JP2017072360A - 吸収ヒートポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】伝熱管内の被加熱媒体が伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制する吸収ヒートポンプを提供する。【解決手段】吸収ヒートポンプ1は、伝熱管12A、12Bの外表面に向けて吸収液Sa、Sbを供給する吸収液供給器13A、13Bを有する吸収器10A、10Bと、吸収器10A、10Bで吸収対象冷媒の蒸気Vb、Veを吸収して濃度が低下した吸収液Sb、Swを濃度的に再生する再生器30と、被加熱媒体Wq、Vfを伝熱管12A、12Bに向けて供給する被加熱媒体供給手段86、49と、吸収液の温度・濃度又は被加熱媒体の圧力・温度に関する値を取得する流体特性関連値取得手段51A、51Bと、吸収ヒートポンプ1の起動時に、流体特性関連値取得手段51A、51Bで取得された値に応じて伝熱管12A、12Bに供給する被加熱媒体Wq、Vfの流量を調節するように被加熱媒体供給手段86、49を制御する制御装置90とを備える。【選択図】図1

Description

本発明は吸収ヒートポンプに関し、特に伝熱管内の被加熱媒体が伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制する吸収ヒートポンプに関する。
駆動熱源温度より高い温度の被加熱媒体を取り出す熱源機械として、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。吸収ヒートポンプの一例として、吸収器内の伝熱管との間で被加熱媒体を循環させるように接続された気液分離器を備え、気液分離器内の液面の液位を所定レベルに確保するものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2006−138614号公報
しかしながら、気液分離器内の液面の液位を所定レベルに確保すると、伝熱管内の被加熱媒体の量が、定常運転中は適切になるとしても、起動時には多すぎる場合があり、伝熱管内で加熱された被加熱媒体が伝熱管から過剰に流出してしまう場合があった。
本発明は上述の課題に鑑み、伝熱管内の被加熱媒体が伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制す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は、例えば図1に示すように、吸収液Sa、Sbが吸収対象冷媒の蒸気Vb、Veを吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体Wq、Vfを加熱する吸収ヒートポンプ1であって;内部に被加熱媒体Wq、Vfを流す伝熱管12A、12Bと、伝熱管12A、12Bの外表面に向けて吸収液Sa、Sbを供給する吸収液供給器13A、13Bと、吸収液Sa、Sbに吸収させる吸収対象冷媒の蒸気Vb、Veを導入する吸収対象冷媒蒸気導入部19A、19Bと、を有する吸収器10A、10Bと;吸収器10A、10Bで吸収対象冷媒の蒸気Vb、Veを吸収して濃度が低下した吸収液Sb、Swを直接又は間接的に導入し、導入した吸収液Swから吸収対象冷媒Vgを離脱させて吸収液Swの濃度を上昇させ、濃度が上昇した吸収液Saを直接又は間接的に吸収器10A、10Bに向けて流出させる再生器30と;被加熱媒体Wq、Vfを伝熱管12A、12Bに向けて供給する被加熱媒体供給手段86、49と;再生器30の出口における吸収液Saの温度、再生器30の出口における吸収液Saの濃度、吸収器10A、10Bの入口における吸収液Sa、Sbの温度、吸収器10A、10Bの入口における吸収液Sa、Sbの濃度、吸収器10A、10Bの出口における吸収液Sb、Swの温度、吸収器10A、10Bの出口における吸収液Sb、Swの濃度、再生器30の入口における吸収液Swの温度、再生器30の入口における吸収液Swの濃度、伝熱管12A、12B内の圧力、及び伝熱管12A、12Bの出口における被加熱媒体Wm、Vmの温度、の少なくとも1つの値又はこれと相関を有する値を取得する流体特性関連値取得手段51A、51Bと;吸収ヒートポンプ1の起動時に、流体特性関連値取得手段51A、51Bで取得された値に応じて伝熱管12A、12Bに供給する被加熱媒体Wq、Vfの流量を調節するように被加熱媒体供給手段86、49を制御する制御装置90とを備える。ここで、被加熱媒体の流量を調節することには、被加熱媒体を流さないこと(流量ゼロ)を含む。
このように構成すると、吸収ヒートポンプの起動時に流体特性関連値取得手段で取得された値に応じて伝熱管に供給する被加熱媒体の流量を調節するので、伝熱管に被加熱媒体が過剰に導入されることを抑制することができ、被加熱媒体の蒸気に随伴して伝熱管から流出する被加熱媒体の液体が、伝熱管内の被加熱媒体が沸騰することによって伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制することができる。
また、本発明の第2の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図1を参照して示すと、上記本発明の第1の態様に係る吸収ヒートポンプ1において、流体特性関連値取得手段51A、51Bは、再生器30の出口における吸収液Saの温度、再生器30の出口における吸収液Saの濃度、吸収器10A、10Bの入口における吸収液Sa、Sbの温度、吸収器10A、10Bの入口における吸収液Sa、Sbの濃度、吸収器10A、10Bの出口における吸収液Sb、Swの温度、及び吸収器10A、10Bの出口における吸収液Sb、Swの濃度、再生器30の入口における吸収液Swの温度、再生器30の入口における吸収液Swの濃度、の少なくとも1つの値又はこれと相関を有する値である吸収液特性関連値を取得するように構成され;制御装置90は、吸収ヒートポンプ1を起動する際、流体特性関連値取得手段51A、51Bで取得された吸収液特性関連値が所定の値に到達したときに、被加熱媒体Wq、Vfの伝熱管12A、12Bへの供給を開始するように、被加熱媒体供給手段86、49を制御する。
このように構成すると、吸収器において十分な吸収熱が発生する前に伝熱管に被加熱媒体が供給されることを回避することができ、被加熱媒体が早期に導入された場合に生じ得る伝熱管の冷却で起動時間が延びることを回避することができる。
また、本発明の第3の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図1を参照して示すと、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1において、制御装置90は、流体特性関連値取得手段51A、51Bで取得された値が上昇するに連れて、被加熱媒体供給手段86、49から伝熱管12A、12Bに供給される被加熱媒体Wq、Vfの流量を増加させるように構成されている。
このように構成すると、過剰な流量の被加熱媒体が伝熱管に供給されることに起因する伝熱管の冷却で起動時間が延びることを回避することができる。
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1において、伝熱管12Bに供給される被加熱媒体Vfを貯留する被加熱媒体貯留部42と;伝熱管12Bから流出した被加熱媒体の気体と液体との混合流体Vm、又は伝熱管12Bから流出した後に発生した被加熱媒体の気体と液体との混合流体Vmから、被加熱媒体の気体Vbと液体Vfとを分離する気液分離器60と;気液分離器60から伝熱管12Bへ被加熱媒体Vfを導く被加熱媒体流路62と;被加熱媒体貯留部42に貯留されている被加熱媒体Vfを、気液分離器60、被加熱媒体流路62、又は伝熱管12Bへ供給する被加熱媒体ポンプ49とを備え;被加熱媒体貯留部42は、被加熱媒体Vfの液位を検知する被加熱媒体液位検知器43を有し;制御装置90は、被加熱媒体液位検知器43が検知した値に応じて供給する被加熱媒体Vfの流量を調節するように被加熱媒体ポンプ49を制御する。
このように構成すると、被加熱媒体貯留部を大型化することなく、吸収ヒートポンプの効率的な起動を行うことができる。
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において、伝熱管12Aが、被加熱媒体の液体Wqを導入し加熱して蒸発させる蒸発管12eを有し;吸収器10Aは、複数の蒸発管12eへ被加熱媒体Wを分配する蒸発管分配部14esにそれぞれの蒸発管12eの一端が接続され、複数の蒸発管12eから被加熱媒体Wを収集する蒸発管収集部14ecにそれぞれの蒸発管12eの他端が接続され、蒸発管分配部14esと蒸発管収集部14ecとがそれぞれ1個から構成されている。
