JP4107981B2 - 吸収ヒートポンプ装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器などと共に、リソーバとデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置の運転を開始するときと、停止するときの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置として、例えば図５に示したように再生器１、凝縮器２、蒸発器３、吸収器４、リソーバ５、デソーバ６などを配管接続して構成した吸収ヒートポンプ装置１００Ｘが周知である（特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成の吸収ヒートポンプ装置１００Ｘは、蒸発器３とデソーバ６とで吸熱し、凝縮器２と第二種サイクルを構成するリソーバ５および第一種サイクルを構成する吸収器４で放熱するので、暖房時のＣＯＰが２以上となると云った利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８２５（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成の吸収ヒートポンプ装置においては、再生器で吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて、再生器に戻される、と云った長い経路を循環するため、運転を開始する際にはリソーバ、デソーバを備えない吸収ヒートポンプ装置よりも、リソーバで吸収させる冷媒蒸気と、デソーバで吸収液から蒸発分離させる冷媒蒸気とをそれぞれ所要量吸収あるいは生成する時間だけ長くなり、したがって定常運転に達するまでの時間が長くなると云った問題点があった。
【０００６】
また、上記構成の吸収ヒートポンプ装置においては、再生器で冷媒を蒸発分離して吸収液の冷媒濃度が低下し、冷媒の吸収が可能に再生された吸収液の濃度を速やかに稀釈する手段を備えていなかったため、運転を停止する際には吸収液の濃度を下げるための稀釈運転が長時間になると云った問題点があった。
【０００７】
したがって、運転を開始するときには速やかに定常運転ができるようにすると共に、運転を停止するときには吸収液の稀釈運転が短時間で完了できるようにする必要があり、これらが解決すべき課題であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
第１の吸収液ポンプと再生器に設けた加熱手段を同時若しくは相前後して起動したのち、冷媒または吸収液に係わる物理量の変化または経過時間に基づいて第２の吸収液ポンプを起動し、その後に冷媒ポンプも前記物理量の変化または経過時間に基づいて起動するようにした第１の構成の制御方法と、
【０００９】
前記第１の構成の制御方法において、第１の吸収液ポンプを運転可能な最低の回転速度で起動し、第２の吸収液ポンプの起動と同時または相前後して第１の吸収液ポンプの容量制御運転を開始するようにした第２の構成の制御方法と、
【００１０】
再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
再生器に設けた加熱手段による吸収液に対する加熱を停止したのち、蒸発器と吸収器とを接続している冷媒液管に介在する冷媒ブロー弁を開弁して蒸発器から吸収器に冷媒液を流し、吸収器と再生器にある吸収液の濃度を下げたのち、第１および第２の吸収液ポンプの運転を停止するようにした第３の構成の制御方法と、を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図５において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００１２】
図１に例示した吸収ヒートポンプ装置１００は、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム水溶液などを使用して、果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮するための熱源や、暖房に使用する熱源などを作る装置であり、内部に伝熱管１Ａが設けられ、その伝熱管１Ａに熱源供給管１５を介して供給される駆動熱源、例えば高温の水蒸気によって吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生する再生器１と、この再生器１から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器２と、この凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器３と、冷媒を蒸発分離して再生器１から吸収液管２１を介して供給される冷媒の濃度が低下した吸収液に冷媒を吸収させ、再生器１から供給される吸収液と熱交換器７で熱交換させて再生器１に吸収液管２２を介して戻す吸収器４とを備えている。
【００１３】
なお、熱源供給管１５を介して駆動熱源である高温の水蒸気が供給される伝熱管１Ａの出口側に連結された廃熱管１６には、スチームトラップ１６Ａが設けられ、伝熱管１Ａで再生器１内の吸収液を加熱・再生して放熱し、凝縮して廃熱管１６に吐出した駆動熱源のドレンが、下流側に設ける図示しない廃熱回収器に供給されても、ドレンが廃熱回収器に気液混合状態で供給されて熱交換効率を低下させることがないように構成されている。
