(57)【要約】【課題】圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルとからなるヒートポンプ装置において、吸収冷凍サイクルを駆動する熱源が変動しても，吸収冷凍サイクルを停止することなく、変動するその熱源を有効に利用することで、圧縮冷凍サイクルの圧縮仕事を減らし、ヒートポンプ装置の効率の向上を図る。【解決手段】圧縮冷凍サイクルの圧縮機構を低圧段圧縮機と高圧段圧縮機の二段の構成とし、熱源で駆動する吸収冷凍サイクルと高圧段圧縮機とが並列に運転できるように構成する。【選択図】図１
2019174086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び冷媒配管を備えた圧縮冷凍サイクルと、再生器、吸収器、溶液配管及び冷媒配管を備えた吸収冷凍サイクルとからなるヒートポンプ装置であって、
前記圧縮機構は低圧段圧縮機と高圧段圧縮機からなり、前記低圧段圧縮機吸込み側を前記圧縮機構の低圧吸込み側に、前記高圧段圧縮機吐出側を前記圧縮機構の高圧吐出側に配置し、
前記低圧段圧縮機吐出側と前記高圧段圧縮機吸込み側とを接続し、
前記圧縮冷凍サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に、前記冷媒配管で接続して冷房運転を可能とし、
前記低圧段圧縮機吐出部の冷媒蒸気を前記吸収器の溶液側に導き、
前記再生器で溶液から発生した冷媒蒸気を前記圧縮機構の吐出側に導くようにした
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項２】
圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び冷媒配管を備えた圧縮冷凍サイクルと、再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、溶液配管及び冷媒配管を備えた吸収冷凍サイクルからなるヒートポンプ装置であって、
前記圧縮機構は低圧段圧縮機と高圧段圧縮機からなり、前記低圧段圧縮機吸込み側を前記圧縮機構の低圧吸込み側に、前記高圧段圧縮機吐出側を前記圧縮機構の高圧吐出側に配置し、
前記圧縮冷凍サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に、前記冷媒配管で接続して、冷房運転を可能とし、
前記低圧段圧縮機吐出側と前記高圧段圧縮機吸込み側との間に冷媒気液分離器を設けると共に、前記冷媒気液分離器で分離された冷媒液を、前記利用側熱交換器の入口側に導く冷媒配管を設け、
前記低圧段圧縮機の吐出冷媒蒸気を直接または前記冷媒気液分離器経由で前記吸収冷凍サイクルの蒸発器の被冷却側に導いて冷却凝縮させ、冷却凝縮した該冷媒を前記冷媒気液分離器に導く冷媒配管を設けた
ことを特徴とするヒートポンプ装置。
【請求項３】
冷房運転時には、前記圧縮冷凍サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に接続し、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に接続して冷房運転を可能にすると共に、吸収冷凍サイクルを動作させ、
暖房運転時には、前記圧縮冷凍サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に接続し、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に接続して暖房運転を可能にすると共に、前記圧縮冷凍サイクルと前記吸収冷凍サイクルとを接続する冷媒配管の流動を閉止し、さらに前記再生器への熱源供給を止めて前記吸収冷凍サイクルの動作を停止する
ことを特徴とする請求項１〜２に記載のヒートポンプ装置。
【請求項４】
冷房運転時には、前記圧縮冷凍サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に接続し、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に接続して冷房運転を可能にすると共に、吸収冷凍サイクルを動作させ、