このように構成すると、被加熱媒体の蒸気に随伴して伝熱管から流出する被加熱媒体の液体が伝熱管内の被加熱媒体が沸騰することによって伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制する効果を高めることができる。また、各蒸発管に流入する被加熱媒体の液体が各蒸発管に流入する前に蒸発してしまっていることを回避することができ、複数本の蒸発管のうち被加熱媒体の液体が流入せずに被加熱媒体の蒸気が流入してしまう蒸発管が生じることを防ぐことができて、被加熱媒体の液体への伝熱効率の低下を抑制することができる。
本発明によれば、被加熱媒体の蒸気に随伴して伝熱管から流出する被加熱媒体の液体が、伝熱管内の被加熱媒体が沸騰することによって伝熱管から過剰に流出してしまうことを抑制することができる。
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起動時の制御を説明するフローチャートである。 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一例を示す断面図である。
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、吸収ヒートポンプ1の模式的系統図である。吸収ヒートポンプ1は、吸収液S(Sa、Sb、Sw)と冷媒V(Vb、Ve、Vg、Vf)との吸収ヒートポンプサイクルが行われる主要機器を構成する吸収器、蒸発器20、再生器30、及び凝縮器40を備えている。本実施の形態では、吸収器が、高温吸収器10A及び低温吸収器10Bの2段構成になっている。吸収ヒートポンプ1は、さらに、低温気液分離器60及び高温気液分離器80と、制御装置90とを備えている。
本明細書においては、吸収液に関し、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「高濃度溶液Sa」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「吸収液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「蒸発器冷媒蒸気Ve」、「再生器冷媒蒸気Vg」、「冷媒液Vf」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V」ということとする。本実施の形態では、吸収液S(吸収剤と冷媒Vとの混合物)としてLiBr水溶液が用いられており、冷媒Vとして水(HO)が用いられている。また、吸収ヒートポンプ1から外部に生産物(目的物)として被加熱水蒸気Wvを供給するように構成されている。被加熱水蒸気Wvは、被加熱水液Wqが蒸発したものであり、これらの性状を不問にするときは被加熱水Wということとする。本実施の形態では、被加熱水Wとして水(HO)が用いられている。
高温吸収器10Aは、被加熱水Wの流路を構成する高温伝熱管12Aと、高濃度溶液Saを散布する吸収液供給器としての高濃度溶液散布ノズル13Aとを内部に有している。また、高温吸収器10Aは、低温気液分離器60から低温冷媒蒸気Vbを導入する低温冷媒蒸気管69が接続されている。高温吸収器10Aの、低温冷媒蒸気管69が接続された部分である冷媒蒸気導入口19Aは、吸収対象冷媒蒸気導入部に相当する。高温吸収器10Aは、高濃度溶液散布ノズル13Aから高濃度溶液Saが散布され、高濃度溶液Saが低温冷媒蒸気Vbを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、高温伝熱管12Aを流れる被加熱水Wが受熱して、被加熱水Wが加熱されるように構成されている。高温吸収器10Aにおいて、高温伝熱管12Aの内部を流れる被加熱水Wは被加熱媒体に相当し、低温冷媒蒸気Vbは吸収対象冷媒に相当する。
低温吸収器10Bは、冷媒液Vfの流路を構成する低温伝熱管12Bと、中間濃度溶液Sbを散布する吸収液供給器としての中間濃度溶液散布ノズル13Bとを内部に有している。また、低温吸収器10Bには、蒸発器20からの蒸発器冷媒蒸気Veを導入する冷媒蒸気導入口19Bが形成されている。冷媒蒸気導入口19Bは、吸収対象冷媒蒸気導入部に相当する。低温吸収器10Bは、中間濃度溶液散布ノズル13Bから中間濃度溶液Sbが散布され、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る。この吸収熱を、低温伝熱管12B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。低温吸収器10Bにおいて、低温伝熱管12Bの内部を流れる冷媒液Vfは被加熱媒体に相当し、蒸発器冷媒蒸気Veは吸収対象冷媒に相当する。
蒸発器20は、熱源流体としての熱源温水heの流路を構成する熱源管21と、冷媒液Vfを熱源管21に向けて散布する冷媒液散布ノズル22とを内部に有している。また、蒸発器20は、底部に貯留している冷媒液Vfを冷媒液散布ノズル22に導く冷媒液循環管25と、冷媒液循環管25に配設されて蒸発器20底部の冷媒液Vfを冷媒液散布ノズル22に圧送する冷媒液循環ポンプ26とを有している。蒸発器20の熱源管21から流出した熱源温水heを流す配管には、流路を開閉する蒸発器熱源弁21vが配設されている。蒸発器20は、冷媒液散布ノズル22から冷媒液Vfが散布され、散布された冷媒液Vfが熱源管21内を流れる熱源温水heの熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Veが発生するように構成されている。低温吸収器10Bと蒸発器20とは、相互に連通するように構成されている。低温吸収器10Bと蒸発器20とが連通することにより、蒸発器20で発生した蒸発器冷媒蒸気Veを高温吸収器10Bに供給することができるように構成されている。
再生器30は、希溶液Swを加熱する熱源流体としての熱源温水hgを内部に流す熱源管31と、希溶液Swを散布する希溶液散布ノズル32とを有している。熱源管31内を流れる熱源温水hgは、熱源管21内を流れる熱源温水heと同じ流体であっても異なる流体であってもよい。再生器30の熱源管31から流出した熱源温水hgを流す配管には、流路を開閉する再生器熱源弁31vが配設されている。再生器30は、希溶液散布ノズル32から散布された希溶液Swが熱源温水hgに加熱されることにより、希溶液Swから冷媒Vが蒸発して濃度が上昇した高濃度溶液Saが生成されるように構成されている。希溶液Swから蒸発した冷媒Vは再生器冷媒蒸気Vgとして凝縮器40に移動するように構成されている。
凝縮器40は、冷却媒体としての冷却水cが流れる冷却水管41を有している。凝縮器40の冷却水管41から流出した冷却水cを流す配管には、流路を開閉する凝縮器冷却弁41vが配設されている。凝縮器40は、再生器30で発生した再生器冷媒蒸気Vgを導入し、これを冷却水cで冷却して凝縮させるように構成されている。凝縮器40は、下部に、再生器冷媒蒸気Vgが凝縮して生成された冷媒液Vfが貯留される冷媒液貯留部42が形成されている。冷媒液貯留部42には、冷媒液Vfの液位を検知する被加熱媒体液位検知器としての液位検知器43が設けられている。再生器30と凝縮器40とは、相互に連通するように構成されている。再生器30と凝縮器40とが連通することにより、再生器30で発生した再生器冷媒蒸気Vgを凝縮器40に供給することができるように構成されている。また、低温吸収器10B及び蒸発器20が再生器30及び凝縮器40よりも高所に配設されており、位置ヘッド及び内圧の差で低温吸収器10B内の吸収液Sを再生器30へ搬送可能に構成されている。
再生器30の高濃度溶液Saが貯留される部分と高温吸収器10Aの高濃度溶液散布ノズル13Aとは、高濃度溶液Saを流す高濃度溶液管35で接続されている。高濃度溶液管35には、高濃度溶液Saを圧送する高濃度溶液ポンプ35pが配設されている。高温吸収器10Aの中間濃度溶液Sbが貯留される部分と中間濃度溶液散布ノズル13Bとは、中間濃度溶液Sbを流す中間濃度溶液管15Aで接続されている。中間濃度溶液管15Aには、中間濃度溶液Sbを圧送する中間濃度溶液ポンプ16Aが配設されている。低温吸収器10Bの希溶液Swが貯留される部分と希溶液散布ノズル32とは、希溶液Swを流す希溶液管15Bで接続されている。高濃度溶液管35及び中間濃度溶液管15Aには、高濃度溶液Saと中間濃度溶液Sbとの間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器38Aが配設されている。高濃度溶液管35及び希溶液管15Bには、高濃度溶液Saと希溶液Swとの間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器38Bが配設されている。
