JP2009236432A - ボイラー付吸収式ヒートポンプユニット - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、ボイラー付吸収式ヒートポンプユニットにおいて、熱損失を減らすことができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】ボイラー付吸収式ヒートポンプユニット10は、ケース体61で覆われており、このケース体61は、内部が仕切壁62で第1室63と第2室64に仕切られ、第1室63には、吸収溶液を加熱してこの吸収溶液から冷媒蒸気を分離させる再生器23と、この再生器で分離した冷媒蒸気を凝縮させるとともに外部へ熱を放出する凝縮器27と、水配管に介設し温水を追い焚きするボイラー14とが配置され、第2室には、外部から熱を吸収し冷媒を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器11と、この蒸発器で生成した冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させる吸収器12とが配置されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、ボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの改良に関する。
吸収式ヒートポンプユニットに、温水を追い焚きするボイラーを付設したボイラー付吸収式ヒートポンプユニットが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
英国特許第1519522号明細書(図2)
特許文献1の図2において、ヒートポンプユニット10(符号は同公報のものを流用する。以下同じ。)は、外部から熱を吸収して冷媒を蒸発させる蒸発器11と、この蒸発器11に接続して冷媒を加圧する圧縮機13と、この圧縮機13に接続して冷媒の熱を外部に放出する凝縮器12と、この凝縮器12と蒸発器11との間に接続した膨張弁11’と、凝縮器11に介在され外部に放出する熱を回収する水配管17とを備えている。
凝縮器11の出口に接続した水配管17には、必要に応じて温水を追い焚きするボイラー29が備えられており、水配管17に水を通し、ヒートポンプユニット10を通過した温水は、必要に応じてボイラー29を用いて加熱され、加熱された温水を暖房用や給湯用に利用可能にした。
ところで、特許文献1の技術では、ケース体内にヒートポンプユニット10を構成する各機器およびボイラー29を含めた機器を収納するときに、機器相互間の位置関係については記載されていない。加えて、ヒートポンプユニット10は圧縮式ヒートポンプである。
ヒートポンプにおいても、省エネルギー化が一層求められている中、電力消費量を抑制するという点からみると、圧縮式ヒートポンプに較べて電力消費量を抑えることができる吸収式ヒートポンプを採用することが考えられる。
本発明は、ボイラー付吸収式ヒートポンプユニットにおいて、熱損失を減らすことができる技術を提供することを課題とする。
請求項1に係る発明は、外部から熱を吸収し冷媒を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器と、この蒸発器で生成した冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させる吸収器と、この吸収器で生成した吸収溶液を加熱してこの吸収溶液から冷媒蒸気を分離させる再生器と、この再生器で分離した冷媒蒸気を凝縮させるとともに外部へ熱を放出する凝縮器と、吸収器内の吸収溶液を冷却させるとともに凝縮器が外部へ放出する熱を回収するために吸収器と凝縮器とに水を流すようにした水配管と、この水配管に介設し温水を追い焚きするボイラーと、を備えるボイラー付吸収式ヒートポンプユニットであって、このボイラー付ヒートポンプユニットは、ケース体で覆われており、このケース体は、内部が仕切壁で第1室と第2室に仕切られ、第1室には、再生器と凝縮器とボイラーとが配置され、第2室には、蒸発器と吸収器とが配置されていることを特徴とする。
請求項2に係る発明は、ヒートポンプユニットにおける高圧側圧力と低圧側圧力の間の圧力差を第1圧力差とし、凝縮器の冷媒出口と蒸発器の冷媒入口の間の高低差によって冷媒が有する圧力差を第2圧力差とし、再生器の吸収溶液出口と吸
