JPH0417337B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 発明の分野 この発明は吸収冷凍サイクルを利用して冷水と
温水とを同時に供給することができる吸収式ヒー
トポンプ、特に、廃熱などの低温度レベルの熱源
（以下低温熱源流体という）を利用して高温度レ
ベルの熱流体（以下高温流体という）と冷水或い
は低温度のブライン（以下冷水等という）を同時
に得ることができる吸収式ヒートポンプに関する
ものである。

(ロ) 従来技術 吸収液と冷媒との循環サイクルにおいて、低温
熱源流体を利用して吸収液から冷媒を分離し、吸
収液と冷媒との混合熱を利用して機外に高温流体
を取り出すようにした吸収式ヒートポンプは従来
から知られている。又、冷水等を得るために吸収
冷凍サイクルを利用することも広く実用化されて
いるのであるが、この双方の機能を組み合わせた
吸収式ヒートポンプは未だない。

(ハ) 従来技術の問題点 このような低温熱源流体等を用いて高温流体と
冷水等とを同時に取り出し可能な吸収ヒートポン
プを得るためには、高温流体を取り出すための高
温側の蒸発器と吸収器の圧力条件を再生器や凝縮
器の圧力条件より高くしながら冷媒と吸収剤との
循環を確保する一方、冷水等を取り出す低温側の
蒸発器と吸収器においては、例えば、０℃に近い
温度或いは、それ以下の温度条件においても吸収
剤の凝固や結晶を生じさせないで冷媒と吸収液と
の循環を維持する必要がある。しかし、従来、こ
れを同時的に解決する試みが成されていなかつ
た。

(ニ) 発明の目的 このような点に鑑み成された本発明は、トリフ
ルオロエタノール（以下TFEという）に代表さ
れる有機冷媒と、Ｎ−メチル−２−ピロリドン
（以下MPという）等の有機吸収剤とを特別な吸
収冷凍サイクルに循環させることにより、低温熱
源流体を熱源として高温流体と冷水等を同時的に
供給できるようにしたものである。

(ホ) 発明の要点 有機系の冷媒と吸収剤との密閉循環サイクルを
形成する再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器のう
ち、蒸発器と吸収器とはそれぞれ高温蒸発器、低
温蒸発器、及び高温吸収器、低温吸収器の二つの
器体から構成し、高温側の蒸発器と吸収器、低温
側の蒸発器と吸収器とは相互に気状冷媒が流動で
きるように連通すると共に、凝縮器から低温蒸発
器に冷媒を供給する管路と、再生器から低温吸収
器に吸収液を供給する管路と、凝縮器から高温蒸
発器に冷媒を供給する管路と、この管路に設けら
れた冷媒ポンプと、再生器から高温吸収器に吸収
液を供給する管路と、この管路に設けられた吸収
液ポンプとを備え、高温吸収器側から高温流体、
低温蒸発器からは冷水等を取り出せるようにした
ものである。

(ヘ) 発明の実施例 第１図は、冷媒にTFE、吸収剤にMPを使用し
た本発明の吸収式ヒートポンプの一例を示す回路
構成図であり、１は加熱装置２を有し、冷媒を吸
収して冷媒濃度の増した吸収液（以下濃液とい
う）を加熱沸騰させることにより、この濃液中の
冷媒をガス化して分離するようにした再生器、３
は再生器１から流入する冷媒ガスを冷却液化する
凝縮器、５は液体熱交換器６を有し、凝縮器３で
液化された冷媒を低圧条件下で気化させることに
より熱交換器６中の流体の熱を気化潜熱として器
内に取り込むようにした低温蒸発器、７は該低温
蒸発器５と下方の通路８で連通し、気化した冷媒
ガスを吸収させ、低温蒸発器５における冷媒の気
化機能が維持できるようにした低温吸収器であ
り、該低温吸収器７には冷媒を吸収した際に発生
する熱を器外に放出して吸収能力を一定に保つた
めの熱交換器９が内蔵されている。又、低温蒸発
器５と低温吸収器７には、それぞれ、冷媒液およ
び吸収液を熱交換器６，９に散布するための液分
散装置１０，１１を有しており、低温吸収器７に
おいて冷媒を吸収した濃液は、吸収液ポンプ１
２、溶液熱交換器１３、管路を経て精留器１４の
充填材１５へ散布され、再生器１から分縮器１６
に向つて上昇する冷媒ガス流中の吸収剤成分を除
去しつつ、再生器１へ還流され、再び冷媒分離が
行なわれる。