凝縮器40の冷媒液貯留部42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の他端は、冷媒液管46と冷媒液管48とに分岐している。換言すれば、冷媒液管45の他端には、冷媒液管46及び冷媒液管48の一端がそれぞれ接続されている。冷媒液管46の他端は蒸発器20に接続されている。冷媒液管46には冷媒液搬送ポンプ47が配設されており、冷媒液Vfを蒸発器20内に流入させることができるように構成されている。冷媒液管48の他端は低温気液分離器60に接続されている。冷媒液管48には、被加熱媒体供給手段としての冷媒液供給ポンプ49が配設されており、冷媒液Vfを低温気液分離器60内に流入させることができるように構成されている。冷媒液供給ポンプ49は、インバータにより回転速度を変化させることができ、これによって冷媒液管48内を流れる冷媒液Vfの流量を調節することができるように構成されている。
低温気液分離器60は、低温吸収器10Bの低温伝熱管12Bを流れて加熱された冷媒Vを導入し、低温冷媒蒸気Vbと冷媒液Vfとを分離する機器である。低温気液分離器60と低温吸収器10Bとは、低温気液分離器60内の冷媒液Vfを低温伝熱管12Bに導く被加熱媒体流路としての冷媒液導入管62及び加熱された冷媒Vを低温気液分離器60に導く冷媒流出管64で接続されている。また、低温気液分離器60には、分離された低温冷媒蒸気Vbを高温吸収器10Aに導く低温冷媒蒸気管69が接続されている。また、低温気液分離器60には、上述のように、凝縮器40から冷媒液Vfを導入するための冷媒液管48の他端が接続されている。また、低温気液分離器60には、内部の圧力を検知する低温圧力計61が設けられている。
高温気液分離器80は、高温吸収器10Aの高温伝熱管12Aを流れて加熱された被加熱水Wを導入し、被加熱水蒸気Wvと被加熱水液Wqとに分離する機器である。高温気液分離器80と高温吸収器10Aとは、高温気液分離器80内の被加熱水液Wqを高温伝熱管12Aに導く被加熱媒体流路としての被加熱水導入管82及び加熱された被加熱水Wを高温気液分離器80に導く被加熱水流出管84で接続されている。本実施の形態では、吸収ヒートポンプ1の定常運転中は、被加熱水導入管82と被加熱水流出管84との気泡ヘッド差を駆動力とする自然循環作用で被加熱水Wqが高温伝熱管12Aに供給されるように構成されている。したがって、被加熱水導入管82には、被加熱水液Wqを高温伝熱管12Aに送るポンプが設けられていない。しかしながら、高温気液分離器80及び高温吸収器10の配置や形状あるいは配管構成等により、高温伝熱管12Aに供給される被加熱水液Wqの流量が充分に得られない場合は、被加熱水液Wqを高温伝熱管12Aに送るポンプを設けるとよい。あるいは、被加熱水Wqを高温伝熱管12Aに圧送する被加熱水ポンプを被加熱水導入管82に設け、高温伝熱管12A内を加圧して高温伝熱管12Aの外で被加熱水蒸気Wvが生じるようにしてもよい。なお、吸収ヒートポンプ1の起動時は、連通している高温伝熱管12Aと高温気液分離器80とのそれぞれの液位は略同じになる。また、高温気液分離器80には、分離された被加熱水蒸気Wvを吸収ヒートポンプ1の外に導く被加熱水蒸気管89が接続されている。また、主に蒸気として吸収ヒートポンプ1の外に供給された分の被加熱水Wを補うための補給水Wsを吸収ヒートポンプ1の外から導入する補給水管85が設けられている。補給水管85は、被加熱水導入管82に接続されており、被加熱水導入管82を流れる被加熱水液Wqに補給水Wsを合流させるように構成されている。補給水管85には、高温吸収器10Aに向けて補給水Wsを圧送する被加熱媒体供給手段としての補給水ポンプ86が配設されている。補給水ポンプ86は、インバータにより回転速度を変化させることができ、これによって補給水管85内を流れる補給水Wsの流量を調節することができるように構成されている。
高温吸収器10Aの中間濃度溶液管15Aが接続された部分には、高温吸収器10Aから流出する中間濃度溶液Sbの温度を検知する高温吸収器出口温度計51Aが設けられている。低温吸収器10Bの希溶液管15Bが接続された部分には、低温吸収器10Bから流出する希溶液Swの温度を検知する低温吸収器出口温度計51Bが設けられている。高温吸収器出口温度計51A及び低温吸収器出口温度計51Bは、それぞれ流体特性関連値取得手段に相当し、高温吸収器出口温度計51Aで検知された値及び低温吸収器出口温度計51Bで検知された値は、共に吸収液特性関連値に相当する。
制御装置90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90は、中間濃度溶液ポンプ16A、冷媒液循環ポンプ26、高濃度溶液ポンプ35p、冷媒液搬送ポンプ47、冷媒液供給ポンプ49、補給水ポンプ86と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、各ポンプの発停及び必要に応じて吐出流量を制御することができるように構成されている。なお、少なくとも冷媒液供給ポンプ49及び補給水ポンプ86については、吐出流量を制御することができるように構成されている。また、制御装置90は、液位検知器43と信号ケーブルで接続されており、液位検知器43が検知した液位を信号として受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90は、蒸発器熱源弁21v、再生器熱源弁31v、凝縮器冷却弁41vとそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各弁の開閉を制御することができるように構成されている。また、制御装置90は、高温吸収器出口温度計51A及び低温吸収器出口温度計51Bとそれぞれ信号ケーブルで接続されており、高温吸収器出口温度計51Aで検知された値及び低温吸収器出口温度計51Bで検知された値をそれぞれ信号として受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90は、低温圧力計61と信号ケーブルで接続されており、低温圧力計61で検知された値を信号として受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90には、吸収ヒートポンプ1の起動時に適した、低温圧力計61が検知した値と冷媒液供給ポンプ49の回転速度との関係が、数表(テーブル)として記憶されている。なお、吸収ヒートポンプ1の起動時とは、定常運転に入るまでの運転状態である。
引き続き図1を参照して、吸収ヒートポンプ1の作用を説明する。吸収ヒートポンプ1の停止中は、吸収液Sの結晶を回避するため、吸収液Sが冷媒Vで希釈された状態になっている。したがって、再生器30に貯留されている吸収液Sの量が相対的に多く、凝縮器40に貯留されている冷媒液Vfの量が相対的に少なくなっている。また、各ポンプ16A、26、35p、47、49、86は停止しており、各弁21v、31v、41vは閉になっている。吸収ヒートポンプ1を起動すると、吸収液S及び冷媒Vを循環させて吸収ヒートポンプサイクルを行わせることになるが、前述のように吸収ヒートポンプ1の停止中は凝縮器40に貯留されている冷媒液Vfの量が少ないため、低温伝熱管12Bに供給することができる冷媒液Vfが少ない。また、仮に低温伝熱管12Bに供給することができる冷媒液Vfが十分にあったとしても、起動初期から多量の冷媒液Vfを低温伝熱管12Bに供給すると、供給した冷媒液Vfに吸収熱が奪われて、低温吸収器10Bの昇温昇圧に時間がかかることとなり、定常運転に至るまでに要する時間が多くなる。このことは、高温吸収器10Aにおいて起動初期から被加熱水Wを高温伝熱管12Aに供給した場合にも生じ得る。また、起動当初に低温伝熱管12B内の冷媒液Vfの液が高液位にあると、加熱されて蒸発したときに、発生した蒸気が、流れの状況によっては液体を低温吸収器10B出口に向けて吹き飛ばし、低温気液分離器60に過剰な液体が流入して気液分離作用を劣化させる場合がある。このことは、高温吸収器10Aにおいて起動初期に高温伝熱管12A内の被加熱水Wの液位が高液位にある場合にも生じ得る。吸収ヒートポンプ1では、上述のような不都合を回避するため、以下のような手順で起動することとしている。
