JP2012002454A - 吸収ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 被加熱流体ガスを発生する吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することのできる吸収ヒートポンプを提供すること。
【解決手段】 冷媒ガスを吸収して発生する吸収熱で被加熱流体液１０３を加熱して、被加熱流体ガスを発生する吸収器Ａ１を備え、吸収器Ａ１は、水平に配置された複数の伝熱管からなる伝熱管群１２であって、外側に吸収液を散布し、内側に前記被加熱流体液を流す複数の伝熱管からなる伝熱管群１２と、伝熱管群１２の被加熱流体液供給側に、前記被加熱流体液を供給する被加熱流体室１２１とを有し、被加熱流体室１２１は、伝熱管群１２を上下方向に均等な本数ずつの分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに分割する仕切り１２２と、各分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに均等に前記被加熱流体液を供給する供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１を有する、吸収ヒートポンプ１００Ａ。
【選択図】図１

Description

本発明は蒸気を発生する吸収ヒートポンプに関し、特に伝熱管の本数が多い吸収器を備える吸収ヒートポンプに関する。

蒸発器で発生させた冷媒蒸気を吸収器に導き、吸収器において冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させる際に発生する吸収熱で水を加熱して水蒸気を得る吸収ヒートポンプがある（例えば、特許文献１参照）。近年このような吸収ヒートポンプで、大型化の要請が目立つようになってきた。

特開２００６−１３８６１４号公報

しかしながら、吸収ヒートポンプを大型化しようとすると、いきおい吸収器の伝熱管の本数が増大する。すると、伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じ、伝熱管の有効面積割合が減少する。特に、上下方向の管配置の段数が増えると顕著になる。特に水蒸気を得ようとする吸収ヒートポンプで、管群が管板部で流れ方向が反転する複数パス構造では、ターンして新たな管群に入るとき、下部管群に液が多く、上部管群は蒸気が多くなり、質量流量にすると下部に多くの流量が流れ、上部は蒸気が殆どの割合を占めて伝熱が悪くなるという問題があった。

本発明は上述の課題に鑑み、被加熱流体ガスを発生する吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することのできる吸収ヒートポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプ１００Ａは、例えば図１に示すように、冷媒ガスを吸収して発生する吸収熱で被加熱流体液１０３を加熱して、被加熱流体ガスを発生する吸収器Ａ１を備え；吸収器Ａ１は、水平に配置された複数の伝熱管からなる伝熱管群１２であって、外側に吸収液を散布し、内側に前記被加熱流体液を流す複数の伝熱管からなる伝熱管群１２と；伝熱管群１２の被加熱流体液供給側に、前記被加熱流体液を供給する被加熱流体室１２１とを有し；被加熱流体室１２１は、伝熱管群１２を上下方向に均等な本数ずつの分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに分割する仕切り１２２と；各分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに均等に前記被加熱流体液を供給する供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１を有する。

本態様のように構成すると、吸収器は伝熱管群を有し、伝熱管群の被加熱流体室は、伝熱管群を上下方向に均等な本数ずつの分割伝熱管群に分割する仕切りと、各分割伝熱管群に均等に前記被加熱流体液を供給する供給口を有するので、吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することができる。

本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、例えば、図１に示すように、供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１は、分割管群１２ａ、１２ｂに前記被加熱流体液を均等に分配する分配機構１３２ａ、１３２ｂを有する。

本態様のように構成すると、供給口は、分割管群に前記被加熱流体液を均等に分配する分配機構を有するので、さらに確実に、伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することができる吸収ヒートポンプを提供することができる。

本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様又は第２の態様に係る吸収ヒートポンプ１００Ａ、１００Ｂにおいて、例えば、図４、図５に示すように、各分割伝熱管群１２ａ、１２ｂはそれぞれ複数パスに構成される（図４、図５では３パス）。

本態様のように構成すると、各分割伝熱管群はそれぞれ複数パスに構成されるので、吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りを生じさせず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制しつつ、伝熱管の長さを短く抑えることができる。言い換えれば、複数パスであるので、伝熱管の本数は増える。そして複数パスであるので、一つのパスが終わったときに流れ方向が反転し、下部と上部の伝熱管群で液とガスの配分が不均等になりがちであるが、分割伝熱管群に分割する仕切りと、各分割伝熱管群に均等に前記被加熱流体液を供給する供給口を有するので、吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りを生じさせずに、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することができる。

本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプ１００Ａ、１００Ｂにおいて、例えば、図４、図５に示すように、吸収器Ａ１−１、Ａ１−２で発生した被加熱流体ガスを導入して、前記被加熱流体ガスと前記被加熱流体ガスに同伴する被加熱流体液とを分離する気液分離器２２を備え；分割伝熱管群１２ａ、１２ｂの全体が前記被加熱流体液に浸るように、分割管群１２ａ、１２ｂの出口側の吸収器Ａ１−１、Ａ１−２と気液分離器２２の接続口２２ａ、２２ｂ、又は分割管群１２ａ、１２ｂの被加熱流体出口側の被加熱流体室１２８を形成する。

