JP5882835B2

JP5882835B2 - 吸収ヒートポンプ

Info

Publication number: JP5882835B2
Application number: JP2012130210A
Authority: JP
Inventors: 福住　幸大; 幸大福住; 智芳入江
Original assignee: 荏原冷熱システム株式会社
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: JP2013253746A

Description

本発明は吸収ヒートポンプに関し、特に簡易迅速に溶液の結晶を回避する吸収ヒートポンプに関する。

駆動熱源温度より高い温度の被加熱媒体を取り出す熱源機械として、吸収ヒートポンプがある。吸収ヒートポンプは、冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を溶液で吸収させる吸収器、溶液から冷媒を離脱させる再生器、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器を主要構成として備えている。吸収ヒートポンプの運転中、これらの主要構成機器の間を冷媒及び溶液が循環するが、被加熱媒体の需要や、蒸発器及び再生器に導入される駆動熱源温度、凝縮器に導入する冷却水温度等の変化により、溶液の濃度が変化し得る。循環する溶液の濃度が高くなりすぎると、溶液が結晶して循環することができなくなり、運転の継続ができなくなる。このような不都合を解消する吸収ヒートポンプとして、凝縮器の冷媒液溜めに液面を検知して信号を出力する検出器を設け、冷媒液を循環させるポンプの吐出側と発生器（再生器）とを冷媒液ブロー管で接続し、冷媒液ブロー管に検出器の信号により開閉する開閉弁を設け、冷媒液溜めの冷媒液が設定量まで増えると開閉弁を開き冷媒液を発生器内の吸収液にブローするよう構成したものがある（例えば、特許文献１参照。）。

特公平４−４４１７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の吸収ヒートポンプでは、溶液の結晶防止措置のために検出器や開閉弁を設けることとなり、装置構成が複雑になる。

本発明は上述の課題に鑑み、簡易迅速に溶液の濃縮による結晶を回避することができる吸収ヒートポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、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に示すように、冷媒が吸収された溶液Ｓｗを加熱して溶液Ｓｗから冷媒を離脱させる再生器３０であって、溶液Ｓａを貯留する再生器缶胴３７を有する再生器３０と；再生器３０で溶液Ｓｗから離脱した冷媒の蒸気である冷媒蒸気Ｖｇを導入し凝縮させて冷媒の液体である冷媒液Ｖｆを生成する凝縮器４０であって、冷媒液Ｖｆを含む凝縮器内液体Ｖｆ、Ａを貯留する凝縮器缶胴４７を有する凝縮器４０と；凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ，Ａが所定の液位を超えたときに凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａを再生器缶胴３７内に溢流させるオーバーフロー堰５０とを備える。

このように構成すると、溶液の濃度の上昇に伴って溶液から離脱した冷媒液を含む凝縮器内液体の凝縮器缶胴内の液位が所定の液位を超えたときに凝縮器缶胴内の凝縮器内液体が再生器缶胴内に流入するため、単純な構造で、濃度が最も高くなる再生器缶胴内の溶液が速やかに希釈されることとなり、溶液の濃縮による結晶を回避することができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１を参照して示すと、上記本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、所定の液位が、再生器缶胴３７内の溶液Ｓａの濃度が許容できる上限に達したときの、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液位である。再生器缶胴内の溶液の濃度の許容できる上限は、典型的には、溶液が結晶する濃度よりも余裕分低い濃度である。

このように構成すると、溶液が濃縮して結晶する前に凝縮器内液体が溶液に混合することとなり、溶液の濃縮による結晶を回避することができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１及び図２に示すように、上記本発明の第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、冷媒及び溶液を含む作動媒体が、溶液による冷媒の吸収を促進させる伝熱促進剤Ａをさらに含んで構成され；凝縮器内液体が、冷媒液Ｖｆと伝熱促進剤Ａとを含んで構成され；オーバーフロー堰は、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液位が所定の液位に到達する前に伝熱促進剤Ａを先行して再生器缶胴３７に流入させる先行流出孔５１、５２、５３が形成されて構成されている。

このように構成すると、凝縮器缶胴内の冷媒液の上面に浮かびがちな伝熱促進剤を優先して再生器缶胴内の溶液に混合させることができる。また、伝熱促進剤を少しずつ再生器缶胴へ導くことができ、再生器缶胴内の溶液に伝熱促進剤を混合させやすくなる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１及び図２（Ｂ）を参照して示すと、上記本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプにおいて、先行流出孔５２が、下方から上方に行くに連れて連続的又は断続的に幅が広くなるように構成されている。