【００１４】
また、吸収ヒートポンプ装置１００は、蒸発器３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させるリソーバ５と、冷媒を吸収してリソーバ５から吸収液管２３を介して供給される冷媒の濃度が上昇した吸収液を加熱して冷媒を吸収液から蒸発分離し、冷媒の濃度が低下した吸収液を、リソーバ５から供給される吸収液と熱交換器８で熱交換させてリソーバ５に吸収液管２４を介して戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器４に供給するデソーバ６とを備えている。なお、リソーバ５とデソーバ６とは、開閉弁１８が介在する抽気管１９により連通可能に連結されている。
【００１５】
また、吸収ヒートポンプ装置１００は、吸収器４の内部に設けられた伝熱管４Ａと、リソーバ５の内部に設けられた伝熱管５Ａと、凝縮器２の内部に設けられた伝熱管２Ａとが直列に介在する温水管１７を備えている。
【００１６】
さらに、吸収ヒートポンプ装置１００は、吸収液管２２に介在する吸収液ポンプＰ１と、吸収液管２４に介在する吸収液ポンプＰ２と、冷媒液管２５に介在する冷媒ポンプＰ３と、蒸発器３の液相部と吸収器４とを接続している冷媒液管２６に介在する冷媒ブロー弁２７と、熱源供給管１５に介在する流量制御弁２８と、再生器１の吸収液出口側に設けられて、再生器１で再生されて吸収液管２１に吐出する吸収液の濃度Ｎを検出する濃度センサ２９と、吸収液ポンプＰ１、Ｐ２、冷媒ポンプＰ３、冷媒ブロー弁２７、流量制御弁２８を制御するための制御器３０とを備えている。
【００１７】
上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、再生器１の伝熱管１Ａに例えばコージェネレーションシステムなどから廃熱として供給される１２５℃程度の飽和水蒸気が導入されると、吸収器４から吸収液ポンプＰ１により吸収液管２２を介して供給され、散布器１Ｂから伝熱管１Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、凝縮器２に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００１８】
また、蒸発器３の内部に設けられた伝熱管３Ａには、適宜の装置から水蒸気などの熱源流体（再生器１の伝熱管１Ａに供給される熱源流体よりは低温度の熱源流体）が供給されるため、凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給され、冷媒液管２５の冷媒ポンプＰ３により散布器３Ｂから伝熱管３Ａの上に散布される冷媒液が加熱され、リソーバ５に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００１９】
デソーバ６に設けられた伝熱管６Ａにも、適宜の装置から水蒸気などの熱源流体（再生器１の伝熱管１Ａに供給される熱源流体よりは低温度の熱源流体）が供給されるため、リソーバ５から吸収液管２３を介して供給され、散布器６Ｂから伝熱管６Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、吸収器４に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００２０】
そして、吸収器４の伝熱管４Ａ、リソーバ５の伝熱管５Ａ、凝縮器２の伝熱管２Ａには、温水ポンプＰ４の運転により温水管１７を流れる水が順次供給される。
【００２１】
そのため、温水管１７の内部を流れる水は、先ず再生器１から吸収液管２１を介して供給され、散布器４Ｂから伝熱管４Ａの上に散布された吸収液がデソーバ６から吸収器４に供給された冷媒蒸気を吸収する際に生成される吸収熱により伝熱管４Ａにおいて加熱され、続いてデソーバ６から吸収液ポンプＰ２より吸収液管２４を介して供給され、散布器５Ｂから伝熱管５Ａの上に散布された吸収液が蒸発器３からリソーバ５に供給された冷媒蒸気を吸収する際に生成される吸収熱により伝熱管５Ａにおいて加熱され、さらに再生器１から供給された冷媒蒸気が伝熱管２Ａに触れて凝縮する際に出る凝縮熱により加熱される。
【００２２】
上記のように動作して加熱用途に供することのできる吸収ヒートポンプ装置１００においては、運転開始時と運転停止時には、吸収液ポンプＰ１、Ｐ２、冷媒ポンプＰ３、冷媒ブロー弁２７、流量制御弁２８は、マイコンなどを備えて構成される制御器３０により以下に示すように制御される。
【００２３】
制御器３０は、例えば図２、図３に示した制御を行うための制御プログラムを、図示しないマイコンのメモリ部に記憶してある。したがって、図示しない運転開始スイッチが操作されたときには、制御器３０により、ステップＳ１として吸収液ポンプＰ１が運転可能な最低の回転速度で起動され、吸収器４から再生器１への吸収液の搬送が開始される。
【００２４】
ステップＳ２においては、流量制御弁２８が開弁されて伝熱管１Ａに熱源供給管１５から駆動熱源である高温の水蒸気が供給され、吸収液から冷媒を蒸発分離して吸収液を再生させる再生器１における再生動作が開始される。
【００２５】
