(57)【要約】【課題】本発明の課題は、エンジンより出る温水から効率的に多くの熱を回収することが可能な冷熱発生型熱電併給システム、または、吸収式冷凍機を提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、代表的な本発明の一つは、蒸発器と、吸収器と、エンジン発電機から取り込んだ温水より冷媒蒸気を生成させる再生器と、凝縮器と、を有し、前記吸収器から前記再生器に稀溶液を送る稀溶液配管には、稀溶液の一部をバイパスさせるバイパス配管が設けられ、前記バイパス配管には、前記再生器を経由した温水から前記バイパス配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる補助温水熱交換器を備え、前記稀溶液配管の前記バイバス配管への分岐点と、前記バイパス配管からの合流点の間には、前記再生器から前記吸収器へ送られる濃溶液から前記稀溶液配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる溶液熱交換器を有する吸収式冷凍機を備えることを特徴とする。【選択図】  図２
2016048146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン発電機と、前記エンジン発電機のエンジンの冷却に用いられた温水を取り込み、当該温水の熱を吸収する吸収式冷凍機と、を有する冷熱発生型熱電併給システムにおいて、
前記吸収式冷凍機は、
冷媒液を蒸発させて水を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器で生成した冷媒蒸気を濃溶液に吸収させ稀溶液を生成する吸収器と、
前記吸収器で冷媒蒸気を吸収した稀溶液を前記エンジン発電機から取り込んだ温水の熱により加熱して冷媒蒸気を生成させる再生器と、
前記再生器で生成した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器と、を有し、
前記吸収器から前記再生器に稀溶液を送る稀溶液配管には、稀溶液の一部をバイパスさせるバイパス配管が設けられ、
前記バイパス配管には、前記再生器を経由した温水から前記バイパス配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる補助温水熱交換器を備え、
前記稀溶液配管の前記バイバス配管への分岐点と、前記バイパス配管からの合流点の間には、前記再生器から前記吸収器へ送られる濃溶液から前記稀溶液配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる溶液熱交換器を備えることを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項２】
請求項１において、さらに、
前記吸収器から流出した稀溶液の温度を測定する稀溶液温度計と、
前記再生器を経由した温水を前記エンジン発電機へ送る温水配管に設けられ、前記補助温水熱交換器へ分配する温水の流量を調節する三方弁と、
前記稀溶液温度計から取得した稀溶液の温度に基づいて前記三方弁を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項３】
請求項１において、さらに、
前記エンジン発電機の冷却に用いられた温水の一部、または、全部を前記エンジンの放熱器に送る配管と、
前記放熱器を経由した温水をガスエンジンに送る配管と、
を備えることを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項４】
請求項１において、
前記吸収式冷凍機の前記蒸発器および前記吸収器は、多段に分割されることを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項５】
請求項１において、さらに、
前記吸収式冷凍機の冷却源となる冷却水を循環する循環ポンプを搭載した冷却塔と、
前記エンジン発電機から取り込まれ、前記吸収式冷凍機を経由し出てくる温水の温度を測定する温水温度計と、
前記エンジンの冷却に用いられた温水と前記冷却棟から送られる冷却水との間で熱交換する外部放熱用熱交換器と、
前記エンジンの冷却に用いられた温水を前記吸収式冷凍機側と前記外部放熱用熱交換器側とに分配する流量制御機能を搭載した外部放熱用三方弁と、
前記温水温度計から取得した温水の温度が、前記エンジンの冷却に必要な上限温度を上回らないよう前記外部放熱用三方弁の開度を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項６】
請求項５において、さらに、
前記吸収式冷凍機の前記蒸発器によって冷却された冷水の温度を測定する冷水温度計を備え、
前記制御装置は、前記冷水温度計から取得した冷水の温度が、目標冷水温度になるよう前記外部放熱用三方弁の開度を制御することを特徴とする冷熱発生型熱電併給システム。
【請求項７】
冷媒液を蒸発させて水を冷却する蒸発器と、
前記蒸発器で生成した冷媒蒸気を濃溶液に吸収させ稀溶液を生成する吸収器と、
前記吸収器で冷媒蒸気を吸収した稀溶液を外部のエンジン発電機から取り込んだ温水の熱により加熱して冷媒蒸気を生成させる再生器と、
前記再生器で生成した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器と、を有し、
前記吸収器から前記再生器に稀溶液を送る稀溶液配管には、稀溶液の一部をバイパスさせるバイパス配管が設けられ、
前記バイパス配管には、前記再生器を経由した温水から前記バイパス配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる補助温水熱交換器を備え、