このように構成すると、再生器缶胴内の溶液の濃度が高くなる程、換言すれば凝縮器缶胴内の凝縮器内液体の液位が高くなるほど凝縮器缶胴から再生器缶胴へ溢流する伝熱促進剤の流量が多くなり、負荷の大きさに応じた流量の伝熱促進剤を凝縮器缶胴から再生器缶胴へ溢流させることができる。

本発明によれば、溶液の濃度の上昇に伴って溶液から離脱した冷媒液を含む凝縮器内液体の凝縮器缶胴内の液位が所定の液位を超えたときに凝縮器缶胴内の凝縮器内液体が再生器缶胴内に流入するため、単純な構造で、濃度が最も高くなる再生器缶胴内の溶液が速やかに希釈されることとなり、溶液の濃縮による結晶を回避することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの模式的系統図である。本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプが備えるオーバーフロー管の変形例を示す図であり、（Ａ）は第１の変形例を示す図、（Ｂ）は第２の変形例を示す図、（Ｃ）は第３の変形例を示す図である。

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材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１を説明する。図１は、吸収ヒートポンプ１の模式的系統図である。吸収ヒートポンプ１は、吸収ヒートポンプサイクルを行う主要構成機器である吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、及び凝縮器４０と、吸収器１０で加熱された被加熱媒体を気液分離する気液分離器８０と、制御装置９９とを備えている。吸収ヒートポンプ１は、比較的利用価値の低い低温（例えば８０℃〜９０℃程度）の排温水を熱源媒体として再生器３０及び蒸発器２０に供給して、利用価値の高い被加熱媒体蒸気Ｗｖ（例えば、圧力が約０．１ＭＰａ（ゲージ圧）を超え、望ましくは０．８ＭＰａ（ゲージ圧）程度）を気液分離器８０から取り出すことができるものである。

なお、以下の説明においては、溶液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「溶液Ｓ」ということとする。また、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、溶液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｖとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。また、被加熱媒体に関し、液体の被加熱媒体である「被加熱媒体液Ｗｑ」、気体の被加熱媒体である「被加熱媒体蒸気Ｗｖ」、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した「混合被加熱媒体Ｗｍ」を総称して「被加熱媒体Ｗ」ということとする。本実施の形態では、被加熱媒体Ｗとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。また、溶液Ｓ及び冷媒Ｖの系統には、伝熱促進剤として、図１中に符号Ａで示すオクタノール（２−エチル−１−ヘキサノール）が投入されている。以下に説明するヒートポンプサイクルにおいて、オクタノールＡは、流動する溶液Ｓ及び冷媒Ｖに適宜含まれるものであるが、溶液Ｓ及び冷媒Ｖに対する含有量が少ないため、特に強調したい場合を除き、言及を省略する。換言すると、単に溶液Ｓ及び冷媒Ｖの流れを説明しているものに、オクタノールＡが含まれ得ることとする。

吸収器１０は、被加熱媒体Ｗの流路を構成する加熱管１１と、濃溶液Ｓａを散布する濃溶液散布ノズル１２とを、吸収器缶胴１７の内部に有している。濃溶液散布ノズル１２は、散布した濃溶液Ｓａが加熱管１１に降りかかるように、加熱管１１の上方に配設されている。吸収器１０は、濃溶液散布ノズル１２から濃溶液Ｓａが散布され、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、加熱管１１を流れる被加熱媒体Ｗが受熱して、被加熱媒体Ｗが加熱されるように構成されている。吸収器１０の下部には、散布された濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗが貯留される貯留部１３が形成されている。加熱管１１は、希溶液Ｓｗに没入しないように、貯留部１３よりも上方に配設されている。貯留部１３には、貯留された希溶液Ｓｗの液位を検出する吸収器液位検出器１４が配設されている。

