JP3455441B2 - 吸収式冷凍機 - Google Patents
吸収式冷凍機Info
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- Y02B30/62—Absorption based systems
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- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
Description
し、特に、機内に発生する不凝縮水素ガスの除去装置を
有する吸収式冷凍機に関する。
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。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。
真空下で行われることから、冷媒中の成分と冷媒流路を
形成している金属材料および腐食抑制剤との接触反応に
よって、ごく微量の水素ガス等の不凝縮ガスが発生す
る。この不凝縮ガスは高い真空度を維持すべき構成部分
である吸収器、蒸発器等の真空度を低下させ、冷暖房の
運転効率を著しく低下させることが知られている。この
ために、真空ポンプ等の抽出手段を用いてこの不凝縮ガ
スを機外に放出するメンテナンスが一定期間毎に必要と
なっていた。
−9001号公報には吸収式冷凍機内で発生した不凝縮
ガスを機外に排出する装置が開示されている。これらの
装置では、加熱されたパラジウム管からなる水素放出管
に冷媒液から分離した不凝縮ガスを誘導し、パラジウム
の選択透過性を利用して、該不凝縮ガスを大気中に放出
している。
装置を有する吸収式冷凍機には次の問題点があった。吸
収式冷凍サイクルのためフッ化アルコール等のアルコー
ル系冷媒を使用する吸収式冷凍装置においては、冷媒中
に水を混入させることで、冷媒流路を形成している金属
材料の腐食を抑制できることが知られている。この場
合、混入させた水が冷媒流路を形成しているアルミニウ
ムと反応して微量の水素ガスを発生するためこれの除去
が必要になる。なお、水素ガスの発生は次のアノード反
応とカソード反応による。アノード反応:Al→Al3
+3e−,Al3+3OH→AlOOH・H2O(アル
ミイオンの水和(ベーマイト被膜生成))、カソード反
応:3H+3e−→3/2H2(水素発生)。
の排出装置では、発生した水素ガスを機外に放出させる
ようになっているため、機内の気密性を保持するための
構造が複雑化することになる。また、冷媒中に含まれて
いる水分が徐々に減少していくことになるため、腐食の
抑制に必要な適正量の水が確保されないという問題点が
ある。さらに、前記水素放出管または水素放出管の格納
手段(スリーブ状部材等)がガス抽出部材から大きく外
部に突出せざるを得ないという構造上の制約がある。
度を低下させることなく、かつ、冷媒中の含有水分量を
適正量に保持しつつ、発生した不凝縮ガスを除去するこ
とができる吸収式冷凍機を提供することを目的とする。
的を達成するための本発明は、アルコール系冷媒を使用
した吸収式冷凍機において、一端が閉塞され他端が開放
された筒状体であって、前記他端から棒状ヒータを着脱
自在で、かつ外面に水素除去剤を保持可能に構成したヒ
ータホルダを具備し、前記ヒータホルダは、前記冷媒の
通路に連通する空間に前記水素除去剤を露出させるよう
に配置した点に特徴がある。
記空間に拡散・流入して水素除去剤と接触し、水素ガス
が除去される。また、水素除去剤を保持したヒータホル
ダにはヒータが装着され、このヒータの加熱により水素
除去剤による水素除去作用が促進される。
詳細に説明する。図7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。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、TFEつまり
冷媒よりも高い常圧沸点を有し、冷媒を吸収しうる吸収
剤であればよい。
路を介して互いに流体的に連結されており、これら蒸発
器1および吸収器2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、この冷媒
蒸気は前記蒸発通路を介して吸収器2内に入る。吸収器
2内では吸収剤溶液が冷媒蒸気を吸収して吸収冷凍動作
が行われる。なお、蒸発通路には、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
をする予冷器18が設けられている。
て吸収器2内の溶液濃度が高められる(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
内の高濃度溶液が冷媒蒸気を吸収すると蒸発器1内の冷
媒が蒸発し、その蒸発時の潜熱によって蒸発器1内が冷
却される。蒸発器1には冷水が通過する管路1aが通っ
