JP2021167684A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】抽気装置の駆動液を冷却する構成を簡素化した吸収冷凍機を提供する。【解決手段】吸収冷凍機１は、冷却対象流体Ｃが流れる冷却対象流体流路２１を内部に有する蒸発器２０であって、冷媒液Ｖｆが蒸発して冷媒蒸気Ｖｅとなる際に必要な蒸発潜熱を、冷却対象流体流路２１を流れる冷却対象流体Ｃから奪うことで、冷却対象流体Ｃを冷却する蒸発器２０と、蒸発器２０において発生した冷媒蒸気Ｖｅを導入して吸収液Ｓａに吸収させる吸収器１０と、吸収器１０内の不凝縮ガスＮｇを抽気する抽気装置５１であって、吸収器１０内の吸収液Ｓを駆動液Ｓｄとして導入して通過させることで不凝縮ガスＮｇを吸引するように構成された抽気装置５１と、抽気装置５１に導入する駆動液Ｓｄを、蒸発器２０の冷媒Ｖにより冷却する駆動液冷却部５２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は吸収冷凍機に関し、特に抽気装置の駆動液を冷却する構成を簡素化した吸収冷凍機に関する。

吸収液と冷媒との吸収冷凍サイクルによって冷水を冷却する吸収冷凍機において、吸収冷凍機内で水素ガス等の不凝縮ガスが発生する、もしくは吸収冷凍機外から不凝縮ガスが機内に侵入すると、冷凍能力の低下や機内の腐食が発生するため、不凝縮ガスを抽気するためにエジェクタが用いられている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のエジェクタは、吸収器から再生器へ送られる希溶液の一部を駆動流体として導入している。他方、吸収冷凍機と類似の構成を有する吸収ヒートポンプにおいて、駆動流体の蒸気圧を低下させて抽気能力を向上させるために、駆動流体を冷却する冷却手段を設けたものがある（例えば、特許文献２参照。）。

特開平１１−１１８３０１号公報 特開２００７−１４７１４８号公報

特許文献２に記載された冷却手段は、駆動流体を冷却するために外部の冷却水を用いており、外部の冷却水と駆動流体を冷却するための熱交換器を別途設ける必要があった。

本発明は上述の課題に鑑み、不凝縮ガスを抽気する抽気装置の駆動液を冷却する構成を簡素化した吸収冷凍機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１に示すように、冷却対象流体Ｃが流れる冷却対象流体流路２１を内部に有する蒸発器２０であって、冷媒Ｖの液である冷媒液Ｖｆが蒸発して冷媒Ｖの蒸気である冷媒蒸気Ｖｅとなる際に必要な蒸発潜熱を、冷却対象流体流路２１を流れる冷却対象流体Ｃから奪うことで、冷却対象流体Ｃを冷却する蒸発器２０と；蒸発器２０において発生した冷媒蒸気Ｖｅを導入して吸収液Ｓａに吸収させる吸収器１０と；吸収器１０内の不凝縮ガスＮｇを抽気する抽気装置５１であって、吸収器１０内の吸収液Ｓを駆動液Ｓｄとして導入して通過させることで不凝縮ガスＮｇを吸引するように構成された抽気装置５１と；抽気装置５１に導入する駆動液Ｓｄを、蒸発器２０の冷媒Ｖにより冷却する駆動液冷却部５２とを備える。

このように構成すると、駆動液の冷却を吸収冷凍機内の冷媒によって行うので、外部の冷却流体と熱交換するための熱交換器を設けなくて済み、装置構成を簡素化することができる。

また、本発明の第２の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機１において、駆動液冷却部５２が蒸発器２０の内部に配置されている。

このように構成すると、装置構成をより簡素化することができる。

また、本発明の第３の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機１において、蒸発器２０は、冷却対象流体流路２１に向けて冷媒液Ｖｆを散布する冷媒液散布装置２２を有し；駆動液冷却部５２が、冷媒液散布装置２２から散布された冷媒液Ｖｆが接触し得る位置に配置されている。

このように構成すると、駆動液冷却部内の駆動液を、散布された冷媒液の蒸発潜熱で冷却することができる。

また、本発明の第４の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１に示すように、上記本発明の第２の態様又は第３の態様に係る吸収冷凍機において、駆動液冷却部５２が、蒸発器２０の内部における冷媒液Ｖｆの最低液位と最高液位との間に配置されている。

このように構成すると、駆動液冷却部内の駆動液を、吸収冷凍機の低負荷時の蒸発器内部の冷媒液位が低いときは冷媒液の蒸発潜熱で冷却することができ、吸収冷凍機の高負荷時の蒸発器内部の冷媒液位が高いときは冷媒液の顕熱で冷却することができる。

また、本発明の第５の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図２に示すように、上記本発明の第１の態様に係る吸収冷凍機において、蒸発器２０は、冷却対象流体流路２１及び冷媒Ｖが蒸発器缶胴２７に収容されて構成され；駆動液冷却部５２が、蒸発器缶胴２７の外に配置されて熱伝達部５２ｗを介して蒸発器缶胴２７に接続されている。

