吸収式冷凍機
【課題】製造コストも運転コストも高騰させることなく通常の冷房運転モードと冬期間でのフリークーリング運転モードとを選択的に切替可能とした新たな吸収式冷凍機を得る。
【解決手段】蒸発器１０と吸収器２０と再生器３０と凝縮器４０とを備える吸収式冷凍機Ａにおいて、吸収器２０で液化した冷媒を蒸発器１０内に戻す第１配管系Ｒ１をさらに備える。第１配管系Ｒ１は当該配管系を導通状態と非導通状態とに切替える切替手段（開閉弁）ＳＶ１を備える。冷房運転モードでは第１配管系Ｒ１は非導通状態とされ、フリークーリング運転モードでは第１配管系Ｒ１を導通状態とするとともに、溶液を循環させる溶液ポンプ２３を停止する。
【解決手段】蒸発器１０と吸収器２０と再生器３０と凝縮器４０とを備える吸収式冷凍機Ａにおいて、吸収器２０で液化した冷媒を蒸発器１０内に戻す第１配管系Ｒ１をさらに備える。第１配管系Ｒ１は当該配管系を導通状態と非導通状態とに切替える切替手段（開閉弁）ＳＶ１を備える。冷房運転モードでは第１配管系Ｒ１は非導通状態とされ、フリークーリング運転モードでは第１配管系Ｒ１を導通状態とするとともに、溶液を循環させる溶液ポンプ２３を停止する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸収式冷凍機に関し、特に、通常の冷房運転モードとフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした吸収式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムでの省エネルギーを図る観点から、フリークーリングシステムが提案され実施されている（特許文献１、２など参照）。フリークーリングシステムとは、外気温が高い夏期においては、圧縮式あるいは吸収式の冷凍機を稼働して冷水を得る一方で、外気温が低い冬期においては、冷凍機を稼働させずに、冷凍機に付設する冷却塔で得られる冷却水を冷熱源として冷水を得るようにしたシステムである。フリークーリングシステムでは、冬期に冷凍機を稼働させずに所要の冷水を得ることで、大きな省エネルギー効果を期待することができる。
【０００３】
このような空調システムにおいて、冷却塔として、開放式冷却塔と密閉式冷却塔とが用いられる。密閉式冷却塔は、冷却塔内に設置した熱交換器内を循環する冷却水を、当該熱交換器に散水する水の蒸発作用により冷却するものであり、冷却水が外部に曝されず、汚れにくいので、フリークーリング運転時でも、冷却水を空調負荷部に直接供給することができる利点がある。しかし、密閉式冷却塔は、散水の蒸発熱によって冷却水を間接的に冷却する方式であり、冷却効率が低い。
【０００４】
開放式冷却塔は、冷却塔の上部より冷却水を散水し、大気と接触させて蒸発させることで当該冷却水を冷却するものであり、冷却水そのものを直接的に蒸発させるので、冷却効率が高い。しかし、冷却水が空気に直接曝されることで汚れが生じることから、フリークーリング運転時に冷却水を空調負荷部に供給すると、空調負荷部が汚染され、メンテナンスが必要となるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献１に記載のフリークーリング利用冷熱源設備では、開放式冷却塔と空調負荷部との間に熱交換器を設け、フリークーリング運転時には、外部配管の切り替えを行うことで、開放式冷却塔で冷却した冷却水を熱交換器によって空調負荷部に供給される冷却水と熱交換させることで、汚れた冷却水が空調負荷部に直接供給されないようにしている。
【０００６】
また、特許文献２に記載の空調システムでは、基本的な構成は密閉式である冷却塔を用いながら、外部配管の切り替えを行うことで、冷凍機運転時には、冷却塔の散水を冷凍機の凝縮器に循環させる態様、すなわち冷却塔を開放式冷却塔として機能させることで、冷凍機における冷却効率を高めることができ、また、フリークーリング運転時には、散水の蒸発作用により冷却された熱交換機内を循環する冷水を、冷凍機の凝縮器に循環させる態様、すなわち冷却塔を密閉式冷却塔として機能させることで、汚れた冷却水（散水）が空調負荷部に流れるのを防止できるようにしている。
【０００７】
また、冷房運転モードとフリークーリング運転モードとに切り替えできるようにした圧縮式冷凍機も提案されており（非特許文献１）、そこでは、図１０に示すように、蒸発器と凝縮器の上部同士および下部同士を配管と開閉弁で接続し、圧縮機を停止、かつ当該開閉弁を開くことでフリークーリングを実現している。低外気温時に冷却水温度が冷水温度よりも低いため、当該上部開閉弁を開くと凝縮器で冷媒蒸気が冷却され凝縮する。凝縮器は蒸発器よりも上部にあるため、凝縮器で凝縮した液冷媒は重力差により当該下部開閉弁を通じて蒸発器に戻り、冷水により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、上部開閉弁を通じて凝縮器に導かれ、再び凝縮することでサイクルが形成される。また、ここでは、開放式冷却塔を用いても、フリークーリング運転時に空調負荷部が汚染されることもなく、高い冷却効率を得ることができる。
【０００８】
さらに、吸収式冷凍機の運転において、停止するときにサイクル内の溶液濃度を常温で結晶しないレベルまで低下させるために、希釈運転を行うようにされており、その一例が特許文献３あるいは４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３２６５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８５０１０号公報
【特許文献３】特開平６−２９４５５６公報
【特許文献４】特開平１０−２６３０公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】トレーン社カタログ第１１頁、［２０１０年１０月５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.trane-japan.com/pdf/201007_CTV.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１あるいは特許文献２に示される空調システムでは、汚れた冷却水が空調負荷部に直接供給されない構造となっているものの、冷凍機運転とフリークーリングを切替えるために外部の冷水および冷却水配管の切替えを必要とし、一般にこれらの外部配管は巨大でありコストが増加する。また、設置工事が複雑になり、設置コストも増加するなど課題を有する。
【００１２】
図１０に示される圧縮式冷凍機では、外部配管の切り替えなしに冷凍運転とフリークーリングを切り替えることができ、特許文献１、２に記載される形態の空調システムと比較して、構成が簡素化される。しかし、この方式を吸収式冷凍機に適用してフリークーリングを実現させる場合、吸収式冷凍機では冷媒に水を使用しているのが普通であり、蒸発圧力が非常に低い（たとえば水の５℃の飽和水蒸気圧は０．８７ｋＰａ、圧縮式冷凍機では例えば冷媒にＲ４１０Ａを使用した場合に５℃の飽和蒸気圧は９３０ｋＰａ）ことから、運転を阻害するような圧力損失が生じないようにするために、蒸発器と凝縮器の間の冷媒蒸気が通じる切替弁と配管を巨大なものとする必要がある。そのために、図１０に示される圧縮式冷凍機の運転態様をそのまま吸収式冷凍機に適用することは現実的でない。
【００１３】
また、図１０に示される態様の圧縮式冷凍機において、冷媒の蒸気圧が高いとはいえ、やはり冷媒蒸気が通る経路の圧力損失を小さくする必要があり、そのためには切替弁の巨大化が必要であって、製造コストがアップするとともに、冷凍運転とフリークーリングとの自動切り替えを行う場合の駆動装置も高価なものとなるのを避けられない。
【００１４】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製造コストも運転コストも高騰させることなく通常の冷房運転モードと冬期間でのフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした新たな吸収式冷凍機とその運転方法を提供することを課題とする。
【００１５】
より具体的には、吸収式冷凍機を用いた空調システムにおいて、冷却効率に優れた開放型冷却塔を使用しても冷水配管を汚染させることなく、かつ外部配管の切り替え無しに冷凍運転とフリークーリングを切り替えることができることに加え、さらに、冷媒蒸気通路や冷却水の切替装置を不要とし、液（冷媒液、溶液）配管に対してのみ切替弁を配置することで冷房運転とフリークーリング運転の切り替えが可能であり、それにより、切替配管および切替弁の小型化を可能とし、結果として機器費の低減にも寄与することのできる吸収式冷凍機を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による吸収式冷凍機は、基本的に、冷媒が蒸発することで負荷側熱媒を冷却する蒸発器と、前記蒸発器に貯留された液冷媒を冷媒散布管に供給する冷媒ポンプと、濃溶液が冷却塔との間で循環する冷却水により冷却されることで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し希溶液となる吸収器と、希溶液が加熱源により加熱されることで冷媒を蒸発し濃溶液となる再生器と、前記吸収器から希溶液を前記再生器に供給する溶液ポンプと、前記濃溶液を前記吸収器に散布する溶液散布管と、前記再生器で蒸発した冷媒を前記冷却水により凝縮させる凝縮器とを少なくとも備える吸収式冷凍機であって、前記吸収式冷凍機は、さらに吸収器と蒸発器を配管で接続し、フリークーリング運転において吸収器内で液化した冷媒を前記蒸発器に戻すことのできる第１配管系と、該第１配管系を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段を備えていて、前記第１配管系が非導通状態であり、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプが作動状態である冷房運転モードと、前記第１配管系が導通状態であり、冷媒ポンプが作動状態であり、前記加熱源と溶液ポンプが停止状態であるフリークーリング運転モードとを選択的に切替え可能となっていることを特徴とする。
【００１７】
本発明による吸収式冷凍機において、前記第１配管系が非導通状態にある状態では実質的に従来公知の吸収式冷凍機に同じ構成となっており、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプを作動状態とすることで、従来公知の吸収式冷凍機と同様にして冷房運転を行うことができる。
【００１８】
フリークーリング運転を行うときは、前記第１配管系を導通状態とし、冷媒ポンプを作動状態とし、前記加熱源と溶液ポンプを停止状態とする。それにより、溶液（吸収液）が吸収器と再生器との間で循環するのを停止する。蒸発器内の液冷媒は冷媒ポンプを介して冷媒散布管より蒸発器内に散布されることにより負荷側熱媒（冷水）から熱を奪うとともに蒸発し、冷媒蒸気となって吸収器内に入る。冷却塔から送られてくる冷却水の温度が冷媒の温度より低ければ、冷媒蒸気は吸収器にて冷却水との熱交換により冷却、液化（凝縮）され、吸収器内に液冷媒として貯留される。そして、吸収器内に貯留された液冷媒は、自重によりにより第１配管系を通過し、前記蒸発器に戻される。
【００１９】
上記のように、本発明による吸収式冷凍機では、基本的に、第１配管系に配置した切替手段を操作することで、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えることができる。そして、フリークーリング運転モードでは加熱源による加熱を必要とせず、また溶液ポンプも停止させることから、フリークーリング運転時での吸収式冷凍機の運転コストは大きく低減する。また、第１配管系は、冷媒蒸気ではなく、液冷媒が通過するので、冷媒が水であっても、管径の小さい配管の使用が可能であり、切替手段として弁を用いる場合でも、小型の切替弁を使用することができる。それにより、機器の低コスト化および運転コストの削減が可能となる。
【００２０】
さらに、吸収器内で冷媒を冷却する冷却水は、冷却塔と吸収器（および凝縮器）との間を循環するだけであり、空調負荷部に直接供給されることはないので、冷却塔として冷却効率が高い開放式冷却塔を用いることが可能となる。
【００２１】
また、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるときに、冷却水や負荷側熱媒の流路の切り替え、すなわち外部配管の切り替えを要しないので、空調システム全体としての構成も簡素化できる。
【００２２】
（第１態様：溶液タンクなし）
本発明による吸収式冷凍機のより具体的な第１の態様では、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管は当該配管を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段を備え、前記配管は前記冷房運転モードでは導通状態とされ、前記フリークーリング運転モードでは非導通状態とされるとともに、前記第１配管系は前記吸収器と前記第５切替手段を接続する配管から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることを特徴とする。
【００２３】
この態様では、冷房運転モードでは、前記再生器で加熱、濃縮された溶液が前記吸収器に流入し冷却水と熱交換することで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。希釈された当該溶液（希溶液）が前記吸収器底部の底部液溜に貯留され、そこから前記溶液ポンプによって前記再生器に送られる。冷房運転モードを終了する際は、加熱源を停止するとともに、好ましくは、前記した特許文献３や特許文献４に記載されるような希釈運転を実施する。もちろん、本発明においては、希釈運転の方法を特に限定するものではなく、前記特許文献３および特許文献４は例を示したに過ぎない。
【００２４】
フリークーリング運転において、吸収器に溶液が残留していると冷媒の蒸発、凝縮する圧力が純粋な冷媒よりも低くなり、冷媒蒸気の移動に伴う圧力損失の影響が大きくなり性能が低下する。冷房運転モードを終了しフリークーリング運転モードに切替える際は、加熱源による加熱を停止させるとともに、希釈運転を行った後、溶液ポンプにて前記吸収器底部液溜に貯留されている希溶液を前記再生器に移動させる溶液排出モードによる運転を行うことで、前記吸収器底部に貯留された希溶液を空にすることができ、それによりかかる状態を回避することができる。
【００２５】
さらに、前記バイパス配管における前記分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることにより、溶液排出モードにおいて、当該配管内の溶液は自重によりに容易に下方に向けて移動し、配管内の溶液を排出することができ、フリークーリング運転における溶液の残留を防止できる。
【００２６】
溶液排出モードで吸収器の底部液溜の溶液を排出した後にフリークーリング運転モードに移行させ、蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、空となっている前記吸収器の底部液溜に貯留する。そして、そこから前記第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００２７】
