JPS6217573A - 吸収式冷温水機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は１台で冷房、暖房ができる水−臭化リチウム系
吸収冷温水機に係り、特に暖房運転時に蒸発器の冷媒液
を吸収液へ効率良く排出する機構を備えた操作性向上に
好適な吸収冷温水機に関する。

〔発明の背景〕

従来のこの種冷温水機の温水取出し方法としては、 （ａ）再生器で発生した冷媒蒸気を弁を介して直接蒸発
器又は吸収器に導入し、蒸発器管群内を流通する温水と
熱交換させ、その蒸発器群より温水を取出す方法、この
種の装置として関連するものには例えば、特開昭５８−
９６９６３号、実開昭５７−１１６０７６号が挙げられ
る。

（ｂ）再生器の蒸気配管を分岐して別個に設けた温水熱
交換器に導入し、この温水用熱交換器より温水を取り出
す方法、この種の装置として関連するものには例えば、
特開昭４９−７８２５１が挙げられる。

（ｃ）暖房時に再生器の溶液濃度をきわめて薄くして、
沸点上昇を抑制し、再生器で発生した冷媒蒸気を凝縮器
に直接、あるいは低温再生器での凝縮、再蒸発を行って
凝縮器に導入し、凝縮器管群内を流通する温水と熱交換
させ。

凝縮器管群より温水を取り出す方法、この種の装置とし
て関連するものには、例えば、特開昭５７−７３３６７
、特開昭５７−１３６０６６、特開昭５７−１３６０６
３が挙げられる。

しかし、上記（ａ）の方法は高温再生器から低温再生器
に直列的に溶液が循環するため、暖房時には、溶液を吸
収器にバイパスさせる必要があり、そのための切換弁が
必要である。該切換弁は高温の溶液と冷媒蒸気が流通す
ることから、耐久性のある高価な弁を必要とする欠点が
ある。また、（ｂ）の方法では、別設の熱交換器を必要
とし。

コスト高、占有空間人という欠点がある。（Ｃ）の方法
は吸収式冷温水機としては構造が簡単であるが、冷房時
と暖房時に負荷を配管の接続を蒸発器管群から凝縮器管
群に切換える必要があり、冷暖房の操作が複数化する欠
点がある。

また、暖房時、蒸発器の冷媒液を吸収器に流出させるた
めに冷媒スプレポンプを運転する必要があり、（ａ）、
（ｂ）の方式に比べ省電力の点に配慮されていなかった
。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、冷温水を蒸発器から取出すとともに冷
房時の溶液循環径路を暖房時も同一にして構成の簡略化
、信頼性向上並びに省電力、小形化を図った吸収式冷温
水機を提供することにある。

〔発明の概要〕

水−臭化リチウム系吸収式冷温水機は、冷房時液化した
冷媒を凝縮器または蒸発器にある程度貯めて、溶液中の
吸収剤濃度が濃い条件で運転され、運転停止に際しては
溶液を冷媒で希釈して、吸収剤の結晶化を防止している
。この溶液濃度が薄いと溶液の沸点上昇が小さいため、
再生器での熱交換が効率良く行われる。すなわち、燃料
ガス、灯油などを熱源とする吸収式冷温水機では、前記
溶液の沸点上昇を小さくすることでボイラ効率を向上で
きる。

したがって、冷房運転時には、蒸発器又は凝縮器に冷媒
を貯え、暖房運転時には、これら液冷媒を排出して溶液
に混入させることが良いことが分る。なお、ａＩ縮器に
液冷媒を貯えて、蒸発器に貯めない方式では冷房運転時
の希釈毎に、暖房運転時と同じ濃度まで希釈されるので
、再起動時に溶液を濃縮させるため多大の熱エネルギを
要し、時間がかかるという欠点がある。

ここで、吸収器に排出される液冷媒量が多い方が、溶液
濃度を薄くでき、沸点上昇を小さくできるので、良いが
、従来の回転式ポンプでは回転翼先端のキャビテーショ
ン防止のため、吸込揚程（ＮＰＳＨ）がおよそ０．５　
ｍと高く、冷媒タンクを低い位置にもってくることがで
きない、ところが、エゼクタポンプ、気泡ポンプは回転
ポンプに比べ著しく低いＮＰＳＨで動作する。

