JP3162092B2 - 吸収サイクル熱機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、少くとも一方が液相
である２つの媒体の間の熱伝達が、回転駆動される板の
厚さを通して達成されるような、回転熱交換装置に関す
る。

【０００２】かかる装置の一例は、回転吸収サイクル熱
ポンプに関するヨーロッパ特許出願第３２７０３０号明
細書に開示され、この熱ポンプは、揮発性流体要素とそ
れに対する吸収剤液体とのための循環流体流路を提供す
るように相互連緒された、蒸気発生部、凝縮部、蒸発部
および吸収部を包含する回転組立体を有する。ヨーロッ
パ特詐出願第３２７０３０号明細書において、籔縮部お
よび吸収部における熱を贈与する流体と熱を受取る液体
（例えば水）との間の熱交換は、獲縮部および吸収部に
関連するそれぞれの壁の厚さを横切って達成される。熱
受取液体は、凝縮部および吸収部の壁によって両側を限
られた室を通して流れ、この室は、熱受取液体で満たさ
れる。

【０００３】この発明の目的は、回転熱交換装置の一部
を形成する、回転する板の厚さを横切る熱交換の効率の
改善を図ることにある。

【０００４】この発明によれば、揮発性流体成分および
それに対する吸収剤液体のための循環流体流路を提供す
るように相互連緒された蒸気発生部、凝縮部、蒸発部お
よび吸収部を包含する回転組立体を有し、発生部、凝縮
部、吸収部および蒸発部の少くとも１つの全体的に半径
方向に広がる壁の内面に熱受取および熱供給またはその
いずれかの流体を送るための手段を有し、前記手段が流
体を、遠心力の作用で、薄膜液体として、前記内面を横
切って半径方向外向きに流すように、半径方向内方の場
所で、前記内面に流体を吐出し、前記内面と良好な熱接
触をなすようにこれに取付けられた熱伝導構造または熱
構造を有し、前記熱橘造が、半径方向および周方向に前
記内面に渉って分布された要素の配列を有し、前記要素
が、前記薄膜液体の流れを前記内面に渉って半径方向外
向きに流すときに液体の流れを偏向させる表面を提供す
るように、前記内面から突出し、前記熱構造の突出の程
度が前記薄膜の厚さより実質的に大きいこと、を特徴と
する吸収サイクル熱機械が提供される。

【０００５】使用の際に、所与の粘度および密度を有す
る液体に対して、液体膜の厚さは、板の回転速さおよび
板への液体の供給割合を選択することによって制御でき
る。前記内面に供給される流体は、気相でもよく、流体
は前記一つの面に吐出されるときに凝縮し、ついで、薄
膜波体として板を横切って流れる。

【０００６】望ましくは、熱構造は、熱構造を取付ける
表面の有効表面積を少くとも３倍、さらに望ましくは少
くとも１０倍に増大させるようなものであり、その際、
前記内面に対して直交する方向への内面からの突出は５
mm、望ましくは１０mmに過ぎない。

【０００７】液体による熱構造の「目詰まり」を避ける
ために、また熱構造の内部への蒸気の接近を容易にする
ために、熱構造は、都合よくは、少くとも８０％、さら
に望ましくは、少くとも９０％の間隙率を有する。望ま
しくは、前記熱構造は、吸収部の内面に設けられる。

【０００８】都合よくは、熱構造は、前記内面に供給さ
れる流体の混合を促進させるように形成される。それ
故、蒸気相の冷媒が吸収部の壁において液相の吸収剤に
よって吸収される吸収部の場合、熱構造が、組立体の回
転の際に生じる遠心力と共働して、冷媒と吸収剤の混合
を促進させるような形状を有すれば、特に都合がよい。

【０００９】要素は、金属フィンの形にでき、または、
板の前記一方の面に接合されたエキスパメット(Expamet
登録商標)のような金属メッシュまたは金属ガーゼの層
におけるストランドまたはフィラメントによって構成で
きる。

