(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器，溶液熱交換器，冷媒散布ポンプ，冷媒循環ポンプ，溶液循環ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、再生器と蒸発器には排熱源媒体を投入し、凝縮器には冷却水を通水して、吸収器から排熱温度以上の被加熱源媒体を取出す吸収式ヒートポンプにおいて、
一つの段の吸収器と蒸発器の両方もしくは吸収器を、複数のユニットに分割し、伝熱管によって構成される熱交換部を各ユニット内にそれぞれ収納し、前記各ユニットの伝熱管とヘッダとを圧力容器として構成すると共に、これらのユニットを上下に配置して上側ユニットで使用後の溶液や冷媒液を下側ユニットの散布液として使用できるように配管で接続したことを特徴とする吸収式ヒートポンプ。
【請求項２】
前記分割した各ユニットの外壁を円筒胴の形状とした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。
【請求項３】
前記分割した各ユニットのヘッダを円形構造とした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。
【請求項４】
前記蒸発器は、一つのユニットで構成され、
前記吸収器から取出す被加熱源媒体及び前記蒸発器に投入される排熱は下段側から流入して、上段側から流出するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸収式ヒートポンプ。
【請求項５】
前記吸収器と前記蒸発器とが同数のユニットに分割され、
前記吸収器と前記蒸発器とを構成する各ユニットのうち上下の順位が同じユニット同士は、それぞれ配管によって接続され、
前記吸収器から取出す被加熱源媒体は下段側から流入して、上段側から流出するように構成され、
前記蒸発器に投入される排熱は上下に配置したユニットの上段側から流入して、下段側から流出するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸収式ヒートポンプ。
【請求項６】
前記蒸発器出口側に接続された冷媒散布ポンプの出口配管を途中で分岐すると共に、一方は蒸発器の最上部の散布装置に接続して、他方はバルブを介して分割された下側の吸収器ユニットに接続した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。
【請求項７】
前記吸収器と凝縮器にエゼクタを利用した抽気装置を設けた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。
【請求項８】
吸収器に設けた第一の抽気装置は溶液循環ポンプ出口の濃溶液を駆動源としたエゼクタとして、エゼクタの吸引側は吸収器と接続し、エゼクタの出口側は吸収器と溶液熱交換器を接続する希溶液側の配管に接続すると共に、
凝縮器に設けた第二の抽気装置は冷却水と熱交換した後の吸収器出口の希溶液を駆動源としたエゼクタとして、エゼクタの吸引側は凝縮器と接続し、エゼクタの出口側は気液分離器と接続するとともに、気液分離器の液相部は再生器と接続して、気相部は貯気タンクと接続し、貯気タンクはバルブを介してアスピレーターの吸引側に接続し、アスピレーターの駆動側は凝縮器の冷却水配管にバルブを介して接続し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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排熱温度より高温の媒体を取出す吸収式ヒートポンプに係り、特に、耐圧を必要とする吸収器と蒸発器の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に吸収式ヒートポンプでは、特許文献１のように吸収器は外壁内に散布装置と熱交換部が配置された構成となっている。また、この種の吸収式ヒートポンプの吸収器では、外壁内に配置される熱交換部は複数本の伝熱管からなる管群で構成され、散布装置から散布される濃溶液が管群の上段から下段に向けて伝熱管の表面を濡らしながら流下して伝熱管内の被加熱源媒体と熱交換をするため、管群の長手方向の断面は矩形形状となっている。蒸発器も同様に外壁内に配置される熱交換部は複数本の伝熱管からなる管群で構成され、散布装置から散布される冷媒が管群の上段から下段に向けて伝熱管の表面を濡らしながら流下して伝熱管内の排熱源媒体と熱交換をするため、管群の長手方向の断面は矩形形状となっている。
【０００３】
また、例えばこの種の吸収式ヒートポンプでは、吸収器から取出す被加熱源媒体の温度と排熱源媒体の温度や冷却水の条件によっては吸収器や蒸発器内の圧力が大気圧を超えて使用されることが考えられる。また、蒸発器へ投入する排熱源媒体や吸収器から取出す被加熱源媒体の圧力が大気圧を超えて使用されることが考えられる。これらの場合、吸収器や蒸発器の外壁、蒸発器内の熱交換部の排熱源媒体側及び吸収器内の熱交換部の被加熱源媒体側については、労働安全衛生法が適用され、圧力容器構造規格に従って設計・製造し耐圧構造にする必要がある。圧力容器は、圧力（ＭＰａ）と容積（ｍ3）の積が０.０２以下であれば小型圧力容器に該当し、０.０２ を超えると第１種圧力容器に該当する。小型圧力容器と第１種圧力容器を比較すると、小型圧力容器の場合、例えば、運転資格が不要，製造許可が不要，定期自主検査が１回／年（第１種圧力容器の場合：１回／月）等のように規制が緩和される。
