JPH1030859A - 吸収式ヒートポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精留器を備えた吸収式ヒートポンプにおい
て、吸収液流量、蒸気流量がが変化しても、安定した気
液の接触面積を精留器に確保して精留効果を維持する。 【解決手段】 再生器ユニット３１に内装された精留器
４１の気液接触部の液体流下面を、軸線を上下方向にし
て配置された円筒状の金網板４１Ｅ，４１Ｆで構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水−アンモニアを
作動媒体とした吸収式ヒートポンプに係り、特に、発生
したアンモニア蒸気に含まれる水分を除去し、冷媒の濃
度を高めるために用いる精留器の効率向上に配慮した吸
収式ヒートポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に、一般的な水−アンモニアを作動
媒体（吸収液）とした吸収式ヒートポンプの構成を示
す。図示の吸収式ヒートポンプは、吸収液（強溶液）を
冷媒蒸気と弱溶液に分離する再生器ユニット３１と、該
再生ユニット３１で分離された冷媒蒸気を凝縮液化する
凝縮器３２と、該凝縮器３２で生成された液冷媒４６を
冷媒熱交換器３３と膨張弁３４を介して導入し、熱媒体
との熱交換により蒸発させる蒸発器３５と、該蒸発器３
５で蒸発した冷媒蒸気を前記冷媒熱交換器３３を介して
導入し弱溶液に吸収させる吸収ユニット３６と、を含ん
で構成されている。

【０００３】吸収式ヒートポンプの再生器ユニット３１
は、上方から順に配置された分縮器４２、精留器４１、
弱溶液熱交換器４０及び再生入熱器３９と、それらを内
装した再生器ユニット容器３８とを含んで構成され、弱
溶液熱交換器４０の下端入り口は再生器ユニット容器３
８の底部に接続されている。また、前記凝縮器３２は冷
却流体流路をなす熱交換器４５を管側流路、冷媒流路を
胴側流路とする管胴型で、再生器ユニット容器３８の上
端部は、前記凝縮器３２の胴側流路の上端部に接続され
ている。

【０００４】吸収ユニット３６は、上方から順に配置さ
れた吸収液散布装置５１、吸収熱回収熱交換部５２及び
吸収熱放熱部５３と、それらを内装した吸収ユニット容
器５０と、を含んで構成され、吸収ユニット容器５０底
部は溶液循環ポンプ３７を介して分縮器４２の上端（入
側）に接続されている。溶液循環ポンプ３７の出側は分
縮器４２の上端（入側）に、溶液循環ポンプ３７の吸い
込み側は吸収ユニット容器５０底部に、それぞれ接続さ
れている。また、吸収熱回収熱交換部５２の上端（出
側）は再生器ユニット容器３８の精留器４１の中段位置
に接続され、吸収熱回収熱交換部５２の下端（入り側）
は、分縮器４２の下端（出側）に接続されている。さら
に、前記再生器ユニット３１の弱溶液熱交換器４０の上
端（出側）には減圧弁５７が接続され、減圧弁５７の出
側は吸収液散布装置５１に接続されている。

【０００５】蒸発器３５は、熱媒体流路をなす熱交換器
４８を管側流路、冷媒流路を胴側流路とする管胴型で、
前記凝縮器３２の胴側流路の下端（出側）は、冷媒熱交
換器３３の加熱流体流路及び膨張弁３４を介して蒸発器
３５の胴側流路頂部に内装された冷媒散布装置４７に接
続されている。また、蒸発器３５の胴側流路は冷媒熱交
換器３３の被加熱流体流路を介して吸収ユニット容器５
０の下部に接続されている。

【０００６】再生器ユニット３１は、溶液循環ポンプ３
７から分縮器４２、吸収熱回収熱交換部５２を経て供給
される冷媒濃度の高い吸収液（強溶液）５５を、冷媒蒸
気と弱溶液（冷媒濃度の低い溶液）に分離し、冷媒蒸気
４４を凝縮器３２の胴側流路に、弱溶液を自身が内装し
た弱溶液熱交換器４０に、それぞれ送り出す。

