JP5552363B2 - 吸収ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は吸収ヒートポンプに関する。特に、排ガスのような熱源ガスから熱を回収して被加熱媒体を加熱する吸収ヒートポンプに関する。また、高温水などで、入口温度からなるべく大きな温度差を利用する吸収ヒートポンプに関する。

図６に示すように、従来の昇温型吸収ヒートポンプは、熱源に排温水ＷＨを用いていた。例えば、８５℃の温水を吸収ヒートポンプに投入し、再生器ＧＧと蒸発器ＥＥで８０℃〜７５℃程度まで利用し、吸収器ＡＡで１２０℃以上の高温水あるいは水蒸気ＳＳを製造していた。再生器ＧＧで発生した蒸気は、凝縮器ＣＣで冷却水ＷＣにより冷却、凝縮し、蒸発器ＥＥに戻される。一方、排ガスなど熱容量の小さな排熱源は、熱回収により急激に温度が低下してしまって、昇温型吸収ヒートポンプによる直接熱回収はしにくい。そのため排ガスから温水ＷＨに熱を回収し、その温水ＷＨをヒートポンプの熱源にすることが行われていた。この場合、排ガスから温水ＷＨへの熱交換により、利用できる温度が低下し、被加熱流体の温度上昇が小さくなるので、昇温型吸収ヒートポンプに排ガスを直接導いて利用する検討もされだしている。このようにすれば、温水ＷＨに変換する場合よりも、多くの熱回収ができる。

特開２００６−２０７８８３号公報

しかしながら、排ガスは熱容量が小さいので、できるだけ低温まで熱回収しようとすると、熱回収装置における出入り口温度差が非常に大きくなる。例えば、排ガスを吸収ヒートポンプに２００℃で供給し、１００℃まで利用し、１８０℃の蒸気を得るなどの場合は、排ガスの温度変化が１００℃と大きくなる。大きな出入り口温度差を有効に利用できれば、回収熱量の増大を図ることができる。ところが、出入り口温度差が大きいがゆえに、これを直接吸収ヒートポンプで利用しようとすると、特に排ガスの高温側で吸収液の過剰濃縮や結晶の恐れがあるため、排ガスを熱源として吸収ヒートポンプに有効に利用することが難しかった。特に、できるだけ低温まで熱回収して生成蒸気量を増やそうとする場合に困難性があった。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１（ａ）、図３、図４に示すように、熱源流体ＧＨ１により冷媒を加熱して蒸発させる第一の蒸発器Ｅ１と；第一の蒸発器Ｅ１で蒸発した冷媒を吸収して吸収熱で被加熱媒体Ｗ１を加熱する第一の吸収器Ａ１と；第一の吸収器Ａ１で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液ＡＬｉを熱源流体ＧＨ２０２により加熱して再生する第一の再生器Ｇ１と；熱源流体ＧＨ１０２により冷媒を加熱して蒸発させる第二の蒸発器Ｅ２と；第二の蒸発器Ｅ２で蒸発した冷媒を吸収して吸収熱で被加熱媒体を加熱する第二の吸収器Ａ２と；第二の吸収器Ａ２で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液を熱源流体ＧＨ５により加熱して再生する第二の再生器Ｇ２とを備え；第一の蒸発器Ｅ１、第二の蒸発器Ｅ２、第二の再生器Ｇ２及び第一の再生器Ｇ１は、熱源流体ＧＨを流す流路６０中に、熱源流体ＧＨの上流側から下流側に向けて、この順に配置されている。

以下、蒸発器Ｅ１に先ず供給される熱源流体（例えば排ガス）をＧＨ１と称し、蒸発器Ｅ１を通過して蒸発器Ｅ２に供給される熱源流体をＧＨ１０２と称し、蒸発器Ｅ２を通過して再生器Ｇ２に供給される熱源流体をＧＨ５と称し、再生器Ｇ２を通過して再生器Ｇ１に流入する熱源流体をＧＨ２０２と称する。さらに再生器Ｇ１を通過して排出される熱源流体をＧＨ４と称する。また熱源流体（例えば排ガス）を各部を流れる熱源流体として区別する必要がないとき、あるいは包括的に扱うときは、単にＧＨの符合で呼ぶ。

本態様のように構成すると、第二の蒸発器では、第一の蒸発器よりも低い温度で冷媒が蒸発し、前記第二の再生器では、第一の再生器よりも高い温度で冷媒が再生される。第一の吸収器と第二の吸収器の吸収液は、ほぼ同一の温度で作動する。また第二と第一の再生器は、熱源ガスのような熱源流体の流れに対して、第一と第二の蒸発器の下流側に配置されるので、熱源流体は第一と第二の蒸発器で温度がある程度低下した後で第二と第一の再生器に供給される。したがって、高温の熱源流体による吸収液の過剰濃縮、結晶の危険を抑えることができる。熱源流体の投入順序を前記のようにすることにより、高温側で蒸発する蒸発器と低温側で再生する再生器とを組合せ、低温側で蒸発する蒸発器と高温側で再生する再生器とを組合せるので、熱源流体を可能な限り低温まで利用することができる。

さらに、第一の再生器と第二の再生器で蒸発した冷媒ガスをそれぞれ凝縮する第一の凝縮器と第二の凝縮器を備えてもよい。第一の凝縮器と第二の凝縮器は、別個に備えてもよいが、共通の１基の凝縮器としてもよい。共通とすると、全体構成をコンパクトにまとめることができる。

吸収ヒートポンプは典型的には、熱源流体ＧＨの保有する熱を第一の蒸発器Ｅ１から第一の吸収器Ａ１に、第二の蒸発器Ｅ２から第二の吸収器Ａ２に汲み上げて被加熱媒体を加熱するヒートポンプである。

本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、例えば、図３に示すように、熱源流体ＧＨが熱源ガスであり、第一の蒸発器Ｅ１及び第二の蒸発器Ｅ２は、それぞれ、蒸発器上部管板１５２、２５２と、蒸発器下部管板１５３，２５３と、蒸発器上部管板１５２、２５２と蒸発器下部管板１５３，２５３との間に設けられた、内側を液状の前記冷媒が流れる複数本の垂直伝熱管１５１、２５１とを有し；第一の再生器Ｇ１及び第二の再生器Ｇ２は、それぞれ、再生器上部管板１７２、２７２と、再生器下部管板１７３、２７３と、再生器上部管板１７２、２７２と再生器下部管板１７３、２７３との間に設けられた内側を吸収液ＡＬｉが流れる複数本の垂直伝熱管１７１、２７１とを有し；複数本の垂直伝熱管１５１、２５１、１７１、２７１の外側を垂直伝熱管１５１、２５１、１７１、２７１と交差して熱源ガスＧＨが流れるように構成され；複数本の垂直伝熱管１５１、２５１、２７１、１７１は、第一の蒸発器Ｅ１と、第二の蒸発器Ｅ２と、第二の再生器Ｇ２と、第一の再生器Ｇ１で、それぞれ第一の蒸発器管群１５０と、第二の蒸発器管群２５０と、第二の再生器管群２７０と、第一の再生器管群１７０とを構成し、第一の蒸発器管群１５０と、第二の蒸発器管群２５０と、第二の再生器管群２７０と第一の再生器管群１７０とは、熱源ガスＧＨの流れに対して直線的に配列されている。

本態様のように構成すると、複数本の垂直伝熱管の外側を垂直伝熱管と交差して熱源ガスＧＨが流れるように構成されており、さらに複数本の垂直伝熱管は、第一の蒸発器と、第二の蒸発器と、第二の再生器と、第一の再生器で、それぞれ第一の蒸発器管群と、第二の蒸発器管群と、第二の再生器管群と、第一の再生器管群とを構成し、第一の蒸発器管群と、第二の蒸発器管群と、第二の再生器管群と第一の再生器管群とは、熱源ガスＧＨの流れに対して直線的に配列されているので、体積流量の大きい排ガスのような熱源ガスを蒸発器及び再生器の熱源として利用するに当たって、流動抵抗による圧力損失を低く抑えることができる。そのためこれを流動させるための動力を小さく抑えることができ、省エネルギー効果を高めることができる。

本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様又は第２の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、例えば、図５に示すように、熱源ガスＧＨの流路中、第二の蒸発器Ｅ２の下流側の端部から第二の再生器Ｇ２をバイパスして、熱源ガスＧＨを第二の再生器Ｇ２の下流側に流すバイパス流路９１と、バイパス流路９１中の熱源ガスＧＨの流れを制限する流れ制限手段９２を備える。 ここで、「制限」は「遮断」を含まない「制限」であってもよいが、典型的には「遮断」を含む概念である。

このように構成すると、吸収液の過剰濃縮あるいは結晶が起こりやすい第二の再生器での加熱量を制限することができる。したがって、吸収液の過剰濃縮あるいは結晶化を抑えることができる。

