JP3311926B2 - 吸収式冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷暖房装置
に関し、特に、コンパクト化を図りつつ、外気温度が低
いときでも能力を低下させることなく暖房運転を行うこ
とができる吸収式冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来広く用いられていた水冷式の吸収冷
凍機は、クーリングタワーを初めとする冷却水系の据付
工事や保守ならびに水管理等に多くの手間がかかるとい
う欠点を有していた。このような欠点がある水冷式吸収
冷凍機に代わるものとして、水を冷媒とし、臭化リチウ
ムを吸収剤とする空冷式吸収冷凍機が知られている。例
えば、特公平５−６７８６６号公報では、吸収器および
凝縮器をファンで冷却するように構成した空冷式の吸収
冷凍機が提案されている。

【０００３】吸収冷凍機は一般に冷房に用いられるが、
近年、冷房運転だけでなく、吸収器で汲み上げた熱を利
用してヒートポンプ暖房運転も行えるようにした冷暖房
装置に対する需要が高まっている。特開平６−２９８０
号公報や特公平７−９６９７７号公報には、冷暖房に共
用できる吸収式ヒートポンプ装置や吸収式冷温水機が提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記公報に
記載されているような空冷式吸収冷凍機を暖房運転に切
り替えようとすると構成が複雑になるため、実用上、暖
房運転には使用できないという問題点があった。すなわ
ち、空冷式吸収冷凍機では空気給送のためのダクトが必
要であり、このダクトを冷房用と暖房用とで簡単に切り
替えることは困難であり、該切り替えを行おうとすると
装置が大型化する。

【０００５】さらに、吸収冷凍機をヒートポンプ暖房運
転に使用する場合、外気温度が極端に低い地域では外気
から熱を汲み上げるための空冷熱交換器に着霜が生じる
ことがある。そうすると、霜によって熱伝導性が低下す
るため、多量の熱を効率よく汲み上げることができない
という問題点がある。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消し、構成を簡
単にでき、かつ、暖房運転時の外気との熱交換の効率を
向上することができる吸収式冷暖房装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、蒸発器と、該蒸発器で発
生した冷媒蒸気を吸収剤を含む溶液で吸収して吸収熱を
発生する吸収器と、前記溶液の吸収剤濃度を回復させる
ため該溶液を加熱して冷媒蒸気を抽出する再生器と、前
記再生器で抽出された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器
に回収するための凝縮器と、前記蒸発器内の冷媒で管内
を通過する冷水を冷却するための第１管路と、前記吸収
器内の溶液を管内を通過する冷却水で冷却するための第
２管路と、冷暖房用の風を室内に吹き込むための室内機
と、前記冷却水および冷水と外気との熱交換をする顕熱
交換器と、冷房運転時には前記第１管路で冷却された冷
水を前記室内機に導くとともに前記第２管路を通過して
昇温した冷却水を前記顕熱交換器に導く一方、暖房運転
時には前記第１管路で冷却された冷水を前記顕熱交換器
に導くとともに前記第２管路を通過して昇温した冷却水
を前記室内機に導くための管路切替弁と、前記凝縮器お
よび前記顕熱交換器を冷却するための空冷ファンとを具
備し、前記空冷ファンによる冷却通路において前記顕熱
交換器を前記凝縮器の下流側に配置した点に第１の特徴
があり、この第１の特徴によれば、凝縮器を通過した温
風を顕熱交換器に当てることができる。

【０００８】また、本発明は、前記再生器で発生した冷
媒蒸気に混入した吸収剤を分離する分縮器で発生した蒸
気を管内を通過する冷却水で冷却するため前記第２管路
を該分縮器に延長すると共に、暖房運転時に外気温度が
予定値以下に低下したときには、前記分縮器の冷却容量
を増大させる冷却容量可変手段を具備した点に第２の特
徴がある。

【０００９】また、本発明は、暖房運転時に外気温度が
予定値以下に低下したときには、前記分縮器で冷却され
る冷媒蒸気を全縮させるように前記冷却容量可変手段を
構成した点に第３の特徴がある。

【００１０】また、本発明は、前記再生器および分縮器
を、高温再生器および該高温再生器に組み合わせられる
高温分縮器ならびに低温再生器および該低温再生器に組
み合わせられる低温分縮器からなる二重効用方式で構成
し、前記冷却容量可変手段を、前記第２管路の冷却水を
前記再生器において前記高温分縮器に導くための切替弁
で構成した点に第４の特徴がある。

