JPH01217165A - 吸収ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、化学プラントから排出される廃蒸気や工場の
排温水などの低温流体の熱を汲み上げてこの低温流体よ
りも高温の蒸気や温水などの被加熱流体を取出す吸収ヒ
ートポンプに関し、特に、複数個の蒸発器と吸収器とを
有する吸収ヒートポンプ装置（以下、多段型吸収ヒート
ポンプ装置という）の改良に関する。

（ロ）従来の技術 上記した多段型吸収ヒートポンプ装置の従来の技術とし
て、廃蒸気その他の低温流体の熱で駆動する発生器、凝
縮器、廃蒸気その他の低温流体の熱で冷媒を蒸発させる
低温蒸発器、低温蒸発器からの冷媒蒸気を吸収液が吸収
する際に発生する熱により器内に内蔵した熱交換器内の
冷媒液を昇温する吸収器、吸収器の熱交換器内で昇温し
た冷媒液を器内で蒸発させる高温蒸発器、高温蒸発器か
らの冷媒蒸気を吸収液が吸収する際に発生する熱により
器内に内蔵した被加熱器内の流体を昇温する高温吸収器
、高温溶液熱交換器、低温溶液熱交換器などの機器を配
管接続し、かつ、吸収液が高温吸収器から高温溶液熱交
換器をバイパスして吸収器の熱交換器に散布されると共
に吸収器から低温溶液熱交換器をバイパスして発生器の
加熱器に散布されるように、吸収器と高温吸収器および
発生器と吸収器をそれぞれ液封式のＵ字状のオーバーフ
ロー管により接続したもの〔実開昭６１−２７０６５号
公報参照〕が知られている。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記の従来の多段型吸収ヒートポンプ装置においては、
その運転時、例えば第２図に示すように、高温吸収器と
吸収器との圧力差が３００１１１１Ｈｇ以上の大きさに
なるので、これらの間を結んだオーバーフロー管の液封
を保つのにそのＵ字状部の高さを２．５ｍ以上にする必
要がある。このため、装置の高言が大となる問題がある
。なお、第２図は、上記した従来の装置において、冷媒
に水、吸収液に臭化リチウム水溶液を用い、発生器、低
温蒸発器に約７０°Ｃの廃蒸気を熱源として供給し、凝
縮器に通水する冷却水の出入口温度をそれぞれ約３２℃
、約２６℃として運転した場合のデユーリング線図の一
例を示したものである。

この運転の場合には、高温吸収器に約１１９°Ｃで流入
した温水は５°Ｃ程度昇温され、この高温吸収器から約
１２４℃の高温水が取出される。そして、高温吸収器お
よび高温蒸発器の蒸気圧は５０６１１１１１）１ｇ、吸
収器および低温蒸発器の蒸気圧は１８８ｒｒｒｎＨｇ、
発生器および凝縮器の蒸気圧は４０１ＴＩＩＩＨｇ程度
となる。

また、従来の装置においては、高温吸収器内の吸収液面
がオーバーフロー管の開口レベルまで上昇した際に始め
て吸収液が吸収器側へ溢流するので、吸収液の偏在を十
分に解消し得ないという問題もある。

本発明は、従来の装置のこれらの問題に鑑み、吸収液の
偏在を緩和でき、かつ、装置の高さも低くすることので
きる多段型吸収ヒートポンプ装置の提供を課題としたも
のである。

（ニ）課題を解決するための手段 本発明は、上記の課題を解決する手段として、多段型吸
収ヒートポンプ装置の高温吸収器と吸収器との間に高温
溶液熱交換器バイパス用の弁付き吸収液バイパス路を付
設する構成としたものである。かつまた、上記バイパス
路の弁の開度を高温吸収器の液面制御器で調節する構成
としたものである。

（＊）作用 本発明の多段型吸収ヒートポンプ装置においては、従来
の装置のＵ字状オーバーフロー管の代りに弁付きの吸収
液バイパス路を設けた構成となっているので、上記オー
バーフロー管のＵ字状部の液封の代りにバイパス路の弁
で高温吸収器と吸収器の気相部との連通を断つ作用があ
る。それ故、バイパス路を短かくすることができ、装置
の高さを従来のもののそれよりも低くすることができる
。

