WO2014045996A1 - 第二種吸収式ヒートポンプ - Google Patents

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refrigerant vapor
heated
refrigerant
heat pump
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松本　健
福留　二朗
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ヤンマー株式会社
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • F25B15/02—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type without inert gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/04—Heat pumps of the sorption type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems

Definitions

  • the present invention relates to a second type absorption heat pump provided with a premixing section for premixing an absorbing solution and refrigerant vapor.
  • the second type absorption heat pump is an evaporator that heats a refrigerant liquid by a heating medium to generate refrigerant vapor, and the generated refrigerant vapor is absorbed by an absorbing solution having a high solute concentration in the absorber.
  • the medium to be heated is heated by the absorbed heat generated at this time.
  • the absorption solution having a low solute concentration due to absorption of the refrigerant vapor in the absorber is heated by a heating medium so as to generate refrigerant vapor and generate an absorption solution having a high solute concentration. It is configured.
  • the refrigerant vapor generated in the regenerator is cooled by a cooling medium so as to be condensed and liquefied to generate a refrigerant liquid.
  • the absorber sprays the absorbing solution from above the heated tube through which the medium to be heated passes by the absorbing solution spray, and introduces refrigerant vapor into the environment.
  • the absorption heat is generated by absorbing the refrigerant vapor in the absorption solution (for example, see Patent Document 1).
  • the absorbing solution is sprayed on the heated tube, and refrigerant vapor is introduced into the heated tube and absorbed in the absorbing solution. If the absorbing solution is uniformly spread on the surface and the surface of the heated tube is not sufficiently wetted by the absorbing solution, the absorbed heat cannot be sufficiently absorbed.
  • the tube to be heated in the range of several steps from the top to the bottom has to absorb the absorbing solution before the absorption heat is sufficiently generated. It will fall to the lower stage, and the absorbed heat cannot be absorbed sufficiently.
  • the absorbing solution falls directly below the surface of the heated tube, it is necessary to arrange the next heated tube at the dropping position and efficiently absorb the absorbed heat. Therefore, the heated pipes must be arranged in multiple stages in the vertical direction, resulting in a disadvantage that the degree of freedom in designing the absorber is reduced.
  • the absorbing solution that has fallen directly below the surface of the heated tube must be efficiently spread on the surface of the next heated tube to sufficiently wet the surface of the heated tube, the heated tube
  • This invention is made
  • a second type absorption heat pump for solving the above-described problems is an evaporator that heats a refrigerant liquid and generates refrigerant vapor, and an absorption solution that absorbs the refrigerant vapor generated in the evaporator.
  • An absorber that heats the medium to be heated with absorption heat, and an absorption dilute solution whose solute concentration is reduced by absorbing the refrigerant vapor in the absorber is introduced and heated to generate refrigerant vapor, and at the same time, the solute
  • a second type absorption heat pump comprising: a regenerator that generates a high concentration absorbing solution; and a condenser that cools refrigerant vapor generated in the regenerator and generates refrigerant liquid.
  • a premixing unit for premixing the absorbing solution having a high solute concentration and the refrigerant vapor is provided in the front stage of the vessel.
  • the premixing section of the second type absorption heat pump may be provided with a mist forming means for mixing the absorption solution having a high solute concentration and the refrigerant vapor to form a mist.
  • the absorber of the second type absorption heat pump includes a heat exchanger including a plurality of heated tubes in which a plurality of widened portions are formed at predetermined intervals with respect to the flow direction of the heated refrigerant, The heat exchangers are arranged so that the widened portions are adjacent to each other in the heated tubes adjacent in the same stage, and the non-widened portions are adjacent to each other.
  • the non-widened part is located immediately above or directly below the position where the parts are adjacent, and the widened part is located directly above or directly below the position where the non-widened parts are adjacent.
  • One or a plurality of the heat exchangers are connected and arranged in the absorber of the second type absorption heat pump, and at least a part of one of the heat exchangers is an outlet side liquid pool in the absorber. It may be arranged at a position immersed in the part.
  • a heat exchanger may be connected so that the flow direction of the mixed mist passing through the heated pipe is lower than horizontal.
  • absorption of heat absorbed by the heated pipe in the absorber can be promoted by premixing the absorbing solution having a high solute concentration and the refrigerant vapor.
  • the resulting mixed mist easily adheres to the surface of the heated tube, so that the wettability of the heated tube can be improved. Moreover, it is not necessary to arrange
  • FIG. 3 is a top view which shows a part of other arrangement example of the to-be-heated pipe which comprises the heat exchanger which concerns on FIG. 3,
  • (b) is the same sectional drawing,
  • (c) is the II-II line of (a)
  • Sectional drawing (d) is a sectional view corresponding to FIG. 10 (c) showing still another arrangement example.
  • or (d) are sectional drawings which show the example of arrangement
  • FIG. 1 is a refrigerant circuit diagram showing an outline of the overall configuration of a second type absorption heat pump 1 according to the present invention
  • FIG. 2 shows an absorber 3 in the second type absorption heat pump 1.
  • the second type absorption heat pump 1 according to the present invention includes an evaporator 2, an absorber 3, a regenerator 4, and a condenser 5, and an absorption having a high solute concentration at the front stage of the absorber 3.
  • a premixing unit 30 for premixing the solution S and the refrigerant vapor Rg is provided.
  • the evaporator 2 is configured to generate the refrigerant vapor Rg by heating the refrigerant liquid R with a heating medium.
  • the evaporator 2 and the condenser 5 are connected by a refrigerant supply path 11.
