JPH06100403B2 - 空冷吸収式ヒ−トポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、空冷形吸収式ヒートポンプに係り、冷房運
転，ヒートポンプ運転，ボイラ運転ができる構成に関す
る。

〔発明の背景〕

従来の室外空気を熱源とする、水冷媒吸収式ヒートポン
プは、特開昭58−8960,特開昭58−8961号に記載のよう
に、フロンやアンモニアを冷媒とした空冷形のヒートポ
ンプと水冷媒のヒートポンプを結合させる。また、特開
昭58−164963,特開昭58−164964号に記載のように、水
冷媒のサイクルを低濃度の低温サイクルと高濃度の高温
サイクルに分けて並設し、室外熱交換器で室外空気から
吸熱し、別の熱媒で低温サイクルに熱を移動させてい
る。この場合、機械が複雑で大きくなり、また別の熱媒
体を使うので熱効率がよくない、またその熱媒体を作動
させるのにエネルギを必要とするので全体の熱効率をわ
るくする、さらに室外空気温度が低いとき暖房能力は低
下し、かつ室外熱交換器に着霜が起る、という問題点が
あつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、室外空気温度によつて、冷房運転、ヒ
ートポンプ運転による暖房、ボイラ運転による暖房でき
る空冷吸収式ヒートポンプを提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は蒸発器、空冷吸収器、低温再生器、高温再生器
及び凝縮器を備え、冷房時は室外空気に放熱し、暖房時
は室外空気から吸熱する空冷吸収式ヒートポンプにおい
て、前記凝縮器を空冷凝縮器と水冷凝縮器とで構成して
これら空冷凝縮器と水冷凝縮器とを前記低温再生器に冷
媒蒸気流路で接続し、この冷媒蒸気流路に冷房時には冷
媒蒸気を前記空冷凝縮器へ流し暖房時には冷媒蒸気を前
記水冷凝縮器へ流すためのダンパを設け、前記蒸発器は
前記空冷吸収器に直結して配置し、前記水冷凝縮器を出
る液冷媒と前記低温再生器を出る液冷媒とを合流させる
ための配管を設け、前記空冷吸収器に流れる液冷媒と暖
房時に発生する温水とを熱交換するための熱交換器を前
記水冷凝縮器及び前記低温再生器と前記空冷吸収器と前
記蒸発器との間に設け、液冷媒の一部を前記空冷吸収器
へ流し、残りの液冷媒を前記蒸発器へ流して前記空冷吸
収器と前記蒸発器とに流す液冷媒の量を室外空気温度、
蒸発器の溶液温度、濃度及び圧力、吸収器の冷媒温度及
び圧力のいずれかを検出して制御するための制御手段を
設け、前記空冷吸収器及び蒸発器に高温再生器の濃溶液
を冷房時もしくは暖房時に流す配管を切換手段を介して
設け、冷房時には低温再生器の冷媒蒸気を空冷凝縮器へ
流し、前記切換手段によって濃溶液を空冷吸収器内に散
布しながら空冷吸収器及び空冷凝縮器から室外に放熱し
て蒸発器から冷水を得るようにし、暖房時には低温再生
器の冷媒蒸気を水冷凝縮器に流し、前記制御手段によっ
て空冷吸収器と蒸発器とへ流す液冷媒の量を室外空気温
度、蒸発器の溶液温度、濃度及び圧力、吸収器の冷媒温
度及び圧力によって制御し、前記切換手段によって濃溶
液を蒸発器内に散布しながら、ら、前記蒸発器を吸収器
として用い前記空冷吸収器を空冷蒸発器として用いて空
冷吸収器で室外空気から吸熱し、水冷凝縮器、熱交換器
及び蒸発器から温水を得るようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明のヒートポンプ運転の実施例を第１図により説明
する第１図に示すように、空冷吸収式ヒートポンプは、
高温再生器2,低温再生器3,凝縮器4,蒸発器5,吸収器6,溶
液熱交換器7,バーナ9,溶液ポンプ10,冷媒ポンプ12,第二
凝縮器80,熱交換器121により構成される。

暖房運転の場合、第二凝縮器80の蒸気入口部81は開にな
り、冷媒蒸気流路15は閉になるようにダンパ82を位置づ
ける。

高温再生器２の臭化リチウム水溶液はバーナ９により加
熱され、冷媒蒸気を発生し溶液は凝縮される。発生され
た冷媒蒸気は、冷媒ライン13を通つて低温再生器３の加
熱管14に流入する。低温再生器３の臭化リチウム水溶液
は、加熱管14の冷媒蒸気により加熱され、ここでも冷媒
蒸気を発生する。ここで、加熱管14の冷媒蒸気は液化
し、臭化リチウム水溶液は濃縮する。

