JP2017083159A - 吸収ヒートポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】起動時に冷媒の液が吸収液の系統に混入することを防ぐ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、冷媒加熱流体管61の内部を流れる熱源流体heの熱で外側にある冷媒の液Vfを加熱し蒸発させて冷媒の蒸気Vcを生成する蒸発器60と、蒸発器60に冷媒の液Vfを供給する冷媒液供給部89、87と、起動時に、冷媒加熱流体管61に接触する冷媒の液Vfの量を変化させることで、冷媒加熱流体管61を流れる熱源流体heから冷媒の液Vfへの熱伝達面積が、吸収ヒートポンプ1の起動開始から蒸発器60の圧力又は蒸発器60の圧力と相関を有する物理量の変化に応じて増加するように、冷媒液供給部89、87を制御する制御装置100とを備える。而して、起動時に、多量の冷媒の液Vfが蒸発することを防ぐことができ、冷媒の蒸気Vcに随伴して冷媒の液Vfが吸収液Swに混合されることを防ぐことができる。【選択図】図1

Description

本発明は吸収ヒートポンプに関し、特に起動時に冷媒の液が吸収液の系統に混入することを防ぐ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、第2種吸収ヒートポンプがある。第2種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。第2種吸収ヒートポンプとして、比較的利用価値の低い低温の排温水を熱源媒体として再生器及び蒸発器に供給して、利用価値の高い被加熱媒体蒸気を取り出すものがある(例えば、特許文献1参照。)。
特開2013−231577号公報(段落0026)
吸収ヒートポンプの起動時に、当初から蒸発器における冷媒蒸気の発生を旺盛にすると、冷媒液が吸収器に流入してしまい、吸収液の濃度が低下して、定常運転に到達するまでの時間が長くなってしまう。
本発明は上述の課題に鑑み、起動時に冷媒の液が吸収液の系統に混入することを防ぐ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、吸収液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにより、導入した熱源流体he、hgの熱を汲み上げる吸収ヒートポンプ1であって;冷媒加熱流体管61を有し、冷媒加熱流体管61の内部を流れる熱源流体heの熱で、冷媒加熱流体管61の外側にある冷媒の液Vfを加熱し蒸発させて冷媒の蒸気Vcを生成する蒸発器60と;蒸発器60に冷媒の液Vfを供給する冷媒液供給部89、87と;吸収ヒートポンプ1の起動時に、冷媒加熱流体管61に接触する冷媒の液Vfの量を変化させることで、冷媒加熱流体管61を流れる熱源流体heから冷媒の液Vfへの熱伝達面積が、吸収ヒートポンプ1の起動開始から蒸発器60の圧力又は蒸発器60の圧力と相関を有する物理量の変化に応じて増加するように、冷媒液供給部89、87を制御する制御装置100とを備える。
このように構成すると、吸収ヒートポンプの起動時に、多量の冷媒の液が蒸発することを防ぐことができ、冷媒の蒸気に随伴して冷媒の液が吸収液に混合されることを防ぐことができる。
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、制御装置100は、蒸発器60の圧力又は蒸発器60の圧力と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、蒸発器60の内部の冷媒の液Vfの液位を所定の範囲に維持するように冷媒液供給部89、87を制御する。
このように構成すると、蒸発器の圧力又は蒸発器の圧力と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、蒸発器の内部の冷媒の液の液位を所定の範囲に維持するようにするので、冷媒の蒸気に随伴して冷媒の液が吸収液に混合されることを防ぐことができる。
上記目的を達成するために、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に示すように、吸収液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにより、導入した熱源流体he、hgの熱を汲み上げる吸収ヒートポンプ1であって;冷媒加熱流体管61を有し、冷媒加熱流体管61の内部を流れる熱源流体heの熱で、冷媒加熱流体管61の外側にある冷媒の液Vfを加熱し蒸発させて冷媒の蒸気Vcを生成する蒸発器60と;蒸発器60に冷媒の液Vfを供給する冷媒液供給部89、87と;吸収液Sbが冷媒の蒸気Vbを吸収したときに生じた吸収熱で被加熱媒体Vfを加熱する第1の吸収器30と;第1の吸収器30の吸収液Scを導入すると共に蒸発器60で生成された冷媒の蒸気Vcを導入し、導入した吸収液Scが冷媒の蒸気Vcを吸収したときに生じた吸収熱で被加熱媒体Vfを加熱する第2の吸収器50と;吸収ヒートポンプ1の起動時に、冷媒加熱流体管61に接触する冷媒の液Vfの量を変化させることで、冷媒加熱流体管61を流れる熱源流体heから冷媒の液Vfへの熱伝達面積が、吸収ヒートポンプ1の起動開始から第1の吸収器30と第2の吸収器50との圧力差又は第1の吸収器30と第2の吸収器50との圧力差と相関を有する物理量の変化に応じて増加するように、冷媒液供給部89、87を制御する制御装置100とを備える。
このように構成すると、起動時に、蒸発器における熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積が増加することで第2の吸収器の内部圧力が過度に上昇することを防ぐことができる。
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を参照して示すと、上記本発明の第3の態様に係る吸収ヒートポンプ1において、制御装置100は、第1の吸収器30と第2の吸収器50との圧力差又は第1の吸収器30と第2の吸収器50との圧力差と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、蒸発器60の内部の冷媒の液Vfの液位を所定の範囲に維持するように冷媒液供給部89、87を制御する。
このように構成すると、第1の吸収器と第2の吸収器との圧力差又は第1の吸収器と第2の吸収器との圧力差と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、蒸発器の内部の冷媒の液の液位を所定の範囲に維持するようにするので、冷媒の蒸気に随伴して冷媒の液が吸収液に混合されることを防ぐことができる。
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1に示すように、上記本発明の第3の態様又は第4の態様に係る吸収ヒートポンプ1において、第2の吸収器50は、第1の吸収器30よりも低位に配置されて、第1の吸収器30の吸収液Scを重力によって導入するように構成されている。
このように構成すると、起動時に、内部圧力が過度に上昇することを防いだ第2の吸収器へ、第1の吸収器の吸収液を重力で流入させることができる。
また、本発明の第6の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図2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1Aにおいて、蒸発器60Aは、冷媒加熱流体管61を収容すると共に冷媒の液Vfを貯留する蒸発器缶胴64を有し、冷媒加熱流体管61の一部又は全部が冷媒の液Vfに没入するように構成され;蒸発器缶胴64内の冷媒の液Vfの液位を検出する液位検出装置69を備え;制御装置100Aは、液位検出装置69によって検出された液位が下方から上方に向けて変化するように冷媒液供給部89、87(例えば図1参照)を制御する。
このように構成すると、液位制御によって蒸発器缶胴内の冷媒の液の液位を変化させることで熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積を変化させることができ、当該熱伝達面積を簡便に調節することができる。
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1において、蒸発器60は、冷媒加熱流体管61を収容すると共に冷媒の液Vfを貯留する蒸発器缶胴64を有し、冷媒加熱流体管61の一部又は全部が冷媒の液Vfに没入するように構成され;制御装置100は、冷媒液供給部89、87が蒸発器60に供給する冷媒の液Vfの流量が小流量から大流量に変化するように冷媒液供給部89、87を制御する。
