吸収式ヒートポンプ装置
【課題】
温水或いは冷却水温度が上昇した場合でも高温再生器の圧力上昇を抑えて、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置を得る。
【解決手段】
吸収式ヒートポンプ装置は、蒸発器１，１１，１２、吸収器２，２１，２２、凝縮器３、高温再生器５及び低温再生器４とを有する。前記蒸発器１は第１蒸発器１１、第２蒸発器１２の二段に、また前記吸収器２も第１吸収器２１，第２吸収器２２の二段に設けられ、二段蒸発吸収構造に構成されている。温水または冷却水は、前記凝縮器に流され、その後前記吸収器に流れるように構成されている。
温水或いは冷却水温度が上昇した場合でも高温再生器の圧力上昇を抑えて、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置を得る。
【解決手段】
吸収式ヒートポンプ装置は、蒸発器１，１１，１２、吸収器２，２１，２２、凝縮器３、高温再生器５及び低温再生器４とを有する。前記蒸発器１は第１蒸発器１１、第２蒸発器１２の二段に、また前記吸収器２も第１吸収器２１，第２吸収器２２の二段に設けられ、二段蒸発吸収構造に構成されている。温水または冷却水は、前記凝縮器に流され、その後前記吸収器に流れるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臭化リチウム水溶液と水を使用して吸収サイクルを構成する吸収式ヒートポンプ装置に係り、特に高温再生器と低温再生器を備え温水の製造に好適な二重効用吸収式ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房負荷が大きい夏期には冷房運転を行い、暖房負荷が大きくなる冬期には暖房若しくは冷房と暖房の同時運転を行う吸収式ヒートポンプ装置が知られており、このような吸収式ヒートポンプ装置では、通常、温水或いは冷却水を、まず吸収器に流し、その後凝縮器に流れるように構成されている。
【０００３】
上記通常の吸収式ヒートポンプ装置とは異なる温水或いは冷却水の流し方として、特許第２９５９２１０号公報（特許文献１）に開示されているものがある。これは吸収式冷凍機において、吸収器の冷却水パスを前段パスと後段パスに分け、冷却水を、吸収器の前記前段パスに流し、その後凝縮器に流し、最後に吸収器の前記後段パスへと流すものであり、伝熱面積を増やすことなく、冷却水入口温度３２℃、出口温度４０℃の冷却水仕様を満足させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９５９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の吸収式ヒートポンプ装置における温水或いは冷却水の流し方では、冷却水温度が上昇した場合や、ヒートポンプのように温水の取り出し温度が高い場合など、或いは廃熱を回収利用する場合などでは、高温再生器の圧力が上昇してしまい、吸収式ヒートポンプ装置として運用できないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、温水或いは冷却水の温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えて、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、温水または冷却水を、前記凝縮器に流し、その後前記吸収器に流れるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順、及び前記吸収器から前記凝縮器の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えていることにある。
【０００９】
ここで、冷房運転時には、前記温水または冷却水を、前記吸収器側から前記凝縮器側の順に流し、暖房運転時には、前記温水または冷却水を、前記凝縮器側から前記吸収器側の順に流すようにすると良い。
或いは、高温再生器の圧力を検出し、その圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水または冷却水を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順に流すように前記通水経路切替手段を制御するようにしても良い。
【００１０】
前記蒸発器には、冷水または熱源水が流れる冷水／熱源水配管が設けられ、前記冷水／熱源水配管には、冷房運転時には冷水を流して温度の低下した冷水を冷房用途に供給し、暖房運転時には河川水、地下水或いは下水処理水からの熱源水を流すようにすると良い。
【００１１】
前記低温再生器には外部熱源からの廃熱が導入され、低温再生器内の溶液からの冷媒蒸発量を増大させて能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えるようにすることもできる。この場合、前記外部熱源としては、ガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱の何れかを用いると良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温水或いは冷却水の温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができるので、圧力が大気圧を超えるのを回避するために能力を抑制する必要がなく、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１を示す系統図である。
【図２】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１における取り扱い熱量の増大効果を説明する線図である。
【図３】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例２を示す系統図で、冷房運転の状態を説明する図である。
【図４】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例２を示す系統図で、暖房運転の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１を示す系統図である。
本実施例の吸収式ヒートポンプ装置は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器を有し、更に前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に分けられた二段蒸発吸収構造に構成されており、これによって吸収器出口の溶液濃度を低下し、低濃度サイクルの吸収式ヒートポンプ装置としているものである。以下、図面に従い詳細に説明する。
【００１６】
図において、１は蒸発器、２は蒸発器１と連結された吸収器、３は凝縮器、４は凝縮器３と連結された低温再生器、５は高温再生器、６１は低温溶液熱交換器、６２は高温溶液熱交換器、７１は冷媒ポンプ、７２は溶液循環ポンプ、７３は溶液散布ポンプである。
【００１７】
前記蒸発器１は、仕切り１３により第１蒸発器１１と第２蒸発器１２の二段に設けられ、また吸収器２も、仕切り２３により第１吸収器２１と第２吸収器２２の二段に設けられて構成されている。この二段蒸発吸収構造により、低温再生器４と高温再生器５をもつ二重効用の吸収式ヒートポンプ装置を低濃度の吸収ヒートポンプサイクルで運転可能にしている。
【００１８】
前記蒸発器１は、仕切り１３により第１蒸発器１１（高段側蒸発器）と第２蒸発器１２（低段側蒸発器）に分割され、前記吸収器２は、仕切り２３により第１吸収器２１（高段側吸収器）と第２吸収器２２（低段側吸収器）にそれぞれ分割されている。前記仕切り１３には前記第２蒸発器１２を流下した冷媒液を集めて第１蒸発器１１に散布する冷媒散布装置１４が設けられている。また、仕切り２３には第２吸収器２２を流下した溶液を集めて第１吸収器２１に散布する溶液散布装置２４が設けられている。前記第１蒸発器１１と第１吸収器２１とはエリミネータを介して冷媒蒸気が流れるように連通されており、第２蒸発器１２と第２吸収器２２もエリミネータを介して冷媒蒸気が流れるように連通されている。