【０００７】凝縮器３２は再生器ユニット３１から胴側
流路内に送りこまれた冷媒蒸気を、管側流路（熱交換器
４５）に通流される熱媒体で冷却凝縮して液冷媒とす
る。生成された液冷媒は冷媒熱交換器３３の加熱流体流
路及び膨張弁３４を通って蒸発器３５に内装された冷媒
散布装置４７に導かれ、熱交換器４８の伝熱壁外表面に
滴下される。熱交換器４８の伝熱壁外表面に滴下された
液冷媒は、熱交換器４８内を流れる熱媒体の熱を奪って
蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、冷媒熱交換器３３の被
加熱流体流路を経て吸収ユニット容器５０の底部に導入
される。

【０００８】吸収ユニット容器５０の底部に溜った吸収
液（強溶液）４３ａは溶液循環ポンプ３７により昇圧さ
れ、再生器ユニット３１の分縮器４２を通って昇温さ
れ、さらに吸収ユニット３６の吸収熱回収熱交換部５２
の下部入口からその熱交換流路内に導入される。吸収熱
回収熱交換部５２を通った吸収液（強溶液）５５は、再
生器ユニット３１の精留器４１の中段に導入される。再
生器ユニット３１の精留器４１の中段に導入された吸収
液（強溶液）は、再生器ユニット３１の再生処理によ
り、冷媒蒸気と弱溶液に分離される。分離されて再生器
ユニット容器３８の底部に溜った弱溶液は、弱溶液熱交
換器４０と減圧弁５７を経て吸収ユニット３６の頭頂部
に設けられた吸収液散布装置５１に供給される。

【０００９】このように構成された装置の動作につい
て、以下に説明する。吸収ユニット容器５０の頭頂部に
導入された吸収液（弱溶液）は、吸収液散布装置５１に
より容器内部（胴側）に散布される。散布された吸収液
は、吸収熱回収熱交換部５２の伝熱壁の外表面を伝って
流れ落ち、あるいは空間を落下する。その過程で、吸収
液は吸収放熱部５３を通過してきた冷媒蒸気と接触して
これを吸収し、これにより吸収液の冷媒濃度が徐々に高
められる。冷媒蒸気の吸収により発生する吸収熱は、吸
収熱回収熱交換部５２の内部を流れる吸収液（強溶液）
に取り込まれ、再生作用に必要な熱の一部として利用さ
れる。

【００１０】吸収熱回収熱交換部５２の領域を通過した
吸収液は、吸収熱放熱部５３の伝熱壁の外表面を伝って
流れ落ち、あるいは空間を落下する。その過程で、吸収
液は吸収容器内に導入された冷媒蒸気と接触してこれを
吸収し、これにより吸収液の冷媒濃度が更に高められ
る。この時に発生する吸収熱は、吸収熱放熱部５３の熱
交換流路内を流れる熱媒体に取り込まれる。吸収熱放熱
部５３を通過した吸収液は低温でかつ冷媒濃度の高い吸
収液（強溶液）となって吸収ユニット容器５０の底部に
溜る。

【００１１】吸収ユニット容器５０の底部に溜った吸収
液（強溶液）は、溶液循環ポンプ３７によって昇圧さ
れ、分縮器４２の熱交換流路内に導入されて昇温された
後、上述した吸収熱回収熱交換部５２の下部入口から吸
収熱回収熱交換部５２の熱交換流路に導入される。熱交
換流路に導入された吸収液（強溶液）は上部に向かって
流れ、上部出口に近づくにつれて上述した吸収熱により
加熱されて昇温し、飽和温度に達すると沸騰を開始し、
さらに温度を上げながら冷媒濃度を低下させていく。

【００１２】吸収熱回収熱交換部５２において沸騰によ
り気液二相流となった吸収液は、吸収熱回収熱交換部５
２の上部出口から再生器ユニット３１の精留器４１に送
られる。精留器４１に導入された二相流の吸収液は、蒸
気（アンモニア蒸気と水蒸気の混合体）と吸収液に分離
される。蒸気は精留器４１の濃縮段４１ｂを上昇する過
程で冷媒濃度を高め、分縮器４２において低温の吸収液
（強溶液）との熱交換を行って更に水分が凝縮除去され
て冷媒蒸気の純度が高められたのち、凝縮器３２に供給
される。再生器ユニット３１の最上部においては、分縮
器４２により一部の冷媒蒸気が凝縮されて精留器４１に
流下し、そこで上昇してくる蒸気と接触し蒸気の冷媒純
度を高めるという働きをする。

