| 【発明の名称】 |
吸収式ヒートポンプ装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】松本 聡
【氏名】澤田 敬
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| 【要約】 |
【課題】凝縮器、蒸発器、吸収器の一体化により、装置の小型化、簡略化を図る。
【解決手段】凝縮器５、蒸発器７、吸収器８を一体にするため、凝縮器流路７８、蒸発器流路７９、吸収器流路８１をそれぞれスリット状に形成した第１の流路プレート６２と、隔壁プレート６３と、凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置には冷却水流路８７を、蒸発器流路と対向する位置には冷水流路８８をそれぞれスリット状に形成した第２の流路プレート６４とを複数組積層し一体化した構造にしたものである。従来の凝縮器と蒸発器と吸収器とを一体化することが可能となるため、装置の構成が簡素になり、家庭用空調機器等に適した小型の吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有するものにあって、前記した凝縮器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成してなる吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項２】冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流が、鉛直方向の上から下へ流れるように蒸発器流路および吸収器流路を形成してなる請求項１記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項３】冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と吸収器流路とを、連続したスリット状に第１の流路プレート上に形成してなる請求項１記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項４】少なくとも再生器、凝縮器、過冷却器、蒸発器、吸収器を有するものにあって、前記した凝縮器と過冷却器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、蒸発器からの冷媒蒸気の流路となる低温冷媒流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路を、前記低温冷媒流路と対向する位置に凝縮器からの凝縮冷媒の流路となる高温冷媒流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成してなる吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項５】冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流が、鉛直方向の上から下へ流れるように蒸発器流路、低温冷媒流路および吸収器流路を形成してなる請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項６】冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と低温冷媒流路と吸収器流路とを、連続したスリット状に第１の流路プレート上に形成してなる請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項７】冷却水流路の冷却水の一部は吸収器流路との熱交換のみを行い、他の一部は凝縮器流路との熱交換を行った後に吸収器流路との熱交換を行うように、吸収器流路および凝縮器流路および冷却水流路を形成してなる請求項１または請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項８】吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路の等価直径を、前記吸収器流路の等価直径よりも小さく形成してなる請求項１または請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項９】吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路を希溶液の流れが鉛直方向の上から下へとなるように形成してなる請求項２または請求項５記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項１０】蒸発器流路の入口部に前記蒸発器流路と連通する蒸発器入口流路を設け、この蒸発器入口流路の等価直径を蒸発器流路の等価直径よりも小さく形成してなる請求項１または請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項１１】高温冷媒流路の入口部に前記高温冷媒流路と連通する高温冷媒入口流路を設け、この高温冷媒入口流路の等価直径を高温冷媒流路の等価直径よりも小さく形成してなる請求項４記載の吸収式ヒートポンプ装置。
