JPH04506859A - 除霜付吸収冷凍およびヒートポンプシステム - Google Patents
除霜付吸収冷凍およびヒートポンプシステムInfo
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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】
除霜付吸収冷凍およびヒートポンプシステム1凱立U
本発明は吸収および相変化熱交換原理に基づいて運転される冷却および加熱シス
テムに関するものである。さらに詳細には、連続的に#!!作動され、空気冷却
される多重効用発生器サイクル、吸収システムに関するものであ他の態様におい
て本発明は、非揮発性吸収剤とおよび該吸収剤にきわめて可溶な高揮発性冷媒と
からなる吸収冷凍溶液対を用いるように構成されたシステムの改良に関するもの
である。開示された冷媒対は、冷媒としてのアンモニアおよび吸収剤としてのチ
オシアン酸ナトリウムである。
見jノと11
本発明の背景は米国特許第4.646,541号(以後従来特許という)に見い
だされ、該特許は本発明の一般的主題を開示する。したがって本発明は、共同発
明者エフ・パート・クック(F、Bert Cook)およびニドワード・エイ
・リード・ジュニア(EdwardA、Reed、Jr、)を含みかつ本発明と
同−譲渡人に譲渡されたこの従来特許に関連するものとみなすべきである。米国
特許第4.742.693号、第4,719.767号、第4,691.532
号、第4,742.687号および第4.722.193号は該従来特許の関連
特許であり、したがって本発明の開示に関連するものであって本主題に関する他
の背景情報を提供するものである。
吸収冷凍およびヒートポンプシステムにおける改良を追求する際に、性能の共通
尺度はしばしば「動fF:係数(成績係数)」すなわちCOPと呼ばれている。
ここで使用されているように、1In−係数すなわちCOPは、単位時間内に負
荷において伝達されたエネルギーを、同じ単位時間内にシステムに提供されたエ
ネルギーで割った値として定義され、この値は当業者によく理解されているもの
である。性能の他の尺度は複誰度の減少を含み;すなわち言い損えると装置およ
びシステムの簡単化を含む吸収システムは通常、天然ガスフレームのような熱源
が使用されるとき、加熱サイクルの間にきわめて効率がよい、他方においてこの
システムは冷却サイクルにおいては効率が悪い。
代表的には水およびエチレングリコールのような不凍液などからなる中間熱伝達
溶液の流れを切り替えることにより、負荷に対し加熱または冷却のいずれをも提
供するように切替えが可能な機械式空気圧縮タイプの空冷冷凍回路もまた使用さ
れている。
高効率を得るために、二重効用発生器サイクルを用いた液冷吸収冷凍回路が商業
的に利用可能である。しかしながら、冷媒として水を用いたこれらのシステムは
、冷媒が32°Fで凍結ししたがって約40°F以下の周囲外気温度においては
空間加熱システムにおいて使用できないので、空澗空間を加熱するのに使用する
には(加熱員1り適していない。
吸収冷凍およびヒートポンプシステムはその基本的運転特性が周知であるので9
本発明の詳細説明されるときに使用される定義および内容以外はほとんどさらに
説明を必要としないであろう。
代表的なシステムにおいては、冷媒である水または他の相変化物質は吸収剤(代
表的にはリチウムブロマイドまたはその他の塩)内に溶解されかつこれらはしば
しば「溶液対」と呼ばれる。冷媒はシステム内で種々の割合で吸収剤を有する溶
液内(吸収されたりまたは該溶液から放出(排出)されたりし、また加熱効果お
よび冷却効果を発生するために吸収熱が加えられたり抽出されたりする。
溶液対は発生器に入ってここで熱を受け、加えられた熱は冷媒の一部分を蒸気の
形で放出(排出)シ、該蒸気は凝縮器に送られる。ここで外部冷却が冷媒蒸気を
液体に凝縮し、該液体は膨張弁を通過して蒸発器に送られ。
該蒸発器において熱が取り入れられる。冷凍システム運転においては、蒸発器内
に取り入れられる熱は冷却負荷からくるものである。
低圧蒸気は次に吸収器に入り、ここで冷却されて吸収剤溶液が冷媒蒸気を吸収す
ることを可能にする。溶液は次にポンプにより熱回収器に送られる。熱回収器は
向流熱交換器であり、ここで発生器から吸収器へ流れる吸収剤/冷媒溶液からの
熱が吸収器から発生器へ流れる戻り溶液対を加熱する。加熱サイクルにおいては
、吸収器および/または凝縮器に与えられる冷却熱が加熱負荷に与えられる熱で
ある。
ここでの説明の便宜上用語として、同じ圧力で作動する吸収システムの各部分は
室と呼ぶことにする。
従来技術においては3室システムが見られるがその使用は限定され1通常の吸収
冷凍/加熱システムは2室システムである。ビートポンプとして運転されるとき
は。
2室システムはかなりの加熱性能を与えるがよい冷却性能は与えない。
冷媒としてアンモニア(NH2>および吸収剤として水(8,0)を使用したと
き、ヒートポンプ作業は氷点以下の温度の周囲空気源からも行うことができる。
空気があたかもそれが乾燥しているかのごとくに取り扱われしたがって除霜が必
要ない場合には1代表的な2室NH3/H20ヒートポンプは単一ファーネスか
ら期待されるものに対しIIIな改良を示すであろう、しかしながらヒートポン
プはファーネスより高価であるので、冷却季節の性能利点が追加賛用を正当化す
る必要がある。言い換えるとヒートポンプは、ファーネスを用いた空気調和機の
別個の据付と組み合わされたし−トポンプの追加コストをオフセットするために
も空気講和機として作動しなければならない。
冷却に対しては、 N H2/ H20システムは約0.5に等しいCOPを有
することが予想される。この低い性能指数は、多量の燃料(またはエネルギー)
を使用することから不当な燃料(またはエネルギー)費を費やすことになる。
放出プロセスを行わせる段を設けることにより性能を改善するであろう種々のタ
イプの3室システムが提案されてきた。これによりシステム(サイクル)に駆動
熱が加えられる実際の温度を増加することが可能である。米国特許第4.646
.541号の発明が出るまでは、この温度の上昇はとくにアンモニア/水システ
ムから不当に高い圧力をもたらしかつそれに対しデータが容易に利用できないよ
うな領域でシステムを運転せざるをえないと考えられてきた。
さらに、3室システムにおいては圧力がアンモニア/水を不可能とする傾向があ
った。アンモニアの代替品としてハロゲンrIS炭化水素および池の冷媒のよう
な有機物質を探求してきたが、これらの高温における流体安定性のために制限が
あった0通常の有機冷媒の安定性試験の結果、蒸気圧縮冷凍システムにおける運
転に対してはオイルが存在することが必要であることがわかった。これらの高い
運転温度はとくに、しばしば局部的なホ・・Iトスポットを発生させこのホット
スポットが作動流体の劣化および/または装置部品の腐食を起こさせるような製
品を燃焼して直接加熱されることから1通常の冷媒の大部分の使用を不可能にす
る。
従来特許(米国特許第4,646.541号)およびその関連特許の熱作動、空
気冷却、二重効用発生器サイクル吸収冷凍システムは既存の従来技術の制限を克
服した。その中で空気冷却システムは冷却水の必要性を排除し、かつ冷媒として
のアンモニアの使用は加熱運転中の冷媒の凍結を回避する。二重効用発生器サイ
クルは吸収冷凍回路中の内部熱回収により高効率を可能にする。吸収剤としての
チオシアン酸ナトリウムの使用は冷媒ストリームを清浄にするための未回収熱の
損失を伴う分析計および整流器の必要性を排除する。