【０００４】
特許文献１について、吸収器や蒸発器の外壁を圧力構造規格に従い円筒胴とした場合、圧力が大気圧を超えると第１種圧力容器の範囲となることが考えられるが、非特許文献１によれば、内面に圧力を受ける円筒胴の外壁の板の最小厚さは数１で求めることができる。数１によれば、円筒胴の外壁の板の最小厚さは円筒胴の内径に比例して厚くなるので、コスト低減を図る上で円筒胴の内径をできるだけ小さくすることが有効な手段となる。また、蒸発器内の熱交換部の排熱源媒体側と吸収器内の熱交換部の被加熱源媒体側の場合は、それぞれの熱交換部が複数本の伝熱管で構成され、複数本の伝熱管内の容積と両側に配置されるヘッダ内の容積との合計が圧力容器構造規格の対象となる。例えば吸収器の場合、複数本の伝熱管内の容積と吸収器の両側に配置されるヘッダ内の容積の合計は、吸収器の外壁内の容積と比較するとかなり小さくなることから、小型圧力容器の範囲とすることができれば第１種圧力容器より規制が緩和される分コスト低減を図る上で有効な手段となる。
【０００５】
【数１】
0004644631.tif 000002
但し、ｔ：板の最小厚さ（mm）
Ｐ：最高使用圧力（kg／cm2）
Ｄｉ：腐食代を除いた円筒胴の内径（mm）
σa ：材料の許容引張応力（kg／mm2）
η：長手継手又は連続した穴がある場合における当該部分の最小効率
α：腐食代（mm）
【特許文献１】特許第２６４５８３５号公報（第４頁，図）
【非特許文献１】社団法人日本ボイラ協会、ボイラ・圧力容器構造規格の解説、1997、Ｐ３４５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、吸収器や蒸発器内の圧力が大気圧を超えて使用される場合に、吸収器や蒸発器の外壁を圧力容器構造規格に従って円筒胴とすると、吸収器や蒸発器内のそれぞれの熱交換部を構成する複数本の伝熱管からなる管群は長手方向の断面が矩形形状であることから側面に無駄なデッドスペースが生じ、無駄なデッドスペース分円筒胴の内径が大きくなってしまう。つまり、無駄なデッドスペースが生じるということは、無駄なデッドスペース分の設置面積が必要となり吸収式ヒートポンプが大形化してしまう問題点がある。また、無駄なデッドスペース分円筒胴の内径が大きくなると、数１によれば円筒胴の板厚が内径に比例して板厚が厚くなるのでコスト増加の要因となってしまう。
【０００７】
また、上記従来技術では、蒸発器内の熱交換部の排熱源媒体側や吸収器内の熱交換部の被加熱源媒体側の圧力が大気圧を超えて使用される場合に、蒸発器，吸収器内の複数本の伝熱管で構成される熱交換部が吸収器の両側に配置されるヘッダと一体で構成されたとき、小型圧力容器の範囲で設計すると、吸収式ヒートポンプの規模が小さく吸収器から取出す被加熱媒体の加熱能力が制限されてしまう。また、上記従来技術で加熱能力を増加するために、小型圧力容器の範囲を超えて第１種圧力容器の範囲とすると、運転資格や製造許可が必要になり、定期自主検査が１回／月（小型圧力容器の場合：１回／年）といった規制があり、コスト増加の要因となってしまう。
【０００８】
本発明の目的は、再生器と蒸発器に排熱源媒体を投入して吸収器から排熱温度以上の被加熱源媒体を取出すことができる吸収式ヒートポンプにおいて、吸収器や蒸発器内の圧力が大気圧を超えて使用される場合に、吸収器や蒸発器の外壁となる円筒胴の内径を小さく外壁の板厚を薄くしてコスト低減を図るとともに、吸収器や蒸発器の外壁を円筒胴にすることにより、吸収器及び蒸発器内のそれぞれの熱交換部の側面に生じる無駄なデッドスペースを削減し設置面積を小さくして小形化できる吸収式ヒートポンプを提供することである。
【０００９】
さらに、蒸発器内の熱交換部の排熱源媒体側や吸収器内の熱交換部の被加熱源媒体側の圧力が大気圧を超えて使用される場合に、加熱能力を減少させることなく、蒸発器，吸収器内の熱交換部を構成する複数本の伝熱管内の容積と両側に配置されるヘッダ内の容積との合計を、小型圧力容器の範囲とし規制緩和によるコスト低減を図れる吸収式ヒートポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明においては、再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器，溶液熱交換器，冷媒散布ポンプ，冷媒循環ポンプ，溶液散布ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、再生器と蒸発器には排熱源媒体を投入し、凝縮器には冷却水を通水して、吸収器から排熱温度以上の被加熱源媒体を取出す吸収式ヒートポンプにおいて、一つの段の吸収器と蒸発器の両方もしくは吸収器を、複数のユニットに分割し、伝熱管によって構成される熱交換部を各ユニット内にそれぞれ収納し、前記各ユニットの伝熱管とヘッダとを圧力容器として構成すると共に、これらのユニットを上下に配置して上側ユニットで使用後の溶液や冷媒液を下側ユニットの散布液として使用できるように配管で接続した構成としている。