図2は、吸収ヒートポンプ1の起動時の制御を説明するフローチャートである。制御装置90は、吸収ヒートポンプ1を起動する旨の指令を受けると、凝縮器冷却弁41vを開にして、冷却水cを冷却水管41に流す(S1)。これにより、凝縮器40が冷却され、再生器30で発生する再生器冷媒蒸気Vgを凝縮する準備ができる。次に、高濃度溶液ポンプ35p及び中間濃度溶液ポンプ16Aを起動する(S2)。すると、吸収液Sが、再生器30、高温吸収器10A、低温吸収器10Bの間を循環することとなる。この吸収液Sの流れは、再生器30から見て、高温吸収器10Aの吸収液Sを間接的に導入し、低温吸収器10Bの吸収液Sを直接導入することとなり、高温吸収器10Aに吸収液Sを直接流出させ、低温吸収器10Bに向けて吸収液Sを間接的に流出させることになる。また、制御装置90は、蒸発器熱源弁21v及び再生器熱源弁31vを開にして、熱源温水heを熱源管21に流すと共に熱源温水hgを熱源管31に流す(S3)。これにより、希溶液散布ノズル32から散布された吸収液Sは、熱源管31を流れる熱源温水hgによって加熱され、吸収液Sから冷媒Vが離脱して、離脱した冷媒Vが再生器冷媒蒸気Vgとして凝縮器40に流入する。再生器30から凝縮器40に流入してきた再生器冷媒蒸気Vgは、冷却水管41を流れる冷却水cによって凝縮して冷媒液Vfとなり、冷媒液貯留部42に落下する。他方、熱源管21は、熱源温水heによって加熱され始める。また、制御装置90は、冷媒液循環ポンプ26及び冷媒液搬送ポンプ47を起動する(S4)。冷媒液搬送ポンプ47の起動により凝縮器40内の冷媒液Vfは蒸発器20に搬送される。また、冷媒液循環ポンプ26の起動により、蒸発器20内に貯留されている冷媒液Vfは冷媒液循環管25を流れて冷媒液散布ノズル22から蒸発器20内に散布される。これにより、冷媒液散布ノズル22から散布された冷媒液Vfは、熱源管21を流れる熱源温水heによって加熱されて蒸発し、蒸発器冷媒蒸気Veとして低温吸収器10Bに流入する。なお、冷媒液貯留部42に貯留されている冷媒液Vfの量が多い場合は、工程(S4)を工程(S3)の前に行ってもよい。
上述の各ポンプ35p、16A、26、47及び弁21v、31v、41vの作動により、吸収ヒートポンプ1内の吸収液S及び冷媒Vが吸収ヒートポンプサイクルを開始する。再生器30において、冷媒Vが離脱して濃度が上昇した吸収液Sは、高濃度溶液管35を流れ、高濃度溶液散布ノズル13Aから高温吸収器10A内に散布される。この時点では、高温吸収器10Aに低温冷媒蒸気Vbが供給されていないので、高温吸収器10Aに流入した吸収液Sはそのまま中間濃度溶液管15Aに流出する。中間濃度溶液管15Aを流れる吸収液Sは、中間濃度溶液散布ノズル13Bから低温吸収器10B内に散布され、蒸発器20から流入してきた蒸発器冷媒蒸気Veを吸収することで吸収熱が発生する。この時点では、低温伝熱管12B内に冷媒液Vfが供給されていないので、低温伝熱管12B内には、前回運転したときに残存した冷媒液Vfが残っているが、冷媒液Vfの残存量は定常運転時よりも少ない。また、冷媒液導入管62と再生器30とを連絡する連絡管(不図示)を設けると共にこの連絡管に止め弁を設けて、吸収ヒートポンプ1の起動前に、低温伝熱管12B内に残存している冷媒液Vfを再生器30に流出させて、低温伝熱管12B内の冷媒液Vfの残存量を少なくするか又はなくし、低温伝熱管12B内に残存している冷媒液Vfの液位を定常運転時液位より下げてから吸収ヒートポンプ1を起動してもよい。吸収ヒートポンプ1の起動前の定常運転時液位からの液位の下げ幅は、起動時の冷媒液Vfの液位の過度な上昇や、発生した低温冷媒蒸気Vbが冷媒液Vfを低温吸収器10Bの出口に向けて吹き飛ばすことを抑制することができる所定の液位幅がよい。なお、このときの吸収熱による温度上昇は低温伝熱管12Bを損傷させるほど高くないため、内部に流体が流れておらず、あらかじめ内部に溜まっている冷媒液Vfの量が少なくて、低温伝熱管12B内の冷媒液Vfの液位が定常運転中の液位より低くても、低温伝熱管12Bが損傷することはない。同様に、高温吸収器10Aにおいても、吸収ヒートポンプ1の起動時の高温伝熱管12A内は、前回運転したときに残存した被加熱水液Wqが残っているが、被加熱水液Wqの残存量は定常運転時よりも少なく、被加熱水液Wqの液位が定常運転中の液位より低くても、高温伝熱管12Aが損傷することはない。また、吸収ヒートポンプ1の起動前に、高温伝熱管12A内に残存している被加熱水液Wqをブロー管(不図示)からあらかじめ排出させて、高温伝熱管12A内の被加熱水液Wqの残存量を少なくするか又はなくし、高温伝熱管12A内に残存している被加熱水液Wqの液位を定常運転時液位より下げてから吸収ヒートポンプ1を起動してもよい。吸収ヒートポンプ1の起動前の定常運転時液位からの液位の下げ幅は、起動時の被加熱水液Wqの液位の過度な上昇や、発生した被加熱水蒸気Wvが被加熱水液Wqを高温吸収器10Aの出口に向けて吹き飛ばすことを抑制することができる所定の液位幅がよい。低温吸収器10Bで蒸発器冷媒蒸気Veを吸収して濃度が低下した吸収液Sは、希溶液管15Bを流れ、希溶液散布ノズル32から再生器30内に散布され、前述のように熱源管31を流れる熱源温水hgによって加熱され、以降、上記の作用を繰り返す。
上述のような部分的な吸収ヒートポンプサイクルを行っている間、制御装置90は、低温吸収器出口温度計51Bで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する(S5)。ここで、所定の値は、低温伝熱管12B内への冷媒液供給ポンプ49による冷媒液Vfの供給を開始するのに適した温度であり、例えば、低温伝熱管12B内へ冷媒液Vfを供給した場合に冷媒液Vfの少なくとも一部は蒸発する温度あるいは蒸発する温度に近い温度とすることが挙げられる。低温吸収器10B内の温度が十分に上昇する前に低温伝熱管12B内への冷媒液Vfの供給を開始すると、供給した冷媒液Vfに吸収熱が奪われて、低温吸収器10Bの昇温昇圧に時間がかかることとなる。そこで、低温吸収器出口温度計51Bで検知された値が所定の値に到達するまでは、低温伝熱管12B内への冷媒液Vfの供給を開始せず、低温吸収器10Bの昇温昇圧を優先することとしている。低温吸収器出口温度計51Bで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する工程(S5)において、所定の値に到達していない場合は、再び低温吸収器出口温度計51Bで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する工程(S5)に戻る。他方、所定の値に到達した場合、制御装置90は、冷媒液供給ポンプ49を起動する(S6)。これにより、冷媒液貯留部42の冷媒液Vfを、冷媒液管45、冷媒液管48、低温気液分離器60、冷媒液導入管62を経て低温伝熱管12Bに供給することができる。
冷媒液供給ポンプ49の起動当初は、初めから定格運転にするのではなく、当初は低い回転速度とする。仮に、冷媒液供給ポンプ49の起動当初から多量の冷媒液Vfを低温伝熱管12B内に供給することとすると、低温伝熱管12B内の冷媒液Vfの温度上昇が阻害されて起動に時間を要すると共に、冷媒液Vfが蒸発し始めて発生した低温冷媒蒸気Vbの気泡が冷媒液Vfの液位を押し上げ、低温伝熱管12B内の液位が高くなりすぎる。低温伝熱管12Bと低温気液分離器60は、冷媒液導入管62及び冷媒流出管64を介して連通しているので、低温伝熱管12B内の液位が高いと低温気液分離器60内の液位も高くなり、低温気液分離器60における気液分離作用を損なうおそれがある。また、冷媒液Vfが加熱されて発生した低温冷媒蒸気Vbが冷媒液Vfを吹き飛ばし、低温気液分離器60に過剰な冷媒液Vfが流入して気液分離作用を損なうおそれがある。制御装置90は、低温圧力計61で検知した値を記憶されている数表に照らして冷媒液供給ポンプ49の回転速度を決定している。このことで、低温伝熱管12Bに供給される冷媒液Vfの流量は、緩慢に少しずつ増大していく。さらに、本実施の形態では、液位検知器43で検知した液位が低い場合は冷媒液供給ポンプ49の回転速度を低くし、液位検知器43で検知した液位が上昇するに連れて冷媒液供給ポンプ49の回転速度を高くするように液位検知器43で検知した液位に応じて冷媒液供給ポンプ49の回転速度を調節する。前述のように、吸収ヒートポンプ1の停止時は、吸収液Sを希釈しているために冷媒液貯留部42の液位が低くなっているため、液位検知器43で検知した液位に応じて冷媒液供給ポンプ49の回転速度を調節することにより、冷媒液貯留部42の冷媒液Vfが枯渇することなく、吸収ヒートポンプサイクルを継続することができる。また、液位検知器43で検知した液位に応じて冷媒液供給ポンプ49の回転速度を調節することにより、低温吸収器10B内の温度上昇が、低温伝熱管12B内に供給された冷媒液Vfによって阻害されることを抑制することができる。このように、本実施の形態では、冷媒液供給ポンプ49が被加熱媒体ポンプを兼ねている。冷媒液供給ポンプ49を起動すると、低温伝熱管12B内に供給された冷媒液Vfは、低温吸収器10B内で中間濃度溶液Sbが蒸発器冷媒蒸気Veを吸収する際に発生する吸収熱によって加熱され、気液二相流(混合流体Vm)となって低温気液分離器60に流入する。低温気液分離器60に流入した混合流体Vmは、気体と液体とに分離され、気体は低温冷媒蒸気Vbとして低温冷媒蒸気管69を流れて高温吸収器10Aに導かれ、液体は冷媒液Vfとして冷媒液導入管62に流入する。
