JP2554797B2 - 吸収式ヒートポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、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、吸収式ヒートポンプサイクルを使
用した吸収式冷温水装置としては、図８に示すようなも
のがある。

【０００３】すなわち、この吸収式冷温水装置は、冷媒
を蒸発させる蒸発器２０１と、この蒸発器２０１で蒸発
された冷媒蒸気を吸収液に吸収して熱を発生させる吸収
器２０２と、この吸収器２０２で冷媒蒸気を吸収して希
釈された稀吸収液を加熱装置２０６により加熱して冷媒
を蒸発させることにより吸収液の再生を行う第１再生器
２０３と、この第１再生器２０３で分離された冷媒蒸気
を、ヒートポンプサイクルの熱効率を高めるために、第
２再生器２０５の駆動熱源として利用し、第２再生器２
０５で発生した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器２０４とを有
している。

【０００４】上記構成において、冷水を得る場合には、
蒸発器２０１、吸収器２０２、各再生器２０３，２０５
および凝縮器２０４を駆動させて吸収サイクルを作動さ
せることにより、蒸発器２０１内を挿通して設けられた
冷水供給管２１１内を流れる熱交換流体が冷却されて冷
水が得られる。

【０００５】また、温水を得る場合には、開閉弁２２
１，２２２，２２３を閉状態とし、加熱装置２０６で熱
を第１再生器２０３に加え、ここで発生した蒸気を中間
熱輸送媒体として利用して、温水供給管２１２内を流れ
る温水を加熱するようにされている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の吸収式
冷温水装置においては、温水製造時には、吸収式ヒート
ポンプとしては作動しておらず、単に熱交換装置として
作動しているだけで、この時の熱効率は、せいぜい８０
〜９０％程度しか得られないという問題があった。

【０００７】このため、上述したような吸収式の冷温水
装置を冷暖房に用い、しかもその熱効率を飛躍的に向上
させようとすると、低熱源が必要なことおよびその熱を
暖房が可能な温度迄高める必要が生じる。

【０００８】ところで、低熱源として、比較的どこでも
利用できるものとしては、河川水、下水、海水などが考
えられるが、これらは暖房が必要な冬期には、５〜１５
℃であり、また暖房用温水としては、大型電動ヒートポ
ンプで４７℃、吸収式冷温水装置では４５℃程度であ
り、この温度レベルまで昇温させる必要がある。

【０００９】しかし、従来の吸収式ヒートポンプ装置に
用いられる吸収液はＨ₂ Ｏ／ＬｉＢｒであり、ＬｉＢｒ
の溶解度の制限からそのままでは充分な昇温幅が得られ
ないという問題があった。

【００１０】なお、これを解決するものとして、蒸発・
吸収を２回行わせる２段昇温サイクルを採用することも
考えられるが、性能が良好で、機器のコストが安価で、
冷暖房の切り替えが容易で、かつ高度な真空維持が可能
なものは見当たらない。

【００１１】そこで、本発明は上記問題を解消し得る吸
収式ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の手段は、第１ヒートポンプと第２ヒ
ートポンプとを有する吸収式ヒートポンプ装置であっ
て、第１ヒートポンプを、冷媒を蒸発させる第１蒸発器
と、この第１蒸発器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸
収する第１吸収器と、この第１吸収器で冷媒蒸気を吸収
して希釈された稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させ
る第１再生器と、この第１再生器で分離された冷媒蒸気
を凝縮させる第１凝縮器とから構成し、上記第２ヒート
ポンプを、冷媒を蒸発させる第２蒸発器と、この第２蒸
発器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する第２吸収
器と、この第２吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された
稀吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる第２再生器
と、この第２再生器で分離された冷媒蒸気を上記第１再
生器内に設けられた加熱用伝熱管に導いて凝縮させるよ
うにした第２凝縮部とから構成し、かつ上記第１蒸発器
の伝熱管に熱交換流体を供給する第１流体移送管と、上
記第１蒸発器と第２吸収器との伝熱管同士を接続する第
２流体移送管と、上記第２吸収器と第１吸収器との伝熱
管同士を接続する第３流体移送管と、上記第１吸収器と
第１凝縮器との伝熱管同士を接続する第４流体移送管
と、上記第１凝縮器の伝熱管から熱交換流体を取り出す
第５流体供給管と、熱源流体を上記第２蒸発器の伝熱管
内に供給する第６流体移送管と、上記第２蒸発器の伝熱
管から熱源流体を排出する第７流体移送管と、上記第２
流体移送管と第６流体移送管との間に介装された第１切
換手段と、上記第５流体移送管と第７流体移送管との間
に介装された第２切換手段とから構成し、温水を得る際
には、上記第１および第２切換手段を作動させて、熱交
換流体である温水を第１蒸発器、第２吸収器、第１吸収
器および第１凝縮器の各伝熱管内を流すようにするとと
もに、熱源流体を第２蒸発器の伝熱管内に流すようにな
し、かつ冷水を得る際には、上記第１および第２切換手
段を作動させて、熱交換流体である冷水を第１蒸発器お
よび第２蒸発器の伝熱管内を流すようにするとともに、
熱源流体を第２吸収器、第１吸収器および第１凝縮器の
伝熱管内を流すようにした吸収式ヒートポンプ装置であ
る。

