JPS63176961A - 二重効用空冷吸収式冷凍機 - 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】 〔脆業上の利用分野〕 本発明は、一重効用空冷吸収式冷凍機に係り、特に、水
を冷媒とし、リチウムブロマイドを吸収剤とし、外気温
が異常上昇したときにも運転するのに好適な一重効用空
冷吸収式冷凍機に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、二重効用吸収式冷凍機の冷却は、クーリングタワ
ーの冷却水による水冷式が多かった。しかし、クーリン
グタワーの使用は、冷却水系装置および配管工事が必要
であること、大量の水の確保が必要であること、また、
冷却水系の凍結や汚染を防止することなど、据付工事、
保守および水管理にコストがかかるという問題があった
。

そこで、空冷吸収式冷凍機の開発が急速に進められるに
至り、直接空冷式、間接空冷式の２方式が注目されてい
る。

間接空冷式は、吸収器および凝縮器をフロン２２等の高
圧冷媒の蒸発潜熱により冷却し、蒸発した高圧冷媒蒸気
を外気により凝縮する方式である。

直接空冷式は、吸収器および凝縮器を直接、外気によっ
て冷却する方式であり、これが実用化できれば、単純な
構成で、従来のグーリングタワーを用いた水冷吸収式冷
凍機の問題が解決される。

そこで、水を冷媒とし、リチウムブロマイドを吸収剤と
する空冷吸収式冷水機として１例えば、特開昭６１−４
９９７０号公報記載の技術がｒｊａ発された。

すなわち、当該公報記載のものは、吸収器、凝縮器を、
ファンによる空気の流れで冷却するように、垂直管の管
外にフィンを設けた構成のものとし、一方、高温再生器
温度を上昇させて凝縮器での冷媒の過冷却度を増大させ
、空冷吸収器を出た溶液または冷媒蒸気が混在する溶液
を、凝縮器で液化した前記過冷却冷媒で冷却するように
して、空冷吸収式冷水機を実現している。

このようにして、外気乾球温度が３３℃程度においでは
、機内圧力が大気圧以上となり、溶液温度も実用的な範
囲におさまって運転できる一重効用空冷吸収冷凍機が提
供された。

一般に外気乾球温度は、夏期における日中厳島気温の月
別平均値では東京で３０．８℃であり、上記技術による
一重効用空冷吸収式冷凍機の運転はｏｆ能である。しか
し、夏期における外気温の最高値は、気象統計によると
東京で３８．４℃に上昇することになり、このように外
気温が異常に高くなると、もはや−型動用吸収式冷凍機
は、機内圧が大気圧以上になり、もっとも冷房の必要な
ときに冷房運転ができないという不具合が発生すること
になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように１例えば特開昭６１−４９９７０号公報記
載の技術では、吸収サイクルや、空冷吸収器。

空冷凝縮器に特別の工夫がなされでいるが、外気温が異
常に高くなったときの配慮がなされておらず、冷房がも
っとも必要なときに運転できないという問題があった。

ここで、外気温と吸収サイクルとの関係につぃて説明す
る。

一般に、８本をはじめ世界の広い地域で空調機器を設計
する場合に、夏期の外気の湿球温度は、２７℃としてい
る。したがって、従来、冷却水の蒸気潜熱を利用して、
外気に熱を放出するクーリングタワーの設計においては
、人口側冷却水温を３７℃近辺にとり、出口を３２℃程
度にとることが広く行なわれている。これ以上湿球温度
に近づけようとすると、クーリングタワーが極端に大き
くなってしまい、経済的でなくなり、一方これ以上湿ｊ
ｌＵ度から遠ざけた設計にすると、クーリングタワーは
小さくなるが、冷凍機側の動作条件が苛酷になり、省エ
ネルギーに反するばかりでなく、機械によっては正常な
運転の継続ができなくなってしまう。

