JP2014521919A5 - - Google Patents

Description

本発明は、冷媒作用剤回路から熱を吸収しつつ冷媒を蒸発させる蒸発器と、濃縮された低濃度冷媒作動物質により冷媒蒸気を吸収する吸収器と、を備えた吸収式冷凍機に関する。

吸収式冷凍機においては、一般的に作業物質対は冷媒と同様に塩類溶液からなり、特に、ＬｉＢｒ及び水を含むものが確立されている。しかしながら、ＬｉＢｒ溶液は、酸素存在下で特に腐食性が高い。従って、当初名づけられた吸収式冷凍機類は、以前では閉じたプラントでだけで動作されている。吸収式冷凍機では、通常の場合、蒸発器及び吸収器が真空の圧力段ｐ１の第１のハウジング内に収容され、高濃度冷媒作動物質対からの冷媒を脱着する脱着器及び後に膨張する冷媒を凝縮する凝縮器が、通常、確かに低い酸素分圧をもたらす１００ｍｂａｒ未満の真空の圧力段ｐ２の更なるハウジング内に収容されている。それにもかかわらず腐食を避けるために、高合金化されたステンレス鋼が実際に使用されなければならない。また、今まで、塩類溶液は、配管を介して細流化されており、特にハウジングや配管内の全ての部品と接触しているという事実がある。

以前の大部分の水平一括管装置では、水又は塩類溶液などの作動媒体が、穿孔された底部を介して配管され、その上で使用されている。水や塩類溶液は、熱と物質の良好な伝達性を確保するために、完全に配管を潤す必要がある。配管の均一な湿潤を達成するためには、熱及び物質の理想的な交換に必要な最小の量よりも大きい質量流を操作することが常に必要である。
文献米国特許公開２０１１／０１２６５６３Ａ１号は、請求項１の前文の特徴を有する吸収式冷凍機を開示している。さらに、従来の吸収式冷凍機は文献ＷＯ２００７／１４４０２４Ａ１及びＥＰ２１２３９９７Ａ１から公知である。

本発明の実質的に基本的な目的は、前述の欠点を解消する改善された吸収式冷凍機を提供することである。また、いわゆるオープン吸収式冷凍機も実現され、その中で、濃縮塩類溶液はシステム境界を介して外部からプロセスに供給され、希釈塩類溶液はシステム境界を介して外部に案内され、すなわち、吸収式冷凍機は蒸発器及び吸収器だけでなく脱着器及び凝縮器も備えなければならない。

この目的は本発明により達成され、本発明においては、蒸発器は、複数の蒸発ユニットを有し、該蒸発ユニットの各々は、熱伝導性気密的液密的障壁によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷媒作用剤が貫流する冷媒作用剤チャネルと、該熱伝導性障壁に隣接
し且つ冷媒に作用され且つ熱伝導性障壁に対向して配置されるその側面で蒸気透過性液密的膜壁によって蒸気空間から分離される冷媒チャネルとを有し、
吸収器は、複数の吸収ユニットを有し、該吸収ユニットの各々は、熱伝導性気密的液密的障壁によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷却剤が貫流する冷却剤チャネルを有し、更に、該熱伝導性障壁に隣接して、濃縮された低濃度冷媒作動物質対が供給され且つ熱伝導性障壁に対向して配置されるその側面に設けられた蒸気透過性液密的膜壁を介して蒸気空間からの冷媒蒸気に作用される少なくとも１つの吸収チャネルを有する。

塩類溶液、冷媒作用剤、冷媒、冷却剤などが常に閉じたチャンネルで導入されているので、それぞれのハウジングの噴霧又は濡れは発生しなくなる。閉じたチャネル内の冷媒及び食塩水を含む作動物質対の導入によって、交換表面を完全に理想的な質量流量で湿らせることが、さらに保証される。

境界となる熱伝導性気密的液密的障壁又は蒸気透過性液密的膜壁を含む異なるチャネルはプラスチックのみから成るので、蒸発器及び吸収器のみを含むが蒸発器及び吸収器を備えない、いわゆるオープン吸収式冷凍機が問題なく実現されることができる。かかるオープン吸収式冷凍機では、濃縮された塩類溶液、特にＬｉＢｒ溶液が外部からシステム境界を介してプロセスに供給され、希釈された塩類溶液又はＬｉＢｒ溶液がシステム境界を介して外部へ導かれている。腐食は事実上、プラスチック専用使用によりもはや起こり得ない。濃縮された塩類溶液にその分圧に応じて溶解した酸素が、プラスチックの使用を可能としている。これは、以前の慣習上の鋼使用のプラントの腐食と破壊をもたらすであろう。

