| 【発明の名称】 |
吸収ヒートポンプおよびその制御方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】山崎 志奥
【氏名】古川 雅裕
【氏名】伊良階 数恭
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| 【要約】 |
【課題】排熱を利用して高温流体と低温流体が得られるようにする。
【解決手段】排熱が供給されて吸収液から冷媒を蒸発分離する再生器１と、再生器１で生成した冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器２と、凝縮器２から供給された冷媒液を排熱によって加熱して蒸発させる第１蒸発器３と、１蒸発器３で蒸発した冷媒蒸気を再生器１から供給される吸収液に吸収させる第１吸収器４と、凝縮器２から供給された冷媒液が伝熱管１５Ａを流れる水から熱を奪って蒸発する第2蒸発器５と、第１吸収器４から再生器１に戻されている吸収液の一部が供給されて第２蒸発器５で蒸発した冷媒蒸気を吸収して再生器１に戻す第２吸収器６とを備えて、温水管１４から温水を供給し、冷水管１５から冷水を供給するものであり、温度センサＳ１が検出する冷水温度に基づいて、第２吸収器６に供給する冷却水の量、第2蒸発器５で散布する冷媒液の量などを制御するようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 並設された再生器から供給される冷媒蒸気を冷却水によって冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を熱源流体が保有する熱によって加熱して冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器から供給される冷媒液が被冷却流体から熱を奪って冷却し、冷媒が蒸発する第２蒸発器と、前記第1蒸発器に並設されて第１蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液に吸収させて前記再生器に戻すと共に、内部に被加熱流体が通される第１吸収器と、前記第２蒸発器に並設されて第２蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記第１吸収器から冷媒を吸収して前記再生器に戻されている吸収液の一部または前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液の一部に吸収させると共に、内部に冷却水が通される第２吸収器とを備えたことを特徴とする吸収ヒートポンプ。
【請求項２】 請求項１記載の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２吸収器に供給する冷却水の流量が制御されることを特徴とする吸収ヒートポンプの制御方法。
【請求項３】 請求項１記載の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２蒸発器における冷媒液の散布量が制御されることを特徴とする吸収ヒートポンプの制御方法。
【請求項４】 請求項１記載の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２吸収器に供給する吸収液の流量が制御されることを特徴とする吸収ヒートポンプの制御方法。
【請求項５】 請求項１記載の吸収ヒートポンプにおいて、凝縮器から第２蒸発器へ供給する冷媒液の量が、第２蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて制御されることを特徴とする吸収ヒートポンプの制御方法。
【請求項６】 凝縮器から第２蒸発器へ供給する冷媒液の量が、凝縮器と第２蒸発器とを接続する冷媒液管に設けられたポンプの回転数制御または起動／停止制御によって制御されることを特徴とする請求項５記載の吸収ヒートポンプの制御方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して温度がそれより高い流体、例えば高温蒸気を発生させると共に、化学工業プラントなどで使用する冷却水の温度が夏季には上昇して使用できなくなるので、低温の冷却水を提供することができる吸収ヒートポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して、温度がそれより高い高温の蒸気を発生させる吸収ヒートポンプ装置と、冷却水として使用可能な所定の低温水を発生させる吸収式冷凍機とを別個に設置して対応していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高温蒸気を発生させる吸収ヒートポンプ装置と、所定の低温水を発生させる吸収式冷凍機とを別個に設置するのは、設備の設置スペースが大きくなる。