JP2015025615A - 昇温型吸収ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】温水などの低質熱を熱源として熱源温度よりも高温の蒸気などを生成する昇温型吸収ヒートポンプの吸収器において、管外で冷媒を吸収し、管内で媒体を加熱蒸発させる吸収器伝熱管の媒体蒸気生成動作を、圧力変動の少ない滑らかな動作とすること。【解決手段】伝熱管群の長手方向両端に流体室を設け、流体室の仕切板で伝熱管群を分割し、被加熱流体の流れ順序、流路面積（流路となる管本数）を決めると共に、仕切板で区画された流体室の深さを、伝熱管群を流れる被加熱媒体の上流から下流に向かって、深くした構造とする。【選択図】図２

Description

本発明は、温水などの低質熱を熱源として熱源温度よりも高温の高温水や蒸気を発生させる昇温型吸収ヒートポンプ装置に関し、特に吸収器における管内蒸発・管外吸収の伝熱の安定化に関するものである。

昇温型吸収ヒートポンプは、温水などの低質熱を熱源として高温の蒸気などを発生させる装置であり、吸収器、蒸発器、再生器、凝縮器からなる単段昇温型、さらに、昇温幅を上げるために吸収器と蒸発器を二段にして、高温吸収器、高温蒸発器、低温吸収器、低温蒸発器、再生器、凝縮器からなる二段段昇温型とした吸収ヒートポンプが、特許文献１や特許文献２に開示されている。また、二段昇温型にさらに吸収器と蒸発器を加えた三段昇温型もあり、特許文献３には、二段昇温型と三段昇温型吸収ヒートポンプが開示されている。

特許文献２で示されるように、昇温吸収ヒートポンプの吸収器の構造は一般にシェルアンドチューブ型であり、被加熱流体を管内側に流し、溶液を管外に散布して流下液膜とし、溶液に冷媒蒸気を吸収させている。多本数の伝熱管（伝熱管群）は管板に取り付けられ、伝熱管群の長手方向の両端は流体室（管内を通る媒体が水である場合は水室といわれる）で覆われ、かつ、伝熱管群は流体室の仕切板で区画されて、被加熱流体の通路（パス）を構成している。被加熱流体は、これらのパスを左右に流れ、全体として下側から上側へと流れていく。仕切板で区画された流体室はこれら左右の流れの反転部となっている。

特許文献２では、管内蒸発・管外吸収を行う吸収器の伝熱管について、特に管内蒸発側の流動に関して、下流に行くに従い、管内を流れる被加熱流体が加熱されて発生蒸気量が増えるので、パスあたりの伝熱管本数を増して流路面積を大きくし、発生蒸気の圧力損失を少なくするという方法が開示されている。

特開２００６−２０７８８２号公報 特開２０１０−１６４２４８号公報 特開２０１０−４８５１９号公報

伝熱管内を流れる被加熱流体は入口で液体であるが、伝熱管外の溶液が冷媒蒸気を吸収する際の吸収熱で加熱されて蒸発し気液二相となって流れ、下流に行くに従って管内の媒体蒸気量は増えて行く。伝熱管群は水平管であり、流動様式は、液相流れから、気液二相の気泡流、プラグ流、スラグ流、環状流へと上流から下流に向かって変化し、かつ、水平管内流動の途中で、流体室における下側パスから上側パスへの垂直方向の気泡流、スラグ流なども加わる。被加熱流体の伝熱管群への入口温度の変動、溶液の吸収温度の変動などで、管内媒体の温度、圧力変動が発生すると、伝熱管群内および流体室に存在していた媒体蒸気が潰れたりあるいは膨張したりして、伝熱管内の二相流が逆流を起こすなど大きな変動となり、伝熱管群から発生して出てくる媒体蒸気量は大きく変動し、長期にわたり脈動することがある。

本発明は上述の課題に鑑み、吸収器伝熱管における管内蒸発・管外吸収の温度変動、圧力変動を小さく抑え、より安定した吸収器の伝熱とすることで、ヒートポンプの出力である被加熱流体の生成蒸気量をより安定させることを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明においては、伝熱管群の長手方向両端に流体室を設け、流体室の仕切板で伝熱管群を分割し、被加熱流体の流れ順序、流路面積（流路となる管本数）などの流路を決めると共に、仕切板で区画された流体室の深さを、伝熱管群を流れる被加熱流体の上流から下流に向かって、深くした構造とする。

