JP3161321B2 - 吸収式ヒートポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動媒体としてア
ンモニア、水等を用いる家庭用吸収式ヒートポンプに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の吸収式ヒートポンプは、家
庭用ものはなく業務用であり、図９にその冷媒回路を示
したように、発生器と精溜器とが一体に構成された発生
・精溜器５０と、１次側に冷媒流路５１と２次側に冷却
水流路５２を備えた凝縮器５３と、凝縮器冷媒流路５１
出口に設けられた冷媒タンク５４と、過冷却器５５と、
膨張弁５６と、１次側に冷媒流路５７と２次側に冷水流
路５８を備えた蒸発器５９と、溶液熱交換器６０と、減
圧弁６１と、１次側に冷媒流路６２と２次側に冷却水流
路６３を備えた吸収器６４と、前記吸収器冷媒流路６２
出口に設けられた濃溶液タンク６５と、溶液ポンプ６６
と、前記各要素部品を接続する冷媒配管６７と、前記凝
縮器及び吸収器の２次側冷却水流路を連結してなる冷却
水回路６８と、前記蒸発器の２次側冷水回路を含む冷水
回路６９とから構成されていた。冷房時には、冷水回路
６９の冷水を室内側放熱機に、冷却水回路６８の温水を
室外側放熱器に循環させる。また、暖房時には、冷水回
路６９の冷水を室外側放熱機に、冷却水回路６８の温水
を室内側放熱器に循環させる。冷房・暖房時の流路の切
り換えは、例えば８方弁を用いて行う。なお、室外及び
室内放熱器、８方弁は省略している。

【０００３】次に、動作及び性能について説明する。発
生・精溜器５０内には、多量のアンモニア水濃溶液が満
たされており、こうした構成は満液式と呼ばれている。
発生・精溜器５０は、大口径の筒状塔７０に、金属管を
コイル状に巻いた構造（一般に、蛇管式熱交換器と呼ば
れる）の分縮器７１とその回りに配置された充填材７２
とからなる分縮部Ｄと、充填材７３が充填された精溜段
部Ｅと、アンモニア水濃溶液（アンモニア濃度が高い水
溶液。以下、濃溶液と呼ぶ）流入管７４とアンモニア水
希溶液（アンモニア濃度が低い水溶液。以下、希溶液と
呼ぶ）取り出し管７５とを備えるとともに、多量の濃溶
液が保持された発生部Ｆと、発生部Ｆを加熱するガスバ
ーナー等の加熱源７６とから構成されていた。

【０００４】溶液ポンプ６６により濃溶液は、発生・精
溜器５０の分縮器Ｄに送られそこで分縮熱により加熱さ
れる（分縮熱回収）。次に、溶液熱交換器６０で精溜器
の希溶液取り出し管７５より戻ってくる高温の希溶液と
熱交換し昇温する。続いて、濃溶液は、濃溶液流入管７
４より発生・精溜器５０に導入され、加熱源７６により
発生部Ｆにある濃溶液は加熱され蒸気を発生する。発生
した蒸気は、圧力・温度に見合う平衡蒸気であり、アン
モニアとともに水蒸気を含んでいる。発生した平衡蒸気
は、精溜段部Ｅ、分縮部Ｄと上昇してゆくが、分縮器７
１で生じた凝縮液と精溜段部Ｅで接触し冷却される。そ
の時、蒸気中の水蒸気の方が液化し易く、ほとんどの水
蒸気と小量のアンモニア蒸気は凝縮して滴下する。一
方、ほとんどのアンモニア蒸気はそのまま上昇して行
く。こうした分縮器７１の冷却によるアンモニア蒸気の
濃縮過程が精溜段部Ｅの中で繰り返し行われる結果、塔
頂部の精溜ガス取り出し管６７ａからは高純度のアンモ
ニア蒸気を取り出す事ができる。

【０００５】一方、高温・低濃度の平衡液体（希溶液）
は、発生・精溜器５０の希溶液取り出し管７５より溶液
熱交換器６０に至り、そこで濃溶液と熱交換することに
より冷却される。その後、減圧弁６１を経て吸収器６４
に入る。また、低温・高濃度のアンモニア蒸気は、精溜
器の精溜ガス取り出し管６７ａより凝縮器５３、過冷却
器５５、膨張弁５６、蒸発器５９、過冷却器５５を経て
吸収器６４に入る。蒸発器５９で冷水を作り出す事がで
きる。吸収器６４内では、吸収熱が奪われることによ
り、希溶液にアンモニアガスが吸収され濃溶液が再生さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
吸収式ヒートポンプでは、以下に記したような課題を有
していた。

【０００７】先ず、業務用でサイズが大きく、かつ発生
・精溜器を満液式としているので、アンモニア水の充填
量が多く、漏洩時には、大きな被害を及ぼす危険性があ
った。