本発明は、上記の点にかんがみ、なされたもので、再生
器で発生する高圧の冷媒蒸気を使って。

暖房時蒸発器の液冷媒を気泡ポンプ作用で吸収器に送液
したことを特徴とする。

また、本発明は該気泡ポンプの特性が前記再生量発生冷
媒蒸気の全量を使うと、気泡ポンプ管の二相流動抵抗の
増大により気泡ポンプの要求ＮＦＳ）ｌが高くなること
から、なされたもので、気泡ボンプ管流人蒸気の一部を
バイパスさせて、蒸発器に供給したことを特徴とする。

さらに、本発明は該冷媒蒸気供給管に設置する弁を、冷
媒スプレポンプの吐出冷媒圧力又は流動を駆動源とする
弁にしたことを特徴とする・〔発明の実施例〕 以下、本発明の一実施例を第１図〜第５図により説明す
る。第１図において、１は高温再生器。

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は循環ポンプ、９は冷媒スプレポンプ、１０は凝縮器
３の凝縮液冷媒を蒸発器４にＵ字シール。

絞り１９を介して導く冷媒液導管、１１は凝縮器３と蒸
発器４とを連絡する０字シール管、１２は冷媒ポンプ９
吐出とスプレヘッダ２１とをフロート弁１３を介して連
絡するスプレ液導管、１４は冷媒タンク、１５はスプレ
液導管１２より分岐してＵ字シール管１１に液冷媒を逆
Ｕ字シールを介して連絡する分岐管、１６は冷媒ブロー
管、２４は気泡ポンプ管、２５は気液分離器、２６は蒸
気導管、２７は冷媒液導管、２８は蒸気管、２９はバイ
パス管である。

次に上記のような構成から成る本実施例の作用について
説明する。

まず、冷房運転の場合について説明する。高温再生器で
発生した冷媒蒸気は低温再生器２ａ内に導かれ、管外を
流下する溶液と熱交換して凝縮液化し、絞り１８を経由
して凝縮器３に流入し、冷却水３ａで冷却される。低温
再生器２で発生した冷媒蒸気はミストセパレータ２０を
経由して凝縮器３に導かれ、伝熱管群内を流通する冷却
水３ａと熱交換して凝縮液化し、前記高温再生器１から
の冷媒とともに、液冷媒導管１０．絞り１７を経由して
蒸発器４に流入する。蒸発器４では、冷媒スプレポンプ
９により伝熱管群上に液冷媒が散布されて、管群内を流
通する冷水４ａと熱交換して蒸発し、蒸発潜熱を冷水４
ａから奪うので、冷凍作用が得られる。この蒸発した冷
媒は吸収器５に流出し、吸収器管群内の冷却水５ａによ
る冷却された管群を流下する吸収剤溶液に吸収される。

吸収器５の溶液は循環ポンプ８により、低温熱交換器６
を経由し、分割されて一部は低温再生器２へ供給され、
残りはさらに高温熱交換器７．流量制御機構（図示せず
）を経由して、高温再生器１へ供給され、それぞれ、冷
媒蒸気を発生して濃縮される。高温再生器１で濃縮され
た溶液は、高温熱交換器７を経由して、低温再生器２の
濃縮された溶液とともに低温熱交換器６を経由して、吸
収器５に戻される。この際、循環ポンプ８の吐出液の一
部を駆動源とするエゼクタポンプにより、スプレヘッダ
２２より吸収器伝熱管群上に散布される。

上記動作で冷房サイクルを実現するためには、凝縮器３
から、Ｕ字シール管１１を経由して冷媒蒸気が蒸発器４
へ流通するのを抑止する必要がある。水やメタノールな
どのアルコールを冷媒とする吸収式冷温水機においては
冷房時の凝縮器３と蒸発器４との差圧は小さく、冷媒液
の液柱ヘッドで十分差圧を維持できる１例えば、水を冷
媒とし。

