JPS62190364A - 圧縮吸収複合ヒ−トポンプ装置 - 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、比較的低温の室外空気あるいは排水等の低熱
源を利用して高温の温水又は温風を得るためのヒートポ
ンプに関し、特に圧縮式ヒートポンプと吸収式ヒートポ
ンプを組合せて昇温幅を太き（した効率の良いヒートポ
ンプ装置に係るものである。

従来の技術 ヒートポンプによる昇温幅を大きくするための各種の手
法として、単一の冷媒を使用する多段圧縮方式（コンパ
ウンドシステム）、２つまたはそれ以上の種類の異なっ
た冷媒を使用する多元方式（カスケードシステム）、吸
収冷凍機を２段にして使用する方法等が知られている。

特開昭６０−３８５６１号公報には、２つの単段サイク
ルを組合せて加熱能力を増大させた複合昇温装置（従来
例）と、低温側加熱サイクルで加熱された水を高温側加
熱サイクルの熱源として利用する複合ヒートポンプ加熱
装置（発明）とが記載されているが、これらは加熱能力
１００，０００ｋｃａｌ／ｈ　　という大型の廃熱回収
システムに利用されるもので、小型の暖房・給湯用シス
テムにはコスト高となって採用が難しいという欠点があ
る。

特開昭６０−３３４６０号公報には、単効用吸収式ヒー
トポンプと二重効用吸収式ヒートポンプとを組合せた複
合システムが記載されているが、これも前記と同じ理由
により小型のシステムには採用が難しい。

特開昭６０−１２０１６０号公報には、冷媒サイクルヒ
ートポンプ下流の高温流体取出側に熱電変換素子による
ヒートポンプを組合せたシステムが記載されているが、
熱電変換素子は単位熱是あたりのエレメントの価格が高
価であるため特殊な用途にしか利用できない。

特開昭５９−２２５２６４号公報には、エンジンのジャ
ケットから流出する温水の熱を回収して吸収冷凍機を駆
動する装置が記載されているが、この装置はヒートポン
プシステムを目的としたものではなく省エネルギの一種
と考えられる。同種の省エネルギ装置は、特開昭５９−
２２５２６７号「スーパーマーケットのエネルギ供給シ
ステム及びその使用方法」、特公昭５２−２６６１５号
「ターボ冷凍機と吸収冷凍機との組合せ運転方法」等に
も記載されている。

前述したように、昇温幅を大きくした従来のヒートポン
プシステムは超低温装置あるいは大型の廃熱回収システ
ム（複合吸収ヒートポンプ）に用いられているもので、
暖房・給湯用の小型機にはコスト高となって適用しにく
い。また前記システムは電気又はガスの単一熱源で用い
られており、最大ピーク時を基準にしてシステム化を行
なえば不経済な設計になるという不利がある。

発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、昇温幅が大きくて暖房・給湯用の小型
機にも採用可能なヒートポンプ装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、駆動用熱源として電気とガス（燃
料）の両方を使用することが可能で、両者の利点を生か
した調和のとれたヒートポンプ装置を提供することにあ
る。

問題点を解決するための手段とその作用ヒートポンプを
暖房・給湯機としてみた場合には、第１にできるだけ高
温の温水や温風を得るために放熱温度はできるだけ高い
こと、第、２に低温廃熱を熱源とするために吸熱温度は
できるだけ低いことが必要である。すなわち昇温幅がで
きるだけ大きいことが要求される。

、そこで本発明は、前述した目的を達成する手段として
、低温熱源から吸熱する低温側ヒートポンプをフロン冷
媒系の圧縮式ヒートポンプとし、暖房又は加熱用に放熱
する高温側ヒートポンプを水冷媒系の吸収式ヒートポン
プとした複合ヒートポンプ装置であって、低温側ヒート
ポンプの凝縮器から高温側ヒートポンプの蒸発器へと熱
を移動させるように構成した圧縮吸収複合ヒートポンプ
装置を提供する。

