JP2000179975A - 多段蒸発吸収型の吸収冷温水機及びそれを備えた大温度差空調システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】多段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、上部
の蒸発吸収器から下部の蒸発吸収器の伝熱管に均一に冷
媒を滴下する。 【解決手段】吸収冷温水機は、高温再生器１で発生した
冷媒蒸気を低温再生器２に導き、次いでこの冷媒を凝縮
器３に導く。凝縮器で凝縮した液冷媒は、蒸発器４に導
かれ、吸収器５へ流入して吸収液に吸収される。蒸発器
及び吸収器は一体の容器で構成され、その上下方向に隔
壁４５により２分割されている。隔壁には、底部に冷媒
滴下孔が多数形成された箱状の凹みがあり、それぞれ冷
媒再分配器４６及び溶液再分配器５６をなす。この凹み
の深さを１０〜１００ｍｍに定める。凝縮器からの冷媒
を下部の蒸発器４ｂに導き、下部の蒸発器に溜まった冷
媒を冷媒ポンプ４１で上部蒸発器４ａに戻す。冷媒は、
下部蒸発器から、上部蒸発器、冷媒再分配器、冷媒滴下
孔、下部蒸発器の順に流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷温水機及び
それを用いた大温度差空調システムに係り、特にビル空
調や地域冷暖房システムに好適な多段蒸発吸収型の吸収
冷温水機及びそれを用いた大温度差空調システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍機は、フロン系の冷媒を使用
しないこと、電力使用量が僅かであること等の理由か
ら、ビル空調や地域冷暖房システムの熱源機として広く
用いられている。そして、暖房機能も有する吸収冷温水
機は、空調用熱源機として広く普及している。この吸収
式冷凍機や吸収冷温水機のさらなる効率向上を図って、
蒸発器と吸収器を複数組備えた、いわゆる、多段蒸発吸
収型の吸収冷温水機があり、その一例が、特開平２−７
８８６６号公報に記載されている。この公報に記載の収
式冷凍機では、蒸発器、吸収器、凝縮器及び再生器がそ
れぞれ第１および第２の要素に２分割されている。そし
て、冷水を温度の高い第２の蒸発器、第１の蒸発器の順
に通水している。

【０００３】２段蒸発吸収型の吸収冷凍機で、上部熱交
換器側と下部熱交換器側との差圧を適正に保ち、下部熱
交換器の伝熱管に均等に液体を滴下させ、能力を向上さ
せるために隔壁と液封トレーを改良したものが特開平９
−１４７９２号に開示されている。

【０００４】ところで、吸収冷温水機を用いた空調シス
テムにおいて、冷温水機と空調負荷系統を循環する冷水
の最大温度差を従来の５Ｋ〜５．５Ｋよりさらに大きく
し、冷水の循環量を小さくする大温度差空調システムが
ある。この大温度差空調システムの例が、「産業機械」
１９９７年１０月号 第３２頁〜３５頁、特にその表１
に記載されている。この大温度差空調システムは、冷水
の搬送動力の低減や配管サイズの小型化を可能にする利
点や、既設の空調システムを利用したときに、冷水ポン
プおよび配管サイズを変更しなくても冷暖房の容量を増
大させることができる利点を有している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
２−７８８６６号公報に記載の多段蒸発吸収型の吸収冷
凍機では、冷水温度の低い第１の蒸発器に凝縮器から４
０℃程度の冷媒液が流入するので自己蒸発が生じ、蒸発
器内の圧力が上昇する。その結果、特に蒸発温度および
圧力が低い第１の蒸発器において冷水の冷却が不十分に
なる。また、自己蒸発に伴って微細なミストが発生し、
その一部が蒸発器から吸収器への冷媒蒸気の流れに伴っ
て吸収器に流入するので、冷凍能力に寄与しない無効冷
媒を生じる恐れがある。

【０００６】また、特開平９-１４７９２号公報に記載
のものは、性能の向上は可能なものの、構造が複雑であ
る。そして、この公報に記載のものでは、上部熱交換器
側の圧力と下部熱交換器側との圧力との差圧を適正に保
てるものの、下部熱交換器側の伝熱管に冷媒を均一に滴
下させるための適正ヘッドについては、考慮されていな
い。

【０００７】一方、「産業機械」１９９７年１０月号に
記載のものは、冷却水の出口温度を上げても凝縮器の圧
力が上昇しないようにして、冷水の温度と冷却水の温度
を大温度差にし、その結果、搬送動力を低減できるとい
う利点を有している。しかしながら、蒸発器を単一の空
間で構成して一様な圧力下で動作させているので、冷水
低温部において蒸発温度と冷水温度の差が小さくなり、
伝熱面積が必ずしも十分に活用されているわけではな
い。

【０００８】本発明は、上記従来技術における不具合に
鑑みなされたものであり、その目的は上下方向に分割さ
れた多段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、下段の蒸
発吸収器へ冷媒を均一に滴下することにある。本発明の
他の目的は、多段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、
構造を簡単化し、安価にすることにある。本発明のさら
に他の目的は多段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、
信頼性を向上させることにある。

【０００９】また、本発明の目的は、多段蒸発吸収型の
吸収冷温水機を備える大温度差空調システムにおいて、
冷水の温度差が大きいときにも、蒸発器の性能低下を抑
制することにある。さらに、大温度差空調システムにお
いて、エネルギー効率を向上させることも目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の特徴は、隔壁により上下方向に多段に
形成された蒸発器および吸収器と、凝縮器と、再生器と
を備えた多段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、前記
多段の蒸発器と多段の吸収器は前記隔壁により各々蒸発
器と吸収器の対を形成し、この隔壁に冷媒を収容する冷
媒再分配器を形成し、この冷媒再分配器の深さを１０〜
１００ｍｍとしたものである。

