JP2004257705A - 吸収ヒートポンプ利用濃縮装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱効率に優れた濃縮装置を提供する。
【解決手段】被濃縮液供給管４０を介して濃縮器１０に供給される果汁、食塩水、ミルクなどの被濃縮液を、吸収器４の伝熱管４Ａと、リソーバ５の伝熱管５Ａと、凝縮器２の伝熱管２Ａとを経由して加熱され、温水管１７を介して循環供給される温水により加熱して水蒸気を蒸発させ、濃縮した液は濃縮液排出管４１に排出し、濃縮器１０で生成した水蒸気を熱源として蒸発器３の伝熱管３Ａと、デソーバ６の伝熱管６Ａに供給し、熱源供給管１５を介して再生器１の伝熱管１Ａに導入する駆動熱源の流量を減らせるようにした。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収ヒートポンプにより生成する熱を利用して食品などを濃縮する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図２に示した構成の吸収ヒートポンプ装置１００Ｘにおいては、▲１▼凝縮器２の伝熱管２Ａの内部を流れる冷却水が、再生器１から供給される冷媒蒸気の熱を奪って凝縮させて冷却水自身の温度を上昇させる、▲２▼吸収器４の伝熱管４Ａとリソーバ５の伝熱管５Ａの内部を流れる冷却水が、伝熱管４Ａにおいてはデソーバ６から吸収器４に供給される冷媒蒸気が再生器１から供給されて散布器４Ｂから散布される吸収液に吸収される際に生じる吸収熱を奪って自身の温度を上昇させ、伝熱管５Ａにおいては蒸発器３からリソーバ５に供給される冷媒蒸気がデソーバ６から供給されて散布器５Ｂから散布される吸収液に吸収される際に生じる吸収熱を奪って冷却水自身の温度を上昇させるので、温度上昇したそれら冷却水を用いた暖房などの加熱作用が行える（特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成の吸収ヒートポンプ装置１００Ｘは、蒸発器３とデソーバ６とで吸熱し、凝縮器２と第二種サイクルを構成するリソーバ５および第一種サイクルを構成する吸収器４で放熱するので、加熱利用時のＣＯＰが２以上となると云った利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８２５（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成の吸収ヒートポンプにおいて、加熱が一層効率良く行えるようにするためには、吸収ヒートポンプ側の構成だけではなく、熱負荷、すなわち加熱される側を含めた全体で熱がさらに効率良く利用されるようにする必要があり、それが解決すべき課題となっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離する再生器と、再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮器から供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器と、冷媒を蒸発分離して再生器から供給される冷媒の濃度が低下した吸収液に冷媒を吸収させ、再生器から供給される吸収液と熱交換させて再生器に戻す吸収器と、蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させるリソーバと、冷媒を吸収してリソーバから供給される冷媒の濃度が上昇した吸収液を加熱して冷媒を吸収液から蒸発分離し、冷媒の濃度が低下した吸収液をリソーバから供給される吸収液と熱交換させてリソーバに戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器に供給するデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置の吸収器、リソーバ、および凝縮器を経由して加熱された熱流体によって溶液を加熱して濃縮すると共に、溶液から生成した蒸気を少なくとも蒸発器またはデソーバの何れか一方に熱源として供給する濃縮器を備えるようにした第１の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置と、
【０００７】
