JP4852331B2

JP4852331B2 - 吸収ヒートポンプ装置、及びその運転方法

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Publication number: JP4852331B2
Application number: JP2006075320A
Authority: JP
Inventors: 幸大福住; 修行井上; 毅一入江
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP2007248013A

Description

本発明は、温水などの低質熱を熱源として高温水や蒸気を発生させる第２種吸収ヒートポンプ装置、及び運転方法に関するものである。

各種工場等のプロセスから排出される熱は、高温のものは別のプロセス等で再利用することが進んでいる。しかしながら、環境温度に近い低温の熱に関しては冷却塔などで放熱するケースが多い。こうした排温水或いは排蒸気などの低質の熱源から高温の熱を発生させる吸収ヒートポンプは、特許文献１及び特許文献２等により公知となっている。

第２種吸収ヒートポンプでは、図６のデューリング線図に示すように、冷却水温度が低下した場合、凝縮器の圧力が低下し（冷却水温度ＴＣからＴＣ’に低下すると凝縮器圧力ＰＣからＰＣ’に低下）、結果として溶液の濃縮が進み、吸収器の溶液温度が上昇（吸収器温度がＴＡからＴＡ’に上昇）する。一般に用いられる吸収溶液である臭化リチウム水溶液の場合、濃縮が過剰に進むと臭化リチウムの結晶が析出し、配管を詰まらせたり、ポンプやバルブを固着、破損したりしてしまうことが知られている。また、吸収器の溶液温度が上昇することによって、被加熱媒体である蒸気や高温水の圧力や温度が過度に上昇してしまう危険がある。

上記問題を回避するため、従来の第２種吸収ヒートポンプ装置は、図７に示すように、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃを備えた吸収ヒートポンプ装置において、凝縮器Ｃ内に配置された冷却水配管１１８に流れる冷却水を冷却水ポンプ１２０を介して冷却塔１２１に送る冷却水循環配管１２２に流量制御弁Ｖを備えたバイパス配管１２３を設け、冷却水の温度がある所定の範囲に収まるように制御する場合もある。

図７の吸収ヒートポンプ装置において、再生器Ｇの濃溶液は溶液ポンプ１１１により濃溶液配管１１２を通って吸収器内Ａに導かれ散布され、蒸発器Ｅからの冷媒蒸気を吸収して吸収発熱し、高温配水管１１９を通る被加熱媒体である温水を加熱すると共に、濃度の薄い希溶液となる。該希溶液は希溶液配管１１３を通って再生器Ｇ内に導かれ散布され、再生器Ｇ内で熱源温水管１１７中を流れる温水で加熱され冷媒蒸気を発生すると共に、濃縮されて濃溶液となる。再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに導かれ、冷却水配管１１８を流れる冷却水により凝縮され冷媒液となる。冷媒液は冷媒ポンプ１１４により冷媒配管１１５を通って蒸発器Ｅ内に導かれ散布され、熱源温水配管１１６を流れる熱源温水により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、冷媒蒸気は吸収器Ａに導かれるようになっている。

上記問題を回避するための別な方法として、図８に示すように、凝縮器Ｃの缶胴から再生器Ｇの缶胴に通ずるオーバーフロー配管１２４を設け、凝縮器Ｃに規定液面レベル以上の冷媒液が溜まった場合に、このオーバーフロー配管１２４から冷媒液を再生器Ｇに流すことによって、再生器Ｇ内の濃溶液を希釈し、溶液の過濃縮や結晶を防止する場合もある。
特公昭５８−１８５７４号公報特公昭５８−１８５７５号公報

図７に示すように、冷却水循環配管１２２に流量制御弁Ｖを備えたバイパス配管１２３を設け冷却水を制御する場合は、大口径の冷却水配管１１８及び冷却水循環配管１２２を取りまわす必要（費用、場所、手間）があり、また、流量制御弁Ｖや制御機器を余計に必要とするという問題があった。

また、図８に示すように、オーバーフロー配管１２４を設ける場合は、凝縮器Ｃの冷媒液面と再生器Ｇの溶液液面との位置関係を考慮（冷媒液がうまく流れるように考慮）する必要があり、装置の全高寸法が大きくなってしまうという問題があった。また、冷媒液がオーバーフローしている状態では、再生器Ｇの温水入熱を間接的に凝縮器Ｃの冷却水に捨てていることになるため、装置の効率が著しく低下するという問題があった。

