JP6432462B2 - 吸収式ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸収式ヒートポンプ装置に関する。

従来、冷媒蒸発時の蒸気を吸収可能な吸収液を用いた吸収式ヒートポンプ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、濃縮器（発生器）、凝縮器、蒸発器および吸収器を備えた吸収式冷温熱発生機（吸収式ヒートポンプ装置）が開示されている。この特許文献１に記載の吸収式冷温熱発生機では、吸収器は、蒸発器と蒸気通路を介して連通されており、吸収器内に疎水性多孔質膜と伝熱体（熱交換用の伝熱面）とからなるモジュールが配置されている。ここで、疎水性多孔質膜は、ガスのみが透過可能で液状物質は透過できない材料からなり、溶液（吸収液）の通路を形成可能に構成されている。これにより、吸収器では、疎水性多孔質膜の一方端部の入口部からモジュール内に供給された吸収液に対して、蒸発器からの蒸気通路を経て疎水性多孔質膜を透過した冷媒蒸気が吸収されるとともに、吸収熱が伝熱体を介して冷却水側に受け渡される。そして、希釈された吸収液は疎水性多孔質膜の他方端部の出口部からモジュールを出て吸収器の底部に貯留された後、濃縮器（発生器）へと排出されるように構成されている。

特開平１−９８８６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された吸収式冷温熱発生機では、冷媒蒸気を吸収して冷却された吸収液がモジュールを出て吸収器の底部に貯留されるため、たとえば、吸収式冷温熱発生機（吸収式ヒートポンプ装置）を車両等に搭載して車内空調に適用する場合に、車両搭載時の車体の傾斜や揺れなどに起因して、吸収器の底部に貯留された吸収液が蒸気通路を介して蒸発器に逆流し蒸発器内の冷媒に混入する虞がある。このため、吸収冷凍サイクルの要となる吸収液の濃度制御が適切に行えなくなり、吸収式ヒートポンプ装置としての性能が低下するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、車両に搭載した場合にも、吸収冷凍サイクルの性能が低下するのを抑制することが可能な吸収式ヒートポンプ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における吸収式ヒートポンプ装置は、吸収液により冷媒蒸気を吸収する吸収式ヒートポンプ装置であって、冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、を備え、吸収器は、冷媒蒸気の吸収液への吸収熱を除去する熱交換部を含み、吸収器に供給される吸収液を熱交換部の外表面に沿って塗布する回転塗布部を備え、吸収器は、回転塗布部と、吸収液が接触する熱交換部とを取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、吸収液を透過させずに冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材を含む。

この発明の第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置では、上記のように、吸収液が接触する熱交換部を取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、吸収液を透過させずに冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材を吸収器に設ける。これにより、膜部材により熱交換部を取り囲むように覆って吸収器全体を構成することができるので、冷媒蒸気が膜部材を透過して吸収液（濃液）に吸収された吸収液（希液）を、膜部材の内側に貯留した状態で膜部材以外の部分から吸収器の外部に排出することができる。すなわち、吸収液が膜部材を透過して蒸発器に直接的に逆流するのを抑制することができる。したがって、本発明の吸収式ヒートポンプ装置を車両等に搭載した場合であっても車体の傾斜や揺れなどに起因して吸収液（希液）が蒸発器に逆流するのが抑制されるので、車両に搭載した場合にも、吸収冷凍サイクルの性能が低下するのを抑制することができる。

上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、好ましくは、吸収液は、膜部材の内底部に貯留されるように構成されている。

このように構成すれば、冷媒蒸気が吸収器内で吸収液（濃液）に吸収された吸収液（希液）を、熱交換部を取り囲むように覆う膜部材の内底部に貯留することができるので、貯留された吸収液（希液）を蒸発器側に混入させることなく膜部材以外の部分から吸収器の外部に直接的に排出することができる。

上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、好ましくは、回転塗布部により熱交換部の外表面に沿って塗布された吸収液に、膜部材を透過した冷媒蒸気が吸収されるように構成されている。

このように構成すれば、回転塗布部により吸収液を熱交換部の外表面に塗布した状態で膜部材を透過した冷媒蒸気を吸収液に効率よく吸収させることができる。また、熱交換部の外表面で冷媒蒸気が吸収されて希釈された吸収液を回転塗布部により膜部材の内底部に掻き下ろして貯留することができる。これにより、冷却された吸収液（希液）を熱交換部の外表面から除去しつつ、この外表面に新たに供給される吸収液（濃液）に対して冷媒蒸気を連続的に吸収させることができるので吸収器の性能を継続的に維持することができる。

上記吸収液が膜部材の内底部に貯留される構成において、好ましくは、熱交換部は、内部を熱交換流体が流通する平板状の熱交換器が横方向に沿って積層された構造を有しており、吸収液は、膜部材の内側において熱交換器が積層された方向に沿って延びる吸収液供給路を介して膜部材の内側の領域に供給されるとともに、冷媒蒸気が吸収されて膜部材の内底部に貯留される吸収液は、熱交換器が積層された方向に沿って延びる吸収液排出路を介して外部に排出されるように構成されている。

このように構成すれば、平板状の熱交換器を横方向に沿って積層することによって、膜部材を介して取り込まれた冷媒蒸気を各々の熱交換器の伝熱面に効率よく導いて吸収液への吸収を促進させることができる。そして、熱交換器の積層方向（横方向）に沿って延びる吸収液供給路および吸収液排出路を介して吸収液（濃液）の供給および吸収液（希液）の排出を容易に行うことができる。また。横方向に沿って積層された熱交換器に対して膜部材をこの積層方向に被せて熱交換部全体を容易に覆うことができる。

