(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記吸収器が、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路をスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記吸収流路と対向する位置に濃溶液流路および冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有することを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項２】
少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記吸収器が、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路をスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記吸収流路と対向する位置に濃溶液流路および冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有するとともに、前記した冷媒蒸気の一部が前記吸収流路の途中から流入するように、前記吸収流路と連通する分岐冷媒蒸気流路を設けたことを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【請求項３】
少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置において、前記吸収器が、希溶液流路と冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路とをスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記希溶液流路および前記吸収流路の一部と対向する位置に濃溶液流路を、さらに前記吸収流路の残りの一部と対向する位置に冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有することを特徴とする吸収式ヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱を利用して冷熱を得る吸収式ヒートポンプ装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸収式ヒートポンプ装置の構成を図３に示す。吸収式ヒートポンプ装置は、溶液ポンプ８１、溶液熱交換器８２、発生器８３、気液分離器８４、凝縮器８５、膨張弁８６、蒸発器８７、吸収器８８、減圧部９１から構成される。
【０００３】
溶液ポンプ８１により加圧された冷媒濃度の高い濃溶液は、吸収器８８内の吸収熱回収部８９で吸収熱を受けて昇温し、冷媒蒸気を発生する。さらに、溶液熱交換器８２で気液分離器８４から流出してくる冷媒濃度の低い希溶液の顕熱を受けて昇温する。この濃溶液は発生器８３で例えば都市ガスの燃焼熱等により加熱され、さらに冷媒蒸気を発生し、気液２相状態で気液分離器８４に流入する。気液分離器８４は気液を分離し、冷媒蒸気を凝縮器８５へ、冷媒濃度の低くなった希溶液を溶液熱交換器８２へと流出させる。気液分離器８４を出た希溶液はその顕熱を溶液熱交換器８２で濃溶液に与え降温し、減圧部９１で減圧され吸収器８８へ戻る。一方、気液分離器８４を出た冷媒蒸気は、凝縮器８５で冷却水に凝縮熱を与えて液化する。その後、膨張弁８６で減圧され低温となって蒸発器８７に流入し、外部より熱を受けて蒸発し、吸収器８８へ戻る。吸収器８８では、溶液熱交換器８２からの希溶液に蒸発器８７からの冷媒蒸気を吸収させ、そのとき発生する吸収熱を吸収熱回収部８９で濃溶液に回収するとともに、放熱部９０で冷却水により外部に放熱している。こうして冷媒濃度の高くなった濃溶液は、溶液ポンプ８１へ流出される。
【０００４】
