JPH11190570A - 空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸収冷凍機を室外機とした空調装置における
設備費の削減と熱効率の改善を図る。 【解決手段】 三方弁５８・５９・６０・６１の切替操
作によって、凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱交換器５Ａ
と空気熱交換器５３とを連通したときには、蒸発器熱交
換器４Ａと利用側熱交換器５２とが連通してＲ−１３４
ａがコンプレッサ５４により圧縮循環されて室内機５１
による冷房が行え、蒸発器熱交換器４Ａと空気熱交換器
５３とを連通したときには、凝縮器熱交換器３Ａと吸収
器熱交換器５Ａと利用側熱交換器５２とが連通してＲ−
１３４ａがコンプレッサ５５により圧縮循環されて室内
機５１による暖房が行えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空調装置に関するも
のであり、特に詳しくは電力消費量が年間を通じて最大
となる夏期における冷房用の冷却熱源を、ガスや油を燃
焼させることによって運転する吸収冷凍機から得るよう
にした空調装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷媒に水を、吸収液に臭化リチウム（Ｌ
ｉＢｒ）水溶液を使用する、例えば図５に示す二重効用
の吸収冷凍機１００（単に冷温水吸収ヒートポンプでも
良い）が、冷暖房運転の熱源を与える室外機として従来
から使用されている。図中１はバーナ１Ｂを備えた高温
再生器、２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、５
は吸収器、６は低温熱交換器、７は高温熱交換器、８〜
１１は吸収液配管、１３は吸収液ポンプ、１４〜１７は
冷媒配管、１９は冷媒ポンプ、２２は蒸発器４の内部に
配設された蒸発器熱交換器４Ａと連通して室内機の利用
側熱交換機に冷水または温水を循環供給するための冷温
水配管、２３は吸収器５の内部に配設された吸収器熱交
換器５Ａおよび凝縮器３の内部に配設された凝縮器熱交
換器３Ａに冷却水を供給するための冷却水配管、２４は
バーナ１Ｂに接続した燃料供給管、２５は燃料供給管２
４に設けた流量制御弁、２６〜２８は開閉弁である。

【０００３】上記構成の吸収冷凍機１００においては、
開閉弁２６・２７・２８を閉じ、冷却水配管２３に冷却
水を通しながら、バーナ１Ｂに点火して高温再生器１で
溶液を加熱すると、高温再生器１で溶液から蒸発分離し
た冷媒蒸気は冷媒配管１４に流れ、低温再生器２で中間
吸収液を加熱濃縮して凝縮器３に入り、冷却水配管２３
から供給される冷却水と凝縮器熱交換器３Ａの管壁を介
して熱交換して凝縮液化した後、冷媒配管１４から供給
される凝縮冷媒と一緒になって冷媒配管１５を経由して
蒸発器４へ入る。

【０００４】蒸発器４では、冷媒ポンプ１９によって蒸
発器熱交換器４Ａの上に散布された冷媒液が冷温水配管
２２から供給される水と熱交換して蒸発し、このときの
気化熱によって蒸発器熱交換器４Ａ内を流れる水が冷却
される。そして、蒸発器４で蒸発した冷媒は吸収器５に
入り、上方から散布される吸収液に吸収される。

【０００５】冷媒を吸収して濃度の薄くなった吸収器５
の吸収液は、吸収液ポンプ１３の運転により低温熱交換
器６・高温熱交換器７を経て高温再生器１へ送られる。
高温再生器１に入った吸収液は、バーナ１Ｂにより加熱
されて冷媒が蒸発し、中濃度の吸収液となって高温熱交
換器７を介し低温再生器２に入る。そして、ここで吸収
液は高温再生器１から冷媒配管１４を流れて来た冷媒蒸
気によって加熱され、さらに冷媒が蒸発分離されて濃度
が高くなる。高濃度になった吸収液は低温熱交換器６を
経て吸収器５へ入り、上方から散布される。

【０００６】上記のように吸収冷凍機の運転が行われる
と、蒸発器熱交換器４Ａの管壁を介して冷媒の気化熱に
よって冷却された冷水が、冷温水配管２２から室内機の
利用側熱交換器に循環供給できるので、冷房運転が行え
る。