ステップＳ３においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎ、すなわち再生器１で冷媒を蒸発分離して濃縮・再生された吸収液の濃度が第１の所定濃度α（例えば、５５質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが第１の所定濃度αに到達すると、ステップＳ４に移行して吸収液ポンプＰ１の運転が熱負荷の大きさに基づいた容量制御運転に切り替えられると共に、吸収液ポンプＰ２が起動され、デソーバ６からリソーバ５への吸収液の搬送が開始される。
【００２６】
ステップＳ５においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎが、第１の所定濃度αより濃い第２の所定濃度β（例えば、５７質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが第２の所定濃度βに到達すると、ステップＳ６に移行して冷媒ポンプＰ３が起動され、蒸発器３に溜まった冷媒液の散布器３Ｂから伝熱管３Ａ上への散布が開始される。
【００２７】
すなわち、上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、熱源供給管１５から再生器１の伝熱管１Ａへの駆動熱源の供給開始時には、吸収器４から吸収液管２２を介して再生器１に供給される吸収液の量は、吸収液ポンプＰ１が最低の回転速度で運転されて最少量に絞られるため、再生器１内にある吸収液の温度は速やかに上昇し、冷媒の蒸発分離が速やかに行われる。
【００２８】
そして、再生器１で吸収液から速やかに蒸発分離されて凝縮器２に入った冷媒蒸気が、伝熱管２Ａの管壁を介して内側を流れる水に放熱し、伝熱管２Ａ内を流れる水を加熱するので、温水管１７を流れる水は凝縮器２内の伝熱管２Ａにおいて速やかに加熱される。
【００２９】
また、蒸発器３内の伝熱管３Ａの上に冷媒ポンプＰ３により散布される蒸発器３内の冷媒液は、凝縮器２で伝熱管２Ａ内を流れる水に放熱して凝縮し、冷媒液管２０を介して供給された冷媒液であるので、速やかに溜まる。
【００３０】
そして、濃度センサ２９が計測する再生器１内の吸収液濃度Ｎが第２の所定濃度βに到達し、換言すれば蒸発器３に十分な量の冷媒液が溜まったときに、冷媒ポンプＰ３が起動されて蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まっている冷媒液が伝熱管３Ａの上に散布され、伝熱管３Ａの内部を流れる水蒸気などの熱源流体から熱を奪って蒸発し、リソーバ５内に入って伝熱管５Ａの上に散布されている吸収液に吸収されるので、伝熱管５Ａ内を流れる水も速やかに加熱される。
【００３１】
また、デソーバ６内の伝熱管６Ａの上に散布器６Ｂから散布される吸収液は、リソーバ５で冷媒を吸収して吸収液管２３から供給される吸収液であるので、この吸収液も運転開始後速やかに運転濃度に達する。
【００３２】
すなわち、伝熱管６Ａの内部を流れる水蒸気などの熱源流体から熱を奪って蒸発し、吸収器４内に入って伝熱管４Ａの上に散布されている吸収液に吸収される冷媒蒸気も速やかに増加し、伝熱管４Ａ内を流れる水も速やかに加熱される。
【００３３】
したがって、温水管１７の内部を流れる水は、吸収器４内の伝熱管４Ａ、リソーバ５内の伝熱管５Ａ、凝縮器２内の伝熱管２Ａにおいて速やかに加熱される。そのため、温水管１７を流れる温水を使用して果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮することも、暖房を行うことも短時間の内に開始することができる。
【００３４】
一方、吸収ヒートポンプ装置１００の運転中に図示しない運転停止スイッチが操作されたときには、制御器３０により、ステップＳ１１として流量制御弁２８が閉じられ、伝熱管１Ａへの熱源供給管１５から駆動熱源の供給が停止されて、再生器１における冷媒の吸収液からの蒸発分離が停止される。
【００３５】
ステップＳ１２においては、冷媒ポンプＰ３の運転が停止され、リソーバ５に供給して吸収液に吸収される冷媒の蒸発が停止される。そして、ステップＳ１３において、冷媒ブロー弁２７が開かれて、蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まっている冷媒液が吸収器４に供給され、吸収器４内にある吸収液の濃度が下げられる。
【００３６】
ステップＳ１４においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎが所定の濃度γ（例えば、５２質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが所定の濃度γに到達するとステップＳ１５に移行して吸収液ポンプＰ１、Ｐ２の運転が停止される。なお、ステップＳ１２における冷媒ポンプＰ３の停止は省略し、ステップＳ１５において冷媒ポンプＰ３も停止させるようにしても良い。
【００３７】
したがって、上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、運転停止時には蒸発器３からの冷媒液の流入により吸収器４内の吸収液が速やかに稀釈され、その稀釈された吸収液が吸収液管２２を介して再生器１に供給されるので、冷媒の蒸発分離により濃縮・再生された再生器１内の吸収液は速やかに稀釈され、結晶化防止のための稀釈運転時間を短縮することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００３９】