【００１１】
また、吸収器と蒸発器の両方もしくは吸収器について、分割したユニットの外壁を円筒胴とした構成としている。
【００１２】
また、蒸発器の排熱源媒体側と吸収器の被加熱源媒体側が大気圧以上となる場合に、蒸発器，吸収器のヘッダを分割した構成としている。さらに、分割したヘッダを円形構造としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、吸収器及び蒸発器内の圧力が大気圧を超えて使用される場合であっても、耐圧構造とするために吸収器と蒸発器の両方もしくは吸収器を、複数の外壁が円筒胴のユニットに分割するとともに上下に配置したので、吸収器及び蒸発器を複数に分割せずに外壁を円筒胴にした一体ユニットの場合と比較すると、分割したユニットの方が外壁の内径を小さくできるので外壁の板厚を薄くできる。また、ユニット内の熱交換部側面の無駄なデッドスペースを小さくできる。これにより、外壁の板厚を薄くすることによるコスト低減と、無駄となるデッドスペース削減による小形化を図ることができる。
【００１４】
さらに、蒸発器内の熱交換部の排熱源媒体側及び吸収器内の熱交換部の被加熱源媒体側の圧力が大気圧を超えて使用される場合であっても、蒸発器及び吸収器を複数に分割するとともにヘッダも分割し、ヘッダを円形構造としたのでより板厚の薄いヘッダにすることができ、加熱能力を減少させることなく、蒸発器と吸収器内のそれぞれの熱交換部を構成する複数本の伝熱管内の容積と、吸収器の両側に配置されるヘッダ内の容積との合計を、小型圧力容器の範囲とすることができるので規制緩和によりコスト低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１に本発明の実施例１の装置構成の概略図を示す。先ず本発明の吸収式ヒートポンプの構成について説明する。吸収式ヒートポンプは、大きくは再生器１と凝縮器９と吸収器Ａと蒸発器Ｅとから構成されている。再生器１は、散布装置３と熱交換部２から構成され、熱交換部２には温水や蒸気等の排熱源媒体を供給する配管８が接続されている。凝縮器９は、バッフル１５を介して再生器１に接続されており、内部に熱交換部１０を備えている。この熱交換部１０には冷却水を供給・排出する配管１３が接続されている。破線で囲まれた吸収器Ａ、破線で囲まれた蒸発器Ｅの詳細に関しては後述する。この吸収器ヒートポンプにはその他に、溶液熱交換器４３の熱交換器要素と、再生器１内の溶液を吸収器Ａに供給するための溶液循環ポンプ４，凝縮器９内の冷媒を蒸発器Ｅに循環するための冷媒循環ポンプ１１，蒸発器Ｅ内の冷媒を再循環するための冷媒散布ポンプ４１，再生器１から吸収器Ａへの溶液の循環量を液面高さを検知し制御する溶液フロート弁５，凝縮器９から蒸発器Ｅへ冷媒の循環量を液面高さを検知し制御する冷媒フロート弁１２，吸収器Ａから不凝縮ガスを除去するための吸収器用エゼクタ４９，凝縮器９から不凝縮ガスを除去するための凝縮器用エゼクタ５４，気液分離器５６，貯気タンク５７，貯気タンク５７内の不凝縮ガスを大気に放出するためのアスピレーター５８，蒸発器Ｅ内の冷媒を吸収器Ａへブローするための冷媒ブロー弁６３を介した冷媒ブロー配管６４と、これらを結ぶ溶液配管及び冷媒配管で構成されている。
【００１７】
次に、本発明に係る吸収器Ａと蒸発器Ｅについて説明する。吸収器Ａは、複数のユニットに分割し、それぞれのユニットを上下に配置した構成としたものである。１つのユニットは散布装置と熱交換部とを内部に収納し、その外壁を円筒胴の形状に構成し、上側ユニットで散布した溶液を下側ユニットの散布液として使用できるように、上ユニット下方と下ユニットの散布装置の間を配管で接続したものである。具体的には、散布装置２２と熱交換部１９からなる外壁が円筒胴の第一吸収器１６と、散布装置２３と熱交換部２０からなる外壁が円筒胴の第二吸収器１７と、散布装置２４と熱交換部２１からなる外壁が円筒胴の第三吸収器１８とで構成されている。なお、第一吸収器１６の底部と第二吸収器１７の散布装置２３は配管２５で接続し、第二吸収器１７底部と第三吸収器１８の散布装置
２４は配管２６で接続されている。このように、円筒胴の形状とすることで、内部の圧力が大気圧よりも大きくなっても耐えられるように耐久性を増すことができる。
【００１８】
蒸発器Ｅも吸収器Ａと略同様に、複数のユニットに分割し、それぞれのユニットを上下に配置した構成としている。１つのユニット内には散布装置と、熱交換部が内蔵され、その外壁を円筒胴形状としている。具体的には、散布装置３３と熱交換部３０からなる外壁が円筒胴の第一蒸発器２７と、散布装置３４と熱交換部３１からなる外壁が円筒胴の第二蒸発器２８と、散布装置３５と熱交換部３２からなる外壁が円筒胴の第三蒸発器２９とから構成されている。なお、第一蒸発器２７底部と第二蒸発器２８の散布装置３４は配管
