JP2014173810A - 空冷吸収式冷凍機 - Google Patents

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浩伸 川村
Tatsuro Fujii
達郎 藤居
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伸之 武田
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Abstract

【課題】空冷吸収器における伝熱管内での圧力降下を低減して小形化を図る。
【解決手段】空冷吸収式冷凍機は、再生器1、空冷凝縮器4,8、蒸発器26,29、空冷吸収器12,19、溶液熱交換器45、冷媒ポンプ43、濃溶液ポンプ44、稀溶液ポンプ49を備えている。空冷吸収器12は、上から上部ヘッダ14、上段空冷熱交換器15、中間ヘッダ16、下段空冷熱交換器17、下部ヘッダ18の順に配置され、蒸発器からの冷媒蒸気を上部ヘッダに導くための冷媒蒸気配管37と、この冷媒蒸気配管の途中から分岐して中間ヘッダに接続される分岐冷媒蒸気配管37´を備える。中間ヘッダ内には仕切板を設け、該仕切板の上部空間は上段空冷熱交換器からの溶液が溜る中間タンク部とし、仕切板には中間タンク部の溶液を下段空冷熱交換器に散布する散布穴が形成され、分岐冷媒蒸気配管は、中間ヘッダ内の仕切板の下部空間に接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、吸収器と凝縮器の冷却を空冷で行う空冷吸収式冷凍機に関する。
水冷吸収式冷凍機の場合、吸収器と凝縮器に冷却水を通水して冷却しているが、空冷吸収式冷凍機では、吸収器と凝縮器に外気を供給して冷却する。このため、前記吸収器と凝縮器は、外気と熱交換するための空冷フィンと伝熱管を備えた空冷吸収器と空冷凝縮器になる。吸収式冷凍機を空冷式とした場合、冷却塔などの冷却水設備が不要で、メンテナンスも容易となるが、空冷吸収器と空冷凝縮器が外気と熱交換するため、冷却水を使用した場合よりも熱交換温度差が小さくなる。このため、空冷式とした場合、水冷式と比較して必要な伝熱面積が増加する。従って、空冷吸収式冷凍機では小形化する技術が重要となる。
また、吸収式冷凍機では、使用する溶液(吸収液)として、一般に臭化リチウム水溶液が使用されるが、この臭化リチウム水溶液は腐食性があるため、腐食抑制剤が添加されている。この腐食抑制剤は、溶液と接触する鋼材表面に腐食防止皮膜を形成する働きがあるが、腐食防止皮膜を形成する際に、水素ガスが発生する。発生した水素ガスは不凝縮ガスのため、蒸発器と吸収器からなる低圧部では、より低圧となる吸収器に、再生器と凝縮器からなる高圧部では、より低圧となる凝縮器に導かれる。前記吸収器や凝縮器の伝熱面に前記不凝縮ガスが滞留すると、その箇所では熱交換ができず、熱交換性能の低下の要因となる。
以上のことから、空冷吸収式冷凍機では、小形化技術を実現しつつ、器内で発生する水素ガスなどの不凝縮ガスを、空冷吸収器や空冷凝縮器の伝熱面に滞留させないように抽気を行い、器外に効率よく排出することが求められる。
空冷吸収式冷凍機としては、特開2004−108746号公報(特許文献1)に記載のものなどがある。この特許文献1のものでは、2組の蒸発器と空冷吸収器を備え、それらの作動圧力が異なる2段吸収サイクルとして構成されている。前記空冷吸収器は、上から上部ヘッダ、空冷吸収器A1、連絡管を有する仕切板が組込まれた中間ヘッダ、空冷吸収器A2及び下部ヘッダの順で配置された構成となっている。前記蒸発器は、上段側の蒸発器E1と下段側の蒸発器E2で構成され、上段側蒸発器E1は一つの冷媒蒸気配管で前記上部ヘッダと接続され、また下段側蒸発器E2は前記中間ヘッダ内の前記仕切板の下側と一つの冷媒蒸気配管で接続された構成となっている。そして、冷水は、前記下段側蒸発器E2、前記上段側蒸発器E1の順に通水され、溶液は前記空冷吸収器A1、空冷吸収器A2の順に流れるように構成されている。これにより、高圧側となる空冷吸収器A2では、溶液の飽和温度を高くでき、外気との温度差を大きく取ることができる。
また、この特許文献1のものには、前記空冷吸収器において、管外に空冷フィンを設けた伝熱管を垂直配置して、空冷熱交換器としている構成が記載されている。前記空冷吸収器に流入する溶液は、垂直配置した伝熱管の上端から流入すると共に、蒸発器からの冷媒蒸気も伝熱管の上端から流入し、溶液が冷媒蒸気を吸収しながら流下する管内吸収となるように構成されている。
特開2004−108746号公報
