JP6672847B2 - 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、吸収液の加熱を担う再生器、気液分離器、凝縮器、蒸発器および吸収器を備えた車載用吸収式ヒートポンプ装置（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に記載の車載用吸収式ヒートポンプ装置では、吸収器から再生器に戻された吸収液は、エンジンの排気ガスの排熱を利用して加熱されるように構成されている。また、再生器は、車両床下部の車外空間に配置される一方、再生器により加熱された吸収液から水蒸気を分離して吸収液の濃度を相対的に高める気液分離器は、再生器よりも上方となるエンジンルーム内に配置されている。そして、再生器と気液分離器とは、吸収液が流通する通路（配管部材）により接続されている。

特開２０１３−１９６１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された車載用吸収式ヒートポンプ装置では、車両床下部の車外空間に配置された再生器と、エンジンルーム内に配置された気液分離器とが通路（配管部材）により接続されるため、再生器により吸収液に回収された排熱が、吸収液が配管部材を流通する際に外部（系外）に放熱されてしまう（熱損失が生じてしまう）と考えられる。また、配管部材を介在させて再生器の上方に気液分離器が配置されるため、再生器と気液分離器とが高さ方向に離間される分、エンジンルーム内における吸収式ヒートポンプ装置の高さ方向に占める割合が大きくなる。この点において、吸収式ヒートポンプ装置を構成する再生器、気液分離器および吸収器などの機器配置に関するレイアウトの自由度が損なわれる要因になる。

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、排熱回収時の熱損失を抑制しつつ、車両搭載時の機器配置に関するレイアウトの自由度を確保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、吸収液を加熱するための排熱を回収する排熱回収部と、排熱回収部に設けられ、排熱回収部により回収された排熱を利用して加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を分離する気液分離部と、を備え、排熱回収部は、回収された排熱を利用して吸収液を加熱する熱交換部を有し、熱交換部では、排熱の熱源となるガスが流れるガス流路と吸収液が流れる吸収液通路とが伝熱壁を隔てて交互に積層されており、ガス流路は、熱交換部の内部で向きを変えられて熱交換部の底面部からガスを排出するように構成されている。

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、排熱回収部に設けられ、排熱回収部により回収された排熱を利用して加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を分離する気液分離部を備える。これにより、排熱回収部と気液分離部との間に排熱回収された吸収液を移送するための通路（配管部材）を設ける必要がないので、加熱された吸収液に外部（系外）への熱損失を極力生じさせることなく吸収液から冷媒蒸気を分離することができる。また、排熱回収部に気液分離部を設けることによって、排熱回収部と気液分離部とが一体化される分、吸収式ヒートポンプ装置の高さ方向の寸法を小さくすることができるので、車両（エンジンルームなど）への搭載位置を柔軟にアレンジすることができる。これらの結果、排熱回収時の熱損失を抑制しつつ、吸収式ヒートポンプ装置を車両に搭載する際の機器配置に関するレイアウトの自由度を確保することができる。

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、吸収液から分離された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器をさらに備え、気液分離部は、排熱回収部により加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を凝縮器側に透過させる冷媒蒸気透過膜を有する。

このように構成すれば、冷媒蒸気透過膜が加熱された吸収液からの冷媒蒸気の分離機能を担うので、気液分離部自体に吸収液と冷媒蒸気とを互いに分離するための大きな空間（容積部分）を設ける必要がなくなる。したがって、気液分離部を含む排熱回収部（再生器）の小型化を図ることができる。また、冷媒蒸気透過膜を設けることによって、凝縮器への吸収液の流入を遮断することができるので、従来では再生器（気液分離部）および凝縮器側の圧力と吸収器側の圧力との差を利用して吸収液（濃液）を再生器から吸収器に送液（圧送）していた場合と異なり、排熱回収部（再生器）と吸収器との間を循環する吸収液の流量制御を送液ポンプを用いて容易に（柔軟に）行うことができる。加えて、従来では再生器（気液分離部）での吸収液の液面を一定にして凝縮器への流入を防止する制御を行っていた場合と異なり、このような液面を一定に保つ制御を省略することもできる。また、冷媒蒸気透過膜によって凝縮器への吸収液の流入が遮断されるので、凝縮器を排熱回収部と同等の高さ位置に配置することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置の高さ方向の寸法をさらに小さくすることができ、車両搭載時の機器配置に関するレイアウトの自由度を向上させることができる。

