JPS6179963A - 吸収式ヒ−トポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、装置の動作状態に影響されずに溶液の循環
量を制御できる吸収式ヒートポンプに関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図に、この種の従来の一段吸収式ヒートポンプの一
例を示し、これについて説明する。

第３図中、ｌは吸収器、コは分散板で吸収器ｌは分散板
コによって上室３と下室ダに分けられている。

３は分散板−に開けられた分散口で、この分散口３を通
り、上室３から下室ダに垂直に伝熱管６が取り付けられ
ている。

吸収器ｌと発生器９間には希溶液管りを介して溶液熱交
換器ｔが連結されており、また、この発生器９と吸収器
１間には濃溶液管／／、溶液ポンプ／コ、溶液熱交換器
ｇが連結されている。

発生器を内には、発生器用熱交換器１０が設けられてい
る。この発生器９内で発生しな低圧冷媒蒸気は冷媒蒸気
管１３を通り凝縮器ｌｔ内に送られるようになっており
、この凝縮器ｌダ内には、凝縮器用熱交換器１５が設け
られている。

凝縮器／ダ内で凝縮した液冷媒は冷媒液管／Ｉｓ、冷媒
ポンプｌりを通して蒸発器１ｇに送られるようになって
いる。この蒸発器ｉｔ内には、蒸発器用熱交換器／ｑが
設けられている。

蒸発器／ざ内で蒸発した高圧冷媒ガスは冷媒蒸気管−〇
を通して吸収器ｌ内の下室ダに送られるようになってい
る。

次に動作について説明する。まず定常状態では発生器デ
を出た濃溶液は、溶液ポンプ／−により昇圧され、濃溶
液管／／を通り、途中溶液熱交換器Ｓで高温の希溶液と
熱交換しながら、吸収器ｌの上室３に入る。

濃溶液は、分散板コの分散口よと伝熱管乙の作る隙間を
通り、伝熱管６の表面を流下し、蒸発器ｌＳで発生した
高圧の冷媒蒸気を吸収して昇温する。この吸収熱は、伝
熱管６内の伝熱媒体たとえは水に与えられ、系外に取り
出して利用される。

冷媒蒸気を吸収した溶液は希溶液となり、吸収器ｌの下
室ダの下に溜まる。

吸収器ｌ内の蒸気圧は発生器を内の蒸気圧より高く保た
れており、希溶液はこの蒸気圧差により、希溶液管りを
通り、発生器デヘ流れる。途中、希溶液は溶液熱交換器
ｇで低温の濃溶液と熱交換する。

発生器９に入った希溶液は、発生器用熱交換器ｉｏ内を
流れる熱媒体により加熱され、低圧の冷媒蒸気を放出し
、濃溶液となって再び濃溶液管／／を通り、溶液ポンプ
／、、２で昇圧され、溶液熱交換器ざを経て、吸収器／
の上室Ｊに入る。

一方、発生器９で溶液から放出された冷媒蒸気は、冷媒
蒸気管／Ｊを通り、凝縮器ｌダに入る。

凝縮器／ダ内の凝縮器用熱交換器７３で冷却され液化し
た冷媒は、冷媒ポンプｌりによって昇圧され、冷媒液管
１６を通り、蒸発器／ｇに入り、蒸発器１ｇ内で蒸発用
熱交換器１９の管内を流れる熱媒体により加熱されて高
圧の冷媒蒸気になる。

この冷媒蒸気は、冷媒蒸気管−〇を通って、吸収器ｌの
下室ダに入り、吸収器／内の伝熱管乙に沿って流れる溶
液に吸収される。以下、このサイクルを繰り返す。

ところで、起動時や負荷、熱源系の温度変動などにとも
なって、吸収器ｌや発生器？内の蒸気圧が変動し、吸収
器ｌと発生器を内の蒸気圧差を十分な値に保てない場合
が生じる。

まず、起動時や吸収器／の伝熱管６内を流れる熱媒体の
流量が増加したり、入口温度が低下した場合について第
４図を用いて説明する。

この第４図は、溶液の温度、濃度と平衡蒸気圧の関係を
表わしている。定常状態では、濃溶液は、濃度ξｌ　％
、温度ｔＩＩ、平衡圧ｐ＋、で発生器りを出る（■で表
わされる）途中、溶液熱交換器ｇで高温の希溶液と熱交
換し、温度Ｌｉｌで吸収器／の上室３に入り、伝熱管乙
に沿って流下しながら圧カバの冷媒蒸気を吸収し温度が
上昇する。

溶液は、その流量や伝熱管６内を流れる熱媒体の入口温
度と流量によって決まる温度１＝　　（ボイント■）Ｋ
達すると下室ダ内の蒸気圧ＰＭより低い平衡圧ｐＡを示
しながら冷媒蒸気を吸収し、濃度ξ、で吸収器ｌを出る
（ポイント■）。

