JP2006200851A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器として積層プレート式を用いた場合に、必要となる気液分離器から蒸発器に導かれる冷媒液の水分濃度の上昇を抑制し得る吸収式冷凍機を提供する。
【解決手段】凝縮器からのアンモニア液を蒸発器１に移送する冷媒液移送管１２および蒸発器からのアンモニア蒸気を吸収器に移送する第１冷媒蒸気移送管１１の各途中に亘って設けられて冷媒液と冷媒蒸気とを分離する気液分離器２が具備されてなる吸収式冷凍機の気液分離器の容器本体２１内に、冷媒液および冷媒蒸気の導入口２２，２３に対応する位置で、第１および第２液落下用案内板２６，２７を設けるとともに、容器本体の下部内に、第１液落下用案内板側に対応する第１貯溜室２８と第２液落下用案内板側に対応する第２貯溜室２９とに仕切る仕切板３０を設け、第２貯溜室に貯溜された水分濃度が高い冷媒液を吸収器に戻すための液戻し管３２を設けたものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸収式冷凍機に関するものである。

冷凍機の中には吸収式のものがあり、その中でも、冷媒としてアンモニアを用いるとともに吸収液としてアンモニア水溶液を用いたアンモニア吸収式冷凍機がある。
このアンモニア吸収式冷凍機は、アンモニア液を蒸発させる蒸発器と、アンモニア蒸気を濃度の薄いアンモニア水溶液に吸収する吸収器と、アンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液を加熱してアンモニア蒸気を分離して吸収液の再生を行う再生器と、この分離されたアンモニア蒸気を凝縮する凝縮器とが具備されたもので、蒸発器にて被冷却流体の冷却を行うようにしたものである。なお、凝縮器で凝縮されたアンモニア液は蒸発器に移送されるとともに、再生器で再生された吸収液は吸収器に移送される。

そして、従来、この種の蒸発器としては、多管式のもの、所謂、シェルアンドチューブ式のものが用いられていた（特許文献１参照）。
特開平９−２４３２０６号公報

上記従来の蒸発器の構成によると、多管式であるため、装置自体の寸法が大きく、具体的には、装置が高くなるため、冷凍機自体の小型化を図る上で支障となり、小型化を図るためには、例えば積層プレート式の熱交換器を用いることが考えられる。

しかし、蒸発器として積層プレート式のものを用いる場合には、多管式のように、容器本体の上部空間部で気液の分離を行うことができないため、蒸発器とは別個に、蒸発器から出たアンモニア蒸気から液分を分離するための気液分離器を設ける必要がある。

ところで、通常の気液分離器は、円筒状の容器本体に液分を含む冷媒蒸気が導かれて、当該容器本体内で液分が落下することにより、冷媒蒸気から液分が分離されるもので、このような構成の気液分離器を蒸発器に接続しようとすると、下記のような問題が生じる。

すなわち、アンモニア吸収式冷凍機の場合、凝縮器から供給されるアンモニア液は１００％のものでなく、０．２％程度の水が含まれるアンモニア液であるが、蒸発器で蒸発して気液分離器で分離されるのはアンモニア蒸気だけである。

したがって、気液分離器内にはどうしても水分が残るため、運転を続けていると、気液分離器から蒸発器に移送されるアンモニア液の水分濃度が上昇し、すなわち沸点が上昇して、蒸発器で被冷却流体を充分に冷却することができないという問題がある。

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、蒸発器として積層プレート式のものを用いた場合に、必要とされる気液分離器から蒸発器に導かれる冷媒液の水分濃度の上昇を抑制し得る吸収式冷凍機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の吸収式冷凍機は、冷媒を蒸発させる積層プレート式の蒸発器と、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を第１冷媒蒸気移送管を介して導き吸収液に吸収させる吸収器と、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を第１吸収液移送管を介して導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気を第２冷媒蒸気移送管を介して導き凝縮させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮された冷媒液を上記蒸発器に移送する冷媒液移送管と、上記再生器で再生された吸収液を上記吸収器に移送する第２吸収液移送管と、上記第１冷媒蒸気移送管および上記冷媒液移送管の各途中に亘って設けられて冷媒液と冷媒蒸気とを分離するための気液分離器とが具備されてなる吸収式冷凍機における上記気液分離器の容器本体内に、
上記冷媒液移送管に接続される液導入口に対応する位置で第１液落下用案内板を設けるとともに、上記第１冷媒蒸気移送管に接続される蒸気導入口に対応する位置で第２液落下用案内板を設け、
且つ上記容器本体の下部内に、第１液落下用案内板側に対応する第１貯溜室と第２液落下用案内板側に対応する第２貯溜室とに仕切る仕切板を設け、
さらに上記第２貯溜室に貯溜された冷媒液を吸収器に戻すための液戻し管を設けたものである。