前記第１の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置において、吸収液から冷媒を蒸発分離するために再生器に供給された駆動熱源の廃熱を有する流体と、加熱・濃縮作用を終えて濃縮器から吐出し、吸収器、リソーバ、および凝縮器を迂回して濃縮器に戻る熱流体とが熱交換して駆動熱源の廃熱を濃縮器に還流する熱流体に回収する熱回収器を設けるようにした第２の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置と、
【０００８】
前記第１または第２の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置において、濃縮器に供給されて濃縮される溶液と濃縮器で生成された蒸気の一部とが熱交換して濃縮器に供給される溶液を予熱する予熱器を設けるようにした第３の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置と、
【０００９】
前記第１〜第３何れかの構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置において、濃縮器内部の圧力に基づいて再生器に供給する駆動熱源の熱量を制御する制御手段を設けるようにした第４の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置と、
【００１０】
前記第１〜第４何れかの構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置において、濃縮器で濃縮さる溶液が果汁などの食品である第５の構成の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置と、
を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１に基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、図１においても前記図２において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００１２】
図１に例示した吸収ヒートポンプ利用濃縮装置１００は、冷媒に水、吸収液に臭化リチウム水溶液などを使用する吸収ヒートポンプで生成する熱を用いて、果汁、食塩水、ミルクなどを濃縮する装置であり、内部に伝熱管１Ａが設けられ、その伝熱管１Ａに熱源供給管１５を介して供給される駆動熱源、例えば高温の水蒸気により吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生する再生器１と、この再生器１から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器２と、この凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器３と、冷媒を蒸発分離して再生器１から吸収液管２１を介して供給される冷媒の濃度が低下した吸収液に冷媒を吸収させ、再生器１から供給されている吸収液と熱交換器７で熱交換させて再生器１に吸収液管２２を介して戻す吸収器４とを備えている。
【００１３】
なお、熱源供給管１５を介して駆動熱源である高温の水蒸気が供給される伝熱管１Ａの出口側に連結された廃熱管１６には、スチームトラップ１６Ａと熱回収器８とが直列に設けられ、伝熱管１Ａで再生器１内の吸収液を加熱・再生して放熱し、凝縮して廃熱管１６に吐出した駆動熱源のドレンが、熱回収器８に気液混合状態で供給されて熱交換効率を低下させることがないように構成されている。
【００１４】
また、吸収ヒートポンプ利用濃縮装置１００は、蒸発器３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させるリソーバ５と、冷媒を吸収してリソーバ５から吸収液管２３を介して供給される冷媒の濃度が上昇した吸収液を加熱して冷媒を吸収液から蒸発分離し、冷媒の濃度が低下した吸収液をリソーバ５から供給されている吸収液と熱交換器９で熱交換させてリソーバ５に吸収液管２４を介して戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器４に供給するデソーバ６とを備えている。なお、リソーバ５とデソーバ６とは、開閉弁１８が介在する抽気管１９により連通可能に連結されている。
【００１５】