上記凝縮器をさらに備える構成において、好ましくは、凝縮器は、気液分離部に隣接して配置されている。

このように構成すれば、気液分離部（冷媒蒸気透過膜）で分離された冷媒蒸気を迅速に凝縮器に導入して冷媒蒸気を凝縮（液化）させて蒸発器へ導入することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置における冷房運転時の応答性を高く維持することができる。また、凝縮器と排熱回収部（再生器）とを一体化させることができるので、車両に搭載される吸収式ヒートポンプ装置のさらなる小型化を図ることができる。

上記凝縮器をさらに備える構成において、好ましくは、冷媒蒸気透過膜は、排熱回収部と凝縮器との境界に設けられている。

このように構成すれば、排熱回収部（再生器）と凝縮器との間に冷媒蒸気を移送するための蒸気配管を設ける必要がなくなるとともに、排熱回収部と凝縮器とを確実に一体化させることができる。これにより、車両に搭載される吸収式ヒートポンプ装置の小型化を図りつつ、吸収式ヒートポンプ装置の構成を簡素化させることができる。

上記凝縮器をさらに備える構成において、好ましくは、排熱回収部に設けられ、加熱前の吸収液が貯留される吸収液貯留部をさらに備え、加熱前の吸収液が吸収液貯留部から排熱回収部に導入されるとともに、排熱回収部内を流通して加熱された吸収液が排熱回収部から気液分離部における吸収液貯留部の上部空間に気液二相流の状態で流入するとともに、気液二相流に含まれる冷媒蒸気が冷媒蒸気透過膜を透過して凝縮器に移動されるように構成されている。

このように構成すれば、再生器としての排熱回収部を構成する気液分離部（冷媒蒸気透過膜）および吸収液貯留部と、冷媒蒸気のみが移送される凝縮器とを一体化させて、コンパクトな機能ユニットを構成することができる。また、冷媒蒸気透過膜により冷媒蒸気が分離された後の吸収液（濃液）を吸収液貯留部の上部領域に一時的に貯留しつつ、冷媒蒸気が分離された吸収液（濃液）を迅速に吸収器に供給（送液）することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置における冷房運転時の応答性を高く維持することができる。

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）
すなわち、上記一の局面による吸収式ヒートポンプ装置において、排熱回収部は、プレート式熱交換器を含み、プレート式熱交換器は、エンジンの排気ガスによる熱交換を利用して吸収液を加熱するように構成されている。

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構成を示した模式図である。 本発明の第１実施形態における排熱回収部および凝縮器の内部構造を概略的に示した斜視図である。 本発明の第１実施形態における排熱回収部（熱交換部）の内部構造を示した図である。 本発明の第２実施形態における排熱回収部および凝縮器の内部構造を概略的に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３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。また、吸収式ヒートポンプ装置１００では、エンジン９０から排出される高温の排気ガスの熱を利用（回収）して、吸収液（希液）が加熱（昇温）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、排熱回収部１０（二点鎖線枠内の構成に相当する）と、凝縮器２０と、蒸発器３０と、吸収器４０とを備える。ここで、排熱回収部１０は、いわゆる再生器の役割を担っている。また、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。そして、吸収器４０は、冷房運転時に、濃液状態で供給された吸収液（濃液）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。

また、吸収式ヒートポンプ装置１００には、冷媒および吸収液がそれぞれ循環可能な配管が設けられている。具体的には、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と、冷媒蒸気通路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、吸収液を排熱回収部１０内（後述する熱交換部１０ａおよびマニホールド部１０ｂ）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５２は、暖房運転時に弁６４が開かれる（弁６５は閉状態になる）ことにより、マニホールド部１０ｂで分離された高温の冷媒蒸気を蒸発器３０（この場合は凝縮器の役割を果たす）に流入させる役割を有する。冷媒蒸気通路５３は、蒸発器３０と吸収器４０とを接続しており、冷房運転時に弁６５が開かれる（弁６４は閉状態になる）ことにより、蒸発器３０で蒸発した冷媒蒸気（低温水蒸気）を吸収器４０に供給する役割を有する。冷媒通路５４は、冷房運転時に弁６６が開かれることにより、凝縮器２０に貯留された冷媒（水）を蒸発器３０に供給する役割を有する。

