JP2007120810A - 吸収ヒートポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】冷却効率及び/又は給湯効率を向上することが出来る吸収ヒートポンプの提供。
【解決手段】燃料が投入される再生器(1)と、系外から熱エネルギー(QL)を取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器(2)と、吸収剤が冷媒を吸収する吸収器(3)と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器(4)と、吸収器(3)及び凝縮器(4)を冷却する冷却水ライン(Lw)とを備え、該冷却水ライン(Lw)は、凝縮器(4)を経由してから吸収器(3)を流れる様に構成されている。
【選択図】図1
【解決手段】燃料が投入される再生器(1)と、系外から熱エネルギー(QL)を取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器(2)と、吸収剤が冷媒を吸収する吸収器(3)と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器(4)と、吸収器(3)及び凝縮器(4)を冷却する冷却水ライン(Lw)とを備え、該冷却水ライン(Lw)は、凝縮器(4)を経由してから吸収器(3)を流れる様に構成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、大気が保有する熱量等の未利用エネルギーを低温熱源とする吸収ヒートポンプに関する。
従来技術に係るヒートポンプの例として、単効用増熱型ヒートポンプを図6で示す。
図6において、システム全体を符号60で示す単効用増熱型ヒートポンプは、例えば、燃料供給ラインLfから都市ガスが燃料として投入される再生器1と、系外から例えば空気熱QLを取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器2と、液相の吸収剤が気相の冷媒(冷媒蒸気)を吸収する吸収器3と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器4とを備えている。
図6において、システム全体を符号60で示す単効用増熱型ヒートポンプは、例えば、燃料供給ラインLfから都市ガスが燃料として投入される再生器1と、系外から例えば空気熱QLを取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器2と、液相の吸収剤が気相の冷媒(冷媒蒸気)を吸収する吸収器3と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器4とを備えている。
吸収器3及び凝縮器4には冷却水ラインLwが経由する様に配置されており、冷却水ラインLwを流れる冷却水によって吸収器3及び凝縮器4が冷却される様に構成されている。吸収器3と再生器1とは、循環ポンプ5が介装されている吸収溶液ラインL1、L2によって接続されている。ラインL1、L2には溶液熱交換器6が介装され、ラインL2の溶液の熱をラインL1の溶液に投与する様に構成されている。
再生器1には精溜器11が装備されており、精溜器11は、再生器1において吸収剤(例えば水)が気化して、冷媒蒸気(例えばアンモニア蒸気)と共に凝縮器4側に移動する恐れがある場合に、当該気相の吸収剤(例えば水蒸気)を凝縮せしめ、再生した冷媒蒸気から分離するために設けられている。それと共に、精溜器11は、吸収溶液ラインL1を流れる吸収溶液を、溶液熱交換器6よりも吸収器3側の領域で加熱し、昇温する様に構成されている。
再生器1には精溜器11が装備されており、精溜器11は、再生器1において吸収剤(例えば水)が気化して、冷媒蒸気(例えばアンモニア蒸気)と共に凝縮器4側に移動する恐れがある場合に、当該気相の吸収剤(例えば水蒸気)を凝縮せしめ、再生した冷媒蒸気から分離するために設けられている。それと共に、精溜器11は、吸収溶液ラインL1を流れる吸収溶液を、溶液熱交換器6よりも吸収器3側の領域で加熱し、昇温する様に構成されている。
精溜器11で気相の吸収剤から分離された冷媒蒸気(例えばアンモニア蒸気)は、ラインL3を流れて凝縮器4に至り、凝縮器4内で気化熱を奪われて凝縮して液相冷媒(例えば、100%アンモニア)になり、この液相冷媒はラインL4を流れて蒸発器2に流入する。
蒸発器2内の液相冷媒は、空気熱QLより気化熱を奪って蒸発器2内で蒸発し、ラインL5(単なる開口である場合も存在する)を介して吸収器3に戻る。
