JP3289236B2 - 吸収式冷熱発生装置 - Google Patents

吸収式冷熱発生装置

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JP3289236B2
JP3289236B2 JP03519497A JP3519497A JP3289236B2 JP 3289236 B2 JP3289236 B2 JP 3289236B2 JP 03519497 A JP03519497 A JP 03519497A JP 3519497 A JP3519497 A JP 3519497A JP 3289236 B2 JP3289236 B2 JP 3289236B2
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evaporator
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哲也 山田
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Osaka Gas Co Ltd
Yazaki Corp
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Osaka Gas Co Ltd
Yazaki Corp
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    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62Absorption based systems

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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷温水機に係
り、特に相変化する二次冷媒を用いた吸収式冷熱発生装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、二次冷媒(以下、単に冷媒ともい
う)に相変化を行わせることにより、単位流量あたりの
熱搬送量を増加させるものが考案されている。図7はそ
のような構成の例を示すもので、冷熱を発生する吸収冷
温水機100と、この吸収冷温水機100に冷却水管4
0,41で接続され冷却水を冷却するクーリングタワー
42と、冷却水管41に介装され冷却水をクーリングタ
ワー42から吸収冷温水機100の蒸発器6に循環させ
る冷却水循環ポンプ14と、よりなると、吸収冷温水機
100の蒸発器6に冷媒液管50、冷媒蒸気管51で接
続され空調対象空間に配置されて空間の空気との熱交換
を行う空調用の室内機52,53と、冷媒液管50に介
装され冷媒液管50、冷媒蒸気管51に充填された二次
冷媒を吸収冷温水機100の蒸発器6と空調用の室内機
52,53との間で循環させる冷媒循環ポンプ57とを
含んで構成されている。さして冷却回路は、クーリング
タワー42及び冷却水循環ポンプ14等よりなり、冷媒
回路は、室内機52,53及び冷媒循環ポンプ57等よ
りなるものとする。
【0003】冷媒液管50、冷媒蒸気管51が蒸発コイ
ルの下端、上端にそれぞれ接続されている。冷媒液管5
0、冷媒蒸気管51の他端は、蒸発コイルよりも下方に
配置された室内機52,53の数だけ分岐しており、冷
媒液管50の分岐端は、室内機52,53にそれぞれ内
装された熱交換器の下側入り口に膨張弁54,55を介
して接続され、冷媒蒸気管51の分岐端は、熱交換器の
上側出口にそれぞれ接続されている。冷媒液管50の蒸
発コイルとの接続部近傍には、二次冷媒の温度を検出し
て電気信号としてコントローラー(制御する手段)59
に出力する冷媒液温度センサ21が装着されている。
【0004】室内機52,53に対して、吸収冷温水機
100は、通常、室外機と呼ばれ、燃料を燃焼させその
熱で希溶液を加熱する高温再生器1と、この高温再生器
1で加熱された希溶液から冷媒蒸気と中間濃溶液を分離