冷媒液供給ポンプ49を起動したら(S6)、制御装置90は、高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する(S7)。ここでの、所定の値は、高温伝熱管12A内への被加熱水液Wqの供給を開始するのに適した温度であり、例えば、高温伝熱管12A内へ被加熱水液Wqを供給した場合に被加熱水液Wqの少なくとも一部は蒸発する温度あるいは蒸発する温度に近い温度とすることが挙げられる。高温伝熱管12A内の温度が十分に上昇する前に高温伝熱管12A内への被加熱水液Wqの供給を開始すると、供給した被加熱水液Wqに吸収熱が奪われて、高温伝熱管12Aの昇温昇圧に時間がかかることとなる。そこで、高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達するまでは、高温伝熱管12A内への被加熱水液Wqの供給を開始せず、高温伝熱管12Aの昇温昇圧を優先することとしている。高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する工程(S7)において、所定の値に到達していない場合は、再び高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達したか否かを判断する工程(S7)に戻る。他方、所定の値に到達した場合、制御装置90は、補給水ポンプ86を起動して高温伝熱管12A内に被加熱水液Wqを供給する(S8)。高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達していれば、被加熱水液Wqを加熱する吸収熱量が旺盛だと判断できる。なお、高温伝熱管12Aへの被加熱水液Wqの供給開始の判定精度を高めるために、以下のようにしてもよい。すなわち、高温伝熱管12A内に被加熱水Wが残存している場合は、高温吸収器出口温度計51Aで検知された値が所定の値に到達した場合であって、さらに、高温伝熱管12Aの出口における被加熱水Wの温度を検知して、この検知した温度が所定の値に到達した場合に、高温伝熱管12Aへの被加熱水液Wqの供給開始と判断してもよい。ここで、高温伝熱管12Aの出口における被加熱水Wの温度に代えて、高温伝熱管12A内の圧力から算出される飽和温度、又は高温気液分離器80における被加熱水Wの温度もしくは圧力から算出される飽和温度、又はこれらと相関を有する値を検知することとしてもよい。このことは、被加熱水Wを冷媒液Vfと読み替え、高温吸収器10Aの各流体特性関連値を、対応する低温吸収器10Bの各流体特性関連値に読み替えれば、低温吸収器10Bにおいても同様に成り立つ。
補給水ポンプ86の起動を開始した当初は、比較的少ない流量の被加熱水液Wqを吐出するように補給水ポンプ86の回転速度を調節するとよい。仮に、補給水ポンプ86の起動当初から多量の被加熱水液Wqを高温伝熱管12A内に供給することとすると、高温伝熱管12A内の被加熱水Wの温度上昇が阻害されて起動に時間を要すると共に、被加熱水液Wqが蒸発し始めて発生した被加熱水蒸気Wvの気泡が被加熱水液Wqの液位を押し上げ、高温伝熱管12A内の液位が高くなりすぎる。高温伝熱管12Aと高温気液分離器80は、被加熱水導入管82及び被加熱水流出管84を介して連通しているので、高温伝熱管12A内の液位が高いと高温気液分離器80内の液位も高くなり、気液分離作用を損なうおそれがある。また、被加熱水液Wqが加熱されて発生した被加熱水蒸気Wvが被加熱水液Wqを吹き飛ばし、高温気液分離器80に過剰な被加熱水液Wqが流入して気液分離作用を損なうおそれがある。そこで、補給水ポンプ86の起動当初は比較的少ない流量の被加熱水液Wqを吐出するようにすると、高温吸収器10A内の温度上昇が、高温伝熱管12A内に供給された被加熱水Wによって阻害されることを抑制することができると共に、起動中の高温伝熱管12A内の過度な液位上昇と被加熱水Wの吹き飛ばしを抑制して良好な気液分離を実現することができる。起動工程が進むと、高温伝熱管12A内に供給された被加熱水液Wqは、高温吸収器10A内で高濃度溶液Saが低温冷媒蒸気Vbを吸収する際に発生する吸収熱によって加熱され、気液二相流(混合被加熱水Wm)となって高温気液分離器80に流入する。高温気液分離器80に流入した混合被加熱水Wmは、気体と液体とに分離され、気体は被加熱水蒸気Wvとして被加熱水蒸気管89を流れて利用場所に導かれ、液体は被加熱水液Wqとして被加熱水導入管82に流入する。
制御装置90は、補給水ポンプ86を起動したら(S8)、高温気液分離器80に過剰な被加熱水液Wqが流入することを抑制するため、高温伝熱管12Aに供給される被加熱水液Wqが、高温吸収器出口温度計51Aで検知した値が上昇するに連れて増加するように、補給水ポンプ86の回転速度を徐々に上げるようにする。吸収ヒートポンプ1の起動後、高温吸収器10Aの温度は徐々に上昇するため、高温伝熱管12A内で蒸発する被加熱水液Wqも徐々に増加するので、高温伝熱管12Aに供給される被加熱水液Wqが徐々に増加することで、高温気液分離器80に過剰な被加熱水液Wqが流入することを抑制することができる。また、制御装置90は、高温気液分離器80内の被加熱水液Wqの液位が徐々に上昇するように補給水ポンプ86を制御している際に、高温気液分離器80内の液位があらかじめ設定された定常運転時の液位になったか否か、及び高温気液分離器80内の圧力があらかじめ設定された定常運転時の圧力になったか否かを判断する(S9)。高温気液分離器80内が定常運転時の液位及び圧力になっていない場合は、再び高温気液分離器80内が定常運転時の液位及び圧力になったか否かを判断する工程(S9)に戻る。他方、高温気液分離器80内が定常運転時の液位及び圧力になった場合は、これまで説明した起動時の制御を終了し、定常運転時の制御に移行する。定常運転時は、被加熱水蒸気Wvが利用場所に供給され、高温気液分離器80内の被加熱水液Wqが少なくなったら、制御装置90は適宜補給水ポンプ86を起動して、補給水Wsを吸収ヒートポンプ1内に導入する。制御装置90は、補給水Wsの導入が完了したら、補給水ポンプ86を停止する。
以上で説明したように、本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ1によれば、起動時に、低温吸収器出口温度計51Bで検知した値が所定の値に到達したときに低温伝熱管12B内への冷媒液Vfの供給を開始し、高温吸収器出口温度計51Aで検知した値が所定の値に到達したときに高温伝熱管12A内への被加熱水Wの供給を開始すると共に、低温圧力計61が検知した値及び液位検知器43が検知した液位が上昇するに連れて低温伝熱管12B内に供給する冷媒液Vfの流量が増加し、高温吸収器出口温度計51Aで検知した値が増加するに連れて高温伝熱管12Aに供給する被加熱水Wの流量が増加するように制御するので、吸収ヒートポンプ1を緩慢に立ち上げることができ、低温気液分離器60及び高温気液分離器80に過剰な液体が流入して気液分離作用が損なわれることを抑制することができ、低温吸収器10B及び高温吸収器10Aの昇温昇圧に要する時間が長くなることを抑制することができる。
以上で説明した吸収ヒートポンプ1において、高温吸収器10A及び/又は低温吸収器10Bの構造を以下のようにすると、伝熱管から気液分離器へ液体が過剰に流出してしまうことを抑制する効果をさらに高めることができる。