  • the refrigerant supply path 11 passes through the condenser bleed tank 110, the refrigerant pump 11p, and the expansion valve 11v in order from the condenser 5 to the evaporator 2, and the condenser bleed tank 110, the refrigerant pump 11p, and the expansion valve. 11v is connected.
  • the evaporator 2 and the absorber 3 are connected by a refrigerant vapor supply path 12.
  • the refrigerant vapor supply path 12 is connected to the receiver 6 and the premixing unit 30 so as to pass through the receiver 6 and the premixing unit 30 in order from the evaporator 2 to the absorber 3.
  • the refrigerant liquid R supplied from the condenser 5 to the evaporator 2 via the refrigerant supply path 11 is heated by the evaporator 2 to become the refrigerant vapor Rg, and then from the refrigerant vapor supply path 12 to the receiver 6 and It is supplied to the absorber 3 through the premixing unit 30.
  • the premixing unit 30 mixes the refrigerant vapor Rg supplied from the refrigerant vapor supply path 12 and the absorption solution S supplied from the absorption solution supply path 13 in the premixing unit 30 and then supplies the mixture to the absorber 3. Is configured to do.
  • the absorbent solution supply path 13 is connected between the premixing unit 30 and the bottom of the regenerator 4. In this absorbent solution supply path 13, a solution pump 13 p, a solution heat exchanger 7, an expansion valve 13 v, an ejector 13 e, and an absorber bleed tank 130 are connected in order from the regenerator 4 toward the premixing unit 30.
  • the preliminary mixing unit 30 is configured by a cheese joint, and the refrigerant vapor supply path 12 and the absorbing solution supply path 13 are connected to adjacent connection ports 30a and 30b of the cheese joint, and the refrigerant vapor supply thus connected is connected.
  • the refrigerant vapor Rg and the absorbing solution S are supplied from the path 12 and the absorbing solution supply path 13 and merged, and the mixed mist Sm mixed by this merging is absorbed from the remaining connection port 30c facing the connection port 30a to the absorber 3. It is comprised so that it may supply in.
  • the absorbing solution S is refined when it merges with the refrigerant vapor Rg, and is sufficiently mixed into a mist-like mixed mist Sm.
  • the absorbing solution S efficiently absorbs the refrigerant vapor Rg and generates absorption heat.
  • the mist state of the mixed mist Sm is adjusted by balancing the supply amounts of the refrigerant vapor Rg supplied from the refrigerant vapor supply path 12 and the absorption solution S supplied from the absorption solution supply path 13.
  • the premixing unit 30 simply mixes the refrigerant vapor Rg and the absorbing solution S by the cheese joint, and performs mixing and mist formation of the mixed mist Sm.
  • the mixing unit 30 may have a so-called carburetor structure configured to supply the absorbing solution S to the venturi unit through which the refrigerant vapor Rg passes to form a mist, and the surface of the absorbing solution S is rotated. It may have a structure in which the body (not shown) is made finer and splashed by rotation and mixed with the refrigerant vapor Rg to form a mist, or an ultrasonic absorbing solution similar to an ultrasonic humidifier The configuration may be such that S is misted and mixed with the refrigerant vapor Rg and supplied.
  • the absorber 3 heats the heated medium T flowing through the heat exchanger 31 provided in the absorber 3 by the absorption heat of the mixed mist Sm that is supplied from the premixing unit 30 to obtain a heat output. It is configured to be able to.
  • the upper part of the absorber 3 is connected to the premixing unit 30.
  • the bottom of the absorber 3 and the top of the regenerator 4 are connected to each other by an absorption dilute solution recovery path 14 via an expansion valve 14v.
  • the absorbing solution supply path 13 and the absorbing dilute solution recovery path 14 are configured to exchange heat with each other by the solution heat exchanger 7.
  • the absorber 3 is provided with a bleed passage 15 connected to the ejector 13e at a position on the side wall surface higher than the liquid pool 3a in the absorber 3.
  • the heat exchanger 31 provided in the absorber 3 is vertically connected to the inside of the absorber 3 so that the mixed mist Sm passes continuously in the vertical direction, and the lowermost stage.
  • the heated medium T passes through the heat exchanger 31a, the middle heat exchanger 31b, and the uppermost heat exchanger 31c in this order.
  • the lowermost heat exchanger 31a is provided so as to be immersed in the liquid pool 3a in the absorber 3, and the two heat exchangers 31b and 31c thereabove are not immersed in the liquid pool 3a. It is provided so as to come into contact with the mixed mist Sm.
  • the heat exchangers 31b and 31c at the uppermost stage and the middle stage take heat of absorption from the mixed mist Sm that has been misted, and heat the heated medium T flowing through the heat exchangers 31b and 31c.
  • Absorbing diluted solution Sd which has been liquefied by the absorption heat absorption and has a low solute concentration, accumulates in puddle 3a.
  • the lowermost heat exchanger 31a provided in the puddle 3a takes unrecovered heat from the absorbed dilute solution Sd accumulated in the puddle 3a, and the medium T to be heated before flowing to the heat exchangers 31b and 31c. Will be heated.
  • the absorbed diluted solution Sd accumulated in the liquid pool 3a is recovered from the absorbed diluted solution recovery path 14 to the regenerator 4.
  • the recovered diluted absorbent solution Sd has a higher temperature than the absorbed solution S regenerated by the regenerator 4, and therefore, in the solution heat exchanger 7, the absorbed diluted solution recovery path 14 through which the absorbed diluted solution Sd flows
  • the heat exchange is performed with the absorbent solution supply path 13 through which the absorbent solution S from the regenerator 4 flows, and the temperature of the absorbent solution S supplied to the absorber 3 is increased.
