JP2017053610A

JP2017053610A - 吸収ヒートポンプシステム

Info

Publication number: JP2017053610A
Application number: JP2015179976A
Authority: JP
Inventors: 内村　知行; Tomoyuki Uchimura; 知行内村; 青山　淳; Atsushi Aoyama; 淳青山
Original assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Current assignee: Ebara Refrigeration Equipment and Systems Co Ltd
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】比較的温度が低い熱源の熱をも有効利用することができる吸収ヒートポンプシステムを提供する。【解決手段】吸収ヒートポンプシステム１は、冷媒加熱流体で冷媒の液Ｖｆを加熱して冷媒の蒸気Ｖｅを生成する蒸発器２０と、吸収液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖａを吸収した際に生じた吸収熱で高圧吸収被加熱流体流路１１Ｈを流れる流体Ｆを加熱する高圧吸収器１０Ｈと、吸収熱で低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌを流れる流体Ｖｆを加熱する低圧吸収器１０Ｌと、吸収液Ｓｗの濃度を上昇させる再生器３０と、冷媒の蒸気Ｖｇを凝縮させた際に生じた凝縮熱で凝縮被加熱流体流路４１を流れる流体Ｆを加熱する凝縮器４０と、凝縮器４０で凝縮された冷媒の液Ｖｆを、少なくとも低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌに導く低圧吸収冷媒流路４５と、低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌで加熱された冷媒の一部又は全部を気化させて高圧吸収器１０Ｈに導く高圧吸収冷媒流路８０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は吸収ヒートポンプシステムに関し、特に比較的温度が低い熱源の熱をも有効利用することができる吸収ヒートポンプシステムに関する。

低温熱源から高温熱源へ熱を移動させる熱源機械として、吸収ヒートポンプがある。吸収ヒートポンプは、冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を吸収液で吸収させる吸収器、吸収液から冷媒を離脱させる再生器、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器を主要構成として備えている。増熱型の吸収ヒートポンプでは、蒸発器に導入された低温熱源から熱を汲み上げて、吸収器において吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱及び凝縮器において冷媒蒸気が凝縮する際に発生する凝縮熱で被加熱媒体を加熱する。蒸発器に導入する低温熱源流体として、河川水、下水等を利用することが公知である（例えば、特許文献１参照。）。

特開平４−７３５５５号公報

これまでの吸収ヒートポンプにおいて利用可能な低温熱源流体の温度は２０〜３０℃であり、この温度よりも低い、例えば冬季に５〜１０℃で取り出されるといわれる地中熱を低温熱源とするのは困難であった。

本発明は上述の課題に鑑み、比較的温度が低い熱源の熱をも有効利用することができる吸収ヒートポンプシステム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システムは、例えば図１に示すように、冷媒加熱流体Ｑを流す冷媒加熱流体流路２１を有し、冷媒加熱流体Ｑが保有する熱で冷媒の液Ｖｆを加熱し蒸発させて冷媒の蒸気Ｖｅを生成する蒸発器２０と；高圧吸収被加熱流体流路１１Ｈを有し、吸収液Ｓａが冷媒の蒸気Ｖａを吸収した際に生じた吸収熱で高圧吸収被加熱流体流路１１Ｈを流れる流体Ｆを加熱する高圧吸収器１０Ｈと；低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌを有すると共に、高圧吸収器１０Ｈにおいて冷媒の蒸気Ｖａを吸収した吸収液Ｓｂを導入し、導入した吸収液Ｓｂが冷媒の蒸気Ｖｅを吸収した際に生じた吸収熱で低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌを流れる流体Ｖｆを加熱する低圧吸収器１０Ｌと；低圧吸収器１０Ｌにおいて冷媒の蒸気Ｖｅを吸収した吸収液Ｓｗを直接又は間接的に導入し加熱して、吸収液Ｓｗから冷媒Ｖｇを離脱させて吸収液Ｓｗの濃度を上昇させる再生器３０と；凝縮被加熱流体流路４１を有すると共に、再生器３０において吸収液Ｓｗから離脱した冷媒の蒸気Ｖｇを導入し、導入した冷媒の蒸気Ｖｇを凝縮させた際に生じた凝縮熱で凝縮被加熱流体流路４１を流れる流体Ｆを加熱する凝縮器４０と；凝縮器４０で凝縮された冷媒の液Ｖｆを、少なくとも低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌに導く低圧吸収冷媒流路４５と；低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌで加熱された冷媒の一部又は全部を気化させて高圧吸収器１０Ｈに導く高圧吸収冷媒流路８０とを備える。

このように構成すると、比較的温度が低い熱源を導入して被加熱流体の温度を上昇させることができ、比較的温度が低い熱源の熱を有効利用することができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプシステム１において、低圧吸収冷媒流路４５に設けられ、低圧吸収冷媒流路４５を流れる冷媒の液Ｖｆを減圧する低圧減圧手段４５ｒと；高圧吸収冷媒流路８０に設けられ、低圧吸収被加熱流体流路１１Ｌで加熱された冷媒を冷媒の蒸気Ｖａと冷媒の液Ｖｆとに分離する冷媒気液分離器８１と；冷媒気液分離器８１で分離された冷媒の液Ｖｆを蒸発器２０に導く分離冷媒液流路８５と；分離冷媒液流路８５に設けられ、分離冷媒液流路８５を流れる冷媒の液Ｖｆを減圧する分離減圧手段８５ｒとを備える。