【００１３】また、上記課題を解決するため、本発明の
第２の手段は、上記第１の手段において、第４流体移送
管の第１吸収器側の一端部を第３流体移送管途中に接続
するとともに、第１吸収器の伝熱管からの熱交換流体を
第５流体移送管の第２切換手段よりも上流側に移送する
バイパス移送管を設けた吸収式ヒートポンプ装置であ
る。

【００１４】

【作用】上記構成において、温水を得る場合には、第１
および第２切換手段を作動させて、温水を第１蒸発器、
第２吸収器、第１吸収器および第１凝縮器の各伝熱管内
を流すようになすとともに、熱源流体を第２蒸発器の伝
熱管内に流して、ヒートポンプサイクルを作動させれ
ば、温水は少なくとも、第２吸収器および第１吸収器で
発生した熱により加熱され、すなわち２段に昇温され
る。

【００１５】また、冷水を得る場合には、第１および第
２切換手段を作動させて、熱交換流体である冷水を、第
１蒸発器および第２蒸発器の伝熱管内を順次流すように
なすとともに、熱源流体を第２吸収器、第１吸収器およ
び第１凝縮器の伝熱管内を流してヒートポンプを作動さ
せれば、冷水は各蒸発器における蒸発潜熱により効率良
く冷却される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図３に基づ
き説明する。本実施例に係る吸収式ヒートポンプ装置
は、図１に示すように、低温側（低圧側）の第１ヒート
ポンプ１と、高温側（高圧側）の第２ヒートポンプ２と
から構成されている。

【００１７】上記第１ヒートポンプ１は、内部に伝熱管
２１が配置された第１蒸発器１１と、内部に伝熱管２２
が配置された第１吸収器１２と、内部に加熱用の伝熱管
２３が配置された第１再生器１３と、内部に伝熱管２４
が配置された第１凝縮器１４と、途中に溶液ポンプ３６
が介装されて、第１吸収器１２で希釈された稀吸収液を
第１再生器１３に移送するための第１稀吸収液移送管３
１と、第１再生器１３で再生された濃吸収液を第１吸収
器１２に移送する第１濃吸収液移送管３２と、第１凝縮
器１４内で凝縮された冷媒液を第１蒸発器１１に移送す
る第１冷媒液移送管３３とから構成されている。

【００１８】また、上記第２ヒートポンプ２は、内部に
伝熱管５１が配置された第２蒸発器４１と、内部に伝熱
管５２が配置された第２吸収器４２と、内部にガス加熱
器４５が配置された第２再生器４３と、上記第１再生器
１３内に配置された伝熱管２３により構成される第２凝
縮部４４と、途中に溶液ポンプ６６が介装されて、第２
吸収器４２内で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収液
を第２再生器４３内に移送する第２稀吸収液移送管６１
と、第２再生器４３で再生された濃吸収液を第２吸収器
４２に移送する第２濃吸収液移送管６２と、第２再生器
４３で蒸発された冷媒を第２凝縮部４４である伝熱管２
３内に移送する第２冷媒蒸気移送管６３と、第２凝縮部
４４で凝縮された冷媒液を第２蒸発器４１に移送する第
２冷媒液移送管６４とから構成されている。