上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、好ましくは、熱交換部は、内部を熱交換流体が流通する平板状の熱交換器が横方向に沿って積層された構造を有しており、熱交換部は、熱交換部を取り囲むように覆う膜部材を支持するための支持部材を兼ねている。

このように構成すれば、自己の形状を維持しにくい材質（材料）からなる膜部材を用いる場合にも、平板状の熱交換器が積層された熱交換部の剛性を利用して熱交換部まわりに膜部材を容易に保持することができる。これにより、吸収器が車体側から振動を受けた場合であっても、膜部材が熱交換部から脱落するのを容易に防止することができる。

上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、好ましくは、蒸発器は、蒸発前の冷媒を貯留する冷媒貯留部を含み、吸収器は、蒸発器の内部において、膜部材の最下部近傍が冷媒貯留部の上面よりも上方に配置されるように構成されている。

このように構成すれば、膜部材は冷媒貯留部（液状の冷媒）に接触しないので、冷媒貯留部から蒸発した冷媒蒸気を膜部材の表面積を最大限に利用して熱交換部側（内向き）に透過させる（取り込む）ことができる。これにより、吸収器の性能を高く維持することができる。また、蒸発器の内部に吸収器が設けられる分、吸収式ヒートポンプ装置の小型化を図ることができる。

この発明の第２の局面における吸収式ヒートポンプ装置は、吸収液により冷媒蒸気を吸収する吸収式ヒートポンプ装置であって、冷媒を蒸発させる蒸発器と、蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、を備え、吸収器または蒸発器は、冷媒蒸気の吸収液への吸収熱を除去するかまたは冷媒を蒸発させる熱交換部を含み、吸収器に供給される吸収液を熱交換部の外表面に沿って塗布するかまたは蒸発器に供給される冷媒を熱交換部の外表面に沿って塗布する回転塗布部を備え、吸収器または蒸発器は、回転塗布部と、吸収液または冷媒が接触する熱交換部とを取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、吸収液または冷媒を透過させずに冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材を含む。

この発明の第２の局面による吸収式ヒートポンプ装置では、上記構成を備えることによって、膜部材により熱交換部を取り囲むように覆って吸収器全体を構成することができるので、吸収液が膜部材を透過して蒸発器に直接的に逆流するのを抑制することができる。また、膜部材により熱交換部を取り囲むように覆って蒸発器全体を構成することができるとともに、冷媒（液冷媒）を膜部材の内側に貯留した状態で、蒸発後の冷媒蒸気（低温水蒸気）を膜部材を透過させて吸収器へと供給することができる。これにより、蒸発器の冷媒（液冷媒）が吸収器に混入されるのを抑制することができる。この結果、本発明の吸収式ヒートポンプ装置を車両等に搭載した場合であっても車体の傾斜や揺れなどに起因して吸収器内の吸収液（希液）が蒸発器に逆流したり、蒸発器内の冷媒（液冷媒）が吸収器に混入したりするのが抑制されるので、車両に搭載した場合にも、吸収冷凍サイクルの性能が低下するのを抑制することができる。

なお、上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において以下の構成も考えられる。

（付記項１）
すなわち、上記吸収液が膜部材の内底部に貯留される吸収式ヒートポンプ装置において、蒸発器で蒸発した冷媒蒸気は、吸収液の貯留される膜部材の内底部以外の外表面を透過して吸収器の内部に供給されるように構成されている。

（付記項２）
また、上記第１の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、膜部材を含む吸収器は、熱交換部が蒸発器の内壁面から突出するように設けられており、膜部材は、熱交換部の周囲を密閉した状態で、熱交換部が突出する蒸発器の内壁面に対して固定されている。

本発明の第１実施形態における吸収式ヒートポンプ装置の全体構成を示した図である。 本発明の第１実施形態における蒸発器内部に設置された吸収器を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態における吸収器の詳細な構造を示した斜視図である。 本発明の第１実施形態における吸収器の全体的な構造を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態における蒸発器の全体的な構造を示した斜視図である。 本発明の第２実施形態における蒸発器の詳細な構造を示した斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
まず、図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態による吸収式ヒートポンプ装置１００の構成について説明する。

（吸収式ヒートポンプ装置の構成）
本発明の第１実施形態による吸収式ヒートポンプ装置１００では、冷媒としての水と、吸収液としての臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液とが用いられる。また、吸収式ヒートポンプ装置１００は、エンジン９０を備えた乗用車およびバスなどの車両（図示せず）に搭載されるとともに車内の空調システムに適用されるように構成されている。

吸収式ヒートポンプ装置１００は、図１に示すように、再生器１０（二点鎖線枠内）と、凝縮器２０と、蒸発器３０と、吸収器４０とを備える。再生器１０は、吸収液から冷媒蒸気（高温水蒸気）を分離する役割を有する。凝縮器２０は、冷房運転時に、冷媒蒸気を凝縮（液化）させる役割を有する。蒸発器３０は、冷房運転時に、凝縮水となった冷媒を低温低圧の条件下で蒸発（気化）させる役割を有する。吸収器４０は、濃液状態で供給された吸収液に蒸発器３０で気化した冷媒蒸気（低温水蒸気）を吸収させる役割を有する。

