JP3402984B2 - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷凍機（ヒ
ートポンプ暖房運転を行うものも含む）に関し、特に、
構成部品のレイアウトの工夫により小型化を可能にした
吸収式冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍サイクルで運転される吸収式
冷凍機が冷房装置として知られていたが、さらに近年、
運転時のエネルギ効率の良さ等の利点が着目され、冷房
運転だけでなく、蒸発器で外気から汲み上げた熱を利用
したヒートポンプ暖房運転も行えるようにした吸収式冷
凍機に対する需要が高まりつつある。

【０００３】例えば、特公平６−９７１２７号公報で
は、冷房運転、ヒートポンプ運転による暖房、および直
火焚き（ボイラ）運転による暖房という３つのモードで
運転できるようにした吸収式冷温水機が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の吸収式冷凍機
は、比較的大型であるため、これを一般家庭用等にまで
広く普及させるには不十分であった。小型化を図った吸
収式冷凍機の例として特開平７−２０８８２６号公報に
記載された空気調和装置がある。この空気調和装置は、
蒸発器と吸収器との連結部の工夫により小型化を達成し
ようとするものである。しかし、この空気調和装置で
は、吸収器の吸収管部を屈曲させる等の部分的な処置に
とどまるものであり、装置全体にわたるレイアウトの工
夫がされたものではないので、例えば家庭用として十分
な小型化が達成されたものではなかった。

【０００５】本発明は、上記問題点に鑑み、構成部品の
総合的なレイアウトに工夫を取り入れ、単純形状の筐体
に部品を高密度に収容して小型化を図った吸収式冷凍機
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決し、目
的を達成するための本発明は、冷媒を貯留する蒸発器
と、前記蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を
含む溶液を収容する吸収器と、前記溶液の吸収剤濃度を
回復させるため、該溶液を加熱して冷媒蒸気を抽出する
再生器および精留器と、前記再生器および精留器で抽出
された冷媒蒸気を凝縮させて前記蒸発器へ供給するため
の凝縮器とを有する吸収式冷凍機において、外気との熱
交換を行うための顕熱交換器および該顕熱交換器用の冷
却ファンを互いに前後に配置して構成した空冷部と、前
記冷却ファンの両側下方に振り分けて配置した循環用の
ポンプとを具備するとともに、前記空冷部の上方に前記
蒸発器、吸収器および凝縮器を横長に配置し、前記空冷
部の側方に再生器および精留器を縦長に配置し、前記空
冷部、前記蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、精留器な
らびに前記ポンプを前記冷却ファンの軸方向の寸法が小
さい薄型直方体形状の空間内に収容した点に第１の特徴
がある。

【０００７】また、本発明は、前記冷媒としてトリフル
オロエタノールを使用し、前記顕熱交換器、蒸発器、吸
収器、凝縮器をアルミニウム合金で構成した点に第２の
特徴がある。上記第１および第２の特徴によれば、薄型
直方体の空間内に、各構成部品を高密度で配置すること
ができる。また、第２の特徴によれば、トリフルオロエ
タノールの低腐食性により、主要構成部品である顕熱交
換器等を軽量化できる。特に、上部に配置される吸収
器、蒸発器、凝縮器等が軽量化されることにより、本体
の設置時の安定性が向上し、かつ支持部材等の軽量化を
図ることもできる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明を
詳細に説明する。図４は本発明の一実施形態に係る吸収
式冷凍機の要部構成を示す系統ブロック図である。な
お、ここでは、吸収式冷凍機の一実施態様として吸収式
冷暖房装置を想定している。蒸発器１には冷媒としてト
リフルオロエタノール（ＴＦＥ）等のフッ化アルコール
が、吸収器２には吸収剤を含む溶液としてＤＭＩ誘導体
（ジメチルイミダゾリジノン）が収容されている。この
場合、前記冷媒はフッ化アルコールに限らず非凍結範囲
が広くとれるものであればよい。溶液についてはＤＭＩ
誘導体に限らず非結晶範囲が広く取れるものであり、Ｔ
ＦＥよりも高い常圧沸点を有し、ＴＦＥを吸収しうる吸
収剤であればよい。例えば、水と臭化リチウムの組み合
わせは、外気温度が零度近くになった状態での暖房運転
時において、溶液の温度低下によって冷媒である水が凍
結するおそれがあるので、本実施形態の系統に好適とは
言い難い。