また、伝熱管の被加熱流体の落下を防止して保持する堰を、管板よりも突出した位置に設けた構造とすることができる。

従来、シェルアンドチューブ型における流体室の深さは、管群の両端で違うことはあっても、同一端では同一深さとなっている。水平管下側パスの流動と次の上側パスの流動とは流動方向が反対であり、流体室では水平方向の流れから垂直方向に転換しさらに逆転した水平方向への流れとなり、圧力損失を抑えるため垂直方向の流速は管内流速よりも遅くしている。流体室は伝熱管群の流路断面を覆い、管と管の間の管板のスキマ部分があるので、流体室は、伝熱管群の流路面積の少なくとも二倍程度の断面積があり、さら深さも最終パスの両側の流体室深さとなるので、流体室の被加熱流体を保有する容積は大きなものとなっている。

本発明では、流体室の深さを、仕切板で区画された部分ごとに変えることで、流体室の流体の保有容積を減らすことができる。すなわち、流体室における媒体流れの反転の際の垂直方向の流速を、媒体の蒸気含有量（乾き度）を考慮したものとすることで、入口側の深さを浅くすることができる。その結果、被加熱流体の温度、圧力変動の際の含有蒸気の流体室内の体積変化を少なくすることができ、伝熱管内の二相流の逆流や脈動を小さくすることができる。

被加熱流体の蒸気圧が変動した時の管内液流の逆流の現象は、例えば被加熱流体の圧力が減少し、流体室が蒸気の膨張により蒸気で充満されると、次のパスに送り込み流れ込んでいた液が、流体室の蒸気部分に逆流して戻ってくると考えられ、次に再度次のパスに液を送り込むには、流体室に液が充満してくるか、あるいは上流側からの気液二相流が大量に入り込み、次のパスまで流れていく必要がある。液を充満させるあるいは気液二相流で充満させる場合でも、流体室が小さい方が変動抑制にはよいと考えられる。

また、仕切板で区画された流体室に被加熱流体液が一時的に無くなって蒸気が充満した場合、次のパスの媒体液が逆流して流体室に落ち込み、伝熱管が空焚き状態となり、吸収熱が被加熱流体に伝わらなくなる時間が発生する。管板よりも突出した位置に堰を設けておくと、仕切板で区画された流体室に被加熱流体液が一時的に無くなって蒸気が充満した場合でも、伝熱管内に媒体液が保持され、管外の溶液の吸収熱を常に媒体に伝えることができるようになり、温度変動あるいは蒸気発生量の変動を抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る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高温吸収器まわりの詳細図である。 本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの低温吸収器まわりの詳細図である。

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。また、以下の説明において、溶液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「溶液Ｓ」ということとする。同様に、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「高温冷媒蒸気Ｒｖｈ」、「再生器冷媒蒸気Ｒｖｇ」、「冷媒液Ｒｑ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｒ」ということとする。本実施の形態では、溶液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｒとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｒとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。また、被加熱媒体Ｗは、液体の被加熱媒体Ｗである被加熱媒体液Ｗｑ、気体の被加熱媒体である被加熱媒体蒸気Ｗｖの総称である。本実施の形態では、被加熱媒体Ｗとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１を説明する。図１は、二段昇温型吸収ヒートポンプ１の模式的系統を示すフローシートである。吸収ヒートポンプ１は、希溶液Ｓｗを加熱濃縮して濃溶液Ｓａを生成する再生器Ｇと、再生器Ｇで希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒蒸気Ｒｖｇを冷却して凝縮させて冷媒液Ｒｑとする凝縮器Ｃと、冷媒液Ｒｑを加熱して冷媒蒸気Ｒｖｌを生成する低温蒸発器ＥＬと、冷媒蒸気Ｒｖｌを受入れて溶液Ｓに吸収させる低温吸収器ＡＬと、低温吸収器ＡＬの吸収熱で冷媒液Ｒｑを加熱して冷媒蒸気Ｒｖｈを生成する高温蒸発器ＥＨと、冷媒蒸気Ｒｖｈを受入れて溶液Ｓに吸収させ、その吸収熱で被加熱媒体Ｗを加熱蒸発させる高温吸収器ＡＨと、高温吸収器ＡＨからの被加熱媒体Ｗを導入して蒸気と液体とを分離する気液分離器６５と、制御装置１００とを備えている。吸収ヒートポンプ１は、比較的利用価値の低い低温（例えば８０℃〜９０℃程度）の温水を熱源媒体として再生器Ｇ及び低温蒸発器ＥＬに供給して、利用価値の高い蒸気（例えば、圧力がゲージ圧で約０．５ＭＰａを超え、望ましくはゲージ圧で０．８ＭＰａ程度）を気液分離器６５から取り出すことができるものである。

