JP2000018755A - 吸収式ヒートポンプ装置およびその運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱効率の一層の改善を図る。 【解決手段】 蒸発器４の上部には第１の冷媒液散布手
段４６を設置し、中段部には第２の冷媒液散布手段４７
を設置し、第１の冷媒液散布手段４６には凝縮器３で凝
縮して冷媒液タンク１１に溜った冷媒液Ａが供給可能に
冷媒液供給管１６を接続し、第２の冷媒液散布手段４７
には蒸発器４に溜った冷媒液Ａが供給可能に冷媒液循環
ポンプ４８を備えた冷媒液管４９を接続し、蒸発器４に
溜った冷媒液Ａの液面を検出するための液面センサ５０
を設置し、冷媒液循環ポンプ４８を蒸発器４に溜った冷
媒液Ａの液面が所定のレベルを越えたことが液面センサ
５０によって検出されたときに起動し、所定時間起動す
るか、液面センサ５０が所定の低いレベル以下を検出し
たときに停止するように構成すると共に、冷媒にＴＦＥ
を使用し、吸収液にＮＭＰを使用するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房機や給湯器
等に用いる吸収式ヒートポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の吸収式ヒートポンプ装置
として、例えば図２に示す構造のものが提案されてい
る。

【０００３】図２において、符号１Ｘで示す吸収式ヒー
トポンプ装置は、熱交換用の冷媒Ａを含む吸収液Ｃを加
熱して、この吸収液Ｃから冷媒Ａを気化させて冷媒Ａと
吸収液Ｂとに分離する精溜器２と、この精溜器２から供
給された冷媒蒸気Ａを凝縮して液化する凝縮器３と、こ
の凝縮器３から供給される冷媒液Ａが内部に供給される
と共に、外面に強制接触させられる適宜の熱媒体、例え
ば外気Ｄから蒸発潜熱を奪って冷媒液Ａを気化させる蒸
発器４と、この蒸発器４から供給される冷媒蒸気Ａと、
精溜器２から供給される吸収液Ｂとを反応させることに
より吸収液Ｂに冷媒Ａを吸収させて冷媒Ａを含む吸収液
Ｃを生成すると共に、この吸収液Ｃを精溜器２へ循環さ
せる吸収器５とを備えた概略構成となっている。

【０００４】精溜器２は、立設された筒状の精溜塔６
と、この精溜塔６の下方に連設され、冷媒Ａを含む吸収
液Ｃを加熱するためのバーナ７を備えて加熱部として機
能する再生器８と、精溜塔６の略中間部に設けられ、こ
の精溜塔６内に吸収液Ｃを散布する吸収液散布手段９
と、この吸収液散布手段９と再生器８との間に介装され
た、金属製不織布等からなる充填材１０とによって構成
され、凝縮器３には凝縮した冷媒Ａを貯留する冷媒液タ
ンク１１が連設されている。

【０００５】蒸発器４は、立設された複数の伝熱管１２
と、これらの伝熱管１２の上端を相互に連通状態に接続
する上部ヘッダ１３と、各伝熱管１２の下端を相互に連
通状態に接続する下部ヘッダ１４と、伝熱管１２の長さ
方向に沿って間隔をおいて設けられ、且つ、これらの伝
熱管１２が貫通状態に固定された多数の伝熱フィン１５
とによって構成され、さらに、各伝熱管１２の上端部
に、冷媒液供給管１６を介して冷媒液タンク１１が連通
すると共に、上部ヘッダ１３が連通管１７を介して吸収
器５の上部に連通し、さらに、下部ヘッダ１４が、連通
管１８を介して吸収器５の下端に設けられている吸収液
タンク１９へ連通している。

