JPH10205910A - 吸収式冷暖房装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒートポンプ運転時の風量にかかわらず適当
な暖房感が得られるようにする。 【解決手段】 凝縮器温度算出部２０は設定温度と該設
定温度の温風を得るための溶液の温度Ｔｃとの相関を表
すマップからなり、入力された設定温度に基づき凝縮器
９内の溶液の温度Ｔｃを算出する。蒸気圧算出部２２は
「溶液−蒸気圧特性図」を有し、前記溶液の温度Ｔｃを
入力として該温度Ｔｃと関連する蒸気圧Ｐｃを算出す
る。比較部２３は圧力センサＰＳ９の出力Ｐｓと算出さ
れた蒸気圧Ｐｃとを比較する。バーナ調整部２４は前記
比較部２３での比較結果に基づき、例えば、算出された
蒸気圧Ｐｃよりも感知された凝縮器圧力Ｐｓが低い場合
は、加熱量を上げるようにバーナ７を制御する。その結
果、室内機１５から吐出される空気が前記凝縮器圧力Ｐ
ｓに対応する温度に維持される。

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、室内機から送出される風量の変化にかか
わらず、常に希望通りの一定の暖房感がある適当な温風
を得ることができるようにした吸収式冷暖房装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸収式冷凍式の冷房装置が知られ
ていたが、さらに近年、冷房運転だけでなく、蒸発器で
外気から汲み上げた熱を利用したヒートポンプ暖房運転
も行えるようにした吸収式冷暖房装置装置に対する需要
が高まりつつある。

【０００３】例えば、特公平６−９７１２７号公報で
は、冷房運転、ヒートポンプ運転による暖房、および直
火焚き（ボイラ）運転による暖房という３つのモードで
運転できるようにした吸収式冷温水機が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の冷暖房装置で
は、ヒートポンプ運転時に、暖房負荷が急増して室内機
からの温風の吐出量が急増すると、温風の温度が低下し
て希望したような暖房感が得られなくなる一方、室内機
からの温風吐出量が急減した場合には温風の温度が必要
以上に上昇するという問題点があった。特に、温風温度
が必要以上に高くなるのは無駄であり、運転効率の低下
を招くことにもなる。

【０００５】これに対し、室内機から吐出される温風の
温度を測定し、その結果をフィードバックすることによ
り一定の暖房感を得ようとしても、風の流れにはむらが
あることから温度検出結果にばらつきを生じ、検出結果
のばらつきを解消するためには制御がたいへん複雑にな
るという問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点に鑑み、簡単な制御
で、風量が変化しても適当な暖房感を確実に得ることが
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】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、冷媒を貯留する蒸発器
と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を
含む溶液を収容する吸収器と、前記溶液の吸収剤濃度を
回復させるため、該溶液を加熱して冷媒蒸気を抽出する
再生器と、前記再生器で抽出された冷媒蒸気を凝縮させ
て前記蒸発器へ供給するための凝縮器とを有する吸収式
冷暖房装置において、冷房運転時は前記蒸発器内を通過
した冷水を前記室内機に循環させて冷風を吐出するよう
にし、ヒートポンプ運転時は前記吸収器内および前記凝
縮器内を通過させた冷却水を前記室内機に循環させて温
風を吐出させるように構成するとともに、前記溶液に暖
房用熱量を与えることができる凝縮温度に対応する凝縮
器内圧力を維持するようにヒートポンプ運転時の前記再
生器の加熱量を制御するように構成した点に第１の特徴
がある。

【０００８】また、本発明は、前記冷媒としてトリフル
オロエタノールを使用し、前記凝縮器内圧力が、設定温
度に基づいて２５０ｍｍＨｇ〜５００ｍｍＨｇの範囲内
で算出されるように構成した点に第２の特徴がある。さ
らに、本発明は、前記冷却水の循環量をほぼ一定に維持
した点に第３の特徴がある。

