JPH07104065B2 - 吸収式ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、例えば排熱等を有効に利用し、システムの
熱効率を向上させる吸収式ヒートポンプ装置に関するも
のである。

【従来の技術】

第２図は、例えば特開昭62−80460号公報に示された吸
収式ヒートポンプ装置の構成図である。 図において、１は蒸気発生用熱交換器２を有する発生器
で、蒸気発生用熱交換器２内には例えば排熱源水などが
流れている。３は凝縮用熱交換器４を有する凝縮器で、
凝縮用熱交換器４内には冷却水が流れている。５は第１
の蒸発器、６は第２の吸収器で、第２の吸収器６内には
利用水の流れる吸収用熱交換器７が備えられている。８
は第１の吸収器、９は第２の蒸発器である。第１の蒸発
器５および第１の吸収器８内にはそれぞれ伝熱管10,11
が鉛直に設けられており、第１の吸収器８の伝熱管11内
は第２の蒸発器９となっている。なお、第１の蒸発器５
内の伝熱管10内には排熱源水が流れている。第１の蒸発
器５と第１の吸収器８内にはそれぞれ仕切板12,13が設
けられており、第１の蒸発器５および第１の吸収器８内
に導かれた液体が伝熱管10,11と仕切板12,13との間に形
成されるすきまを通って伝熱管10,11表面に沿って流下
する構成となっている。発生器１の下部には濃溶液管14
が接続されており、これは溶液ポンプ15,第１溶液熱交
換器16および第２溶液熱交換器17を介して第２の吸収器
６につながっている。また、第２の吸収器６の下部に接
続された中間濃度溶液管18は第２溶液熱交換器17を介し
て第１の吸収器８の仕切板13上に接続され、第１の吸収
器８の下部に接続された希溶液管19は第１溶液熱交換器
16を介して発生器１に接続されている。20は低圧蒸気管
で、第１の蒸発器５と第１の吸収器８とを接続し、第１
の蒸発器５で生じた蒸気を第１の吸収器８へ導く。21は
高圧蒸気管で、第２の蒸発器９と第２の吸収器６とを接
続し、第２の蒸発器９で生じた蒸気を第２の吸収器６へ
導く。22は第１の液冷媒管であり、凝縮器３から第１の
冷媒ポンプ23を介して第１の蒸発器５に接続される。 24は第２の液冷媒管で、その一端は第２の冷媒ポンプ25
を介して第１の蒸発器５の下部と接続され、他端は２つ
に分岐し、１つは第３の液冷媒管26を介して第２の蒸発
器９の下部と、もう１つは第４の液冷媒管27を介して第
１の蒸発器５の仕切板12の上部と接続されている。 28は第５の液冷媒管で、第２の蒸発器９の上部と第１の
蒸発器５とを接続している。29〜32はそれぞれ第1,第4,
第３および第５の液冷媒管22,26,27,28に設けられた第
1,第2,第３および第４の調整弁、33,34は第１および第
３の液冷媒管22,26に設けられた第１および第２の逆止
弁である。第１の逆止弁33は凝縮器３から第１の蒸発器
５への方向を順方向とし、第２の逆止弁34は第１の蒸発
器５から第２の蒸発器９への方向を順方向とする。 次に動作について説明する。第１溶液熱交換器16を通っ
て発生器１へ戻った例えばLiBrの水溶液などの希溶液
は、蒸気発生用熱交換器２により加熱され、蒸気冷媒
（上例のLiBr水溶液の場合には水蒸気）を放出して濃溶
液となる。この濃溶液は濃溶液管14を通り、溶液ポンプ
15により昇圧され、第１溶液熱交換器16へ流入する。こ
の第１溶液熱交換器16において、濃溶液は第１の吸収器
８から発生器１へ戻る希溶液と熱交換して加温され、さ
らに第２溶液熱交換器17で熱交換して加温されて、第２
の吸収器６へ流入し、吸収用熱交換器７表面に散布され
る。散布された濃溶液は、第２の蒸発器９から高圧蒸気
管を通って流入する蒸気冷媒を吸収し、中間濃度溶液と
なり、熱を発生する。この吸収により発生した熱は、吸
収用熱交換器７内を流れる利用水を加熱し、利用水は熱
水あるいはスチームとして種々の用途に利用される。 さて、蒸気冷媒を吸収して中間濃度となった中間濃度溶
液は、中間濃度溶液管18を通り、第２溶液熱交換器17で
の熱交換を行って第１の吸収器８内の仕切板13上に流入
する。この中間濃度溶液は、仕切り板13と伝熱管11との
間のすきまを通って伝熱管11外表面を流下し、流下する
間に第１の蒸発器５から低圧蒸気管20を通って第１の吸
収管８に送られた蒸気冷媒を吸収し発熱する。この熱に
より、第２の蒸発器９内の液冷媒は加熱され蒸気冷媒と
なり、この蒸気冷媒は高圧蒸気管21を通って第２の吸収
器６へ送られる。第１蒸発器５から送られてきた蒸気冷
媒を吸収した中間濃度溶液は希溶液となり、この希溶液
は希溶液管19を通り、第１溶液熱交換器16で発生器１か
ら流出した濃溶液と熱交換して冷却され蒸発器１へ流入
する。 一方、発生器１で発生した蒸気冷媒は凝縮器３で凝縮液
化され、液冷媒となる。この液冷媒は、第１の液冷媒管
22および第１の冷媒ポンプ23により、第１の逆止弁33お
よび第１の調整弁29を通り第１の蒸発器５へ送られる。
この液冷媒は第１の蒸発器５の底部から第２の冷媒ポン
プ25により吸い上げられ、一部は第２の調整弁30を通
り、再び第１の蒸発器５の仕切板12上に流入し伝熱管10
に沿って流下する間に加熱され蒸気化する。この蒸気冷
媒は、低圧蒸気管20を通り、第１の吸収器８へ送られ
る。なお、第１の蒸発器５底部に溜っている液冷媒の温
度は、伝熱管10内を流れる排熱源水などの温度に近くな
っている。 一方、第２の冷媒ポンプ25を経た液冷媒は、第３の液冷
媒管26を通り、第２の逆止弁34および第３の調整弁31を
経て、第２の蒸発器９へも流入する。この液冷媒は第１
の吸収器８で生ずる吸収熱により加熱され蒸気冷媒とな
り、蒸気冷媒は高圧蒸気管21を通って第２の吸収器６へ
流れる。 また、第５の液冷媒管28は、負荷変動などによって第２
の蒸発器９内の液冷媒が過剰となったときに、余剰液冷
媒を第１の蒸発器５へ返すための管であり、通常第２の
蒸発器９内の液冷媒量を検知して第４の調整弁32を開閉
する方法などで制御している。第１および第２の逆止弁
33,34は、吸収式ヒートポンプ装置の停止時に液冷媒が
逆流するのを防止するために設けられている。（運転中
の圧力は第２の蒸発器９＞第１の蒸発器５＞凝縮器３の
順である。）

