JPS597862A - 吸収式ヒ−トポンプシステム - 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】 この発明は、液体の熱量を利用してこの液体の一部分の
温度、または他の液体の温度を高める吸収式ヒートポン
プシス１ムに関するものである。

極めて多昂の低温の廃熱が世界中子る所で工業プラント
から毎日廃棄されている。その他の低温熱源（例えば地
熱や太陽熱）も利用可能であり、これらの全エネルギー
値は何百万トン′しの石炭類と等しい。この熱を有効に
利用するために、その温度を約６０°Ｃ（代表的なもの
としく）から　１２０°Ｃに高める必要がしばしばであ
る。

色々なヒートボンブリイクルがこれを実ｔ＊づるのに考
慮されてきてＪ３す、その大抵の酋通のものは動ノ〕源
として電力を必要とりる。吸収式リイクルは将来最も有
望なものの−ってあり、廃熱の一部を動力自体に利用し
、一方において廃熱の残余の温度を高める利点を有して
いる。

この光明の目的は、通常は利用できないヒートエネルギ
ー源、例えば温度約６０℃（１４０下）の水温を高める
ための吸収式ヒートポンプシステムの効率を改良するこ
とである。

この目的は、本発明に基づき、第２段階吸収器において
蒸光されない液体かこのシステムのディシーパー（ｄｅ
ｓｏｒｂｅｒ）の第一次熱交換器の下部に配置した補助
熱交換器に導入される第２段階吸収式ヒー１−ポンプシ
スアムによって達成される。

第１図から明瞭のように、通常の２段階吸収式ヒートポ
ンプシステムは蒸発器／吸収器の２段階を使用し、両段
階とし甲−ディジーバー／圧縮蒸装置によって支援され
ている。２段階吸収式ヒートポンプはその他の配列でも
組立てることができるが、図示装謂は好適有利な構成配
置である。参照番号１０は第１段階蒸発器／吸収器ユニ
ットを示し、これは容器１２からなり、これには中央部
を部分的に横切って伸びて同容器空間を連通している２
０クシヨンに、すなわち、フラッシュ室（ずなわら蒸発
器）１６と吸収セクション１８に分割づるバリヤ１４が
設けられている。比較的低温の液体が微細小滴形状をな
してフラッシュ室１Ｇへ適当な分配装置例えは導管２２
によってこの液体の供給源に接続された複数個のノズル
から吐出される。蒸発器内で蒸発しなかったこの液体の
部分２４は導管　　′２６を通ってここから除去される
。

導管２８は容器１２の内部とこれの吸収器側の下方部分
で連通し、熱交換器３０へと伸び、この熱交換器は吸収
式ヒートポンプシステムでは一般に復熱装置或いは伝熱
式熱交換器と称せられている。導管２８を通ってこの伝
熱式熱交換器３０に流入した液体は導管３２を通って第
２容器３６内に設りられ同じく複数個のスプレノス゛ル
３４からなるもう一つの分配器へと流れる。容器１２に
おけるのと同じＪ、うに、バリヤ３８が容器３６の内部
を連通している２Ｌ／クシヨンに分割し、ディシーバー
セクション４０と凝縮廿りション４２を構成している。

流入、流出導管４４．４６はディシーバー／ＩＯ内の分
配器ノズル３／Ｉの下部に配置されｌこ第一次熱交換器
４８へ低温加熱流体を流入出させ、流入、流出導管５０
．５２は凝縮器４２内の熱交換器５４へ冷ｋｌ液を流入
出させる。導管５６は容器３６の内部とこれのディシー
バー側の下方部分で連通し、ポンプ５８へと延伸し、導
管６０がこのポンプから伝熱式熱交換器３０に伸びてい
る。導＠６０を通−ってこの伝熱式熱交換器３０へ流入
した液体は導管６２を通って、第１段階容器１２の吸収
器１８内の熱交換器６６の上部に配置されているところ
の、複数個のノズル６４から構成される分配器に通流す
る。しかしながら、ポンプ５８を通流り°る液体の一部
だけがノズル６４に流れるだりＣ１これの残余は導管６
０と第２伝熱式熱交換器６８とに接続された導管６６へ
分流される。この分流液体は伝熱式熱交換器から導管７
０を通って、全体を参照番号７６で示づ第２段階蒸発器
／吸収器ユニットの吸収器７４丙に配置された複数個の
分配器ノズル７２に流通り°る。第１段階蒸発器／吸収
器ユニット１０の容器１２内ど同じように、バリ曳７７
８がこの第２段階蒸発器／吸収器ユニット７６の収納容
器８０の中央部分を部分的に横切って伸びて、この内部
空間を連通している吸収器セクション７４と蒸発器セク
ション８２とに分割している。

