JP2007127341A - 吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】一台の吸収ヒートポンプで、昇温能力が高く、効率の向上を実現する吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムを提供する。
【解決手段】吸収液が冷媒蒸気を吸収し被加熱媒体を加熱する第１の吸収器ＡＨと、第２の被加熱媒体流路を流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器ＡＬと、吸収液を導入し吸収液から冷媒を蒸発させる再生器Ｇと、再生器で蒸発した冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器Ｃと、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し第２の被加熱媒体流路で発生した冷媒蒸気を第１の吸収器に送る第１の蒸発器ＥＨと、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し冷媒液から冷媒蒸気を発生させ第２の吸収器に送る第２の蒸発器ＥＬと、第２の吸収器で吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置と、第１の蒸発器または第１の吸収器と第２の蒸発器または第２の吸収器とを連通する冷媒蒸気流路２５と、冷媒蒸気流路の流量を調整する冷媒蒸気流量調整装置２８とを備える吸収ヒートポンプ。
【選択図】図１

Description

本発明は吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムに関し、特に昇温能力が高く、効率の向上を実現する吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムに関する。

低温の熱源から高温の熱源に熱を汲み上げる機器であるヒートポンプが知られている。ヒートポンプの一つとして、吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱により熱媒体を加熱する吸収ヒートポンプが知られている。吸収ヒートポンプには、駆動熱源として投入した熱量より多くの熱量を得る増熱型のヒートポンプである第一種吸収ヒートポンプと、駆動熱源温度より高い温度を取り出す昇温型のヒートポンプである第二種吸収ヒートポンプとがある。第二種吸収ヒートポンプの昇温特性は、低温の熱源温度と冷却温度との温度差に大きく影響される。すなわち、熱源温度が同じでも、冷却温度が低いときは昇温能力が大きく、冷却温度が高くなると、昇温能力が低下する。たとえば、冷却系として、冷却塔からの冷却水を用いる場合に、冬季は昇温能力が高く、所望の出力が得られるとしても、夏季には昇温能力が低下し、所望の出力が得られなくなる。特に、蒸気供給システムに吸収ヒートポンプを用いる場合に、夏季に蒸気が得られなくなるという問題を抱えることになる。そこで、吸収ヒートポンプを２段として、昇温能力を高めた吸収ヒートポンプが提案されている（例えば特許文献１参照）。
特公昭５８−１８５７５号公報（第２頁、第２図）

しかしながら、吸収ヒートポンプを２段とすると、熱効率としてのＣＯＰ（ＣＯＰ＝高温流体への出熱量／加熱源からの入熱量）が低下する。例えば、一段昇温型に比べ、二段昇温型ではＣＯＰが約３分の２となる。しかし、熱効率と昇温能力との両方を満足するために、一段昇温型吸収ヒートポンプと二段昇温型吸収ヒートポンプとを備えることは、設備費用や敷地の使用の点から、困難な場合が多い。

そこで、本発明は、一台の吸収ヒートポンプで、昇温能力が高く、効率の向上を実現する吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１（ａ）に示すように、吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器ＡＨと；吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴを流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器ＡＬと；冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し、吸収液から冷媒を蒸発させる再生器Ｇと；再生器Ｇで蒸発した冷媒蒸気を導入し、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器Ｃと；凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器ＡＨに送る第１の蒸発器ＥＨと；凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し、冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ、第２の吸収器ＡＬに送る第２の蒸発器ＥＬと；第２の吸収器ＡＬで吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置１３、１７と；第１の蒸発器ＥＨまたは第１の吸収器ＥＨと、第２の蒸発器ＥＬまたは第２の吸収器ＡＬとを連通し、第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器ＡＨに導く冷媒蒸気流路２５と；冷媒蒸気流路２５の冷媒蒸気の流量を調整する冷媒蒸気流量調整装置２８とを備える。

このように構成すると、第２の被加熱媒体流路で第２の蒸発器よりも高い温度に加熱された冷媒蒸気を第１の蒸発器から第１の吸収器に送り、冷媒蒸気流量調整装置で第２の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気系と第１の吸収器系とを遮断することにより、従来と同様の二段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する。また、冷媒蒸気流量調整装置で第２の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器に導入し、第１の吸収器で吸収液に吸収させることにより、従来と同様の一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する。したがって、１台の吸収ヒートポンプで、昇温能力の高い二段昇温型吸収ヒートポンプとしても、熱効率の高い一段昇温型吸収ヒートポンプとしても使用できる吸収ヒートポンプとなる。

また、請求項２に記載の発明に係る吸収ヒートポンプでは、例えば図１に示すように、請求項１に記載の吸収ヒートポンプにおいて、第２の吸収器ＡＬで吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置１３、１７を備える。

このように構成すると、第２の吸収器で吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置で第２の吸収器での吸収液の冷媒蒸気の吸収を停止し、冷媒蒸気流路で第１の蒸発器ＥＨと第２の蒸発器ＥＬとを連通することにより、完全な一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能するようになる。

また、請求項３に記載の発明に係る吸収ヒートポンプは、例えば図１に示すように、請求項２に記載の吸収ヒートポンプにおいて、第２の吸収器ＡＬで吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置が、吸収液が第２の吸収器ＡＬをバイパスするバイパス流路１３と、バイパス流路１３の吸収液の流れを遮断する吸収液流路遮断装置１７とを備える。なお、「吸収液が第２の吸収器をバイパスする」とは、吸収液が第２の吸収器ＡＬで冷媒蒸気を実質的に吸収することがなければよく、第２の吸収器ＡＬに流れる構成を含む。

このように構成すると、吸収液流路遮断装置でバイパス流路の吸収液の流れを遮断することにより、第２の吸収器に吸収液が送られ、第２の吸収器で吸収液が冷媒蒸気を吸収するが、吸収液流路遮断装置によるバイパス流路の吸収液の流れが遮断されないと、吸収液が第２の吸収器をバイパスし、第２の吸収器で吸収液が冷媒蒸気を吸収することが停止される。

前記目的を達成するため、請求項４に記載の発明に係る吸収ヒートポンプは、例えば図７に示すように、吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器ＡＨと；吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴを流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器ＡＬと；冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し、吸収液から冷媒を蒸発させる再生器Ｇと；再生器Ｇで蒸発した冷媒蒸気を導入し、冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器Ｃと；凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器ＡＨに送る第１の蒸発器ＥＨと；凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し、冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ、第２の吸収器ＡＬに送る第２の蒸発器ＥＬと；第１の吸収器ＡＨへ吸収液を送る第１の吸収液流路１１ａ、１１ｂと；第１の吸収器ＡＨから冷媒を吸収した吸収液を流出する第２の吸収液流路１２ａ、１２ｂと；第１の吸収器ＡＨと第２の被加熱媒体流路ＡＬＴとを連通する冷媒液流路１２３と；第１の吸収液流路１１ａ、１１ｂの吸収液の流れを遮断する第１の吸収液流路遮断装置１１１と；第２の吸収液流路１２ａ、１２ｂの吸収液の流れを遮断する第２の吸収液流路遮断装置１６と；冷媒液流路１２３の冷媒液の流れを遮断する冷媒液流路遮断装置１２６とを備える。

このように構成すると、第１の吸収液流路から吸収液を第１の吸収器に送り、第２の吸収液流路から冷媒を吸収した吸収液を流出し、また、冷媒液流路遮断装置で第１の吸収器と第２の被加熱媒体流路とを遮断することにより、従来と同じ二段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する。また、第１の吸収液流路と第２の吸収液流路を遮断することにより、従来と同様の一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する。なお、一段昇温型吸収ヒートポンプでは、第２の被加熱媒体流路で加熱された冷媒液から発生した冷媒蒸気を用いて第１の被加熱媒体流路を流れる被加熱媒体を加熱し、冷媒液流路を通じて冷媒液を第１の吸収器と第２の被加熱媒体流路との間で循環させる。したがって、１台の吸収ヒートポンプで、昇温能力の高い二段昇温型吸収ヒートポンプとしても、熱効率の高い一段昇温型吸収ヒートポンプとしても使用できる吸収ヒートポンプとなる。

上記目的を達成するため、請求項５に記載の発明に係る蒸気供給システムは、例えば図１（ａ）に示すように、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプと；第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに水ＳＷ１を送る送水設備３０、３１と；第１の被加熱媒体流路ＡＨＴで加熱された水から生成した蒸気を送る蒸気装置９０とを備える。