【００１９】
第１蒸発器１１の下部には冷媒液溜めが設けられ、またこの冷媒液溜めの底部と前記第２蒸発器１２の上部に設置された冷媒散布装置１５とを接続する配管１８が設けられている。前記配管１８には、冷媒ポンプ７１と、第１蒸発器１１の下部の冷媒液溜めに設置されたフロートを有するフロート弁１６とが設けられ、冷媒液溜め内の冷媒液を前記第２蒸発器１２の上部に設置された冷媒散布装置１５から前記第２蒸発器１２内に散布する。冷媒散布装置１５から散布された冷媒液は第２蒸発器１２を流下する間に蒸発器内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、蒸発しきれなかった冷媒は前記冷媒散布装置１４に集められ、この冷媒散布装置１４から前記第１蒸発器１１に散布される。第１蒸発器１１に散布された冷媒液は該第１蒸発器を流下する間に蒸発器内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、蒸発しきれなかった冷媒液は第１蒸発器１１の下部に貯められる。
【００２０】
前記高温再生器５及び低温再生器４で濃縮された濃溶液は第２吸収器２２の上部に設置された溶液散布装置２５から散布され、第２吸収器２２を流下する間に第２蒸発器１２で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、その吸収熱で吸収器内を流れる温水を加熱する。冷媒蒸気を吸収して濃度の薄くなった溶液は溶液散布装置２４に集められ、第１吸収器２１に散布される。この散布された溶液は、第１吸収器２１を流下する間に、第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、その吸収熱で吸収器内を流れる温水を加熱する。また、冷媒蒸気を吸収して更に濃度の薄くなった希溶液は、第１吸収器２１の下部に一旦貯められ、その後、溶液循環ポンプ７２により高温再生器５及び低温再生器４に送られる。
前記配管１８のフロート弁１６出口部側には、ここから分岐し前記第１吸収器２１に接続される配管１９が設けられており、この配管１９には制御弁１７が設けられている。
【００２１】
前記溶液循環ポンプ７２を出た希溶液は低温溶液熱交換器６１で高温再生器５及び低温再生器４からの濃溶液と熱交換して温度上昇した後、一部は低温再生器４に送られ、残りは高温溶液熱交換器６２で高温再生器５からの濃溶液と更に熱交換して温度上昇した後、高温再生器５に送られる。高温再生器５には溶液加熱用のバーナ５１が備えられており、このバーナ５1の燃焼熱により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させると共に、溶液は濃縮される。濃縮された濃溶液は、高温再生器５から前記高温溶液熱交換器６２に送られ、吸収器２からの希溶液と熱交換して冷却され、低温再生器４からの濃溶液と合流して、溶液散布ポンプ７３に送られる。溶液散布ポンプ７３を出た溶液は前記低温溶液熱交換器６１で吸収器２からの希溶液と熱交換して更に冷却され、第２吸収器２２の上部に設置された溶液散布装置２５に送られる。
【００２２】
前記高温再生器５で発生した冷媒蒸気は前記低温再生器４に送られる。この低温再生器４には、高温再生器５からの冷媒蒸気が流れる低温再生器伝熱管４１、外部熱源９からの加熱水が流れる外部熱源伝熱管９３及び低温再生器４の上部に設置された溶液散布装置４３が設置されており、この溶液散布装置４３には、前記低温溶液熱交換器６１の出口側から分岐した希溶液の一部が供給されて低温再生器４内に散布される。この散布された希溶液は、前記外部熱源伝熱管９３を流下する間に外部熱源９からの加熱水により加熱されて冷媒蒸気を発生し、更に低温再生器伝熱管４１を流下する間に、高温再生器１からの冷媒蒸気により加熱されて冷媒蒸気を発生する。冷媒蒸気を発生して濃度が高くなった溶液は、低温再生器４の下部に一旦貯められた後、溶液散布ポンプ７３の上流側で、高温再生器５から高温熱交換器６２を経由して送られてきた濃溶液と合流し、溶液散布ポンプ７３により、低温溶液熱交換器６１を経由して、前記溶液散布装置２５に送られる。
【００２３】
外部熱源９からの加熱水は、外部熱源ポンプ９１により低温再生器４内の外部熱源伝熱管９３に送られ、低温再生器４内を流下する希溶液を加熱し、温度が低下した加熱水は外部熱源９に戻される。外部熱源９と外部熱源伝熱管９３の間を循環する加熱水の経路には、外部熱源９を流れる加熱水量を制御する三方制御弁９２が設置されており、この三方制御弁９２により外部熱源伝熱管９３での加熱量が調整される。外部熱源９は、例えばガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱などである。
【００２４】
高温再生器５から低温再生器４の低温再生器伝熱管４１に送られた冷媒蒸気は、低温再生器４内を流下する希溶液を加熱して凝縮し、この凝縮した冷媒液は絞り４２により減圧されて凝縮器３に送られる。
低温再生器４で発生した冷媒蒸気は、エリミネータ通路を通って凝縮器３に送られ、凝縮器３内を流れる温水に熱を与えて凝縮する。凝縮した冷媒液は凝縮器３の下部に一旦溜められて、減圧機構（図示せず）を通って蒸発器１に送られる。
【００２５】
前記蒸発器１内には、冷水／熱源水配管（以下、冷水配管という）１００が設けられており、この冷水配管１００には入口配管１０１から冷水（または熱源水）が流入する。この流入した冷水は、前記第１蒸発器１１及び前記第２蒸発器１２で冷媒を蒸発させて所定の冷水供給温度に冷却された後、出口配管１０２から取り出され、冷房運転時には、空気調和機などの冷房用途（冷水負荷）などに供給される。また、冷水取出しでなく、暖房運転が行われる場合には、例えば河川水、地下水または下水処理水などからの熱源水が前記冷水配管１００に流され、その熱源水の熱が暖房用途などに利用される。
【００２６】
また、前記吸収器２内には温水／冷却水配管（以下、温水配管という）１１０が設けられており、更に前記凝縮器３にも温水／冷却水配管（以下、温水配管という）１２０が設けられている。この実施例では、温水（または冷却水）は、入口配管１１１から、最初に、凝縮器３に設けられた温水配管１２０に流入し、蒸気を凝縮させて自らは昇温された後、次に、接続配管１１２を介して前記吸収器２に設けられた温水配管１１０の第１吸収器２１側に流入し、第１吸収器２１側から第２吸収器２２側へと流れて吸収器２内を冷却すると共に自らは更に所定の温水供給温度まで昇温された後、出口配管１１３から空気調和機などの暖房用途など（温水負荷）に供給される。なお、温水取出しでなく、冷却水が流れる場合には、昇温された冷却水は冷却塔などに戻されて放熱される。
【００２７】
例えば、温水取出しの場合、前記入口配管１１１からは約４０℃の温水が流入して、前記出口配管１１３からは約４５℃の温水を供給できる。冷水取出しの場合には、冷水の入口配管１０１から約１２℃の冷水が流入して出口配管１０２から約７℃の冷水を供給できる。
【００２８】
二段蒸発吸収構造を採用していない従来の二重効用吸収式ヒートポンプ装置では、温水／冷却水は、最初吸収器２に入り、次に凝縮器３に入るように構成（以下「Ａ−Ｃフロー」とも称す）されている。また、吸収器２に入る溶液濃度は約６２％であり、吸収器２から出る溶液濃度は一般に約５８％程度のサイクルとなり、濃度幅が大きくないために溶液循環量が多くなり、熱交換損失が大きいために効率が低い。また、温水の取出し温度を高くすると凝縮器の圧力が上昇し、その結果、高温再生器の圧力が大気圧を越えてしまい、吸収式ヒートポンプ装置として運用することができなくなるため、４０℃程度の温水取出しが限界であった。
【００２９】
なお、温水／冷却水を、最初凝縮器３に流し、次に吸収器２に流す（以下「Ｃ−Ａフロー」とも称す）ようにすると、取出し温水の温度は若干高くできるものの、吸収器に入る冷却水温度が高くなるため、吸収器の溶液温度と濃度が上昇してしまい、冷房運転時の効率が著しく低下するという不具合がある。