【００１１】前記第２ないし第４の特徴によれば、分縮
器の冷却容量を増大させることによって、冷却水に伝達
される熱量が増大する。したがって、室内機に導かれる
冷却水の温度を高めることができる。特に、第３および
第４の特徴によれば、外気温度が極めて低いときに、冷
媒蒸気が全縮されるので該蒸気の熱量は最大限冷却水に
伝達される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図１および図２は本発明の一実施形態
に係る吸収式冷暖房装置の要部構成を示す系統ブロック
図であり、図１は暖房運転時、図２は冷房運転時の系統
を示す。図１において、蒸発器１には冷媒としてフッ化
アルコールが、吸収器２には吸収剤を含む溶液としてＤ
ＭＩ誘導体が収容されている。この冷媒と吸収剤との組
み合わせを選定するにあたっては、前記冷媒はフッ化ア
ルコールに限らず非凍結範囲および非結晶範囲が広くと
れるものを選定するのが好ましく、溶液としてはＤＭＩ
誘導体に限らず非結晶範囲が広く取れるものを選定する
のが好ましい。したがって、例えば、水と臭化リチウム
の組み合わせは、外気温度が零度近くになった状態での
暖房運転時において、溶液の温度低下によって冷媒であ
る水が凍結するおそれがあるために適当とは言い難い。

【００１３】蒸発器１と吸収器２とは互いに連結されて
いて、これを、例えば３０mmＨｇ程度の低圧環境下に保
持することにより、吸収器２の吸収剤溶液が冷媒蒸気を
吸収して吸収冷凍動作が行われる。

【００１４】まず、バーナが点火されて再生器（バーナ
および再生器については後述する）によって吸収器２の
溶液濃度が高められると、吸収器２の溶液が冷媒蒸気を
吸収して、該冷媒の蒸発による潜熱で蒸発器１内は冷却
される。蒸発器１内には冷水が通過する管路１ａが設け
られる。冷媒はポンプＰ１によって蒸発器１内に設けら
れた図示しない散布手段に導かれ、前記冷水が通過して
いる管路１ａ上に散布される。前記冷媒は管路１ａ内の
冷水から蒸発熱を奪って低圧の冷媒蒸気となり、蒸気通
路を通って吸収器２に流入する。蒸発器１内の冷媒は前
記散布手段に導かれるほか、その一部は、後で詳述する
第２分縮器６にも給送される。なお、管路１ａを流れる
冷水としてはエチレングレコール水溶液を使用するのが
好ましい。

【００１５】一方、前記フッ化アルコールの蒸気つまり
冷媒蒸気が吸収器２の溶液に吸収されると、吸収熱によ
って該溶液の温度は上昇する。溶液の吸収能力は該溶液
の温度が低いほど、また、溶液濃度が高いほど大きい。
そこで、該溶液の温度上昇を抑制するため、吸収器２に
は管路２ａが設けられ、該管路２ａには冷却水が通され
る。溶液はポンプＰ２によって吸収器２内に設けられた
図示しない散布手段に導かれ、管路２ａ上に散布され
る。その結果、溶液は管路２ａを通っている冷却水で冷
却される。

【００１６】吸収器２内の溶液は、冷媒蒸気を吸収する
と、その吸収剤の濃度が低下して吸収能力が低下する。
そこで、冷媒蒸気を分離発生させ、かつ溶液の吸収能力
を回復させるために再生器が設けられる。本実施形態で
は、第１（高温）再生器３および第２（低温）再生器４
が設けられており、第１再生器３には第１（高温）分縮
器５、第２再生器４には第２（低温）分縮器６がそれぞ
れ組み合わせで設けられ、二重効用方式の再生器を構成
している。

【００１７】第１および第２分縮器５，６には、前記吸
収器２の管路２ａと直列に配管された管路５ａおよび６
ａがそれぞれ設けられている。第１再生器３は吸収器２
から供給される溶液を加熱するバーナ７を有している。
該バーナ７はガスバーナが好ましいが電熱器等の他の加
熱手段であってもよい。