【００１０】望ましくは、要素は、板の前記一方の面に
接合された、レテイメット(Retimet）の商品名で製造さ
れているような、多孔金属フォームにおけるストランド
またはフィラメントによって構成される。レテイメット
金属フォームに関する詳しい情報は、濾過および分離
（Filtration and Separation)誌１９７３年５／６月号
におけるエッチ・エイ・ブレー（Ｈ．Ａ．Ｂｒａｙ）に
よる「多孔金属フォーム（Porous Metal Foams）」と題
する論文が参照される。

【００１１】要素が金属メッシュ、金属ガーゼまたは金
属フォームからなる場合に、材料の層は、真空ろう付け
または拡散接合によって板に接合でき、このようにする
と、ストランドまたはフィラメントと板との間の良好な
熱接触が達成される。

【００１２】熱構造がストランドまたはフィラメントか
らなる場合、ストランドまたはフィラメントは、望まし
くは、それらの間の交点で接合され、このようにする
と、一つのストランドまたはフィラメントから次のもの
への良好な熱接触が生じる。実際に、熱構造の前記要素
は、フィンの厚さに対して大きくない、有効フィン長さ
を備えた、適当に熱伝導性の材料の選択によって達成で
きる、高いフィン効率を有する。

【００１３】望ましくは、材料の層は、層の一側だけで
前記内面に接合され、層の反対側は自由である。

【００１４】この発明は、発生部／凝縮部および吸収部
／蒸発部またはそのいずれかが２段階によって構成され
る、二重効果機械に対して特に応用され、例えば、発生
部／凝縮部は、一次発生部およぴ中間凝縮部からなる第
１段階と、中間発生部および一次凝縮部からなる第２段
階とを有することができる。同様に、吸収部／蒸発部
は、一次蒸発部と中間吸収部および中間蒸発部と一次吸
収部からなることができる。かかる二重効果機械は、ヨ
ーロッパ特許第１４９３５３号明細書に詳細に開示さ
れ、その開示をここでは参照する。それ故、上記に定義
した吸収サイクル熱機械は、一次および中間またはその
いずれかの構成要素（すなわち、発生部、凝縮部、吸収
部および蒸発部）の少くとも一つの内面に、上記したよ
うな熱構造を備える、二重効果機械からなることができ
る。

【００１５】この発明の特別の観点によれば、上記に定
義した吸収サイクル熱機械は、発生部／凝縮部が、一次
発生部および中間凝縮部からなる第１段階と、中間発生
部および一次凝縮部からなる第２段階とを有し、吸収部
の内面が、上記したような熱構造を備え、熱構造が、望
ましくは、多孔金属フォームの形を有する二重効果機械
からなる。

【００１６】蒸発部／吸収部が、二段階、すなわち一次
蒸発部および中間吸収部と、中間蒸発部および一次吸収
部、からなる場合には、望ましくは、少くとも一次吸収
部が上記のような熱構造を備える。

【００１７】この発明に関連する種類の回転熱機械の例
は、ヨーロッパ特許第１１９７７６号と第１４９３５３
号およびヨーロッパ特許出願第３２７２３０号各明細書
に開示されている。

【００１８】かかる回転熱機械において、高圧区域に関
連する凝縮手段から蒸発手段に、凝縮した流体が移送さ
れる際に、大きな圧力差が、（高圧区域である）蒸気発
生手段と、（低圧区域である）蒸発手段の間に存在し、
かつ維持されなければならない。

【００１９】ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号明細
書に開示されているように、このことは、蒸気発生手段
と蒸発手段の周端の間に延長し機械と共に回転するＵ字
管の形の絞りによって達成され、維持できる最大圧力差
は、Ｄ字管における液筒（液柱）の高さによって決定さ
れる。