【００３０】
また、二段蒸発吸収構造を採用している従来の二重効用吸収式ヒートポンプ装置でも、温水／冷却水は、最初吸収器２に入り、次に凝縮器３に入るように構成（Ａ−Ｃフロー）されていた。二段蒸発吸収構造にすることにより、吸収器２に入る溶液濃度は約６２％で、吸収器２から出る溶液濃度は約５４％程度まで希釈して使用可能な低濃度サイクルにできるから、冷房運転時の効率は高い。しかし、高温の温水を取り出そうとすると、凝縮器の圧力が上昇し、その結果、高温再生器の圧力が大気圧を越えてしまうため、やはり４０℃程度の温水取出しが限界であった。
【００３１】
これに対して、本実施例では、二段蒸発吸収構造を採用した二重効用吸収式ヒートポンプ装置にすると共に、温水（または冷却水）を、最初凝縮器３に流し、次に吸収器２に流すように構成（Ｃ−Ａフロー）して、低濃度サイクルによるヒートポンプ運転を行うので、暖房運転時（温水製造時）に凝縮圧力を下げることができ、その結果、高温再生器圧力を低下させることができるから、例えば温水出口温度が４５℃という高温の温水取出しが可能となる。
【００３２】
一方、本実施例では、冷房運転時にも、冷却水（または温水）は凝縮器３から吸収器２へと流れる構成（Ｃ−Ａフロー）となっているため、吸収器２における温度や濃度がＡ―Ｃフローの場合に比べて上昇する。つまり、Ａ−ＣフローからＣ−Ａフローに切り替えた場合、吸収ヒートポンプサイクル全体の濃度が高濃度側にシフトし、高温再生器の濃溶液濃度が結晶ラインに近づく危険がある。このため、吸収ヒートポンプサイクルを前記結晶ラインに近い高濃度側で構成している場合には、結晶を回避するために濃度幅を小さくし、その分溶液循環量を増やす必要があった。このため、吸収ヒートポンプサイクルでの熱交換損失が増大し、冷房ＣＯＰ（成績係数）が低下するという課題が生じる。
【００３３】
しかし本実施例では、蒸発器と吸収器を二段階に構成し、異なる二段階の圧力で蒸発吸収を行わせる二段蒸発吸収ヒートポンプサイクルとしているので、サイクル全体を低濃度側に大きくシフトすることができる。この結果、吸収ヒートポンプサイクルの濃度幅を小さくする必要がなく、結晶を回避するためにＣＯＰを低下させてしまうという課題も解決できる。
【００３４】
また、低温再生器４に外部熱源９から廃熱を導入して、溶液からの冷媒の蒸発量を増大して能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えている。この場合、低温再生器４での溶液濃縮幅が大きくなり、溶液を加熱するための温度が上昇する。これに伴い、凝縮器３での凝縮熱量も増大することにより、熱交換温度差が増大して凝縮圧力の上昇につながる。この結果、低温再生器４の飽和溶液温度及び溶液を加熱するための温度が上昇し、高温再生器５の圧力が大気圧を超えてしまうおそれがある。これを回避するため、従来は廃熱回収量を制限せざるを得なかった。これに対し本実施例では、Ｃ−Ａフローの構成としていることにより、凝縮器３の圧力を低下させることができるから、これに伴い高温再生器５の圧力も下げることが可能となる。この結果、廃熱投入量を従来のものより増加できる効果も得られる。
【００３５】
水−臭化リチウムを作動媒体とする二重効用吸収ヒートポンプの場合、例えば冷却水の入口温度が３２℃、出口温度が３７℃で動作するものが標準的である。冷却熱量の比率から冷却水を、吸収器２から凝縮器３に流すようなＡ−Ｃフローの場合、冷却水の温度変化はおよそ吸収器で３２→３５．５℃、凝縮器で３５．５→３７℃となる。これを凝縮器３から吸収器２へ流すＣ−Ａフローに変更すると、冷却水の温度変化は、およそ凝縮器で３２→３３．５℃、吸収器で３３．５℃→３７℃となる。即ち、吸収器で１．５℃上昇し、凝縮器で３．５℃低下する。
【００３６】
一方、吸収ヒートポンプサイクルにおける濃度が６０％前後の臭化リチウム水溶液の飽和温度は、濃度が１％高くなると約２℃高くなるような特性を持っている。従って、Ａ−ＣフローからＣ−Ａフローに切り替えることにより、吸収器２での溶液濃度は０．７５％上昇することになる。結果として吸収ヒートポンプサイクル全体としては０．７５％高濃度側にシフトする。
【００３７】
凝縮器では冷却温度が３．５℃低下するので、その分圧力が低下し、低温再生器４で再生する溶液の飽和温度も約３．５℃低下する。吸収ヒートポンプサイクル全体が高濃度側に０．７５％シフトして低温再生器４の溶液飽和温度は約１．５℃上昇し、凝縮器３の圧力が低下することにより低温再生器４の溶液飽和温度は３．５℃低下する。結局、低温再生器４の溶液飽和温度は約２℃低下するので、これを加熱するための高温再生器４の飽和蒸気温度も２℃低下させることができ、高温再生器４の圧力を低下できる。
例えば、水蒸気の飽和温度が９８→９６℃に低下した場合、飽和圧力は９４．３→８７．７kPaに低下させることができる。但し、溶液濃度は０．７５％上昇する。
【００３８】
冷却水温度が上昇した場合やヒートポンプ運転による温水取り出しの場合には、サイクル全体が高温、高圧側にシフトするが、Ｃ−Ａフローを採用することにより高温再生器４の圧力を低下させて、大気圧を超えないように構成できる。また、ヒートポンプ運転で温水を発生している場合に、高温再生器の圧力を維持しつつ２℃の温度差の余裕を有効に用いることにより、温水出力を増大することができる効果もある。通常の吸収ヒートポンプサイクルでは、吸収器２や凝縮器３での熱交換温度差は２〜１０℃程度、蒸発器１の熱交換温度差は２〜７℃程度の範囲にある。前記２℃の余裕を使って吸収ヒートポンプサイクルを高温、高濃度側に移動することにより、吸収器２、凝縮器３及び蒸発器１での熱交換温度差を拡大でき、それに比例して吸収式ヒートポンプ装置の取り扱い熱量も増大できるから、温水出力を増大できる。
【００３９】
図２は、本実施例の吸収式ヒートポンプ装置における取り扱い熱量の増大効果を説明する線図で、冷水と温水を同時に発生する吸収式ヒートポンプ装置の例を示す。冷水と温水を同時に発生する吸収式ヒートポンプ装置では、吸収器２と凝縮器３に用いる冷却水は、４５℃程度に高くされて温水として用いられる。図２において、横軸は温水出口温度、縦軸は冷温水熱量比率で、Ａ−Ｃフローで且つ温水出口温度が４５℃の場合の冷温水熱量（冷水熱量と温水熱量の合計値）を１００とした比率で示している。
【００４０】
前述した冷却水出口温度が３７℃の場合と温度変化、即ち熱量変化の比率は異なってくるが、傾向は同じである。冷水出口温度４５℃の場合は、Ｃ−Ａフロー（点線の曲線）ではＡ−Ｃフロー（実線の曲線）に比較して約１３％冷温水熱量が増大している。冷水及び温水の熱量増大比率は同程度である。温水出口温度が高くなると、吸収ヒートポンプサイクルの圧力も高くなるので、入力を絞る必要がある。このため、Ａ−Ｃフロー及びＣ−Ａフロー共に冷温水熱量は低下しているが、両者の比率は増大しており、Ｃ−Ａフロー採用による効果は温水出口温度が高くなるほど大きくなっている。
【００４１】
以上のように、本実施例では、二段蒸発吸収構造を採用した低濃度サイクルと、温水／冷却水の流れを、凝縮器から吸収器へと流す構成とを組み合わせることにより、より高温の温水を取出す場合や冷却水温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができるので、二重効用吸収式ヒートポンプ装置への入熱量を大きくすることができ、同一型式でも従来より大きな能力の吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例によれば、高温再生器の圧力を下げることができるため、ガスエンジン発電機などの廃熱を回収することにより高温再生器圧力が上昇してしまう廃熱投入型の吸収式ヒートポンプ装置においても廃熱投入量をより増加させることができから、廃熱投入量を増やした廃熱投入型の吸収ヒートポンプ装置を得ることが可能となり、廃熱回収を効果的に行うこともできる。
【実施例２】
【００４３】
