JPH05256535A - 吸収式ヒートポンプシステム - Google Patents

吸収式ヒートポンプシステム

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JPH05256535A
JPH05256535A JP5278092A JP5278092A JPH05256535A JP H05256535 A JPH05256535 A JP H05256535A JP 5278092 A JP5278092 A JP 5278092A JP 5278092 A JP5278092 A JP 5278092A JP H05256535 A JPH05256535 A JP H05256535A
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JP
Japan
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heat
refrigerant
heat exchanger
absorber
condenser
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Application number
JP5278092A
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English (en)
Inventor
Minoru Morita
稔 守田
Original Assignee
Tsukishima Kikai Co Ltd
月島機械株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2段のヒートポンプサイクルを有するシステ
ムにおいて、一段目のヒートポンプサイクルで熱エネル
ギーを吸収し、二段目のヒートポンプサイクルで熱エネ
ルギーを取り出すことを、効率よく行う事。 【構成】 一段目の凝縮器に設けられる熱交換器と、一
段目の吸収器に設けられる熱交換器と、二段目の蒸発器
に設けられる熱交換器とを一連に接続してサイクルを形
成し、そのサイクル内で流体を循環させ、熱交換器との
熱伝達を行う。

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に
関し、特に二段階のヒートポンプサイクルを有して、一
段目のヒートポンプサイクルで、下水等の熱源から熱エ
ネルギーを吸収し2段目のヒートポンプサイクルから熱
エネルギーを取り出して温水等を得る、吸収式ヒートポ
ンプサイクルに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に下水の熱量より熱源水高温を得る
場合には、下水を低温熱源水として利用し、一方、冷水
を得たい場合には、下水を各凝縮器の冷却水として利用
するのが一般である。ガス焚きによる単効用式ヒートポ
ンプと同じくガス焚きによる二重効用式吸収式ヒートポ
ンプ(いづれも二作動体は水−リチュームブロマイド系
を用いている)を用いて第2効用の凝縮器および吸収器
の加温された冷却水を単効用の蒸発器の加熱に用いる方
法では、二重効用の蒸発器に供給される低温熱源を二重
効用のガス焚きの発生器により吸収器と凝縮器を介して
これを昇温させ、これを常温式の加熱源として単効用の
蒸発器に供給し、単効用では発生器に加えられた熱量に
よって吸収器および凝縮器で加温された冷却水を系外に
取出す。すなわち第2効用の蒸発器では、冷水が製造で
き、単効用の吸収器および凝縮器からは高温の熱水を得
ることができる。
【0003】前記のシステムの欠点は2組の吸収式ヒー
トポンプを用いるため、構造および操作が複雑であるこ
とであろう。すなわち (1) ガス燃焼を2つの再生器で行っているため、両者
のバランスを取ることに困難がある。 (2) 夏季および冬季の運転について冷却水、あるいは
熱源水の切替えを複雑に行わなければならないこと。 (3) 2組のヒートポンプシステムを組合わせているた
め設備費が高いこと、およびメンテナンスコストも高い
こと。 尚、このヒートポンプシステムの熱効率は図1に示すご
とく出力、出熱2Qに対して入熱は1.333Qであ
り、理論的な熱効率は1.50である。以上の点の外
に、水−リチュームブロマイド系の二作動体の欠点は次
のごとくである。 (1) 低温(0ないし5℃の沸点)での運転ができない
こと。 (2) 日常の蒸発温度(3ないし10℃の沸点温度)よ
り高温(45℃以上)に昇温できないこと。 このため、0℃以下の低温熱源の場合には水−アンモニ