【００１１】そして好ましくは、多段に形成された蒸発
器段の中で最も高圧の段に前記凝縮器から液冷媒を導
き、前記冷媒再分配器の底部に設けた多数の冷媒滴下孔
を経て上部に形成された蒸発器段から下部に形成された
蒸発器段へ、上部の蒸発器段で液のまま滞留した冷媒を
導いたものである。

【００１２】また好ましくは、多段に形成された蒸発器
の中で空調負荷系から還流する冷水が最初に流入する蒸
発器段に、凝縮器から冷媒を導く；多段に形成された吸
収器の中で稀溶液を再生器へ送液する溶液循環ポンプが
接続された吸収器段と対をなす蒸発器段に、凝縮器から
冷媒を導くものである。

【００１３】上記目的を達成するための本発明の第２の
特徴は、隔壁により上下方向に多段に形成された蒸発器
および吸収器と、凝縮器と、再生器とを備えた多段蒸発
吸収型の吸収冷温水機において、前記多段の蒸発器と多
段の吸収器は前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の対を
形成し、この隔壁にこの隔壁の上側の蒸発器内で未蒸発
の冷媒を収容する冷媒再分配器と、この隔壁の上側の吸
収器内の溶液を収容する溶液再分配器とを形成し、この
冷媒再分配器及び溶液再分配器の深さを１０〜１００ｍ
ｍとしたものである。

【００１４】そして好ましくは、多段に形成された各段
の吸収器が、流下液膜式の吸収器段である；冷媒再分配
器は隔壁に形成された箱状の窪みであり、この窪みの底
面には、この冷媒再分配器の下に位置する蒸発器段の複
数の伝熱管位置に対応して多数の液体滴下孔が形成され
ている；溶液再分配器は隔壁に形成された箱状の窪みで
あり、この窪みの底面には、この溶液再分配器の下に位
置する吸収器段の複数の伝熱管位置に対応して多数の液
体滴下孔が形成されている；多段に形成された蒸発器段
の中で被冷却流体が最後に流通する蒸発器と対をなす吸
収器段が、再生器から還流する溶液が最初に導かれる吸
収器段であり、この吸収器段に導かれる溶液と冷却水と
を熱交換する溶液冷却用熱交換器を設けたものである。

【００１５】上記目的を達成するための第３の特徴は、
蒸発器と吸収器を内包する容器を、それぞれが蒸発器の
一部と吸収器の一部を含む複数の空間に分割することに
より複数の蒸発器および吸収器を形成し、運転時に前記
の各空間がそれぞれ異なる圧力で作動するように構成し
た多段蒸発吸収型吸収冷温水機において、冷却水をまず
前記複数の吸収器のうちの一部に通水し、次に一旦凝縮
器に通水し、さらに前記複数の吸収器のうちの残りの部
分に順次通水するように冷却水流路を構成したものであ
る。

【００１６】上記目的を達成するための本発明の第４の
特徴は、熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き温度と
戻り温度との温度差が、定格運転状態において５Ｋより
も大きい大温度差空調システムであって、隔壁により上
下方向に多段に形成された蒸発器および吸収器と、凝縮
器と、再生器とを有する多段蒸発吸収型の吸収冷温水機
を備え、この吸収冷温水機は、前記多段の蒸発器と多段
の吸収器が前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の対を形
成し、この隔壁に冷媒を収容する冷媒再分配器が形成さ
れ、この冷媒再分配器の深さが１０〜１００ｍｍとした
ものである。

【００１７】上記目的を達成するための本発明の第５の
特徴は、熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き温度と
戻り温度との温度差が、定格運転状態において５Ｋより
も大きい大温度差空調システムであって、隔壁により上
下方向に多段に形成された蒸発器および吸収器と、凝縮
器と、再生器とを有する多段蒸発吸収型の吸収冷温水機
を備え、前記多段の蒸発器と多段の吸収器は前記隔壁に
より各々蒸発器と吸収器の対を形成し、この隔壁にこの
隔壁の上側の蒸発器内で未蒸発の冷媒を収容する冷媒再
分配器と、この隔壁の上側の吸収器内の溶液を収容する
溶液再分配器とを形成し、この冷媒再分配器及び溶液再
分配器の深さを１０〜１００ｍｍとしたものである。

【００１８】上記目的を達成するための本発明の第６の
特徴は、熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き温度と
戻り温度との温度差が、定格運転状態において５Ｋより
も大きい大温度差空調システムにおいて、隔壁により上
下方向に多段に形成した蒸発器および吸収器と、凝縮器
と、再生器とを有し、前記多段の蒸発器と多段の吸収器
が前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の対を形成した吸
収冷温水機を前記熱源機系の熱源機に用いたものであ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明のいくつかの実施例
を図面を用いて説明する。図1ないし図５は、本発明の
第１の実施例にかかる図である。これらの図において、
多段蒸発吸収型の吸収冷温水機は２段蒸発吸収型にして
いるが、段数はそれに限るものではない。図1は、２段
蒸発吸収型の吸収冷温水機の模式図である。２段蒸発吸
収型の吸収冷温水機は、高温再生器１、低温再生器２、
凝縮器３、蒸発器４、吸収器５、低温熱交換器６、高温
熱交換器７の各熱交換器とこれらを結ぶ配管、および冷
媒ポンプ４１、稀溶液ポンプ５１、濃溶液ポンプ６１を
備えている。

