JP2002098448A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に抽気点を定めることができると共に、
安定して抽気を行うことができる吸収冷凍機を提供する
こと。 【解決手段】 吸収冷凍機の吸収器２０内に、該吸収器
２０に導入された流体を旋回させる旋回手段を設けた。
旋回手段としては、ベーン（板体）８０，抜き列部、小
型ファン（送風器）を採用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収冷凍機に関
し、特に、吸収器内部の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収冷凍機は、水を冷媒、臭化リチウム
溶液を吸収剤とし、ガス燃料または油燃料をエネルギー
源とした冷凍機である。この吸収冷凍機は、蒸発器と吸
収器と再生器と凝縮器を主要部材として構成されてお
り、蒸発器及び吸収器の内部は、高真空（絶対圧力が６
〜７mmHg）に保持されている。

【０００３】この蒸発器では、冷媒ポンプにより送られ
てきた冷媒（水）を、冷水（例えば１２℃）が流通する
蒸発器チューブに向けて散布することにより、冷媒が加
熱されて冷媒蒸気となる。つまり、蒸発器は高真空容器
となっているので水（冷媒）は４〜６℃位で沸騰して蒸
発気化するので、１２℃の冷水を熱源水とすることがで
きるのである。

【０００４】そして、冷水は、冷媒（水）に与えた蒸発
潜熱分だけ温度低下（例えば７℃になる）して蒸発器か
ら出ていく。このように温度低下（例えば７℃となる）
した冷水は、ビルの冷房装置等（冷房負荷）に送られて
冷房に利用される。冷房に利用された冷水は温度上昇
（例えば１２℃になる）して再び蒸発器の蒸発器チュー
ブに流入してくる。

【０００５】一方、吸収器では、蒸発器で発生した冷媒
蒸気を、臭化リチウム溶液により吸収する。水分を吸収
して濃度が低くなった臭化リチウム溶液（以下「臭化リ
チウム希溶液」と称する）は吸収器の底部に集められ
る。この吸収器では、冷媒蒸気が臭化リチウム溶液に吸
収されて気体（水蒸気）から液体（水）に変化するとき
の凝縮潜熱と、臭化リチウム溶液が水分を吸収して濃度
が薄くなるときの希釈熱が発生するので、冷却水（上記
「冷水」とは別の系に流通している）によりこれらの熱
を取り除いている。なお、臭化リチウム溶液は、その水
蒸気分圧が水の飽和蒸気よりも低いので、吸湿性に富
み、冷媒蒸気を吸収するのに好適な物質である。

【０００６】そして、再生器では、吸収器から送られて
くる臭化リチウム希溶液を加熱する。このため、臭化リ
チウム希溶液中の冷媒は一部が蒸発気化し、溶液は濃縮
された臭化リチウム溶液（以下「臭化リチウム濃溶液」
と称する）となる。濃度が元の状態まで高められた臭化
リチウム濃溶液は、吸収器に送られ再び冷媒蒸気を吸収
する。一方、蒸発した冷媒蒸気は、凝縮器に送られる。

【０００７】なお、実機では、熱効率を上げ加熱エネル
ギーを減少させる目的で、再生器を２段に配置した二重
効用型の吸収冷凍機が採用されている。この二重効用型
の吸収冷凍機では、再生器として、供給された燃料を燃
焼することにより臭化リチウム希溶液を加熱をする高圧
再生器と、高圧再生器で発生した高温の冷媒蒸気を加熱
源として臭化リチウム希溶液を加熱する低圧再生器とを
備えている。

【０００８】また、凝縮器では、再生器から送られてき
た冷媒蒸気を冷却水により冷却して、凝縮液化する。こ
の凝縮した水は冷媒（水）として再び蒸発器に供給され
る。

【０００９】このように吸収冷凍機では、冷媒（水）
が、水−水蒸気−水と変化（相の変化）をすると共に、
臭化リチウム溶液が、濃溶液−希溶液−濃溶液と変化
（濃度の変化）をする。吸収冷凍機は、上述した相の変
化（冷媒）と濃度の変化（臭化リチウム溶液）の過程
で、水の蒸発潜熱により冷水を製造し、臭化リチウム溶
液の吸収能力により水蒸気を吸収する作用を、高真空密
閉系内で繰り返し行わせる装置である。