【０００７】一方、開閉弁２６・２７・２８を開け、冷
却水配管２３に冷却水を通さないでバーナ１Ｂを点火し
て高温再生器１で溶液を加熱すると、高温再生器１で溶
液から蒸発分離された冷媒は冷媒配管１４の途中から主
に流路抵抗の小さい冷媒配管１７を介して吸収器５・蒸
発器４に入り、蒸発器熱交換器４Ａ内を流れる水と熱交
換して凝縮し、主にこのときの凝縮熱によって蒸発器熱
交換器４Ａ内の水が加熱される。したがって、この蒸発
器熱交換器４Ａ内で加熱された水を室内機の利用側熱交
換器に循環供給することで暖房運転が行なわれる。

【０００８】なお、蒸発器４で凝縮した冷媒は開閉弁２
８を通って吸収器５に入り、吸収液配管１１から流入す
る吸収液と混合され、吸収液ポンプ１３によって低温熱
交換器６・高温熱交換器７を経て高温再生器１へ送られ
る。高温再生器１に入った吸収液は、バーナ１Ｂにより
加熱されて冷媒が蒸発し、中濃度の吸収液となって吸収
液配管１１から吸収器５に戻る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記構成の吸
収冷凍機を室外機とした空調装置においては、冷房運転
は二重効用の冷房サイクルとなるので熱効率が良いが、
暖房運転は単なるボイラ運転となるため、熱効率が悪い
と云った問題点があった。

【００１０】また、室内機に循環供給する流体が、顕熱
変化によって冷暖房を行う水であるので、多量に供給す
る必要があり、循環供給のためのポンプは大型化して価
格が高くなると共に、駆動するための電力も多くなると
云った問題点もあった。

【００１１】さらに、コストダウンを目的として吸収冷
凍機を水冷式から空冷式に変える場合には、水冷式の際
に用いている水平管群（管内に冷水が流れる）の吸収器
の構成を、冷却用空気を管内に流すことができないので
管外に供給する構成に変える必要があり、その構造とし
ては水蒸気の供給が吸収液に阻害されないようにするた
めに吸収器の構成を縦型管群にする必要があった。この
場合、水蒸気の供給をスムースに行うために吸収器の大
型化が必要であり、また熱交換を促進するためには送風
量を増加させる必要があるなどの問題点もあり、これら
が解決すべき課題となっていた。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記従来技術の
課題を解決するため、吸収冷凍機の蒸発器内部に配設さ
れた蒸発器熱交換器と、空調を行う部屋に設置される利
用側熱交換器との間を相変化可能な流体が循環可能に配
管接続すると共に、吸収冷凍機の吸収器と凝縮器の内部
にそれぞれ配設された吸収器熱交換器・凝縮器熱交換器
と、外部流体との熱交換を行う外部流体熱交換器との間
を相変化可能な流体が循環可能に配管接続し、循環管路
それぞれに流体の圧縮搬送手段を設けるようにした第１
の構成の空調装置と、

【００１３】前記第１の構成の空調装置において、蒸発
器熱交換器と外部流体熱交換器とを連通し、吸収器熱交
換器・凝縮器熱交換器と利用側熱交換器とを連通する流
体流路切替手段を、循環管路に設けるようにした第２の
構成の空調装置と、

【００１４】前記第１または第２の構成の空調装置にお
いて、吸収冷凍機を何れの利用側熱交換器よりも上方に
配置するようにした第３の構成の空調装置と、

【００１５】前記第１〜第３の構成の空調装置におい
て、外部流体を室外空気とした第４の構成の空調装置
と、 を提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図４に基づいて説明する。なお、理解を容易にするた
め、これらの図においても前記図５において説明した部
分と同様の機能を有する部分には、同一の符号を付し
た。

【００１７】図１と図２に示すように、吸収冷凍機１０
０（但し、図５に示した凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱
交換器５Ａを直列に連通する冷却水配管２３はない）の
凝縮器熱交換器３Ａ・蒸発器熱交換器４Ａ・吸収器熱交
換器５Ａと、複数の室内機５１それぞれに設けられた利
用側熱交換器５２と、内部を通過する流体が外気と熱交
換を行う外部流体熱交換器としての空気熱交換器５３と
が、コンプレッサ５４・５５と、減圧器５６・５７と、
三方弁５８・５９・６０・６１が介在する冷媒配管６２
を介して連通し、管路内に封入した相変化が可能な冷
媒、例えば低温度でも圧力が低下すると容易に蒸発し得
る、冷媒のＲ−１３４ａが各熱交換器の間で循環可能と
なっている。