【００２０】ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号明細
書に特に示されている機械は単一効果機械で、この機械
においては、機械を通る作動流体の流れの各サイクルに
おいて、発生手段の中における蒸気発生と蒸気の凝縮が
一回起る。典型的には、かかる単一効果機械において蒸
気発生／凝縮区域を支配する圧力は、絶対圧力０.３バ
ール程度であり、蒸発部を支配する圧力は絶対圧力数ミ
リバール程度である。

【００２１】ヨーロッパ特許第１４９３５３号明細書
は、蒸気発生と高圧区域における凝縮が、二つの蒸気発
生部／凝縮部段階で起る二重効果機械を開示している。
二重効果機械において、機械の高圧側を支配する圧力
は、単一効果機械に対する場合におけるよりも大きくな
る傾向がある。例えば、第１蒸気発生部／凝縮部段階に
おいて、圧力は、典型的には絶対圧力３．０バール程度
であり、第２蒸気発生部／凝縮部段階において、圧力
は、典型的には絶対圧力０．３バールの程度である。換
言すれば、維持すべき圧力差は、二重効果機械に対して
かなり大きくできる。

【００２２】ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号明細
書に開示されているようなＵ字管絞り配備が、高圧区域
と低圧区域とを互に隔離するのに使用される場合、増大
した圧力差は、二重効果機械（または、所望ならば単一
効果機械）の場合、Ｕ字管を半径方向外向きに延長させ
ることによって調節できるであろう。しかしながら、こ
のことは、機械の全半径方向寸法を増大させるという欠
点を有する。同様に、例えば単一効果機械の場合に、コ
ンパクトな設計を達成するために、機械の半径方向寸法
を減少させようとするときには、圧力差を維持するのに
適した絞りを提供しながらＵ字脚の長さを減少できる程
度には、限界が存する。

【００２３】この発明の別の観点によれば、機械の作動
の際に異なる圧力の作動流体を含有する少くとも２つの
区域と、高圧区域から低圧区域に作動流体を移送するた
めのＵ字管絞り手段とを備える、回転熱機械において、
Ｕ字管絞りがそれぞれの区域の外周から半径方向内方の
位置で各区域に通じることと、高圧区域の半径方向外方
の領域から作動流体を集めて作動流体を半径方向内向き
にＵ字管絞りに送るための手段が高圧区域に設けられる
こと、を特徴とする回転熱機械が提供される。これら手
段によって、Ｕ字管の各脚の有効長さは、これによって
相互に連結される区域の周囲を越えて過度に突出するこ
となしに、前記区域の半径方向寸法を越えることができ
る。

【００２４】望ましくは、Ｕ字管絞りの脚は、これによ
って相互連結される区域の周囲を越えて半径方向外向き
に延長し、そこで脚を相互連結するＵ字管の部分が前記
区域の外部に位置する。しかしながら、この発明によれ
ば、Ｕ字管の脚を、区域の内方に長くすることが可能で
あるから、Ｕ字菅絞りは、適当な状態で、前記区域の周
囲の中に全体として収容できることが考えられる。

【００２５】回転熱機械は、単一効果機械とすることが
でき、その場合、高圧区域は、蒸気発生部／凝縮部段階
によって構成され、低圧区域は、蒸発部／蒸気吸収部段
階によって構成される。

【００２６】熱機械が、それぞれ圧力の異なる２つの蒸
気発生部／凝縮部段階および蒸発部段階を備えた二重効
果機械である場合、Ｕ字管絞り手段および関連の集め送
り手段は、２つの蒸気発生部／凝縮部段階の間の圧力差
に対して、および低圧蒸気発生部／凝縮部段階と蒸発部
段階の間の圧力差に対して、またはそのいずれかに対し
て、設けることができる。

【００２７】集め送り手段は、望ましくは、半径方向外
方に位置する入口と半径方向内方に位置する出口とを有
する通路手段を備えた、高圧区域の中に配置される、回
転を拘束された部材からなり、前記入口は、機械の作動
の際に、高圧区域の周囲通路の中の回転する作動流体の
中に浸され、前記出口は、通路から収集された作動流体
を高圧区域の外周の半径方向内方の位置で、Ｕ字管の中
に吐出する。

