JP2010007903A - ヒートポンプおよびその内部点検方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】缶胴の内部を広範囲で点検することができ、さらに大気による缶胴の腐食を防ぐことができる構造を有するヒートポンプおよびその内部点検方法を提供する。
【解決手段】本発明のヒートポンプは、吸収器、蒸発器、再生器、および凝縮器をそれぞれ形成する複数の缶胴５０と、複数の缶胴５０に連通する窒素ガス導入部５１と、複数の缶胴５０のいずれかに取り付けられ、該缶胴５０に連通する通路５５ａを有する内視鏡挿入部５５と、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに連通する貫通孔６５を有するフィッティング部材６０と、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに設けられた弁５６とを備える。貫通孔６５は、内視鏡５９の外径よりもやや大きい径を有する。
【選択図】図４
【解決手段】本発明のヒートポンプは、吸収器、蒸発器、再生器、および凝縮器をそれぞれ形成する複数の缶胴５０と、複数の缶胴５０に連通する窒素ガス導入部５１と、複数の缶胴５０のいずれかに取り付けられ、該缶胴５０に連通する通路５５ａを有する内視鏡挿入部５５と、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに連通する貫通孔６５を有するフィッティング部材６０と、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに設けられた弁５６とを備える。貫通孔６５は、内視鏡５９の外径よりもやや大きい径を有する。
【選択図】図４
Description
本発明は、ヒートポンプおよびその内部点検方法に関し、特に吸収器や再生器などを形成する圧力容器（缶胴）の内部点検に適した構成を有する吸収ヒートポンプおよびその内部点検方法に関する。
ＬｉＢｒ（臭化リチウム）などの塩類水溶液を吸収剤とする吸収冷凍機および吸収ヒートポンプ（以下、これらを総称して吸収ヒートポンプという）は、一般に、吸収器、蒸発器、再生器、および凝縮器を主構成機器として備えている。吸収器や再生器を形成する缶胴（シェル）と呼ばれる密閉容器には、内部点検用の点検ホールが設けられており、点検員はこの点検ホールを通じて目視により缶胴の内部を点検し、内部が腐食していないかどうかを調べる。
しかしながら、缶胴のサイズに比べて、点検ホールは小さいため、缶胴の内部を十分に点検することは難しい。例えば、蒸発器容量が１００〜２０００冷凍トンの吸収ヒートポンプの場合、缶胴の直径は数百ｍｍから数千ｍｍであり、またその長さは数千ｍｍになる。これに対し、点検ホールの直径は約５００ｍｍである。このため、点検ホールを通じて直接肉眼で点検できる範囲は限られ、検査できない範囲が多く残る。さらに、点検中に、大気が缶胴に侵入して、内部金属の腐食進行が懸念される。
本発明は上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、缶胴の内部を広範囲で点検することができ、さらに大気による缶胴の腐食を防ぐことができる構造を有するヒートポンプおよびその内部点検方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、吸収器、蒸発器、再生器、および凝縮器をそれぞれ形成する複数の缶胴と、前記複数の缶胴に連通する窒素ガス導入部と、前記複数の缶胴のいずれかに取り付けられ、該缶胴に連通する通路を有する内視鏡挿入部と、前記内視鏡挿入部の前記通路に連通する貫通孔を有するフィッティング部材と、前記内視鏡挿入部の前記通路に設けられた弁とを備え、前記貫通孔は、内視鏡の外径よりもやや大きい径を有することを特徴とするヒートポンプである。