このように構成すると、駆動液冷却部を、蒸発器に後付けで設けることができる。

上記目的を達成するために、本発明の第６の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図１及び図２に示すように、冷却対象流体Ｃが流れる冷却対象流体流路２１を内部に有する蒸発器２０であって、冷媒Ｖの液である冷媒液Ｖｆが蒸発して冷媒Ｖの蒸気である冷媒蒸気Ｖｅとなる際に必要な蒸発潜熱を、冷却対象流体流路２１を流れる冷却対象流体Ｃから奪うことで、冷却対象流体Ｃを冷却する蒸発器２０と；蒸発器２０において発生した冷媒蒸気Ｖｅを導入して吸収液Ｓａに吸収させる吸収器１０と；吸収器１０内の不凝縮ガスＮｇを抽気する抽気装置５１であって、吸収器１０内の吸収液Ｓを駆動液Ｓｄとして導入して通過させることで不凝縮ガスＮｇを吸引するように構成された抽気装置５１と；抽気装置５１に導入する駆動液Ｓｄを冷却する駆動液冷却部５２とを備え；蒸発器２０は、冷却対象流体流路２１及び冷媒Ｖを収容する蒸発器缶胴２７と、蒸発器缶胴２７に隣接して配置されて冷却対象流体流路２１と連通する冷却対象流体室２４ｒを構成する冷却対象流体室構成部材２４と、を含む蒸発器構造体を有し；駆動液冷却部５２が、蒸発器構造体２７（２４）との間で熱伝達があるように蒸発器構造体２７（２４）に接触して設けられている。

このように構成すると、駆動液冷却部を、蒸発器に後付けで設けることができる。

また、本発明の第７の態様に係る吸収冷凍機は、例えば図２を参照して示すと、上記本発明の第６の態様に係る吸収冷凍機において、駆動液冷却部５２が、冷却対象流体室構成部材２４の外部に、冷却対象流体室構成部材２４に沿って、冷却対象流体室構成部材２４に接触して配置されている。

このように構成すると、簡便な構成で、駆動液を冷却対象流体によって冷却することができる。

本発明によれば、駆動液の冷却を吸収冷凍機内の流体によって行うので、外部の冷却流体と熱交換するための熱交換器を設けなくて済み、装置構成を簡素化することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機の模式的系統図である。 本発明の実施の形態の変形例に係る吸収冷凍機の蒸発器回りの部分概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において互いに同一又は相当する部材には同一あるいは類似の符号を付し、重複した説明は省略する。

本明細書において、「吸収冷凍機」は、典型的には、再生器に加熱源を供給することによって、再生器、凝縮器、吸収器、蒸発器などによる吸収サイクルを構成し、冷水（冷却された温度調節対象流体である冷却対象流体）を供給する機械である狭義の吸収冷凍機であるが、加熱源を再生器に供給して吸収サイクルを構成し、冷水（冷却された温度調節対象流体である冷却対象流体）及び／又は温水（加熱された温度調節対象流体）を供給する機械である吸収冷温水機も含まれる。

まず図１を参照して、本発明の実施の形態に係る吸収冷凍機１を説明する。図１は、吸収冷凍機１の模式的系統図である。吸収冷凍機１は、吸収冷凍サイクルを行う主要構成機器として、吸収器１０と、蒸発器２０と、再生器３０と、凝縮器４０とを備えていると共に、抽気装置としてのエジェクタ５１を備えている。吸収冷凍機１は、吸収液Ｓに対して冷媒Ｖが相変化をしながら循環することで熱移動を行わせ、冷却対象流体である冷水Ｃの温度を低下させる機器である。以下の説明において、吸収液に関し、吸収冷凍サイクル上における区別を容易にするために、性状や吸収冷凍サイクル上の位置に応じて、「希溶液Ｓｗ」、「濃溶液Ｓａ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「吸収液Ｓ」ということとする。また、冷媒に関し、吸収冷凍サイクル上における区別を容易にするために、性状や吸収冷凍サイクル上の位置に応じて、「蒸発器冷媒蒸気Ｖｅ」、「再生器冷媒蒸気Ｖｇ」、「冷媒液Ｖｆ」等と呼称するが、性状等を不問にするときは総称して「冷媒Ｖ」ということとする。本実施の形態では、吸収液Ｓ（吸収剤と冷媒との混合物）としてＬｉＢｒ水溶液が用いられており、冷媒Ｖとして水（Ｈ_２Ｏ）が用いられているが、これに限らず他の冷媒、溶液（吸収剤）の組み合わせで使用してもよい。

吸収器１０は、蒸発器２０で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを濃溶液Ｓａで吸収する機器である。吸収器１０は、冷却水Ｄを流す冷却水流路としての冷却管１１と、濃溶液Ｓａを冷却管１１の外面に向けて散布する濃溶液散布ノズル１２とを、吸収器缶胴１７の内部に有している。濃溶液散布ノズル１２は、散布した濃溶液Ｓａが冷却管１１に降りかかるように、冷却管１１の上方に配設されている。吸収器１０は、散布された濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収することで濃度の低下した希溶液Ｓｗを吸収器缶胴１７の下部の貯留部１３に貯留すると共に、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収した際に発生した吸収熱を冷却水Ｄが奪うように構成されている。