【００１９】また、本実施例に係る吸収式ヒートポンプ
装置には、第１蒸発器１１の伝熱管２１に熱交換流体を
供給する第１流体移送管８１と、第１蒸発器１１と第２
吸収器４２との伝熱管２１，５２同士を接続する第２流
体移送管８２と、第２吸収器４２と第１吸収器１２との
伝熱管５２，２２同士を接続する第３流体移送管８３
と、第１吸収器１２と第１凝縮器１４との伝熱管２２，
２４同士を接続する第４流体移送管８４と、第１凝縮器
１４の伝熱管２４から熱交換流体を取り出す第５流体移
送管８５と、熱源流体を第２蒸発器４１の伝熱管５１内
に供給する第６流体移送管８６と、第２蒸発器４１の伝
熱管５１から熱源流体を排出する第７流体移送管８７
と、上記第２流体移送管８２と第６流体移送管８６との
間に介装された第１四方切換弁（第１切換手段）９１
と、上記第５流体移送管８５と第７流体移送管８７との
間に介装された第２四方切換弁（第２切換手段）９２と
から構成されている。

【００２０】そして、上記第１および第２四方切換弁９
１，９２を適宜切り換えることにより、温水を得る際に
は、熱交換流体である温水を第１蒸発器１１、第２吸収
器４２、第１吸収器１２および第１凝縮器１４の各伝熱
管２１，５２，２２，２４内を流すようになすととも
に、熱源流体を第２蒸発器４１の伝熱管５１内に流すよ
うになし、かつ冷水を得る際には、熱交換流体である冷
水を第１蒸発器１１および第２蒸発器４１の伝熱管２
１，５１内を順次流すようにするとともに、熱源流体を
第２吸収器４２、第１吸収器１２および第１凝縮器１４
の伝熱管５２，２２，２４内を流すようにする。

【００２１】この構成は、２段昇温２重効用のサイクル
となっている。以下、動作について説明する。暖房を
行うために、温水を例えば熱交換用室内機に供給する場
合を、図１に基づいて説明する。

【００２２】まず、第１および第２四方切換弁９１，９
２を、図１の実線にて示すように切り換える。すなわ
ち、熱を放出して戻ってきた温水Ａは、第１流体移送管
８１を介して第１蒸発器１１内に入り、ここで一旦熱を
放出して温度が下がった後、第２流体移送管８２を介し
て第２吸収器４２内に入り加熱される。そして、第３お
よび第４流体移送管８３，８４を介して、第１吸収器１
２および第１凝縮器１４に順次移送されてさらに加熱さ
れ、その後、第５流体移送管８５を介して、室内機に送
られる。

【００２３】また、熱源流体である熱源水（例えば、河
川水、下水などの低温水）Ｃは、第６流体移送管８６を
介して第２蒸発器４１内に移送されて、冷媒を蒸発させ
た後、第７流体移送管８７を介して排出される。

【００２４】ところで、第２蒸発器４１で供給された熱
は第１蒸発器１１で少し温度が下げられた温水の加熱に
使用され、その後、第１蒸発器１１で放出された熱にほ
ぼ等しい熱を第１吸収器１２で受け、さらに第１凝縮器
１４で加熱される。したがって、熱の授受は逆である
が、第２蒸発器４１の熱は第２吸収器４２へ昇温され、
それが第１蒸発器１１に移送され、さらに第１蒸発器１
１から第１吸収器１２に昇温されたものが、温水を加熱
することになり、結果として、２段に昇温されているこ
とになる。

【００２５】冷房を行うために、冷水を例えば熱交換
用室内機に供給する場合を、図２に基づいて説明する。
この場合、第１および第２四方切換弁９１，９２を、図
１から図２に示すように、切り換える。

【００２６】すなわち、この状態では、冷水Ｂは、第１
流体移送管８１を介して第１蒸発器１１内に入り、ここ
で冷却される。そして、第２流体移送管８２の一部、第
１四方切換弁９１および第６流体移送管８６の一部を介
して第２蒸発器４１内に入り、ここでさらに冷却され
る。この後、第７流体移送管８７の一部、第２四方切換
弁９２および第５流体移送管８５の一部を介して、室内
機に送られる。

【００２７】また、熱源流体である冷却水（例えば、河
川水、下水などの低温水）Ｃは第６流体移送管８６の一
部、第１四方切換弁９１および第２流体移送管８２の一
部を介して第２吸収器４２内に入り、そして第３流体移
送管８３および第４流体移送管８４を介して第１吸収器
１２および第１凝縮器１４で熱を順次吸収し、その後第
５流体移送管８５の一部、第２四方切換弁９２および第
７流体移送管８７の一部を介して外部に排出される。