かつまた、弁の開度を高温吸収器の液面制御器で調節す
る構成となっているので、その液面を所定レベルに保つ
こともでき、吸収液の偏在を従来のもののそれよりも効
果的に緩和することができる。

（へ）実施例 第１図は本発明装置の一実施例を示した概略構成説明図
である。図において、（１）は発生器、（２）は凝縮器
、（３）は低温蒸発器、（４）は吸収器、（５）は高温
蒸発器、（６）は高温吸収器、（７〉は高温溶液熱交換
器、（８）は低温溶液熱交換器、（９）　、　（１０）
　。

（１１）はそれぞれ冷媒液用の第１．第２．第３ポンプ
、（１２）は吸収液用のポンプで、これら機器は冷媒蒸
気の流れる管（１３）　、　（１４）、冷媒液の流れる
管（１５）　、　（１６）、冷媒液の還流する管（１７
）　、　（１８）　、　（１９）、冷媒液の流下する管
（２０）、冷媒液の還流する管（２１）　、　（２２）
、吸収液の流れる管（２３）　、　（２４）　、　（２
５）　、　（２６）、吸収液の流下する管（２７）　、
　（２８）により接続きれてこの種の吸収ヒートポンプ
装置を構成している。（２９）は発生器（１）に内蔵し
た加熱器、（３０）は凝縮器（２）に内蔵した冷却器、
（３１）は低温蒸発器（３）に内蔵した給熱器、（３２
）は吸収器（４）に内蔵した熱交換器、（３３）は高温
吸収器（６）に内蔵した被加熱器で、（３４）　、　（
３５）は加熱器（２９）と接続した廃蒸気や排温水など
の低温流体の流れる管、（３６）　、　＜３７）は冷却
器（３０）と接読した冷却水の流れる管、（３ｇ）　、
　（３９）は給熱器（３１）と接続した廃蒸気や排温水
などの低温流体の流れる管、（４０）　、　（４１）は
被加熱器（３３）と接続した温水や蒸気などの被加熱流
体の流れる管であり、（４２）　、　（４３）　、　（
４４）はそれぞれ凝縮器（２）、高温蒸発器（５）、低
温蒸発器（３）の冷媒液溜め、（４５）　、　（４６）
　、　（４７）はそれぞれ発生器（１）、吸収器（４）
、高温吸収器（６）の溶液溜めである。また、（４８）
　、　（４９）　、　（５０）　、　（５１）　、　（
５２）はそれぞれエリミネータ−１（５３）は冷媒液の
ブロー用の管、（５４）は吸収器（４）内の不凝縮ガス
を発生器（１）側に導くための管、（５５）は高温吸収
器（６）内の不凝縮ガスを吸収器（４）側に導くための
管である。なお、図示していないが、管（５４）　、　
（５５）にはそれぞれオリフィスが設けられている。ま
た、（５６）　、　（５７）　、　（５Ｂ）はそれぞれ
発生器（１）、吸収器（４）、高温吸収器（６）に備え
た吸収液の散布器、（５９）は低温蒸発器（３）に備え
た冷媒液の散布器である。

（Ｖ、）は第１ポンプ（９）の吐出側の管（１６）に備
えた第１制御弁、（Ｖ、）は第２ポンプ（１０）の吐出
側の管（２０）に備えた第２制御弁であり、（Ｃｔ）は
凝縮器（２）の冷媒液溜め（４２）に備えた第１液面制
御器で、この第１液面制御器により冷媒液溜め（４２）
の液面レベルの上下動に応じて第１制御弁の開度が増減
されるようになっており、また（Ｃ２）は高温蒸発器（
５）の冷媒液溜め（４３）に備えた第２液面制御器で、
この第２液面制御器により冷媒液溜め（４３）の液面レ
ベルの上下動に応じて第２制御弁の開度が増減されるよ
うになっている。なお、これら液面制御器（ｃｔ＞　、
　（ｃｔ）は液面が下限設定レベルに達したとき、それ
ぞれ第１ポンプ（９）、第２ポンプ（１０）を停止する
ようになっている。

