본 발명은 냉매액을 수용하는 증발기와, 상기 증발기에서 발생한 냉매증기를 흡수하여 흡수열을 발생하는 흡수제를 포함하는 흡수제 용액을 수용하는 흡수기와, 상기 흡수제 용액을 가열하여 상기 흡수제 용액으로부터 냉매증기를 추출하는 재생기와, 상기 재생기로 추출된 냉매증기를 정류하는 정류기와, 상기 정류기로 정류된 냉매증기를 응축시켜 상기 증발기에 공급하는 응축기와, 상기 증발기내의 냉매액을 상기 정류기로 기액접촉액으로서 이용하기 위하여 상기 냉매액의 일부를 상기 증발기로부터 상기 정류기 상부에 급송하는 관로와, 상기 정류기로 정류된 냉매증기의 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서로 감지된 온도의 상하변동에 따라 상기 정류기에 공급되는 냉매액의 유량을 증감하는 냉매액 유량조절수단을 구비한 점에 특징이 있다.
이 특징에 의하면 정류기로 공급되는 순도가 높은 냉매는 냉매증기와 접촉하여 냉매증기의 순도를 더욱 높인다. 냉매액 유량조절수단은 정류기의 정점부의 온도 즉 이 정점부에서의 냉매증기의 온도가 상하변동하였을 때 정류기로 급송되는 냉매액의 양이 증감하도록 조절된다. 정류기 정점부에 있어서의 냉매증기 온도가 높을 수록 냉매증기의 순도가 낮아지는 것이 본 발명자 등에 의하여 실험에 의하여확인되고 있다. 그래서 이 실험결과에 의거하여 냉매증기의 순도를 양호하게 유지하기 위하여 상기한 바와 같이 냉매증기의 온도가 높은 경우에는 증발기로부터의 냉매액의 공급량을 많게 하여 냉매증기의 순도를 높이는 수단을 강구하였다.
이하에 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시형태에 관한 흡수식 냉난방장치의 요부구성을 나타내는 계통블록도이다. 증발기(1)에는 냉매로서 트리플루오로 에탄올(TFE)등의 플루오르화 알콜이, 흡수기 (2)에는 흡수제를 포함하는 용액으로서 디메틸이미다조리지논 등의 DMI 유도체가 수용되어 있다. 이 경우 상기 냉매는 플루오르화 알콜에 한정하지 않고 비동결범위가 널리 취해지는 것이면 좋고, 용액에 관해서도 DMI 유도체에 한정하지 않고 비결정범위가 널리 취해지는 것으로 냉매보다 높은 상압비점을 가지며, 또한 냉매를 흡수할 수 있는 흡수제이면 된다.
증발기(1)와 흡수기(2)는 증발(냉매)통로(5)를 거쳐 서로 유체적으로 연결되어 있고, 이들 공간을 예를 들어 30 mmHg 정도의 저압환경하로 유지하면 증발기(1)내의 냉매가 증발하여 도면중 2중 화살표로 나타낸 바와 같이 상기 통로(5)를 거쳐 흡수기(2)내로 들어 간다. 냉매증기중에 잔존하는 미스트(안개형상의 냉매)를 가열하여 증기화시킴과 동시에 응축기(9)로부터 급송되는 냉매의 온도를 내리기 위하여 냉각기(18)가 설치되어 있다. 냉매증기를 흡수기(2)내의 흡수제 용액이 흡수하여 흡수냉동동작이 행하여진다.
