JPS59189260A - 吸収式ヒートポンプ給湯暖房機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は吸収式ヒートポンプの原理による熱利用機器に
関するもので、特に給湯機能を有するものに用いら力、
る。

従来例の構成とその問題点 寸ず第１図により吸収式ヒートポンプの原理を説明する
。１は発生器でバーナ２でガスなどを燃焼せしめて加熱
を行うと、冷媒を吸収液に吸収させた溶液３から冷媒蒸
気が発生１−１配管４を経て被暖房空間５に設けられた
凝縮器６において凝縮し、凝縮熱はファン７によ−て作
られた風によって室内空気を暖めるのに供せられる。こ
こで凝縮した液化冷媒は、配管８を経て、被暖房空間６
の外に出、減圧弁９を経て戸外に設けられた蒸発器１０
に送られる。蒸発温度をＴｅとし、外気温度をＴａｍと
すれば、Ｔｅ（Ｔａｍならば外気から熱をうば−て蒸発
器１ｏ内で冷媒は蒸発する。

蒸発器１０は外気との熱交換をよくするように、ファン
１１Ｖｃより強制的に蒸発器１ｏに空気が送られる。

蒸発した冷媒蒸気は配管１２を経て吸収器１３に流入す
る。一方吸収器１３には発生器１において冷媒蒸気を放
出し、冷媒含有量の減少した高温の希溶液が一配管１４
を経て熱交換器１５を通り、後述の濃溶液と熱交換する
ことてより、温度を下げて流量調整弁１６を通り、吸収
器１３内に注がれる。又吸収器１３内には冷却水管１７
があり、溶液を冷却することができる。吸収器１３に注
がれた希溶液は冷媒蒸気を吸収し、溶液は濃溶液となる
が、この際、多量の吸収熱を発生する。この吸収熱は冷
却水管１７中を流れる水に奪われる。

すなわち水は加熱されて吸収器１３を出る。この温水は
配管１８を通って被暖房空間５内に設けた放熱器１９に
送られ、ファン２ｏによって作られた風によって熱を室
内空気に与え、水は冷却された配管２１．水ポンプ２２
を経て吸収器１３にもどってくる。

一方、吸収器の中で冷媒蒸気を吸収し、冷却水で冷却さ
れた濃溶液は配管２３を通り、溶液ポンプ２４で加圧さ
れ、熱交換器１５で高温の希溶液と熱交換することによ
り温められ発生器１内に送りこ捷れサイクルが完結する
、 以上の説明から明らかなごとく、吸収式ヒートポンプに
おいては発生器１においてバーナ２により力えられた熱
以外に発生器１Ｑにおいて外気から与えられた熱が、凝
縮器６および熱交換器１９において被暖房空間５内の空
気に移し与えられることになるから、暖房出力はこの両
者の和であり〜有償の熱入力はバーナ２の熱入力のみで
あるから成績係数すなわち暖房出力を加熱入力で割った
値は１より犬となりへ省エネルギー機器と１−で今日非
常に注目されている。この吸収式ヒートポンプ装置の熱
出力は凝縮器における凝縮熱と、吸収器における吸収熱
の二種類が存在し、それらは熱エネルギーにかわりば々
いが、えられる温度が異るばかりでなく、凝縮熱はある
一定の温度で発生するのに対し吸収熱はある温度の幅に
わたって発生するということが本質的に異っており、そ
の違いをよく考えて発生する熱を利用しなければ、全体
の性能を低下させ有効な熱利用がはかれない。

さらに詳しく説明すると、吸収式ヒートポンプの成績係
数は凝縮温度が低い程改善されるが、発５　／−−一・ 生する熱を利用する立場から言えばあ捷り低い温度の熱
は役に立たない。具体的な数字をあげれば凝縮温度は４
５℃位がよい値で、５０℃は最高限界と考えてよいであ
ろう。したがってこれを用いて水などを加熱すれば、た
かだかえられる水温は４５℃位と考えられる。この熱を
直接部屋の暖房などに使う場合は、必要な室温が２０〜
２５℃ととの熱源温度よりかなり低いから、凝縮温度４
５〜５０℃は十分利用しうる熱源であるが、これを給湯
に用いるとすれば、えられる水温が４０〜４６℃では低
すぎる温度である。また、この温水を用いて暖房を行う
と暖房かえり温水温度は室温から考えて３０〜３５℃が
限度であり、温度差が小であるが、発生する熱量は全熱
量の４０係程度を占めている。

