JP6578796B2 - 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、再生器、凝縮器、蒸発器および吸収器を備えた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に記載の吸収式ヒートポンプ装置では、吸収器は、吸収液と冷却水との熱交換を行う複数の熱交換器列と、各熱交換器の間に回転可能に挟み込まれる円盤状の汲上部材と、汲上部材の熱交換器との対向面に汲上部材の回転中心から放射状に延びるように固定された複数の塗布部材とによって構成されている。そして、吸収器では、熱交換器列に対して回転する円盤状の汲上部材を用いて液溜まり部の吸収液を連続的に汲み上げて回転中心に一旦集め、その後、汲上部材の回転中心から各塗布部材を介して吸収液を放射状に分配して熱交換器の伝熱面に広範囲に塗布する構造が設けられている。また、蒸発器にも同様の構造が適用されることによって、円盤状の汲上部材を用いて冷媒（水）が汲み上げられるとともに回転中心に集められた冷媒が塗布部材を介して放射状に分配されて熱交換器の伝熱面に広範囲に塗布されるように構成されている。

特開２０１５−１１４０９３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ヒートポンプ装置を構成する吸収器または蒸発器においては、隣接する熱交換器間に回転する円盤状の汲上部材が塗布部材とともに挟み込まれているため、汲上部材と熱交換器の伝熱面との間に僅かな隙間しか存在しない。このため、吸収器では、吸収液が効率よく汲み上げられて熱交換器の伝熱面に広範囲に塗布される一方、冷媒蒸気の熱交換器の伝熱面（溶液界面）への流動が不十分となり、吸収液への冷媒蒸気の吸収が促進されにくいと考えられる。また、蒸発器においては、冷媒（水）が効率よく汲み上げられて熱交換器の伝熱面に広範囲に塗布される一方、伝熱面で蒸発した冷媒蒸気の逃げ場が十分に確保されない分、冷媒の蒸発が促進されにくいと考えられる。したがって、回転する汲上部材を用いた場合の吸収器における吸収液と冷媒蒸気との吸収反応、および、蒸発器における冷媒の蒸発をさらに促進することが望まれる。

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、吸収器における吸収反応および蒸発器における蒸発性能をさらに向上させ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、この発明の一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、吸収液または冷媒からなる溶液が貯留される液溜まり部を有する容器と、容器内に設置され、内部に熱交換流体が流れる熱交換器と、回転軸方向から見て、熱交換器の伝熱面を部分的に露出させる露出空間部を回転領域内に有するように形成された渦巻き形状部を含み、渦巻き形状部が回転することにより液溜まり部に貯留された溶液を汲み上げる汲上部材と、汲上部材により汲み上げられた溶液を熱交換器の伝熱面に沿って塗布する塗布部材と、を備え、塗布部材は、溶液が塗布部材を介して熱交換器の伝熱面に塗布される際に、塗布される溶液の回転中心側への逆流を抑制する溶液逆流抑制部を有している。

この発明の一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、回転軸方向から見て、熱交換器の伝熱面を部分的に露出させる露出空間部を回転領域内に有するように形成された渦巻き形状部を含み、渦巻き形状部が回転することにより液溜まり部に貯留された溶液を汲み上げる汲上部材と、汲上部材により汲み上げられた溶液を熱交換器の伝熱面に沿って塗布する塗布部材とを備える。これにより、溶液（吸収液）が熱交換器の伝熱面に塗布された際、渦巻き形状部における露出空間部を介して渦巻き形状部に重ならずに露出した熱交換器の伝熱面に対して蒸発器からの冷媒蒸気を効果的に導き込む（巻き込む）ことができる。また、溶液（冷媒）が熱交換器の伝熱面に塗布された際、渦巻き形状部における露出空間部を介して渦巻き形状部に重ならずに露出した熱交換器の伝熱面から蒸発した冷媒蒸気を周囲に拡散させやすくすることができる。したがって、吸収器においては吸収液への冷媒蒸気の吸収が効果的に促進されるとともに、蒸発器においては冷媒の蒸発を効果的に促進することができる。この結果、吸収器での吸収液（濃液）に対する冷媒蒸気の吸収反応および蒸発器における蒸発性能をさらに向上させることができる。また、溶液逆流抑制部によって、回転する塗布部材により汲み上げられた溶液（吸収液または冷媒）を、回転中心側へ逆流させることなく熱交換器の伝熱面に留めた状態で熱交換器の伝熱面に迅速かつ確実に塗布することができる。