再生器１０は、吸収液を加熱する加熱部１１と、加熱部１１により加熱された吸収液から冷媒蒸気を分離する気液分離部１２とを含む。加熱部１１では、エンジン９０から引き回された排気管９１を流通する高温の排気ガスと吸収液とが熱交換される。なお、排気管９１は、加熱部１１を経由する排熱供給路９１ａと、加熱部１１を経由しない迂回路９１ｂとを含み、排熱供給路９１ａには弁９２が設けられている。そして、冷房運転時および暖房運転時に弁９２が開かれることによって、エンジン９０から排出された排気ガスの一部が排熱供給路９１ａを経由して加熱部１１に流通されるように構成されている。

また、吸収式ヒートポンプ装置１００は、吸収液循環路５１ａおよび５１ｂからなる循環通路５１と、冷媒蒸気通路５２および５３と、冷媒通路５４と、吸収液通路５５および５６と、冷媒供給路５７および５８とを備える。なお、循環通路５１は、吸収液を加熱部１１と気液分離部１２との間で循環させる役割を有しており、吸収液循環路５１ａにポンプ７１が設けられている。また、冷媒蒸気通路５２は、冷房運転時に気液分離部１２からの冷媒蒸気を凝縮器２０に供給する役割を有する。冷媒蒸気通路５３は、暖房運転時に気液分離部１２で分離された冷媒蒸気を蒸発器３０に流入させる役割を有する。ここで、冷媒蒸気通路５２と冷媒蒸気通路５３との接続部分には、冷房運転時に冷媒蒸気通路５２を開にするか、暖房運転時に冷媒蒸気通路５３を開にするかを切替可能な三方弁６４が設けられている。また、冷媒通路５４には、弁６５が設けられている。

また、吸収液通路５５は、弁６１の開閉動作に応じて吸収器４０に吸収液（濃液）を供給する役割を有する。吸収液通路５６は、ポンプ７２と弁６２との連動時に吸収器４０において冷媒蒸気が吸収された状態で貯留される吸収液（希液）を循環通路５１に供給する役割を有する。冷媒供給路５７は、暖房運転時にポンプ７３と弁６３とが連動することによって、蒸発器３０に貯留された冷媒（水）を循環通路５１に供給する役割を有する。冷媒供給路５８は、結晶化防止を目的として弁６７の開閉動作に応じて凝縮器２０に貯留された凝縮水を直接的に吸収器４０に供給する役割を有する。また、熱交換器５９においては、吸収液通路５５および吸収液通路５６を流通する吸収液同士の熱交換が行われる。

また、吸収式ヒートポンプ装置１００は、冷房運転時に駆動される冷却水回路８０を備える。冷却水回路８０は、凝縮器２０における冷媒蒸気の冷却と、吸収器４０における冷媒の吸収液への吸収時に発生する吸収熱の除去とに用いられる。詳細には、冷却水回路８０は、冷却水（熱交換流体の一例）が流通する冷却水循環路８１と、ポンプ８２と、凝縮器２０に配置された熱交換部８３と、吸収器４０に配置された熱交換部４２（図３参照）と、放熱部８４とを含む。放熱部８４では、熱交換部８４ａを流通する冷却水が送風機８４ｂにより送風された空気（外気）によって冷却（放熱）される。

蒸発器３０は、図１に示すように、内部を絶対圧力で１ｋＰａ以下の真空状態に保持する容器３１と、容器３１内部に設置された熱交換部３２および噴射器３３とを含む。また、蒸発器３０の外部には、冷媒貯留部３１ａと噴射器３３とを接続する通路３４にポンプ３５が設けられている。これにより、冷媒貯留部３１ａの冷媒（水）がポンプ３５により汲み上げられて噴射器３３から熱交換部３２に向けて噴霧される。したがって、冷房運転時には、噴霧された冷媒（水）が冷媒蒸気（低温水蒸気）になる際に得る蒸発潜熱によって、送風機３６により循環される車内の吸込空気は熱交換部３２を通過する際に冷却される。

ここで、第１実施形態では、図１および図２に示すように、蒸発器３０における容器３１の内部に吸収器４０が設置されている。以下、真空状態（絶対圧力で１ｋＰａ以下）に保たれた蒸発器３０内に設置された吸収器４０の構造について詳細に説明する。

（吸収器の構造）
図３に示すように、吸収器４０は、縦断面が扁平形状を有する中空円盤状の複数（５個）の熱交換器４１を一体的に含む熱交換部４２と、隣接する熱交換器４１間の領域に配置された回転塗布部４３とを備える。熱交換部４２は、熱交換器４１同士が横方向（Ｘ軸方向）に沿って等ピッチ間隔を有して積層されている。また、熱交換部４２は、全体として蒸発器３０の容器３１の側壁部３１ｂの内壁面３１ｃから横方向（水平方向における矢印Ｘ２方向）に突出して容器３１（図２参照）の内部に露出するように設置されている。また、熱交換部４２は、Ｚ１側の点頂部とＺ２側の下底部とにおいて、冷却水供給管４２ａおよび冷却水排出管４２ｂによって各熱交換器４１が互いに接続されている。なお、図３では、吸収器４０の内部構造を示すために熱交換器４１および回転塗布部４３の図示を一部省略している。すなわち吸収器４０の全体的な構造は、図２および図４に示される通りである。

