JP2003302120A - 二重効用吸収ヒートポンプ - Google Patents

二重効用吸収ヒートポンプ

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JP2003302120A
JP2003302120A JP2002107268A JP2002107268A JP2003302120A JP 2003302120 A JP2003302120 A JP 2003302120A JP 2002107268 A JP2002107268 A JP 2002107268A JP 2002107268 A JP2002107268 A JP 2002107268A JP 2003302120 A JP2003302120 A JP 2003302120A
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JP
Japan
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heat pump
hot water
double
condenser
absorption heat
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Masayuki Shimamura
雅之 嶋村
Toshihiro Asanuma
俊浩 浅沼
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Hitachi Plant Technologies Ltd
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Hitachi Industries Co Ltd
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    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62Absorption based systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】COPの高い二重効用吸収式ヒートポンプで、温
水取出し温度を高くするとヒートポンプの運転圧力も上
がってしまうため温水の取出し温度を上げられない。温
水取出し温度を高くするには、COPが低い一重効用を用
いるしかなかった。 【解決手段】本発明の二重効用吸収式ヒートポンプは、
温水を凝縮器、吸収器の順番で通水する。ヒートポンプ
が低負荷で運転することができるよう、温水を凝縮器入
口で流量調整機構を介して吸収器に通水する手前に導く
バイパスラインを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、二重効用吸収式ヒ
ートポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の二重効用吸収式ヒートポンプは、
特開平5−52438号公報に示されているように、二
重効用ヒートポンプサイクルで中間温度の熱媒を作り、
この中間温度の熱媒を低温熱源として、一重効用ヒート
ポンプを作動させ、高い温度の温水を取出す方式が取ら
れていたが、成績係数が悪いという欠点があった。
【0003】これに対し、特開平7−174431号公
報に示されているように、二重効用吸収式ヒートポンプ
を構成する高温再生器より発生した冷媒蒸気を直接導入
して凝縮液化させる第2の凝縮器を設け、比較的温度の
低い排熱源より熱を回収し、暖房に必要な温度の温水を
効率よく製造し、排熱利用率の高い二重効用吸収式ヒー
トポンプが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】一般に二重効用吸収ヒ
ートポンプは、ヒートポンプ作用によって昇温し取出す
温水温度を一重効用吸収ヒートポンプより低くせざるを
えないことが多かった。二重効用吸収ヒートポンプは、
高温再生器で発生した冷媒蒸気を利用して、さらに低温
再生器で溶液の再生を行うため、凝縮器を通水する温水
温度を低めにして高温再生器圧力を大気圧以下に保つ必
要がある。また、効率においては一重効用のCOP=0.5前
後であるのに対し、二重効用のCOP=1.0に比べ劣る事か