冷凍機の動作条件３２℃〜３７℃という温度は上記のよ
うな事情から決定されているものであってこれは油単に
大きく変えることはできない。

そこで、空冷形の吸収器、凝縮器に着目すると、まず空
冷形の場合には、外気の顕熱による冷却であるため、一
般には、クーリングタワーによる冷却水量に比較しで、
数倍の風量を流す必要があり。

その状態でもなおかつ、空気の人口、出口温度差が１０
℃を越えるような設計にならざるを得ない。

これは、例えば外気の湿球温度２７℃、乾球温度３２℃
というような標準的な大気条件の場合には、空気側の人
口、出口を、例えば３２℃〜４２℃といった条件に設定
せざるを得ないことを意味する。

それに加えて、空気側の熱伝達率は、一般的な水冷形の
熱交換器に比較して、熱交換媒体の流速にもよるが、２
衝程度小さくなる。これを換ｉ″すると、熱媒と空気と
の温度差を、Ｓ媒と水との温度差に等しくなるように設
計するためには、空気側の伝熱面積を水の場合の２桁増
し、すなわち約１００倍以上にとらなければならないと
いう結果を生じる。

現実に熱交換器を設計する場合には、無限に大きな熱伝
達向をもつ熱交換器を使用することはできないので、結
局、熱媒と空気との温度差を、水冷の場合よりはるかに
大きくとらざるを得ない。

これを実際のサイクル値で例をあげて説明すると１例え
ば水冷の場合、３２℃〜３７℃の冷却水温度条件に対し
、水冷吸収器、水冷凝縮器の吸収湿度、凝冷温度は、そ
れぞれ約４０℃程度に設計されている。

これに対して空冷の場合には、前述の空気側温度３２℃
〜４２℃に対して、実際的な大きさの空冷吸収器、空冷
凝縮器を使用すると、この吸収温度、凝縮温度は、４８
℃程度にまで高くなってしまう。

そこで、遠心圧縮機、往復動圧縮機の場合などでは、そ
の高い圧縮比を実現する圧縮機を採用することにより比
較的答易に空冷化が４能であるが。

吸収式冷温水機、特に水を冷媒とし、リチウムブロマイ
ドを吸収剤とする二重効用の空冷吸収サイクルの機器で
は、下記の２点が基本的な問題点となる。

第３図を参照して、この問題を説明する。

第３図は、一般的な一重効用空冷吸収式冷凍機の溶液濃
度腺図で、実腺が水冷サイクル、破線が空冷サイクルを
示し、いずれも吸収溶液濃度をパラメータとして示し１
いる。

第３図は、横軸に温度をとり、水冷吸収器、水冷凝縮器
の吸収温度、凝縮温度の設計値４０℃、空冷吸収器、空
冷凝縮器の吸収温度、ｉｇ縮湿温度設計値４８℃を示し
ている。また、縦軸は圧力をとり、水冷サイクルにおけ
る蒸発圧力、凝縮圧力。

高湿再生器圧力の各等圧レベルを矢印線で示している。

前記基本的な問題の第１は、吸収器内溶液濃度と結晶生
成の問題である。第３図に示すように。

一般的な水冷吸収サイクルに比較し、破線で示す空冷吸
収サイクルでは、前述の吸収温度が４８℃と高くなった
分だけ吸収器内溶液濃度が濃い方へ移行し、結晶析出限
界線にきわめで接近し、運転中のわずかな状態炭化で容
易に結晶が生じる。すなわち、吸収器出口溶液の温度が
高いとリチウムブロマイドの品出の原因となる。