収器の吸収溶液入口の間の高低差によって吸収溶液が有する圧力差を第3圧力差とするとき、第2圧力差および第3圧力差は、第1圧力差よりも小さくすることを特徴とする。
請求項3に係る発明では、凝縮器に備えられている冷媒入口と冷媒出口とは、略水平に配置されていることを特徴とする。
請求項4に係る発明では、吸収器は、吸収溶液が溜まる底部と、吸収溶液が散布される上部と、底部と上部とをつなぐ吸収配管と、この吸収配管に介在され吸収溶液を上部にくみ上げる循環ポンプと、吸収配管に介在され且つ循環ポンプの出力側に配置されるベンチュリ部を備えこのベンチュリ部に再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続するか、又は、循環ポンプの吸い込み側に再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続することを特徴とする。
請求項5に係る発明は、再生器に第1加熱バーナーを設け、ボイラーに第1加熱バーナーよりも容量が大きい第2加熱バーナーを設け、第1加熱バーナーは、第2加熱バーナーよりも下方に離間して配置されていることを特徴とする。
請求項1に係る発明では、ケース体は、内部を仕切壁で第1室と第2室に仕切られ、第1室には、再生器と凝縮器とボイラーとが配置され、第2室には、蒸発器と吸収器とが配置されている。再生器やボイラーなどの高温側機器と、蒸発器や吸収器などの低温側機器とを仕切壁によって分離配置することで、高温側機器から低温側機器へ熱が伝わり難くなるので、熱損失が低減される。熱損失が低減されるため、各機器を効率良く運転させることができる。
請求項2に係る発明では、凝縮器の冷媒出口と蒸発器の冷媒入口間の高低差によって冷媒が有する第2圧力差は、ヒートポンプユニットにおける高圧側圧力と低圧側圧力の間に生ずる第1圧力差よりも小さくした。
吸収式ヒートポンプは、高圧側圧力と低圧側圧力の間の圧力差を駆動力として、冷媒の循環が行われる。この場合に、第2圧力差が第1圧力差よりも小さくなれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプにおける圧力差が小さいときでも、別個にポンプなどを介在させることなしに凝縮器から蒸発器へ冷媒を移動させることができる。
また、再生器の吸収溶液出口と吸収器の吸収溶液入口の間の高低差によって吸収溶液が有する第3圧力差は、ヒートポンプユニットにおける第1圧力差よりも小さくした。この場合に、第3圧力差が第1圧力差よりも小さくなれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプにおける圧力差が小さいときでも、別個にポンプなどを介在させることなく再生器から吸収器へ吸収溶液を移動させることができる。したがって、ヒートポンプユニットにおける効率を高めることができる。
請求項3に係る発明では、凝縮器において、冷媒入口と冷媒出口とは略水平に配置されている。略水平に配置されていれば、冷媒入口と冷媒出口とが略垂直に配置されている場合に較べて、凝縮器の冷媒出口と蒸発器の冷媒入口間の高低差によって冷媒が有する圧力差を、小さなものにすることができる。
そうすれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプにおける圧力差が小さいときでも、ポンプなどを介在させることなく凝縮器の冷媒出口から蒸発器の冷媒入口へ冷媒を移動させることができる。したがって、ヒートポンプユニットにおける効率を高めることができる。
請求項4に係る発明では、吸収器は、底部と上部との間をつなぐ吸収配管と、この吸収配管に介在される循環ポンプと、このポンプの出力側配管に介在されるベンチュリ部を備えこのベンチュリ部に再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続するか、又は、循環ポンプの吸い込み側に再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続する。
再生器から吸収器へ吸収溶液を移動させるときは、再生器と吸収器間の圧力差を利用することが一般的である。しかし、吸収式ヒートポンプの運転負荷が小さい場合に、圧力差を利用して吸収溶液を吸収器に移動させることができない虞があった。
