JP2002267292A - 冷凍機用脱気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価な手段にて不凝縮ガスを冷凍機外に排出
する。 【解決手段】 吸着式冷凍機１と独立して設けられた循
環回路５１にアスピレータ５４を設ける。これにより、
アスピレータ（流体流ポンプ）５４を駆動する流体（駆
動流体）と吸着式冷凍機１内を循環する熱媒体とが分離
した状態となり、駆動流体中から真空ポンプにて不凝縮
ガス等の気相成分を吸引排出する必要がない。したがっ
て、部品点数を削減する（真空ポンプを廃止する）こと
ができるので、安価な手段により不凝縮ガスを速やかに
排出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、密閉された系内で
冷媒を蒸発及び凝縮させる冷凍機に適用され、冷凍機内
の不凝縮ガスを系外に放出する冷凍機用脱気装置に関す
るもので、特に、吸着式冷凍機や吸収式冷凍機に適用し
て有効である。

【０００２】

【従来の技術】吸着式冷凍機は、周知のごとく、シリカ
ゲル等の吸着剤が水蒸気を吸着する作用を利用したもの
あり、具体的には、略真空状態に保たれた吸着器内に封
入された水等の液相冷媒が気化する際の吸熱により冷凍
能力を得るとともに、気化した蒸気冷媒を吸着剤にて吸
着して液相冷媒を連続的に気化させるものである。

【０００３】なお、吸着器内の液相冷媒が全て蒸発した
とき、又は吸着剤の吸着能力が飽和して（吸着剤の吸着
量が限界に達して）吸着器内の圧力が上昇し、液相冷媒
の蒸発が停止したとき等には、吸着剤を加熱して吸着し
た気相冷媒（水蒸気）を吸着剤から脱離再生させる。

【０００４】ところで、吸着器内では、前述のごとく、
吸着剤の加熱及び発生した冷凍能力の回収等の行為が行
われるので、これらの行為を行うための熱交換器が吸着
器内に収納されている。そして、熱交換器の材質として
は、一般的にアルミニウム等の熱伝導率の大きく、加工
性に優れた金属が採用されている。

【０００５】このとき、例えば冷媒を水（Ｈ₂Ｏ）と
し、熱交換器をアルミニウムとした場合には、アルミニ
ウム（Ａｌ）が冷媒中の水素（Ｈ）よりイオン化傾向が
大きいため、アルミニウムと水とが化学反応して水素ガ
ス（Ｈ₂）が発生してしまう。

【０００６】そして、水素ガスが発生すると、吸着剤の
細孔内に凝縮しない水素ガスが溜まるので、水蒸気の吸
着が阻害され、吸着剤の吸着能力が低下してしまうの
で、冷媒の蒸発量が減少し、冷凍能力が低下する。

【０００７】そこで、特開平６−７４６１４号公報に記
載の吸収式冷凍機では、吸収器とパラジウムセルとを連
通させて、系内から水素ガス（不凝縮ガス）を選択的に
透過排出し、吸着器内の真空度を維持していた。

【０００８】また、特開平５−５２４５２号公報に記載
の吸収式冷凍機では、吸収液をエジェクタに循環させる
ことにより吸収液と共に水素ガス（不凝縮ガス）を吸引
し、その吸引したものを、一旦、タンクに蓄えた後、真
空ポンプにて水素ガス（不凝縮ガス）のみ系外に放出し
て吸着器内の真空度を維持していた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平６−７
４６１４号公報に記載の発明では、パラジウムセルにて
不凝縮ガスを排出（脱気）しているので、水素ガス以外
の不凝縮ガスを排出することができない。しかも、パラ
ジウムセルは非常に高価であるため、冷凍機の製造原価
上昇を招いてしまう。

【００１０】また、特開平５−５２４５２号公報に記載
の発明では、最終的な不凝縮ガスの排出に真空ポンプを
用いているので、冷凍機の製造原価低減を図ることが難
しい。