溶液が冷媒蒸気を吸収する速度は、冷媒蒸気圧ｐ、と溶
液の平衡圧ｐＡの差ｐｗ　　ＰＡにほぼ比例することが
知られている。

いま、伝熱管６内を流れる熱媒体の入口温度が下がつな
とする。この熱媒体の温度低下に合わせて、伝熱管６を
流れる溶液の平衡圧がｐＡからｐＡＩに低下し、蒸気圧
と平衡圧の差がバーｐ１からｐｇ−ＰＡＩに大きくなる
ため、吸収速度が大きくなり、蒸気圧がＰｍ　より低い
ｐ。１で吸収器／での吸収速度と蒸発器７ｇでの蒸発速
度がバランスする。

一方、希溶液を流す駆動力は、吸収器ｌと発生器デの蒸
気圧差であるが、これがｐＨＰＬからｐ□−ｐＨ，に小
さくなるため希溶液の流量も減少する。

このため、装置から希望する熱量を取り出す念めに必要
な希溶液の流量を確保できなくなる。

また、停止時に希釈運転をし、その後自然放熱のために
温度が低下するため、起動前の吸収器ｌ。

溶液熱交換器ｔ、希溶液菅り、／／内の溶液は、第４図
のポイント■（濃度ξ５．瀉度ｔｒ＋圧力ｐｒ）の状態
になっている。

起動後、この溶液が吸収器ｌに流れ込むため、（ｐｇ　
　ｐｒ）に応じた大きな吸収速度で冷媒蒸気が吸収され
る。この状態は、定常に近づくにつれて緩和されるが、
定常に達するまでの所定の蒸気圧ｐヨより小さなｐＩ！
で冷媒蒸気の蒸発と吸収がバランスする。

この場合も、前述の伝熱管６内を流れる熱媒体の温度低
下の場合と同じように必要な希溶液の流量を確保できな
くなる。溶液の循環量のバランスを保つなめには、発生
器デに戻る希溶液の流量に合わせて濃溶液を吸収器／に
流さなければならないＯ ＬかＬながら、濃溶液の流量を減らすと、吸収器／、溶
液熱交換器ざや濃溶液／／内の低温の溶液が発生器デを
出た定常状態に近い温度の溶液と入れかわるまでにより
長い時間を必要とする。

次に、凝縮器用熱交換器１３を流れる冷却水の入口温度
が上昇した場合について述べる。この場合、冷却水の入
口温度の上昇に合わせて凝縮温度が上昇し、この結果、
第４図で示すＰｌ、が上昇するなめ、ハーバが減少し、
希溶液が流れにくくなる。

〔発明が解決しようとする問題点３ 以上説明したように、起動時や熱源系などの変動により
吸収器ｌと６発生器を内の蒸気圧力差が所定の値より小
さくなる場合、吸収器ｌから発生器９へ流れる希溶液の
流量が減少し、装置の安定な運転ができなくなったり、
起動に長時間要したりし念。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたも
ので、吸収器から発生器への両者間の蒸気圧差に関係な
く溶液の流量を制御できるとともに、起動時や熱ｆｆＸ
系の変動があったときに速やかに定常運転に達すること
ができる吸収式ヒートポンプ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は、希溶液を熱媒体
により熱交換して低圧の冷媒蒸気を発生するとともに濃
溶液を生成する発生器、低圧の冷媒蒸気を凝縮器用熱交
換器で冷却して液化する凝縮器、この凝縮器で得られな
冷媒液を熱媒体により加熱して高圧の冷媒蒸気を生成す
る蒸発器、蒸発器からの冷媒蒸気が所定値になると発生
器からの濃溶液を導いて、この冷媒蒸気を吸収させて昇
温するとともに希溶液を生成する吸収器、この吸収器で
生成した希溶液を発生器に送るポンプを設は念ものであ
る。

〔作用〕

この発明において、発生器で希溶液と熱媒体で熱交換を
行って低圧の冷媒蒸気と濃溶液を発生し、冷媒蒸気は凝
縮器内の凝縮器用熱交換器と熱交換を行って冷却され、
液冷媒を生成し、この液冷媒を蒸発器に送り、蒸発器内
で熱媒体と熱交換を行って高圧の冷媒蒸気を吸収器に送
り、吸収器内で発生器からの濃溶液が高圧の冷媒蒸気を
吸収して希溶液となり、この希溶液を吸収器と発生器間
の蒸気圧の差圧に関係なくポンプで発生器に送る。