本態様のように構成すると、分割伝熱管群の全体が前記被加熱流体液に浸るように構成されるので、被加熱流体のガスの吹き抜けを抑制することができる。

本発明によれば、被加熱流体ガスを発生する吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じず、伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することのできる吸収ヒートポンプを提供することが可能となる。

本発明の実施の形態である単段昇温の吸収ヒートポンプの模式的系統図である。 本発明の実施の形態である二段昇温の吸収ヒートポンプの模式的系統図である。 本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの吸収器と気液分離器を抽出して示した模式的部分系統図である。 本発明の第一の実施の形態の吸収器を説明する模式的断面図である。 本発明の第二の実施の形態の吸収器を説明する模式的断面図である。 本発明の第一の実施の形態の吸収器の変形例を説明する模式的断面図である。 気泡ポンプ機能を利用して被加熱流体を吸収器と気液分離器との間に循環させる場合を説明する模式的断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１の模式的系統図を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１００Ａを説明する。図示のように、本吸収ヒートポンプは、吸収器Ａ１、蒸発器Ｅ１、再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、及び溶液熱交換器Ｘ１を主要構成機器として備える。本実施の形態では、典型的には吸収液（希溶液、濃溶液）としてリチウムブロマイド水溶液、冷媒として水を用いる。

前記主要構成機器の作用は以下の通りである。吸収器Ａ１は、冷媒蒸気を溶液が吸収するときに発生する吸収熱で被加熱流体としての水を加熱して蒸発させる。蒸発器Ｅ１は、熱源としての温水１０２で冷媒液としての水を加熱して蒸発させ吸収器Ａ１に冷媒蒸気としての水蒸気を送る。再生器Ｇは、吸収器Ａ１で冷媒蒸気を吸収して濃度の低下した希溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させ、溶液を再生する（濃溶液とする）。凝縮器Ｃは、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気を冷却水１０１で冷却し凝縮する。溶液熱交換器Ｘ１は、吸収器Ａ１からの希溶液と再生器Ｇからの濃溶液とを熱交換させる。

吸収ヒートポンプ１００Ａは、さらに再生器Ｇからの濃溶液を溶液ポンプ１により吸収器Ａ１に導く濃溶液管２と、吸収器Ａ１からの希溶液を再生器Ｇに導く希溶液管４と、冷媒液を冷媒ポンプ５により凝縮器Ｃから蒸発器Ｅ１に導く冷媒管６と、蒸発器Ｅ１で蒸発しなかった冷媒液を冷媒ポンプ５の吸い込み側に戻す冷媒管６ａを備え、これらが各機器を接続している。冷媒管６と冷媒管６ａには、熱交換器Ｘ２が挿入配置されており、凝縮器Ｃから蒸発器Ｅ１に送られる冷媒液と蒸発器Ｅ１からポンプ５の吸い込み側に戻される冷媒液の間で熱交換させる。このようにして、冷媒液を凝縮器Ｃから蒸発器Ｅ１に送るポンプ５は蒸発器Ｅ１に冷媒液をスプレーするポンプを兼ねているのでポンプを１台省略することができる。なお冷媒管６ａは凝縮器Ｃに直接接続してもよい。また、蒸発器Ｅ１と吸収器Ａ１との間には、蒸発器Ｅ１で蒸発した冷媒蒸気を吸収器Ａ１に導く流路７が設けられ、再生器Ｇと凝縮器Ｃとの間には、再生器Ｇにて発生した冷媒蒸気を凝縮器Ｃに導く流路８とが設けられている。

凝縮器Ｃには冷却水１０１を導く冷却水管９、蒸発器Ｅ１と再生器Ｇとにはそれぞれ熱源温水１０２を導く温水管１０、１１、吸収器Ａ１には所望の高温の蒸気を得るための伝熱管（伝熱管群）１２が備えられている。

一方、本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００Ａは、吸収器Ａ１で加熱された被加熱流体としての水を、液体である水と水蒸気に分離する気液分離器２２を備える。気液分離器２２には、補給水管３が接続されている。補給水管３には、補給水ポンプ１６と補給水加熱器１５が配置されている。補給水加熱器１５には温水１０２が供給され被加熱流体液としての水１０３を加熱（予熱）する。

気液分離器２２には液面計Ｌ３を設けられ、該液面計Ｌ３の検出出力で補給水ポンプ１６を制御することにより、気液分離器２２内の液面の液位を所定レベルに維持する。

吸収器Ａ１の伝熱管１２の入口には、被加熱流体液としての水１０３を気液分離器２２から補給する補給管３ａが接続され、伝熱管１２の出口側には、気液分離器２２に吸収器Ａ１で蒸発した水蒸気を戻す戻し管３ｂ（３ｂ−１、３ｂ−２、３ｂ−３）が接続されている。

気液分離器２２からは、蒸発量の１〜３倍（より好ましくは１．５〜２倍）程度の水１０３が吸収器Ａ１の伝熱管１２に導入される。このようにして、被加熱流体である水側の伝熱係数を上げることができる。気液分離器２２は、圧力検出器Ｐ１と制御器ＣＯＮＴを備える。圧力検出器Ｐ１で検出した、気液分離器２２の内部圧力が所定の設定値に維持されるように、制御器ＣＯＮＴは制御弁４１の開度を調節する。