本発明は上記の従来特許のシステムをさらに改良しかつ簡略化することを目的と
している0本発明は、その性質の利点を利用した装置およびシステムで操作され
たときに、より高い温度においてきわめて流体安定性のよい材料を用いた1つの
溶液材を有する統合された3室システムに適用される0本発明のシステムおよび
要素の一部分として使用される代表的な好ましい溶液対は、冷媒としてのアンモ
ニアおよび吸収剤としてのチオシアン酸ナトリウムである。
WyRILi力
要約すると本発明は1選択的に負荷に熱を与えたりまたは負荷から熱を除去した
りするために1次熱源、冷却または加熱負荷およびヒートシンクまたは2次熱源
に結合された吸収冷凍および/または加熱システムにおいてa)高揮発性冷媒と
吸収剤とからなる吸収溶液対から冷媒を放出するために該吸収溶液対に1次熱源
から熱を与えるための多重放出基要素を有する多重効用発生器手段と;
b)多重放出基要素または発生器手段に結合された凝縮器手段と;
C)凝縮器手段に結合された蒸発器手段と;d)蒸発器手段に結合された吸収器
手段と:e)吸収器手段と発生器手段との間に結合されてより高い圧力で発生器
手段に溶液を移送するためのポンプ手段とおよび
f)要素閏に作動流体を移送しかつ:
(i)冷却モードにおいては2作動流体を、熱交換のために凝縮器手段と、吸収
器手段とおよびヒートシンクと熱交換関係にある第1の熱交換器との間に流し。
−万作動流体を、熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換関係にあるI
I2の熱交換器との間に流すことによってfA荷を冷却するために、および(1
1)加熱モードにおいては3作動流体を、熱交換のために凝縮器手段と、吸収器
手段とおよび負荷と熱交換関係にある第2の熱交換器との間に流し、一方牛動流
体を、熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換する第1の熱交換器手段
との間に流すことによって負荷を加熱するために;
移送流体を選択的に切り替えて移送するための第1.第2および第3の弁部材を
含む多重切替え弁手段を有する熱伝達サブシステムと;
からなる要素を含む。
本発明の前記および他の利点は1本発明の好ましい実施態様が添付図面により詳
細に説明される以下の開示から明らかになろう、請求の範囲に列記された本発明
の範囲から逸脱することなく、または該発明の任意の利点を犠牲とすることなく
、S分の楕遺特徴および配!の変更態様が当業者には明らかであることが子息さ
れる。
の t −
図1は冷却モードにおける本発明の二重効用吸収システムの線図である。
図2は加熱モードにおける本発明の二重効用吸収システムの循環水式作動1mサ
ブシステムの線区である。
図3は除霜モードにおける本発明の二重効用吸収システムの図2と同様な線図で
ある。
図4は図6の線4−4による本発明の蒸発器装置の断両立面図である。
図5は冷却および/または加熱負荷を有する建拘に隣接して取り付けるように構
成可能な本発明の装置およびシステムの一実施態様の略画両立面図である。
図6は図5に示す装置の実施態様の略平面図である。
因7は図5の垂直方向長手軸7−7による本発明の発生器/熱回収器モジュール
の断両立面図である。
図8は本発明の分離器要素の立面斜視図である。
図9は補助要素を有する本発明の吸収器−凝縮器モジュールの略画両立面図であ
る。
図10は本発明のエネルギー回収装置の配置の一実施態様の路線図である。
図11は本発明のエネルギー回収装置の配置の一実施層様の路線図である。
図12は本発明に含まれる代替態様エネルギー回収ユニットの略図である。
図13は家庭用温水を供給するための本発明のシステムに対する代替態様追加の
略図である。
の め 、 の 戸
本発明の説明において、その中で使用される用語の意味を明確に理解することが
重要である。そうでないと。
全システムが複箪であることとおよびt!Aid、化学および電気の種々の分腎
で要素が使用されることの理由から。
ある場合には用語が混乱することがあるからである。
したがってここで使用される場合、JIF?1対に関していうとき用語「強溶液
」は、吸収器内で溶媒を吸収した溶液であって1発生器の方向に流れてかつシス
テムの発生器内で冷媒を放出するかまたは部分的に排出した溶液よりも冷媒の吸
収剤に対する比がより大きい溶剤をいう。
一方溶媒が排出された溶液は「弱溶液」であり、該「弱溶液」は溶液内に冷媒の
吸収剤に対するより低い比を有する。
本発明の3室システムにおいては1発生器手段の間で「中間」強度の溶液が使用
される。この溶液は定義により1強溶液よりは弱くかつ弱溶液よりは強い。
用語「発生器」とr放出器」とは同意語である。用語「熱交換器」は、そこで流
体が通常不透性の壁によってのみ相互に分離されるようにきわめて近接して流れ
、該不透壁を介して高温側から低温側に熱が流れるところの装置を意味する0通
常は、熱は高温流体から低温流体に流れるものと理解される。
ここで用いられているように、用語「熱交換器」はシステムへの入熱またはシス
テムからの放熱とすなわち周囲外気のような外部流体と交換する装!を意味する
。システム内で熱を交換するような装置は「熱回収器」と呼ばれる。
さらに本説明で使用されるように、f#語rf1!m流体」は負荷またはヒート
シンクへの放熱あるいはそれらからの入熱を交換するのに使用される流体を意味
する。これはエチレ〉′グリコールおよび水の溶液であることが好ましく、この
溶液は単なる液体の水よりもより低温においても不凍液として使用可能である。
しかしながら、塩化カルシウムと水との溶液のような池の作動流体もまた使用可
能である。
本開示の発明の背景において説明したように、チオシアン酸ナトリウム/アンモ
ニアの吸収剤/冷媒対を使用することにより熱的/物理的性質が向上され、二重
管の概念を含む積み重ねられたコイル形状をなす発生器および熱交換器を備え、
さらに吸収冷凍システム内で必要かつ存在する溶液ポンプの所要動力を簡約する
ためのエネルギー回収モータを組み合わせた二重効用発生器吸収システムは、以
下に詳細に説明する本発明の基礎を形成する。チオシアン酸ナトリウム/アンモ
ニアは好ましい吸収剤/溶媒対であるが、溶媒としてメチルまたはエチルアミン
および吸収剤としてアルカリ金属亜硝酸塩またはチオシアン酸塩を含む他の吸収
剤および冷媒も使用可能である。
ここに2毅の本発明は燕Ilr勤吸収冷凍およびヒートポン7システムの方法お
よび装置構造の応用におけるとくに「冷媒としてアンモニアおよび吸収剤として
チオシアン酸ナトリウム」からなる溶?lI対を選択することによる飛躍的なも
のであるが2本発明め方法および装置を甲いて種々の改良がなされるであろうこ
とがbがった。
冷 、 ?および 霜の閏で切替えLllな二重効L1」UL扛区l」ユ
空間加熱および空間冷却の両方を行うように設計された吸収式ヒートポンプは吸
収冷凍サイクルの運転を逆にすることなしに加熱モードおよび冷却モードの間で
切替え可能でなければならない1本発明においては、二重効用ヒートポンプは加
熱および冷却運転モードの両方に対し同じ方法でかつ同じ装置要素で運転を続け
るように設計されているにの運転の方法および装置は以下にさらにn!Iに説明
するように、改良された発生器/熱回収器装置においておよび改良された凝縮器
/吸収器組合せ体において提供されるきわめて有効な熱交換要素および方法を応
用して独特な設計がなされている0作動流体切替弁および制御要素の配置は本発
明に貢献している特徴である。
図1を参照すると、第1の発生器手段8oは加熱された強溶液83を第1の分離
