JP6686485B2 - 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冷温水機（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水機では、吸収器の内部において、各々が直管からなる伝熱管群が所定間隔を隔てて互いに平行（水平）に配置されるとともに、各伝熱管の上方に液溜まり部を有する液散布装置が配置されている。そして、液散布装置から伝熱管の表面（外表面）に滴下された吸収液に、蒸発器から供給された冷媒蒸気が吸収されて吸収液が希釈される。この際、伝熱管の表面を滴り落ちる吸収液は、冷媒蒸気が吸収液に吸収される際に吸収熱を発生する。そして、この吸収熱は、伝熱管の内部を流通する冷却水側に奪われるように構成されている。

特開２０００−１７９９８９号公報

ここで、臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液などの吸収液は一般的に表面張力が大きいので、吸収液の伝熱面に対する濡れ性は低い。したがって、上記特許文献１に記載された吸収器においては、液散布装置から伝熱管の表面に滴下された吸収液は、伝熱管の表面に沿って拡張するよりもむしろ液滴の状態のまま伝熱管の表面を流下する傾向にあると考えられる。この場合、吸収液と伝熱管の表面との接触面積（有効伝熱面積）が十分でないことに加えて、液滴状の吸収液が滞留せずに比較的速い速度で流下して伝熱管群から離脱することに起因して、伝熱管群の冷却性能を十分に得ることができないという不都合がある。また、車両などに搭載した場合に、振動などに起因して液散布装置から伝熱管への滴下が適切に行われない場合にも、伝熱管群の冷却性能が十分に得られなくなる。このため、所定の冷却性能を確保するために伝熱管の長さや本数を増やすなどして吸収器をより大型化する必要があり、その結果、吸収式ヒートポンプ装置が大型化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、熱交換器の性能を維持しつつ、装置の小型化を図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、内部に熱交換流体が流通されるとともに、吸収液または冷媒からなる溶液と熱交換流体との熱交換を行う伝熱面を含む熱交換器と、熱交換器に設けられ、熱交換器の伝熱面に溶液を供給する溶液供給部と、を備え、熱交換器は、熱交換流体が流通する内部通路を有して平板状に形成されているとともに、溶液供給部は、熱交換器の内部に設けられており、溶液供給部は、熱交換器の伝熱面に開口する溶液供給孔を含む。

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、吸収液または冷媒からなる溶液と熱交換流体との熱交換を行う伝熱面を含む熱交換器と、熱交換器に設けられ、熱交換器の伝熱面に溶液を供給する溶液供給部とを備える。これにより、伝熱面の配置方向（傾斜方向）に関係なく、熱交換器自体に設けられた溶液供給部を介して熱交換器の伝熱面に溶液を確実に供給することができるので、溶液の伝熱面への濡れ面積（熱交換流体との有効な熱交換領域）を十分に確保することができる。すなわち、溶液を十分な濡れ面積を有して熱交換流体と熱交換させることができるので、吸収器における吸収液の冷却性能、または、蒸発器における冷媒の蒸発性能を向上させることができる。換言すれば、より小型化された熱交換器を用いて従来と同等の熱交換量を得ることができる。この結果、熱交換器の性能を維持しつつ、吸収式ヒートポンプ装置の小型化を図ることができる。

また、溶液供給部が熱交換器の内部に設けられる分、溶液供給部が熱交換器の外部に突出しないので、平板状に形成された熱交換器を用いてコンパクトな吸収器または蒸発器を容易に構成することができる。また、平板状の熱交換器の伝熱面に開口する溶液供給孔を介して吸収液または冷媒からなる溶液を、熱交換器の伝熱面に確実に供給することができる。

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、溶液供給孔は、熱交換器の伝熱面に複数設けられており、複数の溶液供給孔の各々は、溶液供給孔から吐出される溶液が表面張力により伝熱面から突出するような開口径に設定されている。

このように構成すれば、各々の溶液供給孔において、溶液の表面張力を利用して熱交換器の伝熱面から溶液の表面を曲面状に突出させた状態で、溶液を一時的に保持することができる。これにより、複数の溶液供給孔の各々の出口に保持された溶液を、たとえば、ブラシ状の塗布部材などを用いて熱交換器の伝熱面全体に万遍なく塗布することができる。

上記溶液供給孔が熱交換器の伝熱面に複数設けられる構成において、好ましくは、熱交換器の伝熱面に沿って移動するとともに溶液供給部の溶液供給孔上を通過する際に伝熱面から突出する溶液供給孔内の溶液に接触することによって、毛細管現象により吸い出された溶液を伝熱面に沿って塗布するように構成された塗布部材をさらに備える。

