JPS5818575B2 - キユウシユウシキヒ−トポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、温水を熱源とし、熱源より高温の熱水を得る
吸収式ヒートポンプに関するものである。

発電所などの排温水を熱源として、熱源温水よりも高温
の熱水を得るためのヒートポンプの構成を示せばその一
例は第１図の如くそれぞれ１個の吸収器Ａ、発生器Ｇ、
蒸発器Ｅ、凝縮器Ｃおよび金製溶液熱交換器Ｘを備え、
濃溶液を溶液ポンプ１により吸収器Ａに導ひく濃溶液管
２と、希溶液を減圧弁３を介して発生器Ｇに導ひく希溶
液管４と、冷媒液を冷媒ポンプ５により蒸発器Ｅに導び
く冷媒管６と、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収器Ａ
に導びく蒸気管７と、発生器Ｇにて発生した冷媒蒸気を
凝縮器Ｃに導びく蒸気管８とが設けられ各機器を接続し
ている。

凝縮器Ｃには冷却水管９、蒸発器Ｅと発生器Ｇとには熱
源の温水を導びく温水管１０，１１、吸収器Ａには所要
の高温の熱水を得るだめの高温水管１２が装備されてい
る。

運転に当たっては、温水管１１の熱源温水によシ発生器
Ｇの中の溶液は蒸発し濃溶液となシ、熱交換器Ｘにて加
熱されて吸収器Ａに送られる。

一方冷媒ポンプ５によシ蒸発器Ｅに送られた冷媒は、温
水管１０の熱源温水により蒸発し蒸気管７を経て吸収器
Ａに達し濃溶液に吸収される。

この際の吸収熱によシ濃溶液は加熱され沸点上昇に相当
する高温度べ達し高温水管１２を熱し、熱源温水の温度
よりも高温の熱水を得ることができる。

希溶液は減圧弁３を経て発生器Ｇに戻る。

発生器Ｇで発生した蒸気は凝縮器Ｃに導ひかれ、冷却水
管９の冷却水により凝縮し、サイクルが繰シ返される。

吸収サイクル線図は第２図に示される。このような吸収
式ヒートポンプにおいては熱源温水は蒸発器Ｅあるいは
発生器Ｇにおいて熱を放出した後はそのまま排出される
が、まだかなりの温度を有しており無駄に棄てる熱エネ
ルギーが多く装置全体の熱効率が低くなると共に排温水
による温水公害を起こすおそれがあった。

本発明は、複数段の発生器および凝縮器を設け、高圧段
発生器に高温の温水を導ひくと同時に低圧段発生器には
その段階に応じて低温の温水を導ひき低温温水の熱も回
収するようにしたことによシ、従来のものの上記の欠点
を除き、温度低下した熱源温水を再び導いてその熱を回
収利用することができ、また別に比較的低温温水がある
場合も同時に利用することができ、従来棄てられていた
熱エネルギーを回収し熱効率を上げると共に温水公害の
おそれもなくせる吸収式ヒートポンプを提供することを
目的とするものである。

本発明は、吸収器、発生器、蒸発器、凝縮器、金製溶液
熱交換器およびそれらを接続する管路を有するヒートポ
ンプにおいて、複数段の発生器と、複数段の凝縮器とを
備え、蒸発器および各段発生器に熱源温水を導き、発生
器の圧力段に応じ高圧発生器には高温熱源温水を導ひき
、低圧段になるに従って順次低い温度の熱源温水を導い
たことを特徴とする吸収式ヒートポンプである。

本発明を実施例につき図面を用いて説明すれば、第３図
に示すように、吸収器Ａ、蒸発器Ｅ、高圧段の第１発生
器Ｇ、第１凝縮器Ｃ１、低圧段の第２発生器Ｇ、第２凝
縮器Ｃ２、金製溶液間の熱交換を行なう第１熱交換器Ｘ
１、第２熱交換器Ｘ２を有する。