蒸発器２０は、冷水Ｃの熱で冷媒液Ｖｆを蒸発させて蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを発生させることにより冷水Ｃを冷却する機器である。蒸発器２０は、冷水Ｃを流す冷却対象流体流路としての蒸発管２１と、冷媒液Ｖｆを蒸発管２１の外面に向けて散布する冷媒液散布ノズル２２とを、蒸発器缶胴２７の内部に有している。冷媒液散布ノズル２２は、散布した冷媒液Ｖｆが蒸発管２１に降りかかるように、蒸発管２１の上方に配設されている。蒸発器２０は、蒸発器缶胴２７の下部の貯留部２３に貯留されている冷媒液Ｖｆを冷媒液散布ノズル２２に導く冷媒液管２８と、冷媒液管２８内の冷媒液Ｖｆを冷媒液散布ノズル２２に送る冷媒ポンプ２９とを有している。また、蒸発器２０は、貯留部２３内の冷媒液Ｖｆの高液位と低液位とを検出する蒸発器冷媒液位計２５を有している。吸収冷凍機１の負荷に応じた貯留部２３内の冷媒液Ｖｆの液位の変動は、高液位と低液位との間に収まるように設計されている。蒸発器２０は、蒸発管２１の外面に散布された冷媒液Ｖｆが蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなるための気化熱を、蒸発管２１内を流れる冷水Ｃから奪うことで冷水Ｃを冷却し、散布された冷媒液Ｖｆのうち蒸発しなかった冷媒液Ｖｆが蒸発器缶胴２７の貯留部２３に貯留されるように構成されている。

蒸発器２０には、また、エジェクタ５１に導入される駆動液Ｓｄを冷却する駆動液冷却部５２（以下、単に「冷却部５２」という。）が設けられている。冷却部５２は、典型的には駆動液Ｓｄを流す配管で構成されており、本実施の形態では蒸発器缶胴２７の内部に設けられている。冷却部５２は、典型的には蒸発管２１の下に設けられている。蒸発管２１は、通常、蒸発管２１を構成するチューブが複数並列に配列され（複数パス）及び／又は各チューブが蛇行して、チューブの束（チューブバンドル）が形成されている。冷却部５２は、このように構成された蒸発管２１（チューブバンドル）の下に設けられていることにより、冷媒液散布ノズル２２から散布された冷媒液Ｖｆが、蒸発管２１の外表面に接触した後に接触し、及び／又は、蒸発管２１の隙間を通過して直接接触するように構成されている。また、冷却部５２は、典型的には、貯留部２３内の、冷媒液Ｖｆの高液位と低液位との間に設けられており、負荷の変動等により貯留部２３内の冷媒液Ｖｆの液位が高液位になったときは液没し、低液位になったときは露出する（気相部にある）ように構成されている。このように、本実施の形態では、冷却部５２は、冷媒液散布ノズル２２から散布された冷媒液Ｖｆが接触し得る位置に配置されている。ここで、接触し得る位置とは、冷却部５２が冷媒液Ｖｆに液没していないときに接触する位置を意味している。冷却部５２内を通過する駆動液Ｓｄは、冷媒液Ｖｆに液没したときは冷媒液Ｖｆの顕熱によって冷却され、冷媒液Ｖｆに液没していないときは、冷媒液散布ノズル２２から散布されて直接又は間接的に冷却部５２に接触した冷媒液Ｖｆが蒸発する際の潜熱によって冷却されるように構成されている。いずれにしても、冷却部５２内を通過する駆動液Ｓｄは、蒸発器２０の冷媒Ｖによって冷却されるように構成されている。冷却部５２は、典型的には、吸収冷凍機１の製造時において、蒸発器缶胴２７内に蒸発管２１や冷媒液散布ノズル２２等を設置する際に、併せて蒸発器缶胴２７内に設置される。

本実施の形態では、吸収器１０と蒸発器２０とは隣接して配置されており、吸収器缶胴１７の上部と蒸発器缶胴２７の上部とが連通している。このような構成により、蒸発器缶胴２７の内部で発生した蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収器缶胴１７の内部に導くことができるようになっている。冷却管１１には、冷却水Ｄを導入する冷却水入口管１１ａが一端に接続されている。冷却管１１の他端には、冷却水連絡管１４が接続されている。冷却水入口管１１ａには、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）から吸収器１０に冷却水Ｄを導く冷却水往管（不図示）が接続される。蒸発管２１には、冷水Ｃを導入する冷水入口管２１ａが一端に接続され、冷水Ｃを流出させる冷水出口管２１ｂが他端に接続されている。冷水入口管２１ａから蒸発管２１を介して冷水出口管２１ｂへと流れる冷水Ｃは、吸収冷凍機１外に設けられた冷水ポンプ（不図示）の稼働によって流動するように構成されている。

再生器３０は、希溶液Ｓｗを導入し、加熱することで、希溶液Ｓｗ中の冷媒Ｖを離脱させ、濃溶液Ｓａを生成する機器である。再生器３０において、希溶液Ｓｗから離脱した冷媒Ｖは蒸気の状態であり、この冷媒Ｖの蒸気を再生器冷媒蒸気Ｖｇということとする。再生器３０は、希溶液Ｓｗを加熱する加熱部３１と、導入した吸収液Ｓを貯留する再生器缶胴３７とを有している。加熱部３１は、再生器缶胴３７の内部に配設されている。加熱部３１は、典型的には、バーナーの燃焼熱、外部から導入した蒸気や温水等の熱で、吸収液Ｓを加熱することができるように構成されている。再生器缶胴３７には、希溶液Ｓｗを導入する希溶液管１８が底部に、生成された濃溶液Ｓａを流出する濃溶液管３８が上部側面に、それぞれ接続されている。再生器３０は、再生器缶胴３７の底部から流入した希溶液Ｓｗが加熱部３１で加熱されて上昇しながら徐々に濃縮して濃溶液Ｓａとなり、濃溶液管３８の液位に達した濃溶液Ｓａが再生器缶胴３７から流出するように構成されている。再生器３０として、貫流式再生器や煙管型再生器、液管型再生器等を用いることができる。

