JPH10197088A - 吸収式冷暖房装置 - Google Patents

吸収式冷暖房装置

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JPH10197088A
JPH10197088A JP9013213A JP1321397A JPH10197088A JP H10197088 A JPH10197088 A JP H10197088A JP 9013213 A JP9013213 A JP 9013213A JP 1321397 A JP1321397 A JP 1321397A JP H10197088 A JPH10197088 A JP H10197088A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】冷房運転とヒートポンプ運転、直火加熱暖房運
転の切り替えができ、しかも直火加熱運転時の熱効率を
改善して運転コストを低減できる吸収式冷暖房装置を提
供すること。 【解決手段】蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して吸収
熱を発生する吸収剤溶液を収容する吸収器と、前記溶液
中の冷媒を抽出して吸収剤濃度を回復させる再生器と、
抽出された前記冷媒を凝縮させて前記蒸発器へ供給する
凝縮器と、直火加熱運転時には前記凝縮器内の冷媒を再
生器へ環流させる手段とを有し、直火加熱運転時には蒸
発器内の冷媒および／または吸収器内の溶液を再生器へ
給送してその中の溶液の吸収剤濃度を下げる。その結
果、再生器内の蒸気圧を所望値に維持するのに必要な溶
液温度が降下するので、再生器内の溶液を加熱するため
の熱量を節約し、排気温度を下げると共に、再生器や溶
液自体からの輻射熱を低減して全体的な熱効率を改善で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷暖房装置
に関し、特に、通常の暖房運転モードではヒ−トポンプ
による高効率の暖房運転が行えると共に、外気温度が低
くて熱の汲み上げが難しくなるときでも、直火加熱運転
に切り替えることにより暖房能力を低下させることなく
暖房運転を行うことができ、しかも直火加熱暖房運転時
の効率を向上することのできる吸収式冷暖房装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】冷媒を収容する蒸発器と、前記蒸発器で
発生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を含む溶液を収容す
る吸収器と、前記溶液の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出
し、溶液中の吸収剤濃度を回復させる再生器と、抽出さ
れた前記冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝
縮器などからなる吸収冷凍機を冷暖房に共用できるよう
にした吸収式ヒートポンプ装置や吸収式冷温水機が特公
平１−４７７１４号公報、特開平６−２９８０号公報、
特公平７−９６９７７号公報などにおいて提案されてい
る。また特公平６−９７１２７号公報には、冷房運転、
ヒートポンプサイクルによる暖房運転および直火加熱に
よる暖房運転の３モードで運転できる吸収式冷暖房機が
開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の空冷式
吸収冷暖房機では、直火加熱による暖房運転モードでの
熱効率が低く、運転コストが高くなるという問題点があ
った。
【０００４】本発明は、上記問題点を解消し、特に直火
加熱による暖房運転モードでの熱効率を改善して運転コ
ストを低減できる吸収式冷暖房装置を提供することを目
的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒を収容す
る蒸発器と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して
吸収熱を発生する吸収剤を含む溶液を収容する吸収器
と、前記溶液の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出し、溶液
中の吸収剤濃度を回復させる再生器と、抽出された前記
冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝縮器とを
具備し、冷房運転、ヒートポンプ暖房運転または直火加
熱暖房運転が選択的に可能な冷暖房装置であって、さら
に直火加熱暖房運転時に、前記凝縮器内の冷媒を前記再
生器へ環流させる環流路と、直火加熱暖房運転時に、再
