JPH07103602A - 吸収式冷凍機を用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外気温の変動に応じて冷房サイクルにおいて
循環する吸収液の平均濃度を変化させることにより、吸
収液の晶析を防止するとともに効率のよい空調装置を提
供すること。 【構成】 センサＴ５によって検出した外気温が下がっ
てきたときには弁Ｖ４を開くことにより冷媒タンク１８
の冷媒量を減らし、外気温が上がってきたときには弁Ｖ
５を開くことにより冷媒タンク１８の冷媒量を増やす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般の住宅や小規模な建
物などを対象とした吸収式冷凍機を用いた空調装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍機を用いた空調装置は、現
在、ビルあるいは大型店舗などのような産業用、業務用
の設備に主として用いられている。

【０００３】吸収式冷凍機を用いた空調装置の冷房方式
は、再生器で蒸発させた冷媒蒸気を水冷方式の凝縮器で
凝縮させ、この凝縮した冷媒を蒸発器に導いて蒸発させ
るが、その際の蒸発潜熱で冷房すべき室内に設けられた
ファンコイルユニットと冷凍機との間を循環する冷熱媒
（通常は水）を冷却する。一方、蒸発した冷媒蒸気は水
冷方式の吸収器で濃溶液（吸収液）に吸収させ、再び再
生器に戻すというサイクルで運転される。

【０００４】この種の吸収式冷凍機を用いた空調装置で
は、室内側ファンコイルユニット内に循環させる冷熱媒
の温度を蒸発器において７℃前後まで冷却し、この冷熱
媒を室内のファンコイル内に循環させて室内空気を冷却
して１２℃前後で蒸発器に戻すようにしている。吸収液
としてリチウムブロマイド水溶液を使用する場合は、吸
収器内の吸収液の温度を４０℃前後に保つことが必要と
なり、この温度を維持するためには冷却塔を屋上などに
設置して水冷回路で冷却する方法が取られている。

【０００５】ところがこのような水冷方式を採用した従
来の吸収式冷凍機を用いた空調装置には次のような問題
がある。

【０００６】（１）吸収器を水冷方式で温度管理してい
るために、設備が大型になるとともに配管が必要にな
り、そのために多くの工事費がかかり、一般の住宅や小
規模の建物の冷房用には不向きである。

【０００７】（２）冷房すべき室内のファンコイルユニ
ットと冷凍機とを冷熱媒循環用の配管で結ぶ必要がある
ために、工事費や設備費が高額になる。これは、吸収液
と冷媒にアンモニア水を使用するアンモニア吸収式冷凍
機についても同じである。

【０００８】そこで本発明者らは、凝縮器と吸収器とを
水冷方式でなく空冷方式で冷却し、冷熱媒を用いる代わ
りに冷房したい空気を直接蒸発器に通して冷却する冷房
サイクル運転を行う空調装置についてすでに特許出願を
している（特願平５−２２３５１号）。

【０００９】図７は上記出願で提案された単効用吸収式
冷凍機を用いた空調装置の変形例の要部を示し、図８は
同空調装置の設置状態を示す。

【００１０】空調装置は、図８に示すように、室外機１
と室内機２とから成り、室外機１は図７に示すような構
成で空調しようとする住宅の室５の外に配置され、室内
機２は冷風の吹出し口と室内空気の吸込み口のみを有
し、室５の内部に配置される。室外機１と室内機２は冷
風の送風ダクト３と室内空気の吸気ダクト４とで接続さ
れている。６は、装置の運転のスタートまたはストッ
プ、自動運転の設定または解除、室内温度の設定、冷風
の吹出し風量などの調整を行うリモコン操作器である。

【００１１】室外機１の内部は図７に示すような構成に
なっており、吸収液としてリチウムブロマイド水溶液が
用いられ、冷媒として水が用いられる。

【００１２】蒸発器１０は、冷媒を蒸発させ、その蒸発
潜熱によりそこを通過する空気を冷却する機能を有し、
送風ダクト３と吸気ダクト４に接続されている。吸気ダ
クト４内には送風ファン１１が設けられている。

【００１３】再生器１２は、冷媒を吸収して濃度の低く
なった吸収液をバーナ１３により加熱することによって
冷媒蒸気を発生させるとともに吸収液を濃縮する機能を
有する。バーナ１３へは燃料供給管１４から燃料ガスが
供給され、その燃焼程度は燃料供給制御弁１５により調
節される。

【００１４】凝縮器１６は、再生器１２から送られてく
る冷媒蒸気を空冷ファン１７により冷却して液化する機
能を有し、循環溶液の平均濃度を調節するために冷媒の
一部を冷媒タンク１８に溜めておく。