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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、熱を利用して冷熱を得る吸収式ヒートポンプ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の吸収式ヒートポンプ装置は、その構成を図４に示すように、管で環状に接続した溶液ポンプ４１、溶液熱交換器４２、再生器４３、精溜器４４、凝縮器４５、膨張弁４６、蒸発器４７、過冷却器５２、吸収器４８、溶液タンク４９から構成される。
【０００３】そして、溶液タンク４９内の冷媒濃度の高い濃溶液は、溶液ポンプ４１により加圧され、溶液熱交換器４２へと送られる。濃溶液は、この溶液熱交換器４２で、精溜器４４から流出してくる冷媒濃度の低い希溶液の顕熱を受けて昇温する。さらに、この濃溶液は、再生器４３で外部より加熱されて冷媒蒸気を発生し、気液２相状態で精溜器４４に流入する。再生器４３は、いわゆる貫流型の再生器であり、都市ガス等を用いたバーナ５０により、管内の濃溶液を加熱するものである。精溜器４４は密度差により気液を分離し、冷媒蒸気を凝縮器４５へ、冷媒濃度の低くなった希溶液を溶液熱交換器４２へと流出させる。ここで、冷媒蒸気は冷媒だけでなく吸収剤の蒸気も含んでいることから、精溜器４４は、この吸収剤蒸気を２次冷却水により冷却して凝縮させ、純度の高い冷媒蒸気を凝縮器４５に供給している。精溜器４４を出た希溶液は、その顕熱を溶液熱交換器４２で濃溶液に与えて降温し、例えばキャピラリ管からなる減圧部５１で減圧されて、吸収器４８へ戻る。一方、精溜器４４を出た冷媒蒸気は、凝縮器４５で外部に熱を放熱して液化する。その後、膨張弁４６で減圧され低温となって蒸発器４７に流入し、外部より熱を吸熱して蒸発し、過冷却器５２を経由して吸収器４８へ戻る。吸収器４８では、溶液熱交換器４２から戻る希溶液に冷媒蒸気を吸収させ、そのとき発生する吸収熱を外部に放熱している。こうして冷媒濃度の高くなった濃溶液は、溶液タンク４９に貯蔵され、再び溶液ポンプ４１へと流出される。
【０００４】このような吸収式ヒートポンプ装置で冷房や冷凍を行う場合は、蒸発器４７の冷熱により冷水を作り利用する。また、暖房や給湯を行う場合は、凝縮器４５および吸収器４８の廃熱を冷却水に与え利用する。
【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、以下のような課題が生じている。
【０００６】吸収式ヒートポンプ装置の構成要素としては、少なくとも凝縮器４５、蒸発器４７、吸収器４８の３種類の熱交換器が必要である。これらの熱交換器に、一般に使用されている二重管式熱交換器やプレート式熱交換器を用いると、どうしても独立した３台の熱交換器で構成する必要があり、装置の大型化を招くことになる。また、配管本数も多くなるため、装置の複雑化や配管工数の増加を招き、装置コストが高くなるという課題があった。
【０００７】本発明は、上記課題を解決するために、少なくとも凝縮器、蒸発器、吸収器を一体化した構造により、装置の小型化と簡略を図り低コストの吸収式ヒートポンプ装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決するために、少なくとも再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置にあって、前記した凝縮器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成したものである。
【０００９】したがって、上記発明によれば、従来の凝縮器と蒸発器と吸収器とを一体化することが可能であるため、装置の小型・簡略化を図ることができる。また、前記した一体化に伴って、配管本数を低減することも容易になるため、装置の簡略化や配管工数の低減を招き、家庭用空調機器等に適した小型で低コストな吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置にあって、前記した凝縮器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置には冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成したものである。
【００１１】これによれば、第１の流路プレートと隔壁プレートと第２の流路プレートとを複数組積層して一体にするので、従来の凝縮器と蒸発器と吸収器とを一体化することが可能になる。
【００１２】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に加えて、冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流が鉛直方向の上から下へと流れるように蒸発器流路および吸収器流路を形成したものである。 これによれば、熱交換器の一体化とともに、蒸発器および吸収器内部の流れが鉛直方向の上から下へとなるため、例えば腐食生成物や防錆剤の析出物等の不純物が流入したとしても、これらを熱交換器内に滞留させることなく容易に排出することが可能になる。
【００１３】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に加えて、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と吸収器流路とを連続したスリットとして第１の流路プレート上に形成したものである。
【００１４】これによれば、熱交換器の一体化とともに、配管本数を低減することが可能になる。
