| 【発明の名称】 |
吸収式ヒートポンプ装置およびその運転方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】高田 浩行
【氏名】阿部 忠夫
【氏名】久保 敏男
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| 【要約】 |
【課題】負荷変動に対する追従性の向上を図る。
【解決手段】凝縮器３で放熱して液化した冷媒液Ａが蒸発器４に流量調節して供給できるように、口径を変えることができるオリフィス４７を冷媒液供給管１６が接続される凝縮器３の底に設け、オリフィス４７の口径を、圧力センサ５０が検出する蒸発器４における冷媒Ａの蒸気圧が低下すると小さくし、上昇すると大きく開くようにした。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 吸収液を加熱して吸収液に含まれる冷媒を気化させて分離する加熱部を備えた精溜器と、この精溜器から供給される冷媒蒸気を第１の熱媒体と熱交換させて液化する凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を下降させながら第２の熱媒体と熱交換させて気化する蒸発器と、この蒸発器から供給される冷媒蒸気と精溜器から供給される吸収液とを反応させて吸収液に冷媒を吸収させると共に、この冷媒を吸収した吸収液を精溜器へ戻す吸収器とを備えた吸収式ヒートポンプ装置において、凝縮器から蒸発器に至る冷媒液管に流量調整手段を設け、冷媒にアルコール系流体を用いたことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項２】 請求項１記載の吸収式ヒートポンプ装置において、冷媒液管に設けた流量調整手段を、負荷または蒸発器内の圧力に基づいて制御することを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置の運転方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷暖房機や給湯器等に用いる吸収式ヒートポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の吸収式ヒートポンプ装置として、例えば図３に示す構造のものが提案されている。
【０００３】図３において、符号１Ｘで示す吸収式ヒートポンプ装置は、熱交換用の冷媒Ａを含む吸収液Ｃを加熱して、この吸収液Ｃから冷媒Ａを気化させて冷媒Ａと吸収液Ｂとに分離する精溜器２と、この精溜器２から供給された冷媒蒸気Ａを凝縮して液化する凝縮器３と、この凝縮器３から供給される冷媒液Ａが内部に供給されると共に、外面に強制接触させられる適宜の熱媒体、例えば外気Ｄから蒸発潜熱を奪って冷媒液Ａを気化させる蒸発器４と、この蒸発器４から供給される冷媒蒸気Ａと、精溜器２から供給される吸収液Ｂとを反応させることにより吸収液Ｂに冷媒Ａを吸収させて冷媒Ａを含む吸収液Ｃを生成すると共に、この吸収液Ｃを精溜器２へ循環させる吸収器５とを備えた概略構成となっている。
【０００４】精溜器２は、立設された筒状の精溜塔６と、この精溜塔６の下方に連設され、冷媒Ａを含む吸収液Ｃを加熱するためのバーナ７を備えて加熱部として機能する再生器８と、精溜塔６の上段部に設けられ、この精溜塔６内に冷媒液Ａを散布する冷媒液散布手段９Ａと、精溜塔６の略中間部に設けられ、この精溜塔６内に吸収液Ｃを散布する吸収液散布手段９Ｂと、冷媒液散布手段９Ａと再生器８との間に介装された、金属製の不織布等からなる充填材１０とで構成され、凝縮器３には凝縮した冷媒Ａを貯留する冷媒液タンク１１と冷媒液散布手段９Ａとが連設されている。
【０００５】蒸発器４は、立設された複数の伝熱管１２と、これらの伝熱管１２の上端を相互に連通状態に接続する上部ヘッダ１３と、各伝熱管１２の下端を相互に連通状態に接続する下部ヘッダ１４と、伝熱管１２の長さ方向に沿って間隔をおいて設けられ、且つ、これらの伝熱管１２が貫通状態に固定された多数の伝熱フィン１５とによって構成され、さらに、各伝熱管１２の上端部に、冷媒液供給管１６を介して冷媒液タンク１１が連通すると共に、上部ヘッダ１３が連通管１７を介して吸収器５の上部に連通し、さらに、下部ヘッダ１４が、連通管１８を介して吸収器５の下端に設けられている吸収液タンク１９へ連通している。