【００１１】本発明は、上記点に鑑み、安価な手段にて
不凝縮ガスを冷凍機外に排出することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１に記載の発明では、密閉された
系内で冷媒を蒸発及び凝縮させる冷凍機（１、６０）に
適用され、冷凍機（１、６０）内の不凝縮ガスを系外に
放出する冷凍機用脱気装置であって、冷凍機（１、６
０）と独立して設けられ、流体を循環させる流体循環回
路（５１）と、流体循環回路（５１）に設けられ、流体
の噴流により気体を吸引する流体流ポンプ（５４）と、
流体流ポンプ（５４）の吸引部（５４ａ）と冷凍機
（１、６０）とを接続する吸引回路（５５）とを有する
ことを特徴とする。

【００１３】これにより、流体流ポンプ（５４）を駆動
する流体（以下、駆動流体と呼ぶ。）と冷凍機（１、６
０）内を循環する熱媒体とが分離した状態となる。した
がって、駆動流体中から真空ポンプにて不凝縮ガス等の
気相成分を吸引排出する必要がないので、部品点数を削
減する（真空ポンプを廃止する）ことができる。

【００１４】また、パラジウムセルを使用せず、流体流
ポンプ（５４）にて機械的に気相成分を吸引するので、
水素ガス以外の不凝縮ガスも排出することができる。

【００１５】以上に述べたように、本発明によれば、安
価な手段により不凝縮ガスを速やかに排出することがで
きるので、冷凍機の製造原価上昇を抑制できる。

【００１６】ところで、後述するように、駆動流体の温
度が低いほど、吸引部（５４ａ）の圧力が低下するの
で、請求項２に記載の発明のごとく、駆動流体を冷却す
れば、吸引部（５４ａ）の圧力を低く維持することがで
き、流体流ポンプ（５４）にて高い吸引能力を発揮させ
ることができる。

【００１７】請求項３に記載の発明では、吸引回路（５
５）には、吸引部（５４ａ）から冷凍機（１、６０）に
向けて気体が流通することを防止する逆止弁（５６ａ、
５６ｂ）が設けられていることを特徴とする。

【００１８】これにより、吸引した気体が逆流すること
を防止できるので、効率的に不凝縮ガスを吸引排出する
ことができる。

【００１９】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る冷凍機用脱気装置（以下、脱気装置と略
す。）を吸着式冷凍機に適用したものであって、図１は
本実施形態に係る吸着式冷凍機１（破線で囲まれた部
分）の模式図である。

【００２１】１０は灯油等の化石（石油）燃料を燃焼さ
せることにより熱を発生し、熱媒体（本実施形態では、
エチレングリコール系の不凍液が混入された水）を加熱
するバーナ（熱源）である。２０（２点差線で囲まれた
範囲）は冷媒（本実施形態では、水）を蒸発又は凝縮さ
せる吸着器であり、３０は室内空気（冷却対象）と熱媒
体とを熱交換する室内熱交換器（以下、室内器と略
す。）であり、４１、４２は吸着器２０から流出する熱
媒体と室外空気（外部）とを熱交換する第１、２室外熱
交換器（以下、第１、２室外器と略す。）である。

【００２２】また、第１、２吸着ユニット２１、２２及
び熱媒体流れを切り換える第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４を
有して構成されたものである。そして、第１、２吸着ユ
ニット２１、２２は、冷媒が封入された略真空のケーシ
ング２１ａ、２２ａ、このケーシング２１ａ、２２ａ内
に収納された冷媒を脱着する吸着剤（本実施形態では、
シリカゲル）２１ｂ、２２ｂ、熱媒体と吸着剤２１ｂ、
２２ｂとを熱交換する第１熱交換器２１ｃ、２２ｃ、及
びケーシング２１ａ、２２ａ内に封入された冷媒と熱媒
体とを熱交換する第２熱交換器２１ｄ、２２ｄ等からな
る周知のものである。

