JPH02106665A - 吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は熱媒としてアンモニヤ等を、そして液体吸収剤
として水等を使用する吸収式のヒートボンブザイクルを
利用して高温水を得るとともに電力をも得ることのでき
るコ・ゼネレーションシステムに関する。

（従来の技術） 従来、吸収式ヒートポンプを利用する熱発生装置には種
々あるが第４図はアンモニヤ吸収式ヒートポンプの例で
ある。ボイラ５０と分離器５１からなる再生器５２にお
いて、アンモニヤ水はボイラ５０の熱交換器５３によっ
て加熱されて分ＩＩｉ器５１に流入し、ここでアンモニ
ヤガスと水とに分離される。

アンモニヤガスは導管５４を経て凝縮器５５に導入され
、供給温水系５６．５７に連通する熱交換器５８に凝縮
熱を与えてこれを加熱し、アンモニヤ液となる。

アンモニヤ液は過冷却ｒＡ５９を経て絞り様構６８によ
り減圧され蒸発圏６３に至りここで蒸発する。その際、
低熱源６１．６２に連通する熱交換器６０から吸熱しこ
れを冷却する。アンモニヤガスは過冷却器５９を経て吸
収器６５に流入する。一方、分離器５１で分離された水
は熱交換器６４を経てポンプ６７により吸収器６５に導
入され、ここでアンモニヤガスを吸収してアンモニヤ水
となり、ポンプ６６により熱交換器６４を通って再びボ
イラ５０に導入される。

このような装置では凝縮器５５は１段であるため昇温幅
が小さく高温水は得られない。したがってアンモニヤ液
の蒸発温度も高く、低温水も得られない。

また、第５図は圧縮式ヒートポンプを吸収式ヒートポン
プと組み合せた例である。モータ７０によって駆動され
る圧縮機７１により圧縮された熱媒（Ｒ１１４系または
フロリノール等）は導管７２がら吸収式ヒートポンプ８
１の蒸発器８２内に導入されて冷却され凝縮液化して導
管７３、膨張弁７４を経て蒸発器７５に流入し、ここで
ｆ；Ａ廃水系７６、７７に連通ずる熱交換器７８から吸
熱し、再びスクリュー圧縮機７１に吸入される。

一方、濡廃水の一部は導管７９を経て吸収式ヒ−トボン
ブ８１の再生器８３に流入し臭化リチウム溶液を加熱す
る。ここで蒸発した水蒸気は凝縮器８４で液化し液管８
５を経て蒸発器８２に流入し圧縮式ヒートポンプから導
管７２を経て流入する高温冷媒を冷却し自らは蒸発する
。この水蒸気は吸収器８６内において再生器８３から濃
溶液管８７を経て導入される濃溶液に吸収され希溶液と
なって希溶液管８８を経て再び再生器８３に導入される
。吸収器８６内にある熱交換器８９を流れる流体は吸収
熱により高温に加熱される。９０１．ｔｉ縮蒸器８４た
めの冷却塔である。

図中、調度の数値は実施の一例である。

このような圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポンプの
組み合せ装置では二種類の熱媒系（冷媒系）となり、し
たがって、伝熱が間接的となるので熱効率上も不利であ
ることを免れず、しかも仝休の装置が複雑となる。

更に、都市ガスによりガスタービン発電を行い、その挟
気ガスを利用する廃ガスボイラに通して蒸気を作り、こ
の蒸気を吸収式冷凍機の熱源として利用して暖冷房を行
なう所謂吸収弐コ・ゼネレーションシステムも従来知ら
れている。しかしこのようなシステムも２つの独立した
系によって形成されているため、ポンプ動力や装置の複
雑化の問題点があり、効率においても、独立したそれぞ
れの系の効率を個々に上げることを余儀なくされていた
。

（発明が解決しようとする課題） 従来肢術においては前記のように種々の課題がある。本
発明はこれらの課題を解決することを目的とするもので
ある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼ
ネレーションシステムは前記の目的を達成するために次
の構成を有する。