  • non-condensable gas that tends to accumulate near the surface of the liquid pool 3 a in the absorber 3 is extracted from the extraction path 15 due to the negative pressure generated by the absorption solution S passing through the ejector 13 e provided in the absorption solution supply path 13.
  • the extracted non-condensable gas is collected in the absorber bleed tank 130 together with the absorbing solution S.
  • the non-condensable gas accumulated in the absorber bleed tank 130 is exhausted from the exhaust path 80 by the vacuum pump 8.
  • the heat exchanger 31 may be what is generally used for the absorber 3, in order to exchange heat with the mixed mist Sm which is made into mist and floats in the absorber 3, FIG. As shown, it is preferable to use a heat exchanger 31 composed of a plurality of heated tubes 310 processed into a fine mesh. As shown in FIG. 4, the heated pipe 310 used in the heat exchanger 31 is formed with a dish-shaped widened portion 310 a at a predetermined interval with respect to the flow direction F of the heated pipe 310.
  • the heated tubes 310 are arranged in a plurality of rows in the horizontal direction so that the widened portions 310a of the heated tubes 310 are adjacent to each other and the non-widened portions 310b are adjacent to each other, and are stacked in a plurality of stages in the vertical direction.
  • the widened portion 310a is located immediately above or directly below the widened portion 310a of the heated tube 310, and the non-widened portion 310b is not directly above or directly below.
  • the heated tube 310 may be arranged in multiple stages so that the widened portion 310b is located. Further, as shown in FIGS.
  • the non-widened portion 310b of the heated tube 310 is positioned immediately above or directly below the position where the widened portions 310a of the heated tubes 310 are adjacent to each other.
  • tube 310 may be arrange
  • the position of the heated tube 310 immediately above or directly below the heated tube 310 is shifted at a pitch corresponding to half the distance between the adjacent heated tubes 310. It may be arranged in.
  • the direction perpendicular to the flow direction F of the heated pipe 310 is a passing direction D of the mixed mist Sm, and the mixed mist Sm collides with the widened portion 310 a of the heated pipe 310 and is adjacent to the heated pipe.
  • the tube 310 passes through the gap between the non-widened portions 310b.
  • entrances 311 and 312 for the heated medium T are provided at both sides of each heated pipe 310 and at opposite positions on one surface of the heat exchanger 31, entrances 311 and 312 for the heated medium T are provided.
  • the heated medium T can flow from the entrance / exit 311 through the heated pipe 310 to the other entrance / exit 312.
  • the heat exchanger 31 may be configured such that the heated refrigerant T flows independently through the heated pipes 310 adjacent to each other and stacked in multiple stages, for example,
  • the heated tubes 310 are configured to be continuous in the same row or the same stage, and the heated refrigerant T is configured to flow in the continuous heated tube 310.
  • the medium to be heated T may be designed so as to flow in the same direction through each of the heated pipes 310, or may be designed so as to alternately flow in the opposite direction.
  • the regenerator 4 is configured to generate the refrigerant vapor Rg by heating the absorbed diluted solution Sd and to generate the refrigerant solution S having a high solute concentration.
  • the upper part of the regenerator 4 and the upper part of the condenser 5 are connected by a refrigerant vapor supply path 16.
  • An absorbing diluted solution recovery path 14 is connected to the upper part of the regenerator 4.
  • the absorption diluted solution recovery path 14 is connected to a refrigerant vapor recovery path 17 connected to the bottom of the receiver 6 from a branch point a between the expansion valve 14 v and the regenerator 4.
  • the refrigerant vapor recovery path 17 is also provided with an expansion valve 17v.
  • a bypass path 18 to the refrigerant supply path 11 is provided from the branch point b of the refrigerant vapor recovery path 17 between the expansion valve 17v and the receiver 6.
  • the bypass path 18 is provided with an opening / closing valve 18v, which is normally “closed”.
  • the diluted absorption solution Sd supplied from the absorber 3 to the regenerator 4 through the absorption diluted solution recovery path 14 is heated by the regenerator 4, and the refrigerant vapor Rg is transferred from the refrigerant vapor supply path 16 to the condenser 5. Is supplied.
  • the absorption solution S having a high solute concentration due to the supply of the refrigerant vapor Rg is supplied from the absorption solution supply path 13 to the absorber 3 by the solution pump 13p.
  • the condenser 5 is configured to cool and condense the refrigerant vapor Rg supplied from the regenerator 4 via the refrigerant vapor supply path 16.
  • a refrigerant vapor supply path 16 is connected to the upper part of the condenser 5.
  • a refrigerant supply path 11 is connected to the bottom of the condenser 5.
  • the refrigerant vapor Rg supplied from the regenerator 4 through the refrigerant vapor supply path 15 to the condenser 5 is cooled by the condenser 5 to become the refrigerant liquid R, and then the condenser bleed gas from the refrigerant supply path 11. It is supplied to the evaporator 2 through the tank 110, the refrigerant pump 11p, and the expansion valve 11v.
  • the non-condensable gas accumulated in the condenser bleed tank 110 is exhausted from the exhaust path 80 by the vacuum pump 8.
  • the second type absorption heat pump 1 configured as described above supplies the refrigerant vapor Rg and the absorption solution S to the absorber 3 after sufficiently mixing them in the premixing section 30 at the front stage of the absorber 3. Therefore, the absorption efficiency of absorbed heat can be improved.
  • the second type absorption heat pump 1 of the present invention can absorb the refrigerant vapor Rg and the absorption solution S because the refrigerant vapor Rg and the absorption solution S can be sufficiently mixed and then supplied to the absorber 3. Compared with the case of mixing in the vessel 3, the timing at which the absorption heat is generated is earlier, and the refrigerant vapor Rg and the absorption solution S are sufficiently mixed to efficiently generate the absorption heat. The absorption efficiency of the absorbed heat in the upper stage will be improved.