よって、それぞれのオープン吸収式冷凍機は脱着器や凝縮器を備えず蒸発器及び吸収器だけを備えることができ、蒸発器及び吸収器が共通のハウジング内に収容され得る。冷媒作用剤の生成、特に冷水の生成のための中心部には、冷媒作用剤及び濃縮された塩類溶液、特に濃縮されたＬｉＢｒ溶液だけが必要とされる。希釈された塩類溶液の再生は、例えば、廃熱が存在すれば、異なる場所で行うことができる。濃縮された塩類溶液用のタンクを備えたストレージ操作は、例えば、このようなオープンシステムでも可能である。

上述したように、吸収式冷凍機は、特に、脱着と凝縮器を備えないいわゆるオープン吸収式冷凍機として設計されてもよい。しかしながら、他の好適な実施例によれば、吸収式冷凍機は、高濃度冷媒作動物質対からの冷媒の脱着のための脱着器と、その後に膨張する冷媒１４の凝縮のための凝縮器をさらに備えている。

吸収の際、蒸発器内で形成される冷媒蒸気は、脱着器から来る濃縮された低濃度冷媒作動物質対によって吸収される。一般的にこのプロセスで遊離する溶液熱は外部に導かれ、吸収過程を維持する。冷媒の一部は、脱着器又はエキスペラの高濃度冷媒作動物質対から排出される。

脱着器から来る熱い低濃度冷媒作動物質対の冷却のための熱伝達は、溶液熱交換器で行うことができる。脱着器から来る低濃度冷媒溶液は溶液熱交換器で冷却することができ、脱着器に入る高濃度冷媒溶液を同時に予熱することができる。脱着器内の冷媒の脱離のためのエネルギー必要量は、溶液熱交換器によって低減される。

本発明による吸収式冷凍機の好適な実施例によれば、脱着器は少なくとも１つの脱着ユニットを有し、該脱着ユニットは、熱伝導性気密的液密的障壁によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ加熱作用剤が貫流する加熱作用剤チャネルと、該熱伝導性障壁に隣接する脱着チャネルとを有し、脱着チャネルは、高濃度冷媒作動物質対に作用され且つ、熱伝導性障壁に対向して配置されるその側面にて蒸気透過性液密的膜壁によって更なる蒸気空間から分離され、更に、凝縮器は少なくとも１つの凝縮ユニットを有し、該凝縮ユニットは、熱伝導性気密的液密的障壁によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷却剤が貫流する冷却剤チャネルと、該熱伝導性障壁に隣接する少なくとも１つの凝縮チャネルを有し、凝縮チャネルは、熱伝導性障壁に対向して配置されるその側面に設けられている蒸気透過性液密的膜壁を介した更なる蒸気空間からの蒸気に作用される。

図１は、冷媒１４を蒸発させて冷媒作用剤回路１６から熱を吸収する蒸発器１２と、濃縮された低濃度冷媒作動物質対２２を介して冷媒蒸気２０を吸収するための吸収器１８とを有する吸収式冷凍機１０の例示的な実施例の概略を示す。

吸収器１８は少なくとも１つの吸収ユニット１８’を有し、吸収ユニットは、熱伝導性気密的液密的障壁３６によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷却剤３４が貫流する冷却剤チャネル３８を有し、更に、該熱伝導性障壁３６に隣接して、濃縮された低濃度冷媒作動物質対２２が供給され且つ熱伝導性障壁３６に対向して配置されるその側面に設けられた蒸気透過性液密的膜壁４２を介して蒸気空間３２からの冷媒蒸気２０に作用される少なくとも１つの吸収チャネル４０を有する。

この場合、吸収式冷凍機１０は、高濃度冷媒作動物質対４８からの冷媒の脱着のための脱着器４６と、その後に膨張する冷媒１４の凝縮のための凝縮器５０をさらに備えている。

脱着器４６は少なくとも１つの脱着ユニット４６’を有し、該脱着ユニットは、熱伝導性気密的液密的障壁５４によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ加熱作用剤１５が貫流する加熱作用剤チャネル５６と、該熱伝導性障壁５４に隣接する脱着チャネル５８とを有する。該脱着チャネルは、高濃度冷媒作動物質対４８に作用され且つ、熱伝導性障壁５４に対向して配置されるその側面の蒸気透過性液密的膜壁６０によって更なる蒸気空間６２から分離されている。