ている。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。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。
けられた散布手段1bに導かれ、冷水が通過している管
路1a上に散布される。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、冷媒で熱を奪われた管路
1a内の冷水はその温度が降下する。冷媒蒸気は前記蒸
発通路を通って吸収器2に流入する。蒸発器1内の冷媒
は散布手段1bに導かれるほか、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。
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
には冷却水が通る管路2aが設けられる。管路2aの一
端(図では出口端)は凝縮器9内を通した後、ポンプP
3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。
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。
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に
は吸収器2から供給される希液を加熱するバーナ7が設
けられている。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。
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。濃液は散布手段2cによって管路2a上に
散布される。
熱されると、冷媒蒸気が発生する。この冷媒蒸気に混入
された吸収剤溶液は精留器6で分離され、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。冷媒蒸
気は凝縮器9で冷却されて凝縮液化され、前記予冷器1
8、減圧弁11を経由して蒸発器1に戻される。この冷
媒は管路1a上に散布される。
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。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
るようにすることによって冷媒純度の低下が抑制され
る。
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。
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。
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。顕熱交換機1
4、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。
1の四方弁V1および第2の四方弁V2を、それぞれの
#1および#3開口を連通させる一方で、#2および#
4開口を連通させるように切替える。この切替えによ
り、冷媒が散布されて温度が下げられた冷水が室内機1
5の管路3aへ導かれて室内の冷房が行われる。
V1および第2の四方弁V1を、それぞれの#1および
#4開口を連通させ、#2および#3開口を連通させる
ように切替える。この切替えにより、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。
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。
水素ガス除去装置について説明する。図3は水素ガス除
去装置が取付けられた凝縮器の斜視図であり、図4は同
断面図である。両図において、凝縮器9は本体91と水
素除去タンク92とからなる。水素除去タンク92と凝
縮器本体91とは隔壁93を介して溶接等で一体的に結
合されている。隔壁93には水素除去タンク92と凝縮
器本体91との間で流体が流通可能なように開口94が
設けられている。凝縮器9内には、発生した水素ガスH
2がTFE蒸気の流れによって液面95に張り付くよう
にして溜まっている。なお、この水素ガスH2は、運転
休止中は凝縮器9内に拡散している。前記開口94は、
溜まっている水素ガスH2が濃度勾配すなわち拡散によ
って水素除去タンク92内に流入することができるよう
に、凝縮器9内の冷媒の液面95よりやや高い位置に設
定されている。
スH2 を除去するための水素除去アセンブリ96が設
けられる。水素除去アセンブリ96は、水素除去タンク
92内側に突出して設けられたホルダ97および該ホル
ダ97に形成されためねじに螺合して固定されたヒータ
ホルダ98、ならびにヒータホルダ98の穴98aから
内部に挿入されて使用されるヒータ(図示せず)からな
る。ヒータホルダ98には水素ガスH2 と反応して水
を生成し、水素ガスを除去するための還元部が形成され
る。ヒータホルダ98や還元部の詳細は図1に関して後