通常使用される運転条件では前記差圧はたかだが０．７
　ｍＡｇ程度であり、吸収式冷温水機全体の高さは大略
１．５ｍ以上あるので、凝縮器３の気相部と蒸発器４と
を連通させたＵ字シール管１１に冷媒液を満せば液柱ヘ
ッドによる差圧維持機能により凝縮器３から、Ｕ字シー
ル管１１を経由して蒸発器４へ冷媒蒸気が流通すること
を抑止できる。しかしながら、単に冷媒液を満たしただ
けでは、凝縮器３からの冷媒蒸気がＵシールを形成する
冷媒液面で凝縮液化し、徐々に冷媒液が加熱され、Ｕシ
ールの蒸発器４側において再沸とうし、差圧維持機能が
破壊されてしまう可能性がある。

本発明では、冷房時に冷媒スプレポンプ９の運転により
蒸発器４内の圧力をほぼ同一の飽和圧力を有する冷却さ
れた冷媒液が分岐管１５より０字シール１１１へ連続し
て供給されるので、再沸とうを起こすことなく液柱ヘッ
ドによる差圧維持機能を保持でき、凝縮器３から、Ｕ字
シール管１１、気泡ポンプ管２４を経由して蒸発器４へ
冷媒蒸気が流通せず、冷房サイクルを実現できる。

さらに、分岐管１５と０字シール管の接続個所をＵ字シ
ール管１１の底部より蒸発器４側に接続すれば、０字シ
ール管１１の底部より凝縮器３側の冷媒液はほとんど動
かない、この場合、凝縮器３側の冷媒液の表面濃度は略
々凝縮温度、底部は略々蒸発温度となり、いわゆる温度
成層が形成され、凝縮器３側の冷媒液面で冷媒蒸気がほ
とんど凝縮液化することなく、性能低下を抑止できる効
果がある。

なお、０字シール管１１と蒸気導管２６とは、二重管構
成で液路を構成すれば、コンパクトにつくれる。ただし
、０字シール管１１の凝縮器３に連絡している側は、冷
媒液がふりかかったとすると、管内で凝縮して熱が蒸発
器に伝わり、冷凍能力低下の原因となるので、吸収器−
蒸発器シェル内にこれら装置を内蔵させる場合には、こ
の点の注意が必要である０例えば、気液分離器２５の蒸
発器４又は吸収器５に開孔する側を液が排出されるルー
バ状（よろい月収）にすることで冷媒液や収液の進入を
防止できる。

次に暖房運転の場合について説明する。この場合は、冷
媒スプレポンプ９の運転を停止する。すると、０字シー
ル管１１の液シールが破れ、一部はガス抜き穴すより蒸
発器４に冷媒蒸気が流出するが、残りは蒸気管２６を経
由して、そのほとんどの冷媒蒸気はバイパス管２９を経
由して蒸発器へ送られ、一部の冷媒蒸気は気泡ポンプ管
２４に流入し、冷媒導管２７を経由した冷媒タイク１４
の冷媒と混合し、二相流となって気泡ポンプ管２４を上
昇し、気液分離器２５に送られ、冷媒蒸気は蒸発器４へ
、液冷媒はブロー管１６を経由して吸収器５へ流出する
。

吸収器５に送られた液冷媒は溶液と混合して、サイクル
循環溶液の濃度を薄くする。したがって暖房時に低温再
生器２における蒸発圧力が高くなっても、沸点は１００
℃以下にでき、よって、高温再生器１の圧力は大気圧を
超えない。

低温再生器２で発生した冷媒蒸気は０字シール管１１．
蒸気量ｐｇ２６を経て、大部分はバイパス管２９を経由
して蒸発器４に流出し、また、残りの冷媒蒸気も気泡ポ
ンプ２４．気液分離器２５゜蒸気導管２８を経由して蒸
発器４に流出し、蒸発器管群内を流通する温水４ａと熱
交換して凝縮シ、冷媒タンク１４に流入する。この際の
冷媒蒸気の凝縮潜熱により暖房作用を得る・ 蒸発器４で液化した冷媒は、気泡ポンプ２４により吸収
器５に排出される。