脱着器４６からの高温の濃縮された低濃度冷媒作動物質対の冷却のための熱伝達は、溶液熱交換器７４で行うことができる。脱着器４６からの濃縮された低濃度冷媒作動物質対２２は、溶液熱交換器７４で冷却される。同時に、脱着器４６に入る高濃度冷媒作動物質対４８は予熱される。脱着器４６内の冷媒の脱着のためのエネルギー必要量は、溶液熱交換器７４によって低減される。

作動物質対は、特に、冷媒として水と塩類溶液としてＬｉＢｒ溶液とを含むことができる。特に、冷媒作用剤１６は、冷水とすることができる。

吸収器１８は、濃縮された低濃度冷媒作動物質対２２に作用される吸収チャネル４０を備える。吸収チャネル４０は、蒸気透過性液密的膜壁４２及び対向する膜壁４２と熱伝導性気密的液密的障壁３６とによって第１の蒸気空間３２に向け境界付けされている。熱伝導性気密的液密的障壁３６は冷却液３４用の冷却剤チャネル３８に隣接しており、冷却剤チャネル３８が第１のハウジング４４の内部に向かってさらに壁８０によって終端している。

また、２つのチャンネル６６、６８を同様に含む凝縮器５０は第２の蒸気空間６２の上に隣接して設けられている。よって、蒸気の結露用の凝縮チャンネル６８は、第２の蒸気空間６２に隣接した凝縮器５０の蒸気透過性液密的膜壁７０に隣接している。この凝縮チャネル６８は、熱伝導性気密的液密的障壁６４によって膜壁７０に対向して配置された側に接している。冷却剤チャネル６６は、第２のハウジング７２の内部に向かって更なる壁８２によって終端して、直接熱伝導性障壁６４に隣接している。

塩類溶液ラインにおける溶液熱交換器７４は、脱着器４６からの高温で濃縮された低濃度冷媒作動物質対２２を、脱着器４６からの低温の高濃度冷媒作動物質対４８で冷却する。吸収式冷凍機内の圧力差は、当業者に一般に周知の方法でポンプ及び絞り弁を介して補償されている。吸収式冷凍機は、特に、冷水及び温水を供給することができる。しかし、水の代わりに、別の媒体でも加熱と冷却の機能を引き継ぐことができる。

図３は、脱着と凝縮器を備えない、いわゆるオープン吸収式冷凍機１０の例示的な実施例を模式的な平面図で示したものである。この態様において、吸収式冷凍機１０は、蒸発器１２と吸収器１８を含むハウジング４４を備える。ハウジング４４内は真空である。冷媒１４、例えば水と、塩類溶液、例えば、ＬｉＢｒ溶液とを含む作業物質対は、このオープン吸収式冷凍機１０に供給されている。再処理のために外部に出力され得る塩類溶液は、作業物質対から生成される。吸収式冷凍機は、操作するための冷却側に再び接続されている。

図４による本実施例の高集積化は、特に、蒸気透過性液密的膜壁と熱交換壁によって境界されているチャネルに案内される全ての液体の流れで可能となる。統合された蒸発器／吸収器ユニット８２と統合された脱着器／凝縮器ユニット８４は、蒸気透過性液密的膜壁と熱交換壁又は熱交換フィルムを伴うフレーム要素の対応する配列によって各々を実現することができる。よって、チャンネルは冷媒作用剤や冷水のため、濃縮、希釈された塩類溶液のため、及び蒸気のため、に製造されている。また、統合された蒸発器／吸収器ユニット８２と統合された脱着器／凝縮器ユニット８４は、別々のハウジング（図示せず）に配置されている。

１０…吸収式冷凍機
１２…蒸発器
１２’…蒸発ユニット
１４…冷媒
１５…加熱作用剤
１６…冷媒作用剤，冷媒作用剤回路
１８…吸収器
１８’…吸収ユニット
２０…冷媒蒸気
２２…濃縮された低濃度冷媒作動物質対
２４…熱伝導性液密的障壁
２６…冷媒作用剤チャネル
２８…冷媒チャネル
３０…蒸気透過性液密的膜壁
３２…蒸気空間
３４…冷却剤，冷却剤回路
３６…熱伝導性気密的液密的障壁
３８…冷却剤チャネル
４０…吸収チャネル
４２…蒸気透過性液密的膜壁
４４…ハウジング
４６…脱着器
４６’…脱着ユニット
４８…高濃度冷媒作動物質対
５０…凝縮器
５０’…凝縮ユニット
５２…加熱作用剤
５４…熱伝導性気密的液密的障壁
５６…加熱作用剤チャネル
５８…脱着チャネル
６０…蒸気透過性液密的膜壁
６２…更なる蒸気空間
６４…熱伝導性気密的液密的障壁
６６…冷却剤チャネル
６８…凝縮チャネル
７０…蒸気透過性液密的膜壁
７２…ハウジング
７４…溶液熱交換器
７６…絞り弁
７８…ポンプ
８０…壁
８２…統合された蒸発器／吸収器ユニット
８４…統合された脱着器／凝縮器ユニット

