JPH07225062A - 吸収式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 蓄熱槽の温度を乱すことなく、ヒートポンプ
の温水出口温度を常に一定に制御する吸収式ヒートポン
プを提供する。 【構成】 温水配管系に温水入口弁２５，２６を設け、
ヒートポンプの冷却管１９を流通する温水の入口および
出口の温度をそれぞれ検出して制御する温度調節計３
４，３５と、これら両温度調節計の制御出力信号のう
ち、値の小さい方の信号を選択するローセレクタ３６を
設け、ローセレクタ３６の信号により温水入口弁２５，
２６を制御するとともに、高温再生器１ａへの熱源とな
る配管系に蒸気入口制御弁３２を設け、温水出口温度を
検出して制御する温度調節計３７と、蒸発器伝熱管９を
流通する熱源水１０の出口温度を検出して制御する温度
調節計３８と、これら両温度調節計の制御出力信号のう
ち、値の小さい方の信号を選択するローセレクタ３９と
を設け、ローセレクタ３９の信号により蒸気入口制御弁
３２を制御する。

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
係り、特に低温熱源の供給熱量が変化しても、ヒ−トポ
ンプの出口温水温度が一定になり、他の過熱装置との並
列運転を可能とする制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸収式ヒートポンプとしては、例
えば、特開平５−１０６２７号公報記載のように、加熱
源として他の装置ないしプラントシステムの排熱を利用
する吸収式冷温水機において、冷水負荷がなくなつたと
きは、冷媒蒸気を凝縮器から直接吸収器に送り込み、再
生器で発生した冷媒蒸気を濃溶液に吸収させるとともに
吸収熱を吸収器冷却管を流れる冷却水で取り去るように
したものが開示されている。上記の技術は、例えばプラ
ントシステムに外乱が生じた場合、吸収式冷温水機の内
部サイクルにおいて、その外乱を吸収するような制御を
行なっているものである。

【０００３】しかしながら、吸収式ヒートポンプを用い
たシステムであって、冷却水に係る温水を蓄熱槽から供
給される場合、ヒートポンプの立上げ、立下げ時や、外
乱による温水出口温度の低下によって、蓄熱槽温度が乱
れないように、プラント設備側の温水入口制御弁、およ
び再生器に対する熱源入力制御弁を、それぞれ切り換え
て制御するような制御方法について配慮されたものはな
い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の吸収式ヒートポ
ンプでは、低温熱源（冷水に係る熱源水）の供給熱量、
または熱源水（冷水）温度が下がると、ヒートポンプの
温水出口温度が低下し、そのまま蓄熱槽に温度の低い温
水が戻ってしまうため、蓄熱容量が減ってしまうという
問題があった。

【０００５】本発明は、上記従来技術の問題点を解決す
るためになされたもので、蓄熱槽の温度を乱すことな
く、ヒートポンプの温水出口温度を常に一定に制御する
吸収式ヒートポンプを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の吸収式ヒートポンプに係る第一の発明の構
成は、蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交換器、溶
液ポンプ、冷媒ポンプ、およびこれらを作動的に接続す
る溶液および冷媒の配管系を備え、前記蒸発器内の伝熱
管を流通させる熱源水の配管系と、前記吸収器および凝
縮器内の冷却管を流通させる温水の配管系とを備え、他
の装置もしくはプロセスから供給される排熱を前記再生
器の熱源とする吸収式ヒートポンプにおいて、前記温水
配管系に温水供給系側制御弁および温水戻り系側制御弁
を設け、前記吸収器および凝縮器内の冷却管を流通する
温水の入口および出口の温度をそれぞれ検出して制御す
る温度調節計と、これら両温度調節計の制御出力信号の
うち、値の小さい方の信号を選択する選択変換器とを設
け、この選択変換器の信号により前記温水供給系側制御
弁および温水戻り系側制御弁を制御するように制御回路
を構成したものである。

【０００７】また、上記目的を達成するために、本発明
の吸収式ヒートポンプに係る第二の発明の構成は、蒸発
器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交換器、溶液ポンプ、
冷媒ポンプ、およびこれらを作動的に接続する溶液およ
び冷媒の配管系を備え、前記蒸発器内の伝熱管を流通さ
せる熱源水の配管系と、前記吸収器および凝縮器内の冷
却管を流通させる温水の配管系とを備え、他の装置もし
くはプロセスから供給される排熱を前記再生器の熱源と
する吸収式ヒートポンプにおいて、前記再生器への熱源
となる配管系に熱源制御弁を設け、前記吸収器および凝
縮器内の冷却管を流通する温水の出口温度を検出して制
御する温度調節計と、前記蒸発器の伝熱管を流通する熱
源水の出口温度を検出して制御する温度調節計と、これ
ら両温度調節計の制御出力信号のうち、値の小さい方の
信号を選択する選択変換器とを設け、この選択変換器の
信号により熱源制御弁を制御するように制御回路を構成
したものである。