上記の吸収器の底部液溜をフリークーリング運転において液冷媒の液溜として用いる態様において、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることは好ましい。この態様では、フリークーリング運転モード時に、吸収器の底部液溜に凝縮、滴下する液化した冷媒が、自重により蒸発器側に向けて移動するのを良好にする。
【００２８】
（第２態様：溶液タンクあり）
本発明による吸収式冷凍機の第２の態様では、第１態様の吸収式冷凍機が持つ構成に加えて、さらに、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には、前記吸収器の底部液溜より低い位置に溶液タンクを備えることを特徴とする。
【００２９】
この態様において、冷房運転モードでは、前記再生器で濃縮された溶液が前記吸収器に流入し冷却水と熱交換することで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。そして、希釈された当該溶液（希溶液）は前記吸収器の底部液溜を経由して前記溶液タンクに貯留され、そこから前記溶液ポンプによって前記再生器に送られる。
【００３０】
フリークーリング運転モードに切替える際は、加熱源を停止させるとともに適宜の方法で希釈運転を行った後、前記吸収器の底部液溜に残留している希溶液を自重により前記溶液タンクに移動させるか、もしくは溶液タンクおよび吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管が液封されており自重による溶液の移動が期待できないときは、溶液ポンプにて前記吸収器底部の液溜に貯留されている希溶液を前記再生器に移動させる溶液排出モードによる運転を行うことで、前記吸収器の底部に残留している希溶液を空にすることができる。
【００３１】
しかる後にフリークーリング運転モードに移行させる。蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、液冷媒は空となっている前記吸収器の底部液溜に貯留する。そして、そこから前記第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００３２】
この様態の吸収式冷凍機においても、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることは好ましい態様である。この態様では、フリークーリング運転時に、吸収器の底部液溜に凝縮、滴下する液冷媒が蒸発器側に向けて移動するのを良好にする。
【００３３】
（第１態様と第２態様：液面検知手段）
また、上記した第１態様の吸収冷凍機において、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分に液面検知手段を備えること、また、第２態様の吸収冷凍機において、前記第５切替手段と前記溶液タンクを接続する配管部分には液面検知手段を備えることは好ましい。この態様では、前記溶液排出モードにおいて、液面検知手段により溶液が吸収器の底部液溜にないことを検知でき、確実に冷媒中に溶液を混入させることなく、フリークーリング運転モードに切り替えができる。なお、冷房運転モードによる運転においても、当該液面検知手段により液面を検知し、液面なきときは溶液ポンプの運転を停止する制御とすることにより、溶液ポンプのキャビテーション防止や各部位における適切や溶液貯留量確保に寄与することも可能である。
【００３４】
また、上記した第１態様と第２態様の吸収式冷凍機において、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることが好ましい。この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際において、底部液溜に存在する希釈された溶液の排出が良好となり、また、フリークーリング運転モードでは、そこに冷媒液が貯留する場合に、貯留した冷媒液が蒸発器に向けて移動するのを良好にする。
【００３５】
（第３態様：第２液溜あり）
本発明による吸収式冷凍機の第３の態様では、前記吸収器は底部液溜より上位の位置に底部液溜に連通する第２液溜と、該第２液溜と前記吸収器を接続する第２配管系と、前記第２配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段を備えており、前記第１配管系は前記第２液溜内に貯留した液冷媒を前記蒸発器に戻すことのできるようにされていることを特徴とする。
【００３６】
上記第３態様の吸収冷凍機において、冷房運転モードでは、再生器で加熱、濃縮された溶液が吸収器に流入し冷却水と熱交換することで蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。希釈された当該溶液（希溶液）が吸収器の底部液溜と第２液溜の双方に貯留され、そこから溶液ポンプによって再生器に送られる。冷房運転モードを終了する際は、第１および第２の態様の吸収式冷凍機と同様に、加熱源を停止するとともに、好ましくは希釈運転を実施する。
【００３７】
第３態様の吸収冷凍機において、冷房運転モードにおいては、前記第２切替手段は導通状態、非導通状態のどちらでも問題ない。第２切替手段が導通状態の場合、溶液散布管より散布される溶液は第２液溜に貯留された後、第２配管系を通じて吸収器の底部液溜に貯留される。一方、第２切替手段を非導通状態とした場合、溶液散布管より散布される溶液は第２液溜に貯留された後、第２液溜より溢れて吸収器の底部液溜に貯留される。いずれの場合においても溶液散布管から散布される溶液は吸収器の底部液溜に貯留されるため、溶液ポンプにて再生器に導くことができ、冷房運転モードによる運転は可能になる。
【００３８】
フリークーリング運転において、吸収器に溶液が残留していると冷媒の蒸発、凝縮する圧力が純粋な冷媒よりも低くなり、冷媒蒸気の移動に伴う圧力損失の影響が大きくなり性能が低下する。この態様の吸収冷凍機においても、冷房運転モードを終了しフリークーリング運転モードに切替える際は、上記した第１および第２態様の吸収冷凍機と同様に、加熱源による加熱を停止させるとともに、適宜の方法で希釈運転を行った後、第２液溜内の希溶液を第２配管系を通じて吸収器の底部液溜内に自重により移動させ、第２液溜を空の状態とする溶液排出モードを経ることが好ましく、かかる状態を回避することができる。
【００３９】
溶液排出モードで第２液溜内の希溶液を排出した後にフリークーリング運転モードに移行させ、蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、空となっている第２液溜内に液冷媒貯留する。そして、当該液冷媒は自重によりそこから第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００４０】
好ましくは、前記第２液溜は底部の面積が上部よりも小さくされ、小面積となった底部部分を介して第２液溜と吸収器の底部液溜とが連通するようにされる。この態様では、第２液溜が広い底面積を持つ場合と比較して、第２液溜に貯留している希釈された溶液を第２配管系を通して迅速に吸収器の底部液溜に排出することが可能であり、冷房運転モードからフリークーリング運転モードへの切り替えを迅速に行うことができる。
【００４１】
（第３態様：切替手段の位置）
第３態様の吸収冷凍機において、前記第１配管系は前記第２配管系から分岐するバイパス配管を備え、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第２切替手段よりも上部にあることが好ましい。この態様では、フリークーリング運転モードに切替える際に、まずは加熱源を停止させるとともに第２液溜内の希溶液を第２配管系を通じて吸収器の底部液溜内に自重により移動させ空の状態とするときに、第１配管系を満たしている溶液は第２切替手段よりも上の位置にあるため、当該溶液は自重によりにより第２切替手段を通じて移動することができ、配管内を確実に空の状態とすることで、フリークーリング運転における溶液の残留を防止できる。
【００４２】
（第３態様：液面検知手段）
また、第３形態の吸収冷凍機において、前記第２切替手段と前記吸収器を接続する配管の間に液面を検知する液面検知手段を備えていることが望ましい。冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際の運転で、液面検知手段により溶液が吸収器の第２液溜にないことを検知でき、確実に冷媒中に溶液を混入させることなく切り替えることができる。
【００４３】
（各態様共通：第３、４配管系）
上記したすべての態様の吸収冷凍機において、前記溶液散布管と前記再生器を接続する第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段を備え、さらに、前記溶液散布管と前記冷媒散布管を接続する第４配管系と、当該第４配管系を導通状態と非導通状態とに切替える第４切替手段を備えていることは好ましい。
【００４４】
この態様では、前記溶液排出モードにおいて前記第３配管系を第３切替手段を切り替えて非導通状態とすることにより、溶液が再生器から吸収器に戻るのを防止でき、効率良く溶液を吸収器から排出することができる。
【００４５】
また、この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替える場合において、冷房運転モード終了後、前記溶液排出モードに切替えて運転する際に、前記溶液ポンプを運転し、かつ前記冷媒ポンプを運転し、前記第３配管系を非導通状態にし、かつ前記第４切替手段により第４配管系を導通状態とすることで、蒸発器液溜に貯留する液冷媒を前記冷媒ポンプおよび前記第４配管系を通じて溶液散布管から吸収器内に散布し、吸収器において冷却水が通じる伝熱管および吸収器の底部液溜および第２液溜を液冷媒で洗浄することができる。この作用を実施した後、前記冷媒ポンプを停止しかつ前記溶液ポンプの運転を継続することで吸収器に貯留した液体を再生器に排出し、前記液面検知手段にて液面なきことを確認した後にフリークーリング運転モードに切替えることで、フリークーリング運転モードにおいて冷媒中に溶液が混入するのを防止することができる。
【００４６】
なお、溶液排出モードにおいて、溶液ポンプの循環量が冷媒ポンプの循環量よりも多い場合、吸収器の底部液溜もしくは溶液タンクに貯留される溶液量が減少し、溶液ポンプがキャビテーションを引き起こす可能性があるが、前記液面検知手段にて液面なきことを確認した場合には、溶液ポンプを停止し、冷媒ポンプにより吸収器に冷媒が供給され、前記液面検知手段にて液面が確認されれば溶液ポンプの運転を再開すればよい。
【００４７】
また、この態様ではフリークーリング運転においては前記第４切替手段を非導通状態とすることにより冷媒ポンプを流れる冷媒液を吸収器に流すことなく冷媒散布管を経由して蒸発器に流し、また前記第３切替手段を非導通状態とすることで再生器にある溶液が吸収器に散布されるのを防止することができる。この作用により、冷媒ポンプを運転し流れる冷媒は蒸発器内の冷媒散布管を通じて蒸発器に散布されて蒸発して冷媒蒸気になるとともに冷水から熱を奪い、当該冷媒蒸気は吸収器にて冷却水に冷却され凝縮した後に吸収器液溜に貯留され、更に導通状態にある前記第１配管系を通じて蒸発器液溜に戻り、再び冷媒ポンプに吸引されフリークーリングのサイクルが完成される。また、このとき前記第２切替手段もしくは第５切替手段は非導通状態にあるため、吸収器底部に貯留される液冷媒は溶液と混じり合うことはない。
【００４８】
（各態様共通：吸収器液溜の位置）
上記したすべての態様の吸収冷凍機において、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることが好ましい。この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際において、底部液溜に存在する希釈された溶液の排出が良好となり、また、フリークーリング運転モードでは、そこに冷媒液が貯留する場合に、貯留した冷媒液が蒸発器に向けて移動するのを良好にする。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、製造コストも運転コストも高騰させることなく通常の冷房運転モードと冬期間でのフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした新たな吸収式冷凍機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による吸収式冷凍機の第１態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図２】第１態様の吸収式冷凍機がフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図３】本発明による吸収式冷凍機の第２態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図４】第２態様の吸収式冷凍機がフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図５】本発明による吸収式冷凍機の第３態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図６】本発明による吸収式冷凍機の第３態様を、それがフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図７】第１態様の吸収式冷凍機の変形例を示す模式図。
【図８】第２液溜および吸収器の底部液溜の好ましい態様を示す概略断面図。
【図９】第１態様の吸収式冷凍機のさらに他の態様を示す図１に相当する模式図。
【図１０】フリークーリング運転を可能とした圧縮式冷凍機を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の態様に基づき説明する。
【００５２】
（第１態様の吸収式冷凍機）
図１および図２は、本発明による吸収式冷凍機の第１態様を模式的に示している。この吸収式冷凍機Ａ１は、基本的構成として、蒸発器１０、吸収器２０、再生器３０および凝縮器４０とからなる従来公知の単効用型吸収式冷凍機の構成を備えるとともに、後に説明するように、本発明にかかる吸収式冷凍機に固有の構成である、吸収器２０内で液化した冷媒を蒸発器１０に戻す第１配管系Ｒ１と該第１配管系Ｒ１を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段ＳＶ１を備えている。さらに、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２には、当該配管５２を導通状態と非導通状態に切替える第５切替手段ＳＶ５を備えている。
【００５３】
吸収式冷凍機Ａ１において、従来の吸収式冷凍機と同様に冷媒には水が用いられ、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）から熱を奪うことで冷媒は蒸発（気化）するとともに、負荷側熱媒（冷水）を冷却する。蒸発器１０の底部は液化した冷媒（液冷媒）の液溜１２とされており、冷媒液溜１２に貯留する冷媒液は、冷媒ポンプ１３により、配管１４を通って蒸発器１０の上部空間に配置した冷媒散布管１５に送られ、そこから蒸発器１０内に散布される。