Claims (14)

1. 冷媒作用剤回路（１６）から熱を吸収しつつ冷媒（１４）を蒸発させる蒸発器（１２）と、濃縮された低濃度冷媒作動物質（２２）により冷媒蒸気（２０）を吸収する吸収器（１８）と、を備えた吸収式冷凍機（１０）であって、
   前記蒸発器（１２）は複数の前記蒸発ユニット（１２’）を有し、前記蒸発ユニットの各々は、熱伝導性気密的液密的障壁（２４）によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷媒作用剤（１６）が貫流する冷媒作用剤チャネル（２６）と、前記熱伝導性障壁（２４）に隣接し且つ冷媒（１４）に作用され且つ前記熱伝導性障壁（２４）に対向して配置
   されるその側面で蒸気透過性液密的膜壁（３０）によって蒸気空間（３２）から分離される少なくとも１つの冷媒チャネル（２８）と、を有し、
   前記吸収器（１８）は複数の吸収ユニット（１８’）を有し、前記吸収ユニットの各々は、熱伝導性気密的液密的障壁（３６）によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷却剤（３４）が貫流する冷却剤チャネル（３８）と、前記熱伝導性障壁（３６）に隣接し且つ濃縮された低濃度冷媒作動物質対（２２）が供給され且つ前記熱伝導性障壁（３６）に対向して配置されるその側面に設けられた蒸気透過性液密的膜壁（４２）を介して蒸気空間（３２）からの冷媒蒸気（２０）に作用される少なくとも１つの吸収チャネル（４０）と、を有し、
   それぞれの前記蒸発ユニット（１２’）及びそれぞれの前記吸収ユニット（１８’）は交互に設けられ、直接連続する前記蒸発ユニット及び前記吸収ユニット又は前記吸収ユニット及び前記蒸発ユニットのそれぞれの組が相互に対向した前記蒸気透過性液密的膜壁（３０，４２）を有するように、前記蒸発ユニット及び前記吸収ユニットの連続した配列で、統合された蒸発器／吸収器ユニット（８２）が形成され、
   ２つの前記吸収ユニット（１８’）の間に配置された前記蒸発ユニット（１２’）の各々は前記冷媒作用剤チャネル（２６）の互いに対向する少なくとも２つの側面にそれぞれ冷媒チャネル（２８）を有し、前記冷媒チャネルは、前記熱伝導性気密的液密的障壁（２４）によって前記冷媒作用剤チャネルから分離され且つ前記熱伝導性障壁（２４）に対向して配置されるその側面にて前記蒸気透過性液密的膜壁（３０）によって蒸気空間（３２）から分離され、
   ２つの前記蒸発ユニット（１２’）の間に配置された前記吸収ユニット（１８’）の各々は冷却剤チャネル（３８）の互いに対向する少なくとも２つの側面にそれぞれ吸収チャネル（４０）を有し、前記吸収チャネルは、前記熱伝導性気密的液密的障壁（３６）によって前記冷却剤チャネルから分離され且つ前記熱伝導性障壁（３６）に対向して配置されるその側面に設けられた前記蒸気透過性液密的膜壁（４２）を介して前記蒸気空間（３２）からの冷媒蒸気（２０）に作用される、ことを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 前記蒸気空間（３２）内の圧力は、それぞれの前記蒸発ユニット（１２’）の冷媒チャネル（２６）内の前記熱伝導性気密的液密的障壁（２４）にて蒸気が冷媒作用剤（１６）の冷却により生成されるように減圧され、且つ、この蒸気は前記蒸気透過性液密的膜壁（３０）を通って前記蒸気空間（３２）へ入り、前記蒸気空間を介して、それぞれの前記吸収ユニット（１８’）の吸収チャネル（４０）は自身に印加された蒸気を取り入れることを特徴とする請求項１に記載の吸収式冷凍機。
3. 前記蒸発器（１２）と前記吸収器（１８）は、前記蒸気空間（３２）を含む共通のハウジング（４４）内に収容されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸収式冷凍機。
4. 高濃度冷媒作動物質対（４８）からの冷媒の脱着のための脱着器（４６）と、その後に膨張する冷媒（１４）の凝縮のための凝縮器（５０）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
