JP3174674B2 - 吸収式冷凍機を用いた空調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般の住宅や小規模な建
物などを対象とした吸収式冷凍機を用いた空調装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍機を用いた空調装置は、現
在、ビルあるいは大型店舗などのような産業用、業務用
の設備に主として用いられている。

【０００３】吸収式冷凍機を用いた空調装置の冷房方式
は、再生器で蒸発させた冷媒蒸気を水冷方式の凝縮器で
凝縮させ、この凝縮した冷媒を蒸発器に導いて蒸発させ
るが、その際の蒸発潜熱で空調すべき室内に設けられた
ファンコイルユニットと冷凍機との間を循環する冷熱媒
（通常は水）を冷却する。一方、蒸発した冷媒蒸気は水
冷方式の吸収器で濃溶液（吸収液）に吸収させ、再び再
生器に戻すというサイクルで運転される。

【０００４】この種の吸収式冷凍機を用いた空調装置で
は、室内側ファンコイルユニット内に循環させる冷熱媒
の温度を蒸発器において７℃前後まで冷却し、この冷熱
媒を室内のファンコイル内に循環させて室内空気を冷却
して１２℃前後で蒸発器に戻すようにしている。吸収液
としてリチウムブロマイド水溶液を使用する場合は、吸
収器内の吸収液の温度を４０℃前後に保つことが必要と
なり、この温度を維持するためには冷却塔を屋上などに
設置して水冷回路で冷却する方法が取られている。

【０００５】ところがこのような水冷方式を採用した従
来の吸収式冷凍機を用いた空調装置には次のような問題
がある。

【０００６】（１）吸収器を水冷方式で温度管理してい
るために、設備が大型になるとともに配管が必要にな
り、そのために多くの工事費がかかり、一般の住宅や小
規模の建物の冷房用には不向きである。

【０００７】（２）冷房すべき室内のファンコイルユニ
ットと冷凍機とを冷熱媒循環用の配管で結ぶ必要がある
ために、工事費や設備費が高額になる。これは、吸収液
と冷媒にアンモニア水を使用するアンモニア吸収式冷凍
機についても同じである。

【０００８】そこで本発明者らは、凝縮器と吸収器とを
水冷方式でなく空冷方式で冷却し、冷熱媒を用いる代わ
りに冷房したい空気を直接蒸発器に通して冷却する冷房
サイクル運転を行う空調装置についてすでに特許出願を
している（特願平５−２２３５１号）。

【０００９】図４は上記出願で提案された単効用吸収式
冷凍機を用いた空調装置の一例の要部を示し、図５は同
空調装置の設置状態を示す。

【００１０】空調装置は、図５に示すように、室外機１
と室内機２とから成り、室外機１は図４に示すような構
成で空調しようとする住宅の室５の外に配置され、室内
機２は冷風の吹出し口と室内空気の吸込み口のみを有
し、室５の内部に配置される。室外機１と室内機２は冷
風の送風ダクト３と室内空気の吸気ダクト４とで接続さ
れている。６は、装置の運転のスタートまたはストッ
プ、自動運転の設定または解除、室内温度の設定、冷風
の吹出し風量の調整を行うリモコン操作器である。

【００１１】室外機１の内部は図４に示すような構成に
なっており、吸収液としてリチウムブロマイド水溶液が
用いられ、冷媒として水が用いられる。

【００１２】蒸発器１０は、冷媒を蒸発させ、その蒸発
潜熱によりそこを通過する空気を冷却する機能を有し、
送風ダクト３と吸気ダクト４に接続されている。吸気ダ
クト４内には送風ファン１１が設けられている。

【００１３】再生器１２は、冷媒を吸収して濃度の高く
なった稀吸収液をバーナ１３により加熱することによっ
て冷媒蒸気を発生させるとともに吸収液を濃縮する機能
を有する。バーナ１３へは燃料供給管１４から燃料ガス
が供給され、その燃焼程度は燃料供給制御弁１５により
調節される。