前記稀溶液配管の前記バイバス配管への分岐点と、前記バイパス配管からの合流点の間には、前記再生器から前記吸収器へ送られる濃溶液から前記稀溶液配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる溶液熱交換器を備える吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電時の排熱等により駆動される冷熱発生型熱電併給システム、及び、吸収式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン等により発電機を駆動する発電ユニットを用いて電力を得るとともに、発電ユニットからの排熱を利用することでエネルギーの効率的運用を図ろうとする熱電併給システム（コジェネレーションシステム）が提案されている。
【０００３】
一般にコジェネレーションシステムは、主にエンジンを含む発電ユニットと、発電ユニットから発生する排熱を駆動源とする吸収式冷凍機が組み合わされて構成される。その吸収式冷凍機に関する技術として、例えば、特許文献１（特開２０１１−２４７５１１号公報）に開示されている。
【０００４】
例えば、本文献の特許請求の範囲（請求項１）には、「駆動温水が再生器を通り、再生器から吸収器に向かって流れる濃吸収液と、吸収器から再生器に向かって流れる希吸収液との間で吸収液間熱交換器を介して熱交換する一重効用の吸収式冷凍機において、吸収液間熱交換器に入る手前の希吸収液と、再生器を出た駆動温水との間で熱交換をする第１熱交換器を具備することを特徴とする」と記載されている。また、その効果として段落００１２には、「吸収液間熱交換器に入る手前の希吸収液は循環する吸収液では最も低温であるため、第１熱交換器によって効果的な熱交換ができ、排出される駆動温水の温度が下がる。また、吸収式冷凍機の冷凍能力も大きくなるという利点がある」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２４７５１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明で提案するコジェネレーションシステムは、比較的低温な熱を駆動熱源とする単効用吸収式冷凍機（以下、吸収式冷凍機という。）と天然ガス等を燃料として駆動するエンジン発電ユニット、および冷却塔で構成している。上記エンジンのウォータージャケットには運転中常に冷却水が通水され、エンジンを冷却している。その働きによりエンジンが冷却される一方で、冷却水は加熱される。つまり温水が生成される。その温水をエンジン外部に取り出し、吸収式冷凍機に投入して熱回収を行い駆動熱源とする。
【０００７】
そして、吸収式冷凍機で熱回収された温水は、再度エンジンの冷却水として戻される。その冷却水の上限温度は制限されている。エンジンの運転条件によっては許容温度以下になるように温水を冷却塔等に経由して冷却した後、エンジンへ戻す。このような冷却塔による温水熱の冷却は、その温水が持つ熱を外気に放熱するものであり、本来、吸収式冷凍機に駆動熱源として投入したい熱である。また、その放熱によってコジェネレーションシステム全体の効率が低下することが考えられる。
【０００８】
この課題に対して、上記の特許文献１では一重効用の吸収式冷凍機において、吸収液間熱交換器に入る手前の希吸収液と、再生器を出た駆動温水との間で熱交換をする第１熱交換器を具備することで効果的な熱交換ができ、排出される温水の温度を下げられる。また、吸収式冷凍機の冷凍能力も大きくなるという特徴が示されている。
【０００９】
しかし、その構造によって駆動温水が持つ熱の排熱回収効果は向上するものの、希吸収液の温度が駆動温水によって十分高められるため、その後の吸収液間熱交換器では濃吸収液との熱交換が不十分で、濃吸収液が高温のまま吸収器に投入され、結果的に吸収器内の冷却水へ熱交換される割合が高くなり、せっかく再生器へ投入された駆動温水の排熱を冷却塔によって外気へ放熱してしまうという課題がある。
【００１０】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、エンジンより出る温水から効率的に多くの熱を回収することが可能な冷熱発生型熱電併給システム、または、吸収式冷凍機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、代表的な本発明の一つは、冷媒液を蒸発させて水を冷却する蒸発器と、前記蒸発器で生成した冷媒蒸気を濃溶液に吸収させ稀溶液を生成する吸収器と、前記吸収器で冷媒蒸気を吸収した稀溶液を外部のエンジン発電機から取り込んだ温水の熱により加熱して冷媒蒸気を生成させる再生器と、前記再生器で生成した冷媒蒸気を凝縮させて冷媒液を生成する凝縮器と、を有し、前記吸収器から前記再生器に稀溶液を送る稀溶液配管には、稀溶液の一部をバイパスさせるバイパス配管が設けられ、前記バイパス配管には、前記再生器を経由した温水から前記バイパス配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる補助温水熱交換器を備え、前記稀溶液配管の前記バイバス配管への分岐点と、前記バイパス配管からの合流点の間には、前記再生器から前記吸収器へ送られる濃溶液から前記稀溶液配管を流れる稀溶液へ熱を吸収させる溶液熱交換器を有する吸収式冷凍機を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、エンジンより出る温水から効率的に多くの熱を回収することが可能な冷熱発生型熱電併給システム、または、吸収式冷凍機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る冷熱発生型熱電併給システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る吸収式冷凍機の構成例を概略的に示す図である。
