JP6907438B2 - 吸収式熱交換システム - Google Patents

Description

本発明は吸収式熱交換システムに関し、特に温度上昇させる流体の出口温度が、温度低下する流体の入口温度よりも高くなるように、２つの流体間で熱交換させる吸収式熱交換システムに関する。

熱交換器は、高温の流体と低温の流体との間で熱を交換する装置として広く用いられている。２つの流体の間で直接熱交換が行われる熱交換器では、低温の流体の出口温度を、高温の流体の入口温度よりも高い温度にすることはできない（例えば、特許文献１参照。）。

特許第５４９８８０９号公報（図１１等参照）

熱交換器の用途の１つとして、排熱を回収することが挙げられる。排熱は、使用されずに捨てられる熱であるため、排熱を回収して温度を上昇させる流体の出口温度を、排熱を含む熱が奪われて温度が低下する流体の入口温度よりも高い温度にすることができれば、活用の幅が広がることとなる。

本発明は上述の課題に鑑み、温度を上昇させる被加熱流体の出口温度を、温度が低下する加熱源流体の入口温度よりも高くすることができる吸収式熱交換システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図１に示すように、吸収液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗとなる際に放出した吸収熱によって第１の被加熱流体ＲＰの温度を上昇させる吸収部１０と；冷媒の蒸気Ｖｇが凝縮して冷媒液Ｖｆとなる際に放出した凝縮熱によって第２の被加熱流体ＧＰの温度を上昇させる凝縮部４０と；凝縮部４０から冷媒液Ｖｆを導入し、導入した冷媒液Ｖｆが蒸発して吸収部１０に供給される冷媒の蒸気Ｖｅとなる際に必要な蒸発潜熱を加熱源流体ＲＳから奪うことで加熱源流体ＲＳの温度を低下させる蒸発部２０と；吸収部１０から希溶液Ｓｗを導入し、導入した希溶液Ｓｗを加熱し希溶液Ｓｗから冷媒Ｖｇを離脱させて濃度が上昇した濃溶液Ｓａとするのに必要な熱を加熱源流体ＲＳから奪うことで加熱源流体ＲＳの温度を低下させる再生部３０とを備え；吸収液Ｓａ、Ｓｗと冷媒Ｖｅ、Ｖｆ、Ｖｇとの吸収ヒートポンプサイクルによって、吸収部１０は再生部３０よりも内部の圧力及び温度が高くなり、蒸発部２０は凝縮部４０よりも内部の圧力及び温度が高くなるように構成され；蒸発部２０及び再生部３０に導入される前の加熱源流体ＲＡから分岐された一部の加熱源流体を第１の被加熱流体ＲＰとして吸収部１０に導入するように構成されている。

このように構成すると、蒸発部及び再生部に導入される前の加熱源流体から分岐された一部の加熱源流体を第１の被加熱流体として吸収部に導入するので、吸収部から流出した第１の被加熱流体の温度を蒸発部及び再生部に導入される前の加熱源流体の温度よりも高くすることができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る吸収式熱交換システム１において、吸収部１０から流出した第１の被加熱流体ＲＰの温度が所定の温度になるように、蒸発部２０及び再生部３０に流入する加熱源流体ＲＳの流量と吸収部１０に第１の被加熱流体ＲＰとして流入する加熱源流体ＲＰの流量との比が設定されている。

このように構成すると、吸収部から流出した第１の被加熱流体の温度を調節することができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る吸収式熱交換システム１において、凝縮部４０から流出した第２の被加熱流体ＧＰが蒸発部２０及び再生部３０の少なくとも一方から流出した加熱源流体ＲＳと混合するように構成されている。

このように構成すると、吸収式熱交換システムに流入する加熱源流体の流量と吸収式熱交換システムから流出する加熱源流体の流量とのバランスを図ることができる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図２に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る吸収式熱交換システム２において、凝縮部４０から流出した第２の被加熱流体ＧＰから分岐された一部の第２の被加熱流体ＧＰｄを、吸収部１０に導入される前の第１の被加熱流体ＲＰに合流させる部分被加熱流体バイパス流路４８を備える。

このように構成すると、システム構成を簡単にすることができる。

また、本発明の第５の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図２を参照して示すと、上記本発明の第４の態様に係る吸収式熱交換システム２において、吸収部１０から流出した第１の被加熱流体ＲＰの温度が所定の温度になるように、凝縮部４０から流出した第２の被加熱流体ＧＰの、蒸発部２０及び再生部３０の少なくとも一方から流出した加熱源流体ＲＳと混合する流量と、部分被加熱流体バイパス流路４８を流れる流量との比が設定されている。

このように構成すると、吸収部から流出した第１の被加熱流体の温度及び流量のバランスを調節することができる。

また、本発明の第６の態様に係る吸収式熱交換システムは、例えば図３に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る吸収式熱交換システム３において、凝縮部４０から蒸発部２０に搬送される冷媒液Ｖｆと、蒸発部２０及び再生部３０の少なくとも一方から流出した加熱源流体ＲＳと、の間で熱交換を行わせる冷媒熱交換器９９を備える。

このように構成すると、吸収式熱交換システムから流出する加熱源流体の温度を下げることができ、吸収式熱交換システムにおいて加熱源流体から回収する熱量を増加させることができる。