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（この場合は凝縮器の役割を果たす）に貯留された冷媒（凝縮水）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。熱交換器５９においては、吸収液通路５５および５６を流通する吸収液同士の熱交換が行われる。

また、図１に示すように、エンジン９０に接続された排気管９１は、排熱回収部１０を経由する排熱供給路９１ａと、迂回路９１ｂとを含む。また、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からの排気ガスの一部が排熱供給路９１ａを経由して排熱回収部１０に流通されるように構成されている。

ここで、第１実施形態では、図２に示すように、排熱回収部１０は、エンジン９０から排出される排気ガスの熱（排熱）を回収するとともに、回収された排熱を利用して吸収液（希液）を加熱する熱交換部１０ａを有する。また、排熱回収部１０は、熱交換部１０ａのＸ２側の側面に接続された箱型形状を有するマニホールド部１０ｂをさらに有する。マニホールド部１０ｂは、吸収器４０からの吸収液（希液）の熱交換部１０ａへの導入と、熱交換部１０ａにより加熱された気液二相流状態の吸収液の導出とを担っている。構造的に説明すると、マニホールド部１０ｂは、排熱回収部１０に設けられている。そして、熱交換部１０ａとマニホールド部１０ｂとが一体化されて排熱回収部１０が構成されている。

また、マニホールド部１０ｂは、冷媒蒸気透過膜１１（気液分離部の一例）と、希液貯留領域１２（吸収液貯留部の一例）と、濃液貯留領域１３とによって構成されている。希液貯留領域１２は、吸収器４０からの吸収液（希液）を一時的に受け入れる役割を有する。また、濃液貯留領域１３は、吸収液（希液）が加熱された後に冷媒蒸気のみが、後述する冷媒蒸気透過膜１１を透過することによって濃縮された状態の吸収液（濃液）を一時的に受け入れる役割を有する。また、希液貯留領域１２は、吸収液循環路５１ａ（図１参照）に接続されるとともに、濃液貯留領域１３は、吸収液循環路５１ｂ（図１参照）に接続されている。また、希液貯留領域１２および濃液貯留領域１３は、マニホールド部１０ｂの内部において、隔壁１４により互いに隔てられている。

そして、第１実施形態では、冷媒蒸気透過膜１１は、排熱回収部１０（熱交換部１０ａ）により加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気（高温水蒸気）を後述する凝縮器２０側に透過させる役割を有している。すなわち、熱交換部１０ａにより加熱された高温／高圧の吸収液は、冷媒蒸気透過膜１１によって、冷媒蒸気（高温水蒸気）と吸収液（濃液）とに分離されるように構成されている。また、冷媒蒸気透過膜１１は、冷媒蒸気しか透過しないので、凝縮器２０への吸収液（濃液）の流入を遮断する役割をさらに有している。

ここで、冷媒蒸気透過膜１１としては、たとえば、水（溶媒）は浸透する一方、食塩などの低分子量物質を透過させない半透膜である逆浸透膜（ＲＯ膜）などが用いられる。すなわち、希液貯留領域１２から熱交換部１０ａに流通されて加熱された吸収液が流入する濃液貯留領域１３は、高温高圧になるので、濃液貯留領域１３の内部圧力を利用して吸収液に含まれる水分のみがこの逆浸透膜（冷媒蒸気透過膜１１）を透過するようになる。そして、水分が分離されて臭化リチウムの濃度が相対的に高められた吸収液（濃液）が、濃液貯留領域１３に一時的に貯留されるようになる。

また、図１および図２に示すように、凝縮器２０は、箱型形状を有して外形が形成されており、箱型形状を有するマニホールド部１０ｂのＸ２側の側壁部分１０ｄに隣接して配置されている。この場合、冷媒蒸気透過膜１１は、排熱回収部１０と凝縮器２０との境界となる側壁部分１０ｄに設けられている。したがって、排熱回収部１０（マニホールド部１０ｂ）と凝縮器２０とは、冷媒蒸気透過膜１１を介して直接的に接続されている。