【００２０】蒸発器４および吸収器５は、それぞれ第１
蒸発器４ａと第２蒸発器４ｂ、第１吸収器５ａと第２吸
収器５ｂの２段に分割されている。第１蒸発器４ａと第
１吸収器５ａの部分は、第２蒸発器４ｂと第２吸収器４
ｂの部分と、隔壁４５によって分割されている。またこ
の隔壁４５には、第１蒸発器の蒸発伝熱管４４ａ上を流
下した冷媒液を第２蒸発器内の蒸発伝熱管４４ｂ上に再
分配する冷媒再分配器４６、及び第１吸収器の吸収伝熱
管５４ａ上を流下した溶液を第２吸収器内の吸収伝熱管
５４ｂ上に再分配する溶液再分配器５６が設けられてい
る。

【００２１】このように構成した多段蒸発吸収型の吸収
冷温水機の動作を、以下に説明する。吸収器５から高温
再生器１に、稀溶液ポンプ５１により稀溶液が低温熱交
換器６および高温熱交換器７を経て送られる。高温再生
器１に取付けられた図示しないバーナー等の加熱手段が
この稀溶液を加熱濃縮し、濃溶液ができる。この濃溶液
は、高温熱交換器７において吸収器５から送られた稀溶
液と熱交換した後に、低温再生器２で加熱濃縮された濃
溶液と、高温熱交換器７を出た後に合流する。一方、稀
溶液が加熱濃縮される際に発生した高温の冷媒蒸気は低
温再生器２に導かれて、後述する低温再生器２における
溶液の加熱源となる。

【００２２】低温再生器２には、高温再生器１と同様
に、稀溶液が吸収器５から稀溶液ポンプ５１により低温
熱交換器６を経て送られる。この稀溶液を高温再生器１
で発生した高温の冷媒蒸気が加熱濃縮して、濃溶液がで
きる。低温再生器２から流出して濃縮された溶液は、高
温再生器１で加熱濃縮され高温熱交換器７で冷却された
濃溶液と合流する。合流した濃溶液は、低温熱交換器６
で稀溶液と熱交換して温度を下げた後に、濃溶液ポンプ
６１の吸込側に導かれる。一方、稀溶液が加熱濃縮され
る際に発生した冷媒蒸気は、低温再生器２に連接する凝
縮器３で凝縮する。高温再生器１で発生して低温再生器
２に導かれた冷媒蒸気は、低温再生器２内で溶液を加熱
して凝縮した後に凝縮器３に流入する。

【００２３】凝縮器３では、低温再生器２で発生した冷
媒蒸気が冷却水によって冷却されて凝縮する。さらにこ
の冷媒液に、高温再生器１で発生して低温再生器２内で
凝縮した冷媒液が合流する。この合流した冷媒液は、冷
媒配管３１によって蒸発器４へと導かれる。

【００２４】蒸発器４では、凝縮器３から流入した冷媒
液が、第２蒸発器４ｂに導かれる。このとき、冷媒液の
温度は凝縮器３における凝縮温度の約４０℃となる。流
入する冷媒液は第２蒸発器４ｂ内の蒸発温度に対して過
熱状態であるから、一部自己蒸発し、その残りが底部に
滞留する。

【００２５】第２蒸発器４ｂは冷水の流れの上流（高
温）側にあるから、第２蒸発器の冷水出口温度は、ほぼ
冷温水機全体の中間温度となる。冷水の温度差を通常の
５Ｋ（１２℃→７℃）とすると、約９．５℃となる。し
たがって、蒸発温度に対するアプローチ温度を３Ｋとす
ると、第２蒸発器４ｂにおける蒸発温度は約６．５℃と
なる。これより、凝縮器３から流入する冷媒液が過熱状
態であることがわかる。

【００２６】蒸発器４の底部に滞留した冷媒液は、第２
蒸発器４ｂの伝熱管群４４ｂ上で蒸発しきれずに流下し
た冷媒液と合流して、冷媒ポンプ４１により冷媒吐出配
管４２を通って第１蒸発器４ａ内に設けられた冷媒分配
装置４３へ導かれる。

【００２７】第１蒸発器４ａでは、冷媒液が冷媒分配器
４３から蒸発伝熱管４４ａの表面に供給される。これに
より、管外に流下液膜が形成され、冷媒液は管内を流れ
る冷水から熱を奪って蒸発する。管外で蒸発した冷媒蒸
気は、第１吸収器５ａに吸収され、蒸発しきれずに残っ
た冷媒は隔壁４５に設置された冷媒再分配器４６へ流下
する。このとき、伝熱管を固定した蒸発器の内壁あるい
は管軸方向途中に設けられた伝熱管支持板に、伝熱管群
上を流下する過程で移動した冷媒や、管群上から飛散し
て蒸発器の内壁に付着して蒸発せずに流下した冷媒も、
冷媒再分配器４６へ流下する。

【００２８】第２蒸発器４ｂでは、冷媒が冷媒再分配器
４６から蒸発伝熱管４４ｂの表面に供給され、第１蒸発
器と同様に蒸発伝熱管４４ｂの管外で蒸発する。蒸発し
た冷媒蒸気は、第２吸収器５ｂに吸収される。蒸発せず
に流下した冷媒は、凝縮器３から流入した冷媒とともに
再び第１蒸発器内に送られる。冷水は、第２蒸発器で冷
却された後に第１蒸発器で冷却され、冷房負荷系へ導か
れる。したがって、伝熱管内を流れる冷水の温度は、上
流側にある第２蒸発器４ｂの方が高い。管外における冷
媒の蒸発温度も第２蒸発器４ｂの方が高い。すなわち、
第２蒸発器４ｂは、第１蒸発器４ａに対して高い圧力で
作動する。冷房負荷系を通過して温度が上昇した冷水
は、再び第２蒸発器４ｂへ還流する。