  • the 2nd type absorption heat pump 1 of this invention can supply to the absorber 3 after making it the mixed mist Sm which mixed the refrigerant
  • the surface of the heated tube 310 can be wetted from all directions by the mist Sm. Therefore, the wettability of the surface of the heated tube 310 is improved without taking into consideration that the heated tube 310 is arranged in multiple stages in the vertical direction and the next heated tube 310 is arranged at the position where the absorbing solution S falls. Thus, the heat exchange efficiency can be improved.
  • the mixed mist Sm that has been misted can float and wet the surface of the heated tube 310 from any direction without considering the arrangement of the heated tube 310 in the vertical direction. If the mixed mist Sm passing through 310 is configured so that the flow direction of the mixed mist Sm is lower than horizontal, the absorber 3 in which the arrangement of the heat exchanger 31 in the absorber 3 is variously changed can be designed. It becomes.
  • FIG. 6A shows an example in which the horizontally long absorber 3 is configured by providing two heat exchangers 31b and 31c other than the heat exchanger 31a provided in the liquid pool 3a side by side.
  • (B) has shown the example comprised so that the heat exchangers 31b and 31c of the figure (a) might be laid down, and mixing mist Sm might be blown from a horizontal direction.
  • 6C may be stacked and provided diagonally, or heat exchangers 31a, 31b, and 31c may be provided sideways and diagonally as shown in FIG. 6D.
  • blower outlet of the mixing mist Sm is provided in the position which can blow in from the upper direction of the heat exchangers 31b and 31c, especially the position will be on the upper side of a perpendicular direction. It does not need to be provided, and may be provided on the side wall surface of the absorber 3.
  • heat exchanger 31 illustrated about the case where three unitized things are connected, it is not limited to 3 in particular, 2 or 4 or more, or an absorber 3 may be provided for the entire interior of 3.
  • the premixing unit 30 is configured to supply the mixed mist Sm provided outside the absorber 3 and misted into the absorber 3, but as shown in FIG.
  • the refrigerant vapor supply path 12 and the absorbent solution supply path 13 are drawn into the absorber 3, and a premixing unit 30 is provided in the absorber 3 so as to supply the mixed mist Sm into the absorber 3. It may be configured as follows.
  • the premixing unit 30 is configured to mix the refrigerant vapor Rg and the absorbing solution S and to make a mist, but mixes the refrigerant vapor Rg and the absorbing solution S.