再生器Ｇは、管内に熱源媒体が流れる伝熱管１１と、希溶液Ｓｗを散布する溶液散布装置１２とを有し、下部の貯留部１３に濃溶液Ｓａが貯留されるように構成されている。伝熱管１１には、熱源媒体としての熱源温水ｈが流れ、散布された希溶液Ｓｗは熱源温水ｈに加熱されることにより、濃溶液Ｓａと再生器冷媒蒸気Ｒｖｇとになる。

再生器Ｇと凝縮器Ｃとは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成され、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気Ｒｖｇは凝縮器Ｃに缶胴内を移動することができる。

凝縮器Ｃは、管内に冷却媒体としての冷却水ｃｗが流れる伝熱管２１を有している。伝熱管２１は、再生器Ｇから導入された冷媒蒸気Ｒｖｇを冷却して凝縮させ冷媒液Ｒｑとする。凝縮器Ｃには冷媒液Ｒｑを冷媒ポンプＲＰにより低温蒸発器ＥＬ、高温蒸発器ＥＨに直接的あるいは間接的に送るための冷媒液管８０が接続されている。冷媒液管８０には、低温蒸発器ＥＬへの冷媒液Ｒｑの供給を調節する冷媒調節弁８１、気液分離器４５を経由して高温蒸発器ＥＨに供給する冷媒液Ｒｑを調節する冷媒調節弁８２が設けられている。

低温蒸発器ＥＬは、熱源媒体としての熱源温水ｈの流路を構成する伝熱管３１を内部に有し、伝熱管３１の７０〜８０％程度が冷媒液に浸るように冷媒液Ｒｑを貯留する貯留部３３を有し、伝熱管３１の周囲の冷媒液Ｒｑが伝熱管３１内を流れる熱源温水ｈの熱で沸騰し冷媒蒸気Ｒｖｌが発生する構造となっている。伝熱管３１の露出した部分では、沸騰蒸発の際に発生する冷媒液飛沫がかかって液膜を形成し、この液膜は熱源温水ｈで加熱され、露出部でも冷媒蒸気Ｒｖｌが発生する。低温蒸発器ＥＬには、貯留された冷媒液Ｒｑの液位を検出する低温蒸発器液位検出器３４が配設されており、液位検出器３４の信号に応じて冷媒調節弁８１操作し、低温蒸発器ＥＬに導入する冷媒液Ｒｑの流量を調節することができるように構成されている。低温蒸発器ＥＬの伝熱管３１を流れる熱源温水ｈと、再生器Ｇの伝熱管１１を流れる熱源温水ｈとは同じ温水であり、伝熱管１１を流れた熱源温水ｈがその後伝熱管３１を流れるように、伝熱管１１の一端と伝熱管３１の一端とが配管で接続することもできる。

低温吸収器ＡＬと低温蒸発器ＥＬとは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成され、低温蒸発器ＥＬで発生した冷媒蒸気Ｒｖｌは、低温吸収器ＡＬへと缶胴内を移動することができる。

低温吸収器ＡＬは、伝熱管４１と、溶液散布装置４２を内部に有している。伝熱管４１の管内側には気液分離器４５から冷媒液Ｒｑが供給され、管外には溶液散布装置４２から散布された溶液Ｓｂが降りかかり、溶液Ｓｂが低温蒸発器ＥＬからの冷媒蒸気Ｒｖｌを吸収し、その際に生じる吸収熱により、伝熱管４１の内側を流れる冷媒液Ｒｑを加熱し、冷媒蒸気Ｒｖｈを生成する。すなわち、伝熱管４１の管内側は、冷媒蒸気Ｒｖｈを生成する高温蒸発器ＥＨを形成し、伝熱管４１の内面が高温蒸発器ＥＨの伝熱面となっている。低温吸収器ＡＬで散布された溶液Ｓｂは冷媒蒸気Ｒｖｌを吸収して濃度が低下し希溶液Ｓｗとなり、溶液配管７７を通し、吸収ヒートポンプ１の下部に配置されている低温溶液熱交換器ＨＬの加熱側、減圧器７８を経て、再生器Ｇへと導かれる。