器91に供給する。第1の発生器手段80および分離器91内において、たとえ
ばガスフレームのような熱jl[84がら熱を加えることにより冷媒蒸気82が
放出されかつ分離される。
第1の発生器手段80の好ましい構造が図7に示されている。
分離器91内には中間強変の溶液85が残りがっj[液は第1の1!!!回収器
手段86に移送されそして次に絞り弁またはエネルギー回収モータ87を通過し
て第2の発生器手段81に移送される。冷媒蒸気82からの熱は第2の発生器8
1内で中rW11I液85と交換される。第2の分離器92内では中間溶液85
がら追加の蒸気82が放出されて弱溶液89を残す。
弱溶液89は第2の熱回収器95および絞り弁96を通過して結合点93に至り
かつ吸収器手段97に入る。
弱溶液89は冷媒蒸気82を吸収して強溶液83となり、M強溶液83は次に溶
液ポンプ98により順次に熱回収a95および96を通過して第1の発生器手段
8oに戻される。
液体冷[82は分離器91から膨張弁またはエネルギー回収モータ105を介し
ておよび結合点94から凝縮器100を介して移送される1分離器92からの追
加の冷媒82は結合点94を介して凝縮器100に移送される。凝縮器100か
ら、液体冷媒82は第3の熱回収器107を通過しかつ膨張弁110を介して蒸
発!$115に移送される。冷えた低圧の冷媒は蒸発器115がら熱回収310
7を通過して戻され、温かい液体冷媒82と熱交換しかつアキュームレータ20
5へ入る。
運転が異なる条件で行われ、とくに冷却、加熱および除霜の運転モードの間には
差があるので、凝縮器1o。
および蒸発器115内に含まれる冷媒量の変化の結果として発生する余剰の冷媒
82がアキュームレータ205内に回収される。この配置により、システムの冷
媒濃度は約46%ないし約32%の間に制御されるので理想的である。
アキュームレータ205から冷媒は結合点93において弱溶液89と結合する。
結合点93から、結合された弱溶液と冷媒とが吸収器97を通過してパージポッ
ト99に入り、そこからさらに溶液ポンプ98の入口に至る、このプロセスによ
り1弱溶液89は冷媒蒸気82を吸収して吸収器97内で強溶液83となりかつ
溶液ポンプ98により第1の発生器手段80に戻されるが、このとき熱回収器9
5および86を順次に通過していく。
この改良発明は別個の循環水式サブシステムを含み。
該サブシステム内で作動流体が二重効用吸収冷凍システムの種々の要素の閏を通
って負荷と熱源またはヒートシンクとの間で移送される。
再び図1に戻ると、サブシステムは纏い実線で示されているが、該繕い実線は凝
縮器100の入口に結合されかつ第1の四方流体弁101に流れるが、該四方流
体弁101は吸収2s97の入口103への流れを継続するようにセットされて
いる。吸収器97を通過したあと、流体は出口104から第2の四方流木弁10
6へ移送されかつ第1の屋外熱交換器108の入口に供給される。第1の熱交換
器108から作動流体はポンプ109により第3の四方弁112に移送され7該
第3の四方弁112は作動流体を凝縮器100の入口113へ戻すように位!決
めされている。これらの結合により、高温冷媒82の凝縮熱および吸収熱は凝縮
器100および吸収器97において作動流体に交換され、該凝縮器100および
吸収器97は作動流体を介して第1の熱交換器108における熱交換により熱を
周囲外気に伝達する。ファン114は第1の熱交換器100を横切る空気流を吸
引し、該空気流は周囲外気への熱交換率を増大する。
この冷却モード運転において、吸収器97の出口104は結合点116から第1
の四方弁を通過して結合点117において蒸発器115の入口118へ結合され
ている。このモードにおいては、結合点116と117との間には作動流体内に
差圧が存在せずかつ戻り通路が存在しないので、結合点116および117の間
には流れが存在しない、したがって流れは発生しない。
この運転モードにおいては1作動流体は入口118から蒸発器115を通過して
出口119に移送される。蒸発器115の出口119から作動流体は四方弁10
6に移送され、そこから弁106を介して屋内の第2の熱交換器121に移送さ
れ、該屋内の第2の熱交換3121においては空調空間からの空気が作動流木と
熱交換関係をなして通過する。ファン122は熱交換器121のコイルを横切る
空気流を吸引する。
屋内熱交換1i2tから作動a#Eはポンプにより結合点117と第3の弁11
2とを通過して蒸発器115の入口118に移送される。
この運転モードにおいては1作動流木は蒸発器115内を冷えた冷媒と熱交換関
係をなして通過するので、該作動流体は冷却される。冷却された作動流体はこの
冷却熱を第2の屋内熱交換器121内で屋内の空間される空気に伝達する。
図2を参照すると、二重効用発生器吸収システムの運転はヒートポンプモードに
対する運転と同じである。しかしながらこの加熱モードにおいては1作動流体の
サブシステムが四方弁106および112の位置の変更により切り替えられる。
四方弁101は図1の冷却モードに示した前の位置のままである。
この配置において、aI縮器100からの高温作動流体は出口102および四方
弁101を通過して吸収器97の入口103に移送される。結合された冷媒およ
び弱溶液は高温であるのでサブシステムは吸収器を冷却し、これにより吸収冷凍
システム内で必要な吸収プロセスが行われる。これによりfI!勅流体流体らに
加熱されて出口104から吸収器97を離れて四方弁106に至るが、該四方弁
106は前の冷却運転モードとは逆になっている、作動流体はここで第2の熱交
換器121に至り、ここで該作動流体は生活空間の7清空気(負荷)と熱交換を
行う、生活空間内の空気により冷却されたのちに、ポンプ123は作動流体を弁
112を通過して凝縮器100の入口113に戻す。
四方弁106および112のこの正常な加熱モード位置において1作動流体は蒸
発器115から屋外熱交換器108を通過して移送され、該屋外熱交換器108
において作動流体は蒸発器入口118に戻される前に外気から熱を受け取る。熱
交換器の表面上の霜の形成を減少させるために、ファン114は外気の温度およ
び湿度条件に応じて間欠的に運転してもよい、サブシステムの弁106および1
12がこの位置にあって運転が行われるとき、外気から蒸発器へのし−トポンプ
作業が行われ、これによりサブシステムの運転温度を上昇させて1.0より大き
い理論COPを提供する。
従来特許に記載のシステムと比較すると、簡単化1重要な初期コストの減少およ
び運転の信頼性が達成されたことがわかるであろう。
システムが加熱モードで運転されるとき、第1の屋外熱交換器108は蒸発器と
連絡されかつ周囲の外気環境から熱を吸収する。外気の温度および1度のある余
年下では、熱交換器108の外表面に周囲雰囲気内の湿気により霜が堆積するで
あろう、屋外熱交換器108の表面上の霜の堆積はその熱交換効率を低下させ、
これによりヒートポンプ運転を妨害しかつシステム全体の性能を抵抗させるであ
ろう、この問題を克服するために従来技術において種々の方法が提案されかつ使
用されてきたが。
このような従来のシステムは不便でありかつ電気抵抗または補助ボイラ用の要求
のような追加の熱エネルギーの要求によりユニットのCOPを低下させる。
しかしながら本発明のシステムの運転においては、除霜は、四方弁112および
101が加熱モードに対する位置から反転されかつ四方弁106が加熱モードに
対する位置のよ丈であるときに行われる。第2の熱交換器108を横切る空気流
はファン114のスイッチを切ることにより遮断される。凝縮器からの高温の作
動流体は熱交換器108内に流されて霜を溶かす、吸収器からの熱は継続して第
