JP2008202848A - 吸収式冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒循環ポンプを使用しない吸収式冷凍装置において、プレート式蒸発器の冷媒散布装置部分における冷媒フラッシュによる冷媒散布量の減少を防ぐ。
【解決手段】吸収希溶液を加熱し冷媒蒸気と吸収濃溶液を得る発生器１、発生器１から供給される冷媒蒸気を凝縮液化する凝縮器３、凝縮器３よりの冷媒液を伝熱プレート面上に散布して蒸発させる蒸発器４、発生器１からの吸収濃溶液に対し蒸発器４で蒸発させた冷媒蒸気を吸収させる吸収器５、吸収器５で冷媒蒸気を吸収した希溶液を発生器１に供給する溶液ポンプ７とを備え、蒸発器４の伝熱プレート面上に凝縮器３からの冷媒液を散布し、冷媒を循環させず冷媒を蒸発させる吸収式冷凍装置であって、凝縮器３からの冷媒供給管を、蒸発器４上部の伝熱プレート面上に冷媒を散布する散布装置内冷媒溜まりの冷媒中に浸漬し、冷媒溜まりの冷媒で流入冷媒を冷却し、流入冷媒と蒸発器４の飽和蒸気温度差を小さくした。
【選択図】図１

Description

本願発明は、吸収式冷凍装置の構成に関し、特に同装置の蒸発器冷媒散布装置部分の改良に関するものである。

吸収式冷凍装置の場合、蒸発器では蒸発器伝熱面に冷媒散布装置を介して冷媒を散布させることにより冷媒を蒸発させて内部の被冷却流体を冷却するようになっているが、その際、蒸発器下部に設けた冷媒溜まりの冷媒を冷媒循環ポンプにより繰り返し循環させて蒸発器伝熱面に散布し、蒸発させる冷媒循環ポンプ方式が大部分である。

しかし、小型の吸収式冷凍装置の実現やその低コスト化には、冷媒循環ポンプのない冷媒循環ポンプレス方式の蒸発器が不可欠であり、従来の伝熱管式の冷媒循環ポンプレス蒸発器においては、伝熱管の外周に冷媒を保持し易い特殊な形状のフィンを設け、これによって伝熱面における冷媒の濡れ性と液滴の保持性とを向上させて、伝熱性能を向上させる等の種々の工夫が行われている。

ところで、上記吸収式冷凍装置の小型化、低コスト化には、上記のような伝熱管式のものよりは伝熱プレート式の蒸発器の方が最適であるが、冷媒を循環させない冷媒循環ポンプレス方式のプレート式蒸発器においては、当該伝熱プレートには凝縮器からの冷媒のみを供給することにより、本質的に蒸発器伝熱プレート部への冷媒の散布量が冷媒循環方式のものよりも少量となり、濡れ性が悪化しやすい。

しかも、そのように凝縮器より蒸発器に流入する冷媒量が少ないことに加えて、飽和蒸気温度の差（例えば供給冷媒４０℃、冷媒散布装置の冷媒留りの冷媒２０℃）による冷媒のフラッシュが発生し、該フラッシュでさらに冷媒量が減少するが、その上に、同フラッシュの影響による冷媒液の同伴作用でも冷媒量が減少するという問題がある。

したがって、冷媒ポンプレス方式のプレート式蒸発器においては、上記冷媒のフラッシュ発生を可能な限り抑制するとともに、上記冷媒フラッシュの影響により冷媒液が同伴されて冷媒量が減少するという現象を最少限の状態に抑制する必要がある。

このような冷媒のフラッシュによる冷媒液の同伴を防止する方法として、例えば供給される冷媒の冷却器として、飽和蒸気温度の差による冷媒のフラッシュ蒸気の抜け口を冷媒流入部より相当に離れた位置に設置し、可能な限り冷媒供給流路を長く取ることにより、その間に冷媒温度を漸次低下させて飽和蒸気温度差を小さくするようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開平９−１７０８５２号公報

ところが、上記のような構成の場合、冷媒冷却器を大きくして冷媒流路を設けるとともに、その大きさをできるだけ長くすることが必要であり、装置の小型化、低コスト化に反したものとなっている。