また、従来の吸収ヒートポンプは、プロセス用途など大型のものが殆どを占めていたが、近年、エネルギーコストの上昇や環境意識の高まりから、比較的小容量の吸収ヒートポンプ装置をコージェネレーションなどに組み入れて、低質排熱を昇温して有効利用を図ることが考えられており、そのため小型で効率の良い吸収ヒートポンプ装置の開発が求められている。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、比較的小容量でコージェネレーション等に組み入れて、低質排熱を有効に利用して、高温の温水又は蒸気を得ることができ、小型で効率の良い吸収ヒートポンプ装置、及びその運転方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、吸収器、蒸発器、再生器、凝縮器を備え、前記再生器の濃溶液は濃溶液配管を通って前記吸収器内に導かれ、前記蒸発器からの冷媒蒸気を吸収して吸収発熱し、被加熱媒体流路を通る被加熱媒体を加熱すると共に、前記冷媒蒸気を吸収し濃度の薄くなった希溶液となり、該希溶液は希溶液配管を通って前記再生器内に導かれ、該再生器内で熱源媒体流路を流れる熱源媒体で加熱され冷媒蒸気を発生すると共に、濃縮されて濃溶液となり、前記再生器で発生した冷媒蒸気は前記凝縮器に導かれ、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により凝縮され冷媒液となり、該冷媒液は冷媒配管を通って前記蒸発器内に導かれ、熱源媒体流路を流れる熱源媒体により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、該冷媒蒸気は前記吸収器に導かれるように構成された吸収ヒートポンプ装置において、前記再生器の前記熱源媒体流路に散布する溶液の量を減少させ、熱源媒体から溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより該再生器の能力を制限する再生器能力制限手段を設けたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吸収ヒートポンプ装置において、前記吸収器は温度の異なる複数段の吸収器からなり、前記蒸発器は温度の異なる複数段の蒸発器からなり、同じ段の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気は同じ段の吸収器に流入するように構成された多段昇温型となっていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、吸収器、蒸発器、再生器、凝縮器を備え、前記再生器の濃溶液は濃溶液配管を通って前記吸収器内に導かれ、前記蒸発器からの冷媒蒸気を吸収して吸収発熱し、被加熱媒体流路を通る被加熱媒体を加熱すると共に、前記冷媒蒸気を吸収し濃度の薄くなった希溶液となり、該希溶液は希溶液配管を通って前記再生器内に導かれ、該再生器内で熱源媒体流路を流れる熱源媒体で加熱され冷媒蒸気を発生すると共に、濃縮されて濃溶液となり、前記再生器で発生した冷媒蒸気は前記凝縮器に導かれ、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により凝縮され冷媒液となり、該冷媒液は冷媒配管を通って前記蒸発器内に導かれ、熱源媒体流路を流れる熱源媒体により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、該冷媒蒸気は前記吸収器に導かれるように構成された吸収ヒートポンプ装置の運転方法において、前記吸収器から前記再生器に導き前記熱源媒体流路に散布する希溶液の量を減少させ、熱源媒体から希溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより前記再生器の能力を制限することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、再生器の熱源媒体流路に散布する溶液の量を減少させ、熱源媒体から溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより該再生器の能力を制限するので、大掛かりな設備や制御が不要で故障も無く、なおかつ缶胴のレイアウトに制約がなく、再生器の能力を効果的に制限でき、装置の全高を抑えたコンパクトで、且つサイクルの熱効率を向上させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、多段昇温型のヒートポンプ装置において上記と同様の効果が得られる。

請求項３に記載の発明によれば、吸収器から再生器に導き熱源媒体流路に散布する希溶液の量を減少させ、熱源媒体から希溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより、再生器の能力制限を行なうので、大掛かりな設備や制御が不要で再生器の能力を効果的に制限でき、装置の全高を抑えたコンパクトで、且つサイクルの熱効率を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の構造例（第１の実施形態）を示す断面である。吸収ヒートポンプ装置１０−１は、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃを備え、これらを全て角型断面の単一の缶胴１２に収容配置している。即ち、吸収器Ａと蒸発器Ｅを缶胴１２内の上側左右に、再生器Ｇと凝縮器Ｃを同じ缶胴１２内の下側左右に配置した構造となっている。吸収器Ａ内には高温水配管１４が、蒸発器Ｅ内には熱源温水配管１６が、再生器Ｇ内には熱源温水配管１８が、凝縮器Ｃ内には冷却水配管２０がそれぞれ配置されている。吸収器Ａと蒸発器Ｅの間には、蒸発器Ｅで蒸発した蒸気を吸収器Ａに導くための冷媒蒸気流路３４を設け、再生器Ｇと凝縮器Ｃの間には再生器Ｇで発生した冷媒蒸気を凝縮器Ｃに導くための冷媒蒸気流路３６を設けている。