上記構成の吸収ヒートポンプにおいて、再生器Ｇの温水管１１に熱源温水１０２を供給することにより、再生器Ｇの中の溶液は蒸発して濃溶液となる。該濃溶液は溶液ポンプ１により溶液熱交換器Ｘ１を通って加熱され、吸収器Ａ１に送られ、伝熱管１２の伝熱面上に散布される。一方冷媒ポンプ５により蒸発器Ｅ１に送られた冷媒は、温水管１０を通る熱源温水１０２により加熱され蒸発する。該冷媒蒸気は流路７を経て吸収器Ａ１に達し前記散布された濃溶液に吸収され、濃溶液は希溶液となる。この際の吸収熱により濃溶液は加熱され高温度になり、伝熱管１２の伝熱面を加熱し、伝熱管１２を通る水１０３を加熱し、蒸気１０４が発生し、伝熱管１２から排出される。

吸収器Ａ１の希溶液は希溶液管４を通り、溶液熱交換器Ｘ１で濃溶液管２を通る濃溶液を加熱し再生器Ｇに戻る。再生器Ｇで発生した蒸気は流路８を通って凝縮器Ｃに達し、冷却水管９を通る冷却水１０１により冷却され凝縮し、サイクルが繰り返される。

吸収器Ａ１には、その底部に溜まった溶液の液面を検出する液面計Ｌ１が設けられている。底部には溶液の出口が設けられている。液面計Ｌ１の検出出力を溶液ポンプ１を駆動するインバータ１８に送り、該溶液ポンプ１を制御する。これにより、再生器Ｇから吸収器Ａ１に送る濃溶液の流量を制御して、吸収器Ａ１の底部に溜まった溶液の液面の液位を指定レベルに維持する。

また、蒸発器Ｅ１にも底部に溜まった冷媒液の液面を検出する液面計Ｌ２が設けられている。底部には冷媒液の出口が設けられている。液面計Ｌ２の検出出力を制御弁２０に出力し、該制御弁２０を制御して、凝縮器Ｃから供給される冷媒流量を制御して、蒸発器Ｅ１の冷媒液の液面を維持する。

吸収器Ａ１の具体的な構造は、図３、図４、図５を参照して、後で詳しく説明する。

図２を参照して、本発明に係る吸収ヒートポンプの他の構成例を説明する。本吸収ヒートポンプは２段昇温の例である。本図に示すように、高温吸収器ＡＨと気液分離器ＥＨＳが設けられている。ここで図１における吸収器Ａ１に対応する吸収器Ａ２は低温吸収器となり、蒸発器Ｅ１に対応する蒸発器Ｅ２は低温蒸発器となる。また、高温蒸発器ＥＨは低温吸収器Ａ２の被加熱側となる。

凝縮器Ｃから冷媒管６を通って送られる冷媒液は制御弁３２及び冷媒分岐管３０を通って気液分離器ＥＨＳに供給される。一方高温蒸発器ＥＨからの冷媒蒸気は冷媒管３４−１を通って気液分離器ＥＨＳに送られる。これにより気液分離器ＥＨＳで凝縮器Ｃからの冷媒液は加熱蒸発される。気液分離された冷媒液は冷媒管３４−２を通って低温吸収器Ａ２に戻る。気液分離器ＥＨＳ内にはバッフル板３３が設けられている。バッフル板３３は、ここに気液を衝突させることにより、冷媒液を冷媒ガスから分離して、冷媒液が高温吸収器ＡＨに流れないようにする。

再生器Ｇからの濃溶液は溶液ポンプ１により、溶液熱交換器Ｘ１、及び熱交換器Ｘ３を通って加熱（予熱）され高温吸収器ＡＨに送られる。ここで気液分離器ＥＨＳからの冷媒蒸気は濃溶液に吸収され、濃溶液は希溶液となる。この際の吸収熱により濃溶液は加熱され高温度になり、伝熱管３５の伝熱面を加熱し、伝熱管３５を通る水１０３は加熱され蒸気となる。該水蒸気は気液分離器２２に導入され、気液分離され、水蒸気１０４が蒸気管１３から排出される。

高温吸収器ＡＨの希溶液は希溶液管３７を通って、熱交換器Ｘ３で高温吸収器ＡＨに送られる濃溶液を加熱して、制御弁４０を通って低温吸収器Ａ２に流入する。低温吸収器Ａ２の底部に溜まった溶液の液面を検出する液面計Ｌ１の出力で制御弁４０を制御し、低温吸収器Ａ２の底部の溶液の液面の液位を所定レベルに維持する。また、高温吸収器ＡＨには底部の溶液の液面を検出する液面計Ｌ４が設けられている。該液面計Ｌ４の検出出力を溶液ポンプ１を駆動するインバータ１８に送り、該溶液ポンプ１の回転速度を調節することにより、高温吸収器ＡＨに送る濃溶液の流量を調節して、高温吸収器ＡＨの底部の溶液の液面の液位を所定レベルに維持する。