ら、なるべく二重効用で運転したいといったニーズがあ
る。蒸発器に通水する熱源水の温度は温水取出し温度に
もよるが、熱源水温度が低すぎると運転サイクル温度、
圧力が高くなりヒートポンプが運転できないため、熱源
水温度がある一定の温度以上に昇温するまでヒートポン
プを運転できないといった問題があった。
【0005】本発明の目的は、温水取出し温度を高くす
ると共に温水の入口温度をヒートポンプ通水前の熱源水
を用いて昇温することで、ヒートポンプの運転可能範囲
を広げ、効率のよい二重効用でのヒートポンプを提供す
るものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の二重効用吸収式
ヒートポンプは、ヒートポンプの手前に熱源水と温水と
を互いに熱交換する熱交換器を設置し、温水をヒートポ
ンプの凝縮器、吸収器の順番に通水する。温水を凝縮器
に通水する手前で分岐し、流量調整機構を介して吸収器
に通水する手前に導くバイパスラインを設ける。蒸発器
を通水する手前の熱源水温度を検知する温度センサと、
その温度センサの信号を監視して、高温再生器に供給す
る加熱源の量をコントロールする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【0008】図1は、本発明のパラレルフローによる実
施形態である。蒸発器1を通る伝熱管22中には低温熱
源である熱源水2が流れており、伝熱管22外の冷媒は
冷媒ポンプ3によって伝熱管22上に散布され、伝熱管
22内を流れる熱源水2から熱を奪って蒸発する。蒸発
した冷媒は吸収器4に到り、吸収器4の伝熱管21内を
流れる温水5により適当な温度、濃度に保たれた溶液に
吸収され、溶液は稀釈される。稀釈された溶液は、配管
26に設けた溶液ポンプ6により加圧され低温再生器7
及び高温再生器8に送られる。そして、高温再生器8に
おいては、吸収器4から配管26により送られてきた溶
液は外部の熱源9により加熱濃縮される。この時発生す
る冷媒蒸気は低温再生器7を通る伝熱管23内に到り、
伝熱管23外にある希釈溶液(吸収器4から配管26に
より送られてきた希釈溶液)を加熱濃縮すると共に自ら
は凝縮液化して凝縮器10に流入し、凝縮器10を通る
温水配管20に散布される。
【0009】また、高温再生器8、低温再生器7におい
て濃縮された液は、配管24で合流して吸収器4に戻
り、伝熱管21上に散布される。低温再生器7と凝縮器
10で凝縮され、凝縮器10で液化した冷媒液は、凝縮
器10から配管25を経由してポンプ3により運ばれた
冷媒液と合流して蒸発器1の伝熱管22に散布すること
で、サイクルは一巡する。凝縮器10と吸収器4を通過
する伝熱管21の温水5は、凝縮熱及び吸収熱を得て加
熱され、暖房用または加熱用に利用される。前述のよう
に本実施形態では、凝縮器10から出た温水は伝熱管2
1により吸収器4に送る構成としている。このため、従
来の吸収器から送られてきた温水を凝縮器で再加熱する
方式に比べ、蒸発器1と吸収器4を構成している部分の
大きさが大きくはなるがヒートポンプとしての効率は向
上する。
【0010】なお、以後の説明で高圧側とは高温再生器
8と、低温再生器7と、凝縮器10とその配管(伝熱
管)とから構成されている系を言い、低圧側とは、蒸発
器1と吸収器4とその配管からなる系を言う。
【0011】本発明による熱源水2と温水5とをヒート
ポンプ(凝縮器、蒸発器、吸収器、高温再生器、低温再
生器等からなる系)に導く手前で互いに熱交換する熱交
換器17は以下のように作用する。例えば、冬季のよう
に外気温度同様にヒートポンプに供給する温水5の温度
が低い5℃であり、それを70℃まで加熱し、熱源水2
を30℃→25℃冷却すると仮定した場合、本発明によ
る熱交換器17で互いに熱源水2と温水5とを熱交換す
れば、温水5は熱源水2の30℃によって加熱され、逆
に熱源水2は5℃の水で冷却される。冷却された、熱源
水2は本実施形態のようにヒートポンプに導いても良い
し、ヒートポンプをバイパスしてヒートポンプの熱源水
出口に導いても良い。この熱交換器17によって、温水
5と熱源水2が互いに熱交換するため、ヒートポンプに
送られる温水5の温度がある程度昇温されるため、温水
の昇温効率が向上する。
【0012】次に、ヒートポンプ手前の熱交換器17で
加熱された温水5は、凝縮器10に通水することでさら
