JP3281275B2 - 吸収式冷暖房装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷暖房装置
に関し、特に、通常の暖房運転モードではヒ−トポンプ
による高効率の暖房運転が行えると共に、外気温度が低
くて熱の汲み上げが難しくなるときでも、直火加熱運転
に切り替えることにより暖房能力を低下させることなく
暖房運転を行うことができ、しかも冷房運転とヒートポ
ンプ運転、および直火加熱暖房運転の切り替えを簡単に
行なうことのできる吸収式冷暖房装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の吸収冷凍機は、通常は冷房専用
として用いられていたが、近年、冷房運転だけでなく、
吸収器で汲み上げた熱を利用してヒートポンプ暖房運転
も行えるようにした冷暖房装置に対する需要が高まって
いる。

【０００３】特公平１−４７７１４号公報、特開平６−
２９８０号公報、特公平７−９６９７７号公報などに
は、冷暖房に共用できる吸収式ヒートポンプ装置や吸収
式冷温水機が提案されている。また特公平６−９７１２
７号公報には、冷房運転、ヒートポンプサイクルによる
暖房運転および直火加熱による暖房運転の３モードで運
転できる吸収式冷暖房機が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の空冷式
吸収冷暖房機では、冷房運転から暖房運転へ、またはそ
の逆に切り替えるための構成が非常に複雑になるので、
暖房運転に使用するのは極めて困難であるという問題点
があった。

【０００５】例えば、前記特公平６−９７１２７号公報
の装置では、冷房運転とヒートポンプ運転のモード切り
替え時に、冷媒流路あるいは吸収剤溶液流路の切り替え
が必要であり、これに伴なって冷媒系統に吸収剤溶液が
混入することになる。このために、冷房／ヒートポンプ
暖房／直火加熱暖房の３運転モード間の切り替え機構が
極めて複雑化する。また特公平１−４７７１４号公報の
装置では、冷暖房の切り替えに４方弁を用いて流路切り
替えの簡単化を図っているが、やはり冷媒流路および吸
収剤溶液流路の切り替えが必要であるのみならず、この
切り替え時点において冷媒液と吸収剤溶液とが混り合う
ので、切り替え後に所定性能を発揮するまでに時間がか
かるという問題がある。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消し、冷房／ヒ
ートポンプ暖房運転モードの切り替え時に冷媒と吸収剤
溶液が混じり合うことがなく、ヒ−トポンプ運転と直火
加熱運転モードとの切り替えも簡単な構成で実現できる
吸収式冷暖房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】本発明は、冷媒を収容す
る蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して
吸収熱を発生する吸収剤を含む溶液を収容する吸収器
と、前記溶液の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出し、溶液
中の吸収剤濃度を回復させる再生器と、抽出された前記
冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝縮器と、
前記蒸発器内に配置され、その内部を通過する冷水が前
記蒸発器内の冷媒で冷却される第１管路と、前記吸収器
および凝縮器内に配置され、その内部を通過する冷却水
が前記吸収器内の溶液および前記凝縮器内の冷媒蒸気と
の熱交換によって昇温される第２管路と、冷暖房用の風
を室内に吹き込むための室内機と、前記室内機内に配置
され、前記冷水および冷却水の一方を選択的に通過させ
る第３管路と、前記冷却水および冷水の一方と外気との
熱交換をする顕熱交換器と、前記顕熱交換器内に配置さ
れ、前記冷水および冷却水の他方を選択的に通過させる
第４管路と、前記第１および第２管路の各一端ならびに
前記第３および第４管路の一端をその開口にそれぞれ連
結された第１の四方弁と、前記第１および第２管路の各
他端ならびに前記第３および第４管路の他端をその開口
にそれぞれ連結された第２の四方弁とを具備する。前記
第１および第２の四方弁は、冷房運転モードでは前記第
１および第２管路がそれぞれ前記第３、第４管路に連結
され、暖房運転モードでは前記第１および第２管路がそ
れぞれ前記第４、第３管路に連結されるように切り替え
制御される。