図6の例では、蒸発器2においては、大気からの熱エネルギー(空気熱)QLにより液相冷媒を蒸発しているが、大気からの熱エネルギー(空気熱)QLのみならず、河川の水や、下水等が保有する未利用エネルギーであっても、利用可能に構成されている。
蒸発器2内の液相冷媒は、空気熱QLより気化熱を奪って蒸発器2内で蒸発し、ラインL5(単なる開口である場合も存在する)を介して吸収器3に戻る。
図6の例では、蒸発器2においては、大気からの熱エネルギー(空気熱)QLにより液相冷媒を蒸発しているが、大気からの熱エネルギー(空気熱)QLのみならず、河川の水や、下水等が保有する未利用エネルギーであっても、利用可能に構成されている。
吸収器3内で、冷媒蒸気は再生器1から戻った吸収溶液に吸収されて、吸収溶液中の吸収剤濃度が薄くなる。吸収剤濃度が薄くなった吸収溶液(希溶液)は、吸収器3を出て、循環ポンプ5により再生器1へ送られる。ここで、吸収器3内では、冷媒蒸気が吸収溶液に吸収される際に、吸収熱(潜熱)を発生する。
この吸収熱は、冷却水ラインLwを流れる冷却水に投入される。そして、冷却水ラインLwを流れる冷却水は、吸収器3で発生した吸収熱(潜熱)を奪って吸収器3を冷却すると共に、凝縮器4において冷媒蒸気(気相冷媒)から気化熱を奪って凝縮せしめる(液相冷媒とする)。すなわち、冷却水ラインLwを流れる冷却水には、吸収器3で発生した吸収熱及び凝縮器4で冷媒蒸気から奪った気化熱が投入され加熱される。その結果、冷却水ラインLwを流れる冷却水は、給湯需要を賄える程度まで昇温されて、湯として取り出される(給湯)。
この吸収熱は、冷却水ラインLwを流れる冷却水に投入される。そして、冷却水ラインLwを流れる冷却水は、吸収器3で発生した吸収熱(潜熱)を奪って吸収器3を冷却すると共に、凝縮器4において冷媒蒸気(気相冷媒)から気化熱を奪って凝縮せしめる(液相冷媒とする)。すなわち、冷却水ラインLwを流れる冷却水には、吸収器3で発生した吸収熱及び凝縮器4で冷媒蒸気から奪った気化熱が投入され加熱される。その結果、冷却水ラインLwを流れる冷却水は、給湯需要を賄える程度まで昇温されて、湯として取り出される(給湯)。
ここで、図6で示す従来技術では、冷却水として使用される上水は、冷却水ラインLwを吸収器3から凝縮器4の順に経由して流れている。これは、臭化リチウムを吸収剤として用い、水を冷媒として使用した場合には、臭化リチウムが結晶化(晶析)することが無い様にするためである。
図7のPT線図で示す様に、吸収器3の温度(点Pa1〜Pa2の領域における温度)が上昇すると晶析ライン(ラインC)に到達し、臭化リチウムが結晶化(晶析)して吸収溶液循環系統を閉塞してしまうので、吸収ヒートポンプが運転不可能となってしまう。その様な事態を防止するためには、晶析ライン(ラインC)に到達しない様に、吸収器3の温度を下げる必要があり、吸収器3を優先的に冷却して、図7における点Paの温度を、例えば、45℃以下に抑える必要がある。
そのため、臭化リチウムを吸収剤として、水を冷媒とする場合には、温度の低い状態の上水(冷却水)が、先ず、吸収器3に供給され、その後、凝縮器4に供給されるのである。
図7のPT線図で示す様に、吸収器3の温度(点Pa1〜Pa2の領域における温度)が上昇すると晶析ライン(ラインC)に到達し、臭化リチウムが結晶化(晶析)して吸収溶液循環系統を閉塞してしまうので、吸収ヒートポンプが運転不可能となってしまう。その様な事態を防止するためには、晶析ライン(ラインC)に到達しない様に、吸収器3の温度を下げる必要があり、吸収器3を優先的に冷却して、図7における点Paの温度を、例えば、45℃以下に抑える必要がある。
そのため、臭化リチウムを吸収剤として、水を冷媒とする場合には、温度の低い状態の上水(冷却水)が、先ず、吸収器3に供給され、その後、凝縮器4に供給されるのである。
しかし、温度の高い吸収器3を昇温前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の上水で温度の低い凝縮器4を冷却することは、冷却効率の点からは好ましくない。
冷却水で熱を取るという目的(冷却)に鑑みれば、温度の高い吸収器3をヒートポンプで昇温される前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の温度が高い上水で温度の低い凝縮器4を冷却することは、エクセルギー損失が低く、冷却の効率が良いからである。