このように構成すると、供給量制御によって蒸発器缶胴内の冷媒の液の液位を変化させることで熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積を変化させることができ、当該熱伝達面積を簡便に調節することができる。
また、本発明の第8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1Bにおいて、蒸発器60Bは、冷媒加熱流体管61に向けて冷媒の液Vfを散布する散布ノズル62A、62B、62Cを複数有すると共に、複数の散布ノズル62A、62B、62Cのそれぞれへの冷媒の液Vfの供給の有無を制御する冷媒制御弁67A、67B、67Cを有し;制御装置100Bは、冷媒の液Vfが散布される散布ノズル62A、62B、62Cの数が増加するように冷媒制御弁67A、67B、67Cを制御する。
このように構成すると、散布ノズル数制御によって冷媒加熱流体管に散布される冷媒の液の量を変化させることで熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積を変化させることができ、当該熱伝達面積を簡便に調節することができる。
また、本発明の第9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1Bにおいて、蒸発器60Bは、冷媒加熱流体管61に向けて冷媒の液Vfを散布する散布ノズル62A、62B、62Cを有し;制御装置100Bは、散布ノズル62A、62B、62Cへ供給される冷媒の液Vfの圧力が増加するように冷媒液供給部89、87(例えば図1参照)を制御する。
このように構成すると、散布ノズル圧制御によって冷媒加熱流体管に散布される冷媒の液の量を変化させることで熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積を変化させることができ、当該熱伝達面積を簡便に調節することができる。
本発明によれば、起動時に、蒸発器における熱源流体から冷媒の液への熱伝達面積が増加することで低温吸収器の内部圧力が過度に上昇することを防ぐことができる。
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の第1の変形例に係る吸収ヒートポンプが備える低温蒸発器まわりの概略構成図である。 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が備える低温蒸発器まわりの概略構成図である。
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、三段昇温型の吸収ヒートポンプである。吸収ヒートポンプ1は、本実施の形態では、比較的利用価値の低い低温(例えば80℃〜90℃程度)の排温水he、hgを熱源流体として導入し、利用価値の高い被加熱水蒸気Wv(例えば、圧力が約0.2MPa(ゲージ圧)を超え、望ましくは0.8MPa(ゲージ圧)程度)を取り出すことができる、第二種吸収ヒートポンプである。吸収ヒートポンプ1は、主要構成機器として、高温吸収器10と、高温蒸発器20と、中温吸収器30と、中温蒸発器40と、低温吸収器50と、低温蒸発器60と、再生器70と、凝縮器80とを備えている。また、吸収ヒートポンプ1は、制御装置100を備えている。
なお、以下の説明においては、吸収液(「溶液」という場合もある)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「高濃度溶液Sa」、「中濃度溶液Sb」、「低濃度溶液Sc」、「希溶液Sw」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「高温冷媒蒸気Va」、「中温冷媒蒸気Vb」、「低温冷媒蒸気Vc」、「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10は、被加熱水Wの流路を構成する伝熱管11と、高濃度溶液Saを散布する高濃度溶液散布ノズル12とを有している。高濃度溶液散布ノズル12は、散布した高濃度溶液Saが伝熱管11に降りかかるように、伝熱管11の上方に配設されている。高温吸収器10は、高濃度溶液散布ノズル12から高濃度溶液Saが散布され、高濃度溶液Saが高温冷媒蒸気Vaを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、伝熱管11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10の下部には、中濃度溶液Sbが貯留される貯留部13が形成されている。中濃度溶液Sbは、高濃度溶液散布ノズル12から散布された高濃度溶液Saが高温冷媒蒸気Vaを吸収して、高濃度溶液Saから濃度が低下した吸収液Sである。伝熱管11は、中濃度溶液Sbに没入しないように、貯留部13よりも上方に配設されている。このようにすると、発生した吸収熱が伝熱管11内を流れる被加熱水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。
高温蒸発器20は、高温吸収器10に高温冷媒蒸気Vaを供給する構成部材である。高温蒸発器20は、冷媒液Vf及び高温冷媒蒸気Vaを収容する冷媒気液分離胴21と、高温冷媒液供給管22と、高温冷媒蒸気受入管24とを有している。高温冷媒液供給管22は、冷媒液Vfを中温吸収器30の加熱管31に導く流路を構成する管である。高温冷媒蒸気受入管24は、中温吸収器30の加熱管31で冷媒液Vfが加熱されて生成された高温冷媒蒸気Vaあるいは高温冷媒蒸気Vaと冷媒液Vfとの冷媒気液混相を冷媒気液分離胴21まで案内する流路を構成する管である。冷媒気液分離胴21内には、高温冷媒蒸気Va中に含まれる冷媒Vの液滴を衝突分離させるバッフル板(不図示)が設けられている。本実施の形態では、中温吸収器30の加熱管31の内面を高温蒸発器20の伝熱面としている。また、冷媒気液分離胴21には、内部の圧力を検出する高温圧力計28が設けられている。また、高温蒸発器20には冷媒液Vfを導入する冷媒液管82が接続されている。高温蒸発器20に接続された冷媒液管82には、流量調節弁83が配設されている。高温冷媒液供給管22は、冷媒気液分離胴21の冷媒液Vfが貯留されている部分に一端が接続され、他端が加熱管31の一端に接続されている。高温冷媒蒸気受入管24は、冷媒気液分離胴21に一端が接続され、他端が加熱管31の他端に接続されている。高温蒸発器20は、加熱管31の内部で冷媒液Vfが蒸気に変化して密度が大幅に減少するので、加熱管31を気泡ポンプとして機能させることとして、冷媒気液分離胴21内の冷媒液Vfを加熱管31に送るポンプを省略している。なお、冷媒気液分離胴21内の冷媒液Vfを加熱管31に送るポンプ(不図示)を高温冷媒液供給管22に配設してもよい。
高温蒸発器20と高温吸収器10とは、高温冷媒蒸気流路としての高温冷媒蒸気管29で接続されている。高温冷媒蒸気管29は、一方の端部が冷媒気液分離胴21の上部(典型的には頂部)に接続されており、他方の端部が高濃度溶液散布ノズル12よりも上方で高温吸収器10の缶胴に接続されている。このような構成により、高温蒸発器20で生成された高温冷媒蒸気Vaを、高温冷媒蒸気管29を介して、高温吸収器10に供給することができるようになっている。また、高温吸収器10と高温蒸発器20とは、高温冷媒蒸気管29を介して連通していることにより、概ね同じ内部圧力となる。
中温吸収器30は、本実施の形態では第1の吸収器に相当し、冷媒液Vf及び高温冷媒蒸気Vaの流路を構成する加熱管31と、中濃度溶液散布ノズル32とを有している。加熱管31は、上述のように、一端に高温冷媒液供給管22が、他端に高温冷媒蒸気受入管24が、それぞれ接続されている。中濃度溶液散布ノズル32は、本実施の形態では、中濃度溶液Sbを散布する。中濃度溶液散布ノズル32は、散布した中濃度溶液Sbが加熱管31に降りかかるように、加熱管31の上方に配設されている。中濃度溶液散布ノズル32には、中濃度溶液Sbを内部に流す中濃度溶液管15の一端が接続されている。中温吸収器30は、中濃度溶液散布ノズル32から中濃度溶液Sbが散布され、中濃度溶液Sbが中温冷媒蒸気Vbを吸収する際に生じる吸収熱により、加熱管31を流れる冷媒液Vfを加熱して高温冷媒蒸気Vaを生成することができるように構成されている。中温吸収器30は、高温吸収器10よりも低い圧力(露点温度)で作動するように構成されており、高温吸収器10よりも作動温度が低くなっている。中温吸収器30の下部には、低濃度溶液Scが貯留される貯留部33が形成されている。低濃度溶液Scは、中濃度溶液散布ノズル32から散布された中濃度溶液Sbが中温冷媒蒸気Vbを吸収して濃度が低下した吸収液Sである。加熱管31は、貯留部33よりも上方に配設されている。