本発明によれば、蒸発部及び再生部に導入される前の加熱源流体から分岐された一部の加熱源流体を第１の被加熱流体として吸収部に導入するので、吸収部から流出した第１の被加熱流体の温度を蒸発部及び再生部に導入される前の加熱源流体の温度よりも高くすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る吸収式熱交換システムの模式的系統図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸収式熱交換システムの模式的系統図である。 本発明の第３の実施の形態に係る吸収式熱交換システムの模式的系統図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る吸収式熱交換システムの模式的系統図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る吸収式熱交換システム１を説明する。図１は、吸収式熱交換システム１の模式的系統図である。吸収式熱交換システム１は、吸収液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルを利用して、熱利用機器ＨＣＦに向けて吸収式熱交換システム１から流出する昇温対象流体ＲＰの温度が、駆動熱源として吸収式熱交換システム１に流入する駆動熱源流体ＲＳの温度よりも高くなるように熱移動させるシステムである。ここで、昇温対象流体ＲＰは、吸収式熱交換システム１において温度を上昇させる対象となる流体であり、第１の被加熱流体に相当する。駆動熱源流体ＲＳは、吸収式熱交換システム１において温度が低下する流体であり、加熱源流体に相当する。吸収式熱交換システム１は、吸収液Ｓ（Ｓａ、Ｓｗ）と冷媒Ｖ（Ｖｅ、Ｖｇ、Ｖｆ）との吸収ヒートポンプサイクルが行われる主要機器を構成する吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、及び凝縮器４０を備えている。吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、凝縮器４０は、それぞれ、吸収部、蒸発部、再生部、凝縮部に相当する。

本明細書においては、吸収液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「吸収液Ｓ」ということとする。同様に、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、吸収液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｖとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

吸収器１０は、昇温対象流体ＲＰの流路を構成する伝熱管１２と、濃溶液Ｓａを伝熱管１２の表面に供給する濃溶液供給装置１３とを内部に有している。伝熱管１２は、一端に昇温流体導入管５１が接続され、他端に昇温流体流出管１９が接続されている。昇温流体導入管５１は、昇温対象流体ＲＰを伝熱管１２に導く流路を構成する管である。昇温流体導入管５１には、内部を流れる昇温対象流体ＲＰの流量を調節する昇温流体弁５１ｖが設けられている。昇温流体流出管１９は、吸収器１０で加熱された昇温対象流体ＲＰを流す流路を構成する管である。吸収器１０は、濃溶液供給装置１３から濃溶液Ｓａが伝熱管１２の表面に供給され、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収して希溶液Ｓｗとなる際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、伝熱管１２を流れる昇温対象流体ＲＰが受熱して、昇温対象流体ＲＰが加熱されるように構成されている。

蒸発器２０は、駆動熱源流体ＲＳの流路を構成する熱源管２２を、蒸発器缶胴２１の内部に有している。蒸発器２０は、蒸発器缶胴２１の内部に冷媒液Ｖｆを散布するノズルを有していない。このため、熱源管２２は、蒸発器缶胴２１内に貯留された冷媒液Ｖｆに浸かるように配設されている（満液式蒸発器）。熱源管２２の一端には、駆動熱源導入管５２が接続されている。駆動熱源導入管５２は、駆動熱源流体ＲＳを熱源管２２に導く流路を構成する管である。駆動熱源導入管５２には、内部を流れる駆動熱源流体ＲＳの流量を調節する駆動熱源弁５２ｖが設けられている。駆動熱源導入管５２の他端は、昇温流体導入管５１の他端と共に、熱源流体流入管５５に接続されている。熱源流体流入管５５は、合流熱源流体ＲＡが流れる流路を構成する管である。熱源流体流入管５５を流れる合流熱源流体ＲＡは、分流して、昇温流体導入管５１と駆動熱源導入管５２とに流入するように構成されている。つまり、昇温対象流体ＲＰは、合流熱源流体ＲＡのうちの昇温流体導入管５１に流入したものであり、駆動熱源流体ＲＳは、合流熱源流体ＲＡのうちの駆動熱源導入管５２に流入したものである。蒸発器２０は、熱源管２２周辺の冷媒液Ｖｆが熱源管２２内を流れる駆動熱源流体ＲＳの熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生するように構成されている。蒸発器缶胴２１には、蒸発器缶胴２１内に冷媒液Ｖｆを供給する冷媒液管４５が接続されている。

吸収器１０と蒸発器２０とは、相互に連通している。吸収器１０と蒸発器２０とが連通することにより、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器１０に供給することができるように構成されている。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する駆動熱源流体ＲＳを内部に流す熱源管３２と、希溶液Ｓｗを熱源管３２の表面に供給する希溶液供給装置３３とを有している。熱源管３２内を流れる駆動熱源流体ＲＳは、蒸発器２０の熱源管２２内を流れた後の駆動熱源流体ＲＳとなっている。蒸発器２０の熱源管２２と再生器３０の熱源管３２とは、駆動熱源流体ＲＳを流す駆動熱源連絡管２５で接続されている。再生器３０の熱源管３２の駆動熱源連絡管２５が接続された端部とは反対側の端部には、駆動熱源流出管３９が接続されている。駆動熱源流出管３９は、駆動熱源流体ＲＳを再生器３０の外へ導く流路を構成する管である。再生器３０は、希溶液供給装置３３から供給された希溶液Ｓｗが駆動熱源流体ＲＳに加熱されることにより、希溶液Ｓｗから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した濃溶液Ｓａが生成されるように構成されている。希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０に移動するように構成されている。