【００１０】かかる吸収冷凍機では、高圧再生器に供給
する燃料の量を増加して加熱量を増大し、臭化リチウム
溶液の濃度を濃くすることにより、蒸発器から出ていく
冷水の温度を下げることができる。逆に、高圧再生器に
供給する燃料の量を減少して加熱量を減少し、臭化リチ
ウム溶液の濃度を薄くすることにより、蒸発器から出て
いく冷水の温度を上げることができる。このように、臭
化リチウム溶液の濃度調整をすることにより、冷水温度
を制御して、蒸発器から出て行く冷水の温度を設定温度
（例えば７℃）にしている。

【００１１】ここで、吸収冷凍機における蒸発器及び吸
収器について説明する。図６に従来の吸収冷凍機の内部
構造を表す概略を示す。

【００１２】従来の吸収冷凍機において、図６に示すよ
うに、蒸発器１０１と吸収器１０２は同一のシェル内に
配設され、両者の間には気液分離器１０３が配設されて
おり、吸収器１０２の上部に低圧再生器１０４が、この
低圧再生器１０４に隣接して凝縮器１０５がそれぞれ配
設されている。箱型のケース本体１０７内の一側には複
数の伝熱管１１２が水平方向に格子状に配列されてい
る。一方、箱型のケース本体１０７内の他側には複数の
伝熱管１１４が水平方向に配列されている。

【００１３】従って、蒸発器１０１では、冷房に利用さ
れて温度上昇した冷水が蒸発器チューブとしての複数の
伝熱管１１２に流動しており、この伝熱管１１２に向け
て冷媒が散布されると、この冷媒が加熱されて冷媒蒸気
となり、気液分離器１０３を通して吸収器１０２に流動
する。この吸収器１０２では、冷却水が吸収器チューブ
としての複数の伝熱管１１４に流動しており、この伝熱
管１１４に向けて臭化リチウム溶液が散布されると共
に、蒸発器１０１で発生した冷媒蒸気が臭化リチウム溶
液によって吸収される。そのため、冷媒蒸気を吸収した
臭化リチウム溶液は伝熱管１１４に接触することで内部
を流れる冷却水により凝縮潜熱や希釈熱が取り除かれ、
低濃度となった臭化リチウム溶液はケース本体１０７の
底部に集められる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、吸収冷凍機に
あっては、作動中に水素ガスが発生したり、外部から不
凝縮ガスが浸入することがあり、内部にこれらの不凝縮
ガスが溜まると伝熱効率が低下してしまうため、抽気装
置を用いて外部に排出している。上記吸収器１０２で
は、エジェクタ機構などを用いて抽気しているが、この
不凝縮ガスは冷媒蒸気の流動のないところ（抽気点）に
停留するものであり、従来はこの抽気点に吸引パイプを
延設して不凝縮ガスを抽気している。しかし、従来の吸
収器１０２では、自然発生的に不凝縮ガスの停留位置が
定まるため、流動解析をして抽気点を設定しなければな
らず、面倒であった。また、吸収冷凍機の負荷が変動し
て冷媒蒸気流量が変化した場合、不凝縮ガスの停留位置
が変動してしまい、安定した抽気が困難であった。

【００１５】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、容易に抽気点を定めることができると共に、安定
して抽気を行うことができる吸収冷凍機を提供すること
を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の吸収冷
凍機は、蒸発器で蒸発した冷媒ガスを吸収器中の溶液に
吸収溶解させ、吸収器を出た希薄溶液を、加熱すること
により高温の高濃度溶液として再生し、この高濃度の溶
液を前記吸収器へ戻す吸収冷凍機において、前記吸収器
内には、該吸収器に導入された不凝縮ガスを含む流体を
旋回させる旋回手段が設けられていることを特徴とす
る。

【００１７】この吸収冷凍機においては旋回手段によっ
て吸収器内に積極的に旋回流を発生させる。この旋回中
心に不凝縮ガスの吸引パイプを配設すればよい。また、
冷媒蒸気の流動方向を積極的に制御しているため、吸収
冷凍機の負荷を変えてもその旋回中心が移動することが
ない。