なお、熱交換器となる高温水配管１４、熱源温水配管１６、熱源温水配管１８は、シェル＆チューブ型の熱交換器を用いるが、その他の形式、例えばプレート型でもよい。以下、他の実施形態でも同様とする。

＜運転サイクルの説明＞
上記構造の吸収ヒートポンプ装置１０−１において、再生器Ｇ内の濃溶液は、溶液ポンプ２２により濃溶液配管２６を通り、溶液熱交換器２４で加熱された後、吸収器Ａ内に散布される。吸収器Ａ内に散布された濃溶液は、蒸発器Ｅから該蒸発器Ｅと吸収器Ａの間に設けた冷媒蒸気流路３４を通って流入する冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生し、その熱で高温水配管１４の中を流れる被加熱媒体である高温水を加熱する。吸収器Ａ内で濃溶液は蒸発器Ｅからの冷媒蒸気を吸収してその濃度が薄くなり希溶液となる。該希溶液は、吸収器Ａからの希溶液配管２８を通り、溶液熱交換器２４の加熱側を通り、濃溶液配管２６を通る濃溶液を加熱し、再生器Ｇに戻り散布される。再生器Ｇに散布された希溶液は、熱源温水配管１８の中を流れる温水によって加熱され、冷媒蒸気を発生して濃縮され濃溶液となり、溶液サイクルを一巡する。

再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は、該再生器Ｇと凝縮器Ｃの間に設けた冷媒蒸気流路３６を通って凝縮器Ｃに導かれ、冷却水配管２０の中を流れる冷却水によって冷却されて凝縮し、冷媒液となる。冷媒液は冷媒ポンプ３０から冷媒配管３２を通って蒸発器Ｅ内に散布される。該散布された冷媒液は、熱源温水配管１６の中を流れる熱源温水によって加熱されて蒸発し、蒸発した冷媒蒸気は上記のように吸収器Ａに導かれる。このように、吸収ヒートポンプ装置１０−１に再生器Ｇと蒸発気Ｅにそれぞれ熱源温水配管１８、熱源温水配管１６を通して熱源媒体（温水）を供給し、凝縮器Ｃの冷却水配管２０に冷却水を供給することによって、吸収器Ａで高温の熱を発生させることができる。

＜冷却水温度が低下した場合の説明＞
上記本吸収ヒートポンプ装置１０−１においては、吸収ヒートポンプ装置１０−１が通常の運転状態で凝縮器Ｃの冷却水が定格状態では、図２（ａ）に示すように、冷媒液面Ｌ１は冷却水配管２０の下方に位置しているが、外気温が低い場合等の冷却水の温度が低下し溶液過濃縮となるような場合、凝縮器Ｃの冷媒液面Ｌ１が上昇し、冷却水配管２０が冷媒液に沈みその伝熱面積が小さくなるような構成を採用している。即ち、外気温が低い場合等、凝縮器Ｃの冷却水配管２０に流れる冷却水の温度が低下した場合、図６で説明したように凝縮器Ｃの圧力が低下し、濃溶液の濃縮が進み、溶液は再生器Ｇの底部に、冷媒液は凝縮器Ｃの底部に溜まるようになっているため、溶液が濃縮されると、再生器Ｇの溶液液面は低下し、凝縮器Ｃ内の冷媒液面Ｌ１が図２（ｂ）に示すように上昇する。

