(57)【要約】【課題】臭化リチウム水溶液を作動流体とする吸収式冷凍機を用いた空調機において、溶液濃度を上げることなく空調能力の増大が可能であるとともに、維持、管理が容易なハイブリッド空調機の提供にある。【解決手段】吸収式冷凍機２の吸収熱交換器７１における除熱を促進するため、圧縮式冷凍機３により冷媒を吸収熱交換器７１に循環させて、吸収熱を大気に放出させる。このため、従来の水冷式ないしは空冷式の除熱方法に伴う維持、管理の問題を回避でき、かつ、冷房能力が増大できる。また、圧縮式冷凍機３はコンパクトであるとともに多量に生産されているため低コストであり、設置スペースの有効利用および低コスト化が可能になる。さらに、圧縮式冷凍機３の冷媒と空調流体に同種の物質を用い、必要箇所に四方弁９１、９２、９４と三方弁９３を配置することで、冷房運転と暖房運転の切替が可能になる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収溶液を加熱して溶媒と濃縮吸収溶液とに分離する再生器、分離された溶媒蒸気を凝縮する溶媒凝縮器、前記溶媒を蒸発させる溶媒蒸発器、蒸発した溶媒を前記濃縮吸収溶液に吸収させる吸収器、前記溶媒を吸収して希釈された吸収溶液を前記再生器に還流させるポンプを有する吸収式冷凍機と、
空調流体が循環する空調熱交換器を備えた空調機と、
冷媒圧縮機、冷媒熱交換器、冷媒膨張弁を有する圧縮式冷凍機とからなるハイブリッド空調機であって、
冷房運転時には、前記圧縮式冷凍機と前記吸収器との間で冷媒を循環させる回路と、前記溶媒蒸発器と前記空調熱交換器との間で前記空調流体を循環させる回路に切り替えることにより、蒸発した溶媒が前記濃縮吸収溶液に吸収される際に発生する吸収熱を、前記圧縮式冷凍機の前記冷媒熱交換器で大気に放出し、暖房運転時には、前記圧縮式冷凍機と前記溶媒蒸発器との間で前記冷媒を循環させる回路と、前記吸収器と前記空調熱交換器との間で前記空調流体を循環させる回路に切り替えることにより、大気熱を前記圧縮式冷凍機の前記冷媒熱交換器で吸収し前記溶媒蒸発器で放出することを特徴とするハイブリッド空調機。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド空調機において、前記再生器は、加熱源で低濃度リチウム塩溶液を加熱して溶媒を蒸発させるとともに中濃度リチウム塩溶液を生成する高温再生器と、前記溶媒蒸気の凝縮熱で前記中濃度リチウム塩溶液を再加熱し、前記溶媒を蒸発させるとともに高濃度リチウム塩溶液を生成する低温再生器からなることを特徴とするハイブリッド空調機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸収式冷凍機と圧縮ヒートポンプとを組み合わせたハイブリッド空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
臭化リチウムなどのリチウム塩溶液（吸収溶液）を使用する吸収式冷凍機は、再生器で吸収液を加熱して溶媒蒸気と濃縮吸収溶液とに分離し、冷凍ユニットに供給する。冷凍ユニットは、溶媒蒸気を液化させる溶媒凝縮器、液化溶媒を蒸発させながら作動流体を冷却する溶媒蒸発器、および蒸発した溶媒を濃縮吸収溶液に吸収させながら発生する吸収熱を冷却水に吸熱させて吸収液を冷却し、溶媒蒸発器における液化溶媒の蒸発を持続させる吸収器を備えている。
【０００３】
吸収式冷凍機を用いて冷房運転を行う場合には、溶媒蒸気の凝縮熱および吸収熱を大気中に排出するため、溶媒凝縮器および吸収器に冷却機構が付設され、また、溶媒蒸発器と空調熱交換器との間で空調流体を循環させる。冷却機構は、通常、冷却水の循環によって除熱を行う水冷式冷却塔（クーリングタワー）が採られる。
【０００４】