【００１３】一方、分離された吸収液は、精留器４１の
回収段４１ａを下降する過程で、下方から上昇してくる
蒸気と接触して冷媒濃度が減少し、弱溶液熱交換器４０
の外表面、再生入熱器３９の外表面を通過すると冷媒濃
度の低い吸収液（弱溶液）となって再生器ユニット容器
３８の底部に集まる。再生器ユニット容器３８の底部に
集まった吸収液（弱溶液）は、前述したように弱溶液熱
交換器４０の内部流路、減圧弁５７を経て吸収ユニット
３６の頭頂部の吸収液散布装置５１に供給される。再生
器ユニット容器３８の底部に集まった吸収液（弱溶液）
はまた、再生入熱器３９により加熱されて蒸気（アンモ
ニア蒸気と水蒸気の混合体）を発生させ、この蒸気は精
留器４１の回収段４１ａを上昇する過程で流下する吸収
液と接触して冷媒濃度を高める。

【００１４】このようにして吸収工程と再生工程が繰返
し行われ、その過程で蒸発器３５または吸収放熱部５３
から系外に冷熱または温熱が取り出される。

【００１５】効率の高いＧＡＸサイクルでは、上述のよ
うに、吸収熱回収熱交換部５２において吸収熱回収熱交
換部５２内を流れるアンモニア濃度の高い吸収液を沸騰
させ、熱回収を行っている。この場合、再生器での最高
温度が高く、精留操作に掛かる負荷が大きくなってく
る。

【００１６】一般的な精留器の構造としては、図６に示
す棚段構造のものや、ラシヒリング等の充填材を挿入し
たものが用いられる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、棚段に
おいては吸収液と蒸気の流量の組合せの最適値の範囲が
狭く、容量制御などによって流量が変化した場合に精留
作用が不十分になる等の問題があった。また、それを解
決するために、特開平５−２８０８３０号公報記載のも
のでは、棚段に流量調整機能を持たせた構成にしてあ
る。しかしこれらの付加機能は装置を複雑なものしてし
まう。

【００１８】一方、ラシヒリング等の充填材を挿入した
ものは構成が簡単であるため、精留操作にはよく用いら
れるが、これも液流量が少なくなった場合、液の分散が
不十分となり気液の接触が悪くなるという問題を抱えて
いた。

【００１９】本発明の目的は、吸収式ヒートポンプの吸
収液流量、蒸気流量がが変化しても、安定した気液の接
触面積を確保して精留効果を維持するにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、冷媒と吸収剤とを混合した吸収液から発
生させた蒸気を精留して冷媒成分を濃縮する精留器部を
有する再生器ユニットと、前記濃縮冷媒蒸気を凝縮させ
る凝縮器と、該凝縮器で凝縮させた液冷媒を蒸発させる
蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収
する吸収器ユニットと、を含んで構成された吸収式ヒー
トポンプにおいて、前記精留器を、その気液接触部の液
体流下面として、上下方向に沿って配置された網目面を
有して構成したことを特徴とする。

【００２１】下方から上昇して来る蒸気と気液接触して
蒸気を精留する液体は、網目面に沿って流下しつつ網目
面の毛細管効果によって網目面全体に広がり、網目面の
両側を気液接触面として精留作用を行う。液体流量が低
下しても毛細管効果によって網目面全体に広がり、網目
面の両側が気液接触面になるので、ひろい気液接触面積
を確保できる。

【００２２】網目面を構成する材料は、金属だけでな
く、プラスチック、セラミックなどを用いてもよい。ま
た、網目面を、金属、プラスチック、セラミックのうち
のいずれかで構成された網の複数の組合せで形成しても
よい。網目面を金網で形成する場合、平織金網や畳織金
網など比較的目の詰まったものが、毛細管効果を生じや
すい。

【００２３】網目面は筒状に形成してもよいし、平板状
に形成してもよい。筒状にした場合は、筒の半径を変
え、複数の筒を同心状に配置するのが望ましく、平板状
に形成した場合は、平行に複数枚配置するのがよい。