生器内の溶液の吸収剤濃度を低減する手段とを具備す
る。
【０００６】このために直火加熱暖房運転時には、前記
蒸発器内の冷媒および吸収器内の吸収剤溶液の少なくと
も一方を前記再生器へ給送し、前記再生器内の溶液中の
吸収剤濃度をヒートポンプ暖房運転時に比較して低下さ
せる。この結果、再生器内の蒸気圧を暖房に必要な所望
値に保つのに必要な溶液温度を低下させることができ、
溶液の加熱に必要な入熱量を減少させ、直火加熱暖房運
転時における熱効率を改善して運転コストを低減するこ
とができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に係る吸収
式冷暖房装置の要部構成を示す系統ブロック図である。
蒸発器１には冷媒としてトリフルオロエタノール（ＴＦ
Ｅ）などのフッ化アルコールが、吸収器２には吸収剤を
含む溶液としてジメチルイミダゾリジノンなどのＤＭＩ
誘導体が収容されている。この場合、前記冷媒はフッ化
アルコールに限らず非凍結範囲が広くとれるものであれ
ばよく、溶液についてもＤＭＩ誘導体に限らず非結晶範
囲が広く取れるものであり、前記冷媒よりも高い常圧沸
点を有し、かつこれを吸収しうるものであればよい。例
えば、水と臭化リチウムの組み合わせは、外気温度が零
度近くになった状態での暖房運転時において、溶液の温
度低下によって冷媒である水が凍結するおそれがあるの
で、本実施形態の系統に好適とは言い難い。
【０００８】蒸発器１と吸収器２とは、蒸発（冷媒）通
路を介して互いに流体的に連結されており、これらの空
間を、例えば３０mmＨｇ程度の低圧環境下に保持すると
蒸発器１内の冷媒が蒸発し、図中に２重矢印で示したよ
うに、前記通路を介して吸収器２内に入る。この冷媒蒸
気を吸収器２内の吸収剤溶液が吸収することにより、吸
収冷凍動作が行われる。前記蒸発通路には冷却器（熱交
換器）１８が配置されている。
【０００９】まずバーナ７が点火され、再生器３によっ
て吸収器２内の溶液濃度が高められると（バーナおよび
再生器、ならびに溶液濃縮については後述する）、吸収
器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、該冷媒の蒸発による
潜熱によって蒸発器１内が冷却される。蒸発器１内に
は、ポンプＰ４によって冷水が通過させられる管路１ａ
が設けられる。管路１ａの一端（図では出口端）は第１
の四方弁Ｖ１の＃１開口に、その他端（図では入口端）
は第２の四方弁Ｖ２の＃１開口にそれぞれ連結される。
冷媒はポンプＰ１によって蒸発器１内に設けられた散布
手段１ｂに導かれ、前記冷水が通過している管路１ａ上
に散布される。前記冷媒が管路１ａ内の冷水から蒸発熱
を奪って冷媒蒸気となる一方、前記冷水の温度は降下す
る。冷媒蒸気は、蒸発通路に配置された冷却器１８を通
って吸収器２に流入する。蒸発器１内の冷媒は、ポンプ
Ｐ１によって前記散布手段１ｂに導かれるほか、後で詳
述するように、その一部はフィルタ４を通して精留器６
にも給送される。蒸発器１とフィルタ４間の管路１ｂに
は流量調節弁Ｖ５が設けられている。なお、管路１ａを
流れる冷水としてはエチレングリコール又はプロピレン
グリコ−ル水溶液を使用するのが好ましい。
【００１０】前記冷媒蒸気が吸収器２の吸収剤溶液に吸
収されると、吸収熱によって該溶液の温度は上昇する。
前記溶液の吸収能力は該溶液の温度が低いほど、また溶
液中の吸収剤濃度が高いほど大きい。そこで、該溶液の
温度上昇を抑制するため、吸収器２の内部には管路２ａ
が設けられ、該管路２ａには冷却水が通される。管路２
ａの一端（図では出口端）は凝縮器９内を通過した後、
ポンプＰ３を介して第１の四方弁Ｖ１の＃２開口に、管
路２ａの他端（図では入口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃
２開口にそれぞれ連結される。管路２ａを通過する冷却
水として、前記冷水と同じ水溶液を使用する。
【００１１】溶液はポンプＰ２によって吸収器２内に設
けられた散布手段２ｂに導かれ、管路２ａ上に散布され
る。その結果、管路２ａを通っている冷却水によって溶
液が冷却される一方、冷却水の温度は上昇する。吸収器
２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、その吸収剤濃度が低下
すると吸収能力が低下する。そこで、再生器３および精
留器６により、吸収剤溶液から冷媒蒸気を分離発生さ
せ、溶液中の吸収剤濃度を高めて吸収能力を回復させ
る。このために、吸収器２で冷媒蒸気を吸収して希釈さ
れた溶液つまり希液は、前記ポンプＰ２によって、管路
７ｂおよび制御弁Ｖ３を通して精留器６に給送され、再
生器３へと流下させられる。再生器３は前記希液を加熱
