JP5097593B2 - 吸収式ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は、吸収液の結晶化を防止すると共に、暖房運転時における熱源水の凍結を防止するようにした吸収式ヒートポンプに関する。

従来、例えば冷媒として水、吸収液として臭化リチウム（ＬｉＢｒ）溶液を用いた吸収式ヒートポンプが知られている。この吸収式ヒートポンプは、主要な構成要素として、吸収器から戻される稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離する再生器と、この再生器から送られる冷媒蒸気を凝縮して液化する凝縮器と、この凝縮器から送られる冷媒液を貯溜すると共に散布器から伝熱管に散布して蒸発させる蒸発器と、この蒸発器から送られる冷媒蒸気を、再生器から送られてくる濃吸収液を散布器から散布することで吸収する前記吸収器とを備えている（例えば特許文献１）。

上記のような一重効用の吸収式ヒートポンプを暖房運転に使用する場合は、前記蒸発器内を通過する伝熱管に副熱源として熱源水を通し、前記凝縮器から送られて蒸発器の底部に滞留する冷媒液を、冷媒ポンプにより蒸発器内の上部に設けられている散布器に送り込んで伝熱管に散布し、この冷媒液が蒸発する際に伝熱管内を流れる熱源水から熱を奪い、この冷媒蒸気が吸収器において散布された濃吸収液に吸収される際に、吸収器内を通過する温水管内を流れる温水（負荷から戻された低温水）を加温する。この吸収器で加温された温水は、温水管が前記凝縮器を通過する際に、再生器から送られた冷媒蒸気と熱交換して更に加温された後、負荷に供給して暖房用熱源として使用する。

上記の場合、前記蒸発器の出口側伝熱管に流量検知手段が設けられ、この流量検知手段により熱源水の流量を監視する。そして、熱源水の流量が減少して設定値以下になると、流量検知手段から制御装置に信号が入力され、この制御装置から吸収器の入口側伝熱管に設けられている温水ポンプに信号が出力され、当該温水ポンプが停止すると共に、暖房運転を即時停止している。

しかしながら、暖房運転を即時停止すると、吸収器に貯留する稀吸収液を再生器に戻す吸収液ポンプが停止されるため、再生器と吸収器とを連結する循環路に吸収液が流れなくなり、再生器から吸収器に向かう管路内や途中の熱交換器内で濃吸収液が滞留してしまう。このような状態のままで停止時間が長引くと、濃吸収液が冷えて結晶化が生じることがある。

このような濃吸収液の結晶化が生じると、その後に運転を再開する時に濃吸収液の流れが阻害され、直ちに正常運転することが不能になる。このため、運転再開に先立って、再生器から吸収器に通じる管路をヒータ等により加熱して結晶を溶解しなければならず、面倒な作業を強いられることになる。特に、再生器と吸収器との途中位置に設けられた熱交換器内で結晶した場合には、加熱による溶解作業が非常に困難になる。

特開平８−２３３３９１号公報

本発明は、前記従来の吸収式ヒートポンプにおける不都合を解消するためになされ、暖房運転時、熱源水の流量が低下した場合での濃吸収液の結晶化を防止するようにした吸収式ヒートポンプを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための手段として、本発明の請求項１は、吸収器から戻される稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離する再生器と、この再生器から送られる冷媒蒸気を凝縮して液化する凝縮器と、この凝縮器から送られる冷媒液を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器から送られる冷媒蒸気を吸収する前記吸収器とを備え、
前記蒸発器より下流側の伝熱管に流量検知手段を設け、
前記蒸発器の底部に温度センサを設け、
暖房運転時に、前記流量検知手段からの検知信号を入力して前記蒸発器を通る伝熱管内を流れる熱源水の流量を調整する制御装置を有し、
当該制御装置は、
熱源水の流量が設定値以下に減少した時、又は前記蒸発器より上流側の伝熱管に設けた熱源水ポンプが停止した時に、吸収液の結晶化防止のために、即時に運転停止せずに吸収液の稀釈運転を行い、
その後の、さらに温度低下に起因した吸収液の結晶化及び防止熱源水の凍結防止のために、
前記温度センサによって蒸発器の底部に溜まる冷媒液の温度を計測し、
この冷媒液の温度が所定温度を超える場合には吸収液の稀釈運転を続け、
前記所定温度以下になった場合には運転停止とする、
制御を行うように構成した、
ことを特徴とする吸収式ヒートポンプを要旨とする。

