JP2728362B2 - 吸収式冷凍装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、アンモニア、リチウ
ム・ブロマイドなどの水溶液を作動液として用いた吸収
式冷凍装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アンモニア、リチウム・ブロマイドなど
の水溶液（作動液）を用いた吸収式冷凍装置は、作動液
を発生器で加熱して沸騰させる。この沸騰によりアンモ
ニアなど冷媒の蒸気を発生させ、この冷媒の蒸気を凝縮
器で液化させ、膨張弁を経て低圧の蒸発器に流し込み、
冷凍作用を行わせる。蒸発器で再び蒸発した冷媒は吸収
器に入り、冷媒の蒸発により希薄になった発生器内の作
動液（水溶液）に吸収させる。この吸収液として作用す
る作動液は、発生器と吸収器の圧力差を利用して、連結
パイプを通じて吸収器に供給される。アンモニアガス
（溶剤）の吸収により高濃度となった作動液はポンプで
発生器に循環させる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この吸収式冷凍装置に
おいて、作動液が沸騰している発生器内から吸収器に向
かって作動液を圧力差により供給する際、沸騰などによ
り生じて作動液中に混入している気泡が連結パイプに吸
い込まれる。この気泡の吸込量が多くなると、吸収器に
供給される作動液のアンモニア濃度が大きくなり、吸収
能力が悪くなって運転効率が低下したり、作動不良が生
じたりするなどの問題が生じる。この発明の目的は、発
生器の作動液を吸収液として吸収器に供給する際、供給
作動液中に気泡が混入することを防止でき、効率の向上
と円滑な運転とが達成できる吸収式冷凍装置の提供にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、冷媒と吸収
液とを混合した加熱容器内の作動液を加熱して冷媒と吸
収液の混合作動液蒸気を発生させる発生器と、該混合作
動液蒸気を精留して冷媒成分を濃縮する精留器と、該濃
縮された混合作動液蒸気のガス冷媒成分を凝縮させる凝
縮器と、該凝縮器で凝縮させた液冷媒を蒸発させる蒸発
器と、該蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を前記発生器から供
給される作動液中に吸収させる吸収器とを備えた吸収式
冷凍装置において、前記加熱容器内には、前記吸収器へ
の連結パイプの基端部が底部近くまで下方に指向すると
ともに前記作動液中に浸漬して差し込まれ、該基端部の
先端部を包む防泡ケーシングが設けられ、該防泡ケーシ
ングには、前記基端部に設けられた入口穴より上位に作
動液を吸い込むための吸込孔を設け、該吸込孔の上位に
気泡を排出するための排出孔を設け、かつ前記連結パイ
プの入口穴付近において、前記防泡ケーシングの断面積
を、該防泡ケーシング内の気泡の浮力による上昇速度Ｖ
1 が、防泡ケーシング内の作動液の下降速度Ｖ2 より大
きくなるように設定した。請求項２に記載の構成では、
防泡ケーシングを、筒体の上端および下端を塞いで形成
し、前記吸込孔を該筒体に空けられた吸込小穴群で形成
した。

【０００５】

【発明の作用・効果】この発明では、連結パイプの先端
に設けた防泡ケーシングで加熱容器内の作動液の沸騰に
より発生する気泡が連結パイプの入口穴に直接に侵入す
ることを防止する。微細な気泡は、防泡ケーシングの吸
込孔から作動液とともに防泡ケーシング内に吸い込まれ
るが、気泡の浮力による上昇速度は防泡ケーシング内で
の作動液の降下速度より大きく設定されているので、気
泡が入口穴から連結パイプ内に侵入することが防止され
る。

【０００６】

【実施例】図４および図５は、アンモニア水溶液を作動
液とする吸収式冷凍装置１００を用いた冷暖房給湯装置
を示す。この発明の吸収式冷凍装置１００は、アンモニ
アガスを発生させる発生器１、冷房運転時には凝縮器と
して作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する熱源
側熱交換器１１、冷房運転時には蒸発器として作用し、
暖房運転時には凝縮器として作用する利用側熱交換器
３、および吸収器４を備える。熱源側熱交換器１１と利
用側熱交換器３との間には、液冷媒とガス冷媒とを熱交
換させる冷媒間熱交換器２が配設されている。発生器１
の上方には順に精留器１２および分縮器１３が重ねて設
けられている。