また、溶液は、冷房運転時と同様に循環する。

したがって、何ら特別な流路を設ける必要がない。

以上の゛ように構成したので、本実施例においては、 １）冷水と温水の取り出し口が蒸発器管群であり、共通
なため、負荷と冷温水機との配管接続の切換が不要で、
操作性がよい。

２）冷媒ポンプを暖房中停止できるので、省電力にでき
る。一方、冷房中は、冷媒スプレポンプ９により強力に
冷媒液を伝熱管群上に散布でき、熱伝達率が散布量の１
７２〜１／３乗に比例することから、蒸発器の伝熱面積
を節約できる。

３）サイクル中に冷暖房切換弁がまったくないので、信
頼性が向上し、コスト低減できる。

４）溶液の循環系が冷房、暖房と同一であり、弁で閉塞
された箇所がないので、溶液滞留がなく、腐食環境上お
だやかになり、局部腐食劣化の心配がない。

５）暖房運転が、きわめて濃度の薄いサイクルを構成す
るので結晶化し難しい。

６）気泡ポンプ２４に供給される冷媒蒸気量を削減でき
、気液分離器２５の通過冷媒蒸気量が削減されるので気
液分離性能が向上できるのでよりコンパクトな気液分離
器２５にできるとともに気泡ポンプ２５のサイズも小さ
くでき、コスト低減が図れる という効果がある。

なお、溶液循環ポンプ８の空転防止のため吸収器５の底
部に液面検出器４０を設け、吸収器５の底部に滞留する
液量が極端に少なくなった場合に循環ポンプ８．冷媒ポ
ンプ９．バーナ３０．冷却水ポンプ４１を止める安全装
置を設ける。該液面検出器４７０が作動する場合として
は、再生器からの溶液戻り流路で結晶晶析したことが考
えられ、その際には、前記気泡ポンプ２４が作動して、
自動的に溶液を希釈する。液面検出器４０が復帰しても
、冷媒ポンプ９のみ、タイマー等を使ってしばらく動作
させないと、その間、解晶運転が行われる。

以上のように自動解晶運転が行なわれるので、冷温水機
の信頼性が高く、操作がよいという効果がある。

なお、気泡ポンプ管２４の特性は、揚液冷媒液量Ｇ、駆
動冷媒蒸気量り、気泡ポンプ管長し、サクションヘッド
Ｈ６で評価できる。Ｈ８一定で、Ｄが増加すると、Ｇは
増大するが、ある限界があり、それ以上りを増加すると
漸減する。またＱ　一定でＨ，を高くするとＧが増大す
る。

これを図示した気泡ポンプの揚液特性を第２図に示す。

Ｈ，／Ｌが人、すなわち蒸発器の冷媒液面が高いとＧが
多く、短時間に蒸発器４から吸収器５へ冷媒液を早く排
出できる。また、冷媒蒸気量りが増大してもある限界以
上はＧは増大しない。

ところが、気液分離器２５では、冷媒蒸気量りが増加す
ると縮媒蒸気流速が増大し、分離性能が低下して、冷媒
液が再び蒸発器４に戻る。そのために気泡ポンプ２４の
揚液しなければならない量が増大し、結果的にＨ，が高
くなってバランスする。

筆者らの実験結果によれば内径２８ＩＩＩｌ長さＬ＝０
．６　　ｍの気泡ポンプで約１５０ｋｇ／ｈの冷媒液を
約１５ｋｇ／ｈの凝縮器の冷媒蒸気で蒸気器から吸収器
へ排出でき、その際のＨｌはたかだか１４０ｍｍである
。コノ際約７０ｋｇ／ｈの冷媒蒸気をバイパスしている
。ところが、全量の冷媒蒸気を気泡ポンプに供給すると
Ｈｌは２８０＋ｍを越えて暖房サイクル構成が国璽にな
った。このように適正な設計をしようとすると、気泡ポ
ンプ２４の蒸気バイパス管２９が必要になる。なお、バ
イパス管２９と蒸発器４の液冷媒とを細い連通管３９で
連絡すると気泡ポンプ２４とバイパス２９との冷媒蒸気
配分の設計が非常に容易になる。これは、バイパス管２
９の流動抵抗圧損が該連通管３９で供給される液冷媒量
で制御されるため、Ｈｌが高いときは気泡ポンプに多く
の冷媒蒸気が供給され、Ｈｌが低いときは、細い連通管
３９から冷媒液が供給されなくなり、冷媒蒸気単相でバ
イパス管２９を流れるので、よりバイパス量が増大する
という自己制御機構を構成できることによる。