３６で接続し、第二蒸発器２８底部と第三蒸発器２９の散布装置３５は配管３７で接続されている。また、蒸発器Ｅに投入する温水や蒸気等の排熱源媒体は、それぞれの熱交換部を順に流れるように構成してある。すなわち、第一蒸発器２７から流入し、第二蒸発器
２８，第三蒸発器２９の順で流れ第三蒸発器２９から流出するように排熱配管４６が配管されている。吸収器Ａから取出す蒸気等の被加熱源媒体はそれぞれの熱交換部を流れて取出す構成となっている。すなわち、第三吸収器１８から流入し、第二吸収器１７，第一吸収器１６の順に流れ第一吸収器１６から流出するように被加熱配管４５が配管される。
【００１９】
本実施例においては、冷媒には水、溶液（吸収剤）には臭化リチウム水溶液が用いられている。
【００２０】
次に、吸収式ヒートポンプの動作について説明する。先ず、吸収式ヒートポンプの駆動源となる工場等で発生する温水や蒸気等の排熱源媒体は、排熱配管８により再生器１内の熱交換部２に流入すると共に、排熱配管４６から第一〜第三の各蒸発器２７，２８，２９に設けてある各熱交換部３０，３１，３２へ流入する。凝縮器９の熱交換部１０には冷却水が通水される。再生器１では、吸収器Ａから濃度の薄い希溶液が導かれ、散布装置３により熱交換部２に散布される。散布された希溶液は、熱交換部２で排熱源媒体により加熱・濃縮されて、冷媒蒸気と濃度が濃い濃溶液となる。そのうちの濃溶液は、再生器１下部に一旦溜められる。
【００２１】
希溶液から分離した冷媒蒸気は、溶液のミストアップを防止するためのバッフル１５を介して凝縮器９側に導かれる。凝縮器９に導かれた冷媒蒸気は、凝縮器内に設けてある熱交換部１０を流れる冷却水と熱交換して凝縮され液化し、凝縮器９下部に一旦溜められる。凝縮器９下部に溜められた冷媒は、冷媒循環ポンプ１１により冷媒フロート弁１２で流量調整され、配管１４を通り第三蒸発器２９に導かれる。
【００２２】
第三蒸発器２９に導かれた冷媒は、冷媒散布ポンプ４１で配管４２を通り第一蒸発器
２７の散布装置３３に導かれ、散布装置３３から熱交換部３０に冷媒が散布される。散布された冷媒は、熱交換部３０内を流れる排熱源媒体と熱交換して蒸発し冷媒蒸気となり、主に配管３８を通り第一吸収器１６に導かれ、蒸発できなかった冷媒は配管３６を通り第二蒸発器２８の散布装置３６に導かれる。第二蒸発器２８に導かれた冷媒は、散布装置
３４から熱交換部３１に散布され、熱交換部３１内を流れる排熱源媒体と熱交換して蒸発し冷媒蒸気となり、主に配管３９を通り第二吸収器１７に導かれ、蒸発できなかった冷媒は配管３７を通り第三蒸発器２９の散布装置３５に導かれる。第三蒸発器２９に導かれた冷媒は、散布装置３５から熱交換部３２に散布され、熱交換部３２内を流れる排熱源媒体と熱交換して蒸発し冷媒蒸気となり、主に配管４０を通り第三吸収器１８に導かれ、蒸発できなかった冷媒は再度冷媒散布ポンプ４１で配管４２を通り第一蒸発器２７に導かれる。
【００２３】
一方、再生器１下部に溜められた濃溶液は、溶液循環ポンプ４により溶液フロート弁５で流量調整され、配管７によって溶液熱交換器４３を介し第一吸収器１６の散布装置２２に導かれる。第一吸収器１６に導かれた濃溶液は、散布装置２２から熱交換部１９に散布される。散布された濃溶液は、主に配管３８から流入する冷媒蒸気を吸収し、このとき発生する吸収熱で熱交換部１９内を流れる被加熱源媒体を加熱する。第一吸収器１６で薄くなった濃溶液は、配管２５を通り第二吸収器１７の散布装置２３に導かれる。第二吸収器１７に導かれた濃溶液は、散布装置２３から熱交換部２０に散布される。散布された濃溶液は、主に配管３９ら流入する冷媒蒸気を吸収し、このとき発生する吸収熱で熱交換部
２０内を流れる被加熱源媒体を加熱する。第二吸収器１７で薄くなった濃溶液は、配管
２６を通り第三吸収器１８の散布装置２４に導かれる。第三吸収器１８に導かれた濃溶液は、散布装置２４から熱交換部２１に散布される。散布された濃溶液は、主に配管４０から流入する冷媒蒸気を吸収し、このとき発生する吸収熱で熱交換部２１内を流れる被加熱源媒体を加熱する。第三吸収器１８で薄くなった希溶液は、配管４４を通り溶液熱交換器４３で再生器１で濃縮された濃溶液と熱交換し、再び再生器１に導かれる。
【００２４】
以上のように吸収式ヒートポンプサイクルが動作する。上記吸収式ヒートポンプサイクルの動作において、被加熱媒体の取出す温度条件によって、排熱源温度と冷却水の温度条件を調整すると、吸収器Ａを構成する第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８のそれぞれの器内圧力が大気圧を越えて運転される。また、同様に蒸発器Ｅ構成する第一蒸発器２７，第二蒸発器２８，第三蒸発器２９のそれぞれの器内圧力が大気圧を越えて運転される。
【００２５】
次に、図１により本発明に係る構成の詳細と動作及び効果について説明する。先ず、本発明に係る吸収器Ａ構成について説明する。吸収器Ａは、図１に示すように第一吸収器