図3は、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ1の高温吸収器10Aまわりの一例を示す断面図である。高温吸収器10Aは、高温伝熱管12Aと高濃度溶液散布ノズル13Aとが缶胴11内に収容され、缶胴11の外側に被加熱媒体室形成部材としての水室形成部材14が設けられて構成されている。水室形成部材14は、各高温伝熱管12Aに被加熱水Wを供給し、あるいは各高温伝熱管12Aから被加熱水Wを収集する被加熱媒体室としての水室を内部に形成する部材である。缶胴11は、典型的には設置されたときに横長になるように形成されている。
高温伝熱管12Aは、本実施の形態では、直線状に形成されたものの複数が缶胴11内に設けられている。高温伝熱管12Aは、横長の缶胴11の一端及びその反対側の他端に接合している。缶胴11の、高温伝熱管12Aが接合する面は、高温伝熱管12Aを挿通することができる孔が形成された管板(伝熱管プレート)として形成されている。缶胴11の両端の管板に接合した高温伝熱管12Aは、内部が缶胴11の内部と連通しないようになっている。換言すれば、高温伝熱管12A内を流れる被加熱水Wと、缶胴11内に流出入する吸収液S及び冷媒Vとが混合しないように構成されている。具体例を示すと、高温伝熱管12Aは、缶胴11の管板に形成された孔に拡管され固定されている。
高温伝熱管12Aは、本実施の形態では、その機能により、予熱管12pと蒸発管12eとに区別される。予熱管12pは、被加熱水液Wqを導入し、導入した被加熱水液Wqを吸収熱で加熱して昇温させる管である。蒸発管12eは、予熱管12pにおいて加熱された被加熱水液Wqを導入し、導入した被加熱水液Wqを吸収熱で蒸発させる管である。蒸発管12eでは、一端から流入した被加熱水液Wqの少なくとも一部が、他端から流出するまでに蒸発して被加熱水蒸気Wvとなる。蒸発管12eは、予熱管12pよりも上方に配置されている。各高温伝熱管12Aは、本実施の形態では、予熱管12p及び蒸発管12e共に、軸線が水平になるように配置されている。蒸発管12e内で被加熱水液Wqを加熱沸騰させることを考慮すると、蒸発管12eをその軸線が鉛直になるように配置することも考えられる。しかし、本実施の形態では、散布された吸収液Sを蒸発管12eの外面に薄い液膜としてできるだけ多く接触させる観点から、蒸発管12eを軸線が水平になるように配置することとしている。また、製造を簡便にする観点から、予熱管12pも、蒸発管12eと同様に、軸線が水平になるように配置することとしている。
缶胴11内に設けられる高温伝熱管12Aのうち、鉛直方向最下部に配置される予熱管12pは、その下方に中間濃度溶液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、定常運転時に高温伝熱管12Aが吸収液Sに没入することがなく、高温伝熱管12Aの表面に濡れ広がった高濃度溶液Saに低温冷媒蒸気Vbが吸収されるようになるため、高濃度溶液Saと低温冷媒蒸気Vbとの接触面積を大きくできると共に、発生した吸収熱が高温伝熱管12Aを流れる被加熱水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11の最上部に配置される蒸発管12eは、高濃度溶液散布ノズル13Aが設置できる空間が確保される位置に配置されている。
水室形成部材14は、各高温伝熱管12Aの端部が接合している缶胴11の両面(管板)に取り付けられている。水室形成部材14は、一面が開口した直方体状の部材であり、その開口した面が、缶胴11の管板に取り付けられている複数の高温伝熱管12Aの一端を覆うように、缶胴11の管板に取り付けられている。水室形成部材14が缶胴11の管板に取り付けられることにより、水室形成部材14と缶胴11の管板とに囲まれた空間が水室となる。水室は、各高温伝熱管12Aの内部と連通している。つまり、水室には被加熱水Wが流出入するようになっている。水室形成部材14の内部を区画して複数の水室を形成する場合は、水室形成部材14の内部に仕切板14wが設けられる。仕切板14wによって区画された各水室には、その水室に流入する被加熱水Wを流す高温伝熱管12Aの一端、及び/又は、その水室から流出した被加熱水Wを流す高温伝熱管12Aの一端とが連通している。
仕切板14wは、ある1つの水室に被加熱水Wを流出入させる1本又は2本以上の高温伝熱管12Aが、反対側の水室では異なる水室に連通するように設置されている。これにより、各高温伝熱管12A及び水室を流れる被加熱水Wは、最上流に位置する水室からこれに連通する高温伝熱管12Aを一方の向きに流れ、反対側の水室で流れの向きを変えてこれに連通する別の高温伝熱管12Aを一方の向きとは反対の向きに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10A内を通過するように構成されている。また、仕切板14wは、各高温伝熱管12A及び水室を全体として1つの流れとして流れる被加熱水Wが、高温吸収器10A内を全体として下方から上方に向かう流れとなるように水室を区画するべく設置されている。
缶胴11の両面にそれぞれ取り付けられている2つの水室形成部材14のうち、一方の水室形成部材14内の水室は、仕切板14wで仕切られることによって、低温液室14psと、混合流体室14ecとに区画されている。また、他方の水室形成部材14内の水室は、仕切板14wが設けられておらず、全体が高温液室14esとなっている。
低温液室14psには、図3に示す側面断面図上において、1本又は2本以上の予熱管12pの一端が接続されている。一端が低温液室14psに接続されたすべての予熱管12pの他端は、高温液室14esに接続されている。このように、本実施の形態では、低温液室14psと高温液室14esとを連絡する予熱管12pの、1種類の予熱管12pが設けられている。ここで、低温液室14psは、1種類の予熱管12pに被加熱水液Wqを供給する水室であり、予熱管供給部として機能する。高温液室14esは、1種類の予熱管12pで加熱された被加熱水液Wqを回収する水室であり、予熱管回収部として機能する。本実施の形態では、予熱管12pが1パスで構成されている。ここで、「パス」とは、ある高温伝熱管12A内を流れる流体が、他の高温伝熱管12A内の流体と合流することなく、かつ、流れ方向を180度変えることなく、流れる流路の単位である。パスは、高温伝熱管12A内を流れる流体が、流れ方向を180度変えず、途中で合流しない限り、高温伝熱管12Aの数を問わない。
高温液室14esには、上述した予熱管12pの他に、複数の蒸発管12eの一端が接続されている。一端が高温液室14esに接続されたすべての蒸発管12eの他端は、混合流体室14ecに接続されている。本実施の形態では、缶胴11内に配設されたすべての蒸発管12eについて、一端が高温液室14esに接続され、他端が混合流体室14ecに接続されている。ここで、高温液室14esは、複数の蒸発管12eへ被加熱水液Wqを分配する水室であり、蒸発管分配部に相当する。つまり、高温液室14esは、予熱管回収部と蒸発管分配部とを兼ねている。また、混合流体室14ecは、複数の蒸発管12eから被加熱水Wを回収する水室であり、蒸発管収集部に相当する。混合流体室14ecの上部(典型的には頂部)には、被加熱水流出管84が接続されている。
缶胴11内に収容されている高濃度溶液散布ノズル13Aは、高温伝熱管12Aに満遍なく高濃度溶液Saを散布することができるように、鉛直上方から見て高温伝熱管12Aを覆う広範囲に広がって配置されている。高濃度溶液散布ノズル13Aに接続される高濃度溶液管35は、缶胴11の一面を貫通している。なお、上述のように、複数の高温伝熱管12Aは缶胴11内に水平に配置されているが、水平に配置されているとは、厳密に水平であることを要求するものではなく、高温吸収器10A内を1つの流れとして蛇行して流れる被加熱水Wが蒸発管12e内で液から蒸気に変化しても被加熱水Wの流動を阻害しない程度に水平であればよい。しかしながら、高濃度溶液散布ノズル13Aから散布された高濃度溶液Saが高温伝熱管12Aの外表面に接している量を増加させる観点から、水平に近づくほど好ましい。缶胴11の底部に貯留されている中間濃度溶液Sbを低温吸収器10B(図1参照)に導く中間濃度溶液管15Aは、典型的には缶胴11の底部に接続されている。
高温気液分離器80内の被加熱水液Wqを高温吸収器10Aに導く被加熱水導入管82は、被加熱水Wの流れの最上流の液室となる低温液室14psに接続されている。補給水管85は、被加熱水導入管82に接続されている。この構成により、被加熱水Wを高温吸収器10Aに流入させる管の接続部が1箇所で済むこととなり、構成を簡便にすることができると共に、水室を開放する際の保守点検作業が容易になる。高温吸収器10Aで生成された湿り蒸気(混合被加熱水Wm)を高温気液分離器80に導く被加熱水流出管84は、混合流体室14ecに接続されている。