【００２３】ここで、吸着剤２１ｂ、２２ｂは、周知の
ごとく、気相冷媒を吸着する際に熱を発生し、かつ、加
熱されることによりその吸着した冷媒を脱離するもので
あり、第１熱交換器２１ｃ、２２ｃの表面に接着剤（本
実施形態では、エポキシ系の接着剤）に接着されてい
る。

【００２４】なお、図１では熱媒体を循環させるポンプ
は省略されており、ポンプ、第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ
４、バーナ１０及び後述する脱気装置５０は、電子制御
装置（図示せず。）により制御されている。

【００２５】また、二点差線で囲まれた部分は、本実施
形態に係る脱気装置５０であり、５１は吸着式冷凍機１
と独立して設けられて流体（本実施形態では、水）を循
環させる流体循環回路（以下、循環回路と略す。）５１
であり、５２は循環回路５１に流体を循環させるポンプ
であり、５３は流体を溜めるとともに、大気側に開放さ
れたリザーブタンクである。

【００２６】また、循環回路５１には、流体の噴流によ
り気体を吸引するアスピレータ（流体流ポンプ）５４が
設けられているとともに、このアスピレータ５４の吸引
部５４ａには、吸引部５４ａと吸着式冷凍機１の冷媒凝
縮部（ケーシング２１ａ、２２ａのうち第２熱交換器２
１ｄ、２２ｄ側の空間であって、不凝縮ガスが溜まり易
い部位）２１ｅ、２２ｅとを接続する吸引回路５５が設
けられている。

【００２７】そして、吸引回路５５には、アスピレータ
５４側に吸引された不凝縮ガス（水素ガス）が吸引部５
４ａから冷媒凝縮部２１ｅ、２２ｅに向けて逆流してし
まうことを防止する逆止弁５６ａ、５６ｂ、及び吸引回
路５５を開閉するバルブ５７が配設されている。

【００２８】また、５８は循環回路５１を流通する流体
を冷却する冷却器であり、この冷却器５８は、吸着式冷
凍機１から冷凍能力を得て（本実施形態では、室内器３
０から流出した熱媒体を導入することにより）循環回路
５１を流通する流体を冷却している。

【００２９】次に、本実施形態に係る吸着式冷凍機の概
略作動について述べる。

【００３０】第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４が実線に示す状
態になっているとき（以下、この状態を第１状態と呼
ぶ。）においては、第１吸着ユニット２１内の液相冷媒
が第２熱交換器２１ｄを流通する冷媒から熱を奪って蒸
発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸気）を吸
着剤２１ｂにて吸着する。

【００３１】このとき、第２熱交換器２１ｄにて冷却さ
れた熱媒体が室内器３０に供給されて室内に吹き出す空
気が冷却される。なお、水蒸気を吸着する際に発生する
吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２１ｃを循環する熱
媒体を介して第１室外器４１にて室外に放熱される。

【００３２】一方、第２吸着ユニット２２内の吸着剤２
２ｂは、第１熱交換器２２ｃにてバーナ１０で加熱され
た熱媒体より加熱されて吸着していた冷媒（水分）を脱
離する（再生される）。なお、脱離した水蒸気は第２熱
交換器２２ｄ及び第２室外器４２を介して外気により冷
却されて凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２２ｄ内を
流通する熱媒体に吸熱される。

【００３３】そして、第１状態で所定時間運転し続け、
吸着剤２１ｂの水分吸着能力及び吸着剤２２ｂの水分脱
離量が飽和したときは、第１〜４切換弁Ｖ１〜Ｖ４を破
線に示す状態（以下、この状態を第２状態と呼ぶ。）と
する。

【００３４】これにより、第２吸着ユニット２２内の液
相冷媒が第２熱交換器２２ｄを流通する冷媒から熱を奪
って蒸発するとともに、その蒸発した気相冷媒（水蒸
気）を吸着剤２２ｂにて吸着する。