【０００６】一方、吸収器５は、蒸発器４の上部ヘッダ１３に連設している連通管１７が接続された吸収液滴下手段２０と、この吸収液滴下手段２０の下方に間隔をおいて配設され、冷媒蒸気Ａとの反応により冷媒を吸収した吸収液Ｂ、すなわち吸収液Ｃを貯留する吸収液タンク１９と、吸収液滴下手段２０と吸収液タンク１９とを連通する複数の伝熱管２１と、これらの伝熱管２１を取り囲んで設けられると共に、吸収液滴下手段２０と吸収液タンク１９との間に冷却水流路２２を形成する外装体２３とによって構成されており、その内部圧力を下げることにより、蒸発器４の伝熱管１２において気化した冷媒Ａを吸引するようになっている。
【０００７】また、吸収液滴下手段２０は、その上部に、再生器８において濃縮した吸収液Ｂを供給する吸収液供給管２４が接続され、また、内部には、この内部を上下方向に２分割するように配設された分散板２５が装着され、この分散板２５よりも下方には、伝熱管２１が貫通して固定されると共に、吸収液滴下手段２０と冷却水流路２２とを分離する隔壁２６が設けられ、この隔壁２６と分散板２５との間に連通管１７が接続されており、この連通管１７によって、蒸発器４から気化した冷媒Ａが送り込まれるようになっている。
【０００８】さらに、吸収液タンク１９は、吸収液戻し管２７を介して精溜器２の吸収液散布手段９Ｂへ連通しており、この吸収液戻し管２７の途中には、吸収液タンク１９に貯留されている吸収液Ｃを吸収液散布手段９Ｂへ送り込むための吸収液循環ポンプ２８が設けられている。
【０００９】吸収器５の外装体２３の上端部と凝縮器３との間には冷却水管２９が設けられて両者の連通が図られていると共に、凝縮器３と吸収器５の外装体２３の下端部との間には冷却水管３０が設けられてこれらの連通が図られており、これらの外装体２３、冷却水管２９、凝縮器３、および、冷却水管３０によって冷却水循環用の閉回路が形成され、冷却水管３０の途中には、暖房用の室内機３１と、冷却水Ｅの循環を行うための冷却水循環ポンプ３２が設けられている。
【００１０】また、符号３３は、吸収液供給管２４と吸収液戻し管２７それぞれを流れる吸収液同士に熱交換を行わせるための熱交換器を示し、符号３４は、蒸発器４に対して外気Ｄを供給する送風ファンを示し、さらに、符号３５は、吸収器５へ供給される冷却水Ｅと吸収液滴下手段２０へ供給される吸収液Ｂとの熱交換を行なう熱交換器を示す。
【００１１】このように構成された吸収式ヒートポンプ装置１Ｘでは、凝縮器３で液化した冷媒液の一部は冷媒液散布手段９Ａから精溜塔６の上部に戻され、大半は冷媒液タンク１１に入って溜る。そして、精溜塔６に冷媒液散布手段９Ａから散布されて戻された冷媒液Ａは、ここで再気化し、凝縮器３に入る蒸気に含まれる冷媒蒸気Ａの純度を高めるようになっている。
【００１２】一方、冷媒液タンク１１に溜った冷媒液Ａは、冷媒液供給管１６を介して各伝熱管１２に供給され、それぞれの内壁面に沿って流下し、このとき伝熱フィン１５および伝熱管１２の表面に送風ファン３４が供給する外気Ｄが接触しているので、この外気Ｄと伝熱管１２の内壁面を流下する冷媒液Ａとの間で熱交換が行なわれ、冷媒液Ａが外気Ｄから気化潜熱を奪って気化すると共に、このようにして生成された冷媒蒸気Ａが各伝熱管１２内を上方へ移動し、伝熱管１２の上端に設けられている上部ヘッダ１３によって集められ、吸収器５に流入する。
【００１３】吸収器５に流入した冷媒蒸気Ａは、再生器８から供給される吸収液Ｂと接触して吸収液Ｂに吸収され、冷媒Ａを吸収した吸収液Ｃが伝熱管２１を経て下方の吸収液タンク１９へ回収され、さらに、この吸収液Ｃが吸収液循環ポンプ２８によって精溜器２に搬送され、吸収液散布手段９Ｂから精溜塔６内に散布される。
【００１４】精溜塔６に送り込まれた吸収液Ｃは充填材１０の間を通って流下する間に、バーナ７が生成する燃焼熱によって加熱され、吸収している冷媒Ａを気化分離し、吸収液Ｂが再生器８に溜る。
【００１５】そして、精溜器２で分離生成された冷媒蒸気Ａは、凝縮器３を通過するときに冷却水Ｅと熱交換を行なってこれに放熱し、また、吸収器５を通過するときは冷媒Ａが蒸発することで外気Ｄから吸収した熱が冷却水Ｅに移される。
【００１６】すなわち、冷却水Ｅは吸収器５、および、凝縮器３へと循環する間に徐々に加熱され、その後室内機３１へ送り込まれて暖房に供される。