また、図２に示すように、冷媒蒸気透過膜１１は、上下方向（Ｚ軸方向）にシート状に延びた状態で、マニホールド部１０ｂのＸ２側の側壁部分１０ｄ（境界の一例）に取り付けられている。そして、マニホールド部１０ｂと凝縮器２０とは、冷媒蒸気透過膜１１によって隔てている。これにより、排熱回収部１０（再生器）と凝縮器２０との間に冷媒蒸気を移送するための蒸気配管は設けられていない。したがって、冷媒蒸気透過膜１１（マニホールド部１０ｂ）において分離された冷媒蒸気（高温水蒸気）は、迅速に凝縮器２０に導入されるように構成されている。

また、排熱回収部１０を構成する熱交換部１０ａは、耐腐食性を有する金属材料を用いたプレート式熱交換器からなる。また、熱交換部１０ａは、エンジン９０の排気管９１（排熱供給路９１ａ（図１参照））の途中に接続される複数のガス流路１５（破線で示す）と、吸収液が流通される複数の吸収液通路１６（破線で示す）とを有する。

この場合、図３に示すように、エンジン９０（図１参照）からの排気ガスは、熱交換部１０ａにおけるＸ１側の側面部１０ｃから矢印Ｘ２方向に沿ってガス流路１５に流入される。そして、内部で矢印Ｚ２方向に向きを変えられて熱交換部１０ａにおけるＺ２側の底面部１０ｄから排気管９１（排熱供給路９１ａ（図１参照））に排出されるように構成されている。なお、図３では、熱交換部１０ａをガス流路１５の部分でのＸ−Ｚ平面に沿った断面構造を示している。また、図２に示すように、複数の吸収液通路１６は、上流側が希液貯留領域１２に接続されるとともに下流側が濃液貯留領域１３に接続されている。そして、熱交換部１０ａでは、図３に示したガス流路１５と、図２に破線で示した吸収液通路１６とが伝熱壁１７を隔てて横方向（Ｙ軸方向）に交互に積層された構造を有する。

また、図２に示すように、吸収液通路１６は、吸収液流入口１６ａ（破線で示す）を介して希液貯留領域１２に接続されるとともに、吸収液流出口１６ｂ（破線で示す）を介して濃液貯留領域１３に接続されている。なお、吸収液流出口１６ｂは、希液貯留領域１２と濃液貯留領域１３とを隔てる隔壁１４よりも上方（Ｚ１側）の位置に設けられている。

そして、第１実施形態では、熱交換部１０ａにおいては、図２に示すように、下方側（Ｚ２側）の吸収液流入口１６ａから流入されるとともに吸収液通路１６内を往復蛇行しながら上方側（Ｚ１側）の吸収液流出口１６ｂに向かって流通される吸収液（希液）と、ガス流路１５内を流入する高温の排気ガスとが伝熱壁１７を介して熱交換されるように構成されている。この際、加熱前の吸収液（希液）が排熱回収部１０における希液貯留領域１２から熱交換部１０ａに導入されるとともに、熱交換部１０ａ内を流通して加熱された吸収液が熱交換部１０ａからマニホールド部１０ｂにおける希液貯留領域１２の上部空間（濃液貯留領域１３）に気液二相流の状態で流入される。そして濃液貯留領域１３に流入する気液二相流に含まれる冷媒蒸気が冷媒蒸気透過膜１１を透過して凝縮器２０に移動されるように構成されている。これにより、吸収式ヒートポンプ装置１００には、再生器としての排熱回収部１０を構成する熱交換部１０ａおよびマニホールド部１０ｂ（冷媒蒸気透過膜１１、希液貯留領域１２および濃液貯留領域１３）と、冷媒蒸気のみが移送されて凝縮される凝縮器２０とが一体化されて、１つの機能ユニット２５が構成されている。

なお、排熱回収部１０において熱交換部１０ａおよびマニホールド部１０ｂ（冷媒蒸気透過膜１１）が一体化されていることによって、濃液貯留領域１３の濃液が隣接する凝縮器２０に流入するのが常に遮断されている。したがって、運転制御上、濃液貯留領域１３に貯留される濃液の液面を一定のレベルに保ちながらポンプ７１および７２を作動させる必要がない。さらには、マニホールド部１０ｂ（排熱回収部１０）および凝縮器２０側の高圧圧力と吸収器４０側の圧力（真空状態）との圧力差を利用して吸収液（濃液）を濃液貯留領域１３から吸収器４０に圧送する必要もない。すなわち、吸収式ヒートポンプ装置１００では、濃液貯留領域１３に貯留される濃液の液面を液面センサなどを用いて検出することなく、ポンプ７１および７２の回転数のみで吸収液を排熱回収部１０と吸収器４０との間で循環させることが可能に構成されている。