１６と第二吸収器１７と第三吸収器１８に分割して上下に配置する構成とした。また、吸収器Ａの熱交換部１９，２０，２１は複数本の伝熱管からなる管群で構成されている。吸収器Ａを分割しない一体の外壁で構成（図示せず）すると、管群の構成は、吸収器Ａに必要な伝熱面積から伝熱管の本数が決まり、再生器１からの濃溶液の循環量と、伝熱管１本の単位長さあたりの濃溶液の散布密度から、管群の列数と段数が決まる。列数を多くすると散布密度が小さくなるため、乾き面が生じ熱交換に寄与しない伝熱面が発生する。従って、一般にこの種の管群は列数を少なく段数を多くした構成としているので、伝熱管の長手方向の断面で見た場合、管群の断面形状は縦長となる。本発明では、縦長となった管群の列数はそのままで、段数を分割したユニット数に合わせて分割し、第一吸収器１６と第二吸収器１７と第三吸収器１８に分割して上下に配置するとともに、第一吸収器１６と第二吸収器１７と第三吸収器１８の外壁を円筒胴としたので、熱交換部１９，２０，２１の側面に生じる無駄なデッドスペースを小さくできるので吸収式ヒートポンプの小形化に寄与できる。また、第一吸収器１６と第二吸収器１７と第三吸収器１８の器内圧力が大気圧を超える場合であっても、吸収器Ａを第一吸収器１６と第二吸収器１７と第三吸収器１８と分割したので、熱交換部１９，２０，２１を構成する管群にあわせて円筒胴の内径を小さくできるので、非特許文献１に記載の数１によれば、内径に比例して外壁の板厚を薄くでき、コスト低減に寄与できる。
【００２６】
次に、本発明に係る蒸発器Ｅ構成について説明する。蒸発器Ｅは、吸収器Ａと同様に図１に示すように第一蒸発器２７と第二蒸発器２８と第三蒸発器２９に分割して上下に配置する構成とした。また、蒸発器Ｅの熱交換部３０，３１，３２は複数本の伝熱管からなる管群で構成されている。蒸発器Ｅを分割しない一体の外壁で構成（図示せず）すると、管群の構成は、蒸発器Ｅに必要な伝熱面積から伝熱管の本数が決まり、伝熱管１本の単位長さあたりの冷媒の散布密度から、管群の列数と段数が決まる。列数を多くすると散布密度が小さくなるため、乾き面が生じ熱交換に寄与しない伝熱面が発生する。従って、一般にこの種の管群は列数を少なく段数を多くした構成としているので、伝熱管の長手方向の断面で見た場合、管群の断面形状は縦長となる。本発明では、縦長となった管群の列数はそのままで、段数を分割したユニット数に合わせて分割したものである。すなわち、伝熱管の段数を、第一蒸発器２７と第二蒸発器２８と第三蒸発器２９に略均等に分割して上下に配置した。さらに、第一蒸発器２７と第二蒸発器２８と第三蒸発器２９の外壁を円筒胴としたので、熱交換部３０，３１，３２の側面に生じる無駄なデッドスペースを小さくできるので吸収式ヒートポンプの小形化に寄与できる。また、第一蒸発器２７と第二蒸発器
２８と第三蒸発器２９の器内圧力が大気圧を超える場合であっても、蒸発器Ｅを第一蒸発器２７と第二蒸発器２８と第三蒸発器２９と分割したので、熱交換部３０，３１，３２を構成する管群にあわせて円筒胴の内径を小さくできるので、非特許文献１に記載の数１によれば、内径に比例して外壁の板厚を薄くでき、コスト低減に寄与できる。
【００２７】
次に、図４により本発明に係る蒸発器Ｅと吸収器Ａのヘッダについて説明する。蒸発器Ｅと再生器１の投入される排熱源媒体の温度と冷却水の温度条件によっては、吸収器Ａから取り出す非加熱源媒体の圧力が大気圧を超えて運転される。この場合、労働安全衛生法が適用され圧力容器構造規格に従って設計・製造する必要があるが、第１種圧力容器の範囲にすると、運転資格や製造許可が必要になり、定期自主検査が１回／月（小型圧力容器の場合：１回／年）といった規制があり、コスト増加の原因となってしまう。
【００２８】
そこで、吸収器Ａの第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８の非加熱源媒体側のそれぞれのヘッダを、図４に示す構成とした。ヘッダ１００は圧力容器構造規格で容易に設計できる円形の鏡板とし、伝熱管（図示せず）を固定し外壁１０２を接続した管板１０１に接続する構成とした。また、第一吸収器，第二吸収器１７，第三吸収器１８の管板１０１は、それぞれ第一吸収器，第二吸収器１７，第三吸収器１８の各ユニットと同様に分割した構成とした。これにより、圧力容器構造規格の対象となる容積を、小さく小型圧力容器の範囲とすることができるので、コストを低減することができる。
【００２９】
また、図１では吸収器Ａを３つのユニットに分割したが、これに限らず、吸収器Ａを分割するユニット数は、吸収器Ａから取り出す被加熱源媒体の加熱能力により増減することで、小型圧力容器に対応できる。
【００３０】
また、吸収器Ａと同様に蒸発器Ｅも投入される排熱源媒体の条件によっては、圧力が大気圧を超えて運転される。
【００３１】
そこで、蒸発器Ｅの第一蒸発器２７，第二蒸発器２８，第三蒸発器２９の排熱源媒体側のそれぞれのヘッダを、吸収器Ａと同様に図４に示す構成とした。これにより、吸収器Ａと同様に圧力容器構造規格の対象となる容積を、小さく小型圧力容器の範囲とすることができるので、コストを低減することができる。
【００３２】
また、図１では蒸発器Ｅを３つのユニットに分割したが、これに限らず、蒸発器Ｅを分割するユニット数は、吸収器Ａから取り出す被加熱源媒体の加熱能力により増減することで、小型圧力容器に対応できる。
【００３３】