上記請求項１の発明によれば、吸収式ヒートポンプの暖房運転時に、熱源水の流量が設定値以下に低下し、又は蒸発器より上流側の伝熱管に設けた熱源水ポンプを停止させた時に、即時に運転を停止しないで吸収液の稀釈運転を行うので、再生器から吸収器へ通じる管路内に濃吸収液が溜まった状態で放置されることはない。このため、濃吸収液の結晶化を抑えることができ、運転を再開する時に濃吸収液の流れが阻害されず、直ちに正常運転を行うことが可能となる。又、運転再開に先立って、管路を温めて濃吸収液の結晶を溶かすといった従来の面倒な作業を必要としない。

また、上記請求項１の発明によれば、前記蒸発器より下流側の伝熱管に流量検知手段を設けることにより、熱源水の流量が設定値以下に減少した時には、その検知信号を制御装置に入力することで、当該制御装置から確実に稀釈運転信号を出力することができる。

また、上記請求項１の発明によれば、前記熱源水が凍結するおそれがある場合には、前記蒸発器の底部に溜まる冷媒液の温度を計測し、この冷媒液の温度が所定温度を超える場合には吸収液の稀釈運転を行うことにより濃吸収液の結晶化を防止することができる。又、冷媒液の温度が所定温度以下になった場合には、運転停止することにより蒸発器内における伝熱管での熱源水の凍結を極力抑えることができる。

また、上記請求項１の発明によれば、前記蒸発器の底部に温度センサを設け、この温度センサで当該蒸発器の底部に溜まる冷媒液の温度を検知することにより、熱源水が凍結しないように監視することができる。又、温度センサによる検知信号を制御装置に入力することにより、冷媒液の温度が所定温度以下になった場合には、運転停止信号を出力することができる。

以下、本発明に係る吸収式ヒートポンプの実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る吸収式ヒートポンプの要部を示す構成図である。この図において、１は再生器、２は凝縮器であり、これらは上胴３に収納されて仕切板３ａにより下部が仕切られている。４は蒸発器、５は吸収器であり、これらは下胴６に収納されて仕切板６ａにより下部が傾斜状態に仕切られている。

７は駆動熱源（主熱源）が流通する駆動熱源管であり、前記再生器１内を通過するように配管され、当該再生器１より上流側に流量制御弁８が設けられている。駆動熱源としては、水蒸気又は熱水等を用いることができ、例えばボイラーやエンジン等の供給源から供給する。

再生器１では、前記吸収器５から吸収液ポンプ９及び稀吸収液管１０を介して供給される低濃度の吸収液（以下、稀吸収液と称する）を、前記駆動熱源管７を通る駆動熱源によって加熱して冷媒蒸気を分離する。

再生器１で稀吸収液から分離された冷媒蒸気は、隣接する凝縮器２に流入して冷却され、冷媒液となって凝縮器２の底部に溜まる。この凝縮器２では、温水管１１が通過するように配管され、この温水管１１は前記吸収器５内を通過した後に凝縮器２内を通過する。更に、温水管１１における吸収器５よりも上流側には温水ポンプ１２が設けられ、凝縮器２よりも下流側には温水出口温度センサ１３が設けられている。この温水出口温度センサ１３による温度検知に基づいて、前記流量制御弁８の開閉弁を制御し、再生器１に供給する駆動熱源を調整するようにしてある。

前記凝縮器２の底部に溜まる冷媒液は、冷媒液供給管１４によって前記蒸発器４内に流下して供給され、蒸発器４の底部に溜まると共に、冷媒液ポンプ１５により冷媒液管１６を介して蒸発器４の上部に設けられた散布器４ａに供給し散布される。この蒸発器４では、熱源水（副熱源）が流通する伝熱管１７が通過するように配管され、この伝熱管１７における蒸発器４よりも上流側には熱源水ポンプ１８が設けられ、蒸発器４よりも下流側には流量検知手段１９が設けられている。この流量検知手段１９としては、例えばフロースイッチを用いることができる。又、蒸発器４における底部の外側には冷媒液温度センサ２０が設けられる。