ν4内熱交換器121内を流されるので、これにより定時間一時的に熱の供給が
減少されるが空調空間に熱を提供する。除霜サイクルの閏も吸収器97から負荷
に熱が流れ続けることが本発明の特徴である。
空気伝熱式ヒートポンプの霜付の問題を解決するためにとられてきた通常の配置
においては、ヒートポンプを完全に遮断し除霜の1熱を与えるために電気抵抗し
−タを使用することが実際方法である。これに対し本発明は除霜の問もヒートポ
ンプからの熱流を維持し、かつたいていの場合除霜は除霜運転の間に利用可能な
熱以上の熱が必要となる前に完了可能である。除霜サイクルの終了時に9反転さ
れたすべての作動流体弁がそれらの正常加熱モード位置に戻され、かつ第1の熱
交換器108を通過する空気流が回復される。霜の形成に基づく効率の低下を検
知する通常の割算が設けられており、したがって除霜サイクルは自動的に運転さ
れる。
代替方法として、たとえば周囲外気が冷たくなくまたはシステムが冷却モードで
運転されているときに負荷において吸収器手段のすべての熱が必要でないときは
、吸収器97からの作動流体を家庭用温水貯蔵タンクと熱交換WI係を有するよ
うに流してもよい。
図13に示すように1本発明のヒートポンプシステムが取り付けられている住宅
内に家庭用温水ヒータおよびタンク370が設けられている。吸収器97の出口
104が該温水ヒータ370内の熱交換コイル372の入口371に結合されて
いる。コイル372の出口は吸収器97の入口に結合されている。ガスバーナー
のような第2の熱源375もまた温水タンク370に設けられている。
この家庭用温水加熱サブシステムは、負荷によってサービスされる周囲状況に対
しシステムの全加熱容量が必要でない条件下において吸収器において利用可能な
余剰熱を利用するために組み合わせて含められている。システムにかかる負荷が
その設計容量以下であるとき、冷却または加熱モードのいずれにおいてもこのよ
うな余剰熱が利用可能である。システムが運転していないときまたは吸収器97
に利用可能な余剰熱が存在しないとき、このような条件下では、必要な家庭用温
水が利用可能なように補助バーナーが運転可能である。
生′空 の空調装置
本発明の生活空間、住宅空調および加熱の実施態様の一形状が図5および図6に
示され、該形状において空調および加熱ユニット165は住宅の外に配置されか
つベース167上に矩形形状に建設され、さらにハウジング166を含んでいる
。ハウジング166は上部開口169を含む、該開口はファン114(図1参照
)のような周囲空気吸引手段の上方に配置されている。第1の熱交換器108は
ユニット165の3つの側部を占有している。第4の側部には図示のように、溶
液ポンプ98.パージポット99.蒸発器115.凝縮器100.吸収器97お
よび熱回収器105を配置するのが便利である。
分離器91および92(図8に示すように長手方向垂直位置にある)はその近く
に配置されている0作動流体を移送するためのポンプ123および109は溶液
ポンプ98および157に並置されている。第2の熱交1rW121およびファ
ン122は生活空間内に配!されている二重 生 およびUg
図5. r26および図7を参照すると、二重効用発生器/熱回収器手段220
は、熱源84内で発生された熱の利用に関連する種々の要素およびモジュールを
1つの相互関連組立体内に統合した装置として示されている。Il解を容易にす
るために、符号は図1に示したシステムの要素と同じものが使用されている。
発生器モジュール
図7に示すように1発生器ユニットまたはモジュール220はほぼ垂直中心軸の
周りに概して対称的に構成されている0発生器モジュール220は平面図(図6
)において円形の発生器ハウジング221を含みかつ加熱および空調ユニット1
65のベース167と同じかまたは該ベース167とは別の発生器フレームベー
ス222上に構築されている0発生器ユニット220は断熱材231を含むよう
に発生器ベース222の上方で発生器ハウジング221に装着された円形床23
0を含む0発生器床230は中心から発生器ハウジング221に向かつて僅かに
傾斜し、これによりユニットからの凝縮水のドレン抜きを可能にする。
発生器ハウジング221は上部発生器シュラウド223と発生器天井224とを
含み、これらの間に断熱材225が設けられている。シュラウド223の中心a
1分と発生器天井224の中心部分とを結合する円筒227により円筒通路22
6が形成されている1円同キャップ228が円111227を周囲雰囲気からシ
ールしかつ発生器ブロワ229が装着される取付面を提供する1円同キャップ2
28は開口(図示なし)を含み、該開口はブロワ229から円筒通路226を通
過して発生器ユニット220に空気が入り込むことを可能にする。
システムに外部熱を提供する代表例ではガスバーナーのような中央駆動熱1[8
4が、中心でユニット220のほぼ中心軸232上に配置されている。ガス源は
図示されてないが9通常の配管設計のものであると理解すべきである。環状要素
が円形熱源84を包囲しかつ第1の発生器手段(放出手段)80.第1の(高温
)熱回収器手段86.第2の発生器手段81および第2の(低温)熱回収器手段
95を含む、各要素は実質的にまたは概して環状の複合形状すなわち垂直に配置
された円環(トーラス)または渦巻形状をなして相互に並置された複数のコイル
として構築されている。要素は相互に並置されかつ中心軸232から半径方向に
ある程度距離を有してすなわち種々の距離で熱源84を包囲している0発生器8
0のコイルは綱かいフィンを有し、該フィンは最大の熱交換を達成するようにコ
イルの問および周囲にホブトガスを通過させる。たとえばここに参照される米国
特許第4.742.693号の図5項目205を参照されたい。
第1および第2の熱回収器および第2の発生器はむくの外面を備えたコイルを有
し、該コイルは相互に接触しながら巻付けられている。
熱回収器86および95および第2の発生器81はしばしば二重管式構造といわ
れるように配置された内管と外管とを有する。内管は、内管内と外管内とのそれ
ぞれの流体間の熱伝達をさらに改善するために渦巻溝233を有していることが
好ましい、溝付管は市販品として。
ターボチック・10ダクツ社(Turbotec Products、Inc、
)ウィンザー(Windsor)、コネチカット州およびデルタ・チー・リミテ
ド社(Delta−Limited)、タルサ(Tulsa)、オクラホマ州の
ような提供者から利用可能である。液−液熱交換器および吸収器は3つの溝を有
する。蒸発器および凝縮器は4つの溝を有しかつ1フイート当たり約3倍の溝を
有する。すなわち蒸発器および凝縮器はより多くの溝を有するばかりでなくそれ
らの溝が1フイート当たり何回も捩られている。
管材料は通常のものでよく、管壁を通過する熱交換の良好なものおよび耐食性が
優れたものから選ばれる。ステンレス鋼およびAl5I 9260およびAl5
11075のような低合金鋼が適切である9発生器80は代表的には小さな繻か
いフィンを備えた通常の単−管構造である。
図7に示す好ましい実施態様において、第1の発生器室内に高温の空気および燃
焼生成物(燃焼ガス)245が発生されかつ管状発生器80の!131に衝突し
、該空気および燃焼生成?v245はプロワ229により発生器80のコイルの
間のフィンを通過してやや下側へかつ半径方向外側へ駆動される。高温燃焼生成
物245は円筒バッフル234内の開口235を通過して出てかつ円筒形のむく
の内側の第1の熱回収器ハウジング236に沿って下方に流れ、そこで燃焼生成
¥lllI245は開口238を通過して出る。内側熱回収器ハウジング236