【０００８】また前記凝縮器および再生器を流体的に連
結する還流路をさらに具備することにより、ヒートポン
プサイクル暖房運転ができない条件の時には、再生器か
ら発生された冷媒蒸気を前記凝縮器から前記還流路を経
て再生器へ循環させる直火加熱によって暖房運転を継続
することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る吸収
式冷暖房装置の要部構成を示す系統ブロック図である。
蒸発器１には冷媒としてトリフルオロエタノール（ＴＦ
Ｅ）などのフッ化アルコールが、吸収器２には吸収剤を
含む溶液としてジメチルイミダゾリジノンなどのＤＭＩ
誘導体が収容されている。この場合、前記冷媒はフッ化
アルコールに限らず非凍結範囲が広くとれるものであれ
ばよく、溶液についてもＤＭＩ誘導体に限らず非結晶範
囲が広く取れるものであり、ＴＦＥよりも高い常圧沸点
を有し、ＴＦＥを吸収しうる吸収剤であればよい。例え
ば、水と臭化リチウムの組み合わせは、外気温度が零度
近くになった状態での暖房運転時において、溶液の温度
低下によって冷媒である水が凍結するおそれがあるの
で、本実施形態の系統に好適とは言い難い。

【００１０】蒸発器１と吸収器２とは、蒸発（冷媒）通
路を介して互いに流体的に連結されており、これらの空
間を、例えば３０mmＨｇ程度の低圧環境下に保持すると
蒸発器１内の冷媒が蒸発し、図中に２重矢印で示したよ
うに、前記通路を介して吸収器２内に入る。この冷媒蒸
気を吸収器２内の吸収剤溶液が吸収することにより、吸
収冷凍動作が行われる。前記蒸発通路には冷却器（熱交
換器）１８が配置されている。

【００１１】まずバーナ７が点火され、再生器３によっ
て吸収器２内の溶液濃度が高められると（バーナおよび
再生器、ならびに溶液濃縮については後述する）、吸収
器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、該冷媒の蒸発による
潜熱によって蒸発器１内が冷却される。蒸発器１内には
冷水が通過する管路１ａが設けられる。管路１ａの一端
（図では出口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃１開口に、そ
の他端（図では入口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃１開口
にそれぞれ連結される（図２、３参照）。冷媒はポンプ
Ｐ１によって蒸発器１内に設けられた散布手段１ｂに導
かれ、前記冷水が通過している管路１ａ上に散布され
る。前記冷媒は管路１ａ内の冷水から蒸発熱を奪って冷
媒蒸気となり、蒸発通路５を通って吸収器２に流入す
る。その結果、前記冷水の温度は降下する。蒸発器１内
の冷媒は前記散布手段に導かれるほか、後で詳述するよ
うに、その一部はフィルタ４を通って精留器６にも給送
される。蒸発器１とフィルタ４の間には流量調節弁Ｖ５
が設けられている。なお、管路１ａを流れる冷水として
はエチレングレコール又はプロピレングレコ−ル水溶液
を使用するのが好ましい。

【００１２】前記フッ化アルコールの蒸気つまり冷媒蒸
気が吸収器２の溶液に吸収されると、吸収熱によって該
溶液の温度は上昇する。溶液の吸収能力は該溶液の温度
が低いほど、また、溶液濃度が高いほど大きい。そこ
で、該溶液の温度上昇を抑制するため、吸収器２の内部
には管路２ａが設けられ、該管路２ａには冷却水が通さ
れる。管路２ａの一端（図では出口端）は凝縮器９内を
通過した後、ポンプＰ３を介して第１の四方弁Ｖ１の＃
２開口に、管路２ａの他端（図では入口端）は第２の四
方弁Ｖ２の＃２開口にそれぞれ連結される。管路２ａを
通過する冷却水として、前記冷水と同じ水溶液を使用す
る。

【００１３】溶液はポンプＰ２によって吸収器２内に設
けられた散布手段２ｂに導かれ、管路２ａ上に散布され
る。その結果、溶液は管路２ａを通っている冷却水で冷
却される。一方、冷却水は熱を吸収するのでその温度が
上昇する。吸収器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、その
吸収剤濃度が低下すると吸収能力が低下する。そこで、
再生器３および精留器６により、吸収剤溶液から冷媒蒸
気を分離発生させることによって、溶液の濃度を高めて
吸収能力を回復させる。