【０００８】さらに、上記目的を達成するために、本発
明の吸収式ヒートポンプに係る第三の発明の構成は、上
記第一の発明と第二の発明とを併合したものである。さ
らに、温水供給系制御用の温水出口温度調節計の設定値
に対し、熱源入力量制御用の温水出口温度調節計の設定
値を若干高く設定したものである。

【０００９】なお付記すれば、上記目的は下記により達
成される。常時、温水の出入口の温度を検出してそれぞ
れ温度調節計で制御し、それら２つの制御出力信号のう
ち、値の小さい方の信号を選択変換器で選択し、その信
号で、吸収式ヒートポンプの温水入口側の、温水供給系
側制御弁と温水戻り系側制御弁を制御するように構成す
ることによって、運転中常時、温水の出口，入口温度制
御を切換えられるようにするものである。

【００１０】また、運転中常時、温水の出口温度と熱源
水の出口温度とを検出してそれぞれ温度調節計で制御
し、それら２つの制御信号のうち、値の小さい方の信号
を選択変換器で選択し、その信号で、吸収式ヒートポン
プへの熱源入力量を制御するように構成することによっ
て、運転中常時、温水出口温度、熱源水出口温度制御を
切り換えられるようにするものである。さらに、温水入
口制御弁用の温水出口側温度調節計の設定値に対して、
ヒートポンプへの熱源入力量制御用の温水出口温度調節
計の設定値を若干高く設定することによって、スム−ズ
に負荷がかかっていくように構成したものである。

【００１１】

【作用】上記技術的手段による働きは次のとおりであ
る。温水入口弁制御用の温水出口側温度調節計について
は、出口温度が高くなったら出力を増加させるように制
御し、温水入口側温度調節計については、入口温度が高
くなったら出力を増加させるように制御する。一方、熱
源入力制御弁用の温水出口側温度調節計については、出
口温度が高くなったら出力を減少させるように制御し、
熱源水出口側温度調節計については、出口温度が高くな
ったら出力を増加させるように制御する。

【００１２】また、温水入口制御弁用の温水出口温度調
節計の設定値に対して、熱源入力量制御用の温水出口温
度調節計の設定値を約１℃高めに設定する。ここでヒー
トポンプ立上げ時の、本制御システムの働きは次のよう
になる。

【００１３】ヒートポンプを起動すると、温水出口温度
は設定値よりもまだ低いため、温水入口制御弁の制御
は、温水出口温度一定制御に切換わる。ここで、２つの
温水入口弁の働きとしては、温水出口温度を設定値に維
持するために、蓄熱槽への供給系（温水温度の高い側）
の制御弁が開き、逆に蓄熱槽からの戻り系（温水温度の
低い側）の制御弁が閉じるため、温水は、ヒートポンプ
内をバイパスするように立上がっていく。熱源入力量制
御用の温度調節計（ヒートポンプの温度調節計）の設定
値よりも、温水入口弁の温度調節計の方が、１℃低めに
設定されているので、徐々にヒートポンプの能力が増加
し、全負荷運転状態までスム−ズに立上がっていく。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１ないし図３を参
照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る吸収
式ヒートポンプの制御系統図、図２は、図１の制御系の
各部の制御条件を示す線図、図３は、本発明を適用する
吸収式ヒートポンプのサイクル系統図である。まず、図
３を参照して、本発明を適用する一般的な二重効用吸収
式ヒートポンプの各部の機能および作用を説明する。

【００１５】図３に示す二重効用吸収式ヒートポンプ
は、高温再生器１ａ、低温再生器１ｂ、凝縮器２、蒸発
器３、吸収器４、およびこれら各機器間に吸収液６（濃
溶液２ａ，稀溶液６ｂ）および冷媒７を循環させる溶液
ポンプ８ａ、冷媒ポンプ８ｂ、溶液熱交換器５から構成
され、各機器は、次のように作動する。この吸収式ヒー
トポンプでは、冷媒として水、吸収液として臭化リチウ
ム水溶液が用いられる。