一方、吸収器における吸収熱の発生は、サイクルの設定
条件によるが、４５〜６０℃程度の範囲で連続的に発生
するものであり、最低温度が低い方が吸収式ヒートポン
プサイクルの成績係数は向上する。従って吸収器を冷却
する液体の入口温度は４０’Ｃ以下が必要である。出口
温度は冷却液の流量によるが、６０℃以上が可能である
。又発生する熱量は全発熱量の６０係程度を占める。

従来、吸収式ヒートポンプにおいては、第２図に示すご
とく、凝縮器も吸収器も液冷却とし、凝縮器２６の冷却
管２６と吸収器２７の冷却管２８を直列に接続し、まず
始めに凝縮器で、次に吸収器で加熱する。このような構
成で暖房を行う場合、各熱での温度上昇の比率はそれぞ
れの出力熱量の比になるから、凝縮器に入る暖房かえり
温度が３６℃であれば、凝縮器で５℃昇温するとすれば
、吸収器で７．５℃上昇することになり吸収器出口液温
は４７．６℃ということになる。

このように吸収器出口液温が低いのは吸収器にとって最
適な液量はもっと少いのにもかかわらず低い凝縮温度か
らの熱をすべて取出すために液循環量を多くしすぎてい
ることに由来する。なお第２図において２９は発生器、
３０は蒸発器、３１は膨張弁である。

従って吸収式ヒートポンプを有効に利用するためにば、
これを暖房に用いる時は凝縮器は直接被暖房空間の空気
と熱交換させ、吸収器の熱のみ温水として搬送するのが
よい。

又、これを給湯に用いる時には第３図に示すごとく、凝
縮熱と吸収熱を別々の水回路で貯湯槽に貯える方法が提
案されている。すなわち、第３図において３９は発生器
であり、バーナ４０によ−て加熱された溶液５４は冷媒
蒸気を発生する。

合弁６５を閉じ、弁５６を開けば、冷媒蒸気は給湯用貯
湯槽５７内に設けた凝縮器５８で凝縮し、槽内の水を暖
める。この槽には配管５９を経て、市水が供給されてい
る。なお、５２も室内凝縮器である。凝縮した冷媒は膨
張弁６０を経て蒸発器６１で蒸発し、吸収器４１に流入
する。

一方、発生器３９で冷媒を放出しうす〈々った溶液が、
弁４２を経て吸収器４１に流入し、蒸発器６１で蒸発し
た冷媒蒸気を吸収し濃溶液となり、溶液ポンプ４３によ
って発生器３９に送り帰される。吸収器４１ではこのよ
うに冷媒蒸気が溶剤に吸収されるので、多量の熱が発生
する。この熱は冷却管４４を還流する液体によって運び
出される。

すなわち液ポンプ４５によって送りこ寸れた冷却液は加
熱され、６０℃近い温度になって吸収器４１を出る。こ
の液体は配管４６を介して第２の貯湯槽４７の上部に流
入し、底部の低温の液体が吸収器４１に帰される。

一方、第１の貯湯槽５７には４０℃近く加熱された清浄
な水が貯えられているから、第２の貯湯槽４７に設けた
熱交換器５１を経て貯湯槽５７の水をＪ収り出すことに
より、４０℃の水はさらに加熱され、はぼ給湯に適する
温水として、給湯取出口５３から供給することができる
。

このように吸収式ヒートポンプの熱出力は凝縮器と吸収
器の２箇所あり、凝縮器は低い温度で冷却されることは
問題はないが、えられる温度はたかだか４０℃程度であ
り、一方、吸収熱は６０℃程度であるが、吸収器に帰す
水温があオり低いことは蒸発温度を下げすぎてよくない
点に鑑み、凝縮器と熱交換する第１の貯液槽と、吸収器
の冷却液を蓄え前記第１の貯湯槽からの湯と熱交換する
９、　　、 熱交換器を有する第２の貯液槽を設けることにより、吸
収式ヒートポンプの特性を生かしてその熱出力をもっと
も有効に利用しうる。