【００２４】網目面を筒状に形成した場合も平板状に形
成した場合も、網目面の上端を液体を一時貯溜する皿状
の液分配装置底面の開口に挿入固定し、液分配装置に一
時貯溜された液体が該開口を経て網目面に流下するよう
に構成するのがよい。このように構成することで、液分
配装置に一時貯溜された液体が網目面全体に広がりやす
くなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。図１に、本発明を適用した吸収式ヒー
トポンプの構成を示す。図示のヒートポンプが前記図６
に示したヒートポンプと異なるのは、再生器ユニット３
１に内装された精留器４１の構成のみであるので、他の
構成については図６と同一の符号を付し、説明を省略す
る。

【００２６】精留器４１は、分縮器４２の下に配置され
た液分散装置４１Ｄと、吸収ユニット３６から吸収液
（強溶液）５５が供給される位置に配置された同じく皿
状の液分散装置４１Ｃと、円筒状に形成され液分散装置
４１Ｄの下方に軸線を上下方向にして同心状に配置され
た金網板４１Ｆと、同じく円筒状に形成され液分散装置
４１Ｃの下方に軸線を上下方向にして同心状に配置され
た金網板４１Ｅと、を含んで構成されている。液分散装
置４１Ｄと金網板４１Ｆが濃縮部４１ｂを、液分散装置
４１Ｃと金網板４１Ｅが回収部４１ａを、それぞれ構成
している。

【００２７】金網は図２に示す平織金網を用いてある
が、畳織金網等比較的目の詰まったものであればよい。
これらの金網を複数枚重ね合わせ、圧着または焼結によ
って密着させ金網板とした。これを半径の異なる複数の
円筒に加工した後、所定の長さに切断し、同心状に配置
して液分散装置の下面に結合した。

【００２８】図１においては、液分散装置４１Ｄと金網
板４１Ｆ、液分散装置４１Ｃと金網板４１Ｅが、切り離
された形で示されているが、これは金網板４１Ｆ、４１
Ｅの形状を判り易くするために、切り離した形で描いた
ものであり、実際は接続されている。液分散装置と金網
板の接続部の状態を図３に示す。金網板の上部には切欠
き加工がされており、その突出部が液分散装置の底面に
形成された溝状の開口に挿入固定されている。また、図
１、３には示されていないが、液分散装置の底面には、
図４に示すように、底面を貫通する複数の短管４９が装
着されており、蒸気の上下方向の流路をなしている。

【００２９】上記構成の再生器ユニット３１において、
分縮器４２の外面で凝縮した液体はそこから滴下して分
縮器４２の下方に配置された液分散装置４１Ｄに集ま
る。液分散装置４１Ｄに集まった液体は、液分散装置４
１Ｄの底面の開口に挿入された金網板４１Ｆに滲みこ
み、金網板４１Ｆ全体に広がって下降していく。金網板
４１Ｆは金網を数枚重ね合わされ、互いに密着されるこ
とで毛細管効果が顕著になり、吸収液は金網板４１Ｆに
吸い込まれるように浸透していく。蒸気は金網板と金網
板の間、金網板と再生器ユニット容器３８内周面の間を
上昇し、金網板４１Ｆを下降している吸収液と接触して
精留作用を受け、アンモニア濃度を高めていく。濃縮部
４１ｂを通過した吸収液は回収部４１ａの液分散装置４
１Ｃに集められる。液分散装置４１Ｃに集められた吸収
液は、吸収熱回収熱交換部５２を通過し熱回収して温度
が上昇した吸収液（強溶液）と混合される。混合された
吸収液は、同様に、液分散装置４１Ｃから回収部４１ａ
の金網板４１Ｅに浸透し、金網板４１Ｅに沿って下降し
ていく。この下降過程で、下降する吸収液は再生入熱器
３９での加熱により発生する蒸気と接触し、アンモニア
を放出して自身のアンモニア濃度を低下させていく。

【００３０】上述のように、精留器の吸収液流路（流下
面）に金網板を使うので、吸収液は毛細管効果により金
網板に浸透して広がりながら下降するから、金網板の両
面とも吸収液で濡れた状態となり、吸収液の流量が少な
くなっても、気液の接触面積を流量の減少の割合に比べ
大きい値に維持できる。したがって、流下する吸収液の
流量、上昇する蒸気の量が変化しても、一定の気液接触
面積を維持できる流量範囲が広くなり、安定した精留効
果が得られる。