本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、例えば、図１（ａ）に示すように、第一の吸収器Ａ１及び第二の吸収器Ａ２は、被加熱媒体としての水Ｗ１を加熱し大気圧以上の圧力の水蒸気Ｓを発生するように構成され、生成された水蒸気Ｓを、随伴する水から分離する気液分離器１１を備える。

このように構成すると、第一の吸収器及び第二の吸収器は、被加熱媒体としての水を加熱し大気圧以上の圧力の水蒸気を発生するように構成され、生成された水蒸気を、随伴する水から分離する気液分離器を備えるので、比較的低温の熱源流体をできるだけ低温まで利用しながら、これから熱を汲みあげて水蒸気を生成し、さらに随伴する水分を分離した水蒸気を得ることができる。

本発明の第５の態様に係る吸収ヒートポンプは、第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、例えば、図１（ｂ）に示すように、熱源流体ＧＨの流路６０中、第一の蒸発器Ｅ１の上流側に、熱源流体ＧＨの熱で直接水蒸気を発生する熱交換器Ｂを備える。

このように構成すると、熱源流体ＧＨの投入経路は、熱交換器Ｂ、第一の蒸発器Ｅ１、第二の蒸発器Ｅ２、第二の再生器Ｇ２及び第一の再生器Ｇ１の順番となる。熱源流体ＧＨの流路６０中、第一の蒸発器Ｅ１の上流側に、熱源流体ＧＨの熱で直接水蒸気を発生する熱交換器Ｂを備えるので、熱源流体ＧＨの供給温度が、蒸気Ｓを直接生成できる温度以上であるとき、熱源流体ＧＨで補給水Ｗ１を直接加熱し、蒸気を直接生成することが可能となる。

本発明によれば、熱源流体の熱量をできるだけ多く回収することのできる吸収ヒートポンプを提供することが可能となる。

本発明の第一の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの構成を示すフローシートである。（ａ）は全体フローシート、（ｂ）は第一の実施の形態の変形例において第一の蒸発器Ｅ１と熱交換器Ｂを取りだして示した部分フローシートである。 図１（ａ）のフローシート上の吸収液の状態を示すデューリング線図である。 本発明の第一の実施の形態に係る吸収ヒートポンプで用いる蒸発器と再生器を、上部ヘッダを一部切り欠いて斜め上方から見た斜視図である。 本発明の第一の実施の形態に係る吸収ヒートポンプで用いる蒸発器と再生器を、ヘッダをはずして垂直伝熱管の軸方向の上方から見た平面図である。 本発明の第二の実施の形態に係る吸収ヒートポンプで用いる蒸発器と再生器を、ヘッダをはずして垂直伝熱管の軸方向の上方から見た平面図である。 従来の吸収ヒートポンプの構成を示すフローシートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一又は相当する部分には同一又は類似の符号を付し，重複した説明は省略する。

図１のフローシートを参照して、本発明の第一の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの構成を説明する。（ａ）は吸収ヒートポンプ１００の全体を示すフローシート、（ｂ）は第一の実施の形態の変形例であり、第一の蒸発器Ｅ１の上流側に熱源流体で補給水を直接加熱する熱交換器Ｂを備える場合を示す。吸収ヒートポンプ１００は、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と第二の吸収ヒートポンプ部１００−２とを備える。第一の吸収ヒートポンプ部１００−１は、吸収液ＡＬｉ（例えば、臭化リチウム水溶液）による冷媒蒸気ＣＳ（冷媒は例えば水）の吸収が行われる吸収器Ａ１と、吸収液ＡＬｉから冷媒蒸気ＣＳを蒸発させ吸収液ＡＬｉの再生が行われる再生器Ｇ１と、冷媒液ＣＬから冷媒蒸気ＣＳを発生させる蒸発器Ｅ１と、冷媒蒸気ＣＳを凝縮させ冷媒液ＣＬとする凝縮器Ｃとを備える。蒸発器Ｅ１の圧力と吸収器Ａ１の圧力は実用上等しく、再生器Ｇ１の圧力と凝縮器Ｃの圧力は実用上等しい。

第二の吸収ヒートポンプ部１００−２は、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と全く同様に、吸収器Ａ２と、再生器Ｇ２と、蒸発器Ｅ２とを備え、凝縮器は第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と共通の凝縮器Ｃを用いる。以上の各構成機器は第一と第二の吸収ヒートポンプ部で基本的に同一の機能を有する。なお凝縮器は第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と第二の吸収ヒートポンプ部１００−２で別個独立に備えてもよいが、共通とすれば装置の単純化を図ることができる。

以下各構成機器を第一の吸収ヒートポンプ部１００−１について詳細に説明する。第一と第二の吸収ヒートポンプ部で対応する構成機器については説明を適宜省略する。各構成機器の符合は原則として、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１では、１００番台、第二の吸収ヒートポンプ部１００−２では、２００番台として区別する。吸収器Ａ１，Ａ２と、再生器Ｇ１，Ｇ２と、蒸発器Ｅ１、Ｅ２では、単にアルファベットの後ろに１または２を付して区別する。

吸収器Ａ１は、（１）濃溶液である吸収液ＡＬｉが移送（供給）され、移送された吸収液ＡＬｉを吸収器Ａ１の内部に散布する吸収液スプレイ１２２と、（２）補給水Ｗ１が移送され、冷媒蒸気ＣＳを吸収した希溶液である吸収液ＡＬｉによって、移送された補給水Ｗ１が加熱される被加熱管１２３とを備える。吸収器Ａ１の底部は、吸収液ＡＬｉを蓄積するに十分な吸収液溜め部となっている。

蒸発器Ｅ１は、冷媒液移送管５により凝縮器Ｃから移送される冷媒液ＣＬを内部に流し、外部を流れる熱源ガスとしての排ガスＧＨ１により加熱し蒸発させる垂直伝熱管１５１を備える。また蒸発器Ｅ１の上部ヘッダ１５５中に設置され、蒸発器Ｅ１内の冷媒液ＣＬの液面レベルを検出する液面レベルセンサＬ１０１を備える。液面レベルセンサＬ１０１は制御装置２１（第一、第二のヒートポンプ部で共通）を介して、冷媒供給弁Ｖ１０３を調節することにより、蒸発器Ｅ１内の冷媒の液面レベルを一定に維持する。なお、冷媒供給弁Ｖ１０３を設けないで冷媒ポンプＰ４（第一、第二のヒートポンプ部で共通）をインバータモータ駆動として冷媒ポンプの回転速度を調節してもよい。図中冷媒ポンプは第一と第二の吸収ヒートポンプで共通としているが、冷媒ポンプの回転速度を調節して蒸発器Ｅ１、Ｅ２の液面を別個に維持する場合は、冷媒ポンプも別個に設けるとよい。蒸発器Ｅ１と蒸発器Ｅ２で、液面の上下は独立して生じ得るからである。吸収ヒートポンプ１００では、蒸発器Ｅ１で蒸発した冷媒蒸気ＣＳは、冷媒蒸気移送管１１６を通して吸収器Ａ１に送られる。蒸発器Ｅ１の構造については、図３〜図５を参照して詳細に説明する。ここで排ガスは、典型的には工場において、各種プロセスで高温部分を利用した後の２００℃程度以下のガスである。ボイラからの排ガスであって、高温部分を利用した後、煙突から排出する前のガスであってもよい。

再生器Ｇ１は、吸収液移送管路１０３を通して吸収器Ａ１から移送される吸収液ＡＬｉを内部に流し、外部を流れる熱源ガスとしての排ガスＧＨ２０２により加熱して冷媒蒸気を発生させ、これを濃縮する垂直伝熱管１７１を備える。ここで、排ガスＧＨ２０２は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２及び再生器Ｇ２を通過して熱量が利用され、ある程度温度が下がった排ガスである。また、この吸収液ＡＬｉは、吸収器Ａ１で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液すなわち希溶液である。また再生器Ｇ１の上部ヘッダ１７５中に設置され、再生器Ｇ１内の吸収液ＡＬｉの液面レベルを検出する液面レベルセンサＬ１０２を備える。液面レベルセンサＬ１０２は制御装置２１を介して、溶液ポンプＰ１０１を調節することにより、再生器Ｇ１内の吸収液の液面レベルを維持する（なお、溶液ポンプＰ１０１の調節の代わりに調節弁を設けてもよい）。第一の吸収ヒートポンプ部１００−１では、再生器Ｇ１で濃縮された吸収液ＡＬｉは、吸収液移送管１０２を通して吸収器Ａ１に送られる。また再生器Ｇ１で発生した冷媒蒸気ＣＳは、冷媒蒸気移送管１１７及び冷媒蒸気移送管１７を通して凝縮器Ｃに送られる。ここで、冷媒蒸気移送管１７は、再生器Ｇ２からの冷媒蒸気移送管２１７と合流した後、凝縮器Ｃに冷媒蒸気ＣＳを移送する管である。

さらに図１（ａ）を参照して、第二の吸収ヒートポンプ部１００−２の構成機器について説明する。前記したように、第一と第二の吸収ヒートポンプ部で共通、或いは相当する構成機器については説明を適宜省略する。