中温蒸発器40は、中温吸収器30に中温冷媒蒸気Vbを供給する構成部材である。中温蒸発器40は、冷媒液Vf及び中温冷媒蒸気Vbを収容する冷媒気液分離胴41と、中温冷媒液供給管42と、中温冷媒蒸気受入管44とを有している。中温冷媒液供給管42は、冷媒液Vfを低温吸収器50の加熱管51に導く流路を構成する管である。中温冷媒蒸気受入管44は、低温吸収器50の加熱管51で冷媒液Vfが加熱されて生成された中温冷媒蒸気Vbあるいは中温冷媒蒸気Vbと冷媒液Vfとの冷媒気液混相を冷媒気液分離胴41まで案内する流路を構成する管である。冷媒気液分離胴41は、高温蒸発器20の冷媒気液分離胴21と同様に構成されている。本実施の形態では、低温吸収器50の加熱管51の内面を中温蒸発器40の伝熱面としている。冷媒気液分離胴41には、内部の圧力を検出する中温圧力計48が設けられている。また、中温蒸発器40には冷媒液Vfを導入する冷媒液管84が接続されている。冷媒液管84は、冷媒液管82から分岐している。中温蒸発器40に接続された冷媒液管84には、流量調節弁85が配設されている。中温冷媒液供給管42は、冷媒気液分離胴41の冷媒液Vfが貯留されている部分に一端が接続され、他端が加熱管51の一端に接続されている。中温冷媒蒸気受入管44は、冷媒気液分離胴41に一端が接続され、他端が加熱管51の他端に接続されている。中温蒸発器40は、加熱管51の内部で冷媒液Vfが蒸気に変化して密度が大幅に減少するので、加熱管51を気泡ポンプとして機能させることとして、冷媒気液分離胴41内の冷媒液Vfを加熱管51に送るポンプを省略している。なお、冷媒気液分離胴41内の冷媒液Vfを加熱管51に送るポンプ(不図示)を中温冷媒液供給管42に配設してもよい。
中温蒸発器40と中温吸収器30とは、中温冷媒蒸気流路としての中温冷媒蒸気管49で接続されている。中温冷媒蒸気管49は、一方の端部が冷媒気液分離胴41の上部(典型的には頂部)に接続されており、他方の端部が中濃度溶液散布ノズル32よりも上方で中温吸収器30の缶胴に接続されている。このような構成により、中温蒸発器40で生成された中温冷媒蒸気Vbを、中温冷媒蒸気管49を介して、中温吸収器30に供給することができるようになっている。また、中温吸収器30と中温蒸発器40とは、中温冷媒蒸気管49を介して連通していることにより、概ね同じ内部圧力となる。また、本実施の形態では、中温吸収器30及び中温蒸発器40が、高温吸収器10及び高温蒸発器20の下方に設けられている。
低温吸収器50は、本実施の形態では第2の吸収器に相当し、冷媒液Vf及び中温冷媒蒸気Vbの流路を構成する加熱管51と、低濃度溶液散布ノズル52とを内部に有している。加熱管51は、上述のように、一端に中温冷媒液供給管42が、他端に中温冷媒蒸気受入管44が、それぞれ接続されている。低濃度溶液散布ノズル52は、本実施の形態では、低濃度溶液Scを散布する。低濃度溶液散布ノズル52は、散布した低濃度溶液Scが加熱管51に降りかかるように、加熱管51の上方に配設されている。低濃度溶液散布ノズル52には、低濃度溶液Scを内部に流す低濃度溶液管35の一端が接続されている。低温吸収器50は、低濃度溶液散布ノズル52から低濃度溶液Scが散布され、低濃度溶液Scが低温冷媒蒸気Vcを吸収する際に生じる吸収熱により、加熱管51を流れる冷媒液Vfを加熱して中温冷媒蒸気Vbを生成することができるように構成されている。低温吸収器50は、中温吸収器30よりも低い圧力(露点温度)で作動するように構成されており、中温吸収器30よりも作動温度が低くなっている。低温吸収器50の下部には、希溶液Swが貯留される貯留部53が形成されている。希溶液Swは、低濃度溶液散布ノズル52から散布された吸収液S(本実施の形態では低濃度溶液Sc)が低温冷媒蒸気Vcを吸収して濃度が低下した吸収液Sである。希溶液Swは、高濃度溶液Sa及び中濃度溶液Sbと比較して、冷媒Vを多く含んでいる。加熱管51は、貯留部53よりも上方に配設されている。
低温蒸発器60は、蒸発器に相当し、蒸発器熱源流体としての蒸発器熱源温水heの流路を構成する熱源管61を、低温蒸発器缶胴64の内部に有している。低温蒸発器60は、低温蒸発器缶胴64の内部に冷媒液Vfを散布するノズルを有していない。このため、熱源管61は、低温蒸発器缶胴64内に貯留された冷媒液Vfに浸かるように配設されている(満液式蒸発器)。低温蒸発器60には、冷媒液Vfを内部に流す冷媒液管86の一端が接続されている。冷媒液管86には、低温蒸発器60に導入する冷媒液Vfの流量を調節する流量調節弁87が配設されている。低温蒸発器60は、熱源管61周辺の冷媒液Vfが熱源管61内を流れる蒸発器熱源温水heの熱で蒸発して低温冷媒蒸気Vcが発生するように構成されている。また、低温蒸発器缶胴64には、内部の圧力を検出する低温圧力計68が設けられている。低温蒸発器60は、中温蒸発器40よりも低い圧力(露点温度)で作動するように構成されており、中温蒸発器40よりも作動温度が低くなっている。
低温吸収器50と低温蒸発器60とは、相互に連通している。低温吸収器50と低温蒸発器60とが連通することにより、低温蒸発器60で発生した低温冷媒蒸気Vcを低温吸収器50に供給することができるように構成されている。低温吸収器50と低温蒸発器60とは、典型的には、低濃度溶液散布ノズル52より上方で連通している。また、低温吸収器50と低温蒸発器60とは、連通していることにより、概ね同じ内部圧力となる。また、本実施の形態では、低温吸収器50及び低温蒸発器60が、高温吸収器10、高温蒸発器20、中温吸収器30、中温蒸発器40の下方に設けられている。
再生器70は、再生器熱源流体としての再生器熱源温水hgの流路を構成する熱源管71と、希溶液Swを散布する希溶液散布ノズル72とを有している。再生器70の熱源管71を流れる再生器熱源温水hgは、低温蒸発器60の熱源管61を流れる蒸発器熱源温水heと同じ温水であってもよく、その場合は、熱源管61を流れた後に熱源管71を流れるように配管(不図示)で接続されているとよい。各熱源管61、71に異なる熱源媒体が流れることとしてもよい。希溶液散布ノズル72は、散布した希溶液Swが熱源管71に降りかかるように、熱源管71の上方に配設されている。再生器70は、散布された希溶液Swが再生器熱源温水hgで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。再生器70は、生成された高濃度溶液Saが下部に貯留されるように構成されている。
凝縮器80は、冷却媒体流路を形成する冷却水管81を有している。冷却水管81には、冷却媒体としての冷却水cが流れる。凝縮器80は、再生器70で発生した冷媒Vの蒸気である再生器冷媒蒸気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。冷却水管81は、再生器冷媒蒸気Vgを直接冷却することができるように、再生器冷媒蒸気Vgが凝縮した冷媒液Vfに浸らないように配設されている。凝縮器80には、凝縮した冷媒液Vfを、高温蒸発器20、中温蒸発器40、及び低温蒸発器60に向けて送る冷媒液管88の一端が接続されている。冷媒液管88の他端は、高温蒸発器20に接続された冷媒液管82及び低温蒸発器60に接続された冷媒液管86に接続されており、凝縮器80内の冷媒液Vfを高温蒸発器20と中温蒸発器40と低温蒸発器60とに分配することができるように構成されている。なお、中温吸収器40に接続された冷媒液管84は、冷媒液管82から分岐することに代えて、冷媒液管88の他端に接続されていてもよい。冷媒液管88には、冷媒液Vfを圧送するための凝縮冷媒ポンプ89が配設されている。本実施の形態では、冷媒液管88、冷媒液管86、凝縮冷媒ポンプ89、及び流量調節弁87は、蒸発器としての低温蒸発器60に冷媒液Vfを供給する構成であり、冷媒液供給部に相当する。
再生器70と凝縮器80とは、相互に連通している。再生器70と凝縮器80とが連通することにより、再生器70で発生した再生器冷媒蒸気Vgを凝縮器80に供給することができるように構成されている。再生器70と凝縮器80とは、上部の気相部で連通している。また、再生器70と凝縮器80とは、連通していることにより、概ね同じ内部圧力となる。また、本実施の形態では、再生器70及び凝縮器80が、高温吸収器10、高温蒸発器20、中温吸収器30、中温蒸発器40、低温吸収器50、低温蒸発器60の下方に設けられている。