例えば、最低の回転速度で起動した吸収液ポンプＰ１を熱負荷の大きさに基づいた容量制御運転に切り替えると共に、吸収液ポンプＰ２を起動するタイミングは、濃度センサ２９が検出する吸収液濃度Ｎに基づいて決定するのではなく、蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まった冷媒液の液面高さに基づいて決定しても良いし、再生器１内の圧力または温度を検出して、再生器１内で吸収液から蒸発分離されている冷媒の量を把握し、その程度に基づいてタイミングを決定するようにしても良い。また、上記タイミングは、経過時間に基づいて制御されるように、制御器３０のメモリ部に記憶する制御プログラムを作成することも可能である。
【００４０】
また、温水管１７を流れる温水を用いて、果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮するときには、濃縮時に出る水蒸気を蒸発器３の伝熱管３Ａと、デソーバ６の伝熱管６Ａに供給する熱源として利用することも可能である。
【００４１】
また、再生器１内の吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生するために熱源供給管１５を介して伝熱管１Ａに導入する駆動熱源としては、コージェネレーションシステムなどを冷却して高温になった冷却水であっても良い。また、燃焼バーナにより、再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成とすることもできる。
【００４２】
そして、燃焼バーナにより再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成としたときには、廃熱管１６には燃焼バーナから出る排ガスを流し、その排ガスと温水管１７を流れる温水などとを熱交換させて、排ガスが保有する廃熱を回収することも可能である。
【００４３】
また、吸収液ポンプＰ１の起動の前に流量制御弁２８を開弁しても、再生器１内にある吸収液が直ちに沸騰することはないので、流量制御弁２８を開弁した後で吸収液ポンプＰ１を起動しても良いし、吸収液ポンプＰ１の起動と流量制御弁２８の開弁とを同時に行うようにすることも可能である。
【００４４】
また、冷媒ブロー弁２７が介在する冷媒液管２６の上流側は、蒸発器３の冷媒液溜まりに接続するのではなく、仮想線で示したように冷媒液管２５の冷媒ポンプＰ３吐出側に連結し、蒸発器３の冷媒液を冷媒ポンプＰ３の吐出圧力を利用して吸収器４に短時間で導入できるようにすることも可能である。
【００４５】
そして、冷媒液管２６を上記のように接続したときには、各機器は制御器３０により例えば図４に示したように制御される。
【００４６】
また、吸収器４に設けられた伝熱管４Ａと、リソーバ５に設けられた伝熱管５Ａと、凝縮器２に設けられた伝熱管２Ａとが並列に介在するように温水管１７を構成し、温水管１７を流れる温水が伝熱管４Ａ、５Ａ、２Ａにおいて同時に加熱されるようにすることなども可能である。
【００４７】
【発明の効果】
上記したように、本発明のヒートポンプ装置においては、運転を開始するときには速やかに定常運転を開始することができ、運転を停止するときには吸収液の結晶化防止のための稀釈運転を短時間で完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により制御される吸収ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の制御の一例（運転開始時の制御）を示す説明図である。
【図３】本発明の制御の一例（運転停止時の制御）を示す説明図である。
【図４】本発明の運転停止時の他の制御例を示す説明図である。
【図５】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 再生器
１Ａ 伝熱管
１Ｂ 散布器
２ 凝縮器
２Ａ 伝熱管
３ 蒸発器
３Ａ 伝熱管
３Ｂ 散布器
４ 吸収器
４Ａ 伝熱管
４Ｂ 散布器
５ リソーバ
５Ａ 伝熱管
５Ｂ 散布器
６ デソーバ
６Ａ 伝熱管
６Ｂ 散布器
７、８ 熱交換器
１５ 熱源供給管
１６ 廃熱管
１６Ａ スチームトラップ
１７ 温水管
１８ 開閉弁
１９ 抽気管
２０ 冷媒液管
２１〜２４ 吸収液管
２５、２６ 冷媒液管
２７ 冷媒ブロー弁
２８ 流量制御弁
２９ 濃度センサ
３０ 制御器
Ｐ１、Ｐ２ 吸収液ポンプ
Ｐ３ 冷媒ポンプ
Ｐ４ 温水ポンプ
１００、１００Ｘ 吸収ヒートポンプ装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器などと共に、リソーバとデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置の運転を開始するときと、停止するときの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の装置として、例えば図５に示したように再生器１、凝縮器２、蒸発器３、吸収器４、リソーバ５、デソーバ６などを配管接続して構成した吸収ヒートポンプ装置１００Ｘが周知である（特許文献１参照）。
【０００３】