【０００７】これら機器は作動液流通路で連結され、分
縮器１３、熱源側熱交換器１１、冷媒間熱交換器２、利
用側熱交換器３を連結する作動液流通路には流路切換の
ための第１四路切換弁２１および第２四路切換弁２２が
介装されている。冷媒間熱交換器２は、内管２ａと外管
２ｂとからなる二重管式熱交換器であり、内管２ａ内は
液冷媒専用流通路とされ、外管２ｂ内はガス冷媒専用流
通路となっている。第１四路切換弁２１は、冷房運転時
には発生器１からのガス冷媒を熱源側熱交換器１１へ流
入させ、かつ冷媒間熱交換器２の外管２ｂからのガス冷
媒を吸収器４へ流入させる。暖房運転時には、切り換え
られて、発生器１からのガス冷媒を利用側熱交換器３へ
流入させ、且つ熱源側熱交換器１１からのガス冷媒を吸
収器４側へ流入させる。

【０００８】第２四路切換弁２２は、冷房運転時には利
用側熱交換器３からのガス冷媒を冷媒間熱交換器２の外
管２ｂ側へ流入させ、かつ冷媒間熱交換器２の外管２ｂ
からガス冷媒を吸収器４へ流入させる。吸収器４には、
吸収容器４１内の最上段部に作動液の散布器４２が設け
られている。吸収器４においてガス冷媒が、発生器１か
ら吸収器４に供給され、散布器４２から吸収容器４１内
に散布された作動液（吸収液）中に吸収される。暖房運
転時には、切り換えられて、発生器１からのガス冷媒を
利用側熱交換器３へ流入させ、かつ冷媒間熱交換器２の
外管２ｂからのガス冷媒を吸収器４へ流入させる。

【０００９】発生器１は、図１および図２に示す如く、
加熱容器５およびガスバーナ６を備える。加熱容器５
は、希溶液となっているアンモニア水溶液（アンモニア
希溶液）を１０〜２０気圧、２００℃程度に加熱して沸
騰させ、アンモニアと水の混合蒸気を発生させる。加熱
容器５は、上方が全面開口して後述する精留器に連通さ
せる縦型円筒体５１と、該円筒体５１の下部に溶接され
た底板５２とを備える。底板５２は、下方に膨出した球
殻状を呈し、外周が円筒体５１の下部内周壁に溶接され
ている。なお、底板５２を球殻状に形成したのは、薄い
肉厚で加熱容器内の高圧に耐えるためである。

【００１０】底板５２の下は、ガスバーナ６の燃焼室６
０となっており、燃焼室６０の底部には強制送風式の全
一次燃焼式ガスバーナ６が装着されている。ガスバーナ
６は、多数の炎孔が所定のパターンで空けられたセラミ
ック製で円形の燃焼板６１と、該燃焼板６１を円筒体５
１の下端に取り付けるための燃焼板保持枠６２とを備え
る。燃焼板保持枠６２には、燃焼板６１およびその下方
に混合気の均一分布を図るための多孔板６３が嵌め込ま
れ、燃焼板６１の上面の縁は円環状の縁金６４で押さえ
ている。燃焼板６１の上方には、筒体７１を貫通して、
点火用電極Ｓおよび失火検出用フレームロッドＦが装着
されている。

【００１１】燃焼板保持枠６２の下面には、燃焼用空気
と燃料ガスとの混合管を兼ねたハウジング６５が締結さ
れている。ハウジング６５には接線方向に矩形筒状の空
気導入通路６６が設けられ、該空気導入通路６６には下
流側に複数のガス噴出穴が列設されたガスノズル管６７
が交差するように差し込まれている。空気導入通路６６
にはブロワＢから燃焼用空気が供給され、ガスノズル管
６７にはガス源Ｇから燃料ガスが供給される。加熱容器
５の外周には、該加熱容器５の外周に円筒状閉空間７０
を形成する外筒７が同軸的に設けられている。外筒７
は、筒体７１と、その上端と円筒体５１との間隙を塞ぐ
環状上板７２、下端につながる環状下板７３とからな
り、筒体７１の内周壁には断熱材７４が張られている。
筒体７１および断熱材７４の上端には排気穴７５が空け
られ、排気筒７６が水平方向に突設されている。