【図３】溶液熱交換器と補助温水熱交換器を接続した部分の要部構成を示す図である。
【図４】補助温水熱交換器の有無における濃溶液、稀溶液の温度変化の比較を示す図である。
【図５】制御装置の構成をその周辺機能とともに示す機能ブロック図である。
【図６】設定された各運転モードにおける冷熱発生型熱電併給システムの各部への動作指示の内容を示す図である。
【図７】第２の実施形態に係る冷熱発生型熱電併給システムの全体構成を概略的に示す図である。
【図８】第３の実施形態に係わる吸収式冷凍機の構成例を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
まず、図１から図６を用いて、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００１５】
図１は、本実施の形態に係る冷熱発生型熱電併給システムの全体構成を概略的に示す図である。
【００１６】
図１において、冷熱発生型熱電併給システム１０１は、エンジン発電部１０２と、冷温水供給部１０３（冷熱供給システム）と、冷却塔１０４と、冷熱発生型熱電併給システム１０１全体の動作を制御する制御装置１０５とから概略構成されている。
【００１７】
エンジン発電部１０２は、燃料供給路１０６を介して図示しない燃料供給部（燃料タンクなど）から供給される燃料を用いて駆動する原動機としてのエンジン本体１０７と、エンジン本体１０７により駆動される発電機１０８と、外気１０９によりエンジンオイル等の放熱を行う放熱器１１０とを有するエンジン発電ユニット１１１を備えている。
【００１８】
エンジン本体１０７には、エンジン冷却用の冷却水（温水）を冷温水供給部１０３との間で循環するための温水配管（温水流路）１１２が配置されている。温水配管１１２は、冷温水供給部１０３からエンジン本体１０７への温水の流路と、エンジン本体１０７から冷温水供給部１０３への温水の流路とを有している。エンジン本体１０７は、温水配管１１２を介して冷温水供給部１０３側から供給される温水によって冷却される。また、冷温水供給部１０３側から温水配管１１２を介してエンジン本体１０７に供給された温水は、エンジン本体１０７の駆動に伴う発熱によって加熱されて温度上昇し、温水配管１１２を介して冷温水供給部１０３に戻る。
【００１９】
発電機１０８は、エンジン本体１０７によって駆動されることにより発電する。発電機１０８によって発電された電力は、送電路１１３を介して需要側に送電される。
【００２０】
放熱器１１０は、エンジン本体１０７で用いられるエンジンオイル等の循環路と熱的に接続されており、そのエンジンオイル等は、放熱器１１０を介して放熱することにより冷却される。また、放熱器１１０は、送風ファン１１４を備えており、送風ファン１１４によって外気１０９を取り込み、放熱器１１０を介して排気することによって冷却効果を高めている。
【００２１】
吸収式冷凍機１１５は、エンジン本体１０７から温水配管１１２を介して供給される温水を熱源とし、また、冷却塔１０４から冷却水ポンプ１１６によって冷却水配管１１７を介して供給される冷却水を冷却源として、冷水ポンプ１１８により冷水配管１１９を介して供給される水（冷却前の冷水）を冷却して、冷水（冷却後の水）として需要側に供給するものである。冷水配管１１９の吸収式冷凍機１１５の下流側には、需要側に供給される冷水温度を検出する冷水温度センサ１２０が設けられている。冷水温度センサ１２０の検出結果は、制御装置１０５に送られる。
【００２２】
温水熱回収部１２１は、温水配管１１２上に設けられており、エンジン発電部１０２から温水配管１１２を介して送られる温水から吸収式冷凍機１１５で用いる熱エネルギーを回収する（後に詳述）。温水熱回収部１２１で熱エネルギーを回収された温水は、温水配管１１２を介して再びエンジン発電部１０２に送られる。温水配管１１２の冷温水供給部１０３からエンジン本体１０７への流路には、温水を送り出す温水ポンプ１２２が設けられており、温水ポンプ１２２の動作によりエンジン本体１０７と吸収式冷凍機１１５との間で温水が循環される。
【００２３】
温水配管１１２には、エンジン本体１０７と吸収式冷凍機１１５の間で温水を循環する温水配管１１２における吸収式冷凍機１１５の上流側の温水配管１１２から、吸収式冷凍機１１５の下流側の温水配管１１２に温水を導く外部放熱用温水バイパス配管１２３と、吸収式冷凍機１１５の上流側の温水配管１１２と外部放熱用温水バイパス配管１２３との分岐部に設けられ、温水配管１１２及び外部放熱用温水バイパス配管１２３の温水の流量を調整する外部放熱用三方弁１２４とが設けられており、外部放熱用温水バイパス配管１２３には、熱電併給システム１０１の外部から冷却水配管１２５を介して供給される冷却水によって温水を冷却する外部放熱用熱交換器１２６が備えられている。冷却水は、冷却塔１０４から冷却水ポンプ１１６の動作によって冷却水配管１２５を介して外部放熱用熱交換器１２６に供給されており、外部放熱用熱交換器１２６で温水の冷却に用いられた後、再び冷却塔１０４に送られて循環される。
【００２４】
冷却塔１０４は、熱電併給システム１０１で使用される冷却水を冷却するためのものである。冷却塔１０４には、吸収式冷凍機１１５との間で冷却水を循環するための冷却水配管１１７と、外部放熱用熱交換器１２６との間で冷却水を循環するための冷却水配管１２５とが並列接続されており、冷却水ポンプ１１６の動作によって、冷却水が供給されている。なお、冷却塔１０４における上流側及び下流側には、開閉弁１２７及び開閉弁１２８が設けられている。