吸収器Ａ２は、濃溶液である吸収液ＡＬｉを吸収器Ａ２の内部に散布する吸収液スプレイ２２２と、補給水Ｗ１を加熱する被加熱管２２３とを備える。吸収器Ａ２の底部は、吸収液ＡＬｉを蓄積するに十分な吸収液溜め部となっている。

蒸発器Ｅ２は、排ガス流路６０において蒸発器Ｅ１の下流側に配置される。排ガス流路６０は、蒸発器Ｅ１、蒸発器Ｅ２、再生器Ｇ２及び再生器Ｇ１がこの順に配列された排ガスの流路である。なお、排ガス流路６０及び各機器の配置については、図３を参照して後で詳細に説明する。蒸発器Ｅ２は、冷媒液ＣＬを内部に流し、外部を流れる排ガスＧＨ１０２により加熱し蒸発させる垂直伝熱管２５１を備える。ここで、排ガスＧＨ１０２は、排ガスＧ１が蒸発器Ｅ１で利用され、ある程度温度が低下した排ガスである。また蒸発器Ｅ２の上部ヘッダ２５５中に設置され、蒸発器Ｅ２内の冷媒液ＣＬの液面レベルを検出する液面レベルセンサＬ２０１を備える。液面レベルセンサＬ２０１は制御装置２１を介して、冷媒供給弁Ｖ２０３を調節することにより、蒸発器Ｅ２内の冷媒の液面レベルを維持する。蒸発器Ｅ１で説明したように、冷媒供給弁Ｖ２０３を設けないで冷媒ポンプＰ４をインバータモータ駆動として冷媒ポンプを調節してもよい。このときは、冷媒ポンプは蒸発器Ｅ１用とは別に設けるのが好ましい。吸収ヒートポンプ１００では、蒸発器Ｅ２で蒸発した冷媒蒸気ＣＳは、冷媒蒸気移送管２１６を通して吸収器Ａ２に送られる。蒸発器Ｅ２の構造については、蒸発器Ｅ１と併せて、図３〜図５を参照して詳細に説明する。

再生器Ｇ２は排ガス流路６０において、蒸発器Ｅ２の下流側、且つ再生器Ｇ１の上流側に配置される。再生器Ｇ２は、吸収液移送管路２０３を通して吸収器Ａ２から移送される吸収液ＡＬｉを内部に流し、外部を流れる熱源ガスとしての排ガスＧＨ５により加熱して冷媒蒸気を発生させ、これを濃縮する垂直伝熱管２７１を備える。ここで、排ガスＧＨ５は、蒸発器Ｅ１及び蒸発器Ｅ２を通過して熱量が利用され、ある程度温度が下がった排ガスである。また、この吸収液ＡＬｉは、吸収器Ａ２で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液すなわち希溶液である。また再生器Ｇ２の上部ヘッダ２７５中に設置され、再生器Ｇ２内の吸収液ＡＬｉの液面レベルを検出する液面レベルセンサＬ２０２を備える。液面レベルセンサＬ２０２は制御装置２１を介して、溶液ポンプＰ２０１を調節することにより、再生器Ｇ２内の吸収液の液面レベルを維持する（なお、溶液ポンプＰ２０１の調節の代わりに調節弁を設けてもよい）。第二の吸収ヒートポンプ部１００−２では、再生器Ｇ２で濃縮された吸収液ＡＬｉは、吸収液移送管２０２を通して吸収器Ａ２に送られる。また再生器Ｇ２で発生した冷媒蒸気ＣＳは、冷媒蒸気移送管２１７及び冷媒蒸気移送管１７を通して凝縮器Ｃに送られる。

凝縮器Ｃは、冷却水ＷＣが流され、再生器Ｇ１及び再生器Ｇ２から凝縮器Ｃに送られた冷媒蒸気ＣＳを冷却する冷却管３０を備える。冷却水ＷＣの温度は、例えば冷却管３０の入口で３２℃、出口で３７℃である。

吸収ヒートポンプ１００は、（１）気液分離器１１と、（２）気液分離器１１に接続され気液分離器１１に補給水Ｗ１を移送する補給水移送管路７と、（３）気液分離器１１から吸収器Ａ１、Ａ２の被加熱管１２３、２２３に補給水Ｗ１を移送する補給水移送管路６と、（４）被加熱管１２３、２２３から気液分離器１１に補給水Ｗ１を移送して戻す補給水移送管路１１０、２１０と、（５）蒸気ヘッダ（不図示）に接続され、気液分離器１１で発生した蒸気Ｓ（例えば、１８０℃）を蒸気ヘッダに供給する蒸気供給管路８とを備える。

吸収ヒートポンプ１００は、さらに、（６）再生器Ｇ１と吸収器Ａ１とを繋ぎ、再生器Ｇ１で再生された濃溶液である吸収液ＡＬｉを吸収器Ａ１の吸収液スプレイ１２２に移送する吸収液移送管路１０２と、（６ｂ）再生器Ｇ２と吸収器Ａ２とを繋ぎ、再生器Ｇ２で再生された濃溶液である吸収液ＡＬｉを吸収器Ａ２の吸収液スプレイ２２２に移送する吸収液移送管路２０２と、（７）吸収器Ａ１と再生器Ｇ１とを繋ぎ、吸収器Ａ１に蓄積された希溶液である吸収液ＡＬｉを再生器Ｇ１の再生器下部ヘッダ１７６に移送する吸収液移送管路１０３と、（７ｂ）吸収器Ａ２と再生器Ｇ２とを繋ぎ、吸収器Ａ２に蓄積された希溶液である吸収液ＡＬｉを再生器Ｇ２の再生器下部ヘッダ２７６に移送する吸収液移送管路２０３と、（８）凝縮器Ｃと蒸発器Ｅ１及び蒸発器Ｅ２とを繋ぎ、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液ＣＬを蒸発器Ｅ１及び蒸発器Ｅ２に移送する冷媒液移送管路５とを備える。

吸収ヒートポンプ１００は、さらに、（９）吸収液移送管路１０２を通って被加熱側に移送される濃溶液である吸収液ＡＬｉと、吸収液移送管路１０３を通って再生器下部ヘッダ１７６に移送される希溶液である吸収液ＡＬｉとの間で熱交換を行う溶液（吸収液）熱交換器Ｘ１０１及び（９ｂ）吸収液移送管路２０２を通って被加熱側に移送される濃溶液である吸収液ＡＬｉと、吸収液移送管路２０３を通って再生器下部ヘッダ２７６に移送される希溶液である吸収液ＡＬｉとの間で熱交換を行う溶液（吸収液）熱交換器Ｘ２０１を備える。

吸収ヒートポンプ１００は、さらに加熱側に排熱源ＧＨ３が流れ、被加熱側に補給水移送管路７を通って補給水Ｗ１が移送され、熱交換が行われる熱交換器Ｘ２を備える。熱交換器Ｘ２は図中独立した熱交換器で示しているが、熱交換器Ｘ２の伝熱部は、蒸発器Ｅ１入口部あるいは蒸発器Ｅ２と再生器Ｇ２の中間の排ガスの流れ中に設けるのが好ましい。

吸収液移送管路１０２と吸収液移送管路２０２には、溶液ポンプＰ１０１と溶液ポンプＰ２０２がそれぞれ設置され、溶液ポンプＰ１０１と溶液ポンプＰ２０２はそれぞれ再生器Ｇ１と再生器Ｇ２で再生された吸収液ＡＬｉをそれぞれ吸収器Ａ１と吸収器Ａ２に移送する。溶液ポンプＰ１０１は、溶液熱交換器Ｘ１０１の上流側に、溶液ポンプＰ２０１は、溶液熱交換器Ｘ２０１の上流側に、それぞれ設置されている。冷媒液移送管路５には、冷媒昇圧手段としての冷媒ポンプＰ４が設置され、冷媒ポンプＰ４は凝縮器Ｃで凝縮された冷媒液ＣＬを蒸発器Ｅ１と蒸発器Ｅ２に移送する。

補給水移送管路７には、給水ポンプＰ１２が設置され、給水ポンプＰ１２は補給水Ｗ１を気液分離器１１に移送する。補給水移送管路７の給水ポンプＰ１２の直下流側には、逆止弁３７が設置され、補給水Ｗ１が逆流するのを防止している。補給水移送管路６には、給水ポンプＰ１３が設置され、給水ポンプＰ１３は補給水Ｗ１を気液分離器１１から被加熱管１２３、２２３に移送し、さらに補給水移送管路１１０、２１０を通って被加熱管１２３、２２３から気液分離器１１に移送して戻し、補給水Ｗ１を循環させる。

冷媒液移送管路５で冷媒ポンプＰ４の下流側には、蒸発器下部ヘッダ１５６、２５６に移送する冷媒液ＣＬの流量を調整する冷媒供給弁Ｖ１０３、Ｖ２０３がそれぞれ設置されている。

