JPH07110171A - 吸収式冷凍機を用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空調装置の冷房能力を高くするために行う運
転開始時等における循環する溶液の濃縮にかかる時間を
短縮し、最大冷房能力を素早く確保できる空調装置を提
供すること。 【構成】 センサＴ５により冷媒タンク１８の冷媒量を
検出し、この冷媒量から平均溶液濃度を算出し、平均溶
液濃度が許容溶液濃度よりも低ければ燃料供給制御弁１
５の開度を大きくしてバーナ１３の火力を強くする。

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４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５は
同空調装置の設置状態を示す。

【００１０】空調装置は、図５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４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４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の開度に
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、循環する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
置においては、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。一方、溶液の濃
度が許容溶液濃度よりも高くなると溶液が晶析し、管路
を塞いでしまい安定した運転ができなくなる。そこで、
溶液が晶析しない程度、すなわち許容溶液濃度に達しな
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。

【００２０】上述したように循環する溶液の平均濃度は
冷媒タンク１８の冷媒量で調節され、冷媒タンク１８の
冷媒量が多いほど循環する溶液の平均濃度が高くなる。
たとえば、空調装置の運転開始時には冷媒タンク１８に
は冷媒が存在しない状態であるので冷媒タンク１８に冷
媒を溜め溶液を濃縮してから運転を開始した方が高い冷
房能力を確保できる。

【００２１】ところで、通常の冷房運転中にバーナ１３
に供給する定格の燃料ガス量は、冷媒タンク１８の冷媒
量が最も多い状態、すなわち循環する溶液の平均濃度が
最も高い状態における再生器１２による濃縮結果が許容
溶液濃度を越えない燃焼程度に抑える量に設定してい
る。

【００２２】上述したように運転開始時には冷媒を冷媒
タンク１８に溜めることにより循環する溶液を濃縮し、
循環する溶液の平均濃度を所定の濃度にしてから冷房運
転を開始する。この濃縮時には、冷媒タンク１８の冷媒
量が少ないため、上記の定格の燃料ガス量を越えた量の
燃料ガスをバーナ１３に供給して溶液を濃縮しても許容
溶液濃度に達することがない。

【００２３】つまり、運転開始時には上記の定格の燃料
ガス量よりも多い量の燃料ガスを供給しても許容溶液濃
度に達しないにもかかわらず、上記の定格の燃料ガス量
で溶液の濃縮を行っていたのでは、運転開始時の濃縮に
かかる時間がいたずらに長くなってしまい、濃縮の完了
を待って行われる冷房運転の開始が遅れることになる。

【００２４】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、運転開始時や、外気温の上昇にともない許容溶液
濃度が高くなった場合などにおいて、最大冷房能力を素
早く確保できる空調装置を提供することを目的とする。

【００２５】

【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この
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、所定の冷房能力を確
保するために前記冷媒タンクに前記再生器からの冷媒を
溜めることにより前記希吸収液を濃縮し、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、前記濃縮時には前記
再生器における加熱量を濃吸収液が晶析しない程度に増
加する加熱制御手段を設けて空調装置を構成した。

【００２６】

【作用】本発明は以上の構成によって、空調装置の冷房
サイクルを循環する吸収液と冷媒とを足し合わせた上で
の濃度、すなわち平均溶液濃度を高くするために濃縮す
るときには、加熱制御手段により再生器における加熱を
濃縮時以外のときよりも強くする。

【００２７】

【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。

【００２８】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５に示したとおりである。

【００２９】本発明による空調装置の構成は図４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。

【００３０】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。

【００３１】ＣＰＵ、メモリ、駆動回路から成るコント
ローラ３０と、リモコン操作器６（図５参照）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。

【００３２】次に図２を参照して冷房サイクルの動作を
説明する。

【００３３】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。

【００３４】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）。

【００３５】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）。

【００３６】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）。

【００３７】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
冷媒が蒸発しこの潜熱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）。

【００３８】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。

【００３９】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。

【００４０】 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、濃溶液を希釈し晶析を防止す
るためである。

