JPH0697127B2

JPH0697127B2 - 空冷吸収式ヒ−トポンプ

Info

Publication number: JPH0697127B2
Application number: JP60008986A
Authority: JP
Inventors: 能文功刀; 滋郎杉本
Original assignee: Hitachi Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1985-01-23
Filing date: 1985-01-23
Publication date: 1994-11-30
Anticipated expiration: 2009-11-30
Also published as: JPS61168758A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕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。

〔従来の技術〕

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号公報，特開昭58−8961号公報に
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号公報，特開昭58−164964号公
報の記載のように、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。

又、特開昭57−198969号公報には、稀吸収液を加熱器で
加温することにより吸収液から冷媒を分離するようにし
た発生器，空冷凝縮器と水冷凝縮器とから構成された凝
縮器，冷房時に蒸発器となるよう切替使用される空気熱
交換器，水管を内蔵し冷房時に蒸発器，暖房時に吸収器
となるよう切替使用される水熱交換器，発生器に戻る低
温の稀吸収液と発生器から吸収器側に送出される高温の
吸収液とを熱交換し稀吸収液の予熱，吸収液の予冷をす
る熱交換器，精溜器，凝縮器で凝縮した液冷媒を減圧し
て蒸発器側に供給する減圧装置，熱交換器で生じる稀吸
収液を発生器に還流する吸収液ポンプ、冷水供給時と温
水供給時に切替えられる冷媒切替弁，吸収液切替弁及び
水切替弁を備えた吸収冷温水機が開示されている。

又、特公昭52−39508号公報には、内部に加熱室を備え
た二重胴の高圧発生器，低圧発生器，高温液体熱交換器
及び凝縮器を区画形成する上部胴，蒸発器及び吸収器を
区画形成する下部胴，低温液体熱交換器で前記各要素を
配管接続して冷凍サイクルを構成し、高圧発生器と発生
器より低圧発生器を経て凝縮器に接続される冷媒導入管
との間に設けた温水用熱交換器，冷媒液循環路と吸収液
循環路に設けた冷媒ポンプと吸収液ポンプを備え、冷媒
導入管の低圧発生器への入口側と吸収器の下方に設けた
吸収液ポンプの出口側を冷暖切換弁を有する稀吸収液導
管で接続すると共に冷媒導入管の低圧発生器からの出口
側と吸収器を冷暖切換弁を有する吸収液戻り管で接続し
て冷凍サイクルを構成する吸収液循環路とは別個の稀吸
収液循環路を形成するようにしている吸収冷温水機が開
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記特開昭58−8960号公報，特開昭58−8961号公報，特
開昭58−164963号公報，特開昭58−164964号公報に記載
の従来技術は、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悪
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、という問題があっ
た。

又、特開昭57−198969号公報に記載のものでは、暖房時
には、空冷凝縮器にも高温度の冷媒ガスが流れて、自然
放熱されるので効率が悪くなるという欠点がある。

又、特公昭52−39508号公報に記載のものでは、単に高
圧発生器で発生した冷媒蒸気を直接温水用熱交換器に導
入しているのみであるので、外気から吸熱できないとい
う欠点がある。

