JPH09166366A - 吸収式ヒートポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 希溶液流量が減少した時、分離器から吸収器
に向かう希溶液流路に冷媒蒸気が流入するため能力及び
効率が低下し、また希溶液流量が増加した時、分離器の
液面が上昇しサイクルの冷媒量のバランスから崩れ、溶
液ポンプでキャビテーションが発生し、効率低下を招
き、ポンプの寿命が短くなる吸収式ヒートポンプ装置に
おいて、冷暖房の負荷や室内外温度が変化しても高効率
で安定した安価な吸収式ヒートポンプ装置を提供する。 【解決手段】 従来の吸収式ヒートポンプ装置におい
て、発生器１２により加熱された濃溶液から発生した冷
媒蒸気により生じる冷媒濃度の低い希溶液が、吸収器１
５に向かう流路の途中に設けられたキャピラリー２０
と、その入口と出口との間の圧力差を計測する差圧計２
２と、その圧力差に基づいて、溶液ポンプ１１の吐出量
を調節する回転数調節手段２５とを備えた吸収式ヒート
ポンプ装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱を利用して冷熱
を得る吸収式ヒートポンプ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の吸収式ヒートポンプ装置の構成を
図５に示す。この吸収式ヒートポンプは溶液ポンプ１
と、発生器２と、凝縮器３と、蒸発器４と、吸収器５
と、溶液熱交換器６と、分離器７、膨張弁８と、減圧弁
９と溶液タンク１０より構成されている。以上のような
吸収式ヒートポンプ装置について、以下その動作につい
て説明する。

【０００３】溶液ポンプ１により冷媒濃度の高い濃溶液
は高圧となり、溶液熱交換器６を経て発生器２へ送られ
る。発生器２で外部より加熱された濃溶液は、冷媒蒸気
を発生し、分離器７内で密度差によって冷媒蒸気と冷媒
濃度の低い希溶液に分離される。高圧の冷媒蒸気は凝縮
器３で液化し、膨張弁８で減圧された冷媒は蒸発器４で
外部より熱を受け蒸発し、吸収器５へ戻る。一方、高圧
の希溶液は溶液熱交換器６で濃溶液に熱を与え、減圧弁
９を通って低圧となり、吸収器５で低圧冷媒蒸気を吸収
し濃溶液となる。濃溶液は吸収器５から濃溶液タンク１
０を経て、再び溶液ポンプ１で加圧され発生器２へと送
られる。

【０００４】ここで、減圧弁９を通って吸収器５へ戻る
希溶液の流量は、分離器７内に生じる希溶液の界面を計
測し、その界面が一定の高さを保つように、減圧弁９を
調節して制御されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の吸収式ヒートポンプ装置では、気液界面を一
定に保つように制御する方法では、構造が複雑でコスト
が高いことや、大きな負荷変動に対して気液界面を一定
に保つための減圧弁の制御が追従できない場合が生じ、
以下の課題があった。 （１）希溶液流量が減少したときに、分離器から吸収器
へと向かう希溶液流路に冷媒蒸気が流入し、能力及び効
率が低下する。 （２）希溶液流量が増加したときに、分離器の液面が上
昇しサイクルの冷媒量のバランスから崩れ、溶液ポンプ
でキャビテーションが発生し、効率低下を招くばかりで
なく、ポンプの寿命が著しく短くなる。

【０００６】本発明は、従来の吸収式ヒートポンプ装置
のこのような課題を考慮し、従来に比べて一層効率が高
く、安価な吸収式ヒートポンプ装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の本発明は、少なくとも発生器と、凝縮器と、蒸発器
と、吸収器と、溶液ポンプとを備え、少なくとも冷媒を
作動媒体とする吸収式ヒートポンプ装置において、前記
発生器により加熱された前記作動媒体の内の冷媒濃度の
高い濃溶液から発生した冷媒蒸気により生じる冷媒濃度
の低い希溶液が、前記吸収器に向かう流路の途中に設け
られた減圧手段と、その減圧手段の入口と出口との間の
圧力差を計測する圧力計測手段と、その計測された圧力
差に基づいて、前記溶液ポンプの吐出量を調節する調節
手段とを備えたことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装
置である。