再生器70の高濃度溶液Saが貯留される部分と、高温吸収器10の高濃度溶液散布ノズル12とは、高濃度溶液管75で接続されている。高濃度溶液管75には、再生器70内の高濃度溶液Saを高濃度溶液散布ノズル12に圧送する高濃度溶液ポンプ76が配設されている。高温吸収器10の貯留部13と、中温吸収器30の中濃度溶液散布ノズル32とは、中濃度溶液管15で接続されている。中温吸収器30の貯留部33と、低温吸収器50の低濃度溶液散布ノズル52とは、低濃度溶液管35で接続されている。低温吸収器50の貯留部53と、再生器70の希溶液散布ノズル72とは、希溶液管55で接続されている。
中濃度溶液管15及び高濃度溶液管75には、高温熱交換器18が配設されている。高温熱交換器18は、中濃度溶液管15を流れる中濃度溶液Sbと、高濃度溶液管75を流れる高濃度溶液Saとの間で熱交換を行わせる機器である。低濃度溶液管35及び高濃度溶液管75には、中温熱交換器38が配設されている。中温熱交換器38は、低濃度溶液管35を流れる低濃度溶液Scと、高濃度溶液管75を流れる高濃度溶液Saとの間で熱交換を行わせる機器である。希溶液管55及び高濃度溶液管75には、低温熱交換器58が配設されている。低温熱交換器58は、希溶液管55を流れる希溶液Swと、高濃度溶液管75を流れる高濃度溶液Saとの間で熱交換を行わせる機器である。
吸収ヒートポンプ1は、上述した主要構成機器のほか、高温吸収器10の伝熱管11を流れて加熱された被加熱水Wを被加熱水蒸気Wvと被加熱水液Wqとに分離する気液分離器90を備えている。気液分離器90の下部と高温吸収器10の伝熱管11の一端とは、被加熱水液Wqを伝熱管11に導く被加熱水液管92で接続されている。内部が気相部となる気液分離器90の側面と伝熱管11の他端とは、加熱された被加熱水Wを気液分離器90に導く加熱後被加熱水管94で接続されている。被加熱水液管92には、蒸気として系外に供給された分の被加熱水Wを補うための補給流体としての補給水Wsを系外から導入する補給水管95が接続されている。補給水管95には、気液分離器90に向けて補給水Wsを圧送する補給水ポンプ96が配設されている。また、気液分離器90には、被加熱水蒸気Wvを系外に供給する被加熱水蒸気供給管99が上部(典型的には頂部)に接続されている。気液分離器90は、伝熱管11内で被加熱水液Wqの一部が蒸発して被加熱水液Wqと被加熱水蒸気Wvとが混合した混合流体Wmを導入してもよく、被加熱水液Wqのまま気液分離器90に導いて減圧し一部を気化させて混合流体Wmとしたものを気液分離させるようにしてもよい。
制御装置100は、吸収ヒートポンプ1の作動を制御する。制御装置100は、高濃度溶液ポンプ76、凝縮冷媒ポンプ89、補給水ポンプ96と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、各ポンプ76、89、96の発停及び回転速度の調節をすることができるように構成されている。また、制御装置100は、高温圧力計28、中温圧力計48、低温圧力計68と、それぞれ信号ケーブルで接続されており、各圧力計28、48、68で検出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100は、各流量調節弁83、85、87とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各流量調節弁83、85、87の開度を制御することができるように構成されている。制御装置100は、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節することにより(換言すれば冷媒液供給部を制御することにより)、熱源管61の接触する冷媒液Vfの量を変化させることができるように構成されている。
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。最初に、定常運転時の作用を説明する。まず、冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器80では、再生器70で発生した再生器冷媒蒸気Vgを受け入れて、冷却水管81を流れる冷却水cで再生器冷媒蒸気Vgを冷却して凝縮し、冷媒液Vfとする。凝縮した冷媒液Vfは、凝縮冷媒ポンプ89で高温蒸発器20、中温蒸発器40、及び低温蒸発器60に向けて圧送される。凝縮冷媒ポンプ89で圧送された冷媒液Vfは、冷媒液管88を流れ、冷媒液管82と冷媒液管86とに分流される。冷媒液管82を流れる冷媒液Vfは、途中で一部が冷媒液管84に流入し、残りはそのまま冷媒液管82を流れて高温冷媒液供給管22に導入される。冷媒液管84を流れる冷媒液Vfは、中温冷媒液供給管42に導入される。冷媒液管86を流れる冷媒液Vfは、低温蒸発器60に導入される。
低温蒸発器60に導入された冷媒液Vfは、熱源管61内を流れる蒸発器熱源温水heによって加熱され蒸発して低温冷媒蒸気Vcとなる。低温蒸発器60で発生した低温冷媒蒸気Vcは、低温蒸発器60と連通する低温吸収器50へと移動する。他方、中温冷媒液供給管42に導入された冷媒液Vfは、気泡ポンプの作用によって低温吸収器50の加熱管51に流入する。加熱管51に流入した冷媒液Vfは、低温吸収器50において、低温蒸発器60から移動してきた低温冷媒蒸気Vcが低濃度溶液Scに吸収される際に発生する吸収熱により加熱され、この加熱により蒸発して中温冷媒蒸気Vbとなる。加熱管51内で発生した中温冷媒蒸気Vbは、中温冷媒蒸気受入管44を流れ、冷媒気液分離胴41に至る。冷媒気液分離胴41に流入した中温冷媒蒸気Vbは、中温冷媒蒸気管49を介して中温蒸発器40と連通する中温吸収器30へと移動する。また、高温冷媒液供給管22に導入された冷媒液Vfは、気泡ポンプの作用によって中温吸収器30の加熱管31に流入する。加熱管31に流入した冷媒液Vfは、中温吸収器30において、中温蒸発器40から移動してきた中温冷媒蒸気Vbが中濃度溶液Sbに吸収される際に発生する吸収熱により加熱され、この加熱により蒸発して高温冷媒蒸気Vaとなる。加熱管31内で発生した高温冷媒蒸気Vaは、高温冷媒蒸気受入管24を流れ、冷媒気液分離胴21に至る。冷媒気液分離胴21に流入した高温冷媒蒸気Vaは、高温冷媒蒸気管29を介して高温蒸発器20と連通する高温吸収器10へと移動する。
次に吸収ヒートポンプ1の吸収液側のサイクルを説明する。高温吸収器10では、高濃度溶液Saが高濃度溶液散布ノズル12から散布され、この散布された高濃度溶液Saが高温蒸発器20から移動してきた高温冷媒蒸気Vaを吸収する。高温冷媒蒸気Vaを吸収した高濃度溶液Saは、濃度が低下して中濃度溶液Sbとなる。高温吸収器10では、高濃度溶液Saが高温冷媒蒸気Vaを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、伝熱管11を流れる被加熱水液Wqが加熱される。ここで、被加熱水蒸気Wvを取り出すための気液分離器90まわりの作用について説明する。
気液分離器90には、系外から補給水Wsが補給水管95を介して導入される。補給水Wsは、補給水ポンプ96により補給水管95を圧送され、被加熱水液管92に導入される。被加熱水液管92に導入された補給水Wsは、被加熱水液Wqとして、気液分離器90の下部から流れてきた被加熱水液Wqと合流し、気泡ポンプの作用により、高温吸収器10の伝熱管11に流入する。伝熱管11に流入した被加熱水液Wqは、高温吸収器10における上述の吸収熱により加熱される。伝熱管11で加熱された被加熱水液Wqは、一部が蒸発して被加熱水蒸気Wvとなった混合流体Wmとして、あるいは温度が上昇した被加熱水液Wqとして、気液分離器90に向けて加熱後被加熱水管94を流れる。加熱後被加熱水管94を、温度が上昇した被加熱水液Wqが流れる場合、被加熱水液Wqは、気液分離器90に導入される際に、気液分離器90への導入部に設けた弁やオリフィス等の減圧装置(不図示)により減圧され、一部が蒸発して被加熱水蒸気Wvとなった混合流体Wmとして気液分離器90に導入される。気液分離器90に導入された混合流体Wmは、被加熱水液Wqと被加熱水蒸気Wvとが分離される。分離された被加熱水液Wqは、気液分離器90の下部に貯留され、再び高温吸収器10の伝熱管11に送られる。他方、分離された被加熱水蒸気Wvは、被加熱水蒸気供給管99に流出し、蒸気利用場所に供給される。本実施の形態では、0.8MPa(ゲージ圧)程度の被加熱水蒸気Wvが供給される。
再び吸収ヒートポンプ1の吸収液側のサイクルの説明に戻る。高温吸収器10で高温冷媒蒸気Vaを吸収した高濃度溶液Saは、濃度が低下して中濃度溶液Sbとなり、貯留部13に貯留される。貯留部13内の中濃度溶液Sbは、高温吸収器10の内部圧力と中温吸収器30の内部圧力との差及び重力により中温吸収器30に向かって中濃度溶液管15を流れ、高温熱交換器18で高濃度溶液Saと熱交換して温度が低下した後に、中濃度溶液散布ノズル32に至る。このように、本実施の形態では、高温吸収器10内の吸収液Sを直接(他の吸収器を経由せずに)中温吸収器30に導入している。