本実施形態例では、冷媒液面が上昇した場合に、冷却水配管２０の伝熱面が冷媒液に沈むように設定しているため、冷媒液面Ｌ１の上昇に伴って、冷却水配管２０の有効伝熱面積が減少する。伝熱量Ｑは熱通過率Ｕ、伝熱面積Ｆ、及び対数平均温度差ΔＴの積で表される（Ｑ＝Ｕ・Ｆ・ΔＴ）ため、伝熱量が一定のままで伝熱面積が減少すると、対数平均温度差が伝熱面積に反比例して増大する。即ち、冷却水温度が低下しても、冷媒の凝縮温度（即ち、凝縮器Ｃの圧力）の低下分は、対数平均温度差が増大する分と相殺されて、ほぼ一定に保たれる。

また、本実施形態では、上記のように冷却水温度が低下した場合に、凝縮器Ｃの冷却水配管２０の伝熱面を冷媒液に沈めて伝熱能力を低下させることによって、冷媒の凝縮圧力の低下を抑え、溶液過濃縮及び吸収器Ａの異常昇温を防止することができる。

また、本実施形態では、再生器Ｇ内の溶液の濃縮によって生成した冷媒液を凝縮器Ｃに導き（凝縮器Ｃの圧力が低下することにより、再生器Ｇで多量冷媒蒸気が発生し、該冷媒蒸気が冷媒蒸気流路３６を通って凝縮器Ｃに導かれ凝縮し多量の凝縮液となる）、冷却水配管２０の伝熱面を冷媒液に沈めることにより、正味の伝熱面積を減少させる構造とすることにより、凝縮器Ｃの能力を制限するために、大掛かりな設備や制御装置が不要で、故障も無く、なおかつ、缶胴のレイアウトに制約がない。装置の全高を抑えたコンパクトな吸収ヒートポンプ装置を実現できる。

また、本実施形態では、冷却水温度が低下した場合にも内部サイクルの変動が少ないため、サイクル効率があまり変化せず、冷媒をオーバーフローさせる従来例（図８参照）などに比較して、冷却水温度低下時の効率を大幅に向上させることができる。

図３は本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の他構造例（第２の実施形態）を示す断面である。本吸収ヒートポンプ装置１０−２は、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃを備え、これらを全て角型断面の単一の缶胴１２に収容配置している。本吸収ヒートポンプ装置１０−２は、吸収器Ａから希溶液配管２８を通って再生器Ｇに戻る希溶液を再生器Ｇの入口部でバルブ３８を備えたバイパス配管４０で分岐し、再生器Ｇの熱源温水配管１８より下方に導くことができるようになっている点、及び冷却水温度が低下して凝縮器Ｃの冷媒液面が上昇した場合、冷却水配管２０が冷媒液中に沈むようになっていない点を除けば第１の実施形態に係る吸収ヒートポンプと同一である。再生器Ｇには溶液液面Ｌ２を検出するフロート４２が設けられており、該フロート４２はバルブ３８に接続（連結）されており、フロート４２の上下でバルブ３８が開閉されるようになっている。なお、フロート４２とバルブ３８に替えてボールタップを使用しても良いし、液面センサと電磁弁で構成してもよい。

＜運転サイクルの説明＞
上記構造の吸収ヒートポンプ装置１０−２において、再生器Ｇ内の濃溶液は、溶液ポンプ２２により濃溶液配管２６を通り、溶液熱交換器２４で加熱された後、吸収器Ａ内に散布され、蒸発器Ｅからの冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生し、その熱で高温水配管１４を通る被加熱媒体である高温水を加熱して希溶液となり、希溶液配管２８を通り、再生器Ｇに戻り散布され、熱源温水配管１８の中を流れる熱源温水によって加熱され、冷媒蒸気を発生して濃縮され濃溶液となり、溶液サイクルを一巡する点は、図１の吸収ヒートポンプ装置１０−１と同一である。また、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに導かれ、凝縮し、冷媒液となり、該冷媒液は冷媒ポンプ３０により蒸発器Ｅに送られ散布され、熱源温水配管１６を通る熱源温水によって加熱されて冷媒蒸気を発生し、該冷媒蒸気が吸収器Ａに導かれる点も図１の吸収ヒートポンプ装置１０−１と同一である。

＜冷却水温度が低下した場合の説明＞
凝縮器Ｃの冷却水温度が低下した場合、再生器Ｇの溶液濃縮に伴って再生器Ｇの溶液液面Ｌ２が低下する。再生器Ｇに設けられたフロート４２が溶液液面Ｌ２の低下を検出すると、バルブ３８を開いて、吸収器Ａから再生器Ｇに戻る希溶液の一部をバイパス配管４０を通して、再生器Ｇの熱源温水配管１８より下方に導く。これにより熱源温水配管１８に散布される希溶液量が減少するため、再生器Ｇの溶液を濃縮する能力が低下し、溶液の過濃縮が抑制される。