【００３５】このとき、第２熱交換器２２ｄにて冷却さ
れた熱媒体が室内器３０に供給されて室内に吹き出す空
気が冷却される。なお、水蒸気を吸着する際に発生する
吸着熱（凝縮熱）は、第１熱交換器２２ｃを循環する熱
媒体を介して第１室外器４１にて室外に放熱される。

【００３６】一方、第１吸着ユニット２１内の吸着剤２
１ｂは、第１熱交換器２１ｃにてバーナ１０で加熱され
た熱媒体によって加熱されて吸着していた冷媒（水分）
を脱離する（再生される）。なお、脱離した水蒸気は第
２熱交換器２１ｄ及び第２室外器４２により冷却されて
凝縮し、その凝縮熱が第２熱交換器２１ｄ内を流通する
熱媒体に吸熱される。

【００３７】その後、第１状態と第２状態とを所定時間
毎に交互に行う。なお、所定時間は、吸着剤の水分吸着
特性及び水分脱離特性等を考慮して適宜選定されるもの
である。

【００３８】次に、脱気装置５０の作動について述べ
る。

【００３９】バルブ５７を開くとともに、ポンプ５２を
作動させる。これにより、冷媒凝縮部２１ｅ、２２ｅ内
の気相成分がアスピレータ５４に吸引されて、リザーブ
タンク５３を経て大気中に放出される。

【００４０】このとき、冷媒を吸着している吸着ユニッ
ト内の圧力に対して、冷媒を脱離している吸着ユニット
内の圧力の方が大きいので、アスピレータ５４に吸引さ
れる気相成分の多くは、冷媒を脱離している吸着ユニッ
トの冷媒凝縮部に存在する気相成分となる。このため、
冷媒を脱離している吸着ユニットにおいて、凝縮してい
ない気相成分、つまり、不凝縮ガスがアスピレータ５４
に吸引されて排出されることとなる。

【００４１】因みに、通常の吸着式冷凍機１において、
冷媒を吸着している（吸着行程にある）吸着ユニット内
の圧力は約１０ｍｍＨｇであり、冷媒を脱離している
（脱離行程にある）吸着ユニット内の圧力は約５５ｍｍ
Ｈｇであり、循環回路５１を流通している流体の温度が
約１０℃のときには、図２に示すように、吸引部５４ａ
の圧力は約１２ｍｍＨｇとなる。

【００４２】次に、本実施形態の特徴（作用効果）を述
べる。

【００４３】本実施形態によれば、吸着式冷凍機１と独
立して設けられた循環回路５１にアスピレータ５４を設
けているので、アスピレータ（流体流ポンプ）５４を駆
動する流体（以下、駆動流体と呼ぶ。）と吸着式冷凍機
１内を循環する熱媒体とが分離した状態となる。

【００４４】したがって、駆動流体中から真空ポンプに
て不凝縮ガス等の気相成分を吸引排出する必要がないの
で、部品点数を削減する（真空ポンプを廃止する）こと
ができる。

【００４５】また、パラジウムセルを使用せず、アスピ
レータ５４にて機械的に気相成分を吸引するので、水素
ガス以外の不凝縮ガスも排出することができる。

【００４６】以上に述べたように、本実施形態によれ
ば、安価な手段により不凝縮ガスを速やかに排出するこ
とができるので、吸着式冷凍機の製造原価上昇を抑制で
きる。

【００４７】また、冷却器５８にて駆動流体を冷却して
いるので、図２に示すように、吸引部５４ａの圧力を低
く維持することができ、アスピレータ５４にて高い吸引
能力を発揮させることができる。

【００４８】なお、駆動流体の温度が低いほど、吸引部
５４ａの圧力が低下するが、図２からも明らかなよう
に、駆動流体の温度が例えば３５℃であっても、脱離行
程にある吸着ユニット内の圧力（約５５ｍｍＨｇ）より
低いので、冷却器５８を廃止してもアスピレータ５４に
て十分に不凝縮ガスを吸引排出することができる。

