JPH04313653A - 多重効用式高効率ヒートポンプ - 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に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ヒートポンプにおいて凝縮器と蒸発器の
間の液の循環に関する提案は小関、植村らによって提案
されている。また、次の標準型吸収式冷凍機を並列に並
べた、いわゆる高効率型ヒートポンプの提案も行われて
いる。前記の２つのヒートポンプの提案は主として水リ
チュームブロマイド系においての提案であり、冷媒とし
て有機物を用い、また吸収剤として蒸気圧のほとんどな
い有機物を使った吸収溶液についての提案は成されてい
ない。その理由は気液平衡のない冷媒と吸収剤を選択し
た場合には、冷媒を純粋な状態で凝縮させるためには圧
力を高くする必要がある（１５ないし４０ｋｇｆ　／ｃ
ｍ２　）。このため耐圧設計をする必要があり設備費が
高くなること、また、冷媒を０℃以下から−４０℃程度
で蒸発させてこれを吸収する場合の稀薄溶液の濃度は低
く、この状態で純粋な（１００％に近い）冷媒を得よう
と思えば操作圧力は高くなり、高温の加熱源（２００℃
以上）を使う必要があり、実用的でないためと考えられ
ている。従って、有機冷媒を用い、また有機吸収剤を用
いた吸収溶液による多重効用式の高効率低温用冷凍機の
提案は成されていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】多重効用化に当っては
加熱器温度（利用できる熱源および高温における腐蝕）
と最終の凝縮温度によって多重効用になるかが左右され
る。多重効用化の重要な点は、第２発生器および最終凝
縮器における凝縮温度を上昇させることであり、それを
行うためには、各ステージで蒸発液の循環を凝縮器と蒸
発器との間に行うことによって凝縮器の吸収剤濃度が上
昇するため沸点上昇による効果を利用し、凝縮温度およ
び凝縮圧力の制御ができ、容易に多重効用化が可能とな
る。即ち、 （１）　加熱温度が低くても運転が可能であること。 （２）　冷却水の温度が高くても運転できること。 （３）　０℃以下の外気温を持ったヒートポンプの運転
が可能なこと。が重要である。

【０００４】多重効用化に当たって、各発生器の発生す
るベーパーの凝縮温度を上昇させ、利用できる温度差（
加熱温度と凝縮温度の差を大きくして、通常の方法では
単式のものを二重効用し、二重効用を三重効用にする。 以上の原理は凝縮器の伝熱面で冷媒ベーパーと吸収剤を
含む冷媒溶液等を混合接触させることによって混合熱が
発生し、沸点が上昇するために凝縮温度が上昇すること
を利用することを利用せんとするものである。これは従
来発表されている高効率二重効用式ヒートポンプと基本
系は変わらないが、第１蒸発器と第１凝縮器との間に液
を循環させることおよび第２凝縮器および第２蒸発器と
の間に同様に蒸発液を循環させることによって高効率の
間の温度差を増大させたり、あるいは圧力差を減少させ
ることによって従来不可能とされていた蒸気圧の高い有
機冷媒を吸収溶液にしたものを用いる吸収冷凍機の多重
効用化を可能にするし、効用数の増加が可能である。す
なわち、従来型においては、蒸気圧の高い有機性の冷媒
を用いた場合は純粋な冷媒を凝縮させる場合には高い圧
力と低い冷却水を必要とする。これを吸収剤を持った溶
液によって冷媒を吸収剤との混合溶液にすれば、凝縮器
に沸点上昇があるので冷媒の純粋な沸点よりも高い温度
で凝縮が行う。このため多重効用化には無理な点が多か
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】図１に示すように、本発
明によれば、発生器、凝縮器、蒸発器および吸収器より
成る吸収式ヒートポンプにおいて、加熱源に持続する加
熱器を有する発生器１、冷却水による冷却器を持った凝
縮器２、ブライン冷却器を持った蒸発器３、冷却水、冷
却器を持った吸収器４、濃厚液熱交５、稀薄液熱交換器
６、濃厚液循環ポンプ７、稀薄液循環ポンプ８より成る
吸収式ヒートポンプであり、凝縮器と蒸発器の間に稀薄
弱液の循環系を作り、稀薄液熱交換器を通じて稀薄液循
環ポンプによって蒸発器の稀薄強液を凝縮器へ送る。以
下多重効用化に当たっては、上記１ｕｎｉｔを高温側の
凝縮器を低温側の発生器にするようにして、二重、三重
効用を組立てる。