従来の吸収式ヒートポンプ装置に用いられる吸収熱回収部を設けた吸収器としては、図３に示したようなタンク方式によるものが一般的である。これは、タンク上部に円管をコイル状に巻回し濃溶液の流路となる吸収熱回収部８９を設け、さらにその下部には同様に円管をコイル状に巻回し冷却水の流路となる放熱部９０を設けたものである。タンク上部より滴下された溶液熱交換器８２からの希溶液は、タンク下部より上昇する蒸発器８７からの冷媒蒸気を吸収し、吸収熱回収部８９においてその吸収潜熱を濃溶液に与えるとともに、放熱部９０において冷却水に放熱を行う。
【０００５】
このように、吸収器８８内で吸収潜熱を濃溶液に回収し、さらに溶液熱交換器８２内で希溶液の顕熱を濃溶液に回収することで、発生器８３で与える燃焼熱の低減を図り、サイクルの成績係数を向上させ、吸収式ヒートポンプ装置の高効率化を図るものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の吸収式ヒートポンプ装置に用いられる吸収器では、以下の様な課題が生じている。
【０００７】
すなわち、タンク方式を用いた吸収器は、構造的に大きくかつ重くなるため、特に家庭用などの小型・軽量化が必要な装置には、必ずしも向いていない。また、内容積が大きくなるため、冷媒の充填量が大きくなり、コストや安全性の面からも不利になるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、上記従来のヒートポンプの課題を参照し、小型・軽量かつ高性能な吸収器を備えた高効率かつ信頼性の高い吸収式ヒートポンプ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置であって、前記吸収器が、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路をスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記吸収流路と対向する位置に濃溶液流路および冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有する。
【００１０】
したがって、本発明によれば、小型・軽量かつ高性能な吸収器を備えた高効率かつ信頼性の高い吸収式ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
【００１１】
【発明の実施形態】
請求項１の本発明は、少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置であって、前記吸収器が、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路をスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記吸収流路と対向する位置に濃溶液流路および冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有する。
【００１２】
請求項２の本発明は、少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置であって、前記吸収器が、冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路をスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記吸収流路と対向する位置に濃溶液流路および冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有するとともに、前記した冷媒蒸気の一部が前記吸収流路の途中から流入するように、前記吸収流路と連通する分岐冷媒蒸気流路を設ける。
【００１３】
請求項３の本発明は、少なくとも発生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を有する吸収式ヒートポンプ装置であって、前記吸収器が、希溶液流路と冷媒蒸気と希溶液との混合流の流路となる吸収流路とをスリット状に形成したプレートＡと、隔壁となるプレートＢと、前記隔壁を介して前記希溶液流路および前記吸収流路の一部と対向する位置に濃溶液流路を、さらに前記吸収流路の残りの一部と対向する位置に冷却水流路をスリット状に形成したプレートＣとを、複数組積層し一体化した構造を有するものである。
【００１４】