このように構成すると、冷媒の蒸気を発生しやすくすることができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様又は第２の態様に係る吸収ヒートポンプシステム１において、低圧吸収器１０Ｌにおいて冷媒の蒸気Ｖｅを吸収した吸収液Ｓｗを再生器３０に導く希溶液流路１５と；再生器３０において濃度が上昇した吸収液Ｓａを高圧吸収器１０Ｈに導く高圧吸収液流路３５と；高圧吸収器１０Ｈにおいて冷媒の蒸気Ｖａを吸収した吸収液Ｓｂを低圧吸収器１０Ｌに導く低圧吸収液流路１９と；希溶液流路１５を流れる希溶液Ｓｗと、低圧吸収液流路１９を流れる吸収液Ｓｂと、の間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器５１と；低温溶液熱交換器５１を流れた後に希溶液流路１５を流れる希溶液Ｓｗと、高圧吸収液流路３５を流れる吸収液Ｓａと、の間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器５２とを備える。

このように構成すると、吸収液が保有する熱を有効利用することができる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つの態様に係る吸収ヒートポンプシステム１において、高圧吸収被加熱流体流路１１Ｈ及び凝縮被加熱流体流路４１の少なくとも一方に流体Ｆを導く昇温流体流路１７、１８と；高圧吸収被加熱流体流路１１Ｈ又は凝縮被加熱流体流路４１から流出した流体Ｆの温度と相関を有する物理量を検知する昇温流体温度検知手段９４とを備え；昇温流体温度検知手段９４で検知された値に応じて再生器３０における吸収液Ｓｗの加熱量を増減するように構成されている。

このように構成すると、凝縮被加熱流体流路から流出する流体の温度を調節することができる。

また、本発明の第５の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１つの態様に係る吸収ヒートポンプシステム１において、冷媒加熱流体流路２１から流出した冷媒加熱流体Ｑの温度と相関を有する物理量を検知する冷媒加熱流体温度検知手段９６と；凝縮器４０の冷媒の液Ｖｆを直接又は間接的に再生器３０に導く冷媒液バイパス流路４６であって、流路を開閉する開閉弁４７を有する冷媒液バイパス流路４６とを備え；冷媒加熱流体温度検知手段９６で検知された値に応じて開閉弁４７の開度を増減するように構成されている。

このように構成すると、開閉弁を開けることによって、再生器において吸収液の加熱に利用された熱を凝縮器に移動させることができ、冷媒加熱流体を介して採取する熱量を抑制することができる。

また、本発明の第６の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図４に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つの態様に係る吸収ヒートポンプシステムにおいて、冷媒加熱流体流路２１に供給される冷媒加熱流体Ｑと、外部の排熱源Ｘ４とを熱交換させる熱源排熱回収熱交換器５３を備える。

このように構成すると、系内で最も温度が低い冷媒加熱流体において排熱を回収することとなり、熱回収がしやすく、より多くの排熱を回収することができる。

また、本発明の第７の態様に係る吸収ヒートポンプシステムは、例えば図３に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第６の態様のいずれか１つの態様に係る吸収ヒートポンプシステム１Ａにおいて、冷媒の液Ｖｆと外部の排熱源Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３とを熱交換させる冷媒液排熱回収熱交換器５５、５６、５８を備える。

このように構成すると、比較的温度が低い排熱を回収することができ、省エネルギーを図ることができる。

本発明によれば、比較的温度が低い熱源を導入して被加熱流体の温度を上昇させることができ、比較的温度が低い熱源の熱を有効利用することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプシステム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システムにおける吸収液のデューリング線図である。本発明の実施の形態の第１の変形例に係る吸収ヒートポンプシステムの模式的系統図である。本発明の実施の形態の第２の変形例に係る吸収ヒートポンプシステムの蒸発器まわりの部分系統図である。

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、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システム１を説明する。図１は、吸収ヒートポンプシステム１の模式的系統図である。吸収ヒートポンプシステム１は、高圧吸収器１０Ｈと、低圧吸収器１０Ｌと、蒸発器２０と、再生器３０と、凝縮器４０と、冷媒液管４５と、高圧吸収冷媒流路８０とを備えている。

高圧吸収器１０Ｈは、被加熱流体Ｆを流す高圧吸収被加熱流体流路としての高圧吸収器伝熱管１１Ｈを内部に有している。本実施の形態では、高圧吸収器伝熱管１１Ｈを流れる被加熱流体Ｆを、特に吸収被加熱流体Ｆａということとする。高圧吸収器１０Ｈには、冷媒の蒸気である高圧冷媒蒸気Ｖａを導入する高圧冷媒蒸気管８９と、濃溶液Ｓａを導入する濃溶液管３５と、中間濃度溶液Ｓｂを低圧吸収器１０Ｌに導く低圧吸収液流路としての中間濃度溶液管１９とが接続されている。濃溶液Ｓａは比較的濃度が高い吸収液であり、中間濃度溶液Ｓｂは濃溶液Ｓａよりも濃度が低い吸収液である。本実施の形態では、冷媒として水（Ｈ_２Ｏ）が、吸収液としてＬｉＢｒ水溶液が用いられている。高圧吸収器１０Ｈに導入された高圧冷媒蒸気Ｖａ及び濃溶液Ｓａは、高圧吸収器伝熱管１１Ｈの外側に存在することとなる。高圧吸収器１０Ｈは、導入した濃溶液Ｓａが高圧冷媒蒸気Ｖａを吸収する際に吸収熱を発生させ、この吸収熱を、高圧吸収器伝熱管１１Ｈを流れる吸収被加熱流体Ｆａが受熱して、吸収被加熱流体Ｆａが加熱されるように構成されている。高圧吸収器１０Ｈに導入される濃溶液Ｓａは、高圧吸収器伝熱管１１Ｈの外表面に濡れ広がるように、スプレーノズル（不図示）を用いて散布してもよい。