する分離器2と、分離された冷媒蒸気を熱源として中間
濃溶液を加熱してさらに冷媒蒸気を発生させる低温再生
器3と、低温再生器3を通過した冷媒蒸気及び低温再生
器3で発生した冷媒蒸気を冷却して凝縮液化させ液冷媒
を生成する凝縮器4と、凝縮器4で生成された液冷媒を
内装した冷媒分配器6Bから同じく内装した蒸発コイル
上に滴下蒸発させ蒸発コイル中の二次冷媒を冷却する蒸
発器6と、蒸発器6で蒸発した冷媒蒸気を濃溶液に吸収
させ希溶液を生成する吸収器5と、希溶液を加圧し低温
溶液熱交換器8及び高温溶液熱交換器7の被加熱流体側
を経て高温再生器1に送りこむ溶液循環ポンプ9と、溶
液循環ポンプ9の吐出側に設けられるオリフィス26
と、分離器2の底部と蒸発器6の底部を冷暖切換弁10
を介して連通する管路10Aと、低温溶液熱交換器8の
加熱流体出側を吸収器5の上部に接続する濃溶液管8A
と、濃溶液管8Aと吸収器5の下部を溶液バイパス弁1
3を介して接続する管路13Aと、濃溶液管8Aと蒸発
器5に内装された冷媒分配器6Bを凍結防止弁12を介
して連通する管路12Aと、冷媒分配器6Bに装着され
冷媒分配器6B内の冷媒の温度(蒸発器温度)を検知す
る蒸発器温度センサ17と、凝縮器4から冷媒分配器6
Bに水冷媒を導く管路に並列に接続され水冷媒比例弁1
1を介装する管路11Aとを含んで構成されている。
【0005】また、分離器2で分離された中間濃溶液
は、高温溶液熱交換器7の加熱流体側を経て低温再生器
3に導かれ、低温再生器3で冷媒を蒸発させて濃溶液と
なったのち、低温溶液熱交換器8の加熱流体側を経て濃
溶液管8Aに導かれるように管路が構成されている。吸
収器5及び凝縮器4にはそれぞれ冷却水コイルが内装さ
れ、吸収器5の冷却水コイルの出口は凝縮器4の冷却水
コイルの入り口に接続されていて、吸収器5の冷却水コ
イルの入り口は冷却水管41に、凝縮器4の冷却水コイ
ルの出口は冷却水管40に、それぞれ接続されている。
冷温水管43は蒸発器6の蒸発コイルの入り側に冷媒液
管50が、冷媒蒸気管51は蒸発器6の蒸発コイルの出
側に、それぞれ接続され、冷温水管44の蒸発コイル出
口近傍には二次冷媒の温度を検知する冷水出口温度セン
サ16が装着されている。
【0006】冷媒液管50は、途中に室内機52,53
よりも低い位置に配置された部分があり、そこに冷媒液
を加圧して前記蒸発コイルに送りこむ冷媒ポンプ57が
装着されている。暖房運転時、冷媒循環ポンプ57の吐
出側には、逆止弁58が設けられ、この逆止弁58の出
側と冷媒循環ポンプ57の吸い込み側は、冷暖切換弁5
6を介して接続されている。相変化する二次冷媒とし
て、例えばHFC−134aが冷媒液管に充填されてい
る。
【0007】図7に示す空調装置の冷房時の動作は次の
通りである。冷房時には、冷暖切換弁56は開かれてい
る。冷媒蒸気(HFC−134a)は、蒸発器6の蒸発
コイルで冷却凝縮されて冷媒液となり、重力により、冷
媒液管50を下方に流れ、膨張弁54,55を経て各室
内機52,53の熱交換器に流入する。熱交換器に流入
した冷媒液は、空調対象空間の空気の熱を奪って蒸発
し、冷媒蒸気となって冷媒蒸気管51を経て上昇し蒸発
器6の蒸発コイルに流入する。室外機は冷房モードで運
転されているから、蒸発器6の蒸発コイルは、その表面
に滴下される液冷媒の蒸発により冷却され、蒸発コイル
に流入してきた冷媒蒸気(HFC−134a)は、凝縮
液化する。この凝縮液化により、蒸発コイル内部の圧力
が低下し、室内機の熱交換器で蒸発した冷媒蒸気は蒸発
器に吸引される。蒸発コイル内部で凝縮液化した冷媒液
は重力で室内機に流入するから、冷房時の冷媒(HFC
−134a)は、自然循環し、ポンプによる冷媒の駆動
を行う必要がない。
【0008】冷房運転が開始されると、前記のように、
蒸発コイル内部の圧力が低下し、冷媒蒸気管内の飽和冷
媒蒸気が圧力差により蒸発コイル内に流入する。蒸発コ
イル内で凝縮して生成された冷媒液は、冷媒液管50内
を自重で流下し、冷媒液のヘッド(液柱)が上昇してく
る。先に述べた冷媒の自然循環が成立するためには、