この方法で問題になることは、給湯用の供給水の温度は
季節によって大幅に変ることである。

す々わち、夏季には水道水の温度は３０℃近くなるが、
冬季では０℃近くまで下ることもある。

従って、凝縮熱を蓄熱する第１の貯湯槽が４０℃に達す
るまでに投入されるべき熱量は、供給水温が０℃の時と
３０℃の時では４倍も違ってくる。

そのため、もし上記第１の貯湯槽が４０℃に達するまで
運転を行なうように設定すると、供給水温の高い時は第
２の貯湯槽は上層部が暖るだけで下層部まで昇温しない
状態で停止する。逆に供給水温の低い時は運転時間が長
くなり、第２の貯湯槽の水温は全体に吸収器出口水温と
なる程昇温され、吸収器が冷却されなくなり、サイクル
の運転上支障を来すことになる。

発明の目的 本発明の目的は２槽式の貯湯槽を設けた吸収式ヒートポ
ンプ給湯暖房機の一供給水温による２槽間の蓄熱量の不
平衡を緩和することである。

発明の構成 本発明は、発生器、液体冷却の凝縮器、蒸発器および液
体冷却の吸収器などで吸収式ヒートポンプザイクルを形
成し、凝縮器の冷却液を貯溜する第１の貯液槽と吸収器
の冷却液を貯溜する第２の貯液槽を設け、凝縮器と第１
の貯液槽を循環する第１の流路と、吸収器と第２の貯液
槽を循環する第２の流路を形成し、第１の流路の凝縮器
冷却液出口、貯液槽入口間と、第２の流路の貯液槽出口
、吸収器冷却液入口間の間が互いに熱交換し合えるよう
熱交換器を設けた吸収式ヒートポンプ給湯暖房機である
。

実施例の説明 第４図に本発明の一実施例の吸収式ヒートポンプ給湯暖
房機の構成を示す。第３図と同じ要素には同一の番号を
付した。発生器３９．吸収器４１とその周辺は第３図と
全く同一である。暖房運転の時は冷媒蒸気の経路にある
弁５６を閉じ弁６５を開けば、室内空間に設けた空冷凝
縮器５２で室内に放熱し、液化Ｌ〜だ冷媒は膨張弁６０
．空冷蒸発器６１で気化し吸収器４１で吸収される。

給湯運転の時は弁６５を閉じ閉５６を開く。冷媒蒸気は
水冷凝縮器３８で凝縮し、膨張弁６０゜空冷蒸発器６１
を通って吸収器４１に吸収される。

この水冷の凝縮器３８は、水道水が５９から供給されて
いる第１の貯湯槽５７の底部３４からポンプ３７により
送りこまれる水により凝縮熱がとり出され熱交換器３６
の第１の流体の通路６２を経て、第１の貯湯槽の上部３
６から貯湯槽へもどされる。一方、第２の貯湯槽４７の
底部３２から流出した液は、前記熱交換器３６の第２の
流体通路６３を通り、第１の流体通路６２を通る液体と
熱交換し、ポンプ４５．吸収器冷却液通路４４゜配管４
６を経て、第２の貯湯槽４７の上部３３で貯湯槽に帰る
、室内５の暖房用には空冷凝縮器６２以外に、第２の貯
湯槽の液による暖房が可能であわ、ポンプ４９．放熱器
５０が用いられる。給湯は第１の貯湯槽の湯を、第２の
貯湯槽４γの中に設けだ熱交換器６１によってさらに加
熱され、蛇口５３から取出される。

今５９から第１の貯湯槽に供給される水温が１１である
とする、又熱交換器３６が無いとすると、ｔｌがある程
度低い場合は第１の貯湯槽の温度が、あらかじめ定めら
れた温度Ｔ１になる斗でに、第２の貯湯槽の下部の温度
が、吸収器冷却管出口温度Ｔ２に達してしまう。