ア系が利用できるシステムが必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、二段
階の吸収式ヒートポンプサイクルの接続構造を適切に構
成することにより、一段目の吸収式ヒートポンプサイク
ルで下水等の熱源を熱エネルギーを吸収して、二段目の
吸収式ヒートポンプサイクルで熱エネルギーを取り出す
ことを、効率良く行いえる、吸収式ヒートポンプシステ
ムを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による吸収式ヒー
トポンプシステムは、気相と液相との間で変化可能な冷
媒と、気相の冷媒を吸収して冷媒から熱エネルギーを加
えられ、且つ加熱されると冷媒がその中から蒸発してい
く、冷媒吸収液と、冷媒吸収液が気相の冷媒を吸収する
第一吸収器と、第一吸収器で気相の冷媒を吸収した冷媒
吸収液が加熱され、冷媒が冷媒吸収液から蒸発していく
第一発生器と、第一発生器で蒸発した冷媒が冷却され液
化する第一凝縮器と、第一凝縮器で液化された冷媒が加
熱されて気化され、気化した冷媒を第一吸収器に供給す
る第一蒸発器と、第一蒸発器内に配置され、冷媒と第一
流体との間で熱交換を行って冷媒を加熱し、且つ第一流
体を冷却する第一熱交換器と、冷媒吸収液が気相の冷媒
を吸収する第二吸収器と、第二吸収器で気相の冷媒を吸
収した冷媒吸収液が加熱され、冷媒が冷媒吸収液から蒸
発していく第二発生器と、第二発生器で蒸発した冷媒が
冷却され液化する第二凝縮器と、第二凝縮器で液化され
た冷媒が加熱されて気化され、気化した冷媒を第二吸収
器に供給する第二蒸発器と、第一凝縮器に設けられて気
化された冷媒を冷却する第三熱交換器と、第一吸収器で
気相の冷媒が冷媒吸収液を吸収する際に冷媒から熱エネ
ルギーを加えられた冷媒吸収液を冷却する第四熱交換器
と、第二蒸発器内に設けられて液化された冷媒を加熱す
る第五熱交換器と、第三熱交換器と第四熱交換器と第五
熱交換器とのサイクルを循環し冷媒との熱交換を行う第
二流体と、を有する。
【0006】
【作用】本発明の吸収式ヒートポンプシステムは、低温
の熱源水で運転している低温側ヒートポンプサイクルに
より、吸収器および凝縮器で昇温された冷却水を得て、
この冷却水を高温側ヒートポンプサイクルの蒸発器の加
温に用いる。高温側ヒートポンプサイクルの吸収器およ
び凝縮器ではさらに高温の冷却水を得ることができるの
で、これを温水発生用の加熱エネルギーに用いることに
よって二段の昇温が可能となり、温度の低い熱源より高
温の温水を得ることができる。
【0007】本システムの作用についてさらに述べれ
ば、高温側ヒートポンプサイクルの入熱量をQとすれば
低温側ヒートポンプサイクルの発生器の必要な熱量は
0.5Qであり、この0.5Qは吸収式および凝縮器の
いづれからも得ることができる。0.5Qの熱量は凝縮
器および吸収器によって外に取出され、これが高温側の
ヒートポンプの蒸発器に供給され、高温側の運転を確保
できる。低温側発生器に供給する量を0.5Q以上にし
ていく場合にはそれに比例して低温側の蒸発器で得られ
る冷水の量は多くなり、最も冷却能力を発揮できる場合
には2Qの冷水の製造が可能である。第2低温発生器に
供給される熱量が0.5Qより多くなる場合には、表1
に示すような熱収支となる。すなわち低温側発生器への
入力0.5Qが温水出力の最大であり、低温側発生器に
2Qを入れた場合には温水製造0、冷水製造能力は最大
の2Qということになる。いづれにしても理論的なCO
Pは温水および冷水製造の両者を考慮すれば2.0とな
る(実際の場合には1.3ないし1.4程度である)。
【0008】
【表1】
【0009】
【実施例】図1と図2に示されるように、本発明の一実
施例においては、高温側ヒートポンプと低温側ヒートポ
ンプの2組により構成されており、高温側の凝縮器およ
び吸収器の熱量を低温側発生器に結合することによって
低温側の熱源を二段階に高温熱水を製造し、これを利用
せんとするものである。高温側ヒートポンプは第2発生
器1、第2凝縮器2、第2蒸発器3、第2吸収器4と熱
交換器5および吸収器循環ポンプ6とによって構成され
ている。一方、低温側ヒートポンプは第1発生器7、第
1凝縮器8、第1蒸発器9、第1吸収器10、熱交換器
11および循環ポンプ12によって構成されている。以
上の2つのヒートポンプの組合わせにおいて、第1発生
器7の熱源として第2凝縮器2と第1発生器7の熱交換
器21,71の間に配管を設けて熱を移動させる方法
(図1)と、第2発生器1の冷媒ベーパーを直接第1発
生器7と熱交換器13の加温に用いる方法(図4)があ
