JP2015025629A - 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高温の蒸気などを生成する昇温型吸収ヒートポンプにおいて、起動時に生じる気液分離器からの被加熱流体液の溢れ出しを防ぎ、起動から定常運転までの立ち上がり時間を短縮できる昇温型吸収ヒートポンプを提供する。【解決手段】気液分離器内の起動時の目標液位を、吸収器伝熱管群の高さ方向のほぼ中間位置とし、通常運転時の目標液位を起動時とは異なる液位とすることのできる気液分離器および液位制御装置を備える。【選択図】図１

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おいて、特に管内蒸発・管外吸収を行う伝熱管を有する吸収器と管内蒸発媒体の気液分離器との間の媒体循環の安定化と起動から定常運転までの立ち上がり時間の短縮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追加して、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。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。また、特許文献４には、単段昇温型吸収ヒートポンプにおける気液分離器が開示されている。

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、仕切板で区画された流体室はこれら左右への流れの反転部となっている。被加熱流体は下流に行くに従い、発生蒸気量が増えていくので、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している。

また、特許文献４では、管内蒸発を行う吸収器の伝熱管からの被加熱流体の気液分離を行う気液分離器の構造、気液分離器から吸収器の伝熱管への被加熱流体液の供給、循環などが説明されている。

特開２００６−２０７８８２号公報 特開２０１０−１６４２４８号公報 特開２０１０−４８５１９号公報 特開２０１０−４３８１９号公報

吸収熱で伝熱管内を流れる被加熱流体を加熱蒸発させる伝熱管を有する吸収ヒートポンプの吸収器では、ヒートポンプの通常運転時、被加熱流体は液体で入り、伝熱管外の溶液の冷媒蒸気吸収に伴う吸収熱で加熱されて蒸発、気液二相となり、下流に行くに従って管内の被加熱流体の蒸気量は増え、吸収器出口の気液分離器で気液が分離され、液は分離器に残されて、蒸気は系外（吸収器の外）に供給される。蒸気として流出した被加熱流体の補給は、気液分離器内の液体貯留部の液位を一定するように、系外（吸収器の外）から被加熱流体の液を供給して行っている。

図３は、特許文献４に開示されている昇温型吸収ヒートポンプである。吸収器からの被加熱流体を受入れる気液分離器の液位は、吸収器の伝熱管群よりも上にあり、起動時には伝熱管群内は被加熱流体の液で充満している。このため、起動後、蒸気発生と共に被加熱流体が膨張して、気液分離器に大量の液が流れ込み、気液分離できないで状態で液が蒸気系統に流出してしまう問題がある。液の流出防止をするためには、気液分離器を非常に大きくし、さらに、急激な蒸気発生を抑制し、ゆっくり立ち上げる必要がある。

また、多段昇温型吸収ヒートポンプにおける低温吸収器では、被加熱流体が冷媒液となるが、低温吸収器からの被加熱流体液の流出は、高温段吸収器の溶液側への冷媒液の流出であり、溶液を希釈してしまうため、さらに起動時間が長くなるという問題が生じる。

本発明は上述の課題に鑑み、起動時に生じる気液分離器からの被加熱流体液の流出を防ぎ、起動から定常運転までの立ち上がり時間を短縮できる昇温型吸収ヒートポンプを提供する。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明に係る吸収ヒートポンプ１は、例えば図１に示すように、伝熱管６１を伝熱管群として多数有する高温吸収器ＡＨでは、被加熱流体は吸収ヒートポンプの出力の高温熱を搬送する被加熱媒体Ｗであり、被加熱媒体Ｗを伝熱管６１の管内側に導入し、管群出口側に被加熱媒体Ｗの気液分離器６５を設け、気液分離器６５から系外に被加熱媒体蒸気Ｗｖを供給するとともに、液位制御装置で液位を目標位置に保つように系外から被加熱媒体液Ｗｑを補給し、液位制御の起動時の目標液面位置を、伝熱管群６１の高さ方向で中間付近（図１の気液分離器６５内の点線表示の液面）とし、通常運転時には別の位置（気液分離に適し、また被加熱媒体の循環に適した位置で、図1の気液分離器６５内の実線表示の液面）で運転できるような気液分離器６５としている。また、伝熱管４１を伝熱管群として有する低温吸収器ＡＬでは、被加熱流体である冷媒Ｒを伝熱管４１の管内側に導入し、管群出口側に冷媒の気液分離器４５を設け、分離した蒸気を高温吸収器ＡＨに供給すると共に、分離した液は伝熱管４１に再循環する。高温吸収器ＡＨに供給した蒸気に相当する冷媒液は、液位制御装置で液位を目標位置に保つようにして、凝縮器から補給する。起動時の液位制御装置の目標液位を伝熱管群４１の高さ方向で中間付近（図１の気液分離器４５内の点線表示の液面）とし、通常運転時には別の位置（気液分離に適し、また被加熱流体の循環に適した位置で、図1の気液分離器４５内の実線表示の液面）にして運転できるような気液分離器４５としている。