空冷吸収式冷凍機では、特許文献1に記載されているように、蒸発器E1及び空冷吸収器A1と、蒸発器E2及び空冷吸収器A2とが異なる圧力になる2段吸収サイクルを採用することが一般的である。2段吸収サイクルとした場合、高圧側となる空冷吸収器A2においては外気との熱交換温度差を大きくでき、その分伝熱面積を削減できる。一方、空冷吸収器の構造上、溶液と冷媒蒸気が垂直配置した伝熱管の上端から流入する管内吸収となる。このため、伝熱管への冷媒蒸気の入口流速や伝熱管の形状に応じて、伝熱管の上端から下端まで圧力降下が生じる。圧力降下が生じると、圧力降下分溶液の飽和温度が低下するため、空冷吸収器では外気との熱交換温度差が小さくなり、この熱交換温度差が小さくなった分、伝熱面積を増加させる必要がある。
即ち、空冷吸収器では、2段吸収サイクルにすることで、一定量の伝熱面積削減効果がある一方で、空冷吸収器の伝熱管内の圧力降下を見込んだ分の伝熱面積増加も必要である。このことから、空冷吸収式冷凍機では、サイクル的に性能向上を図ると共に、空冷吸収器の伝熱管内の圧力降下を必要最小限に抑えることが、小形化に有効である。
空冷吸収器の伝熱面積を増加させる手段の一つとしては、伝熱管本数を変えずに、垂直配置する伝熱管の高さを高くすることが考えられる。しかし、この場合、伝熱管への冷媒蒸気の入口流速が増加して圧力降下も増大するため、伝熱面積増加の効果が小さくなってしまう。
伝熱管内の圧力降下を抑えて伝熱面積を増加する手段としては、空気の流れ方向(列方向)に伝熱管を増加させることが考えられる。しかし、この場合、伝熱管の列方向の後流側では、空気側の温度が上昇し、熱交換温度差が徐々に小さくなるため、伝熱面積増加の効果を十分に得ることはできない。また、空気側の圧力損失が増加するため、大きな容量の空冷ファンを使用する必要があり、消費電力量も増加する課題がある。
また、空冷吸収器の伝熱面積を空気の流れに対して直角水平方向(段方向)に伝熱管を増加させることも考えられが、この場合でも、垂直配置する伝熱管の本数が増加する分、設置面積が大きくなってしまう課題がある。
更に、空冷吸収式冷凍機では、空冷吸収器における熱交換方式が管内吸収になるが、安定した冷凍能力を発揮するためには、前述した不凝縮ガスが伝熱管内の伝熱面に滞留させないように抽気を行い、不凝縮ガスを器外に効率よく排出する必要がある。しかし、上記特許文献1のものには、空冷吸収式冷凍機における抽気についての配慮は為されていない。
本発明の目的は、空冷吸収器における伝熱管内での圧力降下を低減して小形化を図ることのできる空冷吸収式冷凍機を得ることにある。
上記目的を達成するため、本発明は、再生器、空冷凝縮器、蒸発器、空冷吸収器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ、前記再生器で濃縮された溶液を前記空冷吸収器に供給するための濃溶液ポンプ、前記空冷吸収器で希釈された稀溶液を前記再生器に戻すための稀溶液ポンプを備えた空冷吸収式冷凍機において、前記空冷吸収器は、上から上部ヘッダ、上段空冷熱交換器、中間ヘッダ、下段空冷熱交換器、下部ヘッダの順に配置され、前記蒸発器からの冷媒蒸気を前記空冷吸収器の上部ヘッダに導くための冷媒蒸気配管と、この冷媒蒸気配管の途中から分岐して前記空冷吸収器の中間ヘッダに接続される分岐冷媒蒸気配管を備え、前記空冷吸収器の中間ヘッダには、該中間ヘッダ内を上下に分割する仕切板を設け、この仕切板の上部空間は前記上段空冷熱交換器からの溶液が溜る中間タンク部とし、且つ前記仕切板には前記中間タンク部に溜った溶液を前記下段空冷熱交換器に散布するための散布穴が形成され、前記分岐冷媒蒸気配管は、前記中間ヘッダ内の前記仕切板の下部の空間に接続されていることを特徴とする。
本発明によれば、空冷吸収器における伝熱管内での圧力降下を低減して小形化を図ることのできる空冷吸収式冷凍機を得ることができる効果がある。
本発明の空冷吸収式冷凍機の実施例1を示すサイクル系統図。 図1に示す中間ヘッダの詳細構造を説明する図。 中間ヘッダの別の例を説明する図で、図2に相当する図。
以下、本発明の具体的実施例を、図面を用いて説明する。なお、各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
本発明の空冷吸収式冷凍機の実施例1を図1及び図2により説明する。図1は本発明の実施例1を示すサイクル系統図、図2は図1に示す中間ヘッダの詳細構造を説明する図である。
図1により本実施例1の全体構成を説明する。空冷吸収式冷凍機は、再生器1、第1空冷凝縮器(空冷凝縮器)4、第2空冷凝縮器(空冷凝縮器)8、第1蒸発器(蒸発器)26、第2蒸発器(蒸発器)29、第1空冷吸収器(空冷吸収器)12、第2空冷吸収器(空冷吸収器)19、溶液熱交換器45、第1溶液ポンプ(濃溶液ポンプ)44、第2溶液ポンプ47、第3溶液ポンプ(稀溶液ポンプ)49、冷媒ポンプ43などを備えている。
再生器1は、散布装置2と複数本の伝熱管からなる熱交換器3で構成され、熱交換器3内を加熱源から熱媒体配管78を介して供給される加熱源媒体が流れ、溶液(稀溶液)が散布装置2から熱交換器3に向かって散布され、熱交換器3を構成する伝熱管外を流下する溶液を、加熱源媒体で加熱して冷媒蒸気を発生させ、濃度の薄い稀溶液を濃度の濃い濃溶液に濃縮して再生するものである。