上記のような構成によって、得られる作用は次の通りである。
【００１５】
請求項１の本発明においては、吸収器を、流路を設けたプレートと隔壁となるプレートとを多数組積層し一体化したいわゆる積層式熱交換器で構成するとともに、吸収熱の回収を行う濃溶液流路と放熱を行う冷却水流路とを、隔壁を介して吸収流路と対向する同一のプレート上に構成することにより、吸収器の小型・軽量化が図られ、内容積を低減することができる。
【００１６】
請求項２の本発明においては、希溶液に比べて体積流量の大きい冷媒蒸気を、吸収器に流入する前に少なくとも２つに分岐し、一方の冷媒蒸気は従来と同様に希溶液とともに吸収流路に流入させ、他方の冷媒蒸気は希溶液への冷媒蒸気の吸収がある程度進行した後に分岐冷媒蒸気流路を通じて吸収流路に流入させる。したがって、吸収流路内での圧力損失が低減され、吸収器出口での圧力が確保されるため、濃溶液の濃度が十分に得られ、吸収式ヒートポンプ全体として安定した能力が得られる。
【００１７】
請求項３の本発明においては、希溶液から濃溶液へ熱回収を行う溶液熱交換部と、濃溶液への吸収潜熱の回収部と、冷却水への吸収熱の放熱部とを、一体的に構成することにより、従来の溶液熱交換器と吸収熱回収部を備えた吸収器との一体化が図られる。
【００１８】
以下に本発明による実施の形態例について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施の形態例である吸収式ヒートポンプ装置の構成図である。本実施の形態例の吸収式ヒートポンプ装置は、溶液ポンプ１、発生器２、気液分離器３、凝縮器４、膨張弁５、蒸発器６、吸収器７、減圧部８から構成される。さらに、吸収器７は、溶液熱交換部１１、吸収熱回収部１２、放熱部１３０を一体的に構成したものである。次にそのような実施の形態例の動作を説明する。
【００２０】
溶液ポンプ１により加圧された冷媒濃度の高い濃溶液は、吸収器７の吸収熱回収部１２で吸収熱を受けて昇温し、冷媒蒸気を発生する。さらに、溶液熱交換部１１で気液分離器３から流出してくる冷媒濃度の低い希溶液の顕熱を受けて昇温する。この濃溶液は、発生器２で例えば都市ガスの燃焼熱等により加熱され、さらに冷媒蒸気を発生し、気液２相状態で気液分離器３に流入する。気液分離器３は、気液を分離し、冷媒蒸気を凝縮器４へ、冷媒濃度の低くなった希溶液を吸収器７の溶液熱交換部１１へと流出させる。
【００２１】
気液分離器３を出た希溶液は、吸収器７の希溶液流路１３へ流入し、その顕熱を対向する濃溶液流路１６内の濃溶液に与えて降温する。この希溶液は、吸収器７の外部に設けた減圧部８で減圧され、再び吸収器７へ戻る。
【００２２】
一方、気液分離器３を出た冷媒蒸気は、凝縮器４で冷却水に凝縮熱を与えて液化する。その後、膨張弁５で減圧され低温となって蒸発器６に流入し、外部より熱を受けて蒸発する。この冷媒蒸気は、その一部を分岐冷媒蒸気流路１５に分岐した後、吸収器７へ戻る。
【００２３】
減圧された希溶液と蒸発器６からの冷媒蒸気は、互いに混合され、吸収器７の吸収熱回収部１２の吸収流路１４ａへ流入する。このとき発生する吸収熱は、対向する濃溶液流路１６内の濃溶液に回収される。
【００２４】
吸収の進行した希溶液と冷媒蒸気の混合流は、分岐冷媒蒸気流路１５から流入する冷媒蒸気と混合され、放熱部１３０の吸収流路１４ｂへ流入する。このとき発生する吸収熱は、対向する冷却水流路１７内の冷却水により外部に放熱される。こうして冷媒濃度の高くなった濃溶液は、溶液ポンプ１へと流出される。
【００２５】
このように、吸収器７の吸収熱回収部１２で吸収潜熱を濃溶液に回収し、さらに溶液熱交換部１１で希溶液の顕熱を濃溶液に回収することで、発生器２で与える燃焼熱の低減を図り、サイクルの成績係数を向上させ、吸収式ヒートポンプ装置の高効率化を図ることができる。
【００２６】
図２は本発明の吸収式ヒートポンプ装置に用いる吸収器の一実施の形態例であり、積層式熱交換器を用いた吸収器内部の構成およびその作用が簡潔に説明できるように、各プレートの流路構成を模式的に示したものである。
【００２７】