【０００９】蒸発器１と吸収器２とは、図示しない蒸発
（冷媒）通路を介して互いに流体的に連結されており、
これらの空間を、例えば３０mmＨｇ程度の低圧環境下に
保持すると蒸発器１内の冷媒が蒸発し、前記通路を介し
て吸収器２内に入る。なお、前記蒸発通路には予冷器１
８が設けられている。予冷器１８は、冷媒蒸気中に残存
するミスト（霧状の冷媒）を加熱して蒸気化させるとと
もに、凝縮器９から送給されるＴＦＥの温度を下げる働
きをする。冷媒蒸気を吸収器２内の吸収剤溶液が吸収し
て吸収冷凍動作が行われる。

【００１０】まずバーナ７が点火され、再生器３によっ
て吸収器２内の溶液濃度が高められると（バーナおよび
再生器ならびに溶液濃縮については後述する）、吸収器
２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、該冷媒の蒸発による潜
熱によって蒸発器１内が冷却される。蒸発器１内には冷
水が通過する管路１ａが設けられる。管路１ａの一端
（図では出口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃１開口に、そ
の他端（図では入口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃１開口
にそれぞれ連結される。

【００１１】冷媒はポンプＰ１によって蒸発器１内に設
けられた散布手段１ｂに導かれ、前記冷水が通過してい
る管路１ａ上に散布される。前記冷媒は管路１ａ内の冷
水から蒸発熱を奪って冷媒蒸気となり、蒸発通路を通っ
て吸収器２に流入する。その結果、前記管路１ａ内の冷
水の温度は降下する。蒸発器１内の冷媒は前記散布手段
１ｂに導かれるほか、後述するように、その一部はフィ
ルタ４を通って精留器６にも給送される。蒸発器１とフ
ィルタ４との間には流量調節弁Ｖ５が設けられている。
なお、管路１ａを流れる冷水としてはエチレングレコー
ル又はプロピレングレコ−ル水溶液を使用するのが好ま
しい。

【００１２】前記フッ化アルコールの蒸気つまり冷媒蒸
気が吸収器２の溶液に吸収されると、吸収熱によって該
溶液の温度は上昇する。溶液の吸収能力は該溶液の温度
が低いほど、また、溶液濃度が高いほど大きい。そこ
で、該溶液の温度上昇を抑制するため、吸収器２の内部
には管路２ａが設けられ、該管路２ａには冷却水が通さ
れる。管路２ａの一端（図では出口端）は凝縮器９内を
通過した後、ポンプＰ３を介して第１の四方弁Ｖ１の＃
２開口に、管路２ａの他端（図では入口端）は第２の四
方弁Ｖ２の＃２開口にそれぞれ連結される。管路２ａを
通過する冷却水として、前記冷水と同じ水溶液を使用す
る。

【００１３】溶液はポンプＰ２によって吸収器２内に設
けられた散布手段２ｂに導かれ、管路２ａ上に散布され
る。その結果、溶液は管路２ａを通っている冷却水で冷
却される。一方、冷却水は熱を吸収するのでその温度が
上昇する。吸収器２内の溶液が冷媒蒸気を吸収し、その
吸収剤濃度が低下すると吸収能力が低下する。そこで、
再生器３および精留器６によって吸収剤溶液から冷媒蒸
気を分離発生させることにより、溶液の濃度を高めて吸
収能力を回復させる。

【００１４】吸収器２で冷媒蒸気を吸収して希釈された
溶液つまり希液は前記散布手段２ｂに導かれるほか、ポ
ンプＰ２により管路７ｂを通じて精留器６に給送され再
生器３へと流下する。ポンプＰ２と再生器３とをつなぐ
管路７ｂには開閉弁Ｖ３が設けられている。再生器３は
吸収器２から供給される希液を加熱するバーナ７を有し
ている。該バーナ７はガスバーナが好ましいが、他の型
式のどのような加熱手段であってもよい。再生器３で加
熱され、冷媒蒸気が抽出されて濃度が高められた溶液
（濃液）は、管路７ａを通って吸収器２に戻される。管
路７ａ上には開閉弁Ｖ４が設けられている。このとき、
温度が比較的高い濃液は散布手段２ｃによって管路２ａ
に散布される。

【００１５】再生器３に給送された希液がバーナ７で加
熱されると、冷媒蒸気が発生する。前記冷媒蒸気に混入
された吸収剤溶液は精留器６によって分離され、より一
層純度を高められた冷媒蒸気が凝縮器９へ給送される。
そこで冷却されて凝縮液化された冷媒は、前記予冷器１
８、減圧弁１１を経由して蒸発器１に戻され、散布され
る。