【０００８】なお、前記調節手段は、前記圧力差が所定
の値より大きい場合、前記溶液ポンプの吐出量を増や
し、前記圧力差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポ
ンプの吐出量を減らすとしてもよい。

【０００９】請求項３に記載の本発明は、少なくとも発
生器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、溶液ポンプと
を備え、少なくとも冷媒を作動媒体とする吸収式ヒート
ポンプ装置において、前記発生器により加熱された前記
作動媒体の内の冷媒濃度の高い濃溶液から発生した冷媒
蒸気により生じる冷媒濃度の低い希溶液が、前記吸収器
に向かう流路の途中に設けられた減圧手段と、前記発生
器により加熱された濃溶液の温度と前記減圧手段の出口
に関する温度との差を計測する温度計測手段と、その計
測された温度差に基づいて、前記溶液ポンプの吐出量を
調節する調節手段とを備えたことを特徴とする吸収式ヒ
ートポンプ装置である。

【００１０】なお、前記調節手段は、前記温度差が所定
の値より大きい場合、前記溶液ポンプの吐出量を増や
し、前記温度差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポ
ンプの吐出量を減らすとしてもよい。

【００１１】請求項５に記載の本発明は、少なくとも発
生器と、精溜器と、凝縮器と、蒸発器と、吸収器と、溶
液ポンプとを備え、少なくとも冷媒を作動媒体とする吸
収式ヒートポンプ装置において、前記精溜器から吸収器
に向かう冷媒蒸気を発生させることにより生じる冷媒濃
度の低い希溶液の流路の途中に設けられた減圧手段と、
その減圧手段の入口と出口との間の温度差を計測する温
度計測手段と、その計測された温度差に基づいて、前記
溶液ポンプの吐出量を調節する調節手段とを備えたこと
を特徴とする吸収式ヒートポンプ装置である。

【００１２】なお、前記調節手段は、前記温度差が所定
の値より大きい場合、前記溶液ポンプの吐出量を増や
し、前記温度差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポ
ンプの吐出量を減らすとしてもよい。

【００１３】上記のような構成において、例えば、発生
蒸気量が増加し、希溶液流量が減少した場合、減圧手段
に冷媒蒸気が流入する。これにより、減圧手段の内部は
二相状態となり、圧力損失は液単相状態に比較して大き
い。この圧力損失が所定の圧力損失よりも大きれば、吐
出量を増やして、つまり濃溶液流量を増加させて希溶液
流量を増加させると、減圧手段への蒸気流入量が減る。

【００１４】また、例えば、発生蒸気量が増加し、希溶
液流量が減少した場合、減圧手段に冷媒蒸気が流入す
る。これにより、減圧手段の内部は二相状態となり、圧
力損失は液単相状態に比較して大きく、その圧力損失の
大きさは減圧前後の温度差に比例する。この温度差をも
とに所定の温度差よりも高ければ、吐出量を増やして、
つまり濃溶液流量を増やして希溶液流量を増加させる
と、減圧手段への蒸気流入量が減る。

【００１５】また、例えば、精溜器内で発生蒸気量が増
加し、希溶液流量が減少した場合、減圧手段に冷媒蒸気
が流入する。これにより、減圧手段の内部は二相状態と
なり、圧力損失は液単相状態に比較して大きく、その圧
力損失の大きさは減圧前後の温度差に比例する。この温
度差をもとに所定の温度差よりも高ければ、吐出量を増
やして、つまり濃溶液流量を増やして希溶液流量を増加
させると、減圧手段への蒸気流入量が減る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１は、本発明によ
る第１の実施の形態の吸収式ヒートポンプ装置の構成図
である。この吸収式ヒートポンプ装置は、溶液ポンプ１
１、発生器１２、凝縮器１３、蒸発器１４、吸収器１
５、溶液熱交換器１６、分離器１７、膨張弁１８、濃溶
液タンク１９、キャピラリー２０、２１、差圧計２２を
設置した構成となっている。差圧計２２は、キャピラリ
ー２０の入口と出口との間の圧力差を計測する計測器で
ある。回転数調節手段２５は、差圧計２２により計測さ
れた圧力差に基づいて、溶液ポンプ１１の吐出量を調節
するために、溶液ポンプ１１の回転数を増減するための
制御装置である。