上記一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、汲上部材は、熱交換器の伝熱面を部分的に露出させる露出空間部を回転領域内に有するように形成された一対の板状部をさらに含み、渦巻き形状部は、一対の板状部間に挟み込まれ、回転領域内において熱交換器の伝熱面を部分的に露出させるように汲上部材の半径方向外側から回転中心側に渦巻き状に延びるように形成されており、一対の板状部と渦巻き形状部とにより構成される部分によって、半径方向外側に設けられた汲上部分と、汲上部分により汲み上げられた溶液を汲上部材の回転により半径方向外側から回転中心側に移動させる溶液通路部とが構成されている。

このように構成すれば、一対の板状部と渦巻き形状部とによって熱交換器の伝熱面を回転領域内に部分的に露出させる露出空間部を有する回転構造体（汲上部材）を容易に構成することができる。また、汲上部材の回転とともに露出空間部も熱交換器の伝熱面に沿って回転移動されるので、熱交換器の伝熱面を容器内の雰囲気に万遍なく露出させることができる。また、溶液通路部が渦巻き状に形成されることによって、汲上部分により捕獲された溶液を汲上部材の回転運動を有効に利用して回転中心側に無理なく移動させつつ、回転中心側に移動された溶液を汲上部材の回転による遠心力を利用して塗布部材に容易に供給することができる。これらの結果、吸収器での吸収液（濃液）に対する冷媒蒸気の効率的な吸収反応および蒸発器における高い蒸発性能を持続させることができる。

上記一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、塗布部材は、汲上部材とともに回転されるとともに汲上部材の回転中心側から半径方向外側に放射状に延びるように複数設けられており、汲上部材の回転に伴って、液溜まり部に貯留された溶液は、汲上部材に加えて塗布部材によっても汲み上げられるとともに、複数の塗布部材の各々の外表面を介して熱交換器の伝熱面に塗布されるように構成されている。

このように構成すれば、汲上部材のみならず塗布部材によっても溶液（吸収液または冷媒）を汲み上げて熱交換器の伝熱面に塗布することができるので、液溜まり部に貯留された溶液をより効率よく熱交換器の伝熱面に塗布（供給）することができる。

この場合、好ましくは、塗布部材は、溶液を塗布する外表面を有する塗布部と、塗布部における半径方向外側から回転中心側に延びる汲上通路部とを含む。

このように構成すれば、回転する各々の塗布部材の汲上通路部を介して溶液（吸収液または冷媒）を連続的に汲み上げつつ、汲み上げられた溶液を塗布部材の外表面を利用して迅速に熱交換器の伝熱面に塗布（供給）することができる。したがって、汲上部材における渦巻き形状部の熱交換器の伝熱面が部分的に露出する露出空間部を介して、冷媒蒸気の吸収液への効率的な吸収、または、渦巻き形状部により形成された露出空間部からの蒸発冷媒の拡散をより向上させることができる。

なお、上記一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、上記塗布部材が塗布部と汲上通路部とを含む吸収式ヒートポンプ装置において、塗布部材の汲上通路部は、回転方向と反対側に窪む凹状の底部と、底部を両側から挟み込む一対の側部とを含む箱型形状を有する。

（付記項２）
また、上記一の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、汲上部材は、汲上部材の回転中心側に設けられ、汲み上げられて回転中心側に移動された溶液を塗布部材の外表面側に排出する溶液排出孔を含む。

（付記項３）
また、上記塗布部材が溶液逆流抑制部を有する吸収式ヒートポンプ装置において、溶液逆流抑制部は、各々の塗布部材の外表面に沿って複数設けられており、各々の溶液逆流抑制部は、塗布部材の回転方向に沿って延びるリブ形状を有している。

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実施形態における吸収器の構造を側方から見た場合の断面図である。 本発明の第１実施形態における吸収器の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内の回転構造体の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内の回転構造体の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内の回転構造体の動作を示した図である。 本発明の第１実施形態における吸収器内の回転構造体の動作を示した図である。 本発明の第２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２実施形態における蒸発器の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７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ており、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からの排気管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。排気管９１は、加熱部１１を経由する排熱供給路９１ａと、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。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からの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５２ａ、５２ｂ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。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。冷媒蒸気通路５２ａ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５２ｂ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。なお、冷媒蒸気通路５２ｂ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５２ｂを閉状態するか、暖房運転時に冷媒蒸気通路５２ｂを開状態にするかを切替可能な三方弁６４が設けられている。また、冷媒蒸気通路５２ｂには、弁６５が設けられている。弁６５は、暖房運転時に、気液分離部１２により分離された冷媒蒸気が凝縮器２０に流入するのを遮断する役割を有する。また、冷媒通路５４には、弁６６が設けられている。