凝縮器４０は、低温熱源流体ＧＰが流れる伝熱管４２を凝縮器缶胴４１の内部に有している。伝熱管４２の一端には、低温熱源流体ＧＰを伝熱管４２に導く流路を構成する低温熱源導入管５７が接続されている。伝熱管４２の他端には、凝縮器４０から流出した低温熱源流体ＧＰを流す流路を構成する低温熱源流出管４９の一端が接続されている。低温熱源流出管４９の他端は、駆動熱源流出管３９の他端と共に、熱源流体流出管５９に接続されている。熱源流体流出管５９は、駆動熱源流出管３９を流れる駆動熱源流体ＲＳと、低温熱源流出管４９を流れる低温熱源流体ＧＰと、が合流した合流熱源流体ＲＡが流れる流路を構成する管である。凝縮器４０は、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これが凝縮して冷媒液Ｖｆとなる際に放出した凝縮熱を、伝熱管４２内を流れる低温熱源流体ＧＰが受熱して、低温熱源流体ＧＰが加熱されるように構成されている。低温熱源流体ＧＰは、第２の被加熱流体に相当する。再生器３０と凝縮器４０とは、相互に連通するように、再生器３０の缶胴と凝縮器缶胴４１とが一体に形成されている。再生器３０と凝縮器４０とが連通することにより、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給することができるように構成されている。

再生器３０の濃溶液Ｓａが貯留される部分と吸収器１０の濃溶液供給装置１３とは、濃溶液Ｓａを流す濃溶液管３５で接続されている。濃溶液管３５には、濃溶液Ｓａを圧送する溶液ポンプ３５ｐが配設されている。吸収器１０の希溶液Ｓｗが貯留される部分と希溶液供給装置３３とは、希溶液Ｓｗを流す希溶液管３６で接続されている。濃溶液管３５及び希溶液管３６には、濃溶液Ｓａと希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器３８が配設されている。凝縮器４０の冷媒液Ｖｆが貯留される部分と蒸発器缶胴２１とは、冷媒液Ｖｆを流す冷媒液管４５で接続されている。冷媒液管４５には、冷媒液Ｖｆを圧送する冷媒ポンプ４６が配設されている。

吸収式熱交換システム１は、定常運転中、吸収器１０の内部の圧力及び温度は再生器３０の内部の圧力及び温度よりも高くなり、蒸発器２０の内部の圧力及び温度は凝縮器４０の内部の圧力及び温度よりも高くなる。吸収式熱交換システム１は、吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、凝縮器４０が、第２種吸収ヒートポンプの構成となっている。

熱源流体流入管５５及び熱源流体流出管５９は、本実施の形態では、熱源設備ＨＳＦに接続されている。熱源設備ＨＳＦは、例えば製鉄所や発電所等からの排熱を回収する設備である。熱源設備ＨＳＦは、本実施の形態では、熱源流体流出管５９から取り入れた合流熱源流体ＲＡを、排熱で加熱し温度を上昇させて熱源流体流入管５５に供給するものである。昇温流体流出管１９及び低温熱源導入管５７は、本実施の形態では、熱利用設備ＨＣＦに接続されている。熱利用設備ＨＣＦは、例えば導入した熱を暖房用に利用したり他の吸収冷凍機や吸収ヒートポンプ等の熱源機器の熱源として利用したりするものである。熱利用設備ＨＣＦは、本実施の形態では、昇温流体流出管１９から導入した昇温対象流体ＲＰが保有する熱を利用し、昇温対象流体ＲＰから熱を奪って温度が低下した流体を低温熱源流体ＧＰとして低温熱源導入管５７に流出するものである。

引き続き図１を参照して、吸収式熱交換システム１の作用を説明する。まず、冷媒側の吸収ヒートポンプサイクルを説明する。凝縮器４０では、再生器３０で蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを受け入れて、伝熱管４２を流れる低温熱源流体ＧＰによって再生器冷媒蒸気Ｖｇが冷却されて凝縮し、冷媒液Ｖｆとなる。このとき、低温熱源流体ＧＰは、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮する際に放出した凝縮熱によって温度が上昇する。凝縮した冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ４６で蒸発器缶胴２１に送られる。蒸発器缶胴２１に送られた冷媒液Ｖｆは、熱源管２２内を流れる駆動熱源流体ＲＳによって加熱され、蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなる。このとき、駆動熱源流体ＲＳは、冷媒液Ｖｆに熱を奪われて温度が低下する。蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅは、蒸発器２０と連通する吸収器１０へと移動する。

次に溶液側の吸収ヒートポンプサイクルを説明する。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが濃溶液供給装置１３から供給され、この供給された濃溶液Ｓａが蒸発器２０から移動してきた蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する。蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、伝熱管１２を流れる昇温対象流体ＲＰが加熱され、昇温対象流体ＲＰの温度が上昇する。伝熱管１２を流れる昇温対象流体ＲＰは、元は、蒸発器２０の熱源管２２に導入される駆動熱源流体ＲＳの元と同じ合流熱源流体ＲＡである。したがって、昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰは、吸収器１０で加熱された分だけ、蒸発器２０及び再生器３０に流入する駆動熱源流体ＲＳよりも温度が高くなる。吸収器１０で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなり、吸収器１０の下部に貯留される。貯留された希溶液Ｓｗは、吸収器１０と再生器３０との内圧の差により再生器３０に向かって希溶液管３６を流れ、溶液熱交換器３８で濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下して、再生器３０に至る。