【００２８】望ましくは、熱機械は、機械の異なる段階
の少くとも或るものを互に分離する熱伝達壁、および外
部の加熱と冷却またはそのいずれの源、もしくはそのい
ずれかを有し、熱伝達壁は、異なる段階の間およびかか
る段階と外部の源との間またはそのいずれかの熱伝達
が、前記壁の厚さを通して行なわれるように、熱機械の
回転軸線の半径方向に延長している。

【００２９】この発明の望ましい実施例において、機械
は回転可能に取付けられた組立体を有し、この組立体
は、一次蒸気発生部および中間凝縮部をそれぞれ形成す
る全体的に半径方向に延長する壁を備えた第１高圧区域
と、中間蒸気発生部および一次凝縮部を形成する全体的
に半径方向に延長する壁を備えた第２中間圧区域と、蒸
発部および吸収部を形成する壁を備え、少くとも吸収部
の壁を全体的に半径方向に延長させた、第３低圧区域
と、第１区域と第２区域との間に設けられた第１絞り手
段と、第２区域と第３区域との間に設けられた第２絞り
手段とを有する、前記機械において、機械は、絞り手段
の少くとも一方が、それぞれの区域の外周から半径方向
内方の位置で各区域に通じるＵ字管と、Ｕ字管によって
相互連結される２つの区域のうちの高圧の区域の周囲領
域から作動流体を集めるための、および低圧区域への移
送のために作動流体を半径方向内向きにＵ字管に送るた
めの、前記の高圧の区域に設けられる手段とを有するこ
とを特徴としている。

【００３０】望ましくは、前記の一方の絞り手段は、第
１絞り手段によって構成される。第２絞り手段は、同様
にＵ字管を有することができるが、この場合には、圧力
差が、第１区域と第２区域との間に存する圧力差よりも
いくぶんか小さくなる傾向を有するので、Ｕ字管は、第
２区域および第３区域の外周の近くの場所で、これら区
域に通じることができ、それで、作動流体を集めかつ半
径方向内方に送るための手段は必要でない。

【００３１】ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号明細
書に開示された機械において、機械の凝縮部および吸収
部と熱交換流体例えば加熱すべき水の外部供給源との間
の熱伝達は、凝縮部と吸収部の間に配置されて組立体と
共に回転できる室によって達成され、流体は、組立体の
回転駆動軸の部分における環状通路を介して室に供給さ
れる。この配備の欠点は、熱交換流体が、特別のシール
を介して供給されなければならないことであり、流体供
給回路が完全に充満して作動されるので、熱交換効率
は、所望のように高くはないかも知れず、熱交換効率を
改良するために対策が立てられるべきであり、例えば、
熱交換流体に接触する表面の有効面積を増大させるため
に、かかる表面にメッシュが準備されるべきである。

【００３２】回転熱機械の内部で循環する流体と外部の
熱受取および熱供給またはそのいずれかの流体との熱交
換を達成するための、代りの熱交換配備の形式を提供す
るため、この発明の別の観点によれば、揮発性流体成分
とそれに対する吸収剤液体とのための循環流体流路を提
供するように相互連結された、蒸気発生部、凝縮部、蒸
発部および吸収部を包含する回転組立体を備えた、吸収
サイクル熱機械において、発生部、凝縮部、吸収部およ
び蒸発部の少くとも１つの全体的に半径方向に延長する
壁の外面に、熱受取および熱供給またはそのいずれかの
流体を送るための手段が設けられ、前記手段が、半径方
向内方の位置で、かかる外面に流体を吐出して、それで
この流体が、遠心力の作用で薄膜液体として、前記外面
を横切って半径方向外向きに流れること、を特徴とする
熱機械が提供される。