また、吸収ヒートポンプ利用濃縮装置１００は、被濃縮液供給管４０を介して供給される果汁、食塩水、ミルクなどの被濃縮液を、吸収器４の内部に設けられた伝熱管４Ａと、リソーバ５の内部に設けられた伝熱管５Ａと、凝縮器２の内部に設けられた伝熱管２Ａとで順次加熱され、温水管１７を介して循環供給される温水により加熱して水蒸気を蒸発させ、濃縮した液を濃縮液排出管４１に排出する濃縮器１０と、圧力センサ１１が計測する濃縮器１０内の圧力に基づいて熱源供給管１５に設置された流量制御弁１２の開度を調整し、伝熱管１Ａに導入する駆動熱源である高温蒸気の流量を制御して再生器１に供給する熱量を制御する制御器１３とを備えている。
【００１６】
温水管１７は、伝熱管４Ａ、５Ａ、２Ａが介在する温水管１７Ａと、伝熱管４Ａ、５Ａ、２Ａを迂回し、温水管１７Ａと並列に設けられて前記熱回収器８が介在する温水管１７Ｂと、濃縮器１０と温水ポンプＰ４とが介在し、図示したように温水管１７Ａ、１７Ｂに連結された温水管１７Ｃとからなる。
【００１７】
したがって、伝熱管１Ａで再生器１内の吸収液を加熱・再生し、凝縮して廃熱管１６に吐出した駆動熱源のドレンが保有する廃熱は、温水管１７Ｂを流れる温水に回収される。なお、温水管１７Ａには温水管１７Ｃを流れてきた温水の、例えば大凡９６％が流れるように管径などが選択される（流量制御弁などにより流量比率を変更可能に構成しても良いし、装置毎に特定の比率が選択・固定されても良い）。
【００１８】
濃縮器１０の気相部に一端が連結された蒸気管４２は、他端側が蒸気管４３、４４に分岐し、蒸気管４３には被濃縮液供給管４０を流れる果汁などの被濃縮液が通過する予熱器１４が介在し、被濃縮液供給管４０を介して濃縮器１０に供給されている果汁などの被濃縮液を、濃縮器１０で加熱・生成され、蒸気管４２に吐出した水蒸気の一部により加熱し、濃縮器１０に供給されている果汁などの被濃縮液の予熱が可能になっている。
【００１９】
蒸気管４４は、蒸発器３内に設けられた伝熱管３Ａが介在する蒸気管４５と、デソーバ６内に設けられた伝熱管６Ａが介在する蒸気管４６とに終端側が分岐し、蒸気管４５、４６の終端側は合流して蒸気管４７に連結されている。
【００２０】
上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置１００においては、再生器１の伝熱管１Ａに例えばコージェネレーションシステムなどから廃熱として供給される１２５℃程度の飽和水蒸気が導入されると、吸収器４から吸収液ポンプＰ１により吸収液管２２を介して供給され、散布器１Ｂから伝熱管１Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、凝縮器２に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００２１】
また、蒸発器３の内部に設けられた伝熱管３Ａには、濃縮器１０で果汁などの被濃縮液から生成された水蒸気が蒸気管４２、４４、４５を介して供給されるため、凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給され、冷媒液管２５の冷媒ポンプＰ３により散布器３Ｂから伝熱管３Ａの上に散布される冷媒液が加熱され、リソーバ５に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００２２】
デソーバ６に設けられた伝熱管６Ａにも、濃縮器１０で果汁などの被濃縮液から生成された水蒸気が蒸気管４２、４４、４６を介して供給されるため、リソーバ５から吸収液管２３を介して供給され、散布器６Ｂから伝熱管６Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、吸収器４に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００２３】
なお、吸収器４の伝熱管４Ａとリソーバ５の伝熱管５Ａには、濃縮器１０で果汁などの被濃縮液を加熱して水蒸気を発生させ、温度を下げた水の多くが温水ポンプＰ４の運転により温水管１７Ｃ、１７Ａを介して順次供給されるため、伝熱管４Ａ、５Ａの内部を流れる水により、再生器１から吸収液管２１を介して供給され、散布器４Ｂから伝熱管４Ａの上に散布される吸収液も、デソーバ６から吸収液ポンプＰ２により吸収液管２４を介して供給され、散布器５Ｂから伝熱管５Ａの上に散布される吸収液も冷却されるので、デソーバ６から吸収器４に供給される冷媒蒸気も、蒸発器３からリソーバ５に供給される冷媒蒸気も、それぞれの器内で吸収液に速やかに吸収される。
【００２４】
そして、濃縮器１０で果汁などの被濃縮液を加熱して濃縮し、温度を下げた水の残余のものは、温水管１７Ｂを経由して熱回収器８に流れ、廃熱管１６を流れるドレンから駆動熱源の廃熱を温水に回収するため、温水管１７を介して濃縮器１０に循環供給される温水の温度が上昇する。