機器間を接続する一路および附属品としては、第２発生
器Ｇ２の溶液を第１発生器Ｇ１に送る第２溶液ポンプ１
３、第２濃溶液管１４、制御弁１５、第１発生器Ｇ１の
溶液を吸収器Ａに送る第１溶液ポンプ１６、第１濃溶液
管１７、吸収器Ａの希溶液を第２発生器Ｇ２に送る希溶
液管１８、減圧弁１９、第２凝縮器Ｃ２の冷媒を蒸発器
Ｅに送る第２冷媒ポンプ２０、第２冷媒管２１、制御弁
２２、第１凝縮器Ｃ１の冷媒を第２冷媒管２１に合流せ
しめる第１冷媒管２３、第１冷媒ポンプ２４、制御弁２
５、第２発生器Ｇ２からの冷媒蒸気を第２凝縮器Ｃ２に
導びく蒸気管２６、第１発生器Ｇ１からの冷媒蒸気を第
１凝縮器Ｃ１に導びく蒸気管２７、蒸発器Ｅからの冷媒
蒸気を吸収器Ａに導びく蒸気管２８が備えられている。

外部との熱の授受の系統としては、排温水などの熱源温
水を導ひくため温水管２９，３０．３１がそれぞれ蒸発
器Ｅ、第１発生器Ｇ１、第２発生器Ｇ２に装備され、温
水管３０の出口は温水管３１の入口と連通し、温水管２
９および３０の入口には制御弁３２，３３が設けられ、
出口３４．３５は外部に通じ温水を排出するようになっ
ている。

第１凝縮器Ｃ１と第２凝縮器Ｃ２には冷却水を通す冷却
水管３６，３７が装備され、冷却水管３６の出口は冷却
水管３７の入口と連通している。

吸収器Ａには所要の高温の熱水を得るだめの高温水管３
８が装備されている。

制御用検出器としては、高温水管３８の出口に温度検出
器３９が設けられ、出口温度により熱源温水の制御弁３
２，３３を制御する。

蒸発器Ｅ、第１発生器Ｇ１、第１凝縮器Ｃ１には液面検
出計４０，４１，４２が設けられそれぞれ制御弁２２，
２５，１５を制御する。

本実施例の作用、効果を説明するに、第１発生器Ｇ１内
の溶液は温水管３０中の熱源温水に、より加熱されて蒸
発し濃溶液となり第１溶液ポンプ１６により送られ第１
熱交換器Ｘ１にて加熱された後吸収器Ａに達する。

一方策１凝縮器Ｃ１、第２凝縮器Ｃ２より第１あるいは
第２啓液ポンプ２４．２０により蒸発器Ｅの中に送られ
た冷媒液は温水管２９の熱源温水により加熱され蒸発し
冷媒蒸気は蒸気管２８を経て吸収器Ａに入り濃溶液に吸
収される。

この際発生する吸収熱により加熱され沸点上昇相当の高
温に達し、高温水管３８を加熱して熱源温水より高温の
熱水を得ることができる。

冷媒を吸収し希簿となった希溶液は希溶液管１８に導ひ
かれて第１および第２熱交換器Ｘ１゜Ｘ２を通り冷却さ
れながら減圧弁１９を経て第２発生器Ｇ２に達する。

第１発生器Ｇ１に装備された温水管３０中の温水は前述
の如く溶液を加熱蒸発せしめるだめに熱を放出し当初よ
りは下がっているがまだ可成シの温度を有する。

一段温度を低下せしめられたこの温水は温水管３１に導
ひかれ上述の如く第２発生器Ｇ２に達しだ希溶液を加熱
し冷媒を蒸発せしめて溶液を濃縮する。

かくして得られた濃溶液は第２溶液ポンプ１３により第
２濃溶液管１４中を送られ、第２熱交換器Ｘ２にて加熱
され制御弁１５を経て第１発生器Ｇ１内に達し、再び前
述のサイクルを繰り返す。

第１あるいは第２発生器Ｇ１あるいはＧ２より発生した
冷媒蒸気はそれぞれ蒸気管２７．２６を通って第１ある
いは第２凝縮器ＣＩ、Ｃ２に達し、冷却水管３７．３６
の冷却水により凝縮し再び前述のサイクルを繰り返す。

この際の溶液の吸収サイクルは第２図において２点鎖線
のサイクルが加えられ、■−■−■−■−■−■−［相
］−〇−０−０−■にて示される。

本実施例は以上の如き構成、作用により第１発生器Ｇ１
における溶液加熱に用いられて温度が低下し、従来は棄
て去られた温水を低圧段の第２発生器Ｇ２に導いて再使
用を行ない熱の回収を行なうことにより、従来棄てられ
ていた熱エネルギーを回収し有効利用をばかり熱効率の
向上を行なうことができると共に温排水による温水公害
も防止することができる。