また、図３に示すように、個々の熱交換器４１は、回転塗布部４３を回転させる回転軸４７が中央部（中心部）を貫通する貫通部４１ａを有する。貫通部４１ａは、熱交換器４１の伝熱壁を内外に貫通せずに貫通部４１ａの部分でも内部流路は伝熱壁により密閉されている。また、冷却水供給管４２ａおよび冷却水排出管４２ｂは、内壁面３１ｃを貫通して外部の冷却水循環路８１（図１参照）に接続されている。これにより、冷却水供給管４２ａから流入された冷却水は、熱交換部４２の各熱交換器４１に分配され、熱交換器４１内をＺ１側からＺ２側に流れて冷却水排出管４２ｂに集まり冷却水循環路８１に戻される。

また、熱交換部４２には、冷却水供給管４２ａおよび冷却水排出管４２ｂとは別に、吸収液（濃液）を供給する濃液供給管４４ａ（吸収液供給路の一例）と、吸収液（希液）を排出する希液排出管４４ｂ（吸収液排出路の一例）とが設けられている。濃液供給管４４ａは、内壁面３１ｃから横方向（矢印Ｘ２方向）に突出している。また、濃液供給管４４ａから矢印Ｙ２方向に分岐した濃液供給ポート４４ｃの部分が、各々の熱交換器４１の対応するＵ字状の切欠部分４１ｃに差し込まれている。ここで、熱交換器４１と濃液供給ポート４４ｃとは濃液供給管４４ａ側の壁部により隔絶されている。また、濃液供給ポート４４ｃの外表面４４ｄには複数の孔部４４ｅが形成されている。また、外表面４４ｄは熱交換器４１の外表面４１ｂと滑らかに接続されている。これにより、熱交換器４１において、濃液は、濃液供給ポート４４ｃの孔部４４ｅから外表面４１ｂを伝って流下される。また、濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂは、内壁面３１ｃを貫通して外部の吸収液通路５５および５６（図１参照）にそれぞれ接続されている。したがって、熱交換部４２は、内壁面３１ｃに対して内部に向けて片持ち構造を有して取り付けられている。

ここで、第１実施形態では、図２および図４に示すように、熱交換部４２、回転塗布部４３、冷却水供給管４２ａ、冷却水排出管４２ｂ、濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂが一体化された構造を取り囲むように覆う膜部材４５が設けられて吸収器４０が構成されている。膜部材４５は、容器３１内において吸収液を透過させずに蒸発器３０からの冷媒蒸気を透過可能な材料からなる。また、膜部材４５として、樹脂製の疎水性多孔質膜などが挙げられる。また、熱交換部４２が片持ち構造であるので、膜部材４５は熱交換部４２のＸ２側の端部から矢印Ｘ１方向に被せられるとともに、膜部材４５のＸ１側の周状（円環状）の端部４５ｃが蒸発器３０の内壁面３１ｃに対して周状に固定（接合）されている。なお、膜部材４５のＸ１側の端部４５ｃは、樹脂材料がバルク状に形成されてガスケット構造を構成しており、この端部４５ｃが内壁面３１ｃに周状に溶着されている。

また、熱交換部４２全体が膜部材４５を支持するための支持部材（骨組み）の役割を兼ねている。これにより、自己の形状を維持しにくい材質からなる膜部材４５を用いても、５個の熱交換器４１が積層され冷却水供給管４２ａおよび冷却水排出管４２ｂで繋がれた熱交換部４２の剛性を利用して、熱交換部４２まわりに膜部材４５が容易に保持されている。したがって、図示の都合上、円筒形状に似せて膜部材４５の外形を図示しているが、実際には、膜部材４５は、熱交換部４２、回転塗布部４３、冷却水供給管４２ａ、冷却水排出管４２ｂ、濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂが一体化された構造の外表面に密着するような状態で被せられて、端部４５ｃが内壁面３１ｃに周状に溶着されている。

また、図４に示すように、吸収液（濃液と希液との混合液）は、膜部材４５の内底部４５ａに貯留されるように構成されている。この場合、蒸発器３０で蒸発した冷媒蒸気は、吸収液の貯留される膜部材４５の内底部４５ａ以外の外表面４５ｂを内向きに透過して吸収器４０に供給される。これにより、膜部材４５が熱交換部４２を取り囲むように覆って吸収器４０全体が構成されるので、冷媒蒸気が外表面４５ｂを透過して熱交換器４１の外表面４１ｂにおいて濃液に吸収された後の希液は、膜部材４５の内側の内底部４５ａに貯留される。そして、内底部４５ａに貯留された希液は、希液排出管４４ｂを介して直接的に吸収器４０の外部（吸収液通路５６（図１参照））に排出されるように構成されている。

なお、濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂが熱交換器４１の積層方向（横方向）に沿って配置されるので、膜部材４５により覆われた熱交換部４２への吸収液の供給口（吸収液通路５５と接続部分）および排出口（吸収液通路５６と接続部分）は、横方向における一方側（側壁部３１ｂのＸ１側）に集約される。これによっても熱交換部４２には吸収液の供給口および排出口以外と容器３１の外部との接続箇所が存在しないので、容器３１内のＸ２側から膜部材４５を被せて熱交換部４２を容易に覆うことが可能に構成されている。また、膜部材４５の内壁面３１ｃに対するシール箇所（端部４５ｃ）が１つの領域に限られるので、吸収器４０の内部と外部とのシール性が向上されて、吸収液が吸収器４０の内側（膜部材４５の内底部４５ａ）に確実に貯留されるように構成されている。