また、気液分離器ＥＨＳには底部に溜まった冷媒液の液面を検出する液面計Ｌ５が設けられており、該液面計Ｌ５の検出出力で制御弁３２を調節して、気液分離器ＥＨＳの液面の液位を所定レベルに維持する。また、低温蒸発器Ｅ２の底部に溜まった冷媒液の液面位も液面計Ｌ２の検出出力で制御弁２０を調節して凝縮器Ｃからの冷媒液供給量を調整して所定レベルに維持する。

なお、図１と図２に示す構成の吸収ヒートポンプ１００Ａ、１００Ｂは、蒸発器Ｅ１、Ｅ２を熱源温水１０２を導く伝熱管上に凝縮器Ｃからの冷媒液を散布する散布式の蒸発器として説明したが、冷媒液中に熱源温水１０２を導く伝熱管を配設した構成としてもよい。前者は、比較的低い温度で作動する蒸発器に適しており、後者は比較的高い温度で作動する蒸発器に適している。本実施の形態のような昇温型の吸収ヒートポンプでは、吸収冷凍機と異なり、蒸発器は比較的高い温度で作動するので後者を使うことができる場合が多い。そのように構成すると、２段昇温の吸収ヒートポンプにおいて、高温吸収器ＡＨだけでなく、低温吸収器Ａ２も、被加熱流体ガスを発生する吸収器の伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じないため、両吸収器の伝熱管の有効面積割合の減少を抑制することのできる吸収ヒートポンプ、すなわち、吸収ヒートポンプ全体として、ＣＯＰが高く、また高温の蒸気を得やすいものとすることができる。

図３を参照して、本発明の実施の形態が備える吸収器Ａ１の構成を説明する。図１、図２では、吸収器Ａ１、ＡＨの構成は吸収ヒートポンプ１００Ａ、１００Ｂの全体構成の中でどのような作用を有するかを説明するに十分な程度に示しただけであるが、以下詳細に具体的な構造を説明する。図２の高温吸収器ＡＨも、図１の吸収ヒートポンプ１００Ａの吸収器Ａ１と全く同様な構造を有するが、以下吸収器Ａ１として説明する。なお図２の低温吸収器Ａ２も、伝熱管内で冷媒の蒸発が起こるので、同じ構成が適用し得る。

本発明の実施の形態に適した吸収器Ａ１は、具体的には、水平に配置された複数の伝熱管からなる伝熱管群１２を備える。伝熱管群１２は、これを均等に分割して分割伝熱管群１２ａ、１２ｂ、１２ｃとする。本図では分割伝熱管群の数が３の場合を示す。しかしながら、分割伝熱管群の数は２であってもよく、４以上であってもよい。伝熱管群１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）には、その外側に吸収液を散布し、各伝熱管の内側に被加熱流体液としての水を流す。

被加熱流体の流量の偏りは、特に上下方向に配置される伝熱管の本数が増えると顕著になる。したがって、伝熱管群１２の分割は、上下方向で複数に分割する。

図４を参照して、吸収器Ａ１のさらに具体的な構造を説明する。ここでは、第一の実施の形態として、分割伝熱管群の数が２の場合の吸収器Ａ１−１で説明する。伝熱管群１２の被加熱流体液としての水を供給する側に、該水を供給する被加熱流体室としての第一の水室１２１を有する。第一の水室１２１は、伝熱管群１２を上下方向に均等な本数ずつの分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに分割する仕切り１２２を有する。ここで被加熱流体室を具体的に水室と呼ぶ。この水室には蒸気だけが集まる場合もあるが、便宜上その場合も水室と呼ぶ。

ここで均等な本数とは、典型的には同一本数であるが、ほぼ同数であればよい。すなわち、分割伝熱管群１２ａ、１２ｂの伝熱管の本数がそれぞれ過大でなく各伝熱管に流入する被加熱流体である水の流量に大きな偏りが生じない程度の均等本数であればよい。例えば、１７０本を越えると流量に偏りが生じてしまう場合であって（縦と横の配分、伝熱管の口径、吸収器で得ようとする水蒸気の温度等により偏りが生じるか生じないかの限界の本数あるいは縦方向段数は異なるが、ここでは本数で表現する）、要求される吸収器の管の本数が４８０本である場合を想定する。

この場合、２の分割伝熱管群に分割すると、各分割伝熱管群の管の本数は２４０本となる。これは流量に偏りが生じない限界の本数の１７０本より多い。次に３の分割伝熱管群に分割すると、各分割伝熱管群の管の本数は１６０本となる。これは流量に偏りが生じない限界の本数の１７０本より少ない。したがって３分割すればよいことが分かる。この場合、均等な本数は典型的には１６０であるが、１５０本、１６０本、１７０本に３分割してもよい。これも均等な本数の概念に含まれる。流れに偏りが生じないという効果を奏する範囲の本数だからである。

ここでは、仕切り１２２により仕切られることにより、第一の水室１２１は２つの分割水室１２１ａ、１２１ｂに分割される場合で説明する。分割水室１２１ａ、１２１ｂは、それぞれ分割伝熱管群１２ａ、１２ｂをカバーする。

