特許 6297377 吸収ヒートポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6297377

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】吸収ヒートポンプ

(51)【国際特許分類】

   F25B 15/00 20060101AFI20180312BHJP

   F25B 30/04 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   F25B15/00 306X

   F25B30/04 510A

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-62749(P2014-62749)

(22)【出願日】2014年3月25日

(65)【公開番号】特開2015-183967(P2015-183967A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年11月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】503164502

【氏名又は名称】荏原冷熱システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097320

【弁理士】

【氏名又は名称】宮川 貞二

(74)【代理人】

【識別番号】100100398

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 茂夫

(74)【代理人】

【識別番号】100131820

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 俊幸

(74)【代理人】

【識別番号】100155192

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 美代子

(72)【発明者】

【氏名】竹村 與四郎

(72)【発明者】

【氏名】山田 宏幸

(72)【発明者】

【氏名】入江 智芳

【審査官】 小原 一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０６５８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−０２２２５９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−１０１１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５１−１０８１５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５８−０１３９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４８０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５７７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０３４５２５５２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１３８６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−１１７９７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２１３３５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２６１６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１６７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４３１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第４６４８０１４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２５Ｂ １５／００ − １５／０６

Ｆ２５Ｂ ３０／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷媒の蒸気である冷媒蒸気を溶液に吸収させて希溶液にする際に生じる吸収熱で被加熱媒体を加熱する吸収器と；
前記希溶液を熱源媒体で加熱して、前記希溶液から冷媒蒸気を発生させて前記希溶液より濃度の高い濃溶液とする再生器と；
前記再生器において発生した冷媒蒸気から冷却水で熱を奪い前記冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と；
前記凝縮器に供給される冷却水に前記冷媒蒸気から奪う熱以外の熱を与えて、前記冷却水を昇温する冷却水昇温器と；
前記冷却水昇温器での昇温量を調節して、前記濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持する制御装置とを備え；
前記冷却水昇温器は、前記冷却水を加熱媒体で加熱する冷却水熱交換器であり、
さらに、前記冷媒の液である冷媒液を熱源媒体で加熱して、前記吸収器で吸収させる冷媒蒸気を発生する蒸発器を備え；
前記蒸発器で冷媒液を加熱することにより温度が低下した熱源媒体、又は前記再生器で前記希溶液を加熱して温度が低下した熱源媒体を前記加熱媒体として前記冷却水熱交換器に導く熱源流路を備える；
吸収ヒートポンプ。

【請求項2】

前記凝縮器に供給される冷却水の流量を調節する流量調節装置を備え；
前記制御装置は、前記冷却水昇温器での昇温量の調節と併せて、前記流量調節装置により前記冷却水の流量を調節して、前記濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持する；
請求項１に記載の吸収ヒートポンプ。

【請求項3】

前記凝縮器で利用された冷却水の温度を検出する冷却水出口温度検出器を備え；
前記制御装置は、前記冷却水出口温度検出器で検出した温度を所定の温度以上に維持するように調節することにより、濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持する；
請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。

【請求項4】

冷却水温度検出器を備え、前記制御装置は前記冷却水温度検出器が検出した温度が起動時の所定温度以上の場合に起動指令を出すように構成された；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は吸収ヒートポンプに関し、特に低温の冷却水に対処可能な吸収ヒートポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

駆動熱源が有する熱エネルギーよりも多くの熱エネルギーを取り出す、あるいは駆動熱源温度より高い温度の被加熱媒体を取り出す熱源機械として、吸収ヒートポンプがある。前者を第一種の吸収ヒートポンプ、後者を第二種の吸収ヒートポンプという。このような吸収ヒートポンプは、冷媒液を蒸発させる蒸発器、冷媒蒸気を溶液で吸収させる吸収器、溶液から冷媒を離脱させる再生器、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器を主要構成として備えている。排熱エネルギーを有する排熱源を利用する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４６４８０１４号公報（図１等）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特に、第二種の吸収ヒートポンプは、熱の有効利用を図る機械であるため、寒い時期に運転する場合が少なくない。この機械の運転には冷却水が必要で、環境温度が低下すると冷却水温度も低下し、冷却水温度が低下すると再生器で濃縮される溶液濃度が濃くなる特性がある。溶液の濃縮が進行して溶液が結晶すると溶液が流れず運転ができなくなる。そこで、従来の吸収ヒートポンプは、溶液濃度・温度が結晶し始める状態に接近した段階で、溶液の結晶化を避けるために運転を停止する機能を備えていた。このように冷却水温度が低下したときは、運転を停止せざるを得なかった。また、起動時に冷却水温度が必要温度より低い場合には、吸収ヒートポンプの起動ができなかった。