導管２２に接続された同一供給源からのくまたは別個の
低湿供給源からの）低温液体はまた導管８４によって第
１段階ユニット１０の吸収器１８内の熱交換器６６に供
給される。熱交換器１８内で加熱された後、この液体の
一部は導管８６を通って第２段階ユニツ（−７６の蒸発
器８２内の分配器ノズル８８に流れる。この加熱された
液体の残余の部分は以下に説明づる別の流路に沿って流
れる。参照番号９０は、ノズル８８から吐出されたかこ
の蒸発器８２内で蒸発しなかった液体を示し、これは導
管９２を通って容器８０からポンプ９４に吸引排出され
、それから導管８４に接続された導管９６を通流づる。

かくして第２段階ユニット７６の蒸発器８２内で蒸発し
なかった液体は第１段階ユニット１０の吸収器１８内の
熱交換器６６に導芭８４を通って流れる低温液体に追加
される。

上述したように、熱交換器６６内の温度に上昇され終っ
た液体の一部はスプレノズル８８に流れる。しかし４丁
から、導管９８が導管８６に接続されていてこの加熱さ
れた液体の残余の部分を第２段階ユニット７６の吸収器
７４内の熱交換器１００に誘導し、ここでその温度がさ
らに高められる。導管１０２はこの２度加熱された液体
をこの熱交換器１００からイのエネルギーを使用する個
所へと移送覆る。１ 導管１０４は１２段階容器８０の内部とこれの吸収器の
低部分のところで連通し、液体１０Ｇをこの容器から伝
熱式熱交換器６８に誘導づる。

導”８１０４を通ってこの伝熱式熱交換器６８に流入し
た液体は導管１０８を通−］で導管３２に流れ、ここで
第１段階ユニッｈ　１０の吸収器からディシーバー４０
内のノズル３／′ｌに流れている液体に付加される。

第３図は上述したのと同じ構成部品（これらの構成部品
は第１図の対応構成部品類の参照番号と同じ参照番号で
図示しである）を備えているが、通出′の吸収式ヒート
ポンプシステムとはそのディシーバー４０内に補助熱交
換器を備えている点で相違している。以下に示すように
、この補助熱交換器へ液体流が流れることは吸収式ヒー
トポンプの効率を増大さける。この改良装置に、１３い
で、弁１１０が導＠９６およびディシーバー４０内の第
一次熱交換器４８の下方に配置された補助熱交換器１１
４の流入口に伸びる導管１１２とに接続され−Ｃいる。

最後に、導管１１６がその一端がこの補助熱交換器１１
４の流出口に、他端が導管９６に接続されている。

両吸収式ヒートポンプシステムにおいて共通に使用する
ために、水が蒸発器１６．８２内で蒸発する液体であり
、リチウム臭化物と水の溶液が吸収器１８．７４内で水
蒸気を吸収器る液体であると仮定することにづる。

第１図に示覆通常の吸収式ヒートポンプシスブムおよび
第３図に示す改良システムの両方の第１段階蒸発器／吸
収器コーニッド１０にａ３いて、リチウム臭化物／水吸
収剤溶液は吸収器１８のノズル６４から小滴形状で吐出
され、蒸発器１６内で蒸発されてバリヤ１４上の矢印で
示づ９［］＜吸収器１８内へ流入】る水蒸気を吸収器る
。