【００１８】請求項２に記載の吸収冷凍機は、請求項１
記載の吸収冷凍機において、前記吸収器内には複数の伝
熱管が互いに平行に連設配置された管群が設けられ、該
管群の両側方には、前記旋回手段として複数の板体が設
けられていることを特徴とする。

【００１９】この吸収冷凍機においては、吸収器に流入
した冷媒蒸気の流動方向が板体によって制御され、旋回
流が形成される。

【００２０】請求項３に記載の吸収冷凍機は、請求項１
記載の吸収冷凍機において、前記吸収器内には複数の伝
熱管が互いに平行に連設配置された管群が設けられ該管
群には、前記旋回手段として、隣接する伝熱管が連続的
に取り除かれた抜き列部が形成されていることを特徴と
する。

【００２１】この吸収冷凍機においては、抜き列部の圧
損が小さくなるため、冷媒蒸気が抜き列部に流入しやす
い。したがって、抜き列部によって冷媒蒸気の流れが誘
導され、吸収器内に旋回流が発生される。

【００２２】請求項４に記載の吸収冷凍機は、請求項１
記載の吸収冷凍機において、前記旋回手段は、前記吸収
器内に設けられた送風器であることを特徴とする。

【００２３】この吸収冷凍機においては、送風器によっ
て吸収器内に旋回流が発生される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１に、本発明の第１実施
形態に係る吸収冷凍機が備える吸収器の断面、図２に本
実施形態の吸収冷凍機の概略構成、図３に同吸収冷凍機
の内部構造を表す側面概略を示す。

【００２５】本実施形態の吸収冷凍機において、図２に
示すように、蒸発器１０と吸収器２０は、同一のシェル
（高真空容器）内に構成されている。この蒸発器１０内
には蒸発器チューブ１１が配置されている。この蒸発器
チューブ１１には、冷水入口ラインＬ１を介して冷水Ｗ
１が供給され、蒸発器チューブ１１を流通した冷水Ｗ１
は冷水出口ラインＬ２を介して外部に排出される。ま
た、冷媒ラインＬ１１を介して冷媒ポンプＰ１により汲
み上げられた冷媒（水）Ｒは、蒸発器チューブ１１に向
けて散布される。散布された冷媒Ｒは、蒸発器チューブ
１１内を流通する冷水Ｗ１から気化の潜熱を奪って蒸発
気化して冷媒蒸気ｒとなる。この冷媒蒸気ｒは吸収器２
０側に流入していく。

【００２６】この冷水Ｗ１は、例えば１２℃の温度で蒸
発器１０に入り、蒸発器チューブ１１にて冷却されて、
蒸発器１０から例えば７℃の温度で排出される。冷水出
口ラインＬ２から出てくる７℃の冷水Ｗ１は、ビルの冷
房や工場のプロセス用として用いられる。ビル冷房等の
冷房負荷において冷房に供せられた冷水Ｗ１は、温度上
昇し１２℃の温度となって再び蒸発器１０に流入してく
る。

【００２７】一方、吸収器２０内には吸収器チューブ２
１が配置されている。この吸収器チューブ２１には、冷
却水ラインＬ３を介して冷却水Ｗ２が供給される。そし
て、溶液ラインＬ２１を介して溶液ポンプＰ２により圧
送されてきた臭化リチウム濃溶液Ｙ１は、吸収器チュー
ブ２１に向けて散布される。このため、散布された臭化
リチウム濃溶液Ｙ１は、吸収器２０側に流入してきた冷
媒蒸気ｒを吸収して、濃度が薄くなる。濃度が薄くなっ
た臭化リチウム希溶液Ｙ３は、吸収器２０の底部に集め
られる。なお、吸収器２０内で発生する熱は、吸収器チ
ューブ２１内を流通する冷却水Ｗ２により冷却される。

【００２８】この吸収器２０の底部に集められた臭化リ
チウム希溶液Ｙ３は、溶液ポンプＰ３により圧送され、
バルブＶ５，低温熱交換器３０，溶液ラインＬ２２，高
温熱交換器３１，溶液ラインＬ２３を介して、高圧再生
器４０に供給される。