【００１８】なお、キャピラリー２０は、本発明の請求
項１の減圧手段に対応する。また、差圧計２２は、同発
明の圧力計測手段に対応する。さらに、回転数調節手段
２５は、同発明の調節手段に対応する。

【００１９】以上のように構成された吸収式ヒートポン
プ装置について、以下その動作を説明する。溶液ポンプ
１１で、高圧に加圧された冷媒濃度の高い濃溶液は、溶
液熱交換器１６で希溶液から熱を受け昇温し、発生器１
２へ送られる。発生器１２において濃溶液は加熱により
冷媒蒸気を発生し、分離器１７において冷媒蒸気と冷媒
濃度の低い希溶液に分けられる。希溶液は、キャピラリ
ー２０、溶液熱交換器１６、キャピラリー２１の順に流
れ、その過程で、減圧と濃溶液への熱の放出が行われ
る。冷媒蒸気は、凝縮器１３へ流出し液化され、膨張弁
１８から蒸発器１４を通り吸収器１５へ流入する。

【００２０】ここで、分離器１７における発生蒸気と希
溶液の分離について説明する。原理的には、発生器１２
から流入する希溶液に等しい量がキャピラリー２０に流
出することにより分離が行われる。これにより、分離器
１７内に生じる気液界面が一定の高さに調節され、発生
した蒸気が凝縮器１３へ供給され、安定した希溶液流量
制御が行われる。

【００２１】運転条件が変化して、発生器１２内で発生
する蒸気量が増え、希溶液流量が減少するか、または、
サイクルの高低圧差が大きくなりキャピラリー２０を流
れる希溶液流量が増加して、分離器１７内の気液液面が
下がった場合について説明する。分離器１７内での気液
界面が下がると、希溶液流路のキャピラリー２０に冷媒
蒸気が流入する。蒸気が流入するとキャピラリー２０内
部は二相状態となるので、圧力損失は蒸気流入無しの状
態より増加し、その増加量は蒸気流入量に比例する。冷
媒蒸気が希溶液流路に流入すると、能力低下とサイクル
の不安定性につながるため、これを抑制する必要があ
る。

【００２２】そこで、溶液ポンプ１１の回転数を上げて
吐出量を増やして、つまり濃溶液流量を増やすと、発生
器１２における希溶液流量が増加し、分離器１７内の気
液界面は上昇し、キャピラリー２０への蒸気流入量は抑
制される。また、このときのキャピラリー２０による圧
力損失は蒸気流入量が減るために低下する。

【００２３】即ち、キャピラリー２０へ冷媒蒸気が流入
するとキャピラリー２０の前後における圧力損失が増加
することを利用して、圧力損失を差圧計２２で計測し、
計測した値が所定の値以上にならないように、溶液ポン
プ１１の回転数を調節して濃溶液流量を制御することに
よって、冷媒蒸気のキャピラリー２０への流入を抑える
ことができる。この制御を行うのが回転数調節手段２５
である。

【００２４】次に、発生する蒸気量が減り、希溶液流量
が増加するか、または、サイクルの高低圧差が小さくな
って、キャピラリー２０を通って吸収器１５へ流れる希
溶液の流量が減少し、分離器１７内の気液界面が上昇し
た場合について説明する。このときの希溶液の流量は、
サイクルの高低圧差と、キャピラリー２０、２１によっ
て決定されるから、この流量以上に発生器１２から分離
器１７に希溶液が流入すると、分離器１７内部に希溶液
が溜まることになる。分離器１７内に希溶液が溜まる
と、サイクル内の冷媒量のバランスから、最終的に濃溶
液タンクが空となり、溶液ポンプ１１がキャビテーショ
ンを起こす。