２つの分割水室１２１ａ、１２１ｂ、ひいては分割伝熱管群１２ａ、１２ｂは、典型的には、上下方向に並ぶように分割される（３以上の分割水室、分割伝熱管群の場合も同様に上下方向に並ぶように分割される）。このように分割すると、各分割伝熱管群が縦方向に長く配列されることを避けることができる。

さらに、分割水室１２１ａ、１２１ｂに均等に水を供給する、ひいては分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに均等に水を供給する供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１が分割水室１２１ａ、１２１ｂにそれぞれ設けられている。この供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１に、供給管１３１ａ、１３１ｂが、それぞれ接続されている。なお、供給管１３１ａ、１３１ｂは、供給管１３１から分岐される。言い換えれば、被加熱流体としての水は、供給管１３１から、供給管１３１ａと１３１ｂを経由して、分割水室１２１ａ、１２１ｂに並列且つ均等に供給される。供給管１３１ａ、１３１ｂには、分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに水を均等に分配する分配機構としてのオリフィス１３２ａ、１３２ｂが、供給口１３１ａ−１、１３１ｂ−１の一部としてそれぞれ設けられている。

これらは、開口の大きさが圧力損失を分割管群１２ａ、１２ｂの位置ヘッド（及び配管の流れ損失）の差を相殺するように調整されたオリフィスである。したがって例えば、下方に配置されるオリフィス１３２ｂの開口は、上方に配置されるオリフィス１３２ａの開口よりも小さい。下方の方が位置ヘッドが大きいので、相対的に小さい開口で済むからである。

両系統にオリフィスを入れる理由は、配管及び伝熱管群での損失が小さい場合、両系統の圧力損失のわずかな違い（例えば曲がり部の有無）で、流量配分が大きく変わることがあるので、ある程度の抵抗をオリフィスで付けておき、他の圧力損失の違いの影響を抑えるためである。その際、位置ヘッドの考慮が必要であれば、オリフィス毎の抵抗を変えることで調整する。

なお、水を均等に分配する分配機構として、オリフィスのような明確に目に見える形でこれを設けなくても、例えば配管のサイズや長さで同等な効果を与えるものを分配機構としてもよい。また、さきに１５０本、１６０本、１７０本に３分割して、これも均等な本数の概念に含まれる場合を説明したが、分割伝熱管群に均等に被加熱流体液を供給する供給口とは、前記のようにいわゆる均等に配分された伝熱管群のそれぞれに見合うように被加熱流体液を供給するようにすればよい。したがって、分割管群の位置ヘッドが問題とならない程度であれば、単に配管サイズを等しくする、あるいは多少の差がある伝熱管群の本数に見合う配管サイズとすればよい。

なお、被加熱水を循環するポンプを無くして、気泡ポンプ機能で循環させる場合（図７参照）は、オリフィスを設けず、各分割水室出口から気液分離器２２への配管を別々に設け、出口から気液分離器入口までの高さ（ｈａ、ｈｂ、ｈｃ）を調節することで、均等分配を行う。高さ調節が難しい場合は、気液分離室を別個に設けて均等分配を目指してもよい。この場合は、各分離器の蒸気側を連通し、液面は各分離器で調節する。なお、気泡ポンプ能力は、液の押し込みと気液二相部の高さで決まる。

図４の第一の実施の形態の吸収器では、伝熱管群１２は、上下方向に１２本（水平方向（図中奥行き方向）の本数は示されていないが、例えば１５本）が配置されている。これを、分割伝熱管群１２ａと分割伝熱管群１２ｂに、縦方向（鉛直方向）に２分割している。第一の水室１２１は、仕切り１２２により、分割伝熱管群１２ａと分割伝熱管群１２ｂをそれぞれカバーする分割水室１２１ａ、１２１ｂに分割されている。

伝熱管群１２は、２枚の対向する管板１２５、１２６に両端がそれぞれ拡管されて、シェルアンドチューブ熱交換器を構成している。第一の水室１２１は、管板１２５に溶接・接続されて、水室を形成している。第一の水室１２１の反対側には、第二の水室１２３が、管板１２６に溶接・接続されており、水室を形成している。

縦方向に１２本が配列された伝熱管群１２は、第一の水室１２１と第二の水室１２３で両端がそれぞれカバーされている。第二の水室１２３には、第一の水室の仕切り１２２に対応する仕切り１２４が設けられ、第二の水室は、分割伝熱管群１２ａと分割伝熱管群１２ｂをそれぞれカバーする分割水室１２３ａ、１２３ｂに分割されている。よって、仕切り１２２、１２４により、伝熱管群１２は分割伝熱管群１２ａ、１２ｂに分割されているということができる。２つに分割された分割伝熱管群１２ａ、１２ｂのそれぞれは、６本をさらに下方から、１本、２本、３本に分割されている。このようにして、本実施の形態の吸収器Ａ１−１では、分割管群１２ａ、１２ｂがそれぞれ３パスに形成されている。

１本、２本、３本の伝熱管群に分割された、分割伝熱管群１２ｂに注目する。分割伝熱管群１２ｂは、分割水室１２１ｂ内の仕切り１２２−１ｂにより、下段の１本からなる伝熱管群と中段の２本からなる伝熱管群・上段の３本からなる伝熱管群とに分割され、分割水室１２３ｂ内の仕切り１２４−１ｂにより下段の１本からなる伝熱管群・中段の２本からなる伝熱管群と上段の３本からなる伝熱管群とに分割されている。

