JP5513981B2 - 吸収ヒートポンプ - Google Patents

Description

本発明は吸収ヒートポンプに関し、特に昇温能力の向上を可能にしつつ適切なＣＯＰで運転可能な吸収ヒートポンプに関する。

駆動熱源温度より高い温度の被加熱媒体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には、被加熱媒体を利用価値の高い高温水又は高温蒸気として取り出すため、被加熱媒体の昇温幅を大きくするべく、吸収器を多段に構成した多段昇温型吸収ヒートポンプがある。多段昇温型吸収ヒートポンプの一例として、高温側吸収器及び低温側吸収器へ供給する冷媒蒸気を発生させる蒸発器を共通にし、高温側吸収器及び低温側吸収器の作動圧力を等しい圧力にして内圧の上昇を抑制した二段昇温型吸収ヒートポンプ（例えば、特許文献１参照。）や、高温側吸収器へ供給する冷媒蒸気を発生させる高温側蒸発器と、低温側吸収器へ供給する冷媒蒸気を発生させる低温側蒸発器とを個別に設け、高温側吸収器を低温側吸収器よりも高い圧力で作動させて、吸収液の結晶ライン付近への濃度上昇を抑制した二段昇温型吸収ヒートポンプ（例えば、特許文献２参照。）がある。

特開昭５９−１１５９５２号公報（図２等） 特開２００６−１１２６８６号公報（図６等）

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に記載の二段昇温型吸収ヒートポンプでは、被加熱媒体を昇温できる幅が限定的であり、昇温能力が不足する場合があった。昇温能力を向上させるためには吸収器をさらに多段に構成することが考えられるが、吸収器を多段にするほど内圧又は結晶の問題が生ずるだけでなく、ＣＯＰ（成績係数）が低下してしまうという問題があった。

本発明は上述の課題に鑑み、昇温能力の向上を可能にしつつ適切なＣＯＰで運転可能な吸収ヒートポンプ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、本発明の第１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、被加熱媒体Ｗの流路１１を内部に有し、第１の吸収液Ｓａが第１の冷媒蒸気Ｖｒを吸収する際に発生する吸収熱で被加熱媒体Ｗを加熱する第１の吸収器１０と；第１の吸収器１０に第１の冷媒蒸気Ｖｒを供給する蒸発器２０と；第２の吸収液Ｓｂが第２の冷媒蒸気Ｖｓを吸収する際に発生する吸収熱で蒸発器２０内の冷媒液Ｖｆを加熱して第１の冷媒蒸気Ｖｒを生成する、第１の吸収器１０よりも作動温度が低い第２の吸収器３０と；第１の吸収器１０で第１の吸収液Ｓａが第１の冷媒蒸気Ｖｒを吸収して濃度が低下した第１の希溶液Ｓｗを導入し加熱して、第１の希溶液Ｓｗから冷媒を蒸発させて第１の吸収液Ｓａを生成する高温再生器５０と；第２の吸収器３０で第２の吸収液Ｓｂが第２の冷媒蒸気Ｖｓを吸収して濃度が低下した第２の希溶液Ｓｖを導入し加熱して、第２の希溶液Ｓｖから冷媒を蒸発させて第２の吸収液Ｓｂを生成する低温再生器６０と；第１の吸収器１０内の第１の希溶液Ｓｗを高温再生器５０に導く第１の希溶液管１６と；第１の希溶液管１６に接続され、第１の希溶液管１６を流れる第１の希溶液Ｓｗを直接的又は間接的に低温再生器６０へ導く分岐管１７と；第１の希溶液管１６を流れる第１の希溶液Ｓｗを、高温再生器５０へ流入させるのと、低温再生器６０へ流入させるのとを切り替える切替弁１８とを備える。低温再生器において第２の希溶液を加熱する加熱源は、典型的には、排熱が用いられる。

このように構成すると、第１の希溶液を高温再生器へ流入させるのと低温再生器へ流入させるのとを切り替えることができ、ヒートポンプサイクルの状況に応じて昇温を重視する運転とＣＯＰを重視する運転とを切り替えることができる。

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、第１の吸収器１０から導出される第１の希溶液Ｓｗの濃度を検出する第１の希溶液濃度検出手段９５と；低温再生器６０で生成された第２の吸収液Ｓｂの濃度を検出する第２の吸収液濃度検出手段９６と；第１の希溶液濃度検出手段９５で検出された値が第２の吸収液濃度検出手段９６で検出された値よりも小さいときに第１の希溶液Ｓｗの少なくとも一部を低温再生器６０に導き、第１の希溶液濃度検出手段９５で検出された値が第２の吸収液濃度検出手段９６で検出された値以上のときに第１の希溶液Ｓｗの全部を高温再生器５０に導くように、切替弁１８を制御する制御装置９９とを備える。

このように構成すると、ヒートポンプサイクルの状況に応じた運転の切り替えを適切なタイミングで行うことが可能になる。

また、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１の態様又は第２の態様に係る吸収ヒートポンプ１において、第２の吸収器３０で発生した吸収熱を、直接的又は間接的に高温再生器５０内に搬送する吸収熱搬送手段５１を備える。

このように構成すると、昇温の幅を大きくすることができる。

また、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つの態様に係る吸収ヒートポンプ１において、第２の吸収器３０に導入される第２の吸収液Ｓｂのうち、第２の冷媒蒸気Ｖｓを吸収する第２の吸収液Ｓｂの流量を調節する吸収液流量調節手段３５、３５ｖを備える。

このように構成すると、第１の冷媒蒸気の生成量に関係する第２の吸収器で発生する吸収熱の量を調節することができ、ひいては高温再生器に投入される熱量を調節することができ、高温再生器における吸収液の結晶を回避することが可能になる。

本発明によれば、第１の希溶液を高温再生器へ流入させるのと低温再生器へ流入させるのとを切り替えることができ、ヒートポンプサイクルの状況に応じて昇温を重視する運転とＣＯＰを重視する運転とを切り替えることができる。

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。 本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプのデューリング線図である。 参考例に係る三段昇温型吸収ヒートポンプのデューリング線図である。（ａ）はシリーズフローのもの、（ｂ）はパラレルフローのものを示す。 本発明の実施の形態に係る吸収ヒートポンプの別の状態におけるデューリング線図である。（ａ）は高温希溶液を低温再生器へ流入させつつ高温再生器へ熱を投入した状態のもの、（ｂ）高温希溶液を低温再生器へ流入させつつ高温再生器へ熱を投入しない状態のものの図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る吸収ヒートポンプの模式的系統図である。（ａ）は第１の変形例、（ｂ）は第２の変形例の図である。

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。

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、濃度方向及び圧力方向にそれぞれ昇温する三段昇温型の吸収ヒートポンプである。吸収ヒートポンプ１は、主要構成機器として、第１の吸収液としての高温濃溶液Ｓａが第１の冷媒蒸気としての高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収する際の吸収熱で被加熱媒体Ｗを加熱する第１の吸収器としての高温吸収器１０と、高温冷媒蒸気Ｖｒを高温吸収器１０に供給する蒸発器としての高温蒸発器２０と、高温吸収器１０よりも作動温度が低い第２の吸収器としての低温吸収器３０と、第２の冷媒蒸気としての低温冷媒蒸気Ｖｓを低温吸収器３０に供給する低温蒸発器４０と、高温濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収して濃度が低下した第１の希溶液としての高温希溶液Ｓｗを加熱濃縮して高温濃溶液Ｓａを生成する高温再生器５０と、低温吸収器３０において第２の吸収液としての低温濃溶液Ｓｂが低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収して濃度が低下した第２の希溶液としての低温希溶液Ｓｖを加熱濃縮して低温濃溶液Ｓｂを生成する低温再生器６０と、高温再生器５０で高温希溶液Ｓｗから蒸発した冷媒と低温再生器６０で低温希溶液Ｓｖから蒸発した冷媒とが混合した再生器冷媒蒸気Ｖｇを冷却して凝縮させる凝縮器７０とを備えている。

さらに、吸収ヒートポンプ１は、高温再生器５０の内部を通過するように配設された吸収熱搬送手段としての冷媒蒸気熱源管５１と、高温吸収器１０で加熱された被加熱媒体Ｗを導入して気体の被加熱媒体Ｗである被加熱媒体蒸気Ｗｖと液体の被加熱媒体Ｗである被加熱媒体液Ｗｑとを分離する気液分離器８０と、制御装置９９とを備えている。吸収ヒートポンプ１は、本実施の形態では、比較的利用価値の低い低温（例えば８０℃〜９０℃程度）の排温水ｈを熱源媒体として低温再生器６０及び低温蒸発器４０に供給して、利用価値の高い蒸気Ｗｖ（例えば、圧力が約０．２ＭＰａ（ゲージ圧）を超え、望ましくは０．８ＭＰａ（ゲージ圧）程度）を気液分離器８０から取り出すことができるものである。