【００１４】凝縮器１６は、再生器１２から送られてく
る冷媒蒸気を空冷ファン１７により冷却して液化する機
能を有し、溶液の濃度を調節するために冷媒の一部を冷
媒タンク１８に蓄える。

【００１５】吸収器２０は吸収液を蓄えており、蒸発器
１０で蒸発した冷媒をその吸収液に吸収させる機能を有
しており、凝縮器１６と同じ空冷ファン１７により空冷
される。冷媒を吸収して濃度の高くなった濃吸収液は一
旦希溶液タンク２１に蓄えられる。

【００１６】２２は、希溶液タンク２１から再生器１２
に向かう濃度の低い低温の稀吸収液と再生器１２から吸
収器２０に向かう濃度の大きい高温の濃吸収液との間で
熱交換を行なう熱交換器、２３は、冷媒を吸収して濃度
の低くなった稀吸収液を希溶液タンク２１から再生器１
２に送出するポンプ、２４は蒸発器１０の上流側と凝縮
器１６の下流側との間に設けられたキャピラリなどの圧
損部材である。

【００１７】Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は弁であり、特に
Ｖ４は希溶液タンク２１から冷媒タンク１８への冷媒の
流れを防止する逆止機能を有する弁である。

【００１８】上記の空調装置は、吸収液を吸収器２０か
ら再生器１２に送出するのにポンプ２３を用いている点
を除き、基本的には各容器の温度を制御することによっ
て各容器間に圧力差を作り、その圧力差で冷媒が送出さ
れ、循環するようにしている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の空調装
置において冷媒吸収用の吸収液として用いられるリチウ
ムブロマイドは、液温が低く濃度が高いほど冷媒吸収能
力は大きいが、逆に結晶化し易い性質がある。そこで冷
凍サイクルの運転に当っては液温があまり低くならずか
つ濃度があまり大きくならないように制御しており、た
とえば液温は３５℃以下とならないように、そして濃度
は６４．８％を越えないようにしている。

【００２０】図Ａに示したような空調装置においては、
再生器１２から吸収器２０や稀溶液タンク２１への配管
３０および４０には高濃度の吸収液が流れるためにそこ
で吸収液が晶析し易い傾向がある。

【００２１】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、その目的は冷媒吸収用吸収液の晶析を効率よく防
止することができる空調装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を吸収
する吸収液を蓄え前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収
液に吸収させる吸収器と、冷媒蒸気を吸収した稀吸収液
をポンプにより送出し加熱して冷媒蒸気と濃吸収液とを
発生する再生器と、該再生器で発生した冷媒蒸気を凝縮
させる凝縮器とを有し、前記蒸発器により空調すべき室
内の空気を直接冷却し、この冷却した空気をダクトを介
して室内に送風して冷房を行う吸収式冷凍機を用いた空
調装置において、空調負荷の増減に応じて前記再生器に
供給する加熱用熱量および前記稀吸収液送出用ポンプの
送出能力を増減させる制御手段を設け、前記吸収器と凝
縮器とを同時に冷却する空冷ファンと、前記凝縮器で凝
縮された冷媒を一旦溜める冷媒タンクとを有し、前記制
御手段は、室温と設定温度との差温を空調負荷として検
出する検出手段と、前記冷媒タンク内の冷媒残量に基づ
いて吸収式冷凍機に供される吸収液の平均濃度を演算す
る第１の演算手段と、前記平均濃度と該平均濃度に対し
て予め定められた吸収液の適正濃度との差を確保するた
めに前記再生器加熱用熱量を演算する第２の演算手段
と、演算した加熱用熱量と前記再生器に供給される加熱
用熱量とに基づいて定められる稀吸収液の適正循環量を
送出するように前記ポンプの送出能力を制御するポンプ
制御手段とを有することを特徴とする。

【００２３】

【作用】本発明によれば、空調負荷が増減するのにとも
ない、記憶手段に予め記憶させてある空調負荷ごとの再
生器加熱用熱量とポンプの送出能力のデータに基づいて
再生器加熱用熱量とポンプの送出能力が増減される。そ
の結果、吸収液の濃縮割合はそのまま維持され、凝縮器
の温度も高温に維持されるため、空冷ファンの回転はそ
のままでよい。