【００１２】加熱容器５の外周壁には吸熱フィンとして
のコルゲートフィン５６が、半ピッチをずらして上下方
向に５段にろう付け等により接合されて円筒状閉空間７
０内に位置している。この発生器１では、ガスバーナ６
の全一次燃焼による燃焼ガスが、燃焼室６０から、コル
ゲートフィン５６を通って上昇し、排気穴７５から排気
筒７６を経て外部に排出される。この間において、ガス
バーナ６での発熱は、加熱容器５の底板５２を介して内
部の作動液に伝達され、残余の熱エネルギーはコルゲー
トフィン５６および円筒体５１に吸熱されて作動液に供
給される。

【００１３】加熱容器５の中心には、上方から連結パイ
プ８の基端部８０が底部近くにまで差し込まれている。
連結パイプ８は、アンモニアの蒸発によりアンモニア希
溶液となった作動液を高圧の加熱容器５内から低圧の吸
収容器４１内の散布器４２（図４、図５参照）に流通さ
せる。連結パイプの基端部８０は、加熱容器５の中心部
に垂下した断面円形の垂下管８１、直交ジョイント８
２、および連結管８３からなり、垂下管８１の下端が作
動液の入口穴８４となっている。この入口穴８４は加熱
容器５内において、アンモニア濃度の低い希溶液が存在
する底部近くに位置している。垂下管８１の下側部８５
には、気泡の吸込を防止するための防泡ケーシング９が
装着されている。

【００１４】防泡ケーシング９は、垂下管８１の中間位
置から下端より幾分下位までを包んで垂下管８１と同軸
的に配された円筒体９１と、該円筒体９１の上端と垂下
管８１との間を塞ぐとともに、垂下管８１の中間部外周
壁に固着された環状の上栓９２、および入口穴８４の下
方に位置する円筒体９１の下端を塞ぐ円板状の下栓９３
とからなる。円筒体９１の連結パイプの入口穴８４より
上位（例えば１０ｍｍ以上）に作動液を吸い込む吸込孔
９４を設け、該吸込孔９４の上位に気泡の排出穴９５を
設けてある。この実施例では、吸込孔９４および排出穴
９５は、円筒体９１の壁面の全周にマトリクス状に周設
した直径１〜３ｍｍ（この実施例では２ｍｍ）の小孔群
（約４０個）からなる。このように吸込穴９４は小孔群
とすることにより、吸込孔が広範囲にわたって複数化さ
れるため、全ての吸込孔９４が気泡で覆われてしまい、
気泡が防泡ケーシング９内に大量に侵入する不具合を防
止できる。

【００１５】図３に示す如く、連結パイプ８の垂下管８
１の外周と防泡ケーシング９の円筒体９１の内周との間
の環状流路９０の断面積をつぎのように設定している。
吸込孔９４から防泡ケーシング９内に吸い込まれた気泡
Ｋが浮力により上昇する上昇速度をＶ1 、入口穴８４か
らの作動液の最大流量時（冷房又は暖房における能力最
大時）における環状流路９０内の作動液の下降速度をＶ
2 とすると、Ｖ1 ＞Ｖ2 とする。

【００１６】これにより、沸騰により生じて作動液内に
混入した気泡は、まず防泡ケーシング９により入口穴８
４に接近することが阻止される。つぎに吸込孔９４は複
数化された小穴群として広範囲にわたるため、気泡は吸
込孔９４から防泡ケーシング９内に侵入しにくい。それ
でも微細な気泡は吸込孔９４から円筒体９１内に吸い込
まれる。しかるにＶ1 ＞Ｖ2 となるように環状流路９０
の断面積（例えば２００ｍｍ² ）が設定してあるので、
気泡Ｋは円筒体９１内の作動液の降下流動に抗して円筒
体９１内を上昇し、排出穴９５群から外へ排出される。
これにより、気泡Ｋが連結パイプ８を通って吸収器４に
入ることは阻止される。なお、この実施例では防泡ケー
シング９は、直径または断面積が変化したり、任意の断
面形を有する筒体であっても、上記Ｖ1 ＞Ｖ2 の条件が
満たされればよい。また、上記実施例では排出穴９５を
小穴群としたが、気泡を排出する適度な面積を備えるな
らば小穴群ではなくても良く、排出穴９５を上栓９２に
設けてもよい。