再生器1には、前記加熱源媒体として、例えば90℃の温水が供給され、熱交換器3の伝熱管外を流れる溶液を加熱することで、温水は85℃まで冷却される。一方、溶液を加熱濃縮することで発生する冷媒蒸気は、前記第1空冷凝縮器4と第2空冷凝縮器8に流入する。前記第1空冷凝縮器4の上部ヘッダ5は再生器1と冷媒蒸気配管32で接続され、前記第2空冷凝縮器8の上部ヘッダ9は冷媒蒸気配管33で接続されている。
前記第1空冷凝縮器4は、前記上部ヘッダ5と、伝熱管と空冷フィンからなる空冷熱交換器6と、下部ヘッダ7で構成され、前記第2空冷凝縮器8は、前記上部ヘッダ9と、伝熱管と空冷フィンからなる空冷熱交換器10と、下部ヘッダ11で構成されている。前記再生器1からの冷媒蒸気は2分されて、一方が前記冷媒蒸気配管32を介して前記第1空冷凝縮器4の上部ヘッダ5に導かれ、もう一方が前記冷媒蒸気配管33を介して前記第2空冷凝縮器8の上部ヘッダ9に導かれる。前記空冷熱交換器6と前記空冷熱交換器10においては、伝熱管内の冷媒蒸気が伝熱管外を流れる冷却空気で冷却され、凝縮液化して液冷媒(水)となる。
前記第1空冷凝縮器4で凝縮液化した液冷媒は冷媒配管34を通り、また前記第2空冷凝縮器8で凝縮液化した液冷媒は冷媒配管35を通って、これらの液冷媒は冷媒配管36で合流し、その後冷媒タンク76に導かれる。
前記第1蒸発器26は、散布装置27と複数の伝熱管からなる熱交換器28で構成され、前記第2蒸発器29は、散布装置30と複数の伝熱管からなる熱交換器31で構成されている。前記冷媒タンク76に導かれた液冷媒は、冷媒ポンプ43により冷媒配管42を流れて、この冷媒配管42の途中で分岐し、一方は前記第1蒸発器26の散布装置27に導かれて、前記熱交換器28の伝熱管外に散布される。もう一方の液冷媒は、前記第2蒸発器29の散布装置30に導かれ、前記熱交換器31の伝熱管外に散布される。
冷水配管20から供給される冷水は、前記第2蒸発器29の熱交換器31、前記第1蒸発器26の熱交換器28の順に通水される。この冷水は、前記第2蒸発器29の熱交換器31の伝熱管外を流下する液冷媒を加熱して冷媒蒸気を発生させ、このときの蒸発潜熱を利用して冷却された後、前記第1蒸発器26に導かれ、第1蒸発器26の熱交換器28の伝熱管外を流下する液冷媒を加熱して冷媒蒸気を発生させ、そのときの蒸発潜熱を利用して冷水は更に冷却される。
また、前記第1蒸発器26で未蒸発の液冷媒は、Uシール部を備えた冷媒配管39を介して前記冷媒タンク76に戻され、前記第2蒸発器29で未蒸発の液冷媒は、Uシール部を有する冷媒配管40を介して前記冷媒タンク76に戻される。また、前記冷媒タンク76の気相部は、連通管41を介して前記第1蒸発器26の気相部に連通されている。従って、前記第1蒸発器26内の圧力と前記冷媒タンク76内の圧力は、ほぼ同一の圧力となるが、前記第2蒸発器29では、未蒸発の液冷媒を冷媒配管40のUシール部に保持できるので、前記第1蒸発器26に対して差圧を確保することができる。
例えば、前記第2蒸発器29内の圧力を約1200Paとすればそのときの液冷媒(水)の飽和温度は約9.7℃となり、また前記第1蒸発器26の圧力を約900Paとすればそのときの液冷媒の飽和温度は約5.5℃とすることができる。従って、前記冷水配管20から、例えば12℃で流入する冷水を、前記第2蒸発器29から前記第1蒸発器26の順で通水することにより、約7℃まで冷却できる。この冷水は冷熱として室内に配置されたファンコイルユニットなどに供給することにより冷房などに利用することができる。
一方、前記再生器1で濃縮された溶液(濃溶液)は、前記第1溶液ポンプ44及び溶液配管46により、前記溶液熱交換器45を通過後、前記第1空冷吸収器12に導かれる。この第1空冷吸収器12は、上部ヘッダ14、上段空冷熱交換器15、中間ヘッダ16、下段空冷熱交換器17、下部ヘッダ18から構成されている。前記上段空冷熱交換器15と下段空冷熱交換器17は、垂直配置された伝熱管と空冷フィンで構成されている。前記再生器1からの溶液は、前記第1空冷吸収器12の上部ヘッダ13内に設けられた散布装置13を介して、前記上段空冷熱交換器15の伝熱管内を流下し、前記中間ヘッダ16を介して、下段空冷熱交換器17の伝熱管内を流下し、下部ヘッダ18に導かれる。
また、前記第1蒸発器26からの冷媒蒸気は、冷媒蒸気配管37を介して前記上部ヘッダ14に供給されると共に、前記冷媒蒸気配管37の途中から分岐する分岐冷媒蒸気配管37´を介して、前記冷媒蒸気配管37を流れる冷媒蒸気の一部を前記中間ヘッダ16に導くように構成している。前記上部ヘッダ14に導かれた冷媒蒸気は、前記上段空冷熱交換器15に導かれ、この上段空冷熱交換器15の伝熱管内を流下する溶液に吸収される。溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、空冷ファン(図示せず)により前記上段空冷熱交換器15の伝熱管外に通風される冷却空気に前記空冷フィンを介して伝達され、外気へ放出される。