蒸発器２０は、加熱媒体としての熱源温水ｈの流路を構成する伝熱管２１を、蒸発器缶胴２７の内部に有している。蒸発器２０は、蒸発器缶胴２７の内部に冷媒液Ｖｆを散布するノズルを有していない。このため、伝熱管２１は、蒸発器缶胴２７内に貯留された冷媒液Ｖｆに浸かるように配設されている（満液式蒸発器）。蒸発器２０は、伝熱管２１周辺の冷媒液Ｖｆが伝熱管２１内を流れる熱源温水ｈの熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生するように構成されている。蒸発器缶胴２７内には、内部に貯留された冷媒液Ｖｆの液面の高位ＶＨを検出する高位検出器２４Ｈ及び低位ＶＬを検出する低位検出器２４Ｌを有する蒸発器液位検出器２４が配設されている。蒸発器缶胴２７の底面には、蒸発器缶胴２７内に冷媒液Ｖｆを供給する冷媒液管４５が接続されている。

吸収器缶胴１７と蒸発器缶胴２７とは、上部で接続されており、これにより、吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で相互に連通している。吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で連通することにより、吸収器１０及び蒸発器２０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、吸収器１０と蒸発器２０とが連通することにより、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器１０に供給することができるように構成されている。吸収器１０と蒸発器２０とは、典型的には、濃溶液散布ノズル１２より上方で連通している。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する熱源媒体としての熱源温水ｈを内部に流す熱源管３１と、希溶液Ｓｗを散布する希溶液散布ノズル３２とを、再生器缶胴３７の内部に有している。再生器３０は、散布された希溶液Ｓｗから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した濃溶液Ｓａが下部に貯留されるように構成されている。再生器３０では、希溶液Ｓｗが熱源温水ｈに加熱されることにより、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖが離脱し、濃溶液Ｓａと再生器冷媒蒸気Ｖｇとが生成されるように構成されている。再生器３０の濃溶液Ｓａが貯留される部分と吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２とは、濃溶液Ｓａを流す濃溶液管３５で接続されている。濃溶液管３５には、再生器３０の濃溶液Ｓａを吸収器１０に圧送する溶液ポンプ３５ｐが配設されている。溶液ポンプ３５ｐは、吸収器液位検出器１４と信号ケーブルで接続されたインバータ３５ｖを有しており、吸収器液位検出器１４が検出する液位に応じて回転速度が調節されて吸収器１０に圧送する濃溶液Ｓａの流量を調節することができるように構成されている。希溶液散布ノズル３２と吸収器１０の貯留部１３とは希溶液Ｓｗを流す希溶液管１６で接続されている。濃溶液管３５及び希溶液管１６には、濃溶液Ｓａと希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器３８が配設されている。

凝縮器４０は、冷却媒体流路を形成する冷却水管４１を、凝縮器缶胴４７の内部に有している。冷却水管４１には、冷却媒体としての冷却水ｃが流れる。凝縮器４０は、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これを冷却水ｃで冷却して凝縮させるように構成されている。冷却水管４１は、再生器冷媒蒸気Ｖｇを直接冷却することができるように、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮した冷媒液Ｖｆに浸らないように配設されている。凝縮器４０には凝縮した冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に送る冷媒液管４５が接続されている。冷媒液管４５には、冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に圧送するための冷媒ポンプ４６が配設されている。冷媒ポンプ４６は、蒸発器液位検出器２４と信号ケーブルで接続されており、蒸発器液位検出器２４が検出する液位に応じて発停が制御されるように構成されている。

再生器缶胴３７と凝縮器缶胴４７とは、上部で接続されており、これにより、再生器３０と凝縮器４０とが気相部で相互に連通している。再生器３０と凝縮器４０とが気相部で連通することにより、再生器３０及び凝縮器４０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、再生器３０と凝縮器４０とが連通することにより、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給することができるように構成されている。再生器３０と凝縮器４０とは、典型的には、希溶液散布ノズル３２より上方で連通している。また、再生器缶胴３７と凝縮器缶胴４７との間には、両者の内部を連絡するオーバーフロー管５０が配設されている。オーバーフロー管５０は、再生器３０側では再生器缶胴３７の下部側面に接続されており、凝縮器４０側では凝縮器缶胴４７の底面を貫通して所定の高さまで延びている。所定の高さは、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａの濃度が許容できる上限（溶液Ｓが結晶する濃度よりも余裕分低い濃度）に達したときの、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆ及びオクタノールＡの液体の液面の高さ（所定の液位）である。本実施の形態では、冷媒液ＶｆとオクタノールＡとで凝縮器内液体を構成している。溶液Ｓの濃度は、冷媒Ｖの含有率によって決まるが、濃溶液Ｓａの濃度が上昇する際に離脱した冷媒Ｖは凝縮器４０に集まる一方、蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆの液位が低位ＶＬと高位ＶＨとの間に収まるように制御されるため、濃溶液Ｓａの濃度の高低は、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆ及びオクタノールＡ（凝縮器内液体）の液面高さに現れることとなる。また、再生器３０及び凝縮器４０は、再生器缶胴３７の底面が凝縮器缶胴４７の底面よりも低くなるように配設されている。再生器缶胴３７の底面と凝縮器缶胴４７の底面との高さの差は、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａが最高液位になったときでも、凝縮器缶胴４７内のオーバーフロー管５０の先端から濃溶液Ｓａが流出しない高さ以上とするとよい。