【００２５】そこで、溶液ポンプ１１の回転数を下げ
て、濃溶液流量を減らすと、分離器１７への希溶液流入
量が減り、結果的に気液界面が下がり、溶液ポンプ１１
のキャビテーションが抑えるられる。希溶液のみがキャ
ピラリー２０に流入するとき、キャピラリー２０での圧
力損失は、蒸気が流入するときより小さい。このことを
利用して、キャピラリー２０での圧力損失が所定の値以
下を示すときは、希溶液の戻り量は限界であり、これ以
上、現状の濃溶液流量では分離器１７内の液面が上昇
し、キャビテーションの可能性があると判断し、溶液ポ
ンプ１１の回転数を下げる。この制御を行う回転数調節
手段２５による回転数により、溶液ポンプ１１のキャビ
テーションは抑えられる。

【００２６】以上のように、キャピラリー２０における
希溶液の圧力損失を差圧計２２で計測して、回転数調節
手段２５により溶液ポンプ１１の回転数を調節して濃溶
液流量を制御すれば、運転条件が変化しても、効率が高
く安定したヒートポンプサイクルが形成される。また、
構造的にも従来よりも簡素化され、コスト的にもかなり
有利な吸収式ヒートポンプ装置が提供される。

【００２７】なお、本実施の形態では、圧力差を測る手
段として差圧計を用いたが、圧力センサー等を用いても
よい。

【００２８】また、本実施の形態では、減圧手段を簡素
化、低コスト化のためにキャピラリー２０、２１を用い
たが、一般的な減圧弁を用いてもよい。

【００２９】なお、本実施の形態では、差圧計２２と回
転数調節手段２５とを具備する構成であるとしたが、希
溶液がキャピラリー２０により減圧される時に生じる温
度降下に関して、希溶液の圧力損失と温度降下との関係
を予め求めておけば、図２に示すように、差圧計２２と
回転数調節手段２５の代わりに、発生器１２の出口の温
度を計測する温度センサー２３と、キャピラリー２０の
出口の温度を計測する温度センサー２４と、その温度セ
ンサー２３及び２４の計測に基づいて、溶液ポンプ１１
の回転数を増減させる回転数調節手段２６とを具備する
構成にしてもよい。これにより、圧力損失を計測する代
わりに温度差を計測し、その温度差によって濃溶液流量
を制御することが可能である。さらに、圧力差を測る手
段より温度センサーの方が安価でもある。

【００３０】また、図２では、温度センサー２３は発生
器１２の出口に設置したが、加熱後の希溶液の温度はキ
ャピラリー２０で減圧される前までは同じ温度であり、
温度センサー２３は希溶液が減圧される前までであれ
ば、場所は問わない。

【００３１】更に、図２では、発生器１２と分離器１７
は、それぞれ単体としているが、発生器１２の下部に分
離器１７を設置して一体型としたときにおいても、本実
施の形態の効果は得られる。

【００３２】以上のように、本実施の形態によれば、運
転条件が変化しても安定した効率と能力が保証された安
価な吸収式ヒートポンプ装置が提供される。

【００３３】（第２の実施の形態）図３は、本発明によ
る第２の実施の形態の吸収式ヒートポンプ装置の構成図
である。この吸収式ヒートポンプ装置は、精溜器３０、
溶液ポンプ３１、発生器３２、凝縮器３３、蒸発器３
４、吸収器３５、溶液熱交換器３６、膨張弁３８、濃溶
液タンク３９、キャピラリー４０及び４１、温度センサ
ー４２及び４３を設置した構成となっている。