再生器３０に送られた希溶液Ｓｗは、希溶液供給装置３３から供給され、熱源管３２を流れる駆動熱源流体ＲＳによって加熱され、供給された希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して濃溶液Ｓａとなり、再生器３０の下部に貯留される。このとき、駆動熱源流体ＲＳは、希溶液Ｓｗに熱を奪われて温度が低下する。熱源管３２を流れる駆動熱源流体ＲＳは、蒸発器２０の熱源管２２を通過してきたものである。希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは、再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０へと移動する。再生器３０の下部に貯留された濃溶液Ｓａは、溶液ポンプ３５ｐにより、濃溶液管３５を介して吸収器１０の濃溶液供給装置１３に圧送される。濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａは、溶液熱交換器３８で希溶液Ｓｗと熱交換して温度が上昇してから吸収器１０に流入し、濃溶液供給装置１３から供給され、以降、同様のサイクルを繰り返す。

吸収液Ｓ及び冷媒Ｖが上記のような吸収ヒートポンプサイクルを行う過程における、被加熱流体及び加熱源流体の温度の変化を、具体例を挙げて説明する。熱源設備ＨＳＦから流出して熱源流体流入管５５を流れる９５℃の合流熱源流体ＲＡは、分流した昇温対象流体ＲＰ及び駆動熱源流体ＲＳがそれぞれ９５℃である。駆動熱源導入管５２を流れる９５℃の駆動熱源流体ＲＳは、蒸発器２０の熱源管２２を流れた際に冷媒液Ｖｆに熱を奪われて、駆動熱源連絡管２５に至ると８８℃に温度が低下する。その後、駆動熱源連絡管２５を流れる駆動熱源流体ＲＳは、再生器３０の熱源管３２を流れた際に希溶液Ｓｗに熱を奪われて、駆動熱源流出管３９に至ると８０℃に温度が低下する。

他方、昇温流体導入管５１を流れる昇温対象流体ＲＰは、吸収器１０の伝熱管１２を流れた際に、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収して発生した吸収熱を得て、昇温流体流出管１９に至ると１００℃に温度が上昇する。昇温流体流出管１９を流れる１００℃の昇温対象流体ＲＰは、熱利用設備ＨＣＦに流入して熱が利用されて温度が低下する。熱利用設備ＨＣＦで熱が利用されて温度が低下した流体は、３０℃の低温熱源流体ＧＰとして低温熱源導入管５７に流出する。低温熱源導入管５７を流れる３０℃の低温熱源流体ＧＰは、凝縮器４０の伝熱管４２を流れた際に、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮して冷媒液Ｖｆとなる際に放出した凝縮熱を得て、低温熱源流出管４９に至ると４０℃に温度が上昇する。

低温熱源流出管４９を流れる４０℃の低温熱源流体ＧＰは、駆動熱源流出管３９を流れる８０℃の駆動熱源流体ＲＳと混合し、６０℃の合流熱源流体ＲＡとなって熱源流体流出管５９を流れる。本実施の形態では、低温熱源流出管４９の低温熱源流体ＧＰと駆動熱源流出管３９の駆動熱源流体ＲＳとを混合することで、吸収式熱交換システム１に出入りする被加熱流体及び熱源流体の流量バランスを図っている。熱源流体流出管５９を流れる６０℃の合流熱源流体ＲＡは、熱源設備ＨＳＦに流入して排熱を回収して温度が上昇する。熱利用設備ＨＣＦで温度が上昇した合流熱源流体ＲＡは、９５℃で熱源流体流入管５５に流出し、以降、上述の流れを繰り返す。

吸収式熱交換システム１では、上述のような温度関係を成り立たせて、吸収器１０から流出した昇温対象流体ＲＰの温度が所定の温度（熱利用設備ＨＣＦにおける利用に適した温度であって本実施の形態では１００℃）になるように、昇温流体導入管５１を流れる昇温対象流体ＲＰの流量と、駆動熱源導入管５２を流れる駆動熱源流体ＲＳの流量と、の比を決定している。本実施の形態では、昇温対象流体ＲＰと駆動熱源流体ＲＳとの流量比を概ね１：１としている。なお、相対的に、昇温対象流体ＲＰの流量を少なくすれば昇温対象流体ＲＰの温度は高くなり、昇温対象流体ＲＰの流量を多くすれば昇温対象流体ＲＰの温度は低くなる。ここで、昇温流体導入管５１を流れる昇温対象流体ＲＰと駆動熱源導入管５２を流れる駆動熱源流体ＲＳとの流量比は、制御装置（不図示）に設けられた記憶装置（不図示）にあらかじめ設定しておいてもよいし、制御装置に設けられた入力装置（不図示）により随時設定が可能な構成としてもよい。本実施の形態では、昇温対象流体ＲＰと駆動熱源流体ＲＳとの流量比の調節を、昇温流体弁５１ｖ及び駆動熱源弁５２ｖの開度を調節することで行うこととしている。昇温流体弁５１ｖ及び駆動熱源弁５２ｖの開度の調節は、典型的には上述した制御装置に設定された流量比に基づいて制御装置からの信号によって自動で行われるが、制御装置によらずに手動で開度を調節することとしてもよい。なお、昇温流体弁５１ｖ及び駆動熱源弁５２ｖに代えて、昇温流体導入管５１と駆動熱源導入管５２と熱源流体流入管５５との接続部に三方弁を設けることとしてもよい。