このように構成すると、昇温能力の高い二段昇温型吸収ヒートポンプとしても、熱効率の高い一段昇温型吸収ヒートポンプとしても使用できる吸収ヒートポンプを備えるので、昇温能力が高く、効率の向上を実現する蒸気供給システムとなる。

本発明によれば、吸収ヒートポンプが、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第１の被加熱媒体流路を流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第２の被加熱媒体流路を流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器と、冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し吸収液から冷媒を蒸発させる再生器と、再生器で蒸発した冷媒蒸気を導入し冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し第２の被加熱媒体流路と連通し第２の被加熱媒体流路で加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器に送る第１の蒸発器と、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ第２の吸収器に送る第２の蒸発器と、第１の蒸発器または第１の吸収器と第２の蒸発器または第２の吸収器とを連通し第２の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器に導く冷媒蒸気流路と、冷媒蒸気流路の冷媒蒸気の流量を調整する冷媒蒸気流路調整装置とを備えるので、二段昇温型吸収ヒートポンプとしても一段昇温型吸収ヒートポンプとしても機能し、１台の吸収ヒートポンプで、昇温能力の高い二段昇温型吸収ヒートポンプとしても、熱効率の高い一段昇温型吸収ヒートポンプとしても使用できる吸収ヒートポンプを提供できる。

また、吸収ヒートポンプが、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第１の被加熱媒体流路を流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第２の被加熱媒体流路を流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器と、冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し吸収液から冷媒を蒸発させる再生器と、再生器で蒸発した冷媒蒸気を導入し冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し第２の被加熱媒体流路で加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を第１の吸収器に送る第１の蒸発器と、凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ第２の吸収器に送る第２の蒸発器と、第１の吸収器へ吸収液を送る第１の吸収液流路と、第１の吸収器から冷媒を吸収した吸収液を流出する第２の吸収液流路と、第１の吸収器と第２の被加熱媒体流路とを連通する冷媒液流路と、第１の吸収液流路の吸収液の流れを遮断する第１の吸収液流路遮断装置と、第２の吸収液流路の吸収液の流れを遮断する第２の吸収液流路遮断装置と、冷媒液流路の冷媒液の流れを遮断する冷媒液流路遮断装置とを備えるので、二段昇温型吸収ヒートポンプとしても一段昇温型吸収ヒートポンプとしても機能し、１台の吸収ヒートポンプで、昇温能力の高い二段昇温型吸収ヒートポンプとしても、熱効率の高い一段昇温型吸収ヒートポンプとしても使用できる吸収ヒートポンプを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。

図１（ａ）のフロー図を参照して、本発明の第１の実施の形態である吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム１００の構成を説明する。なおフロー図中、破線は制御信号の経路を表す（以下、同じ。）。蒸気供給システム１００は、吸収ヒートポンプと、吸収ヒートポンプにて加熱される水ＳＷ１を供給する送水設備としての給水ポンプ３０および給水配管３１と、吸収ヒートポンプにて加熱された水から生成した蒸気を送る蒸気装置としての気液分離装置９０とを備える。以下、先ずは吸収ヒートポンプについて説明する。

吸収ヒートポンプは、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器ＡＨと、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第２の被加熱媒体流路ＡＬＴを流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器ＡＬと、冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し吸収液から冷媒を蒸発させる再生器Ｇと、再生器Ｇで蒸発した冷媒蒸気を導入し冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器Ｃと、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで加熱された冷媒液から発生した冷媒蒸気を第１の吸収器ＡＨに送る第１の蒸発器ＥＨと、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し冷媒液から冷媒蒸気を発生させ第２の吸収器ＡＬに送る第２の蒸発器ＥＬとを備える。吸収液は、吸収剤と冷媒の溶液であり、吸収剤濃度は変動する。また前述の冷媒系統の冷媒には少量の吸収剤が含まれる場合もある。

第１の吸収器ＡＨは、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを有しており、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴは、被加熱媒体である水が流れる伝熱管である。第１の吸収器ＡＨは、その内部に吸収液を散布するノズルＡＨＮが形成される。ノズルＡＨＮから散布された吸収液が冷媒を吸収する際に発生する吸収熱が伝熱管である第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを介して被加熱媒体としての水を加熱する構成となっている。すなわち、ノズルＡＨＮから散布された吸収液が第１の被加熱媒体流路ＡＨＴの表面に濡れ広がる。第１の吸収器ＡＨの下部には散布された吸収液が貯留される。貯留された吸収液の液位は、液面計ＬＡＨにより計測される。計測した液位に基づき、後で説明するように、第１の吸収器ＡＨに送られる吸収液の量を調節する。よって、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴが吸収液に没入しない。このように構成すると、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴの表面に濡れ広がった吸収液に冷媒が吸収されるようになるため、吸収液と冷媒との接触面積が大きくできるとともに、発生した吸収熱が第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる水に速やかに伝わり易い。

第２の吸収器ＡＬには第２の被加熱媒体流路を形成する伝熱管ＡＬＴが配置される。伝熱管ＡＬＴには、第１の蒸発器ＥＨの冷媒液が流れ、加熱されて、蒸発する。すなわち、伝熱管ＡＬＴの内側（第２の被加熱媒体流路）は、第１の蒸発器ＥＨの一部となり、伝熱管ＡＬＴは、第２の吸収器ＡＬの伝熱部と第１の蒸発器ＥＨの伝熱部として共用される。第２の吸収器ＡＬは、その内部に吸収液を散布するノズルＡＬＮが形成される。ノズルＡＬＮから散布された吸収液が冷媒を吸収する際に発生する吸収熱が伝熱管ＡＬＴを介して冷媒液を加熱する構成となっている。すなわち、第２の吸収器ＡＬの伝熱管ＡＬＴの外側には吸収液が流れ、内側には第２の被加熱流体としての冷媒が流れる。ノズルＡＬＮから散布された吸収液が伝熱管ＡＬＴの表面に濡れ広がる。第２の吸収器ＡＬの下部には散布された吸収液が貯留される。貯留された吸収液の液位は、液面計ＬＡＬにより計測される。計測した液位に基づき、後で説明するように、第２の吸収器ＡＬに送られる吸収液の量を調節する。よって、伝熱管ＡＬＴが吸収液に没入しない。このように構成すると、伝熱管ＡＬＴの表面に濡れ広がった吸収液に冷媒が吸収されるようになるため、吸収液と冷媒との接触面積が大きくできるとともに、発生した吸収熱が伝熱管ＡＬＴを流れる冷媒液に速やかに伝わり易い。

再生器Ｇは、第１の吸収器ＡＨおよび第２の吸収器ＡＬにおいて、冷媒を吸収した吸収液が散布されるノズルＧＮと、その下方に熱源としての温水ＨＷ１が流れる伝熱管ＧＴを備える。加熱源は温水ＨＷ１でなくてもよく、工場や家庭等からの廃熱を利用するものでもよく、蒸気、ガスなどでもよい。ノズルＧＮから散布された吸収液が、伝熱管ＧＴを介して温水ＨＷ１から加熱される構成となっている。すなわち、ノズルＧＮから散布された吸収液が伝熱管ＧＴの表面に濡れ広がる。再生器Ｇの下部には散布された吸収液が貯留される。再生器Ｇの底部に吸収液の貯留部を設けることにより、吸収液の濃度が変化し、その容積が変化しても、伝熱管ＧＴが吸収液に浸ることがない。なお、伝熱管ＧＴが吸収液に浸る満液式としてもよいが、図１（ａ）に示すように散布式とする方が吸収液の量を少なくできるので、好適である。

凝縮器Ｃは、再生器Ｇで蒸発した冷媒が送られる流路にて再生器Ｇと連通し、冷却源としての冷却水ＣＷが流れる伝熱管ＣＴを有している。冷却水ＣＷとしては冷却塔等で冷却された冷却水でも、川水などを冷却水として用いてもよく、また、冷却源は冷却水でなくてもよく、冷却空気、あるいは他の流体であってもよい。凝縮器Ｃは、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気を導入し、これを冷却水ＣＷで冷却して凝縮させる。凝縮した冷媒液は、凝縮器Ｃの下方の貯留部に貯留される。