本実施の形態例の吸収器は、希溶液流路１３、吸収流路１４ａおよび１４ｂをスリット状に構成したプレート２１と、隔壁となるプレート２２と、濃溶液流路１６および冷却水流路１７をスリット状に構成したプレート２３とを交互に複数組積層し、上下にエンドプレート２４および２５を設けて一体化したものである。なお、エンドプレート２４には、吸収器内部の各流路と連通し、希溶液や冷媒蒸気、濃溶液や冷却水を内部に導入あるいは送出するための円管が備えられている。
【００２８】
各プレートの構成を具体的に説明する。まず、プレート２１には、希溶液流路１３と、吸収流路１４ａおよび１４ｂと、吸収流路１４ａまたは１４ｂと連通した分岐冷媒蒸気流路１５が設けられている。さらに、各プレートを積層し一体化した際に、濃溶液のヘッダー部を形成する貫通孔３１ａおよび３１ｂ、冷却水のヘッダー部を形成する貫通孔３２ａおよび３２ｂが設けられている。
【００２９】
また、熱交換を行う際の隔壁となるプレート２２には、各プレートを積層し一体化した際に、濃溶液のヘッダー部を形成する貫通孔４１ａおよび４１ｂ、冷却水のヘッダー部を形成する貫通孔４２ａおよび４２ｂ、希溶液のヘッダー部を形成する貫通孔４３ａおよび４３ｂ、希溶液および冷媒蒸気の混合流のヘッダー部を形成する貫通孔４４ａおよび４４ｂ、分岐した冷媒蒸気のヘッダー部を形成する貫通孔４５が設けられている。
【００３０】
さらに、プレート２３には、隔壁となるプレート２２を介して、プレート２１の希溶液流路１３および吸収流路１４ａと対向する位置に濃溶液流路１６が、吸収流路１４ｂと対向する位置に冷却水流路１７がそれぞれ設けられている。このプレート２３には同様に、各プレートを積層し一体化した際に、希溶液のヘッダー部を形成する貫通孔５３ａおよび５３ｂ、希溶液および冷媒蒸気の混合流のヘッダー部を形成する貫通孔５４ａおよび５４ｂ、分岐した冷媒蒸気のヘッダー部を形成する貫通孔５５が設けられている。
【００３１】
これらのプレート２１、２２、２３、２２を順番に重ねて１組とし、さらに複数組積層して一体化することにより、１つの吸収器が形成される。なお、各プレートを一体化接合する方法としては、例えば拡散溶接やロウ付けが用いられる。拡散溶接は、真空内でプレートの母材の融点より少し低い温度まで昇温し加圧するもので、プレート材料の拡散によって一体化するものである。ロウ付けは、プレートの母材よりも融点の低いロウ材を全ての接合面につけて、真空または不活性雰囲気内でロウ材の融点まで昇温し、ロウ材のみを溶融させて一体化するものである。
【００３２】
次に、このような本発明の実施の形態例の作用について説明する。
【００３３】
吸収式ヒートポンプ装置において、気液分離器から送られた希溶液は、希溶液導入部６３ａから吸収器内部に流入し、貫通孔４３ａおよび５３ａを経由して、各プレート２１の希溶液流路１３に送られる。ここで、希溶液は、プレート２３の濃溶液流路１６を流れる吸収熱回収部を経た濃溶液と、隔壁となるプレート２２を介して熱交換を行い、その顕熱を濃溶液に与えて降温する。
【００３４】
濃溶液への熱回収を終えた希溶液は、貫通孔５３ｂおよび４３ｂを経由して、希溶液送出部６３ｂから吸収器外部に送出される。この希溶液は、例えばキャピラリ管からなる減圧部８で減圧された後、蒸発器から送られた冷媒蒸気とともに、再び吸収器導入部６４ａから吸収器内部に流入し、貫通孔４４ａおよび５４ａを経由して、各プレート２１の吸収流路１４ａに送られる。ここで、希溶液は冷媒蒸気を吸収し、そのとき発生する吸収熱を、プレート２３の濃溶液流路１６を流れる濃溶液に回収する。
【００３５】
この濃溶液は、溶液ポンプにより濃溶液導入部６１ａから吸収器内部に送られ、貫通孔３１ａおよび４１ａを経由して、各プレート２３の濃溶液流路１６に送られたものである。濃溶液は、希溶液への冷媒蒸気の吸収熱を回収するとともに、希溶液の顕熱を回収し、貫通孔４１ｂおよび３１ｂを経由して、濃溶液送出部６１ｂから吸収器外部に送出され、発生器へと送られる。
【００３６】
一方、あらかじめ分岐された蒸発器からの冷媒蒸気の一部は、分岐冷媒蒸気導入部６５から吸収器内部に流入し、貫通孔４５および５５、プレート２１に設けた分岐冷媒蒸気流路１５を経由して、吸収流路１４ａまたは１４ｂに流入する。吸収流路１４ａ内で吸収熱を回収され、ある程度吸収の進行した希溶液および冷媒蒸気の混合流は、この分岐冷媒蒸気と混合され、そのとき発生する吸収熱を、プレート２３の冷却水流路１７を流れる冷却水に放熱する。こうして得られた冷媒濃度の高い濃溶液は、貫通孔５４ｂおよび４４ｂを経由して、吸収器送出部６４ｂから吸収器外部に送出され、溶液ポンプへと送られる。