【００３４】温度センサー４２は、キャピラリー４０の
入口の温度を計測する温度センサーである。温度センサ
ー４３は、キャピラリー４０の出口の温度を計測する温
度センサーである。回転数調節手段４５は、温度センサ
ー４２及び４３により計測された温度差に基づいて、溶
液ポンプ３１の吐出量を調節するために、溶液ポンプ３
１の回転数を増減するための制御装置である。

【００３５】なお、キャピラリー４０は、本発明の請求
項５の減圧手段に対応する。また、温度センサー４２及
び４３は、同発明の温度計測手段に対応する。更に、回
転数調節手段４５は、同発明の調節手段に対応する。

【００３６】本実施の形態は、第１の実施の形態の発生
器１２の後に冷媒蒸気濃度を高めるための精溜器３０を
設置した場合の例であり、第１の実施の形態の分離器１
７は分離部として精溜器３０の下部に設置されている。

【００３７】本実施の形態は、安定した希溶液流量の制
御を行い、キャピラリー４０の前後における温度差を基
に冷媒蒸気の流入の抑制することと、溶液ポンプ３１の
キャビテーションを防止することを目的とする。

【００３８】本実施の形態では、計測温度差の位置をキ
ャピラリー４０の前後とし、計測温度差が所定の温度差
より大きれば、溶液ポンプ３１の回転数を上げて濃溶液
流量を増やし、所定の温度差より低ければ、溶液ポンプ
３１の回転数を下げて濃溶液流量を減らす。この制御を
行う回転数調節手段４５により、キャピラリー４０へ冷
媒蒸気の流入を抑制することと、溶液ポンプ３１のキャ
ビテーションを防止することができる。

【００３９】図３のように、精溜器３０を出た後のキャ
ピラリー４０の出入口の温度差により制御する理由とし
て、以下のことが挙げられる。

【００４０】精溜器３０を設置しているため、精溜器３
０内での分離後の希溶液は、冷媒蒸気の濃度を上げると
きに生成される分縮液と混合されるので、希溶液の温度
は発生器３２から流入したときよりも下がる。その温度
降下は、精溜器３０の負荷に左右される。このため、精
溜器３０を設置した場合には、図２のように発生器１２
の出口温度２３とキャピラリー２０の後の温度２４との
差を計測するよりも、図３のように、温度降下後の希溶
液の温度４２とキャピラリー４０の後の温度４３との差
を計測した方が精溜器３０の負荷の影響を受けにくい。

【００４１】即ち、精溜器３０を必要とする吸収式サイ
クルにおいては、キャピラリー４０の出入口の温度差を
基に溶液ポンプ３１の制御を行う方が良い。

【００４２】なお、発生器３２と精溜器３０は、それぞ
れ単体としているが、発生器３２の上部に精溜器３０を
設置して一体型としたときにおいても、本実施の形態の
効果は得られる。

【００４３】なお、本実施の形態では、温度センサー４
２、４３と回転数調節手段４５とを具備する構成である
としたが、図４のように、温度センサー４２と回転数調
節手段４５の代わりに、発生器３２の出口の温度を計測
する温度センサーと、その温度センサー４３及び４４の
計測に基づいて、溶液ポンプ３１の回転数を増減させる
回転数調節手段４６とを具備する構成にしてもよい。こ
れにより、発生器３２からキャピラリー４０に至るまで
の希溶液流路の構成は、図２と同一となり、同様の効果
が得られる。

【００４４】また、図４のように、発生器３２の燃焼量
の制御に発生器３２の出口の温度４４が必要な場合で、
発生器３２の出口の温度４４とキャピラリー４０の出口
の温度４３との温度差で溶液ポンプ３１を制御すると
き、図３の構成よりも制御の精度は劣るものの、コスト
ダウンが図れる。

【００４５】以上のように、本実施の形態によれば、運
転条件が変化しても安定した効率と能力が保証された安
価な吸収式ヒートポンプ装置が提供される。

【００４６】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、冷暖房時の負荷が変化しても吸収式ヒートポ
ンプサイクルを高効率な状態に維持しながら、安定した
冷暖房を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の吸収式ヒートポン
プ装置の構成図である。