本発明の目的は、室外空気温度によって、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がで
きる効率のよい空冷吸収式ヒートポンプを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の空冷吸収式ヒート
ポンプは、冷房時室外空気に放熱し、暖房時室外空気か
ら吸熱する吸収式ヒートポンプにおいて、再生器と、冷
房用の空冷形凝縮器と、暖房用の水冷形凝縮器と、前記
再生器から前記空冷形凝縮器への第１の蒸気入口部と前
記再生器から前記水冷形凝縮器への第２の蒸気入口部の
開閉を切換えるダンパと、蒸発器と、空冷吸収器と、そ
れらの機器の流路を切換える切換器を備え、冷房時に
は、前記ダンパを第１の蒸気入口部が開となるように切
換え、前記空冷形凝縮器及び空冷吸収器から室外空気に
放熱し前記蒸発器内を水を循環させることにより冷水を
得、暖房時には、前記ダンパを第２の蒸気入口部が開と
なるように切換えるとともに前記切換器を切換えて空冷
吸収器に室外空気から吸熱し前記蒸発器内及び水冷形凝
縮器内を水を循環させることにより温水を得るように構
成したことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記のように構成しているので、ダンパを閉じることに
より空冷形凝縮器に高温の冷媒蒸気が流れるのを確実に
防止でき、熱効率を高めることができ、外気から吸熱で
きる。そのため、室外空気を熱源とするヒートポンプが
実現し、ダンパを切換ることにより空冷形凝縮器に高温
の冷媒蒸気が流れ熱損失となるのを防止しているのでバ
ーナによる燃焼熱を効率よく利用できるとともに室外空
気からくみ上げた熱とが温水として有効に利用できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図〜第４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により構成される。ここで、第二凝縮器80の蒸
気入口部81はダンパ82で閉じられている。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、溶液は濃縮される。発生した冷媒蒸気
は、冷媒ライン13を通って低温再生器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
通って冷媒ライン17の冷媒と切換器84により合流する。
凝縮器４には管外にフィン18があり、ファンにより室外
空気がこのフィン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、切換器84で冷媒ライン16からの液冷媒と合流し冷
媒ライン88,切換器85,冷媒ライン89を通りさらに切換器
86で冷媒ポンプ12から吐出された液冷媒とを合流して、
冷媒ライン21から蒸発器５に流入する。

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内は低圧下
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。蒸発し切れなかった液冷媒
は、冷媒だめ24にたまり、冷媒ライン25,冷媒ポンプ12,
切換器87,冷媒ライン26を通って、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48,480を通
って吸収器６に流入する。

吸収器６は垂直管28及び管外にあるフィン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90,91,92,切換器9
3,94,95、さらに濃溶液ライン31を通って散布器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
っ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。ここで、フィン28には、熱
伝達を向上させるために、スリットを設ける。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、濃溶液と管壁との接触及び濃溶液と冷媒との接触
を向上させる。さらに、垂直管28の内面には、フィン又
は溝（図示せず）を設けて、管内熱伝達を向上させる。

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96,97,98,切換器99,100から希溶液ライン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の濃度液は、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を通って溶液熱交
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、冷溶液ライン90に流れる。

一方、冷水は、冷温水入口101から冷水ライン103を通っ
て冷水管22に入り、そこで冷却されて冷水ライン104,10
5,切換器106,107を通って冷温水出口102から出る。

次に、本発明のヒートポンプ運転の実施例を第２図によ
り説明する。第１図と構成は同じである。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、冷媒流路
15は閉になるよう、ダンパ82を切換える。さらに、切換
器84,85,86,95,99,94,87,100,93を切換える。また、冷
温水系切換器106,107も切換える。

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濃縮される。発生され
た冷媒蒸気は、冷媒ライン13を通って低温再生器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、冷媒ライン108を通って、低温再生器３で液化して
冷媒ライン16,88,切換器84を通った冷媒と切換器89で合
流する。さらに冷媒ライン109から、切換器95,濃溶液ラ
イン31を通って散布器30に入る。

そこで、液冷媒は散布器30から吸収器６に散布される。
散布された液冷媒は、垂直管29の管壁にそって流下しな
がら管外を流れる室外空気から熱をうばって蒸発する。
蒸発した冷媒蒸気は冷媒流路48,480を通って蒸発器５に
流れ、蒸発し切れなかった液冷媒は、溶液ポンプ10によ
り、希溶液ライン96,67,冷媒ライン110,濃溶液ライン92
から、切換器95で、冷媒ライン109からの液冷媒と合流
する。

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、冷媒ライン2
5,希溶液ライン111,切換器87,100を通って、希溶液ライ
ン36に流れる。あとは、冷房運転時と同じように流れ
る。