気液分離器１１には、その圧力を検出する圧力センサＰが設置され、下部に蓄積された補給水Ｗ１の液面レベルを検出する液面レベルセンサＬ３が設置されている。蒸気供給管路８には、供給する蒸気Ｓの圧力を調節する蒸気弁Ｖ１が設置されている。蒸気供給管路８に、図に示すように、蒸気ヘッダ（不図示）からの蒸気の逆流を防止する逆止弁３８を設置してもよい。逆止弁３８を設置すると、蒸気弁Ｖ１の作動に関係なく、確実に蒸気ヘッダからの蒸気の逆流を防止することができる。

熱源ガスとしての排ガスＧＨ１の供給温度は、例えば２００℃である。蒸発器Ｅ１に供給された排ガスＧＨ１は、蒸発器Ｅ１で熱を奪われ排ガスＧＨ１０２となって蒸発器Ｅ２に流入し、蒸発器Ｅ２で熱を奪われ温度が約１５０℃の排ガスＧＨ５となり、さらに再生器Ｇ２に流入し、そこで熱を奪われ排ガスＧＨ２０２となって再生器Ｇ１に流入し、再生器Ｇ１で熱を奪われ約１００℃の排ガスＧＨ４となって排出される。

既に説明したように、蒸発器Ｅ１に供給される排ガスをＧＨ１と、蒸発器Ｅ１を通過して蒸発器Ｅ２に供給される排ガスをＧＨ１０２と、蒸発器Ｅ２を通過して再生器Ｇ２に供給される排ガスをＧＨ５と、再生器Ｇ２を通過して再生器Ｇ１に流入する排ガスをＧＨ２０２と、再生器Ｇ１を通過して排出される排ガスをＧＨ４と、それぞれ称する。また排ガスを各機器を流れるガスとして区別する必要がないとき、あるいは包括的に扱うときは、単にＧＨの符合で呼ぶ。

補給水Ｗ１の予熱は、排ガスのような熱源ガスの供給側から蒸発器Ｅ２と再生器Ｇ２の中間部のガスＧＨ５までの高温ガスで行うのがよい。あるいは、図示しないが、再生器Ｇ２に供給される入口の吸収液で加熱する熱交換器で行ってもよいし、蒸発器Ｅ１又は蒸発器Ｅ２で発生した冷媒蒸気で加熱する熱交換器で行ってもよい。

吸収ヒートポンプ１００は、制御装置２１を備える。液面レベルセンサＬ１０１からの、液面レベルを表す液面信号（不図示）は制御装置２１に送られ、制御装置２１から冷媒液ＣＬの流量を制御する制御弁である冷媒供給弁Ｖ１０３に信号を送る。そのようにして、冷媒供給弁Ｖ１０３の開度を蒸発器Ｅ１の液面レベルが一定になるよう調節する（但し、図中、簡略化し制御信号が液面レベルセンサＬ１０１から冷媒供給弁Ｖ１０３に直接送られるよう示されている）。液面レベルセンサＬ２０１と冷媒供給弁Ｖ２０３との関係も同様である。

液面レベルセンサＬ１０２からの、液面レベルを表す液面信号（不図示）は制御装置２１に送られ、制御装置２１から液面レベルを一定のレベルに保つよう吸収液ＡＬｉの流量を制御する制御信号（不図示）が、溶液ポンプＰ１０１を駆動するインバータモータＩＮＶに送られ、インバータモータＩＮＶの回転速度を調節して、再生器Ｇ１の液面レベルが一定になるように制御する（図中、簡略化して、液面レベルセンサＬ１０２からインバータモータＩＮＶに信号が直接送られるように示されている）。液面レベルセンサＬ２０２と溶液ポンプＰ２０１との関係も同様である。

気液分離器１１の液面レベルセンサＬ３からの、液面レベルを表す液面信号（不図示）は制御装置２１に送られ、制御装置２１から液面レベルをほぼ一定のレベルに保つように給水ポンプＰ１２をオン／オフさせる（図中、簡略化して、液面レベルセンサＬ３から給水ポンプＰ１２に信号が直接送られるように示されている）。なお、制御装置２１から液面レベルを一定のレベルに保つよう補給水Ｗ１の流量を制御する制御信号（不図示）を給水ポンプＰ１２に送り（実際には前述のように不図示のインバータモータ）、給水ポンプＰ１２の回転数を気液分離器１１の液面レベルが一定になるよう調節してもよい。

圧力センサＰからの、圧力を表す圧力信号（図中、破線）は制御装置２１に送られ、制御装置２１から気液分離器１１の圧力が所定の値Ｐ１になるよう蒸気Ｓの供給量を制御する制御信号（図中、破線）が蒸気弁Ｖ１に送られ、蒸気弁Ｖ１の開度を気液分離器１１の圧力が所定の値Ｐ１になるよう調節する。所定の値Ｐ１は、例えば、蒸気ヘッダ圧よりわずかに（０．０５ＭＰａ程度）高めに設定するとよい。排ガスＧＨ１と排ガスＧＨ３は、並列に供給されるように図示されているが、直列、あるいは一部並列、一部直列に供給してもよい。

次に、図１（ａ）と図２を参照して、第１の実施の形態の作用を説明する。図２は、吸収液および冷媒の状態を示すデューリング線図であり、縦軸が冷媒温度、横軸が溶液（吸収液）温度である。

先ず、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１を説明する。吸収器Ａ１を出た希溶液である吸収液ＡＬｉ（状態は、図２中、Ｂ１２の位置）は、吸収液移送管路１０３により移送され、溶液熱交換器Ｘ１０１を通過する。この吸収液ＡＬｉは熱交換器Ｘ１０１を通過することにより、吸収液移送配管１０２を通って再生器Ｇ１から吸収器Ａ１に移送される濃溶液である吸収液ＡＬｉにより冷却される（冷却後の吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ１８の位置）。溶液熱交換器Ｘ１０１により冷却された吸収液ＡＬｉは、再生器下部ヘッダ１７６に移送される。

吸収液ＡＬｉは、再生器Ｇ１の再生器下部ヘッダ１７６（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ１５の位置）から垂直管１７１内を流れる間に排ガスＧＨ２０２によって加熱され、吸収液ＡＬｉに吸収されていた冷媒は冷媒蒸気ＣＳとして蒸発する。このようにして、濃縮され、再生された濃溶液である吸収液ＡＬｉは再生器上部ヘッダ１７５部に設けられた吸収液出口１０２ａから流出する。図１に示す再生器Ｇ１の上部ヘッダ１７５に実線で表わされている角穴が出口１０２ａである。またそれにつながる破線は、出口ヘッダを示している。

濃溶液となった吸収液ＡＬｉ（状態は、図２中、Ｂ１４の位置）は、吸収液移送管路１０２を通り吸収器Ａ１の吸収液スプレイ１２２に移送される。吸収液移送管路１０２を通る間、溶液ポンプＰ１０１により昇圧され、その後溶液熱交換器Ｘ１０１で、吸収器Ａ１から再生器Ｇ１に移送される希溶液である吸収液ＡＬｉにより加熱され（吸収液移送管路１０２を通る吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ１７の位置）、吸収器Ａ１の吸収液スプレイ１２２に移送される。

吸収器Ａ１で、吸収液スプレイ１２２から吸収器Ａ１内に散布された濃溶液である吸収液ＡＬｉ（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ１６の位置）は、蒸発器Ｅ１で蒸発した冷媒蒸気ＣＳを吸収し、被加熱管１２３を通る被加熱媒体としての補給水Ｗ１を吸収熱で加熱し、吸収器Ａ１の底部に蓄積する（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ１２の位置）。

前述のように、溶液ポンプＰ１０１は、再生器Ｇ１内の吸収液ＡＬｉの液面レベルが一定となるような流量の吸収液ＡＬｉを再生器Ｇ１から吸収器Ａ１に移送する。移送量は制御装置２１によって制御される。再生器Ｇ１の液面を一定に保つことにより、冷媒蒸気圧の差が大きい吸収器Ａ１と再生器Ｇ１の間の液シールを確保する。再生器Ｇ１内に滞留する吸収液を除く、系内の吸収液は、主として吸収器Ａ１の底部に蓄積される。したがって吸収器Ａ１の底部は、その蓄積に十分な容量を有するように構成する。吸収液移送管路１０２のポンプＰ１０１の出口側には逆止弁１３９が設けられている。ヒートポンプ１００の運転中は、吸収器Ａ１の方が再生器Ｇ１よりも圧力が高い。したがって、ヒートポンプ１００を停止した際、すなわちポンプＰ１０１を停止すると、吸収液は黙っていれば吸収器Ａ１から再生器Ｇ１に流入する。逆止弁１３９により、ポンプＰ１０１の逆回転が防止される。またヒートポンプ１００を停止すると、吸収器Ａ１、Ａ２に溜まっていた吸収液ＡＬｉは、それぞれ吸収液移送管路１０３、２０３を流れて、それぞれ再生器Ｇ１、Ｇ２に溜まる。したがって、再生器上部ヘッダ１７５、２７５は、それぞれ系内の吸収液を収容するに十分な容量とする。停止時に再生器上部ヘッダ１７５、２７５に溜まっていた吸収液ＡＬｉは、ヒートポンプ１００の起動時に、液面制御により吸収器Ａ１、Ａ２に送られる。または、排ガスＧＨを投入する前に、あらかじめ吸収器Ａ１、Ａ２に送ってもよい。

