JPH10267450A - 吸収式冷暖房装置および冷暖房システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 顕熱交換機を複数の冷暖房装置に共用した吸
収式冷暖房システムにより、冷暖房装置の設置スペース
の確保と、効率のよい冷暖房運転を可能にする。 【解決手段】 吸収式冷暖房装置（室外機）２０ａ〜２
０ｃは、蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器等、吸収式冷
凍サイクルのための要素を有する。これら室外機の各要
素を通過したブラインの熱は顕熱交換機１４で強制的に
熱交換される。空冷の顕熱交換機１４を室外機から分離
して配置できるので、室外機の設置スペースの制限によ
る使用場所の制限が緩和される。

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
および冷暖房システムに関し、特に、室外機の設置スペ
ースを小さくすることができる吸収式冷暖房装置および
該冷暖房装置を含む冷暖房システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】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に対する需要がある。この吸
収式冷暖房装置でヒートポンプ暖房運転を行う場合、外
気温度が低くなるにつれて外気からの熱の汲み上げの効
率が悪くなるという問題がある。

【０００３】そこで、冷房運転とヒートポンプによる暖
房運転のほか、外気温度が低い場合に直火焚き運転を行
えるようにしたシステムが提案されている（特公平６−
９７１２７号）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のシステムで
は、冷房運転とヒートポンプ運転との切換えに際し、構
成上必然的に冷媒ラインに吸収剤溶液が混入するという
問題点がある。また、直火焚き運転を含む３つの運転方
式の切換えが複雑であるという問題点もある。

【０００５】また、外気温との熱交換を行うための顕熱
交換機は比較的大型になって装置内スペースの大きな割
合を占めるため、結果的に装置全体が大型化し、設置ス
ペースの確保が困難な場合も生じてくる。さらに、顕熱
交換機の冷却用ファンの音が大きくなって設置場所が制
約を受けるという問題点もある。

【０００６】本発明は、上記問題点を解消し、設置スペ
ースとか冷却ファンによる運手音とかの設置場所の制約
を小さくすることができる効率のよい吸収式冷暖房装置
および冷暖房システム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する
吸収剤を含む溶液を収容する吸収器と、前記溶液を加熱
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、その内部を通過する冷水を
冷却するため前記蒸発器内を通過させた第１の管路と、
その内部を通過する冷却水で前記吸収器および凝縮器内
を冷却するための第２の管路と、前記冷水または冷却水
を外部の室内機に循環させるための第３の管路と、前記
冷水または冷却水を、複数の冷暖房装置で共用される外
部の顕熱交換機に循環させるための第４の管路と、冷房
運転時には前記第１の管路と第３の管路とを接続すると
もに、第２の管路と第４の管路とを接続する一方、ヒー
トポンプ暖房運転時には前記第２の管路と第３の管路と
を接続するとともに、第１の管路と第４の管路とを接続
する切換え手段とを具備した点に第１の特徴があり、前
記管路の切換え手段が四方弁である点に第２の特徴があ
る。

【０００８】また、本発明は、上記第１または第２の特
徴を有する吸収式冷暖房装置を複数台設置し、前記複数
台の吸収式冷暖房装置の前記第３の管路にそれぞれ接続
された室内機と、前記複数台の吸収式冷暖房装置の前記
第４の管路に接続され、該複数台の吸収式冷暖房装置で
共用される１台の空冷顕熱交換機とをさらに設置して冷
暖房システムを構成した点に第３の特徴がある。

【０００９】第１ないし第３の特徴によれば、空冷顕熱
交換機が、蒸発器、吸収器、凝縮器、および再生器等の
吸収式冷凍サイクルを行う主要部分から分離されて外部
に配置されている。したがって、吸収式冷凍サイクルに
よって生じた熱は、前記外部に置かれる顕熱交換機によ
って外気と強制的に熱交換される。しかも、前記空冷顕
熱交換機は、複数の冷暖房装置に共用されているので、
冷暖房装置の小型化が図られる。

【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は本発明の一実施例に係る冷暖房
システムの系統図である。冷暖房装置つまり室外機２０
ａ，２０ｂ，２０ｃは、例えば、集合住宅の各戸に設置
される。室外機２０ａ〜２０ｃからは、冷水または温水
（温度が上昇した冷却水）が室内機１５ａ，１５ｂ．１
５ｃにそれぞれ供給され、該室内機１５ａ〜１５ｃが設
置された部屋の冷房または暖房が行われる。

【００１１】顕熱交換機１４が、後述する蒸発器１を通
過した冷水または後述する吸収器２および凝縮器９を通
過した冷却水を外気と熱交換するために設けられる。本
冷暖房システムでは、顕熱交換機１４は前記各戸の室外
機２０ａ〜２０ｃに共通に使用される。室外機２０ａ〜
２０ｃは、それぞれ開閉弁２１ａ，２１ｂ，２１ｃを介
して顕熱交換機１４へ導入される管路４ａに接続され
る。開閉弁２１ａ〜２１ｃは逆止弁付きのものが好まし
い。