なお、以下の説明においては、吸収液に関し、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「高温希溶液Ｓｗ」、「低温希溶液Ｓｖ」、「高温濃溶液Ｓａ」、「低温濃溶液Ｓｂ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「吸収液Ｓ」ということとする。同様に、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「高温冷媒蒸気Ｖｒ」、「低温冷媒蒸気Ｖｓ」、「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、吸収液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。また、被加熱媒体Ｗは、液体の被加熱媒体Ｗである被加熱媒体液Ｗｑ、気体の被加熱媒体である被加熱媒体蒸気Ｗｖ、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した混合被加熱媒体Ｗｍの総称である。本実施の形態では、被加熱媒体Ｗとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられている。

高温吸収器１０は、被加熱媒体Ｗの流路を構成する加熱管１１と、高温濃溶液Ｓａを散布する高温濃溶液散布ノズル１２を内部に有している。高温濃溶液散布ノズル１２は、散布した高温濃溶液Ｓａが加熱管１１に降りかかるように、加熱管１１の上方に配設されている。高温吸収器１０は、高温濃溶液散布ノズル１２から高温濃溶液Ｓａが散布され、高温濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収する際に吸収熱を発生させる。この吸収熱を、加熱管１１を流れる被加熱媒体Ｗが受熱して、被加熱媒体Ｗが加熱されるように構成されている。高温吸収器１０の下部には、散布された高温濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収して濃度が低下した高温希溶液Ｓｗが貯留される貯留部１３が形成されている。加熱管１１は、高温希溶液Ｓｗに没入しないように、貯留部１３よりも上方に配設されている。このようにすると、発生した吸収熱が加熱管１１を流れる被加熱媒体Ｗに速やかに伝わり、吸収能力の回復を早めることができる。貯留部１３には、貯留された高温希溶液Ｓｗの液位を検出する高温吸収器液位検出器１４が配設されていると共に、高温希溶液Ｓｗを高温再生器５０又は低温再生器６０へ向けて導出する高温希溶液管１６の一端が接続されている。高温希溶液管１６には、高温吸収器１０から導出される高温希溶液Ｓｗの濃度を検出する第１の希溶液濃度検出手段としての高温希溶液濃度検出器９５が設けられている。なお、高温希溶液濃度検出器９５は、貯留部１３に設けられていてもよい。

高温蒸発器２０は、高温吸収器１０に高温冷媒蒸気Ｖｒを供給する構成部材である。高温蒸発器２０は、冷媒液Ｖｆ及び高温冷媒蒸気Ｖｒを収容する冷媒気液分離胴２１と、冷媒液Ｖｆを低温吸収器３０の加熱管３１に導く冷媒液供給管２２と、加熱管３１で冷媒液Ｖｆが加熱されて生成された高温冷媒蒸気Ｖｒあるいは高温冷媒蒸気Ｖｒと冷媒液Ｖｆとの冷媒気液混相を冷媒気液分離胴２１まで案内する高温冷媒蒸気受入管２４と、冷媒気液分離胴２１内にて高温冷媒蒸気Ｖｒ中に含まれる冷媒Ｖの液滴を衝突分離させるバッフル板２５と、冷媒気液分離胴２１内の冷媒液Ｖｆの液位を検出する高温蒸発器液位検出器２６とを有し、加熱管３１の内面を高温蒸発器２０の伝熱面としている。また、高温蒸発器２０には冷媒液Ｖｆを導入する冷媒液管２９が接続されている。冷媒液供給管２２は、冷媒気液分離胴２１の冷媒液Ｖｆが貯留されている部分に一端が接続され、他端が加熱管３１の一端に接続されている。高温冷媒蒸気受入管２４は、冷媒気液分離胴２１内の冷媒液Ｖｆの最高液位とバッフル板２５との間の高さに一端が位置するように配設され、他端が加熱管３１の他端に接続されている。高温蒸発器液位検出器２６は、冷媒液管２９に配設された二方弁２９ｖと信号ケーブルで接続されており、検出した冷媒液Ｖｆの液位に応じて冷媒気液分離胴２１内に導入する冷媒液Ｖｆの流量を調節することができるように構成されている。なお、加熱管３１の内部で冷媒液Ｖｆが蒸気に変化して密度が大幅に減少するので、加熱管３１を気泡ポンプとして機能させることで、冷媒液供給管２２内で冷媒液Ｖｆを圧送するポンプを省略することが可能となる。なお、冷媒液供給管２２内に冷媒液Ｖｆを圧送するポンプを設けてもよく、この場合、管内流量を最適化（管内二相流のかわき度の最適化）することで伝熱を改良することも可能となる。

高温吸収器１０と高温蒸発器２０とは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成されている。高温吸収器１０と高温蒸発器２０とが連通することにより、高温蒸発器２０内の高温冷媒蒸気Ｖｒを高温吸収器１０に供給することができるように構成されている。高温吸収器１０と高温蒸発器２０とは、典型的には、高温濃溶液散布ノズル１２より上方及びバッフル板２５より上方で連通している。

低温吸収器３０は、冷媒液Ｖｆ及び高温冷媒蒸気Ｖｒの流路を構成する加熱管３１と、低温濃溶液Ｓｂを散布する低温濃溶液散布ノズル３２を内部に有している。加熱管３１は、上述のように、一端に冷媒液供給管２２が、他端に高温冷媒蒸気受入管２４が、それぞれ接続されている。低温濃溶液散布ノズル３２は、散布した低温濃溶液Ｓｂが加熱管３１に降りかかるように、加熱管３１の上方に配設されている。低温濃溶液散布ノズル３２には、低温濃溶液Ｓｂを内部に流す低温濃溶液管３８の一端が接続されている。低温吸収器３０は、低温濃溶液散布ノズル３２から低温濃溶液Ｓｂが散布され、低温濃溶液Ｓｂが低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収する際に生じる吸収熱により、加熱管３１を流れる冷媒液Ｖｆを加熱して高温冷媒蒸気Ｖｒを生成することができるように構成されている。低温吸収器３０は、高温吸収器１０よりも低い圧力（露点温度）で作動するように構成されており、高温吸収器１０よりも作動温度が低くなっている。低温吸収器３０の下部には、散布された低温濃溶液Ｓｂが低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収して濃度が低下した低温希溶液Ｓｖが貯留される貯留部３３が形成されている。加熱管３１は、貯留部３３よりも上方に配設されている。貯留部３３には、貯留された低温希溶液Ｓｖの液位を検出する低温吸収器液位検出器３４が配設されていると共に、低温希溶液Ｓｖを低温再生器６０へ向けて導出する低温希溶液管３６の一端が接続されている。また、低温濃溶液管３８には、内部を流れる低温濃溶液Ｓｂを、低温濃溶液散布ノズル３２をバイパスして加熱管３１の下方に導くバイパス管３５が接続されている。バイパス管３５には、内部を流れる低温濃溶液Ｓｂの流量を調節する流量調節弁３５ｖが配設されている。バイパス管３５及び流量調節弁３５ｖは、吸収液流量調節手段の一形態である。

低温蒸発器４０は、熱源媒体としての排温水ｈの流路を構成する第１の熱源媒体管としての熱源管４１と、冷媒液Ｖｆを散布する冷媒液散布ノズル４２とを内部に有している。冷媒液散布ノズル４２は、散布した冷媒液Ｖｆが熱源管４１に降りかかるように、熱源管４１の上方に配設されている。冷媒液散布ノズル４２には、冷媒液Ｖｆを内部に流す冷媒液管４８の一端が接続されている。冷媒液管４８には、冷媒液散布ノズル４２に供給する冷媒液Ｖｆの流量を調節する流量調節弁４８ｖが配設されている。低温蒸発器４０は、冷媒液散布ノズル４２から冷媒液Ｖｆが散布され、散布された冷媒液Ｖｆが熱源管４１内を流れる排温水ｈの熱で蒸発して低温冷媒蒸気Ｖｓが発生するように構成されている。低温蒸発器４０は、高温蒸発器２０よりも低い圧力（露点温度）で作動するように構成されており、高温蒸発器２０よりも作動温度が低くなっている。低温蒸発器４０の下部には、凝縮器７０から導入し散布された冷媒液Ｖｆのうち蒸発しなかった冷媒液Ｖｆが貯留される貯留部４３が形成されている。貯留部４３には、貯留されている冷媒液Ｖｆを凝縮器７０へと導く冷媒液管４５が接続されている。熱源管４１は、貯留部４３よりも上方に配設されている。貯留部４３には、貯留された冷媒液Ｖｆの液位を検出する低温蒸発器液位検出器４４が配設されている。低温蒸発器液位検出器４４は、冷媒液管４８に配設された流量調節弁４８ｖと信号ケーブルで接続されており、検出した冷媒液Ｖｆの液位に応じて低温蒸発器４０に導入する冷媒液Ｖｆの流量を調節することができるように構成されている。

低温吸収器３０と低温蒸発器４０とは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成されている。低温吸収器３０と低温蒸発器４０とが連通することにより、低温蒸発器４０で発生した低温冷媒蒸気Ｖｓを低温吸収器３０に供給することができるように構成されている。低温吸収器３０と低温蒸発器４０とは、典型的には、低温濃溶液散布ノズル３２より上方及び冷媒液散布ノズル４２より上方で連通している。