次に、図１により本発明に係る冷媒ブロー弁６３を介した冷媒ブロー配管６４について説明する。冷媒ブロー配管６４は、冷媒散布ポンプ４１の吐出側の配管４２と第三吸収器１８の気相部が、冷媒ブロー弁６３を介して接続されている。冷媒ブロー弁６３の開閉のタイミングは、通常の運転時には冷媒ブロー弁６３は閉じ、吸収式ヒートポンプを運転から停止するまでの希釈運転時に、冷媒ブロー弁６３を開け、第三吸収器１８に蒸発器Ｅの冷媒をブローする。第三吸収器１８内で希溶液に直接冷媒をブローすることで、さらに薄くなった希溶液が再生器１に導かれ、その結果、再生器１内の濃溶液の濃度を薄くすることができ、サイクル全体の濃度を薄くすることができる。これにより、運転を停止する際、被加熱源媒体の負荷が無くなり、排熱源媒体による再生器１への入熱があったとしても、過濃縮や溶液温度低下による結晶化を防止でき、次回の運転をスムーズに行うことができる。
【００３４】
次に、本発明に係る吸収式ヒートポンプの不凝縮ガスの抽気方法について説明する。不凝縮ガスとは、溶液による吸収式ヒートポンプ内の腐食を防止するために、溶液と共に吸収式ヒートポンプ内に封入される腐食抑制剤が、吸収式ヒートポンプ内に酸化皮膜を生成する際に発生するガスである。これは、高圧側の吸収器Ａと蒸発器Ｅでは、蒸発器Ｅからの冷媒蒸気の流れに随伴し、最も圧力が低い吸収器Ａに不凝縮ガスが集まる。また、低圧側の再生器１と凝縮器９では、再生器１からの冷媒蒸気に随伴し、最も圧力の低い凝縮器９に集まる。また、不凝縮ガスが吸収器Ａや凝縮器９に溜まると熱交換の妨げとなり、任意の被加熱源媒体の加熱能力が得られないと言った問題点が生じる。そのため、抽気装置で不凝縮ガスを排出する構成としている。
【００３５】
次に、図１により本発明に係る吸収器Ａの抽気装置である吸収器用エゼクタ４９回り、及び凝縮器９の抽気装置である凝縮器用エゼクタ５４回りについて説明する。吸収器用エゼクタ４９は、駆動源となる濃溶液が溶液フロート弁５出口で分岐した配管４７で供給され、吸引側が配管４８を並列に第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８に接続し、出口側を配管５０で第三吸収器１８の希溶液出口の配管４４に接続する。このとき、駆動源となる濃溶液の飽和圧力は、吸収器Ａ内の圧力より低くなるので、吸収器Ａ内の不凝縮ガスを吸引し、第三吸収器１８出口側の配管４４に戻すので、吸収器Ａでの不凝縮ガスを低圧側の再生器１に導くことができる。
【００３６】
再生器１に導かれた不凝縮ガスは、熱交換部２で希溶液が濃縮する際に発生する冷媒蒸気に随伴して凝縮器に導かれ、凝縮器用エゼクタ５４で排出する。凝縮器用エゼクタ５４は、駆動源となる希溶液が、溶液熱交換器４３を通過後再生器１の手前で分岐し、配管
５１で冷却水と熱交換するための冷却器５２を通った後に供給され、吸引側が配管５３を凝縮器９と接続し、出口側を配管５５で気液分離器５６に接続する。このとき、駆動源となる希溶液の飽和圧力は、冷却器５２で熱交換させることで凝縮器９内の圧力より低くすることができるので、凝縮器９内の不凝縮ガスを吸引し、希溶液とともに気液分離器５６に導く。気液分離器５６では、希溶液と不凝縮ガスに分離し、希溶液は配管６２で再生器１に戻し、不凝縮ガスは貯気タンク５７に導かれる。貯気タンク５７に導かれた不凝縮ガスは、凝縮器９へ通水する冷却水の一部を駆動源とするアスピレーター５８で、最終的に大気６１に放出される。放出するタイミングは、貯気タンク５７あるいは気液分離器５６に取付けた圧力検出器（図示せず）で、設定値以上の値を検知したときにバルブ５９，
６０を開けて、不凝縮ガスを大気６１に放出する。これにより、運転中に常時抽気を行うことができるので、不凝縮ガスによる性能低下を防止することができ、安定して吸収式ヒートポンプを運転することができる。
【００３７】
次に、図１により本発明に係る蒸発器Ｅの排熱源媒体の流し方と吸収器Ａの被加熱源媒体の流し方について説明する。吸収器Ａでは、被加熱源媒体は第三吸収器１８内の熱交換部２１下部から流入して熱交換部２１上部から流出し、第二吸収器１７内の熱交換部２０下部に導かれる。熱交換部２０に導かれた被加熱源媒体は、熱交換部２０上部から流出し、第一吸収器１６内の熱交換部１９下部に導かれて、熱交換部１９上部から流出するように被加熱配管４５が接続される。また、蒸発器Ｅでは、排熱源媒体は第一蒸発器２７内の熱交換部３０上部から流入して熱交換部３０下部から流出し、第二蒸発器２８内の熱交換部３１上部に導かれる。熱交換部３１に導かれた排熱源媒体は、熱交換部３１下部から流出し、第三蒸発器２９内の熱交換部３２上部に導かれて、熱交換部３２下部から流出するように排熱配管４６が接続される。つまり、吸収器Ａの被加熱源媒体と蒸発器Ｅの排熱源媒体は、対向流となるように互いの流路を形成する構成とした。また、第一蒸発器２７で発生した冷媒蒸気を第一吸収器１６で吸収し、第二蒸発器２８で発生した冷媒蒸気を第二吸収器１７で吸収し、第三蒸発器２９で発生した冷媒蒸気を第三吸収器１８で吸収するように構成した。このため、蒸発器Ｅから吸収器Ａへの冷媒蒸気の分配に偏りが生じにくくなり、蒸発器Ｅを構成する熱交換部３０，３１，３２及び吸収器Ａを構成する熱交換部