〔実施例〕

以下、この発明の吸収式ヒートポンプの実施例について
図面に基づき説明する。第１図はその一実施阿の構成を
示す冷媒回路図である。この第１図において、符号ｌか
う一〇は第３図に示し念従来列と全く同じなので説明を
割愛する。

−／は・吸収器ｌの下室ダの出口側において、希溶液管
りに取り付けられた溶液ポンプである。

液面検知器−一は吸収器ｌの下室ダの濃溶液の液面を検
知するようになっており、この液面検知器−一から、吸
収器ｌの下室ダの液面高さに応じて数段階の信号が出さ
れ−これに応じて溶液ポンプコ／がその吐出量を変える
ようになっている。

次に１以上のように構成されたこの実施例の起動時の動
作を列として説明する。

停止時に濃溶液が再結晶するのを防止するのを防止する
ために・発生器を内の溶液は希釈されている。

まず１発生器用熱交換器１０に熱源から熱を加え１凝縮
器用熱交換器ｌ！に冷却水を流し、発生器を内の溶液の
濃縮を始める。凝縮器／ダ内に溜まつな冷媒液け１冷媒
ポンプ／りを動かして蒸発器ｌにへ送る。

蒸発器ｌｔ内の液面が基準位置に達しなら、蒸発器用熱
交換器／デに熱源からの熱を加えて冷媒蒸気を蒸発させ
、吸収器ｌ内の蒸気圧を上昇させる。

次に一吸収益／内の蒸気圧が基準値に達したら）溶液ポ
ンプ１２を始動して吸収器ｌに発生器デから溶液熱交換
器Ｓを通して濃溶液を流Ｌ１蒸発器ｉｔからの冷媒蒸気
を吸収させる。液面検知器ココが吸収器ｌ・下室ダの希
溶液の液面を検知し１液面高さに応じた信号を出して溶
液ポンプ２１を始動し、制御する。

この溶液ポンプコｌの始動時には、溶液熱交換器ｇ内の
冷えた濃溶液が吸収器ｌに流入し１冷媒蒸気の吸収が著
しく促進される。このため、蒸発器／１での冷媒蒸発能
力を吸収器ｌでの冷媒蒸気吸収能力が上回るようになり
、吸収器ｌ内の蒸気圧が低下し、この結果、吸収器ｌと
発生器９の蒸気圧差が小さくなるが、この発明による装
置では為溶液ポンプコｌが希溶液を発生器？へ流し続け
るため１発生器９での溶液不足や吸収器／での溶液過剰
が生じることはない。

溶液ボンプコｌにより送り出された希溶液は・希溶液用
配管りを通り１溶液熱交換器ざで発生器９から吸収器ｌ
へ流れる低温の濃溶液と熱交換し１発生器９に入る。発
生器デでは、熱源の熱により希溶液が加熱され為冷媒蒸
気を放出して濃溶液となシ、再び溶液ポンプ／コにより
吸収器ｌへ送り出される。

一方１発生器ｔで溶液から放出された冷媒蒸気は・凝縮
器／ダで冷却され凝縮する。凝縮した冷媒液は、冷媒ポ
ンプｌりにより蒸発器ｌざへ送られ１ここで熱源の熱に
より加熱されて高圧の冷媒蒸気となり、吸収・器ｌに入
る。高圧の冷媒蒸気は吸収器ｌで濃溶液に吸収される。

以下、このサイクルを繰り返す。

希溶液管り、濃溶液管／／、吸収器ｌの下室ダ。

溶液熱交換器Ｓ内の冷えた溶液が循環して発生器９に戻
り、発生器ｔからの所定の温度まで暖められた濃溶液が
吸収器／に流れ込むようＫなると、濃溶液の冷媒蒸気の
吸収速度が規定の値になり蒸発器１ｇでの蒸発速度と釣
り合うようになる。

これに伴い、吸収器ｌ内の蒸気圧も回復し定常状態に至
る。運転中、溶液ポンプ／コ、コけ、系が定常状態に途
やかに達するように制御され・溶液の循環量を調整する
。

溶液ボンプコ／は、希溶液管りの吸収器ｌの出口直後に
取り付けられているが、これは、希溶液をその平衡蒸気
圧以上に加圧し、希溶液管りや溶液熱交換器Ｓ内で気泡
が発生して蒸気相ができ、その膨張によって希溶液の流
れが妨げられるのを防止するためである。

第２図は、高圧吸収器／ａから低圧吸収器／ｂへ中間濃
度溶液管コ３を通して中間濃度の溶液を流す形式の吸収
式ヒートポンプでの実施例を示す。

図中、同番号のものは同じ機能をもつもので、添字のａ
は高圧吸収器に関係するものを、ｂは低圧吸収器に関係
するものであることを示す。

まな、溶液熱交換器もｒ　ａ　＋　ｇ　ｂの２個が使用
され、吸収器ｌｂ側にも、ボンプコ／ｂと液面検知器コ
コｂが使用されている。コＯａ　＋−〇ｂは冷媒蒸気管
で、第１図の冷媒蒸気管−〇に相当するものである。