本願発明は、このような事情に基いてなされたもので、蒸発器に冷媒を散布させるための冷媒散布装置冷媒溜まり中の低温の冷媒で冷媒供給管そのものを冷却し、それにより流入する冷媒との飽和温度の差を小さくする事で、冷媒のフラッシュレベルを小さくし、冷媒液の同伴を最少限に抑制する事が出来るようにするとともに、よりフラッシュが激しい場合の冷媒の同伴をも少なくする方法として、冷媒溜まりの上部にフラッシュ用の空間を設置し、ここでも冷媒を冷却するようにすることにより、同伴抑制効果を向上させた吸収式冷凍装置を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 請求項１の発明
この発明は、吸収希溶液を加熱することにより冷媒蒸気および吸収濃溶液を生成する発生器と、該発生器から供給される冷媒蒸気を凝縮して冷媒液化する凝縮器と、該凝縮器より供給される冷媒液を伝熱プレート面上に散布して蒸発させる蒸発器と、上記発生器から供給される吸収濃溶液に対して上記蒸発器で蒸発させた冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気を吸収した吸収希溶液を上記発生器に供給する溶液ポンプとを備え、上記蒸発器の伝熱プレート面上に凝縮器からの冷媒液を散布することにより、冷媒を循環させることなく一過性で冷媒を蒸発させるようにしてなる吸収式冷凍装置であって、上記凝縮器からの冷媒供給管を、上記蒸発器の上部において上記蒸発器の伝熱プレート面上に冷媒を散布する冷媒散布装置内冷媒溜まりの冷媒中に浸漬し、同冷媒溜まりの冷媒で新たに流入する冷媒を冷却することにより、流入冷媒の温度と蒸発器の飽和蒸気温度との差を小さくするようにしたことを特徴としている。

このように、凝縮器からの冷媒供給管を、蒸発器の上部において蒸発器の伝熱プレート面上に冷媒を散布する冷媒散布装置内冷媒溜まりの冷媒中に浸漬すると、相対的に低温の冷媒溜まり中の冷媒で新たに流入する冷媒を冷却することができ、流入冷媒の温度と蒸発器の飽和蒸気温度との差を小さくすることができる。

その結果、冷媒のフラッシュレベルを小さくすることができ、さらに冷媒液の同伴を最少限に抑制する事が出来るようになり、蒸発器伝熱プレート面上への冷媒散布量を確保することができるようになる。

（２） 請求項２の発明
この発明は、上記請求項１の発明の構成において、冷媒散布装置内冷媒溜まりの上部に、冷媒供給管の冷媒流出口部の上方を覆うフラッシュカバーを設置し、該フラッシュカバー内に新たに流入する冷媒によるフラッシュ空間を形成したことを特徴としている。

このような構成によれば、冷媒供給管を介して一旦冷却された後に冷媒留り内に新たに流入する冷媒がフラッシュカバー内のフラッシュ空間で適切にフラッシュされ、効果的に冷却される。

したがって、さらに冷却効果が向上し、また冷媒の減少量が抑制される。

（３） 請求項３の発明
この発明は、上記請求項２の発明の構成において、冷媒供給管の冷媒流出口部は、フラッシュ空間下方の冷媒留り内の冷媒中に位置して開口せしめられていることを特徴としている。

このような構成によれば、冷媒供給管を介して一旦冷却された後に冷媒留り内に新たに流入する冷媒がフラッシュカバー内のフラッシュ空間で冷媒留り内の冷媒液とともに適切にフラッシュし、冷媒留り中の冷媒液と共に効果的に冷却される。

したがって、さらに冷却効果が向上し、より冷媒の減少量が抑制される。

（４） 請求項４の発明
この発明は、上記請求項２の発明の構成において、冷媒供給管の冷媒流出口部は冷媒留り上方のフラッシュ空間中に位置して開口されており、同フラッシュ空間中で新たに流入する冷媒を冷却した後に冷媒留り部に供給するようにしたことを特徴としている。

このような構成によれば、冷媒供給管を介して一旦冷却された後に冷媒留り内に新たに流入する冷媒がフラッシュカバー内のフラッシュ空間中で適切にフラッシュし、同フラッシュ時にフラッシュ空間内で効果的に冷却される。

したがって、さらに冷却効果が向上し、より冷媒の減少量が抑制される。

以上の結果、本願発明の吸収式冷凍装置によると、冷媒フラッシュおよび冷媒フラッシュによる冷媒散布量の減少を最少限に抑制することができ、有効な冷媒散布量および蒸発器の伝熱プレート面全体への均一な濡れ性が確保され、熱貫流率が増加する。