出口３５の排温水が寸だ充分な温度を持っている場合は
更に低圧段の発生器と凝縮器とを設け、発生器に上記の
排温水を導びくことによりさらに熱回収を行なうことが
できる。

温水管３１などの低圧段発生器の温水管へ供給する温水
は高圧段発生器の温水管３０の出口からの温水の代りに
、蒸発器Ｅの温水管２９の出口３４からの温水あるいは
他の温水源の温水で上記熱源温水より温度の低いものを
用いてもよくあるいはそれらを合流せしめて用いてもよ
い。

また蒸、発器Ｅ、第一凝縮器Ｃ１との間に熱交換器を設
は蒸発器Ｅの中に送り込まれる冷媒と温水管３０の出口
、温水管３１の出口３５、温水管２９の出口３４からの
寸だ高温有効の温水またはそれらの混合または他の排温
水と熱交換させることによシ、蒸発器Ｅに送り込む冷媒
の保有熱量を高くして所要排温水量の減少を図シ熱経済
の向上ができる。

本発明の他の実施例を説明するに、溶液側と冷媒側それ
ぞれ別個に実施態様を示す。

ヒートポンプ全体の実施態様は両者を適宜組み合わせた
構成となる。

溶液側の具体例は第４図ないし第１５図に示すもので各
々ａに回路図、ｂにそのサイクル線図を示す。

第４図ないし第６図に示す例は、第１発生器Ｇ１と吸収
器Ａとを第１溶液ポンプ１６を介して接続する第１濃溶
液管１７と、第２発生器Ｇ２と第１発生器Ｇ１とを第２
溶液ポンプ１３を介して接続する第２濃溶液管１４を備
えたことを特徴とする方式の例である。

第４図は吸収器Ａと第２発生器Ｇ２とを接続する希溶液
管１８を備えた例を示すもので、第３図におけるものと
同じである。

第５図は吸収器Ａと第１−発生器Ｇ１および第２発生器
Ｇ２とを接続する希溶液管１８を備えたもので、分岐管
４３にて第２発生器Ｇ２と通じている３高低段の発生器
の加熱源条件に応じて宕液循環量力泪由に配分できるの
で効率が向上する。

第６図は吸収器Ａと第２発生器Ｇ２および第２濃溶液管
１４とに接続する希溶液管１８を備えたもので、分岐管
４４にて第２濃溶液管１４と通じている。

効果は第６図のものと同様である。

分岐管４４は第１熱交換器Ｘ１より高圧側から分岐して
もよい。

第７図ないし第１５図に示すものは、第２発生器Ｇ２と
吸収器Ａとを第２溶液ポンプ１６を介して接続する濃溶
液管４５を備えたことを特徴とする方式の例であり、こ
のうち第７図ないし第１０図に示すものは、さらに第１
発生器Ｇ１と吸収器Ａとを第１啓液ポンプ１６を介して
接続する濃溶液管４６を備えた方式の例である。

第７図は吸収器Ａと第１発生器Ｇ１および第２発生器Ｇ
２とを接続する希溶液管１８を有するもので、分岐管４
７にて第１発生器と通じている。

この場合高温側第１発生器の加熱源温度が比較的に低い
際には第７図すにおける温度Ｔが低くできるので有利と
々る。

即ち他のサイクルでは溶液循環量を大きくして濃度幅を
小さくし効率を悪くしなければ同じような能力確保がで
きない。

第８図は第１発生器Ｇ１と吸収器Ａとを第１溶液ポンプ
１６を介して接続する第１濃溶液管１Ｔと吸収器Ａと第
１発生器Ｇ１とを接続する希溶液管４８を備えたもので
両発生器えの溶液循環量の配分が容易である。

第９図は第８図における第１濃啓液管１７を直接吸収器
Ａに入れずに濃溶液管４５に入れて間接的に吸収器Ａと
接続したものであり、効果は第８図のものと同様である
。

第１０図は濃溶液管４５と第１発生器Ｇ１とを接続する
分岐管４９を有するものである。

この分岐管４９は第８゜９図のものにも適用できる。

第１１図ないし第１５図はポンプは第２溶液ポンプ１３
１個のみで済み第１溶液ポンプ１６を欠くもので、その
うち第１１図ないし第１３図は吸収器Ａと第１発生器Ｇ
１とを接続する希溶液管４８と、第１発生器Ｇ１と第２
発生器Ｇ２とを接続する中間濃度濃溶液管５０とを備え
た方式の例で、第１１図は希溶液管４８と濃溶液管５０
とが接続されていないもの、第１２図は接続管５１で接
続したもので後者は第１、第２発生器Ｇ１ 、Ｇ２間の
溶液の配分が比較的自由に行なえる。