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（濃液）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４３（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。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、冷媒蒸気（低温水蒸気）を吸収液（ＬｉＢｒ水溶液）に吸収させる吸収器４０は、以下のように構成されている。

（吸収器の構造）
図２および図３に示すように、吸収器４０は、真空状態（絶対圧力で１ｋＰａ以下）に保たれ、吸収液（濃液に冷媒が吸収されて希釈された希液）が主に貯留される液溜まり部４１ａを有する容器４１と、縦断面が扁平形状を有する中空円盤状の５個（５枚）の熱交換器４２を一体的に含む熱交換部４３と、隣接する熱交換器４２間の領域に配置された後述する回転構造体４４と、回転構造体４４を時計回り（矢印Ｒ方向）に回転させるモータ４５とを備える。

熱交換部４３は、熱交換器４２同士が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４３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４３ａおよび冷却水排出管４３ｂによって各熱交換器４２が互いに接続されている。また、個々の熱交換器４２は、回転構造体４４を回転させる回転軸４５ａが中心部を貫通する貫通部４２ａを有する。また、熱交換器４２は、貫通部４２ａ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４３ａおよび冷却水排出管４３ｂは、内壁面４１ｃを貫通して冷却水循環路８１（図１参照）に接続されている。これにより、冷却水供給管４３ａから流入した冷却水は、各熱交換器４２に分配され、熱交換器４２内をＺ１側からＺ２側に流れて冷却水排出管４３ｂに集まり冷却水循環路８１に戻される。

また、図３に示すように、吸収器４０には、吸収液（濃液）を供給する濃液供給管５５ａと、液溜まり部４１ａの吸収液（吸収反応後の希液）を排出する希液排出管５６ａとが設けられている。濃液供給管５５ａは、容器４１の内壁面４１ｃから矢印Ｘ２方向に突出しており、濃液供給管５５ａから矢印Ｙ２方向に分岐した濃液供給ポート５５ｃが、各々の熱交換器４２のＵ字状の切欠部分４２ｃに挿入されている。なお、熱交換器４２と濃液供給ポート５５ｃとは濃液供給管５５ａ側の壁部により隔絶されている。濃液供給ポート５５ｃの外表面５５ｄには複数の孔部５５ｅが形成されている。外表面５５ｄは、熱交換器４２の伝熱面４２ｂと滑らかに接続されている。これにより、濃液は、孔部５５ｅから伝熱面４２ｂを伝って流下する。また、濃液供給管５５ａおよび希液排出管５６ａは、内壁面４１ｃを貫通して吸収液通路５５および５６（図１参照）にそれぞれ接続されている。

ここで、図２および図３に示すように、モータ４５の駆動とともに回転軸４５ａを介して回転構造体４４が回転されるように構成されている。なお、図３では、熱交換器４２に挟まれた回転構造体４４の回転領域Ｕを二点鎖線で示している。また、回転構造体４４の矢印Ｒ方向への回転とともに液溜まり部４１ａに貯留された吸収液が回転構造体４４により汲み上げられて、回転構造体４４に隣接する熱交換器４２の伝熱面４２ｂに供給されるように構成されている。以下、回転構造体４４について詳細に説明する。

（回転構造体の詳細な構造）
回転構造体４４は、図２、図４および図５に示すように、回転軸４５ａ（図２参照）に回転中心部分が固定される汲上部材４６と、汲上部材４６と一体的に回転するように汲上部材４６に一体的に形成された塗布部材４７とを備える。汲上部材４６は、回転中心部分において回転軸４５ａが貫通するとともに渦巻き状に形成された一対の板状部４６ａと、一対の板状部４６ａをＸ軸方向に接続する渦巻き形状部４６ｂとを含む。また、塗布部材４７は、汲上部材４６により汲み上げられた吸収液を汲上部材４６の回転領域Ｕ内でＸ１側およびＸ２側に対向する熱交換器４２の伝熱面４２ｂにそれぞれ塗布する機能を有する。

ここで、第１実施形態では、図６に示すように、汲上部材４６は、回転軸４５ａの延びるＸ軸方向から見て、熱交換器４２の伝熱面４２ｂを部分的に露出させる露出空間部Ｓを回転領域Ｕ内に有するように渦巻き形状に形成されている。すなわち、一対の板状部４６ａは、熱交換器４２の伝熱面４２ｂを部分的に露出させる露出空間部Ｓを回転領域Ｕ内に有するように形成されている。そして、渦巻き形状部４６ｂが、汲上部材４６の半径方向外側から回転中心側に向かって渦巻き状に巻かれた形状となって、板状部４６ａ間をＸ軸方向に接続するように形成されている。これにより、汲上部材４６には、図４に示すように、一対の板状部４６ａ間において外部に開口する開口部４６ｃおよび４６ｄ（汲上部分の一例）と、開口部４６ｃおよび４６ｄを起点として半径方向外側から回転中心側に向かって渦巻き状に延びる溶液通路部４６ｅおよび４６ｆとが設けられている。なお、汲上部材４６は、樹脂材料を用いて板状部４６ａや渦巻き形状部４６ｂなどが一体成形されている。