述する。
3(または精留器6)に供給する前記環流通路9aの連
結部99、冷却水が通過する前記管路2aの連結部10
0、および前記精留器6との連結部101等が取り付け
られている。
ダ98の詳細を説明する。同図において、ヒータホルダ
98はステンレス材料(例えばSUS304)で形成さ
れた有底円筒状の基部98bとその基部98bの周囲に
設けられた還元部98cとからなる。基部98bは前記
ホルダ97のめねじに適合するおねじ98d、およびね
じ込み時にスパナやレンチ等の工具と適合される形状を
有する頭部98eからなる。
るように、例えば焼結成型された酸化金属(水素除去
剤)で形成することができる。酸化金属としては、遷移
金属の酸化物単体または遷移金属の酸化物同士の混合物
を使用できる。例えば、NiO単体、またはNiOを主
成分とし、さらにCuO,MnO2,Al2O3を混合
した混合物が好適である。なお、還元部98cは酸化金
属を成型したものに限らず、酸化金属の焼結小片または
粉体であってもよい。これら小片や粉体を基部98cに
保持させる場合は、これらを、網または多数の貫通孔を
形成した筒体からなるフィルタで前記基部98cととも
に包み込むとよい。
基部98cに保持させた状態を示す要部断面図である。
同図において、フィルタ103は多数の孔104(拡大
図EL参照)を形成した筒体であり、この筒体103と
基部98bとの間に酸化金属の粉体または小片105が
多数保持されて還元部98cを構成している。水素ガス
H2 はこの孔104を通じて流入し、酸化金属の粉体
または小片105と接触することができる。
使用されるヒータの外観図である。棒状のヒータ102
は絶縁体(外皮)に包まれた抵抗体(図示せず)からな
り、この抵抗体にはリード線106を通じて電流が供給
される。棒状のヒータ102はヒータホルダ98内に差
し込んで使用するが、常時差し込んでおくことはなく、
必要に応じて抜き差し可能である。例えば、1週間に1
回程度のメンテナンス時に水素ガス除去のためにヒータ
ホルダ98内に差し込み、それ以外のときは抜いておく
ことができる。ヒータ102は抵抗体に電流を流して発
熱させる周知のものを使用できる。
ンク92に流入した水素ガスH2は、ヒータホルダ98
の外面に形成された還元部98cつまり酸化金属と反応
し、酸化金属が還元されて水が生成され、水素ガスが除
去される。すなわち、次式(f1)による化学反応が生じ
る。MOx+xH2 =M+xH2 O…(f1)。ここ
で、符号Mは遷移金属、xは定数である。生成された水
は前記開口94を通じて凝縮器9内に流入する。
が除去されるときに水が生成されるので、冷媒通路内を
流れる冷媒内の水含有量が水素ガス除去作用に伴って減
少することはない。したがって、冷媒通路を形成してい
る金属材料の腐食を抑制させるため冷媒に混入させてい
る水が適正な量に維持される。
よいし、酸化金属と水素ガスとの反応を促進させるため
の触媒作用をもつ化合物等の添加剤を適量混入するよう
にしてもよい。
ク92を密着、または一体に形成し、開口94から水素
ガスや水を通過させるようにしたが、このような配置に
限らず、凝縮器本体91および水素除去タンク91を間
隔をあけて近接配置し、両者間をパイプで連結するよう
にしてもよい。この場合、前記パイプの、凝縮器本体9
1側の端部は前記液面95よりわずかに高い位置に開口
するように設置するのはいうまでもない。
面図である。同図において、ヒータホルダ98の開放端
部側にはフランジ107を設け、このフランジ107の
端部をヒータホルダ98の封止部つまり底部側に折り返
してキャップ状に形成している。前記キャップ状の折り
返し部を有するフランジ107の内面にはめねじ108
を形成している。他方、前記ホルダ97には、このヒー
タホルダ98のめねじ108と適合させるためのおねじ
を形成する。
れたヒータホルダ98を前記水素除去タンク92に固定
されたホルダ97に螺着することによって水素除去タン
ク92の気密を保持したまま、水素除去することができ
る。なお、ヒータホルダ98とホルダ97との螺着部に
はさらに気密を増すため、管結合用のシールテープ等を
併用することができるのはもちろんである。
ルミニウムとの反応は、主として高温・高圧部である凝
縮器9で起こる。このような観点から水素除去タンク9
2を凝縮器9と一体的に設けたが、この構成に限らず、
冷媒が通過する場所に連通していれば他の場所に配置す
るように構成してもよい。
た箱型のものに限らず、例えばヒータホルダ98と同心
的に配置された円筒型のものであってもよい。要は、前
記酸化金属が保持されたヒータホルダ92を収容でき、
このヒータホルダ92と水素ガスとの接触が確保できる
ような空間を提供できればよい。
にねじを形成してこのねじと水素除去タンク92側のね
じとを適合させて気密保持状態にて固定するようにし
た。しかし、ヒータホルダ98にねじを形成せず、止め
ネジが貫通できる孔を頭部98eに設ける一方、ホルダ
97に該止めネジが適合するねじ孔を形成し、該止めネ