本発明の好ましい態様は、前記フィッティング部材は、前記内視鏡挿入部に着脱可能に取り付けられることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記内視鏡をガイドするガイド部材を、前記内視鏡挿入部が取り付けられた前記缶胴の内部に設けたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記内視鏡をガイドするガイド部材を、前記内視鏡挿入部が取り付けられた前記缶胴の内部に設けたことを特徴とする。
本発明の他の態様は、ヒートポンプの缶胴に窒素ガスを供給して前記缶胴を窒素ガスで満たし、内視鏡の外径よりもやや大きい径の貫通孔に前記内視鏡を挿入し、前記貫通孔と前記缶胴とを繋ぐ通路に設けられた弁を開き、前記弁および前記通路を通じて前記内視鏡を前記缶胴内に挿入する工程を含み、前記弁を開いている間、該缶胴を満たす窒素ガスの圧力を周囲雰囲気の圧力よりも高い圧力に維持することを特徴とするヒートポンプの内部点検方法である。
本発明によれば、点検員は内視鏡を用いて缶胴内部の広い範囲を点検することができる。さらに、点検作業は、缶胴の内部を窒素ガスで満たしながら行われるので、大気が缶胴内部に侵入することがない。したがって、大気との接触を原因とする缶胴の腐食を防止することができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る二段昇温型吸収ヒートポンプの構成例を示す図である。図１に示すように、二段昇温型吸収ヒートポンプは主要構成機器として、高温吸収器ＡＨ、低温吸収器Ａ、高温蒸発器ＥＨ、低温蒸発器Ｅ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、高温溶液熱交換器Ｘ２、低温溶液熱交換器Ｘ１を具備している。
再生器Ｇの濃溶液は溶液ポンプ１により濃溶液管２、低温溶液熱交換器Ｘ１の被加熱側、高温溶液熱交換器Ｘ２の被加熱側を通って高温吸収器ＡＨに導入されるようになっている。凝縮器Ｃの凝縮冷媒液は冷媒ポンプ３により、冷媒管４、制御弁５を通って低温蒸発器Ｅに、冷媒管４及び制御弁６を通って高温蒸発器ＥＨＳに導入されるようになっている。低温蒸発器Ｅで発生した冷媒蒸気は流路７を通って低温吸収器Ａに導入され、高温蒸発器ＥＨＳで発生した冷媒蒸気は流路８を通って高温吸収器ＡＨに導入されるようになっている。
高温吸収器ＡＨ内にスプレイ９が配置され、濃溶液管２により導入される濃溶液は該スプレイ９から高温吸収器ＡＨ内に散布され、上記高温蒸発器ＥＨＳからの冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発すると共に、該濃縮液は中濃度の中濃度溶液となり、中濃度溶液管１０、高温溶液熱交換器Ｘ２の加熱側を通って濃溶液管２を通る濃溶液を加熱し、逆止弁１１及び制御弁１２を通って低温吸収器Ａに導入される。該導入された中間濃度溶液と分岐管２６で分岐されて導入される濃溶液とは、混合して低温吸収器Ａ内に配設されたスプレイ１３から散布され、低温蒸発器Ｅからの冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発すると共に、希溶液となる。
上記低温吸収器Ａ内の希溶液は希溶液配管１４、低温溶液熱交換器Ｘ１の加熱側を通って再生器Ｇ内に導入され、再生器Ｇ内に配設されたスプレイ１５から該再生器Ｇ内に配置された温水管１６上に散布される。該散布された希溶液は温水管１６に供給される温水２０３により加熱され、冷媒蒸気が発生すると共に濃縮され濃溶液となる。該発生した冷媒蒸気は流路１７を通って凝縮器Ｃに導入され、該凝縮器Ｃ内に配設された冷水管１８を通る冷却水２０４に冷却されて凝縮し凝縮冷媒液となる。