また、上記吸収式冷凍機の気液分離器における仕切板に、第１貯溜室と第２貯溜室とを連通させる穴部を形成したものである。

上記の各構成によると、蒸発器として積層プレート式の熱交換器を用いた際に、必要となる気液分離器として、凝縮器から移送されるアンモニア液の液導入口に対応して設けられた第１液落下用案内板の下方の第１貯溜室と、蒸気導入口に対応して設けられた第２液落下用案内板の下方の第２貯溜室とが仕切板により２室に仕切られ、しかも第２貯溜室内に溜まった水分を含むアンモニア液を液戻し管を介して吸収器側に戻すようにしたので、蒸発器側での水分濃度の上昇が抑制されるため、冷却能力が低下するのを防止することができる。

すなわち、上記気液分離器の構成によると、アンモニア液に含まれる蒸気分を分離する他に、蒸発器から導入されるアンモニア蒸気に含まれる水分濃度が高いアンモニア液分を分離して吸収器に戻すことができる。

また、仕切板に穴部を形成することにより、蒸発器に供給されたアンモニア液を全て蒸発させる必要がなく、すなわち蒸発器へのアンモニア液の供給量を多くして蒸発器に循環供給させることにより、当該蒸発器での伝熱効率の向上を図ることができる。

［実施の形態］
以下、本発明に係る吸収式冷凍機について説明する。
本実施の形態に係る吸収式冷凍機は、冷媒としてアンモニアが用いられるとともに吸収液としてアンモニア水溶液が用いられるものである。

図１に示すように、この吸収式冷凍機には、冷媒であるアンモニア液を蒸発させるための積層プレート式熱交換器が用いられた蒸発器１と、この蒸発器１にて蒸発した冷媒蒸気であるアンモニア蒸気を第１冷媒蒸気移送管１１を介して導き吸収液である濃度が薄いアンモニア水溶液（以下、稀吸収液ともいう）に吸収する吸収器（図示せず）と、この吸収器にてアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液（以下、濃吸収液ともいう）を溶液ポンプが設けられた第１吸収液移送管（図示せず）介して導き加熱しアンモニアを蒸発させて吸収液の再生を行う再生器（図示せず）と、この再生器で分離されたアンモニア蒸気を第２冷媒蒸気移送管（図示せず）を介して導き凝縮させる凝縮器（図示せず）と、この凝縮器で凝縮された冷媒液であるアンモニア液を蒸発器１に移送する冷媒液移送管１２と、上記再生器で再生された稀吸収液を吸収器に移送する第２吸収液移送管（図示せず）と、上記第１冷媒蒸気移送管１１および上記冷媒液移送管１２の各途中に亘って設けられてアンモニア蒸気とアンモニア液とを分離するための気液分離器２とが具備されている。なお、上記蒸発器１には、被冷却流体（所謂、ブラインである）を供給するための被冷却流体配管１３が接続されている。

以下、上記気液分離器の構成について詳しく説明する。
すなわち、この気液分離器２の容器本体２１は円筒状に形成され、その側壁部の一方側には、再生器からのアンモニア液を導くための液導入口２２が設けられるとともに、その他方側には、蒸発器１からのアンモニア蒸気を導くための蒸気導入口２３が設けられ、さらに容器本体２１の底部にはアンモニア液を蒸発器１側に導くための液導出口２４が設けられるとともに頂部にはアンモニア蒸気を導出するための蒸気導出口２５が設けられている。

したがって、液導入口２２と液導出口２４とは冷媒液移送管１２の途中に接続されるとともに、蒸気導入口２３と蒸気導出口２５とは第１冷媒蒸気移送管１１の途中に接続されることになる。

