JP2554782B2 - 吸収式ヒートポンプ装置 - Google Patents

吸収式ヒートポンプ装置

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JP2554782B2
JP2554782B2 JP3026599A JP2659991A JP2554782B2 JP 2554782 B2 JP2554782 B2 JP 2554782B2 JP 3026599 A JP3026599 A JP 3026599A JP 2659991 A JP2659991 A JP 2659991A JP 2554782 B2 JP2554782 B2 JP 2554782B2
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雅晴 古寺
哲郎 古川
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司朗 井上
光史 松田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、吸収式ヒートポンプ装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、吸収式ヒートポンプ冷凍装置に
おいては、冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で蒸
発された冷媒蒸気を吸収液に吸収して熱を発生させる吸
収器と、この吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀
吸収液を加熱して冷媒を蒸発させることにより吸収液の
再生を行う再生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気
を凝縮する凝縮器とを有するものである。また、上記の
ような吸収式ヒートポンプ装置の熱効率を高めるため
に、高温再生器と低温再生器とを設け、高温再生器で発
生した冷媒蒸気熱を低温再生器の駆動熱源として利用す
るようにした、二重効用式のヒートポンプがある。
【0003】従来、これらのヒートポンプ、冷凍機の作
動媒体としては、臭化リチウム水溶液が使用されている
が、これは腐食性、結晶析出の問題から温度は160℃
以下、濃度は64%以下、圧力は大気圧以下に抑えられ
ていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の二重効
用式のヒートポンプの構成によると、高温の温水を得る
ためには、低温再生器の圧力を上げる必要があり、その
ためには高温再生器の圧力レベルをさらに上げなければ
ならない。この時、吸収サイクルが高濃度域に形成され
るため、吸収液の溶媒が結晶化し易くなるとともに、再
生器内が高温高濃度になり、装置材料に対する腐食性が
強くなるという問題があった。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の吸収式ヒートポンプ装置は、冷媒を蒸発さ
せる蒸発器と、この蒸発器で蒸発された冷媒蒸気を吸収
液に吸収する吸収器と、この吸収器で冷媒蒸気を吸収し
て希釈された稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる
再生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気を凝縮させ
る凝縮器とをそれぞれ有する高温部ヒートポンプおよび
低温部ヒートポンプを有し、上記高温部ヒートポンプ側
の蒸発器および再生器に第1および第2熱交換流体移送
管を介して熱交換流体をそれぞれ供給するとともに、第
3熱交換流体移送管を介して熱交換流体を吸収器から凝
縮器を経て低温部ヒートポンプ側の再生器に供給するよ
うになし、かつ上記低温部ヒートポンプ側の蒸発器に第
4熱交換流体移送管を介して熱交換流体を供給するとと
もに、第5熱交換流体移送管を介して熱交換流体を低温
部ヒートポンプ側の吸収器から凝縮器に供給するように
したものである。
【0006】
【作用】上記の構成によると、吸収サイクル作動時に
は、高温部ヒートポンプ側の吸収器および凝縮器内を通
過した高温流体が、低温部ヒートポンプ側の再生器の駆
動熱源として使用されるため、高温部ヒートポンプに供
給された駆動熱源の2倍の熱量を低温部ヒートポンプ側
に供給できる。また、高温部ヒートポンプと低温部ヒー
トポンプとを分離させた構成としているので、高温部ヒ
ートポンプおよび低温部ヒートポンプにおいて、それぞ
れ異なる、すなわち各ヒートポンプの作動温度および圧
力に適した吸収液などを使用することができる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図3に基づ
き説明する。本実施例にかかる吸収式ヒートポンプ装置
は、図1に示すように、高温部ヒートポンプ1と、低温
部ヒートポンプ2とから構成されている。
【0008】上記高温部ヒートポンプ1は、内部に伝熱
管21が配置された高温部蒸発器11と、内部に伝熱管
22が配置された高温部吸収器12と、内部に伝熱管2
3が配置された高温部再生器13と、内部に伝熱管24
が配置された高温部凝縮器14と、高温部再生器13で
蒸発された冷媒を高温部凝縮器14内に移送する第1冷
媒移送管31と、途中に膨張弁15が介装されて、高温
部凝縮器14から冷媒を高温部蒸発器11に移送する第
2冷媒移送管32と、高温部蒸発器11内で蒸発された
冷媒蒸気を高温部吸収器12に移送する第3冷媒移送管
33と、途中に溶液ポンプ16が介装されて、上記高温
部吸収器12内で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収
液を高温部再生器13内に移送する稀吸収液移送管34
と、高温部再生器13で再生された濃吸収液を高温部吸
収器12に移送する濃吸収液移送管35と、途中に冷媒
ポンプ17が介装されて、上記高温部蒸発器11からの
冷媒を再度この高温部蒸発器11内に循環させる冷媒循
環管36と、濃吸収液移送管35と稀吸収液移送管34
との間に設けられて、濃吸収液の持つ熱を稀吸収液に回
収するための高温部熱交換器18と、上記高温部蒸発器
11の伝熱管21内に熱交換流体を供給する第1熱交換
流体移送管41と、上記高温部再生器13内の伝熱管2
3内に熱交換流体を供給する第2熱交換流体移送管42
と、上記高温部吸収器12の伝熱管22および高温部凝
縮器14の伝熱管24内に順次熱交換流体を移送する第
3熱交換流体移送管43とから構成されている。
【0009】また、上記低温部ヒートポンプ2は、内部
に伝熱管61が配置された低温部蒸発器51と、内部に
伝熱管62が配置された低温部吸収器52と、内部に伝
熱管63が配置された低温部再生器53と、内部に伝熱
管64が配置された低温部凝縮器54と、低温部再生器
53で蒸発された冷媒を低温部凝縮器54内に移送する
第1冷媒移送管71と、途中に膨張弁55が介装され
て、低温部凝縮器54から冷媒を低温部蒸発器51に移
送する第2冷媒移送管72と、低温部蒸発器51内で蒸
発された冷媒蒸気を低温部吸収器52に移送する第3冷
媒移送管73と、途中に溶液ポンプ56が介装されて、
上記低温部吸収器52内で冷媒蒸気を吸収して希釈され
た稀吸収液を低温部再生器53内に移送する稀吸収液移
送管74と、低温部再生器53で再生された濃吸収液を
低温部吸収器52に移送する濃吸収液移送管75と、途
中に冷媒ポンプ57が介装されて、上記低温部蒸発器5
1からの冷媒を再度この低温部蒸発器51内に循環させ
る冷媒循環管76と、濃吸収液移送管75と稀吸収液移
送管74との間に設けられて、濃吸収液の持つ熱を稀吸
収液に回収するための低温部熱交換器58と、上記低温
部蒸発器51の伝熱管61内に熱交換流体を供給する第
4熱交換流体移送管44と、上記低温部吸収器52の伝
熱管62および低温部凝縮器54の伝熱管64内に順次
熱交換流体を移送する第5熱交換流体移送管45とから
構成し、かつ上記高温部ヒートポンプ1側からの第3熱
交換流体移送管43を低温部再生器53内の伝熱管63
に接続し、途中に開閉弁81が介装されて、高温部ヒー
トポンプ1側の第1熱交換流体移送管41の入口側とこ
の低温側ヒートポンプ2の第4熱交換流体移送管44の
開閉弁46より下流の低温部蒸発器51入口側とが熱交
換流体接続管82により接続されている。
【0010】また、上記高温部ヒートポンプ1側におけ
る吸収剤/冷媒の組み合わせとしては高温高圧域に有効
なアルカリ金属硝酸塩混合物/水が使用され、低温部ヒ
ートポンプ2における吸収剤/冷媒の組み合わせとして
は通常の臭化リチウム(LiBr)/水が使用される。
【0011】次に、上記構成における作用について説明
する。 暖房運転時(暖房サイクル作動時) 暖房運転時には、開閉弁81が開かれるとともに、開閉
弁46が閉じられる。すなわち、両方の蒸発器11,5
1には、第1熱交換流体移送管41から同一の熱交換流
体、例えば廃熱源(60℃程度)が供給される。あるい
は、開閉弁81を閉じるとともに開閉弁46を開き、高
温部蒸発器11には廃熱源(例えば、60℃程度)が、
また低温部蒸発器51には低温熱源(例えば、12℃程
度)が供給されることもある。
【0012】また、第2熱交換流体移送管42には、高
温部駆動熱源として高温流体(例えば160℃以上の高
温水)が供給され、第3熱交換流体移送管43には中温
冷却水が供給され、さらに第5熱交換流体移送管45に
は被加熱流体である温水(例えば、40℃から50℃程
度)が供給されている。
【0013】この状態において、高温部および低温部ヒ
ートポンプ1,2の吸収サイクルがそれぞれ作動される
と、第3熱交換流体移送管43内を流れる中温冷却水
は、高温部吸収器12および高温部凝縮器14内を通過
する際に、所定の温度(例えば、160℃より低い温
度)に加熱される。そして、所定温度まで昇温された中
温冷却水は、低温部再生器53内に駆動熱源として供給
される。
【0014】そして、この低温部ヒートポンプ2におい
て、第5熱交換流体移送管45から供給された温水は、
低温部吸収器52および低温部凝縮器54内を通過して
所定温度(例えば、47℃程度)まで昇温される。 冷房運転時(冷房サイクル作動時) 冷房運転時には、開閉弁81が閉じられるとともに、開
閉弁46が開かれる。すなわち、高温部ヒートポンプ1
側の蒸発器11には、第1熱交換流体移送管41を介し
て第1熱交換流体、例えば廃熱源(60℃程度)が供給
される。
【0015】また、第2熱交換流体移送管42には、高
温部駆動熱源として高温流体(例えば160℃以上の高
温水)が供給され、第3熱交換流体移送管43には中温
冷却水(例えば、160℃より低い温水)が供給され、
また第5熱交換流体移送管45には熱交換流体として冷
却水(例えば、河川水、海水など)が供給され、さらに
低温部ヒートポンプ2の蒸発器51側には第4熱交換流
体である被冷却水が供給されている。
【0016】この状態において、暖房時と同様に、各ヒ
ートポンプ1,2の吸収サイクルがそれぞれ作動される
と、第4熱交換流体移送管44内を流れる被冷却水は、
蒸発器51の伝熱管61内を通過する際に、所定の温度
(例えば、12℃から7℃程度)に冷却される。
【0017】ここで、上記各サイクル作動時の熱移動お
よび熱効率について説明する。まず、熱の移動状態を、
デューリング線図に示すと、図2(a),(b)のよう
になる。
【0018】図2(a)は高温部のサイクルを示し、
(b)は低温部のサイクルを示す。なお、図2中、矢印
(イ)は外部からの熱の供給を示し、矢印(ロ)は系内
での熱の移動、すなわち高温部サイクルから低温部サイ
クルへの移動(仮想線にて示す)を示し、矢印(ハ)は
系外へ取り出すことのできる熱を示す。
【0019】そして、高温部再生器13への熱の供給量
を1とすると、 暖房時におけるCOP(成績係数)=4 冷房時におけるCOP(成績係数)=2 が得られる。
【0020】従来、二重効用式ヒートポンプに臭化リチ
ウム水溶液を使用した場合を考えると、熱効率は下記の
ようになる。 冷房時=1.28 暖房時=2.28 したがって、本実施例に係るヒートポンプ装置の方が、
熱効率が良い。
【0021】さらに、図3(a)および(b)に示すよ
うに、60℃前後の廃熱を低温熱源としてポンプアップ
して冷水または温水を得ることが可能となり、また高温
部と低温部とでは、異なる吸収液を使用することができ
るので、従来のヒートポンプ装置に比べて、温度の適用
範囲が非常に広くなる。
【0022】すなわち、高温部ヒートポンプ1と低温部
ヒートポンプ2とが分離されているので、高温部ヒート
ポンプ1側には結晶化がしにくいものを使用するととも
に、各ヒートポンプの装置材料をそれぞれの吸収液に最
適なものを使用することができるため、高温部ヒートポ
ンプ1側での結晶化の問題も解消することができ、また
装置の構成材料を全体に亘って高価なものを使用しなく
ても済む。
【0023】なお、低温部ヒートポンプは2重効用サイ
クルまたは2重効用2段昇温サイクルであってもよい。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、高
温部ヒートポンプの吸収器および凝縮器で発生した熱に
より、低温部ヒートポンプの再生器を駆動させるように
しているので、高温部ヒートポンプに供給された駆動熱
源の2倍の熱量を低温部ヒートポンプ側に供給でき、し
たがって従来の二重効用式のヒートポンプに比べて熱効
率が2倍になる。また、高温部ヒートポンプと低温部ヒ
ートポンプとを分離させた構成としているので、従来の
二重効用式ヒートポンプのように、高温の流体を得る際
に、同一の吸収液を使用しなくてもよいため、したがっ
て高温部ヒートポンプ側には結晶化がしにくいものを使
用したり、各ヒートポンプの装置材料をそれぞれの吸収
液に最適なものを使用して、それぞれ材料のコストを低
く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の一実施例における吸収式ヒート
ポンプ装置の概略全体を示す構成図である。
【図2】図2は同ヒートポンプ装置の作動サイクル時の
デューリング線図で、(a)は高温部ヒートポンプのサ
イクルを示し、(b)は低温部ヒートポンプのサイクル
を示す。
【図3】図3は同ヒートポンプ装置の熱効率を示す図
で、(a)は冷房時、(b)は暖房時を示す。
【符号の説明】
1 高温部ヒートポンプ 2 低温部ヒートポンプ 11 高温部蒸発器 12 高温部吸収器 13 高温部再生器 14 高温部凝縮器 18 高温部熱交換器 41 第1熱交換流体移送管 42 第2熱交換流体移送管 43 第3熱交換流体移送管 44 第4熱交換流体移送管 45 第5熱交換流体移送管 51 低温部蒸発器 52 低温部吸収器 53 低温部再生器 54 低温部凝縮器 58 低温部熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢野 猛 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号日立造船株式会社内 (72)発明者 井上 司朗 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号日立造船株式会社内 (72)発明者 松田 光史 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号日立造船株式会社内 (72)発明者 加藤 征彦 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−134173(JP,A) 特開 昭59−89962(JP,A) 特開 昭58−60172(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で
    蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する吸収器と、この
    吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収液を加熱
    して冷媒蒸気を分離させる再生器と、この再生器で分離
    された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器とをそれぞれ有する
    高温部ヒートポンプおよび低温部ヒートポンプを有し、
    上記高温部ヒートポンプ側の蒸発器および再生器に第1
    および第2熱交換流体移送管を介して熱交換流体をそれ
    ぞれ供給するとともに、第3熱交換流体移送管を介して
    熱交換流体を吸収器から凝縮器を経て低温部ヒートポン
    プ側の再生器に供給循環するようになし、かつ上記低温
    部ヒートポンプ側の蒸発器に第4熱交換流体移送管を介
    して熱交換流体を供給するとともに、第5熱交換流体移
    送管を介して熱交換流体を低温部ヒートポンプ側の吸収
    器から凝縮器に供給するようにしたことを特徴とする吸
    収式ヒートポンプ装置。
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