この原理構成と熱の流れを示したのが添付図面の第１図
である。本発明の複合ヒートポンプは、低温側ヒートポ
ンプ１ｏと高温側ヒートポンプ２０とで構成される。低
温側ヒートポンプ１ｏはフロン冷媒（Ｒ−２２，几−１
２，Ｒ−１１，ｌｔ−１１３等）を用いた圧縮式ヒート
ポンプで、蒸発器３１内に作動媒体液があり、低温熱源
から熱を奪って蒸発する。これを圧縮機３２で圧縮して
凝縮器３３に送り、高温の下で液化させ、この時に放出
される熱を伝熱面４０を介して高温側ヒートポンプ２０
の蒸発器４１へと移動させるが、あるいは一体化された
凝縮器・蒸発器ユニット内で熱交換させる。凝縮器３３
で液化した媒体は減圧弁３４を通って再び蒸発器３１に
戻り、サイクルを繰返す。圧縮機３２は電力供給による
電動機、あるいは燃料燃焼による原動機で駆動する。こ
の圧縮式ビートポンプサイクルは、実用化されている各
柾のサイクルの中で最も高い成績係数が得られるもので
あり、圧縮機はヒートポンプの容量や運転特性等に合せ
て最適な形式、例えばターボ式・スクリュ一式・往復動
式・ロータリ一式等を選定する。

高温側ヒートポンプ２０は水を冷媒として用いる吸収式
ヒートポンプで、蒸発器４１に低温側ヒートポンプの凝
縮器３３から放出する熱が流入し、作動媒体が蒸発する
。この蒸気は吸収器４２の溶液に吸収され、溶液は発熱
する。そこで、この熱によって温水や温風を加熱するこ
とができ、熱が外部へ放出される。ここまでの過程は等
圧の下で行なわれる。溶液が作動媒体を吸収して濃度が
低くなると吸収能力が低下するので、これをボンブ４５
により再生器（発生器）４４に送る。ここで外部から蒸
気・燃料等の高温の熱エネルギを加えて、吸収器４２で
吸収した作動媒体を蒸発させる。

これによって元の濃度に戻った溶液は再び吸収器に遍っ
て吸収作用を続ける。

再生器４４中で溶液から蒸発した作動媒体は凝縮器４３
に入り、ここで外部に熱を放出して擬縮液化する。この
過程も等圧の下で行なわれ、ａ縮型４３での放熱により
温水や温風を加熱することができ、熱が外部へ放出され
る。液化した作動媒体は再び蒸発器４１に戻り、サイク
ルを繰返す。

再生器４４と吸収器４２の間の溶液回路（こは熱交換器
４６を設け、高温の溶液の熱を低温の溶液へ回収してい
る。これにより再生器で必要な加熱量が節減される。吸
収剤としてはリチウムブロマイドＬｉＢｒ　　が一般的
であり好ましい。以上の説明は第一種吸収ヒートポンプ
について述べたが、原理的には第二種吸収ヒートポンプ
を利用することも可能である。その詳細は、財団法人・
省エネルギー士ンター発行の「工業用ヒートポンプ」を
参照されたい。

第１図に示す複合ヒートポンプは、全体を外箱５０内に
収容した小型の暖房・給湯ユニットとして構成すること
が好ましい。第１図における実用的な設計値として、低
温側室外空気温度−５°Ｃ１蒸発器３１での蒸発温度−
５°Ｃ１凝縮器３３での股縮温度３０°Ｃ１高温側蒸発
器での入口温度２５０Ｃ１出ロ側温水の温度６０°Ｃに
することが十分可能で、昇温幅の大きいシステムが得ら
れる。

低温側に天然ガスを利用したガスエンジン駆動の往復動
圧縮機を用いれば、凝縮器３３を出た温水の温度をさら
にエンジン排熱（冷却水と排ガスの保有熱）によって昇
温して高温側の蒸発器４１に供給することができるので
有利である。

低温側の圧縮機駆動には電力を利用し、高温側の再生品
加熱にはガス（燃料）を利用するようにすれば、両者の
利点を生かした調和のとれたシステムを構成することが
でき、電気又はガスの単一熱源を利用した場合の欠点を
補うことが出来る。

次に、第１図のような圧縮吸収複合ヒートポンプの成績
係数について考察する。このような複合ヒートポンプの
成績係数Ｃ０Ｐ３０は次式のように考えられる。

ココでＱｌｌは圧縮機入熱量（単位ｋ　ｃ　ａ　ｌ　／
ｈ　）、Ｃ２１は再生器４４中、Ｃ２２は高温側凝縮器
放熱量、Ｃ２４は吸収器放熱量。

第１図の構成から Ｃ２３＝Ｑ１２　　　　　　　　　　　　　（２）Ｃ１
２＋Ｑ２１　：Ｃ２２＋Ｑ２４　　　　　　（３）ここ
でＣ２３は高温側蒸発器の入熱量、Ｃ１２は低温側凝縮
器放熱量。

また低温側ヒートポンプの成績係数Ｃ０Ｐ１ｏは高温側
ヒートポンプの成績係数Ｃ０Ｐ２Ｏは式（１）〜（５）
から Ｃ０Ｐ１ｏ、Ｃ０Ｐ２ｏは常に１より大きいので、式（
６）からＣ０Ｐ３０も常に１より大きくなる。

