JPH07158992A - 吸収式冷凍機を用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生器内の溶液量を適量に保ち、効率のよい
円滑な空調装置の運転を実現する。 【構成】 コントローラ３０には演算手段７と制御手段
８が備えられている。演算手段には、センサＴｇとＴｔ
が接続してあり、これらから再生器１２及び吸収器２０
の温度を入力し、再生器への希溶液の流入量を演算す
る。制御手段は、希溶液タンク２１から再生器への希溶
液の流路を調整する弁Ｖ３に接続してあり、演算手段か
ら希溶液の流通量が送られると、その演算値に基づいて
弁Ｖ３の開度を調整する。したがって、センサからの温
度によって再生器への希溶液量が演算され、それに基づ
いて常に最適な量の希溶液が再生器に送られるので、円
滑な効率のよい空調装置の運転が実現できる。

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
し、特に効率を良好に保つことのできる空調装置に関す
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
て、その際の蒸発潜熱で冷房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、冷房運転時、凝縮器
と吸収器とを水冷方式でなく空冷方式で冷却し、凝縮器
から蒸発器への冷媒の送出をポンプを用いることなく両
者間の圧力差で行うと共に、空調対象の室内空気が通る
通路内に蒸発器を位置させて室内空気を蒸発器の外部に
直接触れさせることによって冷却するようにした冷房モ
ードを有する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変形例の要部を示し、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。送風ダクト３内あるいは吸気ダクト４内の所
定場所には送風ファン１１が設けられている。６は、空
調装置の運転開始又は停止、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設定等を行う
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、送風ダクト３と吸気ダクト
４との接続位置に設置されており、その内部で減圧作用
により冷媒を蒸発させ、その蒸発潜熱（気化熱）の働き
で内部から冷却を受けるようになっている。

【００１３】再生器１２は、冷媒を吸収して濃度の低く
なった吸収液（希溶液）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の濃度
を濃縮する機能を有する。バーナ１３へは燃料供給管１
４から燃料ガスが供給され、その燃焼度合いは燃料供給
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し、こ
の液化冷媒を蒸発器１０に送出する機能を有している。

【００１５】符号１８は、空調装置内を循環している冷
媒の総量を調節するとともに、再生器１２に供給される
希溶液濃度を調節するために冷媒の一部を貯蔵するため
の冷媒タンクであり、弁Ｖ５を介して凝縮器１６に接続
されている。

【００１６】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低くなった吸収液は一旦
希溶液タンク２１に蓄えられる。

【００１７】符号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吸収液と再生器１２から
吸収器２０に向かう濃度の高い高温の吸収液との間で熱
交換を行なう熱交換器、２３は、冷媒を吸収して濃度の
低くなった吸収液を希溶液タンク２１から再生器１２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又はそれに
相当する圧損手段である。

【００１８】Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５はいずれも
電磁弁のような調整弁であり、特にＶ４は逆止弁機能を
備えた調整弁である。

【００１９】上記の空調装置は、吸収液を希溶液タンク
２１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、その圧力差で冷媒及
び吸収液が送出され、循環するようにしている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところでこのような空
冷方式の空調装置においては、ポンプで希溶液を希溶液
タンクから再生器に送り、再生器で加熱することにより
希溶液から冷媒の水と濃縮した溶液を供給しているが、
再生器から吸収器への溶液の供給は再生器と吸収器との
間の圧力差に基づいており、両者間の圧力差が減少する
と、溶液の供給量も減少する。吸収器への溶液の供給が
減少した場合には、再生器内の溶液量が過剰となり、再
生器での液面異常を発生することがあった。又、温度の
低下した再生器へ、温度の低い希溶液を多量に供給する
とより温度、すなわち圧力の低下を招くこととなり、空
調装置の円滑な運転を妨げることがあった。

【００２１】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、冷媒を吸収した希溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液
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、凝縮された冷媒を気化させる蒸発
器と、冷媒を吸収する吸収液を蓄え前記蒸発器で気化さ
れた冷媒蒸気を該吸収液に吸収させる吸収器と、該吸収
器からの希溶液を蓄える希溶液タンクと、前記吸収器と
凝縮器とを共に冷却する空冷ファンを備え、冷房対象室
内空気を導入する通路内に前記蒸発器を配置して該室内
空気を直接冷却した後、この冷却された空気をダクトを
通して直接室内に送風して冷房を行なう吸収式冷凍機を
用いた空調装置において、再生器への希溶液の供給量を
最適化し、再生器の温度、圧力を所定値に保持し、効率
のよい円滑な冷房運転が実現できることを目的とする。