【００３３】熱受取または熱供給流体は、通常、前記壁
の外面に吐出されるときに液体の形であるけれども、流
体が気体状性質を有し、壁に吐出されたときに凝縮し、
次いで薄膜液体として流れることが、排除されるもので
はない。例えば、機械が熱変形用として使用される場
合、発生部に供給される中間品位の熱は、発生部の壁の
外面と接触するときに凝縮し、次いで液体の薄膜として
表面を横切って流れる水蒸気の形のものとすることがで
きる。

【００３４】薄膜液体が横切って流れる外面は、都合よ
くは、その上に液体の連続膜を保持することを援けるよ
うに処理できる。化学的に例えばエッチングによってま
たは物理的に例えばサンドブラストによって達成できる
かかる処理は、一般に、表面に全体として細かい粗さを
与えることに向けられる。

【００３５】機械は、発生部／凝縮部および吸収部／蒸
発部またはそのいずれかが二段階によって構成された、
二重効果機械とすることができ、例えば発生部／凝縮部
が、一次発生部および中間凝縮部からなる第１段と、中
間発生部および一次凝縮部からなる第２段とを有するこ
とができる。同様に、吸収部／蒸発部は、一次蒸発部お
よび中間吸収部と中間蒸発部および一次吸収部とからな
ることができる。かかる二重効果機械は、その開示をこ
こで参照として組入れるヨーロッパ特許第１４９３５３
号明細書に詳細に開示されている。

【００３６】前記手段が、２つまたはそれ以上の前記外
面に熱交換液体を送るように配置されている場合、液体
は、異なる源から引出すことができる。典型的には、蒸
発部に供給される液体は、吸収部および凝縮部またはそ
のいずれかに供給される液体を引出す源とは異なる源か
ら引出される。吸収部および凝縮部は、共通の源からの
液体を供給することができ、あるいはそれぞれが、別個
の源からの液体を供給することができる。

【００３７】凝縮部および吸収部が、共通の源から熱交
換液体を供給される場合、液体は、並列または直列のい
ずれかとして、凝縮部および吸収部の外面に供給するこ
とができる。例えば、直列の供給が採用される場合、熱
交換液体は、凝縮部または蒸発部の外面の１つに供給さ
れ、その外面の外径の場所で集められ、次いで、半径方
向内方の場所で、他の外面に移送され、その後に後者の
外面の半径方向外方の場所で集めることができる。

【００３８】この発明の一実施例において、凝縮部およ
び吸収部が、互に間隔を置いて向い合う関係の全体的に
半径方向に延長する壁によって境界され、前記手段が、
向い合う壁の間で延長する液体供給通路を包含し、この
通路が、半径方向内方の場所で各壁に熱交換液体を吐出
するための、前記壁の近くの吐出開口を有し、凝縮部お
よび吸収部の各々が、前記外面の半径方向外方の場所の
近くに環状集め通路を備えて、それぞれの表面を横切っ
て薄膜として流れた後の液体を集める。

【００３９】図面を参照しながら、この発明の単なる例
示について以下に説明する。

【００４０】図１には二重効果機械が図示され、この機
械はこの機械と相互作用する外部の加熱／冷却源の性能
に依存して、熱ポンプ作用、冷却または熱変形を達成す
るように作動できる。差し当って、機械は、熱ポンプ様
式でのその使用に関して説明される。作動水溶液は、蒸
発部ＥＶ、吸収部ＡＢ、一対の溶液熱交換部３０および
３２、（一次蒸気発生部ＰＧ、中間凝縮部ＩＣ、中間発
生部ＩＧおよび一次凝縮部ＰＣからなる）発生部／凝縮
部組立体を備える密閉式にシールされた回路を回って蒸
発部ＥＶに戻されるように循環する。作動溶液は、（冷
媒としての）水のような蒸発できる成分と、水に対する
吸収剤、例えばヨーロッパ特許第２０８４２７号明細書
に開示されているようなアルカリ水酸化物の混合物との
混合物からなる。