また、容器本体２１内には、液導入口２２に対応する位置で、導入されたアンモニア液［正確には、導入口２２の手前に設けられた膨張弁（図示せず）により、その一部が蒸発した状態になっている］を下方に案内させる（落下させる）ための側面視が逆Ｌ字形状の第１液落下用案内板２６が設けられるとともに、蒸気導入口２３に対応する位置で、導入されたアンモニア蒸気中の液分を下方に案内させる（落下させる）ための側面視が逆Ｌ字形状の第２液落下用案内板２７が設けられており、さらに容器本体２１の下部内には、第１液落下用案内板２６側に対応する第１貯溜室２８と第２液落下用案内板２７側に対応する第２貯溜室２９とに仕切るための仕切板３０が設けられている。

この仕切板３０は、板体３０ａに複数の穴部３０ｂが形成されたもので、例えば多孔板（所謂、パンチングメタル）が用いられている。したがって、これら穴部３０ｂを介して両貯溜室２８，２９同士は互いに連通されており、液同士が移動可能にされている。

なお、上述した液導出口２４は第１貯溜室２８の底部に設けられ、また第２貯溜室２９側の底部には液取出口３１が設けられるとともに、この液取出口３１には当該第２貯溜室２９内の液を吸収器側に戻す（移送する）ための液戻し管３２が接続されている。

ここで、積層プレート式熱交換器を用いた蒸発器の構成について、簡単に説明しておく。
この蒸発器１の内部には、冷媒液であるアンモニア液を流すための冷媒液流路と、この冷媒液流路でアンモニア液が蒸発した際に、その蒸発気化熱にて冷却される被冷却流体が流される被冷却流体流路とが設けられている。

すなわち、この蒸発器１は、図２および図３に示すように、正面視が矩形状にされた一対の端板４１，４２間に、それぞれ内部流路として被冷却流体流路４３が形成されるとともに正面視が矩形状にされた伝熱プレート４４が所定間隔おきに複数枚並行に配置されて、伝熱プレート４４，４４間に鉛直方向の冷媒液流路４５が、上記冷却流体流路４３に対して交互に設けられたものである。なお、この伝熱プレート４４は、上下方向で波を打つような波形状にされている。

そして、その正面視において、一方側（図２では右側）の下部内には、アンモニア液を供給するための冷媒液供給穴部が水平方向（蒸発器の厚さ方向でもある）で形成されるとともに、図３に示すように、一方側の上部内には、蒸発されたアンモニア蒸気（正確には、水分を含んだアンモニア液も含まれている）を取り出すための冷媒蒸気取出穴部４６が水平方向で形成され、また他方側（図１では左側）の下部内には、被冷却流体を供給するための被冷却流体供給穴部が水平方向で形成されるとともに、他方側の上部内には冷却された被冷却流体を取り出すための被冷却流体取出穴部が水平方向で形成されている。

したがって、一方の端板４１には、上記各穴部にアンモニア液、被冷却流体などを供給するための各配管を接続するために、それぞれ接続用の第１開口部５１〜第４開口部５４が形成されており、第１開口部５１および第２開口部５２には冷媒液移送管１２が接続され、第３開口部５３および第４開口部５４には被冷却流体供給配管１３が接続されている。なお、図１においては、配管系統を分かり易く示すために、蒸発器１の一方の表面に冷媒液および冷媒蒸気の移送管１２，１１が接続されるとともに、他方の表面に冷却流体配管１３が接続されているように図示したが、上述したように、各配管の接続用開口部５１〜５４は、一方の端板４１に形成されている。

上記構成において、蒸発器１にて蒸発されたアンモニア蒸気が第１冷媒蒸気移送管１１を介して吸収器に導かれて吸収液であるアンモニア水溶液に吸収され、そして吸収器でアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液すなわち濃吸収液は、溶液ポンプにより第１吸収液移送管を介して再生器に移送されて冷凍サイクルが行われる。勿論、冷凍作用は、蒸発器１でのアンモニア液の気化熱により被冷却流体が冷却されることにより行われる。

そして、再生器で蒸発されたアンモニア蒸気は凝縮器に導かれて凝縮された後、冷媒液移送管１２を介して気液分離器２に導かれ、ここで、蒸気分が分離されてアンモニア液だけが蒸発器１に移送されて蒸発に供される。勿論、導かれたアンモニア液は、第１液落下用案内板２６に衝突して第１貯溜室２８内に落下して、液導出口２４から冷媒液移送管１２を経て蒸発器１に導かれる。