本実施形態例では、上記のように再生器Ｇの溶液の濃縮が進み、溶液液面Ｌ２が低下した場合に、フロート４２により、バルブ３８を開いて、再生器Ｇに戻る希溶液の一部をバイパス配管４０を通して、再生器Ｇの熱源温水配管１８より下方に導くため、熱源温水配管１８に散布される希溶液量を減少させるから、溶液の濃縮度は略一定に保たれる。

また、本実施形態では、上記のように冷却水温度が低下して再生器Ｇの溶液濃縮が進んで溶液面Ｌ２が低下した場合、熱源温水配管１８に散布される希溶液量を減少させて濃縮度を略一定に保つことによって、溶液過濃縮及び吸収器Ａの異常昇温を防止することができる。

また、バルブ３８とバイパス配管４０とフロート４２を設けるだけで、再生器Ｇの濃縮度は略一定に保つことができるから、大掛かりな設備や制御装置が不要で、故障も少なく、なおかつ、缶胴１２のレイアウトに制約がない。装置の全高を抑えたコンパクトな吸収ヒートポンプ装置を実現できる。

また、本実施形態では、第１の実施形態と同様、冷却水温度が低下した場合にも内部サイクルの変動が少ないため、サイクル効率があまり変化せず、冷媒をオーバーフローさせる従来例（図８参照）などに比較して、冷却水温度低下時の効率を大幅に向上させることができる。

図４は本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の他構造例（第３の実施形態）を示す断面である。本吸収ヒートポンプ装置は２段昇温サイクルの吸収ヒートポンプ装置である。本吸収ヒートポンプ装置１０−３は低温蒸発器ＥＬ、高温蒸発器ＥＨ、低温吸収器ＡＬ、高温吸収器ＡＨ、再生器Ｇ、凝縮器Ｃ、溶液熱交換器５０Ｌ、５０Ｈ、溶液ポンプ５２、濃溶液配管５４、中間濃度溶液配管５６、希溶液配管５８、冷媒ポンプ６０、冷媒配管６２、熱源温水配管６４，６６、冷却水配管６８、熱媒配管７０、高温水配管７２から構成される。なお、図中の※１と※１、※２と※２はこの部分が接続され低温吸収器ＡＬ内の熱媒配管７０と高温蒸発器ＥＨ内の熱媒配管７０が接続されていることを示す。

本吸収ヒートポンプ装置１０−３は図４に示すように、低温蒸発器ＥＬ、高温蒸発器ＥＨ、低温吸収器ＡＬ、高温吸収器ＡＨ、再生器Ｇ、及び凝縮器Ｃを角型断面の単一の缶胴１２に収め、缶胴１２内の上部に高温吸収器ＡＨ及び高温蒸発器ＥＨを、缶胴１２内の中段に低温吸収器ＡＬと低温蒸発器ＥＬを、缶胴１２内の下部に再生器Ｇ及び凝縮器Ｃを配置した構造となっている。また、高温吸収器ＡＨの下に低温吸収器ＡＬ、その下に再生器Ｇを、高温蒸発器ＥＨの下に低温蒸発器ＥＬ、その下に凝縮器Ｃを配置している。高温吸収器ＡＨと高温蒸発器ＥＨの間には高温蒸発器ＥＨで発生した冷媒蒸気を高温吸収器ＡＨに導くための冷媒蒸気流路７４を設け、低温吸収器ＡＬと低温蒸発器ＥＬの間には低温蒸発器ＥＬで発生した冷媒蒸気を低温吸収器ＡＬに導くための冷媒蒸気流路７６を設け、再生器Ｇと凝縮器Ｃの間には、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気を凝縮器Ｃに導くための冷媒蒸気流路７８を設けている。

