(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収器、低温再生器、排熱回収再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路を備え、高温排ガスを熱源とし、前記高温排ガスが、先ず高温再生器に導入され、次いで排熱回収再生器に導く加熱経路を有する吸収冷温水機であって、前記低温再生器が、内部に熱源が通る伝熱官群を設け、前記高温再生器からの冷媒蒸気を熱源とし、溶液を該冷媒蒸気が通る伝熱管群の外周面に散布する液膜式であり、前記低温再生器から流出する溶液は、前記排熱回収再生器を通り吸収器に導くように流路を構成すると共に、前記排熱回収再生器からの冷媒蒸気を、前記低温再生器の伝熱管群部に対し、該低温再生器の冷媒蒸気出口の反対側から導くように構成することを特徴とする吸収冷温水機。
【請求項２】
前記高温再生器の高温排ガスによる加熱経路には、外部から供給する燃料を燃焼させるバーナーを設けることを特徴とする請求項１記載の吸収冷温水機。
【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、ガスタービン等の外部からの高温排ガスを有効利用して、利用効率を上げることができる排ガス駆動吸収冷温水機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コジェネレーションシステムで、ガスタービン等の高温の排ガスを使用する冷房／暖房／給湯のコジェネレーションシステムは従来から知られている。ガスタービンの中でも容量の小さなものを用いたコジェネレーションシステムでは、高温排ガスで、給湯、冷、暖房を行う例が増えている。
例えば、２０〜１００ｋＷクラスのマイクロガスタービンを用いたコジェネレーションシステムでは、ガスタービンからの２００〜２５０℃程度の排ガスから熱を回収し、給湯、冷・暖房を行う例が増えている。
通常は、ガスタービンからの高温排ガスを排ガスボイラに投入し、温水を製造して給湯、暖房を行うと共に、温水を熱源とする吸収冷凍機で冷房を行っている。
冷房能力が不足する場合、追焚きは二重効用運転の直火式で対応できて、温水も投入できる排熱投入型吸収冷温水機を用いる方法もある。
しかし、このような温水を用いるコジェネレーションシステムは、装置構成が複雑であり、また、用いる吸収冷温水機の熱効率も悪く、運転操作性にも問題があった。
【０００３】
【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、高温排ガスを単純な装置構成で有効利用でき、熱効率のよい排ガス駆動吸収冷温水機を提供することを課題とする。
【０００４】
【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、吸収器、低温再生器、排熱回収再生器、高温再生器、凝縮器、蒸発器及びこれらの機器を接続する溶液流路と冷媒流路を備え、高温排ガスを熱源とし、前記高温排ガスが、先ず高温再生器に導入され、次いで排熱回収再生器に導く加熱経路を有する吸収冷温水機であって、前記低温再生器が、内部に熱源が通る伝熱官群を設け、前記高温再生器からの冷媒蒸気を熱源とし、溶液を該冷媒蒸気が通る伝熱管群の外周面に散布する液膜式であり、前記低温再生器から流出する溶液は、前記排熱回収再生器を通り吸収器に導くように流路を構成すると共に、前記排熱回収再生器からの冷媒蒸気を、前記低温再生器の伝熱管群部に対し、該低温再生器の冷媒蒸気出口の反対側から導くように構成することを特徴とする吸収冷温水機としたものである。
前記吸収冷温水機において、前記高温再生器の高温排ガスによる加熱経路には、外部から供給する燃料を燃焼させる加熱器を設けることができ、冷温水能力が不足するとき使用できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