本実施例では、低温吸収器ＡＬの出口部の液面は、溶液配管７７の内部で低温吸収器ＡＬ出口から低温溶液熱交換器ＨＬまでの間に形成され、その液面位置は溶液の流量と低温吸収器ＡＬと再生器Ｇの圧力差（溶液の液ヘッドで表すと１〜２ｍ程度である）によって変化する。低温吸収器ＡＬが再生器Ｇの上部にあり、低温溶液熱交換器ＨＬを再生器Ｇよりも下側に置くことにより、低温吸収器ＡＬの出口から再生器Ｇ入口の散布装置１２までの間が、大きな液面変動を許容する液シール管となり、低温蒸発器ＥＬの冷媒蒸気の吹き抜けを防止することができる。なお、減圧器７８はオリフィスであり、定格運転時の溶液量を規定するとともに液位を適当な位置に設定できるようにする役目をしている。

高温蒸発器ＥＨ（すなわち、加熱器４１の管内側）で加熱された冷媒Ｒは、冷媒気液分離器４５に導かれ、高温冷媒蒸気Ｒｖｈに含まれる冷媒液滴が分離され、蒸気配管８７を通して高温吸収器ＡＨへと導かれる。分離された冷媒液Ｒｑは、気液分離器４５の下部に貯留される。冷媒液ポンプＲＰから圧送され、冷媒液管８０を通して冷媒気液分離器４５に導入される冷媒液量は、冷媒気液分離器４５内の冷媒液位を検出する冷媒液位検出器４６の信号を基に冷媒調節弁８２で調節する。気液分離器４５の底部と高温蒸発器ＥＨ（伝熱管４１の内側）とは、下側に凸になったＵ字形の冷媒配管８３で接続され、気液分離器４５の冷媒液Ｒｑが高温蒸発器ＥＨに供給されるようになっている。伝熱管４１の内部で冷媒液Ｒｑが蒸気に変化して密度が大幅に減少、気液分離器４５の貯留部と伝熱管４１とで気泡ポンプとして機能し、冷媒液Ｒｑが循環する。なお、この気泡ポンプ機能の代わりに、気液分離器４５の貯留部から伝熱管４１への配管中に冷媒循環ポンプを持たせて、強制的に循環をさせてもよいし、両者を併設して運転状態で選択利用してもよい。以後の気泡ポンプ機能部も同様にポンプで置き換えあるいは併用が可能である。

高温吸収器ＡＨは、管内側に被加熱媒体Ｗが流れる伝熱管６１と、濃溶液Ｓａを散布する濃溶液散布装置６２を内部に有している。濃溶液散布装置６２から散布した濃溶液Ｓａは伝熱管６１に降りかかり、濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｒｖｈを吸収する際の吸収熱で伝熱管６１を流れる被加熱媒体Ｗを加熱する。高温吸収器ＡＨの下部には、散布された濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｒｖｈを吸収して濃度が低下した中間溶液Ｓｂとなり、貯留部６３に貯留される。伝熱管６１は、通常運転時に中間溶液Ｓｂに没入しないように、貯留部６３よりも上方に配設されている。貯留部６３には、貯留された中間溶液Ｓｂの液位を検出する高温吸収器液位検出器６４が配設されている。

被加熱媒体気液分離器６５は、高温吸収器ＡＨの伝熱管６１を流れて加熱された被加熱媒体Ｗを導入し、被加熱媒体蒸気Ｗｖと被加熱媒体液Ｗｑとを分離する機器である。気液分離器６５には、内部に貯留する被加熱媒体液Ｗｑの液位を検出する気液分離器液位検出器６６が設けられている。気液分離器６５の底部と高温吸収器ＡＨの伝熱管６１の一端とは、被加熱媒体液Ｗｑを伝熱管６１に導く被加熱媒体液管９２で接続されている。液管９２は下側に凸になったＵ字形の配管９２となっており、伝熱管６１の内部で被加熱媒体液Ｗｑが蒸気に変化して密度が大幅に減少することを利用し、気液分離器６５の貯留部と伝熱管６１とで気泡ポンプとして機能させて、冷媒を伝熱管６１と気液分離器６５の間を循環させている。伝熱管６１の出口側は被加熱媒体管９３で、気液分離器６５に接続されている。