図１に示した実施例では、温水或いは冷却水を、凝縮器３から吸収器２の順に流す構造とした例について説明したが、図３及び図４に示す実施例は、温水或いは冷却水の流れる順序を、凝縮器３から吸収器２の順、及び吸収器２から凝縮器３の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えているものである。なお、図３、図４において、図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示す。
【００４４】
即ち、本実施例では、図３に示すように、温水または冷却水の入口配管１１１と出口配管１１３の間の接続配管１１２を、１１２ａ及び１１２ｂで示すように２本並列に設け、接続配管１１２ａには上流側から下流側に向かって３個の切換弁２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを設け、接続配管１１２ｂには上流側から下流側に向かって同じく３個の切換弁２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃをそれぞれ設ける。また、吸収器２に設けた温水／冷却水配管（以下、温水配管と略す）１１０の入口側（第１吸収器２１側）は前記接続配管１１２ａの切換弁２０１ａと２０１ｂの間に接続され、前記温水配管１１０の出口側（第２吸収器２２側）は前記接続配管１１２ｂの切換弁２０２ｂと２０２ｃとの間に接続されている。更に、凝縮器３に設けた温水／冷却水配管（以下、温水配管と略す）１２０の入口側は前記接続配管１１２ｂの切換弁２０２ａと２０２ｂとの間に接続され、また前記温水配管１２０の出口側は前記接続配管１１２ａの切換弁２０１ｂと２０１ｃとの間に接続されている。
【００４５】
これらの切換弁２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃを開閉することにより、温水或いは冷却水を、吸収器２側から凝縮器３側に流したり、逆に凝縮器３側から吸収器２側に流すことのできる通水経路切替手段が構成されている。
即ち、冷房運転時には、図３に示すように、切換弁２０１ａ，２０１ｃ，２０２ｂを開き、切換弁２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｃを閉じることにより、温水または冷却水（以下、温水と略す）を吸収器２側から凝縮器３側の順に流すことができ、冷房運転時の効率をより向上できる。
【００４６】
一方、暖房運転時（温水製造時）には、図４に示すように、切換弁２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｃを開き、切換弁２０１ａ，２０１ｃ，２０２ｂを閉じることにより、温水を凝縮器３側から吸収器２側の順に流すことができ、高温再生器の圧力上昇を抑えつつ高温水を取り出すことができ、暖房能力を向上させることができる。
【００４７】
このように、本実施例によれば、高温再生器の圧力が上昇する暖房運転時（ヒートポンプ運転時）のみ温水を凝縮器側から吸収器側への順に流すように切り換え、冷房運転時（冷水製造時）は高温再生器の圧力が許容値以上にはなり難いので、温水を吸収器側から凝縮器側へ流すことにより、効率をより向上できるようにしたものである。
【００４８】
なお、高温再生器の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段で検出された圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水（または冷却水）を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水を凝縮器から吸収器の順に流すように、前記切換弁（通水経路切替手段）を制御するように構成しても良い。
【００４９】
以上説明したように、上述した各実施例によれば、温水または冷却水を凝縮器側から吸収器側へ流すようにしたことにより、温水或いは冷却水温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができる。これにより二重効用吸収式ヒートポンプ装置への入熱量を大きくすることができ、能力向上を図れる吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。即ち、同一型式であれば従来よりも大きな能力の吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。
また、４５℃程度の高温の温水取出しが可能となり、冷房運転時の効率低下も抑制できる。更に、廃熱回収量を増やした廃熱投入型の吸収ヒートポンプ装置を得ることも可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１：蒸発器（１１：第１蒸発器、１２：第２蒸発器、１３：仕切り）、
２：吸収器（２１：第１吸収器、２２：第２吸収器、２３：仕切り）、
３：凝縮器、
４：高温再生器、
５：低温再生器、
６１：冷水／熱源水配管（冷水配管）、
６２，６３：温水／冷却水配管（温水配管）、
１０１：冷水／熱源水の入口配管、
１０２：冷水／熱源水の出口配管、
１１１：温水／冷却水の入口配管、
１１２，１１２ａ１１２ｂ：温水／冷却水の接続配管、
１１３：温水／冷却水の出口配管、
２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０２ａ，２０２ｂ，２０３ｂ：切換弁（通水経路切替手段）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、臭化リチウム水溶液と水を使用して吸収サイクルを構成する吸収式ヒートポンプ装置に係り、特に高温再生器と低温再生器を備え温水の製造に好適な二重効用吸収式ヒートポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷房負荷が大きい夏期には冷房運転を行い、暖房負荷が大きくなる冬期には暖房若しくは冷房と暖房の同時運転を行う吸収式ヒートポンプ装置が知られており、このような吸収式ヒートポンプ装置では、通常、温水或いは冷却水を、まず吸収器に流し、その後凝縮器に流れるように構成されている。
【０００３】
上記通常の吸収式ヒートポンプ装置とは異なる温水或いは冷却水の流し方として、特許第２９５９２１０号公報（特許文献１）に開示されているものがある。これは吸収式冷凍機において、吸収器の冷却水パスを前段パスと後段パスに分け、冷却水を、吸収器の前記前段パスに流し、その後凝縮器に流し、最後に吸収器の前記後段パスへと流すものであり、伝熱面積を増やすことなく、冷却水入口温度３２℃、出口温度４０℃の冷却水仕様を満足させることができるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２９５９２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の吸収式ヒートポンプ装置における温水或いは冷却水の流し方では、冷却水温度が上昇した場合や、ヒートポンプのように温水の取り出し温度が高い場合など、或いは廃熱を回収利用する場合などでは、高温再生器の圧力が上昇してしまい、吸収式ヒートポンプ装置として運用できないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、温水或いは冷却水の温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えて、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、温水または冷却水を、前記凝縮器に流し、その後前記吸収器に流れるように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の他の特徴は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順、及び前記吸収器から前記凝縮器の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えていることにある。