また、１７は液体熱交換器１８を有し、凝縮器
３で液化された冷媒を再生器１よりも高い圧力条
件下で気化させ、熱交換器１８中の流体の熱を気
化潜熱として器内に取り込むようにした高温蒸発
器、１９は、該高温蒸発器１７と下方の通路２０
で連通し、気化した冷媒ガスを吸収させて高温蒸
発器１７における冷媒の気化機能を維持させる高
温吸収器である。この高温吸収器１９は、冷媒を
吸収剤で吸収する際の吸熱反応熱を利用して内蔵
する熱交換器２１に流れる流体を、冷媒ガスの温
度や該吸収器中に散布される吸収液の温度より高
い温度レベルに加熱することができる機構を有し
ている。２２，２３は、高温蒸発器１７と高温吸
収器１９とのそれぞれに内蔵された熱交換器１
８，２１に液冷媒及び吸収液を散布するための液
分散装置であり、冷媒液分散装置２２は冷媒液ポ
ンプ２４及び絞り弁２５を有する管路である冷媒
液管２６を介して凝縮器３に、又、吸収液分散装
置２３は、吸収液ポンプ２７、熱交換器２８、絞
り弁２９を有する管路である吸収液管３０を介し
て再生器１に接続されている。

尚、３１は凝縮器３から低温蒸発器５へ液冷媒
を供給する管路３２に設けた絞り弁、３３は再生
器１から低温吸収器７に稀吸収液を供給する管路
３４に設けた紋り弁、３５は再生器１における濃
液の加熱量を制御する絞り弁である。

このような本発明の吸収式ヒートポンプの回路
構成において、このヒートポンプから冷水と温水
とを同時に取り出す場合、ポンプ１２，２４，２
７を運転しつつ、弁２５，３１の開度調節によつ
て低温蒸発器５と高温蒸発器１７に供給される冷
媒液量を、又、弁２９，３３の調節によつて低温
吸収器７と高温吸収器１９とに供給される吸収液
量を調整しつつ、凝縮器３と分縮器１６の熱交換
器３６，３７には冷却水、高温蒸発器１７と再生
器１には熱源となる低温熱源流体を流すとき、低
温蒸発器５の熱交換器６からは冷水等が、又、高
温吸収器１９の熱交換器２１からは高温流体が同
時的に得られる。

すなわち、再生器１において濃液から分離され
た冷媒ガスは、精留器１４の中の充填材１５，１
５′を通りつつ、該精留器１４中に散布される濃
液の中の一部の冷媒を気化させ、自らは一部凝縮
しながら分縮器１６へ流入する。ここで、冷媒ガ
スと共に流入する吸収剤成分及び冷媒ガスの一部
は凝縮し、還流液となつて精留器１４に散布され
る。残りの冷媒ガスは、略純粋なTFE冷媒とな
り、凝縮器３において冷却され冷媒液となる。冷
媒液は凝縮器３からは二手に分かれ、一方は圧力
差によつて、絞り弁３１を経て低温蒸発器５に流
入し気化させるため、該蒸発器に内蔵された熱交
換器６中を流れる水やブラインは、冷房用冷水或
いは０℃以下のブラインとなつて機外に供給され
ることとなる。

凝縮器３で液化された冷媒液の他方は、冷媒液
ポンプ２４によつて、絞り弁２５を経て高温蒸発
器１７に散布され、該蒸発器に内蔵された熱交換
器１８中を流れる熱源流体から熱を得て、再生器
１より高い圧力条件の元、高温条件で気化する。
更に、この高温蒸発器１７と通路２０で連通する
高温吸収器１９には、再生器１にて冷媒成分が低
減された稀液が、絞り弁２９を経て、吸収液ポン
プ２７によつて散布され、この吸収液によつて高
温蒸発器１７で気化した高温の冷媒ガスが吸収さ
れるため、該高温吸収器に内蔵された熱交換器２
１からは、冷媒ガスと吸収液との顕熱に加えて、
冷媒の吸収熱によつて加熱された高温流体が取り
出せるものである。

尚、高温吸収器１９において冷媒を吸収した吸
収液は、再生器１との圧力差によつて、又、低温
吸収器７において冷媒を吸収した吸収液は濃吸収
液ポンプ１２によつて吸収器１９，７を流出し、
精留器１４の充填材１５に散布され、再生器１か
ら上昇する冷媒吸収剤のガス流と対向流で流れ、
一部の冷媒が再蒸発し残部は再生器１へ還流され
る。

第２図は以上のような吸収式ヒートポンプの運
転において、冷媒にTFE、吸収剤にMPを用いた
時のデユーリング線図であり、80℃乃至100℃の
低温熱源流体を用いて140℃以上の蒸気と、０℃
以下のブラインを同時的に取り出し得ることを示
している。このような温度条件の低温熱源流体は
食品工業や化学工業の工場のプロセス中から廃温
水、廃熱として多く排出されるものであり、この
ような廃熱を有効に活用するものとして、本発明
は価値の大きいものである。

