JPH06105138B2 - 吸収式ヒートポンプの結晶防止方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ） 発明の分野 本発明は吸収液と冷媒との密閉循環サイクルを利用して
低温度レベルの流体を熱源として高温度レベルの流体を
得るようにした吸収式ヒートポンプに関する。

（ロ） 従来技術 吸収式ヒートポンプは第１種ヒートポンプと第２種ヒー
トポンプに分類されるが、そのうちの第２種ヒートポン
プは吸収温度が発生温度より高く、また冷媒の蒸発温度
が凝集温度より高いタイプのものであって、温排水など
の低温熱源から汲み上げた熱で冷媒を蒸発させ、この冷
媒蒸気を吸収液に吸収させるときに発生する吸収熱によ
り高温の温水を取得する装置である。

その第２種吸収式ヒートポンプの基本的型式は、例えば
第１図に示すように、上胴１に蒸発器２および吸収器３
が収められ、下胴４に発生器５および凝縮器６が収めら
れ、効率をよくするため発生器５と吸収器３の間に熱交
換器７が設けられ、さらに吸収液ポンプ８および冷媒ポ
ンプ９が付設され、蒸発器２内の液化冷媒を再循環させ
るための冷媒再循環ポンプ13とその接続配管が付設さ
れ、蒸発器２の加熱熱源および発生器５の駆動熱源とし
て温排水10が、凝縮器６の吸熱熱源として冷却水11がそ
れぞれ用いられており、吸収器３から高温水または蒸気
12が取得されるようになっている。冷媒・吸収液には例
えば水および臭化リチウム溶液が用いられる。

第２種ヒートポンプの作動サイクルでは、熱源となる温
排水10は蒸発器２に導かれ、温排水の有する熱を冷媒に
与える。この熱によって蒸発器２において蒸発した冷媒
蒸気は吸収器３内において吸収液に吸収される。この吸
収プロセスで発生する熱量は吸収器３を通る水を加熱す
るので高温水または蒸気12が得られる。冷媒蒸気を吸収
して稀釈された吸収液は熱交換器７を経て発生器５に送
られる。その吸収液は発生器５において熱源となる温排
水10によって加熱され沸騰し濃縮される。濃縮された吸
収液は吸収液ポンプ８によって熱交換器７を取って吸収
器３からの高温稀溶液と熱交換後吸収器３にはいり吸収
を繰返す。発生器５において発生した冷媒蒸気は凝縮器
６に導かれ、冷却水11によって冷却され凝縮する。液化
冷媒は冷媒ポンプ９によって蒸発器２に送られる。蒸発
器２内の液化冷媒は冷媒再循環ポンプ13によって再循環
される。このようにして温排水と冷却水との間の熱落差
を利用することによって吸収器で温水をさらに高温にし
て送り出すのである。

（ハ） 従来技術の問題点 このような従来の吸収式ヒートポンプにおいては、例え
ば温排水10の温度が60℃で冷却水11の温度が15℃のとき
には吸収器３から取得できる高温水12は約80℃〜90℃で
ある。前述のヒートポンプサイクルを作動させるにあた
っては吸収液が結晶するのを防止する必要があり、従来
その吸収液の結晶を未然に防止するため一般に採用され
ている方法は、発生器の濃溶液配管中にサーモスタット
を挿入し、濃溶液温度が上昇すると機器を停止させるよ
うにするものである。しかしながら、この方法は熱源温
度が不変であって凝縮圧力が一定である場合は吸収液の
結晶を防止することができるが、熱源温度が変動すると
凝縮圧力も変化するので前述の濃溶液配管中の一点のみ
にて濃溶液温度を検出する方法は適当でないという問題
があった。

（ニ） 発明の目的 本発明は、前述の問題点を解消するために、吸収式ヒー
トポンプの結晶防止方法において、凝縮器に設けられて
凝縮器の冷媒液の温度を検出する測温抵抗体等の温度検
出器と、発生器に設けられて発生器の濃溶液の温度を検
出する測温抵抗体等の温度検出器と、前記蒸発器と発生
器とを接続する配管の途中に設けられた電磁弁を備え、
凝縮器の冷媒液と発生器の濃溶液との温度差が予め定め
られた設定値を越えたとき前記電磁弁を開き、蒸発器内
の冷媒を発生器内の吸収液に混入するようにした吸収式
ヒートポンプの結晶防止方法を提供しようとするもので
ある。