問題の第２は、高湿再生器内圧力が大気圧を越えること
である。第３図に示すように、吸収器内濃度が濃いこと
に加え、凝縮温度が高くなると。

低温再生器内溶液の飽和温度が高くなり、これと熱交換
関係にある高温再生器からの蒸気の凝縮飽和温度が容易
に１００℃を越える。

このことは単に、装置全体を圧力容器構成にしなければ
ならず経済的でないというだけでなく。

圧力上昇に見合って内部の溶液温度が高くなり、リチウ
ムブロマイドによる腐食の問題が生じる。

本発明は、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、外気温が異常に上昇したときにも、吸収
器の溶液温度をドげ、高温再生器内圧力が大気圧を超え
ることがなく運転が継続でき、空冷吸収器、空冷凝縮器
などの空冷熱交換器部を小形化し、なおかつ、高効率な
一重効用空冷吸収式冷凍機を提供することを、その目的
としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る一重効用空冷
吸収式冷凍機の構成は、蒸発器、空冷吸収器、空冷凝縮
器、低温再生器、高温再生器、溶液熱交換器、溶液ポン
プ、冷媒ポンプ、およびこれらを作動的に接続する配管
系からなり、前記空冷吸収器、空冷凝縮器へ冷却空気を
供給するファンを備えた一重効用空冷吸収式冷凍機にお
いて、前記空冷吸収器および空冷凝縮器に、それぞれ補
助水冷吸収器および補助水冷凝縮器を併設し、これら補
助水冷吸収器および補助水冷凝縮器を水冷するための水
循環系を接続したものである。

なお付記すると、本発明は、補助水冷吸収器および補助
水冷凝縮器を備え、外気温を検出し、外気温が異常に高
くなったときは、補助水冷吸収器および補助水冷凝縮器
の水循環ポンプを運転し、通常作動しでいる空冷吸収器
および空冷凝縮器と併用するようにしたものである。

〔作用〕

温度センサに係るサーミスタは、常に外気温を測定して
おり、高外気温になら、サーミスタの設定値を超えると
、補助水冷吸収器および補助水冷凝縮器の水循環ポンプ
を作動させる。これにより、吸収器およびｉｇ縮器は、
空冷、水冷の熱交換器が併用して働く。また、逆に外気
温が低ドしてくると、前記サーミスタの別の設定値との
比較に従って前記＠環水ポンプを停止させることにより
、空冷熱交換の単独運転に戻すことができ、誤動作する
ことはない。

〔実施例〕

以ド１本発明の各実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。

まず、第１図は、本発明の一実施例に係る一重効用空冷
吸収式冷凍機のサイクル系統図である。

第１図において、１は蒸発器、２は冷媒ポンプ、３は冷
水の通る冷水管を示す。

４は空冷吸収器で、この空冷吸収器４は、垂直管４ａの
管外に冷却用のフィン４ｂが形成され。

垂直管４ａの上部に蒸気通路５による上部ヘッダ、垂直
管４ａの上部に、上部ヘッダを備えた構成であり、この
上部ヘッダ部が後述する補助水冷吸収器２１に相当して
いる。

６は溶液ポンプ、７は溶液熱交換器、１０は高温再生器
、１１は低温再生器である。

１５は空冷凝縮器で、この空冷凝縮器１５は、垂直管Ｌ
５ａの管外に冷却用のフィンＬ５ｂが形成され、垂直管
１５ａの上部は蒸気通路１４による上部ヘッダ、垂直管
Ｌ５ａの上部に上部ヘッダを備えた構成であり、この上
部ヘッダ部が後述する補助水冷凝縮器２２に相当してい
る。

空冷吸収器４および空冷凝縮器１５は、ファン２０によ
る室外空気の流れによって空冷されるもので１図中の太
い矢印は冷却空気の流れ方向を示し工いる。

上記の各機器は、冷媒配管、溶液配管によって作動的に
接続されてサイクルが形成されている。

２１は、空冷吸収器４に直列に併設された補助水冷吸収
器で、この補助水冷吸収器２１は、空冷吸収器４の上部
ヘッダに相当する稀溶液種部に伝熱管２３が挿入され、
この伝熱管２３が水循環系に接続している。

２２は、空冷凝縮器１５に直列に併設された補助水冷凝
縮器で、この補助水冷凝縮器２２は、空冷凝縮器１５の
上部ヘッダに相当する冷媒液槽に伝熱管２４が挿入され
、この伝熱管２４が水循環系に接続している。