水の吸収剤液体内への吸収によって発生される熱量は熱
交１１Ａ器６６におい（導管８４を通ってこの熱交換器
に流入覆る水流に転移される。

ノズル２０から吐出されるが蒸発器１６内で蒸気には変
換されない水２／′Ｉは容器１２の底部に蓄積し、上述
のように導管２６を通してそこから吸引排出される。吸
収器１８内で吸収した水蒸気によって薄められる吸収剤
液体はバリヤ１４の反対側の容器１２の底部に蓄積し、
参照番号１１８で示している。この博められた吸収剤液
体は導管２８．３２を通ってディシーバー４０のノズル
３４に流れ、これから小滴形状をなして吐出される。容
器３Ｇ内の圧力は容器１２内の圧力よりは低い。ディシ
ーバー４０内にて吸収器１８内の吸収剤液体中に吸収さ
れた水はその吸収剤液体から蒸発されてバリヤ３８上部
の矢印で承りように凝縮器４２内へ流れる。

熱交換器５４を貫流する冷１．１１液は吸収剤液体から
開放された水蒸気を凝縮し、参照番号１２０で示すこの
凝縮物は導管１２２を通って吸出される。

ディシーバー４０内で濃縮されたリチウム臭化物／水溶
液１２４の一部はポンプ５８によって強制的に伝熱式熱
交換器３０を員流させられ、ここでこの熱交換器を員流
し−Ｃいる薄められた吸収剤溶液によって加熱されてノ
ズル６４へ再度還流でる。この濃縮された吸収剤液体の
残余のものは導管６６を通って伝熱式熱交換器６８へ送
られ、ここで容器８０からこの熱交換器に導管１０４を
通って流れる薄められた吸１１！剤溶液１０Ｇによって
加熱され、更に導管７０を通って第２段階蒸発器／′吸
収器ユニット７６の吸収器７４内のノズル７２に通流す
る。この第２段階蒸発器／吸収器ユニツ１−７６からの
薄められた吸収剤液体流はこの伝熱式熱交換器６８から
導管１０８を通って導管３２に流れ、ここでディシーバ
ー４０のノズル３４に第１蒸発器／吸収器ユニット１０
から流れている薄められた吸収剤液体に付加される。

上述したように、第１段階吸収器１Ｂの熱交換器６６に
流入する水はここで加熱される。第１図に示す従来装置
および第３図に示１本発明による改良装置の両方としら
においても、この加熱された水の一部は第２段階蒸発器
８２のノズルに流れ、残余は導管９８を通って第２段階
吸収器７４の熱交換器１００に流れる。しかしながら、
この２つのシステムは容器８ｏ内のノズル８８から吐出
されるが蒸発器８２内では蒸発されない水９０の流通経
路に関して相互に相違し−Ｃいる。第１図に示す従来装
置では、この水９０は丈べてポンプ９４ににって導管９
６を通っで導管８４に押し流され、ここでこの導管８／
Ｉを通っＣ第１段階吸収器１８の熱交換器６６に流れて
いる低温水にイ・］加される。これに対して第３図に示
した本発明の改良装置では、蒸発器８２内で蒸発されな
かった水９０の一部はポンプ９４によって導管９６を通
って熱交換器６６に押し流され、この水の残余の分は導
管１１２を通ってディシーバー／１０の補助熱交換器１
１４に押し流され、ここｈ目ら導管１１６，９６゜８４
を通って吸収器１８の熱交換器６６に流される。第２段
階蒸発器８２内で蒸発されなかった水９０の一部または
全部をディシーバー４０内の補助熱交換器１１４を通し
て通流づることによって得られる利点は第２図と第４図
、すなわち、第１図と第３図に夫々図示されるシステム
で実施される熱吸収サイクルに使用されるリチウム臭化
物／水吸収剤溶液に対重る等価ダイＡ７グラムを参照す
ることによって最もよく理解することができる。

第１図及び第３図において点を付した参照番号は通常吸
収式ヒートポンプサイクルおよび改良同すイクルにおり
る吸収剤液体の状態に対する、第２図及び第４図に示づ
°等価ダイ〜フグラム中に含まれる句点番号に対応りる
ものである。