第２の吸収器ＡＬの伝熱管ＡＬＴ中で蒸発して比重の軽くなった冷媒蒸気は、配管２３を通って第１の蒸発器ＥＨの気液分離器ＥＨＳ中に流れる。ここで、気液分離器ＥＨＳとは、第１の吸収器ＡＨと同一缶胴にある第１の蒸発器ＥＨの部分である。このように、第１の蒸発器ＥＨ中の配管２３および第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで、サイホン効果により冷媒液は循環する。気液分離器ＥＨＳで分離された冷媒蒸気は、連通する第１の吸収器ＡＨに送られ、吸収液に吸収される。気液分離器ＥＨＳは、第１の吸収器ＡＨに蒸発した冷媒を送る流路にて第１の吸収器ＡＨと連通している。気液分離器ＥＨＳには、凝縮器Ｃから冷媒液が送られ、底部に貯留される。貯留された冷媒液の液位は、液面計ＬＥＨにより計測される。気液分離器ＥＨＳの底部には、伝熱管ＡＬＴと連通し、循環する流路を形成する配管２３が接続している。配管２３は、気液分離器ＥＨＳの底部において、一の開口は底面とほぼ同等の位置に、他の開口は気液分離器ＥＨＳに貯留される冷媒液の液面より上方に突出するように配設される。このように構成することにより、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで加熱されることにより、冷媒液は、サイホン効果により気液分離器ＥＨＳの貯留部から配管２３を通り、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴで加熱され、配管２３を通って気液分離器ＥＨＳに戻る循環流を生ずる。気液分離器ＥＨＳには、多孔平板であるバッフル板ＥＨＢを配設し、冷媒蒸気に随伴して冷媒液が第１の吸収器ＡＨに送られるのを防止するのが好ましい。第１の蒸発器ＥＨは、気液分離器ＥＨＳと配管２３と伝熱管ＡＬＴとを備えて構成される。

第２の蒸発器ＥＬは、第２の吸収器ＡＬに蒸発した冷媒を送る流路にて第２の吸収器ＡＬと連通し、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液が散布されるノズルＥＬＮと、その下方に熱源としての温水ＨＷ２が流れる伝熱管ＥＬＴを備える。温水ＨＷ２は、温水ＨＷ１と共通の温水であってもよい。加熱源は温水でなくてもよく、工場や家庭等からの廃熱を利用するものでもよく、蒸気、ガスなどでもよい。ノズルＥＬＮから散布された冷媒液が、伝熱管ＥＬＴを介して温水ＨＷ２から加熱され、蒸発する構成となっている。第２の蒸発器ＥＬの下部には散布された冷媒液が貯留される。貯留された冷媒液の液位は、液面計ＬＥＬにより計測される。伝熱管ＥＬＴが貯留される冷媒液に没入しないようにすると、ノズルＥＬＮから散布された冷媒液が伝熱管ＥＬＴの表面に濡れ広がり、伝熱管ＥＬＴ中を流れる温水ＨＷ２との熱交換が行われて冷媒液が加熱されやすく、加熱された冷媒液から冷媒が蒸発し易い。なお、後述するように、伝熱管ＥＬＴが貯留される冷媒液に浸される満液式としてもよく（図３参照）、この場合には、温水ＨＷ２から冷媒液への伝熱量が増え、エネルギ効率が上昇する。

再生器Ｇの底部の貯留部から第１の吸収器ＡＨのノズルＡＨＮへ、吸収液を送る第１の吸収液流路としての配管１１が接続する。配管１１には、吸収液を再生器Ｇから吸込み、加圧して第１の吸収器ＡＨに送る吸収液ポンプ１０が配設される。吸収液ポンプ１０は、配管１１中の再生器Ｇの出口近くに配設するのが、キャビテーション防止の観点から好ましい。吸収液ポンプ１０には、インバータＩＮＶが付属し、インバータＩＮＶは、第１の吸収器ＡＨの液面計ＬＡＨで計測した液面により吸収液ポンプ１０の吐出量を調整し、第１の吸収器ＡＨに貯留される吸収液の量を適切に維持する。ここで、適切な液面とは、吸収液を第２の吸収器ＡＬに送出するのに不足せず、かつ、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴが吸収液に没入しない液面である。

第１の吸収器ＡＨの底部の貯留部から第２の吸収器ＡＬのノズルＡＬＮへ、吸収液を送る配管１２が接続する。配管１２には、吸収液を送るためのポンプは配設されないが、第１の吸収器ＡＨと第２の吸収器ＡＬとの圧力差により、吸収液は第１の吸収器ＡＨから第２の吸収器ＡＬへと流れる。図１に示すように、第１の吸収器ＡＨを第２の吸収器ＡＬより高い位置に設置することにより、吸収液はより確実に流れるので好ましい。配管１２には、吸収液の流量を調整するバルブ１６が配設される。第２の吸収器ＡＬの液面計ＬＡＬで計測した液面によりバルブ１６の開度を調整し、よって、第１の吸収器ＡＨから第２の吸収器ＡＬへ配管１２を通って流れる吸収液の流量を調整し、第２の吸収器ＡＬに貯留される吸収液の量を適切に維持する。ここで、適切な吸収液の量とは、吸収液を再生器Ｇに送出するのに不足せず、かつ、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴが吸収液に没入しない吸収液の量である。

配管１２のバルブ１６より第２の吸収器ＡＬ寄りから、バイパス管１３が分岐し、第２の吸収器ＡＬの第２の被加熱媒体流路ＡＬＴより下部に接続する。バイパス管１３は、第１の吸収器ＡＨからの吸収液が第２の吸収器ＡＬで冷媒を吸収することをバイパスするバイパス流路を提供すればよく、第２の吸収器ＡＬではなく、後述する第２の吸収器ＡＬから吸収液が流出する配管１４に接続してもよい。バイパス管１３には、バイパス管の吸収液の流れを遮断する吸収液流路遮断装置としてのバルブ１７が配設される。吸収液流路遮断装置は、バルブに限られず、盲板を挿入しても、他の手段で流路を遮断する装置でもよい。

第２の吸収器ＡＬの底部の貯留部から再生器ＧのノズルＧＮへ、吸収液を送る配管１４が接続する。配管１４には、吸収液を送るためのポンプは配設されないが、第２の吸収器ＡＬと再生器Ｇとの圧力差により、吸収液は第２の吸収器ＡＬから再生器Ｇへと流れる。図１に示すように、第２の吸収器ＡＬを再生器Ｇより高い位置に設置することにより、吸収液はより確実に流れるので好ましい。以上のとおり、配管１１、１２、１３、１４により、吸収液が再生器Ｇから第１の吸収器ＡＨ、第２の吸収器ＡＬを経て再生器Ｇに戻る循環流路が形成される。

凝縮器Ｃの底部の貯留部から第１の蒸発器ＥＨへ、冷媒液を送る配管２１が接続する。配管２１には、冷媒液を凝縮器Ｃから吸込み、加圧して第１の蒸発器ＥＨに送る冷媒液ポンプ２０が配設される。冷媒液ポンプ２０は、配管２１中の凝縮器Ｃの出口近くに配設するのが、キャビテーション防止の観点から好ましい。配管２１には、冷媒液の流量を調整するバルブ２６が配設される。バルブ２６は、冷媒液を第１の蒸発器ＥＨに導入することを遮断する冷媒液遮断装置としても機能する。冷媒液流路遮断装置としては、バルブ２６とは別の遮断用バルブを配設してもよく、あるいは、盲板を挿入しても、他の手段で流路を遮断する装置でもよい。第１の蒸発器ＥＨの液面計ＬＥＨで計測した液面によりバルブ２６の開度を調整し、よって、凝縮器Ｃから第１の蒸発器ＥＨへ配管２１を通って流れる冷媒液の流量を調整し、第１の蒸発器ＥＨに貯留される冷媒液の量を適切に維持する。ここで、適切な冷媒液の量とは、冷媒液を第２の被加熱媒体流路に送出するのに不足せず、かつ、配管２３の開口端の一端が吸収液に没入し、他端が、吸収液の液面上に突出する冷媒液の量である。

冷媒液ポンプ２０とバルブ２６との間の配管２１から、第２の蒸発器ＥＬのノズルＥＬＮに接続する配管２２が分岐する。配管２２には、冷媒液の流量を調整するバルブ２７が配設される。第２の蒸発器ＥＬの液面計ＬＥＬで計測した液面によりバルブ２７の開度を調整し、よって、凝縮器Ｃから第２の蒸発器ＥＬへ配管２２を通って流れる冷媒液の流量を調整し、第２の蒸発器ＥＬに貯留される冷媒液の量を適切に維持する。ここで、適切な冷媒液の量とは、冷媒液を凝縮器Ｃに送出するのに不足せず、かつ、伝熱管ＥＬＴが冷媒液に没入しない冷媒液の量である。