【００１４】吸収器２で冷媒蒸気を吸収して希釈された
溶液つまり希液は前記ポンプＰ２によって前記散布手段
２ｂに導かれるほか、管路７ｂを通して精留器６に給送
され、再生器３へと流下する。再生器３は前記希液を加
熱するバーナ７を有している。該バーナ７はガスバーナ
を使用しているが、どのような加熱手段であってもよ
い。再生器３で加熱され、冷媒蒸気が抽出されて濃度が
高められた溶液（濃液）は、管路７ａ通って前記吸収器
２に戻され、この濃液は前記散布手段２ｂによって管路
２ａ上に散布される。

【００１５】再生器３に給送された希液がバーナ７で加
熱されると、冷媒蒸気が発生する。前記冷媒蒸気は、精
留器６内を上昇する際に精留器６内を流下する溶液と十
分に接触することによって混入した微量の吸収剤溶液成
分が十分に分離された後、凝縮器９へ給送される。凝縮
器９で冷却されて液化された冷媒は、管路９ｂを通り、
冷却器１８および減圧弁（流量制御バルブ）１１を経由
して蒸発器１に戻され、散布手段１ｂで散布される。前
記冷却器１８は１種の熱交換器であり、蒸発器１で発生
した冷媒蒸気中に混在する冷媒ミストを、凝縮器９から
の暖かい冷媒で加熱してその気化を促進する一方、蒸発
器１へ還流される冷媒の温度を低下させる。

【００１６】なお、凝縮器９から蒸発器１に供給される
蒸気の純度は極めて高くなってはいるが、還流冷媒中に
ごくわずかに混在する吸収剤成分が長時間の運転サイク
ルによって蓄積し、蒸発器１内の冷媒の純度が徐々に低
下することは避けられない。そこで、上述のように、蒸
発器１から冷媒のごく一部をフィルタ４を介して精留器
６に給送し、再生器３から生じる冷媒蒸気と共に再び純
度を上げるためのサイクルを経るように構成している。
なお、前記フィルタ４は、吸収剤溶液中の塵埃や錆など
が精留器６内の充填材管路に詰まって機能低下の原因に
なるのを防止するのに役立つ。

【００１７】吸収器２と精留器６を連結する管路７ａ、
７ｂの中間に設けられた熱交換器１２により、再生器３
から出た管路７ａ中の高温濃液は吸収器２から出た管路
７中の希液と熱交換して冷却された後、吸収器２へ給送
されて散布される。一方、熱交換器１２で予備的に加熱
された希液は精留器６へ給送される。こうして熱効率の
向上が図られているが、さらに、還流される前記濃液の
熱を吸収器２または凝縮器９から出た管路２ａ内の冷却
水に伝達するための熱交換器（図示せず）を設けること
により、吸収器２に還流される濃液の温度はより一層低
下させ、冷却水温度はさらに上げることができるような
構成をとってもよい。

【００１８】前記冷水または冷却水を外気と熱交換する
ための顕熱交換器１４には管路４ａ、室内機１５には管
路３ａがそれぞれ設けられている。管路３ａ、４ａの各
一端（図では入口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃３、４開
口に、その他端（図では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の
＃３、４開口にそれぞれ連結される（図２、３参照）。
室内機１５は冷暖房を行う室内に備えられ、冷風または
温風の吹出し用ファン１０（両者は共通）と吹出し出口
（図示せず）とが設けられる。前記顕熱交換器１４は室
外に置かれ、ファン１９で強制的に外気との熱交換が行
われる。

【００１９】なお図中の添字付き符号Ｔは温度感知器、
添字付き符号Ｌは液面感知器、添字付き符号ＰＳは圧力
感知器をそれぞれ表わし、また添字付きの符号Ｖは開閉
弁または流量制御弁を表している。

【００２０】ヒートポンプによる暖房運転時には図２に
示すように、第１および第２の四方弁Ｖ１、Ｖ２をそれ
ぞれの＃１および＃４開口が連通され、＃２および＃３
開口が連通されるような位置に切替え制御する。これに
より、吸収器２および凝縮器９内で暖められた管路２ａ
内の冷却水が室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の暖
房が行われる。

【００２１】次に、このヒートポンプによる暖房運転時
において、外気温度が極端に低くなると、顕熱交換器１
４を介する外気からの熱汲上げが難しくなり、暖房能力
が低下する。このような外気温度条件の時にはヒートポ
ンプサイクル運転は停止し、再生器３で発生した蒸気を
凝縮器９との間で環流させ、バーナ７による加熱熱量
を、凝縮器９内で効率よく管路２ａ内の冷却水に伝導す
る直火加熱運転により、前記冷却水を昇温させて暖房能
力を向上させるようにする。