に加熱され、吸収器4でさらにまた加熱され70℃に達
する。一方熱源水2は蒸発器1に通水することで冷却さ
れ25℃に達する。ここで高温再生器8に供給する加熱
量は吸収器4の温水出口温度検出器(温度センサ)13
の測定結果(出力信号)に基づいて、温水出口温度が7
0℃になるように加熱量(加熱量制御弁15)を制御す
ればよい。
【0013】また、本実施形態の蒸発器1に通水する手
前の伝熱管22には熱源水入口温度検出器(温度セン
サ)14を設けてある。この熱源水入口温度検出器14
により検出した結果(出力信号)を用いて次のように制
御する。熱源水2は入口温度が高いほどヒートポンプの
運転効率が向上する。逆に熱源水2の入口温度が低いほ
どヒートポンプの運転効率は低下する。熱源水2の入口
温度が低い場合は高温再生器8の加熱量を大きくする必
要が有り、そのため運転圧力(伝熱管23の圧力:圧力
計16により計測する圧力)が高くなり、ヒートポンプ
の運転範囲(制御範囲)が狭くなる。そこで、本実施形
態では、熱源水入口温度検出器14により検出した結果
を用いて高温再生器8の外部熱源9の入力を制御するこ
とで、連続運転を実現した。
【0014】例えば、熱源水2の入口温度が定格運転時
に30℃で設定され運転しているヒートポンプに対し、
熱源水2を26℃の状態で蒸発器1に通水すると、蒸発
圧力が低下し溶液濃度、運転圧力が上昇する分、高温再
生器8の大気圧までの圧力裕度が減少する。例えば、高
温再生器圧力検出器16が設定圧力以上になったら、加
熱量制御弁15を操作して加熱を制限する制御を行えば
ヒートポンプは故障停止することなく運転を継続でき
る。熱源水2温度が熱源水側の熱負荷によって例えば2
8℃になるまで、高温再生器8の加熱源9の入力を制御
をすれば、ヒートポンプは圧力上昇による故障停止する
ことなく、運転を継続することができる。
【0015】本発明による温水5の通水順序を凝縮器1
0、吸収器4とすることで、凝縮器に10の温水5の温
度は低いため、高温再生器8の圧力を低く保てることか
ら、例えば温水5の出口温度を70℃まで加熱しても高
温再生器8の圧力上昇により故障停止することなく運転
を継続できる。
【0016】次に、本発明による凝縮器バイパス配管1
1について説明する。ヒートポンプは常に一定負荷に対
して運転するとは限らない。温水負荷が減少すれば温水
出口温度が上昇するため、高温再生器8への加熱源を制
御して入力を絞る制御を行う。この時、高温再生器8は
入熱の減少に伴い、圧力が低下する。一方、蒸発器1で
は冷却能力も低下するので蒸発器圧力は上昇する。つま
り負荷が少ない運転においては高圧側と低圧側の差圧が
減少することになり、ヒートポンプ機内を循環する溶液
は減少する。低圧側である吸収器4から高圧側である高
温再生器8および低温再生器7への溶液供給量は溶液ポ
ンプ6によって圧送するので問題ない。しかし、高圧側
から低圧側への溶液循環には、高圧側と低圧側の差圧が
ある程度必要である。先に述べたように、温水を凝縮器
10、吸収器4の順番で通水すると高圧側の圧力(特に
高温再生器8の圧力)を下げる効果があるが、逆に負荷
減少時に特に濃溶液の戻り経路(伝熱管24)で循環不
良が発生する可能性がある。
【0017】そこで本実施形態は温水の配管20を凝縮
器10に入る前で分岐し、その後凝縮器10を通った配
管と合流するバイパス配管11を設けた。以下この倍配
管11を設けたことによる効果を説明する。凝縮器10
に通水する温水のうち例えば2割程度を凝縮器10をバ
イパスして吸収器4の入口に導くことで、凝縮器10に
供給される温水5の量が少なくなるため、凝縮器温水出
口温度が上昇し、高圧側の圧力が増えることから、負荷
低下時にも高圧側と低圧側の差圧を確保できる。凝縮器
10をバイパスするバイパス配管11には流量調整機構
12を設けてある。この流量調整機構12によって温水
量を調整することで、全負荷時には高温再生器8の圧力
が大気圧以下に制御でき、負荷減少時には溶液循環が成
立するポイントに温水量を調整することで、定格以外の
広い運転範囲での運転制御が可能となり使い勝手が良い
ヒートポンプを実現できる。凝縮器10の温水バイパス
量の調整は固定オリフィスでも良いし、手動弁でも良い
し、二方弁などを用いて、負荷に合わせてその流量を制
御するようにしても良い。
【0018】図2は、本発明のシリーズフローによる実
