JPH04369359A - 吸収式ヒートポンプ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式ヒートポンプ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸収式ヒートポンプサイクルを使
用した吸収式冷温水装置としては、図７に示すようなも
のがある。

【０００３】すなわち、この吸収式冷温水装置は、冷媒
を蒸発させる蒸発器２０１と、この蒸発器２０１で蒸発
された冷媒蒸気を吸収液に吸収して熱を発生させる吸収
器２０２と、この吸収器２０２で冷媒蒸気を吸収して希
釈された稀吸収液を加熱装置２０６により加熱して冷媒
を蒸発させることにより吸収液の再生を行う第１再生器
２０３と、この第１再生器２０３で分離された冷媒蒸気
を、ヒートポンプサイクルの熱効率を高めるために、第
２再生器２０５の駆動熱源として利用し、第２再生器２
０５で発生した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器２０４とを有
している。

【０００４】上記構成において、冷水を得る場合には、
蒸発器２０１、吸収器２０２、各再生器２０３，２０５
および凝縮器２０４を駆動させて吸収サイクルを作動さ
せることにより、蒸発器２０１内を挿通して設けられた
冷水供給管２１１内を流れる熱交換流体が冷却されて冷
水が得られる。

【０００５】また、温水を得る場合には、開閉弁２２１
，２２２，２２３を閉状態とし、加熱装置２０６で熱を
第１再生器２０３に加え、ここで発生した蒸気を中間熱
輸送媒体として利用して、温水供給管２１２内を流れる
温水を加熱するようにされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の吸収式
冷温水装置においては、温水製造時には、吸収式ヒート
ポンプとしては作動しておらず、単に熱交換装置として
作動しているだけで、この時の熱効率は、せいぜい８０
〜９０％程度しか得られないという問題があった。

【０００７】このため、上述したような吸収式の冷温水
装置を冷暖房に用い、しかもその熱効率を飛躍的に向上
させようとすると、低熱源が必要なことおよびその熱を
暖房が可能な温度迄高める必要が生じる。

【０００８】ところで、低熱源として、比較的どこでも
利用できるものとしては、河川水、下水、海水などが考
えられるが、これらは暖房が必要な冬期には、５〜１５
℃であり、また暖房用温水としては、大型電動ヒートポ
ンプで４７℃、吸収式冷温水装置では５５℃程度であり
、この温度レベルまで昇温させる必要がある。

【０００９】しかし、従来の吸収式ヒートポンプ装置に
用いられる吸収液はＨ２　Ｏ／ＬｉＢｒであり、ＬｉＢ
ｒの溶解度の制限からそのままでは充分な昇温幅が得ら
れないという問題があった。

【００１０】なお、これを解決するものとして、蒸発・
吸収を２回行わせる２段昇温サイクルを採用することも
考えられるが、性能が良好で、機器のコストが安価で、
冷暖房の切り替えが容易で、かつ高度な真空維持が可能
なものは見当たらない。

【００１１】そこで、本発明は上記問題を解消し得る吸
収式ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明の吸収式ヒートポンプ装置は、第１ヒートポン
プと第２ヒートポンプとを有する吸収式ヒートポンプ装
置であって、第１ヒートポンプを、冷媒を蒸発させる第
１蒸発器と、この第１蒸発器で蒸発された冷媒蒸気を吸
収液に吸収する第１吸収器と、この第１吸収器で冷媒蒸
気を吸収して希釈された稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を
分離させる第１再生器と、この第１再生器で分離された
冷媒蒸気を凝縮させる第１凝縮器とから構成し、上記第
２ヒートポンプを、冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、こ
の第２蒸発器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する
第２吸収器と、この第２吸収器で冷媒蒸気を吸収して希
釈された稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる第２
再生器と、この第２再生器で分離された冷媒蒸気を上記
第１再生器内に設けられた加熱用伝熱管に導いて凝縮さ
せるようにした第２凝縮部と、上記第１蒸発器の伝熱管
内に熱交換流体を供給する第１熱交換流体供給管と、上
記第１吸収器の伝熱管内に熱交換流体を供給する第２熱
交換流体供給管と、上記第１凝縮器の伝熱管内に熱交換
流体を供給する第３熱交換流体供給管と、上記第２蒸発
器の伝熱管内に熱交換流体を供給する第４熱交換流体供
給管と、上記第２吸収器の伝熱管内に熱交換流体を供給
する第５熱交換流体供給管と、これら各熱交換流体供給
管に、冷水または温水、および熱源用水または冷却用水
を供給する熱交換流体用供給管および熱源流体用供給管
とから構成し、冷水を得る際には、上記熱源流体用供給
管内を流れる冷却用水を第１吸収器、第２吸収器および
第１凝縮器に供給するとともに冷水を第１蒸発器および
第２蒸発器に供給するようになし、温水を得る際には、
熱源流体用供給管内を流れる熱源用水を第１蒸発器の伝
熱管内に供給させるとともに、熱交換流体用供給管から
供給される温水を第２吸収器および第１凝縮器に供給す
るようになし、かつ第１吸収器の伝熱管内を流れる循環
水を第２蒸発器の伝熱管内に循環させるようにしたもの
である。