回転塗布部４３は、吸収器４０に供給される吸収液（濃液）を熱交換部４２の外表面４１ｂに沿って塗布する役割を有する。詳細には、吸収器４０は、図３に示すように、回転塗布部４３を回転軸線１５０まわりに矢印Ｒ方向に回転させるモータ４６（破線で示す）を備える。モータ４６には、回転軸４７（破線で示す）が接続されており、回転軸４７が各熱交換器４１の貫通部４１ａを介してＸ１側からＸ２側に延びている。回転塗布部４３は、回転軸４７まわりに一対のブラシ部材４３ａを有しており、各々が互いに１８０°間隔で回転軸４７に取り付けられている。ブラシ部材４３ａは、回転軸４７から半径外側方向に延びる腕部４３ｂと、腕部４３ｂに対して熱交換器４１の外表面４１ｂに向かってＸ１方向およびＸ２方向に延びるように植え付けられた複数本のブラシ４３ｃとを有する。

したがって、冷房運転時においては、気液分離部１２（図１参照）から供給された吸収液（濃液）が熱交換器４１の外表面４１ｂに供給された状態で、モータ４６の駆動とともに各々のブラシ部材４３ａが外表面４１ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動されるように構成されている。これにより、回転塗布部４３により外表面４１ｂに沿って塗布された濃液に膜部材４５を透過した冷媒蒸気が吸収されやすくなるように構成されている。より詳細には、ブラシ部材４３ａは、外表面４１ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動される際に、外表面４１ｂに残留する冷却水との熱交換済みの吸収液（冷媒が吸収されて希釈された希液）を外表面４１ｂから除去しながら、熱交換済みの希液が除去された外表面４１ｂに、ブラシ部材４３ａに供給された濃液（冷媒の吸収量が少ない吸収液）が新たに塗布される。なお、塗布された吸収液に冷媒蒸気が吸収される際に発生する吸収熱は、熱交換器４１を介して冷却水に奪われる。したがって、塗布された吸収液の温度が低温に保たれるので、塗布された吸収液への更なる冷媒蒸気の吸収が促進される。吸収液は希液となってブラシ部材４３ａにより外表面４１ｂから除去されて膜部材４５の内底部４５ａに落下する。

また、第１実施形態では、図２に示すように、吸収器４０は、容器３１（蒸発器３０）の内部において、膜部材４５の最下部近傍（Ｚ２側）が冷媒貯留部３１ａの上面（水面）よりも上方に配置されるように構成されている。これにより、膜部材４５は冷媒貯留部３１ａの冷媒に接触しないので、冷媒貯留部３１ａから蒸発した冷媒蒸気を膜部材４５の表面積を最大限に利用して吸収器４０内に透過させることが可能に構成されている。

また、図３に示すように、容器３１のＸ１側の側壁部３１ｂの外表面には、ハウジング３６が取り付けられている。モータ４６は、固定部材３７（破線で示す）を介してハウジング３６内に固定されている。また、モータ４６に接続された回転軸４７が容器３１の側壁部３１ｂを貫通して矢印Ｘ２方向（水平方向）に延びるとともに熱交換器４１の貫通部４１ａを介して回転可能に挿入されている。なお、回転軸４７の端部４７ａは、最もＸ２側の熱交換器４１の貫通部４１ａに回転可能に支持されている。また、回転軸４７が側壁部３１ｂを貫通する部分には、封止材３８が回転軸４７に対して摺動可能に嵌め込まれている。なお、ハウジング３６内も真空状態に保たれており、外部に対して気密性が保たれている。以上の構成によって、吸収式ヒートポンプ装置１００は以下のように動作される。

（冷房運転時の動作）
冷房運転時には、図１に示すように、弁６１および６２を閉じた状態でポンプ７１が始動されて吸収液を循環通路部５１に矢印Ｐ方向に循環させる。加熱部１１により昇温されて気液分離部１２で分離された冷媒蒸気が所定温度に達した時点で弁６１および６２が開かれてポンプ７２が始動される。これにより、気液分離部１２に貯留されたＬｉＢｒ濃液が吸収液通路５５および５６にも矢印Ｑ方向に流通されて冷房サイクルが形成される。また、三方弁６４が気液分離部１２と凝縮器２０とを連通する（冷媒蒸気が冷媒蒸気通路５２を流通する）側に切り替えられ、凝縮器２０で凝縮された冷媒蒸気が蒸発器３０に流入されて、熱交換部３２を介して車内の空気が冷却される。そして、容器３１内の熱交換部３２で蒸発した冷媒蒸気は、膜部材４５を介して吸収器４０に吸引される。吸収器４０では、熱交換器４１の外表面４１ｂに供給された吸収液（濃液）に対して冷媒蒸気が吸収されて希液となり膜部材４５の内底部４５ａに貯留される。また、内底部４５ａに貯留された希液は、希液排出管４４ｂおよび吸収液通路５５を流通して循環通路部５１に戻される。