気液分離器８０は、吸収器１０の加熱管１１を流れて加熱された被加熱媒体Ｗを導入し、被加熱媒体蒸気Ｗｖと被加熱媒体液Ｗｑとを分離する機器である。気液分離器８０には、内部に貯留する被加熱媒体液Ｗｑの液位を検出する気液分離器液位検出器８１が設けられている。気液分離器８０の下部と吸収器１０の加熱管１１の一端とは、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に導く被加熱媒体液管８２で接続されている。被加熱媒体液管８２には、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に向けて圧送する被加熱媒体ポンプ８３が配設されている。内部が気相部となる気液分離器８０の側面と加熱管１１の他端とは、混合被加熱媒体Ｗｍを気液分離器８０に導く加熱後被加熱媒体管８４で接続されている。

また、気液分離器８０には、蒸気として系外に供給された分の被加熱媒体Ｗを補うための補給水Ｗｓを系外から導入する補給水管８５が接続されている。補給水管８５には、気液分離器８０に向けて補給水Ｗｓを圧送する補給水ポンプ８６と、逆止弁８５ｃと、補給水Ｗｓを温水で予熱する補給水熱交換器８７Ｂと、希溶液Ｓｗと熱交換させて補給水Ｗｓをさらに加熱する補給水熱交換器８７Ａとが、補給水Ｗｓの流れ方向に向かってこの順に配設されている。補給水ポンプ８６は、気液分離器液位検出器８１と信号ケーブルで接続されており、気液分離器８０内の被加熱媒体液Ｗｑの液位に応じて発停が制御されるように構成されている。補給水熱交換器８７Ａは、補給水Ｗｓと希溶液Ｓｗとを熱交換させるように、補給水管８５と、溶液熱交換器３８よりも上流側の希溶液管１６とに配設されている。また、気液分離器８０には、被加熱媒体蒸気Ｗｖを系外に供給する被加熱媒体蒸気供給管８９が上部（典型的には頂部）に接続されている。

気液分離器８０は、典型的には、加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部が蒸発して被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した混合被加熱媒体Ｗｍを導入するが、被加熱媒体液Ｗｑのまま気液分離器８０に導いて減圧し一部を気化させて混合被加熱媒体Ｗｍとしたものを気液分離させるようにしてもよい。被加熱媒体液Ｗｑを減圧気化するには、オリフィス等の絞り手段を用いることができる。加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部を蒸発させるか否かは、典型的には、被加熱媒体ポンプ８３及び／又は補給水ポンプ８６の吐出圧力を調節することにより、加熱管１１内の圧力を被加熱媒体液Ｗｑの温度に相当する飽和圧力よりも高くするか否かによって調節することができる。

制御装置９９は、吸収ヒートポンプ１の運転を制御する機器である。制御装置９９は、被加熱媒体ポンプ８３と信号ケーブルで接続されており、この発停や回転速度の調節を行うことができるように構成されている。これまでの説明では吸収器液位検出器１４の出力を直接入力して制御されることとした溶液ポンプ３５ｐ、蒸発器液位検出器２４の出力を直接入力して制御されることとした冷媒ポンプ４６、及び気液分離器液位検出器８１の出力を直接入力して制御されることとした補給水ポンプ８６も、制御装置９９を介して（検出器の出力信号を一旦制御装置９９に入力して）制御されることとしてもよい。