【００２５】
また、温水配管１１２には、エンジン本体１０７と吸収式冷凍機１１５の間で温水を循環する温水配管１１２における吸収式冷凍機１１５の上流側の温水配管１１２から、吸収式冷凍機１１５の下流側の温水配管１１２に温水を導く二次温水加熱用温水バイパス配管１２９と、吸収式冷凍機１１５の上流側の温水配管１１２と二次温水加熱用温水バイパス配管１２９との分岐部に設けられ、温水配管１１２及び二次温水加熱用温水バイパス配管１２９の温水の流量比を調整する二次温水加熱用三方弁１３０とが設けられており、二次温水加熱用温水バイパス配管１２９には、需要側の温水負荷系に供給する二次温水を加熱する二次温水加熱用熱交換器１３１が備えられている。二次温水は、二次温水ポンプ１３２の動作によって二次温水配管１３３を介して二次温水加熱用熱交換器１３１に供給されており、二次温水加熱用熱交換器１３１で加熱された後、需要側の温水負荷系に送られる。二次温水配管１３３の二次温水加熱用熱交換器１３１における下流側には、需要側に供給される二次温水の温度を検出する二次温水温度センサ１３４が設けられている。二次温水温度センサ１３４の検出結果は、制御装置１０５に送られる。
【００２６】
温水配管１１２の吸収式冷凍機１１５（言い換えると、温水熱回収部１２１）、外部放熱用温水バイパス配管１２３との分岐部の上流側に温水の温度を検出する冷凍機入口温水温度センサ１３５が設けられている。また、温水配管１１２の温水ポンプ１２２の下流側には、エンジン本体１０７に供給される温水の温度を検出する冷凍機出口温水温度センサ１３６が設けられている。それらの温水温度センサ１３５，１３６の検出結果は、制御装置１０５に送られる。
【００２７】
次に図２を用いて、吸収式冷凍機の動作を説明する。
【００２８】
図２は、本実施の形態に係る吸収式冷凍機の構成例を概略的に示す図である。
【００２９】
図２において、吸収式冷凍機１１５は、蒸発器２０１、吸収器２０２、再生器２０３（温水熱回収部１２１）、及び凝縮器２０４を備えている。また、本発明の実施の形態では、冷媒液に「水」、溶液には「臭化リチウム水溶液」を用いる。ただし、それらに限定するものではない。そして、以下説明において、再生器２０３で加熱濃縮された溶液を「濃溶液」、吸収器２０２で冷媒蒸気を吸収した溶液を「稀溶液」と言う。また、冷熱発生型熱電併給システム１０１あるいは吸収式冷凍機１１５の効率的な運転のためには濃溶液の温度は可及的に低く、稀溶液の温度は高くすることが望ましい。一般的に、この温度状態にするために溶液熱交換器２０５が設けられている。
【００３０】
蒸発器２０１は、冷媒液を蒸発させることによって冷水を冷却するためのものである。蒸発器２０１の内部には、冷水配管の一部として構成される蒸発伝熱管２０６が通されている。蒸発器２０１の底部には冷媒液２０１ａが滞留しており、冷媒ポンプ２０７の動作によって運ばれて、蒸発伝熱管の上方に配置された散布管２０８から蒸発伝熱管２０６の表面に滴下（散布）される。蒸発伝熱管２０６の表面の冷媒液は、蒸発する際に蒸発伝熱管２０６を介して蒸発伝熱管２０６（冷水配管）を通る冷水から熱を奪うように作用する。これにより、冷水が冷却される。蒸発伝熱管２０６の表面から蒸発せずに流下した冷媒液は、蒸発器２０１の底部に滞留し、冷媒ポンプ２０７によって散布管２０８に運ばれて再び滴下される。
【００３１】
吸収器２０２は、蒸発器２０１で蒸発した冷媒（冷媒蒸気）を吸収するためのものである。吸収器２０２の内部には、冷却水配管１１７（図１）の一部として構成される吸収伝熱管２０９が通されている。吸収伝熱管２０９の上方に配置された散布管２１０からは、再生器２０３によって加熱濃縮された溶液（濃溶液）が吸収伝熱管２０９の表面に滴下（散布）される。吸収伝熱管２０９の表面の溶液は、吸収伝熱管２０９を通る冷却水により冷却されながら、蒸発器２０１からの冷媒蒸気を吸収する。これにより、蒸発器２０１の内部の冷媒蒸気圧力は、冷媒液を蒸発伝熱管２０６の表面から蒸発させるのに必要な圧力に保持される。吸収器２０２の底部には冷媒（冷媒蒸気）を吸収した溶液２０２ａ（稀溶液）が滞留しており、溶液ポンプ２１１により、溶液配管系に配置された溶液熱交換器２０５と補助温水熱交換器２１２（後に述べる）とを介して再生器２０３に送られる。
【００３２】
再生器２０３は、冷媒を吸収した溶液（稀溶液）を加熱して冷媒を蒸発分離することにより、溶液を加熱濃縮するものである。再生器２０３の内部には、温水配管１１２の一部として構成される伝熱管２１３が通されている。伝熱管２１３の上方に配置された散布管２１４からは、吸収器２０２から溶液熱交換器２０５と補助温水熱交換器２１２（後に述べる）とを介して送られてきた溶液（稀溶液）が伝熱管２１３の表面に滴下（散布）される。
【００３３】
伝熱管２１３の表面の溶液（稀溶液）は、伝熱管２１３を通る温水により加熱濃縮されて流下し、再生器２０３の底部に滞留する（溶液２０３ａ）。なお、伝熱管２１３は、温水の熱エネルギーを回収するものであり、温水熱回収部１２１（図１）を構成している。再生器２０３の底部に滞留された溶液（濃溶液）２０３ａは、溶液熱交換器２０５を介して吸収器２０２の散布管２１０に送られる。
【００３４】
凝縮器２０４は、再生器２０３で蒸発した冷媒（冷媒蒸気）を凝縮するためのものである。凝縮器２０４の内部には、冷却水配管の一部として構成される伝熱管２１５が通されている。伝熱管２１５の上方からは、冷媒（冷媒蒸気）が伝熱管２１５の表面に滴下（吹き付け）される。伝熱管２１５の表面の冷媒は、伝熱管２１５を通る冷却水により冷却されて凝縮され、流下して凝縮器２０４の底部に滞留する（冷媒液２０４ａ）。凝縮器２０４の底部に滞留した冷媒液２０４ａは、蒸発器２０１に送られ、散布管２０８から滴下される冷媒液とともに蒸発伝熱管２０６に滴下される。