【００３７】
なお、冷却水は、冷却水導入部６２ａから吸収器内部に送られ、貫通孔３２ａおよび４２ａを経由して、各プレート２３の冷却水流路１７に送られたものである。この冷却水は、希溶液への冷媒蒸気の吸収熱を受け、貫通孔４２ｂおよび３２ｂを経由して、冷却水送出部６２ｂから吸収器外部に送出される。
【００３８】
このように、吸収器を、流路を設けたプレート２１および２３と隔壁となるプレート２２とを多数組積層し一体化したいわゆる積層式熱交換器で構成するとともに、吸収熱の回収を行う濃溶液流路１６と放熱を行う冷却水流路１７とを同一のプレート２３上に構成することにより、高効率化を可能とする吸収器の小型・軽量化が図られ、内容積を低減することができる。したがって、小型・軽量かつ安全性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００３９】
また、希溶液に比べて体積流量の大きい冷媒蒸気を、吸収器に流入する前に少なくとも２つに分岐させ、一方の冷媒蒸気は従来と同様に希溶液とともに吸収流路１４ａに流入させ、他方の冷媒蒸気は希溶液への冷媒蒸気の吸収がある程度進行した後に吸収流路１４ｂに流入させる。したがって、吸収流路１４ａおよび１４ｂ内での圧力損失が低減され、吸収器出口すなわち吸収器送出部６４ｂでの圧力が確保されるため、濃溶液の濃度が十分に得られ、吸収式ヒートポンプ全体として安定した能力が得られる。
【００４０】
さらに、図１に示したように、希溶液から濃溶液へ熱回収を行う溶液熱交換部１１と、濃溶液への吸収熱回収部１２と、冷却水への吸収熱の放熱部１３０とを、一体的に構成することにより、従来の溶液熱交換器と吸収熱回収部を備えた吸収器との一体化が図られる。したがって、サイクルの高効率化に必要な熱交換器の小型・軽量化および低コスト化が図られ、実用性かつ安全性に優れた吸収式ヒートポンプ装置を提供することができる。
【００４１】
したがって、本発明によれば、小型・軽量かつ高性能な吸収器を備え、高効率かつ信頼性の高い吸収式ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
【００４２】
なお、本実施の形態例では、希溶液と冷媒蒸気を混合した後に吸収器７内に流入させるとしたが、希溶液と冷媒蒸気とをそれぞれ独立に吸収器内部に流入させ、吸収流路内で混合させるような流路構成としても良い。
【００４３】
また、濃溶液にその顕熱を回収させた希溶液を、吸収器外部の減圧部８で減圧させた後に、再び吸収器内部に流入させるとしたが、吸収器内部に微細流路からなるキャピラリ部を設けることにより、減圧部８を吸収器７の内部に一体的に設けるような流路構成とすることも容易である。
【００４４】
さらに、蒸発器６からの冷媒蒸気を２つに分岐して、それぞれ吸収器導入部６４ａから吸収流路１４ａ、分岐冷媒蒸気導入部６５から吸収流路１４ｂへと流入させるとしたが、必要に応じて３つ以上に分岐し、吸収流路１４ａまたは１４ｂの途中から流入させる流路構成としても良い。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、本発明における吸収式ヒートポンプ装置は、上記構成により、小型・軽量かつ高性能な吸収器を備えた高効率かつ信頼性の高い吸収式ヒートポンプ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態例の吸収式ヒートポンプ装置の構成図
【図２】本発明の一実施の形態例の吸収式ヒートポンプ装置に用いる吸収器の構成図
【図３】従来の吸収式ヒートポンプ装置の構成図
【符号の説明】
２            発生器
４            凝縮器
６            蒸発器
７            吸収器
１４ａ、１４ｂ  吸収流路
１６            濃溶液流路
１７            冷却水流路
【図１】
0003650447.tif 000002
【図２】
0003650447.tif 000003
【図３】
0003650447.tif 000004