第１のシステム 吸収式ヒートポンプサイクルの再生器をボイラと分ＩＩ
器とにより形成し、ボイラは熱媒とその液体吸収剤から
なる溶液を加熱して熱媒を蒸発させる第１加熱器と、液
体吸収剤を蒸発させる第２加熱器とにより形成する。

第１加熱器で加熱された溶液から熱媒を分離し液体吸収
剤を第２加熱器に流通させるように第１加熱器と第２加
熱器の間に分離器を設ける。

第２加熱器を第１膨脹機を介して高段凝縮器に連通させ
て第２加熱器において蒸発した液体吸収剤の蒸気により
第１膨脹いを駆動して動力を発生せしめるようにする。

高段凝縮器を第２膨脹機を介して吸収器に連通させて高
段凝縮器において供給温水系に給熱することにより凝縮
した液体吸収剤を第２膨脹機に流入さＵて駆動すること
により動力を発生させるようにする。

分Ｉ１１δを前記高段凝縮器よりも低位の凝縮器に連通
させて熱媒ガスを該凝縮器に流入させるようにし、該凝
縮器は蒸発器側に連通させる。

ｉｌ″ｉ段凝Ｉｌ？ｉ器及びそれより低位の前記凝縮器
にそれぞれ熱交１９ｉ器を設けるとともに、これらの熱
交換器を供給温水系に対し直列または並シ１に連通させ
る。

第２のシステム 第１のシステムにおいて、 低位の凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発器に連通させて
低位の凝縮器において供給温水系に給熱することにより
凝縮した熱媒液を第４膨１ｉｔｕ　Ｉ　Ｍ流入させて駆
ａすることにより動力を発生させた後、蒸発器に流入さ
せるようにする。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

第３のシステム 第１のシステムにおいて、 低位の凝縮器を中間凝縮器として用い、該中間凝縮器よ
り低位に更に低段凝縮器を設け、前記中間凝縮器を第３
膨ｆ＆様を介して低段凝縮器に連通させて中間凝縮器に
おいて供給温水系に給熱することにより凝縮した熱媒液
を第３膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発
生させた後、低段凝縮器に流入させるようにする。

第１膨ｒｆｘｌａ！によって駆動される熱媒ガス圧縮機
を設け、該圧縮機の吸入側を吸収器に吐出側を低段凝縮
器にそれぞれ連通し、更に低段凝縮器を第４膨＠機を介
して蒸発器に連通ずる。

吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して低段凝縮器に導
入し供給温水系に給熱することによって凝縮した熱媒液
を第４膨Ｉｎに流入させて駆動することにより動力を発
生させた後、蒸発器に流入させるようにする。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

第４のシステム 第２のシステムにおいて、 低位の凝縮器を低段凝縮器として用い、高段凝縮器と低
段凝縮器との間に中間凝縮器を設ける。

第１膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、
該圧縮機の吸入側を吸収器に吐出側を中間凝縮器にそれ
ぞれ連通する。

中間凝縮器を第３膨脹機を介して低段凝縮器に連通ずる
。

吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して中間凝縮器に導
入し供給温水系に給熱することによって凝縮した熱媒液
を第３膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発
生させた後、低段凝縮器に流入させるようにする。

蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
熱媒ガスを吸収器に導入するようにする。

吸収器の溶液を再生器に導入するようにする。

なお、第１ないし第４のシステムにおいて用いられる膨
ＩＳ機を二相流のスクリュー型のものとすることができ
る。

また、本発明において液体吸収剤とは熱媒を吸収する液
体のことであり、アンモニアが熱媒であるときの液体吸
収剤は水である。

（釣用） 吸収式ヒートポンプサイクルの再生器の分離器で分離し
た液体吸収剤をボイラで更に加熱して蒸気とし、これを
膨脹機に導いて駆動することにより動力が発生され、ま
た該膨１［から吐出される流体の熱を高段凝縮器を設け
て利用するのでシステムの熱効率が改善されるととｂに
高温水が得られる。