低温再生器３で発生した冷媒蒸気は、蒸気入口部81から
第二凝縮器80に入る。第二凝縮器80には温水管83があ
り、冷媒蒸気は温水管83の温水に凝縮熱を放出して液化
し、冷房ライン108を通つて、冷媒ライン16に合流す
る。

一方、低温再生器３で液化した冷媒は、冷媒ライン16で
冷媒ライン108と合流し、冷媒ライン122,123に分流され
る。冷媒ライン122の冷媒は熱交換器121に入り、そこで
温水と熱交換し、冷媒ライン124から、溶液ポンプ10,濃
溶液ライン92を流れる液冷媒と合流し吸収器６の散布器
30に入る。また、冷媒ライン123の液冷媒は、蒸発器５
に流入する。

吸収器６の散布器30に入つた液冷媒は、吸収器６に散布
される。散布された液冷媒は、垂直管28の管壁にそつて
流下しながら、フアン19及び20により管外を流れる室外
空気から熱をうばつて蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は冷
媒流路48を通つて蒸発器５に流れ、蒸発し切れなかつた
液冷媒は、溶液ポンプ10,濃溶液ライン92で冷媒ライン1
24の液冷媒と合流する。吸収器６のフイン28には、熱伝
達を向上させるために、スリツトを設ける。さらに、垂
直管28内には、らせん板又は詰めもの（図示せず）を入
れ、フイン又は溝（図示せず）を設けて、管内熱伝達を
向上させる。

蒸発器５の冷水管22には温水が流れており、散布器23か
らは濃溶液が散布される。この濃溶液は冷水管22上を流
下しながら、吸収器６からの冷媒蒸気を吸収し、その吸
収熱は冷水管22の温水に放出して希溶液となる。希溶液
は冷媒だめ24から、冷媒ポンプ12により、希溶液ライン
36を流れる。また、蒸発器５には、冷媒ライン123から
液冷媒が流下しており、蒸発器での臭化リチウムの結晶
防止と、液冷媒のもつ顕熱を温水で回収する。

一方、希溶液ライン36の希溶液は、溶液熱交換器７で予
熱され、分流して希溶液ライン38から低温再生器３に入
る。さらに残りの希溶液は、溶液熱交換器７で予熱さ
れ、希溶液ライン39から高温再生器２に流入する。

高温再生器２の濃溶液は、濃溶液ライン40から溶液熱交
換器７に入り、希溶液を加熱しながら自らは冷却し、低
温再生器３から濃溶液ライン42を通つて溶液熱交換器７
の中間部に流入した濃溶液と合流し、さらに希溶液を加
熱し、希溶液ライン90,冷媒ライン21から散布器23に流
れる。

一方、温水は、冷温水入口101から冷水ライン103を通つ
て冷水管22に入り、そこで加熱され、冷水ライン104、
温水ライン125から熱交換器121でまた加熱され、温水ラ
イン113から温水管83に入つてさらに加熱され、温水ラ
イン114を通つて冷温水出口102から出る。

このようにして、室外空気を熱源とするヒートポンプが
実現し、バーナ９による燃焼熱と室外空気からくみ上げ
た熱とが温水として有効に利用できる。

このヒートポンプ運転のさいポイントになるのは、冷媒
ライン122と123との分流の度合いである。冷媒ライン12
2への流量は、冷温水入口101からの温水温度が低いか又
は、吸収器６を通る室外空気温度が高い場合は多く、逆
に温水温度が高いか又は、室外空気温度が低い場合は少
なくする。さらに室外空気温度が低下して吸収器６にお
いて冷媒が凍結しそうになつた場合は、冷媒ライン122
の流量はゼロにする。

このように、ヒートポンプ運転を可能にする必要条件
は、蒸発器５での冷媒蒸気圧が、吸収器６でのそれより
小さいことである。したがつて、蒸発器５での溶液の温
度，濃度と圧力、又吸収器６での冷媒の温度と圧力、さ
らには蒸発器５での温水の温度と流量及び室外空気温度
などのうち、いくつかを検出し、蒸発器５での冷媒蒸気
圧が吸収器６でのそれより小さくなるように、冷媒ライ
ン122の流量を制御する。もし、蒸発器５と吸収器６と
の蒸気圧差が逆転するような場合、それに吸収器６で冷
媒の蒸発が起らないような場合には、冷媒ライン122の
流量は零になる。

