JPH0441272B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１台で冷房、暖房ができる水−臭化リ
チウム系吸収式冷温水機に係り、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。

〔従来の技術〕

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
り出す方法。この種の装置として関連するもの
に例えば特開昭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号が挙
げられる。

(c) 暖房時に再生器の溶液濃度を極めて薄くし
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、再蒸発を行つて凝縮器に導入し、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号、特開昭57−136063号が挙げられる。

しかし、上記(a)の方法は高温再生器から低温再
生器に直列に溶液が循環するため、暖房時には溶
液を吸収器バイパスさせる必要が有り、そのため
の切換弁が必要である。この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
有空間大という欠点がある。(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
房時に負荷の配管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、冷房時の操作が複雑化
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イポンプを運転する必要
があり、(a)，(b)の方法に比べ省電力の点に配慮さ
れていなかつた。

本発明の目的は、冷温水を蒸発器から取り出す
とともに冷房時の溶液循環経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
形化を図つた吸収式冷温水機を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

複数の再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、熱交
換器、溶液ポンプ、冷媒スプレポンプを配管接続
してなる吸収式冷温水機において、凝縮器気相部
と蒸発器とを結ぶ蒸気管途中に、前記蒸発器底部
からの液冷媒供給配管から液冷媒が流入する位置
に気泡ポンプを設け、前記再生器で発生した冷媒
蒸気によつて揚液された蒸発器の液冷媒を吸収器
に導く管を設けるとともに、前記気泡ポンプと再
生器とを連絡する蒸発導管に冷媒蒸気をバイパス
するバイパス管を接続したものである。

〔作用〕

再生器で発生した冷媒蒸気を気泡ポンプ底部か
ら吹き込み、一方、蒸発器の液冷媒は冷媒導管を
経由して、気泡ポンプ底部に流入し、前記蒸気と
混合して気液２相となり、前記蒸発器の液冷媒と
気泡ポンプ底部までの液ヘツドよりも気泡ポンプ
内の気液２相のヘツドが低くなるため、気液ポン
プ内を上昇して液が吸収器へ送られる。気泡ポン
プを上昇する気液２相流の圧力損失は蒸気量が多
いと大きくなるため、バイパス管からバイパスす
ることにより、圧損を低減させ、気泡ポンプを高
い効率で運転させることができる。

〔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１７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Ｕ字シール管、１２は
冷媒ポンプ９の吐出口とスプレヘツダ２１とをフ
ロート弁を介して連絡するスプレ液導管、１４は
冷媒タンク、１５はスプレイ液導管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、２
４は気泡ポンプ、２５は気液分離器、２６は蒸発
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１で発生した冷媒蒸気は低温再生器２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却水４ａと熱交換して蒸
発し、蒸発潜熱を冷水４ａ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、分割された一部は低温再生器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、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、スプレヘツダ
２２から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、冷媒液の液柱ヘツド
で十分差圧を維持できる。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
だか0.7mAq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ツ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へ冷媒蒸気が流入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Ｕ字
シール管１１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ツドによる差異維持機
能を保持でき、凝縮３からＵ字シール管１１、気
泡ポンプ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Ｕ字シール管の接続箇所
をＵ字シール管１１の底部より蒸発器４側に接続
すれば、Ｕ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、Ｕ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、Ｕ字シール管１１の凝縮器３に
連絡している側は、冷媒液がふりかかつたとする
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−蒸発器シエル
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。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（よろい戸状）にすることで冷媒液や
吸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、Ｕ字シール管１１の液シールが破れ、一部
はガス抜き穴ｂより蒸発器４に冷媒蒸気が流出す
るが、残りは蒸発管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
４へ送られ、一部の冷媒蒸気は気泡ポンプ２４に
流入し冷媒導管２７を経由した冷媒タンク１４の
冷媒と混合し、二相流となつて気泡ポンプ管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。したがつて
暖房時に低温再生器２における蒸発圧力が高くな
つても、沸点は100℃以下にでき、よつて、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Ｕ字シール
管１１、蒸気導管２６を経て、大部分はバイパス
管２９を経由して蒸発器４に流入し、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
し、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。
したがつて、何ら特別な流路を設ける必要がな
い。

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つた場合に
循環ポンプ８、冷媒ポンプ９、バーナ３０、冷却
水ポンプを止める安全装置を設ける。外液面検出
器４０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折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、タイマー等を使つてしば
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われるので、冷
温水機の信頼性が高く、操作性がよいという効果
がある。

なお、気泡ポンプ２４の特性は、揚液冷媒液量
Ｇ、駆動冷媒蒸気量Ｄ、気泡ポンプの管長Ｌ，サ
クシヨンヘツドHsで評価できる。Hs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Ｄを増加すると漸減する。またＱ一
定でHs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。Hs／Ｌが大、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Ｄが増大してもある限界以上はＧは増大しな
い。ところが、器液分離器２５では、冷媒蒸気量
Ｄが増加すると冷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Hsが高くなつてバランス
する。実験結果によれば内径28mm長さＬ＝0.6m
の気泡ポンプ２４で約150Kg／ｈの冷媒液を約15
Kg／ｈの凝縮器の冷媒蒸気で冷媒蒸気で蒸気器か
ら吸収器へ排出でき、その際のHsはたかだか140
mmである。この際約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２４に供給するとHsは280mmを越えて暖房サ
イクル構成が困難になつた。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の液冷媒とを細い導管３９で連絡する
と気泡ポンプ２４とバイパス管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２９の流動抵抗圧損が該細い導管３９で供給
される液冷媒量で制御されるため、Hsが高いと
きは気泡ポンプ２４に多くの冷媒蒸気が供給さ
れ、Hsが低いときは、細い導管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、Hsがキヤビテーシヨン限界のある回転
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の位置に下げられる。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
エル下部に配設できるので、スペースフアクタが
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。