暖房運転時には、前記圧縮サイクルは、前記熱源側熱交換器を前記圧縮機構の低圧吸込み側に接続し、前記利用側熱交換器を前記圧縮機構の高圧吐出側に接続して暖房運転を可能にすると共に、吸収冷凍サイクルは、前記再生器への吸収溶液の出入を閉止すると共に、前記熱源側熱交換器出口の冷媒液を前記再生器に導く
ことを特徴とする請求項１に記載のヒートポンプ装置。
【請求項５】
前記低圧段圧縮機の回転速度で前記利用側熱交換器の出力を調整し、前記高圧段圧縮機の回転速度で吸収冷凍サイクルへの冷媒流量を調整する
ことを特徴とする請求項１〜４に記載のヒートポンプ装置。
【請求項６】
前記低圧段圧縮機をバイパスする弁を有する蒸気配管を設けた
ことを特徴とする請求項１〜５に記載のヒートポンプ装置。
【請求項７】
前記圧縮機構を3台以上の圧縮機で多段構成とした
ことを特徴とする請求項１〜６に記載のヒートポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルとからなるハイブリッド型のヒートポンプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の冷凍サイクルには、圧縮冷凍サイクルや吸収冷凍サイクルなどがある。圧縮冷凍サイクルは、蒸発器Eで気化した冷媒蒸気を圧縮機Ｐで圧縮し、高温高圧になった冷媒蒸気を凝縮器Cで冷却液化させ、この冷媒液を膨張弁経由で蒸発器Eに戻している。この圧縮冷凍サイクルを用いたヒートポンプ装置では、冷媒の循環方向を切替えることにより、利用側熱交換器を蒸発器として冷房運転を、また利用側熱交換器を凝縮器として暖房運転を行えるようにもできる。
【０００３】
吸収冷凍サイクルは、蒸発器Ｅで気化した冷媒蒸気を吸収器Aで吸収液に吸収させ、この吸収液を再生器Gに送って加熱し、吸収液から冷媒蒸気を発生させ分離する。発生した冷媒蒸気は凝縮器Cに導き冷却液化させ、この冷媒液を膨張弁経由で蒸発器Eに戻している。デューリング線図は冷媒蒸気圧に対する飽和温度を縦軸に、冷媒および吸収液の温度を横軸にした線図であるが、吸収冷凍サイクルの状態変化をこの線図上に示すと図４（ａ）のようになる。なお、前述の圧縮冷凍サイクルをデューリング線図上に示すと図４（ｂ）のように、蒸発器Eからの冷媒蒸気を圧縮機Pで圧縮、過熱状態で吐出される冷媒蒸気を凝縮器Cで冷却液化して蒸発器Eに戻している。
【０００４】
ヒートポンプ装置としては、圧縮機を用いた圧縮冷凍サイクルを採用することが多いが、太陽熱パネルやエンジンラジエーターの温水などで駆動する吸収冷凍サイクルを組込むことで、圧縮仕事の低減を図ることが提案されている。例えば文献1や文献２では、圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルに同一の冷媒を使用して蒸発器Eと凝縮器Cを両サイクルに共用とし、図４（ｃ）のように圧縮機Pと吸収溶液サイクルA-Gを並列に設け、圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルを並行して行わせるようにしている。蒸発器Eからの冷媒蒸気量の内、吸収器Aに吸収された分は吸収溶液サイクルで圧縮されるので、その分、圧縮機Pの圧縮仕事を低減することができる。また、文献３や文献４では、圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルの冷媒を別系統にして分離し、サイクル間を熱的に接続することで、圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルとで異種冷媒の使用を可能にしている。文献３の例では圧縮冷凍サイクルの蒸発器からでてくる冷媒蒸気を、吸収冷凍サイクルの蒸発器の被冷却側で液化して圧縮冷凍サイクルの蒸発器入口側に戻すことで、圧縮仕事を減らしている。また、文献４の例では、圧縮冷凍サイクルの凝縮器の出口冷媒液を、吸収冷凍サイクルの冷熱で過冷却して圧縮冷凍サイクルの圧縮仕事を増やすことなく、冷房能力を増大させたり、あるいは二段圧縮機の中間圧力の冷媒蒸気を吸収冷凍サイクルの冷熱で冷却して圧縮機に必要な圧縮仕事を低減させたりしている。