【００３５】
前述のとおり、本発明では、温水が持つ熱をできるだけ多く吸収式冷凍機に投入することを目的に補助温水熱交換器２１２を設けている。
【００３６】
補助温水熱交換器２１２は溶液熱交換器２０５をバイパスするように配置し、吸収器２０２から再生器２０３へ向かう溶液（稀溶液）の一部を補助温水熱交換器２１２に通すことが可能なように配管２１６で分岐させ、その下流は溶液熱交換器２０５を通過した溶液（稀溶液）と合流して再生器２０３へ送られる。補助温水熱交換器２１２の熱源は再生器２０３を出た温水とする。つまり、再生器２０３で稀溶液を加熱した後の温水は、その時点で補助温水熱交換器２１２において稀溶液の一部を加熱できるだけの熱を十分保有しているため、その加熱源とすることが可能である。
【００３７】
したがって補助温水熱交換器２１２を適正に運用するための構成は次のとおりである。
溶液ポンプ２１１から溶液熱交換器２０５までの配管２１７の途中に稀溶液温度を測定する温度計２１８を設ける。補助温水熱交換器２１２は、溶液熱交換器２０５をバイパスするように配置し、配管２１６は、配管２１７から分岐させ、稀溶液の一部を補助温水熱交換器２１２に導いた後、配管２１７に合流できるように接続する。再生器２０３から出た温水用配管２１３に三方弁２１９を設ける。三方弁２１９で分けられた下流側の配管は、一方は、補助温水熱交換器２１２に接続し、他方を温水ポンプ２２０に接続する。なお、補助温水熱交換器２１２から出る温水用配管２１３は、その下流で三方弁２１９と温水ポンプ２２０をつなぐ配管２２１に合流するように接続する。温水ポンプ２２０から下流側の配管は、エンジン冷却水配管（図示せず）に接続する。
【００３８】
また、補助温水熱交換器２１２を適正に運用するために、三方弁２１９で温水の分配流量を制御している。つまり、温度計２１８で稀溶液の温度を測定し、補助温水熱交換器２１２で稀溶液に供給すべき熱量を算出し、それに必要な温水流量を補助温水熱交換器２１２に流せるよう三方弁２１９を制御する。より具体的には、弁開度を制御する。他方の温水は配管２２１を通って補助温水熱交換器２１２から出た温水と合流して、温水ポンプ２２０に送られる。
【００３９】
次に図３、図４を使って、補助温水熱交換器２１２を設けた場合の稀溶液温度変化について説明する。
【００４０】
図３は、溶液熱交換器２０５と補助温水熱交換器２１２を接続した部分の要部構成図を示す。
【００４１】
図４は、補助温水熱交換器２１２の有無における濃溶液、稀溶液の温度変化の比較を示す。
【００４２】
まず、図３に示すＴ１は濃溶液の入口温度、Ｔ２は濃溶液の出口温度、ｔ１は稀溶液の入口温度、ｔ２は補助温水熱交換器２１２を設けたときの稀溶液出口温度、ｔ２’は補助温水熱交換器２１２を設けないときの稀溶液出口温度である。上記構成と温水流量制御を以てすれば、図４に示すような温度変化（熱交換）が可能である。つまり、図４に示すように溶液熱交換器２０５において、温度が高い濃溶液は、稀溶液に熱量が移動し、温度Ｔ１からＴ２へ低下する。また、稀溶液は、補助温水熱交換器２１２を設けない時で、その熱の移動により加熱されて温度ｔ１からｔ２’へ上昇する。一方、補助温水熱交換器２１２を設ける時は、より温度が高い温水から一部バイパスされた稀溶液に熱量が移動し、稀溶液の一部が加熱される。そして、溶液熱交換器２０５を出た稀溶液と合流して温度ｔ２となる。つまり、溶液熱交換器２０５と補助温水熱交換器２１２によって吸収器２０２を出た稀溶液は、温度ｔ１からｔ２へ上昇する。図中のｔ１、ｔ２’、ｔ２で囲まれた部分が、補助温水熱交換器２１２で回収された温水の熱である。
【００４３】
次に、図５、図６を使って、冷熱発生型熱電併給水ステムの運転方法ならびに制御方法について説明する。
【００４４】
図５は、制御装置１０５の構成をその周辺機能とともに示す機能ブロック図である。
【００４５】
図５において、制御装置１０５は、冷熱発生型熱電併給システム１０１全体の動作を制御するものであり、冷熱発生型熱電併給システム１０１を設定された運転モードに従って制御する運転制御部５０１を備えている。
【００４６】
運転制御部５０１には、冷水温度センサ１２０、二次温水温度センサ１３４、及び冷凍機入口温水温度センサ１３５，冷凍機出口温水温度センサ１３６の検出結果と、運転設定部５０２による設定結果（検出信号）が入力されている。また、運転制御部５０１からは、外部放熱用三方弁１２４、二次温水加熱用三方弁１３０、及び、吸収冷凍機１１５への動作指示（指示信号）が出力されている。
【００４７】
運転設定部５０２は、オペレータの操作によって、冷熱発生型熱電供給システム１０１の運転モードを冷熱発生運転、冷熱停止運転、機器停止の何れかに設定し、設定結果を運転制御部５０２に出力する。また、冷熱発生運転および冷熱停止運転の各運転モードには、温水停止と温水発生の設定をそれぞれ行うことができ、これらの設定結果も併せて運転制御部５０２に出力される。
【００４８】
図６は、設定された各運転モードにおける冷熱発生型熱電併給システム１０１の各部への動作指示の内容を示す図である。
【００４９】
なお、図６において、吸収式冷凍機１１５を動作させる場合（ポンプ２０７，２１１等を動作させる場合）の設定を「ＯＮ」で示し、停止させる場合の設定を「ＯＦＦ」で示している。また、吸収式冷凍機１１５側に温水を通す場合の外部放熱用三方弁１２４の設定を「開」で示し、外部放熱用温水バイパス配管１２３側に温水を通す場合の外部放熱用三方弁１２４の設定を「閉」で示している。同様に、吸収式冷凍機１１５側に温水を通す場合の二次温水加熱用三方弁１３０の設定を「開」で示し、二次温水加熱用温水バイパス配管１２９側に温水を通す場合の二次温水加熱用三方弁１３０設定を「閉」で示している。