【0005】

上述の課題に鑑み、供給される冷却水温度が低い場合でも運転が可能な吸収ヒートポンプを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプ１は、例えば図１に示すように、 冷媒の蒸気である冷媒蒸気Ｖｅを溶液Ｓａに吸収させて希溶液Ｓｗにする際に生じる吸収熱で被加熱媒体Ｗｑを加熱する吸収器１０と； 希溶液Ｓｗを熱源媒体ｈで加熱して、希溶液Ｓｗから冷媒蒸気Ｖｅを発生させて希溶液Ｓｗより濃度の高い濃溶液Ｓａとする再生器３０と； 再生器３０において発生した冷媒蒸気Ｖｇから冷却水Ｃｗで熱を奪い冷媒蒸気Ｖｇを凝縮する凝縮器４０と； 凝縮器４０に供給される冷却水Ｃｗに冷媒蒸気Ｖｇから奪う熱以外の熱を与えて、冷却水Ｃｗを昇温する冷却水昇温器５１と； 冷却水昇温器５１での昇温量を調節して、濃溶液Ｓａの濃度が所定の濃度を越えないように維持する制御装置９０とを備える。
以下、冷却水昇温器による冷却水の加熱は、凝縮器で冷媒により加熱される前に加熱するという意味で、予熱ともいう。

【0007】

このように構成すると、凝縮器に供給される冷却水に冷媒蒸気から奪う熱以外の熱を与えて、冷却水を昇温する冷却水昇温器と、冷却水昇温器での昇温量を調節して、濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持する制御装置とを備えるので、例えば冬季に冷却水温度が低下しても、運転を停止することのない吸収ヒートポンプを提供することができる。

【0008】

また、本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、 冷却水昇温器は、冷却水Ｃｗを加熱媒体で加熱する冷却水熱交換器５１である。
冷却水昇温器として、冷却水熱交換器５１を使う場合は、昇温量は加熱による温度上昇幅として把握できる。

【0009】

加熱媒体としては、熱源媒体ｈを用いる必要はないが、熱源媒体ｈとすれば、別の加熱媒体を導くことなく、冷却水を加熱することができる。
このように構成すると、冷却水温度が低下したとき、冷却水の凝縮器への供給流量を絞ることなく、あるいは供給流量の絞りと併用して、あるいは供給流量を絞る場合でも絞り切れなくなった後で、さらに冷却水温度が低下した際に、運転を継続することのできる吸収ヒートポンプを提供することができる。また吸収ヒートポンプを起動しようとする際には、冷却水の供給量を絞っても冷却水温度は上昇しない。冷却水熱交換器を備えるときは、冷却水の入り口温度が低い場合でも、起動することができる。

【0010】

上記目的を達成するために、本発明の第３の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、 冷媒の液である冷媒液Ｖｆを熱源媒体ｈで加熱して、吸収器１０で吸収させる冷媒蒸気Ｖｅを発生する蒸発器２０を備え； 蒸発器２０で冷媒液Ｖｆを加熱することにより温度が低下した熱源媒体ｈ、又は再生器３０で希溶液Ｓｗを加熱して温度が低下した熱源媒体ｈを加熱媒体として冷却水熱交換器５１に導く熱源流路２３を備える。
熱源流路２３は、熱源媒体ｈを蒸発器２０と再生器３０とに並列に流して、そのいずれか一方から導くものであってもよく、これらを直列に接続した上で、その後に続けて接続するものであってもよい。

【0011】

このように構成すると、蒸発器または再生器のいずれか一方、又は両方で利用した後の熱源媒体を利用することができ、熱を無駄にすることがない。凝縮器の凝縮温度は蒸発器の蒸発温度、あるいは再生器３０の再生温度よりもはるかに低いので、このような利用が可能である。

【0012】

本発明の第４の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様乃至第３の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、 凝縮器４０に供給される冷却水Ｃｗの流量を調節する流量調節装置４９を備え； 制御装置９０は、冷却水昇温器５１での昇温量の調節と併せて、流量調節装置４９により冷却水Ｃｗの流量を調節して、濃溶液Ｓａの濃度が所定の濃度を越えないように維持する。
典型的には、冷却水Ｃｗの入り口流量を調節して、冷却水出口温度Ｔ２を所定の温度以上に維持することにより、濃溶液Ｓａの濃度が所定の濃度を越えないように維持する。

【0013】

このように構成すると、流量調節装置を備えるので、冷却水Ｃｗの流量を調節して、濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持することができる。

【0014】

本発明の第５の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、 凝縮器４０で利用された冷却水Ｃｗの温度を検出する冷却水出口温度検出器４２とを備え； 制御装置９０は、冷却水出口温度検出器４２で検出した温度を所定の温度以上に維持するように調節することにより、濃溶液Ｓａの濃度が所定の濃度を越えないように維持する。

【0015】

このように構成すると、制御装置は、冷却水出口温度検出器で検出した温度を所定の温度以上に維持するように調節することにより、濃溶液の濃度が所定の濃度を越えないように維持するので、吸収ヒートポンプの起動に対処することもできる。まだ冷媒液が流れていない起動時には、溶液も冷媒液も吸収ヒートポンプ中を循環していないので、凝縮器の凝縮温度を検出しても、その温度は濃溶液の濃度を反映するものではない。冷却水出口温度検出器を備える場合は、吸収ヒートポンプの起動をしようとする起動時も適切に制御可能とすることができる。

【0016】

本発明の第６の態様に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１及び図３に示すように、本発明の第１の態様乃至第４の態様のいずれか１の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、 冷却水温度検出器４１又は４２を備え、制御装置９０は冷却水温度検出器４１又は４２が検出した温度が起動時の所定温度以上の場合に起動指令を出すように構成される。
冷却水温度検出器は、冷却水入口温度を検出するものであってもよく、冷却水出口温度を検出するものであってもよい。吸収ヒートポンプが起動していない状態では冷却水入口温度と出口温度は近接している（事実上等しい）からである。