の底部に入る。
高温の空気および燃焼生成物245は次に第1の熱回収器室237の底部ハウジ
ング250内の開口238を通過して第1の発生器室を包囲する第2の(熱回収
器)室237に入る。高温の空気および燃焼生成物245は、概して上方方向に
流れながら第1の熱回収器86の管249のコイルに衝突する。温かい燃焼生成
物および空気245は第2の室237から外IIl熱回収器ハウジング239の
頂部部分内に配置された開口312を通過して発生器ユニットの第3の室または
外側室240に入る。
温かい燃焼生成物および空気24うは、概して下方方向に流れながら第2の発生
器81の管252のコイルとおよび第2の熱回収器95の管260のコイルとに
衝突する。燃焼生成物および空気245は発生器ユニット220から発生器床2
30のちょうど真上に配!された発生器ハウジング221内の開口241を通過
して発生器ユニット220から外に出る。
発生器、熱回収器および池の室は相方に#置された同軸の円筒室である。燃焼生
成物および空気の全体流れは図7に矢印で示されているように概して蛇状形状を
なしすなわち第1の室内では下方に、第2の室内では上方にかつ第3の室内では
下方に向いている。
第1の発生器手段80はフィン付管の二重巻き渦巻コイルで製作されている1強
溶液83は第1の(高温)熱回収器86から入口137を通過して約385°F
の温度および1480psiaの圧力で第1の発生r#80に入る0強溶液83
はそれが渦巻コイルの外側巻を通過して下方に流れ次に渦巻コイルの内側巻を通
過して上方に流れるときに熱源84によって加熱されて、第1の発生器手段80
から出口138を通過して約415°Fの温度で外に出る1強溶液83は熱源8
4から約36.000 b t u / h rの割合で直接熱を受け取る。
図1および図8に示すように、加熱された強溶液83は次に分離器人口242を
通過して第1の(1次)分離器91に入り、該分離器91において強溶液83は
中間溶液85と冷媒蒸気82とに分離される。中間溶液85は下部出口243か
ら分離器91を離れる。冷媒蒸気82は上部出口244から分J[S9Lを離れ
る。
図7に戻ると、中閏/S液85は内側の漬は管入口246を通過して第1の熱回
収器86に入る。第1の熱回収器86は、第1の発生380の半径方向外側に隣
接して配置されかつ該第1の発生器80のほぼ全長にわたり垂直方向に伸長する
3列の溝付二重管式渦巻コイルからなる。第1の熱回収器86は、内側円筒バッ
フル236゜外側円l!J熱回収器ハウジング2391発生器ユニットの天井2
24および第1の熱回収器ハウジングの底部250により形成される円筒形の第
1の熱回収器室237内に内包されている。中間溶液85が熱回収器86の溝付
内管248内を通過するときに、該中間溶液85は熱回収器86の外管249内
の強溶液83に約69.000b t u / h rの割合で熱を交換しかつ
内管出口247から245°Fの温度とおよび1450psiaの圧力で離れる
。中間溶液85は次に弁87(Q?11)によりほぼ等エンタルピ的に絞られて
245°Fの温度および290psiaの圧力で第2の発生器81に到達する。
中間溶液85は外管人口251を通過して第2の発生器手段81に入る。第2の
発生器81は第1の熱回収器86の半径方向外側に隣接して配置されかつ第1の
熱回収器86の頂部部分に沿って垂直方向に伸長する2列の溝付二重管式渦巻コ
イルからなる。第2の発生器81は外側の第1の熱回収器ハウジング2391発
生器ユニットのハウジング2211発生器ユニットの天井224および発生器ユ
ニットの床230により形成される円筒形の最外側発生器ユニット室240の上
部部分内に内包されている。中間溶液85が外管252内を通過するときに、溝
付内管253内で凝縮しつつある冷媒蒸気82から中間1i85に約18.0O
Obtu/hrが伝達される。外管252内の中間溶液85には循環燃焼ガス2
45から追加の約り、0OObtu/hrが伝達される、中間溶液85は第2の
発生器の外管出口254から255°Fの温度および290psiaの圧力で第
2の発生器81を離れる0図1および図8に示すように、加熱された中間溶液8
5は次に分離器人口255を通過して第2の(2次)分M器92に入り2M分離
器92において中間溶液85は弱溶液89と冷媒蒸気82とに分離される0弱溶
液89は下部出口256から分離器92を離れる。冷媒蒸気82は上部出a25
7から分離器92を離れる。
弱溶液89は290psiaの圧力および255”Fの温度で分離器92を離れ
かつ第2の熱回収器の溝付内管の入口258から第2の熱回収器95に入る。第
2の熱回収器95は、第1の熱回収器86の半径方向外側に隣接して配置されか
つ第1の熱回収器86の下部−上部および下部部分に沿って垂直方向に伸長する
2列の溝付二重管式渦巻コイルからなる。第2の熱回収器95は外側の第1の熱
回収器ハウジング2391発生器ユニットのハウジング2211発生器ユニット
の天井224および発生器ユニットの床230により形成される円閏形の最外側
の発生器ユニット室240の下部−上部および下部部分内に内包されている0弱
溶液89が第2の熱回収器95の溝付内管259内を通過するときに1弱溶/l
!89は、第1の熱回収器86に向かいつつある外管260内の強溶液83に約
50.0OObtu/hrを伝達する0弱溶液は溝1寸内管出口261から第2
の熱回収器95を離れ次に弁96(図1)によりほぼ等エンタルピ的に絞られて
120°Fの温度および70ps i aの圧力で結合部93に到達する。
分離器91の上部出口244からの高圧蒸気82は溝付内管入口から415°F
の温度および1480ps iaの圧力で第2の発生器81に入る。溝付内管2
53内を循環する閏に、該蒸気は外管252内の中間溶液85に約18,0OO
btu/hrを放出しながら凝縮される。凝縮された蒸気82は溝付内管出口か
ら約260゜Fの温度で第2の発生器81を離れる。凝縮された蒸気82が膨張
弁105を通過するとその温度は120“Fにまたその圧力は290ps i
aに低下される。膨張された蒸気82は結合部94において第2の分離器92か
らの蒸気82と結合される。
蒸気82が吸収器97内で弱溶液89に吸収されかつ形成された強溶液83がパ
ージポット99およびポンプ98内を通過したのちに、該強溶液83は120°
Fの温度および1550psiaの圧力で外管人口264から第2の熱回収器9
5に入る。外管260内を循環する間に2強溶液は溝付内管259内の弱溶液8
9から50.0OObtu/hrとおよび循環燃焼ガス245から追加の1.0
OObtu/hrとを受け取る。外管出口265から第2の熱回収器95を離れ
ると2強溶液83は230°Fの温度および1520psiaの圧力になる。
第2の熱回収器95から1強溶液は外管人口266を通過して第1の熱回収器8
6に入る。外管249内を循環する問に1強溶液83は溝付内管248内を循環
する中間溶液85から69,0OObtu/hrおよび循環燃焼ガス245から
追加の1,000btu/hrを受け取る0強溶液83は外管出口267から3
85°Fの温度および1490psiaの圧力で第1の熱回収器86を離れる。
好ましい実施態様を図示しかつ説明してきたが、興なる運転条件に対しては他の
配置が適当であるかもしれない、たとえば、とくに円環内に高圧流体を有するこ
とが好ましくないような低温熱回収器95においては溝付内管内の溶液と円環内
の溶液とをお互いに入れ替えてもよい。
吸収器および凝縮器モジュール
図9を参照すると、続き吸収器、/凝縮器モジュールは図1ないし図3に略図で