第１の蒸発器ＥＨの気液分離器ＥＨＳの上部と第２の蒸発器ＥＬの上部には、これらを連通する冷媒蒸気流路としての配管２５が接続する。ここで上部とは、貯留される冷媒液より上方をいい、好ましくは、バッフル板ＥＨＢより上方、および、ノズルＥＬＮより上方である。配管２５には、冷媒蒸気の流量を調整する冷媒蒸気流量調整装置としてのバルブ２８が配設される。冷媒蒸気流量調装置は、バルブに限られず、オリフィスや閉止板を挿入しても、他の手段で流路を調整する装置でもよい。なお、配管２５は、第１の蒸発器ＥＨと連通せず、第１の吸収器ＡＨと連通してもよく、また、第２の蒸発器ＥＬと連通せず、第２の吸収器ＡＬと連通してもよい。

第２の蒸発器ＥＬの底部の貯留部から凝縮器Ｃへ、冷媒液を送る配管２４が接続する。配管２４には、冷媒液を送るためのポンプは配設されないが、第２の蒸発器ＥＬと凝縮器Ｃとの圧力差により、冷媒液は第２の蒸発器ＥＬから凝縮器Ｃへと流れる。図１に示すように、第２の蒸発器ＥＬを凝縮器Ｃより高い位置に設置することにより、冷媒液はより確実に流れるので好ましい。

配管１１と配管１４とには、両配管を流れる吸収液の間で熱交換するための熱交換器５０が設置される。また、配管１１と配管１２とには、両配管を流れる吸収液の間で熱交換するための熱交換器５５が設置される。また、配管２１と配管２４とには、両配管を流れる冷媒液の間で熱交換するための熱交換器７０が設置される。これらの熱交換器５０、５５、７０を備えることにより、熱回収が行われ、熱効率が向上するが、必ずしも熱交換器５０、５５、７０を備えていなくてもよい。

続いて、吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム１００の構成を説明する。給水ポンプ３０は、不図示の給水貯槽に蓄えられた水ＳＷ１を吸込み、配管３１に向けて送る。水ＳＷ１は、溶融するミネラル分などの不純物を除去した清浄水であることが好ましい。不純物が送水設備や蒸気装置内で濃縮し、障害を引き起こす恐れがあるためである。配管３１の他端は気液分離装置９０に接続する。配管３１には、チェッキバルブ３６が配設される、チェッキバルブ３６は、水ＳＷ１を供給する必要がなく、給水ポンプ３０を停止したときに、配管３１を水ＳＷ１が逆流するのを防ぐ。

気液分離装置９０は、配管３１から水ＳＷ１を供給され、第１の吸収器ＡＨで加熱される被加熱媒体としての水ＳＷ２を送出し、また、第１の吸収器ＡＨで加熱された水ＳＷ２（少なくとも一部は蒸気となっている）を導入し、蒸気Ｓを送出する装置である。すなわち、気液分離装置９０には、配管３１の他に、水ＳＷ２を送出する配管３３と、加熱され少なくとも一部が蒸気となった水ＳＷ２を導入する配管３４と、蒸気Ｓを送出する配管３５とが接続する。気液分離装置９０の蒸気Ｓを送出する配管３５の接続箇所の近くには、蒸気Ｓに水が随伴するのを防止するため、デミスタ（不図示）を設けるのがよい。気液分離装置９０に貯留された水の水位は、液面計ＬＷにより計測される。液面計ＬＷで計測された水位により、給水ポンプ３０の送水流量を調整し、気液分離装置９０に貯留される水位を適切に維持する。ここで、適切な水位とは、水ＳＷ２を第１の吸収器ＡＨに送出するのに不足せず、かつ、配管３４に逆流することのない水位である。

気液分離装置９０の底部から、水ＳＷ２を送出する配管３３が第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに接続し、また、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴから配管３４が気液分離装置９０の中位の高さに接続する。配管３３には、送水ポンプ３２が配設され、気液分離装置９０の底部に貯留された水ＳＷ２を吸い込み、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに送出する。

配管１４と配管３１とには、配管１４を流れる吸収液と配管３１を流れる水ＳＷ１との熱交換を行う熱交換器６５が設置される。また、配管１２と配管３１とには、配管１２を流れる吸収液と配管３１を流れる水ＳＷ１との熱交換を行う熱交換器６０が設置される。また、配管３１には、配管３１を流れる水ＳＷ１を温水ＨＷ３で加熱する熱交換器８０が設置される。ここで、温水ＨＷ３は、温水ＨＷ１あるいは温水ＨＷ２と共通の温水であってもよい。加熱源は温水でなくてもよく、工場や家庭等からの廃熱を利用するものでもよく、蒸気、ガスなどでもよい。これらの熱交換器６０、６５、８０を備えることにより、熱回収が行われ、熱効率が向上するが、必ずしも熱交換器６０、６５、８０を備えていなくてもよい。

引き続き図１（ａ）のフロー図を参照して、第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプのサイクルについて説明する。先ずは、二段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させる場合について説明する。二段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させるには、遮断装置としてのバルブ１７を閉止し、バルブ２６を開放し、バルブ２８にて第１の蒸発器ＥＨ（気液分離器ＥＨＳ）と第２の蒸発器ＥＬとの間の冷媒蒸気の流通を絞る。冷媒蒸気の流通は遮断するのが好ましい。なお、バルブ２６は開放されつつも、流量調節のために開度を調節される。すなわち、バイパス流路としての配管１７と冷媒蒸気流路としての配管２５とを備えていないのと同じ状態とする。

図２に二段昇温型吸収ヒートポンプを説明するフロー図を示す。図２との比較でも明らかなように、図１（ａ）に示す本発明に係る吸収ヒートポンプにおいて、配管１７と配管２５とを削除すると、通常の二段型吸収ヒートポンプと同様の構成となる。この二段型吸収ヒートポンプにおいては、第１の吸収器ＡＨのノズルＡＨＮから吸収液が散布され、第１の蒸発器ＥＨから送られた冷媒蒸気を吸収し、吸収熱を発生する。この吸収熱で第１の被加熱媒体流路ＡＨＴ内を流れる水ＳＷ２が加熱されて蒸気となる。冷媒蒸気を吸収した吸収液は、第１の吸収器ＡＨの貯留部に貯留される。第１の吸収器ＡＨの貯留部に貯留された吸収液は、配管１２に導かれ、第２の吸収器ＡＬのノズルＡＬＮから散布される。第２の吸収器ＡＬで散布された吸収液は、第２の蒸発器ＥＬで発生した冷媒蒸気を吸収して、吸収熱を発生する。この吸収熱で伝熱管ＡＬＴ内の冷媒液を加熱する。

第２の吸収器ＡＬで冷媒蒸気を吸収して濃度が低くなった吸収液は、第２の吸収器ＡＬの貯留部に貯留される。第２の吸収器ＡＬの貯留部に貯留された吸収液は、配管１４に導かれ、再生器ＧのノズルＧＮから散布される。ノズルＧＮから散布された吸収液は、伝熱管ＧＴの表面に濡れ広がり、温水ＨＷ１により加熱される。加熱されることにより、吸収液に吸収された冷媒が蒸発する。すなわち、吸収液が濃縮されて、吸収液として再生される。再生された吸収液は、再生器Ｇの貯留部に貯留され、配管１１に導かれて、吸収液ポンプ１０で加圧され、再び、第１の吸収器ＡＨのノズルＡＨＮから散布される。このように吸収液サイクルが一巡し、以下同様の吸収液サイクルが繰り返される。

他方、再生器Ｇで蒸発した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに送られ、伝熱管ＣＴを流れる冷却水ＣＷにより冷却されて凝縮し、冷媒液となる。凝縮された冷媒液は、凝縮器Ｃの貯留部に貯留され、配管２１に導かれて冷媒液ポンプ２０で加圧される。冷媒液ポンプ２０で加圧された冷媒液は、配管２１から第１の蒸発器ＥＨに送られ、また、配管２２から第２の蒸発器ＥＬのノズルＥＬＮから散布される。