１９，２０，２１の伝熱面を効率的に利用することができる。これにより、吸収器Ａの被加熱源媒体と蒸発器Ｅの排熱源媒体を対向流にすると共に、蒸発器Ｅから吸収器Ａへの冷媒分配を効率よく行うことができ、性能向上を図ることができるので、伝熱面積を削減でき吸収式ヒートポンプの小形化に寄与することができる。
【００３８】
なお、上記の説明は、いわゆる単段の吸収式ヒートポンプとして説明したが、これに限らず、多段の吸収式ヒートポンプであっても、吸収器及び蒸発器内の圧力が大気圧を超えて使用される場合には、同様の構成にすれば同様の効果を得ることができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、図２，図４により本発明の実施例２について説明する。以下の説明で図１と同様の部位については同一符号で示す。先ず、図２により図１の実施例１と異なる構成と動作について説明する。図１と大きく異なる点は蒸発器７０を従来の角型の１つの蒸発器７０で構成した点と、蒸発器７０で蒸発させた冷媒蒸気を圧縮機８０で昇圧して、第一〜第三吸収器１６，１７，１８に供給するようにした点である。すなわち、本実施例の吸収式ヒートポンプは、散布装置７２と熱交換部７１からなる蒸発器７０，蒸発器７０で発生した冷媒蒸気を昇圧するための圧縮機８０，蒸発器７０と圧縮機を接続する配管８１，圧縮機８０と吸収器Ａの第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８とを接続する配管
８２からなる。また、排熱源媒体は、蒸発器７０内の熱交換部７１下部から流入し、熱交換部７１上部から流出するように排熱配管７３を接続した。他の部位は図１の実施例１と同じなので説明は省略する。
【００４０】
図２の吸収式ヒートポンプでは、蒸発器７０で発生する冷媒蒸気を圧縮機８０で昇圧して、吸収器Ａに導くことにより、蒸発器７０及び再生器１へ投入される排熱源媒体の温度と吸収器Ａから取出す被加熱媒体との温度差を大きくすることができる。このため、蒸発器７０内の圧力が大気圧下となる排熱源媒体の温度であっても、吸収器Ａ内の圧力を大気圧以上とすることができ、吸収器Ａから高温の被加熱源媒体を取出すことができる。つまり、図２に示すように本発明の実施例２では、蒸発器７０は、蒸発器７０内の圧力は大気圧下で動作するので、図２に示すように外壁が円筒胴の形状ではなく従来の形状とし、吸収器Ａについてのみ図１の実施例１と同じ外壁が円筒胴の形状とした。従って、吸収器Ａについては、図１の実施例１の吸収器Ａと同じ構成としたので、実施例１と同様の動作と効果を得ることができる。
【００４１】
また、図２の吸収式ヒートポンプでは、吸収器Ａから取り出す被加熱源媒体の圧力が大気圧を超えて運転されるが、図１の実施例と同様に吸収器Ａの第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８のそれぞれのヘッダを、図４に示す構成とした。これにより、図１の実施例１と同様の作用と効果を得ることができる。
【００４２】
また、図２では吸収器Ａを３つのユニットに分割したが、これに限らず、吸収器Ａを分割するユニット数は、吸収器Ａから取り出す被加熱源媒体の加熱能力により増減することで、小型圧力容器に対応できる。
【００４３】
また、図２に示す本発明に係る冷媒ブロー弁６３を介した冷媒ブロー配管６４についても、図１の実施例１と同じ構成としたので、同様の動作と効果を得ることができる。さらに、図２示す本発明に係る吸収器Ａの抽気装置である吸収器用エゼクタ４９回り、及び凝縮器９の凝縮器用エゼクタ５４回りについても、図１の実施例１と同じ構成としたので、同様の動作と効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４４】
次に、図３，図４により本発明の実施例３について説明する。以下の説明で図１及び図２と同様の部位については同一符号で示す。先ず、図３の構成で図２と異なる点は、図２で設けてある圧縮機８０の代わりに、図１と同じく蒸気配管３８，３９，４０で第一〜第三吸収器１６，１７，１８に冷媒蒸気を供給するようにした点である。図３により図１の実施例１と異なる構成と動作について説明する。
【００４５】
蒸発器７０は、散布装置７２と熱交換部７１からなる。また、排熱源媒体は、蒸発器
７０内の熱交換部７１下部から流入し、熱交換部７１上部から流出するように排熱配管
７３を接続した。また、図４に示すように、第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８の被加熱側媒体のそれぞれのヘッダ１００は、圧力容器構造規格で容易に設計できる円形の鏡板とし、伝熱管（図示せず）を固定し外壁１０２を接続した管板１０１に接続する構成とした。また、第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８の管板１０１は、それぞれ第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８と同様に分割した構成とした。他の部位は図１の実施例１と同じなので省略する。