【０００８】また、発生・精溜器内で生じた希溶液は、
流入する濃溶液と混合するため、発生・精溜器の希溶液
取り出し管より流出する希溶液（吸収液となる）の濃度
は高くなる。また、溶液熱交換器４１に流入する濃溶液
の温度は、精溜器で回収する分縮熱により高くなるた
め、精溜器より流出する希溶液（吸収器内でアンモニア
ガスを吸収するための吸収液となる）の温度を濃溶液の
温度以下にすることができない（精溜器の分縮部の構成
を基本方式と呼ぶ）。その結果、溶液ポンプの循環量を
多くするとともに、希溶液の温度を下げる必要があり、
吸収熱はもとより多量の熱を系外に廃棄しなければなら
ず、システムの成績係数が低かった。

【０００９】また、蒸発器、低圧側過冷却器を経て吸収
器に至る冷媒ガス温度よりも希溶液温度の方が高いため
吸収器内での吸収速度が遅く、必要以上に伝熱面積を増
した吸収器が必要であった。

【００１０】また、サイクル動作について言えば、希溶
液の循環量は、低圧が同じとすれば、サイクルの高圧
（低圧との圧力差）に依存している。そのため、外気温
が低い場合には、２時側冷却水温度が下がるため、高圧
が下がるとともに、凝縮器熱交換性能が増し、凝縮器出
口のアンモニア冷媒は十分な過冷却状態となる。そのた
め、場合によっては、蒸発器を経て低圧側過冷却器を出
るアンモニアガスが未蒸発になることがあった。そうす
ると、蒸発温度が上昇するとともに、希溶液循環量が低
下し、サイクル性能が低下する動作が見られた。なお、
ここでは、２次側冷却水の流し方を、熱交換器の小型化
を目的としては、パラレルに吸収器と凝縮器に流す方式
とした。一方、吸収器から凝縮器にシリーズに流す方式
もあるが、その場合には凝縮器に流入する冷却水温度が
吸収熱により上昇するため凝縮器を大きく設計する必要
がある。

【００１１】また、蒸発器内の冷媒の流れを下から上向
きに流す構成としているため、蒸発温度が低い状態で長
時間運転した場合には、次第に蒸発器内にアンモニアガ
ス中の水分が蓄積する恐れがあった。水分が蓄積する
と、蒸発温度が上昇し、サイクル性能の低下をおこす。
また、なにがしかの不安定動作で、蒸発器に水分が流入
した場合には、この水分を排斥するために長時間を要
し、その間サイクル性能が低い状態となっていた。こう
した現象の一因としては、通常、精溜器の塔頂部より流
出する精溜ガスのアンモニア濃度としては、９９．５ｗ
ｔ％程度に設計されている事が考えられる。その理由と
しては、このアンモニア濃度でサイクル的には支障がな
く、この濃度以上に精溜ガス濃度を高めるためには、精
溜器分縮器をかなり大きく設計しなければならず、コス
トアップにつながるためである。

【００１２】また、精溜器塔頂部から凝縮器まで直結さ
れているため、場合によっては、精溜ガスに混じって小
さい液滴（ミスト）が精溜器より流出した場合には、上
述したサイクル性能の低下をおこす。

【００１３】また、吸収器の設計としては、サイクル性
能が最大で吸収器出口の濃溶液の過冷却度をできるだけ
小さくとるように設計されている。吸収器出口の過冷却
度を大きくとりすぎるとサイクルの成績係数が低くなる
からである。また、溶液ポンプとしては、従来ダイアフ
ラム式ポンプが使われているが、定期的なメンテが必要
で、かつサイズが大きいので、家庭用としては、例えば
トロコイド形ポンプが用いられる。そして、従来の構成
では、サイクル動作によっては、濃溶液の過冷却度が０
となることがあり、その場合、溶液ポンプがキャビテー
ション（ガス咬み）をおこしていた。キャビテーション
をおこすと溶液ポンプの信頼生を著しく損なう。

【００１４】また、要素部品及び配管の構成材料として
は、鉄またはステンレス材料が用いられるが、そのまま
では材料がアンモニア水により腐食をおこす。そのた
め、系内に、アンモニア水とともに、防錆剤として重ク
ロム酸アルカリ金属が添加されていた。しかし、この防
錆剤は水溶性であるが、アンモニアに対しては不溶性で
あるので、アンモニア回路（精溜器塔頂から蒸発器を経
て吸収器に至る冷媒回路）に流入した場合には、膨張弁
で固着する恐れがあった。