第１３図は濃溶液管４５の途中にニジフタ−５２を備え
たもので希溶液管４８の一部の溶液を吸引するもので吸
収器Ａにおける濃度幅を全体的に小さくできるので循環
量をふやすことができ吸収器Ａにおける散布量確保は容
易となる。

このようなエジエタ−５２は第１１゜１２図のものにも
適用できる。

第１４，１５図は、吸収器Ａと第１発生器Ｇ１とを接続
する希溶液管４８と、吸収器Ａと第２発生器Ｇ２とを接
続する希溶液管１８とを備えた方式の例で、第１５図は
さらに濃溶液管４５と第１発生器Ｇ１とを接続する分岐
管５３を有するもので濃溶液の一部を第１発生器Ｇ１に
入れるものである。

この分岐管５３は第１Ｌ１２，１３図のものにも適用で
きる。

冷媒側の実施態様の例を第１６図ないし第２４図に示す
。

第１６図ないし第１７図に示すものは、第２凝縮器Ｃ２
と蒸発器Ｅと、および第１凝縮器Ｃ１と蒸発器Ｅとを、
それぞれ第２冷媒ポンプ２０と第１冷媒ポンプ２４とを
介して接続する第２、第１冷媒管２Ｌ２３および冷媒管
５４とを備えた方式の例である。

第１６図は第３図に示したものの一部である。

第１７図は、第２冷媒管２１の一部に熱交換部５５を設
けたもので、熱交換部５５は第１発生器Ｇ１の中に設は
ヤも、外で第１発生器Ｇ１からの蒸気の凝縮に役立つよ
う熱交換してもよい。

これにより第１凝縮器Ｃ１においての放熱が減少するの
で熱効率は上がり、冷却水負荷が減少する。

第１８図は第２凝縮器Ｃ２と第１凝縮器Ｃ１とを第２冷
媒ポンプ２０を介して接続する第２冷媒管２１と、第１
凝縮器Ｃ１と蒸発器Ｅとを第１冷媒ポンプ２４を介して
第１冷媒管２３とを備えたもので、効果は第１７図のも
のとほぼ同様である。

第１９図ないし第２２図に示すものは第２凝縮器Ｃ２と
蒸発器Ｅとを第２冷媒ポンプ２０を介して接続する第２
冷媒管２１を備えたことを特徴とする方式の例で、ポン
プは１台のみで簡単と々る。

第１９図に示すものは第１凝縮器Ｃ１と第２凝縮器Ｃ２
とを接続する冷媒管５６を備えたものである。

第２０図に示すものは、第２冷媒管２１にエジェクター
５７を設は分岐管５８により冷媒管５８に接続したもの
で冷媒の過冷を防ぎ熱効率を向上せしめる。

第２１図は第１凝縮器Ｃ１と第２冷媒ポンプ２０とを接
続する冷媒管５９を備えたもの、第２２図はさらに冷媒
管５９と第２冷媒管２１との間に熱交換器６０を介在せ
しめたもので後者は冷媒の過冷を防ぎ熱効率を向上せし
める。

第２３図および第２４図は第１あるいは第２発生器より
の蒸気径路と第２凝縮器Ｃ２よりの冷媒径路との間に熱
交換器を介在せしめることを特徴とする方式の例で、第
２３図は第２発生器Ｇ２よりの蒸気と、第２４図はさら
に第１発生器Ｇ１よシの蒸気と、それぞれ熱交換器６１
．６２を介して熱交換を行ない、過熱蒸気のエネルギー
を回収して熱効率をあげることができる。