【００２９】低温熱交換器６で稀溶液と熱交換して温度
を下げた濃溶液は、濃溶液ポンプ６１によって昇圧され
た後にまず第１吸収器５ａに導かれ、溶液分配器５３か
ら吸収伝熱管５４ａの表面に供給される。吸収伝熱管５
４ａの表面では、第１蒸発器４ａで蒸発した冷媒蒸気
が、溶液の流下液膜に吸収される。このとき発生する吸
収熱は、伝熱管内を流れる冷却水により除去される。し
たがって、溶液の吸収能力が維持され、ひいては冷媒蒸
気の吸収が促進される。

【００３０】第１吸収器５ａで冷媒蒸気を吸収した溶液
は、吸収伝熱管５４ａの下方に設けられた溶液再分配器
５６に流下する。この溶液再分配器５６は、冷媒再分配
器４６と同様に隔壁４５に設けられている。溶液再分配
器５６に流下した溶液と冷媒再分配器４６に流下した冷
媒とは混合しないよう、別個に設けられている。

【００３１】伝熱管５４ａを固定する吸収器５の内壁あ
るいは管軸方向途中に設けられた伝熱管支持板に、伝熱
管群上を流下する過程で移動した溶液や、管群上から飛
散して吸収器５の内壁に付着したのちに流下した溶液も
溶液再分配器５６に流下する。これらの溶液は、伝熱管
群上を流下して冷媒を吸収した溶液に再び合流する。

【００３２】第２吸収器５ｂでは、溶液が溶液再分配器
５６から吸収伝熱管５４ｂの表面に供給される。この溶
液は、第１吸収器５ａの場合と同様、吸収伝熱管５４ｂ
の管外に流下液膜を形成し、第２蒸発器４ｂで蒸発した
冷媒蒸気を吸収する。このとき発生する吸収熱も、第１
吸収器と同様に、伝熱管内を流れる冷却水によって除去
される。これにより、溶液の吸収能力が維持され、冷媒
蒸気の吸収が促進される。冷媒蒸気を吸収した溶液は、
吸収器５の底部に付設された稀溶液ポンプ５１により、
低温熱交換器６に送られて吸収器に流入する濃溶液と熱
交換する。その後、一部は高温熱交換器７を経て高温再
生器１に送られ、残りは低温再生器２に送られる。

【００３３】冷却水は、図示しない冷却塔などの冷却手
段から、第２吸収器５ｂの吸収伝熱管５４ｂの管内に送
られて溶液を冷却する。その後、第１吸収器５ａに導か
れて同様に溶液を冷却する。さらに、凝縮器３に導かれ
て低温再生器２で発生した冷媒蒸気を冷却して凝縮さ
せ、冷却手段に戻される。

【００３４】吸収冷温水機内では、腐食抑制剤の反応等
により、不凝縮ガスが発生することがある。この不凝縮
ガスは、冷温水機内で最も圧力が低い吸収器に滞留する
傾向がある。不凝縮ガスが吸収器に滞留すると、冷媒蒸
気の吸収を妨げ、冷温水機の性能低下をもたらす。その
ため、この不凝縮ガスを速やかに機外へ排出して、性能
低下を防止する必要がある。本実施例によれば、冷温水
機内の不凝縮ガス排出手段を備えているので、この不具
合を解消できる。この詳細を、以下に説明する。

【００３５】図２は、不凝縮ガス排出機構の系統図であ
る。吸収器５に滞留している不凝縮ガスは、稀溶液ポン
プ５１に吸引される溶液に伴って高温再生器１および低
温再生器２に送られた後、凝縮器３に集まる。集まった
不凝縮ガスは、抽気吸込み配管８０を介して抽気エジェ
クタ８１で吸引される。稀溶液ポンプ５１から吐出され
る溶液の一部がエジェクタ駆動配管８２を介して導か
れ、抽気エジェクタ８１の駆動源となる。抽気エジェク
タ８１により凝縮器３から吸引された不凝縮ガスは、抽
気エジェクタ８１を駆動した溶液とともに抽気エジェク
タ吐出配管８３を通って気液分離器８４に導かれる。気
液分離された溶液は第２吸収器５ｂ内に導かれ、一方、
不凝縮ガスは抽気タンク８５に集まる。

【００３６】凝縮器３に集まった不凝縮ガスの一部は、
冷媒液に伴って蒸発器に移動し、冷媒配管３１が接続さ
れた第２蒸発器４ｂから冷媒蒸気の流れとともに第２吸
収器５ｂに移動する。第２吸収器５ｂには稀溶液ポンプ
５１が接続されているので、不凝縮ガスは再び各再生器
１、２を経由して凝縮器３に集まる。

【００３７】次に、本実施例に用いる多段蒸発吸収器の
詳細を、図３及び図４を用いて説明する。蒸発器４およ
び吸収器５を隔壁４５が複数段、本実施例においては２
段に分割している。この隔壁には、冷媒再分配器４６、
溶液再分配器４７及び吸収器４への冷媒の流入と蒸発器
への溶液の流入を防止する溢流防止板４８が設けられて
いる。図３に、隔壁４５の斜視図を示す。

【００３８】冷媒再分配器４６は、隔壁４５の蒸発器４
に対応する部分に箱状の窪みとして形成されている。そ
して、多数の冷媒滴下孔４７が伝熱管軸方向に沿って複
数の列をなしている。同様に、溶液再分配器５６は、隔
壁４５の吸収器に対応する部分に箱状の窪みとして形成
され、多数の溶液滴下孔５７が伝熱管軸方向に沿って複
数の列をなしている。

【００３９】図４に、冷媒再分配器４６に多数設けられ
た冷媒滴下孔４７の各列と、その下部の第２蒸発器４ｂ
内の蒸発伝熱管４４ｂの各列の位置関係を示す。冷媒滴
下孔４７は、蒸発伝熱管４４ｂの列数と同数列設けられ
ている。そして、蒸発伝熱管４４ｂの各列の中心軸の真
上に、冷媒滴下孔４７の各列の中心軸が位置している。
冷媒再分配器４６の深さは、Ｈである。本実施例では、
この深さＨを５０ｍｍである。