【００１８】吸収器２で冷媒蒸気を吸収して希釈された
溶液つまり希液はポンプＰ３によりパイプを通じて第１
再生器３に給送される。第１再生器３で加熱されて冷媒
蒸気を発生させて濃度が高められた溶液（中間液）は第
２再生器４に給送される。第２再生器４では前記中間液
を加熱してさらに冷媒蒸気を発生させて濃度が高められ
る。濃度の高まった溶液（濃液）は、前記吸収器２に戻
されて再び吸収液として使用される。

【００１９】第１再生器３および第２再生器４、ならび
に第１分縮器５および第２分縮器６の詳細を図４に示し
た。以下、この図４も同時に参照しつつ説明する。な
お、図４においては、第１再生器３の上方に第２再生器
４が配置されているように図示されているが、この配置
関係には限定されない。

【００２０】第１再生器３に給送された希液はバーナ７
で加熱されて沸騰する。この沸騰によって希液から生じ
た冷媒蒸気は第１分縮器５に給送される。この冷媒蒸気
は第１分縮器５で冷却水が通っている管路５ａによって
冷却され、該蒸気中に残存している吸収剤成分が分離さ
れる。こうして、第１再生器３の底部には濃度が高めら
れた中間液が溜まる。

【００２１】第１分縮器５を通過した冷媒蒸気は、依然
として高温を保っており、中間液の加熱のためパイプＬ
１により第２再生器４に導かれた後、減圧弁８を介して
凝縮器９に給送される。前記中間液はパイプＬ２で第２
再生器４に給送され、該第１再生器３で生じた冷媒蒸気
の熱で加熱されて冷媒蒸気を発生し、この冷媒蒸気は第
２分縮器６に給送される。そして、冷却水が通っている
管路６ａによって冷却され、第１分縮器５におけると同
様、吸収剤成分が分離される。こうして、第２再生器４
の底部にはさらに濃度が高められた濃液が溜まる。第２
分縮器６を通過した冷媒蒸気は凝縮器９に給送される。
凝縮器９に給送されるこれらの冷媒蒸気の純度は、おお
よそ９９．８％にまで高められており、凝縮器９でファ
ン１０による冷却風で冷却されて凝縮液化された後、減
圧弁１１を経由して蒸発器１に回収される。

【００２２】なお、蒸発器１に回収される蒸気の純度は
極めて高くなっているが、ごくわずかに混在する吸収剤
成分が長時間の運転サイクルによって蓄積し、蒸発器１
内の冷媒の純度が徐々に低下することは避けられない。
そこで、上述のように、蒸発器１から冷媒のごく一部を
第２分縮器６に給送して中間液から生じる蒸気とともに
ふたたび純度を上げるためのサイクルを経るようにして
いる。

【００２３】吸収器２と第１再生器３との間に設けられ
た第１の熱交換器１２により、第２再生器４から出た高
温の濃液は吸収器２から出た希液と熱交換して冷却され
た後、吸収器２に回収される。また、第１の熱交換器１
２で予備的に加熱された希液は第１再生器３から出た高
温の中間液と第２の熱交換器１３で熱交換され、希液は
予備的に加熱されて第１再生器３へ給送され、中間液は
冷却されて第２再生器４へ給送される。こうして熱効率
の向上が図られているが、さらに、濃液の熱を吸収器２
から出た冷却水に伝達するための熱交換器ＨＥＸ（図示
の都合上分離して示している）を設けることにより、吸
収器２に回収される濃液の温度をできるだけ下げ、冷却
水温度をさらに上げることができるような構成をとって
もよい。

【００２４】また、冷却水を外気と熱交換するための顕
熱交換器１４には管路１４ａが通され、室内機１５には
管路１５ａが設けられている。室内機１５は冷暖房を行
う室内に備えられるもので、冷風または温風の吹出し用
ファン（両者は共通）と吹出し出口（いずれも図示せ
ず）とが設けられる。室内機１５の管路１５ａは吸収器
２の管路２ａならびに第１分縮器５の管路５ａおよび第
２分縮器６の管路６ａに接続され、顕熱交換器１４の管
路１４ａは蒸発器１の管路１ａに接続される。すなわ
ち、室内機１５の管路１５ａには吸収器２、第１分縮器
５および第２分縮器６で熱を回収した冷却水が管路２
ａ、管路５ａおよび管路６ａを介して導かれる。管路１
５ａの熱は温風の吹出し用ファンによって室内に放出さ
れ、暖房作用を果たす。