【００１５】本発明の請求項４に記載の発明は、少なくとも再生器、凝縮器、過冷却器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置にあって、前記した凝縮器と過冷却器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、蒸発器からの冷媒蒸気の流路となる低温冷媒流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路を、前記低温冷媒流路と対向する位置に凝縮器からの凝縮冷媒の流路となる高温冷媒流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成したものである。
【００１６】これによれば、第１の流路プレートと隔壁プレートと第２の流路プレートとを複数組積層して一体にする従来の凝縮器と蒸発器と吸収器と過冷却器とを一体化することが可能になる。そして、凝縮器からの高温冷媒を蒸発器からの低温冷媒で冷却する過冷却器を設けることにより、蒸発器に流入する凝縮冷媒の温度を降下させる。
【００１７】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に加えて、冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流が鉛直方向の上から下へと流れるように、蒸発器流路、低温冷媒流路および吸収器流路を形成したものである。
【００１８】これによれば、過冷却器を加えた熱交換器の一体化とともに、蒸発器、低温冷媒流路および吸収器内部の流れが鉛直方向の上から下へとなるため、例えば先に記したような不純物が流入したとしても、熱交換器内に滞留させることなく容易に排出することが可能になる。
【００１９】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４に加えて、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と低温冷媒流路と吸収器流路とを連続したスリットとして第１の流路プレート上に形成したものである。 これによれば、過冷却器を加えた熱交換器の一体化とともに、配管本数を低減することが可能となる。
【００２０】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、冷却水流路の冷却水の一部は吸収器流路との熱交換のみを行い、他の一部は凝縮器流路との熱交換を行った後に吸収器流路との熱交換を行うように、吸収器流路および凝縮器流路および冷却水流路を形成したものである。 これによれば、吸収器流路と凝縮器流路とを同時に最も低い温度の冷却水と熱交換させることが可能になり、吸収器の温度を上げることなく、凝縮器の圧力を低減することができる。これは、吸収特性の向上による濃溶液濃度の増加と凝縮圧力低減による希溶液濃度の低減が図られることを意味する。濃溶液と希溶液の濃度差の拡大は、冷媒発生量の増加をもたらし、結果的に装置としての能力が向上することとなる。
【００２１】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路の等価直径を、前記吸収器流路の等価直径よりも小さく形成したものである。
【００２２】これによれば、希溶液は等価直径の小さい希溶液流路において、圧力損失が与えられた後に、等価直径の大きい吸収器流路に流入することになる。
【００２３】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項２または請求項５に加えて、吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路は希溶液の流れが鉛直方向の上から下へとなるように形成したものである。
【００２４】これによれば、希溶液流路内部の流れが鉛直方向の上から下へとなるため、例えば腐食生成物や防錆剤の析出物等の不純物が流入したとしても、これらを希溶液流路内に滞留させることなく容易に排出することが可能になる。
【００２５】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、蒸発器流路の入口部に、前記蒸発器流路と連通する蒸発器入口流路を設け、この蒸発器入口流路の等価直径を蒸発器流路の等価直径よりも小さく形成したものである。
【００２６】これによれば、凝縮冷媒は等価直径の小さい蒸発器入口流路において、圧力損失が与えられた後に、等価直径の大きい蒸発器流路に流入することになり、凝縮冷媒の蒸発器流路に対する分岐の均一化が図られ、蒸発器流路内における凝縮冷媒の蒸発、すなわち冷熱の生成が安定して行われる。
【００２７】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項４に加えて、高温冷媒流路の入口部に前記高温冷媒流路と連通する高温冷媒入口流路を設け、この高温冷媒入口流路の等価直径を高温冷媒流路の等価直径よりも小さく形成したものである。
【００２８】これによれば、凝縮器からの凝縮冷媒は、等価直径の小さい高温冷媒入口流路において圧力損失が与えられた後に、等価直径の大きい高温冷媒流路に流入することになり、凝縮冷媒の高温冷媒流路に対する分岐の均一化が図られ、高温冷媒流路内における凝縮冷媒の過冷却が安定して行われる。
【００２９】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【００３０】図１は本発明による吸収式ヒートポンプ装置の実施例における構成図で、その構成を模式的に示したものである。