【0017】

このように構成すると、制御装置は冷却水温度検出器が検出した温度が起動時の所定温度以上の場合に起動指令を出すように構成されるので、起動後に溶液濃度が高くなり過ぎることがなく、問題なく起動することができ、また定常運転を継続することができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、供給される冷却水温度が低い場合でも運転が可能な吸収ヒートポンプを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの模式的系統図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの作動を説明するデューリング線図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの起動時のフローを説明するフロー図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの起動後のフローを説明するフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

【0021】

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１を説明する。図１は、吸収ヒートポンプ１の模式的系統図である。吸収ヒートポンプ１は、吸収ヒートポンプサイクルを行う主要構成機器である吸収器１０、蒸発器２０、再生器３０、及び凝縮器４０と、制御装置９０とを備える。さらに凝縮器４０に供給する冷却水を加熱する冷却水昇温器としての冷却水熱交換器５１を備える。第二種吸収ヒートポンプでは、吸収器１０で加熱された被加熱媒体から蒸気を取出す場合は、被加熱媒体から気液を分離する気液分離器（不図示）を備える。本実施の形態における吸収ヒートポンプ１は、比較的利用価値の低い低温（例えば８０℃〜１００℃程度）の排温水を熱源媒体として再生器３０及び蒸発器２０に供給して、利用価値の高い被加熱媒体蒸気を気液分離器から取り出すことができるものである。

【0022】

なお、以下の説明においては、溶液に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「希溶液Ｓｗ」や「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「溶液Ｓ」ということとする。また、冷媒に関し、ヒートポンプサイクル上における区別を容易にするために、性状やヒートポンプサイクル上の位置に応じて「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、溶液Ｓ（吸収剤と冷媒Ｖとの混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

【0023】

吸収器１０は、被加熱媒体の流路を構成する吸収器伝熱管と、濃溶液Ｓａを散布する濃溶液散布ノズルとを、吸収器缶胴の内部に有している。濃溶液散布ノズルは、散布した濃溶液Ｓａが吸収器伝熱管に降りかかるように吸収器伝熱管の上方に配設されている。吸収器１０は、濃溶液散布ノズルから濃溶液Ｓａが散布され、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、吸収器伝熱管を流れる被加熱媒体が受熱して、被加熱媒体が加熱されるように構成されている。吸収器１０の下部には、散布された濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収して濃度が低下した希溶液Ｓｗが貯留される貯留部が形成されている。

【0024】

蒸発器２０は、冷媒液Ｖｆを加熱する熱源媒体としての熱源温水ｈの流路を構成する蒸発器伝熱管を、蒸発器缶胴の内部に有している。蒸発器２０は、蒸発器伝熱管周辺の冷媒液Ｖｆが蒸発器伝熱管内を流れる熱源温水ｈの熱で蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅが発生するように構成されている。蒸発器伝熱管の上流側には、熱源温水管２１が接続されている。蒸発器伝熱管の下流側には、熱源温水管２２が接続されている。蒸発器缶胴の底面には、蒸発器缶胴内に冷媒液Ｖｆを供給する冷媒液管４５が接続されている。

【0025】

吸収器缶胴と蒸発器缶胴とは、上部で接続されており、これにより、吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で相互に連通している。吸収器１０と蒸発器２０とが気相部で連通することにより、吸収器１０及び蒸発器２０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、吸収器１０と蒸発器２０とが連通することにより、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器１０に供給することができるように構成されている。

【0026】

再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する熱源媒体としての熱源温水ｈを内部に流す再生器伝熱管と、希溶液Ｓｗを散布する希溶液散布ノズルとを、再生器缶胴の内部に有している。再生器３０は、散布された希溶液Ｓｗから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した濃溶液Ｓａが下部に貯留されるように構成されている。再生器３０では、希溶液Ｓｗが熱源温水ｈに加熱されることにより、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖが離脱し、濃溶液Ｓａと再生器冷媒蒸気Ｖｇとが生成されるように構成されている。再生器伝熱管の上流側には、蒸発器２０の蒸発器伝熱管下流部に接続された熱源温水管２２が接続されている。このような接続により、蒸発器２０の伝熱管を流れた後の熱源温水ｈが再生器３０の再生器伝熱管に供給されるように構成されている。再生器３０には、濃溶液Ｓａの温度Ｔ４を検知する濃溶液温度計３１が設けられている。

【0027】

再生器３０の再生器伝熱管の下流側には熱源流路としての熱源温水管２３が接続されている。熱源温水管２３はさらに冷却水熱交換器５１に接続されている。すなわち、再生器３０の再生器伝熱管を流れた後の温水ｈが冷却水熱交換器５１に供給されるように構成されている。

【0028】

再生器３０の濃溶液Ｓａが貯留される部分と吸収器１０の濃溶液散布ノズルとは、濃溶液Ｓａを流す濃溶液管３５で接続されている。濃溶液管３５には、再生器３０の濃溶液Ｓａを吸収器１０に圧送する溶液ポンプ３５ｐが配設されている。再生器３０の希溶液散布ノズルと吸収器１０の貯留部とは希溶液Ｓｗを流す希溶液管１６で接続されている。濃溶液管３５及び希溶液管１６には、濃溶液Ｓａと希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器３８が配設されている。