低温吸収器Ａ及び高温蒸発器ＥＨＳのそれぞれの内部には熱交換用管２０，２１が配設され、該熱交換用管２０，２１は作動媒体搬送管１９，１９に接続されており、循環ポンプ２２により作動媒体が熱交換用管２０，２１を循環するようになっている。この作動媒体の循環により、低温吸収器Ａで発生した熱を高温蒸発器ＥＨＳに送るようになっている。高温蒸発器ＥＨＳ内にはスプレイ２３が配設され、該スプレイ２３に上記制御弁６を通って導入される冷媒液が供給され循環するようになっている。また、スプレイ２３には冷媒ポンプ２４により高温蒸発器ＥＨＳ内の冷媒液も供給されるようになっている。該スプレイ２３から熱交換用管２１上に冷媒液を散布することにより、該冷媒液は熱交換用管２１を循環する作動媒体により加熱され蒸発し、該蒸発した冷媒蒸気は上記のように流路８を通って高温吸収器ＡＨに導入される。
また、低温蒸発器Ｅ内には温水管２５が配設され、該温水管に供給される温水により、低温蒸発器Ｅ内の冷媒液は加熱され、発生した冷媒蒸気は上記のように低温吸収器Ａに導入される。また、濃溶液管２を通って送られる濃溶液は低温溶液熱交換器Ｘ１の被加熱側を通って加熱された後、分岐管２６で一部が分岐され低温吸収器Ａに導入されるようになっている。また、この導入される濃溶液の流量はオリフィス２７で制限されるようになっている。
高温吸収器ＡＨにはその液面レベルを検出する液面センサ２８が設けられており、該液面センサ２８の検出信号がインバータ２９に入力され、溶液ポンプ１の回転速度を制御できるようになっている。また、低温吸収器Ａにはその出口液面レベルを検出する液面センサ３０が設けられ、該液面センサ３０の検出信号が制御弁１２に入力されその開度を制御できるようになっている。また、低温蒸発器Ｅにはその液面レベルを検出する液面センサ３１が設けられ、該液面センサ３１の検出信号が制御弁５に入力されその開度を制御できるようになっている。また、高温蒸発器ＥＨＳにはその液面レベルを検出する液面センサ３２が設けられ、該液面センサ３２の検出信号が制御弁６に入力されその開度を制御できるようになっている。
高温吸収器ＡＨ内には被加熱媒体として水を供給する配管３３が配設され、該配管３３にポンプ３４により気液分離器３５から水が供給され加熱され、発生した蒸気は配管３６を通って気液分離器３５に導かれ、水蒸気２０１が蒸気排出管３７から蒸気の利用先に供給される。また、気液分離器３５には給水ポンプ３８により給水管３９を通して加熱媒体としての水２０２が供給されるようになっている。該給水管３９を通る水２０２は熱交換器４０で温水管４１を通る温水２０３で加熱され、熱交換器４２で希溶液配管１４を通る希溶液で加熱されて、気液分離器３５に導入されるようになっている。気液分離器３５には液面レベルを検出する液面センサ４３が設けられ、検出信号が例えばインバータ（図示せず）駆動される給水ポンプ３８のインバータに入力されポンプ回転速度を制御できるようになっている。
上記構成の二段昇温型吸収ヒートポンプにおいて、再生器Ｇの温水管１６と低温蒸発器Ｅの温水管２５に熱源としての温水２０３を供給し、凝縮器Ｃの冷水管に冷却水２０４を供給することで、高温吸収器ＡＨの被加熱側で熱源の温水よりも高温の蒸気を得ることができる。
次に、高温吸収器ＡＨや高温蒸発器ＥＨＳなどを形成する缶胴の内部を点検するための機構について説明する。図２は二段昇温型吸収ヒートポンプの缶胴を点検するための機構を説明する模式図である。図２において、符号５０は、高温吸収器ＡＨや高温蒸発器ＥＨＳなどを形成する金属製の缶胴（密閉容器）を表している。図２に示すように、缶胴５０には、その内部空間に連通する窒素ガス導入部５１が取り付けられている。この窒素ガス導入部５１の通路は弁５２によって開閉自在となっている。缶胴５０の点検時には、窒素ガス導入部５１は窒素ガス供給源５３に接続される。