【００３１】本実施例の吸収式ヒートポンプ装置は、管で環状に接続した溶液ポンプ１、溶液熱交換器２、再生器３、精溜器４、凝縮器５、過冷却器１１、膨張弁６、蒸発器７、吸収器８、溶液タンク９から構成される。このうち凝縮器５、過冷却器１１、蒸発器７、吸収器８は、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２として一体化した熱交換器の構造としている。
【００３２】そして、溶液タンク９内の冷媒濃度の高い濃溶液は、例えば、ダイヤフラム等を用いた容積型あるいはトロコイドギア等を用いたギア型の溶液ポンプ１により加圧され、溶液熱交換器２へと送られる。濃溶液は、この溶液熱交換器２で、精溜器４から流出してくる冷媒濃度の低い希溶液の顕熱を受けて昇温する。さらに、この濃溶液は、再生器３で外部より加熱されて冷媒蒸気を発生し、気液２相状態で精溜器４に流入する。再生器３は、いわゆる貫流型の再生器であり、都市ガス等を用いたバーナ１０により、管内の濃溶液を加熱するものである。精溜器４は密度差により気液を分離し、冷媒蒸気を吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の凝縮器５へ、冷媒濃度の低くなった希溶液を溶液熱交換器２へとそれぞれ流出させる。ここで、冷媒蒸気は冷媒だけでなく吸収剤の蒸気も含んでいることから、精溜器４は、この吸収剤蒸気を２次冷却水により冷却して凝縮させ、純度の高い冷媒蒸気を凝縮器５に供給している。精溜器４を出た希溶液は、その顕熱を溶液熱交換器２で濃溶液に与えて降温し、例えばキャピラリ管からなる減圧部１３で減圧されて、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の吸収器８へ戻る。一方、精溜器４を出た冷媒蒸気は、凝縮器５で外部に熱を放熱して液化する。この凝縮器５で液化した高温冷媒は過冷却器１１に入り、蒸発器７からの低温冷媒により過冷却される。その後、膨張弁６で減圧され低温となって蒸発器７に流入し、外部より熱を吸熱して蒸発し、過冷却器１１を経て吸収器８へ戻る。吸収器８では、溶液熱交換器２から戻る希溶液に冷媒蒸気を吸収させ、そのとき発生する吸収熱を外部に放熱している。こうして冷媒濃度の高くなった濃溶液は、溶液タンク９に貯蔵され、再び溶液ポンプ１へと流出される。
【００３３】このような吸収式ヒートポンプ装置を用いて冷房や冷凍を行う場合は、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の蒸発器７における冷熱を利用する。また、暖房や給湯を行う場合は、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の吸収器８および凝縮器５の廃熱を利用する。このとき、冷却水は、図１に示したように、吸収器８および凝縮器５とほぼ同時に熱交換を行うように流れている。
【００３４】図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の吸収式ヒートポンプ装置に用いる吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２を構成するエンドプレート、第１の流路プレート、隔壁プレート、第２の流路プレート、隔壁プレート、エンドプレートを示す平面図であり、積層式熱交換器を用いて一体化した吸収器８、凝縮器５、蒸発器７、過冷却器１１の構成およびその作用が簡潔に説明できるように、各プレートの流路構成を模式的に示したもので、図３は図２（ａ）〜（ｆ）各プレートを積層して一体にした吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の流路と入出口を中心として模式的に示したものである。
【００３５】吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、エンドプレート６１、第１の流路プレート６２、隔壁プレート６３、第２の流路プレート６４、隔壁プレート６３、エンドプレート６５を順に積層し一体化している。すなわち、蒸発器流路７９、低温冷媒流路８０、吸収器流路８１および凝縮器流路７８をスリット状に構成した第１の流路プレート６２と、隔壁となるプレート６３と、冷水流路８８、高温冷媒流路８６、冷却水流路８７をスリット状に構成した第２の流路プレート６４とを交互に複数組積層し、左右にエンドプレート６１および６５を設けて一体化したものである。なお、エンドプレート６１には、吸収式ヒートポンプ装置の各構成要素と吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２とを接続するための配管を接合する入出口部を設けている。
【００３６】さらに、各プレートの構成を具体的に説明する。まず、第１の流路プレート６２には、互いに連通して上から順番に蒸発器入口流路８２、蛇行状の蒸発器流路７９、低温冷媒流路８０、希溶液流路７７、吸収器流路８１を設け、さらに、これらと独立し、かつ吸収器流路８１の一部と隣接して蛇行状の凝縮器流路７８を設けている。また、第１の流路プレート６２には、各プレートを積層し一体化した際に、冷却水の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８３ｄおよび８３ｅとともに、冷水の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８３ｆおよび８３ｇ、凝縮器５からの高温冷媒の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８３ａおよび８３ｂをそれぞれ設けている。なお、蒸発器入口流路８２および希溶液流路７７は、互いに連通する蒸発器流路７９および吸収器流路８１よりも、等価直径を小さく、すなわち流路幅を小さく形成している。