中温吸収器30では、中濃度溶液Sbが中濃度溶液散布ノズル32から散布され、この散布された中濃度溶液Sbが中温蒸発器40から移動してきた中温冷媒蒸気Vbを吸収する。中温冷媒蒸気Vbを吸収した中濃度溶液Sbは、濃度が低下して低濃度溶液Scとなり、貯留部33に貯留される。中温吸収器30では、中濃度溶液Sbが中温冷媒蒸気Vbを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、前述したように、加熱管31を流れる冷媒液Vfが加熱される。貯留部33内の低濃度溶液Scは、中温吸収器30の内部圧力と低温吸収器50の内部圧力との差及び重力により低温吸収器50に向かって低濃度溶液管35を流れ、中温熱交換器38で高濃度溶液Saと熱交換して温度が低下した後に、低濃度溶液散布ノズル52に至る。このように、本実施の形態では、高温吸収器10内の吸収液Sを、中温吸収器30を経由して間接的に低温吸収器50に導入している。
低温吸収器50では、低濃度溶液散布ノズル52に流入した低濃度溶液Scが加熱管51に向けて散布される。散布された低濃度溶液Scは、低温蒸発器60から移動してきた低温冷媒蒸気Vcを吸収する。低温冷媒蒸気Vcを吸収した低濃度溶液Scは、濃度が低下して希溶液Swとなる。低温吸収器50では、低濃度溶液Scが低温冷媒蒸気Vcを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、前述したように、加熱管51を流れる冷媒液Vfが加熱され、中温冷媒蒸気Vbが生成される。低温吸収器50内の希溶液Swは、低温吸収器50の内部圧力と再生器70の内部圧力との差及び重力により再生器70に向かって希溶液管55を流れる。この際、希溶液Swは、低温熱交換器58で高濃度溶液Saと熱交換して温度が低下した後に、再生器70に導入される。このように、本実施の形態では、高温吸収器10内の吸収液Sを、中温吸収器30及び低温吸収器50を経由して間接的に再生器70に導入している。
再生器70に送られた希溶液Swは、希溶液散布ノズル72から散布される。希溶液散布ノズル72から散布された希溶液Swは、熱源管71を流れる再生器熱源温水hg(本実施の形態では約80℃前後)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高濃度溶液Saとなり、再生器70の下部に貯留される。他方、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80へと移動する。再生器70の下部に貯留された高濃度溶液Saは、高濃度溶液ポンプ76により、高濃度溶液管75を介して高温吸収器10の高濃度溶液散布ノズル12に圧送される。高濃度溶液管75を流れる高濃度溶液Saは、低温熱交換器58で希溶液Swと熱交換して温度が上昇し、中温熱交換器38で低濃度溶液Scと熱交換してさらに温度が上昇し、次いで高温熱交換器18で中濃度溶液Sbと熱交換してさらに温度が上昇してから高温吸収器10に流入し、高濃度溶液散布ノズル12から散布される。以降、同様のサイクルを繰り返す。
定常運転時には上述のように作用する吸収ヒートポンプ1は、停止した状態から起動する際に、低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入及び再生器70への再生器熱源温水hgの導入を開始する。低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入を開始すると、低温蒸発器缶胴64内に貯留されていた冷媒液Vfが加熱されて突沸する。このとき、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が高すぎると、冷媒液Vfの加熱によって発生した低温冷媒蒸気Vcが低温吸収器50へ移動する際に冷媒液Vfを伴うこととなる。低温吸収器50に冷媒液Vfが流入すると、低温吸収器50内の吸収液Sの濃度が低下してしまい、定常運転に到達するまでの時間が長くなってしまう。また、起動時には、当初から低温蒸発器60における低温冷媒蒸気Vcの発生を旺盛にすると、低温蒸発器60と連通する低温吸収器50の内部圧力が急上昇して中温吸収器30の内部圧力よりも高くなり、中温吸収器30の吸収液Sが低温吸収器50へ流入し難くなる。起動当初の加熱を緩やかにするために、蒸発器熱源温水heを介して低温蒸発器60に導入する熱量を減少させることが考えられるが、吸収ヒートポンプ1と連携する外部装置類(不図示)の作動形態から蒸発器熱源温水heの導入流量を調節するのが難しい場合がある。そこで、本実施の形態に係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、起動時に以下のような制御を行うこととしている。
すなわち、吸収ヒートポンプ1では、起動時に、低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入前に、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の低液位にしておく。ここで、所定の低液位は、蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfが加熱されて突沸したとしても、冷媒液Vfが低温冷媒蒸気Vcに随伴して低温吸収器50に移動することを回避することができる液位である。そして、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の低液位にした後、低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入を開始する。このとき、蒸発器熱源温水heの流量は、特に調節することなく、定格温度で定格流量を導入すればよい。低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入を開始したら、制御装置100は、低温圧力計68で検出された圧力を随時受信し、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が上昇するように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度あるいは発停(ON−OFF)及び/又は流量調節弁87の開度を制御する。このときの低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位の上昇の態様は、通常は単調増加であり、典型的には、低温圧力計68で検出された圧力の上昇に対して比例的に冷媒液Vfの液位が上昇するが、あらかじめ決められた幅だけ圧力が上昇する都度あらかじめ決められた幅だけ階段状に冷媒液Vfの液位が上昇することとしてもよい。このように低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を調節するとき、凝縮冷媒ポンプ89及び/又は流量調節弁87は、典型的には、凝縮器80から低温蒸発器60へ搬送する冷媒液Vfの流量を、小流量から大流量に変化させることとなる。低温蒸発器缶胴64の内部圧力の上昇に応じて、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を上昇させていくことで、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を増大させていくことができ、低温蒸発器60及びこれに連通する低温吸収器50の内部圧力の上昇速度を適切に調節することができる。このように、吸収ヒートポンプ1では、起動時に、蒸発器熱源温水heの温度及び/又は流量を調節することなく、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を調節することで、低温蒸発器60及び低温吸収器50の内部圧力の急上昇を回避することができ、低温吸収器50への冷媒液Vfの流入を抑制することができると共に、吸収液Sが流れ難くなることを抑制することができる。なお、本実施の形態では、蒸発器熱源温水heとして比較的温度が低い(例えば80℃〜90℃程度)排温水を用いているため、熱源管61が冷媒液Vfに没入せずに露出する部分があっても、熱源管61が損傷することを回避することができる。