【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、冷媒を吸収した希溶液を加熱して冷媒蒸
気と濃溶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、凝縮された冷媒を気化
させる蒸発器と、冷媒を吸収する吸収液を蓄え前記蒸発
器で気化された冷媒蒸気を該吸収液に吸収させる吸収器
と、該吸収器からの希溶液を蓄える希溶液タンクと、前
記吸収器と凝縮器とを共に冷却する空冷ファンを備え、
冷房対象室内空気を導入する通路内に前記蒸発器を配置
して該室内空気を直接冷却した後、この冷却された空気
をダクトを通して直接室内に送風して冷房を行なう吸収
式冷凍機を用いた空調装置において、前記再生器の溶液
温度ｔ１を検出する第１検出手段と、前記希溶液タンク
の溶液温度ｔ２を検出する第２検出手段と、前記温度ｔ
１とｔ２の値に基づいて前記再生器への溶液量を演算す
る演算手段と、前記希溶液タンクから前記再生器への流
通経路の途中に設けられた前記希溶液の流量を調整する
流量調整装置と、前記演算手段の演算結果に基づいて前
記流量調整装置を制御する制御手段とを備えて吸収式冷
凍機を用いた空調装置を構成したのである。

【００２３】

【作用】再生器の温度ｔ１と、希溶液タンクの温度ｔ２
の温度差が小さくなれば、これら両者間の圧力差も減少
する。この圧力差の減少は再生器と吸収器との間の圧力
差の減少となり、吸収器への濃溶液の供給量も減少し、
再生器の冷媒発生量、すなわち希溶液の必要量がこれに
よって決定される。それゆえ、ｔ１とｔ２の温度に基づ
いて演算手段が再生器への希溶液の必要量を演算し、制
御手段にその演算値を送り、それに基づいて流量調整装
置が制御されるので、希溶液タンクから再生器への希溶
液の流通量が所定流量に制御され、再生器の温度、及び
圧力が所定値に復帰し、最適な量の希溶液を再生器に供
給できる。

【００２４】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００２５】図２に、本発明にかかる単効用吸収式冷凍
機を用いた空調装置の一実施例を示す。

【００２６】本発明による空調装置の機構的構成の概略
は図４に示したとほぼ同じであるので、同一部分の説明
は省略し、異なる部分及び空調装置の制御に必要な電気
回路等について説明する。

【００２７】図２において、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は凝縮器１６の温度検出用のセンサ、Ｔ
ｇは再生器１２の溶液の温度を検出する第１検出手段と
してのセンサ、Ｔｔは希溶液タンク２１の溶液温度を検
出する第２検出手段としてのセンサである。

【００２８】又、ＣＰＵ、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等からの信号
と、通信制御器３１からの信号とを受け、送風ファン１
１、空冷ファン１７、ポンプ２３の動作を制御するよう
になっている。

【００２９】更にコントローラ３０には、図１に示すよ
うに演算手段７、制御手段８が備えられている。演算手
段７は、センサＴｇ、センサＴｔに接続しており、これ
らから再生器１２と希溶液タンク２１の溶液温度を入力
する。そして、入力したこれらの温度ｔ１、ｔ２から再
生器１２に必要な希溶液量を演算し、その演算結果を制
御手段８に送る。制御手段８は、流量調整装置としての
弁Ｖ３に接続しており、演算手段７からの演算結果に基
づいて弁Ｖ３を調整し、弁Ｖ３での通過流量を制御す
る。

【００３０】弁Ｖ３は、希溶液タンク２１と再生器１２
とを接続させる流通管２７に設けてあり、希溶液タンク
２１側に設置されたポンプ２３から圧送されてくる希溶
液の流量を、制御手段８からの制御信号に基づいて連続
的にあるいは段階的に変化させて調整する。又ポンプ２
３には、弁Ｖ３が完全に閉鎖されても圧力が過大になら
ないよう、逃がし弁あるいは圧力を感知して作動を調
整、停止させる停止装置等（図示せず。）が設けられて
いる。