【０００６】一方、吸収器５は、蒸発器４の上部ヘッダ
１３に連設している連通管１７が接続された吸収液滴下
手段２０と、この吸収液滴下手段２０の下方に間隔をお
いて配設され、冷媒蒸気Ａとの反応により冷媒を吸収し
た吸収液Ｂ、すなわち吸収液Ｃを貯留する吸収液タンク
１９と、吸収液滴下手段２０と吸収液タンク１９とを連
通する複数の伝熱管２１と、これらの伝熱管２１を取り
囲んで設けられると共に、吸収液滴下手段２０と吸収液
タンク１９との間に冷却水流路２２を形成する外装体２
３とによって構成されており、その内部圧力を下げるこ
とにより、蒸発器４の伝熱管１２において気化した冷媒
Ａを吸引するようになっている。

【０００７】また、吸収液滴下手段２０は、その上部
に、再生器８において濃縮した吸収液Ｂを供給する吸収
液供給管２４が接続され、また、内部には、この内部を
上下方向に２分割するように配設された分散板２５が装
着され、この分散板２５よりも下方には、伝熱管２１が
貫通して固定されると共に、吸収液滴下手段２０と冷却
水流路２２とを分離する隔壁２６が設けられ、この隔壁
２６と分散板２５との間に連通管１７が接続されてお
り、この連通管１７によって、蒸発器４から気化した冷
媒Ａが送り込まれるようになっている。

【０００８】さらに、吸収液タンク１９は、吸収液戻し
管２７を介して精溜器２の吸収液散布手段９へ連通して
おり、この吸収液戻し管２７の途中には、吸収液タンク
１９に貯留されている吸収液Ｃを吸収液散布手段９へ送
り込むための吸収液循環ポンプ２８が設けられている。

【０００９】吸収器５の外装体２３の上端部と凝縮器３
との間には冷却水管２９が設けられて両者の連通が図ら
れていると共に、凝縮器３と吸収器５の外装体２３の下
端部との間には冷却水管３０が設けられてこれらの連通
が図られており、これらの外装体２３、冷却水管２９、
凝縮器３、および、冷却水管３０によって冷却水循環用
の閉回路が形成され、冷却水管３０の途中には、暖房用
の室内機３１と、冷却水Ｅの循環を行うための冷却水循
環ポンプ３２が設けられている。

【００１０】また、符号３３は、吸収液供給管２４と吸
収液戻し管２７それぞれを流れる吸収液同士に熱交換を
行わせるための熱交換器を示し、符号３４は、蒸発器４
に対して外気Ｄを供給する送風ファンを示し、さらに、
符号３５は、吸収器５へ供給される冷却水Ｅと吸収液滴
下手段２０へ供給される吸収液Ｂとの熱交換を行なう熱
交換器を示す。

【００１１】このように構成された吸収式ヒートポンプ
装置１Ｘでは、冷媒液タンク１１から供給される冷媒液
Ａが各伝熱管１２の内壁面に沿って流下する一方、伝熱
フィン１５および伝熱管１２の表面に送風ファン３４が
供給する外気Ｄが接触することにより、この外気Ｄと伝
熱管１２の内壁面を流下する冷媒液Ａとの間で熱交換が
行なわれ、冷媒液Ａが外気Ｄから気化潜熱を奪って気化
すると共に、このようにして生成された冷媒蒸気Ａが各
伝熱管１２内を上方へ移動し、伝熱管１２の上端に設け
られている上部ヘッダ１３によって集められ、吸収器５
に流入する。

【００１２】吸収器５に流入した冷媒蒸気Ａは、再生器
８から供給される吸収液Ｂと接触して吸収液Ｂに吸収さ
れ、冷媒Ａを吸収した吸収液Ｃが伝熱管２１を経て下方
の吸収液タンク１９へ回収され、さらに、この吸収液Ｃ
が吸収液循環ポンプ２８によって精溜器２に搬送され、
吸収液散布手段９から精溜塔６内に散布される。

【００１３】精溜塔６に送り込まれた吸収液Ｃは充填材
１０の間を通って流下する間に、バーナ７が生成する燃
焼熱によって加熱され、吸収している冷媒Ａを気化分離
し、吸収液Ｂが再生器８に溜る。