  • the liquid may be sprayed as it is without mist formation. Even in this case, it is possible to improve the absorption efficiency of the absorbed heat from the heated pipe 310 by efficiently generating the absorbed heat by the preliminary mixing.

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Abstract

吸収熱の吸収効率が良く、設計自由度の高い吸収器を構成することができる第二種吸収式ヒートポンプを提供する。冷媒液Ｒを加熱し、冷媒蒸気Ｒｇを発生させる蒸発器２と、吸収溶液Ｓが前記蒸発器２で発生した冷媒蒸気Ｒｇを吸収する際の吸収熱で被加熱媒体Ｔを加熱する吸収器３と、前記吸収器３にて冷媒蒸気Ｒｇを吸収することにより溶質濃度が低くなった吸収希溶液Ｒｄを導入し、加熱することで冷媒蒸気Ｒｇを発生し、同時に溶質濃度が高い吸収溶液Ｓを生成する再生器４と、前記再生器４にて発生した冷媒蒸気Ｒｇを冷却し、冷媒液Ｒを生成する凝縮器５とを備えて構成される第二種吸収式ヒートポンプ１であって、吸収器３の前段に、溶質濃度が高くなった吸収溶液Ｓと冷媒蒸気Ｒｇとを予備混合する予備混合部３０が設けられたものである。

Description

第二種吸収式ヒートポンプ
　本発明は、吸収溶液と冷媒蒸気とを予備混合する予備混合部を備えた第二種吸収式ヒートポンプに関するものである。
　一般に、第二種吸収式ヒートポンプは、蒸発器において、加熱媒体によって冷媒液を加熱して冷媒蒸気を発生させ、この発生した冷媒蒸気を、吸収器において、溶質濃度が高い吸収溶液に吸収させ、この際発生する吸収熱で被加熱媒体を加熱するように構成されている。再生器においては、吸収器での冷媒蒸気吸収によって溶質濃度が低くなった吸収溶液を加熱媒体によって加熱することで、冷媒蒸気を発生させるとともに、溶質濃度が高くなった吸収溶液を生成するように構成されている。凝縮器においては、再生器で発生した冷媒蒸気を冷却媒体によって冷却することで、凝縮液化させ、冷媒液を生成するように構成されている。
　従来より、このような第二種吸収式ヒートポンプにおいて、吸収器は、被加熱媒体が通過する被加熱管の上方から吸収溶液スプレーによって吸収溶液を散布し、その環境下に冷媒蒸気を導入して冷媒蒸気を吸収溶液に吸収させることで吸収熱を発生させるように構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６－２０７８８３号公報
　しかしながら、上記従来の第二種吸収式ヒートポンプにおいては、被加熱管に吸収溶液を散布させ、そこに冷媒蒸気を導入して吸収溶液に吸収させることで吸収熱を発生させるため、被加熱管の表面に吸収溶液を万遍なく散布し、当該吸収溶液によって被加熱管の表面を十分に濡らさなければ、吸収熱を十分に吸収することができないこととなる。
　また、吸収溶液は、被加熱管の表面を伝ってすぐに落下してしまうので、最上段から下に数段の範囲の被加熱管は、吸収熱が十分に発生する前に、吸収溶液が下段に落下してしまうこととなり、吸収熱を十分に吸収できないこととなる。
　さらに、吸収溶液は、被加熱管の表面を伝って直下に落下するため、落下位置に次の被加熱管を配置して効率よく吸収熱を吸収しなければならない。したがって、被加熱管を鉛直方向に多段に配置しなければならず、吸収器の設計の自由度が低下するといった不都合を生じることとなる。また、被加熱管の表面を伝って直下に落下した吸収溶液を、次の被加熱管の表面に効率よく広げて被加熱管の表面を十分に濡らさなければならないので、被加熱管は、底部に、のこぎり歯状の誘導板を設けて吸収溶液を分散滴下させたり、外周面にコイルを旋回したりして吸収溶液を直下の被加熱管の表面に分散滴下させるための工夫をしなければならなかった。
　本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、吸収熱の吸収効率が良く、設計自由度の高い吸収器を構成することができる第二種吸収式ヒートポンプを提供することを目的としている。
　上記課題を解決するための本発明に係る第二種吸収式ヒートホンプは、冷媒液を加熱し、冷媒蒸気を発生させる蒸発器と、吸収溶液が前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収する際の吸収熱で被加熱媒体を加熱する吸収器と、前記吸収器にて冷媒蒸気を吸収することにより溶質濃度が低くなった吸収希溶液を導入し、加熱することで冷媒蒸気を発生し、同時に溶質濃度が高い吸収溶液を生成する再生器と、前記再生器にて発生した冷媒蒸気を冷却し、冷媒液を生成する凝縮器とを備えて構成される第二種吸収式ヒートポンプであって、吸収器の前段に、溶質濃度が高くなった吸収溶液と冷媒蒸気とを予備混合する予備混合部が設けられたものである。
　第二種吸収式ヒートポンプの予備混合部には、溶質濃度が高くなった吸収溶液と冷媒蒸気とを混合してミスト化するミスト化手段が備えられていてもよい。
第二種吸収式ヒートポンプの吸収器は、被加熱冷媒の流れ方向に対して所定の間隔で複数の拡幅部が形成された被加熱管を複数本備えた熱交換器を内蔵してなり、前記熱交換器は、同段で隣接する被加熱管においては、拡幅部同士が隣接するとともに、非拡幅部同士が隣接するように配置され、上段または下段で隣接する被加熱管においては、前記拡幅部同士が隣接する位置の直上または直下に非拡幅部が位置し、前記非拡幅部同士が隣接する位置の直上または直下に拡幅部が位置するように配置されたものであってもよい。
第二種吸収式ヒートポンプの吸収器内に、一つまたは複数の前記熱交換器を接続して配置してなり、そのうち、一つの熱交換器の少なくとも一部分が、吸収器内の出口側液だまり部に浸漬する位置に配置されたものであってもよい。
　第二種吸収式ヒートポンプの吸収器内には、被加熱管を通過する混合ミストの流れ方向が水平よりも下向きとなるように、熱交換器が接続されてなるものであってもよい。
　本発明によると、溶質濃度が高くなった吸収溶液と冷媒蒸気とを予備混合することで、吸収器における被加熱管の吸収熱の吸収を促進することができる。