前記再生器１で冷媒蒸気が分離されて濃度の濃くなった吸収液（以下、濃吸収液）は、吸収液供給管２１によって吸収器５に流下して供給され、吸収器５の上部に設けられた散布器５ａから散布される。この吸収液供給管２１の途中には熱交換器２２が設けられ、この熱交換器２２内を前記稀吸収液管１０が通過することで、高温の濃吸収液と低温の稀吸収液とが熱交換する。

２３は制御装置であり、前記流量検知手段１９及び冷媒液温度センサ２０と接続されると共に、前記熱源水ポンプ１８、冷媒液ポンプ１５、吸収液ポンプ９、温水ポンプ１２及び流量制御弁８と接続されている。そして、流量制御弁８は前記温水温度センサ１３と接続されている。

上記のように構成された本発明に係る吸収式ヒートポンプは、駆動熱源管７に駆動熱源を供給すると共に、前記伝熱管１７に副熱源を供給することで暖房運転することができる。副熱源としては、例えば地下から汲み上げた熱源水を使用することができる。

暖房運転時において、前記駆動熱源管７に例えば水蒸気を供給して再生器１内の稀吸収液を加熱し、冷媒蒸気を分離する。再生器１で分離された冷媒蒸気は凝縮器２内に流入し、この凝縮器２内の温水管１１を流れる温水に放熱して凝縮し、冷媒液となって凝縮器２の底部に溜まる。

凝縮器２の底部に溜まった冷媒液は、前記冷媒液供給管１４により蒸発器４に供給されると共に、冷媒液ポンプ１５により冷媒液管１６を介して散布器４ａに送られ、伝熱管１７に向けて散布される。この散布された冷媒液は、蒸発器４内の伝熱管１７を流れる熱源水から熱を奪って蒸発し、冷媒蒸気となって吸収器５内に流入する。

吸収器５内に流入した冷媒蒸気は、前記再生器１から吸収液供給管２１により吸収器５に供給されると共に、散布器５ａから散布される濃吸収液に吸収され、稀吸収液となって吸収器５の底部に溜まる。そして、吸収器５の底部に溜まった稀吸収液は、前記吸収液ポンプ９により稀吸収液管１０を通り、前記熱交換器２２で加温された後に再生器１に供給される。

このようにして、冷媒及び吸収液がそれぞれ循環し、温水管１１を通る温水は吸収器５を通過する際に冷媒蒸気と熱交換して加温され、次いで凝縮器２を通過する際に冷媒蒸気と熱交換して再加温され、図示を省略した負荷に供給されて暖房用熱源として使用する。負荷で放熱して温度の低下した温水は、管路（図略）を介して温水管１１の入口側に戻され、前記温水ポンプ１２により温水管１１に供給される。

前記伝熱管１７に供給する熱源水の流量が減少し、熱源水の流量検知手段１９が設定値以下の流量を検知し、又は熱源水ポンプ１８が停止した場合には、即座に運転を停止しないで稀釈運転を行う。

この稀釈運転は、前記流量制御弁８を閉弁して再生器１への水蒸気の供給を停止し、吸収器５から稀吸収液を再生器１へと戻すために吸収液ポンプ９を運転し、蒸発器４から冷媒蒸気を吸収器５へ供給するために冷媒液ポンプ１５を運転し、且つ負荷へ温水を供給するために温水ポンプ１２を運転することにより行う。

この稀釈運転により、再生器１には吸収器５から稀吸収液が供給されるため、再生器１内での吸収液の濃度は薄くなり、又再生器１には駆動熱源管７から水蒸気が供給されないため、再生器１で殆ど冷媒蒸気が分離されない。