【0029】

凝縮器４０は、冷却媒体流路を形成する凝縮器伝熱管を、凝縮器缶胴４７の内部に有している。凝縮器伝熱管には、冷却媒体としての冷却水Ｃｗが流れる。凝縮器４０は、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これから冷却水Ｃｗで熱を奪って凝縮させるように構成されている。再生器冷媒蒸気Ｖｇを冷却する前の冷却水Ｃｗが流れる凝縮器４０の入り口側の冷却水管４７には、冷却水の入り口温度Ｔ１を検知する冷却水温度検知部としての冷却水入口温度計４１が設けられている。凝縮器４０の出口側の冷却水管４８には、冷却水の出口温度Ｔ２を検知する冷却水温度検知部としての冷却水出口温度計４２が設けられている。凝縮器４０には、さらに缶胴内の冷媒温度、典型的には凝縮した冷媒液の温度Ｔ３を検知する冷媒温度計４３が設けられている。冷媒温度計４３は、凝縮器４０内の凝縮温度（飽和温度あるいは露点温度とも呼ぶ）を検知する。凝縮器４０には凝縮した冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に送る冷媒液管４５が接続されている。冷媒液管４５には、冷媒液Ｖｆを蒸発器２０に圧送するための冷媒ポンプ４６が配設されている。

【0030】

凝縮器４０の入り口側の冷却水管４７には、冷却水流量調節装置としての冷却水ポンプ４９、その下流側には、冷却水Ｃｗを冷却水管４７から冷却水熱交換器５１にバイパスする三方弁５０が設けられている。三方弁５０には、バイパス配管５２が接続されている。バイパス配管５２に冷却水熱交換器５１が配設されている。バイパス配管５２は、冷却水熱交換器５１を出たあと、冷却水入口温度計４１の上流側で冷却水配管４７と再び合流する。冷却水熱交換器５１には、入口側に熱源温水管２３と出口側に熱源温水管２４が接続されている。このように構成されているので、冷却水熱交換器５１では、冷却水Ｃｗと熱源温水ｈとが熱交換して、冷却水Ｃｗが加熱され温度が上昇する。すなわち、昇温される。冷却水入口温度Ｔ１が昇温量としての温度上昇幅だけ上昇する結果、溶液の濃度に直接的に影響を与える出口温度Ｔ２が上昇する。実際に調節すべき昇温量としての温度上昇幅は、本実施の形態では、凝縮器を出る冷却水の出口温度Ｔ２の上昇幅である。すなわち、冷却水熱交換器５１を作動させないときと比較した作動させたときの温度上昇幅である。結局は、冷却水の出口温度Ｔ２を検出して、その温度がＴＨＬとＴＨＨの間にあるように昇温量を調節する。ただし、冷却水の入り口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２と冷却水の水量及び第二種ヒートポンプの運転負荷には、相関関係があるので、相関を表す相関式を導入することにより調節すべき対象を入口温度Ｔ１の上昇幅としてもよい。

【0031】

図１（ｂ）の部分図に示すように、冷却水熱交換器５１に代えて冷却水熱交換器５３としてもよい。冷却水熱交換器５３は、冷却水管４７を流れる冷却水Ｃｗの全量を冷却水熱交換器５３に流し、熱源温水管２３を三方弁５４でバイパスして冷却水熱交換器５３に流すように構成されている。三方弁５４は、熱源温水管２３に配設され、熱源温水管２３を流れる熱源温水ｈを、冷却水熱交換器５３、又はその下流側の熱源温水管２４に、選択的に流す。以上の三方弁５０又は５４は、一体で三方弁に構成した弁であってもよいし、二方弁を２個組み合わせて構成した弁であってもよい。

【0032】

再生器缶胴と凝縮器缶胴とは、上部で接続されており、これにより、再生器３０と凝縮器４０とが気相部で相互に連通している。再生器３０と凝縮器４０とが気相部で連通することにより、再生器３０及び凝縮器４０の内部の圧力が概ね等しくなっている。また、再生器３０と凝縮器４０とが連通することにより、再生器３０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器４０に供給することができるように構成されている。

【0033】

制御装置９０は、吸収ヒートポンプ１の運転を制御する機器であり、制御部９１と、演算部９２とを有している。制御部９１は、起動指令部９１−１と濃度維持部９１−２とを有する。制御装置９０は、特に濃度維持部９１−２は、冷却水ポンプ４９及び三方弁５０と信号ケーブルで接続されており、冷却水ポンプ４９の発停や回転速度の調節、及び三方弁５０の切り替えやバイパス流量の調節を行うことができるように構成されている。本実施の形態では、冷却水ポンプ４９は、回転速度を調節することにより冷却水流量を調節して、冷却水の出口温度を所定の温度に制御する。所定の温度に制御するとは、所定の幅を持った温度範囲に維持するような制御であるが、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御により設定温度に制御するものであってもよい。三方弁５０は、ステップ状に開閉を行ってバイパス流量の調節を行うことにより冷却水の温度を所定の温度範囲に維持するように制御するように構成する。ステップ状の開閉とは、全閉と全開との間の２位置の開閉であってもよいが、全閉と前開との間で複数段階に開度を変化させる開閉であってもよい。又は、連続的に開度を調節（バイパス流量を調節）して冷却水の温度を所定の設定温度に制御するように構成してもよい。三方弁５０は、連続的に開度を調節して、冷却水の温度を連続的に制御してもよい。