【００３７】また、熱交換を行う際の隔壁となる隔壁プレート６３には、各プレートを積層し一体化した際に、冷却水の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８４ｄおよび８４ｅとともに、冷水の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８４ｆおよび８４ｇ、凝縮器５からの高温冷媒の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８４ａおよび８４ｂ、吸収器流路８１に流入する貫通孔としての希溶液のヘッダー８４ｃ、蒸発器入口流路８２に流入する貫通孔としての凝縮冷媒のヘッダー８４ｊ、吸収器流路８１から流出する貫通孔としての濃溶液のヘッダー８４ｋ、凝縮器５の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８４ｈおよび８４ｉを設けている。
【００３８】さらに、第２の流路プレート６４には、隔壁プレート６３を介して、第１の流路プレート６２の蒸発器流路７９と対向する位置に複数段に横方向へ並設した冷水流路８８、第１の流路プレート６２の低温冷媒流路８０と対向する位置に蛇行状の高温冷媒流路８６、第１の流路プレート６２の吸収器流路８１および凝縮器流路７８と対向する位置に縦方向へ並設した冷却水流路８７をそれぞれ独立して設けている。そして、冷水流路８８は左右のヘッダー８４ｆ、８４ｇで連通され、また冷却水流路８７は、上下のヘッダー８４ｅ、８４ｄで連通され、冷却水が下から上方へ流れ、冷却水の一部は吸収器流路８１との熱交換のみを行い、他の一部は凝縮器流路７８との熱交換を行い、その後に吸収器流路８１との熱交換を行うように、吸収器流路８１、凝縮器流路７８と対向させている。なお、高温冷媒流路８６には互いに連通する高温冷媒入口流路９０を設けている。この高温冷媒入口流路９０は、高温冷媒流路８６よりも等価直径を小さく、すなわち流路幅を小さく構成している。この第２の流路プレート６４には同様に、各プレートを積層し一体化した際に、吸収器流路８１に流入する希溶液のヘッダー８９ｃ、蒸発器入口流路８２に流入する貫通孔としての凝縮冷媒のヘッダー８９ｊ、吸収器流路８１から流出する貫通孔としての濃溶液のヘッダー８９ｋ、凝縮器５の入出口となる貫通孔としてのヘッダー８９ｈおよび８９ｉを設けている。
【００３９】これらのプレート６２、６３、６４、６３を順番に重ねて１組とし、さらに複数組積層して一体化することにより、１つの吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２を形成するものである。なお、各プレートを一体化接合する方法としては、例えば拡散溶接やロウ付けが用いられる。拡散溶接は、真空内でプレートの母材の融点より少し低い温度まで昇温し加圧するもので、プレート材料の拡散によって一体化するものである。ロウ付けは、プレートの母材よりも融点の低いロウ材を全ての接合面につけて、真空または不活性雰囲気内でロウ材の融点まで昇温し、ロウ材のみを溶融させて一体化するものである。
【００４０】次に、本発明の実施例の作用について説明する。精溜器４から送られた冷媒蒸気は、エンドプレート６１に設けた凝縮器入口６６から、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に流入する。この冷媒蒸気は、隔壁プレート６３のヘッダー８４ｈおよび第２の流路プレート６４のヘッダー８９ｈを経由し、第１の流路プレート６２の凝縮器流路７８に送られる。凝縮器流路７８において、冷媒蒸気は、第２の流路プレート６４の冷却水流路８７の一部（凝縮器流路７８と対向する部分）を流れる冷却水に放熱しながら徐々に液化され、最終的には凝縮冷媒として、隔壁プレート６３のヘッダー８４ｉおよび第２の流路プレート６４のヘッダー８９ｉを経由し、凝縮器出口６７から外部に送出され、過冷却器１１へと送られる。
【００４１】凝縮器５から送られた凝縮冷媒は、図示しない配管を経由してエンドプレート６１に設けた過冷却器入口６８から、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に流入する。この凝縮冷媒は、第１の流路プレート６２のヘッダー８３ａおよび隔壁プレート６３のヘッダー８４ａを経由し、第２の流路プレート６４の高温冷媒入口流路９０に送られ、ここで適度な圧力損失を与えることにより、積層方向の各高温冷媒流路８６に均一に分岐される。高温冷媒流路８６において、凝縮冷媒は、隔壁プレート６３を介して第１の流路プレート６２の低温冷媒流路８０を流れる蒸発器流路７９からの低温冷媒蒸気により冷却され過冷却状態となる。そして、最終的には、第１の流路プレート６２のヘッダー８３ｂおよび隔壁プレート６３のヘッダー８４ｂを経由し、エンドプレート６１の過冷却器出口６９から外部に送出され、膨張弁６および蒸発器７へと送られる。
【００４２】過冷却器１１で過冷却状態になった凝縮冷媒は、膨張弁６で減圧されて低温となった後、図示しない配管を経由してエンドプレート６１に設けた蒸発器入口７０から、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に流入する。この凝縮冷媒は、隔壁プレート６３のヘッダー８４ｊおよび第２の流路プレート６４のヘッダー８９ｊを経由し、第１の流路プレート６２の蒸発器入口流路８２に送られ、ここで適度な圧力損失を与えることにより、積層方向の各蒸発器流路７９に均一に分岐される。蒸発器流路７９において、凝縮冷媒は、第２の流路プレート６４の冷水流路８８を流れる水から吸熱し蒸発する。そして、最終的には、低温冷媒として、第１の流路プレート６２の蒸発器流路７９と連通する低温冷媒流路８０へと送られる。