冷房運転の際の吸収式冷凍機の冷凍能力は、溶媒蒸発器での液化溶媒の蒸発量と比例しており、蒸発量は吸収器での吸収量に依存している。冷凍能力の向上または冷凍ユニットの小型化には、吸収器での溶媒蒸気の吸収効率を向上させることが重要である。吸収効率の向上は、吸収器での吸収液と溶媒蒸気との接触面積を増大させること、および発生した吸収熱を冷却水に迅速に伝達（熱引き）させることにより達成できる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−６１９８６公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
水冷式冷却塔は、水および水に溶けた溶質の除去のために維持、管理（メンテナンス）に手間がかかり、家庭用など小型の空調機では負担が大きく、実用性が低下する原因となっている。空冷式冷却塔を使用すれば維持、管理が容易であるが、水冷式冷却塔が冷却水により４０℃付近まで吸収溶液を冷却できる（空調流体を５〜６℃まで下げられる）のに対し、空冷式冷却塔は空気により吸収溶液を５０℃程度までしか冷却できない（空調流体は約１０℃までしか下げられない）ため、空冷式にて空調流体を５〜６℃まで下げるには溶液濃度を５％程度上げる必要が生じる。溶液濃度を５％程度上げると、溶液の晶析、再生器の温度上昇、それにともなう材料の腐食、水素の発生などの問題が発生する。
【０００７】
この発明の目的は、溶液濃度を上げることなく空調能力の増大が可能であるとともに、維持、管理を容易に行うことのできるハイブリッド空調機の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のハイブリッド空調機は、収溶液を加熱して溶媒と濃縮吸収溶液とに分離する再生器、分離された溶媒蒸気を凝縮する溶媒凝縮器、溶媒を蒸発させる溶媒蒸発器、蒸発した溶媒を濃縮吸収溶液に吸収させる吸収器、溶媒を吸収して希釈された吸収溶液を再生器に還流させるポンプを有する吸収式冷凍機と、空調流体が循環する空調熱交換器を備えた空調機と、冷媒圧縮機、冷媒熱交換器、冷媒膨張弁を有する圧縮式冷凍機とからなるハイブリッド空調機であって、冷房運転時には、圧縮式冷凍機と吸収器との間で冷媒を循環させる回路と、溶媒蒸発器と空調熱交換器との間で空調流体を循環させる回路に切り替えることにより、蒸発した溶媒が濃縮吸収溶液に吸収される際に発生する吸収熱を、圧縮式冷凍機の冷媒熱交換器で大気に放出し、暖房運転時には、圧縮式冷凍機と溶媒蒸発器との間で冷媒を循環させる回路と、吸収器と空調熱交換器との間で空調流体を循環させる回路に切り替えることにより、大気熱を圧縮式冷凍機の冷媒熱交換器で吸収し溶媒蒸発器で放出することを特徴とする。
【０００９】
【発明の効果】
この発明では、冷房運転時に圧縮式冷凍機により吸収器に冷媒を循環させて吸収熱を大気に放出させる。このため、メンテナンスが容易であるとともに、冷房能力が増大でき、かつ吸収式冷凍機の問題を回避できる。また、圧縮式冷凍機はコンパクトであるとともに多量に生産されているため低コストであり、設置スペースの有効利用および低コスト化が可能になり、さらに冷房運転と暖房運転が１つの設備で可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明を図に示す実施例とともに説明する。図１は本実施例にかかるハイブリッド空調機１および冷房運転時の作動流体の流れを、図２は本実施例にかかるハイブリッド空調機１および暖房運転時の作動流体の流れを示す。ハイブリッド空調機１は、臭化リチウム水溶液などのリチウム塩溶液（以下、吸収溶液と称する）を作動流体とした吸収式冷凍機２と、フレオン、炭酸ガスなど圧縮性流体（以下、冷媒と称する）を作動流体とする圧縮式冷凍機３と、該冷媒と同種の流体を空調流体とする空調機４とを組み合わせた構成を有する。
【００１１】
吸収式冷凍機２は、高温再生器２１と、その上方に配された分離器２２と、負圧タンク５とを有し、それぞれが吸収溶液または溶媒の流路で連結されている。高温再生器２１は、溶液ポンプ２３が設けられた低濃度の吸収溶液（淡液と称する）の淡液流路２４を経由して、負圧タンク５の底部から淡液が還流する溶液タンク２５と、該溶液タンク２５を加熱するための加熱源（バーナ）Ｂとを備えている。高温再生器２１で加熱され沸騰した淡液は、分離器２２で水（溶媒）蒸気と、濃縮した中濃度の吸収溶液（中液と称する）とに分離される。