また、気液分離器６５には、蒸気として系外に供給した被加熱媒体Ｗを補うため、被加熱媒体（補給水）補給水Ｗｑを系外から導入する被加熱媒体配管（補給水管）９０が接続されている。補給水管９０には、気液分離器６５に向けて補給水Ｗｑを圧送する補給水ポンプＷＰと、逆止弁９１と、補給水Ｗｑを熱源温水で予熱する補給水熱交換器ＨＷとが配設されている。補給水ポンプＷＰは、気液分離器液位検出器６６の信号により、気液分離器６５内の被加熱媒体液Ｗｑの液位に応じて発停制御あるいは回転速度制御されるように構成されている。また、気液分離器６５には、被加熱媒体蒸気Ｗｖを系外に供給する被加熱媒体蒸気供給管９４が上部（典型的には頂部）に接続されている。被加熱媒体蒸気供給管９４には、系外に供給する被加熱媒体蒸気Ｗｖの流量を調節することで気液分離器６５内の圧力を調節する圧力調節弁９５と、被加熱媒体蒸気Ｗｖの気液分離器６５内への逆流を防ぐ逆止弁９６とが配設されている。気液分離器６５には、内部の静圧を検出する気液分離器圧力センサ９７が設けられ、その検出信号で圧力調節弁９５の開度を調節することができるように構成されている。

次に吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルを前述と重複する部分もあるが説明する。再生器Ｇで、希溶液Ｓｗは、希溶液散布装置１２から散布される。希溶液散布装置１２から散布された希溶液Ｓｗは、伝熱管１１を流れる熱源温水ｈによって加熱され、散布された希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して濃溶液Ｓａとなり、再生器Ｇの下部に貯留される。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｒは再生器冷媒蒸気Ｒｖｇとして凝縮器Ｃへと移動する。再生器Ｇの下部に貯留された濃溶液Ｓａは、溶液ポンプＳＰにより、濃溶液管７０を介して高温吸収器ＡＨの溶液散布装置６２に圧送される。このとき、高温吸収器ＡＨの貯留部６３に貯留された中間溶液Ｓｂが所定の液位になるように、高温吸収器液位検出器６４の検出液位に応じて溶液ポンプＳＰの回転速度が調節され、高温吸収器ＡＨへ流入量が調整される。濃溶液管７０を流れる濃溶液Ｓａは、まず低温溶液熱交換器ＨＬで希溶液Ｓｗと熱交換して温度上昇し、さらに高温溶液熱交換器ＨＨで中間溶液Ｓｂと熱交換して温度上昇して高温吸収器ＡＨへと送り込まれる。

高温吸収器ＡＨで、溶液散布装置６２から散布され伝熱管６１に降りかかった濃溶液Ｓａは、高温冷媒蒸気Ｒｖｈを吸収し、濃度が低下して中間溶液Ｓｂとなり、貯留部６３に貯留される。貯留部６３内の中間溶液Ｓｂは、位置ヘッド及び蒸気圧力差により低温吸収器ＡＬに向かって溶液配管７１を通り、高温溶液熱交換器ＨＨで濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下し、減圧器としてのオリフィス７２を経て低温吸収器ＡＬに導入される。

中間溶液Ｓｂは、溶液散布装置４２から伝熱管４１に向けて散布され、低温蒸発器ＥＬから移動してきた冷媒蒸気Ｒｖｌを吸収し、その際に発生する吸収熱で伝熱管４１内すなわち高温蒸発器ＥＨを流れる冷媒液Ｒｑを加熱して冷媒蒸気Ｒｖｈとする。冷媒蒸気Ｒｖｌを吸収した中間溶液Ｓｂは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなり、低温吸収器ＡＬの下部出口部に集り、希溶液配管７７を通り、低温溶液熱交換器ＨＬで濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下し、減圧器としてのオリフィス７８を経て再生器Ｇの溶液散布装置１２に導かれる。

低温吸収器ＡＬから再生器Ｇに戻った希溶液Ｓｗは、再生器Ｇで加熱濃縮されて濃溶液Ｓａとなり、サイクルを一巡する。

制御装置１００は、吸収ヒートポンプ１の運転を制御する機器である。制御装置１００は、冷媒液ポンプＲＰ、溶液ポンプＳＰ、補給水ポンプＷＰなどとそれぞれ信号ケーブルで接続されており、これらの発停や回転速度の調節を行うことができるように構成されている。これまでの説明では高温吸収器液位検出器６４の出力を直接入力して制御されることとした溶液ポンプＳＰ、及び気液分離器液位検出器６６の出力を直接入力して制御されることとした補給水ポンプＷＰ等は、制御装置１００を介して（検出器の出力信号を一旦制御装置１００に入力して）制御されることとしてもよい。同様に、冷媒流量調節弁８１、８２と、対応する検出器との関係も制御装置１００を介して制御されることとしてもよい。