低圧吸収器１０Ｌは、凝縮器４０において生成された冷媒液Ｖｆを流す低圧吸収被加熱流体流路としての低圧吸収器伝熱管１１Ｌを内部に有している。低圧吸収器１０Ｌには、蒸発器２０で生成された冷媒の蒸気である蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを導入する蒸発冷媒蒸気管２９と、中間濃度溶液Ｓｂを導入する中間濃度溶液管１９と、中間濃度溶液Ｓｂよりも濃度が低い希溶液Ｓｗを再生器３０に導く希溶液流路としての希溶液管１５とが接続されている。希溶液管１５には、希溶液Ｓｗを圧送する溶液ポンプ１６が配設されている。希溶液管１５及び中間濃度溶液管１９には、希溶液Ｓｗと中間濃度溶液Ｓｂとの間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器５１が配設されている。低圧吸収器１０Ｌに導入された蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ及び中間濃度溶液Ｓｂは、低圧吸収器伝熱管１１Ｌの外側に存在することとなる。低圧吸収器１０Ｌは、導入した中間濃度溶液Ｓｂが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱を発生させ、この吸収熱を、低圧吸収器伝熱管１１Ｌを流れる冷媒液Ｖｆが受熱して、冷媒液Ｖｆが加熱されるように構成されている。低圧吸収器１０Ｌに導入される中間濃度溶液Ｓｂも、低圧吸収器伝熱管１１Ｌの外表面に濡れ広がるように、スプレーノズル（不図示）を用いて散布してもよい。

蒸発器２０は、冷媒加熱流体流路としての蒸発器加熱管２１を内部に有している。蒸発器２０には、蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを低圧吸収器１０Ｌに供給する蒸発冷媒蒸気管２９と、冷媒液Ｖｆを導入する分離冷媒液流路としての分離冷媒液管８５とが接続されている。蒸発器２０近傍の分離冷媒液管８５には、内部を流れる冷媒液Ｖｆを減圧する分離減圧手段としての減圧器８５ｒが配設されている。減圧器８５ｒとしては、開度調節した弁やオリフィスを用いることができる。蒸発器２０に導入された冷媒液Ｖｆは、蒸発器加熱管２１の外側に存在することとなる。蒸発器２０は、導入した冷媒液Ｖｆが、蒸発器加熱管２１を流れる低温熱源水Ｑに加熱されて蒸発することで、蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが生成されるように構成されている。

低温熱源水Ｑは、本実施の形態では、熱源水循環部６７によって、蒸発器加熱管２１と地中Ｇに設けられた地中熱交換器６１との間を循環されることで、温度が調節されるように構成されている。地中熱交換器６１は、地中Ｇと低温熱源水Ｑとの間で熱交換を行わせる機器である。地中熱交換器６１は、本実施の形態では、地中Ｇを鉛直方向に掘削し、掘削した孔にＵチューブ６２を挿入し、Ｕチューブ６２が挿入された掘削孔を埋め戻して構成される、いわゆるボアホール方式となっている。地中Ｇは、地表から概ね１０ｍよりも深い部分の温度が１年を通じて安定している。したがって、掘削孔は、Ｕチューブ６２が１０ｍよりも深い部分まで達するように、１０ｍよりも深くなっており、２０ｍ、３０ｍの深さとしてもよく、５０ｍ〜１００ｍ程度の深さとしてもよい。Ｕチューブ６２には、低温熱源水Ｑが流れるようになっている。１つの掘削孔には、典型的には１対又は２対のＵチューブ６２が挿入される。地中熱交換器６１は、地中Ｇと低温熱源水Ｑとの交換熱量に応じて、Ｕチューブ６２が挿入された掘削孔を複数設け、各掘削孔に挿入されたＵチューブ６２を並列に接続した構成にしてもよい。

熱源水循環部６７は、熱源水往管６５と、熱源水ポンプ６６と、熱源水還管６４とを有している。熱源水往管６５は、一方が地中熱交換器６１のＵチューブ６２の一端と接続され、他方が蒸発器２０の蒸発器加熱管２１と接続されている。熱源水往管６５は、地中熱交換器６１で地中Ｇと熱交換した低温熱源水Ｑを、蒸発器加熱管２１に導く配管である。熱源水還管６４は、一方が蒸発器加熱管２１に接続され、他方がＵチューブ６２の他端と接続されている。熱源水還管６４は、低温熱源水Ｑを、蒸発器加熱管２１から地中熱交換器６１に導く配管である。熱源水還管６４には、蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度を検知する冷媒加熱流体温度検知手段としての低温熱源水温度計９６が設けられている。地中熱交換器６１のＵチューブ６２、熱源水往管６５、蒸発器２０の蒸発器加熱管２１、熱源水還管６４がこの順で接続されて形成される低温熱源水Ｑの流路は、密閉流路となっている。密閉流路内の低温熱源水Ｑを流動させる熱源水ポンプ６６は、熱源水往管６５に配設されている。熱源水循環部６７を構成する熱源水往管６５、熱源水ポンプ６６、熱源水還管６４が介在することによって、低温熱源水Ｑを、地中熱交換器６１と蒸発器２０との間で循環させることができる。