【００２４】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００２５】図１は本発明を実施した単効用吸収式冷凍
機を用いた空調装置の一実施例の要部を示す。本発明に
よる空調装置の設置状態は図５に示したとおりである。

【００２６】本発明による空調装置の構成は図４に示し
たと同じであるからその説明は省略するが、冷媒として
水、吸収液としてリチウムブロマイドが用いられる。

【００２７】以下に図１を参照して本発明による空調装
置の制御に必要な電気回路について説明する。

【００２８】Ｔ１は蒸発器１０の上流側に設けられた室
内温度検出用のセンサ、Ｔ２は蒸発器１０の下流側に設
けられた送風温度検出用のセンサ、、Ｔ３は再生器１２
の液面レベル検出用のセンサ、Ｔ４は再生器１２で加熱
され濃縮された吸収液の温度検出用センサ、Ｔ５は凝縮
器１６で凝縮した冷媒の温度検出用のセンサである。Ｃ
ＰＵ、メモリ、駆動回路からなるコントローラ３０と、
リモコン操作器６（図５参照）からの設定信号を室内機
２の受信部２ａで受け、受信部２ａからの信号を受ける
通信制御器３１とが設けられており、コントローラ３０
はセンサＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５からの信号と、
通信制御器３１からの信号とを受け、送風ファン１１、
空冷ファン１７、ポンプ２３、燃料供給管１４の燃料供
給制御弁１５、弁Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の動作
を制御するようになっている。

【００２９】次に図２を参照して冷房サイクルの動作を
説明する。

【００３０】運転開始前は、弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５は閉じ
ており、弁Ｖ２は開いている。再生器１２は空の状態に
なっている。

【００３１】リモコン６の運転ボタンをオンすると、弁
Ｖ３が開き（Ｆ−１）、モータＭ₂が駆動されてポンプ
２３により希溶液タンク２１から吸収液が再生器１２に
送出される（Ｆ−２）。その他の弁はそのままの状態で
ある。このときコントローラ３０のＣＰＵはセンサＴ４
からの信号を見て再生器１２の液面が規定のレベルに達
しているか否かを判断する（Ｆ−３）。液面が規定のレ
ベルに達しているときは、燃料供給制御弁１５を開いて
燃料供給管１４から燃料ガスを供給しバーナ１３に点火
する（Ｆ−４）。再生器１２で冷媒蒸気が発生し凝縮器
１６に流れ、凝縮器１６の温度が次第に上昇する。コン
トローラ３０のＣＰＵはセンサＴ４からの信号から凝縮
器１６の温度が所定値に達したか否かを判断し（Ｆ−
５）、所定値に達したときは弁Ｖ１を開いて弁Ｖ２を閉
じ（Ｆ−６）、送風ファン１１と空冷ファン１７を回転
する（Ｆ−７）。その結果、凝縮器１６では再生器１２
から送られてくる冷媒蒸気が液化し、液化した冷媒は凝
縮器１６と蒸発器１０との間の圧力差によって蒸発器１
０に流れ込む。蒸発器１０では冷媒が蒸発して蒸発潜熱
を奪い、それによって送風ファン１１により吸気ダクト
４を通って室内から送られてくる空気を冷却する。冷却
された空気は送風ダクト３を通って室内機２に送られ、
室５内に冷風として吹き出され、室５が冷房される（Ｆ
−８）。

【００３２】この冷房動作においては、蒸発器１０で蒸
発して蒸気となった冷媒は吸収器２０に流れ込み、そこ
で吸収液に吸収される。冷媒を吸収して濃度が低くなっ
た稀吸収液は一旦希溶液タンク２１に入った後ポンプ２
３により弁Ｖ３を通って熱交換器２２で再生器１２から
送り出される濃度の高い高温の濃吸収液と熱交換され、
再生器１２に送り込まれる。この状態が運転の定常モー
ドである。この間、弁Ｖ５は開、閉を繰り返す。