このようにすると、起動時には、伝熱管６１の管群内の半分程度の伝熱管内に液が充満した状態となり、ヒートポンプの起動と共に温度が上昇し蒸気も発生するので、管内側は気液二相状態になり、気液分離器６５に流入してくるが、気液分離器６５の蒸気出口は圧力センサ９７の信号で蒸気弁９５が閉止されているので、体積膨張は伝熱管群管内容積、伝熱管群両端の流体室および気液分離器の容積で制限され、圧力上昇となる。気液分離器６５には、大きな容積がありこの中では気液が上下に分離されて液が貯留部に溜まり、貯留部液密度と伝熱管内二相流体の密度差による気泡ポンプ作用が働き、貯留部から伝熱管内、気液分離器上部への自然循環が生じ、温度および圧力が上昇していく。気液分離器内の液位は、目標液位より高いため、被加熱媒体液Ｗｑは補給されない。所定の圧力にて気液分離器内の目標液位は変更されるが、実際の液位が目標液位よりも高いため、補給なしで自然循環する。目標圧力に達して、蒸気弁９５が操作され蒸気圧力を目標値に保ちながら、蒸気を外部に供給する。蒸気を外部に流出させることで、系内の被加熱媒体量が減少し、液位も徐々に下がり目標液位に近づくとともに、被加熱媒体循環ポンプＷＰＸを起動し、液位制御で被加熱媒体液Ｗｑの補給が始まる。

一方、低温吸収器ＡＬでは、起動時には、伝熱管４１の管群内の半分程度の伝熱管内に被加熱流体液である冷媒液Ｒｑ液が充満した状態となり、ヒートポンプの起動と共に温度が上昇し蒸気も発生するので、管内側は気液二相状態となり、気液分離器４５に流入してくる。気液分離器４５の蒸気出口は高温吸収器ＡＨの溶液側に連通し、冷媒蒸気Ｒｖｈが流出していく。従来の場合は、伝熱管群内に液が充満していて突沸のような状態で気液分離器４５に溢れ出してくるが、図１の実施例では、伝熱管群内の下流で気液二相流が発達し、気液分離器４５ではほとんどの液滴は分離される。気液分離器４５下部には液が貯留部に溜まり、気泡ポンプ作用で、貯留部から伝熱管内、気液分離器上部への自然循環が生じ、蒸気を高温吸収器ＡＨに供給しながら、温度および圧力が上昇していく。起動直後は、気液分離器４５内の液位が目標液位より高いため、冷媒液Ｒｑの補給はされないで循環しているが、液位が目標値以下になれば、液位制御により凝縮器Ｃから冷媒ポンプＲＰ、冷媒調節弁８２を介して冷媒液が供給される。なお、図１の実施例では、通常運転時の低温吸収器の管内冷媒の循環も気泡ポンプ作用で行っているので、伝熱管内を循環する冷媒液温によって液位制御の目標液位を温度上昇と共に高く変え、自然循環の循環量を増やせるようにしている。

請求項２に記載の発明に係る吸収ヒートポンプ１は、例えば図１の低温吸収器ＡＬで示すように、被加熱流体である冷媒Ｒの循環を気泡ポンプ作用による自然循環で行うようにした場合、目標液位の下限及び上限は設定するが、被加熱流体（冷媒Ｒ）の温度（温度センサ４７で検出）に比例して目標液位を高く設定している。被加熱流体と設定液位の関係の例を図２（ａ）に示す。なお、温度の代わりに圧力などを用いてもよい。