また、汲上部材４６は、回転中心部において一対の板状部４６ａをＸ軸方向に接続する連結部４６ｇ（破線で示す）と、連結部４６ｇの内側に同軸状に配置された円筒状の連結部４６ｈ（破線で示す）とを有する。したがって、溶液通路部４６ｅおよび４６ｆは、連結部４６ｇおよび４６ｈにより区画された中空円環状の集合室４６ｉに接続されている。なお、連結部４６ｇには、溶液通路部４６ｅおよび４６ｆと集合室４６ｉとを連通する複数の連通孔（図示せず）が形成されている。これにより、汲上部材４６においては、開口部４６ｃおよび溶液通路部４６ｅからなる流路と、開口部４６ｄおよび溶液通路部４６ｆからなる流路とが共に集合室４６ｉに接続されている。また、板状部４６ａの回転中心部となるＸ１側およびＸ２側の側端面には、厚み方向（Ｘ軸方向）に貫通する複数の排出孔４６ｊ（溶液排出孔）が形成されている。また、一対の板状部４６ａの各々の側端面において、排出孔４６ｊは回転中心に対して約４５°間隔で８個形成されている。

また、第１実施形態では、塗布部材４７は、図４および図５に示すように、汲上部材４６とともに回転されるとともに汲上部材４６の回転中心側から半径方向外側に放射状に延びている。また、塗布部材４７は、中心線１５０まわりに約４５°間隔で８個設けられている。なお、汲上部材４６および塗布部材４７は樹脂製であるので、隣接する塗布部材４７間や、汲上部材４６と塗布部材４７とが交差しない部分には、熱交換器４２の伝熱面４２ｂを部分的に露出させるための露出空間部Ｓ（図６参照）が複数形成されている。また、塗布部材４７は、吸収液を塗布する外表面４７ｂとなる塗布部４７ａと、半径方向外側から回転中心側に延びる汲上通路部４７ｃとを含む。なお、塗布部４７ａは多孔質状の材料（ＰＶＡなどの合成樹脂からなるスポンジ状の部材など）が取り付けられている。また、汲上通路部４７ｃは、回転方向（矢印Ｒ方向）と反対側に凹状（円弧状）に窪む底部４７ｄと、底部４７ｄを両側から挟み込む一対の側部４７ｅとを含む箱型形状（柄杓型形状）を有する。また、各々の塗布部材４７の塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）には、塗布される吸収液の回転中心側への逆流を抑制する溶液逆流抑制部４７ｆが形成されている。また、各々の溶液逆流抑制部４７ｆは、塗布部材４７の回転方向（矢印Ｒ方向）に沿って延びるリブ形状を有している。このリブ形状は、塗布部材４７の補強も兼ねている。

なお、８個の塗布部材４７については、汲上通路部４７ｃは、汲上部材４６の最も外周側の渦巻き形状部４６ｂに遮られて集合室４６ｉ（図６参照）には連通されない。したがって、汲上部材４６により汲み上げられて排出孔４６ｊから排出された吸収液が遠心力で塗布部４７ａに供給されるのと同時に、汲上通路部４７ｃが連続的に汲み上げた吸収液も塗布部材４７の回転移動とともに側部４７ｅから外表面４７ｂ側に溢れ出して塗布部４７ａに供給される。なお、汲上部材４６の形成位置と重なる塗布部材４７（外表面４７ｂ）の部分については汲上通路部４７ｃが存在しない（この部分の内側には溶液通路部４６ｅまたは４６ｆが形成されている）ので、排出孔４６ｊから排出された吸収液のみがこの部分の塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）に供給される。したがって、８個の塗布部材４７のうち、一部の塗布部材４７は吸収液の汲み上げ機能と塗布機能との両方を兼ね備える一方、排出孔４６ｊから排出された吸収液の塗布しか実質的に行わない塗布部材４７も存在する。