この点、吸収器の底部と上部の間をつなぐ吸収配管にベンチュリ部を介在させ、このベンチュリ部に、再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続することで、再生器から出力された吸収溶液をベンチュリ部へ吸引させ、吸収器に容易に移動させることができる。あるいは、循環ポンプの吸い込み側に再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続することで、再生器から出力された吸収溶液を循環ポンプの吸込側へ吸引させ、吸収器に容易に移動させることができる。運転負荷が小さい場合であっても、別個にポンプなどを介在させることなく吸収溶液が移動するため、ヒートポンプユニットにおける効率を高めることができる。
請求項5に係る発明では、第2加熱バーナーは、第1加熱バーナーよりも大容量であるため、第2加熱バーナーの排気管の大きさは、第1加熱バーナーの排気管の大きさよりも大きくなる。この場合に、第2加熱バーナーを第1加熱バーナーよりも上方に配置したので、排気管の構成をコンパクトにすることができる。
また、第1加熱バーナーは、第2加熱バーナーよりも下方に離間して配置されているので、高温部に局所的な高温箇所が生じることを防止することができる。
本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図1は本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの構成を示す系統図であり、ボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの一実施形態を示すものである。蒸発器11には、冷媒としてトリフルオロエタノール(TFE)などのフッ化アルコールが利用され、吸収器12には、吸収剤であるDMI誘導体(ジメチルイミダゾリジノン)を含む吸収溶液が利用されている。なお、冷媒および吸収溶液は上記に限定されないものとする。
ボイラー付吸収式ヒートポンプユニット10には、吸収式ヒートポンプユニット13(以下、単に「ヒートポンプユニット13」とも云う。)と、この吸収式ヒートポンプユニット13に付設して設けられ吸収式ヒートポンプユニット13で得られた温水を追い焚きするボイラー14と、が備えられている。
吸収式ヒートポンプユニット13は、例えば、地下水や外気などから吸熱するための熱源用熱交換器16およびこの熱源用熱交換器16に接続される冷水回路17と、この冷水回路17をポンプ(不図示)で循環する媒体を介して外部から熱を吸収し冷媒を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器11と、この蒸発器11で生成した冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させる吸収器12と、この吸収器12から延ばし冷媒蒸気を吸収した吸収溶液をポンプ(不図示)で送出する配管21と、この配管21に接続され吸収器12で生成した吸収溶液を第1加熱バーナー22で加熱してこの吸収溶液から冷媒蒸気を分離させる再生器23と、この再生器23の上方に設けられ冷媒蒸気の純度を上げる精留器24と、この精留器24から延ばし冷媒蒸気が通過する精留配管25と、この精留配管25の先に接続され精留器24を通過した冷媒蒸気を凝縮させるとともに内部に設けた水配管26を通る水を介して外部へ熱を放出する凝縮器27と、この凝縮器27から蒸発器11に延ばし凝縮された冷媒が通る冷媒配管28とを備える。冷媒配管28の途中に、蒸発器と吸収器にまたがるように予冷器42と、冷媒の圧力を下げる膨張弁43とをこの順で介在させた。
吸収器12は、吸収溶液が溜まる底部31と、吸収溶液が散布される上部32と、底部31と上部32とをつなぐ吸収配管33と、この吸収配管33に介在され吸収溶液を上部32にくみ上げる循環ポンプ34と、吸収配管33に介在され且つ循環ポンプ34の出力側に配置されるベンチュリ部35とを備える。
そして、このベンチュリ部35に再生器23に設けた吸収溶液出口23uから延ばし再生器23で冷媒蒸気を分離させた吸収溶液が通る配管37を接続する。吸収器12と再生器23とを結ぶ配管21、37にまたがるように吸収溶液熱交換器41が介設されている。