＜運転サイクルの説明＞
上記構造の吸収ヒートポンプ装置１０−３において、再生器Ｇの濃溶液は、溶液ポンプ５２から濃溶液配管５４を通り、溶液熱交換器５０Ｌ、続いて溶液熱交換器５０Ｈで加熱された後、高温吸収器ＡＨ内に散布される。高温吸収器ＡＨに散布された濃溶液は、高温蒸発器ＥＨから冷媒蒸気流路７４を通って流入する冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生し、その熱で高温水配管７２の中を流れる被加熱媒体を加熱する。冷媒蒸気を吸収して濃度の薄くなった中間濃度溶液は、溶液熱交換器５０Ｈの加熱側を通り、濃溶液配管５４を通る濃溶液を加熱して低温吸収器ＡＬ内に散布される。

低温吸収器ＡＬ内に散布された中間濃溶液は低温蒸発器ＥＬから冷媒蒸気通路７６を通って流入する冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生し、その熱で熱媒配管７０の中を流れる熱媒を加熱する。低温吸収器ＡＬ内で冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった希溶液は、溶液熱交換器５０Ｌの加熱側を通り、濃溶液配管５４を通る濃溶液を加熱して再生器Ｇに戻り散布される。再生器Ｇ内に散布された希溶液は、熱源温水配管６６の中を流れる熱源温水によって加熱され、冷媒蒸気を発生して濃縮され濃溶液となり、溶液サイクルを一巡する。

再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに導かれ、冷却水によって冷却されて凝縮し、冷媒液となる。凝縮器Ｃ内の冷媒液は冷媒ポンプ６０により冷媒配管６２を通って低温蒸発器ＥＬ内及び高温蒸発気ＥＨ内に散布される。低温蒸発器ＥＬ内に散布された冷媒液は熱源温水配管６４の中を流れる熱源温水によって加熱されて蒸発し、冷媒蒸気流路７６を通って低温吸収器ＡＬに導かれる。同様に、高温蒸発器ＥＨ内に散布された冷媒液は，熱媒配管７０の中を流れる熱媒によって加熱されて蒸発し、冷媒蒸気流路７４を通って高温吸収器ＡＨに導かれる。

以上が冷媒と溶液サイクルであり、被加熱媒体（高温水）は高温吸収器ＡＨ内の高温水配管７２で溶液の吸収熱によって加熱される。このように、吸収ヒートポンプを多段に構成することによって、単段昇温サイクルより高温の熱を発生することができる。

＜冷却水温度が低下した場合の説明＞
本吸収ヒートポンプ装置１０−３においては、吸収ヒートポンプ装置１０−３が通常の運転状態で凝縮器Ｃの冷却水が定格状態では、図２（ａ）に示すと同様に、冷媒液面Ｌ１は冷却水配管６８の下方に位置しているが、外気温か低い場合等の冷却水の温度が低下し溶液過濃縮となるような場合、凝縮器Ｃの冷媒液面Ｌ１が上昇し、冷却水配管６８が冷媒液に埋まりその伝熱面積が小さくなるような構成を採用している。即ち、外気温が低い場合等、凝縮器Ｃの冷却水配管２０に流れる冷却水の温度が低下した場合、図６で説明したように凝縮器Ｃの圧力が低下し、溶液の濃縮が進み、溶液は再生器Ｇの底部に、冷媒液は凝縮器Ｃの底部に溜まるようになっているため、溶液が濃縮されると、再生器Ｇの溶液液面は低下し、図２（ｂ）に示すと同様に、凝縮器Ｃ内の冷媒液面Ｌ１が上昇する。

本実施形態例では、冷媒液面が上昇した場合に、冷却水配管６８の伝熱面が冷媒液に沈むように設定しているため、冷媒液面Ｌ１の上昇に伴って、冷却水配管６８の有効伝熱面積が減少する。伝熱量Ｑは熱通過率Ｕ、伝熱面積Ｆ、及び対数平均温度差ΔＴの積で表される（Ｑ＝Ｕ・Ｆ・ΔＴ）ため、伝熱量が一定のままで伝熱面積が減少すると、対数平均温度差が伝熱面積に反比例して増大する。即ち、冷却水温度が低下しても、冷媒の凝縮温度（即ち、凝縮器Ｃの圧力）の低下分は、対数平均温度差が増大する分と相殺されて、ほぼ一定に保たれる点は上記第１の実施形態である吸収ヒートポンプ装置１０−１と同一である。