また、図３、図６および図７に示すように、回転構造体４４における汲上部材４６の下部および塗布部材４７の下部は、吸収液が貯留される液溜まり部４１ａに浸漬されている。したがって、汲上部材４６により汲み上げられた吸収液が汲上部材４６の矢印Ｒ方向への回転に伴って、開口部４６ｃ（４６ｄ）および溶液通路部４６ｅ（４６ｆ）を経て集合室４６ｉに移動される。その後、図７に示すように、回転中心から１６個の排出孔４６ｊを介して半径方向外側に排出されるとともに、吸収液（濃液）は、塗布部材４７の塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）に供給されながら熱交換器４２の伝熱面４２ｂに沿って薄い液膜状に塗布される。また、汲上部材４６の回転に伴って、液溜まり部４１ａに貯留された吸収液は、汲上部材４６に加えて一部の塗布部材４７によっても連続的に汲み上げられる。塗布部材４７により汲み上げられた吸収液は、各々の塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）を介して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布されるように構成されている。

また、吸収器４０では、図２に示すように、５個の熱交換器４２の間に４個の回転構造体４４が配置されている。また、各々の回転構造体４４は、熱交換器４２の伝熱面４２ｂが部分的に露出する露出空間部Ｓを有するように汲上部材４６（渦巻き形状部４６）が形成されているので、回転中心に対して重心が偏心している。したがって、４個の回転構造体４４は、回転軸方向（Ｘ軸方向）から見て、互いに等角度（約９０°）間隔で位相をずらされた状態で回転軸４５ａに取り付けられている。これにより、４個の回転構造体４４は全体として中心線１５０まわりの重量バランスがある程度整えられた状態で回転される。

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４２の伝熱面４２ｂに供給された状態で、モータ４５の駆動とともに回転構造体４４が伝熱面４２ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動される。この際、回転構造体４４は、回転領域Ｕ内において伝熱面４２ｂが部分的に露出するように露出空間部Ｓを有して形成されているので、渦巻き形状部４６ｂに重ならずに露出空間部Ｓから露出した伝熱面４２ｂに対して蒸発器３０からの冷媒蒸気が効果的に導き込まれる。これにより、塗布部材４７により伝熱面４２ｂに沿って塗布された吸収液（濃液）に冷媒蒸気が吸収されやすくなる。なお、塗布された吸収液に冷媒蒸気が吸収される際の吸収熱は、熱交換器４２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塗布部材４７により伝熱面４２ｂから除去されて液溜まり部４１ａに落下する。

また、図２に示すように、容器４１の側壁部４１ｂには、モータ４５を収容するハウジング４１ｄが取り付けられている。モータ４５に接続された回転軸４５ａは、側壁部４１ｂを貫通して矢印Ｘ２方向に延びるとともに熱交換器４２の貫通部４２ａに回転可能に挿入されている。なお、回転軸４５ａの端部４５ｂは、最もＸ２側の熱交換器４２の貫通部４２ａに対して回転可能に支持されている。また、回転軸４５ａが側壁部４１ｂを貫通する部分には、封止材４８が回転軸４５ａに対して摺動可能に嵌め込まれている。なお、ハウジング４１ｄ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のみに循環させる。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とを結ぶ流路（冷媒蒸気が冷媒蒸気通路５２ａを流通する流路）側に切り替えられ、冷媒蒸気が凝縮器２０で凝縮された後、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、冷媒蒸気通路５３を流通して吸収器４０に吸引される。吸収器４０では、熱交換器４２の伝熱面４２ｂに供給された吸収液（濃液）に対して冷媒蒸気が露出空間部Ｓを介して効率よく吸収されて希液となり、液溜まり部４１ａに貯留される。また、液溜まり部４１ａに貯留された吸収液（希液）は、希液排出管５６ａ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とを結ぶ流路（高温水蒸気が冷媒蒸気通路５２ｂを流通する流路）側に切り替えられ、かつ、弁６６および６６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、Ｘ軸方向から見て熱交換器４２の伝熱面４２ｂを部分的に露出させる露出空間部Ｓを回転領域Ｕ内に有するように形成した渦巻き形状部４６ｂを含み、この渦巻き形状部４６ｂが回転することにより液溜まり部４１ａに貯留された吸収液を汲み上げる汲上部材４６と、汲上部材４６により汲み上げられた吸収液を熱交換器４２の伝熱面４２ｂに沿って塗布する塗布部材４７とを備える。これにより、吸収液が熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布された際、渦巻き形状部４６ｂにおける露出空間部Ｓを介して渦巻き形状部４６ｂに重ならずに露出した熱交換器４２の伝熱面４２ｂに対して蒸発器３０（冷媒蒸気通路５３）からの冷媒蒸気を効果的に巻き込むことができる。この結果、吸収器４０における濃液に対する冷媒蒸気の吸収反応をさらに向上させることができる。