水配管26は、吸収器12内の吸収溶液を冷却させるとともに凝縮器27が外部へ放出する熱を回収するために吸収器12と凝縮器27とに介在されている配管であり、この順で水を流すようにした。なお、水は、水道水やエチレングリコール水溶液またはプロピレングリコール水溶液を利用することが望ましい。
ボイラー14は、水配管26の凝縮器27の出口27u側に介設され温水を追い焚きするものであり、再生器23に設けた第1加熱バーナー22よりも容量が大きい第2加熱バーナー45が設けられている。
蒸発器11と吸収器12とは、図示せぬ通路を介して連結されており、これらの空間を、低圧環境内に保持すると外部から供給された熱を吸収して蒸発器11内の冷媒が蒸発し、図矢印a方向に移動して吸収器12内に入る。なお、予冷器42は、凝縮器27から供給されるTFEの温度を下げるとともに冷媒蒸気中に残存する霧状の冷媒を加熱して蒸気化させる作用をもつ。冷媒蒸気は、吸収器12内に吸収配管33により供給された吸収溶液によって吸収される。
再生器23において、第1加熱バーナー22が点火されると、吸収溶液に含まれている冷媒蒸気が分離される。精留器24によって純度が高められた冷媒蒸気は凝縮器27に移動され、この凝縮器27で冷却され、凝縮液化された冷媒は、予冷器42、減圧弁43を経由して蒸発器11に戻され散布される。
吸収器12と凝縮器27とボイラー14とに介在され水が通る水配管26は、出力配管50によって貯湯槽用熱交換器51と室内暖房用熱交換器52とに接続され、これら貯湯槽用熱交換器51と室内暖房用熱交換器52から水配管26にポンプ(不図示)を備えた戻り配管53が延びており、この戻り配管53に切換弁54が介在され、この切換弁54にて温水回路55の流路が切り換えられる。したがって、暖房の際には、温水回路55の流路は、室内暖房用熱交換器52の側に切り換えられ、給湯の際には、温水回路55の流路は、貯湯槽用熱交換器51の側に切り換えられる。
図2は本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの斜視図、図3は本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの正面図である。以下、図2〜図3を参照して構成要素である各機器の説明を行う。
ボイラー付吸収式ヒートポンプユニット10は、ケース体61で覆われており、このケース体61は、内部が仕切壁62(図3のみ示す。)で第1室63と第2室64に仕切られ、第1室63には、再生器23と、この再生器23の上方に連結される精留器24と、この精留器24の上部側方に配置される凝縮器27と、この凝縮器27の側方に配置されるボイラー14とが備えられている。第2室64には、蒸発器11と吸収器12とが並んで配置されている。
再生器23に第1加熱バーナー22を設け、ボイラー14に第1加熱バーナー22よりも容量が大きい第2加熱バーナー45を設け、第1加熱バーナー22と第2加熱バーナー45はともにガスを燃料として駆動され、第1加熱バーナー22は、第2加熱バーナー45よりも下方に離間して配置されている。
第2加熱バーナー45は、第1加熱バーナー22よりも大容量であるため、第2加熱バーナー45の排気管45eの大きさは、第1加熱バーナー22の排気管22eの大きさよりも大きくなる。この場合に、第2加熱バーナー45を第1加熱バーナー22よりも上方に配置したので、排気管22e、45eの構成をコンパクトにすることができる。
また、第1加熱バーナー22は、第2加熱バーナー45よりも下方に離間して配置されているので、高温部に局所的な高温箇所が生じることを防止することができる。
なお、第1加熱バーナー22および第2加熱バーナー45の燃料は、ガスの他、灯油その他の燃料を利用することは差し支えない。
ケース体61の配設位置は、壁掛けまたは床置きなど任意に配設可能である。
以上に述べたボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの作用を次に述べる。