【００３３】ここで冷房サイクル運転中における系の各
部における容器および吸収液、冷媒の温度および圧力を
例示すると次のようになる。

【００３４】 温 度（℃） 圧 力（Ｔｏｒｒ） 蒸発器１０： １０〜２０ １０〜２０ 再生器１２： ６０〜９０ ９０〜１１０ 凝縮器１６： ５０〜８０ ９０〜１１０ 吸収器２０： ４５〜５０ １１ 冷媒タンク１８： ３０〜５０ ４０〜５０ 希溶液タンク２１： ４０〜６０ １１ 熱交換器２２： ５〜４０ ― 吸気ダクト４： ２６ ― 送風ダクト３： １３〜２０ ― 稀吸収液： ３５〜４０ 濃度：６１％ 濃吸収液： ９０ 濃度：６４．８％ ところで冷房サイクル運転中の吸収液の平均濃度は次の
ようにして求めることができる。系で使用する全冷媒量
Ｑ（ｃ）と全吸収液量Ｑ（Ａ）は予めわかっているの
で、冷媒タンク１８に残る不使用冷媒量Ｑ（ｎ）がわか
れば吸収液の平均濃度Ｄは数１により求めることができ
る。

【００３５】

【数１】 Ｄ（％）＝Ｑ（Ａ）／｛Ｑ（Ａ）＋Ｑ（ｃ）−Ｑ（ｎ）｝ 冷媒タンク１８内の不使用冷媒量Ｑ（ｎ）は冷媒タンク
１８に設けられた冷媒の液面検出装置１８ａにより検出
された冷媒の液面高さに冷媒タンク１８の面積を掛ける
ことにより容積として求めることができる。

【００３６】本実施例では、室温と設定温度との差温と
して把握される空調負荷Ｌに対応して再生器１２加熱用
バーナ１３に供給する燃料ガスの供給量Ｑ（ｆ）が予め
定められており、さらにそのガス供給量で吸収液の濃縮
割合を一定（たとえば４％）に維持するために必要な吸
収液の循環量したがって吸収液を循環するポンプ２３の
能力すなわちモータＭ₂ の回転数Ｎが定められている。
各空調負荷に対応したこれらのデータはコントローラ３
０内のメモリに予め記憶されている。データの一例を挙
げると次のようになる。

【００３７】 空調負荷 燃料ガス供給量（ｋｃａｌ） ポンプ能力（ｋｇ／ｈ） ２℃以上 ３０００ ３．８０ １〜２℃ ２４００ ３．０４ ０．５〜１ １８００ ２．２８ ０〜０．５ １５００ １．９０ いま冷房サイクル運転中に、室温とユーザの設定温度と
が近づいてきて差温が所定の範囲内におさまったり、ユ
ーザが自動運転を解除して手動で風量を自動運転時の風
量よりも低く設定したりして空調負荷が減少した場合に
は、図３に示すように、コントローラ３０はこの空調負
荷の減少を通信制御器３１からの信号および室温検出用
センサＴ１の出力から判断し（Ｐ−１）、その空調負荷
に対応する燃料ガス供給量およびポンプ能力のデータを
メモリから読み出し（Ｐ−２）、バーナ１３への燃料ガ
ス供給量をその読み出したデータに対応する値まで減少
するとともに（Ｐ−３）、ポンプ２３の能力したがって
モータＭ₂ の回転数を対応する所定値まで減少する（Ｐ
−４）。その結果、ポンプ２３の能力が低下し、吸収器
２０から再生器１２に送出される濃吸収液の循環量が減
少するので、バーナ１３への燃料ガス供給量が減少して
再生器１２での再生能力が減少し、冷媒発生量が減少し
ても濃縮割合は変化せずそれまでの値を維持でき、凝縮
温度を維持することができる。そのために空冷ファン１
７の能力はそのまま維持することができる。