高温再生器５０は、冷媒蒸気熱源管５１の一部が内部に配設されている。冷媒蒸気熱源管５１は、高温再生器５０内で開放されておらず、一端が高温蒸発器２０の気相部に接続され、他端が凝縮器７０に接続されており、高温蒸発器２０内で高温冷媒蒸気Ｖｒの形態の冷媒Ｖを受け入れ、高温再生器５０で冷媒液Ｖｆに形を変えたうえで凝縮器７０内へと導くことができるように構成されている。冷媒蒸気熱源管５１には、高温再生器５０の外側で、内部を流れる高温冷媒蒸気Ｖｒの流量を調節する冷媒蒸気熱源流量調節弁としての熱源流量調節弁５１ｖが配設されている。高温再生器５０は、高温希溶液Ｓｗ、あるいは低温再生器６０で生成された低温濃溶液Ｓｂを導入して散布する中間濃溶液散布ノズル５２を有している。中間濃溶液散布ノズル５２は、散布した高温希溶液Ｓｗ又は低温濃溶液Ｓｂが冷媒蒸気熱源管５１に降りかかるように、冷媒蒸気熱源管５１の上方に配設されている。高温再生器５０は、散布された高温希溶液Ｓｗ又は低温濃溶液Ｓｂが冷媒蒸気熱源管５１内を流れる高温冷媒蒸気Ｖｒに加熱されることにより、吸収液Ｓから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した高温濃溶液Ｓａが生成され、生成された高温濃溶液Ｓａが下部に貯留されるように構成されている。

高温再生器５０の高温濃溶液Ｓａが貯留される部分と高温吸収器１０の高温濃溶液散布ノズル１２とは、高温濃溶液Ｓａを流す高温濃溶液管５５で接続されている。高温濃溶液管５５には、高温再生器５０の高温濃溶液Ｓａを高温吸収器１０に圧送する高温溶液ポンプ５６が配設されている。高温溶液ポンプ５６は、高温吸収器液位検出器１４と信号ケーブルで接続されたインバータ５６ｖを有しており、高温吸収器液位検出器１４が検出する液位に応じて回転速度が調節されて高温吸収器１０に圧送する高温濃溶液Ｓａの流量を調節することができるように構成されている。中間濃溶液散布ノズル５２と高温吸収器１０の貯留部１３とは、高温希溶液Ｓｗを流す高温希溶液管１６で接続されている。高温濃溶液管５５及び高温希溶液管１６には、高温濃溶液Ｓａと高温希溶液Ｓｗとの間で熱交換を行わせる高温溶液熱交換器５８が配設されている。

低温再生器６０は、熱源媒体としての排温水ｈの流路を構成する第２の熱源媒体管としての熱源管６１と、低温希溶液Ｓｖ又は混合希溶液Ｓｘを散布する低混希溶液散布ノズル６２とを有している。混合希溶液Ｓｘは、高温希溶液Ｓｗと低温希溶液Ｓｖとが混合した吸収液である。本実施の形態では、低温蒸発器４０の熱源管４１を流れる排温水ｈと、低温再生器６０の熱源管６１を流れる排温水ｈとは同じ温水であり、熱源管４１を流れた排温水ｈがその後熱源管６１を流れるように配管（不図示）で接続されているが、各熱源管４１、６１に異なる熱源媒体が流れることとしてもよい。低混希溶液散布ノズル６２は、散布した低温希溶液Ｓｖ又は混合希溶液Ｓｘが熱源管６１に降りかかるように、熱源管６１の上方に配設されている。低温再生器６０は、散布された低温希溶液Ｓｖ又は混合希溶液Ｓｘが排温水ｈで加熱されることにより、吸収液Ｓから冷媒Ｖが蒸発して濃度が上昇した低温濃溶液Ｓｂが生成され、生成された低温濃溶液Ｓｂが下部に貯留されるように構成されている。低温再生器６０の下部には、生成された低温濃溶液Ｓｂを貯留する貯留部６３が形成されている。貯留部６３は、堰６３ｓによって落下貯留部６３ａと越流貯留部６３ｂとに分割されており、排温水ｈで加熱されることによって生成された低温濃溶液Ｓｂが落下してまず落下貯留部６３ａに貯留され、落下貯留部６３ａに溜まって堰６３ｓを超えた低温濃溶液Ｓｂが越流貯留部６３ｂに流入するように構成されている。

低温再生器６０は、高温再生器５０と同じ缶胴内に収容されている。本実施の形態では、缶胴の下部に高温再生器５０が、上部に低温再生器６０が配設されており、両者の間には熱源管６１の下方及び側方を囲うように設けられた区画板６４が配置されている。区画板６４は、高温再生器５０と低温再生器６０とを完全に隔離するものではなく、両者は互いに連通していて概ね等しい圧力（露点温度）で作動するように構成されている。また、高温再生器５０の気相部と低温再生器６０の気相部とを連通する連通管６７が設けられている。低温再生器６０の落下貯留部６３ａと低温吸収器３０の低温濃溶液散布ノズル３２とは、低温濃溶液Ｓｂを流す低温濃溶液管３８で接続されている。低温濃溶液管３８には、低温再生器６０で生成された低温濃溶液Ｓｂの濃度を検出する第２の吸収液濃度検出手段としての低温濃溶液濃度検出器９６が設けられている。低温濃溶液濃度検出器９６は、貯留部６３に設けられていてもよい。また、低温濃溶液管３８には、バイパス管３５の接続部よりも上流側に、低温再生器６０の低温濃溶液Ｓｂを低温吸収器３０に圧送する低温溶液ポンプ６６が配設されている。低温溶液ポンプ６６は、低温吸収器液位検出器３４と信号ケーブルで接続されたインバータ６６ｖを有しており、低温吸収器液位検出器３４が検出する液位に応じて回転速度が調節され、低温吸収器３０に向けて圧送される低温濃溶液Ｓｂの流量を調節することができるように構成されている。低温再生器６０の越流貯留部６３ｂと、高温溶液熱交換器５８の下流側の高温希溶液管１６とは、中間濃溶液管５７で接続されている。中間濃溶液管５７には、流路を遮断可能な開閉弁５７ｖが配設されている。

低混希溶液散布ノズル６２には、低温希溶液Ｓｖ又は混合希溶液Ｓｘを内部に流す低混希溶液管３７の一端が接続されており、低混希溶液管３７の他端には、低温希溶液管３６と分岐管１７とが接続されている。分岐管１７は、高温希溶液管１６を流れる高温希溶液Ｓｗを、低温再生器６０へ向かわせるように、中間濃溶液管５７の接続部と高温溶液熱交換器５８との間で高温希溶液管１６から分岐した管である。高温希溶液管１６及び分岐管１７には、高温希溶液Ｓｗを高温再生器５０へ向かわせるのと低温再生器６０へ向かわせるのとを切り替える切替弁１８が配設されている。本実施の形態では、切替弁１８が、高温希溶液管１６と分岐管１７との接続部に配設された三方弁であるが、高温希溶液管１６と分岐管１７との接続部より下流側にそれぞれ二方弁を設けることとしてもよい。バイパス管３５の接続部よりも上流側の低温濃溶液管３８及び低温希溶液管３６には、低温濃溶液Ｓｂと低温希溶液Ｓｖとの間で熱交換を行わせる低温溶液熱交換器６８が配設されている。

凝縮器７０は、冷却媒体流路を形成する冷却水管７１を有している。冷却水管７１には、冷却媒体としての冷却水ｃが流れる。凝縮器７０は、高温再生器５０で発生した冷媒Ｖの蒸気と低温再生器６０で発生した冷媒Ｖの蒸気とが混合した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、これを冷却水ｃで冷却して凝縮させるように構成されている。冷却水管７１は、再生器冷媒蒸気Ｖｇを直接冷却することができるように、再生器冷媒蒸気Ｖｇが凝縮した冷媒液Ｖｆに浸らないように配設されている。凝縮器７０には、凝縮した冷媒液Ｖｆを高温蒸発器２０及び低温蒸発器４０に向けて送る冷媒液管７５が接続されている。冷媒液管７５は、高温蒸発器２０に接続された冷媒液管２９及び低温蒸発器４０に接続された冷媒液管４８に接続されており、凝縮器７０内の冷媒液Ｖｆを高温蒸発器２０と低温蒸発器４０とに分配することができるように構成されている。冷媒液管７５には、冷媒液Ｖｆを圧送するための凝縮器冷媒ポンプ７６が配設されている。冷媒液管７５と、冷媒液Ｖｆを低温蒸発器４０の貯留部４３から凝縮器７０へと導く冷媒液管４５とには、凝縮器７０に流入する冷媒液Ｖｆと凝縮器７０から流出した冷媒液Ｖｆとの間で熱交換を行わせる冷媒液熱交換器７８が配設されている。