これまで説明した、吸収式熱交換システム１に対して入出する、加熱源流体（合流熱源流体ＲＡ）と被加熱流体（昇温対象流体ＲＰ、低温熱源流体ＧＰ）との流れを概観すると、吸収式熱交換システム１において、熱源設備ＨＳＦから流出して吸収式熱交換システム１に９５℃で流入した合流熱源流体ＲＡは吸収式熱交換システム１から６０℃で流出して熱源設備ＨＳＦに流入しており、熱利用設備ＨＣＦから流出して吸収式熱交換システム１に３０℃で流入した低温熱源流体ＧＰは吸収式熱交換システム１から昇温対象流体ＲＰとして１００℃で流出して熱利用設備ＨＣＦに流入している。これを、熱源設備ＨＳＦに対して流出入する合流熱源流体ＲＡを加熱源流体、熱利用機器ＨＣＦに対して流出入する昇温対象流体ＲＰ及び低温熱源流体ＧＰを被加熱流体としてみると、吸収式熱交換システム１は、加熱源流体と被加熱流体との間で熱交換作用をしているものとみることができ、被加熱流体が、流入した被加熱流体の温度から加熱源流体の温度よりも高い温度まで加熱するだけの熱量を、加熱源流体から奪った後に流出する熱交換システムとみることができる。吸収式熱交換システム１から流出する被加熱流体（昇温対象流体ＲＰ）の温度が高い程、吸収式熱交換システム１に対する被加熱流体の入出口温度差を加熱源流体の入出口温度差よりも拡大して、被加熱流体（昇温対象流体ＲＰ）の流量を少なくすることができる。さらに、吸収式熱交換システム１から流出して熱源設備ＨＳＦに流入する合流熱源流体ＲＡの流量と熱源設備ＨＳＦから流出して吸収式熱交換システム１に流入する合流熱源流体ＲＡの流量を等しいものとし、吸収式熱交換システム１から流出して熱利用機器ＨＣＦに流入する昇温対象流体ＲＰの流量と熱利用機器ＨＣＦから流出して吸収式熱交換システム１に流入する低温熱源流体ＧＰの流量を等しいものとした場合には、加熱源流体及び被加熱流体の両流体が、吸収式熱交換システム１内で区画された独立した系統として吸収式熱交換システム１に流入出しているものとみることができ、吸収式熱交換システム１を熱交換器としてみることがより明瞭になる。本実施の形態に示したように、吸収式熱交換システム１から流出した合流熱源流体ＲＡが熱源設備ＨＳＦ内を通過して加熱された後に吸収式熱交換システム１に戻り、吸収式熱交換システム１から流出した昇温対象流体ＲＰが熱利用機器ＨＣＦを通過して熱が消費された後に低温熱源流体ＧＰとして吸収式熱交換システム１に戻るように構成すると好適である。

なお、仮に、熱利用設備ＨＣＦに対して流出入する流体（被加熱流体）を、熱源設備ＨＳＦに対して流出入する流体（加熱源流体）に対して分流及び合流させずに、凝縮器４０の伝熱管４２を流れた低温熱源流体ＧＰを吸収器１０の伝熱管１２に流すように独立した系統とする場合は、凝縮器４０の伝熱管４２を流れた低温熱源流体ＧＰを吸収器１０の伝熱管１２に流入させる前に、蒸発器２０及び再生器３０から流出した駆動熱源流体ＲＳ又は蒸発器２０及び再生器３０に流入する前の駆動熱源流体ＲＳと熱交換して加熱し昇温させる熱交換器が必要になる。これに対し、本実施の形態のように、熱利用設備ＨＣＦに対して流出入する流体（被加熱流体）を熱源設備ＨＳＦに対して流出入する流体（加熱源流体）に対して分流及び合流させると、上記仮定の場合に設ける熱交換器が不要となり、システム構成を簡単にすることができる。上記仮定の場合に設ける熱交換器が不要となることにより、熱交換器からの放熱損失と熱交換温度効率が１より小さいことによる被加熱流体の温度低下を回避して、熱交換器による熱効率の低下を解消することができる。さらに、熱交換器の設置スペース、熱交換器に流体が出入するための配管、熱交換器の保守点検作業をも省くこともできる。さらに、本実施の形態に係る吸収式熱交換システム１では、熱源設備ＨＳＦに流出する流体（加熱源流体）よりも低い温度の流体（被加熱流体）を熱利用設備ＨＣＦから導入し、熱源設備ＨＳＦから導入する流体（加熱源流体）よりも高い温度の流体（被加熱流体）を熱利用設備ＨＣＦに流出することができ、熱の有効利用を図ることができると共に、吸収式熱交換システム１に対する被加熱流体の入出口温度差を拡大して被加熱流体の流量を少なくすることができる。