　また、予備混合してミスト化を図ることにより、得られる混合ミストが被加熱管の表面に付着し易くなるので、被加熱管の濡れ性の向上を図ることができる。また、吸収溶液の落下位置に沿って被加熱管を鉛直方向に配置しなくても良く、設計自由度の高い吸収器を構成することができる。
本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプの全体構成の概略を示す冷媒回路図である。 本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプにおける吸収器の構成の概略を示す断面図である。 本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプにおける吸収器内に設けられる熱交換器の全体構成の概略を示す斜視図である。 （ａ）は図３に係る熱交換器を構成する被加熱管の配置の一部を示す平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は（ａ）のI-I線断面図である。 （ａ）は図３に係る熱交換器を構成する被加熱管の他の配置例の一部を示す平面図、（ｂ）は同断面図、（ｃ）は（ａ）のII-II線断面図、（ｄ）はさらに他の配置例を示す同図（ｃ）相当する断面図である。 (ａ)ないし（ｄ）は本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプの吸収器内における熱交換器の配置例を示す断面図である。 本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプにおける予備混合部および吸収器の他の構成を示す断面図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　図１は本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプ１の全体構成の概略を示す冷媒回路図を示し、図２は同第二種吸収式ヒートポンプ１における吸収器３を示している。
本発明に係る第二種吸収式ヒートポンプ１は、蒸発器２と、吸収器３と、再生器４と、凝縮器５とを具備し、吸収器３の前段に、溶質濃度が高くなった吸収溶液Ｓと冷媒蒸気Ｒｇとを予備混合する予備混合部３０が設けられている。
　蒸発器２は、加熱媒体によって冷媒液Ｒを加熱して冷媒蒸気Ｒｇを発生するように構成されている。蒸発器２と凝縮器５との間は、冷媒供給経路１１で接続されている。この冷媒供給経路１１は、凝縮器５から蒸発器２に向かって順に、凝縮器抽気タンク１１０、冷媒ポンプ１１ｐ、膨張弁１１ｖを経由するようにこれら凝縮器抽気タンク１１０、冷媒ポンプ１１ｐ、膨張弁１１ｖが接続されている。蒸発器２と吸収器３との間は、冷媒蒸気供給経路１２で接続されている。この冷媒蒸気供給経路１２は、蒸発器２から吸収器３に向かって順に、レシーバ６、予備混合部３０を経由するように、これらレシーバ６、予備混合部３０が接続されている。
　これにより、凝縮器５から冷媒供給経路１１を経て蒸発器２に供給された冷媒液Ｒは、この蒸発器２で加熱され、冷媒蒸気Ｒｇとなった後、冷媒蒸気供給経路１２からレシーバ６および予備混合部３０を経て吸収器３へと供給される。
　予備混合部３０は、冷媒蒸気供給経路１２から供給される冷媒蒸気Ｒｇと、吸収溶液供給経路１３から供給される吸収溶液Ｓとを、当該予備混合部３０で混合してから吸収器３に供給するように構成されている。吸収溶液供給経路１３は、予備混合部３０と再生器４の底部との間に接続されている。この吸収溶液供給経路１３は、再生器４から予備混合部３０に向かって順に、溶液ポンプ１３ｐ、溶液熱交換器７、膨張弁１３ｖ、エゼクタ１３ｅ、吸収器抽気タンク１３０が接続されている。
　この予備混合部３０は、チーズ継手によって構成されており、このチーズ継手の隣り合う接続口３０ａ，３０ｂに冷媒蒸気供給経路１２と吸収溶液供給経路１３とが接続され、これら接続された冷媒蒸気供給経路１２と吸収溶液供給経路１３とから、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを供給して合流させ、この合流によって混合される混合ミストＳｍを接続口３０ａと対向する残る接続口３０ｃから吸収器３内に供給するように構成されている。この際、吸収溶液Ｓは、冷媒蒸気Ｒｇと合流した際に微細化され、ミスト状の混合ミストＳｍとなって十分に混合される。また、十分に混合されるため、このミスト状の混合ミストＳｍは、吸収溶液Ｓが冷媒蒸気Ｒｇを効率良く吸収して吸収熱を発生することとなる。なお、混合ミストＳｍのミストの状態は、冷媒蒸気供給経路１２から供給される冷媒蒸気Ｒｇと、吸収溶液供給経路１３から供給される吸収溶液Ｓとの互いの供給量のバランスを取って調整される。また、本実施の形態では、予備混合部３０は、チーズ継手によって冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを単に合流させるだけで、混合と、混合ミストＳｍのミスト化とを図っているが、この予備混合部３０としては、冷媒蒸気Ｒｇが通過するベンチュリ部に吸収溶液Ｓを供給してミスト化するように構成された、いわゆるキャブレター構造のものであってもよいし、吸収溶液Ｓの表面を回転体（図示省略）などの回転によって微細化して飛沫させ、これを冷媒蒸気Ｒｇと混合してミスト化する構成のものであってもよいし、超音波加湿器と同じように超音波で吸収溶液Ｓをミスト化し、これを冷媒蒸気Ｒｇと混合して供給するように構成したものであってもよい。
　吸収器３は、予備混合部３０から供給されるミスト化した混合ミストＳｍの吸収熱によって、当該吸収器３内に設けた熱交換器３１を流れる被加熱媒体Ｔを加熱して熱出力を得ることができるように構成されている。吸収器３の上部は、予備混合部３０と接続されている。吸収器３の底部と再生器４の上部との間は、膨張弁１４ｖを介して吸収希溶液回収経路１４によって接続されている。吸収溶液供給経路１３と吸収希溶液回収経路１４とは、溶液熱交換器７によって互いに熱交換するように構成されている。吸収器３は、吸収器３内の液だまり３ａよりも高い側壁面の位置に、エゼクタ１３ｅに接続される抽気経路１５が設けられている。