２５は、水循環系に配設された水タンク（クーリングタ
ワーでもよい）、２６は、水循環系に具備された水循環
ポンプ、２７は、室外温度を検知する温度センサに係る
サーミスタである。

このような構成の一重効用空冷吸収式冷凍機について１
通常の外気温における基本的なサイクルの作用を説明す
る。

蒸発器１内の冷媒（水）は、冷媒ポンプ２によって冷水
の通る冷水管３上に撒布され、冷水から蒸発熱を奪って
低圧の冷媒蒸気となり、蒸気通路５を経て空冷吸収器４
に流入する。空冷吸収器４は、ファン２０によって外気
により直接冷却されでおり、前記冷媒蒸気は、上部ヘッ
ダから撒布されて垂直管４ａ内を流ドするリチウムブロ
マイド濃溶液に吸収されて稀溶液となる。

この稀溶液は、補助水冷吸収器２１から溶液ポンプ６に
よって送り出され、溶液熱交換器７を経て稀溶液管８，
９を介して高温再生器１０．低温再生器１１に送り込ま
れる。

高温再生器１０には外部熱源１２が供給され、炉１０ａ
で燃焼するときに生じる熱により稀溶液を濃縮し、この
とき蒸気を発生する。この発生冷媒蒸気は、冷媒管路１
３の伝熱管部１３ａを介して低温再生器１１内の稀溶液
を加熱濃縮し、冷媒みずからは凝縮液化して液冷媒とな
り、空冷凝縮器１５の上部ヘッダに相当する補助水冷凝
縮器２２へ送られる。

低温再生器１１で濃縮された稀溶液から発生した蒸気は
、ａ気道路１４を通って空冷凝縮器１５の垂ｌζ管１５
ａに流入し、ここでやはりファン２０によって外気によ
り冷却されて液冷媒となり上部ヘッダに相当する補助水
冷凝縮器２２から冷媒管１Ｇを経て蒸発器１に戻る。

高温再生器１０．低温再生器１１でそれぞれ濃縮された
溶液は、濃溶液管１７，１８により溶液熱交換器７を経
たのち濃溶液管１９を介して空冷吸収器４の上部ヘッダ
へ送られ撒布され、再び吸収過程がくり返される。

次に外気温度が異常に高温となったときの作用を説明す
る。

外気温度が特別に高い場合、空冷吸収器４における溶液
温度が上り溶液濃度が上昇するとともに、空冷凝縮器１
５の温度が上昇し、低温再生器１１内の溶液温度が上昇
するため、高温再生器１０の内圧が上昇することになる
。

そこで、サーミスタ２７は、常に外気温度を監視してい
る。外気温度が異常に高温になり、サーミスタの設定値
１例えば３３℃を超えると、そのサーミスタ２７の出力
信号によって循環水ポンプ２６が起動し、水タンク（ク
ーリングタワー）２５の水は水循環系の配管を流れ、伝
熱管２３によつ１補助水冷吸収鼎２１における稀溶液の
出口温度を低ドさせる。同様に伝熱管２４によって補助
水冷凝縮器２２における冷媒液温度を低ドさせる。この
ように吸収器および凝縮器は、空冷、水冷の熱交換器部
が併用して働くことになる。

また逆に、外気温が低ドしてくると、サーミスタの別の
設定値との比較によって前記循環水ポンプ２６を停止し
５通常の空冷熱交換による単独運転に戻る。

本実施例によれば、外気温が異常に上昇したときにも、
高外気湿での空冷熱交換を水冷によって補助、負担する
ことができるので、吸収器出口溶液温度をドげ、高温再
生器内圧力が大気圧を超えることなく運転が継続でき、
空冷吸収器、空冷凝縮器の伝熱面積を気温３２℃で設計
しでも何ら支障のない、高効率の一重効用空冷吸収式冷
凍機を提供することができる。