再生器３０は、本実施の形態では、加熱源としての駆動熱源流体Ｐを流す再生器加熱管３１を内部に有している。再生器３０には、希溶液Ｓｗを導入する希溶液管１５と、濃溶液Ｓａを高圧吸収器１０Ｈに導く高圧吸収液流路としての濃溶液管３５と、再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給する再生冷媒蒸気管３９とが接続されている。希溶液管１５及び濃溶液管３５には、希溶液Ｓｗと濃溶液Ｓａとの間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器５２が配設されている。再生器３０に導入された希溶液Ｓｗは、再生器加熱管３１の外側に存在することとなる。再生器３０は、導入した希溶液Ｓｗが再生器加熱管３１を流れる駆動熱源流体Ｐに加熱されることで、希溶液Ｓｗ中の冷媒が離脱して、濃溶液Ｓａとなり、離脱した冷媒は再生器冷媒蒸気Ｖｇとなるように構成されている。再生器加熱管３１の一端には、駆動熱源流体Ｐを導入する駆動熱源流体導入管３７が接続されており、再生器加熱管３１の他端には、駆動熱源流体Ｐを流出する駆動熱源流体流出管３８が接続されている。駆動熱源流体流出管３８には、再生器加熱管３１内を流れる駆動熱源流体Ｐの流量を調節する駆動熱源弁３８ｖが配設されている。

凝縮器４０は、被加熱流体Ｆを流す凝縮被加熱流体流路としての凝縮器伝熱管４１を内部に有している。本実施の形態では、凝縮器伝熱管４１を流れる被加熱流体Ｆを、特に凝縮被加熱流体Ｆｃということとする。凝縮器４０には、再生器３０で生成された再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入する再生冷媒蒸気管３９が接続されている。凝縮器４０に導入された再生器冷媒蒸気Ｖｇは、凝縮器伝熱管４１の外側に存在することとなる。また、凝縮器４０には、冷媒液Ｖｆを流す冷媒液管４５の一端が接続されている。冷媒液管４５は、その他端が、凝縮器４０で生成された冷媒液Ｖｆが低圧吸収器１０Ｌの低圧吸収器伝熱管１１Ｌに供給されるように、低圧吸収器伝熱管１１Ｌに接続されており、低圧吸収冷媒流路に相当する。低圧吸収器１０Ｌ近傍の冷媒液管４５には、内部を流れる冷媒液Ｖｆを減圧する低圧減圧手段としての減圧器４５ｒが配設されている。減圧器４５ｒとしては、開度調節した弁やオリフィスを用いることができる。凝縮器４０は、導入した再生器冷媒蒸気Ｖｇが、凝縮器伝熱管４１を流れる凝縮被加熱流体Ｆｃに冷却されて凝縮して冷媒液Ｖｆとなる一方で、凝縮器伝熱管４１を流れる凝縮被加熱流体Ｆｃが、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮する際の凝縮熱によって加熱されるように構成されている。

本実施の形態では、高圧吸収器伝熱管１１Ｈの一端と凝縮器伝熱管４１の一端とが被加熱流体搬送管１８で接続されており、高圧吸収器伝熱管１１Ｈを流れた被加熱流体Ｆが凝縮器伝熱管４１を流れるように構成されている。高圧吸収器伝熱管１１Ｈの他端には、被加熱流体Ｆを高圧吸収器伝熱管１１Ｈに導入する被加熱流体導入管１７が接続されている。被加熱流体導入管１７及び被加熱流体搬送管１８は、昇温流体流路に相当する。凝縮器伝熱管４１の他端には、被加熱流体Ｆを流出する被加熱流体流出管４８が接続されている。被加熱流体流出管４８には、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度を検知する昇温流体温度検知手段としての被加熱流体温度計９４が設けられている。また、本実施の形態では、冷媒液管４５と再生器３０とが、冷媒液バイパス流路としての冷媒バイパス管４６で接続されており、凝縮器４０の冷媒液Ｖｆを直接（他の機器を経由せずに）再生器３０に導くことができるように構成されている。冷媒バイパス管４６には、開閉弁としての冷媒バイパス弁４７が配設されており、冷媒バイパス管４６内に冷媒液Ｖｆを流すか否かを切り替えることができるように構成されている。