【００１６】蒸発器３内の伝熱管９には、冷水に係る熱
源水１０が流通しており、この蒸発器伝熱管９には、冷
媒ポンプ８ｂによって冷媒７が散布装置１１からスプレ
ーされ、その蒸発潜熱によって熱源水１０から熱を奪
う。臭化リチウム水溶液は同じ温度の水よりも蒸気圧が
著しく低く、かなり低い温度において発生する水蒸気を
吸収できる。吸収器４では、蒸発器３で蒸発した冷媒蒸
気が、吸収器４内の冷却管１２の外面にスプレーされた
臭化リチウム水溶液６に吸収され、このとき発生する吸
収熱は、吸収器冷却管１２を流通する冷却水に係る温水
１３により冷却される。

【００１７】吸収器４で冷媒を吸収して濃度が低下した
稀溶液６ｂは吸収力が弱くなる。そこで、溶液循環ポン
プ８ａにより、一部は溶液熱交換器５を経て高温再生器
１ａに送られ、高温、高圧蒸気等によって加熱され、高
温の冷媒蒸気１４を蒸発分離し、溶液は濃縮され、濃溶
液６ａは吸収器４に戻る。さらに吸収器４から出た稀溶
液６ｂの一部は、溶液循環ポンプ８ａにより溶液熱交換
器５を経て低温再生器１ｂに送られ、前記高温再生器１
ａで発生した高温冷媒蒸気１４により加熱濃縮され、溶
液は溶液熱交換器５の中で高温再生器から出た濃溶液６
ａと混合されて吸収器４に戻る。

【００１８】高温再生器１ａで分離された高温冷媒蒸気
１４は、低温再生器１ｂでその熱の一部を放出して凝縮
器２に入り、ここで凝縮器冷却管１５を流通する温水１
３によって冷却されて凝縮液化し、冷媒７となって蒸発
器３に戻る。このような吸収式ヒートポンプに適用され
る本発明の一実施例を、以下図１および図２を参照して
説明する。図１において、図３に示したものと同一部分
は同一符号で示している。図１では、実線矢印は、熱源
水、温水、熱源蒸気等の流れ方向を示し、破線矢印は制
御信号系統を示している。

【００１９】図１において、１ａは高温再生器、９は、
熱源水１０の流通する蒸発器伝熱管、１９は、温水１３
の流通する冷却管で、図３における吸収器冷却管１２お
よび凝縮器冷却管１５を合わせて示したものであり、２
０は、図３における低温再生器１ｂ、蒸発器３、吸収器
４、および凝縮器２よりなるヒートポンプ部のセル構成
（以下ヒートポンプセル２０という）を略示したもので
ある。

【００２０】２１は、熱源水１０の配管系における熱源
水入口、２２は熱源水出口を示す。また、２３は、温水
１３の配管系における蓄熱槽からの戻り温水、２４は、
蓄熱槽往き温水を示す。なお、図１では、温水配管系に
おける蓄熱槽は図示を省略している。蓄熱槽戻り温水２
３は、ヒートポンプセル２０内の冷却管１９の入口側に
接続し、蓄熱槽往き温水２４は、前記冷却管１９の出口
側に接続している。

【００２１】２５は、温水供給系側制御弁に係る温水入
口弁、２６は、温水戻り系側制御弁に係る温水入口弁、
２７は温水ポンプ、２８はヒートポンプ温水入口、２９
はヒートポンプ温水出口である。また、３０は、他の装
置もしくはプロセスから供給される排熱で、再生器の熱
源となる蒸気配管系の蒸気入口、３１は、前記蒸気配管
系のドレン出口、３２は、熱源制御弁に係る蒸気入口制
御弁である。

【００２２】３４は、ヒートポンプ温水入口２８の温度
を検出して温水入口弁を制御するための温水入口温度調
節計、３５は、ヒートポンプ温水出口２９の温度を検出
して温水入口弁を制御するための第一の温水出口温度調
節計、３６は、前記両温度調節計３４，３５の制御出力
信号のうち、値の小さい方の信号を選択する選択変換器
に係る第一のローセレクタ、３７は、ヒートポンプ温水
出口２９の温度を検出して蒸気入口制御弁３２を制御す
るための第二の温水出口温度調節計、３８は、熱源水出
口２２の温度を検出して蒸気入口制御弁３２を制御する
ための熱源水出口温度調節計、３９は、前記両温度調節
計３７，３８の制御出力信号のうち、値の小さい方の信
号を選択する選択変換器に係る第二のローセレクタであ
る。