【００１６】なお、凝縮器９から蒸発器１に供給される
蒸気の純度は極めて高くなってはいるが、還流冷媒中に
ごくわずかに混在する吸収剤成分が長時間の運転サイク
ルによって蓄積し、蒸発器１内の冷媒の純度が徐々に低
下することは避けられない。そこで、上述のように、蒸
発器１から冷媒のごく一部をフィルタ４を介して精留器
６に給送し、再生器３から生じる冷媒蒸気と共に再び純
度を上げるためのサイクルを経るようにするのが望まし
い。

【００１７】再生器３から出た管路７ａ中の高温濃液
は、吸収器２と精留器６を連結する管路の中間に設けら
れた熱交換器１２により、吸収器２から出た希液と熱交
換して冷却された後、吸収器２内に散布される。一方、
熱交換器１２で予備的に加熱された希液は精留器６へ給
送される。こうして熱効率の向上が図られているが、さ
らに、還流される前記濃液の熱を吸収器２または凝縮器
９から出た管路２ａ内の冷却水に伝達するための熱交換
器（図示せず）を設けることにより、吸収器２に還流さ
れる濃液の温度をより一層低下させ、冷却水温度はさら
に上げることができるような構成をとってもよい。

【００１８】前記冷水または冷却水を外気と熱交換する
ための顕熱交換器１４には管路４ａ、室内機１５には管
路３ａが設けられている。管路３ａ、４ａの各一端（図
では入口端）は第１の四方弁Ｖ１の＃３および＃４開口
に、その他端（図では出口端）は第２の四方弁Ｖ２の＃
３および＃４開口にそれぞれ連結される。室内機１５は
冷暖房を行う室内に備えられるもので、冷風または温風
の吹出し用ファン（両者は共通）１０と吹出し出口（図
示せず）とが設けられる。前記顕熱交換器１４は室外に
置かれ、ファン１９で強制的に外気との熱交換が行われ
る。

【００１９】蒸発器１には冷媒の量を感知するレベルセ
ンサＬ１、冷媒の温度を感知する温度センサＴ１、およ
び蒸発器１内の圧力を感知する圧力センサＰＳ１が設け
られている。吸収器２には溶液の量を感知するレベルセ
ンサＬ２が設けられている。凝縮器９には、凝縮した冷
媒の量を感知するレベルセンサＬ９、冷媒の温度を感知
する温度センサＴ９、および凝縮器９内の圧力を感知す
る圧力センサＰＳ９が設けられている。また、顕熱交換
機１４、再生器３、および室内機１５にはそれぞれ温度
センサＴ１４、Ｔ３およびＴ１５が設けられている。顕
熱交換機１４の温度センサＴ１４は外気温度を感知し、
室内機１５の温度センサＴ１５は冷暖房をする室内の温
度を感知する。また、再生器３の温度センサＴ３は溶液
の温度を感知する。

【００２０】以上の構成において、冷房運転時には、前
記第１および第２の四方弁Ｖ１、Ｖ２をそれぞれの＃１
および＃３開口が連通され、＃２および＃４開口が連通
されるような位置に切替え制御する。これにより、管路
１ａに冷媒が散布されて温度が下げられた冷水が室内機
１５の管路３ａへ導かれて室内の冷房が行われる。

【００２１】一方、暖房運転時には、前記第１および第
２の四方弁Ｖ１、Ｖ２をそれぞれの＃１および＃４開口
が連通され、＃２および＃３開口が連通されるような位
置に切替え制御する。これにより、管路２ａ内の暖めら
れた冷却水が室内機１５の管路３ａへ導かれて室内の暖
房が行われる。

【００２２】なお、暖房運転時に、外気温度が極端に低
くなると、顕熱交換器１４を介して外気から熱を汲み上
げ難くなり、暖房能力が低下する。このようなときのた
めに、凝縮器９と再生器３（または精留器６）との間を
バイパスする環流通路９ａおよび開閉弁１７を設けてい
る。すなわち、外気からの熱の汲み上げが困難なときに
は、吸収冷凍サイクル運転は停止して、再生器３で発生
した蒸気を凝縮器９との間で環流させ、バーナ７による
加熱熱量を凝縮器９内で効率よく管路２ａ内の冷却水に
伝導させられる直火焚き運転により前記冷却水を昇温さ
せて暖房能力を向上させるようにする。