【００１５】吸収器２０は吸収液を蓄えており、蒸発器
１０で蒸発した冷媒をその吸収液に吸収させる機能を有
しており、凝縮器１６と同じ空冷ファン１７により空冷
される。冷媒を吸収して濃度の低くなった吸収液は一旦
希溶液タンク２１に蓄えられる。

【００１６】２２は、希溶液タンク２１から再生器１２
に向かう濃度の低い低温の吸収液と再生器１２から吸収
器２０に向かう濃度の高い高温の吸収液との間で熱交換
を行なう熱交換器、２３は、冷媒を吸収して濃度の低く
なった吸収液を希溶液タンク２１から再生器１２に送出
するポンプ、２４は、蒸発器１０の上流側と凝縮器１６
の下流側との間に設けられたキャピラリなどの圧損部材
である。

【００１７】Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５はいずれも
電磁弁のような制御弁であり、特にＶ４は希溶液タンク
２１側から冷媒タンク１８側へは流さない逆止機能を有
する弁である。

【００１８】上記の空調装置は、吸収液を希溶液タンク
２１から再生器１２に送出するのにポンプ２３を用いて
いる点を除き、基本的には各容器の温度を制御すること
によって各容器間に圧力差を作り、その圧力差で冷媒お
よび吸収液が送出され、循環するようにしている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記の空調装
置において、吸収液として用いたリチウムブロマイド水
溶液は、低温で高濃度になるとリチウムブロマイドが晶
析してしまう。冷房サイクルにおける管路内でこの晶析
が発生すると、管路を塞いでしまい安定した運転ができ
ない。

【００２０】一方、循環する溶液の平均濃度が高いほど
空調装置の冷房能力を高めることができるので、リチウ
ムブロマイドが晶析しない程度の高濃度で溶液を循環さ
せて運転するのが望ましい。

【００２１】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、外気温の変動に応じて冷房サイクルにおいて循環
する吸収液の平均濃度を変化させることにより、吸収液
の晶析を防止するとともに効率のよい空調装置を提供す
ることを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を吸収
する吸収液を蓄え前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を該吸
収液に吸収させる吸収器と、冷媒蒸気を吸収した希吸収
液を加熱して冷媒蒸気と濃吸収液とを発生する再生器
と、この再生器で発生した冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器
と、循環する冷媒の総量を調節するために循環させない
冷媒を溜める冷媒タンクと、この冷媒タンクの冷媒量を
検出する冷媒量検出手段とを有し、前記蒸発器により空
調すべき室内の空気を直接冷却し、この冷却した空気を
ダクトを介して室内に送風して冷房を行う吸収式冷凍機
を用いた空調装置において、この空調装置の設置場所の
外気温を検出する外気温検出手段と、この外気温検出手
段により検出した外気温に応じて前記冷媒タンクの冷媒
量を調節する冷媒量調節手段とから空調装置を構成し
た。

【００２３】

【作用】本発明は以上の構成によって、外気温検出手段
によって検出した温度に基づいて冷媒量調節手段が冷媒
タンクの冷媒量を調節する。

【００２４】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００２５】図１は本発明を実施した単効用吸収式冷凍
機を用いた空調装置の一実施例の要部を示す。本発明に
よる空調装置の設置状態は図８に示したとおりである。

【００２６】本発明による空調装置の構成は図７に示し
たと同じであるからその説明は省略するが、装置の制御
に必要な電気回路について説明する。

【００２７】Ｔ１は蒸発器１０の上流側に設けられた室
内温度検出用のセンサ、Ｔ２は送風温度検出用のセン
サ、Ｔ３は再生器の液面レベル検出用のセンサ、Ｔ４は
凝縮器温度検出用のセンサ、Ｔ５は室外温度検出用のセ
ンサ、Ｔ６は冷媒タンクの冷媒量検出用のセンサであ
る。

【００２８】ＣＰＵ、メモリ、駆動回路からなるコント
ローラ３０と、リモコン操作器６（図８参照）からの設
定信号を室内機２の受信部２ａで受け、受信部２ａから
の信号を受ける通信制御器３１とが設けられており、コ
ントローラ３０はセンサＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ
５、Ｔ６からの信号と、通信制御器３１からの信号とを
受け、送風ファン１１、空冷ファン１７、ポンプ２３、
燃料供給管１４の燃料供給制御弁１５の動作を制御する
ようになっている。