【００１３】

【作用】上記の構成において、冷水を得る場合には、冷
却用水を第２熱交換流体供給管、第３熱交換流体供給管
および第５熱交換流体供給管を介して、第１吸収器、第
１凝縮器および第２吸収器の伝熱管内に流して吸収サイ
クルで発生した熱を奪うとともに、冷水が第１蒸発器お
よび第２蒸発器の伝熱管内に流されて、蒸発潜熱により
冷却が行われる。

【００１４】また、温水を得る場合には、熱源用水を第
１熱交換流体供給管を介して第１蒸発器の伝熱管内に流
し、第１蒸発器内で冷媒を蒸発させるとともに、第２熱
交換流体供給管および第４熱交換流体供給管を介して、
第１吸収器と第２蒸発器との間で循環水を循環させ、第
１吸収器で発生した熱により第２蒸発器内で冷媒を蒸発
させる。そして、温水は第５熱交換流体供給管および第
３熱交換流体供給管を介して第２吸収器および第１凝縮
器の伝熱管内を流れ、吸収により発生した熱および凝縮
熱により所定の温度に加熱される。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６に基づ
き説明する。本実施例にかかる吸収式ヒートポンプ装置
は、図１に示すように、低温側の第１ヒートポンプ１と
、高温側の第２ヒートポンプ２とから構成されている。

【００１６】上記第１ヒートポンプ１は、内部に伝熱管
２１が配置された第１蒸発器１１と、内部に伝熱管２２
が配置された第１吸収器１２と、内部に加熱用の伝熱管
２３が配置された第１再生器１３と、内部に伝熱管２４
が配置された第１凝縮器１４と、途中に溶液ポンプ３５
が介装されて、第１吸収器１２で希釈された稀吸収液を
第１再生器１３に移送するための第１稀吸収液移送管３
１と、第１再生器１３で再生された濃吸収液を第１吸収
器１２に移送する第１濃吸収液移送管３２と、第１凝縮
器１４内で凝縮された冷媒液を第１蒸発器１１に移送す
る第１冷媒液移送管３３と、上記第１濃吸収液移送管３
２と第１稀吸収液移送管３１との間に配置されて、濃吸
収液の持つ熱を稀吸収液に回収するための第１熱交換器
３４と、途中に循環ポンプ３７が介装されて、第１蒸発
器１１内の冷媒液を循環させる第１冷媒液循環管３６と
から構成されている。

【００１７】また、上記第２ヒートポンプ２は、内部に
伝熱管６１が配置された第２蒸発器５１と、内部に伝熱
管６２が配置された第２吸収器５２と、内部にガス加熱
器５５および加熱ガス用の伝熱管６３が配置された第２
再生器５３と、上記第１再生器１３内に配置された伝熱
管２３により構成される第２凝縮部５４と、第２再生器
５３で蒸発された冷媒を第２凝縮部５４である伝熱管２
３内に移送する第２冷媒蒸気移送管７１と、第２凝縮部
５４で凝縮された冷媒液を第２蒸発器５１に移送する第
２冷媒液移送管７２と、途中に溶液ポンプ７５が介装さ
れて、第２吸収器５２内で冷媒蒸気を吸収して希釈され
た稀吸収液を第２再生器５３内に移送する第２稀吸収液
移送管７３と、第２再生器５３で再生された濃吸収液を
第２吸収器５２に移送する第２濃吸収液移送管７４と、
第２濃吸収液移送管７４と第２稀吸収液移送管７３との
間に設けられて、濃吸収液の持つ熱を稀吸収液に回収す
るための第２熱交換器５６と、上記第２冷媒液移送管７
２途中に介装された第３熱交換器５７と、途中に循環ポ
ンプ７７が介装されて第２蒸発器５１内の冷媒液を循環
させる第２冷媒液循環管７６とから構成されている。