第１の蒸発器ＥＨ（気液分離器ＥＨＳ）に導入された冷媒液は、気液分離器ＥＨＳの底部に貯留し、その一部が配管２３から第２の被加熱媒体流路としての伝熱管ＡＬＴに導かれる。伝熱管ＡＬＴで、冷媒液は、吸収液が冷媒蒸気を吸収して発生した吸収熱により加熱され、蒸発する。蒸発して比重の軽くなった冷媒蒸気は、配管２３を通って気液分離器ＥＨＳ中に流れる。このように、配管２３および伝熱管ＡＬＴの第２の被加熱媒体側は、サイホン効果により冷媒液を循環する。気液分離器ＥＨＳで分離された冷媒蒸気は、連通する第１の吸収器ＡＨに送られ、吸収液に吸収される。

第２の蒸発器ＥＬに導入された冷媒液は、ノズルＥＬＮから散布され、伝熱管ＥＬＴを流れる温水ＨＷ２の熱により蒸発して冷媒蒸気となる。第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気は、連通する第２の吸収器ＡＬに送られ、そこで吸収液に吸収される。したがって、第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気より、第２の吸収器ＡＬでの吸収熱により加熱された第１の蒸発器ＥＨの冷媒蒸気の方が高温になり、すなわち、第１の吸収器ＡＨおよび第１の蒸発器ＥＨの方が、第２の吸収器ＡＬおよび第２の蒸発器ＥＬより高圧となり、吸収液の流れが確保される。なお、第２の蒸発器ＥＬで蒸発しなかった冷媒液は、配管２４を通って、凝縮器Ｃに送られ、再度、配管２１に導かれる。吸収液に吸収された冷媒は、吸収液と共に再生器Ｇへ導かれ、そこで上述の通りに冷媒蒸気となり、凝縮器Ｃへ送られる。このように冷媒サイクルが一巡し、以下同様の冷媒サイクルが繰り返される。

以上が溶液と冷媒のサイクルである。このように、再生器Ｃと第２の蒸発器ＥＬに温水ＨＷ１、ＨＷ２を供給し、凝縮器Ｃに冷却水ＣＷを供給することにより、第１の吸収器ＡＨで被加熱媒体を高温に加熱することができる。

次に、一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させる場合について説明する。一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させるには、遮断装置としてのバルブ１７を開放し、バルブ２６は閉止し、、バルブ２８も開放して冷媒蒸気の流通が行われるようにする。なお、バルブ２６は開放されていてもよいが、後述するように、第１の蒸発器ＥＨの冷媒液を加熱することができないので、第１の蒸発器ＥＨに貯留される冷媒液の量が増え、最終的には、バルブ２６で第１の蒸発器ＥＨに流入する冷媒液を遮断することになる。

図３に一段昇温型吸収ヒートポンプを説明するフロー図を示す。上記のように一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させるときの本発明に係る吸収ヒートポンプの機能を、図３の一段型吸収ヒートポンプと対比しながら説明する。

図３の一段昇温型吸収ヒートポンプの作用を説明すると、吸収器ＡのノズルＡＮから吸収液が散布され、蒸発器Ｅから送られた冷媒蒸気を吸収し、吸収熱を発生する。この吸収熱で被加熱流体管ＡＴ内を流れる水ＳＷ２が加熱されて蒸気となる。冷媒蒸気を吸収した吸収液は、吸収器Ａの貯留部に貯留される。吸収器Ａの貯留部に貯留された吸収液は、配管１４に導かれ、再生器ＧのノズルＧＮから散布される。ノズルＧＮから散布された吸収液は、伝熱管ＧＴの表面に濡れ広がり、温水ＨＷ１により加熱される。加熱されることにより、吸収液に吸収された冷媒が蒸発する。すなわち、吸収液が濃縮されて、吸収液として再生される。再生された吸収液は、再生器Ｇの貯留部に貯留され、配管１１に導かれて、吸収液ポンプ１０で加圧され、再び、吸収器ＡのノズルＡＮから散布される。このように吸収液サイクルが一巡し、以下同様の吸収液サイクルが繰り返される。

他方、再生器Ｇで蒸発した冷媒蒸気は凝縮器Ｃに送られ、伝熱管ＣＴを流れる冷却水ＣＷにより冷却されて凝縮し、冷媒液となる。凝縮された冷媒液は、凝縮器Ｃの貯留部に貯留され、配管２１に導かれて冷媒液ポンプ２０で加圧される。冷媒液ポンプ２０で加圧された冷媒液は、配管２１から蒸発器Ｅに送られる。蒸発器Ｅに送られた冷媒液は、伝熱管ＥＴを流れる温水ＨＷ２の熱により蒸発して冷媒蒸気となる。蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気は、連通する吸収器Ａに送られ、そこで吸収液に吸収される。吸収液に吸収された冷媒は、吸収液と共に再生器Ｇへ導かれ、そこで上述の通りに冷媒蒸気となり、凝縮器Ｃへ送られる。このように冷媒サイクルが一巡し、以下同様の冷媒サイクルが繰り返される。なお、図３では、蒸発器Ｅとして満液式の例を示しており、蒸発器Ｅで伝熱管ＥＴが冷媒液に没入しているが、図１（ａ）で示すように冷媒液をノズルから散布し、伝熱管ＥＴの表面で蒸発させ、蒸発しなかった冷媒液を蒸発器Ｅの底部から配管で凝縮器Ｃに戻す構成としても同様である。

以上が溶液と冷媒のサイクルである。このように、再生器Ｃと蒸発器Ｅに温水ＨＷ１、ＨＷ２を供給し、凝縮器Ｃに冷却水ＣＷを供給することにより、吸収器Ａで被加熱媒体を加熱することができる。

図１（ａ）に示す本発明に係る吸収ヒートポンプを一段昇温型として機能させる場合には、第２の吸収器ＡＬにおいて、吸収液が第２の吸収器ＡＬをバイパスする。よって、第２の吸収器ＡＬでは、吸収液が冷媒蒸気を吸収せず、吸収熱を発生しない。すなわち、吸収器としては、第１の吸収器ＡＨだけが作動する。また、第２の吸収器ＡＬが作動しないので、第２の被加熱媒体流路、すなわち伝熱管ＡＬＴで冷媒液が加熱されることがなく、配管２３および伝熱管ＡＬＴは削除したのと同じである。そこで、第１の蒸発器ＥＨでは、冷媒液を加熱・蒸発させることがない。しかし、冷媒液は、第２の蒸発器で、温水ＨＷ２により加熱され蒸発する。第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気は、第２の吸収器ＡＬで吸収液に吸収されない。ところで、第１の蒸発器ＥＨと第２の蒸発器ＥＬとは、冷媒蒸気流路としての配管２５で連通している。したがって、第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気は、配管２５を通って第１の蒸発器ＥＨの気液分離器ＥＨＳへ流れ、その後、第１の吸収器ＡＨへ送られて、吸収液に吸収される。すなわち、図１（ａ）の第１の吸収器ＡＨが図３の吸収器Ａに相当し、図１（ａ）の第２の蒸発器ＥＬが図３の蒸発器Ｅに相当する。そして、図１（ａ）の配管２５および第１の蒸発器ＥＨは、図３の吸収器Ａと蒸発器Ｅとを連通する連通部の一部として機能する。

なお、一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させる場合に、バルブ１７、バルブ２８を開放し、バルブ２６は閉止して、第２の吸収器ＡＬの機能と、第１の蒸発器ＥＨへの冷媒液の供給とを同時に停止せず、いずれか一方だけを停止しても、吸収ヒートポンプは一段昇温型として機能する。すなわち、第２の吸収器ＡＬの機能が停止すれば、第１の蒸発器ＥＨでの冷媒の蒸発は得られない。また、第１の蒸発器ＥＨへの冷媒液の供給を停止すれば、第１の蒸発器ＥＨでの冷媒の蒸発は得られない。よって、いずれの場合でも、吸収ヒートポンプは一段昇温型として機能する。すなわち、第２の吸収器ＡＬでの吸収熱がなければ第１の蒸発器ＥＨで冷媒は蒸発せず、第１の蒸発器ＥＨの冷媒蒸発熱で吸収液を冷却しなければ第２の吸収器ＡＬで吸収液による冷媒の吸収は行われない。よって、第２の吸収器ＡＬへの溶液の供給を停止して、第２の吸収器ＡＬの機能停止をし、あるいは、第１の蒸発器ＥＨへの冷媒液の供給停止もしくは冷媒蒸気の流出停止などで第１の蒸発器ＥＨの機能停止を行うことにより、一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能させることができる。