【００１８】そして、三方弁５８・５９・６０・６１の
切替操作によって、図１のように凝縮器熱交換器３Ａと
吸収器熱交換器５Ａと空気熱交換器５３とを連通したと
きには、蒸発器熱交換器４Ａと利用側熱交換器５２とが
連通して室内機５１による冷房が行われ、図２のように
蒸発器熱交換器４Ａと空気熱交換器５３とを連通したと
きには、凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱交換器５Ａと利
用側熱交換器５２とが連通して室内機５１による暖房が
行われるものである。

【００１９】なお、６３は室内機５１に設置されて利用
側熱交換器５２に室内空気を吹き付け、冷媒配管６２を
介して吸収冷凍機１００から利用側熱交換器５２に循環
供給されるＲ−１３４ａと室内空気との熱交換を促進す
る送風機、６４は空気熱交換器５３に外気を吹き付け、
冷媒配管６２を介して吸収冷凍機１００から空気熱交換
器５３に循環供給されるＲ−１３４ａと外気との熱交換
を促進する送風機である。

【００２０】したがって、図１のように三方弁５８・５
９・６０・６１を切り替えると共に、高温再生器１で加
熱生成した吸収冷凍機１００の冷媒蒸気が凝縮器３で凝
縮して蒸発器４に入り、蒸発器４で蒸発した冷媒蒸気が
吸収器に入って低温再生器から流入する高濃度の吸収液
に吸収されて高温再生器１に戻るように吸収冷凍機１０
０の開閉弁を操作して二重効用運転したときには、蒸発
器熱交換器４Ａと室内機５１の利用側熱交換器５２との
間をコンプレッサ５４の圧送力によって循環するＲ−１
３４ａは、蒸発器４で蒸発する吸収冷凍機１００の冷媒
に蒸発器熱交換器４Ａの管壁を介して気化熱を奪われて
温度が下がり凝縮する。

【００２１】そして、蒸発器熱交換器４Ａで放熱して凝
縮した液体のＲ−１３４ａが室内機５１の利用側熱交換
器５２に循環供給され、送風機６３によって吹き付けら
れる室内空気から気化熱を奪って蒸発することで冷房が
行われる。

【００２２】一方、コンプレッサ５５によって凝縮器熱
交換器３Ａ・吸収器熱交換器５Ａ・空気熱交換器５３の
間で循環するＲ−１３４ａは、凝縮器熱交換器３Ａにお
いては吸収冷凍機１００の冷媒蒸気を凝縮させる際に加
熱されて蒸発し、吸収器熱交換器５Ａにおいては吸収冷
凍機１００の冷媒蒸気を吸収液が吸収するときの反応熱
で加熱された吸収液を冷却させる際に加熱されて蒸発
し、この蒸発したＲ−１３４ａが空気熱交換器５３に送
られ、ここで送風機６４よって吹き付けられる外気に放
熱して凝縮する。

【００２３】この冷房運転時における冷媒の圧力−エン
タルピ線図は図３のように現され、コンプレッサ５４・
５５による圧縮作用があるため、吸収冷凍機自体に求め
られる仕事量が減少すると云った利点がある。

【００２４】また、吸収冷凍機１００を前記図１の冷房
運転時と同様に運転しながら、三方弁５８・５９・６０
・６１を図２のように切り替えると、凝縮器熱交換器３
Ａと吸収器熱交換器５Ａと利用側熱交換器５２との間を
コンプレッサ５５の圧送力によって循環するＲ−１３４
ａは、凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱交換器５Ａとで前
記図１で説明したように加熱されて蒸発し、この蒸発し
た気体のＲ−１３４ａが室内機５１の利用側熱交換器５
２に循環供給され、送風機６３によって吹き付けられる
室内空気に放熱して暖房作用を行い、凝縮液化したＲ−
１３４ａは凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱交換器５Ａに
戻される。

【００２５】一方、コンプレッサ５４によって蒸発器熱
交換器４Ａと空気熱交換器５３との間で循環するＲ−１
３４ａは、蒸発器熱交換器４Ａにおいては前記図１で説
明したように吸収冷凍機１００の冷媒が蒸発するときの
気化熱によって冷却されて凝縮液化し、この凝縮した液
体のＲ−１３４ａが空気熱交換器５３に送られ、ここで
送風機６４よって吹き付けられる外気から熱を奪って蒸
発し、蒸発器熱交換器４Ａに戻される。