【０００９】
ここで、冷房運転時には、前記温水または冷却水を、前記吸収器側から前記凝縮器側の順に流し、暖房運転時には、前記温水または冷却水を、前記凝縮器側から前記吸収器側の順に流すようにすると良い。
或いは、高温再生器の圧力を検出し、その圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水または冷却水を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順に流すように前記通水経路切替手段を制御するようにしても良い。
【００１０】
前記蒸発器には、冷水または熱源水が流れる冷水／熱源水配管が設けられ、前記冷水／熱源水配管には、冷房運転時には冷水を流して温度の低下した冷水を冷房用途に供給し、暖房運転時には河川水、地下水或いは下水処理水からの熱源水を流すようにすると良い。
【００１１】
前記低温再生器には外部熱源からの廃熱が導入され、低温再生器内の溶液からの冷媒蒸発量を増大させて能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えるようにすることもできる。この場合、前記外部熱源としては、ガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱の何れかを用いると良い。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温水或いは冷却水の温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができるので、圧力が大気圧を超えるのを回避するために能力を抑制する必要がなく、能力向上を図ることができる吸収式ヒートポンプ装置が得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１を示す系統図である。
【図２】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１における取り扱い熱量の増大効果を説明する線図である。
【図３】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例２を示す系統図で、冷房運転の状態を説明する図である。
【図４】本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例２を示す系統図で、暖房運転の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の吸収式ヒートポンプ装置の実施例１を示す系統図である。
本実施例の吸収式ヒートポンプ装置は、蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器を有し、更に前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に分けられた二段蒸発吸収構造に構成されており、これによって吸収器出口の溶液濃度を低下し、低濃度サイクルの吸収式ヒートポンプ装置としているものである。以下、図面に従い詳細に説明する。
【００１６】
図において、１は蒸発器、２は蒸発器１と連結された吸収器、３は凝縮器、４は凝縮器３と連結された低温再生器、５は高温再生器、６１は低温溶液熱交換器、６２は高温溶液熱交換器、７１は冷媒ポンプ、７２は溶液循環ポンプ、７３は溶液散布ポンプである。
【００１７】
前記蒸発器１は、仕切り１３により第１蒸発器１１と第２蒸発器１２の二段に設けられ、また吸収器２も、仕切り２３により第１吸収器２１と第２吸収器２２の二段に設けられて構成されている。この二段蒸発吸収構造により、低温再生器４と高温再生器５をもつ二重効用の吸収式ヒートポンプ装置を低濃度の吸収ヒートポンプサイクルで運転可能にしている。
【００１８】
前記蒸発器１は、仕切り１３により第１蒸発器１１（高段側蒸発器）と第２蒸発器１２（低段側蒸発器）に分割され、前記吸収器２は、仕切り２３により第１吸収器２１（高段側吸収器）と第２吸収器２２（低段側吸収器）にそれぞれ分割されている。前記仕切り１３には前記第２蒸発器１２を流下した冷媒液を集めて第１蒸発器１１に散布する冷媒散布装置１４が設けられている。また、仕切り２３には第２吸収器２２を流下した溶液を集めて第１吸収器２１に散布する溶液散布装置２４が設けられている。前記第１蒸発器１１と第１吸収器２１とはエリミネータを介して冷媒蒸気が流れるように連通されており、第２蒸発器１２と第２吸収器２２もエリミネータを介して冷媒蒸気が流れるように連通されている。
【００１９】
第１蒸発器１１の下部には冷媒液溜めが設けられ、またこの冷媒液溜めの底部と前記第２蒸発器１２の上部に設置された冷媒散布装置１５とを接続する配管１８が設けられている。前記配管１８には、冷媒ポンプ７１と、第１蒸発器１１の下部の冷媒液溜めに設置されたフロートを有するフロート弁１６とが設けられ、冷媒液溜め内の冷媒液を前記第２蒸発器１２の上部に設置された冷媒散布装置１５から前記第２蒸発器１２内に散布する。冷媒散布装置１５から散布された冷媒液は第２蒸発器１２を流下する間に蒸発器内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、蒸発しきれなかった冷媒は前記冷媒散布装置１４に集められ、この冷媒散布装置１４から前記第１蒸発器１１に散布される。第１蒸発器１１に散布された冷媒液は該第１蒸発器を流下する間に蒸発器内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、蒸発しきれなかった冷媒液は第１蒸発器１１の下部に貯められる。
【００２０】
前記高温再生器５及び低温再生器４で濃縮された濃溶液は第２吸収器２２の上部に設置された溶液散布装置２５から散布され、第２吸収器２２を流下する間に第２蒸発器１２で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、その吸収熱で吸収器内を流れる温水を加熱する。冷媒蒸気を吸収して濃度の薄くなった溶液は溶液散布装置２４に集められ、第１吸収器２１に散布される。この散布された溶液は、第１吸収器２１を流下する間に、第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、その吸収熱で吸収器内を流れる温水を加熱する。また、冷媒蒸気を吸収して更に濃度の薄くなった希溶液は、第１吸収器２１の下部に一旦貯められ、その後、溶液循環ポンプ７２により高温再生器５及び低温再生器４に送られる。
前記配管１８のフロート弁１６出口部側には、ここから分岐し前記第１吸収器２１に接続される配管１９が設けられており、この配管１９には制御弁１７が設けられている。
【００２１】
前記溶液循環ポンプ７２を出た希溶液は低温溶液熱交換器６１で高温再生器５及び低温再生器４からの濃溶液と熱交換して温度上昇した後、一部は低温再生器４に送られ、残りは高温溶液熱交換器６２で高温再生器５からの濃溶液と更に熱交換して温度上昇した後、高温再生器５に送られる。高温再生器５には溶液加熱用のバーナ５１が備えられており、このバーナ５1の燃焼熱により溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させると共に、溶液は濃縮される。濃縮された濃溶液は、高温再生器５から前記高温溶液熱交換器６２に送られ、吸収器２からの希溶液と熱交換して冷却され、低温再生器４からの濃溶液と合流して、溶液散布ポンプ７３に送られる。溶液散布ポンプ７３を出た溶液は前記低温溶液熱交換器６１で吸収器２からの希溶液と熱交換して更に冷却され、第２吸収器２２の上部に設置された溶液散布装置２５に送られる。
【００２２】
