JPH04268170A - 吸収式ヒートポンプ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収式ヒートポンプ装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、吸収式ヒートポンプ冷凍装置に
おいては、冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で蒸
発された冷媒蒸気を吸収液に吸収して熱を発生させる吸
収器と、この吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀
吸収液を加熱して冷媒を蒸発させることにより吸収液の
再生を行う再生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気
を凝縮する凝縮器とを有するものである。また、上記の
ような吸収式ヒートポンプ装置の熱効率を高めるために
、高温再生器と低温再生器とを設け、高温再生器で発生
した冷媒蒸気熱を低温再生器の駆動熱源として利用する
ようにした、二重効用式のヒートポンプがある。

【０００３】従来、これらのヒートポンプ、冷凍機の作
動媒体としては、臭化リチウム水溶液が使用されている
が、これは腐食性、結晶析出の問題から温度は１００℃
以下、濃度は６４％以下、圧力は大気圧以下に抑えられ
ていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の二重効
用式のヒートポンプの構成によると、高温の温水を得る
ためには、低温再生器の圧力を上げる必要があり、その
ためには高温再生器の圧力レベルをさらに上げなければ
ならない。この時、吸収サイクルが高濃度域に形成され
るため、吸収液の溶媒が結晶化し易くなるとともに、再
生器内が高温高濃度になり、装置材料に対する腐食性が
強くなるという問題があった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
、本発明の吸収式ヒートポンプ装置は、冷媒を蒸発させ
る蒸発器と、この蒸発器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液
に吸収する吸収器と、この吸収器で冷媒蒸気を吸収して
希釈された稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる再
生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気を凝縮させる
凝縮器とをそれぞれ有する高温部ヒートポンプおよび低
温部ヒートポンプを有し、上記高温部ヒートポンプ側の
蒸発器および再生器に第１および第２熱交換流体移送管
を介して熱交換流体をそれぞれ供給するとともに、第３
熱交換流体移送管を介して熱交換流体を吸収器から凝縮
器を経て低温部ヒートポンプ側の再生器に供給するよう
になし、かつ上記低温部ヒートポンプ側の蒸発器に第４
熱交換流体移送管を介して熱交換流体を供給するととも
に、第５熱交換流体移送管を介して熱交換流体を低温部
ヒートポンプ側の吸収器から凝縮器に供給するようにし
たものである。

【０００６】

【作用】上記の構成によると、吸収サイクル作動時には
、高温部ヒートポンプ側の吸収器および凝縮器内を通過
した高温流体が、低温部ヒートポンプ側の再生器の駆動
熱源として使用されるため、高温部ヒートポンプに供給
された駆動熱源の２倍の熱量を低温部ヒートポンプ側に
供給できる。また、高温部ヒートポンプと低温部ヒート
ポンプとを分離させた構成としているので、高温部ヒー
トポンプおよび低温部ヒートポンプにおいて、それぞれ
異なる、すなわち各ヒートポンプの作動温度および圧力
に適した吸収液などを使用することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
き説明する。本実施例にかかる吸収式ヒートポンプ装置
は、図１に示すように、高温部ヒートポンプ１と、低温
部ヒートポンプ２とから構成されている。

【０００８】上記高温部ヒートポンプ１は、内部に伝熱
管２１が配置された高温部蒸発器１１と、内部に伝熱管
２２が配置された高温部吸収器１２と、内部に伝熱管２
３が配置された高温部再生器１３と、内部に伝熱管２４
が配置された高温部凝縮器１４と、高温部再生器１３で
蒸発された冷媒を高温部凝縮器１４内に移送する第１冷
媒移送管３１と、途中に膨張弁１５が介装されて、高温
部凝縮器１４から冷媒を高温部蒸発器１１に移送する第
２冷媒移送管３２と、高温部蒸発器１１内で蒸発された
冷媒蒸気を高温部吸収器１２に移送する第３冷媒移送管
３３と、途中に溶液ポンプ１６が介装されて、上記高温
部吸収器１２内で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収
液を高温部再生器１３内に移送する稀吸収液移送管３４
と、高温部再生器１３で再生された濃吸収液を高温部吸
収器１２に移送する濃吸収液移送管３５と、途中に冷媒
ポンプ１７が介装されて、上記高温部蒸発器１１からの
冷媒を再度この高温部蒸発器１１内に循環させる冷媒循
環管３６と、濃吸収液移送管３５と稀吸収液移送管３４
との間に設けられて、濃吸収液の持つ熱を稀吸収液に回
収するための高温部熱交換器１８と、上記高温部蒸発器
１１の伝熱管２１内に熱交換流体を供給する第１熱交換
流体移送管４１と、上記高温部再生器１３内の伝熱管２
３内に熱交換流体を供給する第２熱交換流体移送管４２
と、上記高温部吸収器１２の伝熱管２２および高温部凝
縮器１４の伝熱管２４内に順次熱交換流体を移送する第
３熱交換流体移送管４３とから構成されている。