【００２５】前記顕熱交換器１４は室外に置かれ、特
に、本実施形態では、前記凝縮器９との関係では前記フ
ァン１０の風下に配置される。凝縮器９と顕熱交換器１
４の配置を図３に示す。同図において、符号Ｗはファン
１０による冷風であり、この冷風は凝縮器９に直接当た
り、該凝縮器９を通過した風が、後方の顕熱交換器１４
に当たるようになる。

【００２６】そうすると、暖房運転時に凝縮器９を冷却
することによって温度の上がった冷却排風が、次に顕熱
交換器１４を通過するので、蒸発器１の管路１ａに循環
される冷却水の温度を上げることができる。そのため
に、冷媒の蒸発を促進でき、暖房運転時のサイクル効率
を上げることができる。さらに、顕熱交換器１４は前記
凝縮器９からの温風を受けるので、外気温度が低い時の
着霜を防止するためにも有効である。

【００２７】次に、暖房運転時において、外気温度が極
めて低いときの動作を説明する。外気温度が極端に低く
なると、顕熱交換器１４を介して外気から熱を汲み上げ
にくくなり、暖房運転時の能力が低下する。したがっ
て、このように外気温度が極めて低いときには再生器で
発生した蒸気を全縮させ、バーナ７による加熱熱量で冷
却水を昇温させて暖房能力を向上させるようにする。

【００２８】このために、第１分縮器５の管路５ａへの
入り口に三方弁１７を設け、かつ管路５ａをバイパスす
る通路５ｂを設けている。外気温度が極端に低くない通
常の暖房運転時には、管路５ａを通過させる冷却水の量
を絞るため、バイパス通路５ｂにも冷却水を通過させる
ように前記三方弁１７の切り替えを選択する。

【００２９】一方、外気温度が極端に低い場合には、冷
却水がバイパス通路５ｂに流れずにすべて管路５ａを通
過するように前記三方弁１７の切り替えを選択する。こ
うして、第１分縮器５に給送する冷却水の量を増大させ
ることにより、第１再生器３で発生した蒸気は全縮され
てほとんどが液化される。その結果、冷媒は凝縮器９に
送られることがなくなり、ヒートポンプとしてのサイク
ルは停止する。

【００３０】換言すれば、第１再生器３で溶液を加熱す
ることによって発生した蒸気の熱はほとんど冷却水に伝
達され、冷却水の温度が上昇して暖房能力が回復する。
このように、極端に外気温度が低い場合には、蒸発器１
および吸収器２による蒸発・吸収機能を停止させ、第１
再生器３によって発生した蒸気だけにより、「直火炊
き」の状態で暖房運転を行う。以上の構成により、熱源
を追加することなく、バーナ７による加熱だけで、極端
に低温の時でも高い暖房能力を得ることができる。

【００３１】なお、冷却水を吸収器２に導いている管路
２ａの直前にも、三方弁１７と同様の弁１９やバイパス
通路２０を設けることによって、ヒートポンプとしての
サイクルを停止したときには、管路２ａには冷却水を回
さないこともできる。

【００３２】上述のように、第１分縮器５を通過させる
冷却水の量を変化させて該第１分縮器５の冷却容量を変
化させるには、スイッチ手段による操作で三方弁を切り
替えることができる。また、温度感知器を設け、該温度
感知器によって感知された温度が予定値以下になったと
きに、第１再生器３で発生した蒸気を全縮させるように
三方弁を切り替える制御装置によって自動制御すること
もできる。

【００３３】次に、冷房運転時の系統を図２を参照して
説明する。図２において、図１と同符号は同一または同
等部分を示す。冷房運転時は、室内機１５の管路１５ａ
は蒸発器１の管路１ａと接続され、顕熱交換器１４の管
路１４ａは吸収器２の管路２ａならびに第１分縮器５の
管路５ａおよび第２分縮器６の管路６ａに接続される。
したがって、冷房運転時には蒸発器１の冷媒で冷却され
た冷水が室外機１５に導かれ、前記吹出し用ファンによ
り冷風が室内に吹出される。

【００３４】なお、前記暖房運転時および冷房運転時の
管路の切り替えは、周知の構造を有する四方弁によって
実現することができる。また、冷却水の循環はポンプＰ
４，５によって行われる。