その結果、冷媒循環ポンプで冷媒を循環しない冷媒循環ポンプレス方式のプレート式蒸発器の蒸発効率を有効に向上させることができ、ひいては吸収式冷凍装置の吸収性能をも向上させることができる。

（最良の実施の形態１）
図１〜図４は、本願発明の最良の実施の形態１に係る吸収式冷凍装置の構成を示している。

先ず同吸収式冷凍装置は、例えば冷媒として水（Ｈ₂Ｏ）、吸収剤として臭化リチウム（ＬｉＢｒ）が採用されている。

そして、図１に示すように、吸収器１からの吸収希溶液を排温水熱交換器１ａで加熱することにより冷媒蒸気および吸収濃溶液を生成する発生器１と、吸収器１からの吸収希溶液と上記発生器１からの吸収濃溶液とを相互に熱交換させる溶液熱交換器２と、上記発生器１からの冷媒蒸気を冷却水熱交換器３ａにより凝縮して冷媒液化する凝縮器３と、該凝縮器３から供給される冷媒液を図２〜図４に示すような冷媒散布装置４ｂの冷媒散布口４３，４３・・・、４３，４３・・・を介して内部通路４７内に冷水が流されている伝熱プレート部４ａ部分の各伝熱プレート４１，４１の伝熱プレート面上に散布して蒸発させる蒸発器４と、上記発生器１からの吸収濃溶液に対して上記蒸発器４で蒸発させた冷媒蒸気を冷却水熱交換器５ａで吸収熱を放熱しながら吸収させて吸収希溶液を生成する吸収器５と、該吸収器５で冷媒蒸気を吸収した吸収希溶液を上記溶液熱交換器２を介して上記発生器１に供給する溶液ポンプ７とを備えて構成されている。

そして、上記蒸発器４と吸収器５は、例えば同一のケーシング６内の各設置室６ａ，６ｂにコンパクトに並設されており、上記蒸発器４の下部に留る未蒸発冷媒液を従来のように専用の冷媒循環ポンプを用いて繰り返し蒸発器４側に循環させて散布するのではなく、蒸発器伝熱プレート４１，４１の伝熱プレートに凝縮器からの冷媒のみを供給し、当該蒸発器で全て蒸発させるようにし、なっている。それにより冷媒ポンプを不要にして装置の小型、低コスト化を図るようにしている。

ところで、本実施の形態のような冷媒を循環させないシステムの場合、上記の理由とは別に、凝縮器３より蒸発器４に流入する冷媒量から同冷媒の温度と飽和蒸気温度との差による冷媒のフラッシュで冷媒散布量が減少し、その上に、さらにフラッシュの影響による冷媒液の同伴作用で冷媒量が減少するという問題がある。

したがって、本実施の形態のような冷媒循環ポンプレス方式においては、少なくとも、冷媒フラッシュの影響により冷媒液を同伴し冷媒量が減少するという事を最小限にする必要がある。

そこで、例えば従来のように冷媒冷却器を大きくし、飽和温度の差による冷媒のフラッシュ蒸気の抜け口を冷媒流入部より離れた位置に設置し、冷媒流路を長く取る事によって、その間に徐々に冷媒温度を低下させるようにしたものもあるが、そのようにした場合、装置の小型化、低コスト化に問題があった。

そこで、この実施の形態では、上記蒸発器４の冷媒散布装置４ｂの冷媒タンク４２内冷媒留り（冷媒貯留室）４２ａには、例えば図２〜図４に詳細に示すように、蒸発器４の伝熱プレート４１，４１に冷媒を散布させるための冷媒留り４２ａの冷媒で冷媒流入管である冷媒供給管１４を冷却し、飽和温度差を小さくすることにより必要な冷媒散布量を確保して伝熱プレート４１，４１面上の濡れ性を低下させないような構成が採用されている。

すなわち、この実施の形態の場合、先ず上記冷媒タンク４２と伝熱プレート４１，４１とは、１枚の伝熱プレート用板材の上部部分を側方から見てテーパー部４４ｂを介した斜めクランク形状に曲成し、そのテーパー部４４ｂに多数の冷媒散布孔４３，４３・・・を形成するとともに同テーパー部４４ｂよりも上部側の所定の高さの縦壁部４４ａで冷媒タンク４２の冷媒留り（冷媒貯留室）４２ａを形成している。