以上のように構成したので、本実施例において
は次の効果がある。

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1/2〜1/3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つたくないの
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 気泡ポンプに供給される冷媒蒸気量を削減で
き、器液分離器の通貨冷媒蒸気量が削減される
ので器液分離性能が向上できるのでよりコンパ
クトな器液分離器にできるとともに気泡ポンプ
のサイズも小さくでき、コスト低減が図れる。

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２４および蒸気バイパス管２９
とバイパス管２７に連絡する細い導管３９と高
温再生器１の気相部とを蒸気導管２６、弁４０
Ａを介して接続する。

暖房時、弁４０Ａ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
由して溶液とわずかに熱交換して冷却されること
により、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
失を大きくされるため、蒸気導管２６、弁１０Ａ
のサイズを小さくできる効果がある。また、低温
再生器２を経由した冷媒蒸気を弁４０Ａ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、弁の耐久上有利であ
る。

さらに、該弁４０Ａ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・ベローズ等を設けるとか、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、該弁４０Ａを電磁弁としても同様な効
果を得る。

第４図は、本発明の更に他の実施例を示す。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
Ａ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
が異常に高温になつた場合とか、蒸発器４の冷媒
が過冷却になつた場合とか、吸収器５の液面が異
常に低下して溶液ポンプ８が空転する場合とか、
停電トリツプするとかの異常時に弁４０Ａを開け
ば多量の冷媒蒸気を蒸発器４に送つて高温再生器
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図は本発明の更に他の実施例を示す。液冷
媒散布装置を低温再生器の溶液加熱出口とをエゼ
クタポンプ４１を介して連結し、蒸発器底部をエ
ゼクタに接続して未蒸発容液を再循環させること
により、機能的ポンプを必要とせず、保守を容易
にしてコストを低減する技術は公知であるが、冷
媒液散布装置へ送る液冷媒用エゼクターポンプ４
１と本発明の組合わせ構成の一例を示す。冷媒ポ
ンプ９の代わりにエゼクターポンプ４１が設けら
れている。エゼクターポンプ４１用の駆動液冷媒
は蒸気導管２６と弁４０Ａとの間で分岐する分岐
管４２から供給される。この際エゼクターポンプ
４１、分岐管４２の開孔部を気泡ポンプ底部の蒸
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】

第１図は本発明の一実施例のサイクルフロー
図、第２図は気泡ポンプの揚液特性、第３図、第
４図および第５図は、それぞ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……Ｕ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、１
７，１８……絞り、１９，２０……エリミネー
タ、２１，２２，２３……スプレヘツダ、２４…
…気泡ポンプ、２５……気液分離器、２６……蒸
気導管、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……フロートボツクス、３５……フ
ロート弁、３９……細い導管、４０……底面検出
器、４０Ａ……弁、４１……エゼクタポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、熱
   交換器、溶液ポンプ、冷媒スプレポンプを配管接
   続してなる吸収式冷温水機において、凝縮器気相
   部と蒸発器とを結ぶ蒸気管の途中に、前記蒸発器
   底部からの液冷媒供給配管から液冷媒が流入する
   位置に気泡ポンプを設け、前記再生器で発生した
   冷媒蒸気によつて揚液された蒸発器の液冷媒を吸
   収器に導く管を設けるとともに、前記気泡ポンプ
   と再生器とを連絡する蒸気導管に冷媒蒸気をバイ
   パスするバイパス管を接続することを特徴とする
   吸収式冷温水機。 ２ 凝縮器と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。 ３ 再生器とバイパス管及び気泡ポンプとを連絡
   する蒸発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
   する特許請求の範囲第１項記載の吸収式冷温水
   機。 ４ バイパス管と蒸発器とを連絡する細い導管を
   設け、蒸発器の冷媒液面が高いときは該細い導管
   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い導管の蒸発器での
   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。 ５ 複数の再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器、熱
   交換器、溶液ポンプ、冷媒スプレポンプを配管接
   続してなる吸収式冷温水機において、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分岐
   して弁を介して蒸発器と連絡する管を設け、この
   管の途中に前記蒸発器底部からの液冷媒供給配管
   から液冷媒が流入する位置に気泡ポンプを設け、
   前記再生器で発生した冷媒蒸気によつて揚液され
   た蒸発器の液冷媒を吸収器に導く管を設けるとと
   もに、前記気泡ポンプと再生器とを連絡する蒸気
   導管に冷媒蒸気をバイパスするバイパス管を接続
   することを特徴とする吸収式冷温水機。 ６ 再生器と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
   プがONのとき閉となるようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第５項記載の吸収式冷温水
   機。 ７ バイパス管と蒸発器とを連絡する細い導管を
   設け、蒸発器の冷媒液面が高いときは該細い導管
   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い導管の蒸発器での
   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５項記載の吸収式冷温水機。