【００４３】低温冷媒流路８０の冷媒蒸気は、先に記したように、隔壁プレート６３を介して、高温冷媒流路８６を流れる凝縮器５からの高温冷媒から吸熱し、過熱冷媒蒸気となり、低温冷媒流路８０と連通する第１の流路プレート６２の吸収器流路８１へと送られる。
【００４４】一方、精溜器４から溶液熱交換器２を経由し、減圧部１３で減圧された希溶液は、図示しない配管を経由してエンドプレート６１の吸収器希溶液入口７１から吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に流入する。この希溶液は、隔壁プレート６３のヘッダー８４ｃおよび第２の流路プレート６４のヘッダー８９ｃを経由し、第１の流路プレート６２の希溶液流路７７に送られ、ここで適度な圧力損失を与えることにより、第１の流路プレート６２の積層方向の吸収器流路８１に均一に分岐される。
【００４５】吸収器流路８１において、希溶液は徐々に冷媒蒸気を吸収し、その時に発生する吸収熱は、隔壁プレート６３を介して第２の流路プレート６４の冷却水流路８７の一部（吸収器流路８１と対向する部分）を流れる冷却水に放熱する。そして、最終的には、ほぼ全ての冷媒蒸気が希溶液に吸収され、冷媒濃度の高い濃溶液として、隔壁プレート６３のヘッダー８４ｋおよび第２の流路プレート６４のヘッダー８９ｋを経由し、吸収器濃溶液出口７２から外部に送出され、溶液タンク９へ送られる。
【００４６】なお、冷水は、エンドプレート６１に設けた冷水入口７５から吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に送られ、第１の流路プレート６２のヘッダー８３ｆおよび隔壁プレート６３のヘッダー８４ｆを経由して、第２の流路プレート６４の冷水流路８８に送られるものである。この冷水は、凝縮冷媒の蒸発熱により生成されたものであり、ヘッダー８３ｇおよび８４ｇを経由して、冷水出口７６から外部に送出される。
【００４７】また、冷却水は、エンドプレート６１に設けた冷却水入口７３から吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２の内部に送られ、第１の流路プレート６２のヘッダー８３ｄおよび隔壁プレート６３のヘッダー８４ｄを経由して、第２の流路プレート６４の冷却水流路８７に送られたものである。この冷却水は、希溶液への冷媒蒸気の吸収熱と、冷媒蒸気の凝縮熱とを受け、第１の流路プレート６２のヘッダー８３ｅおよび隔壁プレート６３のヘッダー８４ｅを経由して、冷却水出口７４から外部に送出される。
【００４８】このように、吸収式ヒートポンプ装置にあって、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、同一の第１の流路プレート６２内に蒸発器流路８２、吸収器流路８１、凝縮器流路７８を設け、そして隔壁プレート６３を介して、冷水流路８８、冷却水流路８７を設けた第２の流路プレート６４と多数組積層化することにより、吸収器と凝縮器と蒸発器とを一体的に構成したものである。したがって、吸収式ヒートポンプ装置としての構成が簡素になり、家庭用空調機器等に適した小型の吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００４９】また、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、凝縮器５からの高温冷媒を蒸発器７からの低温冷媒で冷却する過冷却器１１を一体的に設けることにより、蒸発器７に流入する凝縮冷媒の温度を降下させ、蒸発器７における冷凍効果を高めることができ、小型で性能に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５０】さらに、図２に示す吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、蒸発器側が鉛直方向の上になるように、ヒートポンプ装置に設置することにより、蒸発器流路７９、低温冷媒流路８０、希溶液流路７７、吸収器流路８１の各流路を流れる冷媒蒸気、希溶液、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流れが、鉛直方向の上から下向きへの流れとなる。したがって、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２としての熱交換器内部に例えば腐食生成物や防錆剤の析出物等の不純物が流入したとしても、これらを流路内に滞留させることなく容易に排出することが可能となり、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５１】また、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路７９と低温冷媒流路８０と吸収器流路８１とを連続したスリットとして第１の流路プレート６２上に形成するため、配管本数が低減され、装置の簡略化や配管工数の低減による低コスト化を図ることができる。 