る。前者について説明すれば、熱水製造のループとして
第2凝縮器2と第1発生器7とを循環ポンプ14と配管
で結ぶ、また熱交換器13と第2吸収器4とを結んだ配
管があり、これは循環ポンプ19によって熱交換器13
と接続されてループを作っている。一方、冷水製造のル
ープは第1蒸発器9と熱交換器17とを循環ポンプ18
によってループを作る。第2蒸発器3加熱ループとして
第1吸収器10、第1凝縮器8および第2蒸発器3と冷
却器15とがループを成しており、循環ポンプ16によ
って循環をしている。第1蒸発器9内の熱交換器91に
は、直接下水等の熱源が供給されても良いし、熱交換器
17を介して、下水等の熱源から熱エネルギーが吸収さ
れても良い。第2吸収器4内の熱交換器41及び第2凝
縮器2内の熱交換器21等には、高温側ヒートポンプサ
イクルから熱エネルギーを取り出すように直接水等が供
給されて温水を発生しても良いし、熱交換器13を介し
て、外部へ熱を取り出しても良い。熱交換器内を流れて
熱エネルギーを伝達する流体は、ポンプ6,12,1
4,16,18,19により、図面の配管部に書き加え
られた矢印方向に圧送される。冷媒も図面内の矢印方向
に流れる。図2には、温水を発生する時と冷水を発生す
る時の、システムの構成の違いを示す。
【0010】第2発生器1は、熱源から供給される熱に
よって稀薄リチュームブロマイド溶液(冷媒を吸収した
冷媒吸収液)を加熱し、蒸発した冷媒は第2凝縮器2に
導かれ、そこで熱交換器21により凝縮される。この際
の凝縮液は第2蒸発器3に導き、熱交換器31で後述す
る低温熱ヒートポンプの吸収熱と凝集熱の一部によって
加温されて蒸発し第2吸収器4によって導かれ、ここで
第1発生器1で濃縮された濃厚液と混合され、凝縮が起
こるので沸点上昇により高い温度で凝縮を行い、いわゆ
る吸収式ヒートポンプを形成する。このシステムの中で
熱量をとるべき箇所は第2凝縮器2と第2吸収器4であ
り、この熱量の全部、あるいは一部を凝縮器と吸収器お
よび熱交換器13とのループとによって循環ポンプ14
により第1発生器7との間に循環ループを作ってあり、
必要に応じて温水製造および冷熱発生に必要な熱量を第
1発生器7へ送ることができる。
【0011】低温側のヒートポンプは前述通り高温側と
同じであるが、低温熱源水を第2蒸発器3の加温に利用
できるように高温側で発生した吸収器および凝縮器の熱
量を第1発生器7に送り、第1蒸発器9に供給される温
度の低い熱量を第1凝縮器8および第1吸収器10で吸
い上げて、これを第2蒸発器3の加温に用いることがで
きる。このようにして結果的には第1発生器7に供給さ
れた低温の熱量は第1吸収器10および第1凝縮器8に
よって第2発生器1に送られ、これがさらに第2凝縮器
2および第2吸収器4で昇温されて熱水を作ることがで
きる。第1発生器7では、高温の熱量を取入れて第1濃
縮器8に冷媒ベーパーを送り凝縮させ、凝縮液を第1蒸
発器9に送り、低温熱源水によって蒸発させこれを第1
吸収器10に送り吸収凝縮を行わせ、循環ポンプ16に
よって第1吸収器10および第1凝縮器8の熱量は第2
発生器1に送られ、熱バランスによって過剰な熱量は熱
交換器15によって除去し、再循環を行う。一方、冷水
製造を必要とする場合には第1蒸発器9の熱交換器17
との間に循環ポンプ18を介して熱媒の循環ループを作
り、これによって外部に熱を供給することができる。
【0012】本発明の構造を利用しての温水と冷水の製
造は、次の通りである。 (1) 温水製造時と冷水製造時の間の配管の切り替えを
行うこと。 (2) 第1凝縮器の熱を第2発生器に最大限に供給でき
るようなシステムにすること。 (3) 冷水製造時には高温および低温のヒートポンプシ
ステムの全ては冷水製造の条件で試運転を行い、温水の
製造は第1コンデンサーの余剰熱量によってのみ行うこ
と。 以上により、経済的な冷水および温水同時製造が設計可
能であり、要約すれば第2蒸発器3と第2吸収器4の操
作温度を第1蒸発器7と第1吸収器10のそれぞれの操
作条件と同じにすることで最大の冷水製造能力を得るこ
とができる。この際には温水の製造は第2発生器1の冷
媒ベーパーによってのみ行うことができる。この場合の
熱収支を表1に示す。
【0013】図3に示される、もう一つの実施例におい
て、第2凝縮器2と第1発生器7と第2吸収器4と熱交
換器13の間に熱移動を行うためのループを作り、一方
第1凝縮器8と第1吸収器10の熱量を第2蒸発器3へ
送るためのループを作り、このループの中に過剰熱量を
除去するための冷却器15を設けてある。一方、冷水製
造は第1蒸発器9のみで行うことができる。この場合の