【００２９】高圧再生器４０は、炉筒，伝熱管を胴内に
収めると共にバーナを装備している。この高圧再生器４
０は、ガスラインＬ３１及びバルブＶ２１及び燃料制御
弁Ｖ２２を介して燃料ガスＧが供給されることにより、
燃料ガスＧを燃焼して臭化リチウム希溶液Ｙ３を加熱す
る。高圧再生器４０に供給された臭化リチウム希溶液Ｙ
３は、加熱され、冷媒の一部が蒸発気化して濃度が中程
度の臭化リチウム中溶液Ｙ２となる。この臭化リチウム
中溶液Ｙ２は、溶液ラインＬ２４，高温熱交換器３１を
通って低圧再生器５０に供給される。

【００３０】一方、高圧再生器４０にて蒸発した冷媒蒸
気ｒは、冷媒ラインＬ１２を介して、低圧再生器５０の
低圧再生器チューブ５１に供給され、更に、冷媒ライン
Ｌ１３を介して凝縮器６０に供給される。なお、低圧再
生器５０と凝縮器６０は、同一のシェル内に構成されて
いる。

【００３１】この低圧再生器５０では、溶液ラインＬ２
４を介して臭化リチウム中溶液Ｙ２が供給されるととも
に、溶液ラインＬ２５を介して溶液ラインＬ２２から分
岐してきた臭化リチウム希溶液Ｙ３が低圧再生器チュー
ブ５１に向けて散布される。この低圧再生器５０では、
低圧再生器チューブ５１により溶液Ｙ２，Ｙ３が加熱さ
れ、冷媒の一部が蒸発して溶液の濃度が更に濃くなり、
高濃度の臭化リチウム濃溶液Ｙ１が低圧再生器５０の底
部に集められる。この臭化リチウム濃溶液Ｙ１は、溶液
ポンプＰ２により、再び吸収器２０に供給される。

【００３２】また、凝縮器６０には、冷却水ラインＬ４
により冷却水Ｗ２が供給される凝縮器チューブ６１が配
置されている。この凝縮器６０では、高圧再生器４０に
て蒸発して冷媒ラインＬ１２，低圧再生器チューブ５１
及び冷媒ラインＬ１３を介して供給されてきた冷媒蒸気
ｒと、低圧再生器５０にて蒸発して凝縮器６０側に流入
してきた冷媒蒸気ｒが、凝縮器チューブ６１にて冷却凝
縮されて、冷媒（水）Ｒとなる。この冷媒Ｒは、重力及
び圧力差により、冷媒ラインＬ１４を介して蒸発器１０
に送られる。蒸発器１０の底部に集められた冷媒Ｒは、
冷媒ポンプＰ１により再び冷媒ラインＬ１１を介して蒸
発器チューブ１１に向けて散布される。

【００３３】なお、上述した吸収冷凍機にて、冷房運転
時には、バルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は閉じており
（図では黒塗りして示している）、バルブＶ５，Ｖ１
１，Ｖ１２，Ｖ１３，Ｖ１４は開いている（図では白抜
きして示している）。また、吸収冷凍機は暖房運転をす
ることもできるが、本発明には関係がないので、暖房運
転時の動作説明は割愛する。

【００３４】ここで、上述した本実施形態の吸収冷凍機
において、吸収器２０の構造を具体的に説明する。

【００３５】図１及び図３に示すように、蒸発器１０と
吸収器２０は同一のシェル内に構成されており、箱型の
ケース本体７０のほぼ中央部に気液分離器７１が配設さ
れて両者を区画している。ケース本体７０内には吸収器
チューブ２１を構成する複数の伝熱管７４が水平方向に
連設配置されて管群を形成している。

【００３６】吸収器２０の内部には、図１に示すように
気液分離器７１に隣接してルーバ７９が複数設けられて
いる。ルーバ７９は、吸収器２内に散布された臭化リチ
ウム濃溶液Ｙ１が蒸発器１０側に流入しないように設け
られているものであり、蒸発器１０側から吸収器２０側
に向かって下降するよう傾斜を成して配設されている。