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４参照）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３３および噴射器３４とを含む。蒸発器３０の外部には、冷媒貯留部３１ａと噴射器３４とを接続する通路３５にポンプ３６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３６により汲み上げられて噴射器３４から熱交換部３３に噴霧される。また、熱交換部３３は、容器３１の側壁部を貫通して循環水回路８５および熱交換部８６に接続されている。これにより、冷房運転時には、循環水回路８５から流入した空調用循環水は、熱交換部３３内を流通する際に熱交換部３３に噴霧された冷媒が冷媒蒸気（低温水蒸気）になる際の蒸発潜熱により冷却されて循環水回路８５に戻される。熱交換部８６では、送風機８８からの空気が熱交換器８７を流通する空調用循環水により冷却されるとともに、冷風が車内に吹き出される。

吸収器４０は、図１に示すように、吸収器４０は、内部が真空状態（絶対圧力で１ｋＰａ以下）に保たれた容器４１と、熱交換部４３と、容器４１の内部の天井部近傍に取り付けられた噴射器４４と、吸収器４０の外部に設けられた吸収液移送管路４５およびポンプ４６とを含む。また、容器４１は、吸収液（濃液に冷媒が吸収されて希釈された希液）が主に貯留される吸収液貯留部４１ｃを有する。吸収液移送管路４５は、吸収液貯留部４１ｃと噴射器４４とを接続している。これにより、吸収液貯留部４１ｃの吸収液がポンプ４６により汲み上げられて噴射器４４から熱交換部４３に向けて霧状に噴射される。したがって、冷房運転時には、蒸発器３０で発生するとともに冷媒蒸気通路５３を介して吸引された冷媒蒸気（低温水蒸気）と、噴霧された吸収液（濃液）とが、吸収器４０内で混ざり合って希液状態の吸収液（希液）が作られる。また、希液状態の吸収液は、吸収液貯留部４１ｃに貯留される。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５１に矢印Ｐ方向に循環させる。吸収液（希液）は、希液貯留領域１２から熱交換部１０ａ（吸収液通路１６）を流通して昇温されるとともに気液二相流の状態で濃液貯留領域１３に流出される。また、濃液貯留領域１３に流出した吸収液（希液）に含まれる冷媒蒸気は、冷媒蒸気透過膜１１を迅速に透過して凝縮器２０に移動される。一方、冷媒蒸気が分離された吸収液は濃液（ＬｉＢｒ濃液）となって濃液貯留領域１３に一時的に貯留される。

そして、冷媒蒸気透過膜１１で分離された冷媒蒸気が所定温度（約１００℃）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、濃液貯留領域１３に一時的に貯留されていた吸収液（ＬｉＢｒ濃液）が、吸収液通路５５および５６にも矢印Ｑ方向に流通される。また、冷媒蒸気透過膜１１で分離された冷媒蒸気は、凝縮器２０に流入される。そして、弁６４が開かれるとともに凝縮器２０で凝縮された冷媒蒸気が冷媒蒸気通路５２を介して蒸発器３０に流入される。

これにより、蒸発器３０と熱交換部８６との間を循環する空調用循環水によって車内空気が冷却される。また、熱交換部３３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、熱交換部４３に供給（噴射）された吸収液（濃液）に冷媒蒸気が吸収されて希液となり吸収液貯留部４１ｃに貯留される。吸収液貯留部４１ｃに貯留された希液は、吸収液通路５５を流通して循環通路５１に戻される。

（暖房運転時の動作）
暖房運転時には、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。すなわち、冷却水回路８０も駆動されない。また、弁６４が開かれるとともに、弁６５および６６が閉じられる。運転開始直後に循環通路５１を循環させて吸収液（希液）の昇温が行われる。そして、冷媒蒸気透過膜１１で分離された冷媒蒸気（高温水蒸気）は、単なる容器としての凝縮器２０および下流の冷媒蒸気通路５２を介して蒸発器３０（この場合は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８６を介して車内空気が暖められる。また、蒸発器３０で車内空気との熱交換によって冷やされた凝縮水は、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に還流される。第１実施形態による吸収式ヒートポンプ装置１００は、上記のように構成されている。