【００５４】
蒸発器１０内で蒸発した冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。吸収器２０内には、開放式冷却塔１００と吸収式冷凍機Ａ１との間で冷却水を循環させるための冷却水配管２１の一部が熱交換可能な形態で位置している。吸収器２０の底部は液溜２２とされており、冷媒蒸気を吸収することで希釈された溶液（希溶液）は底部液溜２２内に貯留する。滞留する希溶液は、溶液ポンプ２３の作用により、配管２４を通って再生器３０の上部空間に配置した希溶液散布管２６まで送られ、そこから再生器３０内に散布される。
【００５５】
再生器３０には適宜の加熱源３１が備えられており、加熱源３１からの熱によって希溶液は加熱され、溶液に含まれている冷媒を蒸発して濃溶液となり、冷媒蒸気は凝縮器４０内に流入する。再生器３０の底部は再生した溶液のための液溜３２となっており、再生した溶液は、戻り配管３３および吸収器２０の上部空間に配置した溶液散布管２５を通り、該溶液散布管２５から吸収器２０内に散布される。
【００５６】
凝縮器４０内には、前記した冷却水配管２１が熱交換可能な形で通過しており、凝縮器４０内に流入した冷媒蒸気は冷却水配管２１内を通る冷却水と熱交換することで液化する。凝縮器４０の底部は液化した冷媒のための液溜４２となっており、液溜４２に貯留した液冷媒は配管４３を通って蒸発器１０内に戻される。なお、図で２７は配管２４を流れる希溶液と配管３３内を流れる再生した濃溶液との間での熱交換を促進するための熱交換器である。
【００５７】
前記したように、上記の構成は従来知られた単効用型吸収式冷凍機と同じある。本発明の吸収式冷凍機は、さらに次の構成を備える。すなわち、図１および図２に示す態様の吸収式冷凍機Ａ１では、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３との間の配管５２には配管５１を導通状態と非導通状態に切替える開閉弁ＳＶ５が取り付けられている。前記開閉弁ＳＶ５が、本発明でいう「吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段」に相当する。さらに、この例では、配管５２における前記開閉弁ＳＶ５と溶液ポンプ２３との間に、液面検知手段５４が取り付けられている。
【００５８】
前記配管５２における前記底部液溜２２と開閉弁ＳＶ５の間、すなわち開閉弁ＳＶ５の上部に位置する分岐点Ｐ３からバイパス配管５１が分岐しており、該バイパス配管５１は蒸発器１０の底部液溜１２に接続している。また、バイパス配管５１には当該配管５１を導通状態と非導通状態に切り替える開閉弁ＳＶ１が取り付けてある。このバイパス配管５１と開閉弁ＳＶ１が本発明でいう「第１配管系」に相当し、開閉弁ＳＶ１が「第１切替手段」に相当する。そして、前記開閉弁ＳＶ１とバイパス配管５１の分岐点Ｐ３から開閉弁ＳＶ１までの部分は、前記した開閉弁ＳＶ５（第５切替手段）よりも上位に位置するように設計されている。
【００５９】
前記した液冷媒が通過する配管１４は、冷媒散布管１５との分岐部Ｐ１を超えてさらに延長する延長配管１６を備えており、該延長配管１６は分岐部Ｐ２において前記した再生器３０の上部空間に配置した溶液散布管２５と接続している。そして、延長配管１６における分岐部Ｐ１とＰ２との間には、開閉弁ＳＶ４が取り付けられている。また、前記した濃溶液の戻り配管３３と吸収器２０の上部空間に配置した溶液散布管２５も、分岐部Ｐ２において接続しており、戻り配管３３における前記分岐部Ｐ２に近接した位置には開閉弁ＳＶ３が取り付けられている。なお、前記溶液散布管２５と前記再生器３０を接続する前記戻り配管３３が本発明でいう「第３配管系」に相当し、当該戻り配管３３に取り付けられた開閉弁ＳＶ３が第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段に相当する。さらに、前記溶液散布管２５と前記冷媒散布管１５を接続する前記分岐部Ｐ１と分岐部Ｐ２の間の延長配管１６が本発明でいう「第４配管系」に相当し、当該延長配管１６に取り付けられた開閉弁ＳＶ４が第４配管系を導通状態と非導通状態に切替える第４切替手段に相当する。
【００６０】
次に、上記吸収式冷凍機Ａ１の作動について、表１も参照して説明する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１は、上記吸収式冷凍機Ａ１の各運転モードと、そのときに各開閉弁（ＳＶ１〜ＳＶ５）の開閉状態、加熱源３１のＯＮ、ＯＦＦ、溶液ポンプ２３のＯＮ、ＯＦＦ、冷媒ポンプ１３のＯＮ、ＯＦＦの状態を示している。ＯＮは作動を、ＯＦＦは非作動を示す。
【００６３】
前記したように、吸収式冷凍機Ａ１は基本的に従来公知の吸収式冷凍機の構成を備えている。従って、冷房運転時の作動は、基本的に従来のものと同様である。ただし、上記した第１配管系Ｒ１を備えており、冷房運転時には、第１配管系Ｒ１は非導通状態とされる。すなわち、表１に示しように、通常の冷房運転モードでは、加熱源３１、冷媒ポンプ１３、溶液ポンプ２３はすべて「ＯＮ」であり、開閉弁ＳＶ５とＳＶ３は「開」（図１で白抜き）、開閉弁ＳＶ１とＳＶ４を「閉」（黒で塗り潰し）として運転される。冷媒および溶液の動きは従来の吸収式冷凍機と同様であり、説明を省略する。冷房運転中、開放式冷却塔１００で冷却された冷却水は、吸収器２０と凝縮器４０を通過することで次第に昇温されていき、冷却水配管２１を通って再度開放式冷却塔１００に戻される。
【００６４】
吸収式冷凍機Ａ１において、上記した冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるに際しては、従来の吸収式冷凍機と同様に、希釈運転を行うことが推奨される。希釈運転では、表１に示すように、各開閉弁は冷房運転時の状態をそのまま維持し、加熱源３１のみ停止（ＯＦＦ）する。希釈運転を一定時間行うことにより、冷媒を吸収した状態の希溶液が吸収器４０と再生器３０との間で循環するようになる。
【００６５】
希釈運転を行った後、吸収器２０の底部液溜２２に貯留されている希溶液を排出する「溶液排出運転」を行う。溶液排出運転時には、表１に示すように、希釈運転の状態から冷媒ポンプをＯＦＦに切り替えるとともに、開閉弁ＳＶ３を「開」から「閉」に切り替える。この溶液排出運転を行うことにより、吸収器２０内の底部液溜２２内に貯留されていた希溶液は、配管５２および開状態の開閉弁ＳＶ５と配管２４を通り、再生器３０の底部液溜３２内に移動する。そして、再生器３０の底部液溜３２内に貯留された希溶液は、開閉弁ＳＶ３が閉止状態にあるため吸収器に戻ることなく、そのままそこに貯留される。それにより、吸収器２０の底部液溜２２は空の状態となる。吸収器２０の底部液溜２２が空になったことは、配管５２に取り付けた液面検知手段５４からの情報で知ることができる。
【００６６】
なお、溶液排出運転において、冷媒ポンプ１３を運転し、前記切替弁ＳＶ３を閉じ、かつ前記切替弁ＳＶ４を開とすることで、蒸発器１０の液溜１２に貯留する液冷媒を配管１６を通して溶液散布管２５から吸収器の伝熱管に散布し、当該伝熱管を液冷媒により洗浄することもできる。
【００６７】
底部液溜２２が空になった後に、フリークーリング運転モードに移行する。図２は、フリークーリング運転モードでの吸収式冷凍機Ａの状態を示している。ここでは、４つの開閉弁のうち、ＳＶ５、ＳＶ３、ＳＶ４は「閉」（黒で塗り潰し）とされ、ＳＶ１のみが「開」（白抜き）の状態とされる。また、加熱源３１はＯＦＦ、溶液ポンプ２３もＯＦＦ、すなわち非作動とされ、冷媒ポンプ１３はＯＮ（作動）とされる。それにより、前記第１配管系Ｒ１は導通した状態になり、分岐点Ｐ３から下流側の配管５２および配管２４は非導通状態となる。また、前記した第３配管系と第４配管系も非導通状態におかれている。
【００６８】
冷媒ポンプ１３を稼働すると、蒸発器１０底部の冷媒液溜１２に貯留された液冷媒は、配管１４を通り、冷媒散布管１５から蒸発器１０内に散布される。散布された液冷媒は蒸発（気化）することで、配管１１を流れる負荷側熱媒（冷水）を冷却し、冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。流入した冷媒蒸気は、冷却水配管２１を流れる冷却水と熱交換することで、温度降下するとともに凝縮して液化する。そして、液冷媒は吸収器２２の底部液溜２２内に貯留され、貯留された液溶媒は、前記した第１管路系Ｒ１を通って、自重により蒸発器１０の底部冷媒液溜１２に戻される。このように冷媒が蒸発器１０と吸収器２０の間を循環することで、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）に対して連続した冷却作用を与えることができる。
【００６９】
（第２態様の吸収式冷凍機）
図３および図４は、第２態様の吸収式冷凍機Ａ２を示している。この吸収式冷凍機Ａ２は、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２における前記第５切替手段ＳＶ５と溶液ポンプ２３を接続する配管部分に、吸収器２０の底部液溜２２より低い位置において、溶液タンク２２Ａを備える点で、前記した第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と相違する。好ましくは、図示のように、第５切替手段ＳＶ５と溶液タンク２２Ａの間の配管部分には液面検知手段５４が配置される。その他の構成は、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであり、同じ符号を付すことで、説明は省略する。
【００７０】
吸収式冷凍機Ａ２の運転態様は、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであってよいが、表１に示す溶液排出運転において、溶液ポンプ２３の運転を停止することもできる。溶液タンク２２Ａに空き容量がある場合には、溶液ポンプ２３の運転を停止しても、吸収器２０の底部液溜２２および溶液タンク２２Ａより上位に位置する配管内の溶液は、自重により溶液タンク２２Ａ内に流入し、吸収器２０の底部液溜２２を空にすることができる。なお、溶液タンク２２Ａが十分な受け入れ容量を有しなし場合には、溶液ポンプ２３を運転して、溶液の一部または全部を再生器３０内に送り込むようにする。
【００７１】
なお、図３は、冷房運転モードにあるときの吸収式冷凍機Ａ２を示しており、開閉弁ＳＶ１「閉」、開閉弁ＳＶ５「開」、開閉弁ＳＶ３「開」、開閉弁ＳＶ４「閉」とされ、また、溶液ポンプ２３「ＯＮ」、冷媒ポンプ１３「ＯＮ」、加熱源３１「ＯＮ」の状態にある。
【００７２】
フリークーリング運転モートに切り替えるときに、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同様にして「希釈運転」を行い、その後、溶液排出運転を行う。前記したように、溶液排出運転では溶液ポンプを作動する場合と作動しない場合があるが、いずれにしても、吸収器２０の底部液溜２２内の希溶液は、溶液タンク２２Ａ内に移動することで、吸収器２０の底部液溜２２は空の状態となる。図４は、その後のフリークーリング運転モードにあるときの吸収式冷凍機Ａ２を示しているが、その運転態様は第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであり、単に図示するだけで、説明は省略する。
【００７３】
（第３態様の吸収式冷凍機）
図５および図６は、第３態様の吸収式冷凍機Ａ３を示している。この吸収式冷凍機Ａ３は、吸収器２０内に第２液溜５０が配置されている点で、第１態様に吸収式冷凍機Ａ１と構成が異なる。すなわち、第３態様の吸収式冷凍機Ａ３は、吸収器２０の底部の液溜２２より上位の位置であって、前記した冷却水配管２１の熱交換器として機能する部分よりも下位の位置に、第２液溜５０を配置している。
【００７４】
そして、第２液溜５０は、第２配管系Ｒ２を介して前記吸収器２０の底部液溜２２に接続しており、かつ第２配管系Ｒ２には、該配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段ＳＶ２が備えられている。また、前記第１配管系Ｒ１は、第２液溜５０内に貯留された液冷媒を蒸発器１０に戻すようにされている。
【００７５】
具体的には、第２配管系Ｒ２は、第２液溜５０と吸収器２０の底部液溜２２とを接続する配管５５を備え、該配管５５には切替弁ＳＶ２が取り付けられ、好ましくは、前記配管５５の前記切替弁ＳＶ２と吸収器２０の底部液溜２２との間には液面検知手段５４が備えられている。そして、前記配管５５における前記第２液溜５０と開閉弁ＳＶ２の間、すなわち開閉弁ＳＶ２の上部に位置する分岐点Ｐ３からバイパス配管５１が分岐しており、該バイパス配管５１は蒸発器１０内に延出している。また、バイパス配管５１には当該配管５１を導通状態と非導通状態に切り替える開閉弁ＳＶ１（第１切替手段）が取り付けてある。また、前記開閉弁ＳＶ１とバイパス配管５１の分岐点Ｐ３から開閉弁ＳＶ１までの部分は、前記した開閉弁ＳＶ２（第２切替手段）よりも上位に位置するように設計されている。
【００７６】
第３態様の吸収式冷凍機Ａ３では、第１配管系Ｒ１と第２配管系Ｒ２とを上記した位置に配置した結果として、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２は単に配管のままであり、特別の部材は取り付けられていない。他の構成、すなわち第３の配管系、第４の配管系などにかかる構成は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、同じ符号付すことで、説明は省略する。
【００７７】
次に、上記吸収式冷凍機Ａ３の作動について、前記表１も参照して説明する。なお、吸収式冷凍機Ａ３では、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２での配管５２に取り付けた開閉弁ＳＶ５は存在せず、前記第２配管系Ｒ２に取り付けた開閉弁ＳＶ２が、前記開閉弁ＳＶ５と同等の機能を果たす。従って、表１では、「ＳＶ５（ＳＶ２）」として、開閉弁ＳＶ２を開閉弁ＳＶ５と同じ欄に表示している。
【００７８】
図５は、吸収式冷凍機Ａ３が冷房運転モードにある状態を示している。冷房運転時の作動は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、加熱源３１、冷媒ポンプ１３、溶液ポンプ２３はすべて「ＯＮ」、開閉弁ＳＶ２とＳＶ３は「開」（図５で白抜き）、開閉弁ＳＶ１とＳＶ４を「閉」（黒で塗り潰し）として運転される。ただし、冷媒蒸気を吸収して希釈された希溶液は、前記した第２液溜５０と底部液溜２２の双方に貯留され、第２液溜５０された希溶液は、自重により管路５５および開状態にある開閉弁ＳＶ２を通って底部液溜２２内に移動する。そして、底部液溜２２に貯留されている希溶液とともに、溶液ポンプ２３によって吸い上げられ、管路２４を通って再生器３０に送られる。また、再生器３０で再生した濃溶液は、管路３３、開状態にある開閉弁ＳＶ３を通り、溶液散布管２５から吸収器２０内に散布される。
【００７９】