【００１８】また、本実施例に係る吸収式ヒートポンプ
装置には、上記第１蒸発器１１の伝熱管２１内に熱交換
流体を供給する第１熱交換流体供給管８１と、上記第１
吸収器１２の伝熱管２２内に熱交換流体を供給する第２
熱交換流体供給管８２と、上記第１凝縮器１４の伝熱管
２４内に熱交換流体を供給する第３熱交換流体供給管８
３と、上記第２蒸発器５１の伝熱管６１内に熱交換流体
を供給する第４熱交換流体供給管８４と、上記第２吸収
器５２の伝熱管６２内に熱交換流体を供給する第５熱交
換流体供給管８５と、これら各熱交換流体供給管に、冷
水または温水、および熱源用水または冷却用水を供給す
る熱交換流体用供給管８６および熱源流体用供給管８７
とが設けられ、さらに各供給管途中には、三方切換弁９
１〜９８がそれぞれ介装されるとともに、各供給管内を
流れる流体の流路を変更するバイパス管１０１〜１０６
が設けられている。

【００１９】なお、第２熱交換流体供給管８２途中の三
方切換弁９６と、第４熱交換流体供給管８４途中の三方
切換弁９３とを接続するバイパス管１０６途中には、循
環ポンプ１０７が介装され、また第３熱交換流体供給管
８３途中から、第３熱交換器５７に熱交換流体分岐管８
３ａが分岐されており、第２ヒートポンプ２における凝
縮液から熱を回収するようにしている。

【００２０】上記三方切換弁９１〜９８を適宜切り換え
ることにより、冷水を得る際には、熱源流体用供給管８
７内の冷却用水を、第２吸収器５２の伝熱管６２、第１
吸収器１２の伝熱管２２および第１凝縮器１４の伝熱管
２４内に供給するとともに、冷水を第１蒸発器１１の伝
熱管２１および第２蒸発器５１の６伝熱管６１内に供給
し、温水を得る際には、熱源流体用供給管８７内の熱源
用水を第１蒸発器１１の伝熱管２１内に供給するととも
に、熱交換流体用供給管８６から供給される温水を第２
吸収器５２の伝熱管６２内および第１凝縮器１４の伝熱
管２４内に供給するようになし、かつ第１吸収器１２の
伝熱管２２内を流れる循環水を第２蒸発器５１の伝熱管
６１内に循環させるようにしている。

【００２１】以下、動作について説明する。■冷房を行
うために、冷水を必要とする場合を、図１に基づいて説
明する。まず、三方切換弁９１〜９８を図１に示すよう
に切り換える（黒で塗り潰した箇所は閉状態である）。

【００２２】すなわち、この状態では、冷却用水（例え
ば、河川水、下水などの低温水）Ｃは第２熱交換流体供
給管８２および第５熱交換流体供給管８５を介して、第
１吸収器１２および第２吸収器５２の伝熱管２２，６２
内に流されて吸収サイクルで発生した熱を奪うとともに
、熱交換流体である冷水Ａが第１蒸発器１１および第２
蒸発器５１の伝熱管２１，６１内に流されて、蒸発潜熱
により冷却が行われる。

【００２３】■暖房を行うために、温水を必要とする場
合を、図２に基づいて説明する。まず、三方切換弁９１
〜９８を図２に示すように切り換える（黒で塗り潰した
箇所は閉状態である）。

【００２４】すなわち、この状態では、熱源用水（例え
ば、河川水、下水などの低温水）Ｃは、バイパス管１０
３および第１熱交換流体供給管８１を介して、第１蒸発
器１１の伝熱管２１内に流されて、第１蒸発器１１内で
冷媒を蒸発させるようにしている。

【００２５】また、バイパス管１０５および１０６によ
り、第２熱交換流体供給管８２および第４熱交換流体供
給管８４が循環接続されて、第１吸収器１２と第２蒸発
器５１との間で循環水Ｄが循環されて、第１吸収器１２
で発生した熱により第２蒸発器５１内で冷媒を蒸発させ
るようにしている。

【００２６】そして、熱交換流体である温水Ｂは、バイ
パス管１０１を介して、第５熱交換流体供給管８５およ
び第３熱交換流体供給管８３を介して、第２吸収器５２
および第１凝縮器１４の伝熱管６２，２４内を流れ、吸
収により発生した熱および凝縮熱により所定の温度に加
熱される。なお、この時、温水Ｂは熱交換流体分岐管８
３ａを介して第３熱交換器５７に供給され、第２ヒート
ポンプにおける凝縮熱を回収するようにしている。