再生器Ｇ１で蒸発した冷媒蒸気ＣＳは冷媒蒸気移送管１１７、１７を通して凝縮器Ｃに送られる。凝縮器Ｃに送られた冷媒蒸気ＣＳは凝縮器Ｃで冷却管３０を通る冷却水ＷＣにより冷却され凝縮して冷媒液ＣＬ（状態は、図２中、Ｄ１の位置）となる。凝縮器Ｃの冷媒液ＣＬは、冷媒液移送管路５を通り、冷媒ポンプＰ４により昇圧され、冷媒供給弁Ｖ１０３により流量を制御されて、蒸発器Ｅ１に送られる。

蒸発器Ｅ１に送られた冷媒液ＣＬは、蒸発器下部ヘッダ１５６から垂直伝熱管１５１の内側を流れる間に排ガスＧＨ１により加熱されて蒸発する （冷媒の状態は、図２中、Ｄ２の位置）。蒸発した冷媒蒸気ＣＳは冷媒蒸気移送管１１６を通して吸収器Ａ１に送られ、吸収器Ａ１で吸収液ＡＬｉに吸収される。

冷媒供給弁Ｖ１０３は、制御装置２１によって開度が調節され、凝縮器Ｃから蒸発器Ｅ１に移送される冷媒液ＣＬの量を加減する。すなわち、移送される冷媒液ＣＬの量を、蒸発器Ｅ１に蓄積する冷媒液ＣＬの液面レベルが一定になるような量に加減する。このような制御が行われるのは、冷媒液の蒸発した量を補給するためであり、冷媒ポンプＰ４が気体を吸い込まないようにするためである。蒸発器Ｅ１及び蒸発器Ｅ２に滞留する冷媒液を除く、系全体の冷媒液は、凝縮器Ｃの底部に蓄積する。したがって、凝縮器Ｃの底部は、その蓄積に十分な容量を有するように構成する。ヒートポンプ１００を停止すると、圧力の高い蒸発器Ｅ１、Ｅ２側から、冷媒液移送管路５を通って蒸発器Ｅ１、Ｅ２よりも低圧の凝縮器Ｃに冷媒液ＣＬが逆流する恐れがある。そのような停止直後の冷媒ポンプＰ４の逆転を避けるために、冷媒ポンプＰ４の出口側に逆止弁４０を設けるとよい。その代わりに冷媒供給弁Ｖ１０３、Ｖ２０３（液面制御にまかせるとヒートポンプ停止時には開となり逆流を防げない）を、ヒートポンプ停止時には全閉とするように制御装置２１を構成してもよい。

第二の吸収ヒートポンプ部１００−２の作用も、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と全く同様である。各機器の符合の１００番台を２００番台に読み替えればよい。ここでは、異なる部分を中心として説明する。吸収器Ａ２を出た希溶液である吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２２の位置である。溶液熱交換器Ｘ２０１で冷却後の吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２８の位置である。

この吸収液ＡＬｉは、再生器Ｇ２の再生器下部ヘッダ２７６（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２５の位置）から垂直管２７１内を流れる間に排ガスＧＨ５によって加熱され、吸収液ＡＬｉに吸収されていた冷媒は冷媒蒸気ＣＳとして蒸発する。排ガスＧＨ５の温度は再生器Ｇ１で利用される排ガスＧ２０２の温度よりも高い。このようにして、濃縮され、再生された濃溶液である吸収液ＡＬｉは再生器上部ヘッダ２７５部に設けられた吸収液出口２０２ａから流出する。

濃溶液となった吸収液ＡＬｉ（状態は、図２中、Ｂ２４の位置）は、吸収器Ａ２の吸収液スプレイ２２２に移送される。この間、吸収器Ａ２から再生器Ｇ２に移送される希溶液である吸収液ＡＬｉに加熱され、吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２７の位置となる。

吸収器Ａ２内に散布された濃溶液である吸収液ＡＬｉ（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２６の位置）は、蒸発器Ｅ２で蒸発した冷媒蒸気ＣＳを吸収し、被加熱管２２３を通る被加熱媒体としての補給水Ｗ１を吸収熱で加熱し、吸収器Ａ２の底部に蓄積する（吸収液ＡＬｉの状態は、図２中、Ｂ２２の位置）。

溶液ポンプＰ２０１、制御装置２１、逆止弁２３９の作用は、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と同様であるので説明を省略する。

再生器Ｇ２で蒸発した冷媒蒸気ＣＳは、再生器１で蒸発した冷媒蒸気ＣＳと合流して凝縮器Ｃに送られる。冷媒蒸気ＣＳは凝縮器Ｃで冷却され凝縮して冷媒液ＣＬとなる。本実施の形態では、凝縮器Ｃは第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と共通であるから、図２のデューリング線図上の状態は、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１で説明したＤ１の位置と同じである。（凝縮器が共通でない場合は、同一の位置にはならないが、同じ条件の冷却水ＷＣが使用される場合は、Ｄ１とほぼ同一の位置となる。）凝縮器Ｃの冷媒液ＣＬは、冷媒供給弁Ｖ２０３により流量を制御されて、蒸発器Ｅ２に送られる。

蒸発器Ｅ２に送られた冷媒液ＣＬは、蒸発器下部ヘッダ２５６から垂直伝熱管２５１の内側を流れる間に排ガスＧＨ１０２により加熱されて蒸発する （冷媒の状態は、図２中、Ｄ３の位置）。蒸発した冷媒蒸気ＣＳは吸収器Ａ２に送られ、吸収器Ａ２で吸収液ＡＬｉに吸収される。前述のように、蒸発器Ｅ２は、排ガス流路６０において蒸発器Ｅ１の下流側に配置されているので、蒸発器Ｅ２の冷媒蒸発温度は、蒸発器Ｅ１のそれよりも低い。

冷媒供給弁Ｖ２０３と制御装置２１の作用は、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１の場合と同様であるので説明を省略する。

以上説明したように本実施の形態では、吸収サイクルが２サイクル（３以上であってもよい）設けられている。この２サイクルが、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と第二の吸収ヒートポンプ部１００−２に対応する。第一の吸収ヒートポンプ部１００−１は、吸収器Ａ１、蒸発器Ｅ１、再生器Ｇ１そして凝縮器Ｃ１を含んで構成され、第二の吸収ヒートポンプ部１００−２は、吸収器Ａ２、蒸発器Ｅ２、再生器Ｇ２そして凝縮器Ｃ２（第一の実施の形態では凝縮器Ｃ１と共通）を含んで構成され、一つの排ガス流路６０に、排ガスの流れの上流側すなわち高温側から、各サイクルの構成機器、蒸発器Ｅ１、蒸発器Ｅ２、再生器Ｇ２及び再生器Ｇ１がこの順に配列されている。

第三以上の、すなわち第ｎ（ｎ≧３）の吸収ヒートポンプ部１００−ｎまでを備える場合は、排ガスＧＨの流れの上流側から、蒸発器Ｅ１、蒸発器Ｅ２、・・・蒸発器Ｅｎ、再生器Ｇｎ・・・再生器Ｇ２及び再生器Ｇ１の順に配列される。

図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の変形例として、蒸気を直接生成する熱交換器Ｂを設けてもよい。これは、排ガスＧＨが入口側において、蒸気を直接生成できる温度以上の排ガスＧＨ０であるときに有用である。熱交換器Ｂで、排ガスＧＨ０により補給水Ｗ１を直接加熱し、蒸気を直接生成する。その場合図示のように、排ガスの投入経路をＢ、Ｅ１、Ｅ２、Ｇ２及びＧ１の順番にする。

このように本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００は、蒸発温度の高い蒸発器Ｅ１と再生温度の低い再生器Ｇ１を組合せた第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と、蒸発温度が（蒸発器Ｅ１よりも）低い蒸発器Ｅ２と再生温度が（再生器Ｇ１よりも）高い再生器Ｇ２を組み合わせた第二の吸収ヒートポンプ部１００−２を備え、両吸収ヒートポンプ部が共通の凝縮温度の凝縮器Ｃを備える。言い換えれば、高温側の排ガスを使って高温の冷媒蒸気を生成する蒸発器と、排ガスの流れの下流側で低温側の排ガスを使って吸収液を再生する（沸点があまり高くないので濃縮度が低い）再生器とを組み合わせる。これは第一の吸収ヒートポンプ部１００−１である。したがって、図２に示すデューリング線図上の低濃度側のサイクルが可能となり、２００℃の排ガスから１８０℃の水蒸気を得ることができる。