以上で説明したように、本実施の形態に係る吸収式熱交換システム１によれば、流出する昇温対象流体ＲＰの温度が導入する駆動熱源流体ＲＳの温度よりも高くなるように昇温対象流体ＲＰを加熱することができ、駆動熱源流体ＲＳよりも利用価値が高い昇温対象流体ＲＰを外部に供給することができる。また、吸収器１０で加熱される昇温対象流体ＲＰを合流熱源流体ＲＡから分岐すると共に、凝縮器４０で加熱された低温熱源流体ＧＰを、蒸発器２０及び再生器３０を通過した駆動熱源流体ＲＳに合流させているので、駆動熱源流体ＲＳと低温熱源流体ＧＰとで熱交換させることなく、すなわち大型の熱交換器を設けることなく装置構成を簡単にして、比較的温度の高い昇温対象流体ＲＰを供給（流出）することができる。また、吸収式熱交換システム１に流入出する駆動熱源流体ＲＳの出入口温度差よりも、吸収式熱交換システム１に対して流入する低温熱源流体ＧＰの温度と流出する昇温対象流体ＲＰの温度との差を大きくすることができ、温度差が大きい分だけ熱利用設備ＨＣＦに供給する昇温対象流体ＲＰの流量を少なくすることができ、搬送動力を削減することができる。

次に図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る吸収式熱交換システム２を説明する。図２は、吸収式熱交換システム２の模式的系統図である。吸収式熱交換システム２は、主として以下の点で吸収式熱交換システム１（図１参照）と異なっている。吸収式熱交換システム２は、低温熱源流出管４９と昇温流体導入管５１とを連絡する低温熱源バイパス管４８が設けられている。低温熱源バイパス管４８は、凝縮器４０から流出して低温熱源流出管４９を流れる低温熱源流体ＧＰの一部を、吸収器１０に流入する前の昇温流体導入管５１を流れる昇温対象流体ＲＰに合流させる管であり、部分被加熱流体バイパス流路に相当する。以下、説明の便宜上、低温熱源バイパス管４８を流れる低温熱源流体ＧＰを特に符号ＧＰｄで表して、低温熱源流出管４９を流れる低温熱源流体ＧＰと区別する場合がある。低温熱源バイパス管４８には、内部を流れる低温熱源流体ＧＰｄの流量を調節する低温熱源バイパス弁４８ｖが設けられている。他方、低温熱源バイパス管４８との接続部よりも下流側の低温熱源流出管４９には、内部を流れる低温熱源流体ＧＰの流量を調節する低温熱源弁４９ｖが設けられている。なお、低温熱源バイパス弁４８ｖ及び低温熱源弁４９ｖに代えて、低温熱源流出管４９と低温熱源バイパス管４８との接続部に三方弁を設けることとしてもよい。吸収式熱交換システム２の上記以外の構成は、吸収式熱交換システム１（図１参照）と同様である。

上述のように構成された吸収式熱交換システム２は、吸収式熱交換システム１（図１参照）の作用に加えて、低温熱源バイパス弁４８ｖ及び低温熱源弁４９ｖの開度を調節して、凝縮器４０で加熱された低温熱源流体ＧＰの一部ＧＰｄを、吸収器１０に流入する前の昇温対象流体ＲＰに混合させている。低温熱源バイパス弁４８ｖ及び低温熱源弁４９ｖの開度の調節は、典型的には吸収式熱交換システム１と同様に制御装置（不図示）に設定された流量比に基づいて制御装置からの信号によって自動で行われるが、制御装置によらずに手動で開度を調節することとしてもよい。昇温対象流体ＲＰに混合させる低温熱源流体ＧＰｄの流量を調節することで、昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰの温度及び／又は流量を調節することができる。本実施の形態では、吸収器１０から流出した昇温対象流体ＲＰの温度が所定の温度及び／又は流量になるように、低温熱源バイパス管４８を流れる低温熱源流体ＧＰｄの流量と、熱源流体流出管５９に向けて低温熱源流出管４９を流れる低温熱源流体ＧＰの流量と、の比を決定している。なお、相対的に、低温熱源バイパス管４８を流れる低温熱源流体ＧＰｄの流量を多くすれば昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰの温度が下がって流量が増加し、低温熱源バイパス管４８を流れる低温熱源流体ＧＰｄの流量を少なくすれば昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰの温度が上がって流量が減少する。低温熱源バイパス管４８を流れる低温熱源流体ＧＰｄの流量を多くした場合は、上述のように昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰの温度は下がるが流量が増加するため、昇温流体流出管１９を流れる昇温対象流体ＲＰが保有する熱量を増大させることができる。

次に図３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る吸収式熱交換システム３を説明する。図３は、吸収式熱交換システム３の模式的系統図である。吸収式熱交換システム３は、主として以下の点で吸収式熱交換システム２（図２参照）と異なっている。吸収式熱交換システム３は、吸収式熱交換システム２（図２参照）の構成に加えて、冷媒熱交換器９９を備えている。冷媒熱交換器９９は、凝縮器４０から蒸発器２０に向かう冷媒液Ｖｆと、再生器３０から流出した駆動熱源流体ＲＳを含む流体との間で熱交換を行わせる機器である。本実施の形態では、低温熱源流体ＧＰと合流する前の駆動熱源流体ＲＳを、冷媒液Ｖｆと熱交換を行わせることとしているが、合流熱源流体ＲＡと冷媒液Ｖｆとで熱交換を行わせることとしてもよい。冷媒熱交換器９９は、冷媒ポンプ４６よりも下流側の冷媒液管４５及び駆動熱源流出管３９に配設されている。冷媒熱交換器９９には、シェルアンドチューブ型やプレート型の熱交換器が用いられる。吸収式熱交換システム３の上記以外の構成は、吸収式熱交換システム２（図２参照）と同様である。