먼저, 버너(7)가 점화되고, 재생기(3)에 의하여 흡수기(2)내의 용액농도가 높아지면(버너 및 재생기 및 용액농축에 관해서는 후기함), 흡수기(2)내의 용액이 냉매증기를 흡수하여 상기 냉매의 증발에 의한 잠열에 의하여 증발기(1)내가 냉각된다. 증발기(1)내에는 펌프(P4)에 의하여 냉수가 통과되는 관로(1a)가 설치된다. 관로(1a)의 한쪽 끝(도면에서는 출구끝)은 제 1 사방밸브(V1)의 # 1개구에, 다른쪽 끝(도면에서는 입구끝)은 제 2 사방밸브(V2)의 # 1개구에 각각 연결된다. 냉매는 펌프(P1)에 의하여 증발기(1)내에 설치된 산포수단(1b)으로 유도되고, 상기 냉수가 통과하고 있는 관로(1a) 위에 산포된다. 상기 냉매는 관로(1a) 내의 냉수로부터 증발열을 빼앗아 냉매증기가 되는 한편, 상기 냉수의 온도는 강하한다. 냉매증기는 증발통로에 배치된 냉각기(18)를 지나 흡수기(2)로 유입한다. 증발기(1)내의 냉매는 펌프(P1)에 의하여 상기 산포수단으로 유도되는 외에, 후기하는 바와 같이 그 일부는 필터(4)를 지나 기액접촉액(이하,「블리드」라 함)으로서 정류기(6)에 급송된다. 증발기(1)와 필터(4) 사이에는 유량조절밸브(V5)가 설치되어 있다. 이 유량조절밸브(V5)는 예를 들어 개방도를 대소 2단계로 전환되도록 되어 있어 이 전환에 의하여 블리드의 공급량을 변화시킬 수 있다. 관로(1a)를 흐르는 냉수로서는 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 냉매(플루오르화 알콜)의 증기 즉 냉매증기가 흡수기(2)의 용액에 흡수되면, 흡수열에 의하여 상기 용액의 온도는 상승한다. 용액의 흡수능력은 상기 용액의 온도가 낮을 수록, 또 용액농도가 높을 수록 크다. 그래서 상기 용액의 온도상승을 억제하기 위하여 흡수기(2)의 내부에는 관로(2a)가 설치되고, 상기 관로 (2a)에는 냉각수가 지나게 된다. 관로(2a)의 한쪽 끝(도면에서는 출구끝)은 응축기(9)내를 통과한 후, 펌프(P3)를 거쳐 제 1 사방밸브(V1)의 # 2개구에, 관로(2a)의 다른쪽 끝(도면에서는 입구끝)은 제 2 사방밸브(V2)의 # 2개구에 각각 연결된다. 관로(2a)를 통과하는 냉각수로서 상기 냉수와 같은 수용액을 사용한다.
용액은 펌프(P2)에 의하여 흡수기(2)내에 설치된 산포수단(2b)으로 유도되어 관로(2a) 위에 산포된다. 그 결과 용액은 관로(2a)를 지나고 있는 냉각수로 냉각되는 한편, 냉각수 온도가 상승한다. 흡수기(2)내의 용액이 냉매증기를 흡수하여 그 흡수제 농도가 저하하면, 흡수능력이 저하한다. 그래서 재생기(3) 및 정류기 (6)에 있어서 흡수제 용액으로부터 냉매증기를 분리발생시킴으로써 용액중의 흡수제 농도를 높여 흡수능력을 회복시킨다. 흡수기(2)로 냉매증기를 흡수하여 희석된 용액 즉 희석액은 펌프(P2)에 의하여 관로(7b) 및 제어밸브(V3)를 지나 정류기(6)에 급송되어 재생기(3)에 흘러내린다. 재생기(3)는 희석액을 가열하는 버너(7)를 가지고 있다. 상기 버너(7)는 가스버너가 바람직하나, 어떠한 가열수단이어도 좋다. 재생기(3)로 가열되고 냉매증기가 추출되어 농도가 높여진 용액(농축액)은, 관로(7a) 및 제어밸브(V4)를 지나 상기 흡수기(2)로 되돌려지고, 산포수단(2b) 및 펌프(P2)에 의하여 관로(2a)에 산포된다.
재생기(3)에서 발생된 상기 냉매증기는 정류기(6) 내를 상승할 때 정류기(6) 내를 흘러내리는 용액과 충분히 접촉함으로써, 혼입한 미량의 흡수제 용액성분이 충분히 분리된 후, 응축기(9)에 급송된다. 응축기(9)에서 냉각되어 액화된 냉매는, 관로(9b)를 지나 냉각기(18) 및 감압밸브(유량제어밸브)(11)를 경유하여 증발기(1)로 되돌려지고, 산포수단(1b)에 의하여 관로(1a) 위에 산포된다. 상기 냉각기(18)는 상기 증기통로에 배치된 1종의 열교환기로서, 증발기(1)에서 발생한 냉매증기중에 혼재하는 냉매미스트를 응축기(9)로부터 환류되는 따뜻한 냉매로 가열하여 그 기화를 촉진하는 한편, 증발기(1)로 환류되는 상기 냉매의 온도를 강하시킨다.
응축기(9)로부터 증발기(1)에 공급되는 냉매의 순도는 매우 높아져 있으나, 극히 약간 흡수제 성분이 혼재한다. 이 흡수제 성분이 장시간의 운전사이클에 의하여 축적하고, 증발기(1)내의 냉매의 순도가 서서히 내려가는 것은 피할 수 없다. 그래서 상술한 바와 같이 증발기(1)로부터 냉매의 극히 일부를 필터(4)를 거쳐 정류기(6)에 공급하고, 재생기(3)로부터 생기는 냉매증기와 함께 다시 순도를 올리기위한 사이클을 거치도록 하고 있다.