【００１５】本発明は、上記課題を解決するもので、小
型で、安定したサイクル動作が可能で、サイクル成績係
数が高く、かつ信頼性の高い家庭用吸収式ヒートポンプ
を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の吸収式ヒートポ
ンプは、上記課題を解決するために、精溜器と、凝縮器
と、前記凝縮器出口に設けられた冷媒タンクと、高圧側
冷媒回路と低圧側冷媒回路とを有する過冷却器と、膨張
弁と、蒸発器と、溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器
と、前記吸収器出口に設けられた濃溶液タンクと、溶液
ポンプと、再生器と、前記蒸発器から過冷却器の低圧側
冷媒回路を経て吸収器に至る冷媒ガスと、精溜器下部よ
り流出し溶液熱交換器、減圧弁を経て吸収器に至る希溶
液との熱交換を行うガス−希溶液熱交換器と、前記各要
素部品を連結する配管とを設けて構成してある。

【００１７】本発明は、上記した構成によって、蒸発器
から低圧側過冷却器を経て吸収器に至るアンモニアガス
と、精溜器下部から流出し溶液熱交換器・減圧弁を経て
吸収器に至る希溶液との熱交換を行い、アンモニアガス
温度を高く、希溶液温度を低くして、アンモニアを確実
にガス化させて吸収器に導入する事ができる。また、同
時に希溶液温度を下げるため、吸収器内での希溶液によ
る吸収速度を高める事ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に係る吸収式ヒ
ートポンプは、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に
設けられた冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒
回路とを有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液
熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設
けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前
記蒸発器から過冷却器の低圧側冷媒回路を経て吸収器に
至る冷媒ガスと、精溜器下部より流出し溶液熱交換器、
減圧弁を経て吸収器に至る希溶液との熱交換を行うガス
−希溶液熱交換器と、前記各要素部品を連結する配管と
を備えている。

【００１９】したがってこの構成によれば、蒸発器から
低圧側過冷却器を経て吸収器に至るアンモニアガスと、
精溜器下部から流出し溶液熱交換器・減圧弁を経て吸収
器に至る希溶液との熱交換を行い、アンモニアガス温度
を高く、希溶液温度を低くして、アンモニアを確実にガ
ス化させて吸収器に導入する事ができる。また、同時に
希溶液温度を下げるため、吸収器内での希溶液による吸
収速度を高める事ができる。

【００２０】また請求項２に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設けられた
冷媒タンクと、過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液
熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設
けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、前記各要素部
品を連結する配管とを備え、前記蒸発器と過冷却器の下
に吸収器を配置するとともに、蒸発器内の冷媒の流れを
下向きとしてあり、水分が冷媒に混入しても確実に蒸発
器より排出する事ができる。

【００２１】また請求項３に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設けられた
冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路とを有
する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器
と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設けられた
濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記凝縮器
より流出する冷媒凝縮液と、前記吸収器出口の濃溶液と
の熱交換を行う凝縮液−濃溶液熱交換器と、前記各要素
部品を連結する配管とを備えており、冷媒凝縮液により
吸収器出口濃溶液を冷却するので、溶液ポンプサクショ
ンの過冷却を確保する事ができる。

【００２２】また請求項４に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設けられた
冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回路とを有
する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器
と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設けられた
濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記蒸発器
から過冷却器の低圧側冷媒回路を経て吸収器に至る冷媒
ガスと、前記吸収器出口の濃溶液との熱交換を行うガス
−濃溶液熱交換器と、前記ガス−濃液熱交換器を出た冷
媒ガスと、精溜器下部より流出し溶液熱交換器、減圧弁
を経て吸収器に至る希溶液との熱交換を行うガス−希溶
液熱交換器と、前記各要素部品を連結する配管とを備え
ている。すなわち、蒸発器から低圧側過冷却器を経て吸
収器に至るアンモニアガスと、吸収器出口濃溶液、及び
精溜器下部から流出し溶液熱交換器・減圧弁を経て吸収
器に至る希溶液との熱交換を２つの熱交換器を設けて行
う構成としているので、溶液ポンプサクション濃溶液の
過冷却を確保できるとともに、アンモニアを確実にガス
化させて吸収器に導入する事ができる。また、前述した
２つの熱交換器を積層式熱交換器として一体に設ける構
成としているので、熱交換器を小型にまとめることがで
きる。

【００２３】また請求項５に係る吸収式ヒートポンプ
は、冷媒−濃溶液熱交換器と冷媒−希溶液熱交換器とを
一体構成の積層式熱交換器としてあり、熱交換器の小型
化が図れる。