また、第１実施形態では、一対の板状部４６ａと渦巻き形状部４６ｂとにより構成される部分によって、半径方向外側に設けられた開口部４６ｃおよび４６ｄと、開口部４６ｃおよび４６ｄにより汲み上げられた吸収液を半径方向外側から回転中心側に移動させる溶液通路部４６ｅおよび４６ｆとを汲上部材４６に設ける。これにより、一対の板状部４６ａと渦巻き形状部４６ｂとによって熱交換器４２の伝熱面４２ｂを回転領域Ｕ内に部分的に露出させる複数の露出空間部Ｓを有する回転構造体４４（汲上部材４６）を容易に構成することができる。また、汲上部材４６の回転とともに複数の露出空間部Ｓも伝熱面４２ｂに沿って回転移動されるので、伝熱面４２ｂを容器４１内の雰囲気（冷媒蒸気）に万遍なく露出させることができる。また、溶液通路部４６ｅ（４６ｆ）が渦巻き状に形成されることによって、開口部４６ｃ（４６ｄ）により捕獲された吸収液を汲上部材４６の回転運動を有効に利用して回転中心側に無理なく移動させつつ、回転中心側に移動された吸収液を汲上部材４６の回転による遠心力を利用して塗布部材４７（塗布部４７ａ）に容易に供給することができる。これらの結果、吸収器４０での吸収液（濃液）に対する冷媒蒸気の効率的な吸収反応を持続させることができる。

また、第１実施形態では、汲上部材４６の回転に伴って、液溜まり部４１ａに貯留された吸収液を汲上部材４６に加えて複数個の塗布部材４７によっても汲み上げ、塗布部材４７の外表面４７ｂを介して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布するように構成する。これにより、汲上部材４６のみならず塗布部材４７によっても吸収液を汲み上げて熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布することができるので、液溜まり部４１ａに貯留された吸収液をより効率よく熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布（供給）することができる。

また、第１実施形態では、吸収液を塗布する外表面４７ｂを有する塗布部４７ａと、塗布部４７ａにおける半径方向外側から回転中心側に延びる汲上通路部４７ｃとを含むように塗布部材４７を構成する。これにより、回転する各々の塗布部材４７の汲上通路部４７ｃを介して溶液を連続的に汲み上げつつ、汲み上げられた吸収液を外表面４７ｂを利用して迅速に熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布することができる。したがって、汲上部材４６における渦巻き形状部４６ｂの熱交換器４２の伝熱面４２ｂが部分的に露出する露出空間部Ｓを介して、冷媒蒸気の吸収液への効率的な吸収をより向上させることができる。

また、第１実施形態では、吸収液を塗布部材４７を介して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに塗布する際に、塗布される吸収液の回転中心側への逆流を抑制する溶液逆流抑制部４７ｆを塗布部材４７に設ける。これにより、溶液逆流抑制部４７ｆによって、回転する塗布部材４７により汲み上げられた溶液を、回転中心側へ逆流させることなく熱交換器４２の伝熱面４２ｂに留めた状態でこの伝熱面４２ｂに迅速かつ確実に塗布することができる。

また、第１実施形態では、回転方向と反対側に窪む凹状の底部４７ｄと、底部４７ｄを両側から挟み込む一対の側部４７ｅとを含む箱型形状を有するように汲上通路部４７ｃを構成する。これにより、箱型形状の汲上通路部４７ｃの回転とともに液溜まり部４１ａの吸収液を効率よくすくい上げて塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）に供給することができる。

また、第１実施形態では、汲み上げられて回転中心側に移動された吸収液を塗布部材４７の外表面４７ｂ側に排出する複数の排出孔４６ｊを汲上部材４６に設ける。これにより、開口部４６ｃ（４６ｄ）により汲み上げられた吸収液の溶液通路部４６ｅ（４６ｆ）から塗布部材４７への移動を複数の排出孔４６ｊを介して容易に行うことができる。この際、吸収液のみならず汲上動作時に巻き込まれた容器内の蒸気成分（冷媒蒸気）についても排出孔４６ｊを介して熱交換器４２の伝熱面４２ｂ側に排出することができる。これにより、汲上部材４６の回転数が高いことに起因して蒸気成分（冷媒蒸気）を巻き込みやすい場合にも、吸収液の汲み上げ量を適切に確保することができる。

また、第１実施形態では、塗布部材４７における溶液逆流抑制部４７ｆを塗布部材４７の回転方向に沿って延びるリブ形状を有するように構成する。これにより、回転する塗布部材４７により汲み上げられた吸収液を、回転中心側へ容易に逆流させなくすることができる。また、溶液逆流抑制部４７ｆが側部４７ｅにリブ形状を有して形成されるので、箱型形状となった塗布部材４７（汲上通路部４７ｃ）の強度を容易に保つことができる。