次に図２を参照して、上述の吸収ヒートポンプ１（図１参照）を構成する高温吸収器ＡＨおよび高温吸収器まわりの詳細を説明する。なお、被加熱媒体Ｗの循環は循環ポンプＷＰＸによって行うとして示している。また、高温吸収器ＡＨの場合、吸収器の伝熱管内の被加熱流体は、ヒートポンプにとって外部側の流体となる被加熱媒体Ｗである。高温吸収器ＡＨは、多数の伝熱管６１と溶液散布装置６２とが缶胴６０内に収納され、缶胴６０の外側で伝熱管６１の長手方向両端に流体室６７が設けられている。缶胴６０は、設置されたときに横長になるように形成されている。

伝熱管６１は、直線状に形成されており、軸が水平になるよう缶胴内に配置され、運転中、散布された溶液Ｓが管外面に薄い液膜とし流下する。伝熱管６１は、横長の缶胴６０の一端及びその反対側の他端に接合している。缶胴６０の、伝熱管６１が接合する面は、伝熱管６１を挿通することができる孔が形成された管板（チューブプレート）として形成されている。缶胴６０の両端の管板に接合した伝熱管６１は、内部が缶胴６０の内部と連通しないようになっている。換言すれば、伝熱管６１内を流れる被加熱媒体Ｗと、缶胴６０内に流出入する溶液Ｓ及び冷媒Ｒとが混合しないように構成されている。具体例を示すと、伝熱管６１は、缶胴６０の管板に形成された孔に拡管され固定されている。缶胴６０内に設けられる伝熱管６１のうち、鉛直方向最下部に配置される伝熱管６１は、その下方に中間溶液Ｓｂが貯留される部分（空間）が確保される位置に配置されている。このように構成されることで、定常運転時に伝熱管６１が溶液Ｓに没入することがなく、伝熱管６１の表面に濡れ広がった濃溶液Ｓａに冷媒蒸気Ｒｖｈが吸収されるようになるため、濃溶液Ｓａと冷媒蒸気Ｒｖｈとの接触面積を大きくできると共に、発生した吸収熱が伝熱管６１内を流れる被加熱媒体Ｗに速やかに伝わり、吸収能力の回復を早めることができる。他方、缶胴６０の最上部に配置される伝熱管６１は、その上方に溶液散布装置６２が設置できる空間が確保される位置に配置されている。

流体室６７は、枠材６７ｆとカバー材６７ｃから成り、各伝熱管６１の端部が接合している缶胴６０の両面（管板）に、伝熱管の端部を覆うように取り付けられている。枠材６７ｆ、カバー材６７ｃと缶胴６０の管板とに囲まれた空間が流体室６７となる。伝熱管端も流体室６７には、流体室６７をさらに複数に区画する仕切板６８が複数設けられている。すなわち、仕切板６８によって区画された流体室６７が複数設けられている。被加熱流体の入口となる流体室６７ｘは、最初に流体を導く伝熱管の一端に連通し、被加熱流体の出口となる流体室６７ｚは、最後に伝熱管群から流体を導出する伝熱管の一端に連通している。入口と出口を除く、中間の流体室６７ｙには、その流体室６７ｙに導入する被加熱媒体Ｗを流すｎ１本の伝熱管６１の一端と、その流体室６７から導出する被加熱媒体Ｗを流すｎ２本の伝熱管６１の一端とが連通し、典型的には、ｎ１≦ｎ２としている。被加熱媒体Ｗは、最上流に位置する入口流体室６７ｘからこれに連通する伝熱管６１を流れ、反対側の流体室６７ｙでこれに連通する導出側の伝熱管６１に流れの向きを反対にして流れ、さらに反対側の流体室６７ｙでこれに連通する次の伝熱管６１を再び流れの向きを変えて流れるというように、全体として蛇行する１つの流れとなって、高温吸収器ＡＨの伝熱管群内を通過し、最終的に流体室６７ｚから流出するように構成されている。

また、仕切板６８は、被加熱媒体Ｗが、各伝熱管６１及び流体室６７を全体として１つの流れとして下方から上方に向かうように流体室６７を区画して設置されている。被加熱媒体Ｗは徐々に加熱され蒸発して体積が増すので、通過する伝熱管６１の本数を増やしながら数回蛇行するように構成している。このように構成されていると、高温吸収器ＡＨ内に導入された被加熱媒体液Ｗｑが蒸発して体積が増加する際に、その体積の増加が妨げられることを抑制することができ、また、被加熱流体の流動による圧力損失を少なくすることができる。