【００１７】このような吸収式ヒートポンプ装置１Ｘにおいては、外気Ｄの熱エネルギを吸収して冷却水Ｅの加熱の補助を行なうことになり、バーナ７の発熱量に対する室内機３１からの放熱量を１．３倍以上に高めることが可能となる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の吸収式ヒートポンプ装置においては、主に精溜器に設置してあるバーナの火力調節によって負荷の変動に対応し、凝縮器から蒸発器に供給する冷媒液の流量制御は行われていなかったので、負荷の変動に対する追従性が劣ると云った問題点があり、これが解決すべき課題となっていた。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の課題を解決するため、吸収液を加熱して吸収液に含まれる冷媒を気化させて分離する加熱部を備えた精溜器と、この精溜器から供給される冷媒蒸気を第１の熱媒体と熱交換させて液化する凝縮器と、この凝縮器から供給される冷媒液を下降させながら第２の熱媒体と熱交換させて気化する蒸発器と、この蒸発器から供給される冷媒蒸気と精溜器から供給される吸収液とを反応させて吸収液に冷媒を吸収させると共に、この冷媒を吸収した吸収液を精溜器へ戻す吸収器とを備えた吸収式ヒートポンプ装置において、凝縮器から蒸発器に至る冷媒液管に流量調整手段を設け、冷媒にアルコール系流体を用いるようにした吸収式ヒートポンプ装置と、【００２０】前記第１の構成の吸収式ヒートポンプ装置において、冷媒液管に設けた流量調整手段を、負荷または蒸発器内の圧力に基づいて制御するようにした吸収式ヒートポンプ装置の運転方法を提供するものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、図１と図２に基づいて本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、理解を容易にするため、これらの図においても前記図３において説明した部分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付した。
【００２２】本発明の吸収式ヒートポンプ装置１は、臭化リチウム水溶液を吸収液としたときに冷媒として使用される水より沸点が遥かに低い流体、例えば沸点が７４．５℃の２，２，２，−トリフルオロエタノール（ＴＦＥ）などを冷媒に使用し、吸収液に沸点が例えば２０４℃のＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などを使用するものである。
【００２３】また、この場合の吸収式ヒートポンプ装置１においては、冷却水管３０には冷却水タンク４１が設置されている。
【００２４】また、この場合の吸収式ヒートポンプ装置１は、蒸発器４が多数の伝熱管１２を内蔵したタイプであり、これらの伝熱管１２の内部に冷水タンク４２に貯溜された水Ｆが、途中に冷水循環ポンプ４３と開閉弁４４とを備えた冷水管４５を介して循環供給できるように構成されている。
【００２５】一方、蒸発器４の内側上部には冷媒液散布手段４６が設置され、この冷媒液散布手段４６には凝縮器３で凝縮して底部に溜った冷媒液Ａが流量調節されて供給できるように、凝縮器３の底部に設けられた口径が可変なオリフィス４７から延設された冷媒液供給管１６が接続され、冷媒液散布手段４６から散布された冷媒液Ａが伝熱管１２の外面を伝って流れ落ちる際に管内を流れる水Ｆから熱を奪って気化するように構成されている。
【００２６】また、凝縮器３の底と冷媒液散布手段９Ａとを連結する冷媒液戻し管４８には開閉弁４９が設置されている。
【００２７】さらに、蒸発器４内部の圧力、すなわち冷媒Ａの蒸気圧を検出するための、圧力センサ５０が設置されている。
【００２８】上記構成の吸収式ヒートポンプ装置１においては、吸収器５から吸収液循環ポンプ２８によって精溜塔６に送られ、吸収液散布手段９Ｂから塔内に散布された吸収液Ｃは、充填材１０の間を縫って下降しながら、バーナ７が生成する熱により加熱されて冷媒蒸気Ａと吸収液Ｂとに分離し、冷媒蒸気Ａは凝縮器３に入って冷却水Ｅに放熱して凝縮液化し、吸収液Ｂは再生器８に溜まり、吸収液供給管２４を介して吸収器５に送られる。
【００２９】凝縮器３で冷却水Ｅに放熱して液化した冷媒液Ａは、冷媒液戻し管４８、冷媒液散布手段９Ａを介して精溜塔６の上部に戻され、ここで再気化されるので、凝縮器３に入る蒸気に含まれる冷媒Ａの純度は速やかに高くなる。
