JP4632633B2 - 吸収ヒートポンプ装置 - 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に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の装置として、例えば図2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、吸収ヒートポンプ装置で得た温水を用いて暖房などの加熱動作を行うときの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、装置内を循環する吸収液の濃度を強制的に変更するための手段を備えていないため、吸収ヒートポンプ装置に熱源として供給する温廃水などの熱源流体の温度と、吸収ヒートポンプ装置で得て供給する温水温度との温度差を、装置製作の後では変更することができなかった。そのため、吸収ヒートポンプ装置に熱源として供給する温廃水などの熱源流体の温度が変更されるようなきには、安定した運転を継続することができなくなると云った問題点があり、それが解決すべき課題となっていた。
【0006】
【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、吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離する再生器と、再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮器から供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器と、冷媒を蒸発分離して再生器から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、再生器から供給される吸収液と熱交換させて再生器に戻す吸収器と、蒸発器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と、冷媒を吸収してリソーバから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から供給される吸収液と熱交換させてリソーバに戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器に供給するデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置において、
前記蒸発器は、吸収器よりも上方に配置され、前記蒸発器からオーバーフローした冷媒液が蒸発器から吸収器へUシール部を介して自重で降りてくる、オーバーフロー管として機能する冷媒液管が、前記蒸発器と吸収器との間に連通して設けられ、前記吸収器と再生器とを連通する吸収液管の吸収液ポンプ出口側よりUシール部の上部へ接続される吸収液管を備えている構成の吸収ヒートポンプ装置を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1に基づいて詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、図1においても前記図2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。
【0009】
図1に例示した本発明の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、加熱作用を行うための装置である。
【0010】
吸収ヒートポンプ装置100は、内部に伝熱管1Aが設けられ、その伝熱管1Aに熱源供給管31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11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。
【0011】
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16が介在する抽気管17により連通可能に連結されている。
【0012】
また、吸収ヒートポンプ装置100は、蒸発器3の冷媒液溜りより高い位置に設置された冷媒タンク9を備えている。そして、冷媒タンク9は蒸発器3に、Ass1に示すように配管された開閉弁12Aが介在する冷媒液管12と、開閉弁13Aが介在する冷媒液管13と、開閉弁14Aが介在する連通管14とでそれぞれ接続されている。
【0013】
また、吸収ヒートポンプ装置100においては、蒸発器3と吸収器4とはUシール部15Aが介在する冷媒液管(オーバーフロー管)15を介して接続され、冷媒液管15と吸収液ポンプP1吐出側の吸収液管22とはオリフィス25Aが介在する吸収液管25を介して接続されている。
【0014】
本発明の吸収ヒートポンプ装置100において、再生器1内の伝熱管1Aには熱源供給管31を介して、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駆動熱源として導入される。
【0015】
また、蒸発器3内の伝熱管3Aとデソーバ6内の伝熱管6Aには、再生器1内の伝熱管1Aに供給される駆動熱源の温度よりは低い温度、例えば50℃程度の温廃水が熱源として導入され、温水管32内を流れる水を吸収器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において所定の温度に加熱して、図示しない熱負荷、例えば食品加熱濃縮装置などに循環供給される。
【0016】
そして、冷媒液管12、13、および連通管14に介在する開閉弁12A、13A、14Aは、例えば制御器30により以下に示すように制御される。すなわち、蒸発器3に設けた冷媒液の液面を検出するための液面センサ10が所定の高レベル(可変)を検出したときには、制御器30が所定の制御信号を出力して開閉弁12A、14Aを開弁するので、運転中の冷媒ポンプP3により送液され、冷媒液の一部が冷媒液管12を介して冷媒タンク9に送液され、蒸発器3内では冷媒液の液面が低下する。そして、液面センサ10が前記所定の高レベルより低い所定の液面レベル(可変)を検出したときに、制御器30が所定の制御信号を出力して開閉弁12A、14Aは閉弁される。
【0017】
また、液面センサ10が所定の低レベル(可変)を検出したときには、制御器30が所定の制御信号を出力して開閉弁13A、14Aを開弁し、冷媒タンク9に貯留されていた冷媒液が冷媒液管13を介して蒸発器3に自重により戻されるので、蒸発器3内では冷媒液の液面は上昇する。そして、液面センサ10が前記所定の低レベルより高い所定の液面レベル(可変)を検出したときに、制御器30が所定の制御信号を出力して開閉弁13A、14Aは閉弁される。