【0034】

演算部９２は、冷媒温度計４３で検知した温度（凝縮器４０の凝縮温度すなわち露点温度）と濃溶液温度計３１で検知した濃溶液温度から、濃溶液の濃度を演算する。そして、この値を記憶する。

【0035】

図２のデューリング線図を参照して、吸収ヒートポンプ１の作用を説明する。図中、Ａ１とＡ２は吸収器１０内の溶液Ｓの状態を表す点であり、Ｇ１とＧ２は再生器３０内の溶液Ｓの状態を表す点である。Ｅは蒸発器２０、Ｃは凝縮器４０内の冷媒Ｖの状態を表す点である。吸収器１０内では、Ａ２（濃溶液Ｓａ）からＡ１（希溶液Ｓｗ）に変化し、再生器３０内ではＧ１（希溶液Ｓｗ）からＧ２（濃溶液Ｓａ）に変化する。Ａ１、Ａ２、Ｇ１、Ｇ２、Ｅ、Ｃは、冷却水温度が正常であり、溶液濃度が正常な運転状態にあるときの点である。一方、冷却水温度が低いため溶液濃度が高過ぎる運転状態にあるときの対応する点を、Ａ１’のようにプライムを付して表している。破線で示すサイクルは、冷却水温度が低い場合、実線で示すサイクルは、冷却水温度を上昇させた場合である。

【0036】

吸収ヒートポンプサイクルは、Ａ２→Ａ１→Ｇ１→Ｇ２→Ａ２のように回る。この例では吸収ヒートポンプサイクルは第二種であり、熱源媒体の入口温度は１０２℃、発生蒸気圧力は０．４ＭＰａＧとして計算したものである。この例では、熱源媒体は８０〜１００℃の温水ではなく、分かり易いように１０２℃の蒸気、または加圧水としている。
まず冷却水温度が低い場合を説明する。冷却水の入り口温度は１５℃である。この場合、Ａ１’、Ｇ１’では、希溶液Ｓｗの濃度は６３．６％であり、Ａ２’、Ｇ２’では、濃溶液Ｓａの濃度は、６７．９％となる。図示の通り、Ｇ２’が結晶線に接近している。すなわち吸収ヒートポンプサイクル、Ａ２’→Ａ１’→Ｇ１’→Ｇ２’→Ａ２’の中で、再生器３０の溶液出口配管３５やポンプ３５Ｐで結晶の恐れがある状態である。

【0037】

次に冷却水の流量を約１５％に絞った場合を説明する。吸収ヒートポンプサイクルは、Ａ２→Ａ１→Ｇ１→Ｇ２→Ａ２で示される。この場合は、Ａ１、Ｇ１では、希溶液Ｓｗの濃度は６２．１％であり、Ａ２、Ｇ２では、濃溶液Ｓａの濃度は、６４．６％となった。図示の通り、点Ｇ２が結晶線から十分に離れており、正常な運転状態となっている。ちなみに凝縮器４０の凝縮温度（露点温度）は、Ｃ’で２３．２℃が、Ｃで３７．０℃となった。また蒸発器２０の蒸発温度（露点温度）は、Ｅ’で９３．５℃、Ｅで９７．２℃である。熱源媒体の入口温度が同一の１０２℃であるにもかかわらず、蒸発温度に差があるのは、冷却水温度が低く且つ水量が多い場合は、水量を絞った場合よりも汲み上げる熱量が多くなるからである。

【0038】

水量を絞る代わりに、冷却水を予熱して入口温度を３２℃とした場合も、冷却水の流量を絞った場合とほぼ同じ状態となる。

【0039】

上記の例では、冷却水の流量を約１５％としたが、通常は３０％程度が冷却水量の下限である。したがって、冷却水の流量を３０％とした段階で、濃溶液の濃度がまだ高すぎるときは、図１に示すように、冷却水Ｃｗをバイパスして冷却水熱交換器５１に流し、熱源温水ｈにより冷却水Ｃｗを予熱する。この場合は、図２のデューリング線図で説明したように、Ｇ２における濃溶液の濃度は結晶し始める状態から離れ十分に安全領域に入る。

【0040】

図１（ａ）に示すように、冷却水熱交換器５１にバイパスした冷却水Ｃｗを流す構成の場合は、冷却水Ｃｗの流量を約３０％に絞った後の冷却水Ｃｗを受け入れれば足りるので、冷却水熱交換器５１をコンパクトに設けることができる。

【0041】

一方、図１（ｂ）の部分図に示すように、冷却水管４７を流れる冷却水Ｃｗの全量を冷却水熱交換器５３に流し、熱源温水管２３を三方弁５４でバイパスして冷却水熱交換器５３に流すように構成するときは、冷却水の流量を絞らずに、冷却水熱交換器５３での予熱だけで冷却水温度を上昇させることができ、あるいは冷却水ポンプ４９の回転速度を下げて冷却水の流量をある程度だけ絞れば、あとは冷却水熱交換器５３での予熱により冷却水温度を上昇させることができるので、凝縮器４０への冷却水流量を高く維持できる。このように構成すると、凝縮器伝熱管の冷却水側のスケールの付着を抑えることができる。