【００３１】次に、弁Ｖ３による流量調整と、再生器１
２や希溶液タンク２１の温度との関係について説明す
る。例えば、運転開始時では、再生器１２の温度が低
く、温度を速やかに上昇させる必要があり、かつ再生器
１２から吸収器２０に送られる濃溶液の量が少ないので
冷媒の発生量を抑えるため、低温の希溶液の流入量を制
限する必要がある。又、再生器１２と希溶液タンク２１
の溶液の温度差が小さくなった場合には、再生器１２と
希溶液タンク２１の間の圧力差が減少し、再生器１２か
ら吸収器２０に移動する濃溶液の量が減少する。したが
って、再生器１２内の溶液量が過剰とならないようにす
るために再生器１２に送る希溶液の量を少なくさせる必
要がある。弁Ｖ３の制御は、このような必要性から、再
生器１２で発生させる冷媒量に対応した希溶液が過不足
なく再生器１２に送り込まれるように決定される。

【００３２】この弁Ｖ３の制御量と、再生器１２や希溶
液タンク２１の温度との関係は、かかる関係を有する関
係式、あるいは溶液の流量と、再生器１２や希溶液タン
ク２１の温度との関係式を演算手段７に組み込んでお
き、センサＴｔやＴｇからの温度が入力されるたびに演
算手段７は演算した演算値を制御手段８に送り弁Ｖ３を
制御してもよいし、また図示しない記憶手段を演算手段
７に接続させ、この記憶手段に弁Ｖ３の制御量、あるい
は溶液の流量と、再生器１２や希溶液タンク２１の温度
とを対応させるテーブルを予め記憶させておいて、セン
サＴｔやＴｇから入力した温度をこのテーブルに照合さ
せて弁Ｖ３を制御するようにしてもよい。

【００３３】次に図３を参照して冷房サイクルの動作を
説明する。

【００３４】運転開始前は、弁Ｖ１、Ｖ３，Ｖ５は閉じ
ており、弁Ｖ２、Ｖ４は開いている。再生器１２は空の
状態になっており、吸収液と冷媒は混合された希溶液の
状態で希溶液タンク２１に蓄えられている。

【００３５】リモコン操作器６の運転ボタンをオンし、
希望温度、もしくは希望風量を設定すると、弁Ｖ１、Ｖ
３、Ｖ５が開くとともに弁Ｖ２、Ｖ４が閉じ（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から希溶液が再生器１２に送出される（Ｆ−
２）。コントローラ３０のＣＰＵは、センサＴ３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
るか否かを判断し（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）。

【００３６】再生器１２が加熱されると希溶液から冷媒
蒸気が発生し、冷媒蒸気が凝縮器１６に送られるととも
に冷媒を分離させた濃溶液（吸収液）は弁Ｖ１が開かれ
吸収器２０に送られる。冷媒蒸気の流入によって凝縮器
１６は温度が次第に上昇するので、コントローラ３０の
ＣＰＵは、センサＴ４からの信号により凝縮器１６の温
度が所定値に達したか否かを判断し（Ｆ−５）、所定値
に達したときは空冷ファン１７を回転する（Ｆ−６）。
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、弁Ｖ５を介して冷
媒タンク１８に流入する。次に冷媒タンク１８の冷媒量
が所定値に達したか否かを判断し（Ｆ−７）、所定値に
達したときには弁Ｖ５を閉じ（Ｆ−８）、送風ファン１
１を回転させる（Ｆ−９）。

【００３７】このとき、凝縮器１６からの冷媒はキャピ
ラリ２４を通って蒸発器１０に流れ込み、冷媒が蒸発器
１０の内部で蒸発（気化）し、気化熱による冷却作用が
起こる。その結果、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が蒸発器１０の外表
面に直接接触することによって冷却される。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−１
０）。

【００３８】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下した吸収液は一旦希溶液タンク
２１に入った後ポンプ２３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
の吸収液と熱交換され、再生器１２に送り込まれる。こ
れが冷房動作の定常モードである。この間、必要に応じ
て弁Ｖ５は開、閉を繰り返す。

【００３９】そして、例えば、運転開始時等センサＴｇ
により検出された再生器１２の溶液温度ｔ１の温度が低
い場合には、検出した温度ｔ１に対応した希溶液量を演
算手段７が演算し、それに基づいて弁Ｖ３の流通量が絞
られ、必要な量の希溶液が再生器１２に過不足なく送り
込まれる。

【００４０】このことにより、再生器１２の内部圧力が
十分でないために再生器１２から吸収器２０へ流出され
る溶液が少なく、吸収器２０での冷媒の吸収能力が低い
状態の運転開始時でも、再生器１２で発生する冷媒が過
剰になることはなく、また再生器１２内に温度の低い希
溶液が大量に流入されないことから溶液温度、及び内部
圧力を速やかに上昇させることができる。