なお、吸収式冷凍機Ａ３では、冷房運転モードにおいて、前記切替弁ＳＶ２は表１に示すように開であってもよいが、閉であってもよい。切替弁ＳＶ２が開の場合、溶液散布管２５より散布される溶液は第２液溜５０に貯留された後、配管５５を通じて吸収器２０の底部液溜２２に貯留される。一方、切替弁ＳＶ２が閉の場合は、溶液散布管２５より散布される溶液は第２液溜５０に貯留された後、第２液溜５０より溢れて吸収器２０の底部液溜２２に貯留される。いずれの場合においても溶液散布管２５から散布される溶液は吸収器２０の底部液溜２２に貯留されるため、溶液ポンプ２３にて再生器３０に導くことができ、冷房運転は可能になる。
【００８０】
吸収式冷凍機Ａ３においても、上記した冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるに際しては、従来の吸収式冷凍機と同様に、希釈運転を行うことが推奨される。冷房運転時の作動は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、各開閉弁は冷房運転時の状態をそのまま維持し、加熱源３１のみ停止（ＯＦＦ）する。
【００８１】
希釈運転を行った後、吸収器２０内の第２液溜５０と底部液溜２２に貯留されている希溶液を排出する「溶液排出運転」を行う。溶液排出運転の作動も、実質的に第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、希釈運転の状態から冷媒ポンプ１３をＯＦＦに切り替えるとともに、開閉弁ＳＶ３を「開」から「閉」に切り替える。この溶液排出運転を行うことにより、第２液溜５０に貯留されている希溶液は、配管５５および開状態の開閉弁ＳＶ２を通り、吸収器２０の底部液溜２２に移動する。そして、吸収器２０の底部液溜２２に滞留していた希溶液とともに溶液ポンプ２３によって再生器３０の底部液溜３２内に送られる。そして、再生器３０の底部液溜３２内に貯留された希溶液は、自重で配管３３内に移動する分を除き、そのままそこに貯留される。それにより、吸収器２０内の第２液溜５０および底部液溜２２は空の状態となる。
【００８２】
第３態様の吸収式冷凍機Ａ３では、少なくとも第２液溜５０が空になっていればフリークーリング運転モードに移行することができる。従って、溶液排出運転の他の作動状態として、溶液ポンプ２３をＯＦＦとした状態で、開閉弁ＳＶ２を「開」、開閉弁３を「閉」とする作動状態を取ることもできる。その場合には、第２液溜５０に貯留されている希溶液は、配管５５および開状態の開閉弁ＳＶ２を通って吸収器２０の底部液溜２２に移動して、吸収器２０の底部液溜２２内に、以前から滞留していた希溶液とともに滞留することとなる。
【００８３】
なお、いずれの態様を取る場合であっても、第２液溜５０が空になったことは、配管５５に取り付けた液面検知手段５４からの情報で知ることができる。
【００８４】
また、吸収式冷凍機Ａ３においても、溶液排出運転において、冷媒ポンプ１３を運転し、前記切替弁ＳＶ３を閉じ、かつ前記切替弁ＳＶ４を開とすることで、蒸発器１０の液溜１２に貯留する液冷媒を配管１６を通して溶液散布管２５から吸収器２０内に散布し、吸収伝熱管を冷媒液により洗浄することもできる。
【００８５】
図６は、フリークーリング運転モードでの吸収式冷凍機Ａ３の状態を示している。ここでの作動状態も実質的に第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、４つの開閉弁のうち、ＳＶ２とＳＶ３とＳＶ４は「閉」（黒で塗り潰し）、ＳＶ１は「開」（白抜き）の状態とされる。また、フリークーリング運転モードでは、溶液ポンプ２３は作動停止とされ、冷媒ポンプ１３は作動を継続する。また、加熱源３１も停止状態とされる。それにより、それにより、前記第１配管系Ｒ１は導通した状態になり、第２配管系Ｒ２は非導通状態となる。また、第３配管系と第４配管系も非導通状態におかれている。
【００８６】
冷媒ポンプ１３を稼働すると、蒸発器１０底部の冷媒液溜１２に貯留された液冷媒は、配管１４を通り、冷媒散布管１５から吸収器２０内に散布される。散布された液冷媒は蒸発（気化）することで、配管１１を流れる負荷側熱媒（冷水）を冷却し、冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。流入した冷媒蒸気は、冷却水配管２１を流れる冷却水と熱交換することで、温度降下するとともに凝縮して液化する。そして、液冷媒は吸収器２０内の第２液溜５０内に貯留され、貯留された液溶媒は、前記した第１管路系Ｒ１を通って、自重により蒸発器１０内に戻される。このようにして冷媒が蒸発器１０と吸収器２０の間を循環することで、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）に対して連続した冷却作用を与えることができる。なお、一部の冷媒は吸収器２０の底部液溜２２に入り込むことが起こり得るが、フリークーリング運転において吸収器、蒸発器に保有される冷媒量に対し少量であれば、フリークーリング運転および事後の冷房運転が支障をきたすことはない。
【００８７】
図７に示す吸収式冷凍機Ａ４は、図１に示した吸収式冷凍機Ａ１のさらなる変形例である。この吸収式冷凍機Ａ４は、吸収器２０の底部液溜２２の位置が蒸発器１０の底部冷媒液溜よりも上位に位置している点で、図１に示した吸収式冷凍機Ａ１と相違する。他の構成は同じであり、同じ符号を付すことで説明は省略する。この吸収式冷凍機Ａ４では、吸収器２０と蒸発器１０の底部冷媒液溜の上下方向の位置関係から、フリークーリング運転モード時に、吸収器２０の底部液溜２２に貯留された液冷媒が自重により蒸発器１０の底部冷媒液溜に移動する（排出される）のを容易かつ迅速化することができる。
【００８８】
図８は、前記した第２液溜５０、または吸収器２０の底部液溜２２の好ましい形態を示す概略断面図である。一般に、容器内に収容されている液体をその底部から自重により排出しようとするときに、図示のように、容器の断面形状を底部ｂの面積が上部よりも小さくされた形状、すなわち次第に幅狭となる形状とすることにより、より排出されやすくなる。従って、第２液溜５０の縦方向の断面形状を図示のように下方に向けて次第に幅狭となる形状とし、その底部ｂに前記した配管５５の一方端を接続することで、前記した溶液排出運転時において、第２液溜５０内に貯留した希釈した溶液をより迅速に外部に排出することができ、溶液排出運転からフリークーリング運転へより迅速に移行できるようになる。また、吸収器２０の底部液溜２２を図示のような形状とすることにより、底部液溜２２に貯留されている溶液の排出が迅速となるので、やはり、溶液排出運転からフリークーリング運転への移行をより迅速化することができる。
【００８９】
前記したように、本発明は単効用型吸収冷凍機に限らず、任意の吸収型冷凍機に適用することができる。一例として、二重効用型の吸収式冷凍機に本発明を適用した場合を図９に示す。なお、図９は二重効用型の吸収型冷凍機Ｂがフリークーリング運転モードにある状態を示しており、前記した図２に相当する図である。図１および図２に示した単効用型の吸収式冷凍機Ａ１の各部材と実質的に同じ機能を果たす部材には同じ符号を付すことで、説明は省略する。
【００９０】
図９において、６０は高温再生器であり、高温再生器６０の底部は液溜６２となっている。図示しないが、高温再生器６０には適宜の加熱装置が付設される。そして、二重効用型の吸収式冷凍機では、前記した再生器３０は低温再生器と通称される。また、高温再生器６０で発生する高温の冷媒蒸気は配管６３を通って低温再生器３０内に至り、そこで希釈された溶液と熱交換することで液化し、液化した冷媒は凝縮器４０に送られる。冷房運転時において、溶液ポンプ２３で送られる希溶液の一部は低温再生器３０内に設けた冷媒散布管２６から低温再生器３０内に散布される。残りの希溶液は高温溶液熱交換器６４を通って高温再生器６０内に送られる。希溶液は高温再生器６０内で加熱され、冷媒を蒸発させることで濃溶液となる。その冷媒蒸気は配管６３を通って低温再生器３０に送られる。高温再生器６０内で作られた濃溶液は高温溶液熱交換器６４を通過して前記した戻り配管３３内に合流する。二重効用型の吸収式冷凍機の冷房運転時での上記作動は、従来知られたものと同じである。
【００９１】
フリークーリング運転モードとする場合には、単効用型吸収式冷凍機に基づき説明したと同様に４つの開閉弁の切り替え操作等を行って、希釈運転と溶液排出運転を行った後、図９に示すフリークーリング運転モードとする。その運転態様は、図１および図２に基づき説明したと同じであり、説明は省略する。
【００９２】
なお、前記した第２態様および第３態様の吸収式冷凍機Ａ２、Ａ３も、基本となる吸収式冷凍機の形態を二重効用型の吸収式冷凍機に置き換えることができることは説明を要しない。
【符号の説明】
【００９３】
Ａ１〜Ａ４、Ｂ…本発明よる吸収式冷凍機、
Ｒ１…第１配管系、
Ｒ２…第２配管系、
ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４…開閉弁、
１０…蒸発器、
１１…熱負荷側と蒸発器内とを繋ぐ配管、
１２…冷媒液溜、
１３…冷媒ポンプ、
１５…冷媒散布管、
２０…吸収器、
２１…冷却水配管、
２２…吸収器の底部液溜、
２３…溶液ポンプ、
２５…溶液散布管、
３０…再生器、
３１…加熱源、
３２…再生器液溜、
４０…凝縮器、
４２…凝縮器液溜、
５０…第２液溜、
１００…開放式冷却塔。
【技術分野】
【０００１】
本発明は吸収式冷凍機に関し、特に、通常の冷房運転モードとフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした吸収式冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調システムでの省エネルギーを図る観点から、フリークーリングシステムが提案され実施されている（特許文献１、２など参照）。フリークーリングシステムとは、外気温が高い夏期においては、圧縮式あるいは吸収式の冷凍機を稼働して冷水を得る一方で、外気温が低い冬期においては、冷凍機を稼働させずに、冷凍機に付設する冷却塔で得られる冷却水を冷熱源として冷水を得るようにしたシステムである。フリークーリングシステムでは、冬期に冷凍機を稼働させずに所要の冷水を得ることで、大きな省エネルギー効果を期待することができる。
【０００３】
このような空調システムにおいて、冷却塔として、開放式冷却塔と密閉式冷却塔とが用いられる。密閉式冷却塔は、冷却塔内に設置した熱交換器内を循環する冷却水を、当該熱交換器に散水する水の蒸発作用により冷却するものであり、冷却水が外部に曝されず、汚れにくいので、フリークーリング運転時でも、冷却水を空調負荷部に直接供給することができる利点がある。しかし、密閉式冷却塔は、散水の蒸発熱によって冷却水を間接的に冷却する方式であり、冷却効率が低い。
【０００４】
開放式冷却塔は、冷却塔の上部より冷却水を散水し、大気と接触させて蒸発させることで当該冷却水を冷却するものであり、冷却水そのものを直接的に蒸発させるので、冷却効率が高い。しかし、冷却水が空気に直接曝されることで汚れが生じることから、フリークーリング運転時に冷却水を空調負荷部に供給すると、空調負荷部が汚染され、メンテナンスが必要となるという問題がある。
【０００５】
この問題を解決するため、特許文献１に記載のフリークーリング利用冷熱源設備では、開放式冷却塔と空調負荷部との間に熱交換器を設け、フリークーリング運転時には、外部配管の切り替えを行うことで、開放式冷却塔で冷却した冷却水を熱交換器によって空調負荷部に供給される冷却水と熱交換させることで、汚れた冷却水が空調負荷部に直接供給されないようにしている。
【０００６】
また、特許文献２に記載の空調システムでは、基本的な構成は密閉式である冷却塔を用いながら、外部配管の切り替えを行うことで、冷凍機運転時には、冷却塔の散水を冷凍機の凝縮器に循環させる態様、すなわち冷却塔を開放式冷却塔として機能させることで、冷凍機における冷却効率を高めることができ、また、フリークーリング運転時には、散水の蒸発作用により冷却された熱交換機内を循環する冷水を、冷凍機の凝縮器に循環させる態様、すなわち冷却塔を密閉式冷却塔として機能させることで、汚れた冷却水（散水）が空調負荷部に流れるのを防止できるようにしている。
【０００７】
また、冷房運転モードとフリークーリング運転モードとに切り替えできるようにした圧縮式冷凍機も提案されており（非特許文献１）、そこでは、図１０に示すように、蒸発器と凝縮器の上部同士および下部同士を配管と開閉弁で接続し、圧縮機を停止、かつ当該開閉弁を開くことでフリークーリングを実現している。低外気温時に冷却水温度が冷水温度よりも低いため、当該上部開閉弁を開くと凝縮器で冷媒蒸気が冷却され凝縮する。凝縮器は蒸発器よりも上部にあるため、凝縮器で凝縮した液冷媒は重力差により当該下部開閉弁を通じて蒸発器に戻り、冷水により加熱されて蒸発して冷媒蒸気となり、上部開閉弁を通じて凝縮器に導かれ、再び凝縮することでサイクルが形成される。また、ここでは、開放式冷却塔を用いても、フリークーリング運転時に空調負荷部が汚染されることもなく、高い冷却効率を得ることができる。
【０００８】
さらに、吸収式冷凍機の運転において、停止するときにサイクル内の溶液濃度を常温で結晶しないレベルまで低下させるために、希釈運転を行うようにされており、その一例が特許文献３あるいは４に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１３２６５１号公報
【特許文献２】特開２０１０−０８５０１０号公報
【特許文献３】特開平６−２９４５５６公報
【特許文献４】特開平１０−２６３０公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】トレーン社カタログ第１１頁、［２０１０年１０月５日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.trane-japan.com/pdf/201007_CTV.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１あるいは特許文献２に示される空調システムでは、汚れた冷却水が空調負荷部に直接供給されない構造となっているものの、冷凍機運転とフリークーリングを切替えるために外部の冷水および冷却水配管の切替えを必要とし、一般にこれらの外部配管は巨大でありコストが増加する。また、設置工事が複雑になり、設置コストも増加するなど課題を有する。
【００１２】
図１０に示される圧縮式冷凍機では、外部配管の切り替えなしに冷凍運転とフリークーリングを切り替えることができ、特許文献１、２に記載される形態の空調システムと比較して、構成が簡素化される。しかし、この方式を吸収式冷凍機に適用してフリークーリングを実現させる場合、吸収式冷凍機では冷媒に水を使用しているのが普通であり、蒸発圧力が非常に低い（たとえば水の５℃の飽和水蒸気圧は０．８７ｋＰａ、圧縮式冷凍機では例えば冷媒にＲ４１０Ａを使用した場合に５℃の飽和蒸気圧は９３０ｋＰａ）ことから、運転を阻害するような圧力損失が生じないようにするために、蒸発器と凝縮器の間の冷媒蒸気が通じる切替弁と配管を巨大なものとする必要がある。そのために、図１０に示される圧縮式冷凍機の運転態様をそのまま吸収式冷凍機に適用することは現実的でない。
【００１３】
また、図１０に示される態様の圧縮式冷凍機において、冷媒の蒸気圧が高いとはいえ、やはり冷媒蒸気が通る経路の圧力損失を小さくする必要があり、そのためには切替弁の巨大化が必要であって、製造コストがアップするとともに、冷凍運転とフリークーリングとの自動切り替えを行う場合の駆動装置も高価なものとなるのを避けられない。