【００２２】このために、図１の実施形態では、凝縮器
９と再生器３（または精留器６）との間をバイパスする
環流通路９ａおよび開閉弁１７を設けている。外気温度
が低くなって暖房能力が不足する時には、まず凝縮器９
から蒸発器１に至る管路９ｂならびに、吸収器２および
再生器３の間の希液、濃液の管路７ａ、７ｂを遮断して
ヒートポンプサイクルを停止させ、前記開閉弁１７を開
いて再生器３で発生した蒸気を凝縮器９との間で環流さ
せる。

【００２３】上述のような、暖房能力向上のための直火
加熱運転への切換え制御は、室内外の適当な箇所（例え
ば顕熱交換器１４の近傍）に温度感知器（Ｔ１４）を設
け、感知された温度が予定値以下になったときに、前記
弁を切り替える制御装置によって自動制御することもで
きる。外気温度が予定値以下に低下したことは暖房負荷
の大小によっても判定することができる。暖房負荷の演
算については、本出願人が先に出願した特願平８−９４
７１４号に詳細に説明されているので、これを援用す
る。

【００２４】また、本発明のような吸収式冷暖房装置の
冷房運転時には、図３に示すように、第１および第２の
四方弁Ｖ１、Ｖ２をそれぞれの＃１および＃３開口が連
通され、＃２および＃４開口が連通されるような位置に
切替え制御する。これにより、蒸発器１内で冷却された
管路１ａ内の冷水が室内機１５の管路３ａへ導かれて室
内の冷房が行われる。すなわち、冷房運転時には蒸発器
１の冷媒で冷却された冷水が室内機１５に導かれ、前記
吹出し用ファン１０により冷風が室内に吹出される。

【００２５】なお、ヒートポンプによる暖房運転時にお
いては、外気温度が前記予定値以上であっても、例えば
暖房機の設定温度が下げられて暖房負荷が急低下したよ
うな時にはヒートポンプサイクル運転が不可能になるこ
とがある。すなわちヒートポンプサイクルでは、高圧側
である凝縮器９の圧力と低圧側である蒸発器１および吸
収器２の圧力との差圧によって冷媒や溶液の循環が確保
されているが、設定温度が下げられて暖房負荷が突然低
下すると、再生器３へ給送される希液の量が急減し、こ
のために凝縮器９の圧力や前記圧力差も低下してヒート
ポンプサイクル運転の継続が困難もしくは不可能になる
ことがある。

【００２６】このような事態に備えて凝縮器９内の圧力
を検知するための圧力感知器ＰＳ９を設け、濃縮器９内
の圧力が基準値以下に低下したときに、各切替弁を切り
替えてヒートポンプサイクルから直火加熱へ切り替える
ようにしてもよい。また、蒸発器１内の圧力を感知する
蒸発器圧力検知器ＰＳ１をさらに設け、両圧力感知器の
出力差すなわち差圧が基準値以下に低下したときに、直
火加熱へ切り替えるようにしてもよい。

【００２７】さらに、凝縮器圧力は外気温度および室内
機設定温度の関数となるので、凝縮器圧力を外気温度お
よび室内機設定温度の組合わせで代表し、前記組合わせ
で決まる動作点が予定範囲から外れた時に切り替え出力
を発生させてヒートポンプサイクルから直火加熱へ切り
替えるようにすることもできる。このような切り替え手
法については、本出願人の先の特許出願（平成８年１１
月２９日出願）「吸収式冷暖房装置」に詳述されている
のでその記載を援用し、詳細な説明は省略する。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、冷房運転時もヒートポ
ンプ運転時も冷媒や吸収剤溶液の流路は同じであり、冷
房／暖房運転モードの切り替えに応じて冷媒、吸収剤溶
液流路を切り替える必要がなく、単に１対の四方弁によ
って冷却水と冷水の流路を切り替えるだけで済むので、
構成が大幅に簡略化され、家庭用などの小形冷暖房装置
としても好適な冷暖房装置が提供される。また、冷房／
暖房運転のモード切り替え時に、冷媒と吸収剤との分離
工程を要しないので速やかに高効率運転に移行できる利
点がある。