【００２６】この暖房運転において、バーナ１Ｂでガス
や油を燃やして発生する熱は、吸収器５から高温再生器
１に供給された吸収液の温度を上昇させるためと、吸収
冷凍機１００の冷媒を吸収液から蒸発分離することに費
やされる。

【００２７】そして、バーナ１Ｂにより加熱されて冷媒
を蒸発分離した吸収液が保有する熱は、吸収器熱交換器
５Ａの管壁を介してＲ−１３４ａの相変化、すなわち液
相から気相への相変化を起こすことでＲ−１３４ａに移
され、冷媒蒸気が保有する熱も凝縮器熱交換器３Ａの管
壁を介して同様にＲ−１３４ａに移される。

【００２８】また、吸収器熱交換器５Ａの管壁を介して
は、Ｒ−１３４ａが外気から空気熱交換器５３の管壁を
介して気化熱として奪った熱も、コンプレッサ５４がＲ
−１３４ａを断熱圧縮するときに発生する熱も、吸収器
４で吸収液が吸収冷凍機１００の冷媒を吸収する際に発
生する反応熱も、全て管内を通るＲ−１３４ａを蒸発さ
せてＲ−１３４ａに移るので、室内機５１に供給するＲ
−１３４ａに吸収冷凍機１００で移される熱量はバーナ
１Ｂが発生する熱量より多くなる。

【００２９】Ｒ−１３４ａは、さらにコンプレッサ５５
による断熱圧縮により加熱されて、送風機６３が室内空
気を吹き付ける室内機５１の利用側熱交換器５２に供さ
れるので、吸収冷凍機１００を単にボイラ運転していた
従来の暖房運転に比較して熱効率が約３５％も改善され
る。

【００３０】すなわち、この暖房運転時における冷媒の
圧力−エンタルピ線図も図４のように現されてコンプレ
ッサ５４・５５による圧縮作用が期待できるため、吸収
冷凍機自体に求められる仕事量が減少すると云った利点
がある。

【００３１】また、室内機５１の利用側熱交換器５２に
は潜熱の出し入れによって相変化するＲ−１３４ａを循
環供給して冷暖房を行うので、循環中に相変化しない水
などを用いて冷暖房を行う場合より供給量は少なくて済
むことから、冷媒配管６２を細くしたり、搬送手段のコ
ンプレッサ５４・５５の小型化が図れるので、設備費と
ランニングコストの両方が削減できる。

【００３２】また、吸収冷凍機１００をビルの最上階な
どに設置し、全ての室内機５１をそれより下方に設置す
るときには、コンプレッサ５４を一層小型化することが
できる。すなわち、冷房運転のときにはコンプレッサ５
４を運転しなくても、上方の蒸発器熱交換器４Ａで凝縮
液化した液体のＲ−１３４ａは、下方の室内機５１の利
用側熱交換器５２にはその自重で流入し、利用側熱交換
器５２で蒸発した気体のＲ−１３４ａはＲ−１３４ａが
凝縮して低圧となっている蒸発器熱交換器４Ａに圧力差
によって戻されるので、補助動力としての能力さえあれ
ば良い。一方、暖房運転のときには蒸発器熱交換器４Ａ
の側方に設置する空気熱交換器５３との間でＲ−１３４
ａを循環させる能力は要求されるが、それでも最上階な
どに設置した吸収冷凍機１００まで低層階から液体のＲ
−１３４ａを押し上げる能力に比較すると遥かに小さい
ので、コンプレッサ５４の一層の小型化が可能となる。

【００３３】したがって、コンプレッサ５４は暖房運転
時にＲ−１３４ａを蒸発器熱交換器４Ａと空気熱交換器
５３との間で循環させるための能力を考慮して小型のも
のを使用すれば良いので、Ｒ−１３４ａを搬送するため
の動力が削減でき、電力消費量が最大となる夏期の電力
消費を抑えることができる。

【００３４】また、吸収冷凍機１００の凝縮器熱交換器
３Ａ・吸収器熱交換器５Ａまたは蒸発器熱交換器４Ａと
連通する熱交換器が外気と熱交換するものであるため、
水配管などが不要であり、ビルの屋上などにも簡単に設
置することができる。