【００５０】
ここで、本実施例における冷熱発生型熱電併給システム１０１の各運モードにおける動作の詳細を説明する。
【００５１】
冷熱発生型熱電併給システム１０１は、電力の発生及び供給と冷熱の発生及び供給（すなわち冷水の供給）を同時に行う冷熱発生運転と、電力の発生及び供給は行うが、冷熱の発生は行わない冷熱停止運転と、機器本体の動作を停止する機器停止の３種類の運転モードを有しており、さらに、冷熱発生運転および冷熱停止運転のそれぞれには、電力や冷水の供給と同時に温水を発生及び供給を行う機能を備えている。
【００５２】
冷熱発生型熱電併給システム１０１の稼動時には、共通の動作として、エンジン発電部１０２のエンジン発電ユニット１１１に燃料供給路１０６を介して燃料が供給され起動される。このとき、エンジン発電ユニット１０２では、エンジン本体１０７に接続された発電機１０８が駆動されることにより発生した電力が送電路１１３を介して需要側に送電される。一方、エンジン本体１０７にはジャケット冷却水として温水が温水配管１１２を介して供給されており、この温水はエンジン本体１０７の冷却を行って温度上昇し温水配管１１２によってエンジン外部に流出する。このとき、オイルクーラーの熱などは温度が低いために温水によって回収できないので放熱器１１０から外気１０９に放熱される。
【００５３】
運転モードが、冷熱発生運転、かつ温水停止に設定された場合には、図６に示すように吸収式冷凍機１１５はＯＮとなり、外部放熱用三方弁１２４はエンジン発電ユニット１１１に還流する温水の温度（冷凍機入口／出口温水温度センサ１３５、１３６の検出結果）に基づいて制御（開度制御）され、二次温水加熱用三方弁１３０は開となっている。
【００５４】
吸収式冷凍機１１５は、エンジン本体１０７からの温水を熱源とし、また、冷却塔１０４から冷却水ポンプ１１６によって供給される冷却水を冷却源として運転され、冷水ポンプ１１８によって送液された冷水を冷却して、その冷水を需要側に供給する。
【００５５】
また、温水配管１１２に接続された外部放熱用温水バイパス配管１２３および外部放熱用三方弁１２４は、エンジン発電ユニット１１１にエンジン本体１０７の冷却水として供給される温水の温度（冷凍機出口温水温度センサ１３６の検出結果）が、エンジン本体１０７の冷却に必要とされる上限温度を上回らないように、温水の温度に基づいて、外部放熱用三方弁１２４の開度を制御する。すなわち、エンジン本単１０７に供給される温水の温度が上昇した時には、エンジン本体１０７から温水配管１１２によって送られる温水の一部を外部放熱用温水バイパス配管１２３に通水して外部放熱用熱交換器１２６に導き、外部放熱用熱交換器１２６に導かれた冷却水によって冷却して、温水配管１１２のエンジン本体１０７の上流側に戻すように外部放熱用三方弁１２４の開度を制御する。
【００５６】
運転モードが、冷熱発生運転、かつ温水発生に設定された場合には、図６に示すように、二次温水加熱用三方弁１３０の開度を制御することにより、温水配管１１２を介して吸収式冷凍機１１５に供給される温水の一部を、二次温水加熱用温水バイパス配管１２９を介して二次温水加熱用熱交換器１３１に導き、二次温水配管１３３によって導かれた二次温水との間で熱交換することにより、二次温水の温度を上昇させ、需要側の給湯などに供給する。
【００５７】
このとき、二次温水加熱用三方弁１３０は、吸収式冷凍機１１５への温水による供給熱量が不足しないよう、冷水の温度（冷水温度センサ１２０の検出結果）に基づいて制御される。
【００５８】
また、冷熱発生運転時は温水発生の有無にかかわらず、冷水温度計１２０に基づいて、外部放熱用三方弁１２４の開度を制御する。つまり、吸収式冷凍機１１５から冷水を発生させる時、まず、目標冷水温度によって吸収式冷凍機１１５に投入すべき温水流量が算出され、温水が流量制御される。また、目標冷水温度が異なる運転（例えば、夏季７℃、冬季１０℃など）が必要になった場合、特に目標冷水温度が高い場合は、低い場合に比べて、吸収式冷凍機１１５へ投入すべき温水流量は少なくて良い。しかし、エンジン冷却水は、常に冷却に必要な流量を許容温度以下で循環させなければならない。このような場合、高い目標冷水温度に合わせて温水流量を算出すると、エンジン冷却水としての流量が不足する。そのため、エンジン冷却に必要な流量を送液し、外部放熱用三方弁１２４によって、一方は吸収式冷凍機１１５に必要な流量を、他方はそれ以外の温水流量を外部放熱用熱交換器１２６に送り温水を冷却する。そして、両者を配管１１２上に合流させて許容温度以下となった温水をエンジン本体１０７へ送る。以上の制御運転によって、供給する冷水温度を維持しつつ、エンジン本体１０７への冷却水（温水）の流量を確保できる。そのため、エンジン本体１０７の過熱を防止した適正な運転が可能になる。
【００５９】
運転モードが、冷熱停止運転に設定された場合は、温水停止および温水発生時の共通の動作として、吸収式冷凍機１１５の動作を停止する。なお、温水の供給も停止して吸収式冷凍機１１５内部の温度上昇による作動液の濃縮など内部状態の変化を防止することで、吸収式冷凍機１１５本体を保護する。
【００６０】