図５は本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の他構造例（第４の実施形態）を示す断面である。本吸収ヒートポンプ装置は２段昇温サイクルの吸収ヒートポンプ装置である。本吸収ヒートポンプ装置１０−４は、低温吸収器ＡＬからの希溶液を希溶液配管５８を通して全部再生器Ｇに流入させ、再生器Ｇ内の溶液はスプレー専用ポンプ８４により、配管８０を通って熱源温水配管６６に散布されるように構成し、該熱源温水配管６６への溶液散布量は絞り弁８２にて調節し、これにより再生器Ｇの伝熱量をコントロールするようにしている点を除けば、図４に示す吸収ヒートポンプ装置１０−３と略同一である。なお、絞り弁８２の代わりにインバータでスプレー専用ポンプ８４の回転数を制御して、熱源温水配管６６への溶液散布量を変化させてもよい。本吸収ヒートポンプ装置１０−４の運転サイクルは図４に示す吸収ヒートポンプ装置１０−３と同一であるのでその説明は省略する。

＜冷却水温度が低下した場合の説明＞
凝縮器Ｃの冷却水温度が低下した場合、再生器Ｇの溶液濃縮に伴って再生器Ｇの溶液液面が低下する。該溶液液面のレベルが所定以下になったことを図示しないセンサで検出すると、絞り弁８２により配管８０を通って熱源温水配管６６に散布されるよう溶液量を減少させる。また、インバータでスプレー専用ポンプ８４の回転数を制御する場合は、回転数を減少させて、溶液散布量を減少させる。これにより再生器Ｇの溶液を濃縮する能力が低下し、溶液の過濃縮が抑制される。

上記実施形態例では、第１の実施形態、第２の実施形態をそれぞれ別々に示したが、第１の実施形態と第２の実施形態を組み合わせてもよい。つまり、凝縮器Ｃの冷却水配管２０に流れる冷却水の温度が低下し、凝縮器Ｃの圧力が低下し、溶液の濃縮が進み凝縮器Ｃ内の冷媒液面Ｌ１が上昇した場合、該冷媒液に冷却水配管２０の伝熱面積が沈む構造とすると共に、希溶液配管５８を通る低温吸収器ＡＬからの希溶液を再生器Ｇの入口部でフロート４２で開閉されるバルブ３８を備えたバイパス配管４０で分岐し、再生器Ｇの熱源温水配管１８より下方に導くようしてもよい。また、第３の実施形態と第４の実施形態を組み合わせても良い。

上記実施形態では、熱源をコージェネレーションの温水排熱としたが、工場排熱などにも同様に適用できる。また、温水に限らず廃蒸気など他の熱源でも構わない。

また、上記実施形態で凝縮器Ｃの熱交換器である冷却水配管２０，熱源温水配管６８が冷媒液に没入する割合は、一部でも全部でも良い。

また、被加熱媒体は高温水ではなく、蒸気として取り出すようにしても良い。また、水に限らず他の熱媒でも良い。

また、第３及び第４の実施形態では、２段昇温サイクルの吸収ヒートポンプ装置を示したが、２段昇温サイクルに限らず３段以上の昇温サイクルの吸収ヒートポンプ装置もよい。

なお、上記第１及び第２の実施形態例では、吸収器Ａ内に熱交換部として高温水配管を配置し、被加熱媒体として高温水を流すようにしているが、被加熱媒体は高温水に限らず蒸気等他の媒体でもよく、また熱交換部もシェル＆チューブに限らず、例えばプレートでもよく、要は吸収器Ａ内に被加熱媒体が通る被加熱媒体流路が配置されていればよい。また、蒸発器Ｅ及び再生器Ｇ内には熱交換部として熱源温水配管１６、１８を配置し、熱源媒体として熱源温水を流しているが、熱源媒体は温水に限らず蒸気等他の媒体でもよく、要は蒸発器Ｅ及び再生器Ｇ内に熱源媒体が流れる熱源媒体流路が配置されていればよい。また、凝縮器Ｃ内には熱交換部として冷却水配管２０を配置し、冷却媒体として冷却水を流しているが、冷却媒体は冷却水に限らず他の冷却媒体でもよく、要は凝縮器Ｃ内に冷却媒体が流れる冷却媒体流路が配置されていればよい。また、第３及び第４の実施形態、さらに多段の吸収ヒートポンプ装置とする場合にも同様である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお直接明細書及び図面に記載のない何れの形状・構造・材質であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。