なお、流体室６７ｙでは、流入側のｎ１本の伝熱管の流れを反転して流出側のｎ２本の伝熱管に導くのであるが、流出側の伝熱管６１は流入側の伝熱管よりも上にあり、流体室６７ｙ中に上昇流となる個所があり、その部分の流路断面積を、伝熱管本数をｎ１とｎ２の平均本数程度の流路断面積として、流体室の深さにすると、流速変化を滑らかに接続することができ、さらに流体室の内容積を少なくすることができる。従来出口付近の流体室の深さを基準として、流体室の深さを同一にしていたのに比べると、内容積を半減近くにでき、圧力変動時の蒸気容積の変化、二相流の逆流などを少なくすることができる。流体室は図２のように、各流体室ごとに深さが変化する。流体室カバー６７は垂直板で段階的に深くしてもよいし、斜めにしてもよい。

高温吸収器ＡＨから導出された湿り蒸気（被加熱媒体Ｗ）は、加熱後被加熱媒体管９３を介して気液分離器６５に流入する。気液分離器６５に流入した被加熱媒体Ｗは、湿り蒸気が被加熱媒体蒸気管９４に流入することを防ぐバッフル板６５ａに衝突して気液分離され、分離された被加熱媒体Ｗの液体である分離液体Ｗｑと、ほぼかわき度１．０に近い被加熱媒体蒸気Ｗｖとに分かれる。分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖは、吸収ヒートポンプ１の外の蒸気利用箇所に供給される。

次に図３（ａ）を参照して、上述の吸収ヒートポンプ１（図１参照）を構成する低温吸収器ＡＬおよび低温吸収器まわりの詳細を説明する。低温吸収器ＡＬの場合、吸収器の伝熱管内の被加熱流体は、冷媒Ｒである。なお、図１では低温吸収器ＡＬ（伝熱管４１）、低温蒸発器ＥＬ（伝熱管３１）、再生器Ｇ（伝熱管１１）、凝縮器Ｃ（伝熱管２１）は単胴型で構成され、同一缶胴内に設置されているが、図３では、低温吸収器ＡＬ部分を切り離して、缶胴内に低温吸収器だけが設けられているとして説明する。また、部材構成および機能が、高温吸収器と対応する部分が多いので、簡略化して説明する。

低温吸収器ＡＬは、多数の伝熱管４１と溶液散布装置４２とが缶胴４０内に収納され、缶胴４０の外側で伝熱管４１の長手方向両端に流体室４７が設けられている。伝熱管４１は、直線状に形成されており、軸が水平になるよう缶胴内に配置されている。運転中、溶液散布装置４２から中間溶液Ｓｂが伝熱管外面に散布され、薄い液膜とし流下しながら低温蒸発器からの冷媒蒸気Ｒｖｌを吸収し、その吸収熱で溶液Ｓｂは高温となる。伝熱管４１内側には、被加熱流体としての冷媒Ｒが流れ、管外の溶液Ｓｂによって加熱蒸発させられ、気液分離器４５で気液分離後配管８４経由で高温吸収器ＡＨに冷媒蒸気Ｒｖｈを供給し、この伝熱管４１の管内側はヒートポンプ１の高温蒸発器ＥＨを構成している。

伝熱管４１は、横長の缶胴４０の一端及びその反対側の他端に接合している。伝熱管４１が接合する面は、伝熱管４１を挿通することができる孔が形成された管板（チューブプレート）として形成されている。 流体室４７は、枠材４７ｆとカバー材４７ｃからなり、各伝熱管４１の端部が接合している缶胴４０の両側管板に、伝熱管４１の端部を覆うように取り付けられている。枠材４７ｆ、カバー材４７ｃと缶胴４０の管板とに囲まれた空間が流体室４７となる。缶胴両側の流体室４７には、流体室４７をさらに複数に区画する仕切板４８が複数設けられている。仕切板４８によって区画された各流体室４７には、その流体室４７に導入する被加熱流体である冷媒Ｒを流す伝熱管４１の一端と、その流体室４７から導出した冷媒Ｒを流す伝熱管４１の一端とが連通している。各伝熱管４１及び流体室４７を流れる被加熱流体である冷媒Ｒは、最上流に位置する最下部の流体室４７ｘから、最下流で最上部の流体室４７ｚへと、全体として蛇行する１つの流れとなって、中間の流体室４７ｙで反転しながら、低温吸収器ＡＬの伝熱管４１内を通過するように構成されている。