【００２３】このような構成の吸収式ヒートポンプの機
能および作用を図１および図２を参照して説明する。図
１の系統図に示すように、熱源水１０は熱源水入口２１
からヒートポンプセル２０内の蒸発器伝熱管９へ入り、
熱源水出口２２へ流れる。一方、温水１３は、蓄熱槽戻
り温水２３側の温水入口弁２５と蓄熱槽往き温水２４側
の温水入口弁２６とを通し、温水ポンプ２７によってヒ
ートポンプ温水入口２８からヒートポンプセル２０内の
冷却管１９へ入り、ヒートポンプ温水出口２９へ流れ
る。また、本実施例における、例えば、蒸気を駆動熱源
とする二重効用ヒートポンプの場合、蒸気は、蒸気入口
３０から蒸気入口制御弁３２を通って高温再生器１ａへ
入り、ドレンとなってドレン出口３１から出てくる。

【００２４】次に制御フローについて説明する。ヒート
ポンプ温水入口２８の温度を検出して制御する温水入口
温度調節計３４の制御出力信号と、ヒートポンプ温水出
口２９の温度を検出して制御する第一の温水出口温度調
節計３５の制御出力信号をローセレクタ３６に入力す
る。その制御出力で温水入口弁２５，２６を制御する。

【００２５】ここで、温水入口温度調節計３４は、図２
（ａ）に示すように、温水入口温度が３８〜４２℃の範
囲で出力が０〜１００％になるように設定されている。
すなわち、入口温度が高くなったら出力を増加させるよ
うに制御する。第一の温水出口温度調節計３５は、図２
（ｂ）に示すように、温水出口温度が４８〜５２℃の範
囲で出力が０〜１００％になるように設定されている。
すなわち、出口温度が高くなったら出力を増加させるよ
うに制御する。また、温水入口制御弁２５，２６は、図
２（ｃ）に示すような出力と弁開度の関係で制御される
ものとする。

【００２６】例えば、ヒートポンプ温水出口２９の温度
が、設定温度より低くなった場合、第一の温水出口温度
調節計３５の出力が、温水入口温度調節計３４の出力よ
り低くなり、第一のローセレクタ１６によって温水出口
温度制御に切り替わり、温度の高い温水供給ラインすな
わち蓄熱槽往き温水２４側の温水入口弁２６が開き、蓄
熱槽戻り温水２３側の温水入口弁２５が閉じることによ
って、ヒートポンプ温水入口２８の温度が高くなり、結
果として、ヒートポンプ温水出口２９の温度を設定値ま
で高める方向に働く。

【００２７】次に、ヒートポンプ温水出口２９の温度を
検出して制御する第二の温水出口温度調節計３７の制御
出力信号と、熱源水出口２２の温度を検出して制御する
熱源水出口温度調節計３８の制御出力信号を、第二のロ
ーセレクタ３９に入力する。その制御出力によって蒸気
入口制御弁３２を制御する。ここで、第二の温水出口温
度調節計３７は、図２（ｄ）に示すのように、温水出口
温度が４９〜５３℃の範囲で出力が１００〜０％になる
ように設定されている。すなわち、出口温度が高くなっ
たら出力を減少させるように制御する。

【００２８】第二の温水出口温度調節計３７の設定値
は、第一の温水出口温度調節計３５の設定値よりも１℃
高めに設定されている。また、熱源水出口温度調節計３
８は、図２（ｅ）に示すように、熱源水出口温度が２６
〜２８℃の範囲で出力が０〜１００％になるように設定
されている。すなわち、出口温度が高くなったら出力を
増加させるように制御する。蒸気入口制御弁３２は、図
２（ｆ）に示すような出力と弁開度の関係で制御される
ものとする。

【００２９】通常は、第二の温水出口温度調節計３７
は、第一の温水出口温度調節計３５の仕様値よりも１℃
高めに設定されているので、熱源水出口温度調節計３８
に比べてその出力は高く、したがって、ローセレクタ１
９により、熱源水出口２２の温度一定制御を行なってい
る。ここで例えば、ヒートポンプ温水出口２９の温度
が、異常に高くなった場合には、制御は温水出口温度一
定制御に切り替わり、蒸気入口制御弁３２への出力が減
り、ヒートポンプ温水出口２９の温度を低く抑える方向
に働く。

【００３０】本実施例によれば、運転中、常時、温水の
入口、出口温度制御の切換えが可能となり、蓄熱槽と接
続する温水の温度が変化しても、ヒ−トポンプの出口温
水温度を一定とすることができる。また、ヒートポンプ
立上がり後の温水出口温度制御から温水入口温度制御へ
の切換えがスムーズに行えるようになり、また、熱源水
（冷水）側の容量が減った場合でも、直ちにフィードバ
ックをかけることが可能となった。