このように構成すれば、伝熱面に設けられた複数の溶液供給孔の各々から溶液の表面張力により凸状（曲面状）に突出する溶液を、毛細管現象を利用して塗布部材側に容易に含浸させることができる。そして、溶液が含浸された状態となった塗布部材の移動を利用して、溶液を熱交換部の伝熱面に万遍なく薄膜状に塗布することができるので、溶液の伝熱面への濡れ面積（熱交換流体との有効な熱交換領域）を確実に確保することができる。また、このような効果は、伝熱面の配置方向（傾斜方向）に関係なく得られるので、本発明の吸収式ヒートポンプ装置は、車両（自動車）などへの搭載にも非常に適する。

この場合、好ましくは、複数の溶液供給孔は、塗布部材の移動経路上の熱交換器の伝熱面に設けられている。

このように構成すれば、移動経路に沿って移動する塗布部材が複数の溶液供給孔に対応した位置を通過した際に、溶液供給孔から突出する溶液を塗布部材に確実に接触させて毛細管現象により塗布部材に含浸させることができる。

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、内部に熱交換流体が流通されるとともに、吸収液または冷媒からなる溶液と熱交換流体との熱交換を行う伝熱面を含む熱交換器と、熱交換器に設けられ、熱交換器の伝熱面に溶液を供給する溶液供給部と、を備え、熱交換器は、伝熱面を対向させた状態で互いに所定の間隔を隔てて横方向に複数配置されており、溶液供給部は、各々の熱交換器が互いに隣接する一方側の伝熱面および他方側の伝熱面の両方に溶液を供給するように構成されている。

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、上記のように、熱交換器を横方向に複数配置して吸収器または蒸発器を構成する場合であっても、吸収液または冷媒からなる溶液を各々の熱交換器の両面（一方側および他方側の両方の伝熱面）から吐出（流出）させることができる。したがって、小型化された吸収器または蒸発器においても、溶液（冷媒蒸気が吸収される吸収液、または、冷媒）と熱交換流体との有効な熱交換領域を効率よく確保することができる。

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１）
すなわち、上記塗布部材をさらに備える吸収式ヒートポンプ装置において、塗布部材は、溶液供給部の溶液供給孔から溶液が熱交換器の伝熱面に沿って流下する方向と反対方向に移動して熱交換器の伝熱面に供給された溶液を伝熱面に沿って塗布するように構成されている。

（付記項２）
また、上記複数の溶液供給孔が熱交換器の伝熱面に設けられている吸収式ヒートポンプ装置において、複数の溶液供給孔は、塗布部材の移動経路上の熱交換器の伝熱面に分散して配置されている。

（付記項３）
また、上記塗布部材をさらに備える吸収式ヒートポンプ装置において、熱交換器は、円盤状に形成されており、円盤状の熱交換器の中心を回転中心として塗布部材が伝熱面に沿って回転移動されるように構成されており、複数の溶液供給孔は、塗布部材の回転半径方向に沿って熱交換器の伝熱面に開口するように配置されている。

（付記項４）
また、上記熱交換器が互いに所定の間隔を隔てて横方向に複数配置されている吸収式ヒートポンプ装置において、複数の熱交換器の各々に設けられた溶液供給部に対して共通の溶液供給路が接続されることにより、溶液が共通の溶液供給路を介して各々の熱交換器の溶液供給部に分配され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概略的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内部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濃液供給ポートの構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態における吸収器内の濃液供給ポートの構造を示した断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例における吸収器の内部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内部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５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（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を閉じるか、暖房運転時に冷媒蒸気通路５２ｂから蒸発器３０への通路を開くかが切替可能な三方弁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（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、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に向けて噴霧される。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の循環水は、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を流通する循環水によって冷却されるとともに、冷風が車内に吹き出される。

（吸収器の構造）
吸収器４０は、図２および図３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４１と、各々が平板状（円盤状）の１５個の熱交換器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体４４と、回転体４４を矢印Ｒ方向に回転させるモータ９５とを備える。また、容器４１は、吸収液（濃液に冷媒が吸収された希液）が主に貯留される吸収液貯留部４１ｃを有する。なお、図２および図３では、熱交換部４３をＸ軸方向における途中の部分でカットしてその内部構造を示しているが、実際には、容器４１とともに矢印Ｘ２方向に延びている。