【００４０】以上説明したように、本実施例では、蒸発
器と吸収器との対からなる蒸発吸収器を複数備えた吸収
冷温水機において、凝縮器から蒸発器に流入する冷媒
を、空調負荷系から還流する冷水が最初に流入する第２
蒸発器４ｂを含む第２蒸発吸収器に導いている。これに
より、冷媒をこの第２蒸発吸収器内で自己蒸発させ、冷
水を低温に冷却する第１蒸発器４ａ内の冷媒蒸気の圧力
を低く保つことができる。そして、第１蒸発器４ａ内の
蒸発温度を低く保ち、冷水の出口温度を低い温度で安定
させるとともに、蒸発温度と冷水の温度差を確保でき
る。これにより、伝熱面積を削減でき、蒸発器を小型化
できる。

【００４１】ところで本実施例においては、凝縮器の冷
媒を、複数ある蒸発器の中で最も高い圧力で作動する第
２蒸発器に導いている。凝縮器から流入する冷媒の全流
量に対する自己蒸発量の割合は、流入する蒸発器内の圧
力により異なる。表１に、第１蒸発器と第２蒸発器の冷
水出口温度、蒸発温度、およびこの蒸発温度に対応する
凝縮器から流入する冷媒の自己蒸発率の比較を示す。

【００４２】

【表１】

【００４３】ここで、第２蒸発器については、冷水の温
度差を標準の５Ｋとしたものの他に、大温度差空調シス
テムを想定して冷水の温度差を８Ｋとしたものも併記し
ている。この表１において、第２蒸発器の冷水出口温度
は、冷温水機全体の冷水の入口温度と出口温度の中央値
である。また、蒸発温度は、すべて冷水出口温度からの
アプローチ温度を３Ｋとして定めた。冷媒自己蒸発率
は、凝縮器から流入する冷媒の一部が蒸発して、蒸発温
度と等しくなるまで潜熱冷却されるときの蒸発量として
求めた。

【００４４】表１から、冷媒自己蒸発率は、蒸発温度が
高い、したがって高い圧力で作動する蒸発器ほど低いこ
とがわかる。冷媒の自己蒸発は、蒸発器内を低圧に維持
することの妨げになるばかりでなく、冷媒ミストの発生
を誘発する。この冷媒ミストの一部は、冷房能力に寄与
しない無効冷媒として蒸発器から吸収器への冷媒蒸気の
流れによって吸収器に運ばれ、冷温水機の性能を低下さ
せる一因となる。

【００４５】これに対して本実施例においては、凝縮器
からの冷媒を、第１蒸発器に比べて高い蒸発温度および
蒸発圧力で動作する第２蒸発器に導いているので、自己
蒸発に伴って生じる冷媒ミストの発生が少ない。これに
より、冷媒ミストが無効冷媒化して性能を低下させるの
を減少できる。

【００４６】また、本実施例によれば、凝縮器３から蒸
発器４に冷媒を導く冷媒配管３１を、稀溶液ポンプ５１
を接続した第２吸収器５ｂに連通している第２蒸発器４
ｂに接続しているので、凝縮器から冷媒液に随伴して蒸
発器４内に流入した不凝縮ガスを、吸収器５から速やか
に除去できる。

【００４７】ところで、吸収冷温水機の蒸発器では、冷
水流路内の空気を容易に取り除けるように、冷水を下部
の伝熱管から上部に向かって通水する方法が一般的であ
る。本実施例においても、凝縮器３から冷媒が流入する
第２蒸発器は最下段となっている。このため、上段の第
１蒸発器４ａには別途冷媒を送る手段が必要となる。そ
こで、蒸発器４および吸収器５を構成する容器を、第１
蒸発器４ａおよび第１吸収器５ａからなる部分と、第２
蒸発器４ｂおよび第２吸収器５ｂからなる部分とに、上
下方向に分割している。それとともに、最下段の第２蒸
発器４ｂの底部に、冷媒ポンプ４１を設けている。

【００４８】凝縮器から蒸発器に導かれた冷媒の中で、
自己蒸発せずに底部に流下した大部分の冷媒液は、この
冷媒ポンプから第１蒸発器の伝熱管群上に供給される。
そして、この伝熱管群で蒸発せずに流下した冷媒は、重
力によって第２蒸発器の伝熱管群上に供給される。

【００４９】さらに、吸収器も蒸発器と同様に上下方向
に分割されているので、稀溶液ポンプもまた最下段の第
２吸収器の底部に１台のみ設置している。したがって、
本実施例では蒸発器への冷媒供給個所を下部に設けたに
もかかわらず、２つの蒸発吸収器の各々に冷媒を供給で
きる。これにより、冷媒ポンプ及び稀溶液ポンプの台数
を削減できる。

【００５０】また、隔壁に冷媒再分配器を箱状の窪みと
して設けたので，管板、伝熱管の支持板および蒸発器の
内壁などの垂直面上に移動して流下する冷媒や、液滴と
なってエリミネータに捕捉された冷媒を、この冷媒再分
配器に集めることが出来る。そして、蒸発伝熱管群上を
流下した冷媒も、この冷媒再分配器に集めることができ
る。この冷媒再分配器に集められた冷媒は、冷媒再分配
器の底部に形成された穴から再び第２蒸発器内の伝熱管
の表面に供給される。これにより、蒸発器全体では、下
部に位置する第２蒸発器４ｂにおいても、伝熱管群上を
流下する冷媒流量の減少要因は冷媒自身の蒸発だけとな
る。したがって、伝熱管表面の濡れ面積すなわち気液界
面の減少と、それに伴う伝熱性能の低下を抑制できる。