示した凝縮器100および吸収器97の要素の組立体を提供する。吸収器/凝縮
器モジュールは、加熱、冷却および除霜のための駆動熱源84内で発生される熱
の利用に付属の装買の種々の要素を1つの統合組立体に統合する。
アンモニア/チオシアン酸ナトリウムの溶液対を使用するのが好ましい1次(冷
媒)システムは屋外の加熱および空調ユニット165内に完全に内包されかつ種
々の要素内の流れの切替えなしに連続方式で運転されることに注目すべきである
。水/グリコール作動流体を用いるのが好ましい作動サブシステムは、システム
が加熱、冷却または除霜モードのいずれで運転されるかに応じて負荷(内部空間
)1周囲外気および外部熱交換器の間で熱を交換する。
冷媒システムと循環水式作動流木サブシステムとの閏の熱交換は、吸収器/11
縮器モジユール270内でとくに吸収器97および凝縮器100内で行われる。
吸収器/凝縮器モジュールは、吸収器97.パージポット99、凝縮器100お
よび第3の(3次)熱回収器手段107からなる。1111器100および3次
熱回収器107は溝付二重管式構造であることが好ましい、吸収器97は円筒内
溝付管式構造である。
パージポット99は、中心で、吸収397.凝縮3100および第3の熱回収器
107を含む環状要素のほぼ中心軸271上に配置されている。各要素はほぼ環
状のコイル(1本または複数)および/または複数の垂直に配置された円環また
は渦巻配管として構成されている。
吸収器97および第3の熱回収器107は凝縮器に並!されかつ中心軸271か
らは半径方向にさらに綴れでいる。
吸収器/凝縮器モジュール270は底部279と頂部280とを備えた円筒ハウ
ジング278内に内包されている0円筒ハウジング278と最外側の要素との間
に断熱材281が設けられている。
吸収器97は9円筒形の吸収器外壁284.凝縮器外壁285.吸収器底部28
6および吸収器頂部287により形成される内部空間276内に内包された溝付
管の2列のコイルからなる。内側および外側コイルは円筒バッフル289により
分離されている。バ・ツフル289は吸収器頂部287に接続されている。一般
にコイル巻は、IIして環状の複合形状すなわち円筒渦巻形状をなして相互に並
置された複数のコイルとして設計される。
弱溶液および冷媒の混合物は吸収器の頂部において溝付管288の外側コイル巻
に入り、概して下方に流れ。
次に内側コイル巻内を概して上方にすなわち吸収コイルの軸に概して平行な方向
に流れる0作動流木275は入口103から円筒空間276に入り、そして概し
て下方に、かつ並!された導は管の外側コイル巻により形成される空間内および
周囲を通過して、循環される1作動流#275はパンフル289の下縁の下側を
通過し1次に並2これた渭は管の内側1イル巻により形成される空間内および周
囲を通過して循環される0作動流木は出口104から吸収器97を離れる1弱溶
液89は結合部93において冷[82と結合しそして溝付内管人口272から約
144°Fの温度および約70psiaの圧力で吸収器97に入る。冷媒82は
弱溶液89内に吸収され。
このとき円筒空間276内を循環する作動流体275に52.0OObtu/h
rの吸収熱を放出する0強溶液83は溝付内管出口277から約118’Fの温
度および約70psiaの圧力で吸収器97を離れる。
吸収器97を離れたのちに1強溶液83が入口282からパージポット99に入
りそして出口283からパージポットを出る。パージポットはシステム内で形成
される不凝縮ガスを定期的にベントライン310および弁311から逃がすのに
使用される。
凝縮器100は渭は管293の単一コイル巻すなわち概して環状の複合形状をな
して相互に並置された複数のコイルからなるのが好ましく、該コイルは吸収器、
/凝縮器ユニット270の垂直な全長にわたり伸長しかつ円筒形の凝縮器内壁2
911円筒形の凝縮器外壁285.吸収器/凝縮器の頂M287および凝縮器の
底M292により形成される円筒形の凝縮器空間290内に内包されたすなわち
円筒内管式構造であることが好ましい、やや好ましくはないが、二重管式構造を
使用してもよい、二重管式構造が使用された場合1作動流木は外管内を循環する
ことが好ましい。
循環水式作動流体は入0102から凝縮器空間290に入り、並!された溝付管
293のコイルにより形成される空間内および周囲を中心線271に概して平行
な方向に(管293内の蒸気82の流れに対し交流をなして)循環しかつ出口1
13から離れる。冷媒蒸気82は入口294から120°Fの温度および290
psiaの圧力で凝縮器100に入る。蒸気82は溝は菅293内で凝縮して、
凝縮器円筒空間290内を循環する循環水式作動流体275に27.0OObt
u/hrの凝縮熱を伝達する。凝縮された冷媒蒸気82は出口295から100
°Fの温度および290psiaの圧力で凝縮器を離れる。
第3の(3次)熱回収器手段107は凝縮器lOOから半径方向外方に並1され
た1列の溝付二重管式コイル巻である。凝縮器出口295からの凝縮された蒸気
82は溝付管入口296から3次熱回収器107に入りかつ溝付内管297を通
過して循環され、該溝付内管297内で蒸気82は外管298内の蒸気82に6
10 b t IJ、’hrを伝達する。凝縮された蒸気82は漬1寸管出口2
99から90°Fの1度および285psiaの圧力で3次熱回収3107を履
れる。
図4に示すように蒸発器115は1円筒室間302を形成する円筒形の外側ハウ
ジング3001円筒形の内側ハウジング301.頂部303および底部304を
有する円筒ユニットである。清f寸管305の環状コイル巻は円筒空間302内
に内包されている。循環水式作動流体275は入口118から蒸発器115に入
りかつ並置された溝付管305のコイル巻により形成される空間の上、中および
周りを概して下方に循環される。循環水式化llI流木275は出口119がら
蒸発器115の底部を離れる。
3次熱回収器107を離れたのちに、凝縮された蒸気82はm張弁110内を通
過し、該lIj張弁110のあとで蒸気82は72psfaの圧力および約39
°Fの温度で蒸発器人口307から蒸発器115に入る。凝縮された蒸気82は
溝付管305内で蒸発器円筒空間302内を循環する循環水式作動流体から36
,0OObtu/ h rを吸収する。蒸発された蒸気82は出口306から約
53°Fの温度および約72psiaの圧力でM発器115を離れる。
蒸発器を離れたのちに、冷媒蒸気82は外管入口308から3次熱回収器107
に入り、外管298内を循環して溝付内管297内の凝縮された蒸気82から6
10b t u / h rを受け取り、そして外管出口309から約67°F
の1度および約71psiaの圧力で離れる。
3次熱回収器を離れたのちに、蒸気82はアキュームレータ205に入る。
好ましい実施l!Xtlを図示しかつ説明してきたが、Xなる運転条件に対して
他の配置ら適切であろう、たとえば、とくに円環内に高圧流体を有しないことが
好ましい低温熱回収器95においては、湧は管内の溶液と円環内の溶液とをお互
いに入れ替えてもよいであろう、第3の熱回収器107はまた凝縮器100の外
側に図示されているのと同様に蒸発器コイル115の外側に取り付けることも可
能である。パージポット99は必ずしも吸収器/凝縮器の内側である必要はない
、しかしながら選択された位置は空間を占めることになる。熱伝達ffi体(エ
チレングリコール/水)の膨張および収縮を可能にする膨張タンクは同様に蒸発
器の内側に置くことが可能である。
循環水式作動流体の温度
入口 出口
凝縮器 100°F 110°F
吸収器 110 120
蒸発器 55 45
屋外熱交換器