凝縮器４０は、再生器３０で希溶液Ｓｗから蒸発した再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し冷却して凝縮させ、蒸発器２０に送る冷媒液Ｖｆを生成する機器である。凝縮器４０は、冷却水Ｄの流路を形成する部材である凝縮管４１を、凝縮器缶胴４７の内部に有している。凝縮器４０は、生成した冷媒液Ｖｆを、凝縮器缶胴４７の下部の貯留部４３に貯留するように構成されている。凝縮管４１の一端には、一端が冷却管１１に接続されている冷却水連絡管１４の他端が接続されている。凝縮管４１の他端には、冷却水Ｄを流出させる冷却水出口管４１ｂが接続されている。冷却水出口管４１ｂには、吸収冷凍機１外の冷却塔（不図示）に冷却水Ｄを導く冷却水還管（不図示）が接続される。このような構成により、冷却水還管（不図示）を流れる冷却水Ｄは、冷却塔（不図示）で冷却されて冷却水往管（不図示）に供給されるように構成されている。

凝縮器缶胴４７は、再生器缶胴３７に近接して配設されている。本実施の形態では、再生器缶胴３７の上部と凝縮器缶胴４７の上部とは、再生器冷媒蒸気流路３５を介して連通している。凝縮器４０は、再生器冷媒蒸気流路３５を介して再生器３０から再生器冷媒蒸気Ｖｇを導入し、凝縮管４１を流れる冷却水Ｄに再生器冷媒蒸気Ｖｇの熱を奪わせて、再生器冷媒蒸気Ｖｇを凝縮させて冷媒液Ｖｆにするように構成されている。本実施の形態では、凝縮器缶胴４７及び再生器缶胴３７は、蒸発器缶胴２７及び吸収器缶胴１７の上方に配設されている。凝縮器缶胴４７の貯留部４３と蒸発器缶胴２７とは、凝縮冷媒液管４８で接続されており、凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆを位置ヘッド及び両者の内圧の差で蒸発器缶胴２７内に導くことができるように構成されている。

吸収器缶胴１７の貯留部１３と、再生器缶胴３７とは、希溶液管１８で接続されている。希溶液管１８には、溶液ポンプ１９が配設されている。吸収冷凍機１は、溶液ポンプ１９により、吸収器缶胴１７の希溶液Ｓｗを再生器缶胴３７内に搬送することができるように構成されている。再生器缶胴３７内では、導入された希溶液Ｓｗが、入口から出口に移動するに連れて希溶液Ｓｗ中から冷媒Ｖが離脱して濃度が上昇するようになっている。また、溶液ポンプ１９の吐出側の希溶液管１８には、再生器３０に向けて流れる希溶液Ｓｗの一部（例えば吸収器１０から流出した希溶液Ｓｗの２０％程度）を駆動液Ｓｄとしてエジェクタ５１に導く駆動液管５３が接続されている。駆動液管５３は、エジェクタ５１に到達する前に、冷却部５２が介在するように構成されている。駆動液管５３は、本実施の形態では、希溶液管１８から冷却部５２までの上流駆動液管５３ａと、冷却部５２よりも下流側の下流駆動液管５３ｂとを含んで構成されている。

再生器缶胴３７の濃溶液Ｓａが流出する部分と、吸収器１０の濃溶液散布ノズル１２とは、濃溶液管３８で接続されている。吸収冷凍機１は、溶液ポンプ１９によって希溶液Ｓｗが再生器缶胴３７に搬送され、再生器缶胴３７内で冷媒Ｖが離脱して生成された濃溶液Ｓａが、濃溶液管３８を介して濃溶液散布ノズル１２に導入されるように構成されている。つまり、溶液ポンプ１９は、吸収器１０と再生器３０との間で吸収液Ｓを循環させることができる。希溶液管１８及び濃溶液管３８には、希溶液管１８を流れる希溶液Ｓｗと濃溶液管３８を流れる濃溶液Ｓａとの間で熱交換を行わせる溶液熱交換器８１が挿入されて配置されている。溶液熱交換器８１は、希溶液管１８では、希溶液Ｓｗの流れ方向で見て駆動液管５３との分岐部よりも下流側に設けられている。

エジェクタ５１は、吸収器缶胴１７に集まった不凝縮ガスＮｇを機外に排出するための装置である。エジェクタ５１は、駆動液Ｓｄを減圧して加速させるノズル（不図示）と、吸引物としての不凝縮ガスＮｇを導入する導入口５１ａとを有している。エジェクタ５１の導入口５１ａには、吸収器缶胴１７内の不凝縮ガスＮｇをエジェクタ５１に導く抽気管５４が接続されている。エジェクタ５１のノズルは、下流駆動液管５３ｂに挿入配置されている。下流駆動液管５３ｂは、エジェクタ５１の下流側で、抽気タンク５５に接続されている。溶液ポンプ１９は、吸収器缶胴１７内の希溶液Ｓｗを再生器３０に圧送するポンプであると共に、吸収器缶胴１７内の希溶液Ｓｗを駆動液Ｓｄとしてエジェクタ５１及び抽気タンク５５に圧送する駆動液ポンプを兼ねている。