【０００５】
吸収冷凍サイクルの温熱源としては、太陽熱パネルの熱媒、エンジンの排熱、燃料電池からの排熱などがあるが、熱の搬送は温水の形が多く、以下温水を例に説明する。熱源としての太陽熱は太陽光の入射角や天候により、またエンジンや燃料電池からの温水は運転状況により、温水の温度、熱量が変動する。熱源熱量が減少すれば、それに伴い吸収冷凍効果も減少するが、特に、熱源温水温度が低下すると吸収冷凍サイクルの出力が急激に低下し、さらには吸収冷凍サイクルが不成立となって出力不能になることもある。ヒ−トポンプ装置の使用状況（室内温湿度、外気温度など）からヒートポンプ装置に必要な冷凍容量、凝縮温度、蒸発温度などが決まる。図４（ｃ）のように圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルを並列に行わせている場合、吸収冷凍サイクルの駆動に必要な温水温度は再生器における吸収溶液の再生開始温度ＴＧｉ以上であり、ＴＧｉ未満の温水温度では吸収溶液を加熱できず、吸収冷凍サイクルは不成立となって冷凍出力はなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５７−５１０２９号
【特許文献１】特開平０８−１４５４９６号
【特許文献１】特開２００３−３０７３６４号
【特許文献１】特開２０１０−２７１０３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、熱源温水温度が低下しても、あるいは比較的温度の低い熱源温水であっても、吸収冷凍サイクルの効果をヒートポンプ装置に取り込み、圧縮冷凍サイクルの圧縮機仕事を低減する効果を発揮させようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、図５（ａ）のように、圧縮機構を低圧段圧縮機ＰＬと高圧段圧縮機ＰＨの二段構成として、圧縮機一段あたりの温度ヘッドを小さくし、さらには圧縮機の段ごとの回転速度調整で圧縮機構の中間圧を可変とし、吸収溶液サイクルの温度ヘッドや熱源容量に柔軟に対応できるようにしたことを特徴とする。圧縮機構をさらに分割して多段とし、圧縮機一段あたりの温度ヘッドをさらに小さくして、吸収溶液サイクルの温度ヘッドに対応させる構成とすることもできる。
【０００９】
第１の発明は、低圧段圧縮機と高圧段圧縮機からなる圧縮機構、熱源側熱交換器、利用側熱交換器及び冷媒配管を備え、前記熱源側熱交換器を凝縮器にして、前記利用側熱交換器を蒸発器にした冷房運転が可能な圧縮冷凍サイクルと、再生器、吸収器、溶液配管及び冷媒配管を備えた吸収冷凍サイクルとからなるヒートポンプ装置を対象とする。そして、低圧段圧縮機で圧縮された冷媒蒸気の一部を吸収器の溶液側に導き、吸収冷凍サイクルの再生器で発生した冷媒蒸気を高圧段圧縮機の吐出部に導くように構成している。
【００１０】
このヒートポンプ装置の状態点をデューリング線図上で示すと図５（ａ）のようになる。圧縮機構が圧縮機二段となり、さらに回転速度調整で中間圧を変化させられるので、吸収溶液サイクルの温度ヘッドに圧縮機構が柔軟に対応でき、吸収冷凍サイクルの効果を圧縮冷凍サイクル側に取り込み、圧縮機仕事の低減を図ることができる。なお、圧縮機は過圧縮時に作動するリリーフ機構を持たせ、不要な過圧縮を防止するのがよい。即ち圧縮機内圧が吐出圧より高くなると、内部圧力を吐出部に開放するのがよい。
【００１１】
第２の発明は、低圧段圧縮機と高圧段圧縮機からなる圧縮機構と熱源側熱交換器と利用側熱交換器とを備え、前記熱源側熱交換器を凝縮器に、前記利用側熱交換器を蒸発器にした冷房運転の可能な圧縮冷凍サイクルと、再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器、溶液配管及び冷媒配管を備えた吸収冷凍サイクルからなるヒートポンプ装置を対象とする。そして、低圧段圧縮機から高圧段圧縮機への冷媒経路中に冷媒気液分離器を設け、低圧段圧縮機の吐出冷媒蒸気を直接または冷媒気液分離器経由で吸収冷凍サイクルの蒸発器の被冷却側に導いて冷却凝縮させ、冷却凝縮した該冷媒を前記冷媒気液分離器に導くと共に、前記冷媒気液分離器で分離された冷媒液は利用側熱交換器の入口側に導いている。