【００３５】なお、本実施形態では、再生器および分縮
器を高温および低温の２組設けた二重効用式としたが、
再生器および分縮器は１組であってもよいし、場合によ
っては、分縮器は省略して吸収器２から汲み上げる熱の
みで暖房運転をするようにしてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１の発明によれば、顕熱交換器により外気との熱交換を
簡単に行えるとともに、凝縮器を通過した温風を該顕熱
交換器に当てることができるので、特に暖房運転時の熱
サイクルの効率を向上できる。併せて、外気温度が低い
場合に、前記顕熱交換器の着霜を防止できるため、一
層、効率良く運転することができる。

【００３７】また、請求項２ないし４の発明によれば、
加熱源を増やすことなく室内機に導かれる冷却水の温度
を高めることができるので、暖房運転時の暖房能力低下
を回避して簡単に能力を維持することができる。特に、
請求項３および４の発明によれば、冷媒蒸気は全縮され
て該蒸気の熱量は最大限冷却水に伝達されるので、さら
に暖房能力の低下防止に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る冷暖房装置の構成お
よび暖房運転時の配管系統を示す図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る冷暖房装置の構成お
よび冷房運転時の配管系統を示す図である。

【図３】 凝縮器および顕熱交換器の配置を示す図であ
る。

【図４】 高温再生器および高温分縮器ならびに低温再
生器および低温分縮器の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…蒸発器、 ２…吸収器、 ３…第１再生器、 ４…
第２再生器、 ５…第１分縮器、 ６…第２分縮器、
７…バーナ、 １０…ファン、 １４…顕熱交換器、
１５…室内機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 満 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式 会社 本田技術研究所内 (56)参考文献 特開 平６−201212（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−200149（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−174431（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−45020（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−107468（ＪＰ，Ｕ) 特表 平４−506859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00 303 F25B 15/00

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器と、 前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収剤を含む溶液で吸
   収して吸収熱を発生する吸収器と、 前記溶液の吸収剤濃度を回復させるため該溶液を加熱し
   て冷媒蒸気を抽出する再生器と、 前記再生器で抽出された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発
   器に回収するための凝縮器と、 前記蒸発器内の冷媒で管内を通過する冷水を冷却するた
   めの第１管路と、 前記吸収器内の溶液を管内を通過する冷却水で冷却する
   ための第２管路と、 冷暖房用の風を室内に吹き込むための室内機と、 前記冷却水および冷水と外気との熱交換をする顕熱交換
   器と、 冷房運転時には前記第１管路で冷却された冷水を前記室
   内機に導くとともに前記第２管路を通過して昇温した冷
   却水を前記顕熱交換器に導く一方、暖房運転時には前記
   第１管路で冷却された冷水を前記顕熱交換器に導くとと
   もに前記第２管路を通過して昇温した冷却水を前記室内
   機に導くための管路切替弁と、 前記凝縮器および前記顕熱交換器を冷却するための空冷
   ファンとを具備し、 前記空冷ファンによる冷却通路において前記顕熱交換器
   を前記凝縮器の下流側に配置したことを特徴とする吸収
   式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記再生器で発生した冷媒蒸気に混入し
   た吸収剤を分離する分縮器で発生した蒸気を管内を通過
   する冷却水で冷却するため前記第２管路を該分縮器に延
   長すると共に、 暖房運転時に外気温度が予定値以下に低下したときに
   は、前記分縮器の冷却容量を増大させる冷却容量可変手
   段を具備したことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷
   暖房装置。
3. 【請求項３】 暖房運転時に外気温度が予定値以下に低
   下したときには、前記分縮器で冷却される冷媒蒸気を全
   縮させるように前記冷却容量可変手段を構成したことを
   特徴とする請求項２記載の吸収式冷暖房装置。
4. 【請求項４】 前記再生器および分縮器を、高温再生器
   および該高温再生器に組み合わせられる高温分縮器なら
   びに低温再生器および該低温再生器に組み合わせられる
   低温分縮器からなる二重効用方式で構成し、 前記冷却容量可変手段を、前記第２管路の冷却水を前記
   再生器において前記高温分縮器に導くための切替弁で構
   成したことを特徴とする請求項２記載の吸収式冷暖房装
   置。