すなわち、第一の水室１２１ｂ内では、下段の１本からなる伝熱管群は分割水室１２１ｂ−１でカバーされ、中段の２本からなる伝熱管群と上段の３本からなる伝熱管群は分割水室１２１ｂ−２でカバーされている。また第二の水室１２３ｂ内では、下段の１本からなる伝熱管群と中段の２本からなる伝熱管群とは分割水室１２３ｂ−１でカバーされ、上段の３本からなる伝熱管群は分割水室１２３ｂ−２でカバーされている。

言い換えれば、伝熱管群１２ｂは、分割水室１２１ｂ内の仕切り１２２−１ｂと分割水室１２３ｂ内の仕切り１２４−１ｂにより、それぞれ下段の１本からなる伝熱管群、中段の２本からなる伝熱管群、上段の３本からなる伝熱管群とに分割されている。このようにして吸収器Ａ１−１の分割伝熱管群１２ｂは、３パスの熱交換器として構成されている。

分割伝熱管群１２ｂの上方の分割伝熱管群１２ａについても全く同様である。

第二の水室の分割水室１２３ｂの分割水室１２３ｂ−２は、配管１３３ｂにより気液分離器２２の接続口２２ｂに接続されており、第二の水室の分割水室１２３ａの分割水室１２３ａ−２は、配管１３３ａにより気液分離器２２の接続口２２ａに接続されている。接続口２２ｂは分割水室１２３ｂ−２の出口よりも鉛直方向上方、ひいては伝熱管群１２ｂよりも鉛直方向上方に配置され、接続口２２ａは分割水室１２３ａ−２の出口よりも鉛直方向上方、ひいては伝熱管群１２ａよりも鉛直方向上方に配置されている。したがって、伝熱管群１２ａ、１２ｂの最上段分割伝熱管群の最上部に配列された伝熱管（蒸気が集まり勝ち）から、配管１３３ａ、１３３ｂを通して蒸気だけが吹き抜けることがない。

気液分離器２２は、縦長に形成されており、上部の空間には縦方向に邪魔板２２ｅが配設されている。接続口２２ａ、２２ｂは、邪魔板２２ｅに対向するように設けられている。したがって、接続口２２ａ、２２ｂから気液分離器２２内に吹き込まれる液体の水混じりの水蒸気は、邪魔板２２ｅに衝突して、液体の水が分離される。邪魔板２２ｅの下方には、気液分離器２２の底部の水面との間に開放された通路がある。したがって、邪魔板２２ｅに沿って下方に流れた水蒸気と水は、ここで水面に衝突しさらに気液が分離される。完全に液体の水から分離された水蒸気は、邪魔板２２ｅに沿って上方に流れ、気液分離器２２の最上部に接続された蒸気管１３から導出される。蒸気から分離された水は、気液分離器２２の底部に集まる。

図４を参照して、第一の実施の形態で用いる吸収器Ａ１−１の作用を説明する。供給管１３１から供給される被加熱流体としての液体の水は、供給管１３１から分岐する供給管１３１ａと供給管１３１ｂに分流する。供給管１３１ａと供給管１３１ｂには、それぞれオリフィス１３２ａ、１３２ｂが挿入配設されているので、分流した水は供給管１３１ａと供給管１３１ｂに均等に流れる。ここで均等とは、伝熱に著しい偏りが生じない程度に等しいことをいう。

供給管１３１ｂに流入した水は、下段の縦方向に１本（水平方向には例えば１５本）の管群に流入する。この管群では、伝熱管の外側の吸収液（溶液）から吸収熱が主として顕熱として与えられ被加熱流体としての水の温度が上昇する。ここで一部は蒸発する。

下段の伝熱管群から分割水室１２３ｂ−１に流入した液状の水と水蒸気は、分割水室１２３ｂ−１で反転して、中段の縦方向２本の伝熱管群に流入する。この伝熱管群ではかなりの量の水が水蒸気になる。

中段の伝熱管群から分割水室１２１ｂ−２に流入した液状の水と水蒸気は、分割水室１２１ｂ−２で反転して、上段の縦方向３本の伝熱管群に流入する。この伝熱管群で、それまでに蒸発しなかった水が蒸発して水蒸気になる。本実施の形態では、供給管１３１から供給される水の量は、蒸発すべき水の量の１〜３倍（より好ましくは１．５〜２倍）である。すなわち、供給水の蒸発水に対する供給水比は１〜３倍乃至は１．５〜２倍である。供給水比が１倍のときは、供給された水のほぼ全てが、吸収器Ａ１−１で蒸発するので、上段の伝熱管群からは水蒸気だけが気液分離器２２に出てゆく。供給水比が２倍のときは、半分の量の水が、また３倍のときは、供給された水の７割近くの量の水が、気液分離器２２に出てゆく。いずれにしても、体積では、圧倒的に水蒸気が多い状態である。