缶胴５０には内視鏡挿入部５５がさらに取り付けられている。図３は内視鏡挿入部５５を示す拡大断面図である。図３に示すように、内視鏡挿入部５５は、缶胴５０に連通する通路５５ａを有している。この通路５５ａにはボール弁５６が配置されており、ボール弁５６を回転させることにより、通路５５ａが開閉されるようになっている。内視鏡挿入部５５の開口端部（通路５５ａの端部）は、蓋５７によって閉じられている。この蓋５７は、ヒートポンプの運転中にボール弁５６の誤操作などによって缶胴５０の内部の高圧蒸気が外部に漏れてしまうことを防ぐために設けられている。このように、ボール弁５６と蓋５７とにより二重の閉止構造が構成されている。
蓋５７は内視鏡挿入部５５に着脱可能に取り付けられており、缶胴５０の点検時には蓋５７が内視鏡挿入部５５から取り外される。そして、蓋５７に代えて、以下に示すフィッティング部材６０が内視鏡挿入部５５の開口端部に取り付けられる。
図４（ａ）は、内視鏡挿入部５５にフィッティング部材６０を取り付けた状態を示す拡大断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す矢印IV方向から見たフィッティング部材６０を示す図である。なお、図４（ａ）はボール弁５６を開いた状態を示している。
フィッティング部材６０は、内視鏡挿入部５５の開口端部に取り付けられる。より具体的には、フィッティング部材６０の端部は、内視鏡挿入部５５の開口端部に螺合しており、フィッティング部材６０と内視鏡挿入部５５とは気密に連結されている。フィッティング部材６０は、フランジ状の一対の支持部材６１と、これらの支持部材６１の間に挟まれたリング部材６２とを備えている。リング部材６２は、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに連通する貫通孔６５を有している。この貫通孔６５は、内視鏡５９の外径よりもやや大きい径を有しており、貫通孔６５に内視鏡５９が挿入されるようになっている。
フィッティング部材６０は、内視鏡挿入部５５の開口端部に取り付けられる。より具体的には、フィッティング部材６０の端部は、内視鏡挿入部５５の開口端部に螺合しており、フィッティング部材６０と内視鏡挿入部５５とは気密に連結されている。フィッティング部材６０は、フランジ状の一対の支持部材６１と、これらの支持部材６１の間に挟まれたリング部材６２とを備えている。リング部材６２は、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに連通する貫通孔６５を有している。この貫通孔６５は、内視鏡５９の外径よりもやや大きい径を有しており、貫通孔６５に内視鏡５９が挿入されるようになっている。
リング部材６２は樹脂から形成されている。内視鏡５９がその長手方向に移動しやすいように、リング部材６２の内周面は半円形の断面を有している。さらに内視鏡５９が移動しやすいように、リング部材６２の少なくとも内周面をテフロン（登録商標）で被覆することが好ましい。貫通孔６５の直径は、使用される内視鏡５９のサイズに応じて決定される。異なるサイズの内視鏡に対応できるように、異なる直径の貫通孔を有する複数のフィッティング部材を用意してもよい。使用される内視鏡としては、工業用のファイバースコープなどの市販の内視鏡が挙げられる。
点検時には、ボール弁５６を操作して内視鏡挿入部５５の通路５５ａが開かれ、ボール弁５６の開口部および通路５５ａを通じて、内視鏡５９が缶胴５０内に挿入される。通路５５ａに配置される弁としては、内視鏡５９が移動しやすいように、弁を開いたときに直線状の開口部が形成されるような弁であることが好ましい。さらに、弁を閉じたときに、高圧の蒸気の漏れを確実に防ぐことができるものであることが好ましい。このような観点から、ボール弁が好ましく使用される。使用可能な他の弁としては、ゲート弁が挙げられる。