冷却水で熱を取るという目的(冷却)に鑑みれば、温度の高い吸収器3をヒートポンプで昇温される前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の温度が高い上水で温度の低い凝縮器4を冷却することは、エクセルギー損失が低く、冷却の効率が良いからである。
その他の従来技術として、例えば、大気温度が低く大気熱交換用循環水が十分に加熱されない場合に凝縮熱により大気熱交換用循環水を加熱し、大気温度が高く大気熱交換用循環水が十分に冷却されない場合に気化熱により大気熱交換用循環水を冷却する吸収ヒートポンプシステムが提案されている(特許文献1)。
しかし、係る従来技術は気温が低い場合にも確実に暖房運転を実行し、且つ、気温が高くても確実に冷房運転を実行することを目的としており、冷却効率及び/又は給湯効率の向上、という本発明の問題点に寄与するものではない。
特開2005−77037号公報
しかし、係る従来技術は気温が低い場合にも確実に暖房運転を実行し、且つ、気温が高くても確実に冷房運転を実行することを目的としており、冷却効率及び/又は給湯効率の向上、という本発明の問題点に寄与するものではない。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、エクセルギー損失を低減して、冷却効率を向上することが出来る吸収ヒートポンプの提供を目的としている。
発明者は、種々研究の結果、冷媒としてアンモニアを使用して吸収剤として水を使った場合や、有機冷媒を用いた場合では、そもそも晶析の問題が発生しないことに着目した。
本発明の吸収ヒートポンプ101は、燃料が投入される再生器(1)と、系外から熱エネルギー(空気熱等の未利用エネルギーQL)を取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器(2)と、吸収剤が冷媒を吸収する吸収器(3)と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器(4)と、吸収器(3)及び凝縮器(4)を冷却する冷却水ライン(Lw)とを備え、該冷却水ライン(Lw)は、凝縮器(4)を経由してから吸収器(3)を流れる様に構成されていることを特徴としている(図1:請求項1)。
ここで、吸収剤として例えば水を選択し、冷媒として例えばアンモニアを選択することが可能である。
ただし、これに限定されるものではなく、例えば、有機媒体(フッ化アルコール)を選択することも可能である。
換言すれば、本発明においては、吸収器の温度レベルが上昇した場合に晶析する恐れが無い様な冷媒と吸収剤の組み合わせが選択される。
ただし、これに限定されるものではなく、例えば、有機媒体(フッ化アルコール)を選択することも可能である。
換言すれば、本発明においては、吸収器の温度レベルが上昇した場合に晶析する恐れが無い様な冷媒と吸収剤の組み合わせが選択される。
本発明において、再生器(1)で発生した冷媒蒸気(例えば、アンモニア蒸気)から気相の吸収剤(例えば、水蒸気)を分離する精溜器(11)を設け、前記冷却水ライン(Lw)は吸収器(3)を経由してから精溜器(11)を経由する様に構成されているのが好ましい(図2:請求項2)。
そして、吸収器(3)から再生器(1)へ連通する吸収溶液ライン(L1)が精溜器(11)を経由するように構成されているのが好ましい(図4:請求項3)。
ここで、精溜器(11)内部においては、吸収溶液ライン(L1)よりも前記冷却水ライン(Lw)の方が、再生器(1)に近い位置、或いは再生器(1)の熱量が投入され易い位置に配置されているのが好ましい(図4)。
ここで、精溜器(11)内部においては、吸収溶液ライン(L1)よりも前記冷却水ライン(Lw)の方が、再生器(1)に近い位置、或いは再生器(1)の熱量が投入され易い位置に配置されているのが好ましい(図4)。
本発明において、前記冷却水ライン(Lw)に代えて、凝縮器(4)及び吸収器(3)を冷却する冷却水が流れる循環系(CL1)と、(上水が供給されて)給湯需要に連通する給湯ライン(CL2)とを設け、循環系(CL1)を流れる冷却水の熱量が熱交換器(第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2)を介して給湯ライン(CL2)を流れる水に投入可能に構成されているのが好ましい(図5:請求項4)。
そして、前記熱交換器は2個設けられており(第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2)、第1の熱交換器H1は循環系(CL1)における凝縮器(4)の上流側(上水供給源側)に設けられ、第2の熱交換器H2は循環系(CL1)における吸収器(3)の下流側(給湯需要側)に設けられているのが好ましい(図5)。