抽気タンク５５は、駆動液Ｓｄと吸引物の不凝縮ガスＮｇとを導入し、捕集した不凝縮ガスＮｇを溜めておくことができるタンクである。抽気タンク５５には、下流駆動液管５３ｂが挿入されている。抽気タンク５５内の下流駆動液管５３ｂの端部は、抽気タンク５５内に貯留された駆動液Ｓｄ内で開口している。抽気タンク５５の底部には、抽気タンク５５内の駆動液Ｓｄを吸収器缶胴１７に戻す戻り駆動液管５６が接続されている。戻り駆動液管５６は、液トラップを形成するように、抽気タンク５５の底部及び吸収器缶胴１７の底部よりも下方へ一旦下がるように抽気タンク５５と凝縮吸収器缶胴１７との間でＵ字状に配設されており、溶液ポンプ１９の停止時には内部に駆動液Ｓｄが満たされて気体の流通がないようになっている。これにより、抽気タンク５５に導かれた不凝縮ガスＮｇが吸収器１０に逆流しないように構成されている。抽気タンク５５の天板には、分離された不凝縮ガスＮｇを系外に排出する排出管５７が接続されている。排出管５７には、二方弁５７ｖが配設されていると共に、二方弁５７ｖより下流側に抽気タンク５５内の不凝縮ガスＮｇを系外に排出する真空ポンプ５７ｐが配設されている。

上述のように構成された吸収冷凍機１は、典型的には制御装置６０によってその動作が制御されるようになっている。制御装置６０は、溶液ポンプ１９、冷媒ポンプ２９、真空ポンプ５７ｐと、それぞれ有線又は無線で電気的に接続されており、これらの発停を制御することができるように構成されている。また、制御装置６０は、蒸発器冷媒液位計２５と有線又は無線で電気的に接続されており、検出された液位を信号として受信することができるように構成されている。また、制御装置６０は、二方弁５７ｖと有線又は無線で電気的に接続されており、弁の開度を調節することができるように構成されている。

引き続き図１を参照して、吸収冷凍機１の作用を説明する。まず、吸収冷凍機１の定常運転時の作用を説明する。吸収冷凍機１の定常運転時は、制御装置６０からの指令により、溶液ポンプ１９及び冷媒ポンプ２９がそれぞれ稼働している。冷媒Ｖ側のサイクルについて見ると、再生器冷媒蒸気流路３５を介して再生器３０から凝縮器４０に導入された再生器冷媒蒸気Ｖｇは、凝縮管４１を流れる冷却水Ｄに冷却されて凝縮し、冷媒液Ｖｆとなって凝縮器缶胴４７の貯留部４３に貯留される。再生器冷媒蒸気Ｖｇを冷却した冷却水Ｄは、温度が上昇して冷却水出口管４１ｂから流出し、冷却塔（不図示）に供給される。凝縮器缶胴４７内の冷媒液Ｖｆは、凝縮冷媒液管４８を介して蒸発器缶胴２７内に導入される。

凝縮器缶胴４７から蒸発器缶胴２７に導入された冷媒液Ｖｆは、冷媒液散布ノズル２２から散布されて蒸発しなかった冷媒液Ｖｆと混合して蒸発器缶胴２７の貯留部２３に貯留される。蒸発器缶胴２７内の冷媒液Ｖｆは、冷媒ポンプ２９により、冷媒液管２８を流れて冷媒液散布ノズル２２に至る。冷媒液散布ノズル２２に至った冷媒液Ｖｆは、蒸発管２１に向けて散布され、蒸発管２１を流れる冷水Ｃの熱を得て一部が蒸発して蒸発器冷媒蒸気Ｖｅとなり、吸収器缶胴１７に導入される。散布された冷媒液Ｖｆに熱を奪われた冷水Ｃは、温度が低下して冷水出口管２１ｂから流出し、空気調和機等の冷水Ｃの利用場所に供給される。冷媒液散布ノズル２２から散布されて蒸発しなかった冷媒液Ｖｆは、凝縮器缶胴４７から導入された冷媒液Ｖｆと混合して、蒸発器缶胴２７の貯留部２３に貯留される。

次に吸収冷凍機１の溶液Ｓ側のサイクルを見ると、吸収器缶胴１７内の貯留部１３に貯留されている希溶液Ｓｗは、溶液ポンプ１９により、希溶液管１８を流れ、駆動液管５３に分流しなかったものが、溶液熱交換器８１で温度が上昇した後に、再生器缶胴３７に導入される。再生器缶胴３７に導入された希溶液Ｓｗは、加熱部３１によって加熱され、冷媒Ｖが離脱して濃溶液Ｓａとなる。他方、希溶液Ｓｗから離脱した冷媒Ｖは、再生器冷媒蒸気Ｖｇとして、再生器冷媒蒸気流路３５を介して凝縮器缶胴４７内に送られる。再生器缶胴３７内で生成された濃溶液Ｓａは、濃溶液管３８を流れ、溶液熱交換器８１において希溶液Ｓｗと熱交換して温度が低下したうえで濃溶液散布ノズル１２に至る。