次に図１（ｂ）のデューリング線図を参照して、吸収ヒートポンプの作用を説明する。 デューリング線図とは、濃度をパラメータにして、吸収液の温度と飽和圧力に対する露点（飽和温度）との関係を表したもので、縦軸に冷媒露点温度を、横軸に吸収液温度をとっている。右上がりの線は吸収液の等濃度線を表し、右側の線ほど高濃度、左側の線ほど低濃度となり、図中の原点を通る右上がりの線は吸収液濃度０％（すなわち冷媒のみ）の線である。他のデューリング線図も同様である。

デューリング線図中、実線は、二段昇温型吸収ヒートポンプを、破線は、一段昇温型吸収ヒートポンプを表す（以下、同じ。）。冷媒蒸気の移動がある凝縮器Ｃと再生器Ｇ、第１の吸収器ＡＨと第１の蒸発器ＥＨ、および、第２の吸収器ＡＬと第２の蒸発器ＥＬは、それぞれ圧力が同じになる。二段昇温型とし、第１の吸収器ＡＨと第１の蒸発器ＥＨとが、第２の吸収器ＡＬと第２の蒸発器ＥＬより高圧になることにより、第１の吸収器ＡＨが高温となる。よって、第１の吸収器ＡＨの吸収液で被加熱媒体を加熱することにより、被加熱媒体を高温に加熱することができる。一方、冷却水温度が低温で凝縮器Cが低温となっている場合には、破線で示すように、一段昇温型であっても、吸収液温度は二段昇温型の場合と同じ温度まで上昇する。

次に、図１（ａ）に戻り、蒸気供給システム１００の作用を説明する。配管３１を通って気液分離装置９０に送られた水ＳＷ１は、気液分離器９０に貯留される。気液分離装置９０に貯留された水ＳＷ１から、所定量の水ＳＷ２が配管３３を通って第１の吸収器ＡＨの第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに送られ、そこで加熱される。吸収ヒートポンプが二段昇温型であると、第１の吸収器ＡＨが高温となり易いので、温水ＨＷ１、ＨＷ２と冷却水ＣＷとの温度差が小さくても、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる水ＳＷ２を十分加熱し、蒸気を発生することができる。第１の被加熱媒体流路で加熱され、蒸気となった水ＳＷ２は、気液分離器９０に戻され、そこで、蒸気Ｓだけが配管３５を通って不図示の蒸気需要に供給される。なお、第１の被加熱媒体流路で加熱された水ＳＷ２は、液体のままであっても、一部が蒸気となっても、すべてが蒸気となっていてもよい。加熱され液体のままであるＳＷ２は、気液分離器９０内で、圧力が低下するのに伴い、少なくとも一部が蒸発して蒸気Ｓとなる。なお、液体としての水は、気液分離装置９０内に貯留され、再び配管３３から第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに送られる。よって、温水ＨＷ１、ＨＷ２と冷却水ＣＷとの温度差が小さくても、蒸気の供給が可能な蒸気供給システム１００となる。また、温水ＨＷ１、ＨＷ２と冷却水ＣＷとの温度差が大きい場合には、一段昇温型でも所定の温度に第１の被加熱媒体流路ＡＨＴを流れる水ＳＷ２を加熱することができ、一段昇温型であるので熱効率の高い蒸気供給システム１００となる。

次に図４を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの変形例を説明する。図４（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの変形例を備える蒸気供給システム１０１の構成を説明するフロー図であり、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。この変形例では、吸収液のサイクルを、再生器Ｇから、第１の吸収器ＡＨと第２の吸収器ＡＬとに並列に供給する点で、図１（ａ）に示したフロー図と異なる。図１（ａ）のフロー図に示した構成をシリーズフロー、図４（ａ）のフロー図に示した構成をパラレルフローという。

異なる構成は次の通りである。再生器Ｇから吸収液を第１の吸収器ＡＨに送る配管１１から、吸収液を第２の吸収器ＡＬに送る配管１２’が分岐している。バイパス配管１３は、配管１２’から分岐して第２の吸収器ＡＬをバイパスする。また、第１の吸収器ＡＨから吸収液を送出する配管１２は、第２の吸収器ＡＬではなく、第２の吸収器ＡＬから再生器Ｇへ吸収液を送る配管１４に接続している。なお、配管１２と接続する手前の配管１４には、第１の吸収器ＡＨからの吸収液が第２の吸収器ＡＬに逆流しないよう、チェッキバルブ１１４を配設してもよい。再生器Ｇからの吸収液は、第１の吸収器ＡＨと第２の吸収器ＡＬとに並列に送られ、第１の吸収器ＡＨと第２の吸収器ＡＬとからの吸収液は、合流して再生器Ｇに送られる。なお、バイパス配管１３を設けずに、配管１２’の吸収液の流れを遮断するバルブ（バルブ１６で遮断してもよい）等の遮断装置を配設し、第２の吸収器ＡＬに吸収液が送られないようにしてもよい。この場合には、配管１２’の吸収液の流れを遮断するバルブ等の遮断装置が、第２の吸収器ＡＬで吸収液が冷媒蒸気を吸収することを停止する装置となる。

パラレルフローにおいても、第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気より、第２の吸収器ＡＬでの吸収熱により加熱された第１の蒸発器ＥＨの冷媒蒸気の方が高温になり、すなわち、図４（ｂ）のデューリング線図にも示すように、第１の吸収器ＡＨが高温となり、第１の吸収器ＡＨで被加熱媒体を高温に加熱することができる。

次に図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの別の変形例を説明する。図５（ａ）は本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの変形例を備える蒸気供給システム１０２の構成を説明するフロー図であり、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。この変形例では、吸収液のサイクルを、再生器Ｇから、先ず第２の吸収器ＡＬに供給し、第２の吸収器ＡＬから第１の吸収器ＡＨへ供給する点で、図１（ａ）あるいは図４（ａ）に示したフロー図と異なる。図１（ａ）のフロー図に示した構成をシリーズフロー、図４（ａ）のフロー図に示した構成をパラレルフローというのに対し、図５（ａ）のフロー図に示した構成をリバースフローという。

異なる構成は次の通りである。再生器Ｇから吸収液を送る配管１１は、第２の吸収器ＡＬのノズルＡＬＮに接続する。バイパス配管１３は、配管１１から分岐し、第２の吸収器ＡＬをバイパスする。第２の吸収器ＡＬから配管１５により、吸収液を第１の吸収器ＡＨに送出する。第１の吸収器ＡＨの方が第２の吸収器ＡＬより圧力が高いので、配管１５には吸収液を加圧するポンプ１１５を設置する。また、第１の吸収器ＡＨから吸収液を送出する配管１２は、第２の吸収器ＡＬではなく、再生器ＧのノズルＧＮに接続している。すなわち、再生器Ｇからの吸収液は、先ず第２の吸収器ＡＬに送られ、その後、第１の吸収器ＡＨに送られ、第１の吸収器ＡＨから再生器Ｇに送られる。

リバースフローにおいても、第２の蒸発器ＥＬで蒸発した冷媒蒸気より、第２の吸収器ＡＬでの吸収熱により加熱された第１の蒸発器ＥＨの冷媒蒸気の方が高温になり、すなわち、図５（ｂ）のデューリング線図にも示すように、第１の吸収器ＡＨが高温となり、第１の吸収器ＡＨで被加熱媒体を高温に加熱することができる。

次に図６を参照して、図１（ａ）に示す本発明の第１の実施の形態に係る蒸気供給システム１００の変形例を説明する。図６は蒸気供給システム１０３の構成を説明するフロー図である。この変形例では、気液分離装置を備えず、給水ポンプ３０から送られた水ＳＷは、配管３１を通ってそのまま第１の吸収器ＡＨの第１の被加熱媒体流路ＡＨＴに送られる。水ＳＷは、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴで加熱され蒸発して蒸気Ｓとなる。蒸気Ｓは、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴから直接、配管３５に送られ、不図示の蒸気需要に供給される。なお、蒸気Ｓには、液体としての水が含まれていてもよい。