【００１７】つぎに、冷暖房給湯装置１００の作動を説
明する。ガスバーナ６によって発生器１の加熱容器５内
の作動液を加熱すると、該作動液から冷媒であるアンモ
ニアと吸収液である水との混合蒸気が発生し、この混合
蒸気が精留器１２を通って上昇する。この精留器１２で
は、５段の貯液棚１Ａ〜１Ｅが形成されており、吸収器
４から発生器１に供給される作動液（アンモニア濃溶
液）が上段の貯液棚から順次下段の貯液棚へ流下する。
精留器１２では、下方から上昇するアンモニアと水の混
合蒸気が各貯液棚を通過するたびに、温度降下と、上方
からのアンモニア濃溶液との接触とにより混合蒸気中の
アンモニア濃度が上昇する。そして精留器１２で濃縮さ
れた混合蒸気は、さらに上段の分縮器１３で吸熱され、
水のみが凝縮して分離されて約９９．８％のアンモニア
ガスとなる。

【００１８】〔冷房運転、図４参照〕図４に示す如く、
このガス冷媒は矢印Ｌで示すように第１四路切換弁２１
を経て凝縮器として作用する熱源側熱交換器１１へ供給
される。熱源側熱交換器１１では、ファンＥにより空冷
されて凝縮熱を放出して液化しアンモニア液（液冷媒）
となる。この液冷媒は、冷媒間熱交換器２の内管２ａを
通って減圧機構として作用するキャピラリチューブ２３
で減圧された後、二重管構造の利用側熱交換器（蒸発器
として作用する）３へ流入する。液冷媒は、利用側熱交
換器３で室内機からポンプＰ1 の駆動により利用側熱媒
体流路３１を介して供給される利用側熱媒体（本実施例
では、水）と熱交換して蒸発し（水は冷却されて冷房用
冷熱源となる）、再度ガス冷媒となる。このガス冷媒
は、第２四路切換弁２２を通って冷媒間熱交換器２の外
管２ｂに送られ、そこで熱源側熱交換器１１からの液冷
媒（内管２ａ内を通る）を予冷し且つ自らは予熱された
後、第１四路切換弁２１および第２四路切換弁２２を経
て、吸収器４へ送給される。

【００１９】このガス冷媒は、吸収器４において発生器
１から吸収器４に供給された作動液中に再度吸収させ
る。すなわち、吸収器４の容器４１内の最上段部には作
動液の散布器４２が設けられており、散布器４２に対し
て矢印Ｌ1 で示すように発生器１から精留器内熱交換器
２６で冷却され、減圧機構として作用するキャピラリチ
ューブ２４を介して作動液（３％アンモニア希溶液）が
供給される。このアンモニア希溶液は吸収容器４１内で
散布器４２から散布され、利用側熱交換器３から吸収器
容器４１内に供給されるガス冷媒を吸収して吸収器容器
４１の底部にある液溜まり４３に落下する。液溜まり４
３の作動液（アンモニア濃溶液）は、ポンプＰ2 により
図４中の矢印Ｌ2 、Ｌ3 で示すように圧送される。この
間において、分縮器１３の熱交換器２５および吸収熱回
収用の吸収器４内の熱交換器４４で熱交換して加熱され
たあと、精留器１２内の最上段の貯液棚１Ａへ供給され
る。

【００２０】〔暖房運転、図５参照〕図５に示す如く、
第１四路切換弁２１および第２四路切換弁２２が切り換
わり、冷凍回路を流通するガス冷媒（アンモニアガス）
の流れ方向が切り換えられる。分縮器１３で生成された
ガス冷媒（濃度９９．８％）は矢印Ｌ4 で示すように第
１四路切換弁２１および第２四路切換弁２２を通って凝
縮器として作用する利用側熱交換器３に流入し、利用側
熱媒体流路３１を通って室内機から供給される利用側熱
媒体（本実施例では、水）と熱交換して凝縮する。水は
これにより加熱され、室内機での暖房用熱源となる。