【００２４】また請求項６に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設けられた
冷媒タンクと、高圧側及び低圧側冷媒回路を有する過冷
却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器と、減圧弁
と、前記過冷却器の低圧側冷媒回路を経て流出する冷媒
ガスの一部を、前記精溜器下部より流出し溶液熱交換
器、減圧弁を経て流出する希溶液に吸収させると共に、
その冷却を溶液ポンプ吐出濃溶液で行う熱回収器と、前
記過冷却器の低圧側冷媒回路を経て流出する残りの冷媒
ガスと、前記熱回収器より流出する熱回収液とが流入す
る吸収器と、前記吸収器出口に設けられた濃溶液タンク
と、溶液ポンプと、再生器と、前記各要素部品を連結す
る配管とを備えており、蒸発器から低圧側過冷却器を経
て吸収器に至るアンモニアガスの一部を、精溜器下部か
ら溶液熱交換器・減圧弁を経て流出する希溶液に吸収さ
せ、かつその冷却を溶液ポンプ吐出濃溶液で行う第１の
吸収器を設けた構成としているので、吸収熱の一部を再
生熱として用いる事ができる。

【００２５】また請求項７に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設けられた
冷媒タンクと、高圧側及び低圧側冷媒回路を有する過冷
却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器と、減圧弁
と、前記蒸発器から過冷却器の低圧側冷媒回路を経て吸
収器に至る冷媒ガスと、前記吸収器出口の濃溶液との熱
交換を行うガス−濃溶液熱交換器と、前記ガス−濃溶液
熱交換器を出た冷媒ガスの一部を、前記精溜器下部より
流出し溶液熱交換器、減圧弁を経て流出する希溶液に吸
収させると共に、その冷却を溶液ポンプ吐出濃溶液で行
う熱回収器と、前記ガス−濃溶液熱交換器を経て流出す
る冷媒ガスと前記熱回収器より流出する熱回収液との熱
交換を行うガス−熱回収液熱交換器と、前記ガス−熱回
収収液熱交換器より流出する冷媒ガスと熱回収液とが流
入する吸収器と、前記吸収器出口に設けられた濃溶液タ
ンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記各要素部品を連
結する配管とを備えている。すなわち、第１の吸収器
と、蒸発器から低圧側過冷却器を経て吸収器に至るアン
モニアガスと、吸収器出口濃溶液、及び精溜器下部から
流出し溶液熱交換器・減圧弁を経て吸収器に至る希溶液
との熱交換器を設けた構成としているので、吸収熱の一
部を再生熱として用いることができ、溶液ポンプサクシ
ョン濃溶液の過冷却を確保できるとともに、アンモニア
を確実にガス化させて吸収器に導入する事ができる。

【００２６】また請求項８に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記精溜器塔頂部から凝縮器
に至る配管途中に設けられたデミスタータンクと、前記
凝縮器出口に設けられた冷媒タンクと、高圧側及び低圧
側冷媒回路を有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、
溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口
に設けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器
と、前記各要素部品を連結する配管とを備え、前記デミ
スタータンク底部と前記凝縮器出口とを接続してあり、
精溜器塔頂部と凝縮器との間にデミスタータンクを設け
て、そこに溜まるミストを凝縮器をバイパスして凝縮器
出口に接続しているので、凝縮器へのミスト流入による
高圧変動を抑制することができる。

【００２７】また請求項９に係る吸収式ヒートポンプ
は、精溜器と、凝縮器と、前記精溜器塔頂部から凝縮器
に至る配管途中に設けられたデミスタータンクと、前記
凝縮器出口に設けられた冷媒タンクと、高圧側及び低圧
側冷媒回路を有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、
溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口
に設けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器
と、前記溶液ポンプ吐出濃溶液配管途中に設けられ、前
記デミスタータンクの塔底と接続されたエゼクターと、
前記各要素部品を連結する配管とを備えており、前記デ
ミスタータンクの底部に滞留した液をエゼクターにより
排液する構成としているので、濃溶液の濃度を高める事
ができる。

【００２８】また請求項１０に係る吸収式ヒートポンプ
は、作動媒体として、アンモニア水とともに、アンモニ
ア及び水の両方に溶解する防錆材を前記アンモニア水に
対して０．０１〜５ｗｔ％用いてあり、請求項１１に係
る吸収式ヒートポンプは防錆材として亜硝酸アルカリ金
属を用いてある。いずれも防錆剤として、作動媒体に溶
解するものを用いるので、サイクル動作に支障がなく、
信頼性を高める事ができる。