また、前記膨＠機により駆動される圧縮機により吸収式
ヒートポンプサイクルの吸収器から熱媒ガスを吸入し圧
縮した後、該ガスを前記高段凝縮器とは別個に設けた凝
縮器に導いてその保有する熱を利用するのでシステムの
熱効率の一層の改善が達成され、また−段と高い温度の
温水が得られる。更に、蒸発器側においては低温度の水
が得られるので加熱側と冷却側の両方の目的が同時に達
成される。

（実施例） 本発明の第１の実施例を第１図により説明する。

吸収５２０からの溶液であるアンモニヤ水はポンプ２１
により熱交換器５を経てボイラ１に入り第１加熱４９に
より加熱されて分１１１ｆｆ器６に導入される。ここで
熱水とアンモニヤガスとに分離され、熱水はポンプ１１
により第２加熱器８により加熱されて水蒸気となり導管
７を経て第１膨眼磯２に流入し適宜の駆動体例えば発電
機２９を回転させる。

第１＋ｍ１ｌＨ３！２はスクリュー式或は二相流のスク
リュー式または遠心式のものを用いる。該＃服機２から
の排出水蒸気は高段凝縮器３に導入され供給温水系４０
．４１の熱交換器１３において放熱し凝縮して高温水と
なる。高温水は導管１５を経て熱交換１５に導入され、
次いで導管１８から高圧水用のスクリュー式二相流の第
２膨眼１１９に流入して動力回収を行い、吸収器２０に
フラッシュされる。

一方、分離器６で発生したアンモニヤガスは導管１２を
経て低位の凝縮器に導入され、供給温水系４０．４１の
熱交換器１４において放熱し凝縮してアンモニヤ液とな
る。このアンモニヤ液は導管２３を経て高圧アンモニヤ
液出のスクリュー式二相流の第４膨脹Ｒ２４に流入して
動力回収を行い、蒸発器２７にフラッシュされる。蒸発
器２７内のアンモニヤ液は低熱源１６．１７の熱交換器
２８より吸熱して蒸発し、アンモニヤガスは連通管２６
を経て吸収器２０に流入する。

吸収器２０はポンプ２２によってフラッシュ循環する。

ボイラ１と分１１１１１器６とは再生器３８としての機
能を有している。またボイラ１は燃料ボイラであっても
、また排ガスボイラであってもよい。

前記の供給温水系４０．４１は、図示のように直列形式
とぜず並列形式として熱交換器１３と熱交換器１４をそ
れぞれ別の供給温水系に接続するようにし、温度の異な
る温水を１９ることも勿論できる。

本発明の第２の実施例を第２図により説明する。

第１図の場合と５￥なり、第１膨１１Ｈ１２により駆動
軸３つを介してヒー１へポンプ用の熱媒ガス圧縮ハ３０
を連動させ、全体の系の熱効率を上げるために吸収器２
０からアンモニヤガスを熱媒として吸入管３１を介して
該圧縮機３０に吸入し高温圧縮ガスとし、これを導管３
２を経て低段凝縮器４に導入している。

そして、分離器６のアンモニヤガスは導管１２を経て中
間凝縮器３３に導入され、供給温水系４０゜４１の熱交
換１５３４において放熱し凝縮してアンモニヤ液となる
。このアンモニヤ液は導管３５を経て高圧アンモニヤ液
相のスクリュー式二相流の第３膨脹ｆｉ３６に流入して
動力回収を行い、導管３７を経て低段凝縮器４内に導入
される。

低段凝縮器４においては、供給濡水系４０．４１の熱交
換器１４によりアンモニヤガスの冷Ｗが行われて該ガス
は凝縮してアンモニヤ液となる。このアンモニヤ液は導
管２３を経てスクリュー式二相流の第４膨脹１１１１２
４に流入して動力回収を行った後、蒸発器２７にフラッ
シュされる。