さらに、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、図２に示したように、冷却水流路８７の冷却水の一部は吸収器流路８１との熱交換のみを行い、他の一部は凝縮器流路７８との熱交換を行った後に吸収器流路８１との熱交換を行うように、吸収器流路８１、凝縮器流路７８、冷却水流路８７を形成するため、吸収器流路８１と凝縮器流路７８とを同時に最も低い温度の冷却水と熱交換させることが可能であることから、吸収器８の温度を上げることなく、凝縮器５の圧力を低減することができる。これは、吸収特性の向上による濃溶液濃度の増加と凝縮圧力低減による希溶液濃度の低減が図られることを意味する。よって濃溶液と希溶液の濃度差の拡大は、冷媒発生量の増加をもたらし、結果的に装置としての能力を向上できることとなる。したがって、大能力で性能に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５２】また、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、蒸発器７の入口近傍には蒸発器入口流路８２を、吸収器８の希溶液入口近傍には希溶液流路７７を、過冷却器１１の高温冷媒の入口近傍には高温冷媒入口流路９０を設け、これらの等価直径をそれぞれと連通する蒸発器流路７９、吸収器流路８１、高温冷媒流路８６の等価直径よりも小さく形成している。したがって、蒸発器流路７９、吸収器流路８１、高温冷媒流路８６に流入する凝縮冷媒や希溶液が、各流路の入口部において適度な圧力損失を与えられ、積層方向に複数存在する各流路に均一に分岐されるため、それぞれの熱交換が安定して行われ、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５３】なお、本発明の実施例では、蒸発器７と吸収器８との間に過冷却器１１を設ける構成としたが、装置の構成を簡略化する場合は、蒸発器流路７９と吸収器流路８１とを直結し、過冷却器１１となる低温冷媒流路８０および高温冷媒流路８６を省略するような流路構成としても良い。
【００５４】また、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、蒸発器入口流路８２および希溶液流路７７を第１の流路プレート６２上に、高温冷媒入口流路９０を第２の流路プレート６４上にそれぞれ設けるとしたが、適当な貫通孔を設けることにより、異なる流路プレートまたは隔壁プレートに設けるような構成としても良い。
【００５５】さらに、全ての熱交換流体の流入・流出を右側のエンドプレート６１から行うものとしたが、装置の構成に応じて、左側のエンドプレート６５から行うことも容易に可能である。
【００５６】また、吸収・凝縮・蒸発・過冷却一体器１２は、図２に示したように、第１の流路プレート６２の左面に位置する隔壁プレート６３と、第２の流路プレート６４の左面に位置する隔壁プレート６３は、全て同一形状の貫通孔を有するものとしたが、流路の構成に応じて異なる形状としても良い。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１に記載の発明は、少なくとも再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置にあって、前記した凝縮器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成したもので、従来の凝縮器と蒸発器と吸収器とを一体化することが可能になり、装置の構成を簡素にできるとともに、家庭用空調機器等に適した小型の吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５８】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に加えて、冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流の流れが鉛直方向の上から下へとなるように、蒸発器流路および吸収器流路を形成したもので、熱交換器の一体化とともに、例えば腐食生成物や防錆剤の析出物等の不純物が流入したとしても、これらを熱交換器内に滞留させることなく容易に排出することが可能になり、小型で、かつ信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００５９】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１に加えて、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と吸収器流路とを連続したスリットとして第１の流路プレート上に形成したもので、熱交換器の一体化とともに、配管本数を低減することが可能になり、装置の簡略化や配管工数の低減を招き、小型で低コストな吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６０】本発明の請求項４に記載の発明は、少なくとも再生器、凝縮器、過冷却器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置にあって、前記した凝縮器と過冷却器と蒸発器と吸収器は、凝縮冷媒の流路となる凝縮器流路と、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と、蒸発器からの冷媒蒸気の流路となる低温冷媒流路と、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収器流路とをそれぞれ形成した第１の流路プレートと、隔壁となるプレートと、前記隔壁プレートを介して前記凝縮器流路および吸収器流路と対向する位置に冷却水流路を、前記蒸発器流路と対向する位置に冷水流路を、前記低温冷媒流路と対向する位置に凝縮器からの凝縮冷媒の流路となる高温冷媒流路をそれぞれ形成した第２の流路プレートとを複数組積層して一体に形成したもので、凝縮器からの高温冷媒を蒸発器からの低温冷媒で冷却する過冷却器を設けることにより、蒸発器に流入する凝縮冷媒の温度を降下させ、蒸発器における冷凍効果を高めることができる。