【００２３】続いて、上記冷暖房装置の各構成部品のレ
イアウトについて説明する。冷暖房装置を一般家庭にま
で普及可能にするためには、上記蒸発器１、吸収器２、
再生器３等の構成部品を、筐体内に高密度に収容すると
ともに、それぞれの機能を十分に発揮できるレイアウト
を設定しなければならない。本実施形態では、以下に説
明するレイアウトにより、十分な小型化を図ることがで
きた。

【００２４】図１は本実施形態に係る冷暖房装置の部品
レイアウトを示す正面図、図２は同上面図、図３は同右
側面図であり、図４と同符号は同一または同等部分を示
す。なお、図１〜図３では、主として各構成部品のレイ
アウトを示すのにとどめ、該構成部品を筐体に支持する
ための支持部材や配管類は、適宜周知の手段を用いて構
成できるので、図面の繁雑を避けるために図示を省略し
た。

【００２５】図１〜図３において、符号２０は筐体の輪
郭を示し、後述する各構成部品はこの輪郭２０で示され
る直方体の筐体の空間内に収容される。まず、筐体２０
の右前側の下方には再生器３が置かれ、その上部には該
再生器３と一体をなす精留器６が配置されている。すな
わち、再生器３と精留器６とは縦長に配置される。再生
器３の後方下部には、該再生器３下部のバーナ（燃焼
室）７に燃料ガスを供給するブロワ２２および燃料ガス
の流量等を調整する流量調整器２３が配置される。流量
調整器２３の上方には、縦長に熱交換器１２が配置され
る。精留器６の上部には連結管２４が水平方向に突出し
て設けられ、該連結管２４はこれと対向して配置された
凝縮器９側の連結管２５とフランジ結合される。凝縮器
９は前記連結管２５が取り付けられた冷媒蒸気受入部９
ａと該冷媒蒸気受入部９ａの端部から水平に拡張された
凝縮器本体９ｂとからなる。凝縮器本体９ｂには冷却水
が通過するラジエータ９ｃが収容されている。

【００２６】前記凝縮器本体９ａの左および下面に隣接
して吸収器２と蒸発器１とが配置される。吸収器２と蒸
発器１とは正面から見た形状は共にＬ字型をなしてお
り、図３（ｂ）に吸収器２および蒸発器１の側面輪郭を
拡大して示すように、互いの上部はダクト２６および２
６ａで連結されている。蒸発器１で発生した冷媒蒸気は
該ダクト２６，２６ａを通じて吸収器２へと給送され
る。

【００２７】このように、吸収器２と蒸発器１とはほぼ
同一の形状をなしているので、図１では、前面に配置し
ている吸収器２のみが図に現れている。吸収器２には冷
却水を通過させるめのラジエータ２ｄ，２ｅ，２ｆが収
容されている。各ラジエータ２ｄ〜２ｆは当該冷暖房機
の奥行方向に多数枚配列されたフィンと該フィンを貫通
する管路（共に図示せず）からなる。図１には管路の端
部が示されており、入口２７から入った冷却水は連結管
２８、２９を介して図示しない管路を通過し、出口３０
から排出される。該吸収器２の背後に配置される蒸発器
１も同様に構成される。前記ラジエータ２ｄおよび２ｆ
の上部にはそれぞれ溶液の散布手段（図示せず）が配置
され、ダクト２６および２６ａ内には予冷器１８（図１
では省略）が配置される。なお、蒸発器１および吸収器
２の上には当該冷凍機に電源を供給する電源ユニット３
１が載置されている。

【００２８】前記吸収器２と蒸発器１の下方には顕熱交
換機１４と該顕熱交換器１４に風を送る冷却ファン１９
が設けられる。ファン１９は、内径輪郭を符号３２で示
す導風路内に設けられ、モータ３３によって駆動され
る。導風路３２と筐体２０との間に残った空間には、四
方弁Ｖ１，Ｖ２ならびにポンプＰ１〜Ｐ４が配置され
る。本実施形態では、ポンプＰ１〜Ｐ４はいずれも筐体
２０の下方の空間に配置して冷却水および冷水等の給送
先との高低差を設け、ポンプの液ヘッドを大きくとれる
ようにした。その結果、ポンプによる給送が容易になり
ポンプの小型軽量化を図ることができる。

【００２９】上述のように、本実施形態では、精留器６
からの冷媒の受入れが容易になるように、該精留器６と
隣接して筐体２０の上部に凝縮器９を配置し、さらにこ
の凝縮器９と隣接して蒸発器１および吸収器２を配置し
たので、これらの間の冷媒や冷却水等の給送のための管
路を短縮できるという効果がある。