高温再生器５０及び低温再生器６０と凝縮器７０とは、相互に連通するように１つの缶胴内に形成されている。高温再生器５０及び低温再生器６０と凝縮器７０とが連通することにより、高温再生器５０及び低温再生器６０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮器７０に供給することができるように構成されている。高温再生器５０及び低温再生器６０と凝縮器７０とは、上部の気相部で連通している。また、本実施の形態では、高温再生器５０及び低温再生器６０並びに凝縮器７０が、高温吸収器１０、高温蒸発器２０、低温吸収器３０、低温蒸発器４０の下方に設けられている。

気液分離器８０は、高温吸収器１０の加熱管１１を流れて加熱された被加熱媒体Ｗを導入し、被加熱媒体蒸気Ｗｖと被加熱媒体液Ｗｑとを分離する機器である。気液分離器８０には、内部に貯留する被加熱媒体液Ｗｑの液位を検出する気液分離器液位検出器８１が設けられている。気液分離器８０の下部と高温吸収器１０の加熱管１１の一端とは、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に導く被加熱媒体液管８２で接続されている。被加熱媒体液管８２には、被加熱媒体液Ｗｑを加熱管１１に向けて圧送する被加熱媒体ポンプ８３が配設されている。内部が気相部となる気液分離器８０の側面と加熱管１１の他端とは、加熱された被加熱媒体Ｗを気液分離器８０に導く加熱後被加熱媒体管８４で接続されている。

また、気液分離器８０には、蒸気として系外に供給された分の被加熱媒体Ｗを補うための補給水Ｗｓを系外から導入する補給水管８５が接続されている。補給水管８５には、気液分離器８０に向けて補給水Ｗｓを圧送する補給水ポンプ８６と、逆止弁８５ｃと、補給水Ｗｓを温水で予熱する補給水熱交換器８７とが、補給水Ｗｓの流れ方向に向かってこの順に配設されている。補給水ポンプ８６は、気液分離器液位検出器８１と信号ケーブルで接続されており、気液分離器８０内の被加熱媒体液Ｗｑの液位に応じて発停が制御されるように構成されている。また、気液分離器８０には、被加熱媒体蒸気Ｗｖを系外に供給する被加熱媒体蒸気供給管８９が上部（典型的には頂部）に接続されている。被加熱媒体蒸気供給管８９には、系外に供給する被加熱媒体蒸気Ｗｖの流量を調節することで気液分離器８０内の圧力を調節する圧力調節弁８９ｖが配設されている。気液分離器８０には、内部の静圧を検出する気液分離器圧力センサ９２が設けられている。圧力調節弁８９ｖは、気液分離器圧力センサ９２と信号ケーブルで接続されており、気液分離器圧力センサ９２で検出された圧力に応じて開度を調節することができるように構成されている。

気液分離器８０は、加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部が蒸発して被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが混合した混合被加熱媒体Ｗｍを導入してもよく、被加熱媒体液Ｗｑのまま気液分離器８０に導いて減圧し一部を気化させて混合被加熱媒体Ｗｍとしたものを気液分離させるようにしてもよい。被加熱媒体液Ｗｑを減圧気化するには、オリフィス等の絞り手段を用いることができる。加熱管１１内で被加熱媒体液Ｗｑの一部を蒸発させるか否かは、典型的には、被加熱媒体ポンプ８３及び／又は補給水ポンプ８６の吐出圧力を調節することにより、加熱管１１内の圧力を被加熱媒体液Ｗｑの温度に相当する飽和圧力よりも高くするか否かによって調節することができる。

制御装置９９は、吸収ヒートポンプ１の運転を制御する機器である。制御装置９９は、凝縮器冷媒ポンプ７６、被加熱媒体ポンプ８３とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、これらの発停や回転速度の調節を行うことができるように構成されている。これまでの説明では高温吸収器液位検出器１４の出力を直接入力して制御されることとした高温溶液ポンプ５６、低温吸収器液位検出器３４の出力を直接入力して制御されることとした低温溶液ポンプ６６、及び気液分離器液位検出器８１の出力を直接入力して制御されることとした補給水ポンプ８６も、制御装置９９を介して（検出器の出力信号を一旦制御装置９９に入力して）制御されることとしてもよい。また、制御装置９９は、切替弁１８、流量調節弁３５ｖ、開閉弁５７ｖ、熱源流量調節弁５１ｖとそれぞれ信号ケーブルで接続されており、各弁の切り替え又は開閉動作あるいは開度を調節することができるように構成されている。これまでの説明では高温蒸発器液位検出器２６の出力を直接入力して制御されることとした二方弁２９ｖ、低温蒸発器液位検出器４４の出力を直接入力して制御されることとした流量調節弁４８ｖ、及び気液分離器圧力センサ９２の出力を直接入力して制御されることとした圧力調節弁８９ｖも、制御装置９９を介して（検出器の出力信号を一旦制御装置９９に入力して）制御されることとしてもよい。また、制御装置９９は、高温希溶液濃度検出器９５及び低温濃溶液濃度検出器９６とそれぞれ信号ケーブルで接続されており、検出値のデータを受信することができるように構成されている。

引き続き図１を参照して、吸収ヒートポンプ１の作用を説明する。はじめに、切替弁１８が高温希溶液Ｓｗを高温再生器５０へ導くように設定され、開閉弁５７ｖが閉じられており、熱源流量調節弁５１ｖが開となっている状態の作用を説明する。まず、冷媒側のサイクルを説明する。凝縮器７０では、高温再生器５０及び低温再生器６０で発生した再生器冷媒蒸気Ｖｇを受け入れて、冷却水管７１を流れる冷却水ｃで冷却して凝縮し、冷媒液Ｖｆとする。凝縮した冷媒液Ｖｆは、凝縮器冷媒ポンプ７６で高温蒸発器２０及び低温蒸発器４０に向けて圧送される。凝縮器冷媒ポンプ７６で圧送された冷媒液Ｖｆは、冷媒液管７５を流れた後、冷媒液管２９と冷媒液管４８とに分流され、冷媒液管２９を流れる冷媒液Ｖｆは冷媒気液分離胴２１に導入され、冷媒液管４８を流れる冷媒液Ｖｆは冷媒液散布ノズル４２から散布される。このとき、高温蒸発器２０の冷媒気液分離胴２１の下部に溜まった冷媒液Ｖｆが所定の液位になるように、高温蒸発器液位検出器２６の検出液位に応じて二方弁２９ｖが制御され、低温蒸発器４０の貯留部４３内の冷媒液Ｖｆが所定の液位になるように、低温蒸発器液位検出器４４の検出液位に応じて流量調節弁４８ｖが制御される。

冷媒液散布ノズル４２から散布された冷媒液Ｖｆは、熱源管４１内を流れる排温水ｈによって加熱され蒸発して低温冷媒蒸気Ｖｓとなる。低温蒸発器４０で発生した低温冷媒蒸気Ｖｓは、低温蒸発器４０と連通する低温吸収器３０へと移動する。他方、冷媒気液分離胴２１に導入された冷媒液Ｖｆは、重力によって低温吸収器３０の加熱管３１に送られる。加熱管３１に送られた冷媒液Ｖｆは、低温吸収器３０において、低温蒸発器４０で発生して低温吸収器３０に移動してきた低温冷媒蒸気Ｖｓが低温濃溶液Ｓｂに吸収される際に発生する吸収熱により加熱され、この加熱により蒸発して高温冷媒蒸気Ｖｒとなる。加熱管３１内で発生した高温冷媒蒸気Ｖｒは、冷媒液Ｖｆよりも密度が小さいために高温蒸発器２０に向かって上昇し、高温冷媒蒸気受入管２４を流れて冷媒気液分離胴２１に至り、高温蒸発器２０と連通する高温吸収器１０へと移動する。さらに、冷媒気液分離胴２１に到達した高温冷媒蒸気Ｖｒの一部は冷媒蒸気熱源管５１内に入り、高温再生器５０内で、中間濃溶液散布ノズル５２から散布された低温濃溶液Ｓｂに熱を奪われて凝縮し、凝縮した冷媒液Ｖｆは凝縮器７０内に流入する。このように、冷媒蒸気熱源管５１内の高温冷媒蒸気Ｖｒは、特別な動力を要しないで凝縮器７０へ向けて流れる。

次に吸収ヒートポンプ１の吸収液側のサイクルを説明する。高温吸収器１０では、高温濃溶液Ｓａが高温濃溶液散布ノズル１２から散布され、この散布された高温濃溶液Ｓａが高温蒸発器２０から移動してきた高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収する。高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収した高温濃溶液Ｓａは、濃度が低下して高温希溶液Ｓｗとなる。高温吸収器１０では、高温濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収する際に吸収熱が発生する。この吸収熱により、加熱管１１を流れる被加熱媒体液Ｗｑが加熱される。ここで、被加熱媒体蒸気Ｗｖを取り出すための気液分離器８０まわりの作用について説明する。