【0018】
したがって、例えば吸収器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において順次加熱され、所定の温度、例えば60℃に昇温した温水を、図示しない果汁や他の加熱濃縮装置などに供給し、その加熱濃縮装置などから出る例えば50℃に昇温した冷却水を、蒸発器3内の伝熱管3Aとデソーバ6内の伝熱管6Aとに熱源として導入するように構成した吸収ヒートポンプ装置100においては、例えば加熱濃縮装置側の条件が変更になるなどして、蒸発器3内の伝熱管3Aとデソーバ6内の伝熱管6Aとに、例えば55℃の温廃水が熱源として供給されるときには、再生器1と吸収器4との間で循環している吸収液の濃度は低下し、蒸発器3内の冷媒液は減少するが、制御器30は液面センサ10が所定の低レベルを検出すると、所定の制御信号を出力して開閉弁13A、14Aを開弁し、冷媒タンク9内の冷媒液が冷媒液管13を介して蒸発器3に自重により戻されるので、蒸発器3内の冷媒液の液面は上昇し、所要の液面レベルを回復する。そのため、蒸発器3内の冷媒液が不足して冷媒ポンプP3がキャビテーションを起こし、運転を継続することができなくなると云ったことがない。
【0019】
また、加熱濃縮装置側の条件が変更されるなどして、蒸発器3内の伝熱管3Aとデソーバ6内の伝熱管6Aに、例えば45℃の温廃水が熱源として供給されるようになると、再生器1と吸収器4との間で循環している吸収液の濃度は上昇し、蒸発器3内の冷媒液は増加するが、制御器30は液面センサ10が所定の高レベルを検出すると、所定の制御信号を出力して開閉弁12A、14Aが開弁し、冷媒タンク9に冷媒液が送液されるので、蒸発器3内の冷媒液の液面は低下し、所要の液面レベルを回復する。そのため、蒸発器3内の冷媒液がオーバーフローして吸収器4に流入することはなく、吸収液濃度は上昇して昇温幅の広い運転が可能になる。
【0020】
なお、本発明の吸収ヒートポンプ装置100においては、オーバーフロー管として機能する冷媒液管15が設けられているので、装置内の不凝縮ガスが増加するなど熱効率が低下し、冷媒タンク9を満杯にして吸収液濃度を高めても温水管32から所定の60℃の温水を供給することができず、したがって温水管32から所定の60℃の温水を供給するために吸収液濃度がさらに高まるように蒸発器3内に冷媒液を溜め込もうとする特性があっても、過剰の冷媒液は冷媒液管15に流れ出て吸収器4に導入されるので、再生器1と吸収器4との間で循環する吸収液の濃度が異常に高まって結晶化すると云ったことが防止される(この状態では、温水管32から所定の60℃の温水を循環供給することはできていない)。
【0021】
また、吸収ヒートポンプ装置100に供給される熱源の状態に変更はないが、吸収ヒートポンプ装置100から供給する温水の要求温度が変更、例えば要求温度が上昇(低下)したときにも、冷媒タンク9に貯留する冷媒液の量を増加(減少)させて吸収液濃度を濃く(薄く)することにより、温度上昇幅の大きな運転が可能になるので、設計変更することなく対応することができる。
【0022】
ところで、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。
【0023】
例えば、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31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。
【0024】
また、温水管32を介して図示しない熱負荷に循環供給される温水は、凝縮器2の内部に設けられた伝熱管2A、吸収器4の内部に設けられた伝熱管4A、リソーバ5の内部に設けられた伝熱管5Aに並列に供給され、それぞれにおいて加熱されて合流するように、温水管32を構成することも可能である。
【0025】
また、オーバーフロー管として機能する冷媒液管15は、冷媒タンク9を備えない吸収ヒートポンプ装置に取り付けることも可能である。
【0026】
また、冷媒液管15の吸収器4側にフロート弁を取り付けても良い。その場合、温水管32で得られる温水の温度が高くなったとき、蒸発器3と吸収器4との間の圧力差が大きくなり、Uシール部15Aで差圧を保てなくなった場合に有効である。また、連通管14の開閉弁14Aは、必ずしも設ける必要はない。
【0027】
【発明の効果】
上記したように、本発明の吸収ヒートポンプ装置は吸収液濃度を強制的に変更するための手段を備えているので、熱源として供給される温廃水などの熱源流体の温度が変更されたようなときにも、安定した運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す説明図である。
【図2】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
9 冷媒タンク
10 液面センサ
11、12、13 冷媒液管
12A、13A 開閉弁
14 連通管
14A 開閉弁
15 冷媒液管
15A Uシール部
16 開閉弁
17 抽気管
21〜25 吸収液管
25A オリフィス
30 制御器
31 熱源供給管
32 温水管
P1、P2 吸収液ポンプ
P3 冷媒ポンプ
100、100X 吸収ヒートポンプ装置

Claims (1)

  1. 吸収液を加熱して吸収液から冷媒を蒸発分離する再生器と、再生器から供給される冷媒蒸気を冷却して凝縮させる凝縮器と、凝縮器から供給される冷媒液を加熱して蒸発させる蒸発器と、冷媒を蒸発分離して再生器から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、再生器から供給される吸収液と熱交換させて再生器に戻す吸収器と、蒸発器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と、冷媒を吸収してリソーバから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から供給される吸収液と熱交換させてリソーバに戻すと共に、吸収液から蒸発分離した冷媒蒸気を吸収器に供給するデソーバとを備えて構成される吸収ヒートポンプ装置において、
    前記蒸発器は、吸収器よりも上方に配置され、
    前記蒸発器からオーバーフローした冷媒液が蒸発器から吸収器へUシール部を介して自重で降りてくる、オーバーフロー管として機能する冷媒液管が、前記蒸発器と吸収器との間に連通して設けられ、
    前記吸収器と再生器とを連通する吸収液管の吸収液ポンプ出口側よりUシール部の上部へ接続される吸収液管を備えている
    ことを特徴とする吸収ヒートポンプ装置。
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