また、（Ｓ、）は低温蒸発器（３）の冷媒液溜め（４４
）に備えた液面スイッチ、（Ｓハは発生器（１）の溶液
溜め（４５）に備えた液面スイッチであり、これら液面
スイッチ（ｓｔ）　、　（ｓｔ）は、液面が下限設定レ
ベルに達したとき、それぞれポンプ（１ｔ）　、　（１
２）を停止するようになっている。なお、（Ｖ）は管（
５３）に備えた冷媒液ブロー用の開閉弁、（Ｄ）は管（
２５）に備えたダンパーである。

（６０）は、高温吸収器（６）からの吸収液が高温溶液
熱交換器（７）をバイパスして吸収器（４）の熱交換器
（３２）へ散布されるように、管（２７）に付設したバ
イパス管である。そして、このバイパス管（９）には、
高温吸収器（６〉の液面制御器（Ｃ８）で弁開度の調節
される弁（Ｖ、）が設けである。また、（６１）は管〈
２８）に付設した弁（ｖ４）付きバイパス管であり、こ
れの弁（ｖ４）の開度は吸収器（４〉の液面制御器（Ｃ
４）で調節されるようになっている。

次に、このように構成した多段型吸収ヒートポンプ装ｆ
（以下、本機という）の運転動作を説明する。発生器（
１）において、加熱器（２９）に散布きれた吸収液は廃
蒸気その他の低温流体の熱で沸騰し、吸収液から冷媒蒸
気が分離する。分離した冷媒蒸気は、管（１３）を経由
して凝縮器（２）へ至り、この凝縮器内で凝縮して冷媒
液となる。この冷媒液は第１ポンプ（９）により管（１
５）　、　（１６）経由で高温蒸発器（５）の冷媒液溜
め（４３）へ送られる。冷媒液溜め（４３）内の冷媒液
は第２ポンプ（１０）により管（１７）　、　（１８）
　、　（２０）経由で低温蒸発器（３）の冷媒液溜め（
４４）と管（１７）　、　（１８）経由で熱交換器（３
２）とに分けて送られる。冷媒液溜め（４４）に送られ
た冷媒液は、ポンプ（１１）により管（２１）　、　（
２２）経由で低温蒸発器（３）の散布器（５９）へ還流
され、給熱器（３１）に散布される。給熱器（３１）に
散布された冷媒液は廃蒸気その他の低温流体の熱で沸騰
して冷媒蒸気となる。この冷媒蒸気は、管（１４）を経
由して吸収器（４）へ至り、熱交換器（３２）に散布さ
れた吸収液に吸収される。冷媒蒸気を吸収した吸収液は
発熱して熱交換器（３２）内の冷媒液を昇温する。昇温
した冷媒液は、管（１９）経由で高温蒸発器（５）へ還
流され、この高温蒸発器内で蒸発して冷媒蒸気となる。

なお、図示していないが、管（１９）はにオリフィスが
設けである。一方、発生器（１）において濃縮きれた吸
収液は、ポンプ（１２）により管（２３）　。

（２４）、低温溶液熱交換器（８）、管（２５）、高温
溶液熱交換器（７）、管（２６）経由で高温吸収器（６
）の散布器（Ｓ８）へ送られ、被加熱器（３３）に散布
される。被加熱器（３３）に散布された吸収液は、高温
蒸発器（５）からの冷媒蒸気を吸収して発熱し、被加熱
器（３３）内の温水や蒸気などの被加熱流体を昇温しつ
つ溶液溜め（４７）へ落下する。溶液溜め（４７）内の
吸収液は、管（２７）、高温溶液熱交換器（７）、管（
２７）経由で吸収器（４）の散布器（５７）へ流下する
。そして、吸収液は熱交換器（３２）に散布されて低温
蒸発器（３）からの冷媒蒸気を吸収しつつ溶液溜め（４
６）へ落下する。溶液溜め（４６）内の吸収液は、管（
２８）、低温溶液熱交換器（８）、管（２８）経由で発
生器（１）の散布器（５６）へ流下し、再び加熱器（２
９）に散布される。このような冷媒と吸収液の循環によ
る吸収ヒートポンプサイクルが形成され、熱源として用
いた低温流体より高温の被加熱流体が管（４１）から取
出されるのである。