【００５１】同様に吸収器５においても、隔壁４５に溶
液再分配器５６を設けているので、吸収伝熱管５４ａの
表面から、管板、伝熱管の支持板、吸収器５の内壁など
の垂直面上に移動して流下する溶液や、液滴となってエ
リミネータ５０に捕捉された溶液が、第１吸収器５ａ内
の溶液再分配器５６に導かれる。この溶液再分配器に導
かれた溶液は、吸収伝熱管群上を流下した冷媒ととも
に、再び第２吸収器５ｂ内の伝熱管５４ｂの表面に供給
される。したがって、吸収器５全体の下部に位置する第
２吸収器５ｂにおいても吸収伝熱管群上を流下する溶液
流量が減少せず、これに伴う伝熱性能の低下を生じな
い。

【００５２】さらに、第１吸収器内で管板や伝熱管の支
持板および吸収器５の内壁などの垂直面上に移動して流
下した溶液や、液滴となってエリミネータ５０に捕捉さ
れた溶液は、冷却水で冷却されていないので、冷媒蒸気
の吸収割合が低い。そのため、伝熱管群上において冷媒
蒸気を吸収しながら流下した溶液に比べて、濃度が高
い。したがって、本実施例においては、濃度が高い溶液
を伝熱管群上から流下した溶液に合流させるので、第２
吸収器５ｂに供給される溶液濃度が濃くなり、第２吸収
器の５ｂ吸収能力が向上する。

【００５３】また本実施例によれば、第１吸収器５ａの
伝熱管群上から逸れた濃度の濃い溶液が、直接吸収器５
の下部に流入することを防止できる。そのため、稀溶液
ポンプ５１により各再生器に送られる稀溶液濃度が低下
して濃溶液との濃度差が大きくなる。この結果、溶液循
環量が少なくてすみ、配管サイズや稀溶液ポンプ、濃溶
液ポンプの容量を小型化できる。

【００５４】なお、上記実施例においては、冷媒再分配
器４６および溶液再分配器５６の深さを５０ｍｍとして
いる。その結果、冷媒および溶液を、これら再分配器の
滴下孔の真下にそれぞれ位置する第２蒸発器４ｂおよび
第２吸収器５ｂ伝熱管群上に、確実に供給する液ヘッド
を確保することができる。この理由について図５を用い
てさらに説明する。

【００５５】図５は、図３および図４に示した隔壁４５
を模擬して、冷媒再分配器４６および溶液再分配器５６
の適正な深さを、本発明者らが実験的に求めた結果を示
すグラフである。実験は、箱状の窪みを有するトレー形
状の液体分配器を用い、供試液体には水を使用した。そ
して、水の流量を変化させながらトレー内の水深および
各滴下孔からの滴下状態を観察した。滴下孔の数は、８
個、１２個および１６個の３種類である。

【００５６】図５の横軸は、トレーに供給される水の流
量を表しており、縦軸はトレー内の水深と適正滴下率を
表す。ここで、適正滴下率を、供試液体が滴下孔から真
下に供給されている滴下孔の数を、全滴下孔数で割った
値として定義している。したがって、液体の分配が適正
に行われている状態では、この適性滴下率が１００％と
なる。この状態は、トレー水深が約１０ｍｍを超える
と、ほぼ実現している。すなわち、滴下孔からその真下
に設置された伝熱管に、的確に液体を供給するために
は、少なくとも１０ｍｍのヘッドが必要であることがわ
かった。

【００５７】一方、蒸発器内の冷媒量及び吸収器内の溶
液量には、適正値がある。また、トレーの深さが深くな
ると、蒸発器と吸収器を一体に形成した容器の大きさが
増大する。これらを考慮して、トレー深さの上限を１０
０ｍｍに定める。

【００５８】本実施例では、冷媒再分配器４６および溶
液再分配器５６ともに５０ｍｍの深さがあるので、箱状
の窪みの内部に１０ｍｍ以上のヘッドを確保することが
できる。そして、冷媒および溶液の伝熱管群上への再分
配を的確に行うことができ、伝熱管内を流れる冷水およ
び冷却水との熱交換を良好に保てる。

【００５９】次に、本発明の他の実施例を、図６を用い
て説明する。本実施例は、上述の実施例とは、溶液冷却
熱交換器８を設けて、濃溶液ポンプ６１から吸収器５に
送られる濃溶液を冷却している点が相違している。ここ
で、濃溶液を冷却する冷却源として、吸収器５に送られ
る冷却水の一部を分岐して用いている。そして、溶液冷
却熱交換器８を通過した冷却水を、吸収器５を通過した
後の冷却水に再び合流させている。

【００６０】このように構成した本実施例では、吸収器
５に流入する濃溶液を吸収器入口で冷却しているので、
濃溶液が吸収器に流入する際にサブクール状態となる。
これにより、溶液が吸収器内に供給されたときの自己蒸
発とそれに伴う溶液ミストの発生、さらには蒸発器への
溶液ミストの飛散による性能低下を防止できる。

【００６１】なお本実施例では、冷却源に用いる冷却水
を吸収器入口で分岐し、吸収器出口で合流している。し
かしながら、冷却水を吸収器出口、すなわち凝縮器入口
で分岐し、凝縮器出口で合流してもよいし、吸収器入口
で分岐し、凝縮器出口で合流してもよい。

【００６２】本発明のさらに他の実施例を、図７を用い
て説明する。本実施例は、図１に示した実施例とは、第
２吸収器５ｂを通過した後の冷却水を第１吸収器５ａに
通水しないで凝縮器３に導き、凝縮器３を通水した後に
第１吸収器５ａに導いている点が相違する。