加熱モード 40 45
冷却モード 120 105
屋内熱交換器
加熱モード 120 105
冷却モード 45 55
ポンプおよび工木ルギーa収装置
本発明の吸収冷凍システムの運転において、熱エネルギー人力のほかに機械的エ
ネルギー人力が必要である、必要となる機械的エネルギーは主として、溶液対を
システム内に循環させる溶液ポンプのために必要とされる。
図11図2および図3において1強溶液を、吸収器97から第2および第1の熱
回収器95および86のそれぞれを介して第1の発生器手段80に移送する溶液
ポンプ98が示されている。36,0OObtu/hrのシステム容量において
、溶液圧力を約1200psiaに上昇するのに必要な機械的エネルギーは約6
70ワツトである1通常の電動モータおよびポンプを用いてこの機械的エネルギ
ーを提供する場合、約1200ワツトの電力消費が必要となり、この電力は冷凍
サイクル効率(C0P)を約11%低下させるであろう、従来特許はシステムに
必要な等エンタルピ的絞り弁からのエネルギーを回収するためのエネルギー回収
システムを記載している。
本発明においては2図10および図11に示すような他のエネルギー回収システ
ムがさらに提案されている。
図10において、改良されたエネルギー回収装置の一実IIi!a機は、パージ
ポット99から強溶液を受け取る溶液ポンプ手段(回転式または往復式のいずれ
でもよい)98を駆動する回転モータ手段152を含む、溶液ポンプ98は強溶
液を昇圧しかつ該溶液を第2の高圧溶液ポンプ157(移送し9強溶液を熱回収
器95および86を通過させて第1の発生器8oに移送する前にポンプ157に
より圧力はシステムの所要の高い圧力まで上昇される。
第2のポンプ157は低温熱回収器95と高温熱回収器86との間に配置しても
よい(仮線370で示す)。
このように両方のポンプ158およびモータ157,158および159はすべ
てほぼ等しい温度であろう、また低温の両方のバイアもまたほぼ同じ圧力であり
かつ1次発生器の圧力より著しく低いであろう6溶液ポンプ157はエネルギー
回収手段158により駆動されまた代替方法として追加のエネルギー回収手段1
59によっても駆動される。
溶液ポンプ98は通常設計の電動モータ駆動ポンプであることが好ましい、溶液
ポンプ157は回転ポンプでもまたは高圧用に適した往復動ポンプでもいずれで
もよ<、m張手段87および105の圧力効果を介して運転される往復動膨張装
置により駆動される。
図10による構造において、エネルギー回収モータは、溶液ポンプおよびエネル
ギー回収装置の運転において、従来特許の実施1様におけるよりもより大きいフ
レキシビリティ−を提供するモータ152の軸にaltll的には結合されてな
く、該従来特許においては反対の直接結合が提供されている。ポンプ98および
157において発生される圧力は発生器80における合計圧力を形成するために
加算されるが、各ポンプは独立の駆動システムの影響下で独立に運転される。
図11において、モータ152′は溶液ポンプ98′を駆動する。第2の溶液ポ
ンプ157′は圧力mg!弁87に結合されたエネルギー回収装置158′によ
り往復運動で駆動される。この代替態様においては2強溶液は同じ吸込み圧力で
ポンプ98′および157′に入る。
しかしながら吐出側においては、ポンプからの出口は同じ圧力に結合されている
0発生器8oへの流れは2つの流れの和である。
図10の実施St*または図11の実施態様のいずれにおいても、冷却モードに
おいてcoPを約0.8の範囲に増大するように著しく貢献するよう十分なエネ
ルギー回収が提供される。
図12を参照すると、エネルギー回収手段350として要素157および158
を組み合わせたエネルギー回収モータが示されている。ユニット350には溶液
ポンプ98により供給される。溶液ポンプ98の出口は分割されかつ逆止弁手段
351および352を通過して往復動ピストンポンプ350の両flll1部に
入り、該往復動ピストンポンプ3うOは往復動ピストン356の両端部により室
354および355に中心で分割されたシリンダ353を含む、ピストン356
は室354および355を第2の室357および358のそれぞれに分割する。
室354および355にはそれぞれ逆止弁手段360および361を通過する出
口が設けられている。逆上弁手段は一緒に結合されて第1の主発生器手段8oへ
の結合部を提供する。
第2の室357および358にはそれぞれ制御弁362および363を介して高
圧の溶液85が供給される。
溶液は制御弁364および365を介して第2の発生器81へ向けて室357お
よび358を離れる。制御弁362.363,364および365は室357お
よび358へ高圧溶液を導入するタイミングで運転しがっピストン356を往復
運動させて1次発生器8oにおける高レベル要求まで溶液圧力を上昇させる。往
復運動を介したこのタイプのエネルギー回収装置はリカバリ・エンジニアリング
社(Recovery Engineering Inc、)、ミネアポリス、
ミネソタ州から購入可能である。これらの構造および運転の詳側は本発明の一部
ではない。
ここでは1本発明はとくに好ましい実施態様および実施例で開示されてきたが、
ここに開示された概念の修正1様および変更1様は当業者によって実施可能であ
ることを理解すべきである。このような修正!g様および変更1様は本発明の範
囲および添付の請求の範囲内にあるものとみなす。
要 約 書
統合された3室吸収冷凍と、装置とヒートポンプシステムの特性を利用したシス
テム作動時に、高温でまれな流体固定物質を含む溶解対をもつ改良された除霜機
能をもつヒートポンプシステム。本発明のシステムの一部である操作に関して、
溶解対の開示された物質は冷媒としてのアンモニア、吸収剤としてのチオシアン
酸ナトリウムである。要素間に作動流体を移送するための熱交換サブシステムは
、冷却モードから熱モードへ、あるいはその逆へ、また除霜モードても同じよう
に、第11第2及び第3バルブ手段(lot、106.112)を含む多重機能
選択バルブを備えている。
国際調査報告
Claims (15)
- 1.選択的に負荷に熱を与えたりまたは負荷から熱を除去したりするために1次 熱源,冷却または加熱負荷およびヒートシンクまたは2次の熱源に結合された吸 収冷凍および/または加熱システムにおいて:a)高発揮性冷媒と吸収剤とから なる吸収溶液対から冷媒を放出するために該吸収溶液対に1次熱源から熱を与え るための多重放出器要素を有する多重効用発生器手段と; b)発生器手段の多重放出器要素に結合された凝縮器手段と; c)凝縮器手段に結合された蒸発器手段と;d)蒸発器手段に結合された吸収器 手段と;e)吸収器手段と発生器手段との間に結合されてより高い圧力で発生器 手段に溶液を移送するためのポンプ手段とおよび f)要素間に作動流体を移送しかつ: (i)冷却モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収 器手段とおよびヒートシンクと熱交換関係にある第1の熱交換器との間に流し, 一方作動流体を,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換関係にある第 2の熱交換器との間に流すことによって負荷を冷却するために,および(ii) 加熱モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収器手段 とおよび負荷と熱交換関係にある第2の熱交換器との間に流し,一方作動流体を ,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換する第1の熱交換器手段との 間に流すことによって負荷を加熱するために; 移送流体を選択的に切り替えて移動するための第1,第2および第3の弁部材を 含む多重切替え井手段を有する熱伝達サプシステムと; g)第2のサプシステムの部材間に結合されて作動流体をサプシステム内で移送 するためのポンプ手段と;からなる要素を含む吸収冷凍および/または加熱シス テム。