재생기(3)로부터 나온 관로(7a)중의 고온농축액은, 흡수기(2)와 정류기(6)를 연결하는 관로의 중간에 설치된 열교환기(12)에 의하여 흡수기(2)로부터 나온 희석액과 열교환하여 냉각된 후, 흡수기(2)에 회수되어 산포된다. 한편, 열교환기(12)로 예비적으로 가열된 희석액은 정류기(6)에 공급된다. 이렇게 하여 열효율의 향상이 도모되고 있으나, 또한 환류되는 상기 농축액의 열을 흡수기(2) 또는 응축기(9)로부터 나온 관로(2a)내의 냉각수에 전달하기 위한 열교환기(도시 생략)를 설치함으로써, 흡수기(2)에 환류되는 농축액의 온도를 더 한층 저하시켜, 냉각수 온도는 더욱 올릴 수 있는 것 같은 구성을 취하여도 좋다.
상기 냉수 또는 냉각수를 외기와 열교환하기 위한 현열교환기(14)에는 관로 (4a)가 지나게 되고, 실내기(15)에는 관로(3a)가 설치되어 있다. 관로(3a, 4a)의 각 한쪽 끝(도면에서는 입구끝)은 제 1 사방밸브(V1)의 #3, 4 개구에, 다른쪽 끝(도면에서는 출구끝)은 제 2 사방밸브(V2)의 #3, 4 개구에 각각 연결된다. 실내기 (15)는 냉난방을 행하는 실내에 구비되는 것으로, 냉풍 또는 온풍의 토출용 팬(10)(양자는 공통)과 토출출구(도시 생략)가 설치된다. 상기 현열교환기(14)는 실외에 놓여지고, 팬(19)에 의하여 강제적으로 외기와의 열교환이 행하여진다.
증발기(1)에는 냉매의 양을 감지하는 레벨센서(L1) 및 냉매의 온도를 감지하는 온도센서(T1)가 설치되어 있다. 흡수기(2)에는 용액의 량을 감지하는 레벨센서(L2)가 설치되어 있다. 응축기(9)에는 응축된 냉매의 양을 감지하는 레벨센서 (L9), 냉매의 온도를 감지하는 온도센서(T9) 및 응축기(9)내의 압력을 감지하는 압력센서(PS9)가 설치되어 있다.
현열교환기(14)에는 외기온도를 감지하는 온도센서(T14)가, 실내기(15)에는 냉난방을 하는 방의 온도를 감지하는 온도센서(T15)가, 재생기(3)에는 용액의 온도를 감지하는 온도센서(T3)가 각각 설치되어 있다. 정류기(6)의 정점부에는, 그 내부의 분위기온도 즉 정류기(6)로 정류된 냉매증기의 온도를 감지하는 온도센서(T6)가 설치되어 있다.
냉방운전시에는, 상기 제 1 및 제 2 사방밸브(V1, V2)를 각각 # 1 및 # 3 개구가 연통되고, # 2 및 # 4 개구가 연통되는 위치로 전환한다. 이에 따라 관로 (1a)에 냉매가 산포되어 온도가 내려간 냉수가 실내기(15)의 관로(3a)로 유도되어실내의 냉방이 행하여진다.
난방운전시에는 상기 제 1 및 제 2 사방밸브(V1, V2)를 각각 # 1 및 # 4 개구가 연통되고, # 2 및 # 3 개구가 연통되는 위치로 전환된다. 이에 따라 관로 (2a)내의 따뜻해진 냉각수가 펌프(P3)에 의하여 실내기(15)의 관로(3a)로 유도되어 실내의 난방이 행하여진다.
난방운전시에 외기온도가 극단적으로 낮아지면, 현열교환기(14)를 거쳐 외기로부터 열을 퍼올리기 어렵게 되어, 난방능력이 저하한다. 이와 같은 때를 위하여 응축기(9)와 재생기(3)(또는 정류기 6)의 사이를 바이패스하는 환류통로(9a) 및 개폐밸브(17)를 설치하고 있다. 이렇게 하여 외기로부터의 열의 퍼올림이 곤란한 때에는 흡수냉동 사이클운전은 정지하고, 재생기(3)에서 발생한 증기를 응축기(9)와의 사이에서 환류시켜 버너(7)에 의한 가열열량을 응축기(9)내에서 효율적으로 관로(2a)내의 냉각수에 전도하는 직접가열 운전에 의하여 상기 냉각수를 승온시켜 난방능력을 향상시키도록 한다.
계속해서 증발기(1)로부터 정류기(6)에 공급하는 블리드의 제어에 관하여 설명한다. 흡수기(2)로부터 재생기(3)에 공급되는 희석액의 농도는 외기조건이나 부하상태에 따라 변화한다. 따라서 정류기(6)의 정점부에서의 냉매증기의 순도를 양호하게 유지하기 위해서는 상기 희석액 농도의 변화에 따라 정류기(6)에 대한 블리드의 공급량을 변화시키는 것이 필요하게 된다.