【００２９】次に図２を参照して冷房サイクルの動作を
説明する。

【００３０】運転開始前は、弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５は閉じ
ており、弁Ｖ２、Ｖ４は開いている。吸収液はすべて希
溶液タンク２１に入っており、再生器１２は空の状態に
なっている。

【００３１】リモコン操作器６のスタートボタンをオン
すると、弁Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５が開くとともに弁Ｖ２、Ｖ
４が閉じ（Ｆ−１）、モータＭ₂ が駆動されてポンプ２
３により希溶液タンク２１から吸収液が再生器１２に送
出される（Ｆ−２）。このときコントローラ３０のＣＰ
ＵはセンサＴ３からの信号を見て再生器１２の液面が規
定のレベルに達しているか否かを判断する（Ｆ−３）。
液面が規定のレベルに達したときは、燃料供給制御弁１
５を開いて燃料供給管１４から燃料ガスを供給しバーナ
１３に点火する（Ｆ−４）。

【００３２】再生器１２で冷媒蒸気が発生し凝縮器１６
に流れ、冷媒蒸気の温度により凝縮器１６の温度が次第
に上昇する。コントローラ３０のＣＰＵはセンサＴ４か
らの信号により凝縮器１６の温度が所定値に達したか否
かを判断し（Ｆ−５）、所定値に達したときは空冷ファ
ン１７を回転させる（Ｆ−６）。

【００３３】凝縮器１６では再生器１２から送られてく
る蒸気冷媒が液化し、この液化冷媒は弁Ｖ５を介して冷
媒タンク１８に流入する。このときコントローラ３０の
ＣＰＵはセンサＴ６からの信号を見て冷媒タンク１８内
の冷媒が所定量に達しているか否かを判断し（Ｆ−
７）、所定値に達したときには、弁Ｖ５を閉じ（Ｆ−
８）、送風ファン１１を回転させる（Ｆ−９）。

【００３４】このとき凝縮器１６からの冷媒はキャピラ
リ２４を通って蒸発器１０に流れ込み、蒸発器１０では
冷媒が蒸発して蒸発潜熱を奪い、それによって送風ファ
ン１１により吸気ダクト４を通って室内から送られてく
る空気を冷却する。冷却された空気は送風ダクト３を通
って室内機２に送られ、室５内に冷風として吹き出さ
れ、室５が冷房される（Ｆ−１０）。

【００３５】この冷房動作においては、蒸発器１０で蒸
発して蒸気となった冷媒は吸収器２０に流れ込み、そこ
で吸収液に吸収される。冷媒を吸収して濃度が低くなっ
た吸収液は一旦希溶液タンク２１に入った後ポンプ２３
により弁Ｖ３を通って熱交換器２２で再生器１２から送
り出される濃度の高い高温の吸収液と熱交換され、再生
器１２に送り込まれる。この状態が運転の定常モードで
ある。

【００３６】ここで冷房運転中における系の各部におけ
る容器および吸収液、冷媒の温度および圧力を例示する
と次のようになる。

【００３７】 温 度（℃） 圧 力（Ｔｏｒｒ） 蒸発器１０： １０〜２０ １０〜２０ 再生器１２： ６０〜９０ ９０〜１１０ 凝縮器１６： ５０〜８０ ９０〜１１０ 吸収器２０： ４５〜５０ １１ 冷媒タンク１８： ３０〜５０ ４０〜５０ 希溶液タンク２１： ４０〜６０ １１ 熱交換器２２： ３０〜９０ − 吸気ダクト４： ２６（室温） − 送風ダクト３： １３〜２０ − 希溶液： ３５〜４０ 濃度：６１％ 濃溶液： ９０ 濃度：６４．８％ リモコン操作器６のスタートボタンをオフすると（Ｆ−
１１）、停止処理を行った（Ｆ−１２）後終了する。停
止処理としては、まず、バーナ１３を消火し、弁Ｖ２、
Ｖ４を開き、弁Ｖ１を閉じる。次にしばらくしてからポ
ンプ２３を停止し、弁Ｖ３を閉じ、送風ファン１１およ
び空冷ファン１７を停止する。このようにすることによ
り冷媒タンク１８内の冷媒および再生器１２内の吸収液
が希溶液タンク２１にすべて流れ込む。これは装置が停
止している間に吸収液により冷媒タンク１８や再生器１
２が腐食するのを防止し、濃溶液を希釈して晶析を防止
するためである。