そして、前記熱交換器は2個設けられており(第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2)、第1の熱交換器H1は循環系(CL1)における凝縮器(4)の上流側(上水供給源側)に設けられ、第2の熱交換器H2は循環系(CL1)における吸収器(3)の下流側(給湯需要側)に設けられているのが好ましい(図5)。
本発明において、単効用の吸収ヒートポンプに限定されるものではなく、二重効用の吸収ヒートポンプとして構成することも可能である。
上述する構成を具備する本発明によれば、冷却水は凝縮器(4)から吸収器(3)の順に流れる(請求項1)ので、温度の低い凝縮器(4)をヒートポンプで加熱される以前(昇温前の温度が低い状態)の上水で冷却し、凝縮器(4)で加熱されて昇温した上水で温度の高い吸収器(3)を冷却する。すなわち、温度の低い上水で温度の低い凝縮器(4)を冷却し、温度の高い上水で温度の高い吸収器(3)を冷却する。そのため、温度の高い吸収器(3)を昇温前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の上水で温度の低い凝縮器(4)を冷却するよりも、エクセルギー損失が減少し、冷却効率が向上する。
そして、凝縮器(4)及び吸収器(3)を冷却して昇温された冷却水は給湯需要に供給されるので、冷却効率が向上する結果として、給湯効率も向上する。
そして、凝縮器(4)及び吸収器(3)を冷却して昇温された冷却水は給湯需要に供給されるので、冷却効率が向上する結果として、給湯効率も向上する。
また、凝縮器圧力を低下させて濃度幅を増加させることが出来るので、吸収ヒートポンプサイクルを高性能化させることが出来る。そして、凝縮圧力を下げたまま、高温給湯が可能となる。
また、凝縮器圧力を下げることが出来るのに起因して、溶液ポンプ(5)の揚程(昇圧幅)を下げ、補機電力を低減することができる。
また、凝縮器圧力を下げることが出来るのに起因して、溶液ポンプ(5)の揚程(昇圧幅)を下げ、補機電力を低減することができる。
また、本発明において、精溜器(11)を設け、前記冷却水ライン(Lw)が凝縮器(4)及び吸収器(3)を経由してから精溜器(11)を経由する様に構成すれば(請求項2)、精溜器(11)内部の熱量を冷却水ライン(Lw)内を流れる冷却水(上水、給湯需要に供給される湯)に投入して、冷却水(上水、給湯需要に供給される湯)を昇温して、給湯取り出し温度を上昇させることが出来る。
この場合、吸収器(3)から再生器(1)へ連通する吸収溶液ライン(L1)が精溜器(11)を経由するように構成されていれば(請求項3)、冷却水(上水、給湯需要に供給される湯)を昇温して給湯取り出し温度を上昇させることが出来ると共に、再生器(1)へ供給される吸収溶液を加熱或いは予熱して、再生器(1)で消費される高質燃料(例えば、都市ガス)を節約することが出来る。
本発明において、凝縮器(4)及び吸収器(3)を冷却する冷却水が流れる循環系(CL1)と、(上水が供給されて)給湯需要に連通する給湯ライン(CL2)とを設け、循環系(CL1)を流れる冷却水の熱量が熱交換器(第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2)を介して給湯ライン(CL2)を流れる水に投入可能に構成すれば(請求項4)、凝縮器(4)及び吸収器(3)を冷却する冷却水は循環系(CL1)外を流れることが無く、その保有する熱量を、給湯ライン(CL2)を流れる上水に投入することが出来る。
そのため、給湯ライン(CL2)を流れる上水は、直接、凝縮器(4)や吸収器(3)を経由しない。従って、給湯需要に供給される湯が、直接、凝縮器(4)や吸収器(3)を冷却することを嫌うユーザーが存在しても、係るユーザーの抵抗を無くすることが出来る。
そのため、給湯ライン(CL2)を流れる上水は、直接、凝縮器(4)や吸収器(3)を経由しない。従って、給湯需要に供給される湯が、直接、凝縮器(4)や吸収器(3)を冷却することを嫌うユーザーが存在しても、係るユーザーの抵抗を無くすることが出来る。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1のブロック図に基づいて第1実施形態を説明する。