この第２図において、第１図および第４図を併用して説
明したのと同様に、起動時や熱源系の変動に伴ない高圧
・低圧吸収器／ａ　＋／ｂの蒸気圧差が小さくなる場合
があるが、このような場合にも液面検知器−−ａに制御
された溶液ボンプコ／ａの働きにより、蒸気圧差に関係
なく溶液の流量を制御できる。

なお、高圧吸収器／ａと低圧吸収器／ｂの接続のしかた
は、第２図の場合に限定するものではなく、発生器と並
列に接続され、それぞれ溶液を発生器に戻すものでもよ
い。また、吸収器の構造は、第１図ま念は第２図に限定
されることはなく、濃溶液を水平または垂直に配置し良
伝熱管上にスプレー、もしくけデツキや分配管などの分
散装置を用いて散布するものであってもよい。さらに、
凝縮器／４Ｃに連結された高圧蒸発器から高圧冷媒蒸気
を高圧吸収器に加え、凝縮器に連結された中圧または低
圧の蒸発器から低圧冷媒蒸気を低圧吸収器に加えてもよ
い。

〔発明の効果〕

この発明は、以上説明したとおり、吸収器から発生器へ
溶液を流す駆動力として蒸気圧差を用いずポンプを用い
ているため、起動時や熱源系などの変動があり、溶液を
循環するために必要な蒸気圧差がない場合でも溶液を必
要量循環し続けることができ、装置の動作を速やかに定
常状態に至らせることができるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の吸収式ヒートポンプの一実施例の
冷媒回路図、第２図はこの発明の吸収式ヒートポンプの
他の実施例の要部のみを取り出して示す冷媒回路図、第
３図は従来の吸収式ヒートポンプの冷媒回路図、第４図
は従来の吸収式ヒートポンプにおける溶液の温度、濃度
と平衡蒸気圧の関係を示す図である。 ｌ・・・吸収器、ｊｔｆａ＋ｆｆｂ・・・溶液熱交換器
、９・・・発生器、／コ、コ／、コ／、ａ　＋コ／ｂ・
・・溶液ポンプ・／ダ・・・凝縮器、／ざ・・・蒸発器
、ココ。 −−ａ、コ−ｂ・・・液面検知器。 なお１図中同一符号は同一または相当部分を示す。　　
−

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）希溶液を熱媒体により熱交換して低圧の冷媒蒸気
   を発生するとともに濃溶液を生成する発生器、上記低圧
   の冷媒蒸気を凝縮器用熱交換器で冷却して液化する凝縮
   器、この凝縮器で得られた冷媒液を熱媒体により加熱し
   て高圧の冷媒蒸気を生成する蒸発器、上記蒸発器からの
   高圧の冷媒蒸気の圧力が所定値になると上記発生器から
   濃溶液を導いてこの冷媒蒸気を吸収させて昇温するとと
   もに希溶液を生成する吸収器、この吸収器で生成した希
   溶液を上記発生器に送るポンプを備えている吸収式ヒー
   トポンプ。
2. （２）ポンプは吸収器の希溶液の液面を検知する液面検
   知器で制御されることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の吸収式ヒートポンプ。
3. （３）吸収器は凝縮器に連結された高圧の蒸発器からの
   高圧の冷媒蒸気の圧力が所定以上になると発生器からの
   濃溶液で吸収させて中間濃度の中圧または低溶液を生成
   する高圧吸収器と、上記凝縮器に連結された中圧の蒸発
   器からの中圧の冷媒蒸気の圧力が所定値になるとこの中
   間濃度の溶液でこの冷媒蒸気を吸収させて希溶液を生成
   する低圧吸収器とからなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の吸収式ヒートポンプ。
4. （４）高圧吸収器と低圧吸収器は発生器と並列に接続さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の吸収
   式ヒートポンプ。
5. （５）高圧吸収器の中間濃度の溶液は低圧吸収器へ第１
   のポンプで送りかつ低圧吸収器の希溶液は発生器へ第２
   のポンプで送ることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   および第４項記載の吸収式ヒートポンプ。
6. （６）第１のポンプは高圧吸収器の中間濃度の溶液の液
   面を検知する第１の液面検知器の出力で制御されかつ第
   ２のポンプは低圧吸収器の希溶液の液面を検知する第２
   の液面検知器の出力で制御されることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の吸収式ヒートポンプ。