JPH07318193A - 吸収式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型の発生器で高負荷運転できるとともに、
熱効率が高く、吸収式冷凍装置のコンパクト化と高い冷
凍能力とを同時に達成すること。 【構成】 この発明の吸収式冷凍装置は、発生器１が、
立て型筒状の加熱容器５と、該加熱容器５の底板５２の
下に設けられた燃焼室６０と、該燃焼室６０内に設置さ
れたバーナ６と、前記底板５２に開けられた多数の下側
穴５３および前記加熱容器５の側壁上部に形成された上
側穴５４とを連結して前記加熱容器５内に並設された多
数の燃焼ガス流路管５５と、前記加熱容器５の外周を包
むように形成された燃焼ガス滞留通路７７と、該燃焼ガ
ス滞留通路７７に設けられた排気口７５とからなること
を特徴とする。

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
の水溶液を用いた吸収式冷凍装置は、水溶液を発生器で
加熱して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おいて、冷媒の蒸発により希薄にな
った水溶液に吸収させる。この吸収により高濃度となっ
た水溶液をポンプで前記発生器に循環させる。この型式
の吸収式冷凍装置は、作動液が発生器で１０気圧以上、
２００℃程度の高温高圧となるため比較的大型の冷凍装
置に適用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、近年エネル
ギーの多様化および脱フロン等環境問題の要請から吸収
式冷凍装置を、高負荷化、小型化するとともに、熱効率
を向上させて家庭用空調、給湯装置に適用することが望
まれている。この発明の目的は、小型の発生器で高負荷
運転できるとともに、熱効率が高く、この結果、吸収式
冷凍装置においてコンパクト化と高い冷凍能力とを同時
に達成することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、冷媒と吸収
液とを混合した作動液から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
発した冷媒蒸気を希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、前記発生器は、立て型筒
状の加熱容器と、該加熱容器の底板の下に設けられた燃
焼室と、該燃焼室内に設置されたバーナと、前記底板に
開けられた多数の下側穴および前記加熱容器の側壁上部
に形成された上側穴とを連結して前記加熱容器内に並設
された多数の燃焼ガス流路管を備えることを特徴とす
る。

【０００５】請求項２の構成では、前記加熱容器は上方
が全面開放して精留器に接続される有底円筒体であり、
前記燃焼ガス流路管は上端が外側に曲げられた逆Ｌ字状
を有し、前記底板に設けられた下側穴および前記円筒体
の側壁の上部に連結された上側穴とを連結して前記加熱
容器内に並設されたことを特徴とする。請求項３の構成
では、前記加熱容器の外周を包むように燃焼ガス滞留通
路を形成し、該燃焼ガス滞留通路の下端に排気口を設け
たことを特徴とする。請求項４の構成では、吸熱フィン
を前記加熱容器の外周壁に接合して前記燃焼ガス滞留通
路内に位置させたことを特徴とする。請求項５の構成で
は、前記吸熱フィンはコルゲートフィンであり、上下方
向に複数段にピッチをずらして溶接されたことを特徴と
する。

【０００６】

【発明の作用・効果】この吸収式冷凍装置では、発生器
を燃焼室の天井壁を底板とする立て型筒状の加熱容器内
に多管式の燃焼ガス流路管を設けた、いわゆる立て型煙
管式ボイラを採用するとともに、燃焼ガスは底板から側
壁上部に向かって流れるようにしている。よって、熱交
換面積が大きく取れる。このため、発生器がコンパクト
な体格で高負荷運転が可能であるとともに熱効率を向上
でき、吸収式冷凍装置のコンパクト化と冷凍能力の増大
とが同時に達成される。

【０００７】請求項２に記載の構成では、加熱容器の上
方が全面開放して精留器に接続されるので沸騰状態にお
ける混合作動液蒸気の精留器への供給を円滑にできる。
請求項３に記載の構成では、加熱容器の外周を包んで燃
焼ガス滞留通路を設け、排気口をその下端に設けたた
め、燃焼ガスと熱交換面との接触時間が長くなり、さら
に熱効率が向上する。請求項４に記載の構成では、吸熱
フィンによる吸熱作用で発生器の体格の増大を伴わず熱
効率を向上でき、請求項５の構成では熱効率を最大限度
の８０％程度に増加することが可能になる。