このようにすると、被加熱流体の温度上昇と共に、自然循環による循環流量を増すことができ、蒸気量増大時の圧力損失に打ち勝って循環させることができる。

請求項３および請求項４に記載の発明に係る吸収ヒートポンプ１は、例えば図１の高温吸収器ＡＨで示すように、通常運転時に被加熱流体である被加熱媒体Ｗの循環を循環ポンプＰＷＸで強制的に行う場合、循環ポンプＰＷＸと並列に、開閉弁ＶＷを設け、起動時には循環ポンプＰＷＸを停止して開閉弁ＶＷを開とし、気液分離器６５と伝熱管６１の管内側の被加熱媒体Ｗを気泡ポンプ作用により自然循環させ、被加熱媒体Ｗが所定の圧力（目標液位切替圧力）に達して後、目標液位を起動時の目標液位よりも下位の強制循環用目標液位とし、さらに被加熱媒体Ｗが所定の圧力（強制循環移行圧力）に達して後、被加熱媒体循環ポンプＷＰＸを運転すると共に、開閉弁ＶＷを閉止する。なお、目標液位切替圧力≦強制循環移行圧力＜通常運転圧力（定格運転圧力）の関係がある。圧力は圧力センサ９７で検出しているが、圧力の代わりに温度を用いてもよい。以上の制御動作の例を図２（ｂ）に示す。

このようにすると、通常運転で、被加熱流体を強制循環させているときには、気液分離器６５内の気液分離の空間が大きくなり、気液分離効果が増すことになる。

本発明のヒートポンプによれば、気液分離器を極端に大きくすることなく、気液分離器からの被加熱流体の液の溢れ出しを防ぎ、ヒートポンプの起動時間を短縮することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１の模式的系統図である。 図１の目標液位と被加熱流体の状態値（温度あるいは圧力など）の関係の例を示す図である。 従来の吸収ヒートポンプの吸収器まわりの模式的系統図である。

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、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。

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を操作し、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、定格運転時の溶液流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８４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、気液分離器４５と伝熱管４１を循環する冷媒Ｒの温度を温度センサ４７で検出し、この温度で図２（ａ）のように液位制御の目標値を変化させ、冷媒液位検出器４６の信号を基に冷媒調節弁８２で調節している。起動時の温度の低い時は、伝熱管４１の管内側を冷媒の気液二相で流し、起動時の急激な温度変化時に突沸などがあったとしても、気液分離器への影響を伝熱管４１の下流側で緩和し、気液分離機能を確保している。温度上昇と共に、循環能力を高めるため、気液分離器内の液位を高くしている。なお、図２（ａ）の目標液位％は、伝熱管４１の管群の最下位の伝熱管位置を０％とし、最上位を１００％としている。図２（ｂ）は伝熱管６１を基準とし、マイナス値は、伝熱管より下であることを意味する。

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は下側に凸になっており、配管中に被加熱媒体循環ポンプＷＰＸと開閉弁ＶＷが並列に設けられ、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。起動時には、循環ポンプＷＰＸは停止し、開閉弁ＶＷを開として、気泡ポンプ作用による自然循環とし、液位の目標値を図２（ｂ）のように設定して、伝熱管６１が液で充満されるのを防ぎ、起動時の急変時に伝熱管６１の管内側から、液が噴き出すのを避けでいる。目標値変更は圧力センサ９７の信号を基に行い、さらにこの信号で、循環ポンプＷＰＸの起動と開閉弁ＶＷの閉止を行っている。開閉弁ＶＷは、逆止弁で代用することもできる。強制循環としていることから、通常運転時の気液分離器内の液位が伝熱管６１よりも下になっても被加熱媒体Ｗを循環することができ、気液分離器の高さが高温吸収器よりも高く突出するのが避けられている。なお、強制循環をやめ、低温吸収器の場合と同じように、気泡ポンプ作用だけで循環することは可能である。