高圧吸収冷媒流路８０は、冷媒気液分離器８１と、二相冷媒管８８と、高圧冷媒蒸気管８９とを含んでいる。冷媒気液分離器８１は、冷媒液Ｖｆが低圧吸収器伝熱管１１Ｌで加熱されて冷媒の液と蒸気との二相流となったものを導入し、冷媒の蒸気である高圧冷媒蒸気Ｖａと、冷媒液Ｖｆとに分離するものである。二相冷媒管８８は、低圧吸収器伝熱管１１Ｌで加熱された冷媒の液と蒸気との二相流を冷媒気液分離器８１に導く流路である。高圧冷媒蒸気管８９は、冷媒気液分離器８１で分離された高圧冷媒蒸気Ｖａを高圧吸収器１０Ｈに導く流路である。また、冷媒気液分離器８１の冷媒液Ｖｆが貯留される部分には、冷媒気液分離器８１で分離された冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に導く分離冷媒液管８５が接続されている。

被加熱流体温度計９４及び低温熱源水温度計９６は、それぞれ、制御装置９９と信号ケーブルで接続されており、被加熱流体温度計９４で検知した温度及び低温熱源水温度計９６で検知した温度を、それぞれ信号として制御装置９９に送信することができるように構成されている。また、制御装置９９は、駆動熱源弁３８ｖ及び冷媒バイパス弁４７と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、駆動熱源弁３８ｖ及び冷媒バイパス弁４７の開度を個別に調節することができるように構成されている。

引き続き図２を図１と併せて参照して、吸収ヒートポンプシステム１の作用を説明する。図２は、吸収ヒートポンプシステム１の吸収液のデューリング線図である。図２のデューリング線図は、縦軸に冷媒（本実施の形態では水）の露点温度を、横軸に吸収液（本実施の形態ではＬｉＢｒ水溶液）の温度をとっている。右上がりの線は吸収液の等濃度線を表し、右に行くほど高濃度、左に行くほど低濃度となる。なお、縦軸が示す露点温度は飽和圧力と対応関係にあるため、冷媒の蒸気が飽和蒸気である本実施の形態のヒートポンプサイクルでは、縦軸は主要構成部材１０Ｈ、１０Ｌ、２０、３０、４０の内部圧力を表していると見ることもできる。

吸収ヒートポンプシステム１は、熱源水ポンプ６６の作動により、低温熱源水Ｑが熱源水往管６５及び熱源水還管６４を介して、地中熱交換器６１と蒸発器２０の蒸発器加熱管２１との間を循環する。地中熱交換器６１と蒸発器加熱管２１との間を循環する低温熱源水Ｑは、蒸発器２０内で冷媒液Ｖｆを加熱することで自身は温度が低下し、その後地中熱交換器６１で地中Ｇと熱交換することで温度が上昇する。蒸発器２０では、冷媒気液分離器８１から供給されてきた冷媒液Ｖｆが、蒸発器加熱管２１内を流れる低温熱源水Ｑによって加熱され、蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなる。蒸発器２０に流入する冷媒液Ｖｆは、蒸発器２０に流入する前に減圧器８５ｒを通過して減圧されているので、蒸発器２０において蒸発器冷媒蒸気Ｖｅになりやすい。蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅは、蒸発冷媒蒸気管２９を介して低圧吸収器１０Ｌへと移動する。

低圧吸収器１０Ｌでは、高圧吸収器１０Ｈから供給されてきた中間濃度溶液Ｓｂが、蒸発器２０から移動してきた蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する。蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した中間濃度溶液Ｓｂは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる（１０Ｌａ〜１０Ｌｂ）。他方、低圧吸収器伝熱管１１Ｌの内部には、凝縮器４０から供給されてきた冷媒液Ｖｆが流入する。低圧吸収器伝熱管１１Ｌに流入する冷媒液Ｖｆは、低圧吸収器伝熱管１１Ｌに流入する前に減圧器４５ｒを通過して減圧されているので、気化しやすい状態になっている。低圧吸収器１０Ｌでは、中間濃度溶液Ｓｂが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、低圧吸収器伝熱管１１Ｌを流れる冷媒液Ｖｆが加熱される。低圧吸収器１０Ｌで加熱された冷媒液Ｖｆは、冷媒気液分離器８１に向けて二相冷媒管８８を流れる。中間濃度溶液Ｓｂが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収したことに伴って生じた希溶液Ｓｗは、溶液ポンプ１６の作動により再生器３０に向かって希溶液管３５を流れる。

低圧吸収器伝熱管１１Ｌを流れて加熱された冷媒液Ｖｆは、気液二相流で二相冷媒管８８を流れ、冷媒気液分離器８１に流入する。冷媒気液分離器８１に流入した冷媒の気液二相流は、高圧冷媒蒸気Ｖａと冷媒液Ｖｆとに分離される。冷媒気液分離器８１において分離された高圧冷媒蒸気Ｖａは、高圧冷媒蒸気管８９を流れて高圧吸収器１０Ｈに流入する。冷媒気液分離器８１において分離された冷媒液Ｖｆは、分離冷媒液管８５を流れ、減圧器８５ｒを経て蒸発器２０に戻される。