すなわち、運転モードが冷熱停止運転、かつ温水停止に設定された場合には、エンジン本体１０７を冷却して温度上昇した温水の全量が外部放熱用温水バイパス配管１２３に導かれるように外部放熱用三方弁１２４の開度を制御し、外部放熱用温水バイパス配管１２３により外部放熱用熱交換器１２６に導かれて冷却水に放熱した温水が再びエンジン本体１０７に導かれるように制御する。なお、二次温水加熱用三方弁１３０の位置には温水の流れがなくなるため、全体の動作には影響しないが、停止している吸収式冷凍機１１５を保護する観点から、温水配管１１２を介して温水が流入した際には二次温水加熱用温水バイパス配管１２９側に温水が流れるよう二次温水過熱用三方弁１３０の開度を設定しておく。
【００６１】
また、運転モードが冷熱停止運転、かつ温水発生に設定された場合には、エンジン本体１０７を冷却して温度上昇した温水の全量が二次温水加熱用温水バイパス配管１２９に導かれるように二次温水加熱用三方弁１３０の開度を制御し、二次温水加熱用温水バイパス配管１２９により二次温水加熱用熱交換器１３１に導かれて二次温水を加熱した温水が再びエンジン本体１０７に導かれるように制御する。なお、二次温水配管１３３により需要側に供給される二次温水の温度の制御は、二次温水温度センサ１３４の検出結果に基づいて外部放熱用三方弁１２４の開度を制御し、温水配管１１２から外部放熱用三方弁１２４及び外部放熱用温水バイパス配管１２３を介して外部放熱用熱交換器１２６に導かれ冷却水によって冷却される温水の流量を調整することによって、温水配管１１２から二次温水加熱用三方弁１３０及び二次温水加熱用温水バイパス配管１２９を介して二次温水加熱用熱交換器１３１に送られる温水流量を調節することによって行う。これにより、停止している吸収式冷凍機１１５に温水を通水することなく二次温水の供給温度を制御し、かつエンジン本体１０７の冷却熱を外部に放出してエンジン本体１０７の冷却を維持することができる。
【００６２】
以上のように本実施例では、エンジン発電機と、このエンジンから供給される温水によって駆動される吸収式冷凍機からなる冷熱発生型熱電併給システムにおいて、溶液熱交換器をバイパスするように補助温水熱交換器を配置して、バイパス流路で接続する。そして、このバイパス流路に吸収器から再生器へ向かう稀溶液の一部を送液するとともに、補助温水熱交換器には加熱源として再生器から出た温水を補助温水熱交換器へ送り、稀溶液の一部を加熱する。
【００６３】
これによって、補助温水熱交換器によって温水が持つ熱を効率よく回収し、できるだけ多くの熱を吸収式冷凍機に投入でき、冷凍能力を増大させるとともに冷凍機の効率を向上させることが可能である。
【００６４】
また、溶液熱交換器と補助温水熱交換器を並列に設けるため、一方の交換器での熱交換の影響を他方の交換器の熱交換へ及ぼすことがない。そのため、例えば、補助温水熱交換器で稀溶液の温度が温水によって十分高められたとしても、それによって、溶液熱交換器での濃溶液から稀溶液への熱交換を妨げられることはなく、再生器へ投入された駆動温水の排熱を効率的に利用することが可能となる。
【００６５】
また、本実施例では、冷水温度測定結果に基づいて、外部放熱用三方弁の開度を制御する。つまり、高い目標冷水温度に合わせて吸収式冷凍機に送る温水流量を算出すると、エンジン冷却水としての流量が不足する。そのため、エンジン冷却に必要な流量を送液し、外部放熱用三方弁によって、一方は吸収式冷凍機の駆動熱源として必要な流量を、他方はそれ以外の温水流量を外部放熱用熱交換器に送り温水を冷却する。
【００６６】
これによって、供給する冷水温度を維持しつつ、エンジン本体への冷却水（温水）流量を確保できる。そのため、エンジン本体の過熱を防止した適正な運転が可能になる。
【実施例２】
【００６７】
次に図７を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。
【００６８】
図７は、第２の実施形態に係る冷熱発生型熱電併給システムの全体構成を概略的に示す図である。
【００６９】
第１の実施形態と違うところは、温水の冷却にエンジン発電ユニット１１１の空冷ファン１１４を利用することである。すなわち、温水配管１１２に接続された外部放熱用温水バイパス配管１２３および外部放熱用三方弁１２４は、エンジン発電ユニット１１１にエンジン本体１０７の冷却水として供給される温水の温度（冷凍機出口温水温度センサ１３６の検出結果）が、エンジン本体１０７の冷却に必要とされる上限温度を上回らないように、温水の温度に基づいて、外部放熱用三方弁１２４の開度を制御する。つまり、エンジン本体１０７に供給される温水の温度が上昇した時には、エンジン本体１０７から温水配管１１２によって送られる温水の一部をエンジンオイル等の放熱を行う放熱器１１０に導き、その放熱器１１０は、送風ファン１１４を備えており、送風ファン１１４によって外気１０９を取り込み、放熱器１１０を介して排気することによって温水の冷却を行う。そして温水配管１１２のエンジン本体１０７の上流側に戻すように外部放熱用三方弁１２４を制御する。
【００７０】
以上のように本実施例では、温水の冷却にエンジン発電ユニットの放熱器（空冷ファン）を利用する。すなわち、冷温水供給部で熱源として使用された温水を再びエンジン冷却水としてエンジン本体に戻し送液をする際は、温水温度測定結果に基づいて、温水の一部をエンジンオイル等の放熱を行う放熱器に導き、その放熱器は、送風ファンを備えており、送風ファンによって外気で温水の冷却を行う。そして許容温度以下に冷却された温水はエンジン本体へと送られる。
【００７１】
これによって、放熱器（空冷ファン）にエンジン発電ユニットの冷却と、温水の冷却の機能を共用化させることが可能となるため、設置スペースや、コスト削減に寄与することができる。
【実施例３】
【００７２】
次に図８を用いて、本発明の第３実施形態を説明する。
【００７３】
図８は、本実施形態に係わる吸収式冷凍機の構成例を概略的に示す図である。
【００７４】