【0042】

図３のフロー図を参照して、吸収ヒートポンプ１の起動時の起動指令部９１−１による制御を説明する。吸収ヒートポンプ１を起動しようとするときは、冷却水の流量を下記に述べる下限流量迄予め絞っておく（ステップＳ１）。冷却水ポンプを回転数制御して冷却水流量を制御すれば、起動時の冷却水量を絞ることにより冷却水ポンプの運転に必要な電力を少なくできる。すなわち、熱より電力の削減を先に行う。
次に、冷却水の温度を検出する（ステップＳ２）。以下冷却水の温度は常時測定を続ける。冷却水の温度は冷却水出口温度計４２により検出する冷却水出口温度Ｔ２であるが、起動時は冷却水入口温度計４１により検出する冷却水入口温度Ｔ１であってもよい。吸収ヒートポンプ１の起動前は、凝縮器４０は作動していないので、冷却水の温度は入口も出口もほぼ等しいからである。冷却水出口温度計４２を使用するときは、起動後もそのままこれを使用することができる。起動時に冷却水入口温度計４１を使用したときは、連続運転に入ったときに、冷却水温度の検出を冷却水出口温度計４２に切り替える。

【0043】

次に、検出した温度が起動時の所定の温度ＴＳよりも高いかを判断する（ステップＳ３）。起動時の所定の温度ＴＳは、以下のように設定する。
冷却水入口温度が低く、例えば５〜１０℃の場合、これが起動可能温度例えば２０℃（起動可能温度を連続運転時に想定される冷却水入口温度１５℃とすると、起動直後は運転負荷が低いので、冷却水出口温度は目標とする３５℃に達せず、再生器の溶液濃度も濃くなるため、この入口温度より高い温度に設定するのが良い）に達してから吸収ヒートポンプを起動する。すなわち、起動時の所定の温度ＴＳは、１５℃以上２５℃以下とするとよいが、典型的には２０℃である。起動をしようとする起動前は、熱源温水ｈは蒸発器・再生器内を流れているが吸収ヒートポンプは起動していない状態である。すなわち、冷媒ポンプ、溶液ポンプはまだ稼働していない。

【0044】

ステップＳ３の判断が、ＮＯのとき（低いとき）は、冷却水熱交換器５１により冷却水を予熱する（ステップＳ４）。ここで、予熱するには、温度差（ＴＳ−Ｔ）に応じた熱量を加える。その際、冷却水熱交換器に入る加熱源流体の流量の増加もしくは温度の上昇あるいはその両者を同時に行うが、いずれも漸増して行うと良い。そしてステップＳ３に戻る。ここでＹＥＳ（高い）となったら、吸収ヒートポンプ１を起動する（ステップＳ５）。このとき、前提として冷却水の流量を下限まで絞ってあるので、冷却水の予熱に必要な時間が短縮されて速やかに起動でき、起動条件が整った後、実際に起動して連続運転に移行するときに、移行がスムーズに行われる。また、冷却水量が下限流量であることから冷却水予熱に必要な熱量が少なくて済み、熱の有効利用を一層向上させることができる。起動後は図４のフローに移行する。

【0045】

図４のフロー図を参照して、吸収ヒートポンプ１の起動後の濃度維持部９１−２による制御を説明する。起動できたら予熱を徐々に減らすとよい。このようにすると、関連機器の事情から起動時に冷却水量を下限まで絞らなかった場合でも、冷却水の流量の調節が予熱に優先して行われる制御に移行できる。冷却水の流量を下限まで絞ることなく予熱したときは、まず冷却水量を絞るようにしてもよい。予熱に必要な熱量が少なくて済み、熱の有効利用を一層向上させることができる。ここでは、冷却水量を下限量迄絞って起動した場合について説明する。

【0046】

まず冷媒温度計４３により凝縮器４０での凝縮温度Ｔ３を検出する。ただし、凝縮温度Ｔ３と冷却水の出口温度との間には相関関係があるので、冷却水の温度であってもよい。通常は凝縮温度Ｔ３は、冷却水の出口温度Ｔ２よりも２〜３℃程度高い。この温度は、常時検出する（ステップＳ６）。本実施の形態では、凝縮温度Ｔ３ではなく、冷却水出口温度Ｔ２を検出するものとする。間接的に凝縮器４０内の冷媒温度を検出していることになる。このように構成すると、図３で説明した起動時のステップＳ２と共通して冷却水出口温度計４２を使用できる。起動時は、冷却水入口温度計４１でもよかったが、ここで検出する冷却水温度は冷却水出口温度計４２により検出する冷却水出口温度Ｔ２である。
また、凝縮温度や冷却水出口温度の代わりに凝縮器内圧を検出して、その圧力を演算部で温度換算しても良い。凝縮温度と凝縮器内圧とは、デューリング線図（図２）の濃度０の線で表される、１対１の相関関係があるからである。或いは、温度換算しなくとも圧力値をそのまま制御対象値としても良い。その場合には、以下のＴＨ温度より２〜３℃高い露点から算出される圧力が目標値となり、制御対象は常時検出される凝縮器内圧となる。圧力を使うときは、以下の記載において、例えば第一の所定の温度は、第一の所定の圧力のように読み替える。あるいは温度、圧力のいずれにも適用できるように所定の値と言ってもよい。