濃溶液散布ノズル１２に至った濃溶液Ｓａは、冷却管１１に向けて散布され、蒸発器２０から導入された蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収し濃度が低下して希溶液Ｓｗとなる。吸収器缶胴１７内において、濃溶液Ｓａが蒸発器冷媒蒸気Ｖｅを吸収する際には吸収熱が発生する。この発生した吸収熱は、冷却水入口管１１ａから導入されて冷却管１１を流れる冷却水Ｄによって除去される。冷却管１１を流れる冷却水Ｄは、吸収熱を奪って温度上昇して冷却水連絡管１４に流出し、凝縮器４０の凝縮管４１に供給される。吸収器缶胴１７内で生じた希溶液Ｓｗは、吸収器缶胴１７内の貯留部１３に貯留される。

上述のような吸収冷凍機１の運転を行っている際、吸収液Ｓと冷媒Ｖとが吸収冷凍サイクルを行っていると、吸収器缶胴１７等を構成している鋼材が吸収液Ｓと反応して水素ガスが発生することがある。また、吸収冷凍機１の内部は、冷媒Ｖの蒸発を促進させるために負圧（大気圧未満）になっており、配管接続部等から大気が侵入することがある。このような、吸収冷凍機１の内部に存在することとなり得る水素ガスや大気は、吸収冷凍機１の内部において凝縮しない不凝縮ガスＮｇである。吸収冷凍機１内に不凝縮ガスＮｇが発生すると、吸収冷凍機１内で比較的内部の圧力が低い吸収器１０に集まる傾向にある。不凝縮ガスＮｇは、吸収器１０内における濃溶液Ｓａによる蒸発器冷媒蒸気Ｖｅの吸収作用に悪影響を及ぼすと共に伝熱を阻害して、吸収冷凍機１の能力を低下させることとなる。本実施の形態では、このような不都合を生じさせる不凝縮ガスＮｇを、以下の要領で、エジェクタ５１で吸引して吸収冷凍機１から排出している。

上述の吸収冷凍機１の運転中、溶液ポンプ１９によって吸収器１０から吐出されて希溶液管１８を流れる希溶液Ｓｗは、大部分が再生器３０に向けて流れるが、一部が分流し、駆動液Ｓｄとして上流駆動液管５３ａに入る。上流駆動液管５３ａを流れる駆動液Ｓｄは、蒸発器缶胴２７内に設けられた冷却部５２に入り、冷却部５２において蒸発器缶胴２７内の冷媒Ｖによって冷やされる。冷却部５２は、本実施の形態では、前述のように、蒸発器缶胴２７の内部に設けられた配管で構成されていて蒸発器缶胴２７内の冷媒Ｖと熱交換するので、例えばプレート型熱交換器や二重管熱交換器等を用いて外部の冷却流体と熱交換する場合と比べて、簡素な構成で駆動液Ｓｄを冷却することができる。冷やされた駆動液Ｓｄは、下流駆動液管５３ｂを流れてエジェクタ５１に流入する。エジェクタ５１に流入した駆動液Ｓｄは、エジェクタ５１内のノズル（不図示）で減圧・加速され、導入口５１ａに接続された抽気管５４を介して吸収器１０内から不凝縮ガスＮｇを吸引する。このとき、エジェクタ５１に流入する駆動液Ｓｄは、冷却部５２で冷却されているので、自身が蒸発してしまうことを抑制することができると共に、吸収器１０から流出した希溶液Ｓｗよりも飽和蒸気圧を低下させることができて、エジェクタ５１における吸引性能を向上させることができる。

エジェクタ５１に流入した駆動液Ｓｄと不凝縮ガスＮｇとは、混合してエジェクタ５１から流出し、下流駆動液管５３ｂを流れ、抽気タンク５５に流入する。抽気タンク５５に流入した駆動液Ｓｄと不凝縮ガスＮｇとの混合流体は分離して、駆動液Ｓｄは抽気タンク５５の下部に溜まり、不凝縮ガスＮｇは、抽気タンク５５の上部に溜まる。抽気タンク５５内の駆動液Ｓｄは、戻り駆動液管５６を通って吸収器１０に戻る。この吸収器１０から抽気タンク５５への不凝縮ガスＮｇの抽気は、吸収冷凍機１の稼動中は常時行っている。抽気タンク５５は、排出管５７から常時真空引きしなくても不凝縮ガスＮｇを溜めておくことができる。抽気タンク５５内の不凝縮ガスＮｇは、真空ポンプ５７ｐが起動すると共にそれまで閉じられていた二方弁５７ｖが開となることにより排出管５７から系外に排出される。このようにして、吸収器１０内の不凝縮ガスＮｇが吸収冷凍機１から排出される。不凝縮ガスＮｇを抽気タンク５５から排出するタイミングは、例えば、吸収冷凍機１を起動及び／又は停止する度に行ってもよく、あるいは、タイマー（不図示）によって所定の時間ごとに二方弁５７ｖを開閉制御することにより行ってもよい。