前記中間ヘッダ16に導かれた前記冷媒蒸気は、中間ヘッダ16から前記下段空冷熱交換器17に導かれ、この下段空冷熱交換器17の伝熱管内を流下する溶液に吸収される。溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、同様に、空冷ファンにより下段空冷熱交換器17の伝熱管外に通風される冷却空気に空冷フィンを介して伝達され、外気へ放出される。
前記第1空冷吸収器12の下部ヘッダ18に溜った溶液は、第2溶液ポンプ47により溶液配管48を介して、前記第2空冷吸収器19に導かれる。この第2空冷吸収器19も前記第1空冷吸収器12と同様に、上部ヘッダ21、上段空冷熱交換器22、中間ヘッダ23、下段空冷熱交換器24、下部ヘッダ25から構成されている。前記上段空冷熱交換器22と下段空冷熱交換器24は、垂直配置された伝熱管と空冷フィンで構成されている。
前記第1空冷吸収器12からの溶液は、前記第2空冷吸収器19の上部ヘッダ21内に設けられた散布装置20を介して、前記上段空冷熱交換器22の伝熱管内を流下し、前記中間ヘッダ23を介して、下段空冷熱交換器24の伝熱管内を流下し、下部ヘッダ25に導かれる。
前記第2蒸発器29からの冷媒蒸気は、冷媒蒸気配管38を介して前記上部ヘッダ21に供給されると共に、前記冷媒蒸気配管38の途中から分岐する分岐冷媒蒸気配管38´を介して、前記冷媒蒸気配管38を流れる冷媒蒸気の一部を前記中間ヘッダ23に導くように構成している。前記上部ヘッダ21に導かれた冷媒蒸気は、前記上段空冷熱交換器22に導かれ、この上段空冷熱交換器22の伝熱管内を流下する溶液に吸収される。溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、空冷ファン(図示せず)により前記上段空冷熱交換器22の伝熱管外に通風される冷却空気に前記空冷フィンを介して伝達され、外気へ放出される。
前記中間ヘッダ23に導かれた前記冷媒蒸気は、中間ヘッダ23から前記下段空冷熱交換器24に導かれ、この下段空冷熱交換器24の伝熱管内を流下する溶液に吸収される。溶液が冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、同様に、空冷ファンにより下段空冷熱交換器24の伝熱管外に通風される冷却空気に空冷フィンを介して伝達され、外気へ放出される。
前記第2空冷吸収器19の下部ヘッダ25の溶液は、第三溶液ポンプ(稀溶液ポンプ)49により溶液配管50を介して前記溶液熱交換器45を通過後、前記再生器1の散布装置2に導かれる。前記溶液熱交換器45では、再生器1からの高温の溶液と第2空冷吸収器19からの低温の溶液とが熱交換し、前記高温の溶液の顕熱を回収し、前記低温の溶液の温度上昇に利用される。
なお、本実施例においては、前記溶液(吸収剤)として臭化リチウムを使用し、また前記冷媒として水を使用している。
本実施例では、上述したように、第1空冷吸収器12では、中間ヘッダ16を設けることにより、第1蒸発器26からの冷媒蒸気が流入する伝熱管の入口面積を倍増することができる。また、第1蒸発器26からの冷媒蒸気は、冷媒蒸気配管37で分岐されて上部ヘッダ14と中間ヘッダ16に導かれるように構成しているので、上段空冷熱交換器15と下段空冷熱交換器17のそれぞれの伝熱管への冷媒蒸気の入口流速をほぼ半減することができ、その結果、圧力降下を大幅に低減できる効果がある。
第2空冷吸収器19でも、上記第1空冷吸収器12と同様に、中間ヘッダ23を設けることにより、第2蒸発器29からの冷媒蒸気が流入する伝熱管の入口面積を倍増することができる。また、第2蒸発器29からの冷媒蒸気は、冷媒蒸気配管38で分岐されて上部ヘッダ21と中間ヘッダ23に導かれるように構成しているので、上段空冷熱交換器22と下段空冷熱交換器24のそれぞれの伝熱管への冷媒蒸気の入口流速をほぼ半減することができ、圧力降下を大幅に低減できる効果がある。
次に、図1に示す第1空冷吸収器12と第2空冷吸収器19の中間ヘッダ16,23の構造を図2により説明する。図2は、第1空冷吸収器12の中間ヘッダ16の詳細構造を示す図(図1に楕円の点線で示す部分の詳細図)である。なお、第2空冷吸収器19の中間ヘッダ23の構造については図示しないが、図2と同様の構造になっている。
図2に示すように、中間ヘッダ16には、該中間ヘッダ16内を上下に分割する仕切板101を設け、この仕切板101の上部空間は前記上段空冷熱交換器15からの溶液が溜る中間タンク部103とし、且つ前記仕切板101には前記中間タンク部103に溜った溶液を前記下段空冷熱交換器に散布するための散布穴102が形成され、前記分岐冷媒蒸気配管37´は、前記中間ヘッダ16内の前記仕切板101の下部空間に接続されている。