【０００９】上記第１ないし第３の特徴によれば、室内
機からの温風温度を決定づける冷却水の温度が、該冷却
水に熱量を与える凝縮器内の冷媒液温度と一定の相関関
係を有する凝縮器内圧力を予定範囲内の値に維持するこ
とによって所望値に維持される。

【００１０】

【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）等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ＤＭＩ誘導体（ジメチルイミダゾリジノ
ン）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
よい。溶液については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、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。

【００１１】蒸発器１と吸収器２とは、図示しない蒸発
（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、前記通路を介し
て吸収器２内に入る。なお、前記蒸発通路には予冷器１
８が設けられている。予冷器１８は、冷媒蒸気中に残存
するミスト（霧状の冷媒）を加熱して蒸気化させるとと
もに、凝縮器９から送給される冷媒の温度を下げる働き
をする。冷媒蒸気を吸収器２内の吸収剤溶液が吸収して
吸収冷凍動作が行われる。

【００１２】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。

【００１３】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、蒸発通路を通っ
て吸収器２に流入する。その結果、前記管路１ａ内の冷
水の温度は降下する。蒸発器１内の冷媒は前記散布手段
１ｂに導かれるほか、後述するように、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と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。

【００１４】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。

【００１５】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によって吸収剤溶液から冷媒蒸
気を分離発生させることにより、溶液の濃度を高めて吸
収能力を回復させる。

【００１６】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散布手段２ｂに導かれるほか、ポ
ンプＰ２により管路７ｂを通じて精留器６に給送され再
生器３へと流下する。ポンプＰ２と再生器３とをつなぐ
管路７ｂには開閉弁Ｖ３が設けられている。再生器３は
吸収器２から供給される希液を加熱するバーナ７を有し
ている。該バーナ７はガスバーナが好ましいが、他の型
式の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を通って吸収器２に戻される。管
路７ａ上には開閉弁Ｖ４が設けられている。このとき、
温度が比較的高い濃液は散布手段２ｃによって管路２ａ
に散布される。

【００１７】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。前記冷媒蒸気に混入
された吸収剤溶液は精留器６によって分離され、より一
層純度を高められた冷媒蒸気が凝縮器９へ給送される。
そこで冷却されて凝縮液化された冷媒は、前記予冷器１
８、減圧弁１１を経由して蒸発器１に戻され、散布され
る。

【００１８】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するのが望まし
い。

【００１９】再生器３から出た管路７ａ中の高温濃液
は、吸収器２と精留器６を連結する管路の中間に設けら
れた熱交換器１２により、吸収器２から出た希液と熱交
換して冷却された後、吸収器２内に散布される。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
れる濃液の温度をより一層低下させ、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。

【００２０】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および＃４開口
に、その他端（図では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃
３および＃４開口にそれぞれ連結される。室内機１５は
冷暖房を行う室内に備えられるもので、冷風または温風
の吹出し用ファン（両者は共通）１０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。

【００２１】蒸発器１には冷媒の量を感知するレベルセ
ンサＬ１、冷媒の温度を感知する温度センサＴ１、およ
び蒸発器１内の圧力を感知する圧力センサＰＳ１が設け
られている。吸収器２には溶液の量を感知するレベルセ
ンサＬ２が設けられている。凝縮器９には、凝縮した冷
媒の量を感知するレベルセンサＬ９、冷媒の温度を感知
する温度センサＴ９、および凝縮器９内の圧力を感知す
る圧力センサＰＳ９が設けられている。また、顕熱交換
機１４、再生器３、および室内機１５にはそれぞれ温度
センサＴ１４、Ｔ３およびＴ１５が設けられている。顕
熱交換機１４の温度センサＴ１４は外気温度を感知し、
室内機１５の温度センサＴ１５は冷暖房をする室内の温
度を感知する。また、再生器３の温度センサＴ３は溶液
の温度を感知する。

【００２２】以上の構成において、冷房運転時には、前
記第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、管路
１ａに冷媒が散布されて温度が下げられた冷水が室内機
１５の管路３ａへ導かれて室内の冷房が行われる。