【００３１】なお、上記実施例においては、蓄熱槽に接
続する温水配管系の温水入口弁２５，２６を制御する制
御系と、再生器に対する熱源配管系の蒸気入口制御弁３
２を制御する制御系との両者を備えた吸収式ヒートポン
プを説明したが、本発明はこれに限るものではなく、上
記各制御系のいずれかを備えたものでも、それ相応の効
果が得られるものである。ただし、本実施例の両制御系
を備えたものが、もっとも望ましいことは言うまでもな
い。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、蓄熱槽の温度を乱すことなく、ヒートポンプの温
水出口温度を常に一定に制御する吸収式ヒートポンプを
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る吸収式ヒートポンプの
制御系統図である。

【図２】図１の制御系の各部の制御条件を示す線図であ
る。

【図３】本発明を適用する吸収式ヒートポンプのサイク
ル系統図である。

【符号の説明】

１ａ…高温再生器、１ｂ…低温再生器、２…凝縮器、３
…蒸発器、４…吸収器、９…蒸発器伝熱管、１０…熱源
水、１２…吸収器冷却管、１３…温水、１５…凝縮器冷
却管、１９…冷却管、２０…ヒートポンプセル、２１…
熱源水入口、２２…熱源水出口、２３…蓄熱槽戻り温
水、２４…蓄熱槽往き温水、２５，２６…温水入口弁、
２７…温水ポンプ、２８…ヒートポンプ温水入口、２９
…ヒートポンプ温水出口、３０…蒸気入口、３１…ドレ
ン出口、３２…蒸気入口制御弁、３４…温水入口温度調
節計、３５，３７…温水出口温度調節計、３６，３９…
ローセレクタ、３８…熱源水出口温度調節計。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交
   換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ、およびこれらを作動的
   に接続する溶液および冷媒の配管系を備え、前記蒸発器
   内の伝熱管を流通させる熱源水の配管系と、前記吸収器
   および凝縮器内の冷却管を流通させる温水の配管系とを
   備え、他の装置もしくはプロセスから供給される排熱を
   前記再生器の熱源とする吸収式ヒートポンプにおいて、 前記温水配管系に温水供給系側制御弁および温水戻り系
   側制御弁を設け、 前記吸収器および凝縮器内の冷却管を流通する温水の入
   口および出口の温度をそれぞれ検出して制御する温度調
   節計と、これら両温度調節計の制御出力信号のうち、値
   の小さい方の信号を選択する選択変換器とを設け、 この選択変換器の信号により前記温水供給系側制御弁お
   よび温水戻り系側制御弁を制御するように制御回路を構
   成したことを特徴とする吸収式ヒートポンプ。
2. 【請求項２】 蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、熱交
   換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ、およびこれらを作動的
   に接続する溶液および冷媒の配管系を備え、前記蒸発器
   内の伝熱管を流通させる熱源水の配管系と、前記吸収器
   および凝縮器内の冷却管を流通させる温水の配管系とを
   備え、他の装置もしくはプロセスから供給される排熱を
   前記再生器の熱源とする吸収式ヒートポンプにおいて、 前記再生器への熱源となる配管系に熱源制御弁を設け、 前記吸収器および凝縮器内の冷却管を流通する温水の出
   口温度を検出して制御する温度調節計と、前記蒸発器の
   伝熱管を流通する熱源水の出口温度を検出して制御する
   温度調節計と、これら両温度調節計の制御出力信号のう
   ち、値の小さい方の信号を選択する選択変換器とを設
   け、 この選択変換器の信号により前記熱源制御弁を制御する
   ように制御回路を構成したことを特徴とする吸収式ヒー
   トポンプ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の吸収式ヒートポンプにお
   いて、 前記再生器への熱源となる配管系に熱源制御弁を設け、 前記吸収器および凝縮器内の冷却管を流通する温水の出
   口温度を検出して制御する温度調節計と、前記蒸発器の
   伝熱管を流通する熱源水の出口温度を検出して制御する
   温度調節計と、これら両温度調節計の制御出力信号のう
   ち、値の小さい方の信号を選択する選択変換器とを設
   け、 この選択変換器の信号により前記熱源制御弁を制御する
   ように制御回路を構成したことを特徴とする吸収式ヒー
   トポンプ。
4. 【請求項４】 温水供給系制御用の温水出口温度調節計
   の設定値に対し、熱源入力量制御用の温水出口温度調節
   計の設定値を若干高く設定したことを特徴とする請求項
   ３記載の吸収式ヒートポンプ。