【０００６】

【作用】本発明によるヒートポンプによれば、（１）　
凝縮器の冷却水温度を一定で運転する場合には、凝縮器
の圧力が低くてよく、すなわち発生器の圧力が低くなり
、より低い熱源の温度が利用され、そのために多重効用
においての温度差が容易に取れ、（２）　蒸発器の圧力
を一定で運転する場合（発生器の温度は一定である場合
には）凝縮器での凝縮温度が上昇するので高い冷却水を
得ることができる。

【０００７】

【実施例】最も単純な二重効用の場合について、吸収溶
液はＲ２２／Ｅ１８１を用いたものについて、図２を参
照した説明する。このフローシートにおいて第１発生器
と第１吸収器および第２発生器と第２吸収器の循環ルー
プの中の冷媒の濃度は１０ないし２０％とする。一方、
第１凝縮器、第１蒸発器および第２凝縮器と第２蒸発器
の間を循環する冷媒の濃度は約４５ないし６０ｗｅｔ％
とする。第１発生器の中に稀薄冷媒は加熱器１ａによっ
て加温されて第１凝縮器２によって導かれる。

【０００８】この第２凝縮器には蒸発缶循環ポンプ１７
によって第２発生器の中の稀薄溶液を循環させて加熱管
の内部を通過させ、再び発生器に戻るループが作ってあ
り、導かれた冷媒のベーパーは第１蒸発器からの稀薄溶
液によって吸収凝縮が行われる。凝縮された冷媒を含ん
だ吸収液は蒸発器に導かれ、ここで冷水（ブライン）に
よって加温されて持ち込まれたベーパーは吸収器４に導
かれる。一方、濃縮された稀薄強液は熱交換器６を通じ
て第１凝縮器に返り、蒸発液の循環を行う。第１吸収器
においては、発生器１で濃縮された濃厚強液が混合され
て冷却水の通じている冷却管上で吸収凝縮が行われる。 冷媒によって薄くなった吸収液は循環ポンプ７によって
第１濃厚液熱交を通じて発生器１に返される。このよう
なサイクルにおいて冷媒は発生器１によって熱を受け、
２において熱を放し、３において再び熱を受け４におい
て熱を除去する。このようにして高温の熱量、それは第
１発生器によって与えられた熱量が３において低温の熱
に変換されて低温の熱源として利用される。

【０００９】一方、第２発生器には新しい熱源ではなく
て、第１発生器よりの熱量を凝縮器兼加熱として用いる
ことにより第２発生器には新しい熱源を越えることはな
く、低温側の吸収冷凍システムを構築できる。その作用
は前述の通りであるが、ここで注目したいのは最終の凝
縮器においては第２蒸発液との間で蒸発液の循環を行う
ことにより、吸収凝縮器の利点を利用できる点である。

【００１０】このようにして本発明の基本である蒸発液
循環型の吸収冷凍機を並列に並べて第１凝縮器を第２発
生器の加熱器に使うことによって二重効用式冷凍機（ヒ
ートポンプ）が構成することができる。

【００１１】三重発生器冷凍機のフローシートを図３に
示す。この場合には第１吸収器で発生する熱量の除去を
冷却水で行わなくて第１発生器における加温に用いるこ
とによって第１発生器より導かれる冷媒と結果的には三
重効用の効果を持つことのできるフローシートである。 これに類似した提案はＤｅ　　Ｖａｕｌｔ（ＵＳＰ　　
４，７３２，００８）があり、高効率二重効用式ヒート
ポンプの組合わせで、第１吸収器の除熱を前述のごとく
第２発生器の加熱器に用いるとする提案がある。

【００１２】ただし、このＵＳＰの提案は通常の発生器
、凝縮器、蒸発器および吸収器、それに通常の発生器と
吸収器との間の液循環、すなわち吸収凝縮を普通のごと
く吸収器で行わせる、この様なシステムの組合わせであ
り、本提案の構成要素と基本的に違うのである。すなわ
ち、本提案では、第２発生器および最終凝縮器（第２凝
縮器）において蒸発液を循環させることにより、蒸発温
度を高め凝縮器圧力を下げるという効果をもたらすため
にＤｅ　　Ｖａｕｌｔの特許では第１発生器の圧力が高
いために実用化されないものが本特許において初めて実
用化される。本三重効用の方式は、前述の方式と変わら
ないが、第１吸収器４の冷却缶と第２発生器９の加熱器
缶との間に熱交換のループを作り、（第２発生器に加熱
器を新しく設ける）第１凝縮器による加温とを合わせて
行うことにより、第１吸収器の熱量を第２凝縮器１０を
経て、第２蒸発器１１に伝達することにより、第１発生
器において与えたＱの熱量を第１蒸発器３においてＱだ
け除き、さらに第２蒸発器において２Ｑの熱量を除去す
ることができ、第１発生器に供給した熱量の３倍の熱量
を除去できることになる。