フィッティング部材の他の例としては、図５に示すような、スリーブ状のフィッティング部材６０が挙げられる。この例においても、フィッティング部材６０の端部は、内視鏡挿入部５５の開口端部に螺合しており、フィッティング部材６０と内視鏡挿入部５５とは気密に連結されている。フィッティング部材６０には、同様に、内視鏡挿入部５５の通路５５ａに連通する貫通孔６５が形成されており、貫通孔６５の直径は内視鏡５９の外径よりもやや大きい。
次に、缶胴５０の内部を点検する方法について説明する。まず、窒素ガス導入部５１を窒素ガス供給源５３に接続し、弁５２を開き、窒素ガスを窒素ガス供給源５３から缶胴５０に供給する。窒素ガスの供給圧力は、周囲雰囲気の圧力よりも高く設定される。次いで、蓋５７を外し、フィッティング部材６０を内視鏡挿入部５５に取り付ける。内視鏡５９をフィッティング部材６０の貫通孔６５に挿入し、その状態でボール弁５６を開く。そして、内視鏡５９をボール弁５６および通路５５ａを通じて缶胴５０の内部に挿入し、缶胴５０の内部を内視鏡５９を用いて点検する。
ボール弁５６を開いている間、缶胴５０の内部圧力は周囲雰囲気の圧力（一般には大気圧）よりも高く維持される。これにより、缶胴５０の内部を満たしている窒素は、フィッティング部材６０の貫通孔６５と内視鏡５９との間の微小な隙間から外部に漏れる。この漏洩する窒素ガスは周囲の空気が缶胴５０内へ侵入することを防ぎ、これにより缶胴５０の内部の腐食が防止される。
缶胴５０内を内視鏡５９がスムーズに進行できるように、缶胴５０の内部にガイド部材を設けてもよい。例えば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、フック状の複数のガイド部材６７を缶胴５０の内面に取り付けることができる。これらの複数のガイド部材６７は、内視鏡５９の視界を遮らないように、ある程度の間隔で配置される。このようなガイド部材６７を缶胴５０の内部に配置することにより、内視鏡５９を缶胴５０の所望の位置まで送り込むことができる。
缶胴５０の点検が終了した後は、内視鏡５９を缶胴５０から引き抜き、ボール弁５６を閉じる。次いで、窒素ガスの供給を停止する。そして、フィッティング部材６０を内視鏡挿入部５５から取り外し、さらに内視鏡挿入部５５の開口端部に蓋５７を取り付ける。点検作業の直後は、缶胴５０の内部には窒素ガスが充填されているので、ヒートポンプの運転を開始する前に、真空ポンプなどを缶胴５０に接続して、窒素ガスを缶胴５０から排気する。
内視鏡挿入部５５は１つの缶胴当たり複数設けることができる。また、複数の缶胴５０にそれぞれ内視鏡挿入部５５を設けてもよい。この場合でも、窒素ガス導入部５１は１つでよい。これは、複数の缶胴５０は配管を通じて互いに連通しているからである。点検の対象となる缶胴としては、図１に示す二段昇温型吸収ヒートポンプでは、運転中に高圧となる高温吸収器ＡＨや高温蒸発器ＥＨＳの缶胴が選択される。一方、高温再生器、中温再生器、低温再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器を主要構成機器として備えた三重効用吸収冷凍機（特許文献１参照）では、点検の対象となる缶胴としては、高圧となる高温再生器が選択される。このように、本実施形態は、様々なタイプのヒートポンプに適用することができる。
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
ＡＨ 高温吸収器
Ａ 低温吸収器
ＥＨ 高温蒸発器
Ｅ 低温蒸発器
Ｇ 再生器
Ｃ 凝縮器
Ｘ１ 低温溶液熱交換器
Ｘ２ 高温溶液熱交換器
１ 溶液ポンプ
２ 濃溶液管