そして、低温圧力計68で検出される、低温蒸発器缶胴64内の圧力が所定の値に到達した時点で、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が上昇するようにする起動段階の制御を終了する。ここで、「所定の値」は、比較的不安定な状態の起動段階を脱したと一応推認できる値である。吸収ヒートポンプ1内の温度及び圧力は、起動直後は変動が大きく比較的不安定な状態であるが、徐々に変動が小さくなって安定に近づく。本実施の形態では、吸収ヒートポンプ1が比較的安定な状態になったと見ることができる低温蒸発器缶胴64内の圧力を所定の値としてあらかじめ決めておくこととしている。低温蒸発器缶胴64内の圧力が所定の値に到達して起動段階の制御を終了した以降は、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持するように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節して、低温蒸発器60に流入する冷媒液Vfの流量を制御する。ここで、「所定の範囲」は、典型的には、定常運転時に許容できる低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの変動幅である。なお、起動段階の制御の終了後直ちに液位を所定の範囲に維持する制御に移行しなくとも、別の方式の液位制御を行ってから、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持する制御に移行してもよい。例えば、低温蒸発器缶胴64内の圧力が所定の値に到達した時点では定常状態の液位より下方に維持し、時間と伴に液位を緩慢に上昇させて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持するようにしてもよい。このようにすることにより、冷媒液Vfが、低温冷媒蒸気Vcに随伴して低温吸収器50に移動することを一層確実に回避することができる。
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、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の低液位にしておき、低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入を開始して、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が上昇するように、凝縮冷媒ポンプ89及び/又は流量調節弁87を制御するので、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を増大させていくことができ、低温蒸発器60及び低温吸収器50の内部圧力が急上昇して中温吸収器30の内部圧力よりも高くなることを回避することができて、低温吸収器50への冷媒液Vfの流入を抑制することができると共に、中温吸収器30から低温吸収器50への低濃度溶液Scが流れ難くなることを回避することができる。
なお、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfが低温吸収器50に移動してしまうリスクを低減するために、低温蒸発器60を以下のように構成してもよい。
図2は、第1の変形例に係る吸収ヒートポンプ1Aが備える低温蒸発器60Aまわりの概略構成図である。吸収ヒートポンプ1Aでは、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の低温蒸発器60(図1参照)に対応する低温蒸発器60Aが、以下の点で低温蒸発器60(図1参照)と異なっている。低温蒸発器60Aは、低温蒸発器60(図1参照)の構成に加えて、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を検出する液位検出装置としての液位計69が設けられている。液位計69は、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の制御装置100(図1参照)に対応する制御装置100Aと信号ケーブルで接続されており、検出した液位を信号として制御装置100Aに送信することができるように構成されている。制御装置100Aは、液位計69からの液位信号を受信することができる他は、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の制御装置100(図1参照)と同様に構成されている。吸収ヒートポンプ1Aの上記以外の構成は、図示は省略するが、吸収ヒートポンプ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1Aでは、低温蒸発器60Aへの蒸発器熱源温水heの導入前に、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の低液位にする際に、液位計69を用いて所定の低液位にする。所定の低液位は、あらかじめ液位計69で検出できるように設定しておく。このようにすると、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を確実に所定の低液位まで低下させることができる。そして、低温蒸発器60Aへの蒸発器熱源温水heの導入を開始して、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が上昇するように凝縮冷媒ポンプ89及び/又は流量調節弁87を制御する際に、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位が下方から上方に向けて変化することを液位計69で確認しながら凝縮冷媒ポンプ89及び/又は流量調節弁87を制御する。このようにすると、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積をより適切に増加させることができる。このように、吸収ヒートポンプ1Aでは、低温蒸発器60Aが液位計69を有しているので、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を正確に調節することができ、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfが上昇しすぎて低温吸収器50に移動してしまうリスクを低減することができる。そして、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の場合と同様に、低温蒸発器缶胴64内の圧力が所定の値に到達した時点で、低温圧力計68で検出された圧力の上昇応じて低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を上昇させていく起動段階の制御を終了する。以降は、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持するように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節して、低温蒸発器60に流入する冷媒液Vfの流量を制御する。なお、吸収ヒートポンプ1Aにおいても、起動段階の制御の終了後、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持する制御を行う間に、別の方式の液位制御を行うこととしてもよい。
以上の説明では、低温蒸発器60、60Aが満液式であるとしたが、散布式であってもよい。