木質的には、この発明は第２段階蒸発器８２内で蒸発さ
れなかった水の一部を利用してディシーパー４０内の分
離工程を支援少ることよりなる。これにはこのティシー
パー内の熱転移表面を上述のように増加させることと僅
かに配管を変化させることを必要とづるだけである。さ
らに、本発明により提供される改良装置は利用可能の低
温熱流を最大限に利用し、必要に応じ第２段階蒸発器出
力のみを利用するものである。

簡明化のため第１図と第３図には示してないが、上述の
吸収式ヒートボン１システムは化学プロヒスシステムに
Ｊ３いて通常使用される形式のカス−液体接触器、例え
μバールサドル（Ｂｅｒｌ　５ａｄｄｌｅｓ　）または
ラシヒリング（Ｒａｓｃｈ−ｉｇ　ｒｉｎｇｓ）のよう
なものを設けるのが有利である。さらに詳細に述べると
、第１段階吸収器１８はノズル６４ど熱交換器（３６と
の間にガス−液体接触器を備え、第２段階吸収器７４は
ノズル７２と熱交換器１００との間にガス−液体接触器
を備え、ディシーバー／′ＩＯはノズル３４と熱交換器
４８どの間にガス−気体接触器を備えている。これらの
ガス−液体接触器は吸収器とそのディシーバーに断熱ス
テップを包含することによって２段階吸収式ヒー１〜ポ
ンプシスデムの性能を改良するもので、第１図及び第３
図に示すヒートポンプシステムの作動については図示す
イクルにこれらの断熱ステップを包含する第２図及び第
４図の等価ダイ１ノグラムを参照して説明する。

先ず第１図と第２図に包含される状態記号に関連しで、
通常の吸収式ピー１〜ポンプシステムの作動について説
明Ｊる。供給源温度Ｔｌ（状態１）にある水は第１段階
蒸発器１６に流入し、ここでその一部は蒸気（状態８）
に変換され、残余はこの蒸発器を低流（状態う）で離れ
る。

蒸発器１６内で発生された蒸気は状態うで第１段階吸収
器１８に流入し薄められた状態４でこの吸収器を離れる
濃縮吸収剤液体によって吸収される。吸収器１８内での
吸収熱は、温度Ｔｊより高温になっているが、この吸収
器内の熱交換器６６に流入する水の温度を状態５から状
態９に上昇させる。第１図に図示し上）ホしたにうに、
この状態９にある水は二つの分流に分割され、その一つ
は第２　ＰＪＵ階蒸光器８２に流入し−Ｃ状態８の蒸気
を提供し、もう一つば熱交換器１００に流れてその温度
が状態１３から状態１°９に上昇さぜられる。蒸発器８
２内で蒸発しなかった水９０は状態１゛２にあり、導管
８４内の状態１゛Ｏの廃熱流と結合され（第１段階蒸発
器の熱交換器１８に状態５で流入する水流を形成する。

このシステムの両吸収器どし吸収剤液体の同じ高、低濃
度間に作動し、一つのディシーバー４０がこの機能を果
す。状態２°Ｏにある廃熱流がディシーバー熱交換器４
８内にて利用されて。

水分を状態２５でディシーバー４０に流入づる薄められ
た吸収剤液体から蒸発させてこの吸収剤液体を状態２°
６に濃縮する。状態２７にある吸収された°蒸気は凝縮
器４２内で凝縮され、同凝縮器には状態２°３で熱交換
器５４に流入し状態２°４でこれから流出りる冷Ｎ１水
が供給される。

上述の説明は、吸収剤液体に対する状態点が同一に示さ
れている第２図の等価ダイヤグラム上で追跡づることか
できる。このダイヤグラムは二つの吸収器とディシーバ
ーにＪ３ける吸収剤液体の高、低の濃縮度と一方から他
方へのその移動状態を示している。この移動状態は各々
上述した断熱ステップを包含している。かくして第１段
階吸収器１８において、吸収剤溶液は濃縮状態７から’
ｌ　ｅに断熱的に移動し次いで稀薄状態４に移動づる。