気液分離器８０には、系外から補給水Ｗｓが補給水管８５を介して導入される。補給水Ｗｓは、補給水ポンプ８６により補給水管８５を圧送され、補給水熱交換器８７で温度が上昇した後に気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された補給水Ｗｓは、被加熱媒体液Ｗｑとして気液分離器８０の下部に貯留される。気液分離器８０の下部に貯留される被加熱媒体液Ｗｑが所定の液位になるように、補給水ポンプ８６が制御される。気液分離器８０の下部に貯留されている被加熱媒体液Ｗｑは、被加熱媒体ポンプ８３で高温吸収器１０の加熱管１１に送られる。加熱管１１に送られた被加熱媒体液Ｗｑは、高温吸収器１０における上述の吸収熱により加熱される。加熱管１１で加熱された被加熱媒体液Ｗｑは、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして、あるいは温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑとして、気液分離器８０に向けて加熱後被加熱媒体管８４を流れる。加熱後被加熱媒体管８４を、温度が上昇した被加熱媒体液Ｗｑが流れる場合、被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０に導入される際に減圧され、一部が蒸発して被加熱媒体蒸気Ｗｖとなった混合被加熱媒体Ｗｍとして気液分離器８０に導入される。気液分離器８０に導入された混合被加熱媒体Ｗｍは、被加熱媒体液Ｗｑと被加熱媒体蒸気Ｗｖとが分離される。分離された被加熱媒体液Ｗｑは、気液分離器８０の下部に貯留され、再び高温吸収器１０の加熱管１１に送られる。他方、分離された被加熱媒体蒸気Ｗｖは、被加熱媒体蒸気供給管８９に導出され、蒸気利用場所に供給される。本実施の形態では、０．２〜０．４ＭＰａ（ゲージ圧）を超える被加熱媒体蒸気Ｗｖが気液分離器８０から導出され、また、排温水ｈの温度を上昇させることで０．８ＭＰａ（ゲージ圧）程度の、あるいはこれらの間の任意の圧力の被加熱媒体蒸気Ｗｖが導出される。

再び吸収ヒートポンプ１の吸収液側のサイクルの説明に戻る。高温吸収器１０で高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収した高温濃溶液Ｓａは、濃度が低下して高温希溶液Ｓｗとなり、貯留部１３に貯留される。貯留部１３内の高温希溶液Ｓｗは、重力及び内圧の差により高温再生器５０に向かって高温希溶液管１６を流れ、高温溶液熱交換器５８で高温濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下した後に、中間濃溶液散布ノズル５２に至る。その後、高温希溶液Ｓｗは、冷媒蒸気熱源管５１に向けて散布され、冷媒蒸気熱源管５１内を流れる高温冷媒蒸気Ｖｒによって加熱濃縮されて、冷媒Ｖの一部が蒸発して濃度が上昇し、高温濃溶液Ｓａとなって、高温再生器５０の下部に貯留される。高温再生器５０の下部に貯留された高温濃溶液Ｓａは、高温溶液ポンプ５６により、高温濃溶液管５５を介して吸収器１０の高温濃溶液散布ノズル１２に向けて圧送され、高温溶液熱交換器５８で高温希溶液Ｓｗと熱交換して温度が上昇した後に、高温濃溶液散布ノズル１２に至る。このとき、高温吸収器１０の貯留部１３に貯留された高温希溶液Ｓｗが所定の液位になるように、高温吸収器液位検出器１４の検出液位に応じてインバータ５６ｖにより高温溶液ポンプ５６の回転速度（ひいては吐出流量）が調節される。高温濃溶液散布ノズル１２に到達した高温濃溶液Ｓａは、高温濃溶液散布ノズル１２から散布され、以降、同様のサイクルを繰り返す。

他方、低温吸収器３０では、低温濃溶液Ｓｂが、低温濃溶液散布ノズル３２から加熱管３１に向けて散布され、低温蒸発器４０から移動してきた低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収し、その際に発生する吸収熱で加熱管３１内を流れる冷媒液Ｖｆを加熱して高温冷媒蒸気Ｖｒとする。低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収した低温濃溶液Ｓｂは、濃度が低下して低温希溶液Ｓｖとなり、貯留部３３に貯留される。貯留部３３の低温希溶液Ｓｖは、重力及び内圧の差により低温再生器６０へ送られる。低温希溶液Ｓｖは、低温吸収器３０から低温再生器６０に向かって低温希溶液管３６を流れる際、低温溶液熱交換器６８で落下貯留部６３ａから導出された低温濃溶液Ｓｂと熱交換して温度が低下した後に、低混希溶液管３７を介して低温再生器６０に送られて、低混希溶液散布ノズル６２から散布される。低混希溶液散布ノズル６２から散布された低温希溶液Ｓｖは、熱源管６１を流れる排温水ｈ（本実施の形態では約８０℃前後）によって加熱され、散布された低温希溶液Ｓｖ中の冷媒Ｖの一部が蒸発し濃度が上昇して低温濃溶液Ｓｂとなり、まず低温再生器６０の落下貯留部６３ａに貯留され、落下貯留部６３ａの液位が上昇して堰６３ｓを越えた分が越流貯留部６３ｂに貯留される。ここでは、開閉弁５７ｖが閉じているので、低温濃溶液Ｓｂは越流貯留部６３ｂから流出せずに貯留される。なお、貯留部６３の低温濃溶液Ｓｂの液位が連通管６７の上端開口よりも上昇した場合は、連通管６７を通して高温再生器５０に流入する。

他方、低温希溶液Ｓｖから蒸発した冷媒Ｖは、高温再生器５０で発生した冷媒Ｖの蒸気と合流し、再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器７０へと移動する。低温再生器６０の落下貯留部６３ａに貯留された低温濃溶液Ｓｂは、低温溶液ポンプ６６により、低温濃溶液管３８を介して低温吸収器３０の低温濃溶液散布ノズル３２に圧送される。このとき、低温吸収器３０の貯留部３３に貯留される低温希溶液Ｓｖの液位が所定の液位になるように、低温吸収器液位検出器３４の検出液位に応じてインバータ６６ｖにより低温溶液ポンプ６６の回転速度（ひいては吐出流量）が調節される。低温濃溶液管３８を流れる低温濃溶液Ｓｂは、低温溶液熱交換器６８で低温希溶液Ｓｖと熱交換して温度が上昇してから低温吸収器３０に流入し、低温濃溶液散布ノズル３２から散布される。以降、同様のサイクルを繰り返す。このように、これまで説明した状態の吸収ヒートポンプ１では、吸収液Ｓ側のサイクルが、高温吸収器１０及び高温再生器５０の系統と、低温吸収器３０及び低温再生器６０の系統とに分かれている。

図２のデューリング線図をも参照して、上述した状態の吸収ヒートポンプ１の作用の説明を補足する。図２のデューリング線図は、縦軸に冷媒Ｖ（本実施の形態では水）の露点温度を、横軸に吸収液Ｓ（本実施の形態ではＬｉＢｒ水溶液）の温度をとっている。右上がりの線は吸収液Ｓの等濃度線を表し、右に行くほど高濃度、左に行くほど低濃度となり、図中の原点を通る右上がりの線は溶液濃度０％（すなわち冷媒のみ）の線である。なお、縦軸が示す露点温度は飽和圧力と対応関係にあるため、冷媒蒸気Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｇが飽和蒸気である本実施の形態のヒートポンプサイクルでは、縦軸は主要構成部材１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０の内部圧力を表していると見ることもできる。

図２中、吸収ヒートポンプ１の定格運転における吸収液Ｓの状態は、高温吸収器１０及び高温再生器５０の系統が高温溶液線ＳＨＤで、低温吸収器３０及び低温再生器６０の系統が低温溶液線ＳＬＤで表され、定格運転における冷媒Ｖの状態は冷媒線ＶＤで表されている。図２中、状態Ｐ１２、Ｐ１３、Ｐ５２、Ｐ５３は、それぞれ高温濃溶液散布ノズル１２、貯留部１３、中間濃溶液散布ノズル５２、高温再生器５０の下部における吸収液Ｓの状態を表しており、状態Ｐ３２、Ｐ３３、Ｐ６２、Ｐ６３は、それぞれ低温濃溶液散布ノズル３２、貯留部３３、低混希溶液散布ノズル６２、貯留部６３、における吸収液Ｓの状態を表している。状態Ｐ１２〜Ｐ１３、状態Ｐ３２〜Ｐ３３、状態Ｐ６２〜Ｐ６３、Ｐ５２〜Ｐ５３が水平方向に伸びているのは、等圧下で吸収液Ｓの濃度が変化していることを表している。また、状態Ｐ２０は高温蒸発器２０の状態を、状態Ｐ４０は低温蒸発器４０の状態を、状態Ｐ７０は凝縮器７０の状態をそれぞれ表している。図２から明らかなように、本実施の形態では、高温吸収器１０と高温蒸発器２０、低温吸収器３０と低温蒸発器４０、高温再生器５０及び低温再生器６０と凝縮器７０の圧力が、それぞれ等しくなっている。なお、冷媒Ｖの蒸気を移動させるために互いに連通している高温吸収器１０と高温蒸発器２０、低温吸収器３０と低温蒸発器４０、高温再生器５０及び低温再生器６０と凝縮器７０の内部圧力は、厳密に言えば冷媒Ｖの蒸気の下流側となる方が冷媒Ｖの蒸気の流動による圧力損失分だけ低くなるが、ほぼ同じ圧力である。