5. 前記脱着器（４６）は少なくとも１つの脱着ユニット（４６’）を有し、前記脱着ユニットは、熱伝導性気密的液密的障壁（５４）によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ加熱作用剤（１５）が貫流する加熱作用剤チャネル（５６）と、前記熱伝導性障壁（５４）に隣接する少なくとも１つの脱着チャネル（５８）とを有し、前記脱着チャネルは、高濃度冷媒作動物質対（４８）に作用され且つ、前記熱伝導性障壁（５４）に対向して配置されるその側面にて蒸気透過性液密的膜壁（６０）によって更なる蒸気空間（６２）から分離され、
   前記凝縮器５０は少なくとも１つの凝縮ユニット（５０’）を有し、前記凝縮ユニット
   は、熱伝導性気密的液密的障壁（６４）によって少なくとも部分的に境界付けされ且つ冷却剤（３４）が貫流する冷却剤チャネル（６６）と、前記熱伝導性障壁（６４）に隣接する少なくとも１つの凝縮チャネル（６８）を有し、前記凝縮チャネルは、前記熱伝導性障壁（６４）に対向して配置されるその側面に設けられている蒸気透過性液密的膜壁（７０）を介した前記更なる蒸気空間（６２）からの蒸気に作用されることを特徴とする請求項４に記載の吸収式冷凍機。
6. 前記脱着器（４６）は複数の脱着ユニット（４６）を備えることを特徴とする請求項５に記載の吸収式冷凍機。
7. 前記凝縮器（５０）は複数の凝縮ユニット（５０’）を備えることを特徴とする請求項５又は６に記載の吸収式冷凍機。
8. 少なくとも１つの脱着ユニット（４６’）が設けられ、前記脱着ユニットは加熱作用剤チャネル（５６）の少なくとも２つの相互に対向する側面にそれぞれ脱着チャネル（５８）を有し、前記脱着チャネルは熱伝導性気密的液密的障壁（５４）によって前記加熱作用剤チャネルから分離され且つ前記熱伝導性障壁（５４）に対向して配置された側にて蒸気透過性液密的膜壁（６０）によって前記更なる蒸気空間（６２）から分離されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
9. 少なくとも１つの凝縮ユニット（５０’）が設けられ、前記凝縮ユニットは冷却剤チャネル（６６）の少なくとも２つの相互に対向する側面にそれぞれ凝縮チャネル（６８）を有し、前記凝縮チャネルは熱伝導性気密的液密的障壁（６４）によって前記冷却剤チャネルから分離され且つ前記熱伝導性障壁（６４）に対向して配置された側に設けられた蒸気透過性液密的膜壁（７０）を介した前記更なる蒸気空間（６２）からの蒸気によって作用されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
10. それぞれの真空は前記第１の蒸気空間（３２）と前記更なる蒸気空間（６２）の両方に存在し、前記更なる蒸気空間（６２）内の圧力が前記第１の蒸気空間（３２）のものよりも高いことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
11. 一方の前記蒸発器（１２）及び前記吸収器（１８）と他方の前記脱着器（４６）及び前記凝縮器（５０）とはそれぞれ、前記第１の及び更なる蒸気空間（３２，６２）を含む２つの別々のハウジング（４４，７２）に収容されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
12. それぞれの脱着ユニット（４６’）及びそれぞれの凝縮ユニット（５０’）は交互に設けられ、直接連続する脱着ユニット及び凝縮ユニット、又は脱着ユニット及び凝縮ユニットのそれぞれの組が相互に対向した前記蒸気透過性液密的膜壁（６０，７０）を有するように、複数の脱着ユニット及び凝縮ユニットの連続した配列で、統合された脱着器／凝縮器ユニット（８４）が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
13. 共通の冷却剤回路（３４）は、前記吸収器（１８）及び前記凝縮器（５０）のために設けられることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。
14. 異なるチャネルの境界となる前記熱伝導性気密的液密的障壁又は前記蒸気透過性液密的膜壁を含む前記異なるチャネルは、プラスチックから成ることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１に記載の吸収式冷凍機。