　吸収器３内に設けられる熱交換器３１は、図２に示すように、混合ミストＳｍが鉛直方向に連続して通過するように、吸収器３の内部に縦に３段連結され、最下段の熱交換器３１ａから中段の熱交換器３１ｂ、最上段の熱交換器３１ｃの順に被加熱媒体Ｔが通過するように構成されている。このうち、最下段の熱交換器３１ａは、吸収器３内の液だまり３ａに浸かるようにして設けられ、その上の二つの熱交換器３１ｂ、３１ｃは、液だまり３ａに浸からずにミスト化した混合ミストＳｍと接触するように設けられている。
　これにより、最上段と中段の熱交換器３１ｂ，３１ｃは、ミスト化した混合ミストＳｍから吸収熱を奪って、当該熱交換器３１ｂ，３１ｃを流れる被加熱媒体Ｔを加熱することとなる。吸収熱を奪われることによって液化し、溶質濃度が低くなった吸収希溶液Ｓｄは、液だまり３ａに溜まる。この液だまり３ａに設けた最下段の熱交換器３１ａは、この液だまり３ａに溜まった吸収希溶液Ｓｄから未回収熱を奪い、上記熱交換器３１ｂ，３１ｃへ流れる前段階で被加熱媒体Ｔを加熱することとなる。
　液だまり３ａに溜まった吸収希溶液Ｓｄは、吸収希溶液回収経路１４から再生器４へと回収される。この際、回収される吸収希溶液Ｓｄは、再生器４で再生された吸収溶液Ｓよりも温度が高いので、溶液熱交換器７において、この吸収希溶液Ｓｄが流れる吸収希溶液回収経路１４と、再生器４からの吸収溶液Ｓが流れる吸収溶液供給経路１３との間で熱交換し、吸収器３へと供給される吸収溶液Ｓの温度を高めるように構成されている。
　また、この吸収溶液供給経路１３に設けたエゼクタ１３ｅを通過する吸収溶液Ｓによって生じる負圧により、吸収器３内の液だまり３ａの表面付近に溜まりやすい不凝縮ガスが、抽気経路１５から抽気される。抽気された不凝縮ガスは、吸収溶液Ｓとともに、吸収器抽気タンク１３０に溜まることとなる。吸収器抽気タンク１３０に溜まった不凝縮ガスは、真空ポンプ８によって排気経路８０から排気される。
　なお、熱交換器３１は、吸収器３に汎用されているものであってもよいが、ミスト化して吸収器３内を浮遊する混合ミストＳｍとの間で熱交換を行うため、図３に示すように、細かいメッシュ状に加工した複数の被加熱管３１０で構成された熱交換器３１を使用することが好ましい。この熱交換器３１に使用される被加熱管３１０は、図４に示すように、被加熱管３１０の流れ方向Ｆに対して所定間隔で皿状の拡幅部３１０ａが形成されている。被加熱管３１０は、当該被加熱管３１０の拡幅部３１０ａ同士が隣接し、非拡幅部３１０ｂ同士が隣接するように、水平方向に複数列で配置され、垂直方向に複数段重ねられた状態で配置され、熱交換器３１として構成される。この際、熱交換器３１は、図４に示すように、被加熱管３１０の拡幅部３１０ａの直上または直下の位置に拡幅部３１０ａが位置し、非拡幅部３１０ｂの直上または直下の位置に非拡幅部３１０ｂが位置するように被加熱管３１０が多段に配置されたものであってもよい。また、図５（ａ）ないし図５（ｃ）に示すように、被加熱管３１０の拡幅部３１０ａ同士が隣接する位置の直上または直下の位置に、被加熱管３１０の非拡幅部３１０ｂが位置し、非拡幅部３１０ｂ同士が隣接する位置の直上または直下の位置に、被加熱管３１０の拡幅部３１０ａが位置するように被加熱管３１０が多段に配置されたものであってもよい。また、図５（ｄ）に示すように、隣接する被加熱管３１０同士の間隔の半分の距離に相当するピッチで、当該被加熱管３１０の直上または直下の被加熱管３１０の位置がずれるように配置されたものであってもよい。熱交換器３１は、被加熱管３１０の流れ方向Ｆに直行する方向が混合ミストＳｍの通過方向Ｄとなされ、混合ミストＳｍは、被加熱管３１０の拡幅部３１０ａに衝突し、隣接する被加熱管３１０の非拡幅部３１０ｂ同士の間隙を通過することとなる。各被加熱管３１０の両側で、かつ、熱交換器３１の一方側の面の対向する位置には、被加熱媒体Ｔの出入り口３１１，３１２が設けられており、被加熱媒体Ｔは、一方の出入り口３１１から被加熱管３１０を通過して他方の出入り口３１２へと被加熱媒体Ｔを流すことができるように構成されている。この際、熱交換器３１は、互いに隣接し、かつ、多段に重ねられた各被加熱管３１０を、独立して被加熱冷媒Ｔが流れるように構成されたものであってもよいし、例えば、同一列や同一段で各被加熱管３１０が連続するように構成され、この連続する一本または複数本の被加熱管３１０内を被加熱冷媒Ｔが流れるように構成されたものであってもよい。この際、被加熱媒体Ｔが、各被加熱管３１０を同一方向で流れるように設計されたものであってもよいし、交互に逆方向で流れるように設計されたものであってもよい。
　再生器４は、吸収希溶液Ｓｄを加熱して冷媒蒸気Ｒｇを発生させるとともに、溶質濃度が高くなった冷媒溶液Ｓを生成するように構成されている。再生器４の上部と凝縮器５の上部との間は、冷媒蒸気供給経路１６によって接続されている。再生器４の上部には、吸収希溶液回収経路１４が接続されている。この吸収希溶液回収経路１４は、膨張弁１４ｖと再生器４との間の分岐点ａから、レシーバ６の底部に接続する冷媒蒸気回収経路１７が接続されている。この冷媒蒸気回収経路１７にも膨張弁１７ｖが設けられている。この膨張弁１７ｖとレシーバ６との間の冷媒蒸気回収経路１７の分岐点ｂからは、冷媒供給経路１１へのバイパス経路１８が設けられている。このバイパス経路１８には、開閉弁１８ｖが設けられており、通常時は「閉」となっている。
　これにより、吸収器３から吸収希溶液回収経路１４を経て再生器４に供給された吸収希溶液Ｓｄは、この再生器４で加熱され、冷媒蒸気供給経路１６から凝縮器５へと冷媒蒸気Ｒｇが供給される。この冷媒蒸気Ｒｇの供給により、溶質濃度が高くなった吸収溶液Ｓは、溶液ポンプ１３ｐによって吸収溶液供給経路１３から吸収器３へと供給される。
　凝縮器５は、再生器４から冷媒蒸気供給経路１６を介して供給される冷媒蒸気Ｒｇを冷却して凝縮液化するように構成されている。凝縮器５の上部には、冷媒蒸気供給経路１６が接続されている。凝縮器５の底部には、冷媒供給経路１１が接続されている。
　これにより、再生器４から冷媒蒸気供給経路１５を経て凝縮器５に供給された冷媒蒸気Ｒｇは、この凝縮器５で冷却され、冷媒液Ｒとなった後、冷媒供給経路１１から凝縮器抽気タンク１１０、冷媒ポンプ１１ｐ、膨張弁１１ｖを経て蒸発器２へと供給される。凝縮器抽気タンク１１０に溜まった不凝縮ガスは、真空ポンプ８よって排気経路８０から排気される。