上述のように構成された高温吸収器10Aは、典型的には以下のように作用する。高濃度溶液Saは、高濃度溶液散布ノズル13Aから散布されると、重力によって落下し、まず蒸発管12eに降りかかり、蒸発管12eに接触しなかった分及び蒸発管12eの表面を伝わって滴下してきた分が予熱管12pに降りかかって、各蒸発管12e及び各予熱管12pの表面に濡れ広がる。各蒸発管12e及び各予熱管12pの表面に濡れ広がった高濃度溶液Saは、低温気液分離器60(図1参照)から供給された低温冷媒蒸気Vbを吸収し、その際に発生する吸収熱で内部を流れる被加熱水Wを加熱する。低温冷媒蒸気Vbを吸収した高濃度溶液Saは、濃度が低下した中間濃度溶液Sbとなって缶胴11の下部に一旦貯留された後、中間濃度溶液管15Aを介して低温吸収器10B(図1参照)に導かれる。
その一方で、高温吸収器10A内の低温液室14psには、被加熱水導入管82を介して高温気液分離器80からの被加熱水液Wqが流入する。低温液室14psに流入する被加熱水液Wqには、低温液室14psに流入する前に、補給水ポンプ86(図1参照)により補給水Wsが混合される。なお、補給水管85及び高温気液分離器80から高温液室14esに流入する被加熱水液Wqの合計流量は、典型的には、高温吸収器10Aで生成される被加熱水蒸気Wvの流量の2〜10倍程度である。低温液室14psに流入した被加熱水液Wqは、予熱管12pを流れて高温液室14esに流入する。被加熱水液Wqは、予熱管12p内を流れるとき、予熱管12pの外表面に濡れ広がった高濃度溶液Saが低温冷媒蒸気Vbを吸収する際に発生する吸収熱で加熱される。このとき、予熱管12pを流れる被加熱水液Wqは、温度が上昇するが、蒸発はしない。
高温液室14es内の被加熱水液Wqは、各蒸発管12eに流入する。このとき、高温液室14esには、実質的に被加熱水蒸気Wvが存在しないので、すべての蒸発管12eに被加熱水液Wqが流入する。各蒸発管12eを流れる被加熱水液Wqは、蒸発管12eの外表面に濡れ広がった高濃度溶液Saが低温冷媒蒸気Vbを吸収する際に発生する吸収熱で加熱され、混合流体室14ecに至るまでに一部又は全部が蒸発する。このとき、すべての蒸発管12eに被加熱水液Wqが流入することで、吸収熱が効率よく被加熱水液Wqに伝わり、効率的に被加熱水蒸気Wvを生成することができる。また、被加熱媒水液Wqを蒸発管12eに供給する前に予熱管12pで予熱していたので、蒸発管12eにおける被加熱水蒸気Wvの生成を効率的に行うことができる。蒸発管12eを流れる際に加熱された被加熱水Wは、混合被加熱水Wmとなって混合流体室14ecに到達する。混合流体室14ec内の混合被加熱水Wmは、被加熱水流出管84を流れて高温吸収器10Aから流出する。このように、1パスで構成された蒸発管12eで生成された混合被加熱水Wmは、その後は蒸発管を通過せずに高温吸収器10Aから流出する。蒸発管12e内で発生した被加熱水蒸気Wvは、水平な伝熱管を流れた後に混合流体室14ecの上方から流出するだけのシンプルな流れになるので、高温吸収器10A内に滞留せずに流出しやすい。つまり、被加熱水蒸気Wvが高温吸収器10A内に滞留せずに流れやすいので、発生した被加熱水蒸気Wvが被加熱水液Wqを高温吸収器10Aの出口に向けて吹き飛ばすことがない。また、発生した被加熱水蒸気Wvが高温吸収器10A内に滞留しないので、吸収ヒートポンプ1の起動時の液位の過度な上昇を抑制することができ、気液分離作用を損なうことがない。このように、本実施の形態では、吸収ヒートポンプ1の起動中の被加熱水Wの吹き飛ばしと過度な液位上昇を抑制して、良好な気液分離を実現することができる。
高温吸収器10Aから流出した混合被加熱水Wmは、被加熱水流出管84を介して高温気液分離器80に流入する。高温気液分離器80に流入した混合被加熱水Wmは、バッフル板80aに衝突して気液分離され、被加熱水液Wqと、被加熱水蒸気Wvとに分かれる。分離された被加熱水蒸気Wvは、吸収ヒートポンプ1外の蒸気利用場所に向かって被加熱水蒸気管89を流れる。他方、高温気液分離器80で分離された被加熱水液Wqは、高温気液分離器80下部の貯留部81に貯留される。分離液体貯留部81に貯留されている被加熱水液Wqは、被加熱水導入管82を流れる。被加熱水導入管82を流れる被加熱水液Wqは、補給水管85からの補給水Wsと合流して低温液室14psに流入し、以降、上述の作用を繰り返す。
なお、図3に示す高温吸収器10Aでは、高温伝熱管12Aが予熱管12pと蒸発管12eとに区別されていることとしたが、予熱管12pを省略してもよい。予熱管12pを省略する場合、低温液室14psも省略すると共に、被加熱水導入管82を高温液室14esに接続し、高温伝熱管12A全体が1パスの蒸発管12eで構成されることとなる。
以上の高温吸収器10Aの具体的な構成は、低温吸収器10Bにも適用可能である。図3に示す構成を低温吸収器10Bに適用する場合は、図3中の高濃度溶液散布ノズル13Aを中間濃度溶液散布ノズル13Bに、低温冷媒蒸気Vbが流れる低温冷媒蒸気管69を蒸発器冷媒蒸気Veが流れる流路に、中間濃度溶液Sbが流れる中間濃度溶液管15Aを希溶液Swが流れる希溶液管15Bに、高温気液分離器80まわりの構成を低温気液分離器60まわりの構成に、予熱管12p(省略可)及び蒸発管12e内を流れる流体の被加熱水Wを冷媒Vに、それぞれ置き換えればよい。
以上の説明では、高温吸収器10Aの高温伝熱管12Aに供給する被加熱水Wの流量を調節する(被加熱水Wの供給開始を調節することを含む)基となる流体特性関連値取得手段が、高温吸収器10Aの出口における中間濃度溶液Sbの温度を検知する高温吸収器出口温度計51Aであるとしたが、このほか、高温吸収器10Aの出口における中間濃度溶液Sbの濃度、高温吸収器10Aの入口における高濃度溶液Saの温度又は濃度、再生器30の出口における高濃度溶液Saの温度又は濃度、再生器30の入口における希溶液Swの温度又は濃度を検知するものであってもよく、あるいはこれらのいずれかと相関を有する値を検知して制御に用いられる値を算出することとしてもよい。相関を有する値としては、凝縮器40の冷媒液貯留部42における冷媒液Vfの温度、冷媒液管45内の冷媒液Vfの温度、凝縮器40内部又は再生器30内部の圧力、低温伝熱管12Bの出口における冷媒Vの温度、低温気液分離器60の内部の冷媒Vの温度、低温冷媒蒸気管69を流れる低温冷媒蒸気Vbの温度、低温圧力計61が検知する低温気液分離器60の内部の圧力又はこれと連通する高温吸収器10A内部の圧力、などがある。特に、再生器30の出口における高濃度溶液Saの濃度又は高温吸収器10Aの入口における高濃度溶液Saの濃度を検知することとすると、吸収ヒートポンプの起動からの濃度変化が最も大きく最も濃くなるので好ましい。吸収液の濃度を検知する場合、吸収液の温度とその吸収液が収容されている吸収器又は再生器の内圧とから、吸収液の濃度を算出することとしてもよい。また、高温伝熱管12A内に被加熱水Wの供給を開始した後に行う被加熱水Wの流量制御は、上記の各値を用いるほか、高温伝熱管12A内の圧力又は高温伝熱管12Aの出口における被加熱水Wの温度もしくは高温気液分離器80における被加熱水Wの温度を検知するものであってもよく、あるいはこれらのいずれかと相関を有する値を検知して制御に用いられる値を算出することとしてもよい。相関を有する値としては、高温気液分離器80から流出する被加熱水蒸気Wvの温度、高温気液分離器80又は被加熱水蒸気管89又は被加熱水導入管82又は被加熱水流出管84のいずれかの表面温度、などがある。高温伝熱管12A内の圧力を検知することには、高温伝熱管12Aと連通する高温気液分離器80の圧力を検知することも含まれる。また、高温伝熱管12Aの出口における被加熱水Wの温度は飽和温度であるから、高温気液分離器80の圧力から高温伝熱管12Aの出口における被加熱水Wの温度を算出することとしてもよい。また、低温吸収器10Bの低温伝熱管12Bに供給する冷媒液Vfの流量を調節する(冷媒液Vfの供給開始を調節することを含む)基となる流体特性関連値取得手段が、低温吸収器10Bの出口における希溶液Swの温度を検知する低温吸収器出口温度計51Bであるとしたが、このほか、高温吸収器出口温度計51Aの場合に倣って、低温吸収器10Bの出口における希溶液Swの濃度、低温吸収器10Bの入口における中間濃度溶液Sbの温度又は濃度、再生器30の出口における高濃度溶液Saの温度又は濃度、再生器30の入口における希溶液Swの温度又は濃度を検知するものであってもよく、あるいはこれらのいずれかと相関を有する値を検知して制御に用いられる値を算出することとしてもよい。相関を有する値としては、凝縮器40の冷媒液貯留部42における冷媒液Vfの温度、冷媒液管45内の冷媒液Vfの温度、凝縮器40内部又は再生器30内部の圧力、蒸発器20内部の冷媒Vの温度、蒸発器20内で発生する蒸発器冷媒蒸気Veの温度、蒸発器20内部の圧力又はこれと連通する低温吸収器10B内部の圧力、などがある。上述したように、再生器30の出口における高濃度溶液Saの濃度は、吸収ヒートポンプの起動からの濃度変化が最も大きく最も濃くなるので、これを検知することとすると好ましい。また、低温伝熱管12B内に冷媒液Vfの供給を開始した後に行う冷媒液Vfの流量制御は、上記の各値を用いるほか、低温伝熱管12B内の圧力(低温気液分離器60の圧力を含む)又は低温伝熱管12Bの出口における冷媒Vの温度又は低温気液分離器60における冷媒Vの温度を検知するものであってもよく、あるいはこれらのいずれかと相関を有する値を検知して制御に用いられる値を算出することとしてもよい。相関を有する値としては、低温気液分離器60から流出する低温冷媒蒸気Vbの温度、低温気液分離器60又は冷媒液導入管62又は冷媒流出管64又は低温冷媒蒸気管69のいずれかの表面温度、などがある。