【００４１】更に、通常運転中においても、再生器１２
の溶液温度ｔ１が低下して再生器１２の溶液温度ｔ１
と、希溶液タンク２１の溶液温度ｔ２との差が小さくな
った場合に、演算手段７の演算値に基づいて弁Ｖ３の流
通量が絞られ、再生器１２への希溶液の送出量が必要な
量に制御されるので、再生器１２から吸収器２０へ流出
される溶液が少ない状態でも、再生器１２内の溶液量が
過剰になることはない。

【００４２】したがって、希溶液が希溶液タンク２１か
ら再生器１２に、再生器１２に必要な量だけ過不足なく
常に送り込まれ、再生器１２の温度及び圧力を所定値に
保持でき、空調装置全体として必要な量の冷媒が発生さ
れ、効率よく、円滑に空調装置を運転することができ
る。

【００４３】次に、冷房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。

【００４４】 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： ３０〜９０ − 吸気ダクト４： ２６（室温） − 送風ダクト １３〜２０ − 希溶液： ３５〜４０ 濃度：６１％ 濃溶液： ９０ 濃度：６４．８％ そして、図３のフローチャートに戻り、リモコン操作器
６の運転ボタンがオフされると（Ｆ−１１）、停止処理
を行なった（Ｆ−１２）後終了する。停止処理として
は、まず、バーナ１３を消火し、弁Ｖ２、Ｖ４を開き、
弁Ｖ１を閉じる。次にしばらくしてからポンプ２３を停
止し、弁Ｖ３を閉じ、送風ファン１１及び空冷ファン１
７を停止する。このようにすることにより、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
るのを防止し、また濃溶液を希釈して晶析を防止するた
めである。

【００４５】尚、上記実施例では、従来例と同様冷媒を
水とし、吸収液をリチウムブロマイドとしたが、本発明
はこれに限るものではなく、他の同様に機能する物質で
もよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、吸収式冷凍機を用いた
空調装置において、再生器と希溶液タンクにそれぞれの
溶液温度を検出する検出手段と、これらの検出手段の検
出した温度に基づき再生器での希溶液の必要量を演算す
る演算手段と、希溶液タンクから再生器に溶液を流通さ
せる流通経路の流量調整装置をこの演算値に基づき制御
する制御手段とを設けたので、再生器における希溶液の
必要量が演算でき、これに基づいて前記流量調整装置を
制御して最適な量の希溶液が再生器に送り込まれ、再生
器の温度及び圧力を所定値に保持して、空調装置を円滑
にかつ効率よく運転することができる。

【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要部のブロ
ック図である。

【図２】本発明による空調装置の一実施例の要部のブロ
ック図である。

【図３】本発明による空調装置のフローチャートであ
る。

【図４】従来の空調装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図５】空調装置の設置状態を示す図である。

【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 ７ 演算手段 ８ 制御手段 １０ 蒸発器 １１ 送風ファン １２ 再生器 １３ バーナ 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 ２３ ポンプ ３０ コントローラ ３１ 通信制御器 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔｇ、Ｔｔ センサ Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ 弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を吸収した希溶液を加熱して冷媒蒸
   気と濃溶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、凝縮された冷媒を気化
   させる蒸発器と、冷媒を吸収する吸収液を蓄え前記蒸発
   器で気化された冷媒蒸気を該吸収液に吸収させる吸収器
   と、該吸収器からの希溶液を蓄える希溶液タンクと、前
   記吸収器と凝縮器とを共に冷却する空冷ファンを備え、
   冷房対象室内空気を導入する通路内に前記蒸発器を配置
   して該室内空気を直接冷却した後、この冷却された空気
   をダクトを通して直接室内に送風して冷房を行なう吸収
   式冷凍機を用いた空調装置において、前記再生器の溶液
   温度ｔ１を検出する第１検出手段と、前記希溶液タンク
   の溶液温度ｔ２を検出する第２検出手段と、前記温度ｔ
   １とｔ２の値に基づいて前記再生器への溶液量を演算す
   る演算手段と、前記希溶液タンクから前記再生器への流
   通経路の途中に設けられた前記希溶液の流量を調整する
   流量調整装置と、前記演算手段の演算結果に基づいて前
   記流量調整装置を制御する制御手段とを備えたことを特
   徴とする吸収式冷凍機を用いた空調装置。