【００４１】蒸発部ＥＶは凸の皿状の壁３４によって限
定され、その内面に凝縮された冷媒が吐出される。凝縮
された冷媒は、一次凝縮部ＰＣから（機械と共に回転す
る）Ｕ字管絞り３６を通って進行し、機械の回転駆動軸
Ｓの軸線の近くの位置で終る絞り３６の脚３８の開放端
から吐出されたものである。駆動軸Ｓは、逆転可能で速
さを変化できる駆動部材Ｄによって、回転可能に駆動さ
れる。

【００４２】蒸発部の壁３４の内面に吐出された冷媒
は、遠心力の作用で薄膜として広がって、蒸発部ＥＶの
外周における環状通路４０に向って流れ、ここで、蒸発
しなかった冷媒は集められ、ピトー管の方式で配置され
た定置の管４２を介して循環せしめられ、半径方向内方
の場所で蒸発部の壁３４に吐出されるように戻される。
通路４０の中に溜まった過剰の冷媒は、ピトー管として
作用する定置の管５０によってすくい取られ、機械の吸
収部の区域に送られ、ここで、環状通路５２の中の冷媒
に富む溶液と混合する。

【００４３】脚３８または管４２から吐出された後に壁
３４の内面を横切って流れるとき、若干の冷媒は低品位
の熱の源として作用し、壁３４の外面を横切って流れる
液体の流れとの熱交換によって蒸発する。水でよいこの
液体は、半径方向内方の位置で壁３４に定置の通路４４
から吐出され、そこで、水は遠心力の作用で薄膜として
広がり、壁３４を横切って半径方向外方に位置する通路
４６に向って流れ、ここから、ピトー管の方式で配置さ
れた定置の管４８ですくい取られる。

【００４４】壁３４の厚さを横切る熱交換の結果として
生成された冷媒蒸気は、吸収部ＡＢに向って軸線方向に
進行し、ここで、定置の管５４を介して壁５６の内面に
噴霧された吸収剤と接触するときに、吸収剤と再び混合
される。溶液の生成熱は、壁５６を介して、後記するよ
うに負荷に伝達される。

【００４５】冷媒に富む生成された作動溶液は、環状通
路５２に集まり、その運動エネルギによって、（ヨーロ
ッパ特許出願第３２７２３０号明細書に一層詳述されて
いるような、管４２およぴ５０と共に、回転を拘束され
たピトーポンプ作用配備６２の一部を形成する）定置の
管５８および６０を介して、環状室６４の中に移送さ
れ、ここから、機械と共に回転する管６６および６８を
介して溶液熱交換部３０に送られ、ここにおいて、中間
発生部ＩＧと関連する環状通路７０からの、冷媒が減っ
た作動溶液との熱交換を遂行する。次いで、冷媒に富む
溶液は、第２溶液熱交換部３２を通過し、ここにおい
て、一次発生部ＰＧと関連する環状通路７４から管７２
およぴ７２ａを介して移送される、冷媒が減った作動溶
液との熱交換が行なわれる。かかる移送は、ポンプ６２
と同様の様式で作動する回転を拘束されたピトーポンプ
７６によって達成される。管７２は回転しないように拘
束されるが、管７２ａは、機械の回転構造と共に回転す
る。

【００４６】熱交換部３２を通過した後、冷媒に富む溶
液は、管７９を介して環状通路８０に送られ、ここで、
ピトーポンプ７６の部分を形成する管８２によってすく
い取られ、壁８４に吐出される。壁８４の反対側は、バ
ーナ８８の放射板８６によって加熱され、このバーナ
は、ガスを供給されて、放射板８６からの放射エネルギ
の形の高品位の熱と、燃焼生成物の中に含まれる熱とを
生成する。バーナ８８からの高温の煙道ガスは、ハウジ
ング９０によって遮蔽された一次発生部の壁８４の外面
を覆って流れ、熱交換部３０およぴ３２の回りを通過し
た後環状溝孔９２を介して排出され、これら熱交換部に
おいて、熱はさらに、煙道ガスによって、熱交換部３０
および３２の中を流れる流体との熱交換で引渡される。