熱収支を表2に示す。本方式は第2吸収器4と第2凝縮
器2の温度が第1発生器7のそれより高く設計できる場
合には冷水製造時にバルブの切換えなしに運転可能であ
り、システムは簡素化できる。水−リチュームブロマイ
ド系の二作動体の場合にはその特性上先記の実施例のよ
うに冷水製造時第2凝縮器2より第1発生器7への熱の
移動は温度差を大きく取れるので可能であるが、第2吸
収器4の操作温度は第1発生器7のそれに比べると温度
差がないか、それとも極くわずかであり、熱の移動が十
分にできない。すなわち先記の実施例の必要条件である
第2凝縮器2の熱量と第2吸収器10の熱量を全て第1
発生器1へもっていって最大の冷水製造能力を得ようと
する場合にはこの方式では利用できない。また、一方、
低温側で全て冷水製造熱量を引き受けるので、すなわち
低温側のヒートポンプシステムの全ては2Qの熱量を処
理する必要があるために伝熱面積は多大になる。以上の
ような理由でこの実施例に水−リチュームブロマイド系
を利用することには無理がある。
【0014】
【表2】
【0015】図4に示す、もう一つの実施例において
は、第2発生器1の冷媒ベーパーを直接第1発生器7と
熱交換器13に導き、温水と冷水を作る方法がある。こ
の際の熱収支は最初の実施例と同じであるが、最初の実
施例と比較して第2凝縮器2が不要となり、経済的なシ
ステムが一般化可能である。前記第1発生器1と熱交換
器13で凝縮した冷媒は第2蒸発器3に戻り、ヒートポ
ンプのサイクルを動かすことができる。
【0016】50m2の第2発生器1、50m2の第2凝縮
器2、60m2の第2蒸発器3および70m2の第2吸収器
4より成る高温型ヒートポンプシステムと低温側ヒート
ポンプシステムとして第1発生器7を30m2、第1凝縮
器8を30m2、第1蒸発器9を40m2、第1吸収器10
を40m2とするシステムを用いて、水−リチュームブロ
マイド系冷媒・吸収液を図1の実施例に使用し、水−ア
ンモニア系冷媒・吸収液を図4の実施例に使用し運転を
した結果は表3に示す通りである。温水製造時において
は70℃の温水出熱量520×103 Kcal/hr同
時に7℃の冷水の出熱量139×103 Kcal/hr
の能力において13Aの都市ガス44.5m3/hrを消
費した。この場合の温水基準の熱効率は1.23であっ
た。また、冷水製造において7℃の冷水出熱量561×
103 Kcal/hrの熱量において都市ガス消費量4
3.8m3/hrであった。この際の熱効率は1.34で
ある。
【0017】
【表3】
【0018】本発明の特徴は次のように要約できる。発
生器、凝縮器、蒸発器および吸収器より成る吸収式ヒー
トポンプを2つに組合わせ、高温側発生器はガス焚き、
あるいは高温スチームで加温し高温側の凝縮器、あるい
は吸収器の一部の熱温水を低温側の再生器に送り、高温
側の蒸発器の加熱には低温側の凝縮器および吸収器の熱
温水を供給し、低温蒸発器には低温熱源水を供給するこ
とで、高温吸収器と前記高温凝縮器より熱温水を得ると
いうことに要約できる。この実施の態様として次のこと
が上げられる。 (1) 高温側発生器の冷媒ベーパーを直接低温側発生器
および温水加熱器に導き、同時に高温側吸収器の熱は熱
水を発生するための熱交換器に供給する。 (2) 高温側凝縮器と低温側再生器の間に熱水ループを
作り、熱移動をさせる。 (3) 高温側凝縮器と低温側再生器、高温側吸収器の間
に熱水ループを作り、一部を第2発生器に用い、残部を
熱水加温に用いる方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による、吸収式ヒートポンプシステムの
一実施例を示す概略図。
【図2】(a) は、図1の実施例の、温水発生時の流体の
流れ状態を示す概略図。(b) は、図1の実施例の、冷水
発生時の流体の流れ状態を示す概略図。
【図3】本発明による、吸収式ヒートポンプシステムの
もう一つの実施例を示す概略図。
【図4】(a) は、本発明による、吸収式ヒートポンプシ
ステムのもう一つの実施例における温水発生時の流体の
流れ状態を示す概略図。(b) は、本発明による、吸収式
ヒートポンプシステムのもう一つの実施例における冷水
発生時の流体の流れ状態を示す概略図。
【符号の説明】
1 第2発生器 2 第2凝縮器 3 第2蒸発器 4 第2吸収器 5 熱交換器 6 循環ポンプ 11 第2発生器用熱交換器 21 第2凝縮器用熱交換器 31 第2蒸発器用熱交換器 41 第2吸収器用熱交換器 51 熱交換器 7 第1発生器 8 第1凝縮器 9 第1蒸発器 10 第1吸収器 51 熱交換器 12 循環ポンプ 71 第1発生器用熱交換器 81 第1凝縮器用熱交換器 91 第1蒸発器用熱交換器 101 第1吸収器用熱交換器 13 熱交換器 14 循環ポンプ 15 冷却器 16 冷却水循環ポンプ 17 熱交換器 18 冷水循環ポンプ 19 吸収器循環ポンプ