【０００９】また、上記低温部ヒートポンプ２は、内部
に伝熱管６１が配置された低温部蒸発器５１と、内部に
伝熱管６２が配置された低温部吸収器５２と、内部に伝
熱管６３が配置された低温部再生器５３と、内部に伝熱
管６４が配置された低温部凝縮器５４と、低温部再生器
５３で蒸発された冷媒を低温部凝縮器５４内に移送する
第１冷媒移送管７１と、途中に膨張弁５５が介装されて
、低温部凝縮器５４から冷媒を低温部蒸発器５１に移送
する第２冷媒移送管７２と、低温部蒸発器５１内で蒸発
された冷媒蒸気を低温部吸収器５２に移送する第３冷媒
移送管７３と、途中に溶液ポンプ５６が介装されて、上
記低温部吸収器５２内で冷媒蒸気を吸収して希釈された
稀吸収液を低温部再生器５３内に移送する稀吸収液移送
管７４と、低温部再生器５３で再生された濃吸収液を低
温部吸収器５２に移送する濃吸収液移送管７５と、途中
に冷媒ポンプ５７が介装されて、上記低温部蒸発器５１
からの冷媒を再度この低温部蒸発器５１内に循環させる
冷媒循環管７６と、濃吸収液移送管７５と稀吸収液移送
管７４との間に設けられて、濃吸収液の持つ熱を稀吸収
液に回収するための低温部熱交換器５８と、上記低温部
蒸発器５１の伝熱管６１内に熱交換流体を供給する第４
熱交換流体移送管４４と、上記低温部吸収器５２の伝熱
管６２および低温部凝縮器５４の伝熱管６４内に順次熱
交換流体を移送する第５熱交換流体移送管４５とから構
成し、かつ上記高温部ヒートポンプ１側からの第３熱交
換流体移送管４３を低温部再生器５３内の伝熱管６３に
接続し、途中に開閉弁８１が介装されて、高温部ヒート
ポンプ１側の第１熱交換流体移送管４１の入口側とこの
低温側ヒートポンプ２の第４熱交換流体移送管４４の開
閉弁４６より下流の入口側とが熱交換流体接続管８２に
より接続されている。

【００１０】また、上記高温部ヒートポンプ１側におけ
る吸収剤／冷媒の組み合わせとしては高温高圧域に有効
なアルカリ金属硝酸塩混合物／水が使用され、低温部ヒ
ートポンプ２における吸収剤／冷媒の組み合わせとして
は通常の臭化リチウム（ＬｉＢｒ）／水が使用される。

【００１１】次に、上記構成における作用について説明
する。 ■暖房運転時（暖房サイクル作動時） 暖房運転時には、開閉弁８１が開かれるとともに、開閉
弁４６が閉じられる。すなわち、両方の蒸発器１１，５
１には、第１熱交換流体移送管４１から同一の熱交換流
体、例えば河川水、海水などの低温熱源（例えば、１２
℃程度）が供給される。

【００１２】また、第２熱交換流体移送管４２には、高
温部駆動熱源として高温流体（例えば１６０℃以上の高
温水）が供給され、第３熱交換流体移送管４３には中温
冷却水が供給され、さらに第５熱交換流体移送管４５に
は被加熱流体である温水（例えば、４０℃から５０℃程
度）が供給されている。

【００１３】この状態において、高温部および低温部ヒ
ートポンプ１，２の吸収サイクルがそれぞれ作動される
と、第３熱交換流体移送管４３内を流れる中温冷却水は
、高温部吸収器１２および高温部凝縮器１４内を通過す
る際に、所定の温度（例えば、１６０℃より低い温度）
に加熱される。そして、所定温度まで昇温された中温冷
却水は、低温部再生器５３内に駆動熱源として供給され
る。

【００１４】そして、この低温部ヒートポンプ２におい
て、第５熱交換流体移送管４５から供給された温水は、
低温部吸収器５２および低温部凝縮器５４内を通過して
所定温度（例えば、４７℃程度）まで昇温される。 ■冷房運転時（冷房サイクル作動時） 冷房運転時には、開閉弁８１が閉じられるとともに、開
閉弁４６が開かれる。すなわち、高温部ヒートポンプ１
側の蒸発器１１には、第１熱交換流体移送管４１を介し
て第１熱交換流体、例えば河川水、海水などの低温熱源
（１２℃程度）が供給される。

【００１５】また、第２熱交換流体移送管４２には、高
温部駆動熱源として高温流体（例えば１６０℃以上の高
温水）が供給され、第３熱交換流体移送管４３には中温
冷却水（例えば、１６０℃より低い温水）が供給され、
また第５熱交換流体移送管４５には熱交換流体として冷
却水（例えば、河川水、海水など）が供給され、さらに
低温部ヒートポンプ２の蒸発器５１側には第４熱交換流
体である被冷却水が供給されている。

【００１６】この状態において、暖房時と同様に、各ヒ
ートポンプ１，２の吸収サイクルがそれぞれ作動される
と、第４熱交換流体移送管４３内を流れる被冷却水は、
蒸発器５１の伝熱管６１内を通過する際に、所定の温度
（例えば、１２℃から７℃程度）に冷却される。