熱交換部４３は、１５個の熱交換器４２がＸ軸方向に沿って等ピッチ間隔で並んでいる。この際、個々の熱交換器４２は、各々が有する伝熱面４２ｂを互いに対向させた状態で所定の間隔を隔てて横方向に配置されている、また、個々の熱交換器４２は、冷却水が流通する内部通路４２ｅ（図３参照）を有して平板状（円盤状）に形成されている。そして、熱交換部４３は、Ｚ２側の底部に配置された冷却水導入路４３ａとＺ１側の頂部に配置された冷却水導出路４３ｂとによって個々の熱交換器４２が互いに接続されている。また、個々の熱交換器４２は、回転体４４を回転させる回転軸４６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の部分でも内部通路４２ｅが内壁部４２ｄ（図３参照）により密閉されている。

また、冷却水導入路４３ａおよび冷却水導出路４３ｂは、容器４１の側壁部４１ｂ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、冷却水導入路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Ｚ２側（下側）からＺ１側（上側）に流れて冷却水導出路４３ｂに集まり冷却水循環路８１に戻される。また、吸収器４０には、吸収液（濃液）を供給する濃液供給路５５ａと、吸収液貯留部４１ｃの吸収液（吸収反応後の希液）を排出する希液排出路５６ａとが設けられている。

ここで、第１実施形態では、濃液供給路５５ａは、容器４１のＸ１側の内壁面４１ａから矢印Ｘ２方向に直線状に延びている。そして、濃液供給路５５ａと個々の熱交換器４２との接続部分に、濃液供給路５５ａから矢印Ｙ２方向に水平に分岐する濃液供給ポート４５（溶液供給部の一例）がそれぞれ設けられている。各々の濃液供給ポート４５は、熱交換器４２の内部において、Ｕ字状の内壁部４２ｄ（図３参照）により内部通路４２ｅから隔絶されたポート部屋４５ａを有する。したがって、濃液供給ポート４５（ポート部屋４５ａ）は、熱交換器４２自体に一体的に形成されている。また、ポート部屋４５ａは、熱交換器４２の縁部から矢印Ｙ２方向に沿って熱交換器４２の内部に向かって延びている。この熱交換器４２の内部に設けられた濃液供給ポート４５（ポート部屋４５ａ）は、熱交換器４２の伝熱面４２ｂに吸収液（濃液）を供給する役割を有する。

また、濃液供給ポート４５（ポート部屋４５ａ）に対応する熱交換器４２の伝熱面４２ｂの部分には、複数（熱交換器４２の片側の伝熱面４２ｂに４個×３列＝１２個）の孔部４５ｂ（溶液供給孔の一例）が形成されている。個々の孔部４５ｂは、後述するブラシ部材４７（ブラシ４９）の移動経路Ｑ（破線内側領域）上の伝熱面４２ｂに分散して配置されている。また、各列の孔部４５ｂ（４個）は、ブラシ４９の回転半径方向に沿って直線状（Ｙ軸方向）に配列された状態で伝熱面４２ｂに開口している。また、孔部４５ｂは、図４に示すように、各々の熱交換器４２の一方側（Ｘ１側）の伝熱面４２ｂおよび他方側（Ｘ２側）の伝熱面４２ｂの両方に設けられている。したがって、孔部４５ｂは、１つの熱交換器４２あたり２４個設けられており、片側１２個ずつの孔部４５ｂを介して熱交換器４２の両方の伝熱面４２ｂに吸収液（濃液）が供給されるように構成されている。

また、複数の熱交換器４２の各々に設けられた濃液供給ポート４５に対して共通の（１本の）濃液供給路５５ａが接続されている。これにより、吸収液（濃液）が共通の濃液供給路５５ａを介して各々の濃液供給ポート４５（ポート部屋４５ａ）に分配されるとともに、各々の濃液供給ポート４５（ポート部屋４５ａ）を介して、対応する熱交換器４２の伝熱面４２ｂに吸収液（濃液）が供給されるように構成されている。

また、第１実施形態では、図４に示すように、複数の孔部４５ｂの各々は、孔部４５ｂから吐出される濃液が表面張力により伝熱面４２ｂから突出するような開口径Ｄに設定されている。これにより、濃液の表面張力を利用して、各々の孔部４５ｂから吸収液（濃液）が熱交換器４２の伝熱面４２ｂに均等に吐出（流出）するように構成されている。

また、図２および図３に示すように、容器４１の側壁部４１ｂには、モータ９５（破線で示す）を収容するハウジング４１ｄが取り付けられている。なお、ハウジング４１ｄ内も真空状態に保たれており、モータ９５が側壁部４１ｂに取り付けられている。また、モータ９５には、回転軸４６（破線で示す）が接続されており、回転軸４６が各熱交換器４２の貫通部４２ａを介してＸ１側からＸ２側に延びている。なお、回転軸４６の端部４６ａ（図１参照）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４６が側壁部４１ｂを貫通する部分には、封止材９６が回転軸４６に対して摺動可能に嵌め込まれている。