【００２５】
すなわち、上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置１００においては、上記したように再生器１内の伝熱管１Ａに例えばコージェネレーションシステムなどから廃熱として供給される１２５℃程度の飽和水蒸気が熱源供給管１５を介して導入されると、飽和水蒸気は伝熱管１Ａの管壁を介して再生器１内の吸収液を加熱・再生し、自身は放熱して凝縮し、温度を例えば５℃程度下げてドレンとして廃熱管１６に吐出する。
【００２６】
そして、廃熱管１６を流れるドレンが保有する駆動熱源の廃熱は、温水管１７Ｂを流れている水に熱回収器８において回収され、温水管１７Ｂを流れる水の温度が上昇する。そのため、伝熱管４Ａ、５Ａ、２Ａにおいて加熱する温水の所要温度を下げることが可能であり、駆動熱源として熱源供給管１５を介して再生器１の伝熱管１Ａに導入する熱量は少なくて済み、全体の熱効率が改善される。
【００２７】
なお、駆動熱源として再生器１の伝熱管１Ａに熱源供給管１５を介して供給する高温蒸気の量は、圧力センサ１１が計測する濃縮器１０内が所定の圧力、例えば１５ｋＰａが維持されるように、流量制御弁１２の開度が制御器１３から出力する制御信号により容量制御されるように構成されている。
【００２８】
例えば、被濃縮液供給管４０を介して濃縮器１０に供給される果汁などの被濃縮液の温度、流量、濃度などの変動により、濃縮器１０で生成される水蒸気の量が少なく、圧力センサ１１が計測する濃縮器１０内の圧力が所定圧力より低いときには、流量制御弁１２の開度を増やす制御信号を制御器１３が出力して、熱源供給管１５を介して伝熱管１Ａに導入する駆動熱源の高温水蒸気の量を増やす。
【００２９】
そのため、再生器１で吸収液から蒸発分離して凝縮器２に供給され、伝熱管２Ａの内部を流れる水に放熱する冷媒蒸気の量は増加するので、温水管１７を介して濃縮器１０に循環供給される温水の温度は上昇し、濃縮器１０内で果汁などの被濃縮液を加熱する作用は強まり、濃縮器１０内で被濃縮液から生成される水蒸気の量は増加するので、圧力センサ１１は所定の圧力を示すようになる。
【００３０】
逆に、濃縮器１０で被濃縮液から生成される水蒸気の量が多く、圧力センサ１１が計測する濃縮器１０内の圧力が所定圧力より高いときには、流量制御弁１２の開度を減らす制御信号を制御器１３が出力して、熱源供給管１５を介して伝熱管１Ａに導入する駆動熱源の高温水蒸気の量を減らす。
【００３１】
そのため、再生器１で吸収液から蒸発分離して凝縮器２に供給され、伝熱管２Ａの内部を流れる水に放熱する冷媒蒸気の量は減少するので、温水管１７を介して濃縮器１０に循環供給される温水の温度は低下し、濃縮器１０内で果汁などの被濃縮液を加熱する作用は弱まり、濃縮器１０内で被濃縮液から生成される水蒸気の量は減少するので、圧力センサ１１は所定の圧力を示すようになる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００３３】
例えば、再生器１内の吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生するために熱源供給管１５を介して伝熱管１Ａに導入する駆動熱源としては、コージェネレーションシステムなどを冷却して高温になった冷却水であっても良い。また、燃焼バーナにより、再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成とすることもできる。
【００３４】
そして、燃焼バーナにより再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成としたときには、廃熱管１６には燃焼バーナから出る排ガスを流し、熱回収器８ではその排ガスと温水管１７Ｂを流れる温水とを熱交換させて、排ガスが保有する廃熱を温水に回収する。
【００３５】
また、圧力センサ１１は温度センサに代替し、その温度センサが計測する濃縮器１０内の温度に基づいて、制御器１３が流量制御弁１２の開度を調整し、伝熱管１Ａに導入する熱源流体の量（熱量）を制御するようにしても良い。
【００３６】
また、濃縮器１０で加熱・生成した水蒸気は、蒸発器３の伝熱管３Ａまたはデソーバ６の伝熱管６Ａの何れか一方に供給し、残余の伝熱管には他の熱源から供給される熱流体を供給するように構成することもできる。
【００３７】