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）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、被加熱媒体循環ポンプＷＰＸ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とした補給水ポンプＷＰ、圧力センサ９７からの出力を直接入力して制御されるとした被加熱媒体循環ポンプＷＰＸ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及び、その他の検出器と操作器の関係も制御装置１００を介して制御されることとしてもよい。

以上の説明では、圧力センサ９７、温度センサ４７など直接物理量を検出して、液位制御の目標液位の変更に用いているが、別のセンサの検出値から推定した物理量を基にしてもよい。例えば、高温吸収器の圧力センサ６９の検出値を基に、気液分離器４５の温度（圧力センサ６９による圧力に対する飽和温度となる）を算出して、温度センサ４７の代わりとするなどである。

以上の説明で、気液分離器４５、６５は、分離器内に被加熱流体の貯留部を設けているが、分離器の下部に貯留タンクを設けるなど分割しても差し支えない

以上の説明では、二段昇温型吸収ヒートポンプとしたが、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、被加熱流体の循環方式は、気泡ポンプ方式だけでも良いし、強制循環ポンプを採用する方式でも良い。なお、図２では、低温吸収器の温度対応の例と、高温吸収器の圧力対応の例を示しているが、適用する吸収器のそれぞれの温度あるいは圧力に対応させる必要がある。

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
４８ 温度センサ
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
８４ 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、逆止弁
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
ＶＷ 被加熱媒体開閉弁
Ｗ、Ｗｖ、Ｗｑ 被加熱媒体
ＷＰ 補給水ポンプ
ＷＰＸ 被加熱媒体循環ポンプ

Claims (4)

1. 伝熱管内に被加熱流体を導入し、伝熱管外で溶液に冷媒蒸気を吸収させ、その吸収熱で前記伝熱管内の被加熱流体を加熱蒸発させる伝熱管を複数本有する吸収器部と；
   前記伝熱管内で発生した蒸気を含む前記被加熱流体を被加熱流体受入口で受入れ、上部に被加熱流体蒸気を系外に供給する流出口を有し、下部に被加熱流体液を前記吸収器部伝熱管内に供給する被加熱流体液流出口及び系外から補給される被加熱流体を受入れる流入口を有する気液分離器と；
   前記気液分離器の被加熱流体液の流出口と前記伝熱管の一端の管内側とを下に凸の配管で結ぶと共に、前記伝熱管の他端の管内側と前記気液分離器の被加熱流体受入口とを配管で結んで、前記気液分離器と前記伝熱管との間に形成した被加熱流体循環経路と；
   前記気液分離器の液位を検出する液位検出器と；
   前記気液分離器の液位が目標液位になるように、前記液位検出器の信号を基に、前記気液分離器に補給する被加熱流体の流量を調節し、その際の目標液位を、被加熱流体の温度あるいは温度に対応する物理量を基に変化させるようにした液位制御装置とを備え；
   起動時の前記気液分離器の目標液位の位置が、前記吸収器部の伝熱管群（前記複数本の伝熱管）の高さ方向の中間位置付近になるように、前記気液分離器を設置したことを特徴とする昇温型吸収ヒートポンプ。
2. 前記被加熱流体循環経路で、被加熱流体を自然循環させる場合に、前記気液分離器の目標液位を、被加熱流体の温度または温度相当値で、高温になるに従い高位に変化させる液位制御装置であること；
   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. 前記被加熱流体循環経路内の気液分離器の被加熱流体液流出口と伝熱管の一端を結ぶ下に凸の前記配管部に、被加熱流体循環ポンプとこれに並列の開閉弁を設け、自然循環と強制循環ができるようにしたこと；
   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。
4. ヒートポンプ起動時には、前記被加熱流体循環ポンプを停止、前記開閉弁を開として、前記被加熱流体循環経路で被加熱流体を自然循環させ；
   被加熱流体の温度または圧力が所定値に上昇して、前記気液分離器の目標液位を低位に変化させ；
   さらに被加熱流体の温度または圧力が所定値に上昇して、前記被加熱流体循環ポンプを運転、前記開閉弁を閉とする；
   液位制御装置にしたことを特徴とする請求項３に記載の昇温型吸収ヒートポンプ。

Images