するバーナ７を有している。該バーナ７はガスバーナを
使用しているが、どのような加熱手段であってもよい。
再生器３で加熱され、冷媒蒸気が抽出されて濃度が高め
られた溶液（濃液）は、管路７ａおよび制御弁Ｖ４を通
して前記吸収器２に戻され、前記散布手段２ｂによって
管路２ａ上に散布される。
【００１２】再生器３で発生された前記冷媒蒸気は、精
留器６内を上昇する際に精留器６内を流下する溶液と十
分に接触することによって、混入した微量の吸収剤溶液
成分が十分に分離された後、凝縮器９へ給送される。凝
縮器９で冷却されて液化された冷媒は、管路９ｂを通
り、冷却器１８および減圧弁（流量制御バルブ）１１を
経由して蒸発器１に戻され、散布手段１ｂで管路１ａ上
に散布される。前記冷却器１８は、前記蒸気通路に配置
された１種の熱交換器であり、蒸発器１で発生した冷媒
蒸気中に混在する冷媒ミストを、凝縮器９から還流され
る暖かい冷媒で加熱してその気化を促進する一方、蒸発
器１へ還流される前記冷媒の温度を降下させる。
【００１３】なお、凝縮器９から蒸発器１に供給される
還流冷媒の純度は極めて高くなってはいるが、その中に
ごくわずかに混在する吸収剤成分が長時間の運転サイク
ルによって蓄積し、蒸発器１内の冷媒の純度が徐々に低
下することは避けられない。そこで、上述のように、蒸
発器１から冷媒のごく一部をフィルタ４を介して精留器
６に給送し、再生器３から生じる冷媒蒸気と共に再び純
度を上げるためのサイクルを経るように構成している。
なお、前記フィルタ４は、冷媒中に混入する塵埃や錆な
どが精留器６内の充填材管路に詰まって機能低下の原因
になるのを防止するのに役立つ。
【００１４】吸収器２と精留器６を連結する管路７ａ、
７ｂの中間に設けられた熱交換器１２により、再生器３
から出た管路７ａ中の高温濃液は吸収器２から出た管路
７中の希液と熱交換して冷却された後、吸収器２へ給送
されて散布される。一方、熱交換器１２で予備的に加熱
された希液は精留器６へ給送される。こうして熱効率の
向上が図られているが、さらに、還流される前記濃液の
熱を吸収器２または凝縮器９から出た管路２ａ内の冷却
水に伝達するための熱交換器（図示せず）を設けること
により、吸収器２に還流される濃液の温度はより一層低
下させ、冷却水温度はさらに上げるように構成してもよ
い。
【００１５】前記冷水または冷却水を外気と熱交換する
ための顕熱交換器１４には管路４ａ、室内機１５には管
路３ａがそれぞれ設けられている。管路３ａ、４ａの各
一端（図では入口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃３、４開
口に、その他端（図では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の
＃３、４開口にそれぞれ連結される。室内機１５は冷暖
房を行なう室内に備えられ、冷風または温風の吹出し用
ファン１０（両者は共通）と吹出し出口（図示せず）と
が設けられる。前記顕熱交換器１４は室外に置かれ、フ
ァン１９で強制的に外気との熱交換が行われる。なお図
中の添字付き符号Ｔは温度感知器、添字付き符号Ｌは液
面感知器、添字付き符号ＰＳは圧力感知器をそれぞれ表
わしている。
【００１６】ヒートポンプによる暖房運転時には、第１
および第２の四方弁Ｖ１、Ｖ２をそれぞれの＃１および
＃４開口が連通され、＃２および＃３開口が連通される
ような位置に切替え制御する。これにより、吸収器２お
よび凝縮器９内で暖められた管路２ａ内の冷却水が、ポ
ンプＰ３により、室内機１５の管路３ａへ導かれて室内
の暖房が行われる。
【００１７】このようなヒートポンプによる暖房運転時
において、外気温度が極端に低くなると、外気からの熱
汲上げが難しくなり、暖房能力が低下する。このような
外気温度条件の時にはヒートポンプサイクル運転は停止
し、再生器３で発生した蒸気を凝縮器９との間で環流さ
せ、バーナ７による加熱熱量を、凝縮器９内で効率よく
管路２ａ内の冷却水に伝導する直火加熱運転により、前
記冷却水を昇温させて暖房能力を向上させるようにす
る。
【００１８】このために、図示の実施形態では、凝縮器
９と再生器３（または精留器６）との間をバイパスする
環流通路９ａおよび開閉弁１７を設けている。外気温度
が低くなって暖房能力が不足する時には、凝縮器９から
蒸発器１に至る冷媒の管路９ｂならびに、再生器３から
吸収器２に至る濃液の管路７ａを遮断してヒートポンプ
サイクルを停止させる。さらに本実施形態では、蒸発器
１内の冷媒および吸収器２内の吸収剤溶液の少なくとも
一方を、ポンプＰ１、Ｐ２により管路１ｂ、７ｂを介し
て再生器３へ給送し、再生器内の溶液の吸収剤濃度を低
下させる。その後、前記開閉弁１７を開いて再生器３で