【００２９】以下、本発明の吸収式ヒートポンプの実施
例を図１〜図８を用いて説明する。 （実施例１）図１において、１は精溜器、２は積層式熱
交換器として凝縮器３と吸収器４とを一体構成としてな
る凝縮・吸収器、５は積層式熱交換器として過冷却器６
と蒸発器７とを一体構成としてなる過冷却・蒸発器、８
は溶液熱交換器、９は溶液ポンプ、１０は再生器、１１
は凝縮器３出口に設けた冷媒タンク（ここで言う冷媒と
はアンモニアのことを意味する）、１２は吸収器４出口
に設けた濃溶液（アンモニア濃度が高いアンモニア水溶
液）タンク、１３は膨張弁、１４は減圧弁、１５は分岐
量調節弁、１６は各要素部品を連結する配管、１７は凝
縮・吸収器２の２次側冷却水回路、１８は蒸発器７の２
次側冷水回路、１９は蒸発器７・低圧側過冷却器６を経
て吸収器４に至る冷媒ガス（吸収器４内で吸収されるガ
ス）と精溜器１下部より溶液熱交換器８・減圧弁１４を
経て吸収器４に至る希溶液（アンモニア濃度が低いアン
モニア水。冷媒ガスを吸収する吸収液となる）とが熱交
換するガス−希溶液熱交換器である。

【００３０】精溜器１は、上方より精溜ガス取り出し管
２０、溶液ポンプ９吐出濃溶液の一部が分岐量調節弁１
５により調節されて流入し、塔内に流出する蛇管式熱交
換器２１とその周囲に充填された第１の充填材２２とか
らなる分縮部Ａと、第２の充填材２３が充填された精溜
段部Ｂと、高温濃溶液流入管２４と希溶液取り出し管２
５とを備えた空間を有する気液分離部Ｃである。なお、
分縮部Ａ及び精溜段部Ｂの充填材２２及び２３の保持の
目的で図中では省略しているが、実際には上下にデミス
ターを配置している。精溜器１と再生器１０とを分離し
た構成は貫流式と呼ばれ、再生器１０、精溜器１ともに
必要最小限のサイズで設計できるとともに、濃度幅（濃
溶液と希溶液のアンモニア濃度の差）を大きく確保する
ことが出来る。そして、熱交換器を積層式としているの
で、熱交換器サイズを小さくすることができて、小型ア
ンモニア水の充填量を最小限にすることができる。

【００３１】次に、サイクル動作について説明する。溶
液ポンプ９により、濃溶液の一部（溶液ポンプ９全吐出
量の３割程度））は精溜器分縮部Ａに送られ、残りは溶
液熱交換器８に送られる。溶液熱交換器８に送られた濃
溶液は、そこで精溜器１の希溶液取り出し管２５より流
出する希溶液と熱交換し加熱され昇温する。続いて、再
生器１０に送られ所定の２相域の温度まで加熱され、精
溜器１内に高温濃溶液導入管２４を通して流入する。一
方、分縮部Ａに送られた濃溶液は、分縮熱により加熱さ
れ蒸気発生温度まで昇温する。そして、蒸気発生温度で
精溜器１内に導入される。

【００３２】こうした濃溶液の一部を精溜器内に導入す
る方法（以下、分岐方式と呼ぶ）は、従来の基本方式に
比べて成績係数ＣＯＰを高くすることができる。その理
由は、精溜段部Ｂにおいて、再生器１０を経て流入する
高温濃溶液の蒸気が有する熱の一部で、分縮部Ａより蒸
気発生温度で精溜器１内に流入する濃溶液の一部を加熱
して低温のガスを発生させるとともに、高温蒸気自体は
低温の蒸気となり、所定量の低温の蒸気を発生させるこ
とができる。こうして、蒸気発生過程における発生器の
負担を低減することができるためである。なお、精溜段
部Ｂの設計は、分岐して流入する濃溶液の温度（蒸気発
生温度）をそこでの還流液温度とすることにより行われ
る。

【００３３】精溜器１の精溜ガス取り出し管２０より流
出した精溜（冷媒）ガスは、凝縮器３、冷媒タンク１
１、過冷却器６（高圧側）、膨張弁１３、蒸発器７、過
冷却器６（低圧側）、ガス−希溶液熱交換器１９を経て
吸収器４に至る。一方、精溜器１の希溶液取り出し管２
５より流出した希溶液は溶液熱交換器８、減圧弁１４、
ガス−希溶液熱交換器１９を経て吸収器４に至るが、ガ
ス−希溶液熱交換器１９により、冷媒温度は加熱され、
希溶液は冷却され、吸収器４内に導入される。

【００３４】吸収器４内では、希溶液に冷媒ガス（アン
モニア）が吸収されて濃溶液が再生されるが、我々は鋭
意研究の結果、吸収器４の伝熱面を低温の希溶液で濡ら
した状態がガス吸収に効果的であることを見い出した。
また、なにがしかの要因で、冷媒ガスに水分が混入した
場合でも冷媒ガスが加熱されるため、確実に混入水分を
蒸発器７より排出することができる。こうして、吸収器
４の熱交換性能を高めて吸収器４をより小型にすること
ができると共に、安定したサイクル動作をも可能にでき
る。