引き続き図１を参照して、吸収ヒートポンプ１の作用を説明する。まず、冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器４０では、再生器３０で蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを受け入れて、冷却水管４１を流れる冷却水ｃで冷却して凝縮し、冷媒液Ｖｆとする。凝縮した冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ４６で蒸発器２０に送られ、蒸発器缶胴２７の底部から蒸発器缶胴２７内に導入される。このとき、蒸発器缶胴２７内に貯留される冷媒液Ｖｆの液面が低位ＶＬと高位ＶＨとの間に収まるように、蒸発器液位検出器２４の検出液位に応じて冷媒ポンプ４６の発停が制御される。典型的には、冷媒液Ｖｆの液面が低位ＶＬまで下降したことを低位検出器２４Ｌが検出したら冷媒ポンプ４６が起動し、液面が高位ＶＨまで上昇したことを高位検出器２４Ｈが検出したら冷媒ポンプ４６が停止する。蒸発器缶胴２７内に貯留された冷媒液Ｖｆは、伝熱管２１内を流れる熱源温水ｈによって加熱され、蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなる。蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅは、蒸発器２０と連通する吸収器１０へと移動する。

次に吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルを説明する。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが濃溶液散布ノズル１２から散布され、この散布された濃溶液Ｓａが蒸発器２０から移動してきた蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する。蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる。吸収器１０では、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、加熱管１１を流れる被加熱媒体液Ｗｑが加熱される。ここで、被加熱媒体蒸気Ｗｖを取り出すための気液分離器８０まわりの作用について説明する。

気液分離器８０には、系外から補給水Ｗｓが補給水管８５を介して導入される。補給水Ｗｓは、補給水ポンプ８６により補給水管８５を圧送され、まず補給水熱交換器８７Ｂで温度が上昇した後に、補給水熱交換器８７Ａで希溶液Ｓｗと熱交換してさらに温度が上昇して、気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された補給水Ｗｓは、被加熱媒体液Ｗｑとして気液分離器８０の下部に貯留される。気液分離器８０の下部に貯留される被加熱媒体液Ｗｑが適切な液位になるように、補給水ポンプ８６が制御される。気液分離器８０の下部に貯留されている被加熱媒体液Ｗｑは、被加熱媒体ポンプ８３で吸収器１０の加熱管１１に送られる。加熱管１１に送られた被加熱媒体液Ｗｑは、吸収器１０における上述の吸収熱により加熱される。加熱管１１で加熱された被加熱媒体液Ｗｑは、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして、気液分離器８０に向けて加熱後被加熱媒体管８４を流れる。あるいは、加熱後被加熱媒体管８４を、温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑが流れることとしてもよく、この場合、被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０に導入される際に減圧され、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された混合被加熱媒体Ｗｍは、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが分離される。分離された被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０の下部に貯留され、再び吸収器１０の加熱管１１に送られる。他方、分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖは、被加熱媒体蒸気供給管８９に導出され、蒸気利用場所に供給される。

再び吸収ヒートポンプ１の溶液側のサイクルの説明に戻る。吸収器１０で蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した濃溶液Ｓａは、濃度が低下して希溶液Ｓｗとなり、貯留部１３に貯留される。貯留部１３内の希溶液Ｓｗは、重力及び吸収器１０と再生器３０との内圧の差により再生器３０に向かって希溶液管１６を流れ、補給水熱交換器８７Ａで補給水Ｗｓと熱交換して温度が低下した後に、溶液熱交換器３８で濃溶液Ｓａと熱交換してさらに温度が低下して、再生器３０に至る。再生器３０に送られた希溶液Ｓｗは、希溶液散布ノズル３２から散布される。希溶液散布ノズル３２から散布された希溶液Ｓｗは、熱源管３１を流れる熱源温水ｈ（本実施の形態では約８５℃前後）によって加熱され、散布された希溶液Ｓｗ中の冷媒が蒸発して（離脱して）濃溶液Ｓａとなり、再生器３０の下部に貯留される。他方、希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒Ｖは再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器４０へと移動する。再生器３０の下部に貯留された濃溶液Ｓａは、溶液ポンプ３５ｐにより、濃溶液管３５を介して吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２に圧送される。このとき、吸収器１０の貯留部１３に貯留された希溶液Ｓｗが所定の液位になるように、吸収器液位検出器１４の検出液位に応じてインバータ３５ｖにより溶液ポンプ３５ｐの回転速度（ひいては吐出流量）が調節される。濃溶液管３５を流れる濃溶液Ｓａは、溶液熱交換器３８で希溶液Ｓｗと熱交換して温度が上昇してから吸収器１０に流入し、濃溶液散布ノズル１２から散布される。以降、同様のサイクルを繰り返す。