仕切板４８によって区画する各流体室は、冷媒Ｒが加熱され蒸発して徐々に体積が増すので、通過する伝熱管４１の本数を増やしながら数回蛇行するように構成する。また、流体室深さを入口から出口流体室に向かって、深くしていくことで、流体室の保有容積を少なくすることができ、冷媒蒸気Ｒｖｈの生成量の脈動を減らすことができる。

また、伝熱管の被加熱流体の落下を防止して伝熱管内に被加熱流体を保持する堰４９ａを、管板よりも突出した位置に設けた構造とすることもできる。仕切板で区画された流体室に被加熱流体である冷媒液Ｒｑが一時的に無くなって蒸気が充満した場合でも、伝熱管内に冷媒液Ｒｑが保持され、管外の溶液の吸収熱を常に冷媒Ｒに伝えることができ、温度変動あるいは蒸気発生量の変動を抑えることができる。図３（ａ）では、伝熱管４１の延長上に堰４９ａを設けているが、図３（ｂ）のように管板に取り付ける堰４９ｂとしてもよい。なお、被加熱流体を保持する堰は、図２で示した高温吸収器ＡＨの場合にも適用できる。

以上の説明では、二段昇温型吸収ヒートポンプで説明したが、単段昇温型の吸収器、三段昇温型の高温吸収器、中温吸収器、低温吸収器などにも適用できる。

１ 昇温型吸収ヒートポンプ
１１、２１、３１、４１、６１ 伝熱管
１２、１７、４２、６２ 溶液散布装置
１３、３３、４３、６３ 貯留部
３４、４４、６４ 液位検出器
４５、６５ 気液分離器
４６、６６ 分離器液位検出器
４７、４７ｘ、４７ｙ、４７ｚ 流体室
６７、６７ｘ、６７ｙ、６７ｚ 流体室
４７ｆ、６７ｆ 流体室枠
４７ｃ、６７ｃ 流体室カバー
４８，６８ 流体室仕切板
４９ａ、４９ｂ 被加熱流体保持堰
６９、９７ 圧力センサ
７０、７１、７７ 溶液配管
７２、７５ 減圧器（オリフィス）
８０、８３ 冷媒液配管
８１、８２ 冷媒調節弁
８７ 冷媒蒸気配管
９０、９２、９３、９４ 被加熱媒体配管
９５ 被加熱媒体蒸気弁
９１、９６ チェッキ弁
１００ 制御装置
ＡＨ 高温吸収器
ＡＬ 低温吸収器
Ｃ 凝縮器
ｃｗ 冷却水
ＥＨ 高温蒸発器
ＥＬ 低温蒸発器
Ｇ 再生器
ｈ 熱原水
ＨＬ、ＨＨ 溶液熱交換器
Ｒ 冷媒
ＲＰ 冷媒ポンプ
Ｒｑ 冷媒液
Ｒｖｇ、Ｒｖｈ、Ｒｖｌ 冷媒蒸気
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｗ 溶液
ＳＰ 溶液ポンプ
Ｗ、Ｗｖ、Ｗｑ 被加熱媒体
ＷＰ 補給水ポンプ

Claims (3)

1. 管内側に被加熱媒体を流し、管外に溶液を液膜状に流して冷媒蒸気を吸収させ、その際の吸収熱で管内の被加熱媒体を加熱蒸発させる複数の伝熱管を有する吸収器を備え；
   前記吸収器で、前記伝熱管は長手方向に水平で、断面方向には上下左右に複数本配置した伝熱管群であり；
   前記伝熱管群の長手方向両端には仕切板を有する流体室を設け；
   前記伝熱管群管内の被加熱媒体が、管群全体として下方から上方に向かって、仕切板で区画された流体室を反転部として、蛇行しながら流れるようにした；
   昇温型吸収ヒートポンプにおいて；
   前記流体室の仕切板で区画された反転部の深さに関し、上流よりも下流の深さを深くしたことを特徴とする昇温型吸収ヒートポンプ。
2. 伝熱管内の被加熱媒体の落下を防止して保持する堰を、管板から突出した位置に設けたことを特徴とする請求項１に記載の昇温型吸収ヒートポンプ。
3. 前記被加熱媒体の流れ方向の下流側ほど前記伝熱管の本数が多く配置されるように、前記仕切板で区画したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の昇温型吸収ヒートポンプ。

Images