【００３５】（実施例２）図２の実施例において、実施
例１と相違する点は、凝縮器３と吸収器４とを分離して
過冷却・蒸発器５の下に吸収器４を設けるとともに、過
冷却・蒸発器５を逆向きに設けた点である。この構成に
より、ガス−希溶液熱交換器１９がなくても、蒸発器７
内に流入した水は滞留することなく自然落下で確実に吸
収器４に導入できて、安定したサイクル動作を実現でき
る。

【００３６】（実施例３）図３の実施例において、実施
例１と相違する点は、冷媒タンク１１出口の凝縮液と吸
収器４出口の濃溶液との熱交換を行う凝縮液−濃溶液熱
交換器２６を設けた点にある。この熱交換器２６によ
り、溶液ポンプ９サクションの濃溶液は凝縮液により冷
却され過冷却状態となる。よって、溶液ポンプ９のキャ
ビテーションは抑制され、溶液ポンプ９の信頼性を高め
ることができる。凝縮液−濃溶液熱交換器２６の必要性
が増すのは、低い外気温により、冷房時、高圧が低い状
態で運転を行う場合であり、その場合でも濃溶液の過冷
却が保証されているため、溶液ポンプ９の回転数を増す
ことができるため、十分なサイクル性能を発揮すること
ができる。

【００３７】（実施例４）図４の実施例において、実施
例３と相違する点は、実施例３の熱交換器２６に代え
て、蒸発器７・過冷却器（低圧側）６を経て吸収器４に
いたる冷媒ガスと吸収器４出口の濃溶液との熱交換を行
うガス−濃溶液熱交換器２７を設けた点にある。冷媒ガ
スにより溶液ポンプ９サクションの濃溶液の過冷却を先
の実施例３と同様に保証できる。

【００３８】（実施例５）図５の実施例では、図４の実
施例４において別々に設けたガス−希溶液熱交換器１９
とガス−濃溶液熱交換器２７を一体の積層式熱交換器と
して、ガス−溶液熱交換器２８としている。２つの熱交
換器を小型コンパクトに設計することが可能となり、実
用的な吸収式ヒーチポンプを実現できる。

【００３９】（実施例６）図６の実施例が実施例５と相
違する点は、ガス−溶液熱交換器２８を出た冷媒ガスの
一部を希溶液に吸収させて、その冷却（吸収熱の回収）
は溶液ポンプ９吐出の濃溶液で行う熱回収器２９を設け
た点にある。熱回収器２９により、本来廃棄して吸収熱
の一部は再生熱として利用することができて、その結
果、サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を高めることができ
る。熱回収器２９を設けたことによりＣＯＰを０．２高
めることができた。

【００４０】（実施例７）図７の実施例において、実施
例１と相違する点は、精溜器１の精溜ガス取り出し管２
０から凝縮器３間にデミスタータンク３０を設けるとと
もに、そこに溜まる液を凝縮器３の出口に導く配管３１
を設けた点にある。デミスタータンク３０は筒状容器３
２内に金網等で作製されたデミスター３３が配置されて
おり、ミスト（微小な液滴）はそこで分離される。精溜
器１から凝縮器３に至る配管内は高圧で、内部を流れる
精溜ガス速度が遅いために、その断熱が不十分な場合に
は、配管途中で精溜ガスが一部凝縮して、精溜ガス中に
ミストを含むようになる。また、なにがしかの原因で、
水をミストとして持ち出す不安定動作となる場合があ
る。このミストが凝縮器３内に入ると高圧の変動をおこ
す。そこで、デミスターによりミストを除去するととも
に、このミストを凝縮器３をバイパスして凝縮器３出口
に配管３１により導入する。配管３１は途中曲げ部３４
を有し、ミストのみが配管３１を通過できるようにして
いる。このデミスタータンクを設けた構成により、高圧
を安定に保つことができて安定したサイクル動作を実現
できる。

【００４１】（実施例８）図８の実施例において実施例
７と相違する点は、デミスタータンク３０で分離したミ
ストを溶液ポンプ９の吐出濃溶液配管３５途中に設けた
エゼクター３６により吸引する構成にした点にある。な
お、デミスタータンク３０とエゼクター３６との配管３
７途中には逆止弁３８を設けている。この構成により、
アンモニア濃度の高いミストを濃溶液に導入し、濃溶液
のアンモニア濃度を高めることができる。その結果、サ
イクルの成績係数を高めることができるとともに、安定
動作とすることができる。