（ホ） 発明の要点 低温度レベルの熱源を用いて高温度レベルの流体を得る
ようにした吸収式ヒートポンプにおいて、凝縮器の冷媒
液の温度と発生器の濃溶液の温度とを検出し、この液温
の差が予め設定された値を越えたときに蒸発器内の冷媒
を発生器内の吸収液に混入し、その吸収液濃度の低下を
はかるようにしたものである。

（ヘ） 発明の実施例 吸収式ヒートポンプの作動サイクルを示す第２図におい
て、Ａは標準の吸収液の循環サイクル、Ｂは冷媒、t₁は
凝縮器において冷媒蒸気が凝縮する温度、t₂は発生器に
おいて沸騰濃縮を完了し発生器を出る吸収液の温度、t₃
は蒸発器において冷媒が蒸発する温度、t₄は吸収を完了
した吸収液が吸収器を出る点の温度、P_Aは上胴内の圧
力、P_Bは下胴内の圧力であり、吸収液サイクルＡにおい
てａ→ｂは吸収器３における吸収、ｂ→ｃは稀溶液と濃
溶液との熱交換における稀溶液側の状態変化、ｃ→ｄは
発生器５における沸騰濃縮、ｄ→ａは熱交換ｂ→ｃに対
応する濃溶液側の状態変化を示し、吸収器の出熱を温水
の加熱に利用している。

このデューリング線図上のサイクルは、吸収式ヒートポ
ンプの温度や圧力の条件が変化すれば変るのであるが、
例えば、圧力Ｐ′_D＝4.5mmHgのもと、吸収液温度Ｔ′_G
＝36.5℃、冷媒温度Ｔ′_C＝０℃のときの結晶臨界点の
濃度を62％、圧力P_D＝50mmHgのもと、吸収液温度T_G＝95
℃、冷媒温度T_C＝38℃のときの結晶臨界点の濃度を66％
とすると、この二点を結ぶ点線より下の領域Ｄが吸収式
ヒートポンプとしての運転のできない或いは運転を避け
るべき領域となる。

一方、この領域を示す境界（第２図の点線）を直線と仮
定すれば、この境界線は冷媒の温度T_Cと吸収液の温度T_G
の一次関数として求めることができる。仮に、これらの
温度T_C、Ｔ′_C、T_G、Ｔ′_Gの値を上述した値（従って、
第２図の点線で示した関係）とし、T_CとT_Gとの関係を、 T_C＝ａT_G＋ｂ（但、ａ、ｂは定数） とすると、この一次式にT_C、Ｔ′_C、T_G、Ｔ′_Gの値を代
入し、ａ、ｂを消去して整理すれば、 T_G＝1.54T_C＋36.51なる関係式が得られる。

従って、T_G＜1.54T_C＋36.51の条件で運転すれば、吸収
液の結晶は避けられる訳であり第３図のT_C−T_G線図はこ
の関係を示している。

すなわち、T_G＝1.54T_C＋36.51の直線を境にして左上領
域Ｄが結晶領域、右下のＥが運転領域である。

尚、上述の一次判別式は吸収、冷媒液の種類による実際
のデータに合致するよう二次以上の高次の項を加味した
判別式を用いることもできるが、斯る線によって分けら
れる運転領域内で運転できるようにT_GおよびT_Cの温度差
を検出し、結晶防止用電磁弁を作動させると、結晶を防
止することができる。

以下に本発明の一実施例を示す吸収ヒートポンプの説明
図に従い説明すると、 第４図には第１図と共通のものには同一参照番号を用い
ている。第４図において、上胴１内に蒸発器２、吸収器
３が収められ、下胴４内には発生器５、凝縮器６が収め
られている。外部の接続配管としては、蒸発器２の加熱
熱源および発生器５の駆動熱源として温排水10が流入流
出するようにされ、凝縮器６の吸熱熱源として冷却水11
が流入流出するようにされ、高温水または蒸気12を吸収
器３から取出すように温水が流入流出するようにされて
いる。