【0047】

以下、冷却水の出口温度Ｔ２が第一の所定の温度ＴＨを設定値とし、この温度になるように制御する。以下の実施の形態では、第一の所定の温度には、下限ＴＨＬと上限ＴＨＨがあるものとし、冷却水の出口温度に幅があるものとし、下限ＴＨＬと上限ＴＨＨの間にあるように制御するものとして説明する。ＴＨは典型的には３５℃、ＴＨＬは３４℃、ＴＨＨは３６℃である。この温度は第二種ヒートポンプによって数度変化するものであるが、ここでは、この温度を用いて説明する。

【0048】

まず、冷却水温度Ｔ２がＴＨＨより低いかを判断する（ステップＳ７）。ＮＯのとき（ＴＨＨより高いとき）は、冷却水が予熱中かを判断する（ステップＳ８）。ＹＥＳ（予熱中）のときは、予熱を中止又は減らす（ステップＳ９）。ここで、予熱を減らすには、冷却水熱交換器に入る加熱源流体の流量の減少もしくは温度の低減あるいはその両者を同時に行う。その際、いずれも温度差（ＴＨＨ−Ｔ２）に応じて漸減するのが良い。尚、起動後の冷却水出口温度は入口温度より高くなるが、第二種ヒートポンプの運転負荷に応じて運転負荷が大であるほど出口温度は入口温度に対して高くなるので、起動後は冷却水の予熱を中止または減らすことになる場合が多い。このように、起動後は、予熱に必要な熱量は徐々に少なくなり、熱の有効利用を一層向上させることができる。また、予熱が終了後、冷却水量を増大する制御に入ることで、冷却水量を漸増すれば冷却水量の漸増に伴って第二種ヒートポンプの負荷を漸増させることができ、第二種ヒートポンプの各部材温度の熱衝撃を防ぎながら少しずつ高くすることができて、部材の長寿命化に役立つ。
そしてステップＳ７に戻る。ステップＳ８でＮＯの（予熱中ではない）ときは、冷却水量Ｆが常用水量ＦＨと比較して少ないか比較（ステップＳ１０）する。ＹＥＳの場合（ＦＨより少ない場合）には、冷却水の水量Ｆを、常用水量ＦＨを最大量として、増とする（ステップＳ１１）。ここで、冷却水量Ｆは流量差（ＦＨ−Ｆ）に応じて漸増するのが良い。そしてステップＳ７に戻る。ステップＳ１０の判定が、ＮＯの場合（ＦＨと同量以上の場合）には、冷却水量を増やすことはできないので、そのままステップＳ７に戻る。なお、常用水量ＦＨまで増としても、依然として上限温度ＴＨＨよりも高いのは、真夏で気温が高いような場合であり、吸収ヒートポンプの出力が低下することになる。しかしこのような条件では、冷却水温度が原因で溶液が結晶化する心配はない。

【0049】

ステップＳ７でＹＥＳの（ＴＨＨより低い）ときは、冷却水温度Ｔ２がＴＨＬよりも高いかを判断する（ステップＳ１２）。ＹＥＳの（ＴＨＬよりも高い）ときは、ステップＳ７に戻る。冷却水温度Ｔ２が、ＴＨＬとＴＨＨの間にある限りは、あるいはＴＨである限りは、ステップＳ７とステップＳ１２との間を回り安定した運転が継続される。

【0050】

ステップＳ１２でＮＯの（ＴＨＬよりも低い）ときは、冷却水量Ｆが下限水量ＦＬよりも多いかを判断する（ステップＳ１３）。ＦＬは典型的には常用流量の好ましくは１５％以上、５０％以下、さらに好ましくは２０％以上、４０％以下、典型的には３０％である。ステップＳ１３でＹＥＳ（冷却水流量Ｆが下限値ＦＬよりも多い）と判断したときは、流量を減とする（ステップＳ１４）。ここで、冷却水量Ｆは流量差（Ｆ−ＦＬ）に応じて漸減するのが良い。そして、ステップＳ７に戻る。

【0051】

ステップＳ１３でＮＯの（ＦＬよりも少ない）とき、すなわち、冷却水流量が下限値と同等あるいは少ないと判断したときは、それ以上冷却水の流量を減らすことができないので、冷却水を冷却水熱交換器により予熱する（ステップＳ１５）。ここで、予熱するには、温度差（Ｔ２−ＴＨＬ）に応じた熱量を加える。その際、冷却水熱交換器に入る加熱源流体の流量の増加もしくは温度の上昇あるいはその両者を同時に行うが、いずれも漸増して行うと良い。
そしてステップＳ１２に戻る。このようにして、冷却水の水量を絞って出口温度を上昇させきれないときも、予熱により温度を上昇させることができる。
ここで、冷却水熱交換器を、設置場所における真冬における冷却水の最低温度（極限的には０℃）と前記下限流量、その時に供給される加熱源流体の温度と流量を想定し、冷却水を第二種ヒートポンプが必要とする温度迄温度を昇温量としての温度上昇幅だけ上昇させることができる、すなわち昇温できる熱量を得られるように設計すれば、真冬であっても第二種ヒ−トポンプを停止することなく運転を継続することができる。前述のように、ここで実際に調節すべき昇温量としての温度上昇幅は、凝縮器を出る冷却水の出口温度Ｔ２の上昇幅である。ただし、冷却水の入り口温度Ｔ１と出口温度Ｔ２と冷却水の水量及び第二種ヒートポンプの運転負荷には、相関関係があるので、相関を表す相関式を導入することにより調節すべき対象を入口温度Ｔ１の上昇幅としてもよい。