同様に、ある程度温度が低下した低温側の排ガスを使って比較的低温の冷媒蒸気を生成する蒸発器と、排ガスの流れの上流側で比較的温度の高い（第一の蒸発器Ｅ１で使う排ガスの温度よりも低いが第一の再生器Ｇ１よりも高い）側の排ガスを使って吸収液を再生する（沸点が比較的高く濃縮度が比較的高い）再生器とを組み合わせる。これは第二の吸収ヒートポンプ部１００−２である。したがって、図２に示すデューリング線図上の高濃度側のサイクルが可能となり、第一の吸収ヒートポンプ部１００−１と同様に、２００℃の排ガスから１８０℃の水蒸気を得ることができる。

補給水移送管路７に供給された補給水Ｗ１は、給水ポンプＰ１２により昇圧され、気液分離器１１に移送される。給水ポンプＰ１２を出た補給水Ｗ１は、熱交換器Ｘ２で排ガスＧＨ３により加熱され、気液分離器１１に移送される。

気液分離器１１に供給される補給水Ｗ１の流量は、気液分離器１１内に蓄積される補給水Ｗ１の液面レベルが一定になるように、制御装置２１により給水ポンプＰ１２の回転速度を制御することにより調節される。気液分離器１１の補給水Ｗ１の液面レベルを一定に調節するのは、蒸気Ｓとして供給され失われた補給水Ｗ１に見合う分を気液分離器１１に補給するためである。

気液分離器１１に移送された補給水Ｗ１は、補給水移送管路６を通り、給水ポンプＰ１３により昇圧され吸収器Ａ１、Ａ２の被加熱管１２３、２２３に送られ、吸収器Ａ１、Ａ２で冷媒蒸気ＣＳを吸収する吸収液ＡＬｉの吸収熱により加熱され、蒸気Ｓを発生させ、補給水移送管路１１０、２１０を通り、気液分離器１１に戻り、蒸気と液を分離する。発生した蒸気Ｓは、蒸気供給管路８を通り、制御装置２１により制御される蒸気弁Ｖ１により気液分離器１１の圧力が第１の所定の圧力Ｐ１になるように流量調節されて、蒸気ヘッダ（不図示）に供給される。

気液分離器１１の圧力が所定の圧力Ｐ１になるように制御されるのは、気液分離器１１の圧力が蒸気ヘッダ（不図示）の圧力より高い圧力に制御し、気液分離器１１の圧力を常に蒸気ヘッダの圧力より一定の圧力だけ高い圧力とし、吸収ヒートポンプ１００で発生した蒸気Ｓが常に蒸気ヘッダに供給されるようにし、負荷（不図示）側に安定して蒸気Ｓが供給されるようにするためである。

以上のような構成により、本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００は、排ガスＧＨの保有する熱を蒸発器Ｅ１から吸収器Ａ１に、また蒸発器Ｅ２から吸収器Ａ２に汲み上げて被加熱媒体である補給水Ｗ１を加熱する。本実施の形態では、補給水Ｗ１は加熱されて水蒸気となって外部へ供給される。

図３の斜視図及び図４の平面図を参照して、本発明の第一の実施の形態の吸収ヒートポンプ１００を構成する、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１の構造を説明する。図３は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１を、それぞれの上部ヘッダを一部切り欠いて斜め上方から見た斜視図である。図４は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１を、それぞれの上部ヘッダを取り除いて上方から見た平面図である。本図において、蒸発器Ｅ１、Ｅ２の冷媒液入口、冷媒蒸気出口、再生器Ｇ２、Ｇ１の吸収液入口、吸収液出口は、図示を省略している。

本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００の備える蒸発器Ｅ１は、水平に配置される上部管板１５２とこれに平行に配置される下部管板１５３を備える。上部管板１５２と下部管板１５３との間には複数本の垂直伝熱管１５１が垂直に配置されている。各垂直伝熱管１５１は、上部と下部の管板１５２、１５３にそれぞれ穿設された孔に挿入され拡管された後にシール溶接されて気密性を確保している。複数本の垂直伝熱管１５１は、管の軸線方向から見て矩形の領域に格子状あるいは千鳥状に配列され、一群の管群を形成している。このような複数の垂直伝熱管１５１の内側を液状の冷媒液ＣＬが流れる。すなわち、蒸発器Ｅ１は水管ボイラの構造を備える。

蒸発器Ｅ２の構造は、蒸発器Ｅ１の排ガスＧＨの流れの下流側にある点を除き、蒸発器Ｅ１と同様である。すなわち、上部管板２５２と下部管板２５３を備え、両管板の間に複数本の垂直伝熱管２５１が配置されている。蒸発器Ｅ２は蒸発器Ｅ１と全く同様に水管ボイラの構造を備える。

同様に、本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００の備える再生器Ｇ１は、水平に配置される上部管板１７２とこれに平行に配置される下部管板１７３を備える。上部管板１７２と下部管板１７３との間には複数本の垂直伝熱管１７１が垂直に配置されている。各垂直伝熱管１７１は、上部と下部の管板１７２、１７３にそれぞれ穿設された孔に挿入され拡管された後にシール溶接されて気密性を確保している。複数本の垂直伝熱管１７１は、管の軸線方向から見て矩形の領域に格子状あるいは千鳥状に配列され、一群の管群を形成している。このような複数の垂直伝熱管１７１の内側を吸収液ＡＬｉが流れる。すなわち、再生器Ｇは水管ボイラの構造を備える。

再生器Ｇ２の構造は、再生器Ｇ１よりも排ガスＧＨの流れの上流側で、蒸発器Ｅ２の下流側にある点を除き、再生器Ｇ１と同様である。すなわち、上部管板２７２と下部管板２７３を備え、両管板の間に複数本の垂直伝熱管２７１が配置されている。再生器Ｇ２は再生器Ｇ１と全く同様に水管ボイラの構造を備える。

本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００では、蒸発器Ｅ１、Ｅ２の上部管板１５２、２５２と再生器Ｇ１、Ｇ２の上部管板１７２、２７２、また蒸発器Ｅ１、Ｅ２の下部管板１５３、２５３と再生器Ｇ１、Ｇ２の下部管板１７３、２７３は、それぞれ一体の管板で形成されている。蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１は、共通の熱源である排ガスＧＨで加熱されるので隣接して設けることができ、一体の一枚の板で形成することにより効率的な製造が可能となる。蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０との間は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１のヘッダの構成が可能である限り、できるだけ近接して配置するのが好ましい。あるいは以下で説明する流れ制限手段としてのダンパを挿入配置が可能である限り、できるだけ近接して配置するのが好ましい。近接して配置することによって、排ガスＧＨの流路が徒に長くなることを防ぎ、排ガスＧＨの流れ損失を抑えることができる。

なお、以上の管板は各蒸発器、再生器で、個別に形成してもよい。またそれぞれ蒸発器Ｅ１と蒸発器Ｅ２とで共通とし、再生器Ｇ２と再生器Ｇ１とで共通としてもよい。装置サイズが大きいときは、分割した方がむしろ製造や運搬の観点から好ましい場合があるからである。

本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００では、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１それぞれの複数本の垂直伝熱管１５１、２５１、２７１、１７１の外側をこの垂直伝熱管１５１等と交差して排ガスＧＨ１、ＧＨ１０２、ＧＨ５、ＧＨ２０２が流れ、排ガスＧＨ４として排出されるように構成されている。蒸発器Ｅ１、Ｅ２の上部管板１５２、２５２、下部管板１５３、２５３との間、再生器Ｇ２、Ｇ１の上部管板２７２、１７２と下部管板２７３、１７３との間に排ガスＧＨの流路６０が形成されている。本実施の形態では、排ガスＧＨは流路６０を通って垂直伝熱管１５１等に直角に交差して流れる。垂直伝熱管１５１等に関し、排ガスＧＨを管外側に、冷媒液ＣＬや吸収液ＡＬｉを管内側に流すので、排ガスＧＨの流路６０を大きく確保し、流速の高速化を避けることができる。

また、複数本の垂直伝熱管１５１、２５１、２７１、１７１は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と、再生器Ｇ２、Ｇ１とで、それぞれ蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０を構成し、蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０は、排ガスＧＨの流れに対して直線的に配列される。直線的に配列されるとは、排ガスＧＨの流路６０がいわゆる２パスや３パスのように複数パスではなく、１パスに配置されていることをいう。言い換えれば、蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０を取り除いて、排ガスＧＨの供給側から排出側を見たとき、排ガスＧＨの流路６０を通して供給側から排出側が見通せることをいう。

直線的に配列されるので、熱源が単位体積あたりの熱容量が小さい排ガスのようなガスであり、必要な熱量を得るためには非常に大きな体積流量の熱源ガスを流す必要があるとき、流動抵抗による圧力損失を低く抑えることができる。すなわち、曲がり損失あるいはターンによる損失を低減することができる。排ガスのような熱源ガスを流動させるための動力は大きくなりがちであるが、これを小さく抑えることができ、省エネルギー効果を削ぐことがない。