【００１４】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、製造コストも運転コストも高騰させることなく通常の冷房運転モードと冬期間でのフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした新たな吸収式冷凍機とその運転方法を提供することを課題とする。
【００１５】
より具体的には、吸収式冷凍機を用いた空調システムにおいて、冷却効率に優れた開放型冷却塔を使用しても冷水配管を汚染させることなく、かつ外部配管の切り替え無しに冷凍運転とフリークーリングを切り替えることができることに加え、さらに、冷媒蒸気通路や冷却水の切替装置を不要とし、液（冷媒液、溶液）配管に対してのみ切替弁を配置することで冷房運転とフリークーリング運転の切り替えが可能であり、それにより、切替配管および切替弁の小型化を可能とし、結果として機器費の低減にも寄与することのできる吸収式冷凍機を開示することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明による吸収式冷凍機は、基本的に、冷媒が蒸発することで負荷側熱媒を冷却する蒸発器と、前記蒸発器に貯留された液冷媒を冷媒散布管に供給する冷媒ポンプと、濃溶液が冷却塔との間で循環する冷却水により冷却されることで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し希溶液となる吸収器と、希溶液が加熱源により加熱されることで冷媒を蒸発し濃溶液となる再生器と、前記吸収器から希溶液を前記再生器に供給する溶液ポンプと、前記濃溶液を前記吸収器に散布する溶液散布管と、前記再生器で蒸発した冷媒を前記冷却水により凝縮させる凝縮器とを少なくとも備える吸収式冷凍機であって、前記吸収式冷凍機は、さらに吸収器と蒸発器を配管で接続し、フリークーリング運転において吸収器内で液化した冷媒を前記蒸発器に戻すことのできる第１配管系と、該第１配管系を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段を備えていて、前記第１配管系が非導通状態であり、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプが作動状態である冷房運転モードと、前記第１配管系が導通状態であり、冷媒ポンプが作動状態であり、前記加熱源と溶液ポンプが停止状態であるフリークーリング運転モードとを選択的に切替え可能となっていることを特徴とする。
【００１７】
本発明による吸収式冷凍機において、前記第１配管系が非導通状態にある状態では実質的に従来公知の吸収式冷凍機に同じ構成となっており、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプを作動状態とすることで、従来公知の吸収式冷凍機と同様にして冷房運転を行うことができる。
【００１８】
フリークーリング運転を行うときは、前記第１配管系を導通状態とし、冷媒ポンプを作動状態とし、前記加熱源と溶液ポンプを停止状態とする。それにより、溶液（吸収液）が吸収器と再生器との間で循環するのを停止する。蒸発器内の液冷媒は冷媒ポンプを介して冷媒散布管より蒸発器内に散布されることにより負荷側熱媒（冷水）から熱を奪うとともに蒸発し、冷媒蒸気となって吸収器内に入る。冷却塔から送られてくる冷却水の温度が冷媒の温度より低ければ、冷媒蒸気は吸収器にて冷却水との熱交換により冷却、液化（凝縮）され、吸収器内に液冷媒として貯留される。そして、吸収器内に貯留された液冷媒は、自重によりにより第１配管系を通過し、前記蒸発器に戻される。
【００１９】
上記のように、本発明による吸収式冷凍機では、基本的に、第１配管系に配置した切替手段を操作することで、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えることができる。そして、フリークーリング運転モードでは加熱源による加熱を必要とせず、また溶液ポンプも停止させることから、フリークーリング運転時での吸収式冷凍機の運転コストは大きく低減する。また、第１配管系は、冷媒蒸気ではなく、液冷媒が通過するので、冷媒が水であっても、管径の小さい配管の使用が可能であり、切替手段として弁を用いる場合でも、小型の切替弁を使用することができる。それにより、機器の低コスト化および運転コストの削減が可能となる。
【００２０】
さらに、吸収器内で冷媒を冷却する冷却水は、冷却塔と吸収器（および凝縮器）との間を循環するだけであり、空調負荷部に直接供給されることはないので、冷却塔として冷却効率が高い開放式冷却塔を用いることが可能となる。
【００２１】
また、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるときに、冷却水や負荷側熱媒の流路の切り替え、すなわち外部配管の切り替えを要しないので、空調システム全体としての構成も簡素化できる。
【００２２】
（第１態様：溶液タンクなし）
本発明による吸収式冷凍機のより具体的な第１の態様では、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管は当該配管を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段を備え、前記配管は前記冷房運転モードでは導通状態とされ、前記フリークーリング運転モードでは非導通状態とされるとともに、前記第１配管系は前記吸収器と前記第５切替手段を接続する配管から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることを特徴とする。
【００２３】
この態様では、冷房運転モードでは、前記再生器で加熱、濃縮された溶液が前記吸収器に流入し冷却水と熱交換することで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。希釈された当該溶液（希溶液）が前記吸収器底部の底部液溜に貯留され、そこから前記溶液ポンプによって前記再生器に送られる。冷房運転モードを終了する際は、加熱源を停止するとともに、好ましくは、前記した特許文献３や特許文献４に記載されるような希釈運転を実施する。もちろん、本発明においては、希釈運転の方法を特に限定するものではなく、前記特許文献３および特許文献４は例を示したに過ぎない。
【００２４】
フリークーリング運転において、吸収器に溶液が残留していると冷媒の蒸発、凝縮する圧力が純粋な冷媒よりも低くなり、冷媒蒸気の移動に伴う圧力損失の影響が大きくなり性能が低下する。冷房運転モードを終了しフリークーリング運転モードに切替える際は、加熱源による加熱を停止させるとともに、希釈運転を行った後、溶液ポンプにて前記吸収器底部液溜に貯留されている希溶液を前記再生器に移動させる溶液排出モードによる運転を行うことで、前記吸収器底部に貯留された希溶液を空にすることができ、それによりかかる状態を回避することができる。
【００２５】
さらに、前記バイパス配管における前記分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることにより、溶液排出モードにおいて、当該配管内の溶液は自重によりに容易に下方に向けて移動し、配管内の溶液を排出することができ、フリークーリング運転における溶液の残留を防止できる。
【００２６】
溶液排出モードで吸収器の底部液溜の溶液を排出した後にフリークーリング運転モードに移行させ、蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、空となっている前記吸収器の底部液溜に貯留する。そして、そこから前記第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００２７】
上記の吸収器の底部液溜をフリークーリング運転において液冷媒の液溜として用いる態様において、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることは好ましい。この態様では、フリークーリング運転モード時に、吸収器の底部液溜に凝縮、滴下する液化した冷媒が、自重により蒸発器側に向けて移動するのを良好にする。
【００２８】
（第２態様：溶液タンクあり）
本発明による吸収式冷凍機の第２の態様では、第１態様の吸収式冷凍機が持つ構成に加えて、さらに、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には、前記吸収器の底部液溜より低い位置に溶液タンクを備えることを特徴とする。
【００２９】
この態様において、冷房運転モードでは、前記再生器で濃縮された溶液が前記吸収器に流入し冷却水と熱交換することで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。そして、希釈された当該溶液（希溶液）は前記吸収器の底部液溜を経由して前記溶液タンクに貯留され、そこから前記溶液ポンプによって前記再生器に送られる。
【００３０】
フリークーリング運転モードに切替える際は、加熱源を停止させるとともに適宜の方法で希釈運転を行った後、前記吸収器の底部液溜に残留している希溶液を自重により前記溶液タンクに移動させるか、もしくは溶液タンクおよび吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管が液封されており自重による溶液の移動が期待できないときは、溶液ポンプにて前記吸収器底部の液溜に貯留されている希溶液を前記再生器に移動させる溶液排出モードによる運転を行うことで、前記吸収器の底部に残留している希溶液を空にすることができる。
【００３１】
しかる後にフリークーリング運転モードに移行させる。蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、液冷媒は空となっている前記吸収器の底部液溜に貯留する。そして、そこから前記第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００３２】
この様態の吸収式冷凍機においても、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることは好ましい態様である。この態様では、フリークーリング運転時に、吸収器の底部液溜に凝縮、滴下する液冷媒が蒸発器側に向けて移動するのを良好にする。
【００３３】
（第１態様と第２態様：液面検知手段）
また、上記した第１態様の吸収冷凍機において、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分に液面検知手段を備えること、また、第２態様の吸収冷凍機において、前記第５切替手段と前記溶液タンクを接続する配管部分には液面検知手段を備えることは好ましい。この態様では、前記溶液排出モードにおいて、液面検知手段により溶液が吸収器の底部液溜にないことを検知でき、確実に冷媒中に溶液を混入させることなく、フリークーリング運転モードに切り替えができる。なお、冷房運転モードによる運転においても、当該液面検知手段により液面を検知し、液面なきときは溶液ポンプの運転を停止する制御とすることにより、溶液ポンプのキャビテーション防止や各部位における適切や溶液貯留量確保に寄与することも可能である。
【００３４】
また、上記した第１態様と第２態様の吸収式冷凍機において、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることが好ましい。この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際において、底部液溜に存在する希釈された溶液の排出が良好となり、また、フリークーリング運転モードでは、そこに冷媒液が貯留する場合に、貯留した冷媒液が蒸発器に向けて移動するのを良好にする。
【００３５】
（第３態様：第２液溜あり）
本発明による吸収式冷凍機の第３の態様では、前記吸収器は底部液溜より上位の位置に底部液溜に連通する第２液溜と、該第２液溜と前記吸収器を接続する第２配管系と、前記第２配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段を備えており、前記第１配管系は前記第２液溜内に貯留した液冷媒を前記蒸発器に戻すことのできるようにされていることを特徴とする。
【００３６】
上記第３態様の吸収冷凍機において、冷房運転モードでは、再生器で加熱、濃縮された溶液が吸収器に流入し冷却水と熱交換することで蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し、希釈される。希釈された当該溶液（希溶液）が吸収器の底部液溜と第２液溜の双方に貯留され、そこから溶液ポンプによって再生器に送られる。冷房運転モードを終了する際は、第１および第２の態様の吸収式冷凍機と同様に、加熱源を停止するとともに、好ましくは希釈運転を実施する。
【００３７】
第３態様の吸収冷凍機において、冷房運転モードにおいては、前記第２切替手段は導通状態、非導通状態のどちらでも問題ない。第２切替手段が導通状態の場合、溶液散布管より散布される溶液は第２液溜に貯留された後、第２配管系を通じて吸収器の底部液溜に貯留される。一方、第２切替手段を非導通状態とした場合、溶液散布管より散布される溶液は第２液溜に貯留された後、第２液溜より溢れて吸収器の底部液溜に貯留される。いずれの場合においても溶液散布管から散布される溶液は吸収器の底部液溜に貯留されるため、溶液ポンプにて再生器に導くことができ、冷房運転モードによる運転は可能になる。
【００３８】
フリークーリング運転において、吸収器に溶液が残留していると冷媒の蒸発、凝縮する圧力が純粋な冷媒よりも低くなり、冷媒蒸気の移動に伴う圧力損失の影響が大きくなり性能が低下する。この態様の吸収冷凍機においても、冷房運転モードを終了しフリークーリング運転モードに切替える際は、上記した第１および第２態様の吸収冷凍機と同様に、加熱源による加熱を停止させるとともに、適宜の方法で希釈運転を行った後、第２液溜内の希溶液を第２配管系を通じて吸収器の底部液溜内に自重により移動させ、第２液溜を空の状態とする溶液排出モードを経ることが好ましく、かかる状態を回避することができる。
【００３９】
溶液排出モードで第２液溜内の希溶液を排出した後にフリークーリング運転モードに移行させ、蒸発器で負荷側熱媒（冷水）と熱交換し蒸発した冷媒蒸気は吸収器内に流入し、冷却塔との間を循環する冷却水と熱交換して液化（凝縮）した後に、空となっている第２液溜内に液冷媒貯留する。そして、当該液冷媒は自重によりそこから第１配管系を通って蒸発器に戻され、サイクルが形成される。
【００４０】
好ましくは、前記第２液溜は底部の面積が上部よりも小さくされ、小面積となった底部部分を介して第２液溜と吸収器の底部液溜とが連通するようにされる。この態様では、第２液溜が広い底面積を持つ場合と比較して、第２液溜に貯留している希釈された溶液を第２配管系を通して迅速に吸収器の底部液溜に排出することが可能であり、冷房運転モードからフリークーリング運転モードへの切り替えを迅速に行うことができる。
【００４１】
（第３態様：切替手段の位置）