【００１７】ここで、上記各サイクル作動時の熱移動お
よび熱効率について説明する。まず、熱の移動状態を、
デューリング線図に示すと、図２（ａ），（ｂ）のよう
になる。

【００１８】図２（ａ）は高温部のサイクルを示し、（
ｂ）は低温部のサイクルを示す。なお、図２中、矢印（
イ）は外部からの熱の供給を示し、矢印（ロ）は系内で
の熱の移動、すなわち高温部サイクルから低温部サイク
ルへの移動（仮想線にて示す）を示し、矢印（ハ）は系
外へ取り出すことのできる熱を示す。

【００１９】そして、高温部再生器１３への熱の供給量
を１とすると、 暖房時におけるＣＯＰ（成績係数）＝４冷房時における
ＣＯＰ（成績係数）＝２が得られる。

【００２０】従来、二重効用式ヒートポンプに臭化リチ
ウム水溶液を使用した場合を考えると、熱効率は下記の
ようになる。 冷房時＝１．２８ 暖房時＝２．２８ したがって、本実施例に係るヒートポンプ装置の方が、
熱効率が良い。

【００２１】さらに、図３（ａ）および（ｂ）に示すよ
うに、６０℃前後の廃熱を低温熱源としてポンプアップ
して冷水または温水を得ることが可能となり、また高温
部と低温部とでは、異なる吸収液を使用することができ
るので、従来のヒートポンプ装置に比べて、温度の適用
範囲が非常に広くなる。

【００２２】すなわち、高温部ヒートポンプ１と低温部
ヒートポンプ２とが分離されているので、高温部ヒート
ポンプ１側には結晶化がしにくいものを使用するととも
に、各ヒートポンプの装置材料をそれぞれの吸収液に最
適なものを使用することができるため、高温部ヒートポ
ンプ１側での結晶化の問題も解消することができ、また
装置の構成材料を全体に亘って高価なものを使用しなく
ても済む。

【００２３】なお、低温部ヒートポンプは２重効用サイ
クルまたは２重効用２段昇温サイクルであってもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、高
温部ヒートポンプの吸収器および凝縮器で発生した熱に
より、低温部ヒートポンプの再生器を駆動させるように
しているので、高温部ヒートポンプに供給された駆動熱
源の２倍の熱量を低温部ヒートポンプ側に供給でき、し
たがって従来の二重効用式のヒートポンプに比べて熱効
率が２倍になる。また、高温部ヒートポンプと低温部ヒ
ートポンプとを分離させた構成としているので、従来の
二重効用式ヒートポンプのように、高温の流体を得る際
に、同一の吸収液を使用しなくてもよいため、したがっ
て高温部ヒートポンプ側には結晶化がしにくいものを使
用したり、各ヒートポンプの装置材料をそれぞれの吸収
液に最適なものを使用して、それぞれ材料のコストを低
く抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例における吸収式ヒート
ポンプ装置の概略全体を示す構成図である。

【図２】図２は同ヒートポンプ装置の作動サイクル時の
デューリング線図で、（ａ）は高温部ヒートポンプのサ
イクルを示し、（ｂ）は低温部ヒートポンプのサイクル
を示す。

【図３】図３は同ヒートポンプ装置の熱効率を示す図で
、（ａ）は暖房時、（ｂ）は冷房時を示す。

【符号の説明】 １　　　　　　　　　　高温部ヒートポンプ２　　　　
　　　　　　低温部ヒートポンプ１１　　　　　　　　
高温部蒸発器 １２　　　　　　　　高温部吸収器 １３　　　　　　　　高温部再生器 １４　　　　　　　　高温部凝縮器 １８　　　　　　　　高温部熱交換器 ４１　　　　　　　　第１熱交換流体移送管４２　　　
　　　　　第２熱交換流体移送管４３　　　　　　　　
第３熱交換流体移送管４４　　　　　　　　第４熱交換
流体移送管４５　　　　　　　　第５熱交換流体移送管
５１　　　　　　　　低温部蒸発器 ５２　　　　　　　　低温部吸収器 ５３　　　　　　　　低温部再生器 ５４　　　　　　　　低温部凝縮器 ５８　　　　　　　　低温部熱交換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を蒸発させる蒸発器と、この蒸発器で
   蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する吸収器と、この
   吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収液を加熱
   して冷媒蒸気を分離させる再生器と、この再生器で分離
   された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器とをそれぞれ有する
   高温部ヒートポンプおよび低温部ヒートポンプを有し、
   上記高温部ヒートポンプ側の蒸発器および再生器に第１
   および第２熱交換流体移送管を介して熱交換流体をそれ
   ぞれ供給するとともに、第３熱交換流体移送管を介して
   熱交換流体を吸収器から凝縮器を経て低温部ヒートポン
   プ側の再生器に供給循環するようになし、かつ上記低温
   部ヒートポンプ側の蒸発器に第４熱交換流体移送管を介
   して熱交換流体を供給するとともに、第５熱交換流体移
   送管を介して熱交換流体を低温部ヒートポンプ側の吸収
   器から凝縮器に供給するようにしたことを特徴とする吸
   収式ヒートポンプ装置。