上記構成の吸収ヒートポンプ装置１００Ｘは、蒸発器３とデソーバ６とで吸熱し、凝縮器２と第二種サイクルを構成するリソーバ５および第一種サイクルを構成する吸収器４で放熱するので、暖房時のＣＯＰが２以上となると云った利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２８２５（図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記構成の吸収ヒートポンプ装置においては、再生器で吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて、再生器に戻される、と云った長い経路を循環するため、運転を開始する際にはリソーバ、デソーバを備えない吸収ヒートポンプ装置よりも、リソーバで吸収させる冷媒蒸気と、デソーバで吸収液から蒸発分離させる冷媒蒸気とをそれぞれ所要量吸収あるいは生成する時間だけ長くなり、したがって定常運転に達するまでの時間が長くなると云った問題点があった。
【０００６】
また、上記構成の吸収ヒートポンプ装置においては、再生器で冷媒を蒸発分離して吸収液の冷媒濃度が低下し、冷媒の吸収が可能に再生された吸収液の濃度を速やかに稀釈する手段を備えていなかったため、運転を停止する際には吸収液の濃度を下げるための稀釈運転が長時間になると云った問題点があった。
【０００７】
したがって、運転を開始するときには速やかに定常運転ができるようにすると共に、運転を停止するときには吸収液の稀釈運転が短時間で完了できるようにする必要があり、これらが解決すべき課題であった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明は、再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
第１の吸収液ポンプと再生器に設けた加熱手段を同時若しくは相前後して起動したのち、冷媒または吸収液に係わる物理量の変化または経過時間に基づいて第２の吸収液ポンプを起動し、その後に冷媒ポンプも前記物理量の変化または経過時間に基づいて起動するようにした第１の構成の制御方法と、
【０００９】
前記第１の構成の制御方法において、第１の吸収液ポンプを運転可能な最低の回転速度で起動し、第２の吸収液ポンプの起動と同時または相前後して第１の吸収液ポンプの容量制御運転を開始するようにした第２の構成の制御方法と、
【００１０】
再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
再生器に設けた加熱手段による吸収液に対する加熱を停止したのち、蒸発器と吸収器とを接続している冷媒液管に介在する冷媒ブロー弁を開弁して蒸発器から吸収器に冷媒液を流し、吸収器と再生器にある吸収液の濃度を下げたのち、第１および第２の吸収液ポンプの運転を停止するようにした第３の構成の制御方法と、を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図３に基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図５において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００１２】
図１に例示した吸収ヒートポンプ装置１００は、冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム水溶液などを使用して、果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮するための熱源や、暖房に使用する熱源などを作る装置であり、内部に伝熱管１Ａが設けられ、その伝熱管１Ａに熱源供給管１５を介して供給される駆動熱源、例えば高温の水蒸気によって吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生する再生器１と、この再生器１から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器２と、この凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器３と、冷媒を蒸発分離して再生器１から吸収液管２１を介して供給される冷媒の濃度が低下した吸収液に冷媒を吸収させ、再生器１から供給される吸収液と熱交換器７で熱交換させて再生器１に吸収液管２２を介して戻す吸収器４とを備えている。
【００１３】
なお、熱源供給管１５を介して駆動熱源である高温の水蒸気が供給される伝熱管１Ａの出口側に連結された廃熱管１６には、スチームトラップ１６Ａが設けられ、伝熱管１Ａで再生器１内の吸収液を加熱・再生して放熱し、凝縮して廃熱管１６に吐出した駆動熱源のドレンが、下流側に設ける図示しない廃熱回収器に供給されても、ドレンが廃熱回収器に気液混合状態で供給されて熱交換効率を低下させることがないように構成されている。
【００１４】
また、吸収ヒートポンプ装置１００は、蒸発器３から供給される冷媒蒸気を吸収液に吸収させるリソーバ５と、冷媒を吸収してリソーバ５から吸収液管２３を介して供給される冷媒の濃度が上昇した吸収液を加熱して冷媒を吸収液から蒸発分離し、冷媒の濃度が低下した吸収液を、リソーバ５から供給される吸収液と熱交換器８で熱交換させてリソーバ５に吸収液管２４を介して戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器４に供給するデソーバ６とを備えている。なお、リソーバ５とデソーバ６とは、開閉弁１８が介在する抽気管１９により連通可能に連結されている。