一方、上記テーパー部４４ｂよりも下部の相当の長さの縦壁部を伝熱プレート４１，４１とし、そのような構成の板材を図示のように２枚逆方向に対向させた状態で並設し、それらの両端側および底部を別の板材で側壁および底壁として接合シールするとともに上記テーパー部４４ｂ，４４ｂの下端間を所定の幅のスペーサ部材４６を介してシールすることによって、図２〜図４のような上部に漏斗形状の冷媒タンク４２、下部に相互に対向する２枚の伝熱プレート４１，４１、それら伝熱プレート４１，４１の間に冷水通路４７を備えた蒸発器４が構成されている。

そして、上記凝縮器３から供給される冷媒液が、同図２〜図４に示すような冷媒タンク４２の冷媒散布口４３，４３・・・、４３，４３・・・を介して内部通路４７内に冷水が流されている蒸発器伝熱プレート４１，４１の伝熱プレート面上に均一に散布し、蒸発させる。

そして、この実施の形態の場合、上述した凝縮器３からの冷媒供給管１４は、図４に詳細に示されるように、先端側がＪの字状に曲成され、同曲成部全体が冷媒タンク４２内の冷媒留り４２ａの冷媒域内に挿入浸漬されているとともに、同冷媒留り４２ａの冷媒域内深さにおいて同冷媒留り４２ａの長手方向に伸びる冷媒流出パイプ１４ａを備えており、該冷媒流出パイプ１４ａの上面部側には多数の冷媒流出孔（冷媒流出口）１４ｂ，１４ｂ・・・が設けられている。

そして、上方から下方に略垂直に伸び、さらに冷媒液中でＵ状に曲成された冷媒供給管１４を介して供給される冷媒（４０℃）は、その後水平方向に延び、かつ冷媒留り４２ａ内の冷媒液中に浸漬されている上記冷媒流出パイプ１４ａの冷媒流出孔１４ｂ，１４ｂ・・・から流出して冷媒留り４２ａ内に留められる。

この時、該冷媒供給管１４および冷媒流出パイプ１４ａは、それぞれ上記のように冷媒留り４２ａ内の冷媒液中に浸漬されているので、同冷媒留り４２ａ内の相対的に低温（２０℃）の冷媒で高温（４０℃）の冷媒が供給される冷媒供給管１４および冷媒流出パイプ１４ａが共に有効に冷却され、飽和温度差を小さくすることができる。したがって、冷媒フラッシュによる影響を小さくし、冷媒液の同伴量を最少限の量に減少させることができるようになる。

一方、上記冷媒流出パイプ１４ａの上方には、さらに飽和温度差が大きく、よりフラッシュが激しい場合の冷媒液の同伴を少なくする手段として、冷媒流出パイプ１４ａの上方を覆う形で断面逆Ｕ字状のフラッシュカバー２０（前後左右の側壁部２０ａ，２０ａ・・を備えて構成）が設けられており、その内側（冷媒留り４２ａ内の冷媒液の上方部）に冷媒フラッシュ用の空間を設置し、ここでもフラッシュ時（泡立ち時）に冷媒を冷却するようにすることにより、さらに同伴冷媒量の低減効果を向上させるようにしている
これらの結果、確実に必要な冷媒散布量が確保され、有効な冷媒蒸気蒸発量が確保される。

（最良の実施の形態２）
次に、図５〜図７は、本願発明の最良の実施の形態２に係る吸収式冷凍装置の蒸発器部分の構成を示している。

この実施の形態の構成では、上述した凝縮器３からの冷媒供給管１４の先端部を図７のように一層長くＵ字状に曲成することにより、そのＵ字状の曲成部の略全体を冷媒留り４２ａ内の冷媒液中に浸漬する一方、同Ｕ状の曲成部の下方から上方に向けて延びる先端を上述した冷媒留り４２ａ内の冷媒液面よりも上方に出して同上方位置に上述のような多数の冷媒流出孔１４ｂ，１４ｂ・・・を有する冷媒流出パイプ１４ａの中央ではなく一端側を接続し、その上で上記最良の実施の形態１の場合と同様のフラッシュカバー２０で覆って、その内側に冷媒フラッシュ空間を形成し、同冷媒フラッシュ空間中に冷媒を流出させるようにしたことを特徴とするものである。

