JPH0339233B2

JPH0339233B2 -

Info

Publication number: JPH0339233B2
Application number: JP56111180A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ikeuchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-07-14
Filing date: 1981-07-14
Publication date: 1991-06-13
Also published as: JPS5811362A

Description

【発明の詳細な説明】この発明はランキンサイクルを駆動するランキ
ンサイクル用吸収式ヒートポンプに関するもので
ある。例えばこのランキンサイクル用吸収式ヒー
トポンプは、排熱等の中間熱を熱源として高温熱
を取り出し、この高温熱で発電機を駆動し電気を
生じさせる事等に使用される。

従来この種の装置として第１図に示すものがあ
つた。

図において、１は冷媒液と吸収剤とからなる吸
収剤の希溶液を加熱して冷媒蒸気を発生する発生
器、１３は発生器１の希溶液内に備えられ、その
ままでは使いようのない中間熱の排熱等を熱源と
して希溶液を加熱する第１の熱源熱交換器、２は
発生器１と冷媒蒸気管５で接続され、発生器１で
発生した冷媒蒸気を冷却して凝縮させる第１の凝
縮器で、この凝縮器２内に備えられた凝縮用熱交
換器１５により冷媒蒸気を凝縮した時に発生する
熱を凝縮器２の外に排出する。３は蒸発器で、凝
縮器２から冷媒液管７を通り、かつ第１の冷媒ポ
ンプ６により加圧された冷媒液を蒸発させる。１
４は蒸発器３の内部に備えられ、熱源熱交換器１
３と同様の第２の熱源熱交換器で排熱等を熱源と
して冷媒を加熱し、この冷媒を蒸気とする。４は
吸収器であり、冷媒蒸気管８を経て運ばれてきた
蒸発器３からの冷媒蒸気を吸収剤の濃溶液に吸収
させる。この吸収剤の濃溶液は、発生器１で吸収
剤の希溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させた後の
吸収剤を、溶液ポンプ９によつて冷媒蒸気と同じ
圧力に加圧したものである。吸収器４内には、濃
溶液をスプレーするノズル１６と、冷媒蒸気を吸
収剤の濃溶液に吸収させる時に発生する高温の熱
を得て利用する利用側熱交換器１７が設置されて
いる。吸収器４と発生器１とは溶液ポンプ９を備
えた濃溶液の流れる濃溶液管１０と希溶液の流れ
る希溶液管１１とでそれぞれ接続され、濃溶液管
１０と希溶液管１１とを流れる溶液は熱回収熱交
換器１２を介して熱交換している。以上により吸
収式ヒートポンプ系が構成されている。一方ラン
キンサイクル系は利用側熱交換器１７、膨張器１
８、熱回収熱交換器１９、第２の凝縮器２０及び
第２の冷媒ポンプ２１とを環状に接続することに
より構成されている。２２は膨張器１８で発生す
る動力により運転される発電機である。このラン
キンサイクル系と吸収式ヒートポンプ系とは利用
側熱交換器１７を介して熱的に接続されている。

第２図は冷媒液及びこの冷媒液と吸収剤とから
なる吸収剤の溶液に関し、平衡状態を示したグラ
フである。縦軸に蒸気圧を、横軸に温度を表わ
す。グラフＡは吸収剤の濃度が０である（ξ＝
０）冷媒液のみの平衡状態を示し、吸収剤の濃度
が高くなるに従つてグラフは右下方にシフトす
る。グラフＢは冷媒液に吸収剤を所定量加えた吸
収剤濃度ξ＝ξ₁の吸収剤溶液の平衡状態の関係を
示し、グラフＣは吸収剤濃度がξ₁よりも濃いξ＝
ξ₂の吸収剤溶液の平衡状態を示す。なお第２図に
おいて、T_C＝約40℃、T₁＝約80℃、T₂＝約120
℃である。