【０００８】

【実施例】図５および図６は、アンモニア水溶液を作動
液とする吸収式冷凍装置を用いた冷暖房給湯装置１００
を示す。この冷暖房給湯装置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。

【０００９】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。

【００１０】第１四路切換弁２１は、図５に示す冷房運
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。図６に示す暖房運転時
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。

【００１１】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。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２
ｂからのガス冷媒を吸収器４へ流入させる。

【００１２】発生器１は、図１〜図３に示す如く、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℃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ための加熱容器５を
備える。加熱容器５は、上方が開口して後述する精留器
に連通させる立て型円筒体５１と、該円筒体５１の下部
に溶接された底板５２とを備える。

【００１３】底板５２は、上方に膨出した中央球殻部５
ａと、該中央球殻部５ａの外周から下方に延設された円
筒部５ｂと、該円筒部５ｂの下端から外側に展長された
鍔状部５ｃからなり、該鍔状部５ｃの外周が円筒体５１
の下部内周壁に溶接されている。なお、底板５２は平板
状でも良いが本実施例において中央部を球殻状に形成し
たのは薄い肉厚で加熱容器５内の高圧に耐えるためであ
る。加熱容器５の中心にはアンモニア希溶液を流出さ
せ、吸収器４に供給するための希溶液流出管２０が上方
から底部にまで差し込まれている。

【００１４】底板５２の下は燃焼室６０が設けられてお
り（図１、図２参照）、強制送風式のガスバーナ６が装
着されている。底板５２の中央球殻部５ａには、図１〜
図３に示すように４重の同心円上に等間隔で８個ずつ、
計３２個の下側穴５３が開けられている。立て型円筒体
５１の上部側壁には上下４段に等間隔で８個ずつ、計３
２個の上側穴５４が開けられている。この実施例の如
く、上側穴５４を上下４段に等間隔で８個ずつ形成する
ことにより、管同士の間隔を適正に維持しながら配管ス
ペースのコンパクト化および管径の増大（熱交換面積の
増大）が可能になり、熱効率の向上ができる利点があ
る。

【００１５】図１、図３に示すごとく、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、その上端を塞ぐ環状上板７２、下端を塞ぐ環状
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の下端には
円筒状閉空間７０に設けた後述の燃焼ガス滞留通路７７
の下端に連通する排気口７５が開けられ、排気筒７６が
水平方向に突設されている。なお、排気口７５は、環状
下板７３に設けて排気筒７５を下方に突設しても良い。

【００１６】断熱材７４の内周壁と加熱容器５の外周壁
との間は環状の燃焼ガス滞留通路７７となっている。加
熱容器５の外周壁の中間部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
段にろう付け等で接合されて燃焼ガス滞留通路７７内に
位置している。加熱容器５内には、逆Ｌ字形に曲げられ
た３２本の燃焼ガス流路管５５が垂直に平行して並設さ
れている。各燃焼ガス流路管５５は、下端が下側穴５３
に溶接され上端が上側穴５４に溶接されて、燃焼室６０
と燃焼ガス滞留通路７７の上部との間を連通している。

【００１７】ガスバーナ６は、図１および図４に示す如
く、多孔燃焼板６１を有し、下方に混合流路６２が形成
され、混合流路６２にブロワ６３から燃焼用空気が燃料
ガスとともに予混合されて強制供給される強制送風式の
全一次バーナであり、多孔燃焼板６１の上方には、点火
用スパーク６４およびフレームロッド６５が設置されて
いる。

【００１８】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、３２本の燃焼
ガス流路管５５を通過して燃焼ガス滞留通路７７の上部
に流通される。燃焼ガス滞留通路７７に入った燃焼ガス
はコルゲートフィン５６に接触しながら通って降下し、
排気口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、つぎに燃焼
ガス流路管５５の管壁を介して作動液を加熱し、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。