본 발명자 등은 희석액농도와 정류기(6)의 정점부에서의 냉매증기순도와의 관계 및 희석액농도와 정류기(6)의 정점부에서의 냉매증기온도와의 관계로부터 냉매증기온도와 냉매증기순도와의 사이에는 강한 상관관계가 있음을 실험에 의하여 확인하였다. 즉 냉매증기순도의 저하에 대응하여 냉매증기온도가 상승하고 있음을 알 수 있었다. 그래서 본 실시형태에 있어서는 상기 온도센서(T6)로 냉매증기온도를 감지하여 이 온도가 예정치보다도 높은 경우에 블리드의 공급량을 증대시키도록 하였다.
먼저, 냉매증기온도와 냉매증기순도와의 관계에 관한 실험결과를 설명한다. 도 3은 정류기(6)의 정점부에서 측정한 냉매증기온도(T) 및 냉매증기순도(P) 및 희석액농도(D)의 각각의 관계를 나타내는 도면으로, 재생기(3)에 대한 희석액의 공급량과 정류기(6)에 대한 블리드의 공급량은 일정함을 기초로 측정한 결과를 나타내는 도면이다. 상기 도면에 있어서 희석액농도(D)는 희석액중의 냉매의 농도를 나타낸다. 특성(A)은 냉매증기온도(T)와 희석액농도(D)와의 관계를 나타내고, 특성 B는 냉매증기순도(P)와 희석액농도(D)와의 관계를 나타낸다. 이들 특성 A 및 특성 B 에 의거하여 특성 C 에 나타내는 바와 같이 냉매증기온도와 냉매증기순도와의 관계가 구해진다.
특성 A 에서 볼 수 있는 바와 같이, 희석액중의 냉매농도(D)의 상승에 따라 냉매증기온도(T)는 저하한다. 또 특성 B 에서 볼 수 있는 바와 같이, 희석액농도 (D)의 상승에 따라 냉매증기순도(P)는 향상한다. 이들 특성 A, B 에 의거하여 구하여진 특성 C 는 냉매증기순도(P)가 낮아지면 냉매증기온도(T)가 상승하고 있음을 나타낸다.
상기 실험결과에 의거하여 블리드의 공급량을 제어한다. 도 1은 블리드의공급량 제어를 위한 제어장치의 요부기능을 나타내는 블록도이다. 동 도면에 있어서, 비교부(20)나 기준치 설정부(21)는 마이크로 컴퓨터에 의하여 구성할 수 있다. 온도센서(T6)는 정류기(6)의 정점부에 설치되어 있어, 그 감지결과, 즉 정류기(6)정점부에서의 냉매증기의 온도를 대표하는 값(T)을 비교부(20)에 공급한다. 기준치 설정부(21)에는 블리드의 공급량을 대소중 어느것으로 전환할 지를 결정하기 위한 기준치(Tref)가 설정되어 있다. 이 기준치(Tref)는 일정한 불감대를 가지고 있다. 기준치(Tref)는 비교부(20)에 입력되고, 비교부(20)에서는 냉매증기온도(T)가 이 기준치(Tref)보다도 높거나 낮은 지를 판별한다.
냉매증기온도(T) 쪽이 높은 경우에는 전환신호(s1)를, 냉매증기온도(T)쪽이 낮은 경우에는 전환신호(s2)를 각각 유량조절밸브(V5)에 입력한다. 유량조절밸브 (V5)는 전환신호(s1)에 응답하여 대유량측으로 개방도를 전환하고, 전환신호(s2)에 응답하여 소유량측으로 개방도를 전환한다. 즉 냉매증기온도(T)가 기준치(Tref) 보다도 높은 경우에는 블리드의 공급량을 증대시키고, 냉매증기온도(T)가 기준치 (Tref) 보다 낮은 경우에는 블리드의 공급량을 저감시킨다. 이렇게 하여 냉매증기온도(T)에 따라 블리드의 공급량을 제어하여 냉매증기순도를 적절하게 유지할 수 있다.
상기 유량조절밸브(V5)로서는 유량을 2단으로 전환하는 것에 한정하지 않고, 더욱 단계수를 늘린 것이나, 연속적으로 유량을 조절할 수 있는 것을 이용하더라도 좋은 것은 물론이다. 또 냉매액의 유량은 밸브의 개방도에 따라 제어되는 것에 한정되지 않고, 증발기(1)로부터 냉매를 급송하는 펌프(P1)의 회전수에 따라 제어되도록 하여도 된다. 이 경우 유량조절밸브 대신에 오리피스를 설치할 수 있다. 또한 냉매증기온도(T)는 정류기 정점부에서 측정하는 것에 한정하지 않고, 정류기(6) 및 응축기(9)사이의 관로 위에서 측정하여도 마찬가지로 냉매증기순도(P)와의 상관은 얻어지며, 그 측정결과에 의거하여 블리드의 양을 제어할 수 있다.