そして、上記の運転において、高温吸収器（６）の溶液
溜め（４７）の液位がほぼ所定のレベルに保たれている
間、バイパス管（６０）の弁（ｖ４）は全閉されており
、高温吸収器（６）と吸収器（４）の気相部とが連通し
ないようになっている。したがって、本機においては、
バイパス管（６０）に液封用のＵ字状部を形成する必要
がなく、その分、このバイパス管を短かくして本機の高
さを低くすることがて゛きる。

なお、本機においても、冷媒に水、吸収液に臭化リチウ
ム水溶液を用い、発生器（１）、低温蒸発器（３）に約
７０℃の廃蒸気を熱源として供給し、凝縮器（２）に通
水する冷却水の出入口温度をそれぞれ約３２℃、約２６
°Ｃとして運転した場合、前述した従来の多段型吸収ヒ
ートポンプ装置の運転の場合と同様、被加熱器（３３）
に約１１９°Ｃで流入した温水は５°Ｃ程度昇湿され、
管（４１）から約１２４℃の高温水が取出される〔第２
図参照〕。

そして、次に本機に供給される廃蒸気や冷却水の熱エネ
ルギーが大きく変化した時、あるいは起動時などのよう
に本機の機器間の圧力差が小さい場合における本機の動
作例を説明する。

例えば本機の運転開始時には発生器（１）側、吸収器（
４）側および高温吸収器（６）側の温度はともに外気温
度に近くてほぼ等しく、また、ともに圧力もほぼ等しく
てこれら機器間の圧力差が殆んどない。このため、ポン
プ（１２）により管（２３）　、　（２４）　。

（２５）　、　（２６）を介して゛発生器（１）から高
温吸収器（６）へ送られる吸収液の流量に対し、管（２
７）　、　（２７）を介して高温吸収器（６）から高温
溶液熱交換器（７）経由で吸収器（４）へ流下する吸収
液の流量が著しく少ない、また、管（２ｇ）　、　（２
８）を介して吸収器（４）から低温溶液熱交換器（８）
経由で発生器（１）へ流下する吸収液の流量も著しく少
ない。そして、本機においては、運転開始後間もなく高
温吸収器（６）の溶液溜め（４７）内の吸収液面が上昇
する。このとき、液面の上昇速度に応じて液面制御器（
Ｃ１）によりバイパス管（６０）の弁（Ｖ、）の開度が
増大制御され、吸収液がバイパス管（６０）を介して流
通抵抗の大きい高温溶液熱交換器（７）をバイパスしつ
つ吸収器（４）の熱交換器（３２）に散布される。また
、吸収器（４）の溶液溜め（４６）内の吸収液面が上昇
したときにも、この上昇速度に応じて液面制御器（Ｃ４
）によりバイパス管（６１）の弁（ｖ４）の開度が増大
制御され、吸収液がバイパス管（６１）を介して流通抵
抗の大きい低温溶液熱交換器（８）をバイパスしつつ発
生器（１）の加熱器（２９）に散布される。

それ故、本機においては、運転開始時、高温吸収器（６
）や吸収器（４）内での吸収液の偏在が緩和され、発生
器（１）の加熱器（２９）および吸収器（４）の熱交換
器（３２）へ散布される吸収液が少量のままに放置され
ることもなく、運転開始後短かい時間で発生器（１）に
おける吸収液が所定の濃度まで濃縮されると共に吸収器
（４）における吸収液による冷媒の吸収が促進きれて熱
交換器（３２）内の冷媒が速みやかに昇温しつつ高温蒸
発器（５）内で蒸発し、起動時の性能が向上する。