【0052】

以上の説明では、冷却水熱交換器５１又は５３で冷却水を加熱する熱源には、蒸発器２０、再生器３０で利用する熱源温水ｈを利用するものとしたが、それ以外のより低温の別の熱源、例えば、工場排温水等を使っても良い。こうすることにより、低温の排熱をより有効に利用することができる。

【0053】

熱源温水ｈは、蒸発器２０、再生器３０の順番で直列に流す場合で説明した。このようにすると蒸発器２０での蒸発温度（蒸発圧力）を高くできるので、吸収器１０で得られる温度を高くすることができる。ひいては、高い温度の被加熱媒体Ｗｖを取り出すことができる。逆に、再生器３０、蒸発器２０の順番で直列に流してもよい。また、再生器３０、蒸発器２０に並列に流してもよい。冷却水熱交換器の熱源としては蒸発器出口、再生器出口いずれの熱源も利用できる。

【0054】

熱源温水ｈは、蒸発器２０、再生器３０の順番で直列に流した後、冷却水熱交換器５１又は５３で利用する実施の形態を説明した。このように構成すると、吸収ヒートポンプ１の熱源として十分に利用した後の熱源温水ｈを利用できるので熱源温水を有効に利用することができる。図２のデューリング線図で説明したように、Ｇ１の温度は、８６．６℃であり（熱源温水の温度はこれよりも高い）、冷却水を予熱する熱量が十分に残っているからである。一般には、蒸発器２０及び／又は再生器３０で利用した後の熱源温水ｈは、そのまま棄てられる。

【0055】

蒸発器２０、再生器３０で利用する熱源は、熱源温水であるとして説明したが、蒸気、排ガスを用いてもよい。また、ここでは、吸収ヒートポンプから蒸気を取り出すとしたが、液体を高温に加熱して取り出すものであっても良い。また、ここに記載した冷却水温度及び冷却水量制御方法は、冷却水を必要とする吸収冷凍機、吸収冷温水機及び第一種吸収ヒートポンプに適用しても良い。すなわち、特に断らない限り、吸収ヒートポンプは、吸収冷凍機も含む概念とする。

【0056】

冷却水昇温器として冷却水熱交換器５１又は５３を利用する場合で説明したが、熱源温水ｈを冷却水に混合する混合器、例えば冷却水管４７に配設した三方弁（不図示）としてもよい。熱源温水によっては、汚染等により、冷却水に混合するのに適さない場合がある。冷却水熱交換器とすれば、そのような問題はない。冷却水の混合器とするときは、熱交換器が不要となり、構造を単純に構成することができる。
冷却水昇温器として、熱源温水等、冷却水よりも温度の高い温水と冷却水とを混合する混合器を使う場合は、昇温量は混合前の冷却水の温度から混合後の混合冷却水の温度までの温度上昇幅として把握できる。

【0057】

第一の所定の温度ＴＨは、典型的には３５℃（ＴＨＬは３４℃、ＴＨＨは３５℃）であるが、ＴＨを起動時の所定の温度（許容最低温度）ＴＬ（典型的には１５℃）と同じ温度、あるいはそれに極力近い温度、例えば２０℃としてもよい。このときは、冷却水の供給温度が低下しても、冷却水出口温度が２０℃に低下するまでは、冷却水の流量を絞ることなく、また冷却水を予熱することもなく運転する。濃溶液Ｓａの濃度が高くなり、ヒートポンプサイクルがデューリング線図上で結晶線に近くなっても溶液Ｓが結晶しなければよいからである。このときは、熱源温水ｈのエネルギーをできるだけ多く利用することができる。但し第一の所定の温度を高めに設定すれば、より安全な運転を継続することができる。

【符号の説明】

【0058】

１ 吸収ヒートポンプ
１０ 吸収器
２０ 蒸発器
２１ 熱源温水管
２２ 熱源温水管
２３ 熱源温水管
２４ 熱源温水管
３０ 再生器
３１ 濃溶液温度計
４０ 凝縮器
４１ 冷却水入口温度計
４２ 冷却水出口温度計
４３ 冷媒温度計
４５ 冷媒液管
４６ 冷媒ポンプ
４７ 冷却水管
４８ 冷却水管
４９ 冷却水ポンプ
５０ 三方弁
５１ 冷却水熱交換器
５２ バイパス配管
５３ 冷却水熱交換器
５４ 三方弁
９０ 制御装置
９１ 制御部
９１−１ 起動指令部
９１−２ 濃度維持部
９２ 演算部
Ｃｗ 冷却水
ｈ 熱源温水
Ｓａ 濃溶液
Ｓｗ 希溶液
Ｖｅ 蒸発器冷媒蒸気
Ｖｆ 冷媒液
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気
Ｗｑ 被加熱媒体液
Ｗｖ 被加熱媒体蒸気

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】