（暖房運転時の動作）
暖房運転時には、運転期間中、弁６１および６２は常に閉じられており吸収器４０は使用されない。三方弁６４が気液分離部１２と蒸発器３０とを連通する（高温水蒸気が冷媒蒸気通路５３を流通する）側に切り替えられ、かつ、弁６５が閉じられて凝縮器２０がサイクルから切り離される。そして、運転開始直後に循環通路部５１を循環させて吸収液の昇温が行われ、気液分離部１２で分離された高温水蒸気が蒸発器３０（凝縮器の役割を果たす）に直接的に流入される。これにより、熱交換部３２を介して車内の空気が暖められる。また、蒸発器３０で熱交換（冷却）された凝縮水は、ポンプ７３と弁６３との連動により冷媒供給路５７を介して循環通路５１に還流されて暖房サイクルが形成される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、吸収液が接触する熱交換部４２を取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、吸収液を透過させずに冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材４５を吸収器４０に設ける。これにより、膜部材４５により熱交換部４２を取り囲むように覆って吸収器４０全体を構成することができるので、冷媒蒸気が膜部材４５を透過して吸収液（濃液）に吸収された吸収液（希液）を、膜部材４５の内側に貯留した状態で膜部材４５以外の部分から吸収器４０の外部に排出することができる。すなわち、吸収液が膜部材を透過して蒸発器３０に直接的に逆流するのを抑制することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置１００を車両等に搭載した場合であっても、車両搭載時の車体の傾斜や揺れなどに起因して吸収液（希液）が蒸発器３０に逆流するのが抑制されるので、車両に搭載した場合にも、吸収冷凍サイクルの性能が低下するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、膜部材４５の内底部４５ａに吸収液が貯留されるように構成する。これにより、冷媒蒸気が吸収器４０内で吸収液（濃液）に吸収された吸収液（希液）を、熱交換部４２を取り囲むように覆う膜部材４５の内底部４５ａに貯留することができるので、貯留された吸収液（希液）を蒸発器３０に混入させることなく膜部材４５以外の部分から吸収器４０の外部の吸収液通路５６に直接的に排出することができる。

また、第１実施形態では、吸収器４０に供給される吸収液を熱交換器４１の外表面４１ｂに沿って塗布する回転塗布部４３によって、外表面４１ｂに沿って塗布された吸収液に膜部材４５を透過した冷媒蒸気を吸収させるように構成する。これにより、回転塗布部４３により吸収液（濃液）を熱交換器４１の外表面４１ｂに塗布した状態で膜部材４５を透過した冷媒蒸気を吸収液に効率よく吸収させることができる。また、熱交換器４１の外表面４１ｂで冷媒蒸気が吸収されて希釈された吸収液を回転塗布部４３により膜部材４５の内底部４５ａに掻き下ろして貯留することができる。これにより、冷却された吸収液（希液）を熱交換器４１の外表面４１ｂから除去しつつ、この外表面４１ｂに新たに供給される吸収液（濃液）に対して冷媒蒸気を連続的に吸収させることができるので、吸収器４０の性能を継続的に維持することができる。

また、第１実施形態では、熱交換部４２は、内部を冷却水が流通する平板状の５個の熱交換器４１が横方向（Ｘ軸方向）に沿って積層された構造を有しており、膜部材４５の内側において熱交換器４１が積層された方向に沿って延びる濃液供給管４４ａを介して膜部材４５の内側の領域に吸収液（濃液）を供給する。そして、冷媒蒸気が吸収されて膜部材４５の内底部４５ａに貯留された吸収液を熱交換器４１が積層された方向に沿って延びる希液排出管４４ｂを介して外部に排出するように構成する。これにより、５個の熱交換器４１を横方向（Ｘ軸方向）に沿って積層することによって、膜部材４５を介して取り込まれた冷媒蒸気を各々の熱交換器４１の外表面４１ｂ（伝熱面）に効率よく導いて吸収液への吸収を促進させることができる。そして、熱交換器４１の積層方向に沿って延びる濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂを介して吸収液（濃液）の供給および吸収液（希液）の排出を容易に行うことができる。また。横方向に沿って積層された熱交換器４１に対して膜部材４５をこの積層方向に被せて熱交換部４２全体を容易に覆うことができる。

また、第１実施形態では、熱交換器４１がＸ軸方向に沿って積層された熱交換部４２は、熱交換部４２を覆う膜部材４５を支持する支持部材の役割を兼ねる。これにより、自己の形状を維持しにくい材質（材料）からなる膜部材４５を用いる場合にも、平板状の熱交換器４１が積層された熱交換部４２の剛性を利用して熱交換部４２まわりに膜部材４５を容易に保持することができる。これにより、吸収器４０が車体側から振動を受けた場合であっても、膜部材４５が熱交換部４２から脱落するのを容易に防止することができる。

また、第１実施形態では、蒸発器３０の内部において、膜部材４５の最下部近傍が冷媒貯留部３１ａの上面よりも上方に配置されるように吸収器４０を構成する。これにより、膜部材４５は冷媒貯留部３１ａ（液状の冷媒）に接触しないので、冷媒貯留部３１ａから蒸発した冷媒蒸気を膜部材４５の表面積を最大限に利用して熱交換部４２側（内向き）に透過させる（取り込む）ことができる。これにより、吸収器４０の性能を高く維持することができる。また、蒸発器３０の内部に吸収器４０が設けられる分、吸収式ヒートポンプ装置１００の小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、蒸発器３０で蒸発した冷媒蒸気が吸収液の貯留される膜部材４５の内底部４５ａ以外の外表面４５ｂを透過して吸収器４０の内部に供給される。これにより、冷媒蒸気の満たされた雰囲気に露出する膜部材４５の外表面４５ｂを最大限に利用して蒸発器３０からの冷媒蒸気を吸収器４０内に取り込むことができる。