【００２７】このように、第３熱交換器５７により、凝
縮熱を回収しているのは、下記のような理由による。す
なわち、装置全体が定常に運転されるためには、第１吸
収器１２と第２蒸発器５１、第２凝縮部５４と第１再生
器１３における移動熱量がそれぞれ等しい必要があるが
、第１ヒートポンプ１と第２ヒートポンプ２との各サイ
クルは独立しており、各伝熱管部での性能により、必ず
しも等しくはならない。このため、第３熱交換器５７を
設けるとともに、第２凝縮部５４で発生する凝縮熱量と
第１再生器１３での加熱量とが等しくなるようにこの第
３熱交換器５７を作動させて、第１吸収器１２で発生す
る熱量と第２蒸発器５１で奪われる熱量との差を修正す
ると同時に、サイクル効率の向上が図られている。なお
、冷房時には、第１吸収器１２と第２蒸発器５１とにお
いては熱の授受がなく、第２凝縮部５４と第１再生器１
３においてだけ、第１ヒートポンプ１におけるサイクル
と第２ヒートポンプ２におけるサイクルとが関係づけら
れ、他の機器においては独立に作動することになる。

【００２８】ここで、上記各サイクル作動時の状態を、
デューリング線図に示すと、図３および図５のようにな
る。冷房時（夏場）においては、図３に示すように、蒸
発器および吸収器での圧力および吸収液の濃度は、第１
ヒートポンプ１と第２ヒートポンプ２とでは、殆ど同じ
であるため、ＣＯＰは１．３０２となる。

【００２９】この時の冷水温度は、１２℃→７℃に冷却
され、例えばこの装置における冷房能力は３．０８Ｇｃ
ａｌ／ｈである。また、暖房時（冬場）においては、図
５に示すように、第１ヒートポンプ１におけるサイクル
は、第２ヒートポンプ２におけるサイクルに比べ、吸収
液の濃度が５０〜５４％と薄いところでバランスするこ
とがわかる。このため、サイクルのＣＯＰは１．４７７
となり、単なる熱交換方式に比べて、４７．７％も改善
される。

【００３０】さらに、第１吸収器１２と第２蒸発器５１
との熱量差８１Ｍｃａｌ／ｈを出力として利用すると、
５１．８％改善されることになる。この時の温水温度は
、５２℃→５８℃に昇温され、例えばこの装置における
暖房能力は３．０Ｇｃａｌ／ｈである。

【００３１】なお、冷房時および暖房時における、吸収
式ヒートポンプ装置のヒートバランスを、図４および図
６の図表に示しておく。また、図３〜図６中、Ｅは蒸発
器、Ａは吸収器、Ｒは再生器、Ｃは凝縮器を示し、また
各添え字の１は第１ヒートポンプの場合を示し、２は第
２ヒートポンプの場合を示している。

【００３２】ところで、上記暖房時においては、サイク
ル上、Ｑ（Ｅ２　）は１２５７Ｍｃａｌ／ｈであるが、
Ｑ（Ａ２　）＝Ｑ（Ｅ２）となるように、Ｑ（Ａ２　）
−Ｑ（Ｅ２）＝８２Ｍｃａｌ／ｈの熱量を、Ｃ２　で発
生する凝縮水からの熱を第３熱交換器５７を介して温水
に供給しているため、Ｑ（Ｅ２　）＝１３３９Ｍｃａｌ
／ｈとなる。

【００３３】このように、暖房時においても、ヒートポ
ンプ機能を使用して、２段に昇温させることにより、サ
イクル効率を５０％程度向上させることができる。また
、２段に昇温させる方式として、上述したように、第１
および第２のヒートポンプを組み合わせることにより、
冷暖房の切換えを、外部流体側だけの切り換えだけで行
うことができ、したがって高真空度に維持する必要があ
るとともに腐食性を考慮しなければならない吸収液側を
触らずに、すなわち信頼性の高い高効率な吸収式ヒート
ポンプ装置を実現することができる。

【００３４】さらに、冷房および暖房のいずれにおいて
も、各機器がフルに作動して稼働効率が向上するため、
装置全体をコンパクトにすることができる。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、２
つのヒートポンプを２段に使用するとともに、冷房時お
よび暖房時の両方においても吸収式サイクルを行わせる
ことができ、しかもその切換えは、熱交換流体供給管内
を流れる外部流体の流路を変更するだけでよく、したが
って高真空度に維持する必要があるとともに腐食性を考
慮しなければならない吸収液側を触らずに、すなわち信
頼性の高い高効率な吸収式ヒートポンプ装置を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における吸収式ヒートポンプ
装置の概略全体を示す構成図である。