本実施形態は第１の実施形態に対して多段蒸発吸収型の吸収式冷凍機を適用したものである。なお第２の実施形態に適用しても同等の効果が得られる。説明のために第１および第２の実施形態に記載している蒸発吸収器の形式を単段式蒸発吸収器と呼称する。また本発明では、蒸発器と吸収器が２段式のもので説明するが、段数を限定するものではない。
【００７５】
蒸発器２０１および吸収器２０２は、それぞれ第１蒸発器８０１と第２蒸発器８０２、第１吸収器８０３と第２吸収器８０４の２段に分割される。第１蒸発器８０１と第１吸収器８０３の部分は、第２蒸発器８０２と第２吸収器８０４の部分に隔壁８０５によって分割されている。また、この隔壁８０５には、第１蒸発器８０１の蒸発伝熱管８０６上を流下した冷媒液を第２蒸発器８０２内の蒸発伝熱管８０７上に再分配する冷媒再分配器８０８、および第１吸収器８０３の吸収伝熱管８０９上を流下した溶液を第２吸収器８０４内の吸収伝熱管８１０上に再配分する溶液再配分器８１１を設けている。
【００７６】
上記構成により、濃溶液は、第１吸収器８０３に導かれ、溶液分配器２１０から吸収伝熱管８０９の表面に供給される。吸収伝熱管８０９の表面では、第１蒸発器８０１で蒸発した冷媒蒸気が、溶液の流下液膜に吸収される。この時発生する吸収熱は伝熱管８０９内を流れる冷却水により除去される。そして、第１吸収器８０３で冷媒蒸気を吸収した溶液８０３ａは、吸収伝熱管８０９の下方に設けられた溶液再分配器８１１に流下する。伝熱管８０９を固定する吸収器の内壁あるいは管軸方向途中に設けられた伝熱管支持板（図示せず）に、伝熱管８０９上を流下する過程で移動した溶液や、管上から飛散して吸収器の内壁に付着した後に流下した溶液も溶液再分配器８１１に流下する。これらの溶液は伝熱管８０９上を流下して冷媒を吸収した溶液に再び合流する。第２吸収器８０４では、溶液が溶液再分配器８１１から吸収伝熱管８１０の表面に供給される。この溶液は、第１吸収器８０３の場合と同様、吸収伝熱管８１０の管外に流下液膜を形成し、第２蒸発器８０２で蒸発した冷媒蒸気を吸収する。この時発生する吸収熱も第１吸収器８０３と同様に伝熱管８１０内を流れる冷却水によって除去される。これにより溶液の吸収能力が維持され、冷媒蒸気の吸収が促進される。冷媒蒸気を吸収した溶液８０４ａは、吸収器の底部に設けられた稀溶液ポンプ８１２により溶液熱交換器２０５と補助温水熱交換器２１２に送られる。それぞれ濃溶液、温水と熱交換した後、合流して再生器２０３に送られる。
【００７７】
以上のように本実施例では、実施例１で用いた吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器を隔壁を設けることで多段式に構成する。
【００７８】
上記構成によると、温水排熱の熱量、溶液の循環流量、冷却水の循環流量、冷水の循環流量が同一であれば、単段式蒸発吸収器よりも多段式蒸発吸収器（本実施径他では２段）の方が、蒸発器（８０１と８０２）での冷媒蒸発量が多い。つまり、濃溶液の液量よりも稀溶液の液量の方が一層多くなる。すると、溶液熱交換器２０５のみで稀溶液を加熱するよりも、稀溶液の一部を補助温水熱交換器２１２にバイパスさせて温水で加熱した方が、より多くの排熱回収が可能となり、コージェネレーションの効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０１・・・冷熱発生型熱電併給システム、１０２・・・エンジン発電部、１０３・・・冷温水供給部、１０４・・・冷却塔、１０５・・・制御装置、１０６・・・燃料供給路、１０７・・・エンジン本体、１０８・・・発電機、１０９・・・外気、１１０・・・放熱器、１１１・・・エンジン発電ユニット、１１２・・・温水配管（温水流路）、１１３・・・送電路、１１４・・・送風ファン、１１５・・・吸収式冷凍機、１１６・・・冷却水ポンプ、１１７・・・冷却水配管、１１８・・・冷水ポンプ、１１９・・・冷水配管、１２０・・・冷水温度センサ、１２１・・・温水熱回収部、
１２２・・・温水ポンプ、１２３・・・外部放熱用温水バイパス配管、１２４・・・外部放熱用三方弁、１２５・・・冷却水配管、１２６・・・外部放熱用熱交換器、１２７，１２８・・・開閉弁
１２９・・・二次温水加熱用温水バイパス配管、１３０・・・二次温水加熱用三方弁、
１３１・・・二次温水加熱用熱交換器、１３２・・・二次温水ポンプ、１３３・・・二次温水配管
１３４・・・二次温水温度センサ、１３５・・・冷凍機入口温水温度センサ、
１３６・・・冷凍機出口温水温度センサ、２０１・・・蒸発器、２０１ａ・・・冷媒液、
２０２・・・吸収器、２０２ａ・・・溶液（稀溶液）、２０３・・・再生器、
２０３ａ・・・溶液（濃溶液）、２０４・・・凝縮器、２０４ａ・・・冷媒液、
２０５・・・溶液熱交換器、２０６，８０６，８０７・・・蒸発伝熱管、２０７・・・冷媒ポンプ、
２０８，２１０，２１４・・・散布管、２０９・・・吸収伝熱管、２１１・・・溶液ポンプ
２１２・・・補助温水熱交換器、２１３，２１５，８０９，８１０・・・伝熱管
２１６，２１７，２２１・・・配管、２１８・・・温度計、２１９・・・三方弁、２２０・・・温水ポンプ、５０１・・・運転制御部、５０２・・・運転設定部、８０１・・・第１蒸発器、
８０２・・・第２蒸発器、８０３・・・第１吸収器、８０３ａ，８０４ａ・・・溶液、
８０４・・・第２吸収器、８０５・・・隔壁、８０８・・・冷媒再分配器、
８１１・・・溶液再分配器、８１２・・・稀溶液ポンプ
【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】
2016048146.tif 000009
【図８】
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