第３態様の吸収冷凍機において、前記第１配管系は前記第２配管系から分岐するバイパス配管を備え、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第２切替手段よりも上部にあることが好ましい。この態様では、フリークーリング運転モードに切替える際に、まずは加熱源を停止させるとともに第２液溜内の希溶液を第２配管系を通じて吸収器の底部液溜内に自重により移動させ空の状態とするときに、第１配管系を満たしている溶液は第２切替手段よりも上の位置にあるため、当該溶液は自重によりにより第２切替手段を通じて移動することができ、配管内を確実に空の状態とすることで、フリークーリング運転における溶液の残留を防止できる。
【００４２】
（第３態様：液面検知手段）
また、第３形態の吸収冷凍機において、前記第２切替手段と前記吸収器を接続する配管の間に液面を検知する液面検知手段を備えていることが望ましい。冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際の運転で、液面検知手段により溶液が吸収器の第２液溜にないことを検知でき、確実に冷媒中に溶液を混入させることなく切り替えることができる。
【００４３】
（各態様共通：第３、４配管系）
上記したすべての態様の吸収冷凍機において、前記溶液散布管と前記再生器を接続する第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段を備え、さらに、前記溶液散布管と前記冷媒散布管を接続する第４配管系と、当該第４配管系を導通状態と非導通状態とに切替える第４切替手段を備えていることは好ましい。
【００４４】
この態様では、前記溶液排出モードにおいて前記第３配管系を第３切替手段を切り替えて非導通状態とすることにより、溶液が再生器から吸収器に戻るのを防止でき、効率良く溶液を吸収器から排出することができる。
【００４５】
また、この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替える場合において、冷房運転モード終了後、前記溶液排出モードに切替えて運転する際に、前記溶液ポンプを運転し、かつ前記冷媒ポンプを運転し、前記第３配管系を非導通状態にし、かつ前記第４切替手段により第４配管系を導通状態とすることで、蒸発器液溜に貯留する液冷媒を前記冷媒ポンプおよび前記第４配管系を通じて溶液散布管から吸収器内に散布し、吸収器において冷却水が通じる伝熱管および吸収器の底部液溜および第２液溜を液冷媒で洗浄することができる。この作用を実施した後、前記冷媒ポンプを停止しかつ前記溶液ポンプの運転を継続することで吸収器に貯留した液体を再生器に排出し、前記液面検知手段にて液面なきことを確認した後にフリークーリング運転モードに切替えることで、フリークーリング運転モードにおいて冷媒中に溶液が混入するのを防止することができる。
【００４６】
なお、溶液排出モードにおいて、溶液ポンプの循環量が冷媒ポンプの循環量よりも多い場合、吸収器の底部液溜もしくは溶液タンクに貯留される溶液量が減少し、溶液ポンプがキャビテーションを引き起こす可能性があるが、前記液面検知手段にて液面なきことを確認した場合には、溶液ポンプを停止し、冷媒ポンプにより吸収器に冷媒が供給され、前記液面検知手段にて液面が確認されれば溶液ポンプの運転を再開すればよい。
【００４７】
また、この態様ではフリークーリング運転においては前記第４切替手段を非導通状態とすることにより冷媒ポンプを流れる冷媒液を吸収器に流すことなく冷媒散布管を経由して蒸発器に流し、また前記第３切替手段を非導通状態とすることで再生器にある溶液が吸収器に散布されるのを防止することができる。この作用により、冷媒ポンプを運転し流れる冷媒は蒸発器内の冷媒散布管を通じて蒸発器に散布されて蒸発して冷媒蒸気になるとともに冷水から熱を奪い、当該冷媒蒸気は吸収器にて冷却水に冷却され凝縮した後に吸収器液溜に貯留され、更に導通状態にある前記第１配管系を通じて蒸発器液溜に戻り、再び冷媒ポンプに吸引されフリークーリングのサイクルが完成される。また、このとき前記第２切替手段もしくは第５切替手段は非導通状態にあるため、吸収器底部に貯留される液冷媒は溶液と混じり合うことはない。
【００４８】
（各態様共通：吸収器液溜の位置）
上記したすべての態様の吸収冷凍機において、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることが好ましい。この態様では、冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切替える際において、底部液溜に存在する希釈された溶液の排出が良好となり、また、フリークーリング運転モードでは、そこに冷媒液が貯留する場合に、貯留した冷媒液が蒸発器に向けて移動するのを良好にする。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、製造コストも運転コストも高騰させることなく通常の冷房運転モードと冬期間でのフリークーリング運転モードとを選択的に切り替え可能とした新たな吸収式冷凍機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明による吸収式冷凍機の第１態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図２】第１態様の吸収式冷凍機がフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図３】本発明による吸収式冷凍機の第２態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図４】第２態様の吸収式冷凍機がフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図５】本発明による吸収式冷凍機の第３態様を、それが冷房運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図６】本発明による吸収式冷凍機の第３態様を、それがフリークーリング運転モードにあるときの状態で示す模式図。
【図７】第１態様の吸収式冷凍機の変形例を示す模式図。
【図８】第２液溜および吸収器の底部液溜の好ましい態様を示す概略断面図。
【図９】第１態様の吸収式冷凍機のさらに他の態様を示す図１に相当する模式図。
【図１０】フリークーリング運転を可能とした圧縮式冷凍機を説明するための模式図。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施の態様に基づき説明する。
【００５２】
（第１態様の吸収式冷凍機）
図１および図２は、本発明による吸収式冷凍機の第１態様を模式的に示している。この吸収式冷凍機Ａ１は、基本的構成として、蒸発器１０、吸収器２０、再生器３０および凝縮器４０とからなる従来公知の単効用型吸収式冷凍機の構成を備えるとともに、後に説明するように、本発明にかかる吸収式冷凍機に固有の構成である、吸収器２０内で液化した冷媒を蒸発器１０に戻す第１配管系Ｒ１と該第１配管系Ｒ１を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段ＳＶ１を備えている。さらに、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２には、当該配管５２を導通状態と非導通状態に切替える第５切替手段ＳＶ５を備えている。
【００５３】
吸収式冷凍機Ａ１において、従来の吸収式冷凍機と同様に冷媒には水が用いられ、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）から熱を奪うことで冷媒は蒸発（気化）するとともに、負荷側熱媒（冷水）を冷却する。蒸発器１０の底部は液化した冷媒（液冷媒）の液溜１２とされており、冷媒液溜１２に貯留する冷媒液は、冷媒ポンプ１３により、配管１４を通って蒸発器１０の上部空間に配置した冷媒散布管１５に送られ、そこから蒸発器１０内に散布される。
【００５４】
蒸発器１０内で蒸発した冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。吸収器２０内には、開放式冷却塔１００と吸収式冷凍機Ａ１との間で冷却水を循環させるための冷却水配管２１の一部が熱交換可能な形態で位置している。吸収器２０の底部は液溜２２とされており、冷媒蒸気を吸収することで希釈された溶液（希溶液）は底部液溜２２内に貯留する。滞留する希溶液は、溶液ポンプ２３の作用により、配管２４を通って再生器３０の上部空間に配置した希溶液散布管２６まで送られ、そこから再生器３０内に散布される。
【００５５】
再生器３０には適宜の加熱源３１が備えられており、加熱源３１からの熱によって希溶液は加熱され、溶液に含まれている冷媒を蒸発して濃溶液となり、冷媒蒸気は凝縮器４０内に流入する。再生器３０の底部は再生した溶液のための液溜３２となっており、再生した溶液は、戻り配管３３および吸収器２０の上部空間に配置した溶液散布管２５を通り、該溶液散布管２５から吸収器２０内に散布される。
【００５６】
凝縮器４０内には、前記した冷却水配管２１が熱交換可能な形で通過しており、凝縮器４０内に流入した冷媒蒸気は冷却水配管２１内を通る冷却水と熱交換することで液化する。凝縮器４０の底部は液化した冷媒のための液溜４２となっており、液溜４２に貯留した液冷媒は配管４３を通って蒸発器１０内に戻される。なお、図で２７は配管２４を流れる希溶液と配管３３内を流れる再生した濃溶液との間での熱交換を促進するための熱交換器である。
【００５７】
前記したように、上記の構成は従来知られた単効用型吸収式冷凍機と同じある。本発明の吸収式冷凍機は、さらに次の構成を備える。すなわち、図１および図２に示す態様の吸収式冷凍機Ａ１では、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３との間の配管５２には配管５１を導通状態と非導通状態に切替える開閉弁ＳＶ５が取り付けられている。前記開閉弁ＳＶ５が、本発明でいう「吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段」に相当する。さらに、この例では、配管５２における前記開閉弁ＳＶ５と溶液ポンプ２３との間に、液面検知手段５４が取り付けられている。
【００５８】
前記配管５２における前記底部液溜２２と開閉弁ＳＶ５の間、すなわち開閉弁ＳＶ５の上部に位置する分岐点Ｐ３からバイパス配管５１が分岐しており、該バイパス配管５１は蒸発器１０の底部液溜１２に接続している。また、バイパス配管５１には当該配管５１を導通状態と非導通状態に切り替える開閉弁ＳＶ１が取り付けてある。このバイパス配管５１と開閉弁ＳＶ１が本発明でいう「第１配管系」に相当し、開閉弁ＳＶ１が「第１切替手段」に相当する。そして、前記開閉弁ＳＶ１とバイパス配管５１の分岐点Ｐ３から開閉弁ＳＶ１までの部分は、前記した開閉弁ＳＶ５（第５切替手段）よりも上位に位置するように設計されている。
【００５９】
前記した液冷媒が通過する配管１４は、冷媒散布管１５との分岐部Ｐ１を超えてさらに延長する延長配管１６を備えており、該延長配管１６は分岐部Ｐ２において前記した再生器３０の上部空間に配置した溶液散布管２５と接続している。そして、延長配管１６における分岐部Ｐ１とＰ２との間には、開閉弁ＳＶ４が取り付けられている。また、前記した濃溶液の戻り配管３３と吸収器２０の上部空間に配置した溶液散布管２５も、分岐部Ｐ２において接続しており、戻り配管３３における前記分岐部Ｐ２に近接した位置には開閉弁ＳＶ３が取り付けられている。なお、前記溶液散布管２５と前記再生器３０を接続する前記戻り配管３３が本発明でいう「第３配管系」に相当し、当該戻り配管３３に取り付けられた開閉弁ＳＶ３が第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段に相当する。さらに、前記溶液散布管２５と前記冷媒散布管１５を接続する前記分岐部Ｐ１と分岐部Ｐ２の間の延長配管１６が本発明でいう「第４配管系」に相当し、当該延長配管１６に取り付けられた開閉弁ＳＶ４が第４配管系を導通状態と非導通状態に切替える第４切替手段に相当する。
【００６０】
次に、上記吸収式冷凍機Ａ１の作動について、表１も参照して説明する。
【００６１】
【表１】
【００６２】
表１は、上記吸収式冷凍機Ａ１の各運転モードと、そのときに各開閉弁（ＳＶ１〜ＳＶ５）の開閉状態、加熱源３１のＯＮ、ＯＦＦ、溶液ポンプ２３のＯＮ、ＯＦＦ、冷媒ポンプ１３のＯＮ、ＯＦＦの状態を示している。ＯＮは作動を、ＯＦＦは非作動を示す。
【００６３】
前記したように、吸収式冷凍機Ａ１は基本的に従来公知の吸収式冷凍機の構成を備えている。従って、冷房運転時の作動は、基本的に従来のものと同様である。ただし、上記した第１配管系Ｒ１を備えており、冷房運転時には、第１配管系Ｒ１は非導通状態とされる。すなわち、表１に示しように、通常の冷房運転モードでは、加熱源３１、冷媒ポンプ１３、溶液ポンプ２３はすべて「ＯＮ」であり、開閉弁ＳＶ５とＳＶ３は「開」（図１で白抜き）、開閉弁ＳＶ１とＳＶ４を「閉」（黒で塗り潰し）として運転される。冷媒および溶液の動きは従来の吸収式冷凍機と同様であり、説明を省略する。冷房運転中、開放式冷却塔１００で冷却された冷却水は、吸収器２０と凝縮器４０を通過することで次第に昇温されていき、冷却水配管２１を通って再度開放式冷却塔１００に戻される。
【００６４】
吸収式冷凍機Ａ１において、上記した冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるに際しては、従来の吸収式冷凍機と同様に、希釈運転を行うことが推奨される。希釈運転では、表１に示すように、各開閉弁は冷房運転時の状態をそのまま維持し、加熱源３１のみ停止（ＯＦＦ）する。希釈運転を一定時間行うことにより、冷媒を吸収した状態の希溶液が吸収器４０と再生器３０との間で循環するようになる。
【００６５】
希釈運転を行った後、吸収器２０の底部液溜２２に貯留されている希溶液を排出する「溶液排出運転」を行う。溶液排出運転時には、表１に示すように、希釈運転の状態から冷媒ポンプをＯＦＦに切り替えるとともに、開閉弁ＳＶ３を「開」から「閉」に切り替える。この溶液排出運転を行うことにより、吸収器２０内の底部液溜２２内に貯留されていた希溶液は、配管５２および開状態の開閉弁ＳＶ５と配管２４を通り、再生器３０の底部液溜３２内に移動する。そして、再生器３０の底部液溜３２内に貯留された希溶液は、開閉弁ＳＶ３が閉止状態にあるため吸収器に戻ることなく、そのままそこに貯留される。それにより、吸収器２０の底部液溜２２は空の状態となる。吸収器２０の底部液溜２２が空になったことは、配管５２に取り付けた液面検知手段５４からの情報で知ることができる。
【００６６】
なお、溶液排出運転において、冷媒ポンプ１３を運転し、前記切替弁ＳＶ３を閉じ、かつ前記切替弁ＳＶ４を開とすることで、蒸発器１０の液溜１２に貯留する液冷媒を配管１６を通して溶液散布管２５から吸収器の伝熱管に散布し、当該伝熱管を液冷媒により洗浄することもできる。
【００６７】
底部液溜２２が空になった後に、フリークーリング運転モードに移行する。図２は、フリークーリング運転モードでの吸収式冷凍機Ａの状態を示している。ここでは、４つの開閉弁のうち、ＳＶ５、ＳＶ３、ＳＶ４は「閉」（黒で塗り潰し）とされ、ＳＶ１のみが「開」（白抜き）の状態とされる。また、加熱源３１はＯＦＦ、溶液ポンプ２３もＯＦＦ、すなわち非作動とされ、冷媒ポンプ１３はＯＮ（作動）とされる。それにより、前記第１配管系Ｒ１は導通した状態になり、分岐点Ｐ３から下流側の配管５２および配管２４は非導通状態となる。また、前記した第３配管系と第４配管系も非導通状態におかれている。