低温吸収器３０及び低温再生器６０の系統は、吸収液Ｓが、低温溶液線ＳＬＤ上を反時計回りに循環する。状態Ｐ６２〜Ｐ６３に示すように、低温再生器６０では、排温水ｈから排熱を受けて吸収液Ｓの温度が上昇すると共に濃度が上昇し、低温希溶液Ｓｖが低温濃溶液Ｓｂとなる。低温再生器６０において吸収液Ｓの濃度の上昇に伴い発生した冷媒Ｖの蒸気は、高温再生器５０で発生した冷媒Ｖの蒸気と共に再生器冷媒蒸気Ｖｇとして凝縮器７０に流入して冷却される（状態Ｐ７０）。状態Ｐ４０にある低温蒸発器４０の冷媒Ｖは、排温水ｈから排熱を受けて低温冷媒蒸気Ｖｓとなり、これを低温吸収器３０の低温濃溶液Ｓｂに吸収させて、状態Ｐ３２〜Ｐ３３に示すように低温濃溶液Ｓｂの濃度を低下させる。状態Ｐ３２〜Ｐ３３における低温濃溶液Ｓｂが低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収して発生する吸収熱Ｈ２０は、状態Ｐ２０にある高温蒸発器２０の冷媒Ｖを加熱して、これを高温冷媒蒸気Ｖｒとする。そして、吸収熱Ｈ２０によって発生した高温冷媒蒸気Ｖｒを高温吸収器１０の高温濃溶液Ｓａに吸収させて、状態Ｐ１２〜Ｐ１３に示すように高温濃溶液Ｓａの濃度を低下させる。

高温吸収器１０及び高温再生器５０の系統は、吸収液Ｓが、高温溶液線ＳＨＤ上を反時計回りに循環する。状態Ｐ１２〜Ｐ１３における高温濃溶液Ｓａが高温冷媒蒸気Ｖｒを吸収して発生する吸収熱Ｈｗは、被加熱媒体Ｗを加熱する。これにより、被加熱媒体Ｗを、状態Ｐ１３における吸収液Ｓの温度付近まで温度上昇させることが可能となる。この、被加熱媒体Ｗの温度が上昇する過程で、加熱されている被加熱媒体液Ｗｑの圧力における沸点を超えると、被加熱媒体蒸気Ｗｖの生成が可能となる。高温溶液線ＳＨＤの下部に相当する高温再生器５０では、状態Ｐ５２〜Ｐ５３に示すように、高温冷媒蒸気Ｖｒの保有熱Ｈ５０を受けて吸収液Ｓの温度が上昇すると共に濃度が上昇し、高温希溶液Ｓｗが高温濃溶液Ｓａとなる。図２中、高温冷媒蒸気Ｖｒの保有熱Ｈ５０の移動を示す線図の傾きが大きく、温度変化が小さいように見えるが、高温冷媒蒸気Ｖｒは状態Ｐ５２〜Ｐ５３において吸収液Ｓを加熱する際に気相から液相に状態変化をしており、すなわち潜熱を高温再生器５０の吸収液Ｓに与えている。したがって、高温再生器５０の吸収液Ｓに与えられる保有熱Ｈ５０は、温度変化に伴う顕熱を与える場合に比べて極めて大きな熱量となり、効果的に高温希溶液Ｓｗを高温濃溶液Ｓａに再生することができる。

図３に、参考例に係る三段昇温型吸収ヒートポンプのデューリング線図を示す。（ａ）は吸収液をシリーズフローとしたもの、（ｂ）は吸収液をパラレルフローとしたものである。図３（ａ）に示すものは、吸収器と蒸発器との組み合わせを三段設けたものであり、低温吸収器ＡＬにおける吸収熱を中温蒸発器ＥＭの冷媒を蒸発させるために用い、中温吸収器ＡＭにおける吸収熱を高温蒸発器ＥＨの冷媒を蒸発させるために用いており、高温吸収器ＡＨは高温蒸発器ＥＨと同圧に、低温蒸発器ＥＬは低温吸収器ＡＬと同圧に、凝縮器Ｃと再生器Ｇとが同圧になっている。これは、圧力方向に三段昇圧したもので、理論ＣＯＰは０．２５０である。他方、図３（ｂ）に示すものは、吸収器と再生器との組み合わせを三段設けたものであり、低温吸収器ＡＬにおける吸収熱を中温再生器ＧＭの吸収液を再生させるために用い、中温吸収器ＡＭにおける吸収熱を高温再生器ＧＨの吸収液を再生させるために用いており、高温吸収器ＡＨ及び蒸発器Ｅは低温吸収器ＡＬ及び中温吸収器ＡＭと同圧に、低温再生器ＧＬ及び凝縮器Ｃは高温再生器ＧＨ及び中温再生器ＧＭと同圧になっている。これは、温度方向に三段昇温したもので、理論ＣＯＰは０．２５０である。

本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１のデューリング線図（図２参照）を見ると、２つのサイクルを示す高温溶液線ＳＨＤ及び低温溶液線ＳＬＤは、低圧側は等しいものの、高温溶液線ＳＨＤでは、低温溶液線ＳＬＤよりも最高圧力が高い。このように構成されていることで、導入される排温水ｈから被加熱媒体蒸気Ｗｖを生成する昇温幅を大きくすることができる。そして、本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１を、参考例に係る三段昇温型吸収ヒートポンプと、デューリング線図において比較してみると、図３（ａ）に示すものに対して最高圧力が低くなっており、図３（ｂ）に示すものに対して吸収液Ｓの最高濃度が低くなっている。本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１は、温度方向に二段昇温したうえで圧力方向に二段昇圧したものといえ、理論ＣＯＰは０．２５０である。本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１は、図３（ａ）に示す三段昇温型吸収ヒートポンプに対して、最高圧力が低いので内圧の上昇を抑制することができて缶胴の強度の観点からの条件が緩和されると共に、吸収液Ｓ及び冷媒Ｖの循環のためのポンプの必要ヘッドを抑制することができることに伴い動力の増加を防ぐことができ、また、図３（ｂ）に示す三段昇温型吸収ヒートポンプに対して、最高濃度が低いので吸収液Ｓの濃度の過度の上昇を抑制することができて吸収液Ｓの結晶を回避した安定的な運転が可能となる。

上述のように、本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１は、参考例に係る三段昇温型吸収ヒートポンプ（図３参照）と比較して、最高内圧及び最高濃度が抑制されるので、安定した運転を可能にしつつ、導入される排温水ｈから被加熱媒体蒸気Ｗｖを生成する昇温幅を図３に示す参考例と同等にすることができる。しかしながら、これまで説明した状態の吸収ヒートポンプ１の理論ＣＯＰは、図３に示す参考例と同じである。そこで、本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１は、排温水ｈの温度や冷却水ｃの温度等の、変化する運転条件に応じた適切なＣＯＰで運転するべく、次のような制御を行う。すなわち、制御装置９９は、高温希溶液濃度検出器９５で検出された値（以下「検出値Ｎ９５」ともいう。）及び低温濃溶液濃度検出器９６で検出された値（以下「検出値Ｎ９６」ともいう。）を比較して、検出値Ｎ９５が検出値Ｎ９６以上のときは、上述のように、高温希溶液管１６を流れる高温希溶液Ｓｗの全部が高温再生器５０へ流入するように、切替弁１８を設定する。他方、検出値Ｎ９５が検出値Ｎ９６よりも小さいときは、高温希溶液管１６を流れる高温希溶液Ｓｗが分岐管１７及び低混希溶液管３７を介して低温再生器６０へ流入するように切替弁１８を設定すると共に、開閉弁５７ｖを開にする。

このようにすることで、運転条件によって高温溶液線ＳＨＤと低温溶液線ＳＬＤとに重なる部分が生じるときに、低温再生器６０に投入される排温水ｈの排熱によって高温希溶液Ｓｗの一部又は全部の加熱濃縮を行うことで、高温冷媒蒸気Ｖｒの熱（低温吸収器３０で発生した吸収熱）の利用を抑制して、ＣＯＰの向上を図ることができる。特に、凝縮器７０に導入される冷却水ｃの温度が低下した状態では、高温再生器５０から導出される吸収液Ｓの濃度が上昇しやすく過濃縮による結晶のおそれが生じ得る。過濃縮を抑制するためには、高温再生器５０における加熱能力を制限するとよく、例えば熱源流量調節弁５１ｖで冷媒蒸気熱源管５１を流れる高温冷媒蒸気Ｖｒの流量を制限することで過濃縮を防ぐことができる。このとき、高温冷媒蒸気Ｖｒの使用量が減るので、低温吸収器３０における加熱管３１内での蒸気発生量を減らしてもよい。例えば、流量調節弁３５ｖを調節してバイパス管３５を流れる低温濃溶液Ｓｂの流量を多くすると、低温吸収器３０内における吸収熱の発生が抑制され、加熱管３１内で発生する高温冷媒蒸気Ｖｒの量が減少し、低温吸収器３０から導出される低温希溶液Ｓｖの濃度はバイパスさせないときよりも上昇して、低温溶液線ＳＬＤが高温溶液線ＳＨＤに重なりやすくなる。つまり、流量調節弁３５ｖを用いることで低温溶液線ＳＬＤと高温溶液線ＳＨＤとの重なりが早く生じ、ＣＯＰの改善を図ることができる。

