JPS6312231B2 - - Google Patents

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機器
に関する。

従来例の構成とその問題点 まず第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し、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、凝縮熱はフアン７によつて作られた風によつ
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５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
うばつて蒸発器１０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、フアン１１により強制的に蒸発器１０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、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により、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を通つて被暖房空間５内に設けた放熱器
１９に送られ、フアン２０によつて作られた風に
よつ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にもどつて
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
りこま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
り与えられた熱以外に蒸発器１０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撚入力で割
つた値は１より大となり、省エネルギー機器とし
て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はな
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
る温度の幅にわたつて発生するということが本質
的に異つており、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
生する熱を利用する立場から言えばあまり低い温
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45℃位がよい値で、50℃は最高限界と
考えてよいであろう。したがつてこれを用いて水
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℃とこの熱源温
度よりかなり低いから、凝縮温度45〜50℃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40〜45℃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％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。従つて吸収器を冷却する液体の入口温度は40
℃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％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２５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35
℃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47.5℃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
とつて最適な液量はもつ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は蒸発器であ
る。

従つて、吸収式ヒートポンプを有効に利用する
ためは、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によつて
加熱された溶液５４は冷媒蒸気を発生する。

今弁５５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くなつた
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によつて発生器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つて選び出される。
すなわち液ポンプ４５によつて送りこまれた冷却
液は加熱され、60℃近い温度になつて吸収器を出
る。この液体は配管４６を介して第２の貯湯槽４
７の上部に流入し、底部の低温の液体が吸収器４
１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４
７に設けた熱交換器５１を経て貯湯槽５７の水を
取り出すことにより、40℃の水は加らに加熱さ
れ、ほぼ給湯に適する温水として、給湯取出口５
３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ケ所
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
す水温があま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熱交換器を有する第２の貯
湯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つとも有効に利用
しうる。

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

すなわち、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。

従つ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倍も違つてくる。その
ため、もし上記第一の貯湯槽が40℃に達するまで
運転を常に行うものとすると、供給水温の高い時
は第２の貯湯槽は上層部が暖まるだけで下層部ま
で昇温しないで停止する。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り、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沸上り状態を判断し、
運転を自動的に停止せしめる合理的装置を与える
ものである。

発明の構成 本発明は凝縮熱によつて暖められる第１の貯液
槽および吸収熱によつて暖められる第２の貯液槽
とのそれぞれから、凝縮器および吸収器へ還流す
る液の温度を貯液槽底部もしくは貯液槽とそれぞ
れの冷却水入口間の管路において検知し、それぞ
れに対してあらかじめ定められた温度に、いづれ
か一方が到達した時点でヒートポンプ装置の運転
を停止するものである。

この場合、吸収熱により得られる水温は凝縮熱
により得られる水温より高くすることが可能であ
り、そのような使い方が吸収式の特長を生かした
ものであるから、上記それぞれの設定温度のうち
凝縮熱に対する設定温度を吸収熱のそれより低く
するのがよい。

実施例の説明 本発明の一実施例である吸収式ヒートポンプ給
湯暖房機の構成を示す第４図に従つて説明する。
第４図はその基本的な構成において第３図とほと
んど変らないので同一構成要素には同一番号を付
す。第３図の場合、第１の貯湯槽５７の下部に凝
縮器５８が設けてあつたが、本実施例では、２重
管凝縮器３８を別に設け、水ポンプ３３によつて
第１の貯湯槽５７下部の水を上記２重管凝縮器に
送り、凝縮熱によりあたゝめて同槽の上部に帰す
ようにした。温度検出器３６，３７を第２の貯湯
槽４７および第１の貯湯槽５７の底部から、それ
ぞれ吸収器および凝縮器へ達する配管の途中に設
け、それぞれの供給水温を測定している。これを
温度測定器および基準温度との比較器３５におい
て比較し、そのいづれかがそれぞれの基準温度を
越えた時には電源回路に入れた、電磁開閉器３４
を断にし、溶液ポンプ４３などの運転やバーナー
４０の燃焼を停止し、全系を停止状態とするよう
になつている。

なお、本実施例では温度検出器を、貯湯タンク
から水を取出す配管中に設けてあるが、貯湯タン
ク下部に設けてもよい。実際の設定温度としては
例えば、凝縮器入口水温35℃、吸収器入口水温50
℃位にとるのがよい。又第１の貯湯槽と第２の貯
湯槽の容積としてはほゞ同じにするか、第２の貯
湯槽を少し大容量に、例えば４：６位にするのが
よい。

凝縮熱と吸収熱の発生の比率は、ほぼ４：６程
度であるが、外気条件などによつて変化する。又
たとえ一定であつても、第１の貯湯槽５７に供給
される水温は季節によつて大きく異なる。