例えば、圧縮ヒートポンプの蒸発温度を一５°Ｃ１凝縮
温度を４０’０とすれば概ねＣ０Ｐｘｏ　＝４．３、吸
収ヒートポンプを単効用とすれば概ねＣＯＩ’ｚｏ　＝
　１．７、吸収ヒートポンプを二重効用（駆動エネルギ
源の熱をサイクル内で二度利用する）とすれば概ねＣ０
Ｐ２０＝２．２程度であるから、圧縮単効用吸収複合ヒ
ートポンプのＣ０Ｐ３ｏ＝１．４６、圧縮二重効用吸収
複合ヒートポンプのＣ０Ｐ３０　＝　１．７２となる。

第２図は本発明の圧縮吸収複合ヒートポンプを冷房サイ
クルに応用した場合の熱の流れを示している。図示の場
合は、低温側ヒートポンプの凝縮器３３と蒸発器３１の
位置を入れ替えることによって冷凍機として作動させて
いるが、他の方法として冷媒の流れを切り替えるように
しても良い。

第２図の冷房サイクルでは、並置した２つの蒸発器３’
ｌ、４１で水から熱を奪うことにより、例えば７°Ｃの
冷水を製造する。この場合の圧縮吸収複合ヒートポンプ
の成績係数は ここで　ｍ：Ｑ１３／Ｑ２３　　とおくと例えば、圧縮
冷凍機と吸収冷凍機の冷房容量が同一であるとすれば　
Ｑ１０　＝Ｑ２３．ｍ＝１となり、冷房サイクル時のＣ
０Ｐ１ｏ　＝３．３、単効用吸収ヒートポンプのＣ０Ｐ
２０＝０．７、二重効用吸収ヒートポンプの０ＯＰ２０
＝１．２と仮定すれば、圧縮単効用吸収複合ヒートポン
プのＣ０Ｐａｏ　＝　１．１６、圧縮二重効用吸収複合
ヒートポンプのＣ０Ｐ３０二１．７６となる。

実施例 第３図は、本発明に基づいて設計した電動圧縮直焚単効
用複合ヒートポンプ（暖房給湯専用機）の設計値と、二
重効用複合ヒートポンプ（暖房専用機）の設計値（カッ
コ内の数値）とを表わしている。

第４図は、本発明に基づいて設計したエンジン圧縮直焚
単効用複合ヒートポンプ（暖房給湯専用機）の設計値と
、二重効用複合ヒートポンプ（暖房吉川機）の設計値（
カッコ内の数値）とを表わしている。これらの図におい
て熱は矢印の方向に移動するが、熱効土が低い部分（発
電所・エンジン）では損失がかなり大きくなる。それで
も、これらの設計によれば、外気温Ｏ０Ｃの室外空気か
ら７０００の温水が得られることになり、昇温幅がかな
り大きなシステムとなる。

発明の効果 以上詳細に説明した如く、本発明によれば昇温幅が大き
くて暖房・給湯用の小型機にも採用可能なヒートポンプ
装置が得られ、さらに駆動用熱源として電気とガス（燃
料）の両方を使用することが可能なヒートポンプ装置が
供給されることになり、その技術的効果には極めて顕著
なものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による圧縮吸収複合ヒートポンプの暖房
サイクル時の熱の流れを表わす概略図、第２図は冷房サ
イクル時の熱の流れを表わす概略図、第３図は電動圧縮
直焚複合ヒートポンプの設計値を表わす概略線図、第４
図はエンジン圧縮直焚複合ヒートポンプの設計値を表わ
す概略線図である。 １０・・・低温側ヒートポンプ ２０・・・高温側ヒートポンプ ３１・・・蒸発器　　３２・・・圧縮機３３・・・凝縮
器　　４０・・・伝熱面４１・・・蒸発器　　４２・・
・吸収器４３・・・凝縮器　　４４・・・再生型特許出
願人　　　新菱冷熱工業株式会社代理人　弁理士　　二
　宮　正　孝 牟！！！！擲≦　１ ☆量￥ 個汝佃裟 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 低温熱源から吸熱する低温側ヒートポンプをフロン冷媒
   系の圧縮式ヒートポンプとし、暖房又は加熱用に放熱す
   る高温側ヒートポンプを水冷媒系の吸収式ヒートポンプ
   とした複合ヒートポンプ装置であって、低温側ヒートポ
   ンプの凝縮器から高温側ヒートポンプの蒸発器へと熱を
   移動させるように構成したことを特徴とする圧縮吸収複
   合ヒートポンプ装置。