次に動作について説明する。吸収式ヒートポン
プのサイクルの駆動源は熱源熱交換器１３，１４
に供給される排熱等の熱源である。即ち発生器１
の中の吸収剤の希溶液は熱源熱交換器１３に供給
させる中間熱（例えば80℃）の排熱により加熱さ
れて温度がT₁近傍で濃度ξ₂、圧力P₁の状態（第
２図の）で平衡状態にある。この中に希溶液管
１１から第２図のの状態の希溶液が流入すると
発生器内で平衡状態を保つため冷媒蒸気が発生す
る。この冷媒蒸気（温度T₁、圧力P₁）は冷媒蒸
気管５を通して凝縮器２に流入する。凝縮器２に
導かれた冷媒蒸気は低温熱（例えば40℃位）を放
出して変化する、この低温熱は凝縮用熱交換器１
５により除去される（第２図の状態）。液化し
た冷媒液は凝縮器２から冷媒ポンプ６により蒸発
器３へ輸送される（この時冷媒液は昇圧された圧
力はP₂となる。）。蒸発器３に導かれた圧力P₂の
冷媒液は、熱源熱交換器１４に供給される排熱
（例えば80℃）により加熱され、再び冷媒蒸気と
なつて吸収器４に流入する（第２図の状態）。
一方発生器１の中の吸収剤の希溶液は冷媒が蒸発
した為、濃度ξ₂、圧力P₁、温度T₁の平衡状態の
濃溶液となり溶液ポンプ９により吸収器４に輸送
される。この時濃溶液は昇圧され圧力はP₂とな
り、さらに熱回収熱交換器１２で加熱され温度は
T₂で平衡状態となる（第２図の状態）。吸収器
４内は第２図のの状態で平衡状態にある為濃溶
液と冷媒蒸気は吸収発熱反応を生じ、冷媒蒸気は
濃溶液に吸収される。この反応熱（例えば120℃）
は利用側熱交換器１７で回収される。この熱は熱
源熱交換器１３，１４で投入した熱よりも高温で
あり、ランキンサイクルの熱源として利用可能で
ある。冷媒蒸気を吸収した濃溶液は希溶液となり
希溶液管１１を通つて低圧である発生器へ流動す
る。この過程で熱回収熱交換器１２により熱は回
収され、さらに希溶液管の排管圧損失等により減
圧され、濃度ξ₁、温度T₁近傍、圧力P₁の平衡状
態の希溶液で発生器１に流入する（第２図の状
態）。

上述した吸収式ヒートポンプのサイクルにおい
て凝縮器２により冷媒蒸気を一度液化して冷媒液
とすることが必要である理由は、圧縮器を使用し
て冷媒を蒸気のまま圧縮して昇圧する物理的駆動
方式と異なり、排熱等の熱によりサイクルを駆動
する熱駆動方式である為、熱駆動以外の部分では
低コストの経済運転を行うことが要求される。従
つて液体の状態で圧力を加えることで小さな力で
昇圧している。

一方ランキンサイクル系では、吸収器４内の利
用側熱交換器１７内を流れる高圧の液状態の熱媒
体が、吸収剤の濃溶液に冷媒蒸気が吸収される時
発生した反応熱により加熱され高圧の蒸気となり
膨脹機１８に行き、ここで膨脹し低圧蒸気とな
る。このとき動力を発生し発電機２２を駆動す
る。膨脹機１８を出た低圧の蒸気は、熱回収熱交
換器１９を通り冷却されたあと、凝縮器２０に行
きさらに冷却されて凝縮液化する。その後ポンプ
２１により昇圧され高圧の液となつて、熱回収熱
交換器１９を通り予熱され、さらに吸収器４内の
利用側熱交換器１７で加熱され再び高圧の蒸気と
なるサイクルを繰り返す。

従来の吸収式ヒートポンプ駆動ランキンサイク
ルは以上のごとく、ヒートポンプサイクルとラン
キンサイクルとが全く独立に構成されているため
各サイクルで凝縮器２，２０をもたねばならず構
成が複雑である等欠点があつた。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、吸収式ヒートポンプサイクルの冷媒とランキ
ンサイクルの熱媒体とを共通の凝縮器で凝縮する
ことにより、構成を簡略化したランキンサイクル
用吸収式ヒートポンプを提供することを目的とし
たものである。