【００１２】
圧縮冷凍サイクルと吸収冷凍サイクルの冷媒系統を分離し熱的に接続したハイブリッドサイクルで、サイクル間の冷媒の直接の行き来をなくし、圧縮と吸収とで別種の冷媒であっても利用可能にしている。圧縮冷凍サイクルの冷媒圧力と吸収冷凍サイクルの冷媒圧力が異なっていても、飽和温度を用いるデューリング線図であれば、両サイクルを同一の線図上に表すことができ、図５（ｂ）のようになる。吸収冷凍サイクルの蒸発温度Ｅｘが、圧縮機構の中間圧力に対する飽和温度よりも、熱移動のための温度差即ち駆動力の分だけ低くなってしまい、前述の第１の発明よりも効果は若干減少する。しかし、圧縮機構が吸収溶液サイクルのヘッドに柔軟に対応でき、吸収冷凍サイクルの効果を圧縮冷凍サイクル側に取り込み、圧縮機仕事の低減を図ることができる。
【００１３】
第３および第４の発明は暖房運転に関するものである。本発明のヒートポンプ装置では、圧縮冷凍サイクルの冷媒循環方向を切替えることにより、利用側熱交換器を蒸発器とし熱源側熱交換器を凝縮器として冷房運転を、また利用側熱交換器を凝縮器とし熱源側熱交換器を蒸発器として暖房運転を行えるようにもできる。第３の発明では、暖房運転時に吸収冷凍サイクルを切り離して休止させ、圧縮冷凍サイクルで暖房運転をする。また、第４の発明では、吸収冷凍サイクルの再生器部だけを、冷媒の蒸発加熱器として圧縮冷凍サイクル側に組込み、吸収冷凍サイクルの温水熱源で、圧縮冷凍サイクルからの冷媒を加熱蒸発させ暖房に利用することができる。
【００１４】
第５の発明は、これらのヒートポンプ装置において、低圧段圧縮機の回転速度により蒸発器からの冷媒蒸発量を調整して冷凍出力を制御することができ、高圧段圧縮機の回転速度により圧縮機構の中間圧力を調整して、吸収冷凍サイクルの温度ヘッドを制御、熱源温水温度に適合させることができる。
【００１５】
第６の発明は、低圧段圧縮機をバイパスできる蒸気配管を設け、蒸気配管中の弁の開閉と低圧段圧縮機のオン、オフを組み合わせたもので、吸収冷凍サイクルの温度ヘッドが充分にある場合などに、低圧段圧縮機を休止できるようにしたものである。
【００１６】
第７の発明は、前記圧縮機構を3台以上の圧縮機で多段構成とすることで、吸収冷凍サイクルのさらに小さな温度ヘッドに対応させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、熱源の温度や熱量で変化する吸収溶液サイクルの温度ヘッドに圧縮機構が柔軟に対応して、吸収冷凍サイクルの効果を圧縮冷凍サイクル側に取り込むことができ、圧縮機仕事の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第一の実施の形態に係るヒートポンプ装置１の構成を示すフローシートである。
【図２】本発明の第二の実施の形態に係るヒートポンプ装置２の構成を示すフローシートである。
【図３】本発明の第三の実施の形態に係るヒートポンプ装置３の構成を示すフローシートである。
【図４】従来型ヒートポンプの運転状態を説明するためのデューリング線図である。
【図５】本発明のヒートポンプの運転状態を説明するためのデューリング線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。
【実施例１】
【００２０】
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るヒートポンプ装置１を説明する。図１は、ヒートポンプ装置１の模式的系統を示すフローシートである。ヒートポンプ装置１は、圧縮冷凍サイクル１０と吸収冷凍サイクル５０から構成されている。圧縮冷凍サイクル１０は、低圧段圧縮機２１と高圧段圧縮機２２からなる圧縮機構２０と、利用側熱交換器３０と熱源側熱交換器３１を主要構成要素として冷媒配管で接続され、四方弁２４で流れ方向を逆転させることで、冷房運転と暖房運転とを切り替えている。吸収冷凍サイクル５０は、再生器５１と吸収器５２を主要構成要素とし、吸収冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器の役割は圧縮冷凍サイクルの利用側熱交換器３０と熱源側熱交換器３１が行い、圧縮冷凍サイクルと共用になっている。また、冷媒は例えばＲ１３４ａを用いて圧縮と吸収の両サイクルに共用とし、吸収溶液にイオン液体、圧縮機潤滑油にも同じイオン液体とするかあるいは潤滑油には粘性の高いイオン液体とする。