【図２】第１の実施の形態における別の吸収式ヒートポ
ンプ装置の構成図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態の吸収式ヒートポン
プ装置の構成図である。

【図４】第２の実施の形態における別の吸収式ヒートポ
ンプ装置の構成図である。

【図５】従来の吸収式ヒートポンプ装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１、１１、３１ 溶液ポンプ ２、１２、３２ 発生器 ３、１３、３３ 凝縮器 ４、１４、３４ 蒸発器 ５、１５、３５ 吸収器 ６、１６、３６ 溶液熱交換器 ７、１７ 分離器 ８、１８、３８ 膨張弁 ９ 減圧弁 １０、１９、３９ 濃溶液タンク ２０、２１、４０、４１ キャピラリー ２２ 差圧計 ２３、２４、４２、４３、４４ 温度センサー ２５、２６、４５、４６ 回転数調節手段 ３０ 精溜器

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも発生器と、凝縮器と、蒸発器
   と、吸収器と、溶液ポンプとを備え、少なくとも冷媒を
   作動媒体とする吸収式ヒートポンプ装置において、 前記発生器により加熱された前記作動媒体の内の冷媒濃
   度の高い濃溶液から発生した冷媒蒸気により生じる冷媒
   濃度の低い希溶液が、前記吸収器に向かう流路の途中に
   設けられた減圧手段と、 その減圧手段の入口と出口との間の圧力差を計測する圧
   力計測手段と、 その計測された圧力差に基づいて、前記溶液ポンプの吐
   出量を調節する調節手段とを備えたことを特徴とする吸
   収式ヒートポンプ装置。
2. 【請求項２】 前記調節手段は、 前記圧力差が所定の値より大きい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を増やし、 前記圧力差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を減らすことを特徴とする請求項１記載の吸収
   式ヒートポンプ装置。
3. 【請求項３】 少なくとも発生器と、凝縮器と、蒸発器
   と、吸収器と、溶液ポンプとを備え、少なくとも冷媒を
   作動媒体とする吸収式ヒートポンプ装置において、 前記発生器により加熱された前記作動媒体の内の冷媒濃
   度の高い濃溶液から発生した冷媒蒸気により生じる冷媒
   濃度の低い希溶液が、前記吸収器に向かう流路の途中に
   設けられた減圧手段と、 前記発生器により加熱された濃溶液の温度と前記減圧手
   段の出口に関する温度との差を計測する温度計測手段
   と、 その計測された温度差に基づいて、前記溶液ポンプの吐
   出量を調節する調節手段とを備えたことを特徴とする吸
   収式ヒートポンプ装置。
4. 【請求項４】 前記調節手段は、 前記温度差が所定の値より大きい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を増やし、 前記温度差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を減らすことを特徴とする請求項３記載の吸収
   式ヒートポンプ装置。
5. 【請求項５】 少なくとも発生器と、精溜器と、凝縮器
   と、蒸発器と、吸収器と、溶液ポンプとを備え、少なく
   とも冷媒を作動媒体とする吸収式ヒートポンプ装置にお
   いて、 前記精溜器から吸収器に向かう冷媒蒸気を発生させるこ
   とにより生じる冷媒濃度の低い希溶液の流路の途中に設
   けられた減圧手段と、 その減圧手段の入口と出口との間の温度差を計測する温
   度計測手段と、 その計測された温度差に基づいて、前記溶液ポンプの吐
   出量を調節する調節手段とを備えたことを特徴とする吸
   収式ヒートポンプ装置。
6. 【請求項６】 前記調節手段は、 前記温度差が所定の値より大きい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を増やし、 前記温度差が所定の値より小さい場合、前記溶液ポンプ
   の吐出量を減らすことを特徴とする請求項５記載の吸収
   式ヒートポンプ装置。