以上の説明では、冷媒液供給ポンプ49のインバータ制御によって低温伝熱管12B内に供給される冷媒液Vfの流量が可変に構成されていることとしたが、冷媒液供給ポンプ49を複数台並列に設置して運転する台数を変えることで低温伝熱管12B内に供給される冷媒液Vfの流量を変化させることとしてもよい。また、補給水ポンプ86のインバータ制御によって高温伝熱管12A内に供給される被加熱水Wの流量が可変に構成されていることとしたが、補給水ポンプ86を複数台並列に設置して運転する台数を変えることで高温伝熱管12A内に供給される被加熱水Wの流量を変化させることとしてもよい。また、低温伝熱管12B及び/又は高温伝熱管12Aに供給する流体の流量を変化させるに際し、ポンプのインバータ制御あるいは台数制御に代えて、開度が調節可能な流量調整弁を設け、流量調整弁の開度を変化させることにより、流量を変化させることとしてもよい。あるいは、ポンプをON/OFF制御として、ON時間及びOFF時間の長さを各々制御してもよい。すなわち、ON時間を短くしOFF時間を長くして流量を少なくし、ON時間を長くしOFF時間を短くして流量を多くしてもよい。
以上の説明では、高温吸収器10Aで加熱される被加熱水Wが水であるとしたが、化学液体等の、蒸気として利用する要請のある流体であってもよい。
以上の説明では、冷媒液管48が低温気液分離器60に接続されていることとしたが、冷媒液導入管62に接続されていてもよく、低温伝熱管12Bに接続されていてもよい。
以上の説明では、吸収ヒートポンプ1の起動時に、低温伝熱管12Bに供給される冷媒液Vfの流量と、高温伝熱管12Aに供給される被加熱水液Wqの流量とが、共に流体特性関連値取得手段(低温吸収器出口温度計51B、高温吸収器出口温度計51A)で取得された値に応じて調節されることとしたが、どちらか一方が調節されることとしてもよい。また、吸収器が高温吸収器10Aと低温吸収器10Bとの2段に構成されているとしたが、例えば低温吸収器10Bを省略して1段に構成されていてもよく、高温吸収器10Aと低温吸収器10Bとの間に中温吸収器を設けて3段に構成されていてもよい。
1 吸収ヒートポンプ
10A 高温吸収器
10B 低温吸収器
12A 高温伝熱管
12B 低温伝熱管
13A 高濃度溶液散布ノズル
13B 中間濃度溶液散布ノズル
16A 中間濃度溶液ポンプ
19A 冷媒蒸気導入口
19B 冷媒蒸気導入口
30 再生器
42 冷媒液貯留部
43 液位検知器
49 冷媒液供給ポンプ
51A 高温吸収器出口温度計
51B 低温吸収器出口温度計
60 低温気液分離器
62 冷媒液導入管
80 高温気液分離器
86 補給水ポンプ
90 制御装置
Sa 高濃度溶液
Sb 中間濃度溶液
Sw 希溶液
Vb 低温冷媒蒸気
Ve 蒸発器冷媒蒸気
Vf 冷媒液
Vg 再生器冷媒蒸気
Vm 混合流体
Wm 混合被加熱水
Wq 被加熱水液

Claims (5)

  1. 吸収液が吸収対象冷媒の蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体を加熱する吸収ヒートポンプであって;
    内部に前記被加熱媒体を流す伝熱管と、前記伝熱管の外表面に向けて前記吸収液を供給する吸収液供給器と、前記吸収液に吸収させる前記吸収対象冷媒の蒸気を導入する吸収対象冷媒蒸気導入部と、を有する吸収器と;
    前記吸収器で前記吸収対象冷媒の蒸気を吸収して濃度が低下した前記吸収液を直接又は間接的に導入し、導入した前記吸収液から前記吸収対象冷媒を離脱させて前記吸収液の濃度を上昇させ、濃度が上昇した前記吸収液を直接又は間接的に前記吸収器に向けて流出させる再生器と;
    前記被加熱媒体を前記伝熱管に向けて供給する被加熱媒体供給手段と;
    前記再生器の出口における前記吸収液の温度、前記再生器の出口における前記吸収液の濃度、前記吸収器の入口における前記吸収液の温度、前記吸収器の入口における前記吸収液の濃度、前記吸収器の出口における前記吸収液の温度、前記吸収器の出口における前記吸収液の濃度、前記再生器の入口における前記吸収液の温度、前記再生器の入口における前記吸収液の濃度、前記伝熱管内の圧力、及び前記伝熱管の出口における前記被加熱媒体の温度、の少なくとも1つの値又はこれと相関を有する値を取得する流体特性関連値取得手段と;
    前記吸収ヒートポンプの起動時に、前記流体特性関連値取得手段で取得された値に応じて前記伝熱管に供給する前記被加熱媒体の流量を調節するように前記被加熱媒体供給手段を制御する制御装置とを備える;
    吸収ヒートポンプ。
  2. 前記流体特性関連値取得手段は、前記再生器の出口における前記吸収液の温度、前記再生器の出口における前記吸収液の濃度、前記吸収器の入口における前記吸収液の温度、前記吸収器の入口における前記吸収液の濃度、前記吸収器の出口における前記吸収液の温度、及び前記吸収器の出口における前記吸収液の濃度、前記再生器の入口における前記吸収液の温度、前記再生器の入口における前記吸収液の濃度、の少なくとも1つの値又はこれと相関を有する値である吸収液特性関連値を取得するように構成され;
    前記制御装置は、前記吸収ヒートポンプを起動する際、前記流体特性関連値取得手段で取得された前記吸収液特性関連値が所定の値に到達したときに、前記被加熱媒体の前記伝熱管への供給を開始するように、前記被加熱媒体供給手段を制御する;
    請求項1に記載の吸収ヒートポンプ。
  3. 前記制御装置は、前記流体特性関連値取得手段で取得された値が上昇するに連れて、前記被加熱媒体供給手段から前記伝熱管に供給される前記被加熱媒体の流量を増加させるように構成された;
    請求項1又は請求項2に記載の吸収ヒートポンプ。
  4. 前記伝熱管に供給される前記被加熱媒体を貯留する被加熱媒体貯留部と;
    前記伝熱管から流出した前記被加熱媒体の気体と液体との混合流体、又は前記伝熱管から流出した後に発生した前記被加熱媒体の気体と液体との混合流体から、前記被加熱媒体の気体と液体とを分離する気液分離器と;
    前記気液分離器から前記伝熱管へ前記被加熱媒体を導く被加熱媒体流路と;
    前記被加熱媒体貯留部に貯留されている前記被加熱媒体を、前記気液分離器、前記被加熱媒体流路、又は前記伝熱管へ供給する被加熱媒体ポンプとを備え;
    前記被加熱媒体貯留部は、被加熱媒体の液位を検知する被加熱媒体液位検知器を有し;
    前記制御装置は、前記被加熱媒体液位検知器が検知した値に応じて供給する前記被加熱媒体の流量を調節するように前記被加熱媒体ポンプを制御する;
    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。
  5. 前記伝熱管が、前記被加熱媒体の液体を導入し加熱して蒸発させる蒸発管を有し;
    前記吸収器は、複数の前記蒸発管へ前記被加熱媒体を分配する蒸発管分配部にそれぞれの前記蒸発管の一端が接続され、複数の前記蒸発管から前記被加熱媒体を収集する蒸発管収集部にそれぞれの前記蒸発管の他端が接続され、前記蒸発管分配部と前記蒸発管収集部とがそれぞれ1個から構成された;
    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。
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