(冷媒の液ヘッド−冷媒ガスヘッド)が冷媒循環経路の
全圧力損失以上であればよい。つまり、この関係を満足
する液ヘッドが形成されるまでは冷媒の自然循環は開始
されない。このことは、冷房運転開始時点で蒸発器6に
供給される熱負荷が少ないことを意味する。
【0009】参考として暖房時には、冷暖切換弁56は
閉じられている。冷媒液(HFC−134a)は、蒸発
器6の蒸発コイルで加熱されて冷媒蒸気となり、冷媒蒸
気管51を下方に流れ、各室内機52,53の熱交換器
に流入する。熱交換器に流入した冷媒蒸気は、空調対象
空間の空気に熱を奪われて凝縮液化し、冷媒液となって
冷媒液管51を下方に流れて冷媒循環ポンプ57入り側
に流入する。冷媒液は冷媒循環ポンプ57で加圧され、
蒸発器6の蒸発コイルに流入して上記のサイクルを繰り
返す。このとき、室外機は暖房モードで運転され、蒸発
器6には分離器2で分離された高温の溶液が導かれ、蒸
発コイルはこの熱により加熱される。
【0010】上記構成の装置において、冷凍能力を段階
制御する場合は、インプット量に合わせて希溶液循環量
を制御するのが一般的であるが、インプット量がある範
囲内(50〜100%)では必ずしも希溶液循環量をイ
ンプット量と比例して流量調整する必要はない。例えば
インプット量60%、希溶液循環量100%で運転に支
障はない。
【0011】しかしながら燃焼モードに関係なく固定の
オリフィスで希溶液循環量の制御を行う場合、全負荷
(Hi)つまり高燃焼時から、部分負荷(Low)つま
り低燃焼に移行時、高温再生器の圧力低下により、溶液
循環ポンプの吸込側の吸収器圧力と吐出側の高温再生器
圧力との圧力差が小さくなり、希溶液循環量を過大に送
給する傾向になる。これにより吸込揚程が少ない場合
は、キャビテーションが発生し、分離器の容積が小さい
場合は水冷媒回路に溶液混入する現象が起きる。
【0012】すなわち従来の制御は図8に示すように、
冷媒出口温度(CRT)制御及び蒸発器温度(LT2
制御において、冷房運転に復帰する場合、高温再生器温
度(HGE)が所定温度122℃に達するまでは溶液循
環ポンプ(SP)が間歇駆動されるとともに遅延停止さ
れ、冷媒出口温度(CRT)及び/又は蒸発器温度(L
2)に応じて燃焼が制御されている。この従来の制御
では図9に示すように、溶液循環ポンプ(SP)が高温
再生器温度(HGE)112℃〜122℃の間で運転さ
れるとキャビテーションにより異音を発生し、振動速度
が通常の10mm/sより20mm/sに増加し、前記
のように分離器の容積が小さい場合は水冷媒回路に溶液
混入する現象が起きる。つまり冷媒出口温度(CRT)
及び蒸発器温度(LT2)復帰時(ON→OFF)に、
高温再生器温度(HGE)が112℃以上の場合、溶液
循環ポンプ(SP)は同時に運転を継続する条件下で、
ある一定時間溶液循環ポンプが運転されるとキャビテー
ションが発生しやすい状況になる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】従来の吸収式冷熱発生
装置にあっては、燃焼モードに関係なく固定のオリフィ
スで希溶液循環量の制御を行う場合、全負荷燃焼から部
分負荷燃焼に移行する際、高温再生器の圧力低下によ
り、溶液循環ポンプがキャビテーションを発生し、分離
器の容積が小さい場合は水冷媒回路に溶液混入する現象
が起きる問題がある。
【0014】本発明の課題は、冷房運転時に希溶液循環
量の制御を行い、安定した運転を得ることのできる吸収
式冷熱発生装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明に係る吸収式冷熱発生装置は、吸収器より希
溶液を溶液循環ポンプで送給し、希溶液を高温再生器で
燃焼により加熱して凝縮器及び蒸発器を含む複数の機器
へ循環する吸収式冷温水機と、冷却水を吸収器及び凝縮
器へ循環し冷却する冷却回路と、相変化する冷媒を蒸発
器と少なくとも一つの室内機との間に循環する冷媒回路
と、希溶液循環量を制御するオリフィスと、燃焼を制御