一方、溶液熱交換器７を出た濃溶液は、希溶液ライン9
0,切換器93,濃溶液ライン112を通り、さらに切換器86,
冷媒ライン21から散布器23に入る。

この場合、温水は、冷温水入口101から冷水ライン103を
通って冷水管22に入り、そこで加熱され、冷水ライン10
4,切換器106,温水ライン113から温水管83に入ってさら
に加熱され、温水ライン114,切換器107を通って冷温水
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、ダンパを切換ることにより空冷形凝縮器に高温
の冷媒蒸気が流れ熱損失となるのを防止しているのでバ
ーナ９による燃焼熱を効率よく利用できるとともに室外
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。

次に、室外空気温度が低下して、冷媒が凍結する恐れの
ある場合、又は暖房能力が低下した場合のボイラ運転の
実施例を第３図により説明する。この第３図には第２図
との相違点だけを示す。

室外空気が低くなると、切換器115,116,117、さらには
冷温水ラインの切換器118が切換わる。第二凝縮器80を
出た液冷媒は切換器116により、また低温再生器３の加
熱管14を出て冷媒ライン16,切換器84,115,冷媒ライン11
9からの液冷媒と合流して冷媒ポンプ12に吸込まれる。
一方、溶液熱交換器７を出た濃溶液は、切換器117から
濃溶液ワイン120を通って、同じく冷媒ポンプ12に吸込
まれる。冷媒ポンプ12で混合した、液冷媒と濃溶液は希
溶液となって、ヒートポンプサイクルと同じように、切
換器87,100,希溶液ライン111,36から溶液熱交換器７に
入る。

このようにして、ボイラサイクルが成立ち、冷温水入口
101から入った温水は、切換器118,温水ライン113を通っ
て第二凝縮器80の温水管83に入り、冷媒の凝縮器を得て
高温になり、温水ライン114,切換器107を通って冷温水
出口102から出る。

このようにボイラ運転をすれば、室外空気温度がいかに
下がっても暖房能力は維持でき、温水出口温度も低下し
ない。さらに、室外熱交換器、この場合吸収器６の管外
に霜が着くこともない。

次に、第４図により、本発明の室外空気温度による運転
パターンの実施例を説明する。図からわかるように、室
外空気が25〜30℃以上では冷房運転、室外空気が15〜20
℃以下になったらヒートポンプ運転による暖房、さらに
室外温度が下がって１〜４℃以下になったらボイラ運転
による暖房を行う。

これらは、室外空気温度を検出しても、また冷媒温度を
検出しても実現できる。

なお、冷房運転とヒートポンプ運転とを切換える際、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、ダンパを切換えているので、熱損失が生じるのを
防止でき、バーナによる燃焼熱を効率よく利用できると
ともに、室外空気熱源を有効に利用したヒートポンプ運
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。