低圧吸収器１０Ｌから再生器３０に送られた希溶液Ｓｗは、再生器加熱管３１を流れる駆動熱源流体Ｐによって加熱され、希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して濃溶液Ｓａとなる（３０ａ〜３０ｂ）。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒は、再生器冷媒蒸気Ｖｇとして、再生冷媒蒸気管３９を介して凝縮器４０へと移動する。凝縮器４０へと移動した再生器冷媒蒸気Ｖｇは、被加熱流体搬送管１８から流入して凝縮器伝熱管４１を流れる凝縮被加熱流体Ｆｃで冷却されて凝縮して、冷媒液Ｖｆとなる。凝縮器４０で生じた冷媒液Ｖｆは、冷媒液管４５及び減圧器４５ｒを介して低圧吸収器１０Ｌの低圧吸収器伝熱管１１Ｌに供給され、以降、上述のサイクルを繰り返す。他方、凝縮器伝熱管４１を流れる凝縮被加熱流体Ｆｃは、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮する際の凝縮熱によって加熱され、温度が上昇する。凝縮器４０で温度が上昇して被加熱流体流出管４８に入った被加熱流体Ｆは、暖房機器等の熱利用場所に供給される。

再生器３０で再生された濃溶液Ｓａは、高圧吸収器１０Ｈに向かって濃溶液管３５を流れる。高圧吸収器１０ｈでは、再生器３０から供給されてきた濃溶液Ｓａが、冷媒気液分離器８１から移動してきた高圧冷媒蒸気Ｖａを吸収する。高圧冷媒蒸気Ｖａを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して中間濃度溶液Ｓｂとなる（１０Ｈａ〜１０Ｈｂ）。高圧吸収器１０Ｈ内の中間濃度溶液Ｓｂは、中間濃度溶液管１９を流れて低圧吸収器１０Ｌに流入し、以降、上述のサイクルを繰り返す。他方、高圧吸収器伝熱管１１Ｈの内部には、被加熱流体導入管１７から被加熱流体Ｆが流入する。高圧吸収器１０Ｈでは、濃溶液Ｓａが高圧冷媒蒸気Ｖａを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、高圧吸収器伝熱管１１Ｈを流れる吸収被加熱流体Ｆａが加熱される。高圧吸収器１０Ｈで加熱された被加熱流体Ｆは、凝縮器４０に向けて被加熱流体搬送管１８を流れ、以降、上述のように凝縮器４０でさらに加熱された後、熱利用場所に供給される。本実施の形態では、被加熱流体Ｆが、高圧吸収器１０Ｈにおいて概ね５０〜７０℃に上昇し、その後凝縮器４０において概ね７０〜９０℃に上昇して、熱利用場所に供給される。

図２に示すように、吸収ヒートポンプシステム１では、再生器３０から流出した濃溶液Ｓａは、一旦、高圧吸収器１０Ｈに流入して中間濃度溶液Ｓｂまで濃度が低下した後に、低圧吸収器１０Ｌに流入して希溶液Ｓｗまで濃度が低下するので、濃溶液Ｓａを直接低圧吸収器１０Ｌに流入させたときのように吸収液が結晶すること（図２中の破線部分参照）を回避することができる。

上述したような吸収ヒートポンプシステム１の運転中、制御装置９９は、被加熱流体温度計９４及び低温熱源水温度計９６から、検知した温度を受信している。制御装置９９は、被加熱流体温度計９４で検知された温度が高い場合は駆動熱源弁３８ｖの開度を絞り、被加熱流体温度計９４で検知された温度が低い場合は駆動熱源弁３８ｖの開度を大きくするように、被加熱流体温度計９４で検知された温度に応じて再生器３０に投入される熱量を増減している。このようにして、被加熱流体流出管４８を介して熱利用場所に供給される被加熱流体Ｆの温度を調節している。また、制御装置９９は、低温熱源水温度計９６で検知された温度が低い場合は冷媒バイパス弁４７の開度を大きくし、低温熱源水温度計９６で検知された温度が高い場合は冷媒バイパス弁４７の開度を絞るように、低温熱源水温度計９６で検知された温度に応じて地中Ｇから採取する熱量を調節している。冷媒バイパス弁４７を開にすると、凝縮器４０から低圧吸収器１０Ｌに向かう冷媒液Ｖｆが、冷媒バイパス管４６を流れることで、低圧吸収器１０Ｌに流入せずに再生器３０に流入することとなる。これにより、再生器３０に流入した駆動熱源流体Ｐの熱量が被加熱流体Ｆへと伝達されることとなる。冷媒バイパス弁４７を開けるのには、以下の背景がある。地中熱は、容量（単位敷地面積あたりの採取可能な単位時間当たりの熱量）が小さいことが知られている。つまり、単位時間当たりに地中から採取できる熱量には限界がある。これは、地中熱が熱源水に採取された後、地中の伝熱によって再び採熱可能な状態になるまでに相当の時間を要するという、地中熱採熱の原理に起因するものである。地中Ｇから採取可能な熱量には限界があるが、冷媒バイパス管４６を介して凝縮器４０の冷媒液Ｖｆを再生器３０に導入することで、蒸発器２０に冷媒液Ｖｆを供給しないようにして低温熱源水Ｑから採取する熱量を増加させずに、被加熱流体Ｆに熱量を与えることができる。

以上で説明したように、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプシステム１によれば、蒸発器加熱管２１に導入した低温熱源水Ｑの熱を、低圧吸収器１０Ｌ及び高圧吸収器１０Ｈの２段階で被加熱流体Ｆに汲み上げているので、蒸発器２０に導入される低温熱源水Ｑの温度が５〜１０℃と比較的低い温度になった場合でも、被加熱流体Ｆを暖房用途に利用可能な程度に昇温させることができる。なお、吸収ヒートポンプシステム１の外部に中間温度（概ね３０〜４０℃）の排熱源がある場合は、その排熱を回収して省エネルギーを図ることができる。