　このようにして構成される第二種吸収式ヒートポンプ１は、吸収器３の前段の予備混合部３０において、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを十分に混合してから吸収器３に供給することができるので、吸収熱の吸収効率を向上させることができる。特に、本発明の第二種吸収式ヒートポンプ１は、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを十分に混合してから吸収器３に供給することができるため、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを吸収器3内で混合する場合と比べても、吸収熱が発生するタイミングが早く、しかも冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとが十分に混合されて効率良く吸収熱を発生することとなり、吸収器３の上段での吸収熱の吸収効率が改善されることとなる。
　また、本発明の第二種吸収式ヒートポンプ１は、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを混合してミスト化した混合ミストＳｍとしてから吸収器３に供給することができるので、このミスト化した混合ミストＳｍによって、被加熱管３１０の表面をあらゆる方向から濡らすことができる。したがって、被加熱管３１０を鉛直方向に多段に並べて吸収溶液Ｓの落下位置に次段の被加熱管３１０を配置するような考慮をしなくても、被加熱管３１０の表面の濡れ性を改善して熱交換効率の向上を図ることができる。
　また、鉛直方向に被加熱管３１０を配置するような考慮をしなくても、ミスト化した混合ミストＳｍが浮遊して被加熱管３１０の表面をあらゆる方向から濡らすことができるので、被加熱管３１０を通過する混合ミストＳｍの流れ方向が水平よりも下向きとなるように構成されていれば、吸収器３内における熱交換器３１の配置を色々と変更した吸収器３を設計することができることとなる。
　例えば、図６（ａ）は、液だまり３ａに設けられる熱交換器３１ａ以外の他の二つの熱交換器３１ｂ，３１ｃを横並びに設けて横長の吸収器３を構成した例を示し、図６（ｂ）は同図（ａ）の熱交換器３１ｂ，３１ｃを横倒しにして混合ミストＳｍを横方向から吹き込むように構成した例を示している。また、図６（ｃ）に示すように積み重ねて斜めに設けたり、図６（ｄ）に示すように熱交換器３１ａ，３１ｂ，３１ｃを横並びに斜めに設けたりしたものであってもよい。
　また、これらの構成において、吸収器３は、混合ミストＳｍの吹き出し口が熱交換器３１ｂ，３１ｃの上方から吹き込むことができる位置に設けられていれば、特にその位置は、鉛直方向の上側に設けられている必要はなく、吸収器３の側壁面に設けられていてもよい。
　また、上記実施の形態では、熱交換器３１は、ユニット化したものを３個接続する場合について例示したが、特に３個に限定されるものではなく、２個または４個以上、または吸収器３の内部全体に１個を設ける場合であってもよい。
　また、本実施の形態において、予備混合部３０は、吸収器３の外に設けてミスト化した混合ミストＳｍを吸収器３内に供給するように構成されているが、図７に示すように、冷媒蒸気供給経路１２と吸収溶液供給経路１３とが吸収器３内に引き込まれ、この吸収器３内に予備混合部３０を設けて吸収器３内にミスト化した混合ミストＳｍを供給するように構成されたものであってもよい。
　さらに、本実施の形態において、予備混合部３０は、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとの混合と、ミスト化とを図るように構成されているが、冷媒蒸気Ｒｇと吸収溶液Ｓとを混合し、ミスト化を図らずに液のまま散布するものであってもよい。この場合であっても、予備混合によって吸収熱を効率良く発生できることにより、被加熱管３１０からの吸収熱の吸収効率の向上を図ることができる。
　なお、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
１　第二種吸収式ヒートポンプ
２　蒸発器
３　吸収器
３０　予備混合部
３１　熱交換器
３１０　被加熱管
３１０ａ　拡幅部
３１０ｂ　非拡幅部
４　再生器
５　凝縮器
Ｓｄ　吸収希溶液
Ｓｍ　混合ミスト
Ｓ　吸収溶液
Ｔ　被加熱媒体
Ｒ　冷媒
Ｒｇ　冷媒蒸気

Claims (5)

  1. 　冷媒液を加熱し、冷媒蒸気を発生させる蒸発器と、
    吸収溶液が前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収する際の吸収熱で被加熱媒体を加熱する吸収器と、
    　前記吸収器にて冷媒蒸気を吸収することにより溶質濃度が低くなった吸収希溶液を導入し、加熱することで冷媒蒸気を発生し、同時に溶質濃度が高い吸収溶液を生成する再生器と、
    　前記再生器にて発生した冷媒蒸気を冷却し、冷媒液を生成する凝縮器とを備えて構成される第二種吸収式ヒートポンプであって、
    　吸収器の前段に、溶質濃度が高くなった吸収溶液と冷媒蒸気とを予備混合する予備混合部が設けられたことを特徴とする第二種吸収式ヒートポンプ。
  2. 　予備混合部には、溶質濃度が高くなった吸収溶液と冷媒蒸気とを混合してミスト化するミスト化手段が備えられた請求項１記載の第二種吸収式ヒートポンプ。
  3. 　吸収器は、被加熱冷媒の流れ方向に対して所定の間隔で複数の拡幅部が形成された被加熱管を複数本備えた熱交換器を内蔵してなり、
    　前記熱交換器は、同段で隣接する被加熱管においては、拡幅部同士が隣接するとともに、非拡幅部同士が隣接するように配置され、
    上段または下段で隣接する被加熱管においては、前記拡幅部同士が隣接する位置の直上または直下に非拡幅部が位置し、前記非拡幅部同士が隣接する位置の直上または直下に拡幅部が位置するように配置された請求項２に記載の第二種吸収式ヒートポンプ。
  4. 　吸収器内に、一つまたは複数の前記熱交換器を接続して配置してなり、そのうち、一つの熱交換器の少なくとも一部分が、吸収器内の出口側液だまり部に浸漬する位置に配置された請求項３記載の第二種吸収式ヒートポンプ。
  5. 　吸収器内には、被加熱管を通過する混合ミストの流れ方向が水平よりも下向きとなるように、熱交換器が接続されてなる請求項４記載の第二種吸収式ヒートポンプ。
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