【００２９】さらに、通常の暖房時にはヒ−トポンプサ
イクルを利用した高効率の暖房運転が行えると共に、外
気温度が極端に低下して熱の汲み上げが難しくなり、ヒ
ートポンプサイクルが十分利用できない場合や、暖房負
荷が急減して凝縮器などの高圧系の圧力が低下したり、
凝縮器等の高圧系の圧力と蒸発器などの低圧系の圧力と
の差が基準値以下に低下したりする恐れがある場合、ま
たは外気温度および暖房負荷の組合わせが予定範囲から
外れた場合などにおいても、冷却蒸気を凝縮器と再生器
との間で循環させることによって簡単かつ速やかに直火
加熱運転に切り替えて所望の暖房温度を維持することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る冷暖房装置の構成を
示す図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る冷暖房装置の構成お
よび冷房運転時の配管系統と四方弁の状態を示す図であ
る。

【図３】 本発明の実施形態に係る冷暖房装置の暖房運
転時の配管系統と四方弁の状態を示す図である。

【符号の説明】

１…蒸発器、 １ａ…冷水用管路、 ２…吸収器、 ２
ａ…冷却水用管路 ３…再生器、 ４…フィルタ、 ６
…精留器、 ７…バーナ、 ９…凝縮器、 ９ａ…環流
路 １０…ファン、 １４…顕熱交換器、 １５…室内
機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−13964（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−107160（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−87758（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−179780（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00 F25B 15/00 306

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冷媒を収容する蒸発器と、 前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して吸収熱を発生
   する吸収剤を含む溶液を収容する吸収器と、前記吸収器と吸収剤溶液管路により連結され、 前記溶液
   の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出し、溶液中の吸収剤濃
   度を回復させる再生器と、前記蒸発器と冷媒管路により連結され、 抽出された前記
   冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝縮器と、 前記蒸発器内に配置され、その内部を通過する冷水が前
   記蒸発器内の冷媒で冷却される第１管路と、 前記吸収器および凝縮器内に配置され、その内部を通過
   する冷却水が前記吸収器内の溶液および前記凝縮器内の
   冷媒蒸気によって昇温される第２管路と、 冷暖房用の風を室内に吹き込むための室内機と、 前記室内機内に配置され、前記冷水および冷却水の一方
   を選択的に通過させる第３管路と、 前記冷却水および冷水の一方と外気との熱交換をする顕
   熱交換器と、 前記顕熱交換器内に配置され、前記冷水および冷却水の
   他方を選択的に通過させる第４管路と、 前記第１および第２管路の各一端ならびに前記第３およ
   び第４管路の各一端をその開口にそれぞれ連結された第
   １の四方弁と、 前記第１および第２管路の各他端ならびに前記第３およ
   び第４管路の各他端をその開口にそれぞれ連結された第
   ２の四方弁と、 前記凝縮器および再生器を流体的に連結する還流路と を
   具備し、 前記第１および第２の四方弁は、冷房運転モードでは前
   記第１および第２管路がそれぞれ前記第３、第４管路に
   連結され、暖房運転モードでは前記第１および第２管路
   がそれぞれ前記第４、第３管路に連結されるように切り
   替え制御されると共に、前記暖房運転時において外気温
   度が第１予定値以下、前記凝縮器の圧力値が第２予定値
   以下、前記凝縮器の圧力および蒸発器の圧力の差圧が第
   ３予定値以下、外気湿度および室内機設定温度の組み合
   わせで決まる動作点が予定範囲外 であることの条件の、
   少なくとも１つが満足されたときには、前記第１および
   第２の四方弁は前記暖房運転モードの位置に維持したま
   まで、前記凝縮器と前記蒸発器間の冷媒管路および前記
   吸収器と前記再生器間の吸収剤溶液管路を遮断し、かつ
   前記環流路を解放して再生器から発生された冷媒蒸気が
   前記凝縮器から前記還流路を経て再生器へ循環されるよ
   うに切替えることによって直火加熱運転に移行するよう
   に構成されたことを特徴とする吸収式冷暖房装置。
2. 【請求項２】前記再生器と凝縮器との間に、前記再生器
   で発生された冷媒蒸気に混入した吸収液溶液を分離する
   手段を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の吸
   収式冷暖房装置。