なお、前記上段空冷熱交換器15は前述したように、伝熱管15aと空冷フィン15bにより構成されている。また、前記中間ヘッダ16の下部に接続される下段空冷熱交換器17も伝熱管17aと空冷フィン17bにより構成されている。
前記第1蒸発器26からの冷媒蒸気を導く分岐冷媒蒸気配管37´は、中間ヘッダ16内の前記仕切板101よりも低い位置に接続される。前記散布穴102の位置は、下段空冷熱交換器17における各伝熱管17aの中心線上に設けている。そして、運転中には、前記仕切板101上の中間タンク部103に、上段空冷熱交換器15の伝熱管15a内を流下した溶液が一旦溜められ、溶液の液ヘッドを利用して該仕切板101の散布穴102から、溶液が下段空冷熱交換器17に散布できるように、前記散布穴102の穴径や数が設定されている。
また、前記中間タンク部103に、上段空冷熱交換器15の伝熱管15a内を流下した溶液を一旦溜めることができるので、分岐冷媒蒸気配管37´から中間ヘッダ16の仕切板101下部空間に導かれる冷媒蒸気を、全て前記下段空冷熱交換器17に導くことができる。
これにより、第1空冷吸収器12において、上部ヘッダ14に冷媒蒸気が供給される側では、上段空冷熱交換器15の伝熱管15a内に生じる圧力降下により、中間タンク部103を最も低圧にできるので、この中間タンク部103に空冷吸収式冷凍機の器内で発生する水素ガスなどの不凝縮ガスを集めることができる。そこで、図1に示すように、中間ヘッダ16内の中間タンク部103の気相部に、抽気用の溶液駆動エゼクタ58を、抽気配管59を介して接続することにより、前記中間タンク部103に集まる不凝縮ガスを、前記エゼクタ58により抽気できるから、上段空冷熱交換器15内に不凝縮ガスが滞留するのを防止或いは抑制することができる。
また、分岐冷媒蒸気配管37´から冷媒蒸気が導かれる中間ヘッダ16の下部空間から下部ヘッダ18までの部分においては、下段空冷熱交換器17の伝熱管内に生じる圧力降下により下部ヘッダ18内が最も低圧になるので、空冷吸収式冷凍機の器内で発生する水素ガスなどの不凝縮ガスをこの下部ヘッダ18内にも集めることができる。
ここで、前記中間タンク部103内と前記下部ヘッダ18内の圧力を比較すると、中間タンク部103内の圧力の方が低くなる。これは、上段空冷熱交換器15に流入する溶液の濃度よりも、下段空冷熱交換器17へ流入する溶液の濃度の方が薄くなるので、下段空冷熱交換器17内の溶液の飽和温度の方が低くなり、冷却空気との熱交換温度差が小さくなるためである。このため、下段空冷熱交換器17の方が、交換熱量が減少し、供給される冷媒蒸気量も減少するので、上段空冷熱交換器15への冷媒蒸気の入口流速より、下段空冷熱交換器17への冷媒蒸気の入口流速が低下し、伝熱管17a内の圧力降下が減少することによる。
そこで、図1に示すように、中間タンク部103の気相部と下部ヘッダ18の気相部を連通管57で接続することにより、下部ヘッダ18内に溜った不凝縮ガスも、中間タンク部103に導くことができ、前記溶液駆動エゼクタ58で抽気することが可能になる。この結果、下段空冷熱交換器17内にも不凝縮ガスが滞留するのを防止或いは抑制できる。
前記溶液駆動エゼクタ58の駆動溶液には、前記第三溶液ポンプ(稀溶液ポンプ)49の吐出側配管50からの稀溶液の一部を配管60で分岐させ、この配管60を介して前記冷媒タンク76内を経由させることで、冷媒タンク76内の冷媒77により冷却して利用する。溶液駆動エゼクタ58の出口は、配管62を介して、前記第三溶液ポンプ49の吸込側の配管に接続する。これにより第1空冷吸収器12で抽気した不凝縮ガスを、第2空冷吸収器19を経由せずに再生器1に導くことができる。従って、第1空冷吸収器12で抽気された不凝縮ガスが、第2空冷吸収器19の性能に及ぼす影響を最小限に抑えることができる。
一方、前記第2空冷吸収器19においても、その中間ヘッダ23の構造は図2と同様の構造になっている。また、図1に示すように、中間ヘッダ23内の中間タンク部103´の気相部に、抽気用の溶液駆動エゼクタ64を、抽気配管65を介して接続することにより、前記中間タンク部103´に集まる不凝縮ガスを、前記エゼクタ64により抽気できるから、上段空気熱交換器22内に不凝縮ガスが滞留するのを防止或いは抑制できる。
前記溶液駆動エゼクタ64の駆動溶液には、前記第三溶液ポンプ49吐出側の稀溶液の一部を分岐させ、前記配管60を介して冷媒タンク76内に導き、該冷媒タンク76内の冷媒77で冷却した稀溶液の一部を配管63で分岐させて利用する。この溶液駆動エゼクタ64の出口は、配管66を介して、前記第三溶液ポンプ49の吸込側の配管に接続する。これにより第2空冷吸収器19で抽気した水素ガスなどの不凝縮ガスを前記再生器1に導くことができる。