前記高温再生器５で発生した冷媒蒸気は前記低温再生器４に送られる。この低温再生器４には、高温再生器５からの冷媒蒸気が流れる低温再生器伝熱管４１、外部熱源９からの加熱水が流れる外部熱源伝熱管９３及び低温再生器４の上部に設置された溶液散布装置４３が設置されており、この溶液散布装置４３には、前記低温溶液熱交換器６１の出口側から分岐した希溶液の一部が供給されて低温再生器４内に散布される。この散布された希溶液は、前記外部熱源伝熱管９３を流下する間に外部熱源９からの加熱水により加熱されて冷媒蒸気を発生し、更に低温再生器伝熱管４１を流下する間に、高温再生器１からの冷媒蒸気により加熱されて冷媒蒸気を発生する。冷媒蒸気を発生して濃度が高くなった溶液は、低温再生器４の下部に一旦貯められた後、溶液散布ポンプ７３の上流側で、高温再生器５から高温熱交換器６２を経由して送られてきた濃溶液と合流し、溶液散布ポンプ７３により、低温溶液熱交換器６１を経由して、前記溶液散布装置２５に送られる。
【００２３】
外部熱源９からの加熱水は、外部熱源ポンプ９１により低温再生器４内の外部熱源伝熱管９３に送られ、低温再生器４内を流下する希溶液を加熱し、温度が低下した加熱水は外部熱源９に戻される。外部熱源９と外部熱源伝熱管９３の間を循環する加熱水の経路には、外部熱源９を流れる加熱水量を制御する三方制御弁９２が設置されており、この三方制御弁９２により外部熱源伝熱管９３での加熱量が調整される。外部熱源９は、例えばガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱などである。
【００２４】
高温再生器５から低温再生器４の低温再生器伝熱管４１に送られた冷媒蒸気は、低温再生器４内を流下する希溶液を加熱して凝縮し、この凝縮した冷媒液は絞り４２により減圧されて凝縮器３に送られる。
低温再生器４で発生した冷媒蒸気は、エリミネータ通路を通って凝縮器３に送られ、凝縮器３内を流れる温水に熱を与えて凝縮する。凝縮した冷媒液は凝縮器３の下部に一旦溜められて、減圧機構（図示せず）を通って蒸発器１に送られる。
【００２５】
前記蒸発器１内には、冷水／熱源水配管（以下、冷水配管という）１００が設けられており、この冷水配管１００には入口配管１０１から冷水（または熱源水）が流入する。この流入した冷水は、前記第１蒸発器１１及び前記第２蒸発器１２で冷媒を蒸発させて所定の冷水供給温度に冷却された後、出口配管１０２から取り出され、冷房運転時には、空気調和機などの冷房用途（冷水負荷）などに供給される。また、冷水取出しでなく、暖房運転が行われる場合には、例えば河川水、地下水または下水処理水などからの熱源水が前記冷水配管１００に流され、その熱源水の熱が暖房用途などに利用される。
【００２６】
また、前記吸収器２内には温水／冷却水配管（以下、温水配管という）１１０が設けられており、更に前記凝縮器３にも温水／冷却水配管（以下、温水配管という）１２０が設けられている。この実施例では、温水（または冷却水）は、入口配管１１１から、最初に、凝縮器３に設けられた温水配管１２０に流入し、蒸気を凝縮させて自らは昇温された後、次に、接続配管１１２を介して前記吸収器２に設けられた温水配管１１０の第１吸収器２１側に流入し、第１吸収器２１側から第２吸収器２２側へと流れて吸収器２内を冷却すると共に自らは更に所定の温水供給温度まで昇温された後、出口配管１１３から空気調和機などの暖房用途など（温水負荷）に供給される。なお、温水取出しでなく、冷却水が流れる場合には、昇温された冷却水は冷却塔などに戻されて放熱される。
【００２７】
例えば、温水取出しの場合、前記入口配管１１１からは約４０℃の温水が流入して、前記出口配管１１３からは約４５℃の温水を供給できる。冷水取出しの場合には、冷水の入口配管１０１から約１２℃の冷水が流入して出口配管１０２から約７℃の冷水を供給できる。
【００２８】
二段蒸発吸収構造を採用していない従来の二重効用吸収式ヒートポンプ装置では、温水／冷却水は、最初吸収器２に入り、次に凝縮器３に入るように構成（以下「Ａ−Ｃフロー」とも称す）されている。また、吸収器２に入る溶液濃度は約６２％であり、吸収器２から出る溶液濃度は一般に約５８％程度のサイクルとなり、濃度幅が大きくないために溶液循環量が多くなり、熱交換損失が大きいために効率が低い。また、温水の取出し温度を高くすると凝縮器の圧力が上昇し、その結果、高温再生器の圧力が大気圧を越えてしまい、吸収式ヒートポンプ装置として運用することができなくなるため、４０℃程度の温水取出しが限界であった。
【００２９】
なお、温水／冷却水を、最初凝縮器３に流し、次に吸収器２に流す（以下「Ｃ−Ａフロー」とも称す）ようにすると、取出し温水の温度は若干高くできるものの、吸収器に入る冷却水温度が高くなるため、吸収器の溶液温度と濃度が上昇してしまい、冷房運転時の効率が著しく低下するという不具合がある。
【００３０】
また、二段蒸発吸収構造を採用している従来の二重効用吸収式ヒートポンプ装置でも、温水／冷却水は、最初吸収器２に入り、次に凝縮器３に入るように構成（Ａ−Ｃフロー）されていた。二段蒸発吸収構造にすることにより、吸収器２に入る溶液濃度は約６２％で、吸収器２から出る溶液濃度は約５４％程度まで希釈して使用可能な低濃度サイクルにできるから、冷房運転時の効率は高い。しかし、高温の温水を取り出そうとすると、凝縮器の圧力が上昇し、その結果、高温再生器の圧力が大気圧を越えてしまうため、やはり４０℃程度の温水取出しが限界であった。
【００３１】
これに対して、本実施例では、二段蒸発吸収構造を採用した二重効用吸収式ヒートポンプ装置にすると共に、温水（または冷却水）を、最初凝縮器３に流し、次に吸収器２に流すように構成（Ｃ−Ａフロー）して、低濃度サイクルによるヒートポンプ運転を行うので、暖房運転時（温水製造時）に凝縮圧力を下げることができ、その結果、高温再生器圧力を低下させることができるから、例えば温水出口温度が４５℃という高温の温水取出しが可能となる。
【００３２】
一方、本実施例では、冷房運転時にも、冷却水（または温水）は凝縮器３から吸収器２へと流れる構成（Ｃ−Ａフロー）となっているため、吸収器２における温度や濃度がＡ―Ｃフローの場合に比べて上昇する。つまり、Ａ−ＣフローからＣ−Ａフローに切り替えた場合、吸収ヒートポンプサイクル全体の濃度が高濃度側にシフトし、高温再生器の濃溶液濃度が結晶ラインに近づく危険がある。このため、吸収ヒートポンプサイクルを前記結晶ラインに近い高濃度側で構成している場合には、結晶を回避するために濃度幅を小さくし、その分溶液循環量を増やす必要があった。このため、吸収ヒートポンプサイクルでの熱交換損失が増大し、冷房ＣＯＰ（成績係数）が低下するという課題が生じる。
【００３３】
しかし本実施例では、蒸発器と吸収器を二段階に構成し、異なる二段階の圧力で蒸発吸収を行わせる二段蒸発吸収ヒートポンプサイクルとしているので、サイクル全体を低濃度側に大きくシフトすることができる。この結果、吸収ヒートポンプサイクルの濃度幅を小さくする必要がなく、結晶を回避するためにＣＯＰを低下させてしまうという課題も解決できる。
【００３４】
また、低温再生器４に外部熱源９から廃熱を導入して、溶液からの冷媒の蒸発量を増大して能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えている。この場合、低温再生器４での溶液濃縮幅が大きくなり、溶液を加熱するための温度が上昇する。これに伴い、凝縮器３での凝縮熱量も増大することにより、熱交換温度差が増大して凝縮圧力の上昇につながる。この結果、低温再生器４の飽和溶液温度及び溶液を加熱するための温度が上昇し、高温再生器５の圧力が大気圧を超えてしまうおそれがある。これを回避するため、従来は廃熱回収量を制限せざるを得なかった。これに対し本実施例では、Ｃ−Ａフローの構成としていることにより、凝縮器３の圧力を低下させることができるから、これに伴い高温再生器５の圧力も下げることが可能となる。この結果、廃熱投入量を従来のものより増加できる効果も得られる。
【００３５】
水−臭化リチウムを作動媒体とする二重効用吸収ヒートポンプの場合、例えば冷却水の入口温度が３２℃、出口温度が３７℃で動作するものが標準的である。冷却熱量の比率から冷却水を、吸収器２から凝縮器３に流すようなＡ−Ｃフローの場合、冷却水の温度変化はおよそ吸収器で３２→３５．５℃、凝縮器で３５．５→３７℃となる。これを凝縮器３から吸収器２へ流すＣ−Ａフローに変更すると、冷却水の温度変化は、およそ凝縮器で３２→３３．５℃、吸収器で３３．５℃→３７℃となる。即ち、吸収器で１．５℃上昇し、凝縮器で３．５℃低下する。