システム全体を符号101で示す吸収ヒートポンプは、例えば、燃料ガス供給ラインLfによって都市ガスが燃料として投入される再生器1と、系外から例えば空気熱QLを取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器2と、液相の吸収剤(水)(より詳細には、液相吸収剤と冷媒との混合物であって、吸収剤の濃度が高い液体)が冷媒(アンモニア)を吸収する吸収器3と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器4とを備えている。
先ず、図1のブロック図に基づいて第1実施形態を説明する。
システム全体を符号101で示す吸収ヒートポンプは、例えば、燃料ガス供給ラインLfによって都市ガスが燃料として投入される再生器1と、系外から例えば空気熱QLを取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器2と、液相の吸収剤(水)(より詳細には、液相吸収剤と冷媒との混合物であって、吸収剤の濃度が高い液体)が冷媒(アンモニア)を吸収する吸収器3と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器4とを備えている。
吸収器3及び凝縮器4は、冷却水ラインLwを流れる冷却水によって冷却される様に構成されている。冷却水ラインLwは図示しない上水道に連通しており、冷却水ラインLw内を流れる上水(冷却水;水道水)は、凝縮器4、吸収器3の順に流過し、この間に加熱、昇温されて給湯に供される。
吸収器3と再生器1とは、循環ポンプ5の介装された吸収溶液ラインL1、L2によって接続され、そのラインL1、L2には溶液熱交換器6が介装されている。その溶液熱交換器6ではラインL2の溶液の熱をラインL1の溶液に投与する様に構成されている。
再生器1には、精溜器11が装備されており、水蒸気(気相の吸収剤)の気化熱を奪うことにより、冷媒(アンモニア)蒸気から水蒸気(気相の吸収剤)を分離する。それと共に、ラインL1の溶液熱交換器6よりも吸収器3側の領域で、吸収器3から再生器1に向う吸収溶液を加熱(予熱)して、吸収溶液を昇温する様に構成されている。
再生器1には、精溜器11が装備されており、水蒸気(気相の吸収剤)の気化熱を奪うことにより、冷媒(アンモニア)蒸気から水蒸気(気相の吸収剤)を分離する。それと共に、ラインL1の溶液熱交換器6よりも吸収器3側の領域で、吸収器3から再生器1に向う吸収溶液を加熱(予熱)して、吸収溶液を昇温する様に構成されている。
再生器1で発生した冷媒蒸気(アンモニア蒸気)はラインL3を通って凝縮器4に流入し、凝縮器4内で凝縮して液相冷媒(100%アンモニア液)となる。この液相冷媒はラインL4を介して蒸発器2に流入する。
蒸発器2内において、液相冷媒は、系外から空気熱QLにより蒸発して気相冷媒(冷媒蒸気)となる。蒸発した冷媒蒸気はラインL5を介して吸収器3に流入する。なお、ラインL5は、説明の便宜のため、図中では管路状に表現したが、実機においては、単なる開口部として構成されている場合がある。
蒸発器2内において、液相冷媒は、系外から空気熱QLにより蒸発して気相冷媒(冷媒蒸気)となる。蒸発した冷媒蒸気はラインL5を介して吸収器3に流入する。なお、ラインL5は、説明の便宜のため、図中では管路状に表現したが、実機においては、単なる開口部として構成されている場合がある。
吸収器3内では、冷媒蒸気が再生器1から戻った吸収溶液(吸収剤の濃度が高い吸収溶液)に吸収されて、吸収熱を発生する。そして、冷媒を吸収した吸収溶液は、吸収剤の濃度が薄まった状態で吸収器3を出る。そして、循環ポンプ5で再生器1に送られる。
第1実施形態の吸収ヒートポンプ101の蒸発器2においても、大気からの熱エネルギー(空気熱)QL、或いは、河川、下水などの未利用エネルギー(図示せず)を汲み上げる様に構成されている。
上述した通り、給湯で得られる熱量QMは、 QM=QH+QL で与えられる。
ラインLwを流れる冷却水は、蒸発器2及び吸収器3の両方から熱が供給されるので、効率(給湯の熱量/都市ガス等の強制的に負荷した熱量)が1を越えるのである。
ラインLwを流れる冷却水は、蒸発器2及び吸収器3の両方から熱が供給されるので、効率(給湯の熱量/都市ガス等の強制的に負荷した熱量)が1を越えるのである。
図1の第1実施形態では、冷却水である上水(又は戻り水)が、先ず凝縮器4を冷却し、凝縮器4を経由した後に吸収器3を冷却するように構成されている。
冷却水で熱を除去する(冷却する)という目的であれば、温度の低い凝縮器4をヒートポンプで加熱される以前の状態(昇温前の温度が低い状態)の上水で冷却し、凝縮器4で加熱されて昇温した上水で温度の高い吸収器3を冷却する方が(温度の高い吸収器3を昇温前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の上水で温度の低い凝縮器4を冷却するよりも)、エクセルギー効率が低減するので、冷却の効率が良い。