［第２実施形態］
図３〜図５、図８および図９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、蒸発器２３０に対しても吸収器４０と同様の構成（構造）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８に示すように、
上記第１実施形態で用いた蒸発器３０（図１参照）の代わりに、熱交換部２３３（熱交換器２３２）および回転構造体２３４を含む蒸発器２３０を備えている。以下に、蒸発器２３０の構造を蒸発器３０（図１参照）とは符号を違えて説明する。

（蒸発器の構造）
図９に示すように、蒸発器２３０は、５個の熱交換器２３２を含む熱交換部２３３と、熱交換器２３２間の領域に配置された回転構造体２３４と、回転構造体２３４を時計回り（矢印Ｒ方向）に回転させるモータ２３５とを備える。なお、熱交換器２３２に挟まれた回転構造体２３４の回転領域Ｕを二点鎖線で示している。熱交換部２３３は、容器３１の内壁面３１ｃから矢印Ｘ２方向に突出している。熱交換部２３３は、上部と下部とにおいて、各々の熱交換器２３２に接続された空調用の水配管２３３ａおよび２３３ｂによって互いに接続されている。また、水配管２３３ａおよび２３３ｂは、図８に示すように、循環水路２８１および熱交換部２１０に接続されている。熱交換部２１０では、送風機２１２により送風された空気（外気）が熱交換器２１１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、蒸発器２３０には、図８に示すように、冷媒（凝縮水）を供給する冷媒供給管５４ａと、暖房運転時に冷媒を循環通路５１に戻す冷媒排出管５７ｂとが設けられている。冷媒供給管５４ａおよび冷媒排出管５７ｂは、内壁面３１ｃを貫通して外部の冷媒通路５４および５７（図８参照）に接続されている。なお、冷媒供給管５４ａの熱交換器２３２への接続構造は、吸収器４０の場合の濃液供給ポート５５ｃ（図３参照）と同様である。

ここで、第２実施形態では、モータ２３５の駆動とともに回転軸２３５ａを介して回転構造体２３４が回転される。そして、回転構造体２３４の矢印Ｒ方向への回転とともに液溜まり部３１ａに貯留された冷媒（凝縮水）が回転構造体２３４により汲み上げられて回転構造体２３４に隣接する熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに供給されるように構成されている。なお、回転構造体２３４の構造は、上記第１実施形態で説明した回転構造体４４（図４および図５参照）と同様である。すなわち、回転構造体２３４は、回転領域Ｕ内において熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂが部分的に露出するように露出空間部Ｓを有して渦巻き形状に形成された渦巻き形状部４６ｂを含む汲上部材４６と、汲上部材４６と一体的に回転する８個の塗布部材４７とを備える。

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５４ａ（図９参照）を流通して熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂ（図９参照）に供給された状態で、モータ２３５の駆動とともに各々の塗布部材４７が伝熱面２３２ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動される。また、塗布部材４７自身も液溜まり部３１ａに貯留された冷媒（凝縮水）を汲み上げて塗布部材４７の塗布部４７ａ（外表面４７ｂ）に供給される。そして、冷媒は、塗布部材４７の回転とともに伝熱面２３２ｂに薄く塗布される。また、容器３１内は真空状態なので冷媒が熱交換器２３２内の空調用の循環水から蒸発潜熱を奪いながら蒸発する。この際、回転構造体２３４（図９参照）は、回転領域Ｕ内において伝熱面２３２ｂが部分的に露出する露出空間部Ｓを有して形成されているので、蒸発した冷媒は、渦巻き形状部４６ｂに重ならない露出空間部Ｓから盛んに容器３１内に拡散される。そして、蒸発した冷媒蒸気（低温水蒸気）は、容器３１に接続された冷媒蒸気通路５３を介して吸収器４０に吸引される。その後、冷媒蒸気（低温水蒸気）は、吸収器４０（図３参照）において回転構造体４４（塗布部材４７）の回転とともに伝熱面４２ｂに塗布される。冷媒蒸気は、熱交換部４３で冷却されかつ希釈されて液溜まり部４１ａ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、Ｘ軸方向から見て熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂを部分的に露出させる露出空間部Ｓを回転領域Ｕ内に有するように形成した渦巻き形状部４６ｂを含み、渦巻き形状部４６ｂが回転することにより液溜まり部３１ａの冷媒（水）を汲み上げる汲上部材４６と、汲上部材４６により汲み上げられた冷媒を伝熱面２３２ｂに沿って塗布する塗布部材４７とを備える。これにより、冷媒が伝熱面２３２ｂに塗布された際、渦巻き形状部４６ｂにおける露出空間部Ｓを介して渦巻き形状部４６ｂに重ならずに露出した伝熱面２３２ｂから蒸発した冷媒蒸気を容器３１内に拡散させやすくすることができる。したがって、冷媒の蒸発を効果的に促進して蒸発性能をさらに向上させることができる。