する手段とを備えた吸収式冷熱発生装置において、制御
する手段は、冷房運転に復帰する際、高温再生器温度を
検知し、この検知した高温再生器温度が所定温度に達す
る前に溶液循環ポンプを設定時間運転したのち高温再生
器での燃焼を強制高燃焼し、検知した高温再生器温度が
所定温度以上で溶液循環ポンプを連続運転するものであ
構成とする。
【0016】そして吸収器より希溶液を溶液循環ポンプ
で送給し、希溶液を高温再生器で燃焼により加熱して凝
縮器及び蒸発器を含む複数の機器へ循環する吸収式冷温
水機と、冷却水を冷却水循環ポンプで吸収器及び凝縮器
へ循環し冷却する冷却回路と、相変化する冷媒を蒸発器
と少なくとも一つの室内機との間に循環する冷媒回路
と、溶液循環ポンプの吐出側に設けられ希溶液循環量を
制御するオリフィスと、蒸発器の冷媒出口温度に応じて
燃焼を制御する手段とを備えた吸収式冷熱発生装置にお
いて、制御する手段は、冷房運転に復帰する際、高温再
生器温度が所定温度に達する前に溶液循環ポンプを設定
時間運転したのち燃焼を強制高燃焼し、所定温度以上で
溶液循環ポンプを連続運転するとともに冷媒出口温度に
応じて燃焼を制御するものである構成でもよい。
【0017】また冷媒出口温度は、蒸発器温度が代用さ
れる又は該蒸発器温度が併用される構成でもよい。
【0018】さらに所定温度は、122℃であり、設定
時間は、15秒である構成でもよい。
【0019】そして制御する手段は、冷媒出口温度が5
℃以下で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプを遅延停止す
るとともに、冷却水循環ポンプを遅延停止させ、冷媒出
口温度が6℃以上で燃焼を低燃焼とし、かつ溶液循環ポ
ンプ及び冷却水循環ポンプを駆動し、冷媒出口温度が9
℃以上で燃焼を高燃焼とし、冷媒出口温度が7℃以下で
燃焼を高燃焼より低燃焼へ移行するものである構成でも
よい。
【0020】また制御する手段は、蒸発器温度が2℃以
下で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプを遅延停止すると
ともに、冷却水循環ポンプを停止させ、蒸発器温度が7
℃以上で燃焼開始し、溶液循環ポンプ及び冷却水循環ポ
ンプを駆動するものである構成でもよい。
【0021】本発明によれば、溶液循環ポンプの運転パ
ターンが変えられるため、溶液投入量を増加することな
くキャビテーションの発生が抑制され、水冷媒回路への
溶液混入が防止される。
【0022】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図1、図2
及び図7を参照しながら説明する。図2に示すコントロ
ーラー以外の機器は図7と同一である。図1、図2及び
図7に示すように、吸収器5より希溶液を溶液循環ポン
プ9で送給し、希溶液を高温再生器1で燃焼熱により加
熱して凝縮器4及び蒸発器6を含む複数の機器へ循環す
る吸収式冷温水機100と、クーリングタワー42から
冷却水を冷却水循環ポンプ14で吸収器5及び凝縮器4
へ循環し吸収器5及び凝縮器4を冷却する冷却回路と、
相変化する冷媒(二次冷媒)を蒸発器6と少なくとも一
つの室内機52,53との間に循環する冷媒回路と、溶
液循環ポンプ9の吐出側に設けられ希溶液循環量を制御
するオリフィス26と、冷房運転時に蒸発器6の冷媒液
温度センサー21で検知した冷媒出口温度(CRT)に
応じて燃焼を制御する手段(コントローラー)69とを
備えた吸収式冷熱発生装置であって、制御する手段69
は、冷房運転時に高温再生器温度(HGE)に応じて溶
液循環ポンプ9を発停しかつ高温再生器1の燃焼を制御
するものである。
【0023】すなわち制御する手段69は、冷房運転に
復帰(ON→OFF)する際、温度センサー71で検知
した高温再生器温度(HGE)が所定温度に達する前に
溶液循環ポンプ9を設定時間運転したのち燃焼を強制高
(Hi)燃焼するとともに、高温再生器温度(HGE)
が所定温度以上で溶液循環ポンプ9を連続運転するもの
である構成とする。そして冷媒出口温度(CRT)は、