【００１４】そして、精溜器２で分離生成された冷媒蒸
気Ａは、凝縮器３を通過するときに冷却水Ｅと熱交換を
行なってこれに放熱し、また、吸収器５を通過するとき
は冷媒Ａが蒸発することで外気Ｄから吸収した熱が冷却
水Ｅに移される。

【００１５】すなわち、冷却水Ｅは吸収器５、および、
凝縮器３へと循環する間に徐々に加熱され、その後室内
機３１へ送り込まれて暖房に供される。

【００１６】このような吸収式ヒートポンプ装置１Ｘに
おいては、外気Ｄの熱エネルギを吸収して冷却水Ｅの加
熱の補助を行なうことになり、バーナ７の発熱量に対す
る室内機３１からの放熱量を１．３倍以上に高めること
が可能となる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
の吸収式ヒートポンプ装置においては、蒸発器４の底と
吸収器５の吸収液タンク１９との間を連通管１８によっ
て連通し、伝熱管１２を流下する間に蒸発しきれなかっ
た冷媒液をドレンとして吸収液タンク１９に流し込み、
吸収液と混ぜ合わせて吸収液に吸収させ、その後精溜器
２に搬送して加熱し、冷媒と吸収液とに分離している。

【００１８】すなわち、従来の吸収式ヒートポンプ装置
においては、蒸発器の底に溜った冷媒液（蒸発温度の低
い冷媒が優先的に気化するため、実際には吸収液を数％
含むが慣例上冷媒液と呼ぶ）を吸収液と混ぜて吸収液に
吸収させてから、加熱して冷媒と吸収液とに分離してい
たため、熱効率を一層高めたいと云った改善要求に応え
るときの障害となっており、これが解決すべき課題とな
っていた。

【００１９】

【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、吸収液を加熱して吸収液に含まれ
る冷媒を気化させて分離する加熱部を備えた精溜器と、
この精溜器から供給される冷媒蒸気を第１の熱媒体と熱
交換させて液化する凝縮器と、この凝縮器から供給され
る冷媒液を下降させながら第２の熱媒体と熱交換させて
気化する蒸発器と、この蒸発器から供給される冷媒蒸気
と精溜器から供給される吸収液とを反応させて吸収液に
冷媒を吸収させると共に、この冷媒を吸収した吸収液を
精溜器へ戻す吸収器とを備えた吸収式ヒートポンプ装置
において、蒸発器に内装した第２の熱媒体が内側を流れ
る伝熱管の上に蒸発器の底に溜った冷媒液が散布可能に
冷媒液循環ポンプを備えた冷媒液管を設け、冷媒にアル
コール系流体を用いるようにした第１の構成の吸収式ヒ
ートポンプ装置と、

【００２０】前記第１の構成の吸収式ヒートポンプ装置
において、凝縮器に連通した第１の冷媒液散布手段を蒸
発器の内側上部に設置し、冷媒液循環ポンプを備えた冷
媒液管に連通した第２の冷媒液散布手段を蒸発器の中段
部に設置するようにした第２の構成の吸収式ヒートポン
プと、

【００２１】前記第１または第２の構成の吸収式ヒート
ポンプ装置において、冷媒液循環ポンプを蒸発器の底部
に溜った冷媒液の量に基づいて運転するようにした吸収
式ヒートポンプ装置の運転方法とを提供するものであ
る。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１に基づいて本発明の一
実施形態を詳細に説明する。なお、理解を容易にするた
め、図１においても前記図２において説明した部分と同
様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。

【００２３】本発明の吸収式ヒートポンプ装置１は、臭
化リチウム水溶液を吸収液としたときに冷媒として使用
される水より沸点が遥かに低い流体、例えば沸点が７
４．５℃の２，２，２，−トリフルオロエタノール（Ｔ
ＦＥ）などを冷媒に使用し、吸収液に沸点が例えば２０
４℃のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを使
用するものである。

【００２４】そして、この場合の吸収式ヒートポンプ装
置１においては、冷却水管３０には冷却水タンク４１が
設置されている。

【００２５】また、この場合の吸収式ヒートポンプ装置
１は、蒸発器４が多数の伝熱管１２を内蔵したタイプで
あり、これらの伝熱管１２の内部に冷水タンク４２に貯
溜された水Ｆが、途中に冷水循環ポンプ４３と開閉弁４
４とを備えた冷水管４５を介して循環供給できるように
構成されている。