ここで図１を参照して、高温希溶液Ｓｗを低温再生器６０へ流入させた状態における吸収ヒートポンプ１の作用について、高温希溶液Ｓｗを高温再生器５０へ流入させた状態との相違点を説明する。高温吸収器１０の貯留部１３内の高温希溶液Ｓｗは、重力及び内圧の差により低温再生器６０に向かって高温希溶液管１６を流れ、高温溶液熱交換器５８で高温濃溶液Ｓａと熱交換して温度が低下した後に、低混希溶液管３７に流入する。低混希溶液管３７に流入した高温希溶液Ｓｗは、低混希溶液管３７に流入した低温希溶液Ｓｖと混合して混合希溶液Ｓｘとなり、低温再生器６０に送られる。低温再生器６０に送られた混合希溶液Ｓｘは、低混希溶液散布ノズル６２から散布される。低混希溶液散布ノズル６２から散布された混合希溶液Ｓｘは、熱源管６１を流れる排温水ｈ（本実施の形態では約８０℃前後）によって加熱され、散布された混合希溶液Ｓｘ中の冷媒Ｖの一部が蒸発し濃度が上昇して低温濃溶液Ｓｂとなり、まず低温再生器６０の落下貯留部６３ａに貯留され、落下貯留部６３ａの液位が上昇して堰６３ｓを越えた分が越流貯留部６３ｂに貯留される。

低温再生器６０の落下貯留部６３ａに貯留された低温濃溶液Ｓｂは、高温希溶液Ｓｗを高温再生器５０へ流入させた状態のときと同様に、低温溶液ポンプ６６で低温濃溶液管３８を介して低温吸収器３０の低温濃溶液散布ノズル３２に圧送される。他方、越流貯留部６３ｂに貯留された低温濃溶液Ｓｂは、中間濃溶液管５７を介して高温希溶液管１６に流入した後に高温再生器５０に導入されて、中間濃溶液散布ノズル５２から散布される。中間濃溶液散布ノズル５２から散布された低温濃溶液Ｓｂは、冷媒蒸気熱源管５１内を流れる高温冷媒蒸気Ｖｒによって加熱濃縮されて、冷媒Ｖの一部が蒸発して濃度が上昇し、高温濃溶液Ｓａとなって、高温再生器５０の下部に貯留され、高温溶液ポンプ５６によって高温濃溶液散布ノズル１２に圧送される。

図４は、高温希溶液Ｓｗを低温再生器６０へ流入させた状態の吸収ヒートポンプ１のデューリング線図であり、上述した吸収液Ｓのサイクルを（ａ）に示している。図４（ａ）に示すように、検出値Ｎ９５が検出値Ｎ９６よりも小さいときは、高温溶液線ＳＨＤと低温溶液線ＳＬＤとに重なる部分が生じている。このときも、吸収液Ｓは、高温溶液線ＳＨＤ及び低温溶液線ＳＬＤを反時計回りに循環する。低温吸収器３０の貯留部３３に貯留された状態Ｐ３３の低温希溶液Ｓｖは分岐管１７に向かって流れ、高温吸収器１０の貯留部１３に貯留された状態Ｐ１３の高温希溶液Ｓｗは低混希溶液管３７に向かって流れる。低混希溶液管３７内に流入した低温希溶液Ｓｖ及び高温希溶液Ｓｗは混合されて混合希溶液Ｓｘとなる。このときの混合希溶液Ｓｘ状態は、図４（ａ）のデューリング線図上における状態Ｐ１７Ｌと状態Ｐ１７Ｈとの間の混合割合に応じた状態となる。

低混希溶液管３７から低温再生器６０に流入した混合希溶液Ｓｘは、排温水ｈから排熱を受けて吸収液Ｓの温度が上昇すると共に濃度が上昇し、状態Ｐ６３に示すような低温濃溶液Ｓｂとなる。低温再生器６０で生成された低温濃溶液Ｓｂのうち、落下貯留部６３ａのものは状態Ｐ６３〜Ｐ３２に示すように低温吸収器３０に圧送されて低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収して吸収熱を発生させるのに用いられ、越流貯留部６３ｂのものは高温再生器５０に流入されて状態Ｐ６３〜Ｐ５３に示すように高温冷媒蒸気Ｖｒの保有熱Ｈ５０を受けて吸収液Ｓの温度が上昇すると共に濃度が上昇して高温濃溶液Ｓａとなる。このように、高温希溶液Ｓｗを一旦低温再生器６０に流入させて排温水ｈの排熱で一部を加熱濃縮させるので、排熱を最大限利用することにより高温冷媒蒸気Ｖｒの保有熱Ｈ５０の利用分を小さくすることができ、ＣＯＰを向上させることができる。

図４（ｂ）に示すデューリング線図は、上述した高温希溶液Ｓｗを低温再生器６０へ流入させた状態と同様の吸収液Ｓのサイクルにおいて、熱源流量調節弁５１ｖを閉じて高温再生器５０に熱を投入していない状態のものである。この場合、低温再生器６０の落下貯留部６３ａから低温吸収器３０へ圧送される吸収液Ｓ（状態Ｐ６３、５３〜Ｐ３２）と、高温再生器５０の下部から高温吸収器１０へ圧送される吸収液Ｓ（状態Ｐ６３、５３〜Ｐ１２）とは、同じ濃度となる。この図４（ｂ）に示す吸収液Ｓのサイクルの場合は二段昇温サイクルとなり、このときの理論ＣＯＰは０．３３３である。他方、図４（ａ）に示す吸収液Ｓのサイクルの場合は二〜三段昇温サイクルとなり、このときの理論ＣＯＰは０．２５０を超え、０．３３３未満となる。このように、本実施の形態に係る吸収ヒートポンプ１は、切替弁１８によって高温希溶液Ｓｗの導入先を高温再生器５０と低温再生器６０とで切り替えると共に、熱源流量調節弁５１ｖによって高温再生器５０への投入熱量を調節することにより、運転条件に応じた最適なＣＯＰで運転することが可能となる。

以上の説明では、分岐管１７が低混希溶液管３７に接続されていて、高温希溶液Ｓｗが低温再生器６０に導入される際に低温希溶液Ｓｖと混合されることとしたが、分岐管１７が低温希溶液Ｓｖの系統とは別に独立して低温再生器６０まで配設され、低温再生器６０内で低温希溶液Ｓｖを散布するノズルとは別の高温希溶液Ｓｗを散布するノズルに接続されるように構成され、つまり、高温希溶液Ｓｗを直接的に低温再生器６０へ導くこととしてもよい。

以上の説明では、第１の希溶液濃度検出手段及び第２の吸収液濃度検出手段が、吸収液Ｓの濃度を直接検出する濃度計である高温希溶液濃度検出器９５及び低温濃溶液濃度検出器９６であるとしたが、吸収液Ｓの濃度に関連する物理量を検出して間接的に吸収液Ｓの濃度を検出することとしてもよい。間接的に検出する例として、吸収液Ｓの密度と温度とから濃度を算出する（温度の影響が小さい場合は密度だけで判断してもよい）、吸収液Ｓの温度と蒸気圧とから気液平衡状態と推定して濃度を算出する、吸収液Ｓの温度と露点とからデューリング線図に基づいて濃度を算出することが挙げられる。また、濃度に換算せずに沸点上昇の比較で行ってもよい。沸点上昇は吸収液Ｓの温度と露点との差であり、沸点上昇の大きい方が吸収液Ｓの濃度の濃い方として差し支えない。

以上の説明では、高温再生器５０と低温再生器６０とが同じ缶胴内に収容されていて、缶胴の下部に高温再生器５０が、上部に低温再生器６０が配設されていることとしたが、上部に高温再生器５０が、下部に低温再生器６０が配設されていることとしてもよく、高温再生器５０と低温再生器６０とが横並びに配設されていることとしてもよい（このように構成する場合は、必要に応じて、低温再生器６０から高温再生器５０へ吸収液Ｓを搬送するポンプを設ける。）。また、高温再生器５０で蒸発した冷媒Ｖの蒸気と低温再生器６０で蒸発した冷媒Ｖの蒸気とが共通の凝縮器７０で凝縮されることとしたが、高温再生器５０で蒸発した冷媒Ｖの蒸気を凝縮させる凝縮器と、低温再生器６０で蒸発した冷媒Ｖの蒸気を凝縮させる凝縮器とを個別に設けてもよい。この場合は、高温再生器５０及び高温再生器５０用の凝縮器と、低温再生器６０及び低温再生器６０用の凝縮器との組み合わせで、それぞれ別の缶胴に収容される構成とするのが好ましい。