【００３８】再び図２にもどって説明する。

【００３９】リモコン操作器６の運転ボタンをオフする
と（Ｆ−９）、送風ファン１１、空冷ファン１７が停止
するが（Ｆ−１０）、その間冷媒タンク１８内の冷媒お
よび再生器１２内の吸収液が希溶液タンク２１にすべて
流れ込む。これは装置が停止している間に吸収液により
冷媒タンク１８や再生器１２が腐食するのを防止するた
めである。わずかな時間遅れてポンプ２３が停止し（Ｆ
−１１）、系全体のすべての液の流れが停止する。

【００４０】上記実施例では、冷媒として水、吸収液と
してリチウムブロマイドを用いたが、本発明ではその他
の冷媒および吸収液を用いてもよいことはもちろんであ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷房サイクル運転中に、室温とユーザの設定温度とが近
づいてきて差温が所定の範囲内におさまったり、ユーザ
が自動運転を解除して手動で風量を自動運転時の風量よ
りも低く設定したりして空調負荷が減少した場合には、
再生器加熱用熱量とポンプの送出能力が減少するので、
吸収液の濃縮割合はそのまま維持され、凝縮器の温度も
高温に維持される。そのため空冷ファンの回転はそのま
ま維持きるので吸収器の能力が低下することもなく、そ
れまでの効率を下げることなく冷房運転を継続すること
ができる。なお、空調負荷が減少したときにポンプの送
出能力を下げることで省エネが実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空調装置の一実施例のブロック図
である。

【図２】本発明による空調装置の定常モードにおける運
転動作のフローチャートを示す。

【図３】本発明による空調装置の空調負荷変動時の制御
のフローチャートを示す。

【図４】本出願人により提案された空調装置の変形例の
ブロック図である。

【図５】空調装置の設置状態を示す。

【符号の説明】 １ 室外機 ２ 室内機 ３ 送風ダクト ４ 吸気ダクト ５ 室 ６ リモコン操作器 １０ 蒸発器 １１ 送風ファン １２ 再生器 １３ バーナ １４ 燃料供給管 １５ 燃料供給制御弁 １６ 凝縮器 １７ 空冷ファン １８ 冷媒タンク ２０ 吸収器 ２１ 希溶液タンク ３０ コントローラ ３１ 通信制御器 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ センサ Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ 弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−196464（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−60414（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−195764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−210258（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−371762（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00 306

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を吸収
   する吸収液を蓄え前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収
   液に吸収させる吸収器と、冷媒蒸気を吸収した稀吸収液
   をポンプにより送出し加熱して冷媒蒸気と濃吸収液とを
   発生する再生器と、該再生器で発生した冷媒蒸気を凝縮
   させる凝縮器とを有し、前記蒸発器により空調すべき室
   内の空気を直接冷却し、この冷却した空気をダクトを介
   して室内に送風して冷房を行う吸収式冷凍機を用いた空
   調装置において、空調負荷の増減に応じて前記再生器に
   供給する加熱用熱量および前記稀吸収液送出用ポンプの
   送出能力を増減させる制御手段を設け、 前記吸収器と凝縮器とを同時に冷却する空冷ファンと、
   前記凝縮器で凝縮された冷媒を一旦溜める冷媒タンクと
   を有し、前記制御手段は、室温と設定温度との差温を空
   調負荷として検出する検出手段と、前記冷媒タンク内の
   冷媒残量に基づいて吸収式冷凍機に供される吸収液の平
   均濃度を演算する第１の演算手段と、前記平均濃度と該
   平均濃度に対して予め定められた吸収液の適正濃度との
   差を確保するために前記再生器加熱用熱量を演算する第
   ２の演算手段と、演算した加熱用熱量と前記再生器に供
   給される加熱用熱量とに基づいて定められる稀吸収液の
   適正循環量を送出するように前記ポンプの送出能力を制
   御するポンプ制御手段とを有することを特徴とする 空調
   装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、空調負荷ごとの再生器
   加熱用熱量とポンプの送出能力のデータを記憶した記憶
   手段を有する請求項１に記載の空調装置。