一方装置を停止する必要があるのは、凝縮器の
冷却水温が上りすぎて、発生冷媒蒸気圧が上りす
ぎた場合と、吸収器の冷却水温が上りすぎて、蒸
発器における冷媒蒸発圧が上りすぎた場合であ
る。

今例えば凝縮器冷却水温度が35℃に達するまで
運転するとすると、第４図の構成の場合、第２の
貯湯槽から熱をうばうのは第１の貯湯槽の35℃の
水であるから、使い切つた状態で、第２の貯湯槽
の水温は40℃位であろう。吸収器冷却水の出口温
度を55℃とすればその温度差は15℃である。

一方第１の槽に供給される水の温度が20℃であ
れば、35℃まで加熱するとして温度差は15℃であ
り、両槽に貯えられる熱量はほゞバランスしてい
ると考えられる。しかし、水温がこれより低い
と、第１の貯湯槽の蓄熱容量が増大する。第２の
貯湯槽内で水はほゞ成層しているとすると55℃の
水温の部分が槽内を次第に下降し、遂に全体が55
℃になると、吸収器はやがて55℃で冷却されるこ
とになり、蒸発圧が急速に上昇するが、第一の貯
湯槽はまだ設定温度に達せず、なおも運転は継続
することになる。

これでは吸収器の方は冷却水温が上りすぎて不
都合である。従つて運転を継続させるためには、
吸収器で発生した熱の一部を捨て吸収器冷却水温
がもとの温度になるようにしなければならない。

逆に吸収器の冷却水温度が、例えば50℃になれ
ば装置を停止するようにした場合、供給水温が25
℃と高いと、停止の信号が出る前に、第一の貯湯
槽の温度は35℃を越え、発生器冷媒蒸気圧は異常
に高くなる危険がある。

本発明の方法によれば、いづれかの貯湯槽が温
度的に一杯になると、自動的に運転が停止するの
で、無駄や危険が全くなくなる。

又例えば水温の低い時に、第２の貯湯槽が温度
的に一杯になつて運転が停止すると、第１の貯湯
槽は設定温度より低い状態で止つているので、次
に湯を取出して使つた時、第２の貯湯槽内の水温
は、前回より低くなる。従つて再度運転した場
合、第２の貯湯槽の温度が設定温度に達するまで
に投入される熱量は前回より増大しているため、
再び第２の貯湯槽が温度的に一杯になつて停止し
た時の第１の貯湯槽の状態は前回停止時より、よ
り温度的に一杯に近い状態になつている。このよ
うに本発明の制御方法をとることにより、２つの
貯湯槽間のバランスが何度か繰返している内にと
れて来て、供給水温の低い時、すなわち気温も低
い時は、吸収器冷却水入口温度は適当に低い所で
バランスするが、これは蒸発圧力を適当に低くす
る効果があり、低い外気温での冷媒の蒸発を容易
ならしめるという効果がある。

発明の効果 以上詳述したごとく、凝縮熱と吸収熱をそれぞ
れ独立したループで貯湯槽に蓄え、熱の取出しは
２つの槽を熱的に直列に結んで取り出す場合、そ
れぞれの槽から、凝縮器又は吸収器へ結ぶ冷却水
の流れの温度のいづれか一方がそれぞれに対し、
あらかじめ与えられた温度を越える時、装置全体
の運転を停止するという制御方式をとることによ
り、折角の熱の一部を捨てたりする必要もなく、
数回の繰り返しで、次第に２つの槽に蓄えられる
熱エネルギーのバランスがとれ、水温の低い時に
は蒸発圧力すなわち蒸発温度も低下して、より低
温までヒートポンプ機能を損わないというすぐれ
た効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収式ヒートポンプ装置の原理説明
図、第２図は凝縮器と吸収器の冷却水管を直列と
した従来の一実施例の吸収式暖房給湯器、第３図
は本発明の前提となる２つの貯湯槽をもつ吸収式
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暖房給湯機の
構成図である。 ３３……水ポンプ、３４……電磁開閉器、３５
……温度測定器、３６，３７……温度検出器、３
８……水冷凝縮器、３９……発生器、５２……空
冷凝縮器、４１……吸収器、５８……水冷凝縮
器、５７……凝縮熱用貯湯槽、４７……吸収熱用
貯湯槽、５１……熱交換器、５９……給水管、５
３……給湯水栓。

Claims (1)

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
   ることにより蓄熱を行い、第２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、前記それ
   ぞれの貯液槽から、凝縮器又は吸収器へ還流する
   液温の少くとも一方が、それぞれに対しあらかじ
   め定められた温度以上になつた時、装置の運転を
   停止せしめる制御機能を有する吸収式ヒートポン
   プ給湯暖房機。 ２ 運転停止を行わしめる吸収器液温の設定温度
   を凝縮器液温の設定温度より高くすることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の吸収式ヒート
   ポンプ給湯暖房機。