以上で説明したように、本実施の形態に係る吸収冷凍機１によれば、エジェクタ５１に流入させる駆動液Ｓｄを、蒸発器缶胴２７の内部に設けられた冷却部５２において冷媒Ｖで冷却するので、外部の冷却流体と熱交換するための熱交換器を設けなくて済み、構成を簡素にすることができる。また、冷却部５２を、蒸発器缶胴２７内の蒸発管２１のチューブバンドルの下方、かつ、貯留部２３内の高液位と低液位との間に設けているので、吸収冷凍サイクルにおける吸収液Ｓの濃度が低い条件（冷凍負荷が低い、冷却水Ｄの温度が低い等）では、貯留部２３内の冷媒液Ｖｆの液位が低下して露出した冷却部５２に対して冷媒液散布ノズル２２から散布された冷媒液Ｖｆが接触してこの接触した冷媒液Ｖｆの蒸発潜熱で冷却部５２内の駆動液Ｓｄを冷却することができ、吸収冷凍サイクルにおける吸収液Ｓの濃度が高い条件（冷凍負荷が高い、冷却水Ｄの温度が高い、スケールが付着している等）では、貯留部２３内の冷媒液Ｖｆの液位が上昇して液没した冷却部５２内の駆動液Ｓｄを周囲の冷媒液Ｖｆの顕熱で冷却することができる。なお、高負荷時は冷媒液Ｖｆと希溶液Ｓｗとの温度差が大きくなるため、冷媒液Ｖｆの顕熱によっても駆動液Ｓｄを十分に冷却することができる。

次に図２を参照して、本発明の実施の形態の変形例に係る吸収冷凍機２を説明する。図２は、吸収冷凍機２を構成する蒸発器２０まわりの部分概略構成図である。以下では、主として吸収冷凍機１（図１参照）と異なる部分を説明し、同様の部分の説明は省略する。図２において、図示していない吸収器１０、再生器３０、凝縮器４０、及びこれらに付随する部分は、図１に示す吸収冷凍機１と同様に構成されている。吸収冷凍機２では、吸収冷凍機１（図１参照）と比較して、冷却部５２が、蒸発器缶胴２７の内側ではなく、蒸発器缶胴２７の外側に設けられている点が異なっている。図２では、蒸発器２０まわりの構成をより詳細に示している。蒸発器缶胴２７は、一対の管板２６を有している。一対の管板２６は、間隔をあけて、平行に配置されている。管板２６は、法線が水平になるように配設されている。一対の管板２６の間には、チューブの形態の蒸発管２１が配設されている。蒸発管２１のチューブは、一端が一方の管板２６に接続され、他端が他方の管板２６に接続されている。管板２６は、蒸発管２１のチューブが接続される位置に、蒸発管２１のチューブを挿通することができる孔が形成されている。蒸発管２１のチューブは、管板２６に形成された孔に端部が挿通され、管板２６の外側で端部が拡管されることで、端部が管板２６に固定されている。両端が管板２６に接合された蒸発管２１のチューブは、内部が蒸発器缶胴２７の内部と連通しないようになっている。換言すれば、蒸発管２１のチューブ内を流れる冷水Ｃと、蒸発器缶胴２７内の冷媒Ｖとが混合しないように構成されている。

一対の管板２６の外側には、それぞれ水室形成部材２４が設けられている。水室形成部材２４は、蒸発管２１のチューブに冷水Ｃを供給し、あるいは蒸発管２１のチューブから冷水Ｃを収集する冷却対象流体室としての水室２４ｒを内部に形成する部材であり、冷却対象流体室構成部材に相当する。水室形成部材２４は、一面が開口した直方体状の部材であり、その開口した面が、各管板２６に取り付けられているすべての蒸発管２１のチューブの端部を覆うように、一対の管板２６の外側にそれぞれ取り付けられている。水室形成部材２４が管板２６に取り付けられることにより、水室形成部材２４と管板２６とに囲まれた空間が水室２４ｒとなる。一対の管板２６及び水室形成部材２４を有する蒸発器２０は、１パスの場合は水室２４が２つ形成されることになる。各水室２４ｒは、蒸発管２１のチューブの内部と連通している。つまり、水室２４ｒには冷水Ｃが流出入するようになっている。蒸発管２１のチューブの一端は、蒸発管２１のチューブに冷水Ｃを供給する一方の水室２４ｒに開口しており、蒸発管２１のチューブの他端は、蒸発管２１のチューブから冷水Ｃを収集する他方の水室２４ｒに開口している。蒸発器缶胴２７と、管板２６と、水室形成部材２４とを含んで、蒸発器構造体を構成している。

本変形例では、上述の蒸発器缶胴２７まわりの構成に対して、冷却部５２が、蒸発器缶胴２７の外側の蒸発器缶胴２７の下方に、溶接で取り付けられている。蒸発器缶胴２７に対する冷却部５２の溶接は、接続部が数カ所であってもよく、冷却部５２の全体を蒸発器缶胴２７に密着させることとしてもよい。溶接で取り付けられた蒸発器缶胴２７と冷却部５２とは、溶接部分５２ｗを介して熱伝達することとなるため、溶接部分５２ｗは熱伝達部に相当する。本変形例のように蒸発器缶胴２７の外側に冷却部５２を取り付ける構成とすると、既存の吸収冷凍機に冷却部５２を後付けで設けることができ、改修工事によって冷却部５２を設けてエジェクタ５１の効率を向上させることが可能になる。冷却部５２がこのように配置された吸収冷凍機２では、駆動液管５３を流れる駆動液Ｓｄが、冷却部５２を通過する際に、蒸発器２０内の冷媒Ｖの冷熱が溶接部分５２ｗを介して冷却部５２に伝達されることで冷やされた後に、エジェクタ５１に流入する。したがって、吸収冷凍機１（図１参照）と同様に、吸収冷凍機２においても、自身が蒸発してしまうことを抑制することができると共に、吸収器１０から流出した希溶液Ｓｗよりも飽和蒸気圧を低下させることができて、エジェクタ５１における吸引性能を向上させることができる。