【００２３】一方、暖房運転時には、前記第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、管路２ａ内の暖めら
れた冷却水が室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の暖
房が行われる。

【００２４】なお、暖房運転時に、外気温度が極端に低
くなると、顕熱交換器１４を介して外気から熱を汲み上
げ難くなり、暖房能力が低下する。このようなときのた
めに、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。すなわち、外気からの熱の汲み上げが困難なときに
は、吸収冷凍サイクル運転は停止して、再生器３で発生
した蒸気を凝縮器９との間で環流させ、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
伝導させられる直火焚き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。

【００２５】続いて、室内機１５の吐出風量にかかわら
ず適当な暖房感が得られるようにするための運転につい
て説明する。設定温度、室内温度および外気温度から計
算される負荷の変化によって室内機１５の風量は変化さ
せられている。負荷の増大によって風量が増大すると冷
却水温度が下がり暖房感が得られなくなるので、本実施
形態では、冷却水の温度を維持して常に適当な暖房感が
得られるように制御している。

【００２６】ところで、暖房運転では、最終的には凝縮
器９を通過した冷却水が室内機１５に送給されている。
したがって、室内機１５に入る冷却水温度は熱損失を無
視すれば凝縮器９を出るときの冷却水の温度と等しい。
一方、凝縮器９内の溶液の温度と蒸気圧とは次の関係に
ある。図３は溶液の温度と蒸気圧、ならびに溶液中の吸
収剤濃度との関係を示す特性図である。凝縮器９を通過
する溶液は、冷媒（ＴＦＥ）１００％であるから、該溶
液の温度と蒸気圧との関係は図３の特性Ａにより求めら
れる。この特性から理解されるように、溶液の温度と蒸
気圧との間には一定の相関があるから、溶液の温度を所
望値にするための溶液の蒸気圧は特定される。

【００２７】ところで、本発明者等の実験によれば、凝
縮器９から出る冷却水の温度をほぼ４５°Ｃ〜６０°Ｃ
にすることにより、室内機１５の吐出温度を４０°Ｃ〜
５０°Ｃに保持できることがわかっている。ここで、凝
縮器９内の冷媒液の温度と冷却水の温度とは一定の相関
があり、図３に示した特性によれば、冷媒の蒸気圧が２
５０ｍｍＨｇ〜５００ｍｍＨｇの範囲において、冷媒液
の温度は４８°Ｃ〜６３°Ｃである。したがって、この
蒸気圧範囲を保持すれば、冷却水の温度を４５°Ｃ〜６
０°Ｃ、すなわち室内機１５の吐出温度をほぼ４０°Ｃ
〜５０°Ｃに維持できる。

【００２８】本実施形態では、上述の温度と蒸気圧との
関係に基づき、凝縮器９の冷媒凝縮圧力を予定値に保持
して、結果的に室内機１５に循環させる冷却水の温度を
保持する。具体的には、冷却水の循環量はほぼ一定にし
たまま、凝縮器９に設けられた前記圧力センサＰＳ９の
検知圧力が予定値に保持されるように再生器３の加熱量
を調整する。

【００２９】再生器３の加熱量を調整するための制御手
段の要部機能を、ブロック図を参照して説明する。図２
において、制御部２５はマイクロコンピュータで構成す
ることができる。該制御部２５には凝縮器９内の圧力を
感知する圧力センサＰＳ９の出力が取り込まれる。凝縮
器温度算出部２０は温度設定器２１から入力された設定
温度に基づき凝縮器９内の溶液の温度Ｔｃを算出する。
具体的には、予め実験によって求められた設定温度と、
該設定温度の温風を得るための溶液の温度Ｔｃとの相関
を表すマップを用い、設定温度を入力として溶液の温度
Ｔｃを得る。