【００１３】図４に冬期には空気源ヒートポンプとして
０℃以下の外気を熱源としてしたヒートポンプを効用と
して利用し、夏場においては前述のフローシート図３と
同じような操作を行わせることを目的とするものである
。この目的は二重効用および三重効用の冷凍システムを
そのままヒートポンプとして利用しようとしても温度差
の関係で上昇温度差が少なく、成立しない。従って、夏
期においては三重効用として用いた冷凍機を冬場におい
ては独立した形で単効用として使う方法に関するもので
、この原理は第１種のヒートポンプであり、発生器に低
温ブラインを供給し、凝縮器および吸収器で得られる熱
量を合わせて除去する方法である。図１にその原理を示
す。図４には第１コンデンサーの冷却器と第１吸収器の
冷却器をループ化にすることによって、−１０℃以下の
低温空気より６０℃前後の高温の温水を得ることができ
る。このようなシステムを前記の三重効用のシステムを
利用すれば暖房に用いて二重効用と同じで大量の熱量を
外部へ与えることができる。

【００１４】本発明をＨ２　Ｏ−ＬｉＢｒ系の吸収溶液
を用いた場合には、三重効用冷凍機が成立する。このフ
ローシートを図５に示す。また、その操作条件を表３に
示す。当然、この三重効用のシステムはヒートポンプと
して冬期１４℃程度（下水処理場の排水、あるいは発電
所）の大量の排水がある場所において、暖房用のヒート
ポンプとしても三重効用として利用可能である。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【表３】

【００１８】

【発明の効果】前述のごとく、従来不可能とされていた
蒸気圧の高い冷媒と非常に蒸気圧の低い吸収剤との組み
合わせ、あるいは従来よく用いられている水リチューム
ブロマイド系の吸収溶液を用いることによっての多重効
用（二重および三重効用）の吸収式冷凍機を提供できる
。従ってこの多重効用化により、従来不可能とされてい
た低温の空気熱源を用いたヒートポンプの運転が可能と
なり、また形式は二重効用ではあるが実質的には三重効
用として用いることのできるシステムや三重発生器で三
重効用の冷凍システムを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヒートポンプの基本的構成を示す
概略図。

【図２】本発明による冷凍機の一実施例の構成を示す概
略図。

【図３】本発明による冷凍機の一実施例の構成を示す概
略図。

【図４】本発明によるヒートポンプの一実施例の構成を
示す概略図。

【図５】本発明による冷凍機の一実施例の構成を示す概
略図。

【符号の説明】

１　　発生器 ２　　凝縮器 ３　　蒸発器 ４　　吸収器 ５　　濃厚液熱交換器 ６　　稀薄液熱交換器 ７　　濃厚液ポンプ ８　　稀薄液ポンプ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　発生器と凝縮器および蒸発器と吸収器
   より成るヒートポンプであり、凝縮器と蒸発器内の間を
   液が循環する１ユニットのヒートポンプを２ユニットに
   並べ、第１発生器のベーパーを第２発生器の加熱に用い
   るヒートポンプであり、第１吸収器の冷却を第２発生器
   において行い第１吸収器の冷却エネルギーを第２発生器
   の加熱に用いる、ヒートポンプ。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載のヒートポンプであり
   、各々の吸収器の熱交換器をそれぞれの凝縮器の熱交換
   器へ接続するループを持ち、二重効用式ヒートポンプを
   単独で単効用式ヒートポンプとして運転する、ヒートポ
   ンプ。
3. 【請求項３】　　請求項１に記載のヒートポンプであり
   、各々の吸収器の熱交換器をそれぞれの凝縮器の熱交換
   器へ接続するループを持ち、低温側のみ蒸発液の循環を
   行い、高温側は往復を行わない、ヒートポンプ。
4. 【請求項４】　　発生器と凝縮器および蒸発器と吸収器
   より成る吸収式ヒートポンプであり、凝縮器と蒸発器内
   の間を液が循環する１ユニットの冷凍機を３ユニット並
   べ、第１発生器のベーパーを第２発生器の加熱に、第２
   発生器のベーパーを第３発生器の加熱に用いる、発生器
   を３基を持ったヒートポンプ。