【００３６】
一方、吸収ヒートポンプサイクルにおける濃度が６０％前後の臭化リチウム水溶液の飽和温度は、濃度が１％高くなると約２℃高くなるような特性を持っている。従って、Ａ−ＣフローからＣ−Ａフローに切り替えることにより、吸収器２での溶液濃度は０．７５％上昇することになる。結果として吸収ヒートポンプサイクル全体としては０．７５％高濃度側にシフトする。
【００３７】
凝縮器では冷却温度が３．５℃低下するので、その分圧力が低下し、低温再生器４で再生する溶液の飽和温度も約３．５℃低下する。吸収ヒートポンプサイクル全体が高濃度側に０．７５％シフトして低温再生器４の溶液飽和温度は約１．５℃上昇し、凝縮器３の圧力が低下することにより低温再生器４の溶液飽和温度は３．５℃低下する。結局、低温再生器４の溶液飽和温度は約２℃低下するので、これを加熱するための高温再生器４の飽和蒸気温度も２℃低下させることができ、高温再生器４の圧力を低下できる。
例えば、水蒸気の飽和温度が９８→９６℃に低下した場合、飽和圧力は９４．３→８７．７kPaに低下させることができる。但し、溶液濃度は０．７５％上昇する。
【００３８】
冷却水温度が上昇した場合やヒートポンプ運転による温水取り出しの場合には、サイクル全体が高温、高圧側にシフトするが、Ｃ−Ａフローを採用することにより高温再生器４の圧力を低下させて、大気圧を超えないように構成できる。また、ヒートポンプ運転で温水を発生している場合に、高温再生器の圧力を維持しつつ２℃の温度差の余裕を有効に用いることにより、温水出力を増大することができる効果もある。通常の吸収ヒートポンプサイクルでは、吸収器２や凝縮器３での熱交換温度差は２〜１０℃程度、蒸発器１の熱交換温度差は２〜７℃程度の範囲にある。前記２℃の余裕を使って吸収ヒートポンプサイクルを高温、高濃度側に移動することにより、吸収器２、凝縮器３及び蒸発器１での熱交換温度差を拡大でき、それに比例して吸収式ヒートポンプ装置の取り扱い熱量も増大できるから、温水出力を増大できる。
【００３９】
図２は、本実施例の吸収式ヒートポンプ装置における取り扱い熱量の増大効果を説明する線図で、冷水と温水を同時に発生する吸収式ヒートポンプ装置の例を示す。冷水と温水を同時に発生する吸収式ヒートポンプ装置では、吸収器２と凝縮器３に用いる冷却水は、４５℃程度に高くされて温水として用いられる。図２において、横軸は温水出口温度、縦軸は冷温水熱量比率で、Ａ−Ｃフローで且つ温水出口温度が４５℃の場合の冷温水熱量（冷水熱量と温水熱量の合計値）を１００とした比率で示している。
【００４０】
前述した冷却水出口温度が３７℃の場合と温度変化、即ち熱量変化の比率は異なってくるが、傾向は同じである。冷水出口温度４５℃の場合は、Ｃ−Ａフロー（点線の曲線）ではＡ−Ｃフロー（実線の曲線）に比較して約１３％冷温水熱量が増大している。冷水及び温水の熱量増大比率は同程度である。温水出口温度が高くなると、吸収ヒートポンプサイクルの圧力も高くなるので、入力を絞る必要がある。このため、Ａ−Ｃフロー及びＣ−Ａフロー共に冷温水熱量は低下しているが、両者の比率は増大しており、Ｃ−Ａフロー採用による効果は温水出口温度が高くなるほど大きくなっている。
【００４１】
以上のように、本実施例では、二段蒸発吸収構造を採用した低濃度サイクルと、温水／冷却水の流れを、凝縮器から吸収器へと流す構成とを組み合わせることにより、より高温の温水を取出す場合や冷却水温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができるので、二重効用吸収式ヒートポンプ装置への入熱量を大きくすることができ、同一型式でも従来より大きな能力の吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例によれば、高温再生器の圧力を下げることができるため、ガスエンジン発電機などの廃熱を回収することにより高温再生器圧力が上昇してしまう廃熱投入型の吸収式ヒートポンプ装置においても廃熱投入量をより増加させることができから、廃熱投入量を増やした廃熱投入型の吸収ヒートポンプ装置を得ることが可能となり、廃熱回収を効果的に行うこともできる。
【実施例２】
【００４３】
図１に示した実施例では、温水或いは冷却水を、凝縮器３から吸収器２の順に流す構造とした例について説明したが、図３及び図４に示す実施例は、温水或いは冷却水の流れる順序を、凝縮器３から吸収器２の順、及び吸収器２から凝縮器３の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えているものである。なお、図３、図４において、図１と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示す。
【００４４】
即ち、本実施例では、図３に示すように、温水または冷却水の入口配管１１１と出口配管１１３の間の接続配管１１２を、１１２ａ及び１１２ｂで示すように２本並列に設け、接続配管１１２ａには上流側から下流側に向かって３個の切換弁２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃを設け、接続配管１１２ｂには上流側から下流側に向かって同じく３個の切換弁２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃをそれぞれ設ける。また、吸収器２に設けた温水／冷却水配管（以下、温水配管と略す）１１０の入口側（第１吸収器２１側）は前記接続配管１１２ａの切換弁２０１ａと２０１ｂの間に接続され、前記温水配管１１０の出口側（第２吸収器２２側）は前記接続配管１１２ｂの切換弁２０２ｂと２０２ｃとの間に接続されている。更に、凝縮器３に設けた温水／冷却水配管（以下、温水配管と略す）１２０の入口側は前記接続配管１１２ｂの切換弁２０２ａと２０２ｂとの間に接続され、また前記温水配管１２０の出口側は前記接続配管１１２ａの切換弁２０１ｂと２０１ｃとの間に接続されている。
【００４５】
これらの切換弁２０１ａ〜２０１ｃ、２０２ａ〜２０２ｃを開閉することにより、温水或いは冷却水を、吸収器２側から凝縮器３側に流したり、逆に凝縮器３側から吸収器２側に流すことのできる通水経路切替手段が構成されている。
即ち、冷房運転時には、図３に示すように、切換弁２０１ａ，２０１ｃ，２０２ｂを開き、切換弁２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｃを閉じることにより、温水または冷却水（以下、温水と略す）を吸収器２側から凝縮器３側の順に流すことができ、冷房運転時の効率をより向上できる。
【００４６】
一方、暖房運転時（温水製造時）には、図４に示すように、切換弁２０１ｂ，２０２ａ，２０２ｃを開き、切換弁２０１ａ，２０１ｃ，２０２ｂを閉じることにより、温水を凝縮器３側から吸収器２側の順に流すことができ、高温再生器の圧力上昇を抑えつつ高温水を取り出すことができ、暖房能力を向上させることができる。
【００４７】
このように、本実施例によれば、高温再生器の圧力が上昇する暖房運転時（ヒートポンプ運転時）のみ温水を凝縮器側から吸収器側への順に流すように切り換え、冷房運転時（冷水製造時）は高温再生器の圧力が許容値以上にはなり難いので、温水を吸収器側から凝縮器側へ流すことにより、効率をより向上できるようにしたものである。
【００４８】
なお、高温再生器の圧力を検出する圧力検出手段を設け、この圧力検出手段で検出された圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水（または冷却水）を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水を凝縮器から吸収器の順に流すように、前記切換弁（通水経路切替手段）を制御するように構成しても良い。
【００４９】