【００６８】
冷媒ポンプ１３を稼働すると、蒸発器１０底部の冷媒液溜１２に貯留された液冷媒は、配管１４を通り、冷媒散布管１５から蒸発器１０内に散布される。散布された液冷媒は蒸発（気化）することで、配管１１を流れる負荷側熱媒（冷水）を冷却し、冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。流入した冷媒蒸気は、冷却水配管２１を流れる冷却水と熱交換することで、温度降下するとともに凝縮して液化する。そして、液冷媒は吸収器２２の底部液溜２２内に貯留され、貯留された液溶媒は、前記した第１管路系Ｒ１を通って、自重により蒸発器１０の底部冷媒液溜１２に戻される。このように冷媒が蒸発器１０と吸収器２０の間を循環することで、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）に対して連続した冷却作用を与えることができる。
【００６９】
（第２態様の吸収式冷凍機）
図３および図４は、第２態様の吸収式冷凍機Ａ２を示している。この吸収式冷凍機Ａ２は、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２における前記第５切替手段ＳＶ５と溶液ポンプ２３を接続する配管部分に、吸収器２０の底部液溜２２より低い位置において、溶液タンク２２Ａを備える点で、前記した第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と相違する。好ましくは、図示のように、第５切替手段ＳＶ５と溶液タンク２２Ａの間の配管部分には液面検知手段５４が配置される。その他の構成は、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであり、同じ符号を付すことで、説明は省略する。
【００７０】
吸収式冷凍機Ａ２の運転態様は、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであってよいが、表１に示す溶液排出運転において、溶液ポンプ２３の運転を停止することもできる。溶液タンク２２Ａに空き容量がある場合には、溶液ポンプ２３の運転を停止しても、吸収器２０の底部液溜２２および溶液タンク２２Ａより上位に位置する配管内の溶液は、自重により溶液タンク２２Ａ内に流入し、吸収器２０の底部液溜２２を空にすることができる。なお、溶液タンク２２Ａが十分な受け入れ容量を有しなし場合には、溶液ポンプ２３を運転して、溶液の一部または全部を再生器３０内に送り込むようにする。
【００７１】
なお、図３は、冷房運転モードにあるときの吸収式冷凍機Ａ２を示しており、開閉弁ＳＶ１「閉」、開閉弁ＳＶ５「開」、開閉弁ＳＶ３「開」、開閉弁ＳＶ４「閉」とされ、また、溶液ポンプ２３「ＯＮ」、冷媒ポンプ１３「ＯＮ」、加熱源３１「ＯＮ」の状態にある。
【００７２】
フリークーリング運転モートに切り替えるときに、第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同様にして「希釈運転」を行い、その後、溶液排出運転を行う。前記したように、溶液排出運転では溶液ポンプを作動する場合と作動しない場合があるが、いずれにしても、吸収器２０の底部液溜２２内の希溶液は、溶液タンク２２Ａ内に移動することで、吸収器２０の底部液溜２２は空の状態となる。図４は、その後のフリークーリング運転モードにあるときの吸収式冷凍機Ａ２を示しているが、その運転態様は第１態様の吸収式冷凍機Ａ１と同じであり、単に図示するだけで、説明は省略する。
【００７３】
（第３態様の吸収式冷凍機）
図５および図６は、第３態様の吸収式冷凍機Ａ３を示している。この吸収式冷凍機Ａ３は、吸収器２０内に第２液溜５０が配置されている点で、第１態様に吸収式冷凍機Ａ１と構成が異なる。すなわち、第３態様の吸収式冷凍機Ａ３は、吸収器２０の底部の液溜２２より上位の位置であって、前記した冷却水配管２１の熱交換器として機能する部分よりも下位の位置に、第２液溜５０を配置している。
【００７４】
そして、第２液溜５０は、第２配管系Ｒ２を介して前記吸収器２０の底部液溜２２に接続しており、かつ第２配管系Ｒ２には、該配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段ＳＶ２が備えられている。また、前記第１配管系Ｒ１は、第２液溜５０内に貯留された液冷媒を蒸発器１０に戻すようにされている。
【００７５】
具体的には、第２配管系Ｒ２は、第２液溜５０と吸収器２０の底部液溜２２とを接続する配管５５を備え、該配管５５には切替弁ＳＶ２が取り付けられ、好ましくは、前記配管５５の前記切替弁ＳＶ２と吸収器２０の底部液溜２２との間には液面検知手段５４が備えられている。そして、前記配管５５における前記第２液溜５０と開閉弁ＳＶ２の間、すなわち開閉弁ＳＶ２の上部に位置する分岐点Ｐ３からバイパス配管５１が分岐しており、該バイパス配管５１は蒸発器１０内に延出している。また、バイパス配管５１には当該配管５１を導通状態と非導通状態に切り替える開閉弁ＳＶ１（第１切替手段）が取り付けてある。また、前記開閉弁ＳＶ１とバイパス配管５１の分岐点Ｐ３から開閉弁ＳＶ１までの部分は、前記した開閉弁ＳＶ２（第２切替手段）よりも上位に位置するように設計されている。
【００７６】
第３態様の吸収式冷凍機Ａ３では、第１配管系Ｒ１と第２配管系Ｒ２とを上記した位置に配置した結果として、吸収器２０の底部液溜２２と溶液ポンプ２３を接続する配管５２は単に配管のままであり、特別の部材は取り付けられていない。他の構成、すなわち第３の配管系、第４の配管系などにかかる構成は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、同じ符号付すことで、説明は省略する。
【００７７】
次に、上記吸収式冷凍機Ａ３の作動について、前記表１も参照して説明する。なお、吸収式冷凍機Ａ３では、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２での配管５２に取り付けた開閉弁ＳＶ５は存在せず、前記第２配管系Ｒ２に取り付けた開閉弁ＳＶ２が、前記開閉弁ＳＶ５と同等の機能を果たす。従って、表１では、「ＳＶ５（ＳＶ２）」として、開閉弁ＳＶ２を開閉弁ＳＶ５と同じ欄に表示している。
【００７８】
図５は、吸収式冷凍機Ａ３が冷房運転モードにある状態を示している。冷房運転時の作動は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、加熱源３１、冷媒ポンプ１３、溶液ポンプ２３はすべて「ＯＮ」、開閉弁ＳＶ２とＳＶ３は「開」（図５で白抜き）、開閉弁ＳＶ１とＳＶ４を「閉」（黒で塗り潰し）として運転される。ただし、冷媒蒸気を吸収して希釈された希溶液は、前記した第２液溜５０と底部液溜２２の双方に貯留され、第２液溜５０された希溶液は、自重により管路５５および開状態にある開閉弁ＳＶ２を通って底部液溜２２内に移動する。そして、底部液溜２２に貯留されている希溶液とともに、溶液ポンプ２３によって吸い上げられ、管路２４を通って再生器３０に送られる。また、再生器３０で再生した濃溶液は、管路３３、開状態にある開閉弁ＳＶ３を通り、溶液散布管２５から吸収器２０内に散布される。
【００７９】
なお、吸収式冷凍機Ａ３では、冷房運転モードにおいて、前記切替弁ＳＶ２は表１に示すように開であってもよいが、閉であってもよい。切替弁ＳＶ２が開の場合、溶液散布管２５より散布される溶液は第２液溜５０に貯留された後、配管５５を通じて吸収器２０の底部液溜２２に貯留される。一方、切替弁ＳＶ２が閉の場合は、溶液散布管２５より散布される溶液は第２液溜５０に貯留された後、第２液溜５０より溢れて吸収器２０の底部液溜２２に貯留される。いずれの場合においても溶液散布管２５から散布される溶液は吸収器２０の底部液溜２２に貯留されるため、溶液ポンプ２３にて再生器３０に導くことができ、冷房運転は可能になる。
【００８０】
吸収式冷凍機Ａ３においても、上記した冷房運転モードからフリークーリング運転モードに切り替えるに際しては、従来の吸収式冷凍機と同様に、希釈運転を行うことが推奨される。冷房運転時の作動は、第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、各開閉弁は冷房運転時の状態をそのまま維持し、加熱源３１のみ停止（ＯＦＦ）する。
【００８１】
希釈運転を行った後、吸収器２０内の第２液溜５０と底部液溜２２に貯留されている希溶液を排出する「溶液排出運転」を行う。溶液排出運転の作動も、実質的に第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、希釈運転の状態から冷媒ポンプ１３をＯＦＦに切り替えるとともに、開閉弁ＳＶ３を「開」から「閉」に切り替える。この溶液排出運転を行うことにより、第２液溜５０に貯留されている希溶液は、配管５５および開状態の開閉弁ＳＶ２を通り、吸収器２０の底部液溜２２に移動する。そして、吸収器２０の底部液溜２２に滞留していた希溶液とともに溶液ポンプ２３によって再生器３０の底部液溜３２内に送られる。そして、再生器３０の底部液溜３２内に貯留された希溶液は、自重で配管３３内に移動する分を除き、そのままそこに貯留される。それにより、吸収器２０内の第２液溜５０および底部液溜２２は空の状態となる。
【００８２】
第３態様の吸収式冷凍機Ａ３では、少なくとも第２液溜５０が空になっていればフリークーリング運転モードに移行することができる。従って、溶液排出運転の他の作動状態として、溶液ポンプ２３をＯＦＦとした状態で、開閉弁ＳＶ２を「開」、開閉弁３を「閉」とする作動状態を取ることもできる。その場合には、第２液溜５０に貯留されている希溶液は、配管５５および開状態の開閉弁ＳＶ２を通って吸収器２０の底部液溜２２に移動して、吸収器２０の底部液溜２２内に、以前から滞留していた希溶液とともに滞留することとなる。
【００８３】
なお、いずれの態様を取る場合であっても、第２液溜５０が空になったことは、配管５５に取り付けた液面検知手段５４からの情報で知ることができる。
【００８４】
また、吸収式冷凍機Ａ３においても、溶液排出運転において、冷媒ポンプ１３を運転し、前記切替弁ＳＶ３を閉じ、かつ前記切替弁ＳＶ４を開とすることで、蒸発器１０の液溜１２に貯留する液冷媒を配管１６を通して溶液散布管２５から吸収器２０内に散布し、吸収伝熱管を冷媒液により洗浄することもできる。
【００８５】
図６は、フリークーリング運転モードでの吸収式冷凍機Ａ３の状態を示している。ここでの作動状態も実質的に第１態様および第２態様の吸収式冷凍機Ａ１、Ａ２と同じであり、表１に示すように、４つの開閉弁のうち、ＳＶ２とＳＶ３とＳＶ４は「閉」（黒で塗り潰し）、ＳＶ１は「開」（白抜き）の状態とされる。また、フリークーリング運転モードでは、溶液ポンプ２３は作動停止とされ、冷媒ポンプ１３は作動を継続する。また、加熱源３１も停止状態とされる。それにより、それにより、前記第１配管系Ｒ１は導通した状態になり、第２配管系Ｒ２は非導通状態となる。また、第３配管系と第４配管系も非導通状態におかれている。
【００８６】
冷媒ポンプ１３を稼働すると、蒸発器１０底部の冷媒液溜１２に貯留された液冷媒は、配管１４を通り、冷媒散布管１５から吸収器２０内に散布される。散布された液冷媒は蒸発（気化）することで、配管１１を流れる負荷側熱媒（冷水）を冷却し、冷媒蒸気は吸収器２０内に流入する。流入した冷媒蒸気は、冷却水配管２１を流れる冷却水と熱交換することで、温度降下するとともに凝縮して液化する。そして、液冷媒は吸収器２０内の第２液溜５０内に貯留され、貯留された液溶媒は、前記した第１管路系Ｒ１を通って、自重により蒸発器１０内に戻される。このようにして冷媒が蒸発器１０と吸収器２０の間を循環することで、図示しない熱負荷側と蒸発器１０内とを繋ぐ配管１１内を循環する負荷側熱媒（冷水）に対して連続した冷却作用を与えることができる。なお、一部の冷媒は吸収器２０の底部液溜２２に入り込むことが起こり得るが、フリークーリング運転において吸収器、蒸発器に保有される冷媒量に対し少量であれば、フリークーリング運転および事後の冷房運転が支障をきたすことはない。
【００８７】
図７に示す吸収式冷凍機Ａ４は、図１に示した吸収式冷凍機Ａ１のさらなる変形例である。この吸収式冷凍機Ａ４は、吸収器２０の底部液溜２２の位置が蒸発器１０の底部冷媒液溜よりも上位に位置している点で、図１に示した吸収式冷凍機Ａ１と相違する。他の構成は同じであり、同じ符号を付すことで説明は省略する。この吸収式冷凍機Ａ４では、吸収器２０と蒸発器１０の底部冷媒液溜の上下方向の位置関係から、フリークーリング運転モード時に、吸収器２０の底部液溜２２に貯留された液冷媒が自重により蒸発器１０の底部冷媒液溜に移動する（排出される）のを容易かつ迅速化することができる。
【００８８】
図８は、前記した第２液溜５０、または吸収器２０の底部液溜２２の好ましい形態を示す概略断面図である。一般に、容器内に収容されている液体をその底部から自重により排出しようとするときに、図示のように、容器の断面形状を底部ｂの面積が上部よりも小さくされた形状、すなわち次第に幅狭となる形状とすることにより、より排出されやすくなる。従って、第２液溜５０の縦方向の断面形状を図示のように下方に向けて次第に幅狭となる形状とし、その底部ｂに前記した配管５５の一方端を接続することで、前記した溶液排出運転時において、第２液溜５０内に貯留した希釈した溶液をより迅速に外部に排出することができ、溶液排出運転からフリークーリング運転へより迅速に移行できるようになる。また、吸収器２０の底部液溜２２を図示のような形状とすることにより、底部液溜２２に貯留されている溶液の排出が迅速となるので、やはり、溶液排出運転からフリークーリング運転への移行をより迅速化することができる。
【００８９】
前記したように、本発明は単効用型吸収冷凍機に限らず、任意の吸収型冷凍機に適用することができる。一例として、二重効用型の吸収式冷凍機に本発明を適用した場合を図９に示す。なお、図９は二重効用型の吸収型冷凍機Ｂがフリークーリング運転モードにある状態を示しており、前記した図２に相当する図である。図１および図２に示した単効用型の吸収式冷凍機Ａ１の各部材と実質的に同じ機能を果たす部材には同じ符号を付すことで、説明は省略する。
【００９０】
図９において、６０は高温再生器であり、高温再生器６０の底部は液溜６２となっている。図示しないが、高温再生器６０には適宜の加熱装置が付設される。そして、二重効用型の吸収式冷凍機では、前記した再生器３０は低温再生器と通称される。また、高温再生器６０で発生する高温の冷媒蒸気は配管６３を通って低温再生器３０内に至り、そこで希釈された溶液と熱交換することで液化し、液化した冷媒は凝縮器４０に送られる。冷房運転時において、溶液ポンプ２３で送られる希溶液の一部は低温再生器３０内に設けた冷媒散布管２６から低温再生器３０内に散布される。残りの希溶液は高温溶液熱交換器６４を通って高温再生器６０内に送られる。希溶液は高温再生器６０内で加熱され、冷媒を蒸発させることで濃溶液となる。その冷媒蒸気は配管６３を通って低温再生器３０に送られる。高温再生器６０内で作られた濃溶液は高温溶液熱交換器６４を通過して前記した戻り配管３３内に合流する。二重効用型の吸収式冷凍機の冷房運転時での上記作動は、従来知られたものと同じである。
【００９１】