【００２８】ここで、上記各サイクル作動時の状態を、
デューリング線図に示すと、図３（暖房時）および図４
（冷房時）のようになる。また、図３および図４中、Ｅ
は蒸発器、Ａは吸収器、Ｒは再生器、Ｃは凝縮器を示
し、また各添字の１は第１ヒートポンプの場合を示し、
２は第２ヒートポンプの場合を示している。

【００２９】ところで、上記実施例においては、第２吸
収器４２の伝熱管５２からの熱交換流体を、第３流体移
送管８３および第４流体移送管８４を介して、第１吸収
器１２から第１凝縮器１４に直列に流すようにしたが、
第１吸収器１２と第１凝縮器１４とに並列に流すように
してもよい。

【００３０】すなわち、図示しないが、第４流体移送管
８４の第１吸収器１２側の一端部を第３流体移送管８３
途中に接続するとともに、第１吸収器１２の伝熱管２２
からの熱交換流体を第５流体移送管８５の第２四方切換
弁９２よりも上流側に移送するバイパス移送管を設けた
場合も、上記実施例と同様の作用効果を有する。

【００３１】また、上記実施例においては、温水を、第
１蒸発器→第２吸収器→第１吸収器→第１凝縮器の流れ
で、また熱源水を第２蒸発器に移送するようにしたが、
例えばこれとは逆に、温水を、第２蒸発器→第１吸収器
→第２吸収器→第１凝縮器の流れで、また熱源水を第１
蒸発器に移送するようにしてもよい。なお、この時の、
暖房時および冷房時におけるデューリング線図は、図５
および図６に示すようになる。

【００３２】さらに、上記実施例においては、各切換手
段としてそれぞれ四方切換弁を使用したが、例えば図７
に示すように、開閉弁とバイパス管を使用してもよい。
すなわち、一方の流体移送管１０１および他方の流体移
送管１０２の途中にそれぞれ第１および第２開閉弁１２
１，１２２を設け、かつ一方の流体移送管１０１の第１
開閉弁１２１より上流側と他方の流体移送管１０２の第
２開閉弁１２２より下流側とを、途中に第３開閉弁１２
３が設けられた第１バイパス管１１１により接続すると
ともに、他方の流体移送管１０２の第２開閉弁１２２よ
り上流側と一方の流体移送管１０１の第１開閉弁１２１
より下流側とを、途中に第４開閉弁１２４が設けられた
第２バイパス管１１２により接続されている。

【００３３】したがって、第３および第４開閉弁１２
３，１２４を閉状態にするとともに第１および第２開閉
弁１２１，１２２を開状態にすれば、実線の矢印で示す
ように、各流体移送管１１１，１１２内の流体を所定方
向に流すことができ、また第１および第２開閉弁１２
１，１２２を閉状態にするとともに第３および第４開閉
弁１２３，１２４を開状態にすれば、破線の矢印で示す
ように、両バイパス管１１１，１１２の部分で、流体の
流れを交換することができる。すなわち、四方切換弁９
１，９２と同一の作用をさせることができる。

【００３４】上述したように、暖房時においても、ヒー
トポンプ機能を使用して、２段に昇温させることによ
り、サイクル効率を、例えば１．９７から２．０６（約
５％）に向上させることができる。この理由としては、
第１蒸発器での蒸発圧力が高くなるため、第１凝縮部と
の圧力差が小さくなり、効率が向上する。

【００３５】また、２段に昇温させる方式として、上述
したように、第１および第２のヒートポンプを組み合わ
せ、しかも冷暖房の切り換えを、２つの切換手段を使用
して外部流体側だけの切り換えだけで行うことができ、
したがって高真空度に維持する必要があるとともに腐食
性を考慮しなければならない吸収液側を触らずに、すな
わち通常の機器でもつて信頼性の高い高効率な吸収式ヒ
ートポンプ装置を実現することができる。

【００３６】さらに、冷房および暖房のいずれにおいて
も、各機器がフルに作動して稼働効率が向上するため、
装置全体をコンパクトにすることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、２
つのヒートポンプを２段に使用して２段昇温を可能にす
るとともに、冷房時および暖房時の両方においても吸収
式サイクルを行わせることができ、しかもその切換え
は、２つの切換手段を使用して、熱交換流体供給管内を
流れる外部流体の流路を変更するだけでよく、したがっ
て装置自体を簡単にすることができ、しかも高真空度に
維持する必要があるとともに腐食性を考慮しなければな
らない吸収液側を触らずに、すなわち通常の機器でもっ
て信頼性の高い高効率な吸収式ヒートポンプ装置を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における吸収式ヒートポ
ンプ装置の概略全体を示す構成図である。