【００３０】また、特にこのようなレイアウトを可能に
した要因の１つに、冷媒としてトリフルオロエタノール
を使用し、主要熱交換器をアルミニウム合金で構成した
点があげられる。

【００３１】すなわち、従来使用されていた臭化リチウ
ム等の冷媒はアルミニウムまたはアルミニウム合金を腐
食させやすい特性を有していたため腐食対策がたいへん
であり、このため一般的には、吸収器２、蒸発器１およ
び凝縮器９等を構成する材料として銅または銅合金等を
使用していた。したがって、吸収器２、蒸発器１および
凝縮器９等の重量化が避けきれず、冷凍機の転倒に対す
る安定性や支持部材の高強度化を図るための新たな工夫
が必要になる。

【００３２】これに対して、トリフルオロエタノールは
アルミニウムまたはアルミニウム合金に対する腐食性が
小さいので、吸収器２、蒸発器１および凝縮器９等をア
ルミニウムまたはアルミニウム合金で形成することがで
きる。その結果、吸収器２、蒸発器１および凝縮器９等
を軽量化でき、これらを筐体２０の上部に配置した場合
にも、支持部材の高強度化を図る必要もなく、転倒に対
する安定性も高くすることができる。

【００３３】本実施形態では、吸収器２、蒸発器１およ
び凝縮器９等をアルミニウム合金で形成するとともに、
顕熱交換器１４も同様にアルミ合金として一層の軽量化
を図っている。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１および請求項２の発明によれば、全体を前後方向つま
り冷却ファンの軸方向に薄型にした筐体の内部に、主要
部品を高密度に配置することができる。すなわち、最も
大きいスペースを占める空冷部を中心にしてその上部と
側部に主要熱交換器類および再生器類を隙間なく配置で
きる。その結果、小型化が可能になり、屋外において家
屋に隣接させて設置することが容易になる。

【００３５】また、溶液や冷却水等を給送するポンプを
下方に配置して液ヘッドを大きくとることにより、該ポ
ンプの小型化を図ることができる。凝縮器と精留器とを
近接配置したので凝縮器に冷媒蒸気を給送するための連
結管を短縮でき、小型化、簡素化を図ることができる。

【００３６】さらに、請求項２の発明によれば、アルミ
ニウム合金と腐食性の小さい冷媒とを組み合わせたこと
によって、主要熱交換器類を筐体上部にまとめた構成に
おいても、強度を特別に大きくした支持部材（フレー
ム）を必要としないので軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
レイアウトを示す正面図である。

【図２】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
レイアウトを示す上面図である。

【図３】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
レイアウトを示す側面図である。

【図４】 本発明の実施形態に係る吸収式冷暖房装置の
構成を示す系統図である。

【符号の説明】

１…蒸発器、 ２…吸収器、 ３…再生器、 ９…凝縮
器、 １１…減圧弁、１４…顕熱交換器、 １５…室内
機、 １９…ファン、 ２０…筐体、 ２２…ブロア、
２４，２５…連結管、 ３２…導風路、 ３３…モー
タ

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−208826（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−19644（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6778（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を貯留する蒸発器と、前記蒸発器で
   発生した冷媒蒸気を吸収する吸収剤を含む溶液を収容す
   る吸収器と、前記溶液の吸収剤濃度を回復させるため、
   該溶液を加熱して冷媒蒸気を抽出する再生器および精留
   器と、前記再生器および精留器で抽出された冷媒蒸気を
   凝縮させて前記蒸発器へ供給するための凝縮器とを有す
   る吸収式冷凍機において、 外気との熱交換を行うための顕熱交換器および該顕熱交
   換器用の冷却ファンを互いに前後に配置して構成した空
   冷部と、 前記冷却ファンの両側下方に振り分けて配置した循環用
   のポンプとを具備するとともに、 前記空冷部の上方に前記蒸発器、吸収器および凝縮器を
   横長に配置し、 前記空冷部の側方に再生器および精留器を縦長に配置
   し、 前記空冷部、前記蒸発器、吸収器、凝縮器、再生器、精
   留器ならびに前記ポンプを前記冷却ファンの軸方向の寸
   法が小い薄型直方体形状の空間内に収容したことを特徴
   とする吸収式冷凍機。
2. 【請求項２】 前記冷媒としてトリフルオロエタノール
   を使用し、 前記顕熱交換器、蒸発器、吸収器、凝縮器をアルミニウ
   ム合金で構成したことを特徴とする請求項１記載の吸収
   式冷凍機。