また、凝縮器と過冷却器と蒸発器と吸収器とを一体化することが可能になり、装置の構成を簡素にできるとともに、小型でより優れた性能の吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６１】本発明の請求項５に記載の発明は、請求項４に加えて、冷媒蒸気または冷媒蒸気と希溶液との混合流の流れが鉛直方向の上から下へとなるように、蒸発器流路、低温冷媒流路および吸収器流路を形成したもので、過冷却器を加えた熱交換器の一体化とともに、蒸発器、低温冷媒流路および吸収器内部の流れが鉛直方向の上から下へとなるため、例えば先に記したような不純物が流入したとしても、熱交換器内に滞留させることなく容易に排出することが可能になる。したがって、小型でかつ信頼性および性能に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６２】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項４に加えて、冷媒蒸気の流路となる蒸発器流路と低温冷媒流路と吸収器流路とを連続したスリットとして第１の流路プレート上に形成したもので、過冷却器を加えた熱交換器の一体化とともに、配管本数を低減することが可能になり、装置の簡略化や配管工数の低減を招き、小型でかつ低コストで性能の優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６３】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、冷却水流路の冷却水の一部は吸収器流路との熱交換のみを行い、他の一部は凝縮器流路との熱交換を行った後に吸収器流路との熱交換を行うように、吸収器流路および凝縮器流路および冷却水流路を形成したもので、吸収器流路と凝縮器流路とを同時に最も低い温度の冷却水と熱交換させることが可能であることから、吸収器の温度を上げることなく、凝縮器の圧力を低減することができる。これは、吸収特性の向上による濃溶液濃度の増加と凝縮圧力低減による希溶液濃度の低減が図られることを意味する。よって、濃溶液と希溶液の濃度差の拡大は、冷媒発生量の増加をもたらし、結果的に装置としての能力が向上することになる。したがって、小型でかつ大能力で性能に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６４】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路の等価直径を、前記吸収器流路の等価直径よりも小さく形成したもので、希溶液の吸収器流路に対する分岐の均一化が図られ、吸収器流路内において冷媒蒸気の希溶液への吸収が安定して行われ、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６５】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項２または請求項５に加えて、吸収器流路と連通する希溶液流路を設け、前記希溶液流路が希溶液の流れが鉛直方向の上から下へとなるように形成したもので、例えば先に記したような不純物が流入したとしても、希溶液流路内に滞留させることなく容易に排出することが可能になり、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６６】本発明の請求項１０に記載の発明は、請求項１または請求項４に加えて、蒸発器流路の入口部に前記蒸発器流路と連通する蒸発器入口流路を設け、この蒸発器入口流路の等価直径を蒸発器流路の等価直径よりも小さく形成したもので、凝縮冷媒の蒸発器流路に対する分岐の均一化が図られ、蒸発器流路内における凝縮冷媒の蒸発、すなわち冷熱の生成が安定して行われ、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００６７】本発明の請求項１１に記載の発明は、請求項４に加えて、高温冷媒流路の入口部に前記高温冷媒流路と連通する高温冷媒入口流路を設け、この高温冷媒入口流路の等価直径を高温冷媒流路の等価直径よりも小さく形成したもので、凝縮冷媒の高温冷媒流路に対する分岐の均一化が図られ、高温冷媒流路内における凝縮冷媒の過冷却が安定して行われ、信頼性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年５月２８日（１９９９．５．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３３７７２８（Ｐ２０００−３３７７２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１２月８日（２０００．１２．８） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１４９８８４ |
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