【００４２】（実施例９）この実施例はすでに説明した
実施例１〜８の作動媒体として、アンモニア水（アンモ
ニア濃度５０ｗｔ％）と、アンモニア水に対しての両親
媒性（アンモニアと水の両方に溶解性を有する性質）の
防錆材として亜硝酸アルカリ金属塩（アルカリ金属；Ｌ
ｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ）を用いることを例示
するものである。亜硝酸ナトリウムをアンモニア水に対
して０．１ｗｔ％添加して実用耐久試験を行った結果、
無添加の場合に数百時間で性能が低下するのに対して、
本実施例品では１０００時間以上性能を維持することを
確認した。添加量としては、０．０１〜５ｗｔ％の範囲
内で有れば有効と考えられる。一般的には、有効な防錆
材として、重クロム酸アルカリ金属塩が用いられている
が、重クロム酸アルカリ金属塩は水溶性であるが、アン
モニアに対しては不溶性であるので、なにがしかの原因
（環境因子変動による不安定動作）で、アンモニア回路
（精溜器塔頂〜凝縮器・膨張弁・蒸発器のガスライン）
に流入した場合には、そこで析出し、特に絞り部である
膨張弁を閉塞する事がみられた。亜硝酸アルカリ金属塩
を用いた場合には、そうした際でも全く不具合を生じな
い。

【００４３】なお、以上述べた実施例を組み合わせても
良いことは言うまでもない。また、実施例においては、
熱交換器を積層式の熱交換器としたが、これに限定する
ものでない事は言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。

【００４５】（１）ガス−希溶液熱交換器を設けている
ので、ガスラインの水の速やかな除去と吸収器の高い吸
収性能を可能とし、高効率で安定したサイクル動作を有
する吸収式ヒートポンプを提供できる。

【００４６】（２）蒸発器内の冷媒流れを下向きとして
いるので、より確実に水を排斥し、安定したサイクル動
作を実現できる。

【００４７】（３）凝縮液−濃溶液熱交換器、あるいは
ガス−濃溶液熱交換器を設けているので、溶液ポンプサ
クションの過冷却を保証し、溶液ポンプの信頼性を高め
ることができる。

【００４８】（４）ガス−希溶液熱交換器とガス−濃溶
液熱交換器を一体の積層式熱交換器としているので、小
型コンパクトな冷媒回路を実現できる。

【００４９】（５）熱回収器を設けているので、サイク
ルの成績係数を高めることができる。

【００５０】（６）デミスタータンクを設けて、凝縮器
へのミストの流入を防止するようにしているので、安定
したサイクル動作を実現できる。

【００５１】（７）デミスタータンクとエゼクターを設
けた構成としているので、溶液ポンプ吐出の濃溶液濃度
を高めて、サイクルの成績係数を高めることができる。

【００５２】（８）作動媒体に溶解する防錆材を用いる
ので、常に安定した運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例１を示す
構成断面図

【図２】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例２を示す
構成断面図

【図３】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例３を示す
構成断面図

【図４】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例４を示す
構成断面図

【図５】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例５を示す
構成断面図

【図６】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例６を示す
構成断面図

【図７】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例７を示す
構成断面図

【図８】本発明の吸収式ヒートポンプの実施例８を示す
構成断面図

【図９】従来の吸収式ヒートポンプの構成断面図

【符号の説明】

１ 精溜器 ３ 凝縮 ４ 吸収器 ６ 過冷却 ７ 蒸発器 ８ 溶液熱８交換器 ９ 溶液ポンプ １０ 再生器 １１ 冷媒タンク １２ 濃溶液タンク １３ 膨張弁 １４ 減圧弁 １５ 分岐量調節弁 １９ ガス−希溶液熱交換器 ２６ 凝縮液−濃溶液熱交換器 ２７ ガス−濃溶液熱交換器 ２８ ガス−溶液熱交換器 ２９ 熱回収器 ３０ デミスタータンク ３６ エゼクター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 澤田 敬 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 竹村 晃一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−334275（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−10086（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−196491（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00 301 F25B 15/00 F25B 15/04