図３は、本発明の実施の形態の変形例に係る吸収ヒートポンプシステム１Ａの模式的系統図である。吸収ヒートポンプシステム１Ａでは、冷媒液管４５を流れる冷媒液Ｖｆと第１排熱流体Ｘ１との間で熱交換させる第１排熱回収熱交換器５５が設けられている。また、分離冷媒液管８５に分岐管７６の一端が接続されており、分岐管７６に流入した冷媒液Ｖｆと第２排熱流体Ｘ２との間で熱交換させる第２排熱回収熱交換器５６が設けられている。分岐管７６の他端は、二相冷媒管８８に接続されている。分岐管７６には、二方弁７７が配設されている。また、分岐管７６の接続部よりも下流側の分離冷媒液管８５を流れる冷媒液Ｖｆと第３排熱流体Ｘ３との間で熱交換させる第３排熱回収熱交換器５８が設けられている。上記以外の吸収ヒートポンプシステム１Ａの構成は、吸収ヒートポンプシステム１（図１参照）と同様である。上述のように構成された吸収ヒートポンプシステム１Ａにおいて、第１排熱回収熱交換器５５は、凝縮器４０と低圧吸収器１０Ｌとの間の、比較的冷媒液Ｖｆの駆動力が大きな位置に設けられているので、小型化を図ることができる。第２排熱回収熱交換器５６では、導入された冷媒液Ｖｆが、第２排熱流体Ｘ２との熱交換によって一部が気化してヒートサイフォン効果により冷媒気液分離器８１に戻り、冷媒の蒸気は高圧吸収器１０Ｈに供給され、冷媒の液は再循環することとなる。なお、二方弁７７が設けられていることで、回収熱量を制御することができ、この場合は第２排熱回収熱交換器５６で冷媒液Ｖｆがほとんど気化するので、気化した冷媒を直接高圧吸収器１０Ｈに導くこととしてもよい。第３排熱回収熱交換器５８は、加熱される冷媒液Ｖｆの温度が最も低くなるので、第３排熱流体Ｘ３が比較的低温であっても排熱を回収することができる。なお、第１排熱回収熱交換器５５、第２排熱回収熱交換器５６、第３排熱回収熱交換器５８は、いずれも冷媒液排熱回収熱交換器に相当し、必ずしもすべて設けていなくてもよく、適宜必要なものを設ければよい。また、第１排熱流体Ｘ１、第２排熱流体Ｘ２、第３排熱流体Ｘ３は、同じ流体であってもよく、異なる流体であってもよい。

また、図４の蒸発器２０まわりの部分系統図に示すように、蒸発器加熱管２１に導入される低温熱源水Ｑと、外部の排熱流体Ｘ４（第４排熱流体Ｘ４）との間で熱交換させる熱源排熱回収熱交換器５３を設けることとしてもよい。低温熱源水Ｑは、系内で最も温度が低いので、第４排熱流体Ｘ４の温度が比較的低くても熱回収することができ、より多くの排熱を回収することができる。なお、熱源排熱回収熱交換器５３は、図３に示す第１排熱回収熱交換器５５及び／又は第２排熱回収熱交換器５６及び／又は第３排熱回収熱交換器５８と併設しても差し支えない。

以上の説明では、低温熱源水Ｑが、地中熱交換器６１において地中熱によって温度調節されるものであるとしたが、排温水、河川水、下水等であってもよい。

以上の説明では、再生器３０に導入される駆動熱源が、駆動熱源流体Ｐが保有する熱であるとしたが、バーナーで燃料を燃焼させた際に発生する熱を駆動熱源としてもよい。この場合、再生器３０には、駆動熱源流体Ｐを流す再生器加熱管３１に代えてバーナーが設けられる。

以上の説明では、被加熱流体Ｆを流す吸収器伝熱管１１と凝縮器伝熱管４１とが直列に接続されていることとしたが、並列に接続されていてもよく、吸収器伝熱管１１及び凝縮器伝熱管４１のそれぞれに異なる被加熱流体Ｆが供給されることとしてもよい。

以上の説明では、昇温流体温度検知手段が、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度を直接検知する被加熱流体温度計９４であるとしたが、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度と相関を有する物理量、例えば、凝縮器４０内の冷媒の飽和温度あるいは飽和圧力を検知して、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度に換算することとしてもよい。なお、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度自体も、凝縮器伝熱管４１から流出した被加熱流体Ｆの温度と相関を有する物理量に含まれる。同様に、冷媒加熱流体温度検知手段が、蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度を直接検知する低温熱源水温度計９６であるとしたが、蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度と相関を有する物理量、例えば、蒸発器２０内の冷媒の飽和温度あるいは飽和圧力を検知して、蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度に換算することとしてもよい。蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度自体も、蒸発器加熱管２１から流出した低温熱源水Ｑの温度と相関を有する物理量に含まれる。