（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、上記のように、排熱回収部１０において、エンジン９０の排気ガスから回収された排熱を利用して熱交換部１０ａで加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を分離する冷媒蒸気透過膜１１を排熱回収部１０におけるマニホールド部１０ｂに設ける。これにより、排熱回収部１０とマニホールド部１０ｂとの間に熱回収された吸収液を移送するための配管を設ける必要がないので、加熱された吸収液に外部（系外）への熱損失を極力生じさせることなく吸収液から冷媒蒸気を分離することができる。また、排熱回収部１０にマニホールド部１０ｂを設けることによって、排熱回収部１０内にマニホールド部１０ｂが一体化される分、吸収式ヒートポンプ装置１００の高さ方向の寸法を小さくすることができるので、車両（エンジンルームなど）への搭載位置を柔軟にアレンジすることができる。これらの結果、排熱回収時の熱損失を抑制しつつ、吸収式ヒートポンプ装置１００を車両に搭載する際の機器配置に関するレイアウトの自由度を確保することができる。

また、第１実施形態では、排熱回収部１０において熱交換部１０ａより加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を凝縮器２０側に透過させる冷媒蒸気透過膜１１を有するようにマニホールド部１０ｂを構成する。これにより、冷媒蒸気透過膜１１が加熱された吸収液からの冷媒蒸気の分離機能を担うので、マニホールド部１０ｂ自体に吸収液と冷媒蒸気とを互いに分離するための大きな空間（容積部分）を設ける必要がなくなる。したがって、冷媒蒸気透過膜１１を含む排熱回収部１０（再生器）の小型化を図ることができる。また、冷媒蒸気透過膜１１を設けることによって、凝縮器２０への吸収液の流入を遮断することができるので、従来では再生器（気液分離部）および凝縮器側の圧力と吸収器側の圧力との差を利用して吸収液（濃液）を再生器から吸収器に送液（圧送）していた場合と異なり、吸収器４０と排熱回収部１０との間を循環する吸収液の流量制御をポンプ７１および７２を用いて容易に（柔軟に）行うことができる。加えて、従来では再生器（気液分離部）での吸収液の液面を一定にして凝縮器への流入を防止する制御を行っていた場合と異なり、このような液面を一定に保つ制御を省略することもできる。また、冷媒蒸気透過膜１１によって凝縮器２０への吸収液（濃液）の流入が遮断されるので、凝縮器２０を排熱回収部１０と同等の高さ位置に配置することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置１００の高さ方向の寸法をさらに小さくすることができ、車両搭載時の機器配置に関するレイアウトの自由度を向上させることができる。

また、第１実施形態では、凝縮器２０をマニホールド部１０ｂに隣接して配置するように機能ユニット２５を構成する。これにより、マニホールド部１０ｂ（冷媒蒸気透過膜１１）で分離された冷媒蒸気を迅速に凝縮器２０に導入して冷媒蒸気を凝縮（液化）させて蒸発器３０へ導入することができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置１００における冷房運転時の応答性を高く維持することができる。また、凝縮器２０と排熱回収部１０（再生器）とを一体化させることができるので、車両に搭載される吸収式ヒートポンプ装置１００のさらなる小型化を図ることができる。

また、第１実施形態では、排熱回収部１０と凝縮器２０との境界に冷媒蒸気透過膜１１を設けるように構成する。これにより、排熱回収部１０（再生器）と凝縮器２０との間に冷媒蒸気を移送するための蒸気配管を設ける必要がなくなるとともに、排熱回収部１０と凝縮器２０とを確実に一体化させることができる。したがって、吸収式ヒートポンプ装置１００の小型化を図りつつ、車両に搭載される吸収式ヒートポンプ装置１００の構成を容易に簡素化させることができる。

また、第１実施形態では、加熱前の吸収液が希液貯留領域１２から熱交換部１０ａに導入されるとともに、熱交換部１０ａ内を流通して加熱された吸収液が熱交換部１０ａからマニホールド部１０ｂにおける希液貯留領域１２の上部空間（濃液貯留領域１３）に気液二相流の状態で流入するとともに、気液二相流に含まれる冷媒蒸気が冷媒蒸気透過膜１１を透過して凝縮器２０に移動されるように構成する。これにより、再生器としての排熱回収部１０を構成するマニホールド部１０ｂ（冷媒蒸気透過膜１１）および希液貯留領域１２と、冷媒蒸気のみが移送される凝縮器２０とを一体化させて、コンパクトな機能ユニット２５を構成することができる。また、冷媒蒸気透過膜１１により冷媒蒸気が分離された後の吸収液（濃液）を希液貯留領域１２の上部の濃液貯留領域１３に一時的に貯留しつつ、冷媒蒸気が分離された吸収液（濃液）を迅速に吸収器４０に供給（送液）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における冷房運転時の応答性を高く維持することができる。