なお、伝熱管群の本数を下段１本、中段２本、上段３本と増やすのは、以上説明したように上段方向に行くにつれて蒸気の割合が増え、体積流量が増えるからである。

このように、本実施の形態によれば上段でも伝熱管群の縦方向の本数が３本であるので、流れる水混じりの水蒸気の流れの偏りを抑えることができる。同一構造の伝熱管群１２ａでも作用は同様である。

本実施の形態に対応する従来技術、すなわち伝熱管群１２ａ、１２ｂと分割しない従来技術では、３パスの上段の伝熱管群の本数は６本となる。そして管板１２５側の水室のなかの、中段と上段をカバーする分割水室が縦方向に長いので、この中で気液が分離されてしまい、管群６本に流入する気液が偏る。悪くすると６本の管群の中でも最上段の１本はほとんど水蒸気だけが流れ勝ちになる。すなわち、吹き抜けが起こってしまう。その結果下方の管に流れる気液は、液の割合が多くなり、流れが悪くなる。したがって吸収器全体の伝熱効率が低くならざるを得ない。

これに対して、本発明の実施の形態によれば、伝熱管群を分割するので、伝熱管内を流れる水混じりの水蒸気の流れの偏りを抑えることができ、吸収器Ａ１−１全体の伝熱効率を高く維持することができ、ひいては吸収ヒートポンプのＣＯＰを高く維持することができる。また生成できる蒸気の温度を高くすることができる。

なお以上の実施の形態では、各分割水室出口から気液分離器２２への配管を別々に設けたが、図６のように、各出口室（図４の第一の実施の形態の吸収器で言えば、分割水室１２３ａ−２と分割水室１２３ｂ−２）を一体化して、出口から気液分離器入口まで共通の１本の配管１３３ｅとすることもできる。この場合、被加熱水を均等分配して供給するためには、オリフィスの抵抗を多めにしておくことが望ましい。

次に、図５を参照して、第二の実施の形態に係る吸収ヒートポンプに使用する吸収器Ａ１−２の構造と作用を説明する。本実施の形態の吸収器Ａ１−２は、第二の水室１２８の構造を除き、第一の実施の形態の吸収器Ａ１−１と同様である。ここでは、吸収器Ａ１−１と異なる点を中心に説明する。

第二の水室１２８が管板１２６に溶接、接続されて設けられている。第二の水室１２８は、伝熱管群１２ａ、１２ｂの両方をカバーするように、一つの空間を形成している。第二の水室１２８の内部空間には、伝熱管群１２ａの下段の縦方向が１本の伝熱管群と中段の縦方向が２本の伝熱管群をカバーする内部水室１２８ａ−１が設けられている。その上部に隣接して、上段の縦方向が３本の伝熱管群をカバーする内部水室１２８ａ−２が設けられている。

内部水室１２８ａ−２は、その上部が第二の水室１２８内で開放されている。内部水室１２８ａ−２は、ここに蒸発しなかった被加熱流体である水が溜まる液溜まりを形成している。開放された上部には縁１２８ｃが形成されている。開放された上部の縁１２８ｃは、溜まった水が、これを越えてオーバーフローするように形成されている。縁の高さは、溜まった水が縦方向３本の最上部の伝熱管群までを完全に覆うように決められている。

内部水室１２８ａ−２が、以上のように構成されているので、ここに溜まった水が上段の伝熱管群を覆い、上段の伝熱管群の中でも上方に位置する伝熱管を通して蒸気が吹き抜けるのを抑えることが可能となる。本実施の形態では、伝熱管群を分割伝熱管群に分割しているので、被加熱流体である水の流量に大きな偏りは生じないものの、内部水室１２８ａ−２を形成することにより、さらに確実に吹き抜けを抑えることが可能となる。

同様に、第二の水室１２８の内部空間には、内部水室１２８ａ−１に対応する内部水室１２８ｂ−１が設けられ、内部水室１２８ａ−２に対応する内部水室１２８ｂ−２が設けられている。内部水室１２８ｂ−２は、上部の縁１２８ｃに対応する上部の縁１２８ｄを有する。

第二の水室１２８の上方には、気液分離器２２に向けて蒸気を送る蒸気通路１３３ｃが設けられ、蒸気通路１３３ｃは供給口２２ｃで気液分離器２２に接続されている。さらに、第二の水室１２８の下方には、気液分離器２２に向けて吸収器Ａ１−２で蒸発しなかった液体の水を送る水通路１３３ｄが設けられ、水通路１３３ｄは供給口２２ｄで気液分離器２２に接続されている。

内部水室１２８ａ−２に溜まった水を泡状になって通過した水蒸気は、第二の水室１２８の空間内に出た後、蒸気通路１３３ｃを通って気液分離器２２に導かれる。内部水室１２８ａ−２の縁１２８ｃをオーバーフローした高温水は、第二の水室１２８の空間内に出た後、その底部に溜まり、水通路１３３ｄを通って気液分離器２２に導かれる。内部水室１２８ｂ−２についても同様である。なお本実施の形態では、第二の水室１２８は気液分離器としての機能を備えるので、気液分離器２２を省略するか、または簡易なものとすることもできる。