冷却水で熱を除去する(冷却する)という目的であれば、温度の低い凝縮器4をヒートポンプで加熱される以前の状態(昇温前の温度が低い状態)の上水で冷却し、凝縮器4で加熱されて昇温した上水で温度の高い吸収器3を冷却する方が(温度の高い吸収器3を昇温前の温度が低い上水で冷却し、昇温した後の上水で温度の低い凝縮器4を冷却するよりも)、エクセルギー効率が低減するので、冷却の効率が良い。
また、例えば、吸収剤として水、冷媒にアンモニアを用いる場合には、そもそも晶析の問題は生じない。従って、吸収剤として臭化リチウムを用いた場合の様に、吸収器3の温度が高くなった場合に晶析が生じてしまうことを考慮する必要が無い。
そのため、図1の第1実施形態では、温度が低い上水で凝縮器4を冷却し、温度が高い上水で高温の吸収器3(吸収熱が発生するので高温)を冷却する様に構成している。
そのため、図1の第1実施形態では、温度が低い上水で凝縮器4を冷却し、温度が高い上水で高温の吸収器3(吸収熱が発生するので高温)を冷却する様に構成している。
図2では、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合における単効用サイクルを、PT線図上で表現している。
冷却水である上水は、図2において符号CWで示す様に、凝縮器(Pb点;例えば50℃)から吸収器(Pa1〜Pa2の間の点;例えば90℃)へ流れる。
冷却水である上水は、図2において符号CWで示す様に、凝縮器(Pb点;例えば50℃)から吸収器(Pa1〜Pa2の間の点;例えば90℃)へ流れる。
なお、臭化リチウムを吸収剤として用い、水を冷媒として使用した場合には、図7で示す様に、圧力レベルが低く、濃度幅(点Pa1〜点Pa2の長さ)が大きく取れず、ラインAの上下方向(圧力軸方向)の幅が広くなる(温度軸方向の幅が狭く、圧力軸方向の幅が広くなる)。そして、圧力軸方向の幅が広くなる結果として、凝縮器の温度(点Pbの温度)を吸収器の温度(点Pa2の温度)よりも高温になってしまうことが有り得る。
しかし、図2のように、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合は、圧力レベルが高い(例えば、ΔPが20気圧)ので、図7の場合(冷媒が水で吸収剤が臭化リチウムの場合)の様に凝縮器の温度が吸収器の温度よりも高温になってしまうことはない。
また、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合(図2)は、そもそも晶析ラインが無いので、濃度幅を広くすることが出来る。例えば、吸収器3の温度を90℃程度にすることが可能である。
すなわち、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合には、吸収器3の温度は凝縮器4の温度よりも必ず高くなるのである。
また、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合(図2)は、そもそも晶析ラインが無いので、濃度幅を広くすることが出来る。例えば、吸収器3の温度を90℃程度にすることが可能である。
すなわち、吸収剤が水で冷媒がアンモニアの場合には、吸収器3の温度は凝縮器4の温度よりも必ず高くなるのである。
第1実施形態では、冷却水である上水を凝縮器4から吸収器3の順番に流し、温度が低い上水で温度が低い凝縮器4を冷却し、温度が高い上水で高温の吸収器(吸収熱が発生して高温)3を冷却することにより、エクセルギー損失を減少して、冷却効率が向上している。
そして、温度が低い上水で凝縮器4を冷却しているため凝縮器4の圧力を低下して、濃度幅を増加することが出来る。その結果、吸収ヒートポンプのサイクルを高性能化させることが出来る。そして、凝縮圧力を下げたまま、高温給湯が可能となる。
また、凝縮器圧力を下げることが出来るのに起因して、溶液ポンプ5の揚程(昇圧幅)を下げることにより、補機電力を低減できる。
また、凝縮器圧力を下げることが出来るのに起因して、溶液ポンプ5の揚程(昇圧幅)を下げることにより、補機電力を低減できる。
次に、図3に基づいて第2実施形態の吸収ヒートポンプ102を説明する。
再生器1に装備された精溜器11は、再生器1の真上に配置されているので温度レベルが高い。そこで、冷却水(上水)ラインLwが精溜器11を経由することにより、ヒートポンプの給湯取出し温度(冷却水温度)をより高くし、給湯効率をさらに向上させたのが、図3の第2実施形態である。