【００４６】
図３の吸収式ヒートポンプでは、蒸発器７０及び吸収器Ａ内の圧力は大気圧下で運転される。しかし、蒸発器７０と再生器１の投入される排熱源媒体の温度と冷却水の温度条件によっては、吸収器Ａから取出す被加熱源媒体の圧力が大気圧を超えて運転される。この場合、労働安全衛生法が適用され圧力容器構造規格に従って設計・製造する必要があるが、第１種圧力容器の範囲にすると、運転資格や製造許可が必要になり、定期自主検査が１回／月（小型圧力容器の場合：１回／年）といった規制があり、コスト増加の原因となってしまう。
【００４７】
そこで、図３に示す本発明に係る吸収式ヒートポンプでは、図１に示す実施例１と同様に、吸収器Ａを第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８に分割し上下に配置する構成とした。これにより、圧力容器構造規格の対象となる容積を小さく、小形圧力容器の範囲とすることができるので、コスト低減することができる。
【００４８】
また、図３では吸収器Ａを３つのユニットに分割したが、これに限らず、吸収器Ａを分割するユニット数は、吸収器Ａから取出す被加熱源媒体の加熱能力により増減することで、小形圧力容器に対応できる。
【００４９】
また、図３に示す本発明に係る冷媒ブロー弁６３を介した冷媒ブロー配管６４については、図１の実施例１と同じ構成としたので、同様の動作と効果を得ることができる。さらに、図３に示す本発明に係る吸収器Ａの抽気装置である吸収器用エゼクタ４９回り、及び凝縮器用エゼクタ５４回りについても、図１の実施例１と同じ構成としたので、同様の動作と効果を得ることができる。
【実施例４】
【００５０】
次に、図４，図５により本発明を実施するための最良の形態の実施例４について説明する。以下の説明で図３と同様の部位については同一符号で示す。図５は、図３に示す破線で囲まれた吸収器Ａとは別の吸収器Ａの構成を示し、図３の実施例３と同じく蒸発器Ｅ及び吸収器Ａ内の圧力は大気圧下で運転され、吸収器Ａから取出す被加熱源媒体の圧力が大気圧以上となる吸収式ヒートポンプである。図３の実施例３では、第一吸収器１６，第二吸収器１７，第三吸収器１８の外壁を円筒胴としたが、図５に示す第一吸収器９０，第二吸収器９１，第三吸収器９２は、外壁の長手方向の断面を矩形形状とした。また、第一吸収器９０，第二吸収器９１，第三吸収器９２の被加熱媒体のそれぞれのヘッダ１００は、図３の実施例３と同様に図４に示す圧力容器構造規格で容易器に設計できる円形の鏡板とし、伝熱管（図示せず）を固定し外壁１０２を接続した管板１０１に接続する構成とした。また、第一吸収器９０，第二吸収器９１，第三吸収器９２の管板１０１は、それぞれ第一吸収器９０，第二吸収器９１，第三吸収器９２と同様に分割した構成とした。これにより、第一吸収器９０，第二吸収器９１，第三吸収器９２内のそれぞれの熱交換部１９，
２０，２１の側面には、無駄なスペースが無くなり、図３の実施例３の場合より省スペース化が可能となり、吸収式ヒートポンプの小形化に寄与することができる。また、圧力容器構造規格の対象となる容積を小さく、小形圧力容器の範囲とすることができるので、コスト低減することができる。
【００５１】
また、図５では吸収器Ａを３つのユニットに分割したが、これに限らず、吸収器Ａを分割するユニット数は、吸収器Ａから取出す被加熱源媒体の加熱能力により増減することで、小形圧力容器に対応できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態に係る吸収式ヒートポンプのサイクルフローを示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る吸収式ヒートポンプのサイクルフローを示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る吸収式ヒートポンプのサイクルフローを示す図である。
【図４】図３の実施の形態に係る吸収器Ａの被加熱媒体のヘッダ５０を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る吸収式ヒートポンプのサイクルフローを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…再生器、２，１０，１９，２０，２１，３０，３１，３２…熱交換部、４…溶液循環ポンプ、５…溶液フロート弁、９…凝縮器、１１…冷媒循環ポンプ、１２…冷媒フロート弁、１６，９０…第一吸収器、１７，９１…第二吸収器、１８，９２…第三吸収器、
２７…第一蒸発器、２８…第二蒸発器、２９…第三蒸発器、４１…冷媒散布ポンプ、４３…溶液熱交換器、４９…吸収器用エゼクタ、５２…冷却器、５４…凝縮器用エゼクタ、
５６…気液分離器、５７…貯気タンク、５８…アスピレーター、７０…蒸発器、８０…圧縮機、１００…ヘッダ、１０１…管板、Ａ…吸収器、Ｅ…蒸発器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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