また、温水ポンプＰ４の運転により濃縮器１０に循環供給する温水が、凝縮器２の内部に設けられた伝熱管２Ａ、吸収器４の内部に設けられた伝熱管４Ａ、リソーバ５の内部に設けられた伝熱管５Ａに並列に供給され、それぞれにおいて加熱されて合流、供給されるように温水管１７を構成することなども可能である。
【００３８】
【発明の効果】
上記したように、本発明のヒートポンプ利用濃縮装置においては、加熱・濃縮時に生成された蒸気をヒートポンプの熱源に利用しているので、ヒートポンプ側だけで熱効率を改善した装置より、さらに熱効率を改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明になる吸収ヒートポンプ利用濃縮装置の構成を示す説明図である。
【図２】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 再生器
１Ａ 伝熱管
１Ｂ 散布器
２ 凝縮器
２Ａ 伝熱管
３ 蒸発器
３Ａ 伝熱管
３Ｂ 散布器
４ 吸収器
４Ａ 伝熱管
４Ｂ 散布器
５ リソーバ
５Ａ 伝熱管
５Ｂ 散布器
６ デソーバ
６Ａ 伝熱管
６Ｂ 散布器
７ 熱交換器
８ 熱回収器
９ 熱交換器
１０ 濃縮器
１１ 圧力センサ
１２ 流量制御弁
１３ 制御器
１４ 予熱器
１５ 熱源供給管
１６ 廃熱管
１６Ａ スチームトラップ
１７、１７Ａ、１７Ｂ、１７Ｃ 温水管
１８ 開閉弁
１９ 抽気管
２０ 冷媒液管
２１〜２４ 吸収液管
２５ 冷媒液管
４０ 被濃縮液供給管
４１ 濃縮液排出管
４２〜４７ 蒸気管
Ｐ１・Ｐ２ 吸収液ポンプ
Ｐ３ 冷媒ポンプ
Ｐ４ 温水ポンプ
１００、１００Ｘ 吸収ヒートポンプ装置

Claims (5)

  1. 吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離する再生器と、再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮器から供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器と、冷媒を蒸発分離して再生器から供給される冷媒の濃度が低下した吸収液に冷媒を吸収させ、再生器から供給される吸収液と熱交換させて再生器に戻す吸収器と、蒸発器から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させるリソーバと、冷媒を吸収してリソーバから供給される冷媒の濃度が上昇した吸収液を加熱して冷媒を吸収液から蒸発分離し、冷媒の濃度が低下した吸収液をリソーバから供給される吸収液と熱交換させてリソーバに戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器に供給するデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置の吸収器、リソーバ、および凝縮器を経由して加熱された熱流体によって溶液を加熱して濃縮すると共に、溶液から生成した蒸気を少なくとも蒸発器またはデソーバの何れか一方に熱源として供給する濃縮器を備えたことを特徴とする吸収ヒートポンプ利用濃縮装置。
  2. 吸収液から冷媒を蒸発分離するために再生器に供給された駆動熱源の廃熱を有する流体と、加熱・濃縮作用を終えて濃縮器から吐出し、吸収器、リソーバ、および凝縮器を迂回して濃縮器に戻る熱流体とを熱交換して駆動熱源の廃熱を濃縮器に還流する熱流体に回収する熱回収器が設けられたことを特徴とする請求項１記載の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置。
  3. 濃縮器に供給されて濃縮される溶液と濃縮器で生成された蒸気の一部とが熱交換して濃縮器に供給される溶液を予熱する予熱器が設けられたことを特徴とする請求項１または２記載の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置。
  4. 濃縮器内部の圧力に基づいて再生器に供給する駆動熱源の熱量を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする請求項１〜３何れかに記載の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置。
  5. 濃縮器で濃縮さる溶液が果汁などの食品であることを特徴とする請求項１〜４何れかに記載の吸収ヒートポンプ利用濃縮装置。
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