このような構成によれば、高温（４０℃）の冷媒が供給される冷媒供給管１４が、より長い距離分相対的に低温（２０℃）の冷媒中に浸漬されるので、それだけ余計に冷媒が冷却されるようになるとともに、冷媒流出孔１４ｂ，１４ｂ・・・から流出する冷媒がフラッシュカバー２０内側のフラッシュ空間中に流出するので、先ず流入した冷媒は冷媒フラッシュ空間中で冷却され、その後冷媒留りの相対的に温度の低い冷媒液中に流入してさらに冷却されることになるので、より冷却効果が高くなるとともに冷媒留り中でのフラッシュが生じにくくなる。

したがって、フラッシュによる冷媒散布量の低減量が一層少なくなり、より効果的に必要な冷媒散布量を確保することができる。

本願発明の最良の実施の形態１に係る吸収式冷凍装置の冷凍サイクルを示す冷凍回路図である。 同冷凍装置の蒸発器における伝熱プレートおよび冷媒散布装置部分の構成を示す一部切欠斜視図である。 同冷凍装置の蒸発器における伝熱プレートおよび冷媒散布装置部分の定常運転時の冷媒散布状態を示す断面図である。 同冷凍装置の蒸発器における冷媒散布装置の冷媒供給管および冷媒流出パイプ部分の構成を示す斜視図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る吸収式冷凍装置の蒸発器における伝熱プレートおよび冷媒散布装置部分の構成を示す一部切欠斜視図である。 同冷凍装置の蒸発器における伝熱プレートおよび冷媒散布装置部分の定常運転時の冷媒散布状態を示す断面図である。 同冷凍装置の蒸発器における冷媒散布装置の冷媒供給管および冷媒流出パイプ部分の接続を示す斜視図である。

符号の説明

１は発生器、２は溶液熱交換器、３は凝縮器、４は蒸発器、４ａは蒸発器４の伝熱プレート部、４ｂは蒸発器４の冷媒散布装置、５は吸収器、６は蒸発室および吸収室を一体に形成するケーシング、７は溶液ポンプ、１１は希溶液配管、１２は冷媒蒸気配管、１３は濃溶液配管、１４は冷媒供給管、１４ａは冷媒流出パイプ、１４ｂは冷媒流出孔、２０はフラッシュカバー、２０ａはフラッシュカバー２０の周壁部、４１は伝熱プレート、４２は冷媒タンク、４２ａは冷媒留り、４３は冷媒散布孔である。

Claims (4)

1. 吸収希溶液を加熱することにより冷媒蒸気および吸収濃溶液を生成する発生器と、該発生器から供給される冷媒蒸気を凝縮して冷媒液化する凝縮器と、該凝縮器より供給される冷媒液を伝熱プレート面上に散布して蒸発させる蒸発器と、上記発生器から供給される吸収濃溶液に対して上記蒸発器で蒸発させた冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気を吸収した吸収希溶液を上記発生器に供給する溶液ポンプとを備え、上記蒸発器の伝熱プレート面上に凝縮器からの冷媒液を散布することにより、冷媒を循環させることなく一過性で冷媒を蒸発させるようにしてなる吸収式冷凍装置であって、上記凝縮器からの冷媒供給管を、上記蒸発器の上部において上記蒸発器の伝熱プレート面上に冷媒を散布する冷媒散布装置内冷媒溜まりの冷媒中に浸漬し、同冷媒溜まりの冷媒で新たに流入する冷媒を冷却することにより、流入冷媒の温度と蒸発器の飽和蒸気温度との差を小さくするようにしたことを特徴とする吸収式冷凍装置。
2. 冷媒散布装置内冷媒溜まりの上部に、冷媒供給管の冷媒流出口部の上方を覆うフラッシュカバーを設置し、該フラッシュカバー内に新たに流入する冷媒によるフラッシュ空間を形成したことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍装置。
3. 冷媒供給管の冷媒流出口部は、フラッシュ空間下方の冷媒留り内の冷媒中に位置して開口せしめられていることを特徴とする請求項２記載の吸収式冷凍装置。
4. 冷媒供給管の冷媒流出口部は冷媒留り上方のフラッシュ空間中に位置して開口されており、フラッシュ空間内で新たに流入する冷媒を空気冷却した後に冷媒留り部に供給するようにしたことを特徴とする請求項２記載の吸収式冷凍装置。

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