先に説明したように、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１とで、上部管板同士、下部管板同士は、それぞれ一体の管板で形成せず、それぞれ別体としてもよい。別体とすれば、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１の配置をそれぞれの独自の都合により定めることができる。各機器を別体とする場合も、蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０は、排ガスＧＨ１、ＧＨ１０２、ＧＨ５、ＧＨ２０２、ＧＨ４の流れに対して直線的に配列される点は変わらない。また別体とする場合も、これら機器は極力近接して配置するのが好ましい。排ガスの流路損失を低く抑えるためである。

本実施の形態では、再生器管群２７０、１７０は、排ガスＧＨの流れに対して、蒸発器管群１５０、２５０の下流側に配置される。

熱源が排ガスのようなガスであるときは、利用すべき温度幅が大きい。例えば２００℃で供給されて、１００℃で排出される。この場合、１００℃の温度差を利用することになる。したがって、排ガスを熱源として利用するような場合は、比較的高温のガスによる吸収液の過剰濃縮、結晶の危険があった。しかしながら、再生器管群２７０、１７０を、蒸発器管群１５０、２５０の下流側に配置するので、排ガスＧＨは蒸発器Ｅ１、Ｅ２で温度がある程度低下した後で再生器Ｇ２、Ｇ１に供給される。したがって、排ガスＧＨが供給された上流側の部分、言い換えれば比較的高温の部分による吸収液の過剰濃縮、結晶の危険を抑えることができる。

さらに、本実施の形態では、蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０を外気から遮断し、各管板１５２、１５３、２５２、２５３、２７２、２７３、１７２、１７３と協働して排ガスＧＨの流路を構成する側板１５４ａ、１５４ｂ、２５４ａ、２５４ｂ、２７４ａ、２７４ｂ、１７４ａ、１７４ｂ（図４参照）を備える。側板１５４ａ等の代わりに水冷壁としてもよいが、排ガスのように２５０℃程度あるいはそれ以下、典型的には２００℃程度であれば、単なる平板（鉄板）で構成することができ、簡易な構造となる。すなわち、水冷壁のように複層構造で層間に圧力をもった流体を収容する構造ではなく、単層構造乃至は単板構造とすることができる。本実施の形態の吸収ヒートポンプ１００では、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１は、大気圧以上の圧力の圧力容器となることが多い。その場合、各上部ヘッダ１５５、２５５、２７５、１７５と下部ヘッダ１５６、２５６、２７６、１７６（吸収ヒートポンプでは特に蒸発器のヘッダ）は圧力を受けるが、側板が水冷壁ではなく単なる単層の平板であるので、強度的な対応が容易となる。なお本実施の形態では、再生器のヘッダの内側は、負圧となり得るが、側板が水冷壁ではなく単なる単層の平板であるので外圧への対応が容易となる。

また既に説明したように、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と、再生器Ｇ２、Ｇ１とが、あるいは蒸発器管群１５０、２５０と再生器管群２７０、１７０とが、排ガスＧＨの流れに対して直線的に配列されている。これは典型的には、側板１５４ａ、２５４ａと側板２７４ａ、１７４ａとが一枚の平面状に形成され、側板１５４ｂ、２５４ｂと側板２７４ｂ、１７４ｂが同様に一枚の平面状に形成され、それぞれ好ましくは単一の平板で形成され、さらに、蒸発器上部管板１５２、２５２と再生器上部管板２７２、１７２とが一枚の平面状に形成され、蒸発器下部管板１５３、２５３と再生器下部管板２７３、１７３とが同様に一枚の平面状に形成され、それぞれ好ましくは単一の平板で形成されていることにより実現できると言ってもよい。

側板１５４ａ、１５４ｂ、２５４ａ、２５４ｂ、２７４ａ、２７４ｂ、１７４ａ、１７４ｂの外気側は断熱材を施すのが好ましい。あまり温度が高くないとはいいながら、利用できる熱を外に逃がさないためである。また人体に対する安全のためである。

さらに、本実施の形態では、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１は、それぞれの管群１５０、２５０、２７０、１７０の上部の開口部を覆うように蒸発器上部ヘッダ１５５、２５５と再生器上部ヘッダ２７５、１７５を設け、下部の開口を覆うように蒸発器下部ヘッダ１５６、２５６（冷媒液供給室）と再生器下部ヘッダ２７６、１７６（溶液供給室）を設ける。蒸発器上部ヘッダ１５５、２５５は、気液分離室を兼ねてもよい。このように構成すると、構造の簡易化を図ることができる。

図５の平面図を参照して、本発明の第二の実施の形態で用いる蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１の組合せを説明する。図５は、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と発生器Ｇ２、Ｇ１の各上部ヘッダをはずして、垂直伝熱管１５１、２５１、２７１、１７１を軸線方向から、すなわち上方から見た平面図である。本実施の形態では、熱源ガスとしての排ガスＧＨの流路６０中、蒸発器管群２５０の下流側の端部から再生器管群２７０をバイパスして、排ガスＧＨを前記再生器管群２７０の下流側に流すバイパス流路９１を備える。

バイパス流路９１は、排ガスＧＨ１０２あるいは蒸発器管群２５０を通過した後の排ガスＧＨ５の全てあるいは一部を、再生器管群２７０を避けて、その下流側に導く流路である。

ここで、蒸発器管群２５０の下流側の端部とは、排ガスＧＨの流れ方向最下流の垂直伝熱管２５１の下流側の部分、すなわち排ガスＧＨ１０２が蒸発器管群２５０の全てを通過して排ガスＧＨ５となった部分、さらに言い換えれば蒸発器管群２５０と再生器管群２７０との間の空間部分が好ましいが、図示のように、排ガスＧＨ１０２が蒸発器管群２５０の上流側の複数の垂直伝熱管を通過した後の部分であってもよい。すなわち、蒸発器管群２５０と再生器管群２７０との間の空間部分を含む部分、あるいはそれよりも多少上流部分であってもよい。このとき、バイパス流路９１の始まる部分は、再生器管群２７０にかからないようにするのが好ましい。バイパス流路９１を設ける目的は、再生器Ｇ２中での吸収液の過剰濃縮、ひいては結晶化を防止することだからである。

バイパス流路９１の始点を、排ガスＧＨ１０２が蒸発器管群２５０の全てを通過して排ガスＧＨ５となった部分とすれば、蒸発器Ｅ２で排ガスＧＨ１０２の高温部分をできるだけ利用することができ熱利用の観点から好ましい。しかしながら、バイパス流路９１の始点を、排ガスＧＨ１０２が蒸発器管群２５０の上流側のある程度の本数の垂直伝熱管２５１を通過した後の部分としても、排ガスＧＨ１０２の熱量は蒸発器Ｅ２でかなり利用できている上に、装置構成の柔軟性を高めることができる。すなわち、蒸発器管群２５０と再生器管群２７０との間の空間部分を短く構成することができ、装置のコンパクト化、流路抵抗の低減を図ることができる。

バイパス流路９１には、バイパス流量を制限するダンパ９２を備える。バイパス流路９１は、再生器Ｇ２中での吸収液ＡＬｉの過剰濃縮、ひいては結晶化を防止するに十分な排ガスＧＨ５をバイパスするものだからである。必要以上にバイパスする必要はない。ダンパ９２は、排ガスＧＨ５の流量を制限するだけでなく、遮断できるものが好ましい。再生器Ｇ２中の吸収液の濃度が危険領域にないときは、完全に遮断した方が熱回収の観点から好ましいからである。

なお図５では、バイパス９１は、再生器Ｇ２と再生器Ｇ１の両方をバイパスするものとして図示しているが、少なくとも再生器Ｇ２をバイパスすればよい。吸収液の過剰濃縮、結晶の恐れが高いのは、排ガスの上流側にある再生器Ｇ２だからである。

この実施の形態では、再生器Ｇ２内の吸収液ＡＬｉの濃度を検出する濃度検出器ＤＥＮ（図１参照）を備えるとよい。再生器Ｇ１と再生器Ｇ２を比較すると、デューリング線図（図２参照）に示されるように、再生器Ｇ２には、結晶、過剰濃縮の可能性がある。そこで、再生器Ｇ２の出口濃度上昇時には、再生器Ｇ２の濃縮能力を調節するとよい。そこで、濃度検出器ＤＥＮを備えて、再生器Ｇ内の吸収液ＡＬｉの濃度に応じてダンパ９２の開度を調節し、再生器Ｇ２への排ガスの流入量を加減する。濃度検出器ＤＥＮは、再生器Ｇ２内の吸収液ＡＬｉの濃度が最も高くなる位置、典型的には上部ヘッダ２７５内に設置する。なお、図１に示すように上部ヘッダ２７５から吸収器Ａ２に吸収液ＡＬｉを導く吸収液移送管路２０２に設置してもよい。その場合、できるだけ再生器Ｇ２に近い位置が好ましい。濃度検出器ＤＥＮは、濃度を直接検出する検出器に限らず、間接的に検出するものであってもよい。すなわち濃度に相当する物理量、例えば吸収液の密度を検出するものであってもよい。ここでいう濃度は、濃度に関連する算出値であってもよい。すなわち濃度は、密度と温度から検出するものであってもよく、音速と温度から検出するものであってもよく、濃度の代わりに密度、比重を基にしてもよい。また、再生器出口の溶液温度と再生器Ｇ２の蒸気圧（あるいは露点）との関係から濃度を推定してもよい。すなわち、溶液の気液平衡関係から算出してもよい。再生器の蒸気圧あるいは露点は冷却水温度に強く影響されるので、溶液温度と冷却水温度から濃縮の危険性を判断してもよい。このように推定、或いは算出するものも濃度検出の一形態とする。