上述のように構成された吸収式熱交換システム３は、吸収式熱交換システム２（図２参照）の作用に加えて、凝縮器４０から蒸発器２０に向かう冷媒液Ｖｆと、再生器３０から流出した駆動熱源流体ＲＳとの間で熱交換が行われ、冷媒液Ｖｆの温度が上昇し、駆動熱源流体ＲＳの温度が低下する。冷媒熱交換器９９から流出した冷媒液Ｖｆは、温度が上昇して蒸発器２０に流入するので、蒸発器２０において蒸発するのに必要な熱量を抑制することができる。他方、冷媒熱交換器９９から流出した駆動熱源流体ＲＳは、温度が低下して低温熱源流体ＧＰと混合した後に吸収式熱交換システム３から流出することとなり、吸収式熱交換システム３における駆動熱源流体ＲＳの回収熱量を増やすことができる。なお、冷媒熱交換器９９は、図示は省略するが、吸収式熱交換システム１（図１参照）にも適用することができる。

以上の説明では、熱源流体流入管５５から駆動熱源導入管５２に流入した駆動熱源流体ＲＳが、蒸発器２０の熱源管２２を流れた後に再生器３０の熱源管３２を流れる、すなわち蒸発器２０から再生器３０へ直列に流れるとしたが、図４の第１の実施の形態の変形例に係る吸収式熱交換システム１Ａに示すように、駆動熱源導入管５２を再生器３０の熱源管３２に接続すると共に駆動熱源流出管３９を蒸発器２０の熱源管２２に接続して、再生器３０の熱源管３２から蒸発器２０の熱源管２２へ直列に流れることとしてもよく、図示は省略するが蒸発器２０の熱源管２２及び再生器３０の熱源管３２に並列に流れることとしてもよい。駆動熱源流体ＲＳが再生器３０から蒸発器２０へ直列に流れることとすると、吸収式熱交換システム１のＣＯＰが向上する利点がある。図１に示すように駆動熱源流体ＲＳが蒸発器２０から再生器３０へ直列に流れることとすると、吸収液Ｓの濃度が過度に上昇することを抑制して吸収液Ｓが結晶しにくくなる。また、駆動熱源流体ＲＳが蒸発器２０及び再生器３０に並列に流れることとすると、ＣＯＰの向上を図りつつ吸収液Ｓの濃度の上昇を抑制することができる。以上のように、駆動熱源導入管５２に流入した駆動熱源流体ＲＳが蒸発器２０の熱源管２２又は再生器３０の熱源管３２のいずれに最初に流入した場合であっても、昇温流体導入管５１に流入した昇温対象流体ＲＰは吸収器１０の伝熱管１２に導入することとなる。なお、駆動熱源流体ＲＳが、再生器３０の熱源管３２から蒸発器２０の熱源管２２へ直列に流れること、あるいは蒸発器２０の熱源管２２及び再生器３０の熱源管３２に並列に流れることは、吸収式熱交換システム２（図２参照）及び吸収式熱交換システム３（図３参照）にも適用することができる。

以上の説明では、凝縮器４０を流出した低温熱源流体ＧＰを蒸発器２０及び再生器３０を流出した駆動熱源流体ＲＳに合流させることとしたが、凝縮器４０の伝熱管４２内を流れる流体を独立した系統としつつ、低温熱源導入管５７を駆動熱源流出管３９及び熱源流体流出管５９に接続して熱利用設備ＨＣＦから流出した流体を駆動熱源流体ＲＳに合流させることとしてもよい。

以上の説明において、加熱源流体（合流熱源流体ＲＡ、駆動熱源流体ＲＳ）と被加熱流体（昇温対象流体ＲＰ、低温熱源流体ＧＰ）とは、分流及び合流を行うので同種の流体となる。適用する流体には温水の他に熱媒用液体や化学液体であってもよい。特に、水より沸点が高い熱媒用液体や化学液体を採用すると、流体の沸騰を抑制するために流体に高い圧力を作用させることなく高い温度域迄適用できてよい。

以上の説明では、蒸発器２０が満液式であるとしたが、流下液膜式であってもよい。蒸発器を流下液膜式とする場合は、蒸発器缶胴２１内の上部に冷媒液Ｖｆを供給する冷媒液供給装置を設け、満液式の場合に蒸発器缶胴２１に接続することとしていた冷媒液管４５の端部を、冷媒液供給装置に接続すればよい。また、蒸発器缶胴２１の下部の冷媒液Ｖｆを冷媒液供給装置に供給する配管及びポンプを設けてもよい。