上記のような溶液Ｓ及び冷媒Ｖのサイクルを行う吸収ヒートポンプ１は、運転中、溶液Ｓに対して、吸収器１０における冷媒Ｖの吸収及び再生器３０における冷媒Ｖの離脱が繰り返されて溶液Ｓ及び冷媒Ｖが循環するが、溶液Ｓ及び冷媒Ｖは、閉じられた空間内で循環されるために原則として総量の変化はない。その上で、溶液Ｓの濃度は、蒸発器２０及び／又は再生器３０に供給される熱源温水ｈの温度、凝縮器４０に供給される冷却水ｃの温度、被加熱媒体蒸気Ｗｖの需要等の変化により、吸収器１０における冷媒Ｖの吸収速度よりも再生器３０における冷媒Ｖの離脱速度の方が大きくなると、再生器３０内の濃溶液Ｓａの濃度が上昇傾向となる。仮に、溶液Ｓの濃度が上昇し続けて結晶してしまうと溶液Ｓの流動が阻害されて正常な運転ができなくなる。本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１では、濃溶液Ｓａの濃度が上昇して行くと、結晶濃度に達する前に凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆ及びオクタノールＡの液体（以下、単に「凝縮器内液体Ｖｆ、Ａ」ということもある）の液面がオーバーフロー管５０の端部まで上昇し、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａがオーバーフロー管５０を介して再生器缶胴３７内に流入する。再生器缶胴３７内に流入した冷媒液Ｖｆは、濃溶液Ｓａと混合され、濃溶液Ｓａを希釈する。このように、吸収ヒートポンプ１では、再生器３０内の濃溶液Ｓａが、結晶濃度に到達する前に適切に希釈されるため、簡便な構成で確実に溶液Ｓが結晶することを回避することができる。また、溶液Ｓの濃度が最も高くなる再生器３０内に冷媒液Ｖｆを流入させるため、濃溶液Ｓａを迅速に希釈することができる。

また、溶液Ｓ中には、伝熱促進剤としてオクタノールＡが投入されているが、時間経過にしたがって凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆの液面に浮かぶように集まる傾向にある。オクタノールＡは、溶液Ｓに溶解することによって吸収器１０における溶液Ｓによる冷媒Ｖの吸収を促進させることができるが、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆの液面に浮かんでいる状態であると、少しずつ冷媒Ｖに溶けてサイクルを循環するだけで、溶液Ｓによる冷媒Ｖの吸収の促進に関して所望の効果を得ることができない。吸収ヒートポンプ１では、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面が上昇すると、冷媒液Ｖｆの液面に浮かんでいるオクタノールＡがオーバーフロー管５０を介して再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａに混合されることとなり、オクタノールＡを積極的に濃溶液Ｓａに混合させることができ、吸収器１０における吸収能力を増進させることができる。吸収器１０における吸収能力が増加すると、再生器３０内の濃溶液Ｓａの濃度が低下し、凝縮器４０内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面が低下することとなる。なお、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆの液面に浮かぶオクタノールＡは、凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面がオーバーフロー管５０の端部まで上昇しないと積極的に濃溶液Ｓａに混入されないこととなるが、凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面がオーバーフロー管５０の端部まで上昇してない状況では、濃溶液Ｓａの濃度が過度に上昇しておらず吸収器１０における溶液Ｓによる冷媒Ｖの吸収が適切に行われていると推定することができる。仮に、吸収器１０における溶液Ｓ（希溶液Ｓｗ）による冷媒Ｖ（蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ）の吸収が適切に行われていない場合、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａの濃度が上昇して行き、それが凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面上昇を招くこととなるが、凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面がオーバーフロー管５０の端部まで上昇すれば、上述のようにオクタノールＡが濃溶液Ｓａに混入するので、吸収器１０における溶液Ｓによる冷媒Ｖの吸収が促進され、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａの濃度低下及び凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面低下が生じ、吸収ヒートポンプ１は溶液Ｓの結晶が防止された安定した運転が行われることとなる。