また、配管、設置機器が重複するので、システム全体としてコスト増を招くと云った問題点があり、設備の小型化とコストの削減を図る必要があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の課題を解決するためになされたもので、並設された再生器から供給される冷媒蒸気を冷却水によって冷却して凝縮させる凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を熱源流体が保有する熱によって加熱して冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、前記凝縮器から供給される冷媒液が被冷却流体から熱を奪って冷却し、冷媒が蒸発する第２蒸発器と、前記第1蒸発器に並設されて第１蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液に吸収させて前記再生器に戻すと共に、内部に被加熱流体が通される第１吸収器と、前記第２蒸発器に並設されて第２蒸発器から供給される冷媒蒸気を前記第１吸収器から冷媒を吸収して前記再生器に戻されている吸収液の一部または前記再生器から冷媒を蒸発分離して供給される吸収液の一部に吸収させると共に、内部に冷却水が通される第２吸収器とを備えるようにした吸収ヒートポンプと、【０００５】前記構成の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２吸収器に供給する冷却水の流量を制御するようにした第１の制御方法と、【０００６】前記構成の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２蒸発器における冷媒液の散布量を制御するようにした第２の制御方法と、【０００７】前記構成の吸収ヒートポンプにおいて、冷媒の蒸発によって冷却されて第２蒸発器から取り出された被冷却流体の温度に基づいて、第２吸収器に供給する吸収液の流量を制御するようにした第３の制御方法と、【０００８】前記構成の吸収ヒートポンプにおいて、凝縮器から第２蒸発器へ供給する冷媒液の量を第２蒸発器内の冷媒液の液面に基づいて制御するようにした第４の制御方法と、【０００９】前記第４の制御方法において、凝縮器から第２蒸発器へ供給する冷媒液の量を、凝縮器と第２蒸発器とを接続する冷媒液管に設けたポンプの回転数制御または起動／停止制御によって制御するようにした第５の制御方法と、を提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】〔第１の実施形態〕図１と図２に基づいて本発明の第１の実施形態を説明する。図中１は再生器、２は凝縮器、３は第1蒸発器、４は第１吸収器、５は第２蒸発器、６は第２吸収器、７は高温熱交換器、８は低温熱交換器、Ｐ１〜Ｐ３は冷媒ポンプ、Ｐ４とＰ５は吸収液ポンプ、Ｖ１は流量制御弁、１１と１２は排熱供給管、１３は冷却水管、１４は温水管、１５は冷水管、１Ａ、３Ａ、４Ａ、５Ａ、６Ａは散布装置、１１Ａ〜１５Ａと１３Ｂは伝熱管、Ｓ１は温度センサであり、それぞれ図に示したように設置されている。
【００１１】すなわち、再生器１の内部には伝熱管１１Ａが備えられ、散布装置１Ａからこの伝熱管１１Ａの上に散布される吸収液を図示しない化学プラントなどから排熱供給管１１を介して供給される、例えば８０〜９０℃程度の高温の蒸気または温水によって加熱して冷媒を蒸発分離し、この分離した冷媒蒸気が凝縮器２に入り、冷却水管１３を介して伝熱管１３Ｂに供給される冷却水に放熱して凝縮する。
【００１２】凝縮器２で凝縮した冷媒液は、冷媒ポンプＰ１によって第１蒸発器３と第２蒸発器５とに供給される。第１蒸発器３に供給された冷媒液は冷媒ポンプＰ２によって散布装置３Ａから伝熱管１２Ａの上に散布され、図示しない化学プラントなどから排熱供給管１２を介して伝熱管１２Ａに供給される８０〜９０℃程度の高温の蒸気または温水によって加熱されて蒸発し、第１吸収器４に供給され、冷媒を蒸発分離した再生器１から吸収液ポンプＰ４により供給されて散布装置４Ａから伝熱管１４Ａの上に散布される吸収液に吸収され、再生器１に戻される。
【００１３】なお、冷媒を蒸発分離して再生器１から第１吸収器４に供給される吸収液と、冷媒蒸気を吸収して第１吸収器４から再生器１に戻される吸収液とは、高温熱交換器７で熱交換し、再生器１から第１吸収器４に供給される吸収液は温度を下げ、第１吸収器４から再生器１に戻される吸収液は温度を上げる。
【００１４】そして、第１蒸発器で加熱生成された冷媒蒸気の保有熱と、吸収液が冷媒を吸収する際に発生する反応熱によって、伝熱管１４Ａの内部を流れる水が１２０〜１５０℃程度に加熱され、温水管１４を介して所要の熱負荷に供給される。
【００１５】一方、凝縮器２から冷媒ポンプＰ１によって第２蒸発器５に供給された冷媒液は、冷媒ポンプＰ３によって散布装置５Ａから伝熱管１５Ａの上に散布され、冷水管１５を介して供給される水から熱を奪い、その温度を化学プラントなどの冷却水として使用可能な温度、例えば２０℃に下げる。