本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の構造例を示した断面図である。（実施例１）本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の凝縮器の構造例を示した断面図である。本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の構造例を示した断面図である。（実施例２）本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の構造例を示した断面図である。（実施例３）本発明に係る吸収ヒートポンプ装置の構造例を示した断面図である。（実施例４）従来例のデューリング線図（冷却水低下時のサイクル変化）従来の吸収ヒートポンプ装置の構成を示した図である。従来の吸収ヒートポンプ装置の構成を示した図である。

符号の説明

Ａ吸収器
Ｅ蒸発器
Ｇ再生器
Ｃ凝縮器
ＡＨ高温吸収器
ＥＨ高温蒸発器
１０吸収ヒートポンプ装置
１２缶胴
１４高温水配管
１６熱源温水配管
１８熱源温水配管
２０冷却水配管
２２溶液ポンプ
２４溶液熱交換器
２６濃溶液配管
２８希溶液配管
３０冷媒ポンプ
３２冷媒配管
３４冷媒蒸気流路
３６冷媒蒸気流路
３８バルブ
４０バイパス配管
４２フロート
５０Ｌ溶液熱交換器
５０Ｈ溶液熱交換器
５２溶液ポンプ
５４濃溶液配管
５６中間濃溶液配管
５８希溶液配管
６０冷媒ポンプ
６２冷媒配管
６４熱源温水配管
６６熱源温水配管
６８冷却水配管
７０熱媒配管
７２高温水配管
７４冷媒蒸気流路
７６冷媒蒸気流路
７８冷媒蒸気流路
８０配管
８２絞り弁
８４スプレー専用ポンプ

Claims

吸収器、蒸発器、再生器、凝縮器を備え、前記再生器の濃溶液は濃溶液配管を通って前記吸収器内に導かれ、前記蒸発器からの冷媒蒸気を吸収して吸収発熱し、被加熱媒体流路を通る被加熱媒体を加熱すると共に、前記冷媒蒸気を吸収し濃度の薄くなった希溶液となり、該希溶液は希溶液配管を通って前記再生器内に導かれ、該再生器内で熱源媒体流路を流れる熱源媒体で加熱され冷媒蒸気を発生すると共に、濃縮されて濃溶液となり、前記再生器で発生した冷媒蒸気は前記凝縮器に導かれ、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により凝縮され冷媒液となり、該冷媒液は冷媒配管を通って前記蒸発器内に導かれ、熱源媒体流路を流れる熱源媒体により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、該冷媒蒸気は前記吸収器に導かれるように構成された吸収ヒートポンプ装置において、
前記再生器の前記熱源媒体流路に散布する溶液の量を減少させ、熱源媒体から溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより該再生器の能力を制限する再生器能力制限手段を設けたことを特徴とする吸収ヒートポンプ装置。
請求項１に記載の吸収ヒートポンプ装置において、
前記吸収器は温度の異なる複数段の吸収器からなり、前記蒸発器は温度の異なる複数段の蒸発器からなり、同じ段の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気は同じ段の吸収器に流入するように構成された多段昇温型となっていることを特徴とする吸収ヒートポンプ装置。
吸収器、蒸発器、再生器、凝縮器を備え、前記再生器の濃溶液は濃溶液配管を通って前記吸収器内に導かれ、前記蒸発器からの冷媒蒸気を吸収して吸収発熱し、被加熱媒体流路を通る被加熱媒体を加熱すると共に、前記冷媒蒸気を吸収し濃度の薄くなった希溶液となり、該希溶液は希溶液配管を通って前記再生器内に導かれ、該再生器内で熱源媒体流路を流れる熱源媒体で加熱され冷媒蒸気を発生すると共に、濃縮されて濃溶液となり、前記再生器で発生した冷媒蒸気は前記凝縮器に導かれ、冷却媒体流路を流れる冷却媒体により凝縮され冷媒液となり、該冷媒液は冷媒配管を通って前記蒸発器内に導かれ、熱源媒体流路を流れる熱源媒体により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、該冷媒蒸気は前記吸収器に導かれるように構成された吸収ヒートポンプ装置の運転方法において、
前記吸収器から前記再生器に導き前記熱源媒体流路に散布する希溶液の量を減少させ、熱源媒体から希溶液に伝熱する伝熱量を減少させることにより前記再生器の能力を制限することを特徴とする吸収ヒートポンプ装置の運転方法。