１、１Ａ吸収ヒートポンプシステム
１０Ｈ高圧吸収器
１０Ｌ低圧吸収器
１１Ｈ高圧吸収器伝熱管
１１Ｌ低圧吸収器伝熱管
１５希溶液管
１７被加熱流体導入管
１８被加熱流体搬送管
１９中間濃度溶液管
２０蒸発器
２１蒸発器加熱管
３０再生器
３５濃溶液管
４０凝縮器
４１凝縮器伝熱管
４５冷媒液管
４５ｒ減圧器
４６冷媒液バイパス管
４７冷媒液バイパス弁
５１低温溶液熱交換器
５２高温溶液熱交換器
５３熱源排熱回収熱交換器
５５第１排熱回収熱交換器
５６第２排熱回収熱交換器
５８第３排熱回収熱交換器
８０高圧吸収冷媒流路
８１冷媒気液分離器
８５分離冷媒液管
８５ｒ減圧器
９４被加熱流体温度計
９６低温熱源水温度計
Ｆ被加熱流体
Ｑ低温熱源水
Ｖａ高圧冷媒蒸気
Ｖｅ蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ冷媒液
Ｖｇ再生器冷媒蒸気
Ｓａ濃溶液
Ｓｂ中間濃度溶液
Ｓｗ希溶液
Ｘ１第１排熱流体
Ｘ２第２排熱流体
Ｘ３第３排熱流体
Ｘ４第４排熱流体

Claims

冷媒加熱流体を流す冷媒加熱流体流路を有し、前記冷媒加熱流体が保有する熱で冷媒の液を加熱し蒸発させて冷媒の蒸気を生成する蒸発器と；
高圧吸収被加熱流体流路を有し、吸収液が冷媒の蒸気を吸収した際に生じた吸収熱で前記高圧吸収被加熱流体流路を流れる流体を加熱する高圧吸収器と；
低圧吸収被加熱流体流路を有すると共に、前記高圧吸収器において前記冷媒の蒸気を吸収した前記吸収液を導入し、導入した吸収液が冷媒の蒸気を吸収した際に生じた吸収熱で前記低圧吸収被加熱流体流路を流れる流体を加熱する低圧吸収器と；
前記低圧吸収器において前記冷媒の蒸気を吸収した前記吸収液を直接又は間接的に導入し加熱して、前記吸収液から冷媒を離脱させて前記吸収液の濃度を上昇させる再生器と；
凝縮被加熱流体流路を有すると共に、前記再生器において前記吸収液から離脱した冷媒の蒸気を導入し、導入した前記冷媒の蒸気を凝縮させた際に生じた凝縮熱で前記凝縮被加熱流体流路を流れる流体を加熱する凝縮器と；
前記凝縮器で凝縮された冷媒の液を、少なくとも前記低圧吸収被加熱流体流路に導く低圧吸収冷媒流路と；
前記低圧吸収被加熱流体流路で加熱された冷媒の一部又は全部を気化させて前記高圧吸収器に導く高圧吸収冷媒流路とを備える；
吸収ヒートポンプシステム。
前記低圧吸収冷媒流路に設けられ、前記低圧吸収冷媒流路を流れる前記冷媒の液を減圧する低圧減圧手段と；
前記高圧吸収冷媒流路に設けられ、前記低圧吸収被加熱流体流路で加熱された冷媒を前記冷媒の蒸気と前記冷媒の液とに分離する冷媒気液分離器と；
前記冷媒気液分離器で分離された前記冷媒の液を前記蒸発器に導く分離冷媒液流路と；
前記分離冷媒液流路に設けられ、前記分離冷媒液流路を流れる前記冷媒の液を減圧する分離減圧手段とを備える；
請求項１に記載の吸収ヒートポンプシステム。
前記低圧吸収器において前記冷媒の蒸気を吸収した前記吸収液を前記再生器に導く希溶液流路と；
前記再生器において濃度が上昇した前記吸収液を前記高圧吸収器に導く高圧吸収液流路と；
前記高圧吸収器において前記冷媒の蒸気を吸収した前記吸収液を前記低圧吸収器に導く低圧吸収液流路と；
前記希溶液流路を流れる前記希溶液と、前記低圧吸収液流路を流れる前記吸収液と、の間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器と；
前記低温溶液熱交換器を流れた後に前記希溶液流路を流れる前記希溶液と、前記高圧吸収液流路を流れる前記吸収液と、の間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器とを備える；
請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプシステム。
前記高圧吸収被加熱流体流路及び前記凝縮被加熱流体流路の少なくとも一方に流体を導く昇温流体流路と；
前記高圧吸収被加熱流体流路又は前記凝縮被加熱流体流路から流出した流体の温度と相関を有する物理量を検知する昇温流体温度検知手段とを備え；
前記昇温流体温度検知手段で検知された値に応じて前記再生器における前記吸収液の加熱量を増減するように構成された；
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システム。
前記冷媒加熱流体流路から流出した前記冷媒加熱流体の温度と相関を有する物理量を検知する冷媒加熱流体温度検知手段と；
前記凝縮器の冷媒の液を直接又は間接的に前記再生器に導く冷媒液バイパス流路であって、流路を開閉する開閉弁を有する冷媒液バイパス流路とを備え；
前記冷媒加熱流体温度検知手段で検知された値に応じて前記開閉弁の開度を増減するように構成された；
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプシステム。
前記冷媒加熱流体流路に供給される前記冷媒加熱流体と、外部の排熱源とを熱交換させる熱源排熱回収熱交換器を備える；
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプシステム。
前記冷媒の液と外部の排熱源とを熱交換させる冷媒液排熱回収熱交換器を備える；
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプシステム。