JP4007795B2 - 吸収式熱源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、再生器とを有し、冷媒を前記蒸発器で蒸発させ、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を前記吸収器に導き、前記吸収器に収容されている吸収溶液に前記冷媒蒸気を吸収させ、前記吸収溶液の一部を前記吸収器から前記再生器に導いて加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて濃縮した吸収溶液を前記吸収器に戻すとともに、前記再生器で発生した冷媒蒸気を貯湯タンクの水を冷却水とする前記凝縮器で冷却して凝縮させ、この液化した冷媒を前記蒸発器に導くように構成した吸収式熱源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大規模なビルなどを中心に、吸収式の冷房システムが使用されている。吸収式の冷房システムは、蒸発器と、吸収器と、再生器と、凝縮器を主たる構成要素として備えており、蒸発器で冷媒が蒸発する際の気化熱により冷房を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のシステムでは、凝縮器においてその冷却水が加熱されるので、これを利用して暖房や給湯を行うことが可能になる。図２は、従来の冷房システムの構成をそのまま、吸収式熱源装置に適用した場合のシステム構成を示している。蒸発器２０１は、１００分の１気圧程度の低圧に保持されており、凝縮器２０２から減圧弁を介して落下する水などの冷媒２０７が約５℃で蒸発する。
【０００４】
蒸発器２０１で発生した冷媒蒸気は、配管を通って吸収器２０３に入り、ここで臭化リチウム等の吸収溶液２０４に吸収される。この吸収により蒸発器２０１の液面付近が冷媒蒸気で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続されるとともに、蒸発器２０１の内部が低圧に維持される。
【０００５】
冷媒蒸気を吸収して吸収溶液２０４の濃度が下がると、吸収能力も低下するので、吸収溶液２０４の一部を再生器２０５に導いてバーナーで加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて吸収溶液２０４ａを濃縮し、再び吸収器２０３に戻すようになっている。再生器２０５内の吸収溶液２０４ａから発生した蒸気は、精留塔２０６において冷媒と吸収溶液とに分離された後、冷媒蒸気が凝縮器２０２へ送られ、ここで冷却・凝縮され、再び蒸発器２０１に送られるようになっている。
【０００６】
貯湯タンク２１０に蓄えられている水は、冷却ポンプ２１３によって送られ、タンク下部から、吸収器２０４内の熱交換器２１１と凝縮器２０２内の熱交換器２１２を経由してタンク上部に戻るように循環する。貯湯タンク２１０に蓄えられていた水は、前記循環中に、吸収器２０４内の熱交換器２１１で約４５℃に昇温され、凝縮器２０２内の熱交換器２１２で約５０℃に昇温されることになる。
【０００７】
このように、従来の冷房システムの構成をそのまま適用して吸収式給湯器を構成することは可能であるが、このシステムでは貯湯タンク内の水を５０℃程度までしか昇温できないという問題がある。一方、給湯温度を高めるために、別に加熱装置を追加することも考えられるが、装置構成が複雑化するとともに、吸収式のもつ高いエネルギー利用効率が、装置全体として見た場合に低減してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、高い給湯温度を得ることができかつエネルギー利用効率の良好な吸収式給湯器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］凝縮器（１０５）と、蒸発器（１０１）と、吸収器（１０２）と、再生器（１０３）とを有し、冷媒を前記蒸発器（１０１）で蒸発させ、前記蒸発器（１０１）で発生した冷媒蒸気を前記吸収器（１０２）に導き、前記吸収器（１０２）に収容されている吸収溶液に前記冷媒蒸気を吸収させ、前記吸収溶液の一部を前記吸収器（１０２）から前記再生器（１０３）に導いて加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて濃縮した吸収溶液を前記吸収器（１０２）に戻すとともに、前記再生器（１０３）で発生した冷媒蒸気を貯湯タンク（１０６）の水を冷却水とする前記凝縮器（１０５）で冷却して凝縮させ、この液化した冷媒を前記蒸発器（１０１）に導くように構成した吸収式熱源装置において、
前記再生器（１０３）の中の加熱された吸収溶液と熱交換を行うための液液熱交換器（１４３）を設け、
前記凝縮器（１０５）を経由した前記冷却水をさらに前記液液熱交換器（１４３）に通して加熱する
ことを特徴とする吸収式熱源装置。
【００１０】
［２］前記貯湯タンク（１０６）の水を循環させる経路を、少なくとも前記凝縮器（１０５）と前記液液熱交換器（１４３）とを経由する第１状態と、前記凝縮器（１０５）を迂回しかつ前記液液熱交換器（１４３）を経由する第２状態とに切り替える循環経路切替手段（１５６）を設けた
ことを特徴とする［１］に記載の吸収式熱源装置。
【００１１】
［３］前記循環経路切替手段（１５６）は、前記蒸発器（１０１）に接続された顕熱熱交換器（１１５）の熱交換効率が基準値以下のとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする［２］に記載の吸収式熱源装置。
【００１２】
［４］前記循環経路切替手段（１５６）は、外気温度が規定温度以下に低下したとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする［２］または［３］に記載の吸収式熱源装置。
【００１３】
［５］前記凝縮器（１０５）と前記再生器（１０３）とを接続する管路（１３３）を設け、
前記管路（１３３）の一端を前記凝縮器（１０５）の中で基準水位の箇所に開口させ、
前記他端を前記再生器（１０３）の中で前記吸収溶液の液面より上で開口させ、
前記一端が前記他端より上になるように前記凝縮器（１０５）と前記再生器（１０３）との上下位置関係を設定し、
前記第２状態において、前記凝縮器（１０５）の中の前記基準水位を越えた冷媒が前記管路（１３３）を通じて前記再生器（１０３）に戻るようにした
ことを特徴とする［２］〜［４］の何れかに記載の吸収式熱源装置。
【００１４】
前記本発明は次のように作用する。
貯湯タンク（１０６）の水は、冷却水として凝縮器（１０５）に供給されて昇温された後、再生器（１０３）に設けた液液熱交換器（１４３）を通る際に、再生器（１０３）内の吸収溶液との熱交換によってさらに加熱される。再生器（１０３）内の吸収溶液は、１５０℃程度に加熱されているので、液液熱交換器（１４３）を通る水をたとえば、９０℃ほどの高温に加熱することができる。また、吸収溶液と熱交換するので、吸収溶液から発生した蒸気との間で熱交換する場合に比べて、良好な熱交換効率を得ることができる。
【００１５】
このように、凝縮器（１０５）を経由した水を、さらに、再生器（１０３）の中の加熱された吸収溶液中に配置した液液熱交換器（１４３）に経由させて加熱するので、高いエネルギー利用効率を確保しつつ高い給湯温度を得ることができる。
【００１６】
貯湯タンク（１０６）の水が循環する経路を、少なくとも凝縮器（１０５）および液液熱交換器（１４３）を経由する第１状態と、凝縮器（１０５）を迂回し、熱交換箇所として液液熱交換器（１４３）のみを経由する第２状態とに切り替える循環経路切替手段（１５６）を有するものでは、たとえば、外気温度が低く、蒸発器（１０１）に接続された顕熱熱交換器（１１５）での熱交換効率が低下したような場合に、第２状態に切り替えることにより、外気温度が低下した場合でも、効率の良い運転を確保することができる。すなわち、第２状態に切り替えることにより吸収式による昇温動作を停止させ、省エネルギー性能を高めることができる。
【００１７】
また、第２状態において、凝縮器（１０５）の中の基準水位を越えた冷媒が管路（１３３）を通じて再生器（１０３）に戻るようにしたものでは、吸収式による昇温動作を停止した状態で吸収溶液を再生器（１０３）で加熱しても、再生器（１０３）の内圧を適正に保つことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる吸収式給湯器１００の構成を示している。吸収式給湯器１００は、蒸発器１０１と、吸収器１０２と、再生器１０３と、精留塔１０４と、凝縮器１０５と、貯湯タンク１０６とを有している。貯湯タンク１０６に蓄えられている水は、給湯に用いられる。また貯湯タンク１０６の内部には風呂の追い焚き回路や暖房回路と接続された熱交換器を設けてあり、貯湯タンク１０６に蓄えられている湯の熱を利用して暖房や風呂の追い焚きを行うことが可能になっている。
【００１９】
蒸発器１０１および凝縮器１０５の下部には、水やフッ化アルコールなどの冷媒が収容されている。凝縮器１０５と蒸発器１０１は、凝縮器１０５の底部に一端が開口し他端が蒸発器１０１の天井部に開口した第１管路１１１で接続されており、第１管路１１１の途中に減圧弁１１２が設けてある。蒸発器１０１の内部は、１００分の１気圧程度の低圧に保持されており、凝縮器１０５から第１管路１１１を通じて落下する冷媒が約５℃で蒸発するようになっている。
【００２０】
蒸発器１０１の下部に溜まった冷媒は、冷媒循環ポンプ１１３によって蒸発器１０１の雰囲気中に散布され蒸発が促進されるようになっている。蒸発器１０１の中の第１熱交換器１１４と外部の顕熱熱交換器１１５は、これらを経由する閉回路で接続されている。閉回路内の水は、蒸発器１０１において冷媒の気化熱によって約１℃に冷却され、顕熱熱交換器１１５において大気と熱交換し、約５℃に暖められるようになっている。
【００２１】
蒸発器１０１と吸収器１０２とは、蒸発器１０１の天井部に一端が開口し他端が吸収器１０２の天井部に開口した第２管路１２１で接続されている。吸収器１０２の中の下部には、臭化リチウム液が吸収溶液として収容されている。蒸発器１０１で冷媒が蒸発することによって発生した冷媒蒸気は、第２管路１２１を通って蒸発器１０１に入り、吸収溶液に吸収されるようになっている。吸収器１０２において吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより、吸収器１０２および蒸発器１０１の内部が低圧に維持される。また吸収溶液による冷媒蒸気の吸収により、蒸発器１０１内の液面付近が水分で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続するしくみになっている。
【００２２】
吸収器１０２と再生器１０３とは、吸収器１０２の底部に一端が開口し他端が再生器１０３の上部雰囲気中に開口した第３管路１２２で接続されている。第３管路１２２の途中には吸収溶液ポンプ１２３が設けてあり、吸収器１０２底部の吸収溶液が再生器１０３へ送り込まれるようになっている。再生器１０３には、内部の吸収溶液を加熱するための加熱バーナー１３１が設けてある。吸収器１０２において多量の冷媒蒸気を吸収することで吸収溶液の濃度が下がると、吸収能力が次第に低下するので、吸収作用を維持するために、吸収溶液を再生器１０３に送り込み、ここで加熱し、吸収されている冷媒を蒸発させて濃縮するようになっている。
【００２３】
吸収器１０２と再生器１０３とは、再生器１０３の底部に一端が開口し他端が吸収器１０２の上部雰囲気中の散布ノズルに連通した第４管路１２５で接続されている。第４管路１２５の途中には吸収溶液循環ポンプ１２６が設けてあり、再生器１０３底部の濃縮された吸収溶液が吸収器１０２へ戻されるようになっている。また吸収器１０２の底部に一端が開口した配管の他端が吸収溶液循環ポンプ１２６の吸込側に接続されており、吸収器１０２の下部に溜まった吸収溶液の一部が吸収溶液循環ポンプ１２６によって吸収器１０２の雰囲気中に散布される。第３管路１２２および第４管路１２５は、吸収器１０２と再生器１０３とを結ぶ途中で溶液熱交換器１２７を経由し、ここで第４管路１２５側を流れる吸収溶液と第３管路１２２側を流れる吸収溶液との間で熱交換が行われるようになっている。
【００２４】
再生器１０３の上方には、精留塔１０４が配置されている。精留塔１０４は、再生器１０３から導かれた冷媒蒸気と吸収溶液とを分離（吸収液分離）する機能を果たす。精留塔１０４と凝縮器１０５とは、精留塔１０４の天井部に一端が開口し他端が凝縮器１０５の天井部に開口した第５管路１３２で接続されている。再生器１０３で吸収溶液から発生した冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に導かれ、ここで凝縮して液体の冷媒になり、貯留される。
【００２５】
凝縮器１０５と再生器１０３とは、一端が凝縮器１０５の中の基準水位の箇所で開口し、他端が再生器１０３の中の吸収溶液の液面より上の雰囲気中で開口した第６管路１３３で接続されている。第６管路１３３の途中には、当該管路を閉塞させるか否かを切り替える冷媒弁１３４が設けてある。凝縮器１０５と再生器１０３とは、第６管路１３３の凝縮器１０５内での開口端が、第６管路１３３の再生器１０３内での開口端よりも上方になるように、互いの上下の位置関係が設定されている。
【００２６】
吸収器１０２の雰囲気中には、第２熱交換器１４１が、凝縮器１０５の雰囲気中には第３熱交換器１４２が、再生器１０３の吸収溶液中には液液熱交換器１４３が配置されている。貯湯タンク１０６下部に開設された水の出口部と第２熱交換器１４１の入側とは第１水管１５１で接続されている。第２熱交換器１４１の出側と第３熱交換器１４２の入側とは第２水管１５２で接続されている。第３熱交換器１４２の出側と液液熱交換器１４３の入側とは第３水管１５３で接続されている。液液熱交換器１４３の出側と貯湯タンク１０６上部に開設された水の入口部とは第４水管１５４で接続されている。
【００２７】
また第１水管１５１と第３水管１５３とは、バイパス水管１５５で接続されている。第１水管１５１とバイパス水管１５５との接続箇所には、貯湯タンク１０６からの水を第２熱交換器１４１の入側へ流すかバイパス水管１５５および第３水管１５３を通じて液液熱交換器１４３の入側へ流すかを切り替える切替弁１５６が介挿されている。第１水管１５１の途中であって貯湯タンク１０６と切替弁１５６との間には、貯湯タンク１０６からの水を切替弁１５６の側へ向けて送出する温水循環用の冷却ポンプ１５７が設けてある。
【００２８】
貯湯タンク１０６からの水が第２熱交換器１４１の入側へ流れるように切替弁１５６を設定すると、水の経路は、貯湯タンク１０６の出口部から出た水が第２熱交換器１４１、第３熱交換器１４２、液液熱交換器１４３を経由して貯湯タンク１０６の入口部に戻るように循環する第１状態になる。一方、貯湯タンク１０６からの水がバイパス水管１５５および第３水管１５３を通って液液熱交換器１４３の入側へ流れるように切替弁１５６を切り替えると、水の経路は、貯湯タンク１０６の出口部から出た水が、液液熱交換器１４３を経由して貯湯タンク１０６の入口部に戻るように循環する第２状態になる。
【００２９】
次に作用を説明する。
まず第１状態に経路を設定した場合の動作について説明する。蒸発器１０１は１００分の１気圧程度の低圧に保持されている。このため、凝縮器１０５から第１管路１１１および減圧弁１１２を通じて蒸発器１０１の天井部から落下した冷媒は、約５℃で蒸発する。第２熱交換器１４１の中を流れる液体は、このときの気化熱で約７℃に冷却されるが、顕熱熱交換器１１５で大気からの熱を取り込み、昇温する。
【００３０】
蒸発器１０１で発生した冷媒蒸気は、第２管路１２１を通って吸収器１０２に入り、ここで臭化リチウム液等の吸収溶液に吸収される。吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより蒸発器１０１の液面付近が冷媒蒸気で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続するしくみになっている。また吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより、蒸発器１０１内部が低圧に維持される。
【００３１】
多量の冷媒蒸気を吸収することで吸収溶液の濃度が下がると、吸収能力が次第に低下するが、吸収器１０２の底部から第３管路１２２を通じて吸収溶液の一部が再生器１０３に導かれ、ここで加熱バーナー１３１によって約１５０℃に加熱される。これにより、吸収していた冷媒が蒸気となって発生し、吸収溶液は濃縮される。濃縮された吸収溶液は、第４管路１２５を通じて、再び吸収器１０２に戻される。これにより、吸収器１０２での吸収溶液による冷媒蒸気の吸収作用が維持される。
【００３２】
再生器１０３において吸収溶液から発生した蒸気は、精留塔１０４を通る際に、冷媒蒸気と吸収溶液にかかる成分とに分離され、冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に導かれる。冷媒蒸気は、凝縮器１０５で冷却・凝縮されて液状の冷媒となり、凝縮器１０５の下部に貯留され、蒸発器１０１へ落下して再度、蒸発する。冷媒および吸収溶液は、以上のようなサイクルを繰り返す。
【００３３】
貯湯タンク１０６内の水は、冷却ポンプ１５７によって送り出され、吸収器１０２内の第２熱交換器１４１を経由する際に４５℃程度まで昇温され、さらに凝縮器１０５内の第３熱交換器１４２を経由する際に５０℃程度まで昇温される。その後さらに再生器１０３内の吸収溶液中に配置された液液熱交換器１４３を経由する際に、９０℃程度まで昇温される。
【００３４】
このように、凝縮器１０５の第３熱交換器１４２を経由した後の水をさらに、再生器１０３内の約１５０℃に加熱された吸収溶液の中に配置された液液熱交換器１４３を経由させて加熱するので、給湯温度を９０℃程度の高温に昇温することが可能になっている。また液液熱交換器１４３を吸収溶液中に配置し、液体と液体との間で熱交換を行わせるので、熱交換を効率良く行うことができる。
【００３５】
外気温度が低下して第１熱交換器１１４での熱交換効率が低下すると、吸収式暖房装置としての機能が低下する。そこで、図示省略の温度センサによって外気温度が一定温度以下に低下したことを検出すると、これまた図示省略の制御部により、切替弁１５６を切り替えて経路を第２状態にし、加熱バーナー１３１を燃焼させて運転する。すなわち、吸収式としての動作を停止させ、貯湯タンク１０６から出た水は、再生器１０３内の液液熱交換器１４３を経由する際に昇温されて貯湯タンク１０６に戻る。
【００３６】
このとき、加熱バーナー１３１を燃焼させているので再生器１０３内の吸収溶液から蒸発した冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に至り、ここで凝縮する。そして、凝縮器１０５内の液面レベルが基準水位を越えると第６管路１３３を通じて冷媒が再生器１０３へ流れ込む。流れ込んだ液状の冷媒は、再生器１０３において再び蒸気となり、凝縮器１０５へ移動して凝縮するというサイクルを繰り返す。これにより、加熱バーナー１３１の燃焼を継続しても、再生器１０３や凝縮器１０５の内圧が異常上昇することはない。
【００３７】
以上説明した実施の形態では、再生器内の吸収溶液をバーナーで加熱する構成としたが、電気式のヒータで加熱するものであってもよい。また再生器を、二重効用方式としてもよい。この場合、高温再生器の中に液液熱交換器１４３を配置するとよい。また、凝縮器１０５の第３熱交換器１４２を経由した後、低温再生器の中に設けた液液熱交換器を経由させ、さらにその後、高温再生器の中に設けた液液熱交換器を経由させる構成としてもよい。
【００３８】
また実施の形態では、冷媒として水を吸収溶液として臭化リチウム液を用いたが、冷媒および吸収溶液はこれらに限定されるものではない。なお、貯湯タンク１０６に暖房用配管や風呂追焚用配管を通して加熱された貯湯タンク内の熱を暖房用や追焚用として用いることができる。またタンク内に入る給水管、タンク外に出る給湯管をなくして、たとえばタンク内に水または冷媒等を入れて熱を給湯に用いず、暖房用または追焚用として用いることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明にかかる吸収式熱源装置によれば、凝縮器を経由した水を、再生器の中の加熱された吸収溶液中に配置した液液熱交換器にさらに経由させて加熱するので、良好なエネルギー利用効率を確保しつつ高い給湯温度を得ることができる。
【００４０】
また外気温度が低く、蒸発器に接続された顕熱熱交換器での熱交換効率が低下したような場合に、吸収式としての動作を停止させ、貯湯タンクの水を再生器の吸収溶液中に配置した液液熱交換器だけを経由させて加熱するものでは、外気温度が低下した場合でも、効率の良い運転を確保することができる。
【００４１】
また、凝縮器の中の基準水位を越えた冷媒が管路を通じて再生器に戻るようにしたものでは、吸収式としての動作を停止した状態で再生器において吸収溶液を加熱しても、再生器の内圧を適正に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る吸収式熱源装置の構成を示す説明図である。
【図２】従来から使用されている吸収式冷暖房装置の構成をそのまま適用した吸収式熱源装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…吸収式給湯器
１０１…蒸発器
１０２…吸収器
１０３…再生器
１０４…精留塔
１０５…凝縮器
１０６…貯湯タンク
１１１…第１管路
１１２…減圧弁
１１３…冷媒循環ポンプ
１１４…第１熱交換器
１１５…顕熱熱交換器
１２１…第２管路
１２２…第３管路
１２３…吸収溶液ポンプ
１２５…第４管路
１２６…吸収溶液循環ポンプ
１２７…溶液熱交換器
１３１…加熱バーナー
１３２…第５管路
１３３…第６管路
１３４…冷媒弁
１４１…第２熱交換器
１４２…第３熱交換器
１４３…液液熱交換器
１５１…第１水管
１５２…第２水管
１５３…第３水管
１５４…第４水管
１５５…バイパス水管
１５６…切替弁
１５７…冷却ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、再生器とを有し、冷媒を前記蒸発器で蒸発させ、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を前記吸収器に導き、前記吸収器に収容されている吸収溶液に前記冷媒蒸気を吸収させ、前記吸収溶液の一部を前記吸収器から前記再生器に導いて加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて濃縮した吸収溶液を前記吸収器に戻すとともに、前記再生器で発生した冷媒蒸気を貯湯タンクの水を冷却水とする前記凝縮器で冷却して凝縮させ、この液化した冷媒を前記蒸発器に導くように構成した吸収式熱源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、大規模なビルなどを中心に、吸収式の冷房システムが使用されている。吸収式の冷房システムは、蒸発器と、吸収器と、再生器と、凝縮器を主たる構成要素として備えており、蒸発器で冷媒が蒸発する際の気化熱により冷房を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のシステムでは、凝縮器においてその冷却水が加熱されるので、これを利用して暖房や給湯を行うことが可能になる。図２は、従来の冷房システムの構成をそのまま、吸収式熱源装置に適用した場合のシステム構成を示している。蒸発器２０１は、１００分の１気圧程度の低圧に保持されており、凝縮器２０２から減圧弁を介して落下する水などの冷媒２０７が約５℃で蒸発する。
【０００４】
蒸発器２０１で発生した冷媒蒸気は、配管を通って吸収器２０３に入り、ここで臭化リチウム等の吸収溶液２０４に吸収される。この吸収により蒸発器２０１の液面付近が冷媒蒸気で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続されるとともに、蒸発器２０１の内部が低圧に維持される。
【０００５】
冷媒蒸気を吸収して吸収溶液２０４の濃度が下がると、吸収能力も低下するので、吸収溶液２０４の一部を再生器２０５に導いてバーナーで加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて吸収溶液２０４ａを濃縮し、再び吸収器２０３に戻すようになっている。再生器２０５内の吸収溶液２０４ａから発生した蒸気は、精留塔２０６において冷媒と吸収溶液とに分離された後、冷媒蒸気が凝縮器２０２へ送られ、ここで冷却・凝縮され、再び蒸発器２０１に送られるようになっている。
【０００６】
貯湯タンク２１０に蓄えられている水は、冷却ポンプ２１３によって送られ、タンク下部から、吸収器２０４内の熱交換器２１１と凝縮器２０２内の熱交換器２１２を経由してタンク上部に戻るように循環する。貯湯タンク２１０に蓄えられていた水は、前記循環中に、吸収器２０４内の熱交換器２１１で約４５℃に昇温され、凝縮器２０２内の熱交換器２１２で約５０℃に昇温されることになる。
【０００７】
このように、従来の冷房システムの構成をそのまま適用して吸収式給湯器を構成することは可能であるが、このシステムでは貯湯タンク内の水を５０℃程度までしか昇温できないという問題がある。一方、給湯温度を高めるために、別に加熱装置を追加することも考えられるが、装置構成が複雑化するとともに、吸収式のもつ高いエネルギー利用効率が、装置全体として見た場合に低減してしまうという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、高い給湯温度を得ることができかつエネルギー利用効率の良好な吸収式給湯器を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
［１］凝縮器（１０５）と、蒸発器（１０１）と、吸収器（１０２）と、再生器（１０３）とを有し、冷媒を前記蒸発器（１０１）で蒸発させ、前記蒸発器（１０１）で発生した冷媒蒸気を前記吸収器（１０２）に導き、前記吸収器（１０２）に収容されている吸収溶液に前記冷媒蒸気を吸収させ、前記吸収溶液の一部を前記吸収器（１０２）から前記再生器（１０３）に導いて加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて濃縮した吸収溶液を前記吸収器（１０２）に戻すとともに、前記再生器（１０３）で発生した冷媒蒸気を貯湯タンク（１０６）の水を冷却水とする前記凝縮器（１０５）で冷却して凝縮させ、この液化した冷媒を前記蒸発器（１０１）に導くように構成した吸収式熱源装置において、
前記再生器（１０３）の中の加熱された吸収溶液と熱交換を行うための液液熱交換器（１４３）を設け、
前記凝縮器（１０５）を経由した前記冷却水をさらに前記液液熱交換器（１４３）に通して加熱する
ことを特徴とする吸収式熱源装置。
【００１０】
［２］前記貯湯タンク（１０６）の水を循環させる経路を、少なくとも前記凝縮器（１０５）と前記液液熱交換器（１４３）とを経由する第１状態と、前記凝縮器（１０５）を迂回しかつ前記液液熱交換器（１４３）を経由する第２状態とに切り替える循環経路切替手段（１５６）を設けた
ことを特徴とする［１］に記載の吸収式熱源装置。
【００１１】
［３］前記循環経路切替手段（１５６）は、前記蒸発器（１０１）に接続された顕熱熱交換器（１１５）の熱交換効率が基準値以下のとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする［２］に記載の吸収式熱源装置。
【００１２】
［４］前記循環経路切替手段（１５６）は、外気温度が規定温度以下に低下したとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする［２］または［３］に記載の吸収式熱源装置。
【００１３】
［５］前記凝縮器（１０５）と前記再生器（１０３）とを接続する管路（１３３）を設け、
前記管路（１３３）の一端を前記凝縮器（１０５）の中で基準水位の箇所に開口させ、
前記他端を前記再生器（１０３）の中で前記吸収溶液の液面より上で開口させ、
前記一端が前記他端より上になるように前記凝縮器（１０５）と前記再生器（１０３）との上下位置関係を設定し、
前記第２状態において、前記凝縮器（１０５）の中の前記基準水位を越えた冷媒が前記管路（１３３）を通じて前記再生器（１０３）に戻るようにした
ことを特徴とする［２］〜［４］の何れかに記載の吸収式熱源装置。
【００１４】
前記本発明は次のように作用する。
貯湯タンク（１０６）の水は、冷却水として凝縮器（１０５）に供給されて昇温された後、再生器（１０３）に設けた液液熱交換器（１４３）を通る際に、再生器（１０３）内の吸収溶液との熱交換によってさらに加熱される。再生器（１０３）内の吸収溶液は、１５０℃程度に加熱されているので、液液熱交換器（１４３）を通る水をたとえば、９０℃ほどの高温に加熱することができる。また、吸収溶液と熱交換するので、吸収溶液から発生した蒸気との間で熱交換する場合に比べて、良好な熱交換効率を得ることができる。
【００１５】
このように、凝縮器（１０５）を経由した水を、さらに、再生器（１０３）の中の加熱された吸収溶液中に配置した液液熱交換器（１４３）に経由させて加熱するので、高いエネルギー利用効率を確保しつつ高い給湯温度を得ることができる。
【００１６】
貯湯タンク（１０６）の水が循環する経路を、少なくとも凝縮器（１０５）および液液熱交換器（１４３）を経由する第１状態と、凝縮器（１０５）を迂回し、熱交換箇所として液液熱交換器（１４３）のみを経由する第２状態とに切り替える循環経路切替手段（１５６）を有するものでは、たとえば、外気温度が低く、蒸発器（１０１）に接続された顕熱熱交換器（１１５）での熱交換効率が低下したような場合に、第２状態に切り替えることにより、外気温度が低下した場合でも、効率の良い運転を確保することができる。すなわち、第２状態に切り替えることにより吸収式による昇温動作を停止させ、省エネルギー性能を高めることができる。
【００１７】
また、第２状態において、凝縮器（１０５）の中の基準水位を越えた冷媒が管路（１３３）を通じて再生器（１０３）に戻るようにしたものでは、吸収式による昇温動作を停止した状態で吸収溶液を再生器（１０３）で加熱しても、再生器（１０３）の内圧を適正に保つことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかる吸収式給湯器１００の構成を示している。吸収式給湯器１００は、蒸発器１０１と、吸収器１０２と、再生器１０３と、精留塔１０４と、凝縮器１０５と、貯湯タンク１０６とを有している。貯湯タンク１０６に蓄えられている水は、給湯に用いられる。また貯湯タンク１０６の内部には風呂の追い焚き回路や暖房回路と接続された熱交換器を設けてあり、貯湯タンク１０６に蓄えられている湯の熱を利用して暖房や風呂の追い焚きを行うことが可能になっている。
【００１９】
蒸発器１０１および凝縮器１０５の下部には、水やフッ化アルコールなどの冷媒が収容されている。凝縮器１０５と蒸発器１０１は、凝縮器１０５の底部に一端が開口し他端が蒸発器１０１の天井部に開口した第１管路１１１で接続されており、第１管路１１１の途中に減圧弁１１２が設けてある。蒸発器１０１の内部は、１００分の１気圧程度の低圧に保持されており、凝縮器１０５から第１管路１１１を通じて落下する冷媒が約５℃で蒸発するようになっている。
【００２０】
蒸発器１０１の下部に溜まった冷媒は、冷媒循環ポンプ１１３によって蒸発器１０１の雰囲気中に散布され蒸発が促進されるようになっている。蒸発器１０１の中の第１熱交換器１１４と外部の顕熱熱交換器１１５は、これらを経由する閉回路で接続されている。閉回路内の水は、蒸発器１０１において冷媒の気化熱によって約１℃に冷却され、顕熱熱交換器１１５において大気と熱交換し、約５℃に暖められるようになっている。
【００２１】
蒸発器１０１と吸収器１０２とは、蒸発器１０１の天井部に一端が開口し他端が吸収器１０２の天井部に開口した第２管路１２１で接続されている。吸収器１０２の中の下部には、臭化リチウム液が吸収溶液として収容されている。蒸発器１０１で冷媒が蒸発することによって発生した冷媒蒸気は、第２管路１２１を通って蒸発器１０１に入り、吸収溶液に吸収されるようになっている。吸収器１０２において吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより、吸収器１０２および蒸発器１０１の内部が低圧に維持される。また吸収溶液による冷媒蒸気の吸収により、蒸発器１０１内の液面付近が水分で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続するしくみになっている。
【００２２】
吸収器１０２と再生器１０３とは、吸収器１０２の底部に一端が開口し他端が再生器１０３の上部雰囲気中に開口した第３管路１２２で接続されている。第３管路１２２の途中には吸収溶液ポンプ１２３が設けてあり、吸収器１０２底部の吸収溶液が再生器１０３へ送り込まれるようになっている。再生器１０３には、内部の吸収溶液を加熱するための加熱バーナー１３１が設けてある。吸収器１０２において多量の冷媒蒸気を吸収することで吸収溶液の濃度が下がると、吸収能力が次第に低下するので、吸収作用を維持するために、吸収溶液を再生器１０３に送り込み、ここで加熱し、吸収されている冷媒を蒸発させて濃縮するようになっている。
【００２３】
吸収器１０２と再生器１０３とは、再生器１０３の底部に一端が開口し他端が吸収器１０２の上部雰囲気中の散布ノズルに連通した第４管路１２５で接続されている。第４管路１２５の途中には吸収溶液循環ポンプ１２６が設けてあり、再生器１０３底部の濃縮された吸収溶液が吸収器１０２へ戻されるようになっている。また吸収器１０２の底部に一端が開口した配管の他端が吸収溶液循環ポンプ１２６の吸込側に接続されており、吸収器１０２の下部に溜まった吸収溶液の一部が吸収溶液循環ポンプ１２６によって吸収器１０２の雰囲気中に散布される。第３管路１２２および第４管路１２５は、吸収器１０２と再生器１０３とを結ぶ途中で溶液熱交換器１２７を経由し、ここで第４管路１２５側を流れる吸収溶液と第３管路１２２側を流れる吸収溶液との間で熱交換が行われるようになっている。
【００２４】
再生器１０３の上方には、精留塔１０４が配置されている。精留塔１０４は、再生器１０３から導かれた冷媒蒸気と吸収溶液とを分離（吸収液分離）する機能を果たす。精留塔１０４と凝縮器１０５とは、精留塔１０４の天井部に一端が開口し他端が凝縮器１０５の天井部に開口した第５管路１３２で接続されている。再生器１０３で吸収溶液から発生した冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に導かれ、ここで凝縮して液体の冷媒になり、貯留される。
【００２５】
凝縮器１０５と再生器１０３とは、一端が凝縮器１０５の中の基準水位の箇所で開口し、他端が再生器１０３の中の吸収溶液の液面より上の雰囲気中で開口した第６管路１３３で接続されている。第６管路１３３の途中には、当該管路を閉塞させるか否かを切り替える冷媒弁１３４が設けてある。凝縮器１０５と再生器１０３とは、第６管路１３３の凝縮器１０５内での開口端が、第６管路１３３の再生器１０３内での開口端よりも上方になるように、互いの上下の位置関係が設定されている。
【００２６】
吸収器１０２の雰囲気中には、第２熱交換器１４１が、凝縮器１０５の雰囲気中には第３熱交換器１４２が、再生器１０３の吸収溶液中には液液熱交換器１４３が配置されている。貯湯タンク１０６下部に開設された水の出口部と第２熱交換器１４１の入側とは第１水管１５１で接続されている。第２熱交換器１４１の出側と第３熱交換器１４２の入側とは第２水管１５２で接続されている。第３熱交換器１４２の出側と液液熱交換器１４３の入側とは第３水管１５３で接続されている。液液熱交換器１４３の出側と貯湯タンク１０６上部に開設された水の入口部とは第４水管１５４で接続されている。
【００２７】
また第１水管１５１と第３水管１５３とは、バイパス水管１５５で接続されている。第１水管１５１とバイパス水管１５５との接続箇所には、貯湯タンク１０６からの水を第２熱交換器１４１の入側へ流すかバイパス水管１５５および第３水管１５３を通じて液液熱交換器１４３の入側へ流すかを切り替える切替弁１５６が介挿されている。第１水管１５１の途中であって貯湯タンク１０６と切替弁１５６との間には、貯湯タンク１０６からの水を切替弁１５６の側へ向けて送出する温水循環用の冷却ポンプ１５７が設けてある。
【００２８】
貯湯タンク１０６からの水が第２熱交換器１４１の入側へ流れるように切替弁１５６を設定すると、水の経路は、貯湯タンク１０６の出口部から出た水が第２熱交換器１４１、第３熱交換器１４２、液液熱交換器１４３を経由して貯湯タンク１０６の入口部に戻るように循環する第１状態になる。一方、貯湯タンク１０６からの水がバイパス水管１５５および第３水管１５３を通って液液熱交換器１４３の入側へ流れるように切替弁１５６を切り替えると、水の経路は、貯湯タンク１０６の出口部から出た水が、液液熱交換器１４３を経由して貯湯タンク１０６の入口部に戻るように循環する第２状態になる。
【００２９】
次に作用を説明する。
まず第１状態に経路を設定した場合の動作について説明する。蒸発器１０１は１００分の１気圧程度の低圧に保持されている。このため、凝縮器１０５から第１管路１１１および減圧弁１１２を通じて蒸発器１０１の天井部から落下した冷媒は、約５℃で蒸発する。第２熱交換器１４１の中を流れる液体は、このときの気化熱で約７℃に冷却されるが、顕熱熱交換器１１５で大気からの熱を取り込み、昇温する。
【００３０】
蒸発器１０１で発生した冷媒蒸気は、第２管路１２１を通って吸収器１０２に入り、ここで臭化リチウム液等の吸収溶液に吸収される。吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより蒸発器１０１の液面付近が冷媒蒸気で飽和するようなことがなく、盛んな蒸発が継続するしくみになっている。また吸収溶液が冷媒蒸気を吸収することにより、蒸発器１０１内部が低圧に維持される。
【００３１】
多量の冷媒蒸気を吸収することで吸収溶液の濃度が下がると、吸収能力が次第に低下するが、吸収器１０２の底部から第３管路１２２を通じて吸収溶液の一部が再生器１０３に導かれ、ここで加熱バーナー１３１によって約１５０℃に加熱される。これにより、吸収していた冷媒が蒸気となって発生し、吸収溶液は濃縮される。濃縮された吸収溶液は、第４管路１２５を通じて、再び吸収器１０２に戻される。これにより、吸収器１０２での吸収溶液による冷媒蒸気の吸収作用が維持される。
【００３２】
再生器１０３において吸収溶液から発生した蒸気は、精留塔１０４を通る際に、冷媒蒸気と吸収溶液にかかる成分とに分離され、冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に導かれる。冷媒蒸気は、凝縮器１０５で冷却・凝縮されて液状の冷媒となり、凝縮器１０５の下部に貯留され、蒸発器１０１へ落下して再度、蒸発する。冷媒および吸収溶液は、以上のようなサイクルを繰り返す。
【００３３】
貯湯タンク１０６内の水は、冷却ポンプ１５７によって送り出され、吸収器１０２内の第２熱交換器１４１を経由する際に４５℃程度まで昇温され、さらに凝縮器１０５内の第３熱交換器１４２を経由する際に５０℃程度まで昇温される。その後さらに再生器１０３内の吸収溶液中に配置された液液熱交換器１４３を経由する際に、９０℃程度まで昇温される。
【００３４】
このように、凝縮器１０５の第３熱交換器１４２を経由した後の水をさらに、再生器１０３内の約１５０℃に加熱された吸収溶液の中に配置された液液熱交換器１４３を経由させて加熱するので、給湯温度を９０℃程度の高温に昇温することが可能になっている。また液液熱交換器１４３を吸収溶液中に配置し、液体と液体との間で熱交換を行わせるので、熱交換を効率良く行うことができる。
【００３５】
外気温度が低下して第１熱交換器１１４での熱交換効率が低下すると、吸収式暖房装置としての機能が低下する。そこで、図示省略の温度センサによって外気温度が一定温度以下に低下したことを検出すると、これまた図示省略の制御部により、切替弁１５６を切り替えて経路を第２状態にし、加熱バーナー１３１を燃焼させて運転する。すなわち、吸収式としての動作を停止させ、貯湯タンク１０６から出た水は、再生器１０３内の液液熱交換器１４３を経由する際に昇温されて貯湯タンク１０６に戻る。
【００３６】
このとき、加熱バーナー１３１を燃焼させているので再生器１０３内の吸収溶液から蒸発した冷媒蒸気は、第５管路１３２を通じて凝縮器１０５に至り、ここで凝縮する。そして、凝縮器１０５内の液面レベルが基準水位を越えると第６管路１３３を通じて冷媒が再生器１０３へ流れ込む。流れ込んだ液状の冷媒は、再生器１０３において再び蒸気となり、凝縮器１０５へ移動して凝縮するというサイクルを繰り返す。これにより、加熱バーナー１３１の燃焼を継続しても、再生器１０３や凝縮器１０５の内圧が異常上昇することはない。
【００３７】
以上説明した実施の形態では、再生器内の吸収溶液をバーナーで加熱する構成としたが、電気式のヒータで加熱するものであってもよい。また再生器を、二重効用方式としてもよい。この場合、高温再生器の中に液液熱交換器１４３を配置するとよい。また、凝縮器１０５の第３熱交換器１４２を経由した後、低温再生器の中に設けた液液熱交換器を経由させ、さらにその後、高温再生器の中に設けた液液熱交換器を経由させる構成としてもよい。
【００３８】
また実施の形態では、冷媒として水を吸収溶液として臭化リチウム液を用いたが、冷媒および吸収溶液はこれらに限定されるものではない。なお、貯湯タンク１０６に暖房用配管や風呂追焚用配管を通して加熱された貯湯タンク内の熱を暖房用や追焚用として用いることができる。またタンク内に入る給水管、タンク外に出る給湯管をなくして、たとえばタンク内に水または冷媒等を入れて熱を給湯に用いず、暖房用または追焚用として用いることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明にかかる吸収式熱源装置によれば、凝縮器を経由した水を、再生器の中の加熱された吸収溶液中に配置した液液熱交換器にさらに経由させて加熱するので、良好なエネルギー利用効率を確保しつつ高い給湯温度を得ることができる。
【００４０】
また外気温度が低く、蒸発器に接続された顕熱熱交換器での熱交換効率が低下したような場合に、吸収式としての動作を停止させ、貯湯タンクの水を再生器の吸収溶液中に配置した液液熱交換器だけを経由させて加熱するものでは、外気温度が低下した場合でも、効率の良い運転を確保することができる。
【００４１】
また、凝縮器の中の基準水位を越えた冷媒が管路を通じて再生器に戻るようにしたものでは、吸収式としての動作を停止した状態で再生器において吸収溶液を加熱しても、再生器の内圧を適正に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る吸収式熱源装置の構成を示す説明図である。
【図２】従来から使用されている吸収式冷暖房装置の構成をそのまま適用した吸収式熱源装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１００…吸収式給湯器
１０１…蒸発器
１０２…吸収器
１０３…再生器
１０４…精留塔
１０５…凝縮器
１０６…貯湯タンク
１１１…第１管路
１１２…減圧弁
１１３…冷媒循環ポンプ
１１４…第１熱交換器
１１５…顕熱熱交換器
１２１…第２管路
１２２…第３管路
１２３…吸収溶液ポンプ
１２５…第４管路
１２６…吸収溶液循環ポンプ
１２７…溶液熱交換器
１３１…加熱バーナー
１３２…第５管路
１３３…第６管路
１３４…冷媒弁
１４１…第２熱交換器
１４２…第３熱交換器
１４３…液液熱交換器
１５１…第１水管
１５２…第２水管
１５３…第３水管
１５４…第４水管
１５５…バイパス水管
１５６…切替弁
１５７…冷却ポンプ
Claims (5)
- 凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、再生器とを有し、冷媒を前記蒸発器で蒸発させ、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を前記吸収器に導き、前記吸収器に収容されている吸収溶液に前記冷媒蒸気を吸収させ、前記吸収溶液の一部を前記吸収器から前記再生器に導いて加熱し、吸収されていた冷媒を蒸発させて濃縮した吸収溶液を前記吸収器に戻すとともに、前記再生器で発生した冷媒蒸気を貯湯タンクの水を冷却水とする前記凝縮器で冷却して凝縮させ、この液化した冷媒を前記蒸発器に導くように構成した吸収式熱源装置において、
前記再生器の中の加熱された吸収溶液と熱交換を行うための液液熱交換器を設け、
前記凝縮器を経由した前記冷却水をさらに前記液液熱交換器に通して加熱する
ことを特徴とする吸収式熱源装置。 - 前記貯湯タンクの水を循環させる経路を、少なくとも前記凝縮器と前記液液熱交換器とを経由する第１状態と、前記凝縮器を迂回しかつ前記液液熱交換器を経由する第２状態とに切り替える循環経路切替手段を設けた
ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式熱源装置。 - 前記循環経路切替手段は、前記蒸発器に接続された顕熱熱交換器の熱交換効率が基準値以下のとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする請求項２に記載の吸収式熱源装置。 - 前記循環経路切替手段は、外気温度が規定温度以下に低下したとき、前記第２状態に切り替える
ことを特徴とする請求項２または３に記載の吸収式熱源装置。 - 前記凝縮器と前記再生器とを接続する管路を設け、
前記管路の一端を前記凝縮器の中で基準水位の箇所に開口させ、
前記他端を前記再生器の中で前記吸収溶液の液面より上で開口させ、
前記一端が前記他端より上になるように前記凝縮器と前記再生器との上下位置関係を設定し、
前記第２状態において、前記凝縮器の中の前記基準水位を越えた冷媒が前記管路を通じて前記再生器に戻るようにした
ことを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載の吸収式熱源装置。
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