また、廃蒸気や冷却水の熱エネルギーが大きく変化して
これら機器（１）　、　＜４）　、　（６）間の圧力差
が小さくなった場合にも同様に動作するので、発生器（
１）における吸収液の濃縮と高温蒸発器（５）における
冷媒の蒸発とが良好に行われて高温吸収器（６）での吸
収液による冷媒の吸収が良好に行われ、被加熱器（３３
）から取出す温水の熱量の変動が少なくなり、吸収ヒー
トポンプの熱出力が安定化する。

しかも、本機においては、弁（ｖ３）の開度を高温吸収
器（６）の液面上昇の速きに応じて液面制御器（Ｃ８）
で調節するので、高温吸収器（６）の液面を所定の範囲
内に保ち得る。したがって、弁（■、）付きバイパス管
（６０）の代りにオーバーフロー管で高温吸収器（６）
と吸収器（４）とを結んだ従来の多段型吸収ヒートポン
プ装置にくらべ、本機にあっては高温吸収器（６）での
吸収液の偏在をより一層確実に防ぐことができる。

なお、弁（ｖｓ）　、　（Ｖ４）を液面制御器（Ｃ，）
　、　（Ｃ，）で制御する代りに、高温吸収器（６）と
吸収器（４）間の圧力差、吸収器（４）と発生器（１）
間の圧力差を検出して制御しても良い。

（ト）発明の効果 以上のとおり、本発明は、多段型吸収ヒートポンプ装置
の高温吸収器と吸収器とを弁付きバイパス管で結ぶ構成
としたものであるから、これら吸収器をＵ字状オーバー
フロー管で結んだ従来の装置にくらべ、その高きを低く
でき、装置の小型化の効果を有する。

かつまた、バイパス管の弁を高温吸収器の液面制御器で
制御する構成としたものであるから、上記の従来の装置
にくらべ、高温吸収器での吸収液の偏在を効果的に緩和
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による多段型吸収ヒートポンプ装置の一
実施例を示した概略構成説明図、第２図は従来の多段型
吸収ヒートポンプ装置を運転した場合のデユーリング線
図の一例を表わした図である。 （１）・・・発生器、　（２）・・・凝縮器、　（３〉
・・・低温蒸発器、　（４）・・・吸収器、　（５）・
・・高温蒸発器、（６）・・・高温吸収器、　（７）　
、　（８）・・・高温、低温溶液熱交換器、　（１２）
・・・ポンプ、　（２７）　、　（２Ｂ）・・・管、（
２９）・・・加熱器、　（３０）・・・冷却器、　（３
１）・・・給熱器、　（３２）・・・熱交換器、　（３
３）・・・被加熱器、　（４５）　、　（４６）　、　
（４７）・・・溶液溜め、　（６０）　、　＜６１）・
・・バイパス管、　（ＶＳ）　、　（Ｖ、）・・・弁、
　＜ｃｓ）　、　（Ｃ４）・・・液面制御器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）廃蒸気その他の低温流体の熱で駆動する発生器、
   凝縮器、廃蒸気その他の低温流体の熱で冷媒を蒸発させ
   る低温蒸発器、低温蒸発器からの冷媒蒸気を吸収液が吸
   収する際に発生する熱により器内に内蔵した熱交換器内
   の冷媒液を昇温する吸収器、吸収器の熱交換器内で昇温
   した冷媒液を器内で蒸発させる高温蒸発器、高温蒸発器
   からの冷媒蒸気を吸収液が吸収する際に発生する熱によ
   り器内に内蔵した被加熱器内の流体を昇温する高温吸収
   器、高温溶液熱交換器、低温溶液熱交換器などの機器を
   配管接続し、かつ、吸収液が高温吸収器から高温溶液熱
   交換器をバイパスして吸収器の熱交換器に散布されるよ
   うに、吸収器と高温吸収器を弁付きのバイパス管路によ
   り接続したことを特徴とする吸収ヒートポンプ装置。
2. （２）上記バイパス管路の弁を高温吸収器の液面制御器
   で制御する構成とした請求項１記載の吸収ヒートポンプ
   装置。