【発明が解決しようとする問題点】

従来の吸収式ヒートポンプ装置は以上のように構成され
ているので、第２の蒸発器９で高温となった液冷媒が第
１の蒸発器５に戻ってしまい効率が低下する欠点があっ
た。また、低負荷（低出力）運転時には第１の蒸発器５
から第２の蒸発器９への液冷媒流量を減少させる必要が
あるが、このために第２のポンプ25の流量を減少させる
と、第４の液冷媒管27を通り、第１の蒸発器５の仕切板
12上部へ流入する液冷媒量も少なくなり、伝熱管10への
流下冷媒の分配や伝熱特性の低下などの問題点があっ
た。 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、第２の蒸発器の高温液冷媒を第１の蒸発器
に戻すことなく、また負荷の変化に対しても第２の冷媒
ポンプの冷媒流量を変えることなく運転できる吸収式ヒ
ートポンプ装置を得ることを目的とする。

【問題点を解決するための手段】

この発明に係る吸収式ヒートポンプ装置は、第２の蒸発
器に液冷媒補給装置を備え、第１の蒸発器からの液冷媒
管を、この液冷媒補給装置に接続したものである。

【作用】

この発明における吸収式ヒートポンプ装置は、液冷媒補
給装置により、第２の蒸発器に必要な量の液冷媒のみが
第１の蒸発器から供給され、また第２の冷媒ポンプの流
量を制御する必要がなくなる。