また、回転体４４は、回転軸４６まわりに一対のブラシ部材４７を有しており、各々が互いに１８０°間隔で回転軸４６に取り付けられている。ブラシ部材４７は、回転軸４６から半径外側方向に延びる腕部４８と、腕部４８に対して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに向かって矢印Ｘ１方向および矢印Ｘ２方向に延びるように固定された複数本のブラシ４９（塗布部材の一例）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）が濃液供給ポート４５を介して個々の熱交換器４２の伝熱面４２ｂに供給された状態で、モータ９５の駆動とともに回転体４４を構成する各々のブラシ部材４７が伝熱面４２ｂに沿って軸線１５０まわりに矢印Ｒ方向に回転移動されるように構成されている。

また、第１実施形態では、図５に示すように、ブラシ４９が伝熱面４２ｂに沿って濃液供給ポート４５の孔部４５ｂから矢印Ｚ２方向（吸収液（濃液）が熱交換器４２の伝熱面４２ｂに沿って流下する方向）と反対の矢印Ｚ１方向（上方向）に移動しながら孔部４５ｂ上を通過する際に、ブラシ４９の毛先が伝熱面４２ｂから突出する孔部４５ｂ内の濃液（図４参照）に接触するように構成されている。そして、ブラシ４９が濃液に接触することによって、濃液が毛細管現象によりブラシ４９に吸い出されるように構成されている。すなわち、伝熱面４２ｂの孔部４５ｂから表面張力により凸形状を有して突出する濃液（図４参照）が、毛細管現象を利用してブラシ４９に容易に含浸されるとともに、ブラシ４９に含浸された濃液が矢印Ｒ方向（図３参照）に沿って伝熱面４２ｂに薄膜状に塗布されるように構成されている。これにより、伝熱面４２ｂのうち孔部４５ｂが設けられた領域よりも上方の伝熱面４２ｂの領域に濃液が確実に塗布されるようになる。

なお、伝熱面４２ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動される際に、伝熱面４２ｂ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）がブラシ４９により伝熱面４２ｂから除去される。また、熱交換済みの希液が除去された伝熱面４２ｂに、ブラシ４９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、塗布された濃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、希液となってブラシ部材４７により伝熱面４２ｂから除去されて吸収液貯留部４１ｃに落下する。

また、希液排出路５６ａは、内壁面４１ａから吸収液貯留部４１ｃ内を矢印Ｘ２方向に直線状に延びている。そして、濃液供給路５５ａおよび希液排出路５６ａは、側壁部４１ｂ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。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。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とを連通する側に切り替えられ、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に流入されて、熱交換部８６により車内空気が冷却される。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、吸収液通路５５、濃液供給路５５ａおよび濃液供給ポート４５を経由して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに吸収液（濃液）が供給されるとともに、回転移動するブラシ部材４７（複数本のブラシ４９）によって濃液が伝熱面４２ｂに塗布される。そして、伝熱面４２ｂにおいて吸収液（濃液）に冷媒蒸気が吸収されて希液となり下方に流下して吸収液貯留部４１ｃに貯留される。吸収液貯留部４１ｃに貯留された希液は、希液排出路５６ａおよび吸収液通路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。三方弁６４が気液分離部１２と蒸発器３０とを連通する側に切り替えられ、かつ、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（凝縮器の役割になる）に流入されて熱交換部８６を介して車内空気が暖められる。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、冷媒蒸気が吸収される吸収液（濃液）と冷却水との熱交換を行う伝熱面４２ｂを含む熱交換器４２と、熱交換器４２に設けられ、熱交換器４２の伝熱面４２ｂに溶液を供給する濃液供給ポート４５とを備える。これにより、伝熱面４２ｂの配置方向（傾斜方向）に関係なく、熱交換器４２自体に設けられた濃液供給ポート４５を介して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに溶液を確実に供給することができるので、吸収液（濃液）の伝熱面４２ｂへの濡れ面積（冷却水との有効な熱交換領域）を十分に確保することができる。すなわち、吸収液（濃液）を十分な濡れ面積を有して冷却水と熱交換させることができるので、吸収器４０における吸収液の冷却性能を向上させることができる。換言すれば、より小型化された熱交換器４２を用いて従来と同等の熱交換量を得ることができる。この結果、熱交換器４２の性能を維持しつつ、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、熱交換器４２を冷却水が流通する内部通路４２ｅを有して平板状（円盤状）に形成するとともに、熱交換器４２の内部に設けられた濃液供給ポート４５は、伝熱面４２ｂに開口する孔部４５ｂを有する。これにより、濃液供給ポート４５が熱交換器４２の内部に設けられる分、濃液供給ポート４５が熱交換器４２の外部に突出しないので、円盤状に形成された熱交換器４２を用いてコンパクトな吸収器４０を容易に構成することができる。また、円盤状の熱交換器４２の伝熱面４２ｂに開口する孔部４５ｂを介して吸収液（濃液）を、熱交換器４２の伝熱面４２ｂに確実に供給することができる。