以上の説明では、高温再生器５０で発生した冷媒Ｖの蒸気を、特に他の流体と熱交換させずに凝縮器７０へ導くこととしたが、低温再生器６０の熱源管６１の周辺を通すことによって低温希溶液散布ノズル６２から散布された低温希溶液Ｓｖを加熱した後に凝縮器７０へ導くこととしてもよい。このようにすると、高温再生器５０で発生した高温の冷媒Ｖの蒸気が持つエネルギーを低温再生器６０で加熱濃縮される低温希溶液Ｓｖに与えることができ、低温再生器６０での外部熱源（排温水ｈ）の必要量を低減することができ、ＣＯＰの向上につながることとなる。

以上の説明では、吸収熱搬送手段が、低温吸収器３０で発生した吸収熱を保有する高温冷媒蒸気Ｖｒを高温蒸発器２０から高温再生器５０へ導くことによって低温吸収器３０で発生した吸収熱を間接的に高温再生器５０内に搬送する冷媒蒸気熱源管５１であることとしたが、冷媒蒸気熱源管５１に代えて、以下のように構成してもよい。
図５は、本実施の形態の変形例に係る吸収ヒートポンプの模式的系統図であり、（ａ）は第１の変形例を、（ｂ）は第２の変形例を示している。図５（ａ）に示す第１の変形例では、低温吸収器３０と高温再生器５０との間で液体の熱媒体ｔを循環させるクローズド配管の循環熱媒体管２５１を設け、循環熱媒体管２５１に配設された循環熱媒体ポンプ２５９で熱媒体ｔを循環させることにより、低温吸収器３０で発生した吸収熱を直接的に高温再生器５０内に搬送することとしている。図５（ｂ）に示す第２の変形例では、冷媒蒸気熱源管５１に代えて、低温吸収器の役割を果たす加熱用吸収装置３５１を高温再生器５０内に設けている。ここで例示する加熱用吸収装置３５１は、複数の伝熱管が鉛直に延びるように配設され、複数の伝熱管の各上端が上部ヘッダーで、各下端が下部ヘッダーでそれぞれ接続され、上部ヘッダーに、配管３５７を介して低温蒸発器４０内の低温冷媒蒸気Ｖｓを、及び配管３５８を介して低温濃溶液管３８を流れる低温濃溶液Ｓｂを導入するように構成して、加熱用吸収装置３５１の内部に低温濃溶液Ｓｂ及び低温冷媒蒸気Ｖｓを導入し、加熱用吸収装置３５１の伝熱管内で低温濃溶液Ｓｂに低温冷媒蒸気Ｖｓを吸収させて吸収熱を発生させ、中間濃溶液散布ノズル５２から加熱用吸収装置の外部に散布された高温希溶液Ｓｗ又は低温濃溶液Ｓｂを加熱することとしている。加熱用吸収装置３５１の下部ヘッダーは、配管３５９を介して低温希溶液管３６に接続されており、加熱用吸収装置３５１で濃度が低下した吸収液Ｓを低温希溶液管３６に導入することができるように構成されている。

１ 吸収ヒートポンプ
１０ 高温吸収器
１１ 加熱管
１７ 分岐管
１８ 切替弁
２０ 高温蒸発器
３０ 低温吸収器
３５ バイパス管
３５ｖ 流量調節弁
４０ 低温蒸発器
５０ 高温再生器
５１ 冷媒蒸気熱源管
５１ｖ 熱源流量調節弁
６０ 低温再生器
７０ 凝縮器
９５ 高温希溶液濃度検出器
９６ 低温濃溶液濃度検出器
９９ 制御装置
Ｓａ 高温濃溶液
Ｓｂ 低温濃溶液
Ｓｖ 低温希溶液
Ｓｗ 高温希溶液
Ｓｘ 混合希溶液
Ｖｆ 冷媒液
Ｖｇ 再生器冷媒蒸気
Ｖｒ 高温冷媒蒸気
Ｖｓ 低温冷媒蒸気
Ｗ 被加熱媒体

Claims (4)

1. 被加熱媒体の流路を内部に有し、第１の吸収液が第１の冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で前記被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と；
   前記第１の吸収器に前記第１の冷媒蒸気を供給する蒸発器と；
   第２の吸収液が第２の冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で前記蒸発器内の冷媒液を加熱して前記第１の冷媒蒸気を生成する、前記第１の吸収器よりも作動温度が低い第２の吸収器と；
   前記第１の吸収器で前記第１の吸収液が前記第１の冷媒蒸気を吸収して濃度が低下した第１の希溶液を導入し加熱して、前記第１の希溶液から冷媒を蒸発させて前記第１の吸収液を生成する高温再生器と；
   前記第２の吸収器で前記第２の吸収液が前記第２の冷媒蒸気を吸収して濃度が低下した第２の希溶液を導入し加熱して、前記第２の希溶液から冷媒を蒸発させて前記第２の吸収液を生成する低温再生器と；
   前記第１の吸収器内の前記第１の希溶液を前記高温再生器に導く第１の希溶液管と；
   前記第１の希溶液管に接続され、前記第１の希溶液管を流れる第１の希溶液を直接的又は間接的に前記低温再生器へ導く分岐管と；
   前記第１の希溶液管を流れる前記第１の希溶液を、前記高温再生器へ流入させるのと、前記低温再生器へ流入させるのとを切り替える切替弁とを備え；
   前記第１の希溶液管を流れる前記第１の希溶液が前記低温再生器に流入したときに、前記低温再生器は前記第１の希溶液及び前記第２の希溶液から冷媒を蒸発させるように構成され；
   前記低温再生器で生成された前記第２の吸収液の一部を前記高温再生器に導く中間濃溶液管であって、流路を遮断可能な開閉弁を有する中間濃溶液管をさらに備え；
   前記第１の希溶液管を流れる前記第１の希溶液を前記高温再生器へ流入させたときは前記開閉弁を閉にし、前記第１の希溶液管を流れる前記第１の希溶液を前記低温再生器へ流入させたときは前記開閉弁を開にして前記低温再生器で生成された前記第２の吸収液の一部を前記高温再生器に導くように構成された；
   吸収ヒートポンプ。
2. 被加熱媒体の流路を内部に有し、第１の吸収液が第１の冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で前記被加熱媒体を加熱する第１の吸収器と；
   前記第１の吸収器に前記第１の冷媒蒸気を供給する蒸発器と；
   第２の吸収液が第２の冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱で前記蒸発器内の冷媒液を加熱して前記第１の冷媒蒸気を生成する、前記第１の吸収器よりも作動温度が低い第２の吸収器と；
   前記第１の吸収器で前記第１の吸収液が前記第１の冷媒蒸気を吸収して濃度が低下した第１の希溶液を導入し加熱して、前記第１の希溶液から冷媒を蒸発させて前記第１の吸収液を生成する高温再生器と；
   前記第２の吸収器で前記第２の吸収液が前記第２の冷媒蒸気を吸収して濃度が低下した第２の希溶液を導入し加熱して、前記第２の希溶液から冷媒を蒸発させて前記第２の吸収液を生成する低温再生器と；
   前記第１の吸収器内の前記第１の希溶液を前記高温再生器に導く第１の希溶液管と；
   前記第１の希溶液管に接続され、前記第１の希溶液管を流れる第１の希溶液を直接的又は間接的に前記低温再生器へ導く分岐管と；
   前記第１の希溶液管を流れる前記第１の希溶液を、前記高温再生器へ流入させるのと、前記低温再生器へ流入させるのとを切り替える切替弁と；
   前記第１の吸収器から導出される前記第１の希溶液の濃度を検出する第１の希溶液濃度検出手段と；
   前記低温再生器で生成された第２の吸収液の濃度を検出する第２の吸収液濃度検出手段と；
   前記第１の希溶液濃度検出手段で検出された値が前記第２の吸収液濃度検出手段で検出された値よりも小さいときに前記第１の希溶液の少なくとも一部を前記低温再生器に導き、前記第１の希溶液濃度検出手段で検出された値が前記第２の吸収液濃度検出手段で検出された値以上のときに前記第１の希溶液の全部を前記高温再生器に導くように、前記切替弁を制御する制御装置とを備える；
   吸収ヒートポンプ。
3. 前記第２の吸収器で発生した吸収熱を、直接的又は間接的に前記高温再生器内に搬送する吸収熱搬送手段を備える；
   請求項１又は請求項２に記載の吸収ヒートポンプ。
4. 前記第２の吸収器に導入される前記第２の吸収液のうち、前記第２の冷媒蒸気を吸収する前記第２の吸収液の流量を調節する吸収液流量調節手段を備える；
   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。

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