また、第１実施形態では、蒸発器３０の内壁面３１ｃから突出するように熱交換部４２を設け、膜部材４５が熱交換部４２の周囲を密閉した状態で熱交換部４２が突出する蒸発器３０の内壁面３１ｃに対して固定されるように吸収器４０を構成する。これにより、蒸発器３０の内壁面３１ｃに対して熱交換部４２を片持ち構造で構成することができるので、熱交換部４２に対して膜部材４５を容易に被せて全体を覆うことができる。また、熱交換部４２が固定される根元部分の内壁面３１ｃの部分に冷却水供給管４２ａ、冷却水排出管４２ｂ、濃液供給管４４ａおよび希液排出管４４ｂを集中的に配置することができるので、これらの配管類の影響を受けることなく熱交換部４２に被せられた膜部材４５の端部を蒸発器３０の内壁面３１ｃに周状に接合することができる。

［第２実施形態］
図１および図４〜図６を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、吸収器４０に加えて蒸発器２３０に対しても吸収器４０と同様の構成を適用して吸収式ヒートポンプ装置２００を構成した例について説明する。

本発明の第２実施形態による吸収式ヒートポンプ装置２００では、図５に示すように、容器３１の内部に、蒸発器２３０および吸収器４０が設置されている。なお、吸収器４０については上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。一方、上記第１実施形態の蒸発器３０（図１参照）の代わりに吸収器４０と同様の構造を有する蒸発器２３０が設けられている。以下に、蒸発器２３０の構造を吸収器４０とは符号を違えて説明する。

（蒸発器の構造）
図５に示すように、蒸発器２３０は、５個の熱交換器２３１を含む熱交換部２３２と、熱交換器２３１間の領域に配置された回転塗布部２３３とを備える。熱交換部２３２は、容器３１の内壁面３１ｃから矢印Ｘ２方向に突出している。また、熱交換部２３２は、上部と下部とにおいて、各々の熱交換器２３１に接続された空調用の水配管２３２ａおよび２３２ｂによって互いに接続されている。空調用の水配管２３２ａおよび２３２ｂは、図示しない熱交換器に接続されている。この熱交換器では、送風機により送風された空気（外気）が熱交換器（空気熱交）を流通する空調用の循環水によって冷却される。そして、冷却された空気（冷風）が車内に吹き出されるように構成されている。また、熱交換部２３２には、水配管２３２ａおよび２３２ｂとは別に、冷媒（凝縮水）を供給するための冷媒供給管２３４ａと、冷媒を排出する（暖房運転時に循環通路５１に戻す）ための冷媒排出管２３４ｂとが設けられている。冷媒供給管２３４ａおよび冷媒排出管２３４ｂは、内壁面３１ｃを貫通して外部の冷媒通路５４および５７（図１参照）に接続されている。

ここで、第２実施形態では、図５および図６に示すように、熱交換部２３２、回転塗布部２３３、水配管２３２ａおよび２３２ｂ、冷媒供給管２３４ａおよび冷媒排出管２３４ｂが一体化された構造を取り囲むように覆う膜部材２３５が設けられて蒸発器２３０が構成されている。また、膜部材２３５は、樹脂製の疎水性多孔質膜などからなり、Ｘ１側の端部２３５ｃは、樹脂材料がバルク状に形成されてガスケット構造を構成している。そして、この端部２３５ｃが内壁面３１ｃに対して周状に溶着されている。

これにより、冷房運転時には、凝縮器２０で凝縮された冷媒（凝縮水）が冷媒通路５４および冷媒供給管２３４ａを流通して熱交換器２３１の外表面２３１ｂに供給される。そして、冷媒は、回転塗布部２３３（ブラシ部材４３ａ）の回転とともに外表面２３１ｂに薄く塗布される。この際、容器３１内は真空状態なので冷媒が熱交換器２３１内の空調用の循環水から熱（蒸発潜熱）を奪いながら蒸発する。そして蒸発した冷媒蒸気（低温水蒸気）は、膜部材２３５の内底部２３５ａ以外の外表面２３５ｂを外向きに透過して容器３１内における蒸発器２３０の外部空間に放出される。つまり、蒸発器２３０では、冷媒の噴射器や冷媒貯留部と噴射器とを接続する冷媒通路およびポンプなどは設けられていない。

その後、膜部材２３５の外部空間に放出された冷媒蒸気（低温水蒸気）は、直ちに、蒸発器２３０に隣接する吸収器４０における膜部材４５を内向きに透過して吸収器４０に供給される。また、冷媒蒸気は、熱交換部４２において冷却されるとともに希釈されて内底部４５ａに貯留される。このようにして冷房サイクルが形成される。なお、第２実施形態による吸収式ヒートポンプ装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、吸収器４０に加えて、冷媒（水）が接触する熱交換部２３２を取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、冷媒（水）を透過させずに冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材２３５を蒸発器２３０に設ける。これにより、膜部材２３５により熱交換部２３２を取り囲むように覆って蒸発器２３０全体を構成することができるとともに、冷媒（水）を膜部材２３５の内側に貯留した状態で、蒸発後の冷媒蒸気（低温水蒸気）を、膜部材２３５を外向きに透過させて吸収器４０へと供給することができる。これにより、蒸発器２３０の冷媒（水）が吸収器４０内部に混入されるのを抑制することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置２００を車両等に搭載した場合であっても、車両搭載時の車体の傾斜や揺れなどに起因して冷媒（水）が吸収器４０に混入するのが抑制されるので、車両に搭載した場合にも、吸収冷凍サイクルの性能が低下するのを抑制することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