発生器５と吸収器３の間に効率をよくするための熱交換
器７が設けられ、さらに発生器５に吸収液ポンプ８が付
設され、凝縮器６に冷媒ポンプ９が付設され、蒸発器２
内の液化冷媒を伝熱管上に強制的に滴下させるため冷媒
再循環ポンプ13とその接続配管が付設されている。この
冷媒ポンプ９および冷媒再循環ポンプ13はポンプのキャ
ビテーション等を防止するため液面リレー等によるポン
プの保護装置を有することは云うまでもない。発生器
（５）内の濃溶液の温度を検出するために発生器（５）
に結晶防止用測温抵抗体等の温度検出器（15）が挿入さ
れ、凝縮器（６）内の冷媒液の温度を検出するために凝
縮器（６）には結晶防止用測温抵抗体等の温度検出器
（16）が挿入されており、蒸発器（２）と発生器（５）
とを接続する配管の途中に結晶防止用電磁弁（17）が介
装され、発生器（５）内の濃溶液の温度と凝縮器（６）
内の冷媒液の温度との温度差が予め定められた設定値を
越すと電磁弁（17）が作動して流路が開かれるようにな
っている。

この吸収式ヒートポンプのヒートポンプサイクルについ
て説明する。下胴（４）で発生した冷媒蒸気は凝縮器
（６）において凝縮されて液冷媒となり、冷媒ポンプ
（９）により蒸発器（２）へ送られる。次に吸収液は発
生器（５）において温排水（10）により加熱され濃液と
なって吸収液ポンプ（８）により吸収器（３）へ送られ
る。吸収器（３）では蒸発器（２）から流入する冷媒ガ
スを吸収し、このときに生じる吸収熱により吸収器
（３）内を流れる温水（12）を加熱する。冷媒を吸収し
て濃度の下った吸収液は発生器（５）に戻り再び加熱さ
れ、上述のサイクルを繰返し、加熱運転が継続される。

而して、このサイクルの間、二つの結晶防止用測温抵抗
体（15），（16）によって検出された発生器（５）内の
濃溶液と凝縮器（６）内の冷媒液との温度差が予め定め
られた温度差の設定値、即ち、第３図に示されたT_C−T_G
の関係から得られる値を越えると、結晶防止用電磁弁
（17）が作動して流路が開かれ、蒸発器（２）内の冷媒
が発生器（５）内の吸収液に混入され吸収液濃度が低く
抑えられるようになり、吸収液の結晶が防止される。

（ト） 発明の効果 このように、本発明の吸収式ヒートポンプの結晶防止法
は、凝縮器および発生器に測温抵抗体等の温度検出器を
それぞれ設け、蒸発器と発生器とを接続する配管の途中
に電磁弁を設け、凝縮器の冷媒液と発生器の濃溶液との
温度差が予め定められた設定値を越えたとき前記電磁弁
を開き、蒸発器内の冷媒を発生器内の吸収液に混入させ
て吸収液濃度を低く抑えるようにしたので、吸収液の結
晶を防止しつつ吸収式ヒートポンプを高温度領域内で効
率良く運転することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収式ヒートポンプの基本構成を示す説明図、
第２図は第１図のヒートポンプの作動を説明するデュー
リング線図、第３図は結晶領域と運転領域との境界線の
一例を示すT_C−T_G線図、第４図は本発明による吸収ヒー
トポンプの一例を示す説明図である。 １〜上胴、２〜蒸発器、３〜吸収器、４〜下胴、５〜発
生器、６〜凝縮器、15、16〜温度検出器、17〜電磁弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 順三 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (72)発明者 諸田 日出夫 群馬県邑楽郡大泉町大字坂田180番地 東 京三洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭53−13249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−146965（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−157971（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上胴内に収められた蒸発器および吸収器
   と、下胴内に収められた発生器および凝縮器とを有し、
   これら蒸発器および発生器を加熱するのに温排水を、凝
   縮器を冷却するのに冷却水を用いてヒートポンプサイク
   ルを作動させ、前記吸収器から高温水或いは水蒸気がと
   り出せるようにした吸収式ヒートポンプの結晶防止方法
   において、凝縮器に設けられて凝縮器の冷媒液の温度を
   検出する測温抵抗体等の温度検出器と、発生器に設けら
   れて発生器の濃溶液の温度を検出する測温抵抗体等の温
   度検出器と、前記蒸発器と発生器とを接続する配管の途
   中に設けられた電磁弁を備え、凝縮器の冷媒液と発生器
   の濃溶液との温度差が予め定められた設定値を越えたと
   き前記電磁弁を開き、蒸発器内の冷媒を発生器内の吸収
   液に混入することを特徴とした吸収式ヒートポンプの結
   晶防止方法。