【００１５】
また、吸収ヒートポンプ装置１００は、吸収器４の内部に設けられた伝熱管４Ａと、リソーバ５の内部に設けられた伝熱管５Ａと、凝縮器２の内部に設けられた伝熱管２Ａとが直列に介在する温水管１７を備えている。
【００１６】
さらに、吸収ヒートポンプ装置１００は、吸収液管２２に介在する吸収液ポンプＰ１と、吸収液管２４に介在する吸収液ポンプＰ２と、冷媒液管２５に介在する冷媒ポンプＰ３と、蒸発器３の液相部と吸収器４とを接続している冷媒液管２６に介在する冷媒ブロー弁２７と、熱源供給管１５に介在する流量制御弁２８と、再生器１の吸収液出口側に設けられて、再生器１で再生されて吸収液管２１に吐出する吸収液の濃度Ｎを検出する濃度センサ２９と、吸収液ポンプＰ１、Ｐ２、冷媒ポンプＰ３、冷媒ブロー弁２７、流量制御弁２８を制御するための制御器３０とを備えている。
【００１７】
上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、再生器１の伝熱管１Ａに例えばコージェネレーションシステムなどから廃熱として供給される１２５℃程度の飽和水蒸気が導入されると、吸収器４から吸収液ポンプＰ１により吸収液管２２を介して供給され、散布器１Ｂから伝熱管１Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、凝縮器２に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００１８】
また、蒸発器３の内部に設けられた伝熱管３Ａには、適宜の装置から水蒸気などの熱源流体（再生器１の伝熱管１Ａに供給される熱源流体よりは低温度の熱源流体）が供給されるため、凝縮器２から冷媒液管２０を介して供給され、冷媒液管２５の冷媒ポンプＰ３により散布器３Ｂから伝熱管３Ａの上に散布される冷媒液が加熱され、リソーバ５に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００１９】
デソーバ６に設けられた伝熱管６Ａにも、適宜の装置から水蒸気などの熱源流体（再生器１の伝熱管１Ａに供給される熱源流体よりは低温度の熱源流体）が供給されるため、リソーバ５から吸収液管２３を介して供給され、散布器６Ｂから伝熱管６Ａの上に散布される吸収液が加熱・再生され、吸収器４に供給する冷媒蒸気が発生する。
【００２０】
そして、吸収器４の伝熱管４Ａ、リソーバ５の伝熱管５Ａ、凝縮器２の伝熱管２Ａには、温水ポンプＰ４の運転により温水管１７を流れる水が順次供給される。
【００２１】
そのため、温水管１７の内部を流れる水は、先ず再生器１から吸収液管２１を介して供給され、散布器４Ｂから伝熱管４Ａの上に散布された吸収液がデソーバ６から吸収器４に供給された冷媒蒸気を吸収する際に生成される吸収熱により伝熱管４Ａにおいて加熱され、続いてデソーバ６から吸収液ポンプＰ２より吸収液管２４を介して供給され、散布器５Ｂから伝熱管５Ａの上に散布された吸収液が蒸発器３からリソーバ５に供給された冷媒蒸気を吸収する際に生成される吸収熱により伝熱管５Ａにおいて加熱され、さらに再生器１から供給された冷媒蒸気が伝熱管２Ａに触れて凝縮する際に出る凝縮熱により加熱される。
【００２２】
上記のように動作して加熱用途に供することのできる吸収ヒートポンプ装置１００においては、運転開始時と運転停止時には、吸収液ポンプＰ１、Ｐ２、冷媒ポンプＰ３、冷媒ブロー弁２７、流量制御弁２８は、マイコンなどを備えて構成される制御器３０により以下に示すように制御される。
【００２３】
制御器３０は、例えば図２、図３に示した制御を行うための制御プログラムを、図示しないマイコンのメモリ部に記憶してある。したがって、図示しない運転開始スイッチが操作されたときには、制御器３０により、ステップＳ１として吸収液ポンプＰ１が運転可能な最低の回転速度で起動され、吸収器４から再生器１への吸収液の搬送が開始される。
【００２４】
ステップＳ２においては、流量制御弁２８が開弁されて伝熱管１Ａに熱源供給管１５から駆動熱源である高温の水蒸気が供給され、吸収液から冷媒を蒸発分離して吸収液を再生させる再生器１における再生動作が開始される。
【００２５】
ステップＳ３においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎ、すなわち再生器１で冷媒を蒸発分離して濃縮・再生された吸収液の濃度が第１の所定濃度α（例えば、５５質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが第１の所定濃度αに到達すると、ステップＳ４に移行して吸収液ポンプＰ１の運転が熱負荷の大きさに基づいた容量制御運転に切り替えられると共に、吸収液ポンプＰ２が起動され、デソーバ６からリソーバ５への吸収液の搬送が開始される。
【００２６】
ステップＳ５においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎが、第１の所定濃度αより濃い第２の所定濃度β（例えば、５７質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが第２の所定濃度βに到達すると、ステップＳ６に移行して冷媒ポンプＰ３が起動され、蒸発器３に溜まった冷媒液の散布器３Ｂから伝熱管３Ａ上への散布が開始される。