【００４７】一次発生器の壁８４に衝突した冷媒に富む
溶液は、半径方向外向きに流れるとき、壁の厚さを横切
る熱交換によって加熱され、水成分の蒸発が起る。吸収
剤および蒸発しなかった水からなる減った成分は、壁８
４の面を横切って流れ、結局は熱交換部３２と３０、中
間発生部ＩＧおよび環状通路９４を介して吸収部に戻し
移送するため環状通路７４の中に集められ、環状通路９
４において、ピトーポンプ６２の部分を形成する管９６
によってすくい取られ、吸収部の壁５６に吐出されるた
め、管５４に送られる。冷媒の蒸発の結果として、一次
発生部ＰＧおよび中間凝縮部ＩＣを包囲する区域の中に
生起する圧力は、典型的には、絶対圧力３．0バールの
程度である。

【００４８】蒸発した成分は、中間凝縮部ＩＣおよび中
間発生部ＩＧに共通の壁９８と接触し、ここにおいて、
壁９８のＩＧ側における冷却された冷媒が減った溶液と
の熱交換の結果として、ＩＣ側におはる冷媒の蒸気は凝
縮して、半径方向外向きに環状通路１００に流れる。壁
９８のＩＧ側に供給される流体は、通路７４から管７
２，７２ａ，１０２および１０４を介して得られたもの
であり、管１０４は、ポンプ６２および７６と同様な様
式で作動するように配置された回転を拘束されるピトー
ポンプ１０６の一部を形成する。通路７４からの冷媒が
減った溶液は、吸収部から引出される比較的冷たい冷媒
に富む溶液と熱交換関係で、熱交換部３２を通過するか
ら、比較的冷たく、故に、壁９８のＩＣ側における水蒸
気から熱を吸収し、所望の凝縮を生成させる。中間発生
部ＩＧに供給される冷媒が減った溶液は、壁９８を横切
る熱伝達によってさらに水蒸気を発生し、水蒸気は一次
凝縮部ＰＣに進行し、凝縮する。

【００４９】通路１００の中に集められた凝縮した冷媒
は、ピトーポンプ７６の一部を形成する管１０８によっ
てすくい取られ、機械の回転軸線の近くの環状通路１０
９に移送される。凝縮した冷媒は、通路１０９から、機
械と共に回転するＵ字管絞り１１２の一方の脚を構成す
る管１１０によって、半径方向外向きに送られる。絞り
１１２の他方の脚１１４は、ＩＧおよびＰＣを包囲する
（典型的には絶対圧力０．３バールの程度の）低圧の区
域の中へ凝縮物を送る。脚１１４は（１１５で示される
ように）折り戻され、そこで、凝縮物は、回転軸の近く
の地点まで送られ、次いで区分１１５に沿って半径方向
外向きに送られて壁１１６に吐出され、この凝縮物は、
中間発生部ＩＧで生成された冷媒蒸気に由来する凝縮物
と共に、後述する負荷と熱交換関係で、壁１１６を横切
って半径方向外向きに流れる。凝縮した冷媒は、環状通
路１１８の中に集められ、定置の配管１２０、回転する
配管１２２，Ｕ字管絞り３６および管３８を介して蒸発
部ＥＶに送られる。通路１１８の中に浸されている管１
２０は、ピトーポンプ１０６の一部を形成する。