ダイレグラムにおいて、Δ丁とΔＴ′は、夫々熱交換器
６６と４８における熱移動に必要とづる温度差を示づ。

低熱量槽温度の重要性、即ちさらに詳細には、状態２゛
２におりる低濃縮温度は第２図の等価ダイヤグラムを調
査することによって明白になる。

同ダイ〜７グラムは、破線によって、凝縮器４２の凝縮
温度が実線によって示づサイクルの凝縮温度（状態２゛
２ンのもつ温度よりも高い４〕゛イクルを示している。

イの他の状態がツＩ＼て同一のままであるので、破線サ
イクルにＪ３ける吸収剤液体の高ｍ縮痘が実線サイクル
におけるよりも低いことは明瞭である。凝縮器４２の凝
縮温度が上昇するにつれて、ディシーバー４０の作ＯＪ
は低効率となり、吸収剤液体のここでの濃縮度は減少し
、この結果このヒートポンプシステムの全体としての動
作係数が低くなることになり、これによって加熱される
水の上饗渇度も低くなる。

第１図及び第３図におい（゛大々示づ従来の吸収式ヒー
トポンプシステムと本発明による改良同システムの蒸発
器／吸収器段階１０．７６および凝縮器４２は、両方共
同じ方法で作動するが、改良装置にお番）るディシーバ
ー４０は第一次熱交換器４８に加えて補助熱交換器１１
４を備えている。この改良ヒートポンプシステムにおい
ては、従来システムのデｒシーバー４０同様に、状態２
’Ｏで熱交換器に流入づる低温熱流によって第一°次熱
交換器４８Ｇよ１１１１熱される。第４図に示゛りよう
、この加熱にＪ、って吸収剤液体は状態２゛５ｅから状
態２゛９の中間濃縮度に濃縮される。同吸収剤液体をさ
らに濃縮して、状態２“６にＪるため、同吸収剤液体は
補助熱交換器１１４１−を通過さけられ、この補１１Ｊ
Ｉ熱交換器は上述のように、輌２段階蒸発器８２内ぐ蒸
発しなかった水を、便１１０の設定状態ｉ１ｊ　にびシ
ステムの必要な条件に依存してのその一部または全部を
受入れる。この水は、この蒸発器８２に流入する以前に
第１段階吸収器１Ｂ内の温度に上昇されＣおり、導管２
２．８４に水を供給する熱源よりも高温Ｃ゛あり、従っ
て第一次熱交換器４８によって作り出される放出に付加
して放出を効果的に１−ることかできる、。

比較的に高い凝縮温度にかが４つらず、良好な放出を作
り出すのに本発明のビー１−ポンプシステムの有効性は
第４図を調査りることによって認めることができ、この
第４図は低凝縮温度（状態２’２’）に対りる吸収剤液
体状態（夫々、２５’、２６’ににっで示される）の位
置を示している。状態２゛２の上昇した凝縮温度によっ
ては、第１図の従来の吸収式ヒートポンプシステムにｄ
３いＣは、第１図と第２図に関連して上）ホしたような
、状態２°２′の低凝縮温度によって１ｑられる高い吸
収剤液体状態度に達することは最早不可能である。しか
しながら、本発明による改良システムによって、状態２
５の吸収剤液体は状態２°９まで利用可能の廃熱によっ
て出来前る限り凝縮され、そこでさらに第２段階蒸発器
８２からの水によ−）て状態２“Ｇの所望部縮度まて濃
縮される。ここで、状態２°（３は状態２　’６’、よ
り高い温度にあり、このことは同様に状態２°５を状態
２°５′より高い温度にすることである。

上述した従来のヒートポンプシステムと本発明による改
良システムの作動のコンピューターシミュレーションに
よつ−Ｃ１４５図に示１両シスデムにおける水の温度上
Ｒ文・］動動作数の定量動作曲線が得られた。第５図に
おいては、２木の実線曲線が本発明による改良前のシス
テム即ち従来システムに関し、２本の破線曲線が本発明
による改良システムに関するものである。この２組の曲
線は冷却水温度３５℃（９５丁）と３０℃（８６°Ｆ）
と夫々対応凝縮温度４０℃（１０４下）と３５℃（９５
’Ｆ　）による両システムの作動に対するものである。