また、第１実施形態では、熱交換部１０ａにプレート式熱交換器を適用して、エンジン９０の排気ガスによる熱交換を利用して吸収液を加熱するように構成する。これにより、プレート式熱交換器を用いてエンジン９０の排熱を効率よく回収して車載用の吸収式ヒートポンプ装置１００の熱源に適用することができる。

また、第１実施形態では、希液貯留領域１２と濃液貯留領域１３とを隔てる隔壁１４よりも上方（Ｚ１側）の位置に吸収液流出口１６ｂを設ける。これにより、濃液貯留領域１３に一時的に貯留された濃液が吸収液通路１６に逆流するのを防止することができる。

また、第１実施形態では、冷媒蒸気透過膜１１をマニホールド部１０ｂと凝縮器２０との境界において上下方向（Ｚ軸方向）にシート状に延ばして配置するように機能ユニット２５を構成する。これにより、冷媒蒸気（高温水蒸気）が冷媒蒸気透過膜１１を水平方向に凝縮器２０側に透過する一方、分離された吸収液（濃液）を冷媒蒸気透過膜１１の内面（マニホールド部１０ｂ側の内面）に沿って迅速に濃液貯留領域１３に流下させることができる。したがって、加熱された吸収液から濃液を効率よく分離することができる。

［第２実施形態］
図１および図４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、冷媒蒸気透過膜２１１の配置構成を上記第１実施形態と異ならせた例について説明する。なお、図中において上記第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して図示する。

第２実施形態による吸収式ヒートポンプ装置においては、図４に示すように、機能ユニット２２５を備える。機能ユニット２２５は、排熱回収部２１０と凝縮器２２０とが一体化されて構成されている。また、排熱回収部２１０は、回収された排気ガスの熱を利用して吸収液（希液）を加熱する熱交換部１０ａと、マニホールド部２１０ｂとを含む。そして、マニホールド部２１０ｂは、冷媒蒸気透過膜２１１（気液分離部の一例）と、希液貯留領域１２と、濃液貯留領域２１３とによって構成されている。

ここで、第２実施形態では、冷媒蒸気透過膜２１１は、マニホールド部２１０ｂのＺ１側の天井部分２１０ｅ（境界の一例）に水平方向（Ｘ−Ｙ平面）にシート状に延ばされた状態で設置されている。また、凝縮器２２０は、冷媒蒸気透過膜２１１の上面と、上下方向（Ｚ軸方向）に延びるマニホールド部２１０ｂのＸ２側の側壁部分２１０ｄとに直接的に接続されるように逆さＬ字形状を有して形成されている。