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回
   路とを有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱
   交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設け
   られた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記
   蒸発器から過冷却器の低圧側冷媒回路を経て吸収器に至
   る冷媒ガスと、精溜器下部より流出し溶液熱交換器、減
   圧弁を経て吸収器に至る希溶液との熱交換を行うガス−
   希溶液熱交換器と、前記各要素部品を連結する配管とを
   備えた吸収式ヒートポンプ。
2. 【請求項２】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、過冷却器と、膨張弁と、蒸発器
   と、溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器
   出口に設けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、前記
   各要素部品を連結する配管とを備え、前記蒸発器と過冷
   却器の下に吸収器を配置するとともに、蒸発器内の冷媒
   の流れを下向きとした吸収式ヒートポンプ。
3. 【請求項３】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回
   路とを有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱
   交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設け
   られた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記
   凝縮器より流出する冷媒凝縮液と、前記吸収器出口の濃
   溶液との熱交換を行う凝縮液−濃溶液熱交換器と、前記
   各要素部品を連結する配管とを備えた吸収式ヒートポン
   プ。
4. 【請求項４】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、高圧側冷媒回路と低圧側冷媒回
   路とを有する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱
   交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸収器出口に設け
   られた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記
   蒸発器から過冷却器の低圧側冷媒回路を経て吸収器に至
   る冷媒ガスと、前記吸収器出口の濃溶液との熱交換を行
   うガス−濃溶液熱交換器と、前記ガス−濃溶液熱交換器
   を出た冷媒ガスと、精溜器下部より流出し溶液熱交換
   器、減圧弁を経て吸収器に至る希溶液との熱交換を行う
   ガス−希溶液熱交換器と、前記各要素部品を連結する配
   管とを備えた吸収式ヒートポンプ。
5. 【請求項５】冷媒−濃溶液熱交換器と冷媒−希溶液液熱
   交換器とを一体構成の積層式ガス−溶液熱交換器として
   なる請求項４記載の吸収式ヒートポンプ。
6. 【請求項６】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、高圧側及び低圧側冷媒回路を有
   する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器
   と、減圧弁と、前記過冷却器の低圧側冷媒回路を経て流
   出する冷媒ガスの一部を、前記精溜器下部より流出し溶
   液熱交換器、減圧弁を経て流出する希溶液に吸収させる
   と共に、その冷却を溶液ポンプ吐出濃溶液で行う熱回収
   器と、前記過冷却器の低圧側冷媒回路を経て流出する残
   りの冷媒ガスと、前記熱回収器より流出する熱回収液と
   が流入する吸収器と、前記吸収器出口に設けられた濃溶
   液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記各要素部品
   を連結する配管とを備えた吸収式ヒートポンプ。
7. 【請求項７】精溜器と、凝縮器と、前記凝縮器出口に設
   けられた冷媒タンクと、高圧側及び低圧側冷媒回路を有
   する過冷却器と、膨張弁と、蒸発器と、溶液熱交換器
   と、減圧弁と、前記蒸発器から過冷却器の低圧側冷媒回
   路を経て吸収器に至る冷媒ガスと、前記吸収器出口の濃
   溶液との熱交換を行うガス−濃溶液熱交換器と、前記ガ
   ス−濃溶液熱交換器を出た冷媒ガスの一部を、前記精溜
   器下部より流出し溶液熱交換器、減圧弁を経て流出する
   希溶液に吸収させると共に、その冷却を溶液ポンプ吐出
   濃溶液で行う熱回収器と、前記ガス−濃溶液熱交換器を
   経て流出する冷媒ガスと前記熱回収器より流出する熱回
   収液との熱交換を行うガス−熱回収液熱交換器と、前記
   ガス−熱回収液熱交換器より流出する冷媒ガスと熱回収
   液とが流入する吸収器と、前記吸収器出口に設けられた
   濃溶液タンクと、溶液ポンプと、再生器と、前記各要素
   部品を連結する配管とを備えた吸収式ヒートポンプ。
8. 【請求項８】精溜器と、凝縮器と、前記精溜器塔頂部か
   ら凝縮器に至る配管途中に設けられたデミスタータンク
   と、前記凝縮器出口に設けられた冷媒タンクと、高圧側
   及び低圧側冷媒回路を有する過冷却器と、膨張弁と、蒸
   発器と、溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸
   収器出口に設けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、
   再生器と、前記各要素部品を連結する配管とを備え、前
   記デミスタータンク底部と前記凝縮器出口とを接続して
   なる吸収式ヒートポンプ。
9. 【請求項９】精溜器と、凝縮器と、前記精溜器塔頂部か
   ら凝縮器に至る配管途中に設けられたデミスタータンク
   と、前記凝縮器出口に設けられた冷媒タンクと、高圧側
   及び低圧側冷媒回路を有する過冷却器と、膨張弁と、蒸
   発器と、溶液熱交換器と、減圧弁と、吸収器と、前記吸
   収器出口に設けられた濃溶液タンクと、溶液ポンプと、
   再生器と、前記溶液ポンプ吐出濃溶液配管途中に設けら
   れ、前記デミスタータンクの底部と接続されたエゼクタ
   ーと、前記各要素部品を連結する配管とを備えた吸収式
   ヒートポンプ。
10. 【請求項１０】作動媒体として、アンモニア水ととも
    に、アンモニア及び水の両方に溶解性を有する防錆材を
    前記アンモニア水に対して０．０１〜５ｗｔ％用いる請
    求項１ないし９のいずれか１項記載の吸収式ヒートポン
    プ。
11. 【請求項１１】防錆材として亜硝酸アルカリ金属を用い
    る請求項１０記載の吸収式ヒートポンプ。