ジでヒータホルダ98と前記ホルダ97とを結合するよ
うにしてもよい。要は、ヒータホルダ98の交換が容易
で、かつ冷媒の通路の気密が損なわれないようにシール
が施されていればよい。
1〜請求項4の発明によれば、水素除去剤によって水素
ガスは除去される。特に、請求項2の発明によれば、水
素除去剤を保持したヒータホルダは機体とねじ止めされ
るので、脱着が容易であり、かつ、高い気密性を維持で
きる。また、請求項3の発明によれば、酸化物の還元作
用により水が生成されて水素ガスが除去される。さら
に、請求項4の発明によれば水素ガスが発生しやすい位
置で効率的に水素ガスの除去を行うことができる。
よれば冷媒通路の真空度を低下させることなく、高い運
転効率を維持できるとともに、生成された水は機外に排
出されないので、特に、水を混入した冷媒の含有水分量
を適正に維持することができる。また、ヒータは必要な
ときにのみヒータホルダに装着できるし、ヒータホルダ
は水素除去剤を冷媒通路と連通された空間に露出させる
ように配置したので、外部への突出部分を小さくするこ
とができる。
る。
る。
る。
である。
構成を示す系統図である。
器、 14…顕熱交換器、 15…室内機、 19…フ
ァン、 91…凝縮器本体、 92…水素除去タンク、
93…隔壁、 94…開口、 95…冷媒液面、 9
7…ホルダ、 98…ヒータホルダ、 98b…基部、
98c…還元部、 98d…おねじ、98e…頭部、
102…ヒータ、 103…フィルタ、 104…
孔、 105…酸化金属、 106…リード線, 10
7…フランジ、 108…めねじ
Claims (4)
- 【請求項1】 アルコール系冷媒を使用した吸収式冷凍
機において、 一端が閉塞され他端が開放された筒状体であって、前記
他端から棒状ヒータを着脱自在で、かつ外面に水素除去
剤を保持可能に構成したヒータホルダを具備し、 前記ヒータホルダは、前記冷媒の通路に連通する空間に
前記水素除去剤を露出させるように配置したことを特徴
とする吸収式冷凍機。 - 【請求項2】 前記ヒータホルダ側にねじを形成する一
方、前記冷媒通路に連通する空間を構成する機体部材側
に前記ねじに適合するねじを形成し、これらのねじを螺
合することによって前記ヒータホルダを機体部材に固定
したことを特徴とする請求項1記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項3】 前記水素除去剤は、遷移金属の酸化物単
体または遷移金属の酸化物同士の混合物であることを特
徴とする請求項1または請求項2記載の吸収式冷凍機。 - 【請求項4】 前記冷媒の通路に連通する空間は、凝縮
器の冷媒液面との連通開口を有するタンクであることを
特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の吸収
式冷凍機。
Priority Applications (6)
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|---|---|---|---|
| JP30508598A JP3455441B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 吸収式冷凍機 |
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Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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Family Applications (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3455441B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101179760B1 (ko) | 2010-01-25 | 2012-09-04 | 주식회사 경동나비엔 | 팽창탱크와 필터장치의 결합구조 및 필터장치 |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006162243A (ja) * | 2004-11-10 | 2006-06-22 | Osaka Gas Co Ltd | 水素ガス除去装置 |
-
1998
- 1998-10-27 JP JP30508598A patent/JP3455441B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| KR101179760B1 (ko) | 2010-01-25 | 2012-09-04 | 주식회사 경동나비엔 | 팽창탱크와 필터장치의 결합구조 및 필터장치 |
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