［変形例］
今回開示された実施形態は、全ての点で例示であり制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、中空円盤状の熱交換器４１（２３１）を用いて熱交換部４２（２３２）を構成したが、本発明はこれに限られない。伝熱管を複数配列して熱交換部を構成してもよい。また、熱交換器４１の個数も５個以外でもよい。

また、上記第２実施形態では、蒸発器２３０の熱交換器２３１に空調用の循環水を流通させたが、本発明はこれに限られない。たとえば、上記第１実施形態の蒸発器３０の使用方式と同様に、熱交換部２３２内部に空調用の空気を直接流通させることにより、蒸発器２３０において冷媒（水）と空調用の空気とを熱交換させてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、本発明の吸収式ヒートポンプ装置を、乗用車、バスおよびトラックなどの車両の空調システムに適用したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ディーゼルエンジンを備えた列車や船舶などの空調システムに適用してもよい。また車両（移動体）のみならず、ビル、工場、商業施設などの空調を行うための据置型の吸収式ヒートポンプ装置に対しても本発明を広く適用することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、エンジン９０の排気ガスの熱を利用して吸収液を加熱したが、本発明はこれに限られない。たとえば、ハイブリッド自動車や電動モータ駆動により走行する電気自動車の空調用に本発明の吸収式ヒートポンプ装置を適用してもよい。また、吸収液を加熱する熱源に電気自動車のバッテリやモータ排熱や燃料電池における発電時の排熱などを利用するなどして、燃料電池システムを備えた乗用車の空調に本発明の吸収式ヒートポンプ装置を適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、冷媒および吸収液として、水および臭化リチウム水溶液を用いたが、本発明はこれに限られない。たとえば、冷媒および吸収液として、それぞれ、アンモニアおよび水を用いて吸収式ヒートポンプ装置を構成してもよい。

３０、２３０ 蒸発器
３１ 容器
４０ 吸収器
４１、２３１ 熱交換器
４２、２３２ 熱交換部（支持部材）
４３、２３３ 回転塗布部
４４ａ 濃液供給管（吸収液供給路）
４４ｂ 希液排出管（吸収液排出路）
４５、２３５ 膜部材
４５ａ、２３５ａ 内底部
１００、２００ 吸収式ヒートポンプ装置

Claims (7)

1. 吸収液により冷媒蒸気を吸収する吸収式ヒートポンプ装置であって、
   冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、を備え、
   前記吸収器は、前記冷媒蒸気の前記吸収液への吸収熱を除去する熱交換部を含み、
   前記吸収器に供給される前記吸収液を前記熱交換部の外表面に沿って塗布する回転塗布部を備え、
   前記吸収器は、前記回転塗布部と、前記吸収液が接触する前記熱交換部とを取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、前記吸収液を透過させずに前記冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材を含む、吸収式ヒートポンプ装置。
2. 前記吸収液は、前記膜部材の内底部に貯留されるように構成されている、請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
3. 前記回転塗布部により前記熱交換部の外表面に沿って塗布された前記吸収液に、前記膜部材を透過した前記冷媒蒸気が吸収されるように構成されている、請求項１または２に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
4. 前記熱交換部は、内部を熱交換流体が流通する平板状の熱交換器が横方向に沿って積層された構造を有しており、
   前記吸収液は、前記膜部材の内側において前記熱交換器が積層された方向に沿って延びる吸収液供給路を介して前記膜部材の内側の領域に供給されるとともに、前記冷媒蒸気が吸収されて前記膜部材の内底部に貯留される前記吸収液は、前記熱交換器が積層された方向に沿って延びる吸収液排出路を介して外部に排出されるように構成されている、請求項２または３に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
5. 前記熱交換部は、内部を熱交換流体が流通する平板状の熱交換器が横方向に沿って積層された構造を有しており、
   前記熱交換部は、前記熱交換部を取り囲むように覆う前記膜部材を支持するための支持部材を兼ねている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
6. 前記蒸発器は、蒸発前の冷媒を貯留する冷媒貯留部を含み、
   前記吸収器は、前記蒸発器の内部において、前記膜部材の最下部近傍が前記冷媒貯留部の上面よりも上方に配置されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
7. 吸収液により冷媒蒸気を吸収する吸収式ヒートポンプ装置であって、
   冷媒を蒸発させる蒸発器と、
   前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器と、を備え、
   前記吸収器または前記蒸発器は、前記冷媒蒸気の前記吸収液への吸収熱を除去するかまたは冷媒を蒸発させる熱交換部を含み、
   前記吸収器に供給される前記吸収液を前記熱交換部の外表面に沿って塗布するかまたは前記蒸発器に供給される前記冷媒を前記熱交換部の外表面に沿って塗布する回転塗布部を備え、
   前記吸収器または前記蒸発器は、前記回転塗布部と、前記吸収液または前記冷媒が接触する前記熱交換部とを取り囲むように覆った状態で配置されるとともに、前記吸収液または前記冷媒を透過させずに前記冷媒蒸気を透過可能に形成された膜部材を含む、吸収式ヒートポンプ装置。

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