【図２】同実施例における吸収式ヒートポンプ装置の動
作を説明する概略全体構成図である。

【図３】同実施例の暖房時におけるサイクルを示すデュ
ーリング線図である。

【図４】同実施例の冷房時におけるサイクルを示すデュ
ーリング線図である。

【図５】同実施例の変形例の暖房時におけるサイクルを
示すデューリング線図である。

【図６】同実施例の変形例の冷房時におけるサイクルを
示すデューリング線図である。

【図７】同実施例における切換手段の変形例を示す概略
構成図である。

【図８】従来例の吸収式冷温水装置の概略全体を示す構
成図である。

【符号の説明】

１ 第１ヒートポンプ ２ 第２ヒートポンプ １１ 第１蒸発器 １２ 第１吸収器 １３ 第１再生器 １４ 第１凝縮器 ２１〜２４ 伝熱管 ４１ 第２蒸発器 ４２ 第２吸収器 ４３ 第２再生器 ４４ 第２凝縮部 ５１，５２ 伝熱管 ８１〜８７ 流体移送管 ９１ 第１四方切換弁 ９２ 第２四方切換弁

フロントページの続き (72)発明者 梅田 辰彦 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 矢野 猛 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 昭56−127156（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−245973（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−98863（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１ヒートポンプと第２ヒートポンプとを
   有する吸収式ヒートポンプ装置であって、第１ヒートポ
   ンプを、冷媒を蒸発させる第１蒸発器と、この第１蒸発
   器で蒸発された冷媒蒸気を吸収液に吸収する第１吸収器
   と、この第１吸収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀
   吸収液を加熱して冷媒蒸気を分離させる第１再生器と、
   この第１再生器で分離された冷媒蒸気を凝縮させる第１
   凝縮器とから構成し、上記第２ヒートポンプを、冷媒を
   蒸発させる第２蒸発器と、この第２蒸発器で蒸発された
   冷媒蒸気を吸収液に吸収する第２吸収器と、この第２吸
   収器で冷媒蒸気を吸収して希釈された稀吸収液を加熱し
   て冷媒蒸気を分離させる第２再生器と、この第２再生器
   で分離された冷媒蒸気を上記第１再生器内に設けられた
   加熱用伝熱管に導いて凝縮させるようにした第２凝縮部
   とから構成し、かつ上記第１蒸発器の伝熱管に熱交換流
   体を供給する第１流体移送管と、上記第１蒸発器と第２
   吸収器との伝熱管同士を接続する第２流体移送管と、上
   記第２吸収器と第１吸収器との伝熱管同士を接続する第
   ３流体移送管と、上記第１吸収器と第１凝縮器との伝熱
   管同士を接続する第４流体移送管と、上記第１凝縮器の
   伝熱管から熱交換流体を取り出す第５流体供給管と、熱
   源流体を上記第２蒸発器の伝熱管内に供給する第６流体
   移送管と、上記第２蒸発器の伝熱管から熱源流体を排出
   する第７流体移送管と、上記第２流体移送管と第６流体
   移送管との間に介装された第１切換手段と、上記第５流
   体移送管と第７流体移送管との間に介装された第２切換
   手段とから構成し、温水を得る際には、上記第１および
   第２切換手段を作動させて、熱交換流体である温水を第
   １蒸発器、第２吸収器、第１吸収器および第１凝縮器の
   各伝熱管内を流すようにするとともに、熱源流体を第２
   蒸発器の伝熱管内に流すようになし、かつ冷水を得る際
   には、上記第１および第２切換手段を作動させて、熱交
   換流体である冷水を第１蒸発器および第２蒸発器の伝熱
   管内を流すようにするとともに、熱源流体を第２吸収
   器、第１吸収器および第１凝縮器の伝熱管内を流すよう
   にし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】第４流体移送管の第１吸収器側の一端部を
   第３流体移送管途中に接続するとともに、第１吸収器の
   伝熱管からの熱交換流体を第５流体移送管の第２切換手
   段よりも上流側に移送するバイパス移送管を設けたこと
   を特徴とする請求項１に記載の吸収式ヒートポンプ装
   置。