高温排ガスを利用する吸収冷温水機において、高温再生器の熱源として利用できる排ガスを多くし、効率を上げるには、高温再生器の温度を下げる必要がある。本発明では、高温再生器からの冷媒蒸気の凝縮温度を下げて、高温再生器の沸騰温度を下げるため、低温再生器の伝熱を改良し、沸騰温度を下げている。
低温再生器が溶液を伝熱管群に散布する液膜式として、伝熱そのものを良くすると共に、満液式の場合の液の高さによる沸騰圧力、沸騰温度の上昇ということも防いでいる。
【０００６】
また、凝縮器は、低温再生器、排熱回収再生器のそれぞれに設けても良いのであるが、本発明では、全体をコンパクトに収めるため、凝縮器を兼用とし、１個にしている。また、低温再生器の管群部に、排熱回収再生器の冷媒蒸気（溶液の液滴を含む場合もある）を導き、両再生器の気液分離を共用とし、コンパクト化及びコストダウンを図っている。
また、低温再生器には、排熱回収再生器よりも前の濃度の低い溶液を導入し、その後、排熱回収再生器に導いている。即ち、低温再生器の溶液の濃度を低くして、その沸騰温度を下げ、熱源となる高温再生器からの冷媒蒸気の凝縮温度を下げている。
なお、排熱が少ない場合には、バーナー等で熱量を追加することもできる。
【０００７】
次に、本発明を、図１〜図４に示す本発明の吸収冷温水機のフロー構成図を用いて説明する。
図において、Ａは吸収器、ＧＬは低温再生器、ＧＨは高温再生器、ＧＲは排熱回収再生器、Ｃは凝縮器、Ｅは蒸発器、ＸＬは低温熱交換器、ＸＨは高温熱交換器、ＸＡ，ＸＢ排熱回収熱交換器、ＳＰは溶液ポンプ、ＲＰは冷媒ポンプ、１と２は冷媒蒸気通路、３と４は冷却水、５は高温排ガス、６は冷温水通路であり、また、７は濃溶液スプレー管、８は低温再生器の溶液スプレー管、９は冷媒液スプレー管、１１〜１６は溶液流路、１８〜２１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ＧＬ、凝縮器Ｃを、一つの角型缶胴に収め、該缶胴の下部に吸収器Ａを、また吸収器Ａの斜め上部に蒸発器Ｅ、吸収器Ａ上部に凝縮器Ｃを配置し、さらに、凝縮器Ｃ上部に低温再生器ＧＬを配置し、吸収器Ａ、蒸発器Ｅの低圧側と、低温再生器ＧＬ凝縮器Ｃの高圧側とを、斜め隔壁で分け、この斜め隔壁の上側に低温再生器ＧＬから凝縮器Ｃへの冷媒蒸気が流れる通路１を配し、斜め隔壁の下側には蒸発器Ｅから吸収器Ａへの冷媒蒸気が流れる通路２配した構造としている。
また、この缶胴とは別に、高温排ガス５を熱源とする高温再生器ＧＨと排熱回収再生器ＧＲと溶液熱交換器ＸＨ、ＸＬ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ＧＬと高温再生器ＧＨ及び排熱回収再生器ＧＲとは溶液流路１１〜１６及び冷媒流路２０、２１でそれぞれ接続されている。
【０００９】
次に、図１について説明すると、図１は、吸収溶液が吸収器Ａ−高温再生器ＧＨ−低温再生器ＧＬ−排熱回収再生器ＧＲ−吸収器Ａと循環するシリーズフローの例である。
図１の吸収冷温水機の冷房運転においては、冷媒を吸収した希溶液は、吸収器Ａから溶液ポンプＳＰにより流路１１を通り、低温熱交換器ＸＬの被加熱側及び高温熱交換器ＸＨの被加熱側を通り、高温再生器ＧＨに導入される。高温再生器ＧＨでは、希溶液は加熱熱源である高温排ガス５により加熱されて冷媒を蒸発して濃縮され、濃縮された濃溶液は、流路１２を通り高温熱交換器ＸＨで熱交換され、低温再生器ＧＬに導入される。低温再生器に導入された希溶液は、低温再生器ＧＬで高温再生器ＧＨからの冷媒蒸気による加熱により濃縮された後、流路１３を通り排熱回収再生器ＧＲに導入される。排熱回収再生器ＧＲでは、高温再生器ＧＨで熱源として使用された高温排ガスにより、加熱されて濃縮される。濃縮された濃溶液は、流路１４から低温熱交換器ＸＬの加熱側を通り、流路１５から吸収器Ａに導入される。一方、排熱回収再生器ＧＲで蒸発した冷媒蒸気は流路２１を通り低温再生器ＧＬの伝熱管群中に導入される。
【００１０】
これにより、低温再生器ＧＬ中の吸収溶液の濃度を低くして、高温再生器ＧＨからの冷媒蒸気の凝縮温度を下げることができ、高温排ガスを用いる高温再生器の熱効率を上げることができる。