以上で説明したように、吸収ヒートポンプ１では、簡便な構成で、濃溶液Ｓａの濃度が所定の濃度に上昇したときにはオーバーフロー管５０を流れた冷媒液Ｖｆによって速やかに希釈されると共に、オクタノールＡが溶液Ｓに混合されて吸収能力が増進されて、濃溶液Ｓａの結晶を回避することができる。

なお、図２（Ａ）に示すように、凝縮器缶胴４７内のオーバーフロー管５０（図１参照）が、先行流出孔としてのスリット５１が形成されたオーバーフロー管５０Ａで構成されていてもよい。スリット５１は、オーバーフロー管５０Ａの管端から、所定の幅（例えば、オーバーフロー管５０Ａの軸直角断面における円周長の１／２０〜１／１５程度）で、所定の深さ５１ｈに形成されている。所定の深さ５１ｈは、吸収ヒートポンプ１内に投入されたオクタノールＡの総量の容積を、凝縮器缶胴４７の水平投影面積で除した値とするとよい。この深さは、換言すると、投入されたオクタノールＡのすべてが凝縮器４０に集まったときのオクタノールＡの深さに相当する。このようなスリット５１の深さにすると、冷媒液Ｖｆがオーバーフロー管５０の上端から流入する前に、オクタノールＡを少しずつ再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａへ混合させて、吸収ヒートポンプ１の能力を円滑に改善させることができ、凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液位の上昇がさらに続く場合は冷媒液Ｖｆを少しずつ再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａに混合させることができる。ここで、溶液Ｓの結晶を回避するためには濃溶液Ｓａに冷媒液Ｖｆを流入させるのが効果的であるが、濃溶液Ｓａに冷媒液Ｖｆを過度に流入させると濃溶液Ｓａの濃度が低下しすぎてしまい、吸収ヒートポンプ１の効率の低下を招くこととなってしまう。この点、オーバーフロー管５０Ａのようにスリット５１が形成されていることにより、オクタノールＡが冷媒液Ｖｆに先行して濃溶液Ｓａに混合されるようにすることで、吸収ヒートポンプ１の効率の低下を抑制しつつ、吸収器１０における溶液Ｓによる冷媒Ｖの吸収（被加熱媒体Ｗへの吸収熱の伝達）を促進させることができる。なお、スリット５１の深さを決定するに際し、凝縮器缶胴４７の水平投影面積が高さによって異なる場合（段違いや錐体状等の場合）は、オーバーフロー管５０Ａの端部の高さ（所定の液位）における面積とするとよい。

また、図２（Ｂ）に示すように、先行流出孔が切り欠き５２で形成されたオーバーフロー管５０Ｂで構成されていてもよい。切り欠き５２は、オーバーフロー管５０Ｂの端部における幅が最も広く、下方に行くに連れて幅が連続的又は断続的に狭くなる形状となっている。換言すれば、切り欠き５２は、下方から上方に行くに連れて幅が広くなるように形成されている。このように構成されていると、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａの濃度が高くなるほど、すなわち凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液位が高くなるほど、切り欠き５２を介してオーバーフロー管５０Ｂに流入する凝縮器内液体Ｖｆ、Ａが多くなる。このため、負荷の大きさに応じた流量の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａを凝縮器缶胴４７から再生器缶胴３７へ溢流させることができる。なお、切り欠き５２の深さは、スリット５１（図２（Ｂ）参照）の深さ５１ｈと同じ寸法で形成されていてもよい。

また、図２（Ｃ）に示すように、先行流出孔が複数の円形の小孔５３が上下方向に配列されて形成されたオーバーフロー管５０Ｃで構成されていてもよい。小孔は、円形に限らず、楕円形、三角形や四角形等を含む多角形であってもよい。また、図２（Ｃ）には同じ開口面積の小孔５３が複数配列された形態が示されているが、切り欠き５２（図２（Ｂ）参照）と同様の効果を奏するように、下方よりも上方に形成される小孔５３ほどの開口面積を大きく形成してもよい。