本発明による一実施例を第３図に示す。第３図
において前述の第１図と異なるところは凝縮器２
からの冷媒液管７を冷媒ポンプ６を出たあと冷媒
液管７１と７２に分け、冷媒液管７１を蒸発器３
に、また冷媒液管７２を他の冷媒ポンプ２１を介
して熱回収熱交換器１９に接続し、また、膨脹機
１８を出た低圧蒸気管２３を熱回収熱交換器２に
接続した点である。

以上のように構成された本発明の装置において
発生器１に流入する溶液は第２図のに示される
温度T₁近傍、濃度ξ₁の状態にあるが、発生器内
は第２図のの状態で平衡を保つている為凝縮器
２側へと冷媒蒸気を放出する。溶液から放出され
た冷媒蒸気は冷媒蒸気は冷媒気管５を通り凝縮器
２に導かれる。ここで凝縮用熱交換器１５により
凝縮・液化され第２図の状態の液となる。その
後、冷媒液管７を通り冷媒ポンプ６により圧力
P₁まで昇圧され一部は冷媒液管７１を経て蒸発
器３に行き、熱源熱交換器１４で加熱され第２図
で示す蒸気になる。この圧力P₁、温度T₁の冷
媒蒸気は蒸気管８を通つて、吸収器４に導かれ
る。また、発生器１内の第２図で示される濃溶
液は、濃溶液管１０から溶液ポンプ９に行き、こ
こで圧力P₁まで昇圧され、さらに熱回収熱交換
器１２を経て第２図で示す状態まで昇温された
あと、ノズル１６からスプレーされ、冷媒蒸気管
８からの冷媒蒸気を吸収する。このとき、温度
T₂近傍で発熱し、利用側熱交換器１７に熱を与
えると共に冷媒蒸気が加わることにより濃度ξ₁の
第２図で示される希溶液の状態となり、希溶液
管１１、熱回収熱交換器１２を通り温度が下が
り、さらに排管圧損失等により圧力が下がつて
の平衡状態となつて発生器１に戻る。

一方凝縮器２を出て冷媒ポンプ６により昇圧さ
れた第２図で示される冷媒液の一部は、冷媒液
管７２に行き、ここでさらに冷媒ポンプ２１によ
り第２図で示される圧力P₃まで昇圧される
（但し温度はT_Cに近い状態にあり、第２図上で正
確には表示できない。）その後、熱回収熱交換器
１９により昇温され、さらに吸収器４の利用側熱
交換器１７内を流れることにより温度T₂まで加
熱されて第２図で示される。圧力P₃、温度T₂
の蒸気となる。この冷媒蒸気は膨脹機１８に行
き、ここで低圧蒸気へと膨脹する間に仕事をし、
負荷装置２２を駆動する。低圧となつた蒸気は、
熱回収熱交換器１９を通り温度が下げられて、冷
媒蒸気管２３を通り凝縮器２に戻り再び凝縮され
るサイクルを繰り返す。

上記実施例では、凝縮器２を出た冷媒液管７は
冷媒ポンプ６を出たあと、７１，７２の各冷媒液
管に分配したが、これを第４図に示すごとく、凝
縮器を出た直後に分配し、冷媒ポンプ６を流れる
冷媒は圧力P₁からP₂に、冷媒ポンプ２１を流れ
る冷媒は圧力P₁からP₃に昇圧される構成として
も良い。

また、冷媒液管７２には、吸収式ヒートポンプ
サイクルが起動後、定常状態に達するまで、ラン
キンサイクル系に冷媒を流さないための開閉弁２
４（例えば電磁弁）を取り付けても良い。

以上のようにこの発明によれば、ヒートポンプ
系は、冷媒蒸気を発生する発生器の後段に、第１
の凝縮器と蒸発器と吸収器とを順次接続し、その
発生器及び蒸発器に排熱等の同一の熱源によつて
冷媒を加熱する第１及び第２の熱交換器を備えた
ことによつて、１つの熱源を利用して２段階の冷
媒加熱を行つて、高濃度の冷媒蒸気を得ることが
できる。