ケース体61は、内部を仕切壁62で第1室63と第2室64に仕切られ、第1室63には、再生器23と凝縮器27とボイラー14とが配置され、第2室64には、蒸発器11と吸収器12とが配置されている。再生器23やボイラー14など高温になる高温側機器67と、蒸発器11や吸収器12などの低温側機器68とを仕切壁62によって分離配置することで、高温側機器67から低温側機器68へ熱が伝わり難くなるので、熱損失が低減される。熱損失が低減されるため、各機器を効率良く運転させることができる。
ヒートポンプユニットおよび構成機器の配置から生ずる圧力差について説明する。
ヒートポンプユニット13における高圧側圧力と低圧側圧力の間の圧力差を第1圧力差(H1)とし、凝縮器27の冷媒出口27uと蒸発器11の冷媒入口11iの間の高低差によって冷媒が有する圧力差を第2圧力差(H2)(第2ヘッド)とし、再生器23の吸収溶液出口23uと吸収器12の吸収溶液入口12iの間の高低差によって吸収溶液が有する圧力差を第3圧力差H3(第3ヘッド)とするとき、第2圧力差H2および第3圧力差H3は、第1圧力差(H1)よりも小さくするようにした。
吸収式ヒートポンプユニット13は、高圧側圧力と低圧側圧力の間の圧力差を駆動力として、冷媒の循環を行わせる。第2圧力差(H2)が第1圧力差(H1)よりも小さくなれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプユニット13における圧力差が小さいときでも、凝縮器27から蒸発器11へ冷媒を移動させることができる。
また、第3圧力差(H3)が第1圧力差(H1)よりも小さくなれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプユニット13における圧力差が小さいときでも、再生器23から吸収器12へ吸収溶液を移動させることができる。
このため、運転負荷が小さい場合であっても、ポンプなどを介在させることなしに再生器23の吸収溶液出口23uと吸収器12の吸収溶液入口12iの間に吸収溶液を通すことができ、凝縮器27の冷媒出口27uと蒸発器11の冷媒入口11iの間に冷媒を通すことができる。
再生器23から吸収器12へ吸収溶液を移動させるときは、再生器23と吸収器12間の圧力差を利用することが一般的である。しかし、吸収式ヒートポンプユニット13の運転負荷が小さい場合に、圧力差を利用して吸収溶液を吸収器12に移動させることができない虞があった。
この点、吸収器12の底部31と上部32の間をつなぐ吸収配管33にベンチュリ部35を介在させ、このベンチュリ部35に、再生器23に設けた吸収溶液出口23uから延ばした配管37を接続することで、再生器23から出力された吸収溶液をベンチュリ部35へ吸引させ、吸収器12に容易に戻すことができる。このため、運転負荷が小さい場合であっても、ポンプなどを介在させることなしに吸収溶液を循環させ、吸収式ヒートポンプユニット13を機能させることが可能となる。したがって、ヒートポンプユニット13における効率を高めることができる。
図1に戻って、ケース体61は、内部が仕切壁62で第1室63と第2室64に仕切られ、第1室63には、再生器23と凝縮器27とボイラー45とが配置され、第2室64には、蒸発器11と吸収器12とが配置されている。
再生器23やボイラー45などの高温側機器と、蒸発器11や吸収器12などの低温側機器とを仕切壁62によって分離配置することで、高温側機器から低温側機器へ熱が伝わり難くなるので、熱損失が低減される。熱損失が低減されるため、各機器を効率良く運転させることができる。
図4は図3の別実施例図であり、凝縮器27Bは、長手方向に長い直方体形状を呈しており、長手方向の一端27Baと他端27Bbに冷媒入口27Biと冷媒出口27Buとを有し、これらの冷媒入口27Biと冷媒出口27Buとは、略水平に配置されている。
冷媒入口27Biと冷媒出口27Buとが略水平に配置されていれば、冷媒入口27iと冷媒出口27uとが略水平に配置されていない場合に較べて、凝縮器27Bの冷媒出口27Buと蒸発器11の冷媒入口11i間の高低差によって冷媒が有する圧力差を、小さなものにすることができる。そうすれば、運転負荷が小さく、吸収式ヒートポンプユニット13における圧力差が小さいときでも、冷媒を循環させることができる。したがって、ヒートポンプユニット13における効率を高めることができる。
なお、実施例では、給湯と暖房が可能なユニットとしたが、冷房も可能である。