【００４１】次に、循環する溶液を濃縮して平均濃度を
高くする際の制御について説明する。

【００４２】図３は、循環する溶液を濃縮して平均濃度
を高くする際の燃料供給制御弁１５の開度を調節する処
理のフローチャートである。

【００４３】図３に示した処理は、図２のステップ（Ｆ
−４）で燃料供給制御弁１５を開くときや、ステップ
（Ｆ−１０）の冷房動作において、循環する溶液を濃縮
する際における燃料供給制御弁１５の開度調節にかかる
処理である。

【００４４】まず、冷媒タンク１８の冷媒量をセンサＴ
５によって検出する（Ｓ−１）。次に検出した冷媒量を
もとに循環する溶液の平均濃度を算出する（Ｓ−２）。
空調装置の冷房サイクルを循環するすべての溶液と冷媒
の量は予めわかっているので、循環しない冷媒量、すな
わち冷媒タンク１８に溜っている冷媒量がわかれば循環
する溶液の平均濃度を求めることができる。

【００４５】次に、ステップ（Ｓ−２）で求めた平均濃
度と許容溶液濃度とを比較する（Ｓ−３）。循環する溶
液の平均濃度が許容溶液濃度を越えると溶液が晶析して
しまうおそれがあるので平均濃度を許容溶液濃度より高
くはしないような制御を行う。

【００４６】すなわち平均濃度が許容溶液濃度よりも低
い場合には、燃料供給制御弁１５の開度を大きくして定
格の燃料ガス量よりも多くの燃料ガスがバーナ１３に供
給されるようにする（Ｓ−４）。定格の燃料ガス量と
は、上述したように冷媒タンク１８の冷媒量が最も多い
状態、すなわち循環する溶液の平均濃度が最も高い状態
における再生器１２による濃縮結果が許容溶液濃度を越
えない燃焼程度に抑える量のことである。ところで、ス
テップ（Ｓ−４）の処理によってバーナ１３に供給され
る燃料ガスの量は、上記定格の燃料ガス量よりも多い
が、再生器１２から吸収器２０に向かう濃溶液、すなわ
ち吸収液が晶析しない程度に制限される。

【００４７】平均濃度が許容溶液濃度と等しくなったな
らば、循環する溶液の濃縮は完了なので処理を終了す
る。

【００４８】図３に示した処理を行うことにより、循環
する溶液の濃縮を、定格の燃料ガス量で行うよりも早く
行うことができる。

【００４９】なお、本発明によれば、循環する溶液を許
容溶液濃度にまで濃縮する際、循環する溶液の濃度が最
も早く許容溶液濃度に達するためにバーナ１３に供給す
る最適な燃料ガスの量をＰＩＤ制御等の演算により求
め、この求めた燃料ガス量を供給するように燃料供給制
御弁１５の開度を調節することもできる。

【００５０】また、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。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空調装置の運転開始時等における冷房サイクルを循環す
る溶液の濃縮に要する時間を短縮することができる。

【００５２】すなわち、運転開始時などにおいて最大冷
房能力を素早く確保できる空調装置を提供することがで
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】循環する溶液を濃縮して平均濃度を高くする際
の燃料供給制御弁１５の開度を調節する処理のフローチ
ャートである。

【図４】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５】図４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 センサ Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５ 弁

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、所定の冷房能力を確保
   するために前記冷媒タンクに前記再生器からの冷媒を溜
   めることにより前記希吸収液を濃縮し、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、前記濃縮時には前記再
   生器における加熱量を濃吸収液が晶析しない程度に増加
   する加熱制御手段を設けたことを特徴とする空調装置。
2. 【請求項２】 前記加熱制御手段は、 前記冷媒量検出手段により検出された前記冷媒タンクの
   冷媒量に基づいて平均溶液濃度を演算する平均溶液濃度
   演算手段と、 吸収液が晶析しない平均溶液濃度の限界値を許容溶液濃
   度として記憶する記憶手段と、 前記平均溶液濃度演算手段により求められた平均溶液濃
   度が前記許容溶液濃度より低いときの前記再生器におけ
   る加熱量を演算する加熱量演算手段とから成り、 該加熱量演算手段により求められた加熱量で前記再生器
   における加熱を行うことを特徴とする請求項１に記載の
   空調装置。