【００２７】
すなわち、上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、熱源供給管１５から再生器１の伝熱管１Ａへの駆動熱源の供給開始時には、吸収器４から吸収液管２２を介して再生器１に供給される吸収液の量は、吸収液ポンプＰ１が最低の回転速度で運転されて最少量に絞られるため、再生器１内にある吸収液の温度は速やかに上昇し、冷媒の蒸発分離が速やかに行われる。
【００２８】
そして、再生器１で吸収液から速やかに蒸発分離されて凝縮器２に入った冷媒蒸気が、伝熱管２Ａの管壁を介して内側を流れる水に放熱し、伝熱管２Ａ内を流れる水を加熱するので、温水管１７を流れる水は凝縮器２内の伝熱管２Ａにおいて速やかに加熱される。
【００２９】
また、蒸発器３内の伝熱管３Ａの上に冷媒ポンプＰ３により散布される蒸発器３内の冷媒液は、凝縮器２で伝熱管２Ａ内を流れる水に放熱して凝縮し、冷媒液管２０を介して供給された冷媒液であるので、速やかに溜まる。
【００３０】
そして、濃度センサ２９が計測する再生器１内の吸収液濃度Ｎが第２の所定濃度βに到達し、換言すれば蒸発器３に十分な量の冷媒液が溜まったときに、冷媒ポンプＰ３が起動されて蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まっている冷媒液が伝熱管３Ａの上に散布され、伝熱管３Ａの内部を流れる水蒸気などの熱源流体から熱を奪って蒸発し、リソーバ５内に入って伝熱管５Ａの上に散布されている吸収液に吸収されるので、伝熱管５Ａ内を流れる水も速やかに加熱される。
【００３１】
また、デソーバ６内の伝熱管６Ａの上に散布器６Ｂから散布される吸収液は、リソーバ５で冷媒を吸収して吸収液管２３から供給される吸収液であるので、この吸収液も運転開始後速やかに運転濃度に達する。
【００３２】
すなわち、伝熱管６Ａの内部を流れる水蒸気などの熱源流体から熱を奪って蒸発し、吸収器４内に入って伝熱管４Ａの上に散布されている吸収液に吸収される冷媒蒸気も速やかに増加し、伝熱管４Ａ内を流れる水も速やかに加熱される。
【００３３】
したがって、温水管１７の内部を流れる水は、吸収器４内の伝熱管４Ａ、リソーバ５内の伝熱管５Ａ、凝縮器２内の伝熱管２Ａにおいて速やかに加熱される。そのため、温水管１７を流れる温水を使用して果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮することも、暖房を行うことも短時間の内に開始することができる。
【００３４】
一方、吸収ヒートポンプ装置１００の運転中に図示しない運転停止スイッチが操作されたときには、制御器３０により、ステップＳ１１として流量制御弁２８が閉じられ、伝熱管１Ａへの熱源供給管１５から駆動熱源の供給が停止されて、再生器１における冷媒の吸収液からの蒸発分離が停止される。
【００３５】
ステップＳ１２においては、冷媒ポンプＰ３の運転が停止され、リソーバ５に供給して吸収液に吸収される冷媒の蒸発が停止される。そして、ステップＳ１３において、冷媒ブロー弁２７が開かれて、蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まっている冷媒液が吸収器４に供給され、吸収器４内にある吸収液の濃度が下げられる。
【００３６】
ステップＳ１４においては、濃度センサ２９が計測する吸収液濃度Ｎが所定の濃度γ（例えば、５２質量％）に到達したか否かを判定し、吸収液濃度Ｎが所定の濃度γに到達するとステップＳ１５に移行して吸収液ポンプＰ１、Ｐ２の運転が停止される。なお、ステップＳ１２における冷媒ポンプＰ３の停止は省略し、ステップＳ１５において冷媒ポンプＰ３も停止させるようにしても良い。
【００３７】
したがって、上記構成の本発明の吸収ヒートポンプ装置１００においては、運転停止時には蒸発器３からの冷媒液の流入により吸収器４内の吸収液が速やかに稀釈され、その稀釈された吸収液が吸収液管２２を介して再生器１に供給されるので、冷媒の蒸発分離により濃縮・再生された再生器１内の吸収液は速やかに稀釈され、結晶化防止のための稀釈運転時間を短縮することができる。
【００３８】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００３９】
例えば、最低の回転速度で起動した吸収液ポンプＰ１を熱負荷の大きさに基づいた容量制御運転に切り替えると共に、吸収液ポンプＰ２を起動するタイミングは、濃度センサ２９が検出する吸収液濃度Ｎに基づいて決定するのではなく、蒸発器３の冷媒液溜まりに溜まった冷媒液の液面高さに基づいて決定しても良いし、再生器１内の圧力または温度を検出して、再生器１内で吸収液から蒸発分離されている冷媒の量を把握し、その程度に基づいてタイミングを決定するようにしても良い。また、上記タイミングは、経過時間に基づいて制御されるように、制御器３０のメモリ部に記憶する制御プログラムを作成することも可能である。
【００４０】
また、温水管１７を流れる温水を用いて、果汁、食塩水、ミルクなどを加熱して濃縮するときには、濃縮時に出る水蒸気を蒸発器３の伝熱管３Ａと、デソーバ６の伝熱管６Ａに供給する熱源として利用することも可能である。
【００４１】