このサイクルは第４図ないし第２２図のいづれのものに
も適用できる。

以上の実施例において蒸発器への冷媒の供給はスプレィ
式となっているが満液型フラノデッド型とすることもで
きる。

この場合冷媒液は散布せずサイドから流入させてもよい
。

スプレィ式は伝熱上好ましくまた蒸発器内が低圧の場合
有利となるが散布液量が不足する場合も考えられる。

この場合は例えば第２５，２６図に示す如くポンプ６３
を別に設けてもよい。

再生液と循環液との混合は管路６４，６５によりあるい
はフラッシュタンク６６を入れて行なってもよい。

蒸発器Ｅにおけるスプレーで散布量不足の場合も同様に
循環用ポンプを用いればよい。

蒸発器Ｅの冷媒を第１あるいは第２凝縮器ＣＩ。

Ｃ２へ、第１凝縮器Ｃ１の冷媒を第２凝縮器Ｃ２へ戻す
構成にすることもできる。

この場合熱効率は悪くなるが計装上から製作費は安くな
る。

以上に説明した溶液側の方式（第４図ないし第１５、図
の例に示されるもの）と冷媒側の方式（第１６図ないし
第２４図の例に示されるもの）とは互に独立に組み合わ
されて本発明の種々の実施態様の例が示されるものであ
ｐ、各方式の効果もそれぞれ組み合わされる。

例えば第３図は第４図と第１６図とを糾合わせたもので
ある。

また上記は２段の例を示しであるが、多段にすれば一層
効果をあげることができる。

以上の実施例においては各機器が離れた位置で示しある
のでそれらの接続には管が用いられているが、機器が隣
接している場合には管を用いず連通孔などで溶液、冷媒
、蒸気などの移動が行なわれる。

本明細書では「管」と記載しであるが、本発明において
は「径路」の概念も含むものとする。

例えば「冷媒管」は「冷媒径路」の概念も含むものであ
る。

また、例えば「ＰとＱとを接続する管」とはその「管」
のみではなく、他の「管」と連通して間接的にＰ、！＝
Ｑとを流体的に接続する場合も含む。

本発明により、使用済みの温水あるいは比較的低温の温
水の熱エネルギーを再度回収して熱の有効利用をはかシ
、熱効率を向上せしめ、また温水公害などの支障を未然
に防止することができる吸収式ヒートポンプを提供する
ことができ、実用上、省エネルギー上、公害防止上極め
て犬なる効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のものの吸収ヒートポンプの一例を示すフ
ローチャート、第２図は従来のものと本発明の実施例の
ものの吸収サイクル線図、第３図は本発明の実施例のフ
ローシート、第４図ないし第１５図は溶液側サイクルの
実施例でそれぞれａは回路、ｂは吸収サイクル線図を示
し、第１６図ないし第２４図は冷媒側サイクルの実施例
でそれぞれａは回路、ｂは冷媒サイクル線図を示し、第
２５図および第２６図は循環ポンプを用いた吸収器の実
施例を示す説明図である。 Ａ・・・吸収器、Ｇ・・・発生器、Ｇ１・・・第１発生
器、Ｇ２・・・第２発生器、Ｅ・・・蒸発仝、Ｃ・・・
凝縮器、Ｃ１・・・第１凝縮器、Ｃ２・・・第２凝縮器
、Ｘ・・・熱交換器、Ｘｌ・・・第１熱交換器、Ｘｌ・
・・第２熱交換器、１・・・溶液ポンプ、２，４５，４
６，５０・・・濃溶液管、４，４８・・・希溶液管、５
・・・冷媒ポンプ、６゜５４．５６，５９・・・冷媒管
、７，８，２６，２７゜２８・・・蒸気管、９，３６，
３７・・・冷却水管、１０゜１１．２９，３０，３１・
・・温水管、１２，３８・・・高温水管、１３・・・第
２溶液ポンプ、１４・・・第２濃溶液管、１６・・・第
１溶液ポンプ、１７・・・第１濃溶液管、１８・・・希
溶液管、２０・・・第２冷媒ポンプ、２１・・・第２冷
媒管、２３・・・第１冷媒管、２４・・・第１冷媒ポン
プ、４３，４４，４７，４９，５３゜５８・・・分岐管
、５１・・・接続管、５２ 、５７・・・エジェクター
、５５・・・熱交換部、６０，６１，６２・・・熱交換
器、６３・・・ポンプ、６４，６５・・・管路、６６・
・・フラッシュタンク。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸収器、発生器、蒸発器、凝縮器、金製溶液熱交換
   器およびそれらを接続する管路を有するヒートポンプに
   おいて、複数段の発生器と複数段の凝縮器とを備え、蒸
   発器および各段発生器に熱源温水を導き、発生器の圧力
   段に応じ高圧発生器には高温熱源温水を導ひき、低圧段
   になるに従って順次低い温度の熱源温水を導ひいたこと
   を特徴とする吸収式ヒートポンプ。