再生器１で濃度が薄められた吸収液は、吸収液供給管２１を経て吸収器５に供給される。従来は異常時において即座に運転停止したため、濃吸収液が再生器１から吸収器５に流通せずに吸収液供給管２１内や熱交換器２２内に滞留し、その状態のまま停止時間が長引くと、冷えて濃吸収液が結晶化した。本発明の場合には、上記のように即座に運転停止せずに稀釈運転を続行するため、従来のような吸収液の結晶化を防止することができる。又、従来では運転再開に先立って、ヒータ等で加熱して結晶を溶解させる作業を必要としたが、本発明の場合には吸収液の結晶化が生じないためそのような溶解作業は不要である。

本発明では、熱源水の凍結を防止するため、蒸発器４の底部に溜まる冷媒液の温度が所定温度を超える場合には吸収液の稀釈運転を行い、所定温度以下になった場合には運転停止とする。

図２に示すように、ステップＳ１で熱源水の流量が低下し又は熱源水ポンプ１８にインターロック異常が生じたら、ステップＳ２で制御装置２３から稀釈運転開始の信号を出力する。そして、ステップＳ３で流量制御弁８を閉弁し、ステップＳ４で冷媒液温度が７℃以上の場合には、ステップＳ５〜７で温水ポンプ１２、吸収液ポンプ９、冷媒液ポンプ１５をそれぞれ運転することにより稀釈運転を行う。

そして、ステップＳ８で稀釈完了か否かを判断し、ＮＯの場合はステップＳ４に戻って稀釈運転を繰り返す。稀釈完了か否かは例えばタイマーによって判断することが可能である。

ステップＳ４で、冷媒液温度が７℃以下の場合には、ステップＳ９〜１１に進んで、温水ポンプ１２、吸収液ポンプ９及び冷媒液ポンプ１５をそれぞれ停止させて運転停止とする。これにより、冷媒液の温度が所定温度を超える場合には、吸収液の稀釈運転を行うことにより濃吸収液の結晶化を防止することができる。又、冷媒液の温度が所定温度以下になった場合には、運転停止とすることにより蒸発器４内における伝熱管１７での熱源水の凍結を極力抑えることができる。図３は、そのタイムチャートを示すものである。

本発明は、吸収式ヒートポンプで暖房運転する場合に、部分負荷に起因する吸収液の結晶化防止手段として、有効に適用することができる。

本発明に係る吸収式ヒートポンプで暖房運転する場合における概略構成図である。 本発明に係る吸収式ヒートポンプで暖房運転する場合における異常時でのフローチャートである。 同じく、異常時でのタイムチャートである。

符号の説明

１ 再生器
２ 凝縮器
４ 蒸発器
５ 吸収器
７ 駆動熱源管
８ 流量制御弁
９ 吸収液ポンプ
１０ 稀吸収液管
１１ 温水管
１２ 温水ポンプ
１３ 温水出口温度センサ
１４ 冷媒液供給管
１５ 冷媒液ポンプ
１６ 冷媒液管
１７ 伝熱管
１８ 熱源水ポンプ
１９ 流量検知手段
２０ 冷媒液温度センサ
２１ 吸収液供給管
２２ 熱交換器
２３ 制御装置

Claims (1)

1. 吸収器から戻される稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離する再生器と、この再生器から送られる冷媒蒸気を凝縮して液化する凝縮器と、この凝縮器から送られる冷媒液を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器から送られる冷媒蒸気を吸収する前記吸収器とを備え、
   前記蒸発器より下流側の伝熱管に流量検知手段を設け、
   前記蒸発器の底部に温度センサを設け、
   暖房運転時に、前記流量検知手段からの検知信号を入力して前記蒸発器を通る伝熱管内を流れる熱源水の流量を調整する制御装置を有し、
   当該制御装置は、
   熱源水の流量が設定値以下に減少した時、又は前記蒸発器より上流側の伝熱管に設けた熱源水ポンプが停止した時に、吸収液の結晶化防止のために、即時に運転停止せずに吸収液の稀釈運転を行い、
   その後の、さらに温度低下に起因した吸収液の結晶化及び防止熱源水の凍結防止のために、
   前記温度センサによって蒸発器の底部に溜まる冷媒液の温度を計測し、
   この冷媒液の温度が所定温度を超える場合には吸収液の稀釈運転を続け、
   前記所定温度以下になった場合には運転停止とする、
   制御を行うように構成した、
   ことを特徴とする吸収式ヒートポンプ。

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