フリークーリング運転モードとする場合には、単効用型吸収式冷凍機に基づき説明したと同様に４つの開閉弁の切り替え操作等を行って、希釈運転と溶液排出運転を行った後、図９に示すフリークーリング運転モードとする。その運転態様は、図１および図２に基づき説明したと同じであり、説明は省略する。
【００９２】
なお、前記した第２態様および第３態様の吸収式冷凍機Ａ２、Ａ３も、基本となる吸収式冷凍機の形態を二重効用型の吸収式冷凍機に置き換えることができることは説明を要しない。
【符号の説明】
【００９３】
Ａ１〜Ａ４、Ｂ…本発明よる吸収式冷凍機、
Ｒ１…第１配管系、
Ｒ２…第２配管系、
ＳＶ１、ＳＶ２、ＳＶ３、ＳＶ４…開閉弁、
１０…蒸発器、
１１…熱負荷側と蒸発器内とを繋ぐ配管、
１２…冷媒液溜、
１３…冷媒ポンプ、
１５…冷媒散布管、
２０…吸収器、
２１…冷却水配管、
２２…吸収器の底部液溜、
２３…溶液ポンプ、
２５…溶液散布管、
３０…再生器、
３１…加熱源、
３２…再生器液溜、
４０…凝縮器、
４２…凝縮器液溜、
５０…第２液溜、
１００…開放式冷却塔。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が蒸発することで負荷側熱媒を冷却する蒸発器と、前記蒸発器に貯留された液冷媒を冷媒散布管に供給する冷媒ポンプと、濃溶液が冷却塔との間で循環する冷却水により冷却されることで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し希溶液となる吸収器と、希溶液が加熱源により加熱されることで冷媒を蒸発し濃溶液となる再生器と、前記吸収器から希溶液を前記再生器に供給する溶液ポンプと、前記濃溶液を前記吸収器に散布する溶液散布管と、前記再生器で蒸発した冷媒を前記冷却水により凝縮させる凝縮器とを少なくとも備える吸収式冷凍機であって、
前記吸収式冷凍機は、さらに吸収器と前記蒸発器を接続する第１配管系と、該第１配管系を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段を備えていて、前記第１配管系が非導通状態であり、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプが作動状態である冷房運転モードと、前記第１配管系が導通状態であり、冷媒ポンプが作動状態であり、前記加熱源と溶液ポンプが停止状態であるフリークーリング運転モードとを選択的に切替え可能となっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管は当該配管を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段を備え、前記配管は前記冷房運転モードでは導通状態とされ、前記フリークーリング運転モードでは非導通状態とされるとともに、前記第１配管系は前記吸収器と前記第５切替手段を接続する配管から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項３】
請求項２に記載の吸収冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項４】
請求項２に記載の吸収冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には、前記吸収器の底部液溜より低い位置に吸収液を貯留する溶液タンクを備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項５】
請求項４に記載の吸収冷凍機であって、前記第５切替手段と前記溶液タンクを接続する配管部分には液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項６】
請求項３または５に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、自重によりもしくは前記溶液ポンプを運転し、前記液面手段にて液面なきことを確認するまで前記吸収器の底部液溜に貯留される溶液を排出する溶液排出モードに切替えて運転した後、前記フリークーリング運転モードに切替えて運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項７】
請求項１に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器は底部液溜より上位の位置に底部液溜に連通する第２液溜と、該第２液溜と前記吸収器を接続する第２配管系と、前記第２配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段を備えており、前記第１配管系は前記第２液溜内に貯留した液冷媒を前記蒸発器に戻すようにされていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項８】
請求項７に記載の吸収冷凍機であって、前記第１配管系は前記第２配管系から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第２切替手段よりも上部にあることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項９】
請求項７または８に記載の吸収冷凍機であって、前記第２配管系における前記第２切替手段と前記吸収器を接続する配管の間に液面を検知する液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１０】
請求項９に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、前記第２切替手段を導通状態にすることで第２液溜に貯留される溶液を自重により吸収器に移動させ、前記第２液溜に液面なきことを前記液面検知手段にて確認する溶液排出モードを経た後に、フリークーリング運転モードに切替えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の吸収冷凍機であって、前記溶液散布管と前記再生器を接続する第３配管系において、当該第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段を備え、さらに、前記溶液散布管と前記冷媒散布管を接続する第４配管系と、当該第４配管系を導通状態と非導通状態とに切替える第４切替手段を備えていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の吸収冷凍機であって、前記溶液排出モードにおいて前記第３配管系を非導通状態として運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１３】
請求項１１に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、前記溶液排出モードに切替えて運転している際に、前記冷媒ポンプを運転し、かつ前記第４切替手段を導通状態とし、かつ前記第３切替手段を非導通状態に切替えて所定の期間運転した後、前記冷媒ポンプを停止し前記溶液ポンプを前記液面検知手段にて液面なきことを確認するまで運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかに記載の吸収冷凍機であって、フリークーリング運転モードにおいて、前記第３配管系および前記第４配管系を非導通状態として運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１６】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記第２液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１】
冷媒が蒸発することで負荷側熱媒を冷却する蒸発器と、前記蒸発器に貯留された液冷媒を冷媒散布管に供給する冷媒ポンプと、濃溶液が冷却塔との間で循環する冷却水により冷却されることで前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収し希溶液となる吸収器と、希溶液が加熱源により加熱されることで冷媒を蒸発し濃溶液となる再生器と、前記吸収器から希溶液を前記再生器に供給する溶液ポンプと、前記濃溶液を前記吸収器に散布する溶液散布管と、前記再生器で蒸発した冷媒を前記冷却水により凝縮させる凝縮器とを少なくとも備える吸収式冷凍機であって、
前記吸収式冷凍機は、さらに吸収器と前記蒸発器を接続する第１配管系と、該第１配管系を導通状態と非導通状態とに切り替える第１切替手段を備えていて、前記第１配管系が非導通状態であり、前記加熱源、冷媒ポンプおよび溶液ポンプが作動状態である冷房運転モードと、前記第１配管系が導通状態であり、冷媒ポンプが作動状態であり、前記加熱源と溶液ポンプが停止状態であるフリークーリング運転モードとを選択的に切替え可能となっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
請求項１に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管は当該配管を導通状態と非導通状態に切り替える第５切替手段を備え、前記配管は前記冷房運転モードでは導通状態とされ、前記フリークーリング運転モードでは非導通状態とされるとともに、前記第１配管系は前記吸収器と前記第５切替手段を接続する配管から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第５切替手段よりも上部にあることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項３】
請求項２に記載の吸収冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項４】
請求項２に記載の吸収冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜と前記溶液ポンプを接続する配管における前記第５切替手段と前記溶液ポンプを接続する配管部分には、前記吸収器の底部液溜より低い位置に吸収液を貯留する溶液タンクを備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項５】
請求項４に記載の吸収冷凍機であって、前記第５切替手段と前記溶液タンクを接続する配管部分には液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項６】
請求項３または５に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、自重によりもしくは前記溶液ポンプを運転し、前記液面手段にて液面なきことを確認するまで前記吸収器の底部液溜に貯留される溶液を排出する溶液排出モードに切替えて運転した後、前記フリークーリング運転モードに切替えて運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項７】
請求項１に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器は底部液溜より上位の位置に底部液溜に連通する第２液溜と、該第２液溜と前記吸収器を接続する第２配管系と、前記第２配管系を導通状態と非導通状態に切替える第２切替手段を備えており、前記第１配管系は前記第２液溜内に貯留した液冷媒を前記蒸発器に戻すようにされていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項８】
請求項７に記載の吸収冷凍機であって、前記第１配管系は前記第２配管系から分岐するバイパス配管をなし、当該分岐位置から前記第１切替手段までの配管部分は、前記第２切替手段よりも上部にあることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項９】
請求項７または８に記載の吸収冷凍機であって、前記第２配管系における前記第２切替手段と前記吸収器を接続する配管の間に液面を検知する液面検知手段を備えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１０】
請求項９に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、前記第２切替手段を導通状態にすることで第２液溜に貯留される溶液を自重により吸収器に移動させ、前記第２液溜に液面なきことを前記液面検知手段にて確認する溶液排出モードを経た後に、フリークーリング運転モードに切替えることを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の吸収冷凍機であって、前記溶液散布管と前記再生器を接続する第３配管系において、当該第３配管系を導通状態と非導通状態に切替える第３切替手段を備え、さらに、前記溶液散布管と前記冷媒散布管を接続する第４配管系と、当該第４配管系を導通状態と非導通状態とに切替える第４切替手段を備えていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１２】
請求項１１に記載の吸収冷凍機であって、前記溶液排出モードにおいて前記第３配管系を非導通状態として運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１３】
請求項１１に記載の吸収冷凍機であって、前記冷房運転モード終了後、前記溶液排出モードに切替えて運転している際に、前記冷媒ポンプを運転し、かつ前記第４切替手段を導通状態とし、かつ前記第３切替手段を非導通状態に切替えて所定の期間運転した後、前記冷媒ポンプを停止し前記溶液ポンプを前記液面検知手段にて液面なきことを確認するまで運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれかに記載の吸収冷凍機であって、フリークーリング運転モードにおいて、前記第３配管系および前記第４配管系を非導通状態として運転することを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項１５】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１６】
請求項７〜１０のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記第２液溜は底部の面積が上部よりも小さくなっていることを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の吸収式冷凍機であって、前記吸収器の底部液溜は前記蒸発器の底部液溜よりも上位に位置していることを特徴とする吸収式冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１４１１１１（Ｐ２０１２−１４１１１１Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７８９（Ｐ２０１１−７８９）
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月５日（２０１１．１．５）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【Ｆターム（参考）】
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