蒸気需要に供給される蒸気Ｓの量、あるいは、吸収ヒートポンプに供給される水ＳＷの量は、配管３５に配設された温度計測器Ｔにより計測された温度により制御される。すなわち、過熱蒸気となり、蒸気温度が飽和温度より高温になり過ぎたときには、給水ポンプ３０の給水量を増加し、飽和温度まで下がったときには給水量を減少することにより、効率よく適切な蒸気Ｓを供給することができる。

次に、図７を参照して、本発明の第２の実施の形態である吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム１１０の構成を説明する。図７は、蒸気供給システム１１０の構成を説明するフロー図である。蒸気供給システム１１０では、再生器Ｇから第１の吸収器ＡＨに吸収液を送る第１の吸収液流路としての配管１１のうちの配管１１ａ（再生器Ｇから第１の吸収器ＡＨに吸収液を送る配管１１のうち、配管１１２が分岐する位置までを配管１１ａと、分岐した後を配管１１ｂと称する。）から、配管１１２が分岐し、第１の吸収器ＡＨから第２の吸収器ＡＬへ吸収液を送る配管１２の配管１２ｂ（第１の吸収器ＡＨから第２の吸収器ＡＬに吸収液を送る配管１２のうち、配管１１２が接続する位置までを配管１２ａと、接続した後を配管１２ｂと称する。）に接続している。すなわち、配管１１ａと配管１１２と配管１２ｂとにより、第１の吸収器ＡＨからの吸収液が遮断された場合でも、第２の吸収器ＡＬに吸収液を供給できるように、再生器Ｇから第２の吸収器ＡＬに吸収液を送る吸収液流路が構成される。また、配管１２（配管１２ａと配管１２ｂ）は、第１の吸収器ＡＨから、第１の吸収器ＡＨで冷媒蒸気を吸収した吸収液を流出させる第２の吸収液流路として構成される。また、第１の吸収器ＡＨの底部と、第１の蒸発器ＥＨの冷媒系とを連通する冷媒液流路として、配管１２３が配設される。配管１２３は、配管２３と連通しているが、第１の吸収器ＡＨの底部と第１の蒸発器ＥＨの気液分離器ＥＨＳの底部とを連通しても、あるいは、第１の吸収器ＡＨの底部と伝熱管ＡＬＴとを連通してもよい。配管１１２が分岐する箇所より第１の吸収器ＡＨ側の位置で、配管１１ｂには、吸収液の流れを遮断する第１の吸収液流路遮断装置としてのバルブ１１１が配設される。また、第１の吸収器ＡＨからの吸収液の流出を遮断する第２の吸収液遮断装置としては、配管１２ａに配設されているバルブ１６が機能する。配管１１２には、吸収液の流れを遮断するバルブ１１６が配設される。配管１２３には、冷媒液の流れを遮断する冷媒液流路遮断装置としてのバルブ１２６が配設される。なお、蒸気供給システム１１０では、吸収ヒートポンプがバイパス配管１７および第１の蒸発器ＥＨと第２の蒸発器ＥＬとを連通する配管２５とを備えていない。

蒸気供給システム１１０では、バルブ１１１を開放し、バルブ１６を開放しつつ自動調節とし、バルブ１１６とバルブ１２６とを閉止することにより、図２に示す二段昇温型吸収ヒートポンプと同じ吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム１１０として機能する。

一方、バルブ１１１を閉止し、バルブ１１６を開放することにより、再生器Ｇからの吸収液は第２の吸収器ＡＬにだけ送られる。すなわち、第１の吸収器ＡＨの吸収機能は停止し、第２の吸収器ＡＬと第２の蒸発器ＥＬとで、冷媒液の蒸発と、蒸発した冷媒液の吸収液による吸収が行われ、吸収熱が発生する一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する。

第２の吸収器ＡＬにおいて、吸収液が冷媒蒸気を吸収することにより発生する吸収熱は、伝熱管ＡＬＴで第１の蒸発器ＥＨの冷媒液を加熱する。加熱された冷媒液は、蒸発して冷媒蒸気として気液分離器ＥＨＳに流れる。気液分離器ＥＨＳに流れた冷媒蒸気は、連通する第１の吸収器ＡＨに送られ、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴ内の水ＳＷ２により冷却され、液化する。液化した冷媒液は、配管１２３を通じて、配管２３に送られ、配管２３から伝熱管ＡＬＴに戻る、すなわち、バルブ１２６は開放しておく。第１の被加熱媒体流路ＡＨＴ内の水ＳＷ２は、冷媒蒸気により加熱される。以上の通り、一段昇温型吸収ヒートポンプとして機能する場合には、第２の被加熱媒体流路ＡＬＴが吸収熱で加熱されるが、冷媒の循環により、第１の被加熱媒体流路ＡＨＴ内の被加熱媒体としての水ＳＷ２が加熱される。

なお、二段昇温サイクルから一段昇温サイクルに切替える際に、循環する冷媒に吸収液が混入するのを防止するように、配管１２３のバルブ１２６は、第１の吸収器ＡＨにできるだけ近接して設けたほうがよい。また、配管１２３が第１の吸収器ＡＨの底部に接続する場所は、吸収液が貯留される範囲より高い位置とする。第１の被加熱媒体流路ＡＨＴの直下に液化した冷媒液を受ける受け皿を設け、バルブ１２６の代わりに、受け皿液を溶液系あるいは冷媒系に切替えるバルブとすることで、冷媒への吸収液の混入を防止できるので好ましい。

蒸気供給システム１１０の吸収ヒートポンプでは、蒸気供給システム１００〜１０３の吸収ヒートポンプと比べ、流路が大きな配管２５を設置する必要がなく、それに伴い、大口径で高価な冷媒蒸気バルブであるバルブ２８も不要となるので、装置として小型化でき、製造費も低くできる。なお、図７を参照した上記の説明では、蒸気供給システム１１０の吸収ヒートポンプをシリーズフローとして説明したが、パラレルフローとしても、リバースフローとしてもよい。パラレルフローあるいはリバースフローとする構成は、図１（ａ）のシリーズフローに対し、図４（ａ）でパラレルフローと、図５（ａ）でリバースフローとしたのと同様に、吸収液の流れを変更すればよい。

図８に、本発明の第３の実施の形態である、吸収器、蒸発器をそれぞれ三段有する吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム１２０のフロー図を示す。蒸気供給システム１２０では、蒸気供給システム１００（図１参照）と以下の構成が異なる。先ず、吸収液が冷媒蒸気を吸収し第３の被加熱媒体流路ＡＬＬＴを流れる冷媒液を加熱する第３の吸収器ＡＬＬと、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し冷媒液から冷媒蒸気を発生させ第３の吸収器ＡＬＬに送る第３の蒸発器ＥＬＬとを備える。そして、第２の蒸発器ＥＬは、凝縮器Ｃで凝縮した冷媒液を導入し、第３の被加熱媒体流路としての伝熱管ＡＬＬＴで加熱された冷媒液から発生した冷媒蒸気を第３の吸収器ＡＬＬに送るように構成される。したがって、第２の蒸発器ＥＬに、ノズルＥＬＮや伝熱管ＥＬＴは備えられず、代わりに第２の気液分離器ＥＬＳを備え、第３の吸収器ＡＬＬの伝熱部と第２の蒸発器ＥＬの伝熱部とは、伝熱管ＡＬＬＴとして共用となっている。また、第２の気液分離器ＥＬＳの底部からは伝熱管ＡＬＬＴに連通し循環する流路を形成する配管２２３が接続する。すなわち、第２の蒸発器ＥＬは、第２の気液分離器ＥＬＳと配管２２３と伝熱管ＡＬＬＴとを備える。

第２の吸収器ＡＬの底部から吸収液を送出する配管２１４が第３の吸収器ＡＬＬのノズルＡＬＬＮに接続し、第３の吸収器ＡＬＬの底部から吸収液を送出する配管２６４が再生器ＧのノズルＧＮに接続する。凝縮器Ｃから第１の蒸発器ＥＨに冷媒液を送る配管２１から、配管２２２が分岐し、第３の蒸発器ＥＬＬのノズルＥＬＬＮに接続する。第３の蒸発器ＥＬＬでは、伝熱管ＥＬＬＴを温水ＨＷ２が流れ、ノズルＥＬＬＮから散布される冷媒液を加熱して蒸発させる。第３の蒸発器ＥＬＬの底部から冷媒液を凝縮器Ｃに戻す配管２２４が接続される。