【００２１】
ヒートポンプ装置１の冷房運転時は切替弁Ｖ１、Ｖ２を開とする。圧縮冷凍サイクル１０の冷房運転では、利用側熱交換器３０からの冷媒蒸気を冷媒配管４３、四方弁２４、冷媒配管４０を通り低圧段圧縮機２１の吸込側に導き、低圧段圧縮機で中間圧まで圧縮し、圧縮された冷媒蒸気の一部は冷媒配管７３を通って吸収冷凍サイクル側に行き、残部は高圧段圧縮機２２に吸込まれてさらに圧縮される。高圧段圧縮機２２の吐出側蒸気は冷媒配管４２、四方弁２４、冷媒配管４４を通り熱源側熱交換器３１に導かれ、外気など外部冷却媒体で冷却され凝縮する。熱源熱交換器３１は凝縮器の役割をし、凝縮液は膨張弁３５を通り気液分離器２３に入り、分離された冷媒蒸気は、低圧段圧縮機２１と高圧段圧縮機２２の中間圧部分に導かれ、冷媒液は膨張弁３６を通って利用側熱交換器３０に導かれる。利用側熱交換器３０は蒸発器の役割をし、蒸発した冷媒蒸気は四方弁を２４、冷媒配管４０へと導かれる。
【００２２】
ヒートポンプ装置１の暖房運転時は切替弁Ｖ１、Ｖ２を閉止する。圧縮冷凍サイクル１０の暖房運転では、熱源側熱交換器３１からの冷媒蒸気を冷媒配管４４、四方弁２４、冷媒配管４０を通り低圧段圧縮機２１の吸込側に導き、低圧段圧縮機２１で中間圧まで圧縮される。中間圧部は切替弁Ｖ１により吸収冷凍サイクル系とは遮断されており、全量が冷媒配管４１を通り、高圧段圧縮機２２に吸込まれ圧縮される。高圧段圧縮機２２の吐出側蒸気は冷媒配管４２、四方弁２４、冷媒配管４３を通り凝縮器の役割をする利用側熱交換器３０に導かれ、暖房効果を発揮して凝縮液となる。凝縮液は冷媒配管４６、膨張弁３６を通って、気液分離器２３に入り、分離された冷媒蒸気は、低圧段圧縮機２１と高圧段圧縮機２２の間の中間圧部分に導かれ、冷媒液は冷媒配管４７、膨張弁３５を通って熱源側熱交換器３１に導かれる。熱源側熱交換器３１は外部流体から熱を奪う蒸発器の役割をし、蒸発した冷媒蒸気は冷媒配管４４、四方弁２４を経由して冷媒配管４０へと導かれる。
【００２３】
吸収冷凍サイクルの吸収器５２は、冷房運転時は冷媒配管７３で導かれる圧縮冷凍サイクルからの冷媒蒸気を吸収する。その際の吸収熱で温度上昇する吸収溶液は外部熱源となる外気で冷却される。冷媒を吸収した吸収溶液は、溶液ポンプ６０で、溶液配管７１を通り、溶液熱交換器５５で熱回収をして、再生器５１に送られ、配管５１Ｘで供給される外部熱源の温水により加熱され、冷媒蒸気を発生する。該冷媒蒸気中の吸収溶液は気液分離器５６で分離され、冷媒蒸気は圧縮機構２０の吐出部の冷媒配管４２に放出され、高圧段圧縮機２２からの吐出冷媒蒸気と合流する。再生器５２で冷媒を放出した溶液は、配管７２、溶液熱交換器５５、膨張弁６２を通って、吸収器５２に戻る。
【００２４】
暖房運転時は切替弁Ｖ１、Ｖ２を閉止し、吸収冷凍サイクルは休止する。冷房時に吸収冷凍サイクルの加熱源となった熱源は、暖房時には別の装置たとえば温水暖房機などを経由して、利用されることが多い。
【００２５】
ヒートポンプ装置１の圧縮冷凍サイクルは、低圧段圧縮機２１で吸込んだ冷媒蒸気を圧縮機構２０の吐出部圧力まで圧縮するのであるが、低圧段圧縮機２１で中間圧まで圧縮された冷媒蒸気の一部を吸収器５２が吸込み、再生器５１から高圧冷媒蒸気を放出、即ち吸収冷凍サイクルが高圧部まで圧縮し、残部の冷媒蒸気を高圧段圧縮機２２が圧縮機構吐出部圧力まで圧縮することになる。従って、吸収冷凍サイクル系が行った圧縮仕事分だけ、圧縮機構の仕事量を減らすことができる。
【００２６】