また、第１実施形態では、複数の孔部４５ｂの各々を、孔部４５ｂから吐出される吸収液（濃液）が表面張力により伝熱面４２ｂから突出するような開口径Ｄに設定する。これにより、各々の孔部４５ｂにおいて、濃液の表面張力を利用して熱交換器４２の伝熱面４２ｂから濃液の表面を曲面状に突出させた状態で、濃液を一時的に保持することができる。したがって、各々の孔部４５ｂの出口に保持された濃液を、ブラシ４９を用いて伝熱面４２ｂ全体に万遍なく塗布することができる。

また、第１実施形態では、伝熱面４２ｂに沿って移動するとともに濃液供給ポート４５の孔部４５ｂ上を通過する際に伝熱面４２ｂから突出する孔部４５ｂ内の濃液に接触することによって、毛細管現象により吸い出された濃液を伝熱面４２ｂに沿って塗布するブラシ４９を備える。これにより、伝熱面４２ｂに設けられた複数の孔部４５ｂの各々から表面張力により曲面状に突出する濃液を、毛細管現象を利用してブラシ４９に容易に含浸させることができる。そして、濃液が含浸された状態となったブラシ４９の移動を利用して、濃液を熱交換器４２の伝熱面４２ｂに万遍なく薄膜状に塗布することができるので、濃液の伝熱面４２ｂへの濡れ面積（冷却水との有効な熱交換領域）を確実に確保することができる。このような効果は、伝熱面４２ｂの配置方向（傾斜方向）に関係なく得られるので、吸収式ヒートポンプ装置１００は、車両（自動車）などへの搭載にも非常に適する。

また、第１実施形態では、複数の孔部４５ｂを、ブラシ４９の移動経路Ｑ上の熱交換器４２の伝熱面４２ｂに設ける。これにより、移動経路Ｑに沿って移動するブラシ４９が複数の孔部４５ｂに対応した位置を通過した際に、孔部４５ｂから突出する吸収液をブラシ４９に確実に接触させて毛細管現象によりブラシ４９に含浸させることができる。

また、第１実施形態では、平板状（円盤状）の熱交換器４２を伝熱面４２ｂを対向させた状態で互いに所定の間隔を隔てて横方向（Ｘ軸方向）に複数配置し、各々の熱交換器４２が互いに隣接する一方側の伝熱面４２ｂおよび他方側の伝熱面４２ｂの両方に吸収液（濃液）を供給するように濃液供給ポート４５を構成する。これにより、平板状の熱交換器４２を横方向に複数配置して吸収器４０を構成する場合であっても、吸収液（濃液）を各々の熱交換器４２の一方側および他方側の両方の伝熱面４２ｂから吐出（流出）させることができる。したがって、小型化された吸収器４０においても、冷媒蒸気が吸収される吸収液（濃液）と冷却水との有効な熱交換領域を効率よく確保することができる。

また、第１実施形態では、濃液供給ポート４５の孔部４５ｂから吸収液（濃液）が熱交換器４２の伝熱面４２ｂに沿って流下する矢印Ｚ２方向と反対方向（矢印Ｚ１方向）にブラシ４９を移動させて伝熱面４２ｂに供給された濃液を伝熱面４２ｂに沿って塗布するように構成する。これにより、熱交換器４２の伝熱面４２ｂのうち孔部４５ｂが設けられた領域よりも上方の伝熱面４２ｂの領域にブラシ４９を用いて濃液を塗布することができるので、濃液の伝熱面４２ｂへの塗布面積を効果的に確保することができる。

また、第１実施形態では、複数の孔部４５ｂをブラシ４９の移動経路Ｑ上の伝熱面４２ｂに分散して配置する。これにより、吸収液（濃液）をブラシ４９の移動経路Ｑ上の熱交換器４２の伝熱面４２ｂから万遍なくブラシ４９に供給することができる。すなわち、ブラシ４９の熱交換器４２の伝熱面４２ｂとの対向領域に確実に濃液を供給することができるので、ブラシ４９による濃液の塗布面積を最大限に得ることができる。