なお、第2空冷吸収器19の下部ヘッダ25にも、前記第1空冷吸収器12における下部ヘッダ18と同様に、水素ガスなどの不凝縮ガスが集まる。この不凝縮ガスは、前記第2空冷吸収器19下部の溶液出口部で、溶液に巻込み随伴させて前記第3溶液ポンプ49側に溶液と共に排出することができる。これにより、不凝縮ガスを前記下段空冷熱交換器24内に滞留させることなく、再生器1に導くことができる。
なお、第2空冷吸収器19においても、第1空冷吸収器12と同様に、中間ヘッダ23内の中間タンク103´の気相部と下部ヘッダ25の気相部を連通管で接続するようにしても良い。
再生器1に導かれた水素ガスなどの不凝縮ガスは、図1に示すように、再生器1に冷媒蒸気配管32を介して接続されている前記第1空冷凝縮器4と、同じく冷媒蒸気配管33を介して接続されている第2空冷凝縮器8に導かれる。前記第1空冷凝縮器4では、空冷熱交換器6での圧力降下により、下部ヘッダ7が最も低圧になるので、空冷熱交換器6内に不凝縮ガスを滞留させることなく、前記下部ヘッダ7に前記不凝縮ガスを集めることができる。
同様に、第2空冷凝縮器8でも、空冷熱交換器10での圧力降下により、下部ヘッダ11が最も低圧になるので、空冷熱交換器10内に不凝縮ガスを滞留させることなく、前記下部ヘッダ11に不凝縮ガスを集めることができる。
前記下部ヘッダ7と前記下部ヘッダ11は連通管51により連通されており、また前記下部ヘッダ7には抽気用の溶液駆動エゼクタ53が抽気配管52を介して接続されている。このエゼクタ53の駆動溶液としては、前記第3溶液ポンプ49の吐出側配管50から稀溶液の一部を配管54で分岐させて利用する。また、前記溶液駆動エゼクタ53の出口は配管56を介して気液分離器67に接続されている。この気液分離器67の液相部は、配管68を介して前記第3溶液ポンプ49の吸込側の配管に接続され、また前記気液分離器67の気相部は、配管70を介して貯気タンク69に接続されている。
これにより、空冷吸収式冷凍機の器内で発生した水素ガスなどの不凝縮ガスを、貯気タンク69に導くことができる。この貯気タンク69には、バルブ73を有する抽気配管72を介してアスピレータ71に接続されている。このアスピレータ71には、前記第2蒸発器29に冷水配管20により通水される冷水の一部を、バルブ75を有する配管74により導いて通水させることができるように構成されている。そして、前記貯気タンク69内に溜められた不凝縮ガスは、前記気液分離器67内に設けた圧力検出器(図示せず)により検出された圧力が設定圧力値以上となったときに、前記抽気配管72のバルブ73と、前記配管74のバルブ75を開くことにより、前記冷水の一部をアスピレーター71に通水し、これを駆動源として前記貯気タンク69内の不凝縮ガスを前記抽気配管72を介して抽気する。これにより、前記抽気した不凝縮ガスを、最終的に、前記アスピレータ71から冷水と共に器外に排出することができる。
なお、本実施例では、前記溶液駆動エゼクタ53を、第1空冷凝縮器4の下部ヘッダ7に接続するようにしているが、前記エゼクタ53を接続する箇所は、第1空冷凝縮器4の下部ヘッダ7に限定されるものではなく、前記第2空冷凝縮器8の下部ヘッダ11や前記連通管51であっても良く、同様の効果を奏することができる。
図3は、図2に示した中間ヘッダの他の例(変形例)を示す図で、図2に相当する図であり、図2と同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。この図3に示す中間ヘッダは、第1空冷吸収器12の中間ヘッダ16を示しているが、第2空冷吸収器19の中間ヘッダ23についても同様に構成することができる。
図3に示す例では、中間タンク部103底部の仕切板101の中央部を凹状部101aに形成し、この仕切板101の凹状部101aに散布穴102を形成しているものである。このように構成しても、図2に示した中間ヘッダと同様の動作と効果が得られる。しかも、この図3に示す例では、中間タンク部103底部の仕切板101中央部を凹状部101aに形成しているので、中間タンク部103に供給される溶液の量が少なくなった場合でも、前記凹状部101aに溶液を確実に溜めることができ、散布穴102から下部空冷熱交換器17に安定した散布を行うことができる。従って、この例によれば、中間タンク部103内の溶液の液位変動があったような場合でも、安定した散布が可能になる効果が得られる。
第2空冷吸収器19の中間ヘッダ23を、図3のように構成しても、同様の動作と効果を得ることができる。
以上説明した本実施例によれば、上から上部ヘッダ、上段空冷熱交換器、中間ヘッダ、下段空冷熱交換器、下部ヘッダの順に配置して構成した空冷吸収器とし、蒸発器からの冷媒蒸気を、前記上部ヘッダに冷媒蒸気配管で導くと共に、この冷媒蒸気配管の途中から分岐する分岐冷媒蒸気配管を設けて、前記冷媒蒸気の一部を前記中間ヘッダにも導くように構成しているので、前記上段空冷熱交換器及び前記下段空冷熱交換器の各伝熱管入口部での冷媒蒸気の流速を低減することができる。これにより、各伝熱管内に生じる圧力降下を大幅に低減できるので、性能を向上することができる。また、前記伝熱管を垂直方向に長く(高く)しても圧力降下の上昇を低減できるので、冷凍能力が増大して空冷熱交換器の伝熱面積を増加させる場合でもより少ない伝熱管本数で対応できるから、設置面積を小さくでき、小形化を図ることができる。