【００３０】蒸気圧算出部２２は前記溶液の温度Ｔｃを
入力として該温度Ｔｃと関連する蒸気圧Ｐｃを算出す
る。具体的には、前記溶液−蒸気圧特性図（図３）に基
づいて作成されたマップを用いる。比較部２３は圧力セ
ンサＰＳ９の感知圧力Ｐｓと算出された蒸気圧Ｐｃとを
比較する。バーナ調整部２４は前記比較部２３での比較
結果に基づき、バーナ７の調整を行う。例えば、算出さ
れた蒸気圧Ｐｃよりも感知された凝縮器圧力Ｐｓが低い
場合は、加熱量を上げるようにバーナ７を制御する。

【００３１】バーナ７による加熱量を増大させることに
より、凝縮器９へ給送される冷媒蒸気が増大して凝縮器
圧力Ｐｓが高められる。そうすると凝縮器９内の冷媒温
度が上昇し、結果的に、室内機１５から吐出される空気
が前記凝縮器圧力Ｐｓに対応する温度に維持される。

【００３２】上述のように、本実施形態によれば、ヒー
トポンプ運転時に、負荷の増減による風量の変化にかか
わらず、室内機１５の吐出温度を維持できる。特に、凝
縮器圧力に基づいて再生器３の加熱量を制御しているた
めに、加熱による圧力変化に対する応答が速いという利
点がある。また、再生器３の加熱量を制御することによ
り再生器３自体の圧力も高く維持されるので、再生器３
から吸収器２への溶液循環量を確保することもできる。

【００３３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１ないし請求項３の発明によれば、ヒートポンプ運転時
に、室内機の風量変化があったとしても、再生器の加熱
量を上げることによって冷却水の温度低下が補償され
る。特に、凝縮器圧力に基づいて加熱量の制御を行って
いるため、制御応答が速い。

【００３４】また、請求項３の発明によれば、冷却水の
循環量は一定でよいため、循環用のポンプの構成が簡単
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
構成を示す系統図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
制御機能を示す機能ブロック図である。

【図３】 溶液の温度と蒸気圧、ならびに溶液中の吸収
剤濃度との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…蒸発器、 ２…吸収器、 ３…再生器、 ９…凝縮
器、 １１…減圧弁、１４…顕熱交換器、 １５…室内
機、 ２５…制御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を貯留する蒸発器と、前記蒸発器で
   発生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を含む溶液を収容す
   る吸収器と、前記溶液の吸収剤濃度を回復させるため、
   該溶液を加熱して冷媒蒸気を抽出する再生器と、前記再
   生器で抽出された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供
   給するための凝縮器とを有する吸収式冷暖房装置におい
   て、 室内機と、 冷房運転時は前記蒸発器内を通過した冷水を前記室内機
   に循環させて冷風を吐出するようにし、ヒートポンプ運
   転時は前記吸収器内および前記凝縮器内を通過させた冷
   却水を前記室内機に循環させて温風を吐出させるように
   形成した循環路と、 前記凝縮器内の圧力を感知する圧力センサと、 前記凝縮器内の冷媒の温度を、該溶液に暖房用熱量を与
   えることができる凝縮温度に維持するため、予定の相関
   関係に基づいて前記凝縮温度に対応する凝縮器内圧力を
   算出する圧力算出手段と、 前記圧力センサによって感知された圧力および前記圧力
   算出手段で求められた蒸気圧の大小を判別する比較手段
   と、 前記比較手段による判別結果に基づいてヒートポンプ運
   転時の前記再生器の加熱量を制御する加熱量調整手段と
   を具備したことを特徴する吸収式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒としてトリフルオロエタノール
   を使用し、 前記凝縮器内圧力が、設定温度に基づいて２５０ｍｍＨ
   ｇ〜５００ｍｍＨｇの範囲内で算出されるように前記圧
   力算出手段を構成したことを特徴とする請求項１記載の
   吸収式冷暖房装置。
3. 【請求項３】 前記冷却水の循環量をほぼ一定に維持し
   たことを特徴とする請求項１または２記載の吸収式冷暖
   房装置。