しかし吸収器が正しく作動中るためにはｔ２〈Ｔ２なる
温度でなければならない。又あらかじめ’Ｊ’＋（ｔ２
　Ｋ定めておく。ｔｌの温度が適当であると、それは貯
湯槽５７，４７の容惜によるものであるが、第１の貯湯
槽がほぼＴ１の温度に達しだ時、第２の貯湯槽（これは
始めｔ２の液が入−でおり、上層部からＴ２の温度にな
って、その境界が次第に下に下ってくる、いわゆる成層
しているとすると）の下部もＴ２に達し運転を止めれば
、２つの槽が能カ一杯に充たされた状態となる。しかし
、供給水温がそれより低いと、第１の貯湯槽が熱的に充
ちる前に第２の貯湯槽が熱的に充ちてしまう。しか１３
、　　、 し余熱交換器３６が存在すると、第２の貯湯槽から第２
の流路６３に入る液がＴ２になっていても、第１の流路
６２を流れる液はＴ１ないしはそれより低い温度なので
第２の流路の液は冷却されて吸収器冷却管に入るのでそ
のまま運転をつづけることが可能であり、その運転は第
１の貯湯槽がＴ１になるまで続けられる。それは要する
に吸収熱が熱交換器３６を介して第１の貯湯槽に入った
のである８熱交換器の第２の流路６３を流れる水温がｔ
２位であればこの熱交換器での熱の受授はほとんどない
。

次に逆に供給水温が高い時は、第１の貯湯槽が熱的に充
された状態でまだ第２の貯湯槽は充されていないが、こ
れ以上運転を続けると第１の貯湯槽の温度が上りすぎる
ので、装置は止めざるをえない。

従って、第１の貯湯槽を第２の貯湯槽に比べて大きい目
にすることにより、比較的供給水温ｔ１の高い時に平衡
がとれるようにするのがよい。

このようにすることにより、供給水温の大きな変化に対
して常に２つの貯湯槽が熱的に充された状態まで運転が
可能であり、貯湯能力を最高にして使うことができ、運
転の停止の判断も、吸収器の冷却水の人口、すなわち熱
交換器３６の第２の流体通路６３の出口温度がｔ２を越
えると、装置の停止を行えばよい。

又この熱交換器３６の効用どして、装置を気温の低い時
に長時間停止］−させた場合の問題がある。

す々わち、このような場合、第１．第２の貯湯槽共に内
部の液温か非常に低くなっている。

この状態で装置を運転すると、吸収器が冷却されすぎて
、蒸発圧力が下りすぎ、蒸発器が着霜し易くなるばかり
でなく、第２の貯湯槽４７の上の入口３３に帰ってくる
水温が低いなど、不都合なことが多いが、この方法では
熱交換器３６で、吸収器冷却水は、逆に凝縮器３８から
くる水で暖められるため、初めから安定状態に近い動作
点で装置が働くだめ、蒸発温度も適当であり、３３に帰
って来る液温も、Ｔ２に近い温度になっているという利
点がある。

発明の効果 １５／　− 以上詳述したごとく熱交換器を凝縮熱の回路と吸収熱の
回路の間に入れることにより、２つの貯湯槽の間の熱平
衡がとれ合理的な運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収式ヒートポンプの原理説明図、第２図は吸
収器と凝縮器の冷却液を直列に結んだ従来の吸収式ヒー
トポンプ給湯機の構成図、第３図は本発明の前提となる
２つの貯湯槽を持つ吸収式ヒートポンプ給湯暖房機の構
成図、第４図は本発明の一実施例の吸収式ヒートポンプ
給湯暖房機の構成図である。 ３６・・・・・・熱交換器、３８・・・・・・水冷凝縮
器、３９・・・・・・発生器、４１・・・・・・吸収器
、４３・・・・・・溶液ポンプ、４４・・・・・・吸収
器冷却液管、４５・・・・・・循環ポンプ、４７・・・
・・・第２の貯湯槽（吸収熱用）、５７・・・・・・第
１の貯湯槽（凝縮熱用）、５８・・・・・・凝縮器、５
９・・・・・・給水管、５３・・・・・・給湯蛇口、６
０・・・・・・膨張弁、６１・・・・・・蒸発器。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 ＠　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少くとも発生器、液体冷却の凝縮器、蒸発器および液体
   冷却の吸収器により吸収式ヒートポンプサイクルを形成
   し、２種類の貯液槽を設け、第１の貯液槽は前記凝縮器
   を冷却する液体を貯溜することによシ蓄熱を行い、第２
   の貯液槽は前記吸収器を冷却する液体を貯溜することに
   より、それぞれの熱出力を別々に蓄熱する構成とし、第
   １の貯液槽から凝縮器を経た後、第１の貯液槽に帰る通
   路と一第２の貯液槽から吸収器冷却液入口へ導く通路と
   の間で熱交換を可能ならしめるよう熱交換器を設け、第
   １の貯液槽からの第２の貯液槽を介して給湯することを
   特徴とする吸収式ヒートポンプ給湯暖房機。