【００３７】吸収器２０の内側には、旋回手段として複
数のベーン（板体）８０が設けられている。ベーン８０
はルーバ７９に隣接してに設けられた上流側ベーン８０
ａと、伝熱管７４に対して反対側の側部に設けられた下
流側ベーン８０ｂとにより構成されている。上流側ベー
ン８０ａは、図示のように伝熱管７４群の高さ方向略全
域に渡って設けられており、蒸発器１０側から吸収器２
０側に向かって下降するよう傾斜を成して取付けられて
いる。下流側ベーン８０ｂは、吸収器２０の上部に、蒸
発器１０側に向かって上昇するように取付けられてい
る。また、伝熱管７４群の上部及び下部はそれぞれ空洞
域２０ａ、２０ｂとされ、後述の冷媒蒸気ｒの流路とな
っている。

【００３８】この吸収器２０においては、伝熱管７４に
冷却水入口ラインＬ３から冷却水Ｗ２が供給される。こ
の冷却水Ｗ２は伝熱管７４群を通って冷却水ラインＬ４
に排出される。一方、臭化リチウム濃溶液Ｙ１は伝熱管
７４に向けて散布されて伝熱管７４の外面に付着するこ
とで、内部を流れる冷却水Ｗ２により冷却される。ま
た、蒸発器１０で発生した冷媒蒸気ｒは気液分離器７１
を通って吸収器２０に流動される。この冷媒蒸気ｒが臭
化リチウム濃溶液Ｙ１によって吸収され、凝縮潜熱や希
釈熱が取り除かれ、低濃度となった臭化リチウム希溶液
Ｙ３はケース本体７０の底部に集められる。

【００３９】一般に、吸収冷凍機においては、作動中に
水素ガスが発生したり、外部から不凝縮ガスが浸入する
ことがある。この不凝縮ガスは、上記冷媒蒸気ｒととも
に吸収器２０内に流入する。本例においては、不凝縮ガ
スを含む冷媒蒸気ｒは、上流側ベーン８０ａによって下
降するようにその流動方向が制御される。なお、ルーバ
ー７９も、ベーン８０ａと同様に、冷媒蒸気ｒを旋回さ
せる作用を有している。冷媒蒸気ｒは伝熱管７４の間及
び空洞域２０ｂを通り、下流側ベーン８０ｂによってそ
の流動方向が制御され、図１中の矢印ｆで示すように吸
収器２０内を旋回する。このように、ベーン８０によっ
て冷媒蒸気ｒの流動方向が制御されていることで、冷媒
蒸気ｒの流動が少ない旋回中心（抽気点）Ｃに不凝縮ガ
スが停留する。したがって、旋回中心Ｃに不凝縮ガスの
吸引パイプを配設すればよい。

【００４０】このように、本例においては、冷媒蒸気ｒ
をベーン８０によって旋回させるので、流動解析を行う
ことなく、抽気点を設定することができる。また、冷媒
蒸気ｒの流動方向を積極的に制御しているため、吸収冷
凍機の負荷を変えてもその旋回中心Ｃが移動することが
ないので、安定した抽気が可能である。

【００４１】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。上記第１の実施形態と同一の構成については同
一の符号を用いると共に、その説明を省略する。図４に
示すように、本例においては、隣接する伝熱管７４が連
続的に取り除かれ、抜き列部（旋回手段）８１が形成さ
れている。各抜き列部８１は、それぞれ旋回中心Ｃ周り
に同一方向（図では右回り）のカーブを成して設けられ
ている。

【００４２】上記抜き列部８１は伝熱管７４が取り除か
れているために圧損が小さい。したがって、冷媒蒸気ｒ
は抜き列部８１を流動し、これにより旋回中心Ｃ周りに
旋回流が発生する。不凝縮ガスは冷媒蒸気ｒの流動が少
ない旋回中心（抽気点）Ｃに停留するから、旋回中心Ｃ
に不凝縮ガスの吸引パイプを配設すればよい。