このような運転をするために、冷媒ライン122には流量
制御器（図示せず）を設ける。

冷媒ライン122の流量が零になると、ヒートポンプ運転
は不能になり、暖房サイクルとしては高温再生器２で、
バーナ９からの入熱エネルギが、冷温水入口101からの
温水に与えられ、温水は昇温して冷温水出口102から出
ることになる。したがつて、ボイラ運転になる。

次に、本発明の冷房運転の実施例を図２により説明す
る。第１図と構成は同じである。冷房運転の場合、冷媒
流路15が開になるようにダンパ82は切換わる。ここで、
ヒートポンプ運転時との冷房ライン，濃溶液ライン，希
溶液ライン，冷温水ラインにおける切換器は省略する。
また、冷房運転に不要な機器も省略する。第２図におい
て、高温再生器２の臭化リチウム水溶液は、バーナ９に
より加熱され、冷媒蒸気を発生し、溶液は濃縮される。
発生した冷媒蒸気は、冷媒ライン13を通つて低温再生器
３の加熱管14に流入する。低温再生器３の臭化リチウム
水溶液は、加熱器14の冷媒蒸気により加熱され、ここで
も冷媒蒸気を発生する。ここで、加熱管14の冷媒は液化
し、臭化リチウム水溶液は濃縮する。

低温再生器３で発生した冷媒蒸気は、冷媒流路15から凝
縮器４に入り、一方、液化した冷媒は冷媒ライン16を通
つて冷媒ライン17の冷媒と合流する。凝縮器４には管外
にフイン18があり、フアン19及び20により室外空気がこ
のフイン18を通して流れるため、凝縮器４内の冷媒蒸気
は冷却され、液化する。液冷媒は冷媒ライン17から、冷
媒ライン16の液冷媒と合流し蒸発器５に流入する。

蒸発器５に入つた液冷媒は、冷媒だめ24から冷媒ライン
25,冷媒ポンプ12,冷媒ライン21を通つて散布器23に流れ
る。

蒸発器５内には冷水パイプ22があり、液冷媒は散布器23
から冷水パイプ22上に散布される、蒸発器５内は減圧下
に保たれているので、液冷媒は蒸発し、その潜熱は冷水
パイプ内の冷水からうばう。蒸発し切れなかつた液冷媒
は、冷媒だめ24にたまり、冷媒ライン25,冷媒ポンプ12
から再び冷媒ライン21に戻る。ここで蒸発した冷媒蒸気
は、冷媒流路48を通つて吸収器６に流入する。

吸収器６は垂直管28及び管外にあるフイン29で構成され
ている。

また、垂直管28の上部には散布器30があり、溶液熱交換
器７から出た濃溶液は、濃溶液ライン90,92を通つて散
布器30から散布される。散布された濃溶液は、垂直管28
の管壁にそつて流下しながら管外を流れる室外空気によ
り冷却され、水蒸気圧は下がる。そこで、蒸発器５から
の冷媒蒸気を吸収して希溶液になる。

吸収器６を出た希溶液は、溶液ポンプ10により、希溶液
ライン36に流れ、溶液熱交換器７で予熱され、分流して
希溶液ライン38から低温再生器３に入る。さらに残りの
希溶液は、溶液熱交換器７で予熱され、希溶液ライン39
から高温再生器２に流入する。

一方、高温再生器２の濃溶液は、濃溶液ライン40から溶
液熱交換器７に入り、希溶液を加熱しながら自らは冷却
し、低温再生器３から濃溶液ライン42を通つて溶液熱交
換器７の中間部に流入した濃溶液と合流し、さらに希溶
液を加熱し、希溶液ライン90に流れる。

一方、冷水は、冷温水入口101から冷水ライン103を通つ
て冷水管22に入り、そこで冷却されて冷水ライン104を
通つて冷温水出口102から出る。

このように本発明によれば、冷房運転及び暖房運転が実
現でき、とくに暖房運転時には室外空気温度やサイクル
作動点から、ヒートポンプ運転とボイラ運転とが自動的
に切換わる。

なお、冷房運転とヒートポンプ運転とを切換えるさい、
冷媒ラインに溶液が混入して不具合が起る場合は、適
宜、しばらくの時間元の運転に切換える。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、空冷の吸収式冷温水機が
できるので、次の効果がある。