尚、第１図の吸収式ヒートポンプから冷水或い
は低温のブラインのみを取り出す場合は、ポンプ
２４，２７の運転を停止し、弁２５，２９を閉止
し、熱交換器１８，２１への流体の流通を停止し
つつ再生器１、凝縮器３、低温側の蒸発器５と吸
収器７とを運転させれば良い。又、この吸収式ヒ
ートポンプから高温水或いは蒸気のみを取り出す
ときは、弁３１，３３を閉じ、ポンプ１２を停止
し、熱交換器６，９への流体の流通を停止しつつ
再生器１、凝縮器３、高温側の蒸発器１７と吸収
器１９とを運転させれば、熱交換器２１から高温
水や水蒸気が得られる。更に、低温蒸発器５には
冷媒液が圧力差によつて凝縮器３から送られるの
で、冷媒ポンプ２４には冷媒液を高温蒸発器１７
のみに送る能力のポンプを使用することができ、
又、低温吸収器７には吸収液が圧力差によつて再
生器１から送られるので、吸収液ポンプ２７には
吸収液を高温吸収器１９のみに送る能力のポンプ
を使用することができ、この結果、冷媒ポンプに
よつて冷媒液を低温蒸発器及び高温蒸発器に送
り、吸収液ポンプによつて吸収液を低温吸収器及
び高温吸収器に送る従来の吸収式ヒートポンプと
比較して冷媒ポンプ２４及び吸収液ポンプ２７に
能力が小さいものを使用することができ、各ポン
プの小型化を図ることができる。

又、冷媒ポンプ２４又は吸収液ポンプ２７が故
障した場合にも、圧力差によつて冷媒液及び吸収
液を低温蒸発器５及び低温吸収器７に送ることが
でき、冷水或いは０℃以下のブラインを得ること
ができる。

更に又、本発明の吸収式ヒートポンプの冷媒吸
収剤には、上述のTFE、MPの他に冷媒としては
弗素化アルコール、吸収剤としてはＮ−エチル−
２−ピロリドン、Ｎ−プロピル−２−ピロリド
ン、或いは、Ｎ−ブチル−２−ピロリドン等のラ
クタム置換体を用いても同様な吸収式ヒートポン
プの運転が可能である。

(ト) 発明の効果 このように、本発明の吸収式ヒートポンプは、
再生器、凝縮器に並列に低温蒸発器、低温吸収器
と、高温蒸発器、高温吸収器を配設し、低温蒸発
器には凝縮器から圧力差によつて冷媒液を送り、
低温吸収器には再生器から圧力差によつて吸収液
を送り、高温蒸発器にはポンプによつて液冷媒
を、高温吸収器にはポンプによつて吸収液を供給
し、再生器より高い圧力条件と低い圧力条件のも
とで冷媒の気化、吸収作用を行なうようにさせた
ので、100℃以下の低い温度レベルの廃熱源を利
用して100℃以上の温水或いは水蒸気と、冷水或
いは０℃以下のブラインを同時に或いは個別に、
随時切替えて得ることができる。又、冷媒ポンプ
には冷媒液を高温蒸発器にのみ送る能力、吸収液
ポンプには吸収液を高温吸収器にのみ送る能力の
ものを使用することがで、冷媒ポンプ及び吸収液
ポンプの小型化を図ることができる。

更に、冷媒ポンプ又は吸収液ポンプが故障した
場合にも、圧力差によつて冷媒液及び吸収液を低
温蒸発器及び低温吸収器に送ることができ、冷水
及び０℃以下のブラインを得ることができる。

又、吸収剤と冷媒とに有機系の薬剤を用いるこ
とにより、０℃以下に至るヒートポンプ運転領域
においても、吸収剤の凝固、固体析出、或いは冷
媒の凍結の心配のない吸収式ヒートポンプの運転
を維持できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による吸収式ヒートポンプの一
実施例を示す冷凍サイクルの回路構成図、第２図
は同じく冷媒吸収剤の一例を示すデユーリング線
図である。 １……再生器、３……凝縮器、５……低温蒸発
器、７……低温吸収器、８……通路、１７……高
温蒸発器、１９……高温吸収器、２０……通路、
２４……冷媒ポンプ、２６……冷媒液管、２７…
…吸収液ポンプ、３０……吸収液管、３２……管
路、３４……管路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器等を冷媒管
   及び吸収液管で気密に接続して形成された有機系
   の冷媒と吸収剤との密閉循環サイクルにおいて、
   上記蒸発器及び吸収器は、夫々低温蒸発器、高温
   蒸発器、低温吸収器、高温吸収器から成り、低温
   蒸発器と低温吸収器とが相互に、又、高温蒸発器
   と高温吸収器とが相互に連通するように形成され
   ると共に、凝縮器から低温蒸発器に冷媒を供給す
   る管路と、再生器から低温吸収器に吸収液を供給
   する管路と、凝縮器から高温蒸発器に冷媒を供給
   する管路と、この管路に設けられた冷媒ポンプ
   と、再生器から高温吸収器に吸収液を供給する管
   路と、この管路に設けられた吸収液ポンプとを備
   えたことを特徴とする吸収式ヒートポンプ。