また、前記空冷吸収器の中間ヘッダには、該中間ヘッダ内を上下に分割する仕切板を設け、この仕切板の上部空間は前記上段空冷熱交換器からの溶液が溜る中間タンク部とし、且つ前記仕切板には前記中間タンク部に溜った溶液を前記下段空冷熱交換器に散布するための散布穴が形成され、前記分岐冷媒蒸気配管は、前記中間ヘッダ内の前記仕切板の下部空間に接続されるように構成している。これにより、上段空冷熱交換器内を流下した溶液は、冷媒蒸気を吸収してその濃度が若干低下しているものの、体積はほとんど増加しない状態で中間タンク内に一旦溜められ、前記散布穴から下段空冷熱交換器の伝熱管内に散布される。一方、冷媒蒸気は前記中間ヘッダの仕切板下部空間に供給され、ここから前記下段空冷熱交換器に供給される。従って、下段空冷熱交換器における圧力降下を、前記上段空冷熱交換器における圧力降下とほぼ同様のレベルにすることができるから、上下の空冷熱交換器の伝熱管を合わせた垂直配置の伝熱管長さが長くなっても、圧力降下の増大を抑えることができる。従って、本実施例によれば、空冷熱交換器の伝熱面積を増加させても圧力降下の増大と設置面積の増大を抑えることができる。
更に、本実施例では、空冷吸収器を上記構成としているので、器内で発生する水素ガスを上段空冷熱交換器側では、最も低圧になる中間タンクの気相部に集めることができ、しかも前記中間タンク部の気相部に溜った不凝縮ガスを抽気するための抽気装置を備えているので、器内で発生する水素ガスなどの不凝縮ガスを抽気して器外に効率よく排出することができる。これにより、熱交換方式が管内吸収になる空冷吸収器の伝熱管内の伝熱面に、不凝縮ガスが滞留するのを抑制できるから、熱交換性能の低下を防止して安定した熱交換性能を有する空冷吸収器とすることができ、安定した冷凍能力を発揮させることができる。
従って、本実施例によれば、小形で性能の高い空冷吸収式冷凍機を得ることができる。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記実施例では蒸発器、空冷吸収器、及び空冷凝縮器を2台づつ備えている2段蒸発吸収式の空冷吸収式冷凍機に適用した場合について説明したが、蒸発器、空冷吸収器、及び空冷凝縮器が1台づつ備えている単段空冷吸収式冷凍機にも同様に適用できるものである。
更に、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
1:再生器、2:散布装置、3:熱交換器、
4:第1空冷凝縮器(空冷凝縮器)、
5:上部ヘッダ、6:空冷熱交換器、7:下部ヘッダ、
8:第2空冷凝縮器(空冷凝縮器)、
9:上部ヘッダ、10:空冷熱交換器、11:下部ヘッダ、
12:第1空冷吸収器(空冷吸収器)、13:散布装置、14:上部ヘッダ、
15:上段空冷熱交換器、15a:伝熱管、15b:空冷フィン、16:中間ヘッダ、
17:下段空冷熱交換器、17a:伝熱管、17b:空冷フィン、18:下部ヘッダ、
19:第2空冷吸収器(空冷吸収器)、20:散布装置、21:上部ヘッダ、
22:上段空冷熱交換器、23:中間ヘッダ、
24:下段空冷熱交換器、25:下部ヘッダ、
26:第1蒸発器(蒸発器)、27:散布装置、28:熱交換器、
29:第2蒸発器(蒸発器)、30:散布装置、31:熱交換器、
32,33,37,38:冷媒蒸気配管、37´,38´:分岐冷媒蒸気配管、
34〜36、39,40,42:冷媒配管、
41,51,57:連通管、
43:冷媒ポンプ、44:第1溶液ポンプ(濃溶液ポンプ)、
45:溶液熱交換器、
46,48,54,56,66,68,70,74:配管、
47:第2溶液ポンプ、49:第3溶液ポンプ(稀溶液ポンプ)、
50:吐出側配管、
52,59,65,72:抽気配管、
53、58、64:溶液駆動エゼクタ(エゼクタ)、
67:気液分離器、69:貯気タンク、
71:アスピレータ、73,75:バルブ、
76:冷媒タンク、77:冷媒、
78:熱媒体配管、
101:仕切板、101a:凹状部、
102:散布穴、103,103´:中間タンク部。

Claims (7)

  1. 再生器、空冷凝縮器、蒸発器、空冷吸収器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ、前記再生器で濃縮された溶液を前記空冷吸収器に供給するための濃溶液ポンプ、前記空冷吸収器で希釈された稀溶液を前記再生器に戻すための稀溶液ポンプを備えた空冷吸収式冷凍機において、
    前記空冷吸収器は、上から上部ヘッダ、上段空冷熱交換器、中間ヘッダ、下段空冷熱交換器、下部ヘッダの順に配置され、
