が停留する。その停留した溶液は、排ガスの熱によって加熱され沸騰する可能性がある。そして、沸騰で生じた気泡が浮力によって出口ヘッダー管２０４に流れると、気泡の圧縮性により溶液流動の圧力損失増大の原因となることが懸念される。そのため、上記の通り、２次バイパス管７０１を設け、仮に流調弁７０３を全閉鎖したとしても、常に下段側４０９の伝熱管群に溶液が供給され、伝熱管群内に溶液が停留することなく、溶液の沸騰を回避し、溶液流動の圧力損失増大を防止できる。
【実施例３】
【００６２】
図７及び８を用いて、本発明の実施例３について説明する。
【００６３】
本実施例は、主に吸収式冷温水機の起動時や、例えば、アイドリング時などに効果を発揮するものである。吸収式冷温水機の起動時などは、溶液の流量が定格に達しておらず、低流量である。つまり、実施例１、２において溶液流量を少なくした場合、各伝熱管内を流れる溶液の流速が小さくなる。その結果、排ガスと溶液との熱伝達が低下し、排ガスから回収できる熱が少なくなることが懸念される。
【００６４】
本実施例は、吸収式冷温水機の起動時など比較的溶液流量が少ない場合でも、多くの排ガスの熱を溶液に回収するようにしたものである。
【００６５】
本実施例の排ガス熱交換器８００の構造及び溶液の流動状態について以下に説明する。
【００６６】
本実施例においては、実施例１または２の構造に加え、３次バイパス管８０１と１次電磁弁８０２と２次電磁弁８０３とを設けている。３次バイパス管８０１は、入口ヘッダー管２０３の下段側に接続し、他端を溶液出口配管２０２へ接続する。３次バイパス管８０１の途中には１次電磁弁８０２を、出口ヘッダー管２０４と３次バイパス管８０１が溶液出口配管２０２に接続された部位との間には２次電磁弁８０３を設けている。
【００６７】
このような構造を有する本実施例は、例えば、次のような制御を行う。
【００６８】
まず、図１に示す溶液流量センサ１１２で計測した溶液流量値Ｑを流量制御ユニット４０６に電送し、溶液流量値Ｑが定格に達していなければ、低流量運転と判断し、流調弁８０４（図４の符号４０５に対応する。）を全閉鎖とし、１次電磁弁８０２を全開とし、２次電磁弁８０３を全閉鎖とする。すると、溶液は、上段側の入口ヘッダー管２０３に供給され、上段側４０８の伝熱管群を通り、出口ヘッダー管２０４の上部に流れる。そして、出口ヘッダー管２０４の下部に流れ、下段側４０９の伝熱管群を通り、入口ヘッダー管２０３の下段側に送られる。その後、３次バイパス管８０１を通って、溶液出口配管２０２へ流れる。
【００６９】
起動状態が終了し、溶液流量が定格状態に達したら、図８に示すように、流調弁８０４を徐々に開き、１次電磁弁８０２を全閉鎖とし、２次電磁弁８０３を全開にする。その後は、実施例１に記載した排ガス温度と溶液出口温度に基づいた溶液流量制御へと移行する。
【００７０】
すなわち、排ガス熱交換器８００の伝熱管群を上下に分割し、溶液流量が小さい場合は、両者を直列に溶液を流す。すると、溶液が通過する伝熱管の流路断面積が半分になり、溶液流速が２倍になる。よって、伝熱管内の溶液流速を高く維持することで、排ガスが持つ熱を溶液との熱伝達率を高く維持できる。そして、溶液流量が定格状態に到達した時は、両伝熱管群を並列に溶液を流す。
【００７１】
表２は、上述の流量調整弁の開度の制御をまとめて示したものである。
【００７２】
【表２】
0006320958.tif 000003
【００７３】
なお、定格運転時における排ガス温度Ｔｇ１、Ｔｇ２に対応する制御に関しては、表１に示すものと同様である。
【実施例４】
【００７４】
図９を用いて、本発明の実施例４について説明する。
【００７５】
本実施例は、実施例１または２において、入口ヘッダー管１１００（図４の符号２０３に対応する。）の分割数を変更した場合の例である。
【００７６】
図９に示すように、入口ヘッダー管１１００は、仕切り板１１０１と２次仕切り板１１０２とで、上段側１１０３、中段側１１０４、下段側１１０５の３つに分割されている。その３つの領域には、それぞれに対応する排ガス温度センサ１１０６、１１０７、１１０８が設けられている。そして、バイパス管１１０９の流調弁１１１０の下流側には、分岐が設けてあり、一方は２次流調弁１１１１を介して入口ヘッダー管１１００の中段側１１０４に接続され、他方は分岐部から更にバイパス管１１１２を介して入口ヘッダー管１１００の下段側１１０５に接続されている。バイパス管１１１２には、３次流調弁１１１３が設けてある。
【００７７】
このような構造にすることで、より複雑な排ガス温度分布に対応することができる。たとえば、伝熱管群の上段１１０３、中段１１０４、下段１１０５の各領域を通過する排ガスの温度が、上段Ｔｇ１＞下段Ｔｇ３＞中段Ｔｇ２という順番で高い場合、３次流調弁１１１３を全開とし、溶液出口温度の測定結果に基づいて流調弁１１１０及び２次流調弁１１１１の開度を微調整する。なお、３分割以上でもそれぞれに対応したバイパス管と流調弁を設ければ、より複雑な排ガス温度分布に対応でき、より多くの排ガスの熱を回収できる。これにより、冷凍能力を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００：吸収式冷温水機、１０１：吸収式冷温水機の要部、１０２：高温再生器、１０３：低温再生器、１０４：凝縮器、１０５：蒸発器、１０６：吸収器、１０７：排ガス熱交換器、１０８：高温熱交換器、１０９：低温熱交換器、１１０：溶液ポンプ、１１１：冷媒ポンプ、１１２：溶液流量センサ、１１３：冷媒配管、１１４：通路、１１５：冷媒配管、１１６：冷媒配管、１１７：冷水配管、１１８：出口冷水、１１９：バーナー、１２０：溶液配管、１２１：溶液配管、１２２：溶液配管、２００：排ガス熱交換器、２０１：溶液入口配管、２０２：溶液出口配管、２０３：入口ヘッダー管、２０４：出口ヘッダー管、２０５：伝熱管、２０６：フィン、２０７：熱交換器ユニット、２０８：排ガス流入方向、２０９：排ガス流出方向、４０１：排ガス温度センサ、４０２：排ガス温度センサ、４０３：溶液温度センサ、４０４：バイパス配管、４０５：流量調整弁、４０６：流量制御ユニット、４０７：仕切り板、４０８：上段側、４０９：下段側、７０１：２次バイパス管、７０２：バイパス管、７０３：流量調整弁、８００：排ガス熱交換器、８０１：３次バイパス管、８０２：１次電磁弁、８０３：２次電磁弁、８０４：流量調整弁、１１００：入口ヘッダー管、１１０１：１次仕切り板、１１０２：２次仕切り板、１１０３：上段側１１０４：中段側、１１０５：下段側、１１０６：排ガス温度センサ、１１０７：排ガス温度センサ、１１０８：排ガス温度センサ、１１０９：バイパス管、１１１０：流量調整弁、１１１１：流量調整弁、１１１２：バイパス管、１１１３：流量調整弁。
【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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【図８】
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【図９】
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