供給温水系４０．　／１１は図示のような直列形式とヒ
す、熱交換器１３．３４及び１４がそれぞれ別の供給温
水系に接続するような並列形式とすることもできる。

その他の構成及び機能は第１図の場合と同じである。

本発明の第３の実施例を第３図により説明する。

第２図の場合と同様に第１膨脹Ｖ＆２によりヒートポン
プ用の熱媒ガス圧１ｉ１ｉ橢３０を連動さぜ全体の系の
熱効率を上げるために吸収器２ｏがらアンモニヤガスを
吸入管３１を介して該圧縮機３０に吸入し高温圧縮ガス
とするしのであるが、第２図の場合と異なり、このアン
モニヤガスを中間凝縮器３３に導入させ、一方、分１［
６のアンモニヤガスを導管１２を経て低段凝縮器４に導
入している。

第２図及び第３図にａ３いて供給温水系４０．４１を並
列形式にすれば蒸発器２７で低温度を得ると同時に熱交
換４１３．３４及び１４で高、中、低の３系統の異なる
温度の温水が得られる。

また、熱媒としてアンモニアを用いたものはボイラの第
１、第２加熱鼎の腐蝕を防止する効果がある。

（琵明の効果） 請求工ｉ″Ｊ１のシステムにおいては、吸収式ヒートボ
ンブリイクルの再生器の分離器で分離された液体吸収剤
がボイラの第２加熱器で更に加熱されて蒸気となり、該
蒸気を利用して第１膨１１ｉ　ｔｆｉが駆動されて動力
が発生されるとともに第１膨服灘からＩ月出される流体
が高段凝Ｉｉｌ器に導入されて、ここで該流体の保有す
る熱を利用して供給温水系が加熱されるので、従来技術
に比べてシステムの熱効率が高くなり、高温水を供給す
ることもできる。

また高段凝縮器とそれより低位の凝縮器にＪ３いて供給
温水系の流体が吸収式ヒーｌ〜ボンブザイクルの熱媒と
液体吸収剤とから直接に熱が与えられるので熱伝導の点
で従来技術より優れている。

請求項２のシステムにおいては、請求項１のシステムに
おける前記効果の外に、第４膨服濾が駆動されるので更
に動力を取出すことができ、システムの熱効率が改善さ
れる。

請求項３及び４のシステムにおいては、請求項１のシス
テムにおける前記効果が奏されることばムとよりである
が、第１膨ｌｌｉ　磯によって駆動される熱媒ガス圧縮
機によって吸収器から吸入した熱媒ガスが圧縮された後
、中間凝縮器または低段凝縮器に導入されて該ガスの保
有する熱を利用して供給温水系が加熱されるので、請求
項１のシステムに比べて一層熱効率が高くなり、また−
段と高い温度の温水を供給することもできる。

また、請求項３のシステムにおいては熱媒ガス圧縮様か
らのガスが中間凝縮器に導入されるのでボイラの蒸気条
件は中圧、中温でよい。これに対し、請求項４のシステ
ムにおイては熱媒ガス圧縮機からのガスが低段凝縮器に
導入されるのでボイラの蒸気条件は高圧、高温である場
合に適している。