【００１２】管路４ａを通過する冷水または冷却水と外
気との強制的な熱交換を行うため、顕熱交換機１４には
ファン１９が設けられている。ポンプＰ５は前記冷水ま
たは冷却水を室外機２０ａ〜２０ｃおよび顕熱交換機１
４間で循環させるために設けられる。

【００１３】冷房または暖房運転時には、室外機２０ａ
〜２０ｃの開閉弁２１ａ〜２１ｃが開かれ、室外機２０
ａ〜２０ｃを通過した冷水や冷却水は、顕熱交換機１４
に循環される。開閉弁２１ａ〜２１ｃは、各戸の室外機
２０ａ〜２０ｃにそれぞれ設けられているので、各戸で
の冷房または暖房運転の必要に応じて開閉が可能であ
る。

【００１４】次に、各戸毎に設置される前記冷暖房装置
の構成を説明する。図２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。なお、ここでは、室外機２０ａと室外機１５ａに関
して説明する。蒸発器１には冷媒としてトリフルオロエ
タノール（ＴＦＥ）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。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、前記冷媒よりも高い常
圧沸点を有し、かつこれを吸収しうるものであればよ
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。

【００１５】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。

【００１６】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、ポンプＰ４によって冷水が通過させられる管路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。
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。前記冷媒が管路１ａ内の冷水から蒸発熱
を奪って冷媒蒸気となる一方、前記冷水の温度は降下す
る。冷媒蒸気は、蒸発通路に配置された冷却器１８を通
って吸収器２に流入する。蒸発器１内の冷媒は、ポンプ
Ｐ１によって前記散布手段１ｂ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を通して精留器６
にも給送される。蒸発器１とフィルタ４間の管路１ｃ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リコール又はプロピレン
グリコ−ル水溶液を使用するのが好ましい。

【００１７】前記冷媒蒸気が吸収器２の吸収剤溶液に吸
収されると、吸収熱によって該溶液の温度は上昇する。
前記溶液の吸収能力は該溶液の温度が低いほど、また溶
液中の吸収剤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２
ａ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。

【００１８】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、管路２ａを通っている冷却水によって溶
液が冷却される一方、冷却水の温度は上昇する。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、溶液中の吸収剤濃度を高めて吸収能力を回復させ
る。このために、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、管路
７ｂおよび制御弁Ｖ３を通して精留器６に給送され、再
生器３へと流下させられる。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および制御弁Ｖ４を通
して前記吸収器２に戻され、前記散布手段２ｂによって
管路２ａ上に散布される。

【００１９】再生器３で発生された前記冷媒蒸気は、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で管路１ａ上
に散布される。前記冷却器１８は、前記蒸気通路に配置
された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から還流され
る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へ還流される前記冷媒の温度を降下させる。

【００２０】なお、凝縮器９から蒸発器１に供給される
還流冷媒の純度は極めて高くなってはいるが、その中に
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。
前記フィルタ４は、冷媒中に混入する塵埃や錆などが精
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。

【００２１】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ように構成してもよ
い。

【００２２】前記冷水または冷却水を外気と熱交換する
ための前記顕熱交換機１４の管路４ａは、前記開閉弁２
１ａを介して、第１の四方弁Ｖ１の＃４開口、および第
２の四方弁の＃４開口に接続される。室内機１５ａには
管路３ａが設けられている。管路３ａの一端（図では入
口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃３開口に、その他端（図
では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃３開口にそれぞれ
連結される。室内機１５ａは冷暖房を行なう室内に備え
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。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
表わしている。

【００２３】ヒートポンプによる暖房運転時には、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、ポ
ンプＰ３により、室内機１５の管路３ａへ導かれて室内
の暖房が行われる。また、蒸発器１内で温度が下がった
冷水は前記顕熱交換機１４の管路４ａに導かれる。

【００２４】このような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、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。

【００２５】このために、図示の実施形態では、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、凝縮器９から
蒸発器１に至る冷媒の管路９ｂならびに、再生器３から
吸収器２に至る濃液の管路７ａを遮断してヒートポンプ
サイクルを停止させる。さらに本実施形態では、蒸発器
１内の冷媒および吸収器２内の吸収剤溶液の少なくとも
一方を、ポンプＰ１、Ｐ２により管路１ｃ、７ｂを介し
て再生器３へ給送し、再生器内の溶液の吸収剤濃度を低
下させる。その後、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。これによ
り、管路２ａ内の冷却水を目的温度にまで加熱するのに
必要なバーナ７による加熱量を減らすことができる。