施形態を示したものである。シリーズフローにおいて
は、蒸発器1と凝縮器10への熱源水2及び温水5の流
れはパラレルフロー(図1)と同一である。一方溶液の
循環は以下の様になる。吸収器4で希釈された溶液全量
を配管26の溶液ポンプ6によって高温再生器8に供給
する。高温再生器8では、外部熱源9により加熱、濃縮
し、その過熱濃縮された溶液は配管27で低温再生器7
に導かれ、過熱・濃縮で発生した冷媒蒸気は図1と同じ
く配管23により低温再生器7を経由して凝縮器10に
よって加熱濃縮された後、蒸発器に送られる。また、低
温再生器7で過熱・濃縮された溶液は配管24を経由し
て吸収器6で散布されてサイクルは一巡する。温水の通
水順序を凝縮器10、吸収器4の順番とし、温水を凝縮
器10に通水する手前でバイパスして流量調整機構12
を介して吸収器4に通水する手前に導く。その作用と効
果は前述したパラレルフローによる実施形態と同じであ
る。
【0019】
【発明の効果】以上、本発明によると、温水取出し温度
を高くすると共に温水の入口温度をヒートポンプ通水前
の熱源水を用いて昇温することで、ヒートポンプの運転
可能範囲を広げ、効率のよい二重効用でのヒートポンプ
を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による機器が適用される二重効用吸収式
ヒートポンプの実施例1を示すフロー図。
【図2】本発明による機器が適用される二重効用吸収式
ヒートポンプの実施例2を示すフロー図。
【符号の説明】
1…蒸発器、2…熱源水、3…冷媒ポンプ、4…吸収
器、5…温水、6…溶液ポンプ、7…低温再生器、8…
高温再生器、9…熱源、10…凝縮器、11…凝縮器温
水バイパス配管、12…凝縮器温水バイパス流量調整機
構、13…吸収器温水出口温度温度検出器、14…熱源
水蒸発器入口温度検出器、15…熱源制御弁、16…高
温再生器圧力検出器、17…熱源水温水熱交換器。
フロントページの続き Fターム(参考) 3L093 AA03 BB11 BB21 BB37 BB43 CC00 DD10 EE17 GG02 HH11 JJ02 KK03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】蒸発器、吸収器、低温再生器、二重効用サ
    イクルを構成する凝縮器、高温再生器、溶液ポンプ、冷
    媒ポンプならびにこれらを連結する配管類を備える二重
    効用吸収ヒートポンプにおいて、 温水を凝縮器から吸収器へ通水する構成としたことを特
    徴とする二重効用吸収ヒートポンプ。
  2. 【請求項2】請求項1記載の二重効用吸収ヒートポンプ
    において、 温水を凝縮器に通水する手前で分岐し、流量調整機構を
    介して吸収器に通水する手前に導き、凝縮器の出口から
    の配管に接続したバイパスラインを設けたことを特徴と
    する二重効用吸収ヒートポンプ。
  3. 【請求項3】請求項1又は2のいづれか1項に記載した
    二重効用吸収ヒートポンプにおいて、 蒸発器に通水する手前の熱源水と凝縮器に通水する手前
    の温水とを熱交換する熱交換器を設けたことを特徴とす
    る二重効用吸収ヒートポンプ。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいづれか1項に記載した
    二重効用吸収ヒートポンプにおいて、 蒸発器に通水する伝熱管に熱源水入口温度検出器を設
    け、前記検出器の検出結果に基づいて高温再生器に供給
    する加熱源の量を制御することを特徴とする二重効用吸
    収ヒートポンプ。
JP2002107268A 2002-04-10 2002-04-10 二重効用吸収ヒートポンプ Pending JP2003302120A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103129349A (zh) * 2011-11-23 2013-06-05 杭州三花研究院有限公司 一种电动汽车空调系统
CN103129349B (zh) * 2011-11-23 2016-05-04 杭州三花研究院有限公司 一种电动汽车空调系统

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