【発明の実施例】

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は、この発明の一実施例の吸収式ヒートポンプ装置を
示す構成図である。図において１〜25,27,29〜31,33,34
は従来の吸収式ヒートポンプ装置と同様のものである。
ただし、第３の液冷媒管26は第２の蒸発器９に接続され
るのでなく、液冷媒補給装置35に接続されている。液冷
媒補給装置35の下部は第２の蒸発器９の下部に、また上
部は第２の蒸発器９の上部蒸気空間にそれぞれ接続さ
れ、この上部の接続管は第２の蒸発器の液冷媒オーバー
フロー管としても用いられる。液冷媒補給装置35は、例
えばシスターンタンクのように、内部にフロート弁36な
どをもち、この装置内の液面が低下すると第３の液冷媒
管26から液冷媒が補給される。また、液冷媒補給装置35
の設定位置は、あらかじめ第２蒸発器９の平均液面位置
を液面計などにより測定して決める。伝熱管11内は気液
二相となっているため、第２の蒸発器９で液冷媒が上部
空間まであっても、液冷媒補給装置35の設置基準となる
平均液面は前記の液冷媒面より下部になる。 次に動作について説明する。吸収溶液が発生器１から溶
液ポンプ15を介して第２の吸収器６へ流れ、さらに第１
の吸収器８を経て発生器１へ戻る動作については、前述
の従来の吸収式ヒートポンプ装置と同様なので省略す
る。 発生器１で発生した蒸気冷媒は凝縮器３で凝縮液化さ
れ、液冷媒となる。この液冷媒は、第１の液冷媒管22お
よび第１の冷媒ポンプ23により、第１の逆止弁33および
第１の調整弁29を通り、第１の蒸発器５へ送られる。こ
の液冷媒は第１の蒸発器５の底部から第２の冷媒ポンプ
25により吸い上げられ、一部は第２の調整弁30を通り、
再び第１の蒸発器５の仕切板12上に流入し、伝熱管10に
沿って流下して、従来の吸収式ヒートポンプ装置と同様
に加熱され蒸気化する。この蒸気冷媒は、低圧蒸気管20
を通り、第１の吸収器８へ送られる。なお、第１の蒸発
器５底部に溜まっている液冷媒の温度は、伝熱管10内を
流れる排熱源水などの温度に近くなっている。 第２の蒸発器９の伝熱管11内では、第１の吸収器８から
の加熱により、液冷媒が蒸発して高圧蒸気となり、高圧
蒸気管21を通って第２の吸収器６に行く。このため、第
２の蒸発器９内の液冷媒が減少し、液冷媒補給装置35内
の液面が低下してフロート弁36が開となり、第３の液冷
媒管26から液冷媒が補給される。この補給量は、第４の
液冷媒管27から第１の蒸発器５に供給される冷媒流量の
数分の一であるため、補給の有無による第１の蒸発器５
への冷媒流量の影響は小さい。また、運転条件の変化に
より、第２の蒸発器９の液冷媒液面が上昇したときは、
フロート弁36が閉となるとともに、冷媒補給装置35に液
冷媒がオーバーフローし、高圧蒸気管21内に液冷媒は流
入しない。 なお、前記実施例では液冷媒補給装置35にフロート弁36
を用いているが、特にフロート弁36に限定されることな
く、液冷媒補給装置35内の液面を検知する液面検知器を
取付け、第３の調整弁31を開閉してもよい。 また、各発生器，蒸発器，吸収器，凝縮器の構造も第１
図に示すものに限定される必要はなく、各ポンプにはス
トレーナなどをつけてもよいことは言うまでもない。

【発明の効果】

以上のように、この発明によれば、液冷媒補給装置を設
け、第２の蒸発器で蒸発した冷媒相当量を第１の蒸発器
から供給する構成としたので、第２蒸発器から第１の蒸
発器への後戻りがなく、また第１の蒸発器の液冷媒循環
量の変動も少なく、高効率で信頼性の高いものが得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の吸収式ヒートポンプ装置
を示す構成図、第２図は従来の吸収式ヒートポンプ装置
を示す構成図である。 １……発生器、３……凝縮器、５……第１の蒸発器、６
……第２の吸収器、８……第１の吸収器、９……第２の
蒸発器、15……溶液ポンプ、23……第１の冷媒ポンプ、
24……第２の液冷媒管、25……第２の冷媒ポンプ、35…
…液冷媒補給装置、36……フロート弁。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 弓倉 恒雄 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目18番１号 三 菱電機株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−80460（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−191159（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸収溶液中の冷媒を熱源により加熱して気
   化させ蒸気冷媒を発生させる発生器、この発生器から導
   かれた前記蒸気冷媒を液冷媒に凝縮させる凝縮器、第１
   の冷媒ポンプを介して前記凝縮器から導かれた前記液冷
   媒を熱源により蒸気冷媒に気化させる第１の蒸発器、こ
   の第１の蒸発器中の前記液冷媒を第２の冷媒ポンプによ
   って前記第１の蒸発器内を循環させる前記液冷媒管、前
   記第２の冷媒ポンプを経た前記液冷媒管中の前記液冷媒
   を受け、この液冷媒を加熱源により蒸気冷媒に気化させ
   る第２の蒸発器、この第２の蒸発器から導かれた前記蒸
   気冷媒を前記発生器から溶液ポンプを介して導かれた前
   記吸収溶液に吸収させて利用熱を生じさせる第２の吸収
   器、この第２の吸収器から導かれた前記吸収溶液に前記
   第１の蒸発器から導かれた前記蒸気冷媒を吸収させるこ
   とにより生ずる熱を前記第２の蒸発器の加熱源とすると
   ともに前記吸収溶液を前記発生器へ送る第１の吸収器を
   備えた吸収式ヒートポンプ装置において、該第２の冷媒
   ポンプと第２の蒸発器との間に液冷媒補給装置を設け、
   前記第２の冷媒ポンプ吐出側の液冷媒管と開閉弁を介し
   てこれに接続するとともに、前記液冷媒補給装置の上部
   を前記第２の蒸発器上部空間に、下部を前記第２の蒸発
   器下部液溜めにそれぞれ接続したことを特徴とする吸収
   式ヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】液冷媒補給装置への液冷媒入口側開閉弁の
   開閉を前記液冷媒補給装置内の前記液冷媒の液面の検知
   により行うことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
   の吸収式ヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】液冷媒入口側開閉弁は液面検知と開閉弁と
   を一体としたフロート弁を採用したことを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の吸収式ヒートポンプ装置。