【００２６】冷房運転時には、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１５ａの管路３ａ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。一方、吸収器２および凝縮器９で温度が上昇した
冷却水は、前記顕熱交換機１４の管路４ａに導かれる。

【００２７】以上のように、本実施形態では、顕熱交換
機を複数の冷暖房装置で共用するようにした。この冷暖
房装置は、顕熱交換機を除き、蒸発器、吸収器、凝縮
器、再生器等、吸収式冷凍サイクルに必要な構成要素の
すべてを個別に有している。したがって、各戸毎の冷暖
房装置としての室外機２０ａ〜２０ｃでは、必要に応じ
て冷房運転または暖房運転を個々に行うことができる。
すなわち、顕熱交換機は各戸で共用しているが、冷暖房
装置は各戸に独立しているので、冷暖房を行うか、また
は冷房および暖房のいずれを行うかは各戸で任意に選択
することができる。

【００２８】本実施形態の冷暖房システムは、集合住宅
で使用するだけでなく、複数の部屋で、冷暖房を任意に
選択して使用したいような場合に、特に有用である。例
えば、実験研究施設等において、実験の種類に応じて冷
房または暖房を部屋毎に選択して使用したいような場合
に、好適である。

【００２９】また、冷暖房装置の一部を共用する例とし
て、大型の吸収式冷凍機を共用し、複数の室内機に冷温
水を給送するセントラル空調設備が知られているが（特
開平８−１６６１７８号公報）、本実施形態の冷暖房シ
ステムは次の点で、このセントラル空調設備と異なる。

【００３０】まず、上述のように、本実施形態の冷暖房
装置は、戸別に冷房または暖房を選択できる点で、従来
の技術と相違する。さらに、従来のセントラル空調設備
では、室外機から室内機に冷温水を給送する長い配管に
断熱処置を施す必要があり、断熱処置が大掛かりにな
る。これに対して、本実施形態では、室外機２０ａと顕
熱交換機１４との間を通過する冷水や冷却水と外気温と
の温度差は小さいため、配管の断熱処置は簡単でよい
し、従来技術と同等の断熱処置を施した場合にも、熱損
失を小さく抑えられる。

【００３１】

【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、冷暖房装置自体の小
型化が図られるので、設置スペースの制約による使用場
所の制限が緩和される。特に、請求項３の発明によれ
ば、顕熱交換機と冷暖房装置との間の断熱処置が簡単で
あるため、顕熱交換機と冷暖房装置との距離が長くても
設置が容易である。こうして空調個所との距離を長くと
ることができるため、空冷用ファンの運転音が大きくな
りがちな大型の顕熱交換機を使用しても、騒音の影響を
受けにくい。

【００３２】また、いわゆるセントラル空調システムと
異なり、個々の空調個所で冷房運転および暖房運転をそ
れぞれ別個に行うことが可能である。この場合、顕熱交
換機部分では、冷水と冷却水とが混合されるので顕熱交
換の効率が向上し、冷房運転およびヒートポンプ暖房運
転の運転効率が極めて良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態に係る冷暖房システムの
系統を示すブロック図である。

【図２】 本発明の一実施形態に係る冷暖房装置の構成
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、 １４…空冷顕熱交換機、 １５ａ〜１５ｃ…室内
機、 １９…ファン、 ２０ａ〜２０ｃ…室外機、 ２
１ａ〜２１ｃ…開閉弁、 ２７…切換指示部、 ３０…
室温センサ

Claims (3)

【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する吸収剤を含む
   溶液を収容する吸収器と、 前記溶液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、 その内部を通過する冷水を冷却するため前記蒸発器内を
   通過させた第１の管路と、 その内部を通過する冷却水で前記吸収器および凝縮器内
   を冷却するための第２の管路と、 前記冷水または冷却水を外部の室内機に循環させるため
   の第３の管路と、 前記冷水または冷却水を、複数の冷暖房装置で共用され
   る外部の顕熱交換機に循環させるための第４の管路と、 冷房運転時には前記第１の管路と第３の管路とを接続す
   るともに、第２の管路と第４の管路とを接続する一方、
   ヒートポンプ暖房運転時には前記第２の管路と第３の管
   路とを接続するとともに、第１の管路と第４の管路とを
   接続する切換え手段とを具備したことを特徴とする吸収
   式冷暖房装置。
2. 【請求項２】 前記管路の切換え手段が四方弁であるこ
   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】 請求項１または請求項２に記載された吸
   収式冷暖房装置を複数台設置し、 前記複数台の吸収式冷暖房装置の前記第３の管路にそれ
   ぞれ接続された室内機と、 前記複数台の吸収式冷暖房装置の前記第４の管路に接続
   され、該複数台の吸収式冷暖房装置で共用される１台の
   空冷顕熱交換機とをさらに設置したことを特徴とする冷
   暖房システム。