高温再生器ＧＨで蒸発した冷媒ガスは、冷媒流路２０を通り、低温再生器ＧＬの熱源として用いられたのち凝縮器Ｃに導入される。凝縮器Ｃでは、低温再生器ＧＬからの冷媒ガスと共に冷却水により冷却されて凝縮し、流路１８から蒸発器Ｅにはいる。蒸発器Ｅでは、冷媒が冷媒ポンプＲＰにより、流路１９により循環されて蒸発し、その際に蒸発熱を負荷側の冷水から奪い、冷水を冷却し、冷房に供される。
蒸発した冷媒は、吸収器Ａで濃溶液により吸収されて、希溶液となり溶液ポンプで循環されるサイクルとなる。
【００１１】
図２は、図１の吸収冷温水機において、高温排ガスの経路に、高温再生器ＧＨの後に、高温再生器ＧＨに導入する溶液を加熱する排熱回収熱交換器ＸＡと、排熱回収再生器ＧＲの後に、高温熱交換器ＸＨに導入する溶液を加熱する排熱回収熱交換器ＸＢを設けたものであり、図１に比べ、より高温排ガス５の熱の利用効率を上げている。
【００１２】
図３は、吸収器Ａからの希溶液を、低温熱交換器ＸＬの被加熱側を出た後で、流路１１から分岐して、流路１６から直接低温再生器ＧＬに導入する分岐フローの例である。
図３では、溶液流路は、吸収器Ａから流路１１、低温熱交換器ＸＬ、高温熱交換器ＸＨの被加熱側を通り、高温再生器に導入され、濃溶液が流路１２から高温熱交換器ＸＨの加熱側を通り、排熱回収再生器ＧＲからの濃溶液流路１４に合流される流路と、低温熱交換器ＸＬの被加熱側を通った希溶液を分岐して流路１６から低温再生器に導き、低温再生器からの濃溶液を流路１３から排熱回収再生器ＧＲに導入して、さらに濃縮した濃溶液を流路１４で、流路１２からの高温再生器ＧＨからの濃溶液と合流して、低温熱交換器ＸＬの加熱側を通り、流路１５から吸収器Ａに導入する流路になる。それぞれの作用は図１と同様である。
図４は、図３の吸収冷温水機において、高温排ガス経路に図２と同様の排熱回収熱交換器ＸＡとＸＢを設けたものであり、図２と同様の作用・効果を有する。図５〜図８に、吸収冷凍サイクル図を示し、図５は図１、図６は図２、図７は図３、図８は図４のそれぞれの吸収冷温水機の吸収冷凍サイクル図である。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、高温排ガスの経路に、高温再生器の熱源として用いた排ガスを熱源とする排熱回収再生器を設けて、排ガスを低温まで利用し、また、低温再生器を伝熱管群に溶液を散布する液膜式として、高温再生器からの冷媒蒸気の凝縮温度を下げ、二重効用として高温再生器で利用する排ガスを多くし、また、低温再生器の管群部に、排熱回収再生器の冷媒蒸気を導いて低温／排熱回収両再生器の気液分離を共用とし、コンパクトで効率のよい吸収冷温水機とすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収冷温水機の一例を示すフロー構成図。
【図２】本発明の吸収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】本発明の吸収冷温水機の他の例を示すフロー構成図。
【図５】図１の吸収冷温水機の吸収冷凍サイクル図。
【図６】図２の吸収冷温水機の吸収冷凍サイクル図。
【図７】図３の吸収冷温水機の吸収冷凍サイクル図。
【図８】図４の吸収冷温水機の吸収冷凍サイクル図。
【符号の説明】
Ａ：吸収器、ＧＬ：低温再生器、ＧＨ：高温再生器、ＧＲ：排熱回収再生器、Ｃ：凝縮器、Ｅ：蒸発器、ＸＬ：低温熱交換器、ＸＨ：高温熱交換器、ＸＡ、ＸＢ：排熱回収熱交換器、ＳＰ：溶液ポンプ、ＲＰ：冷媒ポンプ、１、２：冷媒蒸気通路、３、４：冷却水、５：高温排ガス、６：冷温水通路、７：濃溶液スプレー管、８：低温再生器の溶液スプレー管、９：冷媒液スプレー管、１１〜１６：溶液流路、１８〜２１：冷媒流路
【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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【図８】
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