また、第２実施形態では、冷媒（水）を塗布する外表面４７ｂを有する塗布部４７ａと、塗布部４７ａにおける半径方向外側から回転中心側に延びる汲上通路部４７ｃとを含むように塗布部材４７を構成する。これにより、回転する各々の塗布部材４７の汲上通路部４７ｃを介して冷媒（水）を連続的に汲み上げつつ、汲み上げられた冷媒（水）を塗布部材４７の外表面４７ｂを利用して迅速に熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに塗布（供給）することができる。したがって、汲上部材４６における渦巻き形状部４６ｂの熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂが部分的に露出するように露出空間部Ｓを介して、渦巻き形状部４６ｂにより形成された露出空間部Ｓからの蒸発冷媒の拡散をより向上させることができる。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、樹脂材料を用いて渦巻き状の汲上部材４６および８個の塗布部材４７を一体的に成形したが、本発明はこれに限られない。アルミニウム合金などの金属材料を用いて回転構造体４４（３３４）を構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、汲上部材４６に溶液通路部４６ｅ（４６ｆ）を設けたが、本発明はこれに限られない。回転領域Ｕ内に熱交換器４２の伝熱面４２ｂを部分的に露出させる露出空間部Ｓが形成可能ならば３つ以上の溶液通路部を設けてもよい。

また、上記第２実施形態では、蒸発器２３０の熱交換器２３２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、熱交換部２３３内部に空調用の空気を直接流通させて蒸発器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、乗用車やバスなど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。車両のみならず商業施設向け（据置型）の吸収式ヒートポンプ装置にも、本発明を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、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、吸収液の加熱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を利用して、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。

３１、４１ 容器
４２、２３２ 熱交換器
４２ｂ、２３２ｂ 伝熱面
４６ 汲上部材
４６ａ 板状部
４６ｂ 渦巻き形状部
４６ｅ、４６ｆ 溶液通路部
４７ 塗布部材
４７ａ 塗布部
４７ｃ 汲上通路部
４７ｆ 溶液逆流抑制部
１００、２００ 吸収式ヒートポンプ装置
Ｓ 露出空間部

Claims (4)

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、
   吸収液または冷媒からなる溶液が貯留される液溜まり部を有する容器と、
   前記容器内に設置され、内部に熱交換流体が流れる熱交換器と、
   回転軸方向から見て、前記熱交換器の伝熱面を部分的に露出させる露出空間部を回転領域内に有するように形成された渦巻き形状部を含み、前記渦巻き形状部が回転することにより前記液溜まり部に貯留された溶液を汲み上げる汲上部材と、
   前記汲上部材により汲み上げられた前記溶液を前記熱交換器の伝熱面に沿って塗布する塗布部材と、を備え、
   前記塗布部材は、前記溶液が前記塗布部材を介して前記熱交換器の伝熱面に塗布される際に、塗布される前記溶液の回転中心側への逆流を抑制する溶液逆流抑制部を有している、吸収式ヒートポンプ装置。
2. 前記汲上部材は、前記熱交換器の伝熱面を部分的に露出させる前記露出空間部を回転領域内に有するように形成された一対の板状部をさらに含み、
   前記渦巻き形状部は、前記一対の板状部間に挟み込まれ、回転領域内において前記熱交換器の伝熱面を部分的に露出させるように前記汲上部材の半径方向外側から回転中心側に渦巻き状に延びるように形成されており、
   前記一対の板状部と前記渦巻き形状部とにより構成される部分によって、半径方向外側に設けられた汲上部分と、前記汲上部分により汲み上げられた前記溶液を前記汲上部材の回転により半径方向外側から回転中心側に移動させる溶液通路部とが構成されている、請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
3. 前記塗布部材は、前記汲上部材とともに回転されるとともに前記汲上部材の回転中心側から半径方向外側に放射状に延びるように複数設けられており、
   前記汲上部材の回転に伴って、前記液溜まり部に貯留された溶液は、前記汲上部材に加えて前記塗布部材によっても汲み上げられるとともに、複数の前記塗布部材の各々の外表面を介して前記熱交換器の伝熱面に塗布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. 前記塗布部材は、前記溶液を塗布する外表面を含む塗布部と、前記塗布部における半径方向外側から回転中心側に延びる汲上通路部とを含む、請求項３に記載の吸収式ヒートポンプ装置。

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