このように構成するので、吸収器Ａ１−２では、伝熱管群を分割伝熱管群に分割しているので、被加熱流体である水の流量に大きな偏りは生じず、蒸気の吹き抜けを抑えることができる。さらに、内部水室１２８ａ−２、１２８ｂ−２に溜まった水がそれぞれ上段の伝熱管群を覆うので、上段の伝熱管群の中でも上方に位置する伝熱管を通して蒸気が吹き抜けるのを、さらに確実に抑えることが可能となる。

以上の実施の形態では、分割伝熱管群を下段、中段、上段に分割する３パスの場合で説明したが、２パスでも同様である。その場合は吸収器Ａ１−１で説明すれば、分割水室１２１ｂ−２が気液分離器２２に接続される。また４パス以上にも適用できる。

以上説明したように、吸収ヒートポンプが大容量になり、蒸気を生成する吸収器の伝熱管本数が増大すると、伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じ、伝熱管の有効面積割合が減少する。特に、上下方向の管配置の段数が増えると顕著になる。特に、管群が管板部で流れ方向が反転する複数パス構造では、ターンして新たな管に入るとき、下部管に液が多く、上部は蒸気が多くなり、質量流量にすると下部に多くの流量が流れ、上部は蒸気が殆どの割合を占めて伝熱が悪くなる。しかしながら、本発明の実施の形態によれば、吸収器の伝熱管群を分割するので、吸収器の伝熱管本数が増大しても、伝熱管内の被加熱流体流量に大きな偏りが生じるのを抑制でき、伝熱管の有効面積割合の減少を防止できる。言い換えれば、蒸気が伝熱管群の上部を占めるのを抑制でき、伝熱を良好に維持することができる。

１ 溶液ポンプ
２ 濃溶液管
３ 補給水管
３ａ 補給管
３ｂ、３ｂ−１、３ｂ−ｂ−３ 戻し管
４ 希溶液管
５ 冷媒ポンプ
６ 冷媒管
７、８ （冷媒蒸気）流路
９ 冷却水管
１０、１１ 温水管
１２ 伝熱管（伝熱管群）
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 分割伝熱管群
１３ 蒸気管
１５ 補給水加熱器
１６ 補給水ポンプ
１８ インバータ
２０ 制御弁
２２ 気液分離器
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ 接続口
２２ｅ 邪魔板
３０ 冷媒分岐管
３２ 制御弁
３３ バッフル板
３４−１、３４−２ 冷媒管
３５ 伝熱管
４０、４１ 制御弁
１００Ａ、１００Ｂ 吸収ヒートポンプ
１０１ 冷却水
１０２ 熱源温水
１０３ 被加熱流体（水）
１０４ 蒸気（水蒸気）
１２１ 第一の水室
１２１ａ、１２１ｂ 分割水室
１２１ａ−１、１２１ａ−２、１２１ｂ−１、１２１ｂ−２ 分割水室
１２２、１２２−１ａ、１２２−１ｂ 仕切り
１２３ 第二の水室
１２３ａ、１２３ｂ 分割水室
１２３ａ−１、１２３ａ−２、１２３ｂ−１、１２３ｂ−２ 分割水室
１２４、１２４−１ａ、１２４−１ｂ 仕切り
１２５、１２６ 管板
１３１、１３１ａ、１３１ｂ 供給管
１３２ａ、１３２ｂ オリフィス
１３３ｃ 蒸気通路
１３３ｄ、１３３ｅ 水通路
Ａ１、Ａ２ 吸収器
ＡＨ 高温吸収器
Ｃ 凝縮器
ＣＯＮＴ 制御器
Ｅ１、Ｅ２ 蒸発器
ＥＨ 高温蒸発器
ＥＨＳ 気液分離器
Ｇ 再生器
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５ 液面計
Ｐ１ 圧力検出器
Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ 熱交換器

Claims (4)

1. 冷媒ガスを吸収して発生する吸収熱で被加熱流体液を加熱して、被加熱流体ガスを発生する吸収器を備え；
   前記吸収器は、水平に配置された複数の伝熱管からなる伝熱管群であって、外側に吸収液を散布し、内側に前記被加熱流体液を流す複数の伝熱管からなる伝熱管群と；
   前記伝熱管群の被加熱流体液供給側に、前記被加熱流体液を供給する被加熱流体室とを有し；
   前記被加熱流体室は、前記伝熱管群を上下方向に均等な本数ずつの分割伝熱管群に分割する仕切りと；
   前記各分割伝熱管群に均等に前記被加熱流体液を供給する供給口を有する；
   吸収ヒートポンプ。
2. 前記供給口は、前記分割管群に前記被加熱流体液を均等に分配する分配機構を有する、請求項１に記載の、吸収ヒートポンプ。
3. 前記各分割伝熱管群はそれぞれ複数パスに構成された、請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。
4. 前記吸収器で発生した被加熱流体ガスを導入して、前記被加熱流体ガスと前記被加熱流体ガスに同伴する被加熱流体液とを分離する気液分離器を備え；
   前記分割伝熱管群の全体が前記被加熱流体液に浸るように、前記分割管群の出口側の前記吸収器と前記気液分離器の接続口、又は前記分割管群の被加熱流体出口側の被加熱流体室を形成した、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の、吸収ヒートポンプ。

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