再生器1に装備された精溜器11は、再生器1の真上に配置されているので温度レベルが高い。そこで、冷却水(上水)ラインLwが精溜器11を経由することにより、ヒートポンプの給湯取出し温度(冷却水温度)をより高くし、給湯効率をさらに向上させたのが、図3の第2実施形態である。
図3において、冷却水(上水)ラインLwは、凝縮器4、吸収器3を経由した後、精溜器11を経由し、図示しない給湯需要に連通している。
その他の構成及び作用効果については、図1の第1実施形態と同様である。
その他の構成及び作用効果については、図1の第1実施形態と同様である。
第2実施形態においては、精溜器11内部の熱を給湯の昇温に用いているので、第1実施形態に比べて、更に高い給湯温度が得られる。
次に、図4に基づいて第3実施形態の吸収ヒートポンプ103を説明する。
図3の第2実施形態では、精溜器11において、冷却水ラインLwを流れる冷却水のみを加熱している。
これに対して、図4の第3実施形態では、冷却水ラインを流れる冷却水Lwは図3と同様に精溜器11内部の熱交換器Hwで加熱されるが、それに加えて、吸収器3から再生器1に向かう吸収溶液(ラインL1を流れる吸収溶液)が、精溜器11内部の熱交換器Haで加熱される。
すなわち、精溜器11内部の熱量で、給湯ライン(冷却水ライン;Lw)と、吸収溶液ラインL1の双方を加熱する。
図3の第2実施形態では、精溜器11において、冷却水ラインLwを流れる冷却水のみを加熱している。
これに対して、図4の第3実施形態では、冷却水ラインを流れる冷却水Lwは図3と同様に精溜器11内部の熱交換器Hwで加熱されるが、それに加えて、吸収器3から再生器1に向かう吸収溶液(ラインL1を流れる吸収溶液)が、精溜器11内部の熱交換器Haで加熱される。
すなわち、精溜器11内部の熱量で、給湯ライン(冷却水ライン;Lw)と、吸収溶液ラインL1の双方を加熱する。
その様に、再生器1に投入される以前の段階の吸収溶液を加熱(予熱)することにより、再生器1における高質燃料(都市ガス等)の使用量が節約できる。従って、吸収ヒートポンプ103の全体の効率が向上する。
ここで、精溜器11内部では、冷却水ラインLwを流れる冷却水を加熱する熱交換器Hwの方が、吸収溶液ラインL1の吸収溶液を加熱する熱交換器Haよりも、再生器1で発生した熱が伝達し易い側(再生器1に近い領域:図4では下方の領域)に配置されている。吸収溶液の予熱よりも、給湯取り出し温度の昇温を優先する趣旨である。
次に、図5に基づいて第4実施形態の吸収ヒートポンプ104を説明する。
図1の第1実施形態〜図4の第3実施形態では、冷却水ラインLwを流れる冷却水がそのまま給湯として使用されている。
しかし、冷媒(例えばアンモニア)を冷却した冷却水を、そのまま給湯として使用することに抵抗を感じるユーザーが存在する恐れがある。
図1の第1実施形態〜図4の第3実施形態では、冷却水ラインLwを流れる冷却水がそのまま給湯として使用されている。
しかし、冷媒(例えばアンモニア)を冷却した冷却水を、そのまま給湯として使用することに抵抗を感じるユーザーが存在する恐れがある。
係るユーザーの心理的な抵抗に鑑みて、図5の第4実施形態では、凝縮器4及び吸収器3を冷却する冷却水が流れ、循環ポンプ51を介装した循環系CL1と、上水が供給されて給湯需要として用いられる給湯ラインCL2とを、完全に分離して構成している。
循環系CL1は、図5では反時計回りに冷媒が流れ、凝縮器4の上流側に第1の熱交換器H1が、吸収器3の下流側に第2の熱交換器H2が介装されている。
給湯ラインCL2は、図示しない上水道に連通しており、第1の熱交換器H1を経由した後に、第2の熱交換器H2を経由する様に構成されている。
循環系CL1は、図5では反時計回りに冷媒が流れ、凝縮器4の上流側に第1の熱交換器H1が、吸収器3の下流側に第2の熱交換器H2が介装されている。
給湯ラインCL2は、図示しない上水道に連通しており、第1の熱交換器H1を経由した後に、第2の熱交換器H2を経由する様に構成されている。
循環系CL1の冷媒(例えば水)は、循環水ポンプ51により循環されるが、循環系外には流出しない。
上水に連通している給湯ラインCL2は、第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2を介して、循環系CL1を循環する冷却水が保有する熱量が投入されて、加熱、昇温される。そして、給湯需要に対して供給される。