【００３８】次に、外気温の変化に対して冷房サイクル
における吸収液の平均濃度を変更する制御について説明
する。

【００３９】図３は、吸収液の平均濃度を低くするタイ
ミングを説明する図である。

【００４０】図３は外気温が急激に低下する場合を示し
ている。図中ｔ１は、現在の吸収液の平均濃度ではこれ
以下に外気温が下がった場合には吸収液が晶析するおそ
れのある温度である。ところが実際の運転においては、
現在の吸収液の平均濃度のままでｔ１に達してしまうと
吸収液が晶析するおそれがあるので、吸収液の濃度を低
くするタイミングとしてはｔ１よりも高い温度に設定し
ておかなければならない。ｔ２はこの吸収液の濃度を低
くするタイミングの温度である。また、外気温が急激に
低下した場合には、外気温がｔ２に達した時点で吸収液
の濃度を低くしても間に合わない場合がある。そこで、
ｔ２よりもさらに高い温度であっても外気温が急激に低
下してきた場合には吸収液の濃度を低くする必要があ
る。ｔ３はこの外気温が急激に低下した場合に吸収液の
濃度を低くするタイミングの温度である。

【００４１】さて、図３において、外気温が点Ａで所定
値以上の降り勾配で急激に下がり初め、時刻ｍ１で温度
ｔ３に達したときには、その時点ｍ１から所定時間だけ
弁Ｖ４を開き冷媒タンク１８内の冷媒を所定量だけ希溶
液タンク２１に流して冷房サイクルの吸収液の平均濃度
を低くする。

【００４２】図４は、吸収液の平均濃度を低くする別の
タイミングを説明する図であり、図中のｔ１、ｔ２、ｔ
３は図３に示したものと同じである。図４は外気温が緩
やかに低下する場合を示している。

【００４３】外気温が緩やかに下がり時刻ｍ２で温度ｔ
２に達したときには、その時点ｍ２から所定時間だけ弁
Ｖ４を開き冷媒タンク１８内の冷媒を所定量だけ希溶液
タンク２１に流して冷房サイクルの吸収液の平均濃度を
低くする。

【００４４】図５は、吸収液の平均濃度を高くするタイ
ミングを説明する図である。図中の温度ｔ１、ｔ２、ｔ
３は図３に示したものと同じであるので説明は省略す
る。温度ｔ４は、温度ｔ３よりも高く設定され、外気温
がｔ１に達する可能性が少なく、現在の吸収液の平均濃
度よりも高い濃度にしても吸収液が晶析する可能性が少
なくかえって高い濃度にしたほうが効率のよい運転がで
きる温度である。

【００４５】図５に示すように外気温が上がり時刻ｍ３
で温度ｔ４に達したときには、この時点ｍ３から所定時
間だけ弁Ｖ５を開き凝縮器１６からの冷媒が冷媒タンク
１８に溜るようにし冷媒タンク１８内の冷媒を所定量だ
け増やして冷房サイクルの吸収液の平均濃度を高くす
る。

【００４６】図３、図４、図５で説明した温度ｔ１、ｔ
２、ｔ３、ｔ４は、吸収液の平均濃度、すなわち冷媒タ
ンク１８の冷媒量ごとに予め定めコントローラ３０のメ
モリに記憶しておく。また、図３で説明したタイミング
における外気温の急激な降り勾配の所定値についても予
め定めてコントローラ３０のメモリに記憶しておく。こ
の外気温の急激な降り勾配の所定値は、吸収液の平均濃
度ごとに異なる値に定めてもよいし、吸収液の平均濃度
によらず同じ値に定めてもよい。

【００４７】図６は、空調装置の冷房動作において行わ
れる吸収液の平均濃度変更処理のフローチャートであ
る。

【００４８】図２のステップ（Ｆ−１０）の冷房動作中
には、図３、図４、図５で説明したような吸収液の平均
濃度を変更する処理が行われる。

【００４９】まず、現在の吸収液の平均濃度での図３、
図４、図５で説明した温度ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をコ
ントローラ３０のメモリから読出してくる（Ｓ−１）。
吸収液の平均濃度は、現在の吸収液の濃度が空調装置の
運転前に希溶液タンク２１に入っている吸収液の濃度よ
りも現在冷媒タンク１８に溜っている冷媒量を差し引い
ただけ高くなっていることから求められる。

【００５０】次に、センサＴ５で検出した外気温がｔ２
以下かどうかを判断する（Ｓ−２）。外気温がｔ２以下
であれば、弁Ｖ４を所定時間開くことにより吸収液の平
均濃度を低くし（Ｓ−６）、ステップ（Ｓ−１）へと戻
る。