以上の説明では、オーバーフロー堰が、一端が再生器缶胴３７の下部側面に接続されて他端が凝縮器缶胴４７の底面を貫通して所定の高さまで延びたオーバーフロー管５０で構成されているとしたが、再生器缶胴３７と凝縮器缶胴４７とを区画して所定の高さ（再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａの濃度が許容できる上限に達したときの、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体Ｖｆ、Ａの液面の高さ）を有する区画壁（不図示）で構成されていてもよい。しかしながら、再生器缶胴３７内の希溶液散布ノズル３２から散布された希溶液Ｓｗが凝縮器缶胴４７内に侵入するのを防ぐ観点から、区画を高く設置して、オーバーフロー管５０を設置することが好ましい。

以上の説明では、再生器缶胴３７の底面が凝縮器缶胴４７の底面よりも低くなるように配設されているとしたが、循環する溶液Ｓ及び冷媒Ｖの流量を調節することにより、再生器缶胴３７内の濃溶液Ｓａがオーバーフロー管５０を介して凝縮器缶胴４７内に逆流することがなければ、再生器缶胴３７の底面と凝縮器缶胴４７の底面とが同じ高さになるように配設される等、再生器缶胴３７の底面を凝縮器缶胴４７の底面よりも低くしなくてもよい。

以上の説明では、溶液Ｓ及び冷媒Ｖを主とする作動媒体に伝熱促進剤としてのオクタノールＡが含まれているとしたが、伝熱促進剤が含まれていなくてもよい。この場合、凝縮器缶胴４７内の凝縮器内液体はもっぱら冷媒液Ｖｆとなる。伝熱促進剤が含まれていない場合でも、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆの液面がオーバーフロー管５０に流入する液位になると、冷媒液Ｖｆが濃溶液Ｓａに混合されて濃溶液Ｓａが希釈されるため、溶液Ｓの結晶を回避することができる。

以上の説明では、吸収ヒートポンプ１が、吸収器１０及び蒸発器２０を１つずつ備える単段の吸収ヒートポンプであるとしたが、吸収器１０及び蒸発器２０を作動温度の異なる２組あるいは３組以上に構成して、２段あるいは３段以上の多段の吸収ヒートポンプとしてもよい。

１吸収ヒートポンプ
１０吸収器
２０蒸発器
３０再生器
３７再生器缶胴
４０凝縮器
４７凝縮器缶胴
５０オーバーフロー管
５１スリット
５２切り欠き
５３小孔
Ａオクタノール
Ｓａ濃溶液
Ｓｗ希溶液
Ｖｅ蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ冷媒液
Ｖｇ再生器冷媒蒸気

Claims

冷媒が吸収された溶液を加熱して前記溶液から前記冷媒を離脱させる再生器であって、前記溶液を貯留する再生器缶胴を有する再生器と；
前記再生器で前記溶液から離脱した前記冷媒の蒸気である冷媒蒸気を導入し凝縮させて前記冷媒の液体である冷媒液を生成する凝縮器であって、前記冷媒液を含む凝縮器内液体を貯留する凝縮器缶胴を有する凝縮器と；
前記凝縮器缶胴内の前記凝縮器内液体が所定の液位を超えたときに前記凝縮器缶胴内の前記凝縮器内液体を前記再生器缶胴内に溢流させるオーバーフロー堰とを備え；
前記冷媒及び前記溶液を含む作動媒体が、前記溶液による前記冷媒の吸収を促進させる伝熱促進剤をさらに含んで構成され；
前記凝縮器内液体が、前記冷媒液と前記伝熱促進剤とを含んで構成され；
前記オーバーフロー堰は、前記凝縮器缶胴内の前記凝縮器内液体の液位が前記所定の液位に到達する前に前記伝熱促進剤を先行して前記再生器缶胴に流入させる先行流出孔が形成されて構成され；
前記先行流出孔は、前記伝熱促進剤のすべてが前記凝縮器缶胴内に集まったときの前記伝熱促進剤の深さに相当する深さに形成された；
吸収ヒートポンプ。
前記所定の液位が、前記再生器缶胴内の前記溶液の濃度が許容できる上限に達したときの、前記凝縮器缶胴内の前記凝縮器内液体の液位であり；
前記再生器缶胴内の前記溶液の濃度が許容できる上限は、前記溶液が結晶する濃度よりも余裕分低い濃度である；
請求項１に記載の吸収ヒートポンプ。
前記先行流出孔が、下方から上方に行くに連れて連続的又は断続的に幅が広くなるように構成された；
請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。