３ 冷媒ポンプ
４ 冷媒管
５ 制御弁
６ 制御弁
７ 流路
８ 流路
９ スプレイ
１０ 中濃度溶液管
１１ 逆止弁
１２ 制御弁
１３ スプレイ
１４ 希溶液配管
１５ スプレイ
１６ 温水管
１７ 流路
１８ 冷水管
１９ 作動媒体搬送管
２０ 熱交換用管
２１ 熱交換用管
２２ 循環ポンプ
２３ スプレイ
２４ 冷媒ポンプ
２５ 温水管
２６ 分岐管
２７ オリフィス
２８ 液面センサ
２９ インバータ
３０ 液面センサ
３１ 液面センサ
３２ 液面センサ
３３ 配管
３４ ポンプ
３５ 気液分離器
３６ 配管
３７ 蒸気排出管
３８ 給水ポンプ
３９ 給水管
４０ 熱交換器
４１ 温水管
４２ 熱交換器
４３ 液面センサ
５０ 缶胴
５１ 窒素ガス導入部
５２ 弁
５３ 窒素ガス供給源
５５ 内視鏡挿入部
５５ａ 通路
５６ ボール弁
５７ 蓋
５９ 内視鏡
６０ フィッティング部材
６１ 支持部材
６２ リング部材
６５ 貫通孔
６７ ガイド部材
Ａ 低温吸収器
ＥＨ 高温蒸発器
Ｅ 低温蒸発器
Ｇ 再生器
Ｃ 凝縮器
Ｘ１ 低温溶液熱交換器
Ｘ２ 高温溶液熱交換器
１ 溶液ポンプ
２ 濃溶液管
３ 冷媒ポンプ
４ 冷媒管
５ 制御弁
６ 制御弁
７ 流路
８ 流路
９ スプレイ
１０ 中濃度溶液管
１１ 逆止弁
１２ 制御弁
１３ スプレイ
１４ 希溶液配管
１５ スプレイ
１６ 温水管
１７ 流路
１８ 冷水管
１９ 作動媒体搬送管
２０ 熱交換用管
２１ 熱交換用管
２２ 循環ポンプ
２３ スプレイ
２４ 冷媒ポンプ
２５ 温水管
２６ 分岐管
２７ オリフィス
２８ 液面センサ
２９ インバータ
３０ 液面センサ
３１ 液面センサ
３２ 液面センサ
３３ 配管
３４ ポンプ
３５ 気液分離器
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３７ 蒸気排出管
３８ 給水ポンプ
３９ 給水管
４０ 熱交換器
４１ 温水管
４２ 熱交換器
４３ 液面センサ
５０ 缶胴
５１ 窒素ガス導入部
５２ 弁
５３ 窒素ガス供給源
５５ 内視鏡挿入部
５５ａ 通路
５６ ボール弁
５７ 蓋
５９ 内視鏡
６０ フィッティング部材
６１ 支持部材
６２ リング部材
６５ 貫通孔
６７ ガイド部材
Claims (4)
- 吸収器、蒸発器、再生器、および凝縮器をそれぞれ形成する複数の缶胴と、
前記複数の缶胴に連通する窒素ガス導入部と、
前記複数の缶胴のいずれかに取り付けられ、該缶胴に連通する通路を有する内視鏡挿入部と、
前記内視鏡挿入部の前記通路に連通する貫通孔を有するフィッティング部材と、
前記内視鏡挿入部の前記通路に設けられた弁とを備え、
前記貫通孔は、内視鏡の外径よりもやや大きい径を有することを特徴とするヒートポンプ。 - 前記フィッティング部材は、前記内視鏡挿入部に着脱可能に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ。
- 前記内視鏡をガイドするガイド部材を、前記内視鏡挿入部が取り付けられた前記缶胴の内部に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のヒートポンプ。
- ヒートポンプの缶胴に窒素ガスを供給して前記缶胴を窒素ガスで満たし、
内視鏡の外径よりもやや大きい径の貫通孔に前記内視鏡を挿入し、
前記貫通孔と前記缶胴とを繋ぐ通路に設けられた弁を開き、
前記弁および前記通路を通じて前記内視鏡を前記缶胴内に挿入する工程を含み、
前記弁を開いている間、該缶胴を満たす窒素ガスの圧力を周囲雰囲気の圧力よりも高い圧力に維持することを特徴とするヒートポンプの内部点検方法。
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