発生した蒸気を凝縮器９との間で環流させる。これによ
り、後述するように、管路２ａ内の冷却水を目的温度に
まで加熱するのに必要なバーナ７による加熱量を減らす
ことができる。
【００１９】図２は、上述のような直火加熱運転への切
り替え時におけるポンプや弁の制御装置２０の概略を示
すブロック図である。後述するような適宜の運転モード
判定手段または手動操作によって直火加熱運転が指示さ
れると、直火加熱運転開始手段２１が移送制御手段２２
を起動する。移送制御手段２２はポンプＰ１、Ｐ２の少
なくとも一方を付勢し、同時に対応する弁Ｖ５、Ｖ３を
全開にしてなるべく短時間で冷媒／吸収剤溶液の給送が
完了するようにする。再生器３への冷媒／吸収剤溶液の
給送時間すなわち、ポンプＰ１、Ｐ２の運転時間はタイ
マ２４によって制御される。タイマ２４の作動時間を予
め設定しておくことにより、再生器３内での液面高さ
が、凝縮器９から再生器３または精留器６への環流冷媒
放出口のレベルを越えないように、給送する溶液の量す
なわち液面高さを適正に制御する。この場合、液面計を
再生器３や精留器６の適当な箇所に設置しておき、液面
高さを監視制御しても良い。
【００２０】つぎに、上述のように再生器３内の溶液中
の吸収剤濃度を低下させることによって直火加熱暖房の
熱効率が改善できることに付いて説明する。吸収剤溶液
（ＤＭＩ誘導体）の濃度と温度、ならびに冷媒（ＴＦ
Ｅ）の凝縮蒸気圧との関係を示すデューリング線図は図
３のようになる。この図から、凝縮器９内を所定圧力
（例えば、２６０mmHg）に保つためには、吸収剤溶液中
の吸収剤濃度が低いほど溶液の温度を低くできることが
分かる。本発明は、このような溶液の特性に着目し、こ
れを巧みに利用して、直火加熱運転時には、再生器３内
の溶液中の吸収剤濃度をできるだけ低下させ、これによ
って冷媒の蒸発量を維持するのに必要な再生器内の溶液
温度をなるべく低く抑え、これによって直火加熱運転の
熱効率の改善を図るものである。溶液温度が低くできれ
ば、バーナ７に供給する燃料量の節減はもちろん、排気
温度も低くなり、再生器や溶液自体からの輻射熱量や自
然放熱量なども減少するので、全体としての熱効率を向
上することができる。
【００２１】上述のような、暖房能力向上のための直火
加熱運転への切換え制御は、室内外の適当な箇所（例え
ば顕熱交換器１４の近傍）に温度感知器Ｔ１４を設け、
感知された温度が予定値以下になったときに、前記直火
加熱運転開始手段２１を起動することによって自動制御
することができる。外気温度が予定値以下に低下したこ
とは暖房負荷の大小によっても判定することができる。
暖房負荷の演算や直火加熱運転への切り替えについて
は、本出願人が先に出願した特願平８−９４７１４号
「吸収式冷暖房装置」や特願平８−３３３０５６号「吸
収式冷暖房装置」、特願平８− 号「吸収式冷暖房装
置」（平８．１２／１８出願：Ａ９６６５２）などに詳
細に説明されているので、これらの記載を援用し、本明
細書に統合する。
【００２２】なお本発明者らの実験によれば、全部の冷
媒を先に再生器へ給送し、吸収剤を補充的に給送した場
合のほうが、逆の場合に比べて再生器内の溶液温度を低
くできることが認められた。また以上では、冷媒および
吸収剤溶液の少なくとも一方を再生器へ給送した後に、
凝縮器から再生器へ冷媒を環流させて直火加熱暖房を開
始するものとしたが、冷媒および吸収剤溶液の再生器へ
の給送開始と同時に、冷媒を環流させて直火加熱暖房を
開始しても良いことは当然である。さらに凝縮器の代り
に他の形式の分縮器を用いることもできる。
【００２３】本発明のような吸収式冷暖房装置の冷房運
転時には、図１において、第１および第２の四方弁Ｖ
１、Ｖ２をそれぞれの＃１および＃３開口が連通され、
＃２および＃４開口が連通されるような位置に切替え制
御する。これにより、蒸発器１内で冷却された管路１ａ
内の冷水が室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の冷房
が行われる。すなわち、冷房運転時には蒸発器１の冷媒
で冷却された冷水が室内機１５の管路３ａに導かれ、前
記吹出し用ファン１０により冷風が室内に吹出される。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、直火加熱運転時には再
生器内の溶液の吸収剤濃度を積極的に下げるので、凝縮
器から出る管路２ａ内の冷却水の温度を所望値に維持す
るのに必要な冷媒蒸気を得るための再生器の溶液温度を
低くすることができ、したがって再生器への入熱量（バ
ーナ７からの）を抑制して全体的な熱効率を向上するこ
と、換言すれば運転コストを低減することができる。