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸収式ヒートポンプシステムであり、 気相と液相との間で変化可能な冷媒と、 気相の冷媒を吸収して冷媒から熱エネルギーを加えら
    れ、且つ加熱されると冷媒がその中から蒸発していく、
    冷媒吸収液と、 冷媒吸収液が気相の冷媒を吸収する第一吸収器と、 第一吸収器で気相の冷媒を吸収した冷媒吸収液が加熱さ
    れ、冷媒が冷媒吸収液から蒸発していく第一発生器と、 第一発生器で蒸発した冷媒が冷却され液化する第一凝縮
    器と、 第一凝縮器で液化された冷媒が加熱されて気化され、気
    化した冷媒を第一吸収器に供給する第一蒸発器と、 第一蒸発器内に配置され、冷媒と第一流体との間で熱交
    換を行って冷媒を加熱し、且つ第一流体を冷却する第一
    熱交換器と、 冷媒吸収液が気相の冷媒を吸収する第二吸収器と、 第二吸収器で気相の冷媒を吸収した冷媒吸収液が加熱さ
    れ、冷媒が冷媒吸収液から蒸発していく第二発生器と、 第二発生器で蒸発した冷媒が冷却され液化する第二凝縮
    器と、 第二凝縮器で液化された冷媒が加熱されて気化され、気
    化した冷媒を第二吸収器に供給する第二蒸発器と、 第一凝縮器に設けられて気化された冷媒を冷却する第三
    熱交換器と、 第一吸収器で気相の冷媒が冷媒吸収液を吸収する際に冷
    媒から熱エネルギーを加えられた冷媒吸収液を冷却する
    第四熱交換器と、 第二蒸発器内に設けられて液化された冷媒を加熱する第
    五熱交換器と、 第三熱交換器と第四熱交換器と第五熱交換器とのサイク
    ルを循環し冷媒との熱交換を行う第二流体と、を有する
    吸収式ヒートポンプシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第二凝縮器内に設けられて、冷媒と第三流体との間で熱
    交換を行って冷媒を冷却し、 第三流体を加熱する第六熱交換器を更に有する吸収式ヒ
    ートポンプシステム。
  3. 【請求項3】 請求項2による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第一発生器内に設けられて、冷媒と第三流体との間で熱
    交換を行って冷媒を加熱し、且つ第三流体を冷却する第
    七熱交換器を更に有する吸収式ヒートポンプシステム。
  4. 【請求項4】 請求項2による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第二吸収器内に設けられて、冷媒吸収液と第三流体との
    間で熱交換を行って第三流体を加熱する第八熱交換器を
    更に有する吸収式ヒートポンプシステム。
  5. 【請求項5】 請求項1による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第二吸収器内に設けられて、冷媒と第四流体との間で熱
    交換を行って第四流体を加熱する第八熱交換器を更に有
    する吸収式ヒートポンプシステム。
  6. 【請求項6】 請求項1による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第二流体は、第五熱交換器から第三熱交換器を経て第四
    熱交換器に流れ、その後第五熱交換器に戻る、吸収式ヒ
    ートポンプシステム。
  7. 【請求項7】 請求項3による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第三流体は、第六熱交換器から第七熱交換器に向かって
    流れ、その後冷却される、吸収式ヒートポンプシステ
    ム。
  8. 【請求項8】 請求項4による吸収式ヒートポンプシス
    テムであり、 第三流体は、第六熱交換器から第八熱交換器に向かって
    流れ、その後冷却される、吸収式ヒートポンプシステ
    ム。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101871702A (zh) * 2010-07-09 2010-10-27 浙江大学 双热源高效吸收式制冷装置
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