【００６３】本実施例によれば、冷却水を吸収器、凝縮
器、吸収器の順に通水しているので、冷却水の出口温度
を高くすることができ、冷却水の大温度差化が可能にな
る。また、上記各実施例と同様、蒸発器が２段構成とな
っているので、冷水温度が高く蒸発温度および圧力が高
い第２蒸発器４ｂの影響が第１蒸発器４ａに及ばない。
したがって、第１蒸発器４ａ内の圧力および蒸発温度を
低く保って冷水との温度差を確保できる。これにより、
伝熱面積を有効に利用することができるので、単一の蒸
発器とに比べて蒸発伝熱管を削減できる。この効果は、
冷水の温度差が大きい大温度差空調システムにおいて顕
著に現れることは明白である。

【００６４】また表１から、冷水を大温度差とした場合
の第２蒸発器における自己蒸発量は、標準温度差の場合
よりもさらに少なくなることが分かる。したがって、２
段蒸発吸収型としたことによる冷媒ミストの発生量削減
の効果も冷水の大温度差化によって顕著となる。

【００６５】すなわち、以上の各実施例を、冷水の温度
差が大きい大温度差空調システムに用いればその効果が
増大する。特に図７に示した実施例では、冷却水の大温
度差化が可能であるから、冷水と冷却水の両方を大温度
差とした空調システムに好適である。

【００６６】本発明のさらに他の実施例を図８に示す。
これは、大温度差空調システムの例である。大温度差空
調システムは、空調運転時に冷水または温水を生成する
多段蒸発吸収型吸収冷温水機１００、冷房運転時にこの
冷温水機の冷却水を生成する冷却塔１１０、この冷却水
を冷温水機に送る冷却水ポンプ１２０、冷温水機で生成
した冷温水と空気と熱交換する空調機１３０、熱交換し
た空気を室内に送風するファン１３１、熱交換した冷温
水を再び冷温水機１００に送る冷温水ポンプ１４０を備
えている。

【００６７】冷房運転時の冷水と冷却水、および室内と
空調機１３０との間を循環する空気の各要素間における
温度分布を、図８に示す。温度差を従来の５．５Ｋから
７．４Ｋに増大させたことにより、冷却水流量は７５％
に低減される。温度差を従来の５Ｋから８Ｋに増大させ
たことにより、冷水流量は６３％に低減される。その結
果、冷水および冷却水の搬送動力削減と配管サイズの小
型化を実現できる。

【００６８】本実施例では、大温度差空調システムの熱
源機に、冷水を大温度差としても蒸発器の性能低下がな
い多段蒸発吸収型吸収冷温水機を用いているので、空調
システム全体のエネルギー効率が改善される。なお、本
実施例では冷温水機から空調機に送られる冷水の温度を
７℃としているが、これをさらに低温とすればさらに大
温度差化と搬送動力を低減できる。例えば、冷水温度を
５℃とすると、空調機から冷温水機に還流する冷水との
温度差は１０Ｋとなり、従来の温度差５Ｋとした場合に
比べて冷水流量を５０％低減できる。その結果、より一
層の搬送動力の低減と、配管サイズおよび冷水ポンプの
小型化による設置コストの削減が可能になる。

【００６９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、多
段蒸発吸収型の吸収冷温水機において、吸収器内に滴下
する溶液の自己蒸発を防止できるので、吸収器を小型化
できる。また本発明によれば、冷水の大温度差化によ
り、搬送動力を低減した低コストな大温度差空調システ
ムが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多段蒸発吸収型の吸収冷温水機の
一実施例の系統図である。

【図２】図１に示した吸収冷温水機の不凝縮ガスを排出
する部分の詳細図である。

【図３】図１に示した吸収冷温水機の冷媒再分配器部の
斜視図である。

【図４】図１に示した吸収冷温水機の冷媒再分配器を説
明するための図である。

【図５】図１に示した吸収冷温水機の再分配部における
滴下状況を説明する図である。

【図６】本発明に係る多段蒸発吸収型の吸収冷温水機の
他の実施例の系統図である。

【図７】本発明に係る多段蒸発吸収型の吸収冷温水機の
さらに他の実施例の系統図である。

【図８】本発明に係る大温度差空調システムの一実施例
の系統図である。

【符号の説明】

１…高温再生器、２…低温再生器、３…凝縮器、４…蒸
発器、５…吸収器、６…低温熱交換器、７…高温熱交換
器、３１…冷媒配管、４ａ…第１蒸発器、４ｂ…第２蒸
発器、４１…冷媒ポンプ、４２…冷媒吐出配管、４３…
冷媒分配器、４４ａ、４４ｂ…蒸発伝熱管、４５…隔
壁、４６…冷媒再分配器、５０…エリミネータ、５ａ…
第１吸収器、５ｂ…第２吸収器、５１…稀溶液ポンプ、
５３…溶液分配器、５４ａ、５４ｂ…吸収伝熱管、５６
…溶液再分配器、６１…濃溶液ポンプ、１００…多段蒸
発吸収型吸収冷温水機、１１０…冷却塔、１２０…冷却
水ポンプ、１３０…空調機、１３１…ファン、１４０…
冷水ポンプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 富久 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 三宅 聡 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 Ｆターム(参考） 3L093 AA01 BB11 BB12 BB13 BB22 BB29 BB31 BB32 MM02