【００３５】なお、凝縮器熱交換器３Ａと吸収器熱交換
器５Ａとは冷媒配管６２に直列に接続し、コンプレッサ
５５によって搬送されるＲ−１３４ａが凝縮器熱交換器
３Ａと吸収器熱交換器５Ａとに順次流れるように配管接
続しても良い。

【００３６】また、吸収冷凍機１００に二重効用サイク
ルのヒートポンプを用いたが、単に冷温水吸収ヒートポ
ンプを用いて暖房運転を行うようにしても良いし、吸収
冷凍機１００と利用側熱交換器５２、吸収冷凍機１００
と空気熱交換器５３との間で循環させる流体としては、
Ｒ−１３４ａの他にも、温度と圧力の制御によって容易
に相変化するＲ−４０７ｃ、Ｒ−４０４Ａ、Ｒ−４１０
ｃなどであっても良い。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の空調装置
では相変化が可能な流体の潜熱を利用した熱搬送を行う
ので、循環中に相変化しない水などを用いて冷暖房を行
う装置より供給量が少なくて済むことから、室外機と室
内機との間の配管を細くしたり、圧縮搬送手段の小型化
ができるので、設備費とランニングコストの両方が削減
できる。また、冷房運転時においても圧縮搬送手段によ
る断熱圧縮作用があるため、吸収冷凍機自体に求められ
る仕事量が減少し、熱効率が改善されると云った利点も
ある。

【００３８】また、請求項２の空調装置によれば、外気
から奪った熱を暖房に使用することができるので、暖房
運転における熱効率が顕著に改善される。

【００３９】また、請求項３の空調装置によれば、冷房
運転時に室内機に冷房用流体を圧縮搬送する手段の一層
の小型化と省エネが図れる。

【００４０】また、請求項４の空調装置によれば、外部
流体熱交換器に熱交換のために供給する外部流体の配管
が不要になるので、ビルの屋上などにも吸収冷凍機や外
部流体熱交換器を簡単に設置することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態（冷房運転）を示す説明図
である。

【図２】本発明の一実施形態（暖房運転）を示す説明図
である。

【図３】冷房運転時における冷媒の圧力−エンタルピ線
図である。

【図４】暖房運転時における冷媒の圧力−エンタルピ線
図である。

【図５】吸収冷凍機の説明図である。

【符号の説明】

１ 高温再生器 １Ｂ バーナ ２ 低温再生器 ３ 凝縮器 ３Ａ 凝縮器熱交換器 ４ 蒸発器 ４Ａ 蒸発器熱交換器 ５ 吸収器 ５Ａ 吸収器熱交換器 ６ 低温熱交換器 ７ 高温熱交換器 ８〜１１ 吸収液配管 １３ 吸収液ポンプ １４〜１７ 冷媒配管 １９ 冷媒ポンプ ２２ 冷温水配管 ２３ 冷却水配管 ２４ 燃料供給管 ２５ 流量調整弁 ２６〜２８ 開閉弁 ５１ 室内機 ５２ 利用側熱交換器 ５３ 空気熱交換器 ５４・５５ コンプレッサ ５６・５７ 減圧器 ５８〜６１ 三方弁 ６２ 冷媒配管 ６３・６４ 送風機 １００ 吸収冷凍機

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸収冷凍機の蒸発器内部に配設された蒸
   発器熱交換器と、空調を行う部屋に設置される利用側熱
   交換器との間を相変化可能な流体が循環可能に配管接続
   すると共に、吸収冷凍機の吸収器と凝縮器の内部にそれ
   ぞれ配設された吸収器熱交換器・凝縮器熱交換器と、外
   部流体との熱交換を行う外部流体熱交換器との間を相変
   化可能な流体が循環可能に配管接続し、循環管路それぞ
   れに流体の圧縮搬送手段を設けたことを特徴とする空調
   装置。
2. 【請求項２】 蒸発器熱交換器と外部流体熱交換器とを
   連通し、吸収器熱交換器・凝縮器熱交換器と利用側熱交
   換器とを連通する流体流路切替手段が、循環管路に設け
   られたことを特徴とする請求項１記載の空調装置。
3. 【請求項３】 吸収冷凍機が何れの利用側熱交換器より
   も上方に配置されることを特徴とする請求項１または２
   に記載の空調装置。
4. 【請求項４】 外部流体が室外空気であることを特徴と
   する請求項１〜３何れかに記載の空調装置。