【００２６】一方、蒸発器４の内側上部には第１の冷媒
液散布手段４６が設置され、中段部には第２の冷媒液散
布手段４７が設置され、第１の冷媒液散布手段４６には
凝縮器３で凝縮して冷媒液タンク１１に溜った冷媒液Ａ
が供給できるように冷媒液供給管１６が接続され、第２
の冷媒液散布手段４７には蒸発器４の底に溜った冷媒液
Ａが供給できるように途中に冷媒液循環ポンプ４８を備
えた冷媒液管４９が蒸発器４の底から延設して接続さ
れ、冷媒液Ａが伝熱管１２の外面を伝って流れ落ちる際
に管内を流れる水Ｆから熱を奪って気化するように構成
されている。

【００２７】また、蒸発器４には底に溜った冷媒液Ａの
液面を検出するための液面センサ５０が設置され、蒸発
器４の底部と吸収器５の吸収液タンク１９とを連通して
いる連通管１８には開閉弁５１が設置されている。

【００２８】そして、冷媒液管４９に設けられた冷媒液
循環ポンプ４８は、蒸発器４に溜った冷媒液Ａの液面が
所定のレベルを越えたことが液面センサ５０によって検
出されたときに起動し、所定時間後に停止するか、液面
センサ５０が所定の低いレベル以下を検出したときに停
止するように構成されている。

【００２９】したがって、蒸発器４の底に多少の吸収液
を含む冷媒液Ａが溜ると、その冷媒液Ａは冷媒液循環ポ
ンプ４８が起動して第２の冷媒液散布手段４７から、中
段部に位置する伝熱管１２の上に散布され、伝熱管１２
内を流れる水Ｆから熱を奪って蒸発するので、吸収器５
にドレンとして流し込み、吸収液Ｂと混ぜ合わせ、精溜
器２に送り込んで冷媒Ａと吸収液Ｂとに加熱分離してい
た従来装置に比べて、熱効率が高くなると云った特長が
ある。

【００３０】しかも、多少の吸収液を含んで蒸発器４の
底に溜った冷媒液Ａは、冷媒タンク１１から供給される
冷媒液Ａより低い位置から散布されるので、冷媒タンク
１１の冷媒比率が高い冷媒液Ａの気化を妨げることがな
いし、蒸発器４に溜った冷媒液Ａに含まれる吸収液の比
率が所定値、例えば１〜１０＿％より高くなったときに
は、開閉弁５１を開弁して蒸発器４に溜った吸収液の比
率の高い冷媒液Ａを連通管１８を介して吸収器５の吸収
液タンク１９にドレンとして流し込むことができるの
で、何れにしても蒸発器４における冷媒液Ａの気化が妨
げられることはない。

【００３１】上記構成の吸収式ヒートポンプ装置１にお
いては、例えば冷却水タンク４１の部分に図２に示した
室内機３１を設置すれば、吸収器５と凝縮器３の内部を
冷却し、自身の温度を高めた冷却水Ｅが冷却水管２９、
３０を介して室内機３１に循環供給されるので、室内機
３１において暖房作用がなされる。

【００３２】一方、冷水タンク４２の部分に図２に示し
た室内機３１を設置すれば、蒸発器４の内部で冷媒液Ａ
を気化させて放熱し、自身の温度を下げた水Ｆが冷水管
４５を介して室内機３１に循環供給されるので、室内機
３１において冷房作用がなされる。

【００３３】なお、本発明は上記実施形態に限定される
ものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸
脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。

【００３４】例えば、冷媒液管管４９に設けた冷媒液循
環ポンプ４８は、液面センサ５０が検出する冷媒液Ａの
液面レベルに基づいて回転数制御するように構成しても
良い。