配管２１４を流れる吸収液は、熱交換器２１５で給水ＳＷ１と熱交換し、熱交換器２５５で再生器Ｇから第１の吸収器ＡＨに送られる吸収液と熱交換する。配管２６４を流れる吸収液は、熱交換器２６５で給水ＳＷ１と熱交換し、熱交換器２５０で再生器Ｇから第１の吸収器ＡＨに送られる吸収液と熱交換する。配管２２４を流れる冷媒液は、熱交換器７０で凝縮器Ｃから第１の蒸発器ＥＨ、第２の蒸発器ＥLおよび第３の蒸発器ＥＬＬに送られる冷媒液と熱交換する。また、配管２１４には、バルブ２１６が配設され、バルブ２１６は、液面計ＬＡＬで計測する第２の吸収器ＡＬの底部に貯留される吸収液の液位に基づき開度が調整され、第２の吸収器ＡＬおよび第３の吸収器ＡＬＬの底部に貯留される吸収液の液面を適切に維持する。また、配管２２２にはバルブ２２７が配設され、バルブ２２７は、液面計ＬＥＬＬで計測する第３の蒸発器ＥＬＬの底部に貯留される冷媒液の液位に基づき開度が調整され、第３の蒸発器ＥＬＬに導入される冷媒液の量を制御する。

以上のように構成された蒸気供給システム１２０においては、蒸気供給システム１００で説明した二段昇温型として機能させたのと同様にバルブ１７、バルブ２８を操作することにより、蒸気供給システム１２０の吸収ヒートポンプは三段昇温型として機能する。また、蒸気供給システム１００で説明した一段昇温型として機能させたのと同様にバルブ１７、バルブ２８を操作することにより、蒸気供給システム１２０の吸収ヒートポンプは二段昇温型として機能する。三段昇温型として機能させることにより、被加熱媒体をより高温に加熱することができる。
二段昇温サイクルにおいてシリーズフロー、パラレルフロー、リバースフローについて説明したが、三段昇温サイクルにおいてはは、それらを組み合わせた多くのフローを構築することができる。これらの組合せのフローにおいても、ここで説明したのと同様に、三段と二段に切替が可能である。さらに、吸収ヒートポンプにおいて、吸収器、蒸発器をそれぞれ四段以上有する場合においても、本発明を適用することができる。

一段昇温型と二段昇温型の切換、あるいは、二段昇温型と三段昇温型の切換は、制御装置によりバルブの開閉を制御することにより自動的に行ってもよく、あるいは、例えば季節による冷却水ＣＷの温度変化により切換える場合などは、バルブの開閉を手動で行ったり、閉止板の着脱を行うなど、手動で切換えてもよい。

以上に説明した吸収ヒートポンプの作動媒体としては、吸収剤と冷媒の組み合わせが用いられ、現在最も広く用いられている、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）を吸収剤として使用し、水を冷媒として使用してもよい。あるいは、水を吸収剤とし、アンモニアを冷媒として使用してもよく、また、他の吸収液と冷媒の組み合わせであってもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムを説明する図であり、（ａ）はフロー図、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 二段型吸収ヒートポンプを説明するフロー図である。 一段型吸収ヒートポンプを説明する図であり、（ａ）はフロー図、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムの変形例として、パラレルフローを説明する図であり、（ａ）はフロー図、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムの変形例として、リバースフローを説明する図であり、（ａ）はフロー図、（ｂ）は吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムの変形例として、蒸気の過熱温度で給水量を制限する構成を説明するフロー図である。 本発明の第２の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムを説明するフロー図である。 本発明の第３の実施の形態に係る吸収ヒートポンプおよび蒸気供給システムを説明するフロー図である。

符号の説明

１０ 吸収液ポンプ
１１、１２、１４、１５ 吸収液配管（流路）
１３ バイパス配管（流路）
１６ バルブ（第２の吸収液流路遮断装置）
１７ バルブ（吸収液流路遮断装置）
１８ バルブ
２０ 冷媒ポンプ
２１〜２４ 冷媒液配管（流路）
２５ 冷媒蒸気配管（流路）
２６ バルブ（冷媒液遮断装置）
２７ バルブ
２８ バルブ（冷媒蒸気流量調整装置）
３０ 補給水ポンプ
３１ 給水配管
３２ 送水ポンプ
３３ 送水配管
３４ 加温水配管
５０、５５、６０、６５、７０、８０ 熱交換器
９０ 気液分離装置
１００〜１０３ 本発明の第１の実施の形態に係る昇温型吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム
１１０ 本発明の第２の実施の形態に係る昇温型吸収ヒートポンプ
１１１ バルブ（第１の吸収液流路遮断装置）
１１２ 吸収液配管（流路）
１１６ バルブ
１２０ 本発明の第３の実施の形態に係る昇温型吸収ヒートポンプを備える蒸気供給システム
１２３ 冷媒液配管（流路）
１２６ バルブ（冷媒液流路遮断装置）
Ａ 吸収器
ＡＨ 第１の吸収器
ＡＬ 第２の吸収器
ＡＬＬ 第３の吸収器
ＡＬＴ 伝熱管（第２の被加熱媒体流路）（第１の蒸発器）
Ｃ 凝縮器
ＣＷ 冷却水
Ｅ 蒸発器
ＥＨ 第１の蒸発器
ＥＨＳ 気液分離器（第１の蒸発器）
ＥＬ 第２の蒸発器
ＥＬＬ 第３の蒸発器
Ｇ 再生器
ＨＷ１〜ＨＷ３ 温水
ＳＷ１、ＳＷ２ 水

Claims (5)

1. 吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第１の被加熱媒体流路を流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と；
   前記吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第２の被加熱媒体流路を流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器と；
   前記冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し、該吸収液から冷媒を蒸発させる再生器と；
   前記再生器で蒸発した冷媒蒸気を導入し、該冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と；
   前記凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し、前記第２の被加熱媒体流路で加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を前記第１の吸収器に送る第１の蒸発器と；
   前記凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し、該冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ、前記第２の吸収器に送る第２の蒸発器と；
   前記第１の蒸発器または第１の吸収器と、前記第２の蒸発器または第２の吸収器とを連通し、第２の蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を第1の吸収器に導く冷媒蒸気流路と；
   前記冷媒蒸気流路の前記冷媒蒸気の流量を調整する冷媒蒸気流量調整装置とを備える；
   吸収ヒートポンプ。
2. 前記第２の吸収器で前記吸収液が前記冷媒蒸気を吸収することを停止する装置を備える；
   請求項１に記載の吸収ヒートポンプ。
3. 前記第２の吸収器で前記吸収液が前記冷媒蒸気を吸収することを停止する装置が、
   前記吸収液が前記第２の吸収器をバイパスするバイパス流路と、
   前記バイパス流路の前記吸収液の流れを遮断する吸収液流路遮断装置とを備える；
   請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。
4. 吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第１の被加熱媒体流路を流れる被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と；
   吸収液が冷媒蒸気を吸収し、第２の被加熱媒体流路を流れる冷媒液を加熱する第２の吸収器と；
   前記冷媒蒸気を吸収した吸収液を導入し、該吸収液から冷媒を蒸発させる再生器と；
   前記再生器で蒸発した冷媒蒸気を導入し、該冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器と；
   前記凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し、前記第２の被加熱媒体流路で加熱された冷媒液から蒸発した冷媒蒸気を前記第１の吸収器に送る第１の蒸発器と；
   前記凝縮器で凝縮した冷媒液を導入し、該冷媒液から冷媒蒸気を蒸発させ、前記第２の吸収器に送る第２の蒸発器と；
   前記第１の吸収器へ前記吸収液を送る第１の吸収液流路と；
   前記第１の吸収器から前記冷媒を吸収した吸収液を流出する第２の吸収液流路と；
   前記第１の吸収器と前記第２の被加熱媒体流路とを連通する冷媒液流路と；
   前記第１の吸収液流路の前記吸収液の流れを遮断する第１の吸収液流路遮断装置と；
   前記第２の吸収液流路の前記吸収液の流れを遮断する第２の吸収液流路遮断装置と；
   前記冷媒液流路の冷媒液の流れを遮断する冷媒液流路遮断装置とを備える；
   吸収ヒートポンプ。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の吸収ヒートポンプと；
   前記第１の被加熱媒体流路に水を送る送水設備と；
   前記第１の被加熱媒体流路で加熱された水から生成した蒸気を送る蒸気装置とを備える；
   蒸気供給システム。
   

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