【００４３】このように、本例においては、冷媒蒸気ｒ
を抜き列部８１によって旋回させるので、流動解析を行
うことなく、抽気点を設定することができる。また、冷
媒蒸気ｒの流動方向を積極的に制御しているため、吸収
冷凍機の負荷を変えてもその旋回中心Ｃが移動すること
がないので、安定した抽気が可能である。

【００４４】次に、本発明の第３の実施形態について説
明する。上記第１の実施形態と同一の構成については同
一の符号を用いると共に、その説明を省略する。図５に
示すように、本例においては、旋回手段として、伝熱管
７４群を取り囲んで小型ファン（送風器）８２が複数配
置されている。各小型ファン８２は、隣接する小型ファ
ン８２の方向を向いて配設されており、伝熱管７４群略
中心の旋回中心Ｃの周りに旋回流を発生させるようにな
っている。なお、この小型ファン８２は、腐食しない素
材により形成されている。

【００４５】上記のように構成された本例においては、
小型ファン８２によって吸収器２内に積極的に旋回流が
発生される。不凝縮ガスは冷媒蒸気ｒの流動が少ない旋
回中心（抽気点）Ｃに停留するから、旋回中心Ｃに不凝
縮ガスの吸引パイプを配設すればよい。このように、本
例においては、流動解析を行うことなく、抽気点を設定
することができる。また、冷媒蒸気ｒの流動方向を積極
的に制御しているため、吸収冷凍機の負荷を変えてもそ
の旋回中心Ｃが移動することがないので、安定した抽気
が可能である。特に、吸収冷凍機製造後直後には多量の
不凝縮ガスが発生するため、上記小型ファン８２によっ
て旋回流を発生させて不凝縮ガスを有効に取り除くこと
ができる。また、腐食しないため、その後小型ファン８
２を取付けた状態のまま吸収冷凍機を稼働しても、吸収
冷凍機の性能には悪影響を及ぼさない。なお、本発明
は、単段型、多重効用型いずれの吸収冷凍機にも適用で
きることはいうまでもない。

【００４６】

【発明の効果】このように、本例においては、吸収器内
に導入された冷媒蒸気が旋回手段によって旋回されるの
で、流動解析を行うことなく、旋回中心を抽気点に設定
することができる。また、冷媒蒸気の流動方向を積極的
に制御しているため、吸収冷凍機の負荷を変えてもその
旋回中心が移動することがないので、安定した抽気が可
能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態として示した吸収冷
凍機の吸収器の要部断面図である。

【図２】 同吸収冷凍機の概略構成を示す図である。

【図３】 同吸収冷凍機の吸収器の構成を示す断面図で
ある。

【図４】 本発明の第２の実施形態として示した吸収冷
凍機の吸収器の要部断面図である。

【図５】 本発明の第３の実施形態として示した吸収冷
凍機の吸収器の要部断面図である。

【図６】 従来の吸収冷凍機の吸収器の構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０ 蒸発器 ２０ 吸収器 ４０ 高圧再生器 ８０ ベーン（板体） ８１ 抜き列部 ８２ 小型ファン（送風器）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器で蒸発した冷媒ガスを吸収器中の
   溶液に吸収溶解させ、吸収器を出た希薄溶液を、加熱す
   ることにより高温の高濃度溶液として再生し、この高濃
   度の溶液を前記吸収器へ戻す吸収冷凍機において、 前記吸収器内には、該吸収器に導入された不凝縮ガスを
   含む流体を旋回させる旋回手段が設けられていることを
   特徴とする吸収冷凍機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の吸収冷凍機において、 前記吸収器内には複数の伝熱管が互いに平行に連設配置
   された管群が設けられ、該管群の両側方には、前記旋回
   手段として複数の板体が設けられていることを特徴とす
   る吸収冷凍機。
3. 【請求項３】 請求項１記載の吸収冷凍機において、 前記吸収器内には複数の伝熱管が互いに平行に連設配置
   された管群が設けられ、該管群には、前記旋回手段とし
   て、隣接する伝熱管が連続的に取り除かれた抜き列部が
   形成されていることを特徴とする吸収冷凍機。
4. 【請求項４】 請求項１記載の吸収冷凍機において、 前記旋回手段は、前記吸収器内に設けられた送風器であ
   ることを特徴とする吸収冷凍機。