【００１９】このように発生器１は、燃焼室６０の形
状、多数本の燃焼ガス流路管５５の存在、またはコルゲ
ートフィン５６の使用により小さな体格で極めて大きい
伝熱面積を有するとともに、燃焼ガスと伝熱面との接触
時間が大きくとれるため、熱効率を最大８０％程度にま
で高めることができる。従って、小型の発生器で高負荷
運転でき、この結果、高い冷凍装置の冷凍能力が得られ
る。なお、燃焼ガス流路管５５を逆Ｌ字形とせずに真っ
直ぐに上に延ばし、上方で燃焼ガスを集合させてから、
燃焼ガス滞留通路７７に連通するようにしても良い。

【００２０】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。

【００２１】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、上方
からのアンモニア濃溶液との接触による温度降下により
水が凝縮して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で吸熱され水が凝縮して分離されて約９
９．８％のアンモニアガスとなる。

【００２２】〔冷房運転、図５参照〕図５に示す如く、
このガス冷媒（アンモニアガス）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Ｆ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。

【００２３】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２
２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。

【００２４】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。

【００２５】このアンモニア希溶液は容器４１内で散布
器４２から散布され、利用側熱交換器３から容器４１内
に供給されるガス冷媒を吸収して容器４１の底部にある
液溜まり４３に落下する。液溜まり４３の作動液（アン
モニア濃溶液）は、ポンプＰ2 により図５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後、精留器１
２内の最上段の貯液棚１Ａへ供給される。

【００２６】〔暖房運転、図６参照〕図６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。

【００２７】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５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５と同様である。

【００２８】この実施例では、吸収器４内には前記吸収
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１
４、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を媒体とした給湯サイクルを構成し
ている。

【００２９】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の出口における利用側熱媒体流
路３１から三方切換弁Ｖ1 を介して分岐された分岐往路
３２と、三方切換弁Ｖ1 の下流側に合流する分岐復路３
３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Ｖ2 を介して接続される一方、前記冷却水流路３
５における放熱用熱交換器３４の入口側は、分岐復路３
３に対して三方切換弁Ｖ3 を介して接続されている。

【００３０】ここで三方切換弁Ｖ2 、Ｖ3 は、冷房運転
時においては図５に示すように、冷却水流路３５側が
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６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。従って、冷房運転時においては、冷暖
兼用熱交換器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】加熱容器の上部の斜視図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【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。

【図６】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 １１ 熱源側熱交換器 １２ 精留器 １３ 分縮器（凝縮器） ５１ 立て型円筒体 ５２ 底板 ５３ 下側穴 ５４ 上側穴 ５５ 燃焼ガス流路管 ５６ コルゲートフィン ７５ 排気口 ７７ 燃焼ガス滞留通路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒と吸収液とを混合した作動液から冷
   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希作動液
   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、 前記発生器は、立て型筒状の加熱容器と、該加熱容器の
   底板の下に設けられた燃焼室と、該燃焼室内に設置され
   たバーナと、前記底板に開けられた多数の下側穴および
   前記加熱容器の側壁上部に形成された上側穴とを連結し
   て前記加熱容器内に並設された多数の燃焼ガス流路管を
   備える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、前記加熱容器は上方
   が全面開放して精留器に接続される有底円筒体であり、
   前記燃焼ガス流路管は上端が外側に曲げられた逆Ｌ字状
   を有し、前記底板に設けられた下側穴および前記円筒体
   の側壁の上部に連結された上側穴とを連結して前記加熱
   容器内に並設されたことを特徴とする吸収式冷凍装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかにおいて、
   前記加熱容器の外周を包むように燃焼ガス滞留通路を形
   成し、該燃焼ガス滞留通路の下端に排気口を設けたこと
   を特徴とする吸収式冷凍装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、吸熱フィンを前記加
   熱容器の外周壁に接合して前記燃焼ガス滞留通路内に位
   置させたことを特徴とする吸収式冷凍装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記吸熱フィンはコ
   ルゲートフィンであり、上下方向に複数段にピッチをず
   らして溶接されたことを特徴とする吸収式冷凍装置。