以上説明したように、上述した各実施例によれば、温水または冷却水を凝縮器側から吸収器側へ流すようにしたことにより、温水或いは冷却水温度が上昇した場合でも、高温再生器の圧力上昇を抑えることができる。これにより二重効用吸収式ヒートポンプ装置への入熱量を大きくすることができ、能力向上を図れる吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。即ち、同一型式であれば従来よりも大きな能力の吸収式ヒートポンプ装置を得ることができる。
また、４５℃程度の高温の温水取出しが可能となり、冷房運転時の効率低下も抑制できる。更に、廃熱回収量を増やした廃熱投入型の吸収ヒートポンプ装置を得ることも可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１：蒸発器（１１：第１蒸発器、１２：第２蒸発器、１３：仕切り）、
２：吸収器（２１：第１吸収器、２２：第２吸収器、２３：仕切り）、
３：凝縮器、
４：高温再生器、
５：低温再生器、
６１：冷水／熱源水配管（冷水配管）、
６２，６３：温水／冷却水配管（温水配管）、
１０１：冷水／熱源水の入口配管、
１０２：冷水／熱源水の出口配管、
１１１：温水／冷却水の入口配管、
１１２，１１２ａ１１２ｂ：温水／冷却水の接続配管、
１１３：温水／冷却水の出口配管、
２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ，２０２ａ，２０２ｂ，２０３ｂ：切換弁（通水経路切替手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、
前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、
温水または冷却水を、前記凝縮器に流し、その後前記吸収器に流れるように構成した
ことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項２】
蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、
前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、
温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順、及び前記吸収器から前記凝縮器の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えている
ことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、冷房運転時には、前記温水または冷却水を、前記吸収器側から前記凝縮器側の順に流し、暖房運転時には、前記温水または冷却水を、前記凝縮器側から前記吸収器側の順に流すことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、高温再生器の圧力を検出し、その圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水または冷却水を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順に流すように前記通水経路切替手段を制御することを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器には、冷水または熱源水が流れる冷水／熱源水配管が設けられていることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記冷水／熱源水配管には、冷房運転時には冷水を流して温度の低下した冷水を冷房用途に供給し、暖房運転時には河川水、地下水或いは下水処理水からの熱源水を流すことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記低温再生器には外部熱源からの廃熱が導入され、低温再生器内の溶液からの冷媒蒸発量を増大させて能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えていることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記外部熱源は、ガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱の何れかであることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項１】
蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、
前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、
温水または冷却水を、前記凝縮器に流し、その後前記吸収器に流れるように構成した
ことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項２】
蒸発器、吸収器、凝縮器、高温再生器及び低温再生器とを有する吸収式ヒートポンプ装置において、
前記蒸発器及び吸収器はそれぞれ二段に設けられた二段蒸発吸収構造に構成されていると共に、
温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順、及び前記吸収器から前記凝縮器の順の何れの順序にでも流すことができるように通水経路切替手段を備えている
ことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、冷房運転時には、前記温水または冷却水を、前記吸収器側から前記凝縮器側の順に流し、暖房運転時には、前記温水または冷却水を、前記凝縮器側から前記吸収器側の順に流すことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項４】
請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、高温再生器の圧力を検出し、その圧力が予め定めた設定値以下であれば、前記温水または冷却水を前記吸収器から前記凝縮器の順に流し、前記高温再生器の圧力が設定値を超えたら、前記温水または冷却水を、前記凝縮器から前記吸収器の順に流すように前記通水経路切替手段を制御することを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記蒸発器には、冷水または熱源水が流れる冷水／熱源水配管が設けられていることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項６】
請求項５に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記冷水／熱源水配管には、冷房運転時には冷水を流して温度の低下した冷水を冷房用途に供給し、暖房運転時には河川水、地下水或いは下水処理水からの熱源水を流すことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記低温再生器には外部熱源からの廃熱が導入され、低温再生器内の溶液からの冷媒蒸発量を増大させて能力向上を図る廃熱回収サイクルを備えていることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項８】
請求項７に記載の吸収式ヒートポンプ装置において、前記外部熱源は、ガスエンジン廃熱、太陽熱温水器、或いは産業プロセス廃熱の何れかであることを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２０２５８９（Ｐ２０１２−２０２５８９Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６６７３６（Ｐ２０１１−６６７３６）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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