圧縮機構２０は低圧段圧縮機２１と高圧段圧縮機２２から構成され、それぞれ別個に運転することができる。低圧段圧縮機２１は、冷房負荷を基にして回転速度を調節し、冷媒流量が決まってくる。高圧段圧縮機２２の回転速度は、吸収冷凍サイクル駆動熱源の温度や熱量を基に調節され、高圧段圧縮機２２の吸込み量と吸収器５２の吸込み量を決める。あるいは、吸収冷凍サイクル駆動熱源の温度や熱量を基に、中間圧の目標値を定め、高圧段圧縮機吸込部圧力が目標の圧力になるように、高圧段圧縮機２２の回転速度を調節してもよい。
【００２７】
図１のヒートポンプ装置１に、切替弁Ｖ３を有する破線で示す蒸気配管４０ａを設けると、切替弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の開閉により、圧縮機構２０と吸収冷凍サイクルとの組合せ方を変えて運転することができる。なお、必要に応じて、高圧段圧縮機吐出側に逆流防止のための逆止弁２３を設ける。
切替弁Ｖ３を閉止、切替弁Ｖ１、Ｖ２を開として、低圧段圧縮機２１および高圧段圧縮機２２及び吸収冷凍サイクル５０を運転すれば、これまで説明してきたヒートポンプ装置の冷房運転となり、高圧段圧縮機２２の圧縮仕事を減らすことができる。この運転状態で高圧段圧縮機２２を停止しても熱源熱量が不足しない場合は、高圧段圧縮機２２の仕事をなくすことができる。
熱源温度が高く、あるいは外気温度が低く、圧縮冷凍サイクルの蒸発温度から凝縮温度までの温度ヘッドを吸収冷凍サイクルでも作成可能な場合は、切替弁Ｖ３開、切替弁Ｖ１閉止、切替弁Ｖ２開として、圧縮機構２０及び吸収冷凍サイクル５０を運転して、低圧段および高圧段の圧縮仕事を減らすことができる。なお、必要ヘッドが低ければ、低圧段圧縮機２１を停止してもよい。圧縮機構２０を停止しても熱源熱量が不足しなければ、吸収冷凍サイクル５０だけで冷房負荷を賄い、圧縮機構２０の仕事をなくすことができる。
熱源温度が非常に低く、あるいは熱源熱量が得られない場合は、切替弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３をすべて閉止して吸収冷凍サイクル５０を休止し、圧縮冷凍サイクル１０だけで冷房運転をすることができる。
【実施例２】
【００２８】
図２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るヒートポンプ装置２を説明する。吸収冷凍サイクルでは、実施例１とは変えて、吸収溶液を冷却器５２ｂにて外部熱源で冷却し、吸収室５２ａにて前記冷却された吸収溶液で冷媒蒸気を吸収する構成とすることもできる。
【００２９】
暖房運転時は、吸収器への冷媒供給配管の切替弁Ｖ１を閉止し、また、再生器５１への吸収溶液の出入口の切替弁Ｖ６、Ｖ７を閉止して、吸収冷凍サイクルは休止する。暖房時の再生器５１には、利用側熱交換器３０からの冷媒液を冷媒配管８２、冷媒ポンプ８３で導入し、導入された冷媒は駆動熱源で加熱蒸発させ、利用側熱交換器３０の入口側に、圧縮冷凍サイクル系の高圧段吐出側の冷媒蒸気と共に供給する。本実施例では、暖房運転時に再生器を溶液循環系から切り離し、前記利用側熱交換器３０出口の冷媒液を再生器５１に導き、温熱源で該冷媒を加熱しているが、再生器５１の代わりに、温熱源で冷媒を加熱することのできる冷媒加熱器を設けて、冷媒液を供給し、加熱蒸発させるようにしても差し支えない。
【００３０】
また、本実施例では、暖房運転時の圧縮冷凍サイクルの除霜方式として、破線で示す冷媒配管８０と膨張弁８１を用いて圧縮機構２０の吐出部冷媒蒸気を前記熱源側熱交換器３１の入口側に導くホットガスバイパス方式を採用している。この除霜方式の他、冷媒の流れを逆転させて除霜する逆サイクル方式などがあり、圧縮式ヒートポンプで用いられている各種除霜方式が本ヒートポンプ装置にも適用することができる
【実施例３】
【００３１】
図３を参照して、本発明の第３の実施の形態に係るヒートポンプ装置３を説明する。圧縮冷凍サイクル１０と吸収冷凍サイクル５０とは、サイクル間の媒体の行き来はなく、吸収冷凍サイクルの蒸発器５４を介して熱的に接続している。吸収冷凍サイクルの冷媒／吸収剤には、例えば、水／臭化リチウム溶液を用い、圧縮冷凍サイクルには、例えばＨＦＣ冷媒のＲ３２を用いるなど、両サイクルで異種の冷媒を用いることができる。
【００３２】