【００３１】なお、上記実施例では金網板は円筒状とし
たが、円筒状でなくて平板状にして複数枚を平行に吊り
下げるように設置してもよく、また、金網板間の間隔
（ピッチ）も吸収液、蒸気の計画流量に応じて自由に設
定してよい。

【００３２】また、金網の代わりにプラスチック、セラ
ミックなどを用いて、毛細管効果を発揮する網目を形成
したもので網目面を構成してもよいし、それら異なる材
料で形成された網を組み合わせて吸収液の流下面を構成
してもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、精留器で流下しつつ気
液接触して精留作用を行う吸収液の流下面を毛細管効果
を有する網目面で構成したので、吸収液の流量変動があ
っても気液接触面積の変動をすくなくすることができ、
精留作用を安定に維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の全体構成を示す系統図であ
る。

【図２】図１に示す実施例の部分の詳細を示す平面図で
ある。

【図３】図１に示す実施例の部分の詳細を示す斜視図で
ある。

【図４】図１に示す実施例の部分の詳細を示す平面図で
ある。

【図５】従来技術の例を示す斜視図である。

【図６】従来技術の例を示す系統図である。

【符号の説明】

３１ 再生器ユニット ３２ 凝縮器 ３３ 冷媒熱交換器 ３４ 膨張弁 ３５ 蒸発器 ３６ 吸収ユ
ニット ３７ 溶液循環ポンプ ３８ 再生器
ユニット容器 ３９ 再生入熱器 ４０ 弱溶液
熱交換器 ４１ 精留器 ４１ａ 精留
器の回収段 ４１ｂ 精留器の濃縮段 ４１Ｃ 回収
段の液分散装置 ４１Ｄ 濃縮段の液分散装置 ４１Ｅ 回収
段の金網板 ４１Ｆ 濃縮段の金網板 ４２ 分縮器 ４３ａ 吸収液（強溶液） ４４ 冷媒蒸
気 ４５ 熱交換器 ４６ 液冷媒 ４７ 冷媒散布装置 ４８ 熱交換
器 ４９ 短管 ５０ 吸収ユ
ニット容器 ５１ 吸収液散布装置 ５２ 吸収熱
回収熱交換部 ５３ 吸収放熱部 ５５ 吸収液
（強溶液） ５７ 減圧弁

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒と吸収剤とを混合した吸収液から発
   生させた吸収液蒸気を精留して冷媒成分を濃縮する精留
   器部を有する再生器ユニットと、前記濃縮冷媒蒸気を凝
   縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮させた液冷媒を蒸発
   させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液
   に吸収する吸収器ユニットと、を含んで構成された吸収
   式ヒートポンプにおいて、前記精留器が、その気液接触
   部の液体流下面として、上下方向に沿って配置された網
   目面を有してなることを特徴とする吸収式ヒートポン
   プ。
2. 【請求項２】 網目面が、金属、プラスチック、セラミ
   ックのうちのいずれかで構成された網からなることを特
   徴とする請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ。
3. 【請求項３】 網目面が、金属、プラスチック、セラミ
   ックのうちのいずれかで構成された網の組合せからなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式ヒートポン
   プ。
4. 【請求項４】 網目面が、金属、プラスチック、セラミ
   ックのうちのいずれか二つ以上で構成された網からなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式ヒートポン
   プ。
5. 【請求項５】 網目面が、金属、プラスチック、セラミ
   ックのうちのいずれか二つ以上で構成された網の組合せ
   からなることを特徴とする請求項１に記載の吸収式ヒー
   トポンプ。
6. 【請求項６】 網目面が筒状に形成されていることを特
   徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸収式ヒー
   トポンプ。
7. 【請求項７】 網目面が平板状に形成されていることを
   特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の吸収式ヒ
   ートポンプ。
8. 【請求項８】 筒状に形成されている網目面の上端が液
   体を一時貯溜する皿状の液分配装置底面の開口に挿入固
   定され、液分配装置に一時貯溜された液体が該開口を経
   て網目面に流下するように構成されていることを特徴と
   する請求項６に記載の吸収式ヒートポンプ。
9. 【請求項９】 平板状に形成されている網目面の上端が
   液体を一時貯溜する皿状の液分配装置底面の開口に挿入
   固定され、液分配装置に一時貯溜された液体が該開口を
   経て網目面に流下するように構成されていることを特徴
   とする請求項７に記載の吸収式ヒートポンプ。