また・Ｈ，がキャビテーション限界のある回転ポンプに
比較して、著しく小さくできるので冷媒タンク１４の位
置を下げられる。また、冷媒タンク１４は暖房サイクル
用として別設し、蒸発器シェル下部に配設できるので、
スペースファクタが良くなり、冷温水機のコンパクト化
が図れるという利点がある。

また、低温再生器２を散布式熱交換器とすると、液の滞
留量が少ないため、溶液量を削減できるだけでなく、冷
媒タンク１４にためるべき冷媒量も少なくできるので、
全体としてコンパクト化が図れるという効果がある。

第３図は本発明の他の実施例を示す説明図で、気泡ポン
プ管２４および蒸気バイパス２９．とバイパス２７に連
絡する細い導管３９高温再生器１の気相部とを蒸気導管
２６．弁４０を介して接続し、Ｕ字シール管１１が無い
点が他の実施例と異なる。

暖房時、弁４０を開くと、冷媒タンク１４の冷媒が吸収
器５に排出される点は同じだが、高温再生器１で発生し
た冷媒蒸気が低温再生器２を経由して冷却されて過熱状
態から飽和蒸気になり、バイパス管２９と、気泡ポンプ
管２４．気泡分離器２５、蒸気導管２８とから蒸発器４
に導かれて管内を通水する温水を加熱する点とＵ字シー
ル管１１がない点が前記実施例と異なる。Ｕ字シール管
１１がない分だけコンパクトにできる効果がある。

本実施例では、高温再生器１の発生冷媒蒸気を蒸発器４
に導くようにしたので、蒸気系の圧力損失を大きくとれ
るため、蒸気導管２６．弁４０のサイズを小さくできる
効果がある。また、低温再生器２を径由した冷媒蒸気を
弁４０に導くため、高温再生器１で発生する過熱蒸気（
１３０℃〜１５０℃）を通す場合や冷媒蒸気と溶液を混
合させて通す場合に比べ１００℃以下の温度であり腐食
環境としておだやかになり弁の低久上有利である。

さらに、該バルブ４０の弁体を冷媒ポンプ９の吐出冷媒
液の圧力で動作させるように、例えばダイアフラム°ベ
ロース等を設けるとか、ピストンで駆動するとかその他
の方法で駆動させれば、冷媒ポンプ９運転のときのみ閉
とでき、冷房運転が構成できる。

むろん、該バルブ４０を電磁弁としても同様な効果を得
ることは易い。

第４図は、本発明の他の実施例を示す。本実施例では、
気液分離器を設けず直接吸収器５に気泡ポンプ管２４の
吐き出しを接続した点と、バイパス管２９の分岐を蒸気
導管２６より下取りした点が異なる。気液分離器がない
のでコンパクトに構成できる効果がある。また、バイパ
ス管２９を下取りにしたため、この分岐部にＵ字シール
部が構成され、バイパス管２９に蒸気が供給されるより
も早くに気泡ポンプ管２４に冷媒蒸気が供給されるので
、例えば冷房から暖房に切換える際にはまず、気泡ポン
プ２４が作動して蒸発器４の液冷媒を排出でき、速やか
にサイクルの溶液の吸収剤濃度を低下できるという効果
がある。また、弁４０を少し、開くだけで蒸発器４の液
冷媒をサイクル中に排出できるので、例えば高温再生器
１の温度が異常に高温になった場合とか、蒸発器４の冷
媒が過冷却になった場合とか、吸収器５９の液面が異常
に低下して溶液ポンプ８が空転する場合とが、停電トリ
ップするとかの異常時に弁４０を開けば多量の冷媒蒸気
を蒸発器４に送って高温再生器１の溶液濃度を異常に高
濃度にすることなく吸収器５の溶液を希釈でき、安全装
置としての効果を得られる。