【図２】同実施例における吸収式ヒートポンプ装置の動
作を説明する概略全体構成図である。

【図３】同実施例の冷房時におけるサイクルを示すデュ
ーリング線図である。

【図４】同実施例の冷房サイクルにおけるヒートバラン
スの図表である。

【図５】同実施例の暖房時におけるサイクルを示すデュ
ーリング線図である。

【図６】同実施例の暖房サイクルにおけるヒートバラン
スの図表である。

【図７】従来例の吸収式冷温水装置の概略全体を示す構
成図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　第１ヒートポンプ２　
　　　　　　　　　　　　　第２ヒートポンプ１１　　
　　　　　　　　　　　　第１蒸発器１２　　　　　　
　　　　　　　　第１吸収器１３　　　　　　　　　　
　　　　第１再生器１４　　　　　　　　　　　　　　
第１凝縮器２１〜２４　　　　　　　　伝熱管 ３１　　　　　　　　　　　　　　第１吸収液移送管３
２　　　　　　　　　　　　　　第１濃吸収液移送管３
３　　　　　　　　　　　　　　第１冷媒液移送管５１
　　　　　　　　　　　　　　第２蒸発器５２　　　　
　　　　　　　　　　第２吸収器５３　　　　　　　　
　　　　　　第２再生器５４　　　　　　　　　　　　
　　第２凝縮部６１〜６３　　　　　　　　伝熱管 ７１　　　　　　　　　　　　　　第２冷媒蒸気移送管
７２　　　　　　　　　　　　　　第２冷媒液移送管７
３　　　　　　　　　　　　　　第２稀吸収液移送管７
４　　　　　　　　　　　　　　第２濃吸収液移送管８
１　　　　　　　　　　　　　　第１熱交換流体供給管
８２　　　　　　　　　　　　　　第２熱交換流体供給
管８３　　　　　　　　　　　　　　第３熱交換流体供
給管８３ａ　　　　　　　　　　　　熱交換流体分岐管
８４　　　　　　　　　　　　　　第４熱交換流体供給
管８５　　　　　　　　　　　　　　第５熱交換流体供
給管８６　　　　　　　　　　　　　　熱交換流体用供
給管８７　　　　　　　　　　　　　　熱源流体用供給
管９１〜９８　　　　　　　　三方切換弁１０１〜１０
５　　　　バイパス管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１ヒートポンプと第２ヒートポンプとを
   有する吸収式ヒートポンプ装置であって、第１ヒートポ
   ンプを、冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、この第１蒸発
   器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する第１吸収器
   と、この第１吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀
   吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる第１再生器と、
   この第１再生器で分離された冷媒蒸気を凝縮させる第１
   凝縮器とから構成し、上記第２ヒートポンプを、冷媒を
   蒸発させる第２蒸発器と、この第２蒸発器で蒸発された
   冷媒蒸気を吸収液に吸収する第２吸収器と、この第２吸
   収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収液を加熱し
   て冷媒蒸気を分離させる第２再生器と、この第２再生器
   で分離された冷媒蒸気を上記第１再生器内に設けられた
   加熱用伝熱管に導いて凝縮させるようにした第２凝縮部
   と、上記第１蒸発器の伝熱管内に熱交換流体を供給する
   第１熱交換流体供給管と、上記第１吸収器の伝熱管内に
   熱交換流体を供給する第２熱交換流体供給管と、上記第
   １凝縮器の伝熱管内に熱交換流体を供給する第３熱交換
   流体供給管と、上記第２蒸発器の伝熱管内に熱交換流体
   を供給する第４熱交換流体供給管と、上記第２吸収器の
   伝熱管内に熱交換流体を供給する第５熱交換流体供給管
   と、これら各熱交換流体供給管に、冷水または温水、お
   よび熱源用水または冷却用水を供給する熱交換流体用供
   給管および熱源流体用供給管とから構成し、冷水を得る
   際には、上記熱源流体用供給管内を流れる冷却用水を第
   １吸収器、第２吸収器および第１凝縮器に供給するとと
   もに冷水を第１蒸発器および第２蒸発器に供給するよう
   になし、温水を得る際には、熱源流体用供給管内を流れ
   る熱源用水を第１蒸発器の伝熱管内に供給させるととも
   に、熱交換流体用供給管から供給される温水を第２吸収
   器および第１凝縮器に供給するようになし、かつ第１吸
   収器の伝熱管内を流れる循環水を第２蒸発器の伝熱管内
   に循環させるようにしたことを特徴とする吸収式ヒート
   ポンプ装置。