また、再生器１内の吸収液を加熱して冷媒を蒸発分離し、吸収液を冷媒の吸収が可能な状態に再生するために熱源供給管１５を介して伝熱管１Ａに導入する駆動熱源としては、コージェネレーションシステムなどを冷却して高温になった冷却水であっても良い。また、燃焼バーナにより、再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成とすることもできる。
【００４２】
そして、燃焼バーナにより再生器１内の吸収液を加熱・再生し、冷媒蒸気を発生させる構成としたときには、廃熱管１６には燃焼バーナから出る排ガスを流し、その排ガスと温水管１７を流れる温水などとを熱交換させて、排ガスが保有する廃熱を回収することも可能である。
【００４３】
また、吸収液ポンプＰ１の起動の前に流量制御弁２８を開弁しても、再生器１内にある吸収液が直ちに沸騰することはないので、流量制御弁２８を開弁した後で吸収液ポンプＰ１を起動しても良いし、吸収液ポンプＰ１の起動と流量制御弁２８の開弁とを同時に行うようにすることも可能である。
【００４４】
また、冷媒ブロー弁２７が介在する冷媒液管２６の上流側は、蒸発器３の冷媒液溜まりに接続するのではなく、仮想線で示したように冷媒液管２５の冷媒ポンプＰ３吐出側に連結し、蒸発器３の冷媒液を冷媒ポンプＰ３の吐出圧力を利用して吸収器４に短時間で導入できるようにすることも可能である。
【００４５】
そして、冷媒液管２６を上記のように接続したときには、各機器は制御器３０により例えば図４に示したように制御される。
【００４６】
また、吸収器４に設けられた伝熱管４Ａと、リソーバ５に設けられた伝熱管５Ａと、凝縮器２に設けられた伝熱管２Ａとが並列に介在するように温水管１７を構成し、温水管１７を流れる温水が伝熱管４Ａ、５Ａ、２Ａにおいて同時に加熱されるようにすることなども可能である。
【００４７】
【発明の効果】
上記したように、本発明のヒートポンプ装置においては、運転を開始するときには速やかに定常運転を開始することができ、運転を停止するときには吸収液の結晶化防止のための稀釈運転を短時間で完了することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により制御される吸収ヒートポンプ装置の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の制御の一例（運転開始時の制御）を示す説明図である。
【図３】本発明の制御の一例（運転停止時の制御）を示す説明図である。
【図４】本発明の運転停止時の他の制御例を示す説明図である。
【図５】従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 再生器
１Ａ 伝熱管
１Ｂ 散布器
２ 凝縮器
２Ａ 伝熱管
３ 蒸発器
３Ａ 伝熱管
３Ｂ 散布器
４ 吸収器
４Ａ 伝熱管
４Ｂ 散布器
５ リソーバ
５Ａ 伝熱管
５Ｂ 散布器
６ デソーバ
６Ａ 伝熱管
６Ｂ 散布器
７、８ 熱交換器
１５ 熱源供給管
１６ 廃熱管
１６Ａ スチームトラップ
１７ 温水管
１８ 開閉弁
１９ 抽気管
２０ 冷媒液管
２１〜２４ 吸収液管
２５、２６ 冷媒液管
２７ 冷媒ブロー弁
２８ 流量制御弁
２９ 濃度センサ
３０ 制御器
Ｐ１、Ｐ２ 吸収液ポンプ
Ｐ３ 冷媒ポンプ
Ｐ４ 温水ポンプ
１００、１００Ｘ 吸収ヒートポンプ装置
Claims (3)
- 再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
第１の吸収液ポンプと再生器に設けた加熱手段を同時若しくは相前後して起動したのち、冷媒または吸収液に係わる物理量の変化または経過時間に基づいて第２の吸収液ポンプを起動し、その後に冷媒ポンプも前記物理量の変化または経過時間に基づいて起動することを特徴とする吸収ヒートポンプ装置の制御方法。 - 第１の吸収液ポンプを運転可能な最低の回転速度で起動し、第２の吸収液ポンプの起動と同時または相前後して第１の吸収液ポンプの容量制御運転を開始することを特徴とする請求項１記載の吸収ヒートポンプ装置の制御方法。
- 再生器で加熱手段により加熱して吸収液から蒸発分離された冷媒蒸気は凝縮器に入って放熱・凝縮し、その凝縮した冷媒液は蒸発器に入って吸熱・蒸発し、その蒸発した冷媒蒸気はリソーバに入って吸収液に吸収され、その吸収液に吸収された冷媒はデソーバに入って吸収液から蒸発分離し、その蒸発分離した冷媒蒸気は吸収器に入って吸収液に吸収されて再生器に戻され、再生器で加熱・再生された吸収液は、吸収器に供給されてデソーバからの冷媒蒸気を吸収したのちに、当該吸収器から第１の吸収液ポンプにより再生器に戻され、リソーバで蒸発器からの冷媒蒸気を吸収した吸収液は、デソーバに供給されて冷媒が蒸発分離されたのちに、当該デソーバから第２の吸収液ポンプによりリソーバに戻され、更に凝縮器から蒸発器に入った冷媒液は、冷媒ポンプにより蒸発器の散布器に供給されるように構成した吸収ヒートポンプ装置において、
再生器に設けた加熱手段による吸収液に対する加熱を停止したのち、蒸発器と吸収器とを接続している冷媒液管に介在する冷媒ブロー弁を開弁して蒸発器から吸収器に冷媒液を流し、吸収器と再生器にある吸収液の濃度を下げたのち、第１および第２の吸収液ポンプの運転を停止することを特徴とする吸収ヒートポンプ装置の制御方法。
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