(1)冷却水が不要なので、水確保の制約がない。

(2)冷却塔、ポンプなど冷却水素装置が不要。

(3)冷却水配管工事が不要なので据付容易。

(4)冷却水の凍結，水漏れ，腐食などトラブルがなくな
り、信頼性，耐久性が向上する。

また、室外空気熱源のヒートポンプ運転ができるので、 (5)暖房成績係数が向上し、省エネルギになる。

さらに、室外空気温度が低い場合はボイラ運転ができる
ので、 (6)暖房能力が確保される。

(7)常に高温水が得られる。

(8)室外熱交換器に着霜が起らない。

なお、ヒートポンプ運転とボイラ運転とは自動的に切換
わるので操作性がよくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の暖房運転の実施例の系統図、第２図は
本発明の冷房運転の実施例の系統図を示す。 ２……高温再生器、３……低温再生器、４……凝縮器、
５……蒸発器、６……吸収器、７……溶液熱交換器、９
……バーナ、10……溶液ポンプ、12……冷媒ポンプ、13
……冷媒ライン、14……加熱管、15,16,17……冷媒ライ
ン、18……フイン、19,20……フアン、21……冷媒ライ
ン、22……冷水管、23……散布器、24……冷媒だめ、25
……冷媒ライン、28……垂直管、29……フイン、30……
散布器、36,38,39……希溶液ライン、40,42……濃溶液
ライン、48……冷媒流路、80……第二凝縮器、81……蒸
気入口部、82……ダンパ、83……温水管、90,92……濃
溶液ライン、101……冷温水入口、102……冷温水出口、
103,104……冷水ライン、113,114…温水ライン、121…
…熱交換器、122,123……冷媒ライン、124……冷媒ライ
ン、125……温水ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 功刀 能又 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大内 富久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 審査官 上原 徹

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器、空冷吸収器、低温再生器、高温再
   生器及び凝縮器を備え、冷房時は室外空気に放熱し、暖
   房時は室外空気から吸熱する空冷吸収式ヒートポンプに
   おいて、前記凝縮器を空冷凝縮器と水冷凝縮器とで構成
   してこれら空冷凝縮器と水冷凝縮器とを前記低温再生器
   に冷媒蒸気流路で接続し、この冷媒蒸気流路に冷房時に
   は冷媒蒸気を前記空冷凝縮器へ流し暖房時には冷媒蒸気
   を前記水冷凝縮器へ流すためのダンパを設け、前記蒸発
   器は前記空冷吸収器に直結して配置し、前記水冷凝縮器
   を出る液冷媒と前記低温再生器を出る液冷媒とを合流さ
   せるための配管を設け、前記空冷吸収器に流れる液冷媒
   と暖房時に発生する温水とを熱交換するための熱交換器
   を前記水冷凝縮器及び前記低温再生器と前記空冷吸収器
   と前記蒸発器との間に設け、液冷媒の一部を前記空冷吸
   収器へ流し、残りの液冷媒を前記蒸発器へ流して前記空
   冷吸収器と前記蒸発器とに流す液冷媒の量を室外空気温
   度、蒸発器の溶液温度、濃度及び圧力、吸収器の冷媒温
   度及び圧力のいずれかを検出して制御するための制御手
   段を設け、前記空冷吸収器及び蒸発器に高温再生器の濃
   溶液を冷房時もしくは暖房時に流す配管を切換手段を介
   して設け、冷房時には低温再生器の冷媒蒸気を空冷凝縮
   器へ流し、前記切換手段によって濃溶液を空冷吸収器内
   に散布しながら空冷吸収器及び空冷凝縮器から室外に放
   熱して蒸発器から冷水を得るようにし、暖房時には低温
   再生器の冷媒蒸気を水冷凝縮器に流し、前記制御手段に
   よって空冷吸収器と蒸発器とへ流す液冷媒の量を室外空
   気温度、蒸発器の溶液温度、濃度及び圧力、吸収器の冷
   媒温度及び圧力によって制御し、前記切換手段によって
   濃溶液を蒸発器内に散布しながら、前記蒸発器を吸収器
   として用い前記空冷吸収器を空冷蒸発器として用いて空
   冷吸収器で室外空気から吸熱し、水冷凝縮器、熱交換器
   及び蒸発器から温水を得るようにしたことを特徴とする
   空冷吸収式ヒートポンプ。