第５図は本発明の他の実施例を示す、特開昭５９−１９
５０６９に開示されている冷媒液散布装置へ送る液冷媒
用エゼクタ−ポンプ４１と本発明の組合わせ構成の一例
を示すもので、冷媒ポンプ９の代わりにエゼクタ−ポン
プ４１が設けられている。エゼクタ−ポンプ４１用の駆
動液冷媒は蒸気導管２６と弁４０との間で分岐する分岐
管４２から供給される。この際エゼクタ−ポンプ４１分
岐管４２の開孔部を気泡ポンプ管底部の蒸気供給部より
上方に位置しておけば暖房時はスプレダクト１２には液
冷媒が上がらず、冷媒蒸気のバイパス管として作用する
。この実施例では冷媒ポンプ９がないので信頼性が高い
という効果がある。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、バイパス管を設けた気
泡ポンプで蒸発器の液冷媒を吸収器に効率よく排出でき
るので、冷温水を蒸発器から共通取り出しにできるとと
もに気泡分離器、気泡ポンプ管を小形化できる。という
効果がある。

【図面の簡単な説明】

れ本発明の他の実施例のサイクルフロー図である。 １・・・高温再生器、２・・・低温再生器、３・・・凝
縮器、４・・・蒸発器、５・・・吸収器、６・・・低温
熱交換器、７・・・高温熱交換器、８・・・循環ポンプ
、９・・・冷媒スプレポンプ、１０・・・冷媒液導管、
１１・・・０字シール管、１２・・・冷媒スプレ導管、
１３・・・フロート弁、１４・・・冷媒タンク、１５・
・・分岐管、１６・・冷媒ブロー管、１７．１８・・・
絞り、１９．２０・・・エリミネータ、２１，２２．２
３・・・スプレヘッダ、２４・・・気泡ポンプ、２５・
・・気液分離器、２６・・・冷媒ブロー管、２７・・・
冷媒導管、２８・・・蒸気導管、２９・・・バイパス管
、３０・・・バーナ、３１・・・貫流ボイラ。 ３２・・・気液分離器、３３・・・バイパス管、３４・
・・フロートボックス、３５・・・フロート弁、３９・
・・細い導管、４０・・・弁、４１・・・エゼクタポン
プ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、吸収式冷温水機において、再生器で発生した冷媒蒸
   気を駆動源とする気泡ポンプを設け、揚液された蒸気器
   の液冷媒を吸収器に導くとともに、前記気泡ポンプと再
   生器とを連絡する蒸気導管にバイパス管を接続して蒸発
   器−吸収器シェルに冷媒蒸気をバイパスしたことを特徴
   とする吸収式冷温水機。 ２、再生器と前記バイパス管及び気泡ポンプと連絡する
   蒸気管に冷媒ポンプの吐出冷媒で駆動される開閉弁を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の吸収
   式冷温水機。 ３、低温再生器加熱部を経由した高温再生器発生冷媒蒸
   気を前記気泡ポンプに連絡したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項、または第２項記載の吸収式冷温水機。 ４、凝縮器と前記気泡ポンプ及びバイパス管とを連絡す
   る蒸気導管にＵ字シール管を設け、該Ｕ字シール管に冷
   媒ポンプ吐出側から分岐した分岐管を接続したことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の吸収式冷温水機。 ５、再生器と前記バイパス管及び気泡ポンプと連絡する
   蒸気管に電磁弁を設けるとともに、冷却水ポンプＯＮの
   とき閉となるようにしたことを特徴とする特許請求範囲
   第１項記載の吸収式冷温水機。 ６、前記バイパス管と蒸発器とを連絡する細管を設け、
   蒸発器の冷媒液面が高いときは該細管を経由して前記バ
   イパス管に冷媒液が供給され、蒸発器液面が低いときは
   該細管の蒸発器での開孔部が気相部にあるようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の吸収式冷温
   水機。