また、第１実施形態では、熱交換器４２の中心を回転中心としてブラシ４９が伝熱面４２ｂに沿って回転移動され、複数の孔部４５ｂをブラシ４９の回転半径方向に沿って伝熱面４２ｂに開口するように配置する。これにより、回転移動するブラシ４９の回転半径方向に沿って濃液を万遍なく供給することができるので、ブラシ４９の移動経路Ｑを、冷媒蒸気が吸収される濃液と冷却水との有効な熱交換領域として活用することができる。

また、第１実施形態では、複数の熱交換器４２の各々に設けられた濃液供給ポート４５に対して共通の濃液供給路５５ａを接続することにより、濃液が共通の濃液供給路５５ａを介して各々の熱交換器４２の濃液供給ポート４５に分配されるように構成する。これにより、平板状の熱交換器４２を横方向に複数配置して吸収器４０を構成する場合であっても、１本の濃液供給路５５ａを介して濃液を各々の熱交換器４２の伝熱面４２ｂに容易に供給することができるので、吸収器４０の内部構造を簡素化させることができる。

［第１実施形態の変形例］
図６を参照して、第１実施形態の変形例について説明する。この第１実施形態の変形例では、１個の熱交換器１４２あたりの「溶液供給部」の個数を増加させた例を説明する。

図６に示すように、吸収器１４０には、１５個の熱交換器１４２がＸ軸方向に沿って等ピッチ間隔で配置された熱交換部１４３が設けられている。そして、各々の熱交換器１４２には、２箇所に濃液供給ポート１４５および１４６（溶液供給部の一例）が設けられている。すなわち、個々の熱交換器１４２は、水平方向におけるＹ１側において濃液を供給する濃液供給路２５５ａと、Ｙ２側において濃液を供給する濃液供給路２５５ｂとによって互いに接続されている。濃液供給路２５５ａには、個々の熱交換器１４２に対応する部分に濃液供給ポート１４５が設けられるとともに、濃液供給路２５５ｂには、個々の熱交換器１４２に対応する部分に濃液供給ポート１４６が設けられている。したがって、冷房運転時においては、濃液が濃液供給ポート１４５および１４６を介して個々の熱交換器１４２の伝熱面１４２ｂに供給された状態で、モータ９５の駆動とともに各々のブラシ部材４７が伝熱面１４２ｂ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。

（第１実施形態の変形例の効果）
第１実施形態の変形例では、上記のように、複数の熱交換器１４２の各々に設けられた濃液供給ポート１４５に対して共通の濃液供給路２５５ａを接続し、かつ、濃液供給ポート１４６に対して共通の濃液供給路２５５ｂを接続することにより、濃液が濃液供給路２５５ａおよび２５５ｂの各々を介して各熱交換器１４２の濃液供給ポート１４５および１４６に分配されるように構成する。これにより、平板状の熱交換器１４２を横方向に複数配置して吸収器１４０を構成する場合であっても、濃液供給路２５５ａおよび２５５ｂの各々を介して濃液を伝熱面１４２ｂに効率よく供給することができる。

［第２実施形態］
図１、図３および図７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（図２参照）と同様の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（図１参照）では、図７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）および回転体２３４を含む蒸発器２３０を備える。

（蒸発器の構造）
図７に示すように、蒸発器２３０は、１０個の熱交換器２３２を含む熱交換部２３３と、熱交換器２３２間に配置された回転体２３４と、回転体２３４を矢印Ｒ方向に回転させるモータ９８とを備える。熱交換部２３３は、下部（Ｚ２側）と上部（Ｚ１側）とにおいて、各々の熱交換器２３２に接続された空調用循環水（熱交換流体の一例）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、蒸発器２３０には、冷媒（凝縮水）を供給する冷媒通路５４と、暖房運転時に冷媒を循環通路５１に戻す冷媒供給路５７とが容器２３１の側壁部２３１ｂを貫通して設けられている。なお、冷媒通路５４の熱交換器２３２への接続構造は、吸収器４０の場合の濃液供給路５５ａ（図３参照）と同様である。

ここで、第２実施形態では、冷媒通路５４と個々の熱交換器２３２との接続部分に、冷媒通路５４から矢印Ｙ２方向に分岐する冷媒供給ポート２３５（溶液供給部の一例）が設けられている。各々の冷媒供給ポート２３５は、熱交換器２３２内でＵ字状の内壁部２３２ｄにより内部通路２３２ｅから隔絶されたポート部屋２３５ａを有する。したがって、冷媒供給ポート２３５は、熱交換器２３２に一体的に形成されている。この熱交換器２３２の内部に設けられた冷媒供給ポート２３５は、熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに冷媒（水）を供給する役割を有する。