低温熱源は低温６０℃（１４０°Ｆ〉にあり、第１．第
２段階１０゜７６（第１図及び第３図における状態８．
１８）にお（）る蒸発温度は蒸ｙｂ器１６．８２へ吐出
される流れの瞬間蒸発１％になるように選択された。両
システムにおける熱交換器はＪべて最も近い近接温度Δ
丁−２，５℃（４，！ｉ丁）を特徴とし、これは大部分
の場合において５℃（９丁）の前後を変化でる対数平均
Δ］−に対応覆る。

第５図は殆んど一定の温度上背を与える、従来システム
に対する極めて急勾配の作動曲線を示している。本発明
の改良装置によって、温度上昇は冷ム１ｊ水温度３５℃
の場合的２２℃から３０℃に増加し、冷却水温庇３０°
Ｃの場合的３５°Ｃから５０℃に上昇りる。この温度上
昇の増加は動作係数の減少を犠牲にして達成される。

この発明の原理に基づき構成される吸収式ヒートポンプ
システムの諸利点のうち主なものは次の通りである： （１）　　従来の吸収式ヒートポンプサイクルによって
得ることのできるより高温が同じ作動条件下く低温熱流
供給と冷却媒体との温度）で可能である。

（２）熱源と槽との間の小温度差異の状態下で作動可能
である。

（３）低温熱流が所定状態士Ｃ出来得る限り高い動作係
数を１ｑるのに最大限に利用される。

（／ｌ）　　この改良吸収式ヒートポンプシステムに要
求される追加バードウ」、ノ′−は最小てＪむ。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の２段階吸収式ヒートポンプシステムの説
明図； 第２図は第１図に示す”Ａ　１ｌｆｆに使用される普通
の作動液体く水とリチウム臭化物）に対する等価タイへ
７グラム； 第３図は本発明の原理に塁づき構成された２段階吸収式
ヒー１へポンプシステムの説明図；第４図は第３図に示
り゛装置に使用される上述のリチウム臭化物／水作動液
体に対づる等価ダイヤグラム； 第５図は第１図及び第３図に夫々示づ゛従来のヒートポ
ンプと改良ピー１〜ポンプに関する動作係数曲線対温度
上昇を示Ｊグラフである。 １０・・・蒸発器／吸収器ユニット、１２・・・容室、
１６・・・蒸発器、１８・・・吸収器、２０，３４゜６
４．７２．８８・・・分配器、３０．６８・・・熱交換
器、４０・・・ディシーバー、７Ｇ・・・蒸発器／吸収
器ユニット、１１４・・・補助熱交換器。 特許出願人　　　　アメリカ合衆国

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、第１液体が導入され、これの一部がその内部で蒸気
   に変換され、蒸気に変換されない残余の部分がそれから
   排出される容室と、上記蒸気を上記容室から受入れる吸
   収器と、この吸収器内に設けられ、通過する液体の液温
   を上昇さぜるための熱交換器と、この熱交換器と組合わ
   され、これの−Ｆ二に吸収剤液体を分配づるための第１
   液体分配器とを具備し、上記蒸気が上記吸収剤液体に−
   でれの追加成分として上記吸収器内にて吸収され、それ
   によって該吸収器内の熱交換器を通過覆る該液体の温度
   を上昇させる熱量を発生し、ざらにディシーバーと、こ
   のディシーバー内の第１熱交換器と、この第１熱交換器
   と組合わされこの上に液体を分配づるための第２液体分
   配器装置と、上記追加成分を含む上記吸収剤液体を吸収
   器から第２液体分配器に上記第１熱交換器上に分配づる
   ため誘導リ−る装置とを備え、上記追加成分が上記第２
   液体分配器装置から吐出されでしまった後上記吸収剤液
   体から開放され、さらに上記吸収剤液体を吸収器から上
   記第１分配器装置に復帰誘導するための導箪装置とから
   なる吸収式ヒートポンプシステムにおいて、上記吸収剤
   液体が上記第１熱交換器上に分配された後でさらにこれ
   がその上に分配されるように上記ディシーバー内に配置
   された補助熱交換器と、蒸気に変換されない上記第１液
   株の一部をこの補助熱交換器に通過させる装置とを右す
   ることを特徴とする吸収式ヒート・ポンプシステム。