この実施の形態では、さらに蒸発器Ｅ２と再生器Ｇ２との間、さらに言えば蒸発器管群２５０と再生器管群２７０との間に、ダンパ９３を設けるのが好ましい。バイパス流路９１とダンパ９２を備えれば、再生器管群２７０（及び再生器管群１７０）の流路抵抗により、かなりの量の排ガスＧＨ５をパイパス９１に流すことができるが、さらにダンパ９３を設けることにより、調節の幅を広げることができる。ダンパ９３は、多葉式、すなわち本体部分を縦または横に複数枚に分割した平板とし、それぞれの縦長あるいは横長の平板の長手方向中心軸回りを回動可能にしたものである。多葉式にすると、蒸発器Ｅ２と再生器Ｇ２との間の空間を大きく取る必要がなく、蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１の組合せをコンパクト化し易い。ダンパ９２も多葉式としてもよい。

ダンパ９３は、排ガスＧＨ５の流量を制限するだけでなく、遮断できるものが好ましい。再生器Ｇ２中の吸収液の濃度によっては、一時的に完全に遮断したい場合もあり得るからである。ダンパ９３を完全に遮断するときは、通常はダンパ９２は全開とする。

なお、バイパス流路９１を設けると、見掛け上、側板２７４ｂ、１７４ｂが単層構造乃至は単板構造ではなく、複層構造であるかのように見える。しかしながら、バイパス流路９１は、内圧のかかる複層構造の水冷壁の構造とは異なる。すなわち、排ガスＧＨは排ガス流路６０を流れるときは、圧力は無視できる程度に低い。したがって、側版２７４ｂ、１７４ｂは、単層構造乃至は単板構造とすることができる点で、バイパス流路９１が設けられていない場合と同様である。単層構造の側版２７４ｂ、１７４ｂの外側に、圧力容器として扱う必要のないバイパス流路９１が設けられているだけである。

試算によれば、排ガスＧＨ１の入口温度が２００℃で、１８０℃の水蒸気Ｓを得ようとすると、排ガスボイラでは約１２の熱量しか得られないのに対して、吸収ヒートポンプを用いると約４３の熱量が得られる。また排ガスＧＨ１の入口温度が１８０℃のときは、排ガスボイラでは当然のことながら、得られる熱量はゼロであるのに対して、吸収ヒートポンプを用いると約３２の熱量が得られる。ここで発生蒸気熱量は、排ガスを温度２００℃から１００℃まで利用した場合の熱量を１００として相対的な数字で示している。

蒸発器Ｅ１、Ｅ２と再生器Ｇ２、Ｇ１は、管板を共通とするだけでなく、缶胴を一体構造としてもよい。

本発明の吸収ヒートポンプは、熱源出口温度差を大きく利用する場合に利用され、特に排ガスのような熱源ガスから熱を回収して被加熱媒体を加熱するのに利用される。

５ 冷媒液移送管路
７ 補給水移送管路
８ 蒸気供給管路
１１ 気液分離器
１７、１１７、２１７ 冷媒蒸気移送管
１００ 吸収ヒートポンプ
１００−１ 第一の吸収ヒートポンプ部
１００−２ 第二の吸収ヒートポンプ部
１０２、１０３、２０２、２０３ 吸収液移送管路
１１６、２１６ 冷媒蒸気移送管
１２２、２２２ 吸収液スプレイ
１２３、２２３ 被加熱管
２１ 制御装置
３０ 冷却管
３７ 逆止弁
３８ 逆止弁
４０ 逆止弁
６０ 排ガス流路
９１ バイパス流路
９２、９３ ダンパ
１３９、２３９ 逆止弁
１５０、２５０ 蒸発器管群
１５１、２５１ 垂直伝熱管
１５２、２５２ 蒸発器上部管板
１５３、２５３ 蒸発器下部管板
１５４ａ、１５４ｂ、２５４ａ、２５４ｂ 蒸発器側板
１５５、２５５ 蒸発器上部ヘッダ
１５６、２５６ 蒸発器下部ヘッダ
１７０、２７０ 再生器管群
１７１、２７１ 垂直伝熱管
１７２、２７２ 再生器上部管板
１７３、２７３ 再生器下部管板
１７４ａ、１７４ｂ、２７４ａ、２７４ｂ 再生器側板
１７５、２７５ 再生器上部ヘッダ
１７６、２７６ 再生器下部ヘッダ
Ａ１、Ａ２ 吸収器（吸収部）
ＡＬｉ 吸収液
Ｂ 熱交換器
Ｃ 凝縮器
ＣＳ 冷媒蒸気
ＣＬ 冷媒液
ＤＥＮ 濃度センサ
Ｅ１、Ｅ２ 蒸発器
Ｇ１、Ｇ２ 再生器
ＧＨ、ＧＨ０、ＧＨ１、ＧＨ３、ＧＨ４、ＧＨ５、ＧＨ１０２、ＧＨ２０２ 排ガス
Ｌ１０１、Ｌ２０１、Ｌ１０２、Ｌ２０２、Ｌ３ 液面レベルセンサ
Ｐ 圧力センサ
Ｐ４ 冷媒ポンプ
Ｐ１２、Ｐ１３ 給水ポンプ
Ｐ１０１、Ｐ２０１ 溶液ポンプ
Ｓ 蒸気
Ｖ１ 蒸気弁
Ｖ１０３、Ｖ２０３ 冷媒供給弁
Ｗ１ 補給水
ＷＣ 冷却水
Ｘ２ 熱交換器
Ｘ１０１、Ｘ２０１ 溶液熱交換器

Claims (5)

1. 熱源流体により冷媒を加熱して蒸発させる第一の蒸発器と；
   前記第一の蒸発器で蒸発した冷媒を吸収して吸収熱で被加熱媒体を加熱する第一の吸収器と；
   前記第一の吸収器で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液を前記熱源流体により加熱して再生する第一の再生器と；
   前記熱源流体により冷媒を加熱して蒸発させる第二の蒸発器と；
   前記第二の蒸発器で蒸発した冷媒を吸収して吸収熱で被加熱媒体を加熱する第二の吸収器と；
   前記第二の吸収器で冷媒を吸収して濃度の低下した吸収液を前記熱源流体により加熱して再生する第二の再生器とを備え；
   前記第一の蒸発器、第二の蒸発器、第二の再生器及び第一の再生器は、前記熱源流体を流す流路中に、前記熱源流体の上流側から下流側に向けて、この順に配置された；
   吸収ヒートポンプ。
2. 前記熱源流体が１００℃まで利用する熱源ガスであり、
   前記第一の蒸発器及び第二の蒸発器は、それぞれ、
   蒸発器上部管板と、
   蒸発器下部管板と、
   前記蒸発器上部管板と蒸発器下部管板との間に設けられた、内側を液状の前記冷媒が流れる複数本の垂直伝熱管とを有し；
   前記第一の再生器及び第二の再生器は、それぞれ、
   再生器上部管板と、
   再生器下部管板と、
   前記再生器上部管板と再生器下部管板との間に設けられた内側を前記吸収液が流れる複数本の垂直伝熱管とを有し；
   前記複数本の垂直伝熱管の外側を前記垂直伝熱管と交差して前記熱源ガスが流れるように構成され；
   前記複数本の垂直伝熱管は、前記第一の蒸発器と、前記第二の蒸発器と、前記第二の再生器と、前記第一の再生器で、それぞれ第一の蒸発器管群と、第二の蒸発器管群と、第二の再生器管群と、第一の再生器管群とを構成し、前記第一の蒸発器管群と、前記第二の蒸発器管群と、前記第二の再生器管群と前記第一の再生器管群とは、前記熱源ガスの流れに対して直線的に配列された；
   請求項１に記載の吸収ヒートポンプ。
3. 前記熱源ガスの流路中、前記第二の蒸発器の下流側の端部から前記第二の再生器をバイパスして、前記熱源ガスを前記第二の再生器の下流側に流すバイパス流路と、前記バイパス流路中の前記熱源ガスの流れを制限する流れ制限手段を備える、請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。
4. 前記第一の吸収器及び第二の吸収器は、前記被加熱媒体としての水を加熱し大気圧以上の圧力の水蒸気を発生するように構成され、生成された水蒸気を、随伴する水から分離する気液分離器を備える、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプ。
5. 前記熱源流体の流路中、前記第一の蒸発器の上流側に、前記熱源流体の熱で直接水蒸気を発生する熱交換器を備える、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプ。

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