温度センサー17で検知した蒸発器温度(LT2)が代
用される又は蒸発器温度(LT2)が併用される構成で
もよく、所定温度は、122℃であり、設定時間は、1
5秒であるものとする。
【0024】つまり冷媒出口温度(CRT)制御及び蒸
発器温度(LT2)制御において、冷房運転に復帰(O
N→OFF)する場合、高温再生器温度(HGE)に応
じて溶液循環ポンプ(SP)及び燃焼モードが以下のよ
うに制御される。 HGE122℃以下 HGE122℃までSPはOFF、燃焼は強制Hi燃
焼、その後、HGE122℃以上でSPはパルス駆動、
燃焼はCRT制御、 HGE122℃以上 SPはON(連続運転)、燃焼はCRT制御、 HGE112℃以上〜122℃未満 SPは設定時間ON(実際は15秒)、設定時間後、燃
焼は強制Hi燃焼、HGE122℃以上になればSPは
ON、燃焼はCRT制御される。
【0025】本実施の形態によれば、図3に示すよう
に、高温再生器温度が122℃になる前に溶液循環ポン
プを設定時間運転することにより、高温再生器内の希溶
液ヘッドが上昇し吸収器圧力との圧力差が大きくなって
キャビテーションが発生し難くなり、振動速度が10m
m/s以下の安定した運転となる。
【0026】次に冷媒出口温度、蒸発器温度及び高温再
生器温度に対応する制御の動作を説明する。 図4に示すように、制御する手段は、冷媒出口温度が
5℃以下で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプを遅延停止
するとともに、冷却水循環ポンプを遅延停止し、冷媒出
口温度が6℃以上で燃焼を低燃焼とし、かつ溶液循環ポ
ンプ及び冷却水循環ポンプを駆動し、冷媒出口温度が9
℃以上で燃焼を高燃焼とし、冷媒出口温度が7℃以上で
燃焼を高燃焼より低燃焼へ移行する。
【0027】図5に示すように、制御する手段は、蒸
発器温度が2℃以下で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプ
を遅延停止するとともに、冷却水循環ポンプを停止し、
蒸発器温度が7℃以上で燃焼開始し、かつ溶液循環ポン
プ及び冷却水循環ポンプを駆動する。 図6に示すように、制御する手段は、冷房立上り時に
高温再生器温度が122℃以上で溶液循環ポンプをパル
ス駆動後に連続運転し、冷房運転時に高温再生器温度が
112℃以下で溶液循環ポンプを遅延停止し、高温再生
器温度が122℃以上で溶液循環ポンプをパルス駆動後
に連続運転する。
【0028】本発明によれば、溶液循環ポンプの運転パ
ターンを変えれることにより、安価なコストで溶液投入
量を増加することなく、溶液循環ポンプのキャビテーシ
ョンの発生を押さえることができ、水冷媒回路への溶液
混入を防止することができる。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、冷房運転に復帰する際
に、高温再生器温度が所定温度に達する前に溶液循環ポ
ンプを設定時間運転し運転パターンを変えるため、溶液
循環ポンプのキャビテーションが抑制され、水冷媒回路
への溶液混入が防止されて運転が安定する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す制御ステップを示す
図である。
【図2】本発明の実施の形態を示す制御する手段の図で
ある。
【図3】図1に基づく溶液循環ポンプの状態を説明する
図である。
【図4】冷媒出口温度(CRT)の制御を説明する図で
ある。
【図5】蒸発器温度(LT2)の制御を説明する図であ
る。
【図6】高温再生器温度(HGE)の制御を説明する図
である。
【図7】従来の技術を示す図である。
【図8】従来の技術の制御ステップを示す図である。
【図9】従来の技術の状態を説明する図である。
【符号の説明】