これにより、加熱前の吸収液（希液）が排熱回収部２１０における希液貯留領域１２から熱交換部１０ａに（吸収液通路１６）導入されるとともに、熱交換部１０ａ（吸収液通路１６）内を流通して加熱された吸収液が熱交換部１０ａからマニホールド部２１０ｂにおける濃液貯留領域２１３に気液二相流の状態で流入するとともに、気液二相流に含まれる冷媒蒸気が冷媒蒸気透過膜２１１を透過して凝縮器２２０に移動されるように構成されている。なお、第２実施形態による吸収式ヒートポンプ装置のその他の構成は、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、上記のように、冷媒蒸気透過膜２１１をマニホールド部２１０ｂのＺ１側の天井部分２１０ｅに水平方向（Ｘ−Ｙ平面）にシート状に延ばして配置するとともに、冷媒蒸気透過膜２１１の上面に凝縮器２２０の一部を配置するように機能ユニット２２５を構成する。これにより、冷媒蒸気（高温水蒸気）が冷媒蒸気透過膜２１１を凝縮器２２０側に透過する一方、分離された吸収液（濃液）を冷媒蒸気透過膜２１１の下面（マニホールド部２１０ｂ側の内面）から迅速に下方の濃液貯留領域２１３に滴下させることができる。したがって、加熱された吸収液から濃液を効率よく分離することができる。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、熱交換部１０ａのＸ２側にマニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）を隣接配置するとともに、マニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）のＸ２側に凝縮器２０（２２０）を隣接配置したが、本発明はこれに限られない。たとえば、マニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）を中心に見た場合の熱交換部１０ａと凝縮器２０（２２０）との位置関係は、互いに直交する方向に配置されていてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、排熱回収部１０（２１０）を、構造上、熱交換部１０ａとマニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）とに分割して構成していたが、本発明はこれに限られない。すなわち、マニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）をなくすとともに、熱交換部１０ａ自体を本発明の「排熱回収部」として構成してもよい。この場合、冷媒蒸気透過膜１１（２１１）を熱交換部１０ａにおける吸収液通路１６の吸収液流出口１６ｂに直接的に設けるように構成するとともに、冷媒蒸気透過膜１１（２１１）の直前の吸収液流出口１６ｂの部分から吸収液（濃液）を吸収液循環路５１ｂに導出するように熱交換部１０ａを構成すればよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ガス流路１５と吸収液通路１６とが伝熱壁１７を隔てて横方向に交互に積層されたプレート式熱交換器を用いて熱交換部１０ａを構成したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スパイラル式熱交換器、二重管式熱交換器、および、多管式熱交換器などを用いて熱交換部１０ａ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、マニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）および凝縮器２０（２２０）を共に箱型形状にして機能ユニット２５（２２５）を構成したが、本発明はこれに限られない。マニホールド部１０ｂ（２１０ｂ）および凝縮器２０（２２０）を箱型形状以外の形状（たとえば円筒形状）にして機能ユニットを構成してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、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（希液）を加熱したが、本発明はこれに限られない。たとえば、排気ガスの熱に加えてエンジン冷却水やオイルクーラから排出される排熱を併用して吸収液の加熱熱源にしてもよい。また、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、吸収液の加熱熱源として、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ていたが、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。

１０、２１０ 排熱回収部
１０ａ 熱交換部
１０ｂ、２１０ｂ マニホールド部
１０ｄ 側壁部分（境界）
１１、２１１ 冷媒蒸気透過膜（気液分離部）
１２ 希液貯留領域（吸収液貯留部）
１３、２１３ 濃液貯留領域
２０、２２０ 凝縮器
２５、２２５ 機能ユニット
３０ 蒸発器
４０ 吸収器
１００ 吸収式ヒートポンプ装置
２１０ｅ 天井部分（境界）

Claims (5)

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、
   吸収液を加熱するための排熱を回収する排熱回収部と、
   前記排熱回収部に設けられ、前記排熱回収部により回収された排熱を利用して加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を分離する気液分離部と、を備え、
   前記排熱回収部は、回収された排熱を利用して吸収液を加熱する熱交換部を有し、
   前記熱交換部では、排熱の熱源となるガスが流れるガス流路と吸収液が流れる吸収液通路とが伝熱壁を隔てて交互に積層されており、
   前記ガス流路は、前記熱交換部の内部で向きを変えられて前記熱交換部の底面部からガスを排出するように構成されている、吸収式ヒートポンプ装置。
2. 吸収液から分離された冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器をさらに備え、
   前記気液分離部は、前記排熱回収部により加熱された吸収液に含まれる冷媒蒸気を前記凝縮器側に透過させる冷媒蒸気透過膜を有する、請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
3. 前記凝縮器は、前記気液分離部に隣接して配置されている、請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
4. 前記冷媒蒸気透過膜は、前記排熱回収部と前記凝縮器との境界に設けられている、請求項２または３に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
5. 前記排熱回収部に設けられ、加熱前の吸収液が貯留される吸収液貯留部をさらに備え、
   加熱前の吸収液が前記吸収液貯留部から前記排熱回収部に導入されるとともに、前記排熱回収部内を流通して加熱された吸収液が前記排熱回収部から前記気液分離部における前記吸収液貯留部の上部空間に気液二相流の状態で流入するとともに、前記気液二相流に含まれる冷媒蒸気が前記冷媒蒸気透過膜を透過して前記凝縮器に移動されるように構成されている、請求項２〜４のいずれか１項に記載の吸収式ヒートポンプ装置。

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