    前記蒸発器からの冷媒蒸気を前記空冷吸収器の上部ヘッダに導くための冷媒蒸気配管と、
    この冷媒蒸気配管の途中から分岐して前記空冷吸収器の中間ヘッダに接続される分岐冷媒蒸気配管を備え、
    前記空冷吸収器の中間ヘッダには、該中間ヘッダ内を上下に分割する仕切板を設け、この仕切板の上部空間は前記上段空冷熱交換器からの溶液が溜る中間タンク部とし、且つ前記仕切板には前記中間タンク部に溜った溶液を前記下段空冷熱交換器に散布するための散布穴が形成され、前記分岐冷媒蒸気配管は、前記中間ヘッダ内の前記仕切板の下部の空間に接続されている
    ことを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  2. 請求項1に記載の空冷吸収式冷凍機において、
    前記蒸発器は第1蒸発器と第2蒸発器で構成され、
    前記空冷吸収器は第1空冷吸収器と第2空冷吸収器で構成されると共に、これら第1、第2の空冷吸収器は、それぞれ上から上部ヘッダ、上段空冷熱交換器、中間ヘッダ、下段空冷熱交換器、下部ヘッダの順に配置され、
    前記第1、第2の空冷吸収器における前記中間ヘッダには、それぞれ、中間ヘッダ内を上下に分割する仕切板を設け、これらの仕切板の上部空間は溶液が溜る中間タンク部とし、且つ前記各仕切板には溶液を散布するための散布穴が形成され、
    前記第1蒸発器からの冷媒蒸気を前記第1空冷吸収器の上部ヘッダに導くための冷媒蒸気配管と、この冷媒蒸気配管の途中から分岐して前記第1空冷吸収器の中間ヘッダ内の前記仕切板下部空間に接続される分岐冷媒蒸気配管を備えると共に、
    前記第2蒸発器からの冷媒蒸気を前記第2空冷吸収器の上部ヘッダに導くための冷媒蒸気配管と、この冷媒蒸気配管の途中から分岐して前記第2空冷吸収器の中間ヘッダ内の前記仕切板下部空間に接続される分岐冷媒蒸気配管を備える
    ことを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  3. 請求項2に記載の空冷吸収式冷凍機において、
    前記第1、第2の空冷吸収器におけるそれぞれの中間タンク部の気相部に溜った不凝縮ガスを抽気するための抽気装置を備えていることを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  4. 請求項3に記載の空冷吸収式冷凍機において、
    溶液が、前記再生器から、前記第1空冷吸収器、前記第2空冷吸収器の順に流れて再び前記再生器に戻るように溶液の循環回路が構成されると共に、前記第1空冷吸収器における中間ヘッダの中間タンク部の気相部と、下部ヘッダの気相部を連通管で接続していることを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  5. 請求項3に記載の空冷吸収式冷凍機において、
    前記抽気装置は、前記第2空冷吸収器で希釈された稀溶液を前記再生器に戻すための稀溶液ポンプの吐出側の稀溶液の一部を導いて駆動源としたエゼクタで構成し、該エゼクタの出口は前記稀溶液ポンプの吸込側の配管に接続されていることを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  6. 請求項5に記載の空冷吸収式冷凍機において、
    前記第1蒸発器の下部と前記第2蒸発器の下部とを接続する冷媒配管と、この冷媒配管の途中に設けられた冷媒タンクを備え、前記稀溶液ポンプの吐出側の稀溶液の一部を前記冷媒タンクに導いて冷媒タンク内の冷媒と熱交換させた後、この熱交換された稀溶液を前記エゼクタに導くように構成していることを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
  7. 請求項1〜6の何れかに記載の空冷吸収式冷凍機において、
    前記空冷凝縮器は第1空冷凝縮器と第2空冷凝縮器で構成され、
    これら第1、第2の空冷凝縮器は、それぞれ、上から上部ヘッダ、空冷熱交換器、下部ヘッダの順に配置され、
    前記第1空冷凝縮器の下部ヘッダと前記第2空冷凝縮器の下部ヘッダを連通管で接続し、前記各下部ヘッダと前記連通管の少なくとも何れかに、前記稀溶液ポンプの吐出側の稀溶液の一部を導いて駆動源としたエゼクタにより構成された抽気装置を接続し、この抽気装置のエゼクタ出口を気液分離器に接続し、該気液分離器の液相部を前記稀溶液ポンプの吸込側の配管に接続すると共に、前記気液分離器の気相部を貯気タンクに接続し、該貯気タンクはバルブを介してアスピレータの吸引側に接続し、前記アスピレータの駆動側は前記蒸発器に通水する冷水の冷水配管にバルブを介して接続されている
    ことを特徴とする空冷吸収式冷凍機。
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