【００１２】
水蒸気と高温度の中液とは、それぞれ溶媒流路２６および中液流路２７を経て、負圧タンク５内の上部に設置された低温再生器５１に、区分して供給される。この際に中液流路２７を流れる高温度の中液と、淡液流路２４を経て溶液タンク２５に還流する淡液とは、熱効率の向上のために高温熱交換器１１で熱交換される。低温再生器５１内には、再生熱交換器５２が備えられ、溶媒流路２６内の水蒸気と中液との熱交換が行われ、水蒸気は凝縮して水となり、この際に生じる凝縮熱で中液は再沸騰し、水蒸気と、高濃度の吸収溶液（濃液と称する）とが生成される。
【００１３】
低温再生器５１で生成した水蒸気は、負圧タンク５内の上部に設置された溶媒凝縮器６に導かれる。
冷房運転時には、図１に示すごとく溶媒凝縮器６内の水蒸気は、バルブ６６を備えた水蒸気流路６０により、後記する圧縮式冷凍機３の送風機３３で強制冷却される外部熱交換器６３に導かれ、凝縮して溶媒容器６２に還流する。凝縮熱は、外部熱交換器６３から大気に放出される。
暖房運転時には、図２に示すごとく溶媒凝縮器６内の水蒸気は、溶媒凝縮器６内に備えられた内部熱交換器６１に空調流体が流れ、内部熱交換機６１の表面で凝縮し、溶媒容器６２に溜まる。凝縮熱は内部熱交換器６１内を流れる空調流体に吸収される。
【００１４】
負圧タンク５の下部には、吸収熱交換器７１を備えた吸収器７と、蒸発熱交換器８１を備えた溶媒蒸発器８とが設けられている。吸収熱交換器７１には、濃液流路６４を経て供給される濃液が上から散布される。この際に、濃液は、淡液流路２４を経て溶液タンク２５に還流する淡液と低温熱交換器１２内で熱交換される。蒸発熱交換器８１には、溶媒容器６２に溜まった水が溶媒流路６５を通して上から散布される。
【００１５】
蒸発熱交換器８１に散布された水は、蒸発熱交換器８１の表面で蒸発し、蒸発熱で蒸発熱交換器８１内を流れる空調流体を冷却する。蒸発した水は、吸収熱交換器７１の表面で濃液に吸収され、この際に発生する吸収熱は、吸収熱交換器７１内を流れる作動流体に吸収される。
【００１６】
圧縮式冷凍機３は、冷媒圧縮機３１と、該冷媒圧縮機３１に冷媒流路３０で連結された冷媒熱交換器３２および膨張弁３４を備えている。冷媒熱交換器３２には送風機３３が付設されている。
【００１７】
冷房運転時には、冷媒は冷媒圧縮機３１により圧縮され高温となり、冷媒熱交換器３２において送風機３３によって冷却され凝縮熱を大気に放出する。凝縮された冷媒は膨張弁３４で膨張して低温になり、吸収熱交換器７１に供給される。低温になった冷媒は吸収熱交換器７１の表面で発生した吸収熱を吸収して吸収液を冷却する。すなわち、圧縮式冷凍機３は、吸収熱交換器７１で発生する吸収熱を、迅速に大気に放出する作用を有し、ハイブリッド空調機１の冷房能力を増大させている。
【００１８】
暖房運転時には、冷媒は膨張弁３４により膨張され、冷媒熱交換器３２において送風機３３によって給熱され蒸発し、蒸発熱として大気熱を吸収する。蒸発した冷媒は冷媒圧縮機３１により圧縮されて高温となり、蒸発熱交換器８１に供給される。冷媒は蒸発熱交換器８１内で凝縮し、凝縮熱を蒸発熱交換器８１の表面で発生した溶媒蒸気に蒸発熱として供給する。すなわち、圧縮式冷凍機３は、冷媒熱交換器３２で得た大気熱を、迅速に蒸発熱交換器８１で発生する溶媒蒸気に供給する作用を有し、ハイブリッド空調機１の暖房能力を増大させている。
【００１９】
空調機４は、空調流体が冷媒と同種物質であり、ポンプ４１と、該ポンプ４１に空調流路４０で連結された室内熱交換器などの負荷４２とを備える。
【００２０】