一方、蒸発器１で蒸発したアンモニア蒸気は、第１冷媒蒸気移送管１１を介して気液分離器２に導かれ、ここで、アンモニア蒸気中に含まれた水分（０．２％程度）を含む液分（水分濃度が高いアンモニア液分）だけが第２液落下用案内板２７に衝突して下方の第２貯溜室２９に落下して液分の分離が行われる。

そして、この水分を含んだ液分は、底部の液取出口３１から液戻し管３２を介して吸収器に戻される。
また、第２貯溜室２９に溜まった水分を含むアンモニア液の一部は、板体３０ａに形成された穴部３０ｂから第１貯溜室２８内に入り、蒸発器１に循環供給される。このように、穴部３０ｂを介して両貯溜室２８，２９同士を連通させて、多くのアンモニア液を蒸発器１に循環供給することにより、当該蒸発器１での伝熱効率を向上させることができる。例えば、蒸発器１でのアンモニア液の蒸発量の数倍（例えば、２倍程度）のアンモニア液を蒸発器１に循環供給すると、蒸発器１での伝熱係数が良好となり、蒸発器１を実用的な大きさに、すなわち、より小型化を図ることができる。

上述したように、蒸発器１として積層プレート式の熱交換器を用いた際に、必要となる気液分離器２として、凝縮器から移送されるアンモニア液の液導入口２２に対応して設けられた第１液落下用案内板２６の下方の第１貯溜室２８と、蒸気導入口２３に対応して設けられた第２液落下用案内板２７の下方の第２貯溜室２９とが仕切板３０により仕切られ、しかも第２貯溜室２９内に溜まった水分を含んだアンモニア液を液戻し管３２を介して吸収器側に戻すようにしたので、蒸発器１側での水分濃度の上昇が抑制されるため、冷却能力が低下するのを防止することができる。

すなわち、上記気液分離器２の構成によると、アンモニア液に含まれる蒸気分を分離する他に、蒸発器から導入されるアンモニア蒸気に含まれる水分濃度が高いアンモニア液分を分離して吸収器に戻すことができる。

ところで、上記実施の形態においては、仕切板３０の板体３０ａに穴部３０ｂを形成して両貯溜室２８，２９同士を連通させたが、場合によっては、穴部３０ｂを形成しなくてもよい。但し、この場合、蒸発器１に供給されたアンモニア液については、ここで、すべて蒸発させる必要が生じるため、広い伝熱面積が必要となる。

本発明の実施の形態に係る吸収式冷凍機の要部構成を示す模式図である。 同吸収式冷凍機における蒸発器の概略構成を示す斜視図である。 同吸収式冷凍機における蒸発器の要部断面図である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 気液分離器
１１ 第１冷媒蒸気移送管
１２ 冷媒液移送管
２１ 容器本体
２２ 液導入口
２３ 蒸気導入口
２４ 液導出口
２５ 蒸気導出口
２６ 第１液落下用案内板
２７ 第２液落下用案内板
２８ 第１貯溜室
２９ 第２貯溜室
３０ 仕切板
３０ａ 板体
３０ｂ 穴部
３１ 液取出口
３２ 液戻し管

Claims (2)

1. 冷媒を蒸発させる積層プレート式の蒸発器と、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を第１冷媒蒸気移送管を介して導き吸収液に吸収させる吸収器と、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を第１吸収液移送管を介して導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器と、この再生器で分離された冷媒蒸気を第２冷媒蒸気移送管を介して導き凝縮させる凝縮器と、この凝縮器で凝縮された冷媒液を上記蒸発器に移送する冷媒液移送管と、上記再生器で再生された吸収液を上記吸収器に移送する第２吸収液移送管と、上記第１冷媒蒸気移送管および上記冷媒液移送管の各途中に亘って設けられて冷媒液と冷媒蒸気とを分離するための気液分離器とが具備されてなる吸収式冷凍機における上記気液分離器の容器本体内に、
   上記冷媒液移送管に接続される液導入口に対応する位置で第１液落下用案内板を設けるとともに、上記第１冷媒蒸気移送管に接続される蒸気導入口に対応する位置で第２液落下用案内板を設け、
   且つ上記容器本体の下部内に、第１液落下用案内板側に対応する第１貯溜室と第２液落下用案内板側に対応する第２貯溜室とに仕切る仕切板を設け、
   さらに上記第２貯溜室に貯溜された冷媒液を吸収器に戻すための液戻し管を設けたことを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 仕切板に、第１貯溜室と第２貯溜室とを連通させる穴部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の吸収式冷凍機。
   

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