次に１本発明の他の実施例を第２図を参照して説明する
。

第２図は、本発明の他の実施例に係る一重効用空冷吸収
式冷凍機のサイクル系統図であり１図中。

第１図と同一符号のものは、第１図の実施例と同等部分
であるから、この説明を省略する。

第２図の実施例で、第１図の実施例と相違するところは
、補助水冷吸収器および補助水冷凝縮器を、空冷吸収器
および空冷凝縮器に対して並列に併設したことである。

第２図において、２８は、空冷吸収器４に並列に併設さ
れた補助水冷吸収器で、この補助水冷吸収器２８は、管
路２８ａ、２８ｂを介して、それぞれ蒸気通路５．空冷
吸収器４のド部ヘッダ４ｃに接続している。補助水冷吸
収器２８の摺部には伝熱管３０が挿入され、この伝熱管
３０が水循環系に接続しｔいる。

また、２９は、空冷凝縮器１５に並列に併設された補助
水冷凝縮器で、この補助水冷凝縮器２９は、管路２９ａ
、２９ｂを介して、それぞれ蒸気通路１４．空冷凝縮器
１５の下部ヘッダ１５ｃに接続している。補助水冷凝縮
器２９の摺部には伝熱管３１が挿入され、この伝熱管３
１が水循環系に接続している。

外気温度が異常に高温になると、サーミスタ２７の検知
信号によって循環水ポンプ２６が起動し、水タンク（ク
ーリングタワー）２５の水は水循環系の配管を流れ、伝
熱管３０を介して、補助水冷吸収器２８を流れる冷媒を
冷却することによって空冷吸収器４のド部ヘッダ４ｃに
おける稀溶液温度を低ドし、かっ温度を稀釈する。

また、伝熱管３１を介して、補助水冷凝縮器２９を流れ
る冷媒を冷却することによって、空冷凝縮器１５のド部
ヘッダＬ５ｃにおける液冷媒温度を低ドさせる。

このようにして、第２図の実施例によれば、第１図の実
施例で説明したと同様の効果が期待される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、外気温が異常に上
昇したときにも、吸収器の溶液温度をドげ、高温再生器
内圧力が大気圧を超えることがなく運転が継続でき、空
冷吸収器、空冷凝縮器などの空冷熱交換器部を小形化し
、なおかつ、高効率な一重効用空冷吸収式冷凍機を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る一重効用空冷吸収式
冷凍機のサイクル系統図、第２図は１本発明の他の実施
例に係る−重効用空冷吸収式冷凍機のサイクル系統図、
第３図は、一般的な一重効用空冷吸収式冷凍機の溶液濃
度線図である。 １・・・蒸発器、２・・・冷媒ポンプ、４・・・空冷吸
収器、６・・・溶液ポンプ、７・・・溶液熱交換器、１
０・・・高温再生器、１１・・・低温再生器、１５・・
・空冷凝縮器、２０・・・ファン、２１．２８・・・補
助水冷吸収器。 ２２．２９・・・補助水冷凝縮器、２３，２４，３０゜
３１・・・伝熱管、２５・・・水タンク、２６・・・水
循環ポンプ、２７・・・サーミスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、蒸発器、空冷吸収器、空冷凝縮器、低温再生器、高
   温再生器、溶液熱交換器、溶液ポンプ、冷媒ポンプ、お
   よびこれらを作動的に接続する配管系からなり、前記空
   冷吸収器、空冷凝縮器へ冷却空気を供給するファンを備
   えた一重効用空冷吸収式冷凍機において、前記空冷吸収
   器および空冷凝縮器に、それぞれ補助水冷吸収器および
   補助水冷凝縮器を併設し、これら補助水冷吸収器および
   補助水冷凝縮器を水冷するための水循環系を接続したこ
   とを特徴とする一重効用空冷吸収式冷凍機。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、水循環
   系は、水タンクおよび水循環ポンプを備えるとともに、
   室外温度を検知する温度センサを備え、この温度センサ
   の検知信号に従つて水循環ポンプを作動させるように構
   成したものである二重効用空冷吸収式冷凍機。