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】隔壁により上下方向に多段に形成された蒸
   発器および吸収器と、凝縮器と、再生器とを備えた多段
   蒸発吸収型の吸収冷温水機において、前記多段の蒸発器
   と多段の吸収器は前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の
   対を形成し、この隔壁に冷媒を収容する冷媒再分配器を
   形成し、この冷媒再分配器の深さを１０〜１００ｍｍと
   したことを特徴とする多段蒸発吸収型の吸収冷温水機。
2. 【請求項２】前記多段に形成された蒸発器段の中で最も
   高圧の段に前記凝縮器から液冷媒を導き、前記冷媒再分
   配器の底部に設けた多数の冷媒滴下孔を経て上部に形成
   された蒸発器段から下部に形成された蒸発器段へ、上部
   の蒸発器段で液のまま滞留した冷媒を導くことを特徴と
   する請求項１に記載の多段蒸発型の吸収冷温水機。
3. 【請求項３】前記多段に形成された蒸発器の中で空調負
   荷系から還流する冷水が最初に流入する蒸発器段に、前
   記凝縮器から冷媒を導くことを特徴とする請求項１に記
   載の多段蒸発吸収型の吸収冷温水機。
4. 【請求項４】前記多段に形成された吸収器の中で稀溶液
   を前記再生器へ送液する溶液循環ポンプが接続された吸
   収器段と対をなす蒸発器段に、前記凝縮器から冷媒を導
   くことを特徴とする請求項１に記載の多段蒸発吸収型の
   吸収冷温水機。
5. 【請求項５】隔壁により上下方向に多段に形成された蒸
   発器および吸収器と、凝縮器と、再生器とを備えた多段
   蒸発吸収型の吸収冷温水機において、前記多段の蒸発器
   と多段の吸収器は前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の
   対を形成し、この隔壁にこの隔壁の上側の蒸発器内で未
   蒸発の冷媒を収容する冷媒再分配器と、この隔壁の上側
   の吸収器内の溶液を収容する溶液再分配器とを形成し、
   この冷媒再分配器及び溶液再分配器の深さを１０〜１０
   ０ｍｍとしたことを特徴とする多段蒸発吸収型の吸収冷
   温水機。
6. 【請求項６】前記多段に形成された各段の吸収器が、流
   下液膜式の吸収器段であることを特徴とする請求項５に
   記載の多段蒸発吸収型の吸収冷温水機。
7. 【請求項７】前記冷媒再分配器は隔壁に形成された箱状
   の窪みであり、この窪みの底面には、この冷媒再分配器
   の下に位置する蒸発器段の複数の伝熱管位置に対応して
   多数の液体滴下孔が形成されていることを特徴とする請
   求項５に記載の多段蒸発吸収型の吸収冷温水機。
8. 【請求項８】前記溶液再分配器は隔壁に形成された箱状
   の窪みであり、この窪みの底面には、この溶液再分配器
   の下に位置する吸収器段の複数の伝熱管位置に対応して
   多数の液体滴下孔が形成されていることを特徴とする請
   求項５に記載の多段蒸発吸収型の吸収冷温水機。
9. 【請求項９】前記多段に形成された蒸発器段の中で被冷
   却流体が最後に流通する蒸発器と対をなす吸収器段が、
   前記再生器から還流する溶液が最初に導かれる吸収器段
   であり、この吸収器段に導かれる溶液と冷却水とを熱交
   換する溶液冷却用熱交換器を設けたことを特徴とする請
   求項１または５に記載の多段蒸発吸収型の吸収冷温水
   機。
10. 【請求項１０】蒸発器と吸収器を内包する容器を、それ
    ぞれが蒸発器の一部と吸収器の一部を含む複数の空間に
    分割することにより複数の蒸発器および吸収器を形成
    し、運転時に前記の各空間がそれぞれ異なる圧力で作動
    するように構成した多段蒸発吸収型吸収冷温水機におい
    て、冷却水をまず前記複数の吸収器のうちの一部に通水
    し、次に一旦凝縮器に通水し、さらに前記複数の吸収器
    のうちの残りの部分に順次通水するように冷却水流路を
    構成したことを特徴とする多段蒸発吸収型の吸収冷温水
    機。
11. 【請求項１１】熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き
    温度と戻り温度との温度差が、定格運転状態において５
    Ｋよりも大きい大温度差空調システムであって、隔壁に
    より上下方向に多段に形成された蒸発器および吸収器
    と、凝縮器と、再生器とを有する多段蒸発吸収型の吸収
    冷温水機を備え、この吸収冷温水機は、前記多段の蒸発
    器と多段の吸収器が前記隔壁により各々蒸発器と吸収器
    の対を形成し、この隔壁に冷媒を収容する冷媒再分配器
    が形成され、この冷媒再分配器の深さが１０〜１００ｍ
    ｍであることを特徴とする大温度差空調システム。
12. 【請求項１２】熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き
    温度と戻り温度との温度差が、定格運転状態において５
    Ｋよりも大きい大温度差空調システムであって、隔壁に
    より上下方向に多段に形成された蒸発器および吸収器
    と、凝縮器と、再生器とを有する多段蒸発吸収型の吸収
    冷温水機を備え、前記多段の蒸発器と多段の吸収器は前
    記隔壁により各々蒸発器と吸収器の対を形成し、この隔
    壁にこの隔壁の上側の蒸発器内で未蒸発の冷媒を収容す
    る冷媒再分配器と、この隔壁の上側の吸収器内の溶液を
    収容する溶液再分配器とを形成し、この冷媒再分配器及
    び溶液再分配器の深さを１０〜１００ｍｍとしたことを
    特徴とする大温度差空調システム。
13. 【請求項１３】熱源機系と負荷系を往復する冷水の行き
    温度と戻り温度との温度差が、定格運転状態において５
    Ｋよりも大きい大温度差空調システムにおいて、隔壁に
    より上下方向に多段に形成した蒸発器および吸収器と、
    凝縮器と、再生器とを有し、前記多段の蒸発器と多段の
    吸収器が前記隔壁により各々蒸発器と吸収器の対を形成
    した吸収冷温水機を前記熱源機系の熱源機に用いたこと
    を特徴とする大温度差空調システム。