ランキンサイクル系は、上記ヒートポンプ系の
吸収器に利用側熱交換器を熱的に結合させたの
で、上記高濃度の冷媒蒸気から高温、高圧の熱媒
体を吸収できるので、膨脹器を高効率に駆動でき
る。

それでいて、上記ランキンサイクル系の冷媒を
上記ヒートポンプ系の冷媒と共に上記第１の凝縮
器によつて凝縮するようにして、上記ランキンサ
イクル系の凝縮器を省略しながら、上記第１の凝
縮器によつて凝縮した冷媒を第１及び第２のポン
プによつて上記ヒートポンプ系の蒸気器と上記ラ
ンキンサイクル系の熱回収熱交換器の回収側にそ
れぞれ設定された圧力に昇圧して圧送するように
したので、上記ヒートポンプ系の蒸発器に供給す
る冷媒液の圧力及び上記ランキンサイクル系の熱
回収熱交換器の回収側に供給する凝縮液の圧力を
それぞれ最適状態に維持することができて、上記
ヒートポンプ系の高濃度の冷媒蒸気及び上記ラン
キンサイクル系の高温、高圧の熱媒体を高精度に
得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のランキンサイクル用吸収式ヒー
トポンプを示す系統図、第２図は吸収式ヒートポ
ンプの吸収剤の平衡状態を温度−圧力−濃度図上
に示した図、第３図はこの発明の一実施例を示す
系統図、第４図はこの発明の他の実施例の要部を
示す図である。図において、１は発生器、２は凝縮器、３は蒸
発器、４は吸収器、５は冷媒蒸気管、６は冷媒ポ
ンプ、７は冷媒液管、８は冷媒蒸気管、９は溶液
ポンプ、１０は濃溶液管、１１は希溶液管、１２
は熱回収熱交換器、１７は利用側熱交換器、１８
は膨脹機、１９は熱回収熱交換器、２１は冷媒ポ
ンプ（第２の冷媒ポンプ）、２４は開閉弁である。
なお、各図中同一符号は同一又は相当部分を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】

１排熱等の同一の熱源によつて冷媒を加熱する
第１及び第２の熱交換器を有し、上記第１の熱交
換器によつて冷媒蒸気を発生する発生器と、その
発生器の後段に接続されて凝縮用熱交換器によつ
て上記冷媒蒸気から高濃度の冷媒液を得る第１の
凝縮器と、その第１の凝縮器の後段に接続されて
上記第２の熱交換器によつて高濃度の冷媒蒸気を
発生する蒸発器と、上記蒸発器の後段に接続され
て上記高濃度の冷媒蒸気を上記発生器に回収する
ための濃溶液を吸収する吸収器とを備えたヒート
ポンプ系を具備し、上記ヒートポンプ系の上記吸
収器に熱的に結合されて高温、高圧の熱媒体を吸
収する利用側熱交換器と、その利用側熱交換器の
後段に接続されて上記熱媒体で駆動される膨脹器
と、その膨脹器の後段に熱回収熱交換器を介して
接続されて上記利用側熱交換器に回収させる凝縮
液を得る第２の凝縮器とを備えたランキンサイク
ル系とを具備するランキンサイクル用吸収式ヒー
トポンプにおいて、上記ランキンサイクル系の上
記熱回収熱交換器の後段を上記ヒートポンプ系の
上記第１の凝縮器に接続させて、上記ランキンサ
イクル系の冷媒を上記ヒートポンプ系の冷媒と共
に上記第１の凝縮器によつて凝縮するように構成
し、上記第１の凝縮器によつて凝縮された冷媒を
上記ヒートポンプ系の上記蒸発器と上記ランキン
サイクル系の上記熱回収熱交換器の回収側にそれ
ぞれ設定された圧力で昇圧して圧送する第１及び
第２のポンプを設けたことを特徴とするランキン
サイクル用吸収式ヒートポンプ。