上水に連通している給湯ラインCL2は、第1の熱交換器H1及び第2の熱交換器H2を介して、循環系CL1を循環する冷却水が保有する熱量が投入されて、加熱、昇温される。そして、給湯需要に対して供給される。
給湯需要に対して供給される給湯ラインCL2を流れる上水(湯)は、直接、凝縮器4や吸収器3を経由しないので、直接凝縮器4や吸収器3を冷却せず、冷媒であるアンモニア等と接触することも無いので、上述したようなユーザーの抵抗感を無くすることが出来る。
図5において、前述したように、第1の熱交換器H1は、凝縮器4の上流側(上水供給源側)に設けている。循環系CL1を流れる冷却水は、第1の熱交換器H1を介して保有する熱量を給湯ラインCL2を流れる上水に投入した直後は、温度が低い。その様な低温の冷却水(循環系CL1を流れる冷却水)を凝縮器4に供給すれば、冷媒の凝縮効率を向上する。
第2の熱交換器H2は、前述したように、吸収器3の下流側(給湯需要側)に設けられている。循環系CL1を流れる冷却水は、吸収器3を冷却した直後にその温度が最も高温となる。従って、その様な(最も高温の)冷却水が保有する熱量が第2の熱交換H2を介して投入されることにより、給湯ラインCL2を流れる上水は効率的に昇温されるのである。
第2の熱交換器H2は、前述したように、吸収器3の下流側(給湯需要側)に設けられている。循環系CL1を流れる冷却水は、吸収器3を冷却した直後にその温度が最も高温となる。従って、その様な(最も高温の)冷却水が保有する熱量が第2の熱交換H2を介して投入されることにより、給湯ラインCL2を流れる上水は効率的に昇温されるのである。
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
例えば、図1〜図5の実施形態を任意に組み合わせることが可能である。
また、図示の実施形態では、吸収剤として水を、冷媒としてアンモニアを用いた場合について説明しているが、晶析を起こさないような吸収剤と冷媒であれば、水とアンモニアとの組み合わせに限定されるものではない。それに伴い、吸収剤と冷媒として水とアンモニアを使用しなければ、精溜器11を省略することが出来る。
例えば、図1〜図5の実施形態を任意に組み合わせることが可能である。
また、図示の実施形態では、吸収剤として水を、冷媒としてアンモニアを用いた場合について説明しているが、晶析を起こさないような吸収剤と冷媒であれば、水とアンモニアとの組み合わせに限定されるものではない。それに伴い、吸収剤と冷媒として水とアンモニアを使用しなければ、精溜器11を省略することが出来る。
1・・・再生器
2・・・蒸発器
3・・・吸収器
4・・・凝縮器
5、51・・・循環ポンプ
6・・・溶液熱交換器
11・・・精溜器
L1・・・吸収溶液往きライン
L2・・・吸収溶液戻りライン
Lf・・・燃料ガス供給ライン
Lw・・・冷却水ライン
CL1・・・循環系
CL2・・・給湯ライン
2・・・蒸発器
3・・・吸収器
4・・・凝縮器
5、51・・・循環ポンプ
6・・・溶液熱交換器
11・・・精溜器
L1・・・吸収溶液往きライン
L2・・・吸収溶液戻りライン
Lf・・・燃料ガス供給ライン
Lw・・・冷却水ライン
CL1・・・循環系
CL2・・・給湯ライン
Claims (4)
- 再生器と、系外から熱エネルギーを取り入れて冷媒を蒸発する蒸発器と、吸収剤が冷媒を吸収する吸収器と、冷媒蒸気が凝縮する凝縮器と、吸収器及び凝縮器を冷却する冷却水ラインとを備え、該冷却水ラインは、凝縮器を経由してから吸収器を流れる様に構成されていることを特徴とする吸収ヒートポンプ。
- 再生器で発生した冷媒蒸気から気相の吸収剤を分離する精溜器を設け、前記冷却水ラインは吸収器を経由してから精溜器を経由する様に構成されている請求項1の吸収ヒートポンプ。
- 吸収器から再生器へ連通する吸収溶液ラインが精溜器を経由するように構成されている請求項2の吸収ヒートポンプ。
- 前記冷却水ラインに代えて、凝縮器及び吸収器を冷却する冷却水が流れる循環系と、給湯需要に連通する給湯ラインとを設け、循環系を流れる冷却水の熱量が熱交換器を介して給湯ラインを流れる水に投入可能に構成されている請求項1〜3の何れか1項の吸収ヒートポンプ。
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- 2005-10-26 JP JP2005311188A patent/JP2007120810A/ja active Pending
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