【００１６】そして、第２蒸発器５で伝熱管１５Ａの内部を流れる水から熱を奪って蒸発した冷媒は第２吸収器６に供給され、低温熱交換器８を通って散布装置６Ａから伝熱管１３Ａの上に散布されている吸収液、すなわち第１吸収器４から高温熱交換器７を通って再生器１に戻されている一部の吸収液に吸収される。
【００１７】第２吸収器６で冷媒を吸収した吸収液は、吸収液ポンプＰ５によって再生器１に戻される。この場合も、冷媒蒸気を吸収して第１吸収器４から第２吸収器６に供給される吸収液と、冷媒蒸気をさらに吸収して第２吸収器６から再生器１に戻される吸収液とは、低温熱交換器８で熱交換し、第２吸収器６に供給される吸収液は温度を下げ、第２吸収器６から再生器１に戻される吸収液は温度を上げる。
【００１８】なお、冷却水管１３から第２吸収器６内部の伝熱管１３Ａに供給される冷却水の流量は、伝熱管１５Ａで冷却されて冷水管１５に流れ出た冷水の温度が所定の設定温度、例えば２０℃になるように流量制御弁Ｖ１によって適宜制御される。
【００１９】すなわち、伝熱管１３Ａを流れる冷却水の流量が多いほど、散布装置６Ａから伝熱管１３Ａの上に散布された吸収液は冷却されて冷媒に対する吸収作用が強まり、第２吸収器６と第２蒸発器５の内部にある冷媒蒸気は減少し、その圧力は下がって第２蒸発器５における冷媒の蒸発量が増加し、伝熱管１５Ａを通る水はより強力に冷却されるので、【００２０】例えば図２に示したように伝熱管１５Ａで冷却されて冷水管１５に流れ出ている冷水の温度、すなわち温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃のときには流量制御弁Ｖ１の開度を所定の開度にセットし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より高いほど流量制御弁Ｖ１の開度を大きくして伝熱管１３Ａに流れる冷却水の流量を多くし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より低いほど流量制御弁Ｖ１の開度を小さくして伝熱管１３Ａに流れる冷却水の流量を制限し、第２蒸発器５の伝熱管１５Ａで冷却して冷水管１５に供給する冷水の温度を所定の２０℃にする。
【００２１】〔第２の実施形態〕温度センサＳ１が検出する冷水の温度に基づいて流量制御弁Ｖ１の開度を制御する代わりに、流量制御弁Ｖ２を破線で示した位置に設置し、この流量制御弁Ｖ２の開度を前記図２と同様に、すなわち温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃のときには流量制御弁Ｖ２の開度を所定の開度にセットし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より高いほど流量制御弁Ｖ２の開度を大きくして散布装置５Ａから伝熱管１５Ａの上に散布する冷媒液の量を増やし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より低いほど流量制御弁Ｖ２の開度を小さくして散布装置５Ａから伝熱管１５Ａの上に散布する冷媒液の量を減らし、第２蒸発器５で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管１５Ａで冷却して冷水管１５に供給する冷水の温度を所定の２０℃にすることもできる。
【００２２】〔第３の実施形態〕また、上記第２の実施形態は、温度センサＳ１が検出する冷水の温度に基づいて流量制御弁Ｖ２の開度を調節して散布装置５Ａから伝熱管１５Ａの上に散布する冷媒液の量を制御し、これにより第２蒸発器５で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管１５Ａで冷却して冷水管１５に供給する冷水の温度を所定の２０℃にするものであったが、温度センサＳ１が検出する冷水の温度に基づいて冷媒ポンプＰ３の回転数を制御して散布装置５Ａから伝熱管１５Ａの上に散布する冷媒液の量を制御し、これにより第２蒸発器５で蒸発する冷媒の量を制御して伝熱管１５Ａで冷却して冷水管１５に供給する冷水の温度を所定の２０℃にしても良い。
【００２３】〔第４の実施形態〕流量制御弁Ｖ３を破線で示した位置に設置し、この流量制御弁Ｖ３の開度を前記図２と同様に、すなわち温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃のときには流量制御弁Ｖ３の開度を所定の開度にセットし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より高いほど流量制御弁Ｖ３の開度を大きくして散布装置６Ａから伝熱管１３Ａの上に散布する吸収液の量を増やし、温度センサＳ１が検出する温度が所定の設定温度２０℃より低いほど流量制御弁Ｖ３の開度を小さくして散布装置６Ａから伝熱管１３Ａの上に散布する吸収液の量を減らし、このようにして冷媒に対する吸収作用の大きさを制御することで第２蒸発器５で蒸発する冷媒の量を制御し、伝熱管１５Ａで冷却して冷水管１５に供給する冷水の温度を所定の２０℃にすることもできる。