【００３５】また、蒸発器４の底に溜った冷媒液Ａを、
第１の冷媒液散布手段４６から散布するように構成する
ことも可能である。このような構成では冷媒液供給管１
６を介して冷媒液タンク１１から供給される冷媒液Ａの
気化を多少妨げることになるが、蒸発器４の底に溜った
冷媒液Ａを吸収器５の吸収液タンク１９にドレンとして
流し込んでいた従来の装置よりは熱効率に優れたものと
なるし、蒸発器４の構成が簡単になると云った利点もあ
る。

【００３６】また、精溜塔６に充填する充填材１０とし
ては、ステンレス鋼製の金網や、細い線材をより合わせ
たものであっても良い。

【００３７】さらに、本発明の吸収式ヒートポンプ装置
１においては、沸点が１２０℃以下のフッ化アルコール
系流体が冷媒として使用でき、吸収液としてはエーテル
類、エステル類、ポリオール類、アミド類、アミン類、
イミド類、ケトン類、アルデヒド類、ニトリル類などが
使用できる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来技術に比較して熱効率が改善できると云った特長があ
る。

【００３９】特に、請求項２の装置においては、凝縮器
から供給される純度の高い冷媒液の気化を妨げることが
ないので、熱効率の改善に一層のメリットがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す説明図である。

【図２】従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１・１Ｘ 吸収式ヒートポンプ装置 ２ 精溜器 ３ 凝縮器 ４ 蒸発器 ５ 吸収器 ６ 精溜塔 ７ バーナ ８ 再生器 ９ 吸収液散布手段 １０ 充填材 １１ 冷媒液タンク １２ 伝熱管 １３ 上部ヘッダ １４ 下部ヘッダ １５ 伝熱フィン １６ 冷媒液供給管 １７・１８ 連通管 １９ 吸収液タンク ２０ 吸収液滴下手段 ２１ 伝熱管 ２２ 冷却水通路 ２３ 外装体 ２４ 吸収液供給管 ２５ 分散板 ２６ 隔壁 ２７ 吸収液戻し管 ２８ 吸収液循環ポンプ ２９・３０ 冷却水管 ３１ 室内機 ３２ 冷却水循環ポンプ ３３ 熱交換器 ３４ 送風ファン ３５ 熱交換器 ４１ 冷却水タンク ４２ 冷水タンク ４３ 冷水循環ポンプ ４４ 開閉弁 ４５ 冷水管 ４６ 第１の冷媒液散布手段 ４７ 第２の冷媒液散布手段 ４８ 冷媒液循環ポンプ ５０ 液面センサ ５１ 開閉弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保 敏男 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3L093 AA05 BB01 BB22 BB29 BB43 DD08 DD09 EE21 GG04 HH06 JJ06 KK01 LL01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収液を加熱して吸収液に含まれる冷媒
   を気化させて分離する加熱部を備えた精溜器と、この精
   溜器から供給される冷媒蒸気を第１の熱媒体と熱交換さ
   せて液化する凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒
   液を下降させながら第２の熱媒体と熱交換させて気化す
   る蒸発器と、この蒸発器から供給される冷媒蒸気と精溜
   器から供給される吸収液とを反応させて吸収液に冷媒を
   吸収させると共に、この冷媒を吸収した吸収液を精溜器
   へ戻す吸収器とを備えた吸収式ヒートポンプ装置におい
   て、蒸発器に内装した第２の熱媒体が内側を流れる伝熱
   管の上に蒸発器の底に溜った冷媒液が散布可能に冷媒液
   循環ポンプを備えた冷媒液管を設け、冷媒にアルコール
   系流体を用いたことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の吸収式ヒートポンプ装置
   において、凝縮器に連通した第１の冷媒液散布手段を蒸
   発器の内側上部に設置し、冷媒液循環ポンプを備えた冷
   媒液管に連通した第２の冷媒液散布手段を蒸発器の中段
   部に設置したことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の吸収式ヒートポ
   ンプ装置において、冷媒液循環ポンプを蒸発器の底部に
   溜った冷媒液の量に基づいて運転することを特徴とする
   吸収式ヒートポンプ装置の運転方法。