【００４９】また、逆止弁５６ａ、５６ｂを吸引回路５
５に設けているので、脱離行程にある吸着ユニットから
吸引した不凝縮ガスが吸着行程にある吸着ユニット側に
流通してしまうことを防止でき、効率的に不凝縮ガスを
吸引排出することができる。

【００５０】（第２実施形態）第１実施形態では、吸着
式冷凍機に本発明を適用したが、本実施形態は、図３に
示すように、周知の吸収式冷凍機６０に適用したもので
ある。

【００５１】なお、図３中、６１は冷媒（水）を蒸発さ
せる蒸発器であり、６２は蒸発器６１で発生した蒸気を
吸収する吸収器であり、この吸収器６２には臭化リチウ
ム等の吸収液が封入されている。

【００５２】６３は冷媒を吸収した吸収液を加熱して吸
収した冷媒を脱離再生する発生器（再生器）であり、６
４は発生器６３にて再生された気相冷媒を冷却して冷媒
を凝縮させる凝縮器である。

【００５３】６５は冷媒を吸収した吸収液と発生器６３
にて加熱分離された吸収液とを熱交換する熱交換器であ
り、６６は蒸発器６１に流入する冷媒を冷却する熱交換
器であり、６７は蒸発器６１に流入する冷媒を減圧する
減圧器である。

【００５４】６８は発生器６３にて加熱分離された吸収
液を減圧して吸収器６２に戻す減圧器であり、６９は吸
収液を循環させるポンプである。

【００５５】そして、吸収式冷凍機６０では、不凝縮ガ
スは吸収器６２に溜まり易いので、吸引回路５５を吸収
器６２に接続するとともに、逆止弁５６ａ、５６ｂを廃
止している。

【００５６】（その他の実施形態）上述の実施形態で
は、流体の噴流により気体を吸引する流体流ポンプとし
て、アスピレータ５４を用いたが、エジェクタにて流体
流ポンプを構成してもよい。

【００５７】上述の実施形態では、再生用熱源としてバ
ーナを用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、エンジン廃熱等のその他の熱源であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る吸着式冷凍機の模
式図である。

【図２】吸引部の圧力と駆動流体の温度との関係を示す
グラフである。

【図３】本発明の第２実施形態に係る吸収式冷凍機の模
式図である。

【符号の説明】

１…吸着式冷凍機、５０…冷凍機用脱気装置、５１…流
体循環回路、５２…ポンプ、５３…リザーブタンク、５
４…アスピレータ、５５…吸引回路、５６ａ、５６ｂ…
逆止弁、５７…バルブ、５８…冷却器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 密閉された系内で冷媒を蒸発及び凝縮さ
   せる冷凍機（１、６０）に適用され、前記冷凍機（１、
   ６０）内の不凝縮ガスを系外に放出する冷凍機用脱気装
   置であって、 前記冷凍機（１、６０）と独立して設けられ、流体を循
   環させる流体循環回路（５１）と、 前記流体循環回路（５１）に設けられ、流体の噴流によ
   り気体を吸引する流体流ポンプ（５４）と、 前記流体流ポンプ（５４）の吸引部（５４ａ）と前記冷
   凍機（１、６０）とを接続する吸引回路（５５）とを有
   することを特徴とする冷凍機用脱気装置。
2. 【請求項２】 前記冷凍機（１、６０）から冷凍能力を
   得て、前記流体循環回路（５１）を流通する流体を冷却
   する流体冷却器（５８）を有することを特徴とする請求
   項１に記載の冷凍機用脱気装置。
3. 【請求項３】 前記吸引回路（５５）には、前記吸引部
   （５４ａ）から前記冷凍機（１、６０）に向けて気体が
   流通することを防止する逆止弁（５６ａ、５６ｂ）が設
   けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   冷凍器用脱気装置。