この場合は、冷水回路と温水回路の接続先をユニットの外部で切り換え、冷水回路を室内熱交換器へ接続して冷水を導き、温水回路をラジエータなどの放熱器に接続して温水を導くことにより行うことができる。
さらに、冷房時に、温水の一部を貯湯槽用熱交換器に導けば、冷房させながら給湯を行わせることも可能となる。
又、実施例では、再生器から出力された吸収溶液をベンチュリ部へ吸引させたが、これに代えて、再生器から出力された吸収溶液を循環ポンプの吸い込み側へ吸引させるようにしてもよい。
本発明は、暖房用および給湯用ボイラー付吸収式ヒートポンプユニットに好適である。
本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの構成を示す系統図である。 本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの斜視図である。 本発明に係るボイラー付吸収式ヒートポンプユニットの正面図である。 図3の別実施例図である。
符号の説明
10…ボイラー付吸収式ヒートポンプユニット、11…蒸発器、12…吸収器、14…ボイラー、22…第1加熱バーナー、23…再生器、23u…再生器の吸収溶液出口、26…水配管、27…凝縮器、27Ba…凝縮器の一端、27Bb…凝縮器の他端、27Bi…凝縮器の冷媒入口、27Bu…凝縮器の冷媒出口、31…底部、32…上部、33…吸収配管、34…循環ポンプ、35…ベンチュリ部、37…配管、45…第2加熱バーナー、61…ケース体、62…仕切壁、63…第1室、64…第2室。

Claims (5)

  1. 外部から熱を吸収し冷媒を蒸発させ冷媒蒸気を生成する蒸発器と、この蒸発器で生成した冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させる吸収器と、この吸収器で生成した吸収溶液を加熱してこの吸収溶液から冷媒蒸気を分離させる再生器と、この再生器で分離した冷媒蒸気を凝縮させるとともに外部へ熱を放出する凝縮器と、前記吸収器内の吸収溶液を冷却させるとともに前記凝縮器が外部へ放出する熱を回収するために前記吸収器と前記凝縮器とに水を流すようにした水配管と、この水配管に介設し温水を追い焚きするボイラーと、を備えるボイラー付吸収式ヒートポンプユニットであって、
    このボイラー付きヒートポンプユニットは、ケース体で覆われており、このケース体は、内部が仕切壁で第1室と第2室に仕切られ、前記第1室には、前記再生器と前記凝縮器と前記ボイラーとが配置され、前記第2室には、前記蒸発器と前記吸収器とが配置されていることを特徴とするボイラー付吸収式ヒートポンプユニット。
  2. 前記ヒートポンプユニットにおける高圧側圧力と低圧側圧力の間の圧力差を第1圧力差とし、前記凝縮器の冷媒出口と前記蒸発器の冷媒入口の間の高低差によって前記冷媒が有する圧力差を第2圧力差とし、前記再生器の吸収溶液出口と前記吸収器の吸収溶液入口の間の高低差によって前記吸収溶液が有する圧力差を第3圧力差とするとき、前記第2圧力差および前記第3圧力差は、前記第1圧力差よりも小さくすることを特徴とする請求項1記載のボイラー付吸収式ヒートポンプユニット。
  3. 前記凝縮器に備えられている冷媒入口と冷媒出口とは、略水平に配置されていることを特徴とする請求項2記載のボイラー付吸収式ヒートポンプユニット。
  4. 前記吸収器は、吸収溶液が溜まる底部と、吸収溶液が散布される上部と、前記底部と前記上部とをつなぐ吸収配管と、この吸収配管に介在され吸収溶液を前記上部にくみ上げる循環ポンプと、前記吸収配管に介在され且つ前記循環ポンプの出力側に配置されるベンチュリ部を備えこのベンチュリ部に前記再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続するか、又は、前記循環ポンプの吸い込み側に前記再生器に設けた吸収溶液出口から延ばした配管を接続することを特徴とする請求項1記載のボイラー付吸収式ヒートポンプユニット。
  5. 前記再生器に第1加熱バーナーを設け、前記ボイラーに前記第1加熱バーナーよりも容量が大きい第2加熱バーナーを設け、前記第1加熱バーナーは、前記第2加熱バーナーよりも下方に離間して配置されていることを特徴とする請求項1記載のボイラー付吸収式ヒートポンプユニット。
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