1 高温再生器 2 分離器 3 低温再生器 4 凝縮器 5 吸収器 6 蒸発器 7 高温熱交換器 8 低温熱交換器 9 溶液循環ポンプ 14 冷却水循環ポンプ 26 オリフィス 52,53 室内機 59,69 コントローラー 100 吸収冷温水機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平4−57166(JP,U) 実開 平2−52062(JP,U) 実開 平4−74261(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 15/00 306

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸収器より希溶液を溶液循環ポンプで送
    給し、該希溶液を高温再生器で燃焼により加熱して凝縮
    器及び蒸発器を含む複数の機器へ循環する吸収式冷温水
    機と、冷却水を前記吸収器及び前記凝縮器へ循環し冷却
    する冷却回路と、相変化する冷媒を前記蒸発器と少なく
    とも一つの室内機との間に循環する冷媒回路と、希溶液
    循環量を制御するオリフィスと、前記燃焼を制御する手
    段とを備えた吸収式冷熱発生装置において、前記制御す
    る手段は、冷房運転に復帰する際、高温再生器温度を検
    知し、該検知した高温再生器温度が所定温度に達する前
    に前記溶液循環ポンプを設定時間運転したのち前記高温
    再生器での燃焼を強制高燃焼し、前記検知した高温再生
    器温度が所定温度以上で前記溶液循環ポンプを連続運転
    するものであることを特徴とする吸収式冷熱発生装置。
  2. 【請求項2】 吸収器より希溶液を溶液循環ポンプで送
    給し、該希溶液を高温再生器で燃焼により加熱して凝縮
    器及び蒸発器を含む複数の機器へ循環する吸収式冷温水
    機と、冷却水を冷却水循環ポンプで前記吸収器及び前記
    凝縮器へ循環し冷却する冷却回路と、相変化する冷媒を
    前記蒸発器と少なくとも一つの室内機との間に循環する
    冷媒回路と、前記溶液循環ポンプの吐出側に設けられ希
    溶液循環量を制御するオリフィスと、前記蒸発器の冷媒
    出口温度に応じて前記燃焼を制御する手段とを備えた吸
    収式冷熱発生装置において、前記制御する手段は、冷房
    運転に復帰する際、前記高温再生器温度が所定温度に達
    する前に前記溶液循環ポンプを設定時間運転したのち前
    記燃焼を強制高燃焼し、前記所定温度以上で前記溶液循
    環ポンプを連続運転するとともに前記冷媒出口温度に応
    じて前記燃焼を制御するものであることを特徴とする吸
    収式冷熱発生装置。
  3. 【請求項3】 冷媒出口温度は、蒸発器温度が代用され
    る又は該蒸発器温度が併用されることを特徴とする請求
    項2記載の吸収式冷熱発生装置。
  4. 【請求項4】 所定温度は、122℃であり、設定時間
    は、15秒であることを特徴とする請求項2又は3記載
    の吸収式冷熱発生装置。
  5. 【請求項5】 制御する手段は、冷媒出口温度が5℃以
    下で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプを遅延停止すると
    ともに、冷却水循環ポンプを遅延停止させ、前記冷媒出
    口温度が6℃以上で燃焼を低燃焼とし、かつ前記溶液循
    環ポンプ及び前記冷却水循環ポンプを駆動し、前記冷媒
    出口温度が9℃以上で前記燃焼を高燃焼とし、前記冷媒
    出口温度が7℃以下で前記燃焼を高燃焼より低燃焼へ移
    行するものであることを特徴とする請求項2〜4のいず
    れか1項記載の吸収式冷熱発生装置。
  6. 【請求項6】 制御する手段は、蒸発器温度が2℃以下
    で燃焼停止し、かつ溶液循環ポンプを遅延停止するとと
    もに、冷却水循環ポンプを停止させ、前記蒸発器温度が
    7℃以上で燃焼開始し、前記溶液循環ポンプ及び前記冷
    却水循環ポンプを駆動するものであることを特徴とする
    請求項2〜5のいずれか1項記載の吸収式冷熱発生装
    置。
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