なお、冷却部５２を、蒸発器缶胴２７の下方に接続することに代えて、図２中に仮想線（二点鎖線）で示すように水室形成部材２４に溶接で接続してもよい。このようにすると、冷却部５２の設置の自由度を高めることができる。あるいは、このほかの構成として、図示は省略するが、冷却部５２を、冷水Ｃの配管や冷却水Ｄの配管に熱伝達部を介して接続してもよい。

以上の説明では、冷却部５２が、蒸発器缶胴２７の内部に設けられる際に、蒸発管２１のチューブバンドルの下方に配置されることとしたが、蒸発管２１のチューブバンドルの上方や側方に配置されることとしてもよい。しかしながら、吸収冷凍サイクルの効用を優先させる観点から、蒸発管２１のチューブバンドルの下方に配置されることが好ましい。

以上の説明では、理解の容易のために、吸収冷凍機１が単効用の構成であるとしたが、複数の再生器を有する多重効用の吸収冷凍機、あるいは、動作圧力の異なる複数の蒸発器／吸収器を有する吸収冷凍機にも適用することができる。

１ 吸収冷凍機
１０ 吸収器
１９ 溶液ポンプ
２０ 蒸発器
２１ 蒸発管
２２ 冷媒液散布ノズル
２４ 水室形成部材
２４ｒ 水室
２６ 管板
２７ 蒸発器缶胴
３０ 再生器
４０ 凝縮器
５１ エジェクタ
５２ 冷却部
５２ｗ 溶接部分
Ｃ 冷水
Ｎｇ 不凝縮ガス
Ｓ 吸収液
Ｓａ 濃溶液
Ｓｄ 駆動液
Ｖ 冷媒
Ｖｆ 冷媒液
Ｖｅ 蒸発器冷媒蒸気

Claims (7)

1. 冷却対象流体が流れる冷却対象流体流路を内部に有する蒸発器であって、冷媒の液である冷媒液が蒸発して前記冷媒の蒸気である冷媒蒸気となる際に必要な蒸発潜熱を、前記冷却対象流体流路を流れる前記冷却対象流体から奪うことで、前記冷却対象流体を冷却する蒸発器と；
   前記蒸発器において発生した前記冷媒蒸気を導入して吸収液に吸収させる吸収器と；
   前記吸収器内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置であって、前記吸収器内の前記吸収液を駆動液として導入して通過させることで前記不凝縮ガスを吸引するように構成された抽気装置と；
   前記抽気装置に導入する前記駆動液を、前記蒸発器の前記冷媒により冷却する駆動液冷却部とを備える；
   吸収冷凍機。
2. 前記駆動液冷却部が前記蒸発器の内部に配置されている；
   請求項１に記載の吸収冷凍機。
3. 前記蒸発器は、前記冷却対象流体流路に向けて前記冷媒液を散布する冷媒液散布装置を有し；
   前記駆動液冷却部が、前記冷媒液散布装置から散布された前記冷媒液が接触し得る位置に配置された；
   請求項２に記載の吸収冷凍機。
4. 前記駆動液冷却部が、前記蒸発器の内部における前記冷媒液の最低液位と最高液位との間に配置されている；
   請求項２又は請求項３に記載の吸収冷凍機。
5. 前記蒸発器は、前記冷却対象流体流路及び前記冷媒が蒸発器缶胴に収容されて構成され；
   前記駆動液冷却部が、前記蒸発器缶胴の外に配置されて熱伝達部を介して前記蒸発器缶胴に接続されている；
   請求項１に記載の吸収冷凍機。
6. 冷却対象流体が流れる冷却対象流体流路を内部に有する蒸発器であって、冷媒の液である冷媒液が蒸発して前記冷媒の蒸気である冷媒蒸気となる際に必要な蒸発潜熱を、前記冷却対象流体流路を流れる前記冷却対象流体から奪うことで、前記冷却対象流体を冷却する蒸発器と；
   前記蒸発器において発生した前記冷媒蒸気を導入して吸収液に吸収させる吸収器と；
   前記吸収器内の不凝縮ガスを抽気する抽気装置であって、前記吸収器内の前記吸収液を駆動液として導入して通過させることで前記不凝縮ガスを吸引するように構成された抽気装置と；
   前記抽気装置に導入する前記駆動液を冷却する駆動液冷却部とを備え；
   前記蒸発器は、前記冷却対象流体流路及び前記冷媒を収容する蒸発器缶胴と、前記蒸発器缶胴に隣接して配置されて前記冷却対象流体流路と連通する冷却対象流体室を構成する冷却対象流体室構成部材と、を含む蒸発器構造体を有し；
   前記駆動液冷却部が、前記蒸発器構造体との間で熱伝達があるように前記蒸発器構造体に接触して設けられている；
   吸収冷凍機。
7. 前記駆動液冷却部が、前記冷却対象流体室構成部材の外部に、前記冷却対象流体室構成部材に沿って、前記冷却対象流体室構成部材に接触して配置されている；
   請求項６に記載の吸収冷凍機。
   

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