図3は、第2の変形例に係る吸収ヒートポンプ1Bが備える低温蒸発器60Bまわりの概略構成図である。吸収ヒートポンプ1Bでは、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の低温蒸発器60(図1参照)に対応する低温蒸発器60Bが、以下の点で低温蒸発器60(図1参照)と異なっている。低温蒸発器60Bは、低温蒸発器60(図1参照)の構成に加えて、冷媒液Vfを散布する3つの冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cを低温蒸発器缶胴64の内部に有している。各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cは、散布した冷媒液Vfが熱源管61に降りかかるように、また、各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cから散布した冷媒液Vfが極力重ならないように、水平方向に配列されて熱源管61の上方に配設されている。なお、本変形例では、熱源管61に向けて冷媒液Vfを散布する冷媒液散布ノズルを3つ設けることとしているが、3つ以外の複数であってもよい。低温蒸発器缶胴64の下部(典型的には底部)には、低温蒸発器缶胴64の下部に貯留された冷媒液Vfを各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cへ向けて流す低温冷媒液管65の一端が接続されている。低温冷媒液管65の他端は、各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cに接続されている3つの冷媒液枝管65A、65B、65Cに分岐している。各冷媒液枝管65A、65B、65Cには、開度を調節可能な冷媒制御弁67A、67B、67Cがそれぞれ配設されている。低温冷媒液管65には、内部を流れる冷媒液Vfを圧送する低温冷媒液ポンプ66が配設されている。各冷媒制御弁67A、67B、67Cは、それぞれ、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の制御装置100(図1参照)に対応する制御装置100Bと信号ケーブルで接続されており、制御装置100Bからの信号を受信して開度を調節することができるように構成されている。また、低温冷媒液ポンプ66は、制御装置100Bと信号ケーブルで接続されており、制御装置100Bからの信号を受信して発停及び回転速度を調節することができるように構成されている。制御装置100Bは、上記の機能以外は、吸収ヒートポンプ1(図1参照)の制御装置100(図1参照)と同様に構成されている。吸収ヒートポンプ1Bの上記以外の構成は、図示は省略するが、吸収ヒートポンプ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1Bでは、起動時に、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の低液位にし、低温蒸発器60への蒸発器熱源温水heの導入を開始したら、制御装置100Bは、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて、熱源管61に散布される冷媒液Vfの量が増加するように、各冷媒制御弁67A、67B、67Cの開度を制御する。典型的には、低温圧力計68で検出された圧力が上昇するのに応じて、各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cのうち冷媒液Vfが散布されるノズルの数が増加するように、各冷媒制御弁67A、67B、67Cの開度を制御する。このようにすると、熱源管61に接触する冷媒液Vfの量を階段状に変化させることで、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を増加させていくことができる。このように、吸収ヒートポンプ1Bでは、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を簡便に調節することができる。そして、低温蒸発器缶胴64内の圧力又は低温蒸発器缶胴64内の冷媒Vの温度が所定の値に到達した時点で、低温圧力計68で検出された圧力の上昇に応じて各冷媒制御弁67A、67B、67Cの開度を制御する起動段階の制御を終了する。以降は、各冷媒制御弁67A、67B、67Cを開状態とし、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持するように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節して低温蒸発器60に流入する冷媒液Vfの流量を制御する。なお、吸収ヒートポンプ1Bにおいても、起動段階の制御の終了後、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持する制御を行う間に、別の方式の液位制御を行うこととしてもよい。
なお、上述した、各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cのうち冷媒液Vfが散布されるノズルの数が段階的に増加する散布ノズル数制御に代えて、あるいは散布ノズル数制御と共に、各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cに供給する冷媒液Vfの圧力を変えて各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cから散布される冷媒液Vfの流量を比例的又は階段状に変えることで、蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させることとしてもよい(ノズル圧制御)。ノズル圧制御を行う場合は、冷媒液散布ノズルを複数設けずに、1つの冷媒液散布ノズルを設けることとしてもよい。そして、低温蒸発器缶胴64内の圧力又は低温蒸発器缶胴64内の冷媒の温度が所定の値に到達した時点で、低温圧力計68で検出された圧力の上昇応じて各冷媒液散布ノズル62A、62B、62Cに供給する冷媒液Vfの圧力を変える制御を行う起動段階の制御を終了する。以降は、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持にするように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節して低温蒸発器60に流入する冷媒液Vfの流量を制御する。なお、この場合も、起動段階の制御の終了後、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持する制御を行う間に、別の方式の液位制御を行うこととしてもよい。
以上の説明では、低温蒸発器60(上述の各変形例を含む)の内部圧力を検出し、検出した圧力に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させることとしたが、低温蒸発器60の内部圧力と相関を有する物理量に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させることとしてもよい。低温蒸発器60の内部圧力と相関を有する物理量として、低温吸収器50の内部圧力や、低温蒸発器60内の冷媒Vの飽和温度、低温吸収器50の缶胴や低温蒸発器缶胴64の壁表面温度や歪値、吸収液Sの温度と濃度又は密度から算出される圧力等が挙げられる。あるいは、低温蒸発器60の内部圧力あるいは低温蒸発器60の内部圧力と相関を有する物理量を検出することに代えて、中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差又は中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差と相関を有する物理量の変化に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させることとしてもよい。中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差と相関を有する物理量として、中温蒸発器40内の冷媒Vの飽和温度と低温蒸発器60内の冷媒Vの飽和温度との温度差、中温吸収器30の缶胴や中温蒸発器40の壁面の表面温度や歪値と低温吸収器50の缶胴や低温蒸発器缶胴64の壁面の表面温度や歪値との差等が挙げられる。なお、起動段階の制御として、中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差又は中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差と相関を有する物理量の変化に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させる場合も、低温蒸発器60の内部圧力あるいは低温蒸発器60の内部圧力と相関を有する物理量の変化に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させる場合と同様に、中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差又は中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差と相関を有する物理量が所定の値に到達した時点で、中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差又は中温吸収器30と低温吸収器50との圧力差と相関を有する物理量の変化に応じて蒸発器熱源温水heから冷媒液Vfへの熱伝達面積を変化させる制御を終了する。以降は、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持するように、凝縮冷媒ポンプ89の回転速度及び/又は流量調節弁87の開度を調節して、低温蒸発器60に流入する冷媒液Vfの流量を制御する。なお、この場合も、起動段階の制御の終了後、低温蒸発器缶胴64内の冷媒液Vfの液位を所定の範囲に維持する制御を行う間に、別の方式の液位制御を行うこととしてもよい。