圧縮冷凍サイクル１０は、低圧段圧縮機２１と高圧段圧縮機２２からなる圧縮機構２０と、利用側熱交換器３０と熱源側熱交換器３１を主要構成要素として冷媒配管で接続され、冷房運転と暖房運転とで四方弁２４により流れ方向を逆転させている。圧縮冷凍サイクル１０の冷房運転では、利用側熱交換器３０からの冷媒蒸気を冷媒配管４３、四方弁２４、冷媒配管４０を通して低圧段圧縮機２１の吸込側に導き、低圧段圧縮機２１で中間圧まで圧縮された冷媒蒸気は冷媒配管４１ａを通して吸収冷凍サイクルの蒸発器５４に導かれて冷却され、冷媒蒸気の一部あるいは大部分が凝縮し、冷媒配管４１ｂを通して気液分離器２３に導かれる。気液分離器２３で気液分離された冷媒蒸気は、高圧段圧縮機２２吸込まれ、さらに圧縮される。高圧段圧縮機２２の吐出側蒸気は冷媒配管４２、四方弁２４、冷媒配管４４を通して熱源側熱交換器３１に導かれ、外気など外部冷却媒体で冷却され凝縮する。熱源熱交換器３１は凝縮器の役割をし、凝縮液は膨張弁３５、冷媒液四方弁３７、冷媒配管４５ａを通り気液分離器２３に入る。気液分離器２３で分離された冷媒液は、前述の吸収冷凍サイクルの蒸発器５４で凝縮した冷媒液と共に、冷媒配管４５ｂ、四方弁３７、膨張弁３６を通って利用側熱交換器３０に導かれる。利用側熱交換器３０は蒸発器の役割をし、蒸発した冷媒蒸気は冷媒配管４３、四方弁を２４、冷媒配管４０へと導かれる。
【００３３】
吸収冷凍サイクル５０は、再生器５１と凝縮器５３、吸収器５２および蒸発器５４を主要構成要素とし、冷房運転時は一重効用吸収冷凍サイクルを行っている。この実施例では、水を冷媒としており、蒸発圧力が低いので液膜式の蒸発器５４とし、冷媒ポンプ６１で冷媒を循環させ散布している。なお、冷媒圧力がある程度あって、液高さが沸騰に影響を与えない冷媒であれば、蒸発器を満液として、冷媒ポンプをなくすこともできる。
【００３４】
ヒートポンプ装置３が暖房運転をするときは、切替弁Ｖ１，Ｖ３，Ｖ４を閉止し、吸収冷凍サイクルを休止させるとともに、切替弁Ｖ５を開として、吸収冷凍サイクルの蒸発器５４をバイパスさせている。圧縮冷凍サイクルの暖房運転は、蒸気側の四方弁２４及び液側の四方弁３７を切替えて、四方弁２４により、高圧段圧縮機２２の吐出蒸気を利用側熱交換器３０に、熱源側熱交換器３１からの冷媒蒸気を低圧段圧縮機２１の吸込み部に導き、また、冷媒液側の四方弁３７により、利用側熱交換器３０からの冷媒液を膨張弁３６経由で気液分離器２３に導き、分離された冷媒液を膨張弁３５経由で熱源側熱交換器３１に導くように冷媒を循環している。
【００３５】
これまでの説明は、温水を熱源として吸収冷凍サイクルを駆動するとしてきたが、吸収溶液を熱発生部に送り込んで熱を直接受け取るようにしてもよい。例えば、再生器５１に送り込む溶液を太陽熱集熱器（図示せず）に送り込み、伝熱面を持たない容器あるいは気液分離器としての再生器５１部分に、吸収溶液を戻してもよい。あるいは、前記伝熱面を持たない再生器５１と太陽熱集熱器との間を溶液ポンプを用いて吸収溶液を循環させてもよい。吸収溶液にイオン液体を用いることで、凍結や結晶もなく必要な時に循環が可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  圧縮冷凍サイクル
２０  圧縮機構
２１  低圧段圧縮機
２２  高圧段圧縮機
２４  冷媒蒸気四方弁
３０  利用側熱交換器
３１  熱源側熱交換器
３５、３６  膨張弁
３７  冷媒液四方弁
４０〜４７  冷媒配管
５０  吸収冷凍サイクル
５１  再生器
５２  吸収器
５３  凝縮器
５４  蒸発器
５５  溶液熱交換器
６０  吸収溶液ポンプ
６１  冷媒ポンプ
６２  膨張弁
７１〜７５  溶液配管、冷媒配管
８０、８２  冷媒配管
８１  膨張弁
８３  冷媒ポンプ
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７  切替弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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