また、冷媒供給ポート２３５（ポート部屋２３５ａ）に対応する熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂの部分には、複数（片側の伝熱面２３２ｂに４個×３列＝１２個）の孔部２３５ｂ（溶液供給孔の一例）が形成されている。個々の孔部２３５ｂは、ブラシ部材４７（ブラシ４９）の移動経路Ｑ上の伝熱面２３２ｂに分散して配置されている。また、孔部２３５ｂは、各々の熱交換器２３２の一方側（Ｘ１側）の伝熱面２３２ｂおよび他方側（Ｘ２側）の伝熱面２３２ｂの両方に設けられており、両方の伝熱面２３２ｂに冷媒が供給されるように構成されている。また、複数の孔部２３５ｂの各々は、孔部２３５ｂから吐出される冷媒が表面張力により伝熱面２３２ｂから突出するような開口径Ｄに設定されている。

したがって、冷房運転時には、凝縮器２０（図１参照）で凝縮された冷媒（凝縮水）が冷媒通路５４および冷媒供給ポート２３５を流通して蒸発器２３０における熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに供給された状態で、モータ９８の駆動とともに各々のブラシ部材４７が伝熱面２３２ｂに沿って矢印Ｒ方向に回転移動される。この際、ブラシ４９が冷媒供給ポート２３５の孔部２３５ｂ上を通過する際に伝熱面２３２ｂから突出する孔部２３５ｂ内の冷媒に接触する。そして、毛細管現象によりブラシ４９に吸い出された冷媒が伝熱面２３２ｂに沿って塗布される。また、ブラシ４９自身も冷媒貯留部２３１ｃに貯留された冷媒（凝縮水）を汲み上げて伝熱面２３２ｂに薄く塗布される。容器２３１内は真空状態なので冷媒が熱交換器２３２内の空調用循環水から蒸発潜熱を奪いながら蒸発して低温水蒸気になる。そして、蒸発した冷媒蒸気（低温水蒸気）は、容器２３１に接続された冷媒蒸気通路５３を介して吸収器４０（図３参照）に吸引される。

そして、吸収器４０（図３参照）では、濃液供給路５５ａおよび濃液供給ポート４５を経由して熱交換器４２の伝熱面４２ｂに吸収液（濃液）が供給されるとともに、回転移動するブラシ部材４７によって濃液が伝熱面４２ｂに塗布される。そして、伝熱面４２ｂにおいて吸収液（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に貯留され循環通路部５１に戻される。なお、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、熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに冷媒を供給する冷媒供給ポート２３５を熱交換器２３２に設ける。これにより、伝熱面２３２ｂの配置方向に関係なく熱交換器２３２自体に設けられた冷媒供給ポート２３５を介して伝熱面２３２ｂに冷媒を確実に供給することができるので、冷媒の伝熱面２３２ｂへの濡れ面積（空調用循環水との有効な熱交換領域）を十分に確保することができる。すなわち、冷媒を十分な濡れ面積を有して空調用循環水と熱交換されるので、冷媒の蒸発性能を向上させることができる。この結果、熱交換器２３２の性能を維持しつつ、吸収式ヒートポンプ装置２００の小型化を図ることができる。

また、第２実施形態では、吐出される冷媒の表面張力により伝熱面２３２ｂから突出するように孔部２３５ｂの開口径Ｄに設定する。これにより、各々の孔部２３５ｂにおいて、冷媒の表面張力を利用して伝熱面２３２ｂから冷媒の表面を曲面状に突出させた状態で、冷媒を一時的に保持することができる。したがって、各々の孔部２３５ｂの出口に保持された冷媒を、ブラシ４９を用いて伝熱面２３２ｂ全体に万遍なく塗布することができる。

また、第２実施形態では、熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに沿って移動するとともに冷媒供給ポート２３５の孔部２３５ｂ上を通過する際に伝熱面２３２ｂから突出する孔部２３５ｂ内の冷媒に接触することによって、毛細管現象により吸い出された冷媒を伝熱面２３２ｂに沿って塗布するブラシ４９を備える。これにより、孔部２３５ｂから表面張力により凸形状を有して突出する冷媒を毛細管現象を利用してブラシ４９に容易に含浸させることができる。そして、冷媒が含浸されたブラシ４９の移動を利用して、冷媒を伝熱面２３２ｂに万遍なく薄膜状に塗布することができるので、冷媒の伝熱面２３２ｂへの濡れ面積（空調用循環水との有効な熱交換領域）を確実に確保することができる。