また、本発明においては蒸発器側で低温度の冷水を得る
ことができるので加熱と冷Ｗの目的を同時に達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の吸収式ヒートポンプサイ
クルを利用したコ・ゼネレーションシステムの異なる実
施例のフローシートダイヤグラム、第４図及び第５図は
従来技術のフローシートダイヤグラムである。 １・・ボイラ、２・・第１膨脹殿、３・・高段凝縮器、
４・・低段凝縮器、６・・分離器、８・・第２加熱器、
９・・第１加熱器、１３．１４・・熱交換器、１６．１
７・・低熱源、１つ・・第２膨脹機、２０・・吸収為、
２４・・第４膨脹磯、２７・・蒸発器、３０・・熱媒ガ
ス圧縮機、３３・・中間凝縮器、３４・・熱交換器、３
６・・第３膨脹機、３８・・再生器、４０、４１・・供
給温水系。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸収式ヒートポンプサイクルの再生器をボイラと
   分離器とにより形成し、ボイラは熱媒とその液体吸収剤
   からなる溶液を加熱して熱媒を蒸発させる第１加熱器と
   、液体吸収剤を蒸発させる第２加熱器とにより形成する
   とともに、第１加熱器で加熱された溶液から熱媒を分離
   し液体吸収剤を第２加熱器に流通させるように第１加熱
   器と第２加熱器の間に分離器を設け、第２加熱器を第１
   膨脹機を介して高段凝縮器に連通させて第２加熱器にお
   いて蒸発した液体吸収剤の蒸気により第１膨脹機を駆動
   して動力を発生せしめるようにし、高段凝縮器を第２膨
   脹機を介して吸収器に連通させて高段凝縮器において供
   給温水系に給熱することにより凝縮した液体吸収剤を第
   ２膨脹機に流入させて駆動することにより動力を発生さ
   せるようにし、一方分離器を前記高段凝縮器よりも低位
   の凝縮器に連通させて熱媒ガスを該凝縮器に流入させる
   ようにし、該凝縮器は蒸発器側に連通させ、前記高段凝
   縮器及びそれより低位の前記凝縮器にそれぞれ熱交換器
   を設けるとともに、これらの熱交換器を供給温水系に対
   し直列または並列に連通させたことを特徴とする吸収式
   ヒートポンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシ
   ステム。
2. （２）請求項１記載のコ・ゼネレーションシステムにお
   いて、低位の凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発器に連通
   させて低位の凝縮器において供給温水系に給熱すること
   により凝縮した熱媒液を第４膨脹機に流入させて駆動す
   ることにより動力を発生させた後、蒸発器に流入させる
   ようにし、蒸発器において低熱源から吸熱することによ
   り蒸発した熱媒ガスを吸収器に導入するようにし、吸収
   器の溶液を再生器に導入するようにした吸収式ヒートポ
   ンプサイクルを利用したコ・ゼネレーションシステム。
3. （３）請求項１記載のコ・ゼネレーションシステムにお
   いて、低位の凝縮器を中間凝縮器として用い、該中間凝
   縮器より低位に更に低段凝縮器を設け、前記中間凝縮器
   を第３膨脹機を介して低段凝縮器に連通させて中間凝縮
   器において供給温水系に給熱することにより凝縮した熱
   媒液を第３膨脹機に流入させて駆動することにより動力
   を発生させた後、低段凝縮器に流入させるようにし、第
   １膨脹機によって駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、該
   圧縮機の吸入側を吸収器に吐出側を低段凝縮器にそれぞ
   れ連通し、更に低段凝縮器を第４膨脹機を介して蒸発器
   に連通して、吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して低
   段凝縮器に導入し供給温水系に給熱することによつて凝
   縮した熱媒液を第４膨脹機に流入させて駆動することに
   より動力を発生させた後、蒸発器に流入させるようにし
   、蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発し
   た熱媒ガスを吸収器に導入するようにし、吸収器の溶液
   を再生器に導入するようにした吸収式ヒートポンプサイ
   クルを利用したコ・ゼネレーションシステム。
4. （４）請求項２記載のコ・ゼネレーションシステムにお
   いて、低位の凝縮器を低段凝縮器として用い、高段凝縮
   器と低段凝縮器との間に中間凝縮器を設け、第１膨脹機
   によつて駆動される熱媒ガス圧縮機を設け、該圧縮機の
   吸入側を吸収器に吐出側を中間凝縮器にそれぞれ連通し
   、更に中間凝縮器を第３膨脹機を介して低段凝縮器に連
   通し、吸収器から吸入した熱媒ガスを圧縮して中間凝縮
   器に導入し供給温水系に給熱することによつて凝縮した
   熱媒液を第３膨脹機に流入させて駆動することにより動
   力を発生させた後、低段凝縮器に流入させるようにし、
   蒸発器において低熱源から吸熱することにより蒸発した
   熱媒ガスを吸収器に導入するようにし、吸収器の溶液を
   再生器に導入するようにした吸収式ヒートポンプサイク
   ルを利用したコ・ゼネレーションシステム。
5. （５）請求項１ないし４の膨脹機が二相流のスクリュー
   膨脹機である吸収式ヒートポンプサイクルを利用したコ
   ・ゼネレーションシステム。