- 2.作動流体が水より低い凝固点を有する不凍液混合物である請求項1のシステ ム。
- 3.システムが加熱モードにあるとき作動流体からの熱が家庭用温水システムに 移送される請求項2のシステム。
- 4.システムが冷却モードにあるとき作動流体が吸収器手段から家庭用温水シス テムに移送される請求項1のシステム。
- 5.システム内にアキュームレータが設けられ,これにより吸収薄液対内の冷媒 温度をシステム内の運転条件の関数として調節する請求項1のシステム。
- 6.蒸発器手段と吸収器との間にアキュームレータが結合され、これにより冷媒 温度および溶液をシステム内の運転条件の関数として調節する請求項5のシステ ム。
- 7.該溶媒濃度が約46%ないし約32%の間で調節される請求項6のシステム 。
- 8.加熱および冷却モードの両方の間,第1の弁手段は作動流体を第1の熱交換 器手段内に流し,一方第2の弁手段が作動流体を第2の熱交換器手段に流しかつ 第3の弁手段が流路として働く請求項1のシステム。
- 9.第1の熱交換器を除霜するモードにおいては,第3の弁手段が作動流体を凝 縮器から第1の熱交換器におよび第2の熱交換器から吸収器手段を通して移送す るように選択される請求項8のシステム。
- 10.除霜モードにおいて,第1の弁手段が作動流体を凝縮器と第1の熱交検器 との間で移送しかつ作動流体を第2の熱交換器から吸収器に移送するように結合 され;第2の弁手段が作動流体を吸収器から第2の熱交換器に流し,一方作動流 体を蒸発器から第1の熱交換器に流すように結合され;および第3の弁手段が作 動流体を第2の熱交換器から蒸発器手段に流しかつ作動流体を第1の熱交換器か ら凝縮器手段に流すように選択される請求項9のシステム。
- 11.高揮発性冷媒がアンモニアでありまた吸収剤がチオシアン酸ナトリウムで ある請求項1のシステム。
- 12.選択的に負荷に熱を与えたりまたは負荷から熱を除去したりするために1 次熱源,冷却または加熱負荷およびヒートシンクまたは2次熱源に結合された吸 収冷凍および/または加熱システムにおいて:a)不揮発性吸収剤とおよび該吸 収剤に可溶な高揮発性冷媒とからなる吸収剤対を加熱して該対から溶媒を放出さ せるための多重効用発生器手段であって,該発生器手段が該対から冷媒を放出さ せるのに十分な燃焼熱を受け取るように構成された第1の容器を含みおよび少な くとも1つの追加の容器が該第1の容器に結合されて溶媒を受け収りかつ溶媒か ら溶液対に熱を伝達して溶液対から溶媒をさらに放出させるところの該多重効用 発生器手段と; b)発生器手段の少なくとも1つの追加の放出器要素に結合された凝縮器手段と ; c)凝縮器手段に結合された蒸発器手段と;d)蒸発器手段に結合された吸収器 手段と;e)吸収器手段と発生器手段との間に結合されてより高い圧力で発生器 手段に溶液を移送するためのポンプ手段とおよび f)要素間に作動流体を移送しかつ: (i)冷却モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収 器手段とおよびヒートシンクと熱交換関係にある第1の熱交換器との間に流し, 一方作動流体を,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換間体にある第 2の熱交換器との間に流すことによって負荷を冷却するために,および(ii) 加熱モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収器手段 とおよび負荷と熱交換間係にある第2の熱交換器との間に流し,一方作動流体を ,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換する第1の熱交換器手段との 間に流すことによって負荷を加熱するために; 移送流体を選択的に切り替えて移送するための第1,第2および第3の弁部材を 含む多重切替え弁手段を有する熱伝達サプシステムと: g)第2のサプシステムの部材間に結合されて作動流体をサプシステム内で移送 するためのポンプ手段と;を含む吸収冷凍および/または加熱システム。
- 13.第1の発生器手段からの溶液対がポンプにより第1の発生器手段に移送さ れる溶液と熱交換関係をなして移送されて該溶液対から熱を回収しおよび少なく とも1つの第2の容器からの溶液対が第1の容器に移送されろ溶液と熱交換関係 をなして移送されて該溶液対から熱を回収する請求項12のシステム。
- 14.発生器手段および熱回収手段が複数のコイル巻管を含み,該コイルが表概 て環状の複合形状をなして相互に並置され,発生器手段が熱源を包囲しかつ熱回 収器手段が発生器手段を包囲する請求項13のシステム。
- 15.選択的に負荷に熱を与えたりまたは負荷から熱を除去したりするために1 次熱源,冷却または加熱負荷およびヒートシンクまたは2次熱源に結合された吸 収冷凍および/または加熱システムにおいて:a)不発揮性吸収剤とおよび該吸 収剤に溶解可能な高揮発性冷媒とからなる吸収剤対を加熱して該対から溶媒を放 出させるための多重効用発生器手段であって,該発生器手段が該対から冷媒を放 出させるのに十分な熱焼熱を受け取るように構成された第1の容器を含みおよび 少なくとも1つの追加の容器が該第1の容器に結合されて溶媒を受け取りかつ溶 媒から溶液対に熱を伝達して溶液付から溶媒をさらに放出させるところの該多重 効用発生器手段と; b)発生器手段の少なくとも1つの追加の放出器要素に結合された凝縮器手段と ; c)凝縮器手段に結合された蒸発器手段と;d)蒸発器手段に結合された吸収器 手段と;e)吸収器手段と発生器手段との間に結合されてより高い圧力で発生器 手段に溶液を移送するためのポンプ手段とおよび f)要素環に作動流体を移送しかつ; (i)冷却モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収 器手段とおよびヒートシンクと熱交換関係にある第1の熱交換器との間に流し, 一方作動流体を,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換関係にある第 2の熱交換器との間に流すことによって負荷を冷却するために,および(ii) 加熱モードにおいては,作動流体を,熱交換のために凝縮器手段と,吸収器手段 とおよび負荷と熱交換関係にある第2の熱交換器との間に流し,一方作動流体を ,熱交換のために蒸発器手段とおよび負荷と熱交換する第1の熱交換器手段との 間に流すことによって負荷を加熱するために; 移送流体を選択的に切り替えて移送するための第1,第2および第3の弁部材を 含む多重切替え弁手段を有する熱伝達サプシステムと; g)第2のサプシステムの部材間に結合されて作動流体をサプシステム内で移送 するためのポンプ手段と;h)ポンプ手段と発生器手段との間に結合されかつ発 生器手段と吸収器手段との間に結合された熱回収器手段であって,発生器手段と 吸収器手段との間の熱の伝導および結合内の異なる温度の溶液対流れストリーム 間の熱の伝導を行うための熱回収器手段と; を含む吸収冷凍および/または加熱システム。
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