【００２４】〔第５の実施形態〕流量制御弁Ｖ４と、第２蒸発器５の冷媒液溜りに溜まっている冷媒液の液面を検出する液面センサＳ２とを破線で示した位置に設置し、流量制御弁Ｖ４の開度を液面センサＳ２が検出する液面レベルに基づいて、例えば図３に示したよう制御しても良い。
【００２５】すなわち、液面センサＳ２が検出する冷媒液の液面が所定の設定レベルにあるときには流量制御弁Ｖ４の開度を所定の開度にセットし、液面センサＳ２が検出する液面が所定の設定レベルより高いほど流量制御弁Ｖ４の開度を大きくして凝縮器２から第２蒸発器５に供給する冷媒液の量を増やし、液面センサＳ２が検出する液面が所定の設定レベルより低いほど流量制御弁Ｖ４の開度を小さくして凝縮器２から第２の蒸発器５に供給する冷媒液の量を減らし、このようにして第２蒸発器５に供給する冷媒液の量を制御することにより、第２蒸発器５には常時所定量の冷媒液が存在し、冷媒ポンプＰ３によって冷媒液が伝熱管１５Ａの上に確実に散布できるので、冷水管１５に供給する冷水が所定の２０℃に制御できる。
【００２６】〔第６の実施形態〕上記第５の実施形態は、液面センサＳ２が検出する冷媒の液面に基づいて流量制御弁Ｖ４の開度を調節して凝縮器２から第２蒸発器５に供給する冷媒液の量を制御するものであったが、凝縮器２から第１蒸発器３に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプと、凝縮器２から第２蒸発器５に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプを設置し、凝縮器２から第２蒸発器５に冷媒液を搬送するための冷媒ポンプの回転数を液面センサＳ２が検出する冷媒の液面に基づいて制御して、第２蒸発器５における冷媒液のレベルを調整するようにしても良い。
【００２７】上記のように凝縮器２から第１蒸発器３に冷媒液を送る冷媒ポンプと、凝縮器２から第２蒸発器５に冷媒液を送る冷媒ポンプを別々に設置すると、第２蒸発器５への冷媒液の供給を第１吸収器３への供給に優先して、冷水管１５による冷水供給を優先することが可能になるので、この冷水を化学プラントなどの冷却水に使用すれば、夏場も冷却水が不足すると云った不都合がなくなる。
【００２８】また、上記第５、第６の実施形態の制御は、液面センサＳ２が検出する冷媒液の液面に基づいて流量制御弁Ｖ４を単に開閉したり、別途設置する冷媒ポンプの起動／停止を制御して、第２蒸発器５における冷媒液の液面を所定のレベル範囲に抑えるようにしても良い。そして、この第５、第６の実施形態の制御は、前記第１〜第４の実施形態の制御と適宜組み合わせることができる。
【００２９】また、吸収ヒートポンプとしては、第１吸収器４で冷媒を吸収して再生器１に戻っている吸収液の一部ではなく、例えば図４に示したように再生器１で冷媒を蒸発分離した吸収液の一部が第２吸収器５に供給されるものであっても良い。そして、この図４に示したように吸収ヒートポンプ装置においても、前記した全ての制御が同様に有効である。
【００３０】
【発明の効果】本発明の吸収ヒートポンプによれば、化学工業プラントなどから出る排熱を利用して、温度がそれより高い温水や蒸気を発生することができると共に、季節を問わず２０℃程度の冷水が得られるので、化学工業プラントなどで使用する冷却水の確保が夏場でも容易になった。
【００３１】しかも、一組の再生器と凝縮器に、高温を得るための第１蒸発器と第１吸収器、低温を得るための第２蒸発器と第２吸収器から構成され、高温を得るための吸収ヒートポンプ装置と、低温を得るための吸収式冷凍機を別個に設置している従来技術に比較すると、配管、設置機器が重複することがないので、設置スペースの削減も図れるコンパクトで廉価な装置が実現できる。
【００３２】また、請求項２〜４の発明によれば、所定の温度に冷却した水などを確実に供給することができるし、請求項５と６の発明によれば、冷水などを得る第２蒸発器の冷媒液が不足することがないので、低温を確実に発生することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月３０日（１９９９．３．３０） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２８３５８８（Ｐ２０００−２８３５８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１０月１３日（２０００．１０．１３） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−８９２４０ |
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