【００５１】外気温がｔ２以下でなければ今度は外気温
がｔ３以下かどうかを判断する（Ｓ−３）。外気温がｔ
３以下であれば、外気温がｔ３に達するまでの降り勾配
が所定値以上か否かを判断する（Ｓ−５）。所定値以上
の降り勾配であれば、弁Ｖ４を所定時間開くことにより
吸収液の平均濃度を低くし（Ｓ−６）、ステップ（Ｓ−
１）へと戻る。そうでなければステップ（Ｓ−２）へと
戻る。

【００５２】ステップ（Ｓ−３）において外気温がｔ３
以下でなければ、外気温がｔ４以上かどうかを判断する
（Ｓ−４）。外気温がｔ４以上であれば、弁Ｖ５を所定
時間開くことにより吸収液の平均濃度を高くし（Ｓ−
７）、ステップ（Ｓ−１）へと戻る。そうでなければス
テップ（Ｓ−２）へと戻る。

【００５３】なお、本実施例では、吸収液にリチウムブ
ロマイド水溶液を用い、冷媒に水を用いたが、本発明が
これに限られるものではない。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
外気温の変動に応じて冷房サイクルにおいて循環する吸
収液の平均濃度を変化させることにより、吸収液が晶析
するのを防ぐこともできるし、循環する吸収液の平均濃
度を晶析しない程度に高濃度にして冷房能力の高い冷房
運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による空調装置の一実施例の要部のブロ
ック図である。

【図２】本発明による空調装置の運転の定常モードのフ
ローチャートを示す。

【図３】外気温の変化を示し、吸収液の平均濃度を低く
するタイミングを説明する図である。

【図４】外気温の変化を示し、吸収液の平均濃度を低く
する別のタイミングを説明する図である。

【図５】外気温の変化を示し、吸収液の平均濃度を高く
するタイミングを説明する図である。

【図６】空調装置の冷房動作において行われる吸収液の
平均濃度変更処理のフローチャートである。

【図７】先願で提案された単効用吸収式冷凍機を用いた
空調装置の変形例の要部のブロック図である。

【図８】図７に示した空調装置の設置状態を示す。

【符号の説明】

１ 室外機 ２ 室内機 ３ 送風ダクト ４ 吸気ダクト ５ 室 ６ リモコン操作器 １０ 蒸発器 １１ 送風ファン １２ 再生器 １３ バーナ １６ 凝縮器 １７ 空冷ファン １８ 冷媒タンク ２０ 吸収器 ２１ 希溶液タンク ３０ コントローラ ３１ 通信制御器 Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６ センサ Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ 弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 秀樹 千葉県佐倉市稲荷台１−21−18 (72)発明者 中山 香奈子 千葉県松戸市小金原７−39−10

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を蒸発させる蒸発器と、冷媒を吸収
   する吸収液を蓄え前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を該吸
   収液に吸収させる吸収器と、冷媒蒸気を吸収した希吸収
   液を加熱して冷媒蒸気と濃吸収液とを発生する再生器
   と、該再生器で発生した冷媒蒸気を凝縮させる凝縮器
   と、循環する冷媒の総量を調節するために循環させない
   冷媒を溜める冷媒タンクと、該冷媒タンクの冷媒量を検
   出する冷媒量検出手段とを有し、前記蒸発器により空調
   すべき室内の空気を直接冷却し、この冷却した空気をダ
   クトを介して室内に送風して冷房を行う吸収式冷凍機を
   用いた空調装置において、該空調装置の設置場所の外気
   温を検出する外気温検出手段と、該外気温検出手段によ
   り検出した外気温に応じて前記冷媒タンクの冷媒量を調
   節する冷媒量調節手段とを設けたことを特徴とする空調
   装置。
2. 【請求項２】 前記冷媒量調節手段は、 第１の所定の温度と、該第１の所定の温度より高い第２
   の所定の温度と、該第２の所定の温度より高い第３の所
   定の温度とを前記冷媒タンクの冷媒量ごとに記憶すると
   ともに外気温の所定の降り勾配を記憶する記憶手段と、 前記外気温検出手段で検出した外気温が前記第１の所定
   の温度に達したときには前記冷媒タンクの冷媒量を減量
   し、前記外気温検出手段で検出した外気温が前記第２の
   所定の温度に達し且つ前記所定の降り勾配より急激に下
   がったときには前記冷媒タンクの冷媒量を減量し、前記
   外気温検出手段で検出した外気温が前記第３の所定の温
   度に達したときには前記冷媒タンクの冷媒量を増量する
   増減量手段とから成ることを特徴とする請求項１に記載
   の空調装置。