【００２５】また直火加熱運転時の再生器内の溶液温度
を低くできるので、凝縮器内の冷媒を再生器へ給送して
凝縮器と再生器との間で環流させるにもかかわらず、冷
媒蒸気への吸収剤の混入を抑制することができる。これ
により、ヒートポンプ運転へ切り換えた段階でも速やか
に通常運転に移行することができる。このことは特に、
上述の実施形態において、ＴＦＥ冷媒とＤＭＩ誘導体溶
液の組合わせを採用した場合のように、両者の気化温度
の差が比較的少ないときは、再生器内での加熱温度が高
いと、冷媒への溶液蒸気の混入が多くなるが、加熱温度
が低いと前記混入が少なくなるので好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る冷暖房装置の構成を示
す図である。
【図２】図１の冷暖房装置を直火加熱運転へ切り替える
際におけるポンプや弁の制御装置の概略を示すブロック
図である。
【図３】溶液の温度と蒸気圧、ならびに溶液中の吸収剤
濃度との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１…蒸発器、 １ａ…冷水用管路、 ２…吸収器、 ２
ａ…冷却水用管路 ３…再生器、 ４…フィルタ、 ６
…精留器、 ７…バーナ、 ９…凝縮器、 ９ａ…環流
路、 １４…顕熱交換器、 １５…室内機

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】冷媒を収容する蒸発器と、前記蒸発器で発
    生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を含む溶液を収容する
    吸収器と、前記溶液の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出
    し、溶液中の吸収剤濃度を回復させる再生器と、抽出さ
    れた前記冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝
    縮器とを具備し、冷房運転、ヒートポンプ暖房運転また
    は直火加熱暖房運転が選択的に可能な冷暖房装置におい
    て、 直火加熱暖房運転時に、前記凝縮器内の冷媒を前記再生
    器へ環流させる環流路と、 直火加熱暖房運転時に、前記蒸発器内の冷媒および吸収
    器内の吸収剤溶液の少なくとも一方を前記再生器へ給送
    し、前記再生器内の溶液中の吸収剤濃度をヒートポンプ
    暖房運転時に比較して低下させる手段とを具備したこと
    を特徴とする吸収式冷暖房装置。
  2. 【請求項２】冷媒を収容する蒸発器と、前記蒸発器で発
    生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を含む溶液を収容する
    吸収器と、前記溶液の一部を加熱して冷媒蒸気を抽出
    し、溶液中の吸収剤濃度を回復させる再生器と、抽出さ
    れた前記冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給する凝
    縮器とを具備し、冷房運転、ヒートポンプ暖房運転また
    は直火加熱暖房運転が選択的に可能な吸収式冷暖房装置
    において、 前記再生器と凝縮器との間に配置され、前記再生器で発
    生された冷媒蒸気に混入した吸収剤溶液を分離する手段
    と、 直火加熱暖房運転時に、前記凝縮器内の冷媒を前記精留
    器へ環流させる環流路と、 直火加熱暖房運転時に、前記蒸発器内の冷媒および吸収
    器内の吸収剤溶液の少なくとも一方を前記再生器へ給送
    し、前記再生器内の溶液中の吸収剤濃度をヒートポンプ
    暖房運転時に比較して低下させる手段とを具備したこと
    を特徴とする吸収式冷暖房装置。
  3. 【請求項３】前記再生器内の吸収剤溶液の液面が、前記
    凝縮器から環流される環流冷媒の放出口レベルを越えな
    いように、前記冷媒および吸収剤溶液の少なくとも一方
    の前記再生器への給送が制御されることを特徴とする請
    求項１または２に記載の吸収式冷暖房装置。
  4. 【請求項４】前記冷媒および吸収剤溶液の少なくとも一
    方の前記再生器への給送は、直火加熱暖房運転時におけ
    る前記凝縮器から再生器への前記冷媒の環流開始前に行
    なわれる請求項１ないし３のいずれかに記載の吸収式冷
    暖房装置。
  5. 【請求項５】冷媒の給送が吸収剤溶液の給送よりも優先
    的に行なわれることを特徴とする請求項１ないし４のい
    ずれかに記載の吸収式冷暖房装置。
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