【００３０】そして、凝縮器３で液化した冷媒純度の高い液、すなわち単に冷媒液と呼ばれている液がオリフィス４７によって流量制御されて、蒸発器４に供給される。
【００３１】オリフィス４７の口径は、圧力センサ５０が検出する蒸発器４内の冷媒蒸気圧に基づいて、例えば図２のように制御される。
【００３２】すなわち、圧力センサ５０が検出する冷媒蒸気圧が所定の設定値、例えば２．５ｋＰａより高いときにはオリフィス４７の口径を設定値より大きくし、前記冷媒蒸気圧が設定値２．５ｋＰａより低いときにはオリフィス４７の口径を設定値より小さくするので、凝縮器３から蒸発器４に供給散布される冷媒液Ａの量は、蒸発器４の内圧が高いときには増加し、低いときには減少する。
【００３３】そして、上記構成の吸収式ヒートポンプ装置１においては、例えば冷却水タンク４１の部分に図３に示した室内機３１を設置すれば、吸収器５と凝縮器３の内部を冷却し、自身の温度を高めた冷却水Ｅが冷却水管２９、３０を介して室内機３１に循環供給されるので、室内機３１において暖房作用がなされる。
【００３４】一方、冷水タンク４２の部分に図３に示した室内機３１を設置すれば、蒸発器４の内部で冷媒液Ａを気化させて放熱し、自身の温度を下げた水Ｆが冷水管４５を介して室内機３１に循環供給されるので、室内機３１において冷房作用がなされる。
【００３５】したがって、例えば冷房運転時に負荷が減少（増加）して、冷水管４５を介して蒸発器４に戻された水Ｆが所定の温度より低く（高く）なり、蒸発器４で蒸発する冷媒液Ａの量が減少（増加）し、冷媒蒸気圧が減少（増加）して圧力センサ５０が設定値より低い（高い）圧力を検出すると、バーナ７の火力を下げ（上げ）て精溜塔６における冷媒蒸気Ａの気化量を減少（増加）させるだけでなく、オリフィス４７の口径が直接絞られ（開けられ）て冷媒液散布手段４６から蒸発器４に散布する冷媒液Ａの量が減少（増加）するので、蒸発器４で気化する量も減少（増加）し、伝熱管１２の内部を流れる水Ｆを冷却する作用が減少（増加）するため、負荷の減少（増加）に対する速やかな対応が可能となる。
【００３６】ところで、本発明は上記実施形態に限定されるものではないので、特許請求の範囲に記載の趣旨から逸脱しない範囲で各種の変形実施が可能である。
【００３７】例えば、オリフィス４７の口径は、本装置の負荷が大きいときには大きく開け、負荷が小さいときには小さく絞るように制御することもできる。
【００３８】また、オリフィス４７は蒸発器４の入口部に設けるようにしても良いし、冷媒液供給管１６の途中に設ける流量調整弁によって代替することもできる。
【００３９】また、精溜塔６に充填する充填材１０としては、ステンレス鋼製の金網や、細い線材をより合わせたものであっても良い。
【００４０】また、冷水系回路（符号４２、４５）にチラーなどの熱交換器を設け、外気や排熱水などから熱回収（ヒートポンプ）して暖房効率を上げることができる。
【００４１】さらに、本発明の吸収式ヒートポンプ装置１においては、沸点が１２０℃以下のフッ化アルコール系流体が冷媒として使用でき、吸収液としてはエーテル類、エステル類、ポリオール類、アミド類、アミン類、イミド類、ケトン類、アルデヒド類、ニトリル類などが使用できる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、精溜器に設置してあるバーナの火力を調節すると共に、凝縮器から蒸発器に供給する冷媒液の流量制御が行われるので、負荷の変動に対する追従性が向上し、室温の変動が抑えられる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年８月４日（１９９８．８．４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６２２２５
【弁理士】
【氏名又は名称】秋元 輝雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−５５５０１（Ｐ２０００−５５５０１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年２月２５日（２０００．２．２５） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−２２０８５９ |
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