【００２１】利用側熱交換器３で液化した冷媒は、キャ
ピラリチューブ２３で減圧されたあと、冷媒間熱交換器
２の内管２ａを通って蒸発器として作用する熱源側熱交
換器１１に供給されて蒸発し、さらに第１四路切換弁２
１、冷媒間熱交換器２の外管２ｂ、第２四路切換弁２２
を経て吸収器４に供給される。なお、発生器１などでの
水−アンモニア混合蒸気の発生・精留・分縮と、吸収器
におけるアンモニアガス冷媒の吸収とは、図４に示す冷
房運転時と同様であり、その間の作動液（アンモニア濃
溶液とアンモニア希溶液）の流れも図４と同様である。

【００２２】この実施例では、吸収器４内には吸収熱回
収用の熱交換器４４のほかに、給湯などの熱源用の熱交
換器４５および冷暖兼用熱交換器４６が設けてある。給
湯など熱源用の熱交換器４５は、給湯タンク１４、風呂
１５、浴室乾燥器１６などにポンプＰ3 を介して接続さ
れて湯を熱媒体とした給湯サイクルを構成している。冷
暖兼用熱交換器４６の入口側と出口側とには、利用側熱
交換器３の入口における利用側熱媒体流路３１から三方
切換弁Ｕ1 を介して分岐された分岐往路３２と、三方切
換弁Ｕ1 の下流側に合流する分岐復路３３側とがそれぞ
れ接続されている。また、放熱用熱交換器３４およびポ
ンプＰ4 を接続する冷却水流路３５におけるポンプＰ4
の出口側は、分岐往路３２に対して三方切換弁Ｕ2 を介
して接続される一方、冷却水流路３５における放熱用熱
交換器３４の入口側は、分岐復路３３に対して三方切換
弁Ｕ3 を介して接続されている。

【００２３】ここで三方切換弁Ｕ2 、Ｕ3 は、冷房運転
時においては図４に示すように、冷却水流路３５側が
開、分岐往路３２および分岐復路３３側が閉となり、暖
房運転時においては図５に示すように、冷却水流路３５
側が閉、分岐往路３２および分岐復路３３が開となるよ
うに制御されることとなっている。従って、冷房運転時
においては、冷暖兼用吸収器内の熱交換器４６へは利用
側熱媒体は供給されず、放熱用熱交換器３４からの冷却
水が供給され、暖房運転時においては、熱交換器４６へ
は利用側熱媒体が供給され、放熱用熱交換器３４からの
冷却水は供給されない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる吸収式冷凍装置の発生器の正
面断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１の要部拡大図である。

【図４】吸収式冷凍装置を用いた冷暖房装置の概略構成
図である。

【図５】吸収式冷凍装置を用いた冷暖房装置の概略構成
図である。

【符号の説明】

１ 発生器 ２ 冷媒間熱交換器 ３ 利用側熱交換器 ４ 吸収器 ５ 加熱容器 ６ ガスバーナ ７ 外筒 ８ 連結パイプ ９ 防泡ケーシング １１ 熱源側熱交換器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒と吸収液とを混合した加熱容器内の
   作動液を加熱して冷媒と吸収液の混合作動液蒸気を発生
   させる発生器と、該混合作動液蒸気を精留して冷媒成分
   を濃縮する精留器と、該濃縮された混合作動液蒸気のガ
   ス冷媒成分を凝縮させる凝縮器と、該凝縮器で凝縮させ
   た液冷媒を蒸発させる蒸発器と、該蒸発器で蒸発した冷
   媒蒸気を前記発生器から供給される作動液中に吸収させ
   る吸収器とを備えた吸収式冷凍装置において、 前記加熱容器内には、前記吸収器への連結パイプの基端
   部が底部近くまで下方に指向するとともに前記作動液中
   に浸漬して差し込まれ、該基端部の先端部を包む防泡ケ
   ーシングが設けられ、 該防泡ケーシングには、前記基端部に設けられた入口穴
   より上位に作動液を吸い込むための吸込孔を設け、該吸
   込孔の上位に気泡を排出するための排出孔を設け、 かつ前記連結パイプの入口穴付近において、前記防泡ケ
   ーシングの断面積を、該防泡ケーシング内の気泡の浮力
   による上昇速度Ｖ1 が、防泡ケーシング内の作動液の下
   降速度Ｖ2 より大きくなるように設定したことを特徴と
   する吸収式冷凍装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、防泡ケーシングは、
   筒体の上端および下端を塞いで形成され、前記吸込孔は
   該筒体に空けられた吸込小穴群であることを特徴とする
   吸収式冷凍装置。