冷媒流路３０、空調流路４０、内部熱交換器６１、吸収熱交換器７１および蒸発熱交換器８１は、冷房運転と暖房運転との切り替えを可能とするために、２つの四方弁９１、９２および１つの三方弁９３で連結されている。また、冷房運転と暖房運転で冷媒の流れを逆転させる必要があるため、冷媒流路３０において、冷媒圧縮機３１と冷媒熱交換器３２との間にも四方弁９４を備えている。
【００２１】
四方弁９１は、第１ポートが吸収熱交換器７１、第２ポートが空調流路４０における負荷４２、第３ポートが冷媒流路３０における膨張弁３４、第４ポートが蒸発熱交換器８１と連結している。四方弁９２は、第１ポートが蒸発熱交換器８１、第２ポートが空調流路４０におけるポンプ４１、第３ポートが冷媒流路３０における四方弁９４、第４ポートが内部熱交換器６１および三方弁９３と連結している。四方弁９４は、第１ポートが冷媒圧縮機３１の入側、第２ポートが四方弁９２、第３ポートが冷媒熱交換器３２、第４ポートが冷媒圧縮機３１の出側と連結している。
【００２２】
冷房運転時には、冷媒は、吸収熱交換器７１で生じる吸収熱を吸収して、圧縮式冷凍機３で大気に放出する。そこで、四方弁９１では第３ポートから第１ポートへ、四方弁９２では第４ポートから第３ポートへ、三方弁９３では吸収熱交換器７１から四方弁９２へ冷媒が流れるように流路を切り替える。四方弁９４では、冷媒凝縮熱を大気中に放出するため、第２ポートから第１ポートを経て冷媒圧縮機３１へ入り、第４ポートから第３ポートを経て冷媒熱交換器３２に送られるように流路を切り替える。
【００２３】
空調流体は、負荷４２で室内熱を吸収し、蒸発熱交換器８１で蒸発熱として放出する。そこで、四方弁９１では第２ポートから第４ポートへ、四方弁９２では第１ポートから第２ポートへ空調流体が流れるように流路を切り替える。
【００２４】
暖房運転時には、冷媒は、圧縮式冷凍機３で大気熱を吸収して、蒸発熱交換器８１で蒸発熱として放出する。そこで、四方弁９１では第４ポートから第３ポートへ、四方弁９２では第３ポートから第１ポートへ冷媒が流れるように流路を切り替える。四方弁９４では、大気熱を冷媒蒸発熱として吸収するため、第３ポートから第１ポートを経て冷媒圧縮機３１へ入り、第４ポートから第２ポートを経て蒸発熱交換器８１、膨張弁３４、冷媒熱交換器３２の順に送られるように流路を切り替える。
【００２５】
空調流体は、吸収熱交換器７１で吸収熱を、内部熱交換器６１で凝縮熱を吸収し、負荷４２で室内へ放出する。そこで、四方弁９１では第２ポートから第１ポートへ、四方弁９２では第４ポートから第２ポートへ、三方弁９３では吸収熱交換器７１から内部熱交換器６１へ空調流体が流れるように流路を切り替える。
【００２６】
ハイブリット空調機１では、メンテナンスが容易で、量産されている圧縮式冷凍機３により冷房または暖房運転をアシストする。このため実用性が高く、また、外気温度が高くても冷媒から大気への放熱が不十分になることはなく、逆に低くても冷媒への大気熱の吸収が不十分になることはない。
また、３つの四方弁９１、９２、９４と１つの三方弁９３の流路を切り替えるだけで冷房運転と暖房運転の切り替えが可能となる。
【００２７】
〔変形例〕
本実施例では冷房運転時に水蒸気流路６０を用いて、溶媒凝縮器６内の水蒸気を凝縮させるようにしたが、吸収熱交換器７１を通った後の冷媒が、溶媒凝縮器６の内部熱交換器６１に流れる回路にして、水蒸気の凝縮熱が内部熱交換器６１内を流れる冷媒に吸収されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例のハイブリッド空調機の概略図と冷房運転時の作動流体の流れを示すものである。
【図２】本実施例のハイブリッド空調機の概略図と暖房運転時の作動流体の流れを示すものである。
【符号の説明】
２１　高温再生器
３１　冷媒圧縮機
３４　膨張弁
４２　負荷
５　　負圧タンク
５１　低温再生器
６　　溶媒凝縮器
７　　吸収器
８　　溶媒蒸発器
【図１】
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【図２】
2004116806.tif 000004