また、第２実施形態では、各々の平板状（円盤状）の熱交換器２３２の隣接する一方側および他方側の伝熱面２３２ｂの両方に冷媒を供給するように冷媒供給ポート２３５を構成する。これにより、平板状の熱交換器２３２を横方向に複数配置して蒸発器２３０を構成する場合であっても、冷媒を熱交換器２３２の両面（両方の伝熱面２３２ｂ）から吐出）させることができる。したがって、小型化された蒸発器２３０においても、冷媒と空調用循環水との有効な熱交換領域を効率よく確保することができる。

また、第２実施形態では、複数の熱交換器２３２の各々に設けられた冷媒供給ポート２３５に対して共通の冷媒通路５４を接続することにより、冷媒が共通の冷媒通路５４を介して各々の熱交換器２３２の冷媒供給ポート２３５に分配されるように構成する。これにより、１本の冷媒通路５４を介して冷媒を各々の熱交換器２３２の伝熱面２３２ｂに容易に供給することができるので、蒸発器２３０の内部構造を簡素化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実施形態では、ポート部屋４５ａを熱交換器４２内の内壁部４２ｄにより内部通路４２ｅから隔絶して熱交換器４２に一体的に形成し、上記第２実施形態では、ポート部屋２３５ａを熱交換器２３２内の内壁部２３２ｄにより内部通路２３２ｅから隔絶して熱交換器２３２に一体的に形成したが、本発明はこれに限られない。濃液供給ポート４５（冷媒供給ポート２３５）を熱交換器４２（２３２）とは完全に別部品として構成しておき、熱交換部４３（２３３）の組み立て時に互いに組み合わせてもよい。

また、上記第１実施形態では、濃液供給ポート４５を有する濃液供給路５５ａを熱交換器４２の高さ方向（Ｚ軸方向）の中央部に配置したが、本発明はこれに限られない。すなわち、吸収液貯留部４１ｃよりも上方であるならば、濃液供給路５５ａを熱交換器４２の高さ方向の中央部以外の位置に配置してもよい。なお、上記第２実施形態の冷媒通路５４についても、上記した構成（変形例）と同様に構成してもよい。

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。

３０、２３０ 蒸発器
４０、１４０ 吸収器
４２、１４２、２３２ 熱交換器
４２ｂ、１４２ｂ、２３２ｂ 伝熱面
４２ｅ、２３２ｅ 内部通路
４５、１４５、１４６ 濃液供給ポート（溶液供給部）
４５ｂ、２３５ｂ 孔部（溶液供給孔）
４９ ブラシ（塗布部材）
５４ 冷媒通路（溶液供給路）
５５ａ濃液供給路（溶液供給路）
１００、２００ 吸収式ヒートポンプ装置
２３５ 冷媒供給ポート（溶液供給部）

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、
   内部に熱交換流体が流通されるとともに、吸収液または冷媒からなる溶液と前記熱交換流体との熱交換を行う伝熱面を含む熱交換器と、
   前記熱交換器に設けられ、前記熱交換器の伝熱面に前記溶液を供給する溶液供給部と、を備え、
   前記熱交換器は、前記熱交換流体が流通する内部通路を有して平板状に形成されているとともに、前記溶液供給部は、前記熱交換器の内部に設けられており、
   前記溶液供給部は、前記熱交換器の伝熱面に開口する溶液供給孔を含む、吸収式ヒートポンプ装置。
2. 前記溶液供給孔は、前記熱交換器の伝熱面に複数設けられており、
   複数の前記溶液供給孔の各々は、前記溶液供給孔から吐出される前記溶液が表面張力により前記伝熱面から突出するような開口径に設定されている、請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
3. 前記熱交換器の伝熱面に沿って移動するとともに前記溶液供給部の溶液供給孔上を通過する際に前記伝熱面から突出する前記溶液供給孔内の溶液に接触することによって、毛細管現象により吸い出された前記溶液を前記伝熱面に沿って塗布するように構成された塗布部材をさらに備える、請求項２に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
4. 複数の前記溶液供給孔は、前記塗布部材の移動経路上の前記熱交換器の伝熱面に設けられている、請求項３に記載の吸収式ヒートポンプ装置。
5. 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、
   内部に熱交換流体が流通されるとともに、吸収液または冷媒からなる溶液と前記熱交換流体との熱交換を行う伝熱面を含む熱交換器と、
   前記熱交換器に設けられ、前記熱交換器の伝熱面に前記溶液を供給する溶液供給部と、を備え、
   前記熱交換器は、前記伝熱面を対向させた状態で互いに所定の間隔を隔てて横方向に複数配置されており、
   前記溶液供給部は、各々の前記熱交換器が互いに隣接する一方側の伝熱面および他方側の伝熱面の両方に前記溶液を供給するように構成されている、吸収式ヒートポンプ装置。

Images