又、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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷房運転の実施例の系統図、第２図は
本発明のヒートポンプ運転による暖房の実施例の系統
図、第３図は本発明のボイラ運転による暖房の実施例の
系統図、第４図は本発明の室外空気温度による運転パタ
ーンの実施例を示す。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……フィン、21……冷媒ライン、22……冷水管、
23……散布器、24……冷媒だめ、25,26……冷媒ライ
ン、28……垂直管、29……フィン、630……散布器、31
……濃溶液ライン、36,38,39……希溶液ライン、40,42
……濃溶液ライン、48……冷媒流路、480……冷媒流
路、80……第二凝縮器、81……蒸気入口部、82……ダン
パ、83……温水管、84,85,86,87……切換器、88,89……
冷媒ライン、90,91,92……濃溶液ライン、93,94,95……
切換器、96,97,98……負溶液ライン、99,100……切換
器、101……冷温水入口、102……冷温水出口、103,104,
105……冷水ライン、106,107……切換器、108,109,110
……冷媒ライン、111……希溶液ライン、112……濃溶液
ライン、113,114……温水ライン、115,116,117,118……
切換器、119……冷媒ライン、120……濃溶液ライン。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者功刀能文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)発明者杉本滋郎茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内審査官内藤真徳 (56)参考文献特開昭56−91160（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷房時室外空気に放熱し、暖房時室外空気
から吸熱する吸収式ヒートポンプにおいて、再生器と、
冷房用の空冷形凝縮器と、暖房用の水冷形凝縮器と、前
記再生器から前記空冷形凝縮器への第１の蒸気入口部と
前記再生器から前記水冷形凝縮器への第２の蒸気入口部
の開閉を切換えるダンパと、蒸発器と、空冷吸収器と、
それらの機器の流路を切換える切換器を備え、冷房時に
は、前記ダンパを第１の蒸気入口部が開となるように切
換え、前記空冷形凝縮器及び空冷吸収器から室外空気に
放熱し前記蒸発器内を水を循環させることにより冷水を
得、暖房時には、前記ダンパを第２の蒸気入口部が開と
なるように切換えるとともに前記切換器を切換えて空冷
吸収器に室外空気から吸熱し前記蒸発器内及び水冷形凝
縮器内を水を循環させることにより温水を得るように構
成したことを特徴とする空冷吸収式ヒートポンプ。
【請求項２】特許請求の範囲１に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、前記蒸発器と空冷吸収器とが直結さ
れたものであって、暖房時には蒸発器を吸収器とし、空
冷吸収器を空冷蒸発器として作用させるように構成した
ことを特徴とする空冷吸収式ヒートポンプ。
【請求項３】特許請求の範囲１に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、暖房時、前記切換器を切換えること
により、前記蒸発器の冷水管と水冷凝縮器の冷水管とが
直列に連結されるように配管されていることを特徴とす
る空冷吸収式ヒートポンプ。
【請求項４】特許請求の範囲１に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、前記再生器が高温再生器と低温再生
器を備えるものであって、該低温再生器に前記ダンパが
設けられていることを特徴とする空冷吸収式ヒートポン
プ。
【請求項５】特許請求の範囲１に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、室外空気温度が１〜４℃以下のとき
前記再生器のボイラ運転を、室外空気温度が15〜20℃以
下のとき暖房運転を、室外空気温度が25〜30℃以上のと
き冷房運転を行うように運転を切換えることを特徴とす
る空冷吸収式ヒートポンプ。
【請求項６】特許請求の範囲１に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、空冷凝縮器と水冷凝縮器の冷媒蒸気
入口部，空冷凝縮器出口と低温再生器加熱管出口の液冷
媒合流部，前記液冷媒と水冷凝縮器出口の液冷媒合流
部，前記液冷媒と冷媒ポンプから戻る液磁媒の合流部，
冷媒ポンプ出口部，空冷吸収器で散布される濃溶液と水
冷凝縮器からの液冷媒との合流部，溶液ポンプからの希
溶液と冷媒ポンプからの液冷媒との合流部，溶液ポンプ
の出口部，溶液ポンプからの希溶液と空冷吸収器へ向う
濃溶液との合流部，低温濃溶液の溶液熱交換器出口部、
さらに冷温水出口部，冷水の蒸発器出口部、にそれぞれ
流路切換器をもつことを特徴とする空冷吸収式ヒートポ
ンプ。
【請求項７】特許請求の範囲６に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、前記空冷凝縮器出口と低温再生器加
熱管出口の液冷媒合流部の後流部，液冷媒の水冷凝縮器
出口部，前記低温濃溶液の溶液熱交換器出口部の上流
部、さらに水冷凝縮器への温水の入口部と出口部、にそ
れぞれ流路切換器をもつことを特徴とする吸収式ヒート
ポンプ。
【請求項８】特許請求の範囲７に記載の空冷吸収式ヒー
トポンプにおいて、蒸発器と空冷吸収器の上部、または
上部と下部、または上部と下部と中間に冷媒蒸気流路を
設けたことを特徴とする空冷吸収式ヒートポンプ。