以上の説明では、吸収ヒートポンプサイクルが行われる吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、凝縮器４０が単段で構成されている例を説明したが、これらを多段で構成してもよい。例えば、吸収ヒートポンプサイクルを二段昇温型とする場合、吸収器１０及び蒸発器２０を、高温側の高温吸収器（以下、説明の便宜上、符号「１０」に「Ｈ」を添えて表す。）及び高温蒸発器（以下、説明の便宜上、符号「２０」に「Ｈ」を添えて表す。）と、低温側の低温吸収器（以下、説明の便宜上、符号「１０」に「Ｌ」を添えて表す。）及び低温蒸発器（以下、説明の便宜上、符号「２０」に「Ｌ」を添えて表す。）とに分ければよい。高温吸収器１０Ｈは低温吸収器１０Ｌよりも内圧が高く、高温蒸発器２０Ｈは低温蒸発器２０Ｌよりも内圧が高い。高温吸収器１０Ｈと高温蒸発器２０Ｈとは、典型的には、高温蒸発器２０Ｈの冷媒Ｖの蒸気を高温吸収器１０Ｈに移動させることができるように上部で連通している。低温吸収器１０Ｌと低温蒸発器２０Ｌとは、典型的には、低温蒸発器２０Ｌの冷媒Ｖの蒸気を低温吸収器１０Ｌに移動させることができるように上部で連通している。合流熱源流体ＲＡから分流した昇温対象流体ＲＰは、低温吸収器１０Ｌには流入せずに高温吸収器１０Ｈに流入して高温吸収器１０Ｈで加熱される。合流熱源流体ＲＡから分流した駆動熱源流体ＲＳは、高温蒸発器２０Ｈには導入されずに低温蒸発器２０Ｌに導入される。低温吸収器１０Ｌは低温蒸発器２０Ｌから移動してきた冷媒Ｖの蒸気を吸収液Ｓが吸収する際の吸収熱で高温蒸発器２０Ｈ内の冷媒液Ｖｆを加熱して高温蒸発器２０Ｈ内に冷媒Ｖの蒸気を発生させ、発生した高温蒸発器２０Ｈ内の冷媒Ｖの蒸気は高温吸収器１０Ｈに移動して高温吸収器１０Ｈ内の吸収液Ｓに吸収される際の吸収熱で昇温対象流体ＲＰを加熱するように構成される。

１、１Ａ、２、３ 吸収式熱交換システム
１０ 吸収器
２０ 蒸発器
３０ 再生器
４０ 凝縮器
４８ 低温熱源バイパス管
９９ 冷媒熱交換器
ＧＰ 低温熱源流体
ＲＰ 昇温対象流体
ＲＳ 駆動熱源流体
Ｓａ 濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖｅ 蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ 冷媒液
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気

Claims (6)

1. 吸収式熱交換システムであって；
   吸収液が冷媒の蒸気を吸収して濃度が低下した希溶液となる際に放出した吸収熱によって第１の被加熱流体の温度を上昇させる吸収部と；
   冷媒の蒸気が凝縮して冷媒液となる際に放出した凝縮熱によって第２の被加熱流体の温度を上昇させる凝縮部と；
   前記凝縮部から前記冷媒液を導入し、導入した前記冷媒液が蒸発して前記吸収部に供給される前記冷媒の蒸気となる際に必要な蒸発潜熱を加熱源流体から奪うことで前記加熱源流体の温度を低下させる蒸発部と；
   前記吸収部から前記希溶液を導入し、導入した前記希溶液を加熱し前記希溶液から冷媒を離脱させて濃度が上昇した濃溶液とするのに必要な熱を加熱源流体から奪うことで前記加熱源流体の温度を低下させる再生部とを備え；
   前記吸収液と前記冷媒との吸収ヒートポンプサイクルによって、前記吸収部は前記再生部よりも内部の圧力及び温度が高くなり、前記蒸発部は前記凝縮部よりも内部の圧力及び温度が高くなるように構成され；
   前記蒸発部及び前記再生部に供給される前記加熱源流体は、前記吸収式熱交換システム外の熱源設備から供給されたものであり；
   前記熱源設備から供給されて前記蒸発部及び前記再生部に導入される前の前記加熱源流体から分岐された一部の前記加熱源流体を前記第１の被加熱流体として前記吸収部に導入するように構成された；
   吸収式熱交換システム。
   
2. 前記吸収部から流出した前記第１の被加熱流体の温度が所定の温度になるように、前記蒸発部及び前記再生部に流入する前記加熱源流体の流量と前記吸収部に前記第１の被加熱流体として流入する前記加熱源流体の流量との比が設定された；
   請求項１に記載の吸収式熱交換システム。
3. 前記凝縮部から流出した前記第２の被加熱流体が前記蒸発部及び前記再生部の少なくとも一方から流出した前記加熱源流体と混合するように構成された；
   請求項１又は請求項２に記載の吸収式熱交換システム。
4. 前記凝縮部から流出した前記第２の被加熱流体から分岐された一部の前記第２の被加熱流体を、前記吸収部に導入される前の前記第１の被加熱流体に合流させる部分被加熱流体バイパス流路を備える；
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吸収式熱交換システム。
5. 前記吸収部から流出した前記第１の被加熱流体の温度が所定の温度になるように、前記凝縮部から流出した前記第２の被加熱流体の、前記蒸発部及び前記再生部の少なくとも一方から流出した前記加熱源流体と混合する流量と、前記部分被加熱流体バイパス流路を流れる流量との比が設定された；
   請求項４に記載の吸収式熱交換システム。
6. 前記凝縮部から前記蒸発部に搬送される前記冷媒液と、前記蒸発部及び前記再生部の少なくとも一方から流出した前記加熱源流体と、の間で熱交換を行わせる冷媒熱交換器を備える；
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の吸収式熱交換システム。

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