以上の説明では、吸収ヒートポンプ1の起動当初の加熱を緩やかにするための手段として、蒸発器熱源温水heを介して低温蒸発器60に導入する熱量を減少させることは行わないこととしたが、吸収ヒートポンプ1と連携する外部装置類の作動形態によっては、吸収ヒートポンプ1に導入する熱量を減少できる場合がある。その場合、低温蒸発器60に導入する蒸発器熱源温水heの温度を導入開始から定常運転に至るまでに低温から定常運転における所定の温度まで少しずつ高くすること、及び/又は、低温蒸発器60に導入する蒸発器熱源温水heの流量を導入開始から定常運転に至るまでに少量から定常運転における所定の流量まで少しずつ増加させることを行ってもよい。このようにすると、低温蒸発器60及び低温吸収器50の内部圧力の上昇をさらに緩和することができる。
以上の説明では、高温吸収器10及び高温蒸発器20、中温吸収器30及び中温蒸発器40、低温吸収器50及び低温蒸発器60が、この順で上から下に配置された立積型であるとしたが、これらを水平方向に配置した構成であってもよい。水平方向に配置する場合、高温吸収器10から中温吸収器30に中濃度溶液Sbを導く配管及び中温吸収器30から低温吸収器50に低濃度溶液Scを導く配管のそれぞれにポンプを設け、圧力差で吸収液Sを流すことができないとき(特に起動時)にポンプを作動させるとよい。また、高温吸収器10と高温蒸発器20とは同じ高さではなく異なる高さで配置されていてもよく、同様に、中温吸収器30と中温蒸発器40、及び低温吸収器50と低温蒸発器60とは同じ高さではなく異なる高さで配置されていてもよい。
以上の説明では、吸収ヒートポンプ1が三段昇温型であるとしたが、二段昇温型や単段昇温型であってもよい。二段昇温型とする場合、三段昇温型の吸収ヒートポンプ1の構成から中温吸収器30及び中温蒸発器40まわりの構成を省略し、高温蒸発器20の高温冷媒液供給管22及び高温冷媒蒸気受入管24を低温吸収器50の加熱管51に接続し、中濃度溶液管15を低濃度溶液散布ノズル52に接続して高温吸収器10内の中濃度溶液Sbを直接(他の吸収器を経由せずに)低温吸収器50に導入するように構成すればよい。この場合、高温吸収器10が第1の吸収器に相当することとなる。単段昇温型とする場合、上述の二段昇温型の吸収ヒートポンプの構成からさらに高温蒸発器20及び低温吸収器50を省略し、低温蒸発器60で発生した低温冷媒蒸気Vcが高温吸収器10内に導入されるように構成し、中濃度溶液管15を再生器70内の希溶液散布ノズル72に接続して高温吸収器10内の中濃度溶液Sbを直接(他の吸収器を経由せずに)再生器70に導入するように構成すればよい。
1、1A、1B 吸収ヒートポンプ
10 高温吸収器
20 高温蒸発器
30 中温吸収器
40 中温蒸発器
50 低温吸収器
60 低温蒸発器
61 熱源管
62A、62B、62C 散布ノズル
64 蒸発器缶胴
67A、67B、67C 冷媒制御弁
69 液位計
70 再生器
80 凝縮器
87 流量調節弁
89 凝縮冷媒ポンプ
100、100A、100B 制御装置
he 蒸発器熱源温水
hg 再生器熱源温水
Sa 高濃度溶液
Sb 中濃度溶液
Sc 低濃度溶液
Va 高温冷媒蒸気
Vb 中温冷媒蒸気
Vc 低温冷媒蒸気
Vf 冷媒液
Wq 被加熱水液

Claims (9)

  1. 吸収液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにより、導入した熱源流体の熱を汲み上げる吸収ヒートポンプであって;
    冷媒加熱流体管を有し、前記冷媒加熱流体管の内部を流れる前記熱源流体の熱で、前記冷媒加熱流体管の外側にある前記冷媒の液を加熱し蒸発させて前記冷媒の蒸気を生成する蒸発器と;
    前記蒸発器に前記冷媒の液を供給する冷媒液供給部と;
    前記吸収ヒートポンプの起動時に、前記冷媒加熱流体管に接触する前記冷媒の液の量を変化させることで、前記冷媒加熱流体管を流れる前記熱源流体から前記冷媒の液への熱伝達面積が、前記吸収ヒートポンプの起動開始から前記蒸発器の圧力又は前記蒸発器の圧力と相関を有する物理量の変化に応じて増加するように、前記冷媒液供給部を制御する制御装置とを備える;
    吸収ヒートポンプ。
  2. 前記制御装置は、前記蒸発器の圧力又は前記蒸発器の圧力と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、前記蒸発器の内部の前記冷媒の液の液位を所定の範囲に維持するように前記冷媒液供給部を制御する;
    請求項1に記載の吸収ヒートポンプ。
  3. 吸収液と冷媒との吸収ヒートポンプサイクルにより、導入した熱源流体の熱を汲み上げる吸収ヒートポンプであって;
    冷媒加熱流体管を有し、前記冷媒加熱流体管の内部を流れる前記熱源流体の熱で、前記冷媒加熱流体管の外側にある前記冷媒の液を加熱し蒸発させて前記冷媒の蒸気を生成する蒸発器と;
    前記蒸発器に前記冷媒の液を供給する冷媒液供給部と;
    吸収液が冷媒の蒸気を吸収したときに生じた吸収熱で被加熱媒体を加熱する第1の吸収器と;
    前記第1の吸収器の前記吸収液を導入すると共に前記蒸発器で生成された前記冷媒の蒸気を導入し、導入した前記吸収液が前記冷媒の蒸気を吸収したときに生じた吸収熱で被加熱媒体を加熱する第2の吸収器と;
    前記吸収ヒートポンプの起動時に、前記冷媒加熱流体管に接触する前記冷媒の液の量を変化させることで、前記冷媒加熱流体管を流れる前記熱源流体から前記冷媒の液への熱伝達面積が、前記吸収ヒートポンプの起動開始から前記第1の吸収器と前記第2の吸収器との圧力差又は前記第1の吸収器と前記第2の吸収器との圧力差と相関を有する物理量の変化に応じて増加するように、前記冷媒液供給部を制御する制御装置とを備える;
    吸収ヒートポンプ。
  4. 前記制御装置は、前記第1の吸収器と前記第2の吸収器との圧力差又は前記第1の吸収器と前記第2の吸収器との圧力差と相関を有する物理量が所定の値に到達した後に、前記蒸発器の内部の前記冷媒の液の液位を所定の範囲に維持するように前記冷媒液供給部を制御する;
    請求項3に記載の吸収ヒートポンプ。
  5. 前記第2の吸収器は、前記第1の吸収器よりも低位に配置されて、前記第1の吸収器の前記吸収液を重力によって導入するように構成された;
    請求項3又は請求項4に記載の吸収ヒートポンプ。
  6. 前記蒸発器は、前記冷媒加熱流体管を収容すると共に前記冷媒の液を貯留する蒸発器缶胴を有し、前記冷媒加熱流体管の一部又は全部が前記冷媒の液に没入するように構成され;
    前記蒸発器缶胴内の前記冷媒の液の液位を検出する液位検出装置を備え;
    前記制御装置は、前記液位検出装置によって検出された液位が下方から上方に向けて変化するように前記冷媒液供給部を制御する;
    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。
  7. 前記蒸発器は、前記冷媒加熱流体管を収容すると共に前記冷媒の液を貯留する蒸発器缶胴を有し、前記冷媒加熱流体管の一部又は全部が前記冷媒の液に没入するように構成され;
    前記制御装置は、前記冷媒液供給部が前記蒸発器に供給する前記冷媒の液の流量が小流量から大流量に変化するように前記冷媒液供給部を制御する;
    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。
  8. 前記蒸発器は、前記冷媒加熱流体管に向けて前記冷媒の液を散布する散布ノズルを複数有すると共に、複数の前記散布ノズルのそれぞれへの前記冷媒の液の供給の有無を制御する冷媒制御弁を有し;
    前記制御装置は、前記冷媒の液が散布される前記散布ノズルの数が増加するように前記冷媒制御弁を制御する;
    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。
  9. 前記蒸発器は、前記冷媒加熱流体管に向けて前記冷媒の液を散布する散布ノズルを有し;
    前記制御装置は、前記散布ノズルへ供給される前記冷媒の液の圧力が増加するように前記冷媒液供給部を制御する;
    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。
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