【００５０】通路１１８に供給される凝縮物の一部は、
ピトーポンプ１０６の一部を形成できる図示しない管に
よって連続的に再循環され、回転軸線の近くの点で壁１
１６に吐出される。見られるように、絞り３６および１
１２は、ハウジング９０の限界の中に（ハウジングは、
いつでも、外側に配置される熱交換部３０および３２を
収容するため、或る直径を有するべきである）、ＰＧ／
ＩＣおよびＩＧ／ＰＣの半径方向寸法を越える筒の高さ
を備えることができる。このようにして、絞り３６およ
び１１２は、組立体の差圧区域の間に実質的な圧力差を
維持することを可能にする。

【００５１】管１０４によって壁９８のＩＧ側に吐出さ
れた冷媒が減った溶液は、壁９８の表面に渉って（上記
のように）半径方向外向きに流れるとき、さらに蒸発を
達成し、蒸発ののちに残っている溶液は、通路１３０に
集められ、ここで、定置の管１３２によって環状通路７
０の中に送られ、ここから、組立体と共に回転する配管
１３４、熱交換部３０および組立体と共に回転する配管
１３６によって、壁５６のＡＢ側に吐出するための、し
たがって上記のように冷媒に富んだ、通路９４に送られ
る。

【００５２】上記の組立体は、モータＤによって駆動さ
れる軸構造Ｓの軸線を中心として回転するように、一体
に取付けられる。軸構造Ｓは、ヨーロッパ特許第３２７
２３０号明細書に開示されているように、軸と共に回転
しないように重力的にまたは磁気的に拘束されるピトー
ポンプ６２，７６およぴ１０６を、回転可能に取付ける
のに役立つ。

【００５３】ＡＢおよびＰＣの壁５６および１１６の外
面において、ＡＢおよびＰＣ区域における流体と熱受取
負荷を形成する流体との間で熱交換が行なわれ、負荷に
伝達される熱は、一次凝縮部ＰＣの場合には冷媒の凝縮
から、また溶解熱から、吸収部ＡＢの場合には凝縮した
冷媒から、引出される。負荷は、流体例えば集中加熱装
置の回りを循環する水からなり、定置の管１３８，１４
０によって、半径方向内方に位置する地点で、壁５６お
よび１１６の外面に送られ、そこで、遠心力の作用で薄
膜として半径方向外向きに流れて、環状通路１４２，１
４４の中に集められ、ここにおいて、負荷を構成する流
体を流す回路の一部を形成する定置の管１４６，１４８
によってすくい取られる。

【００５４】所望ならば、管１３８および１４０によっ
て供給される流体は、共通の回路の中を流れてもよく、
別々の回路の中を流れてもよい。例えば、熱受取流体が
集中加熱回路の回りを流れる水である場合、集め管１４
６は、供給管１４０と直列に連結できる。

【００５５】注目すべき点として、熱受取流体は、ヨー
ロッパ特許第３２７２３０号明細書に開示された配備と
対照的に充満しないで供給され、その利点として、熱受
取流体の薄膜が熱伝達面に沿って利用でき、その結果、
熱伝達特性が改良される。また、この技術は、（ヨーロ
ッパ特許第３２７２３０号のような）充満式技術と比べ
て、流体が汚れている場合に起る間題によって大きく影
響されない。

【００５６】この発明によれば、壁１１６の少くとも内
面が、これに取付けられた熱伝導構造（熱構造）を有す
る。図２を参照すると、熱構造は、壁１１６の外面に一
側だけに接合された多孔金属フォームの層２００で形成
され、層２００の反対側は、自由であって支持されてい
ない。多孔金属フォームは、レテイメット(Retimet)金
属フォームからなり、これは、良好な熱伝導率と単位容
積当りの高い表面積とを有する材科である。層２００と
同じく良好な熱伝導率を有するであろう壁１１６との間
に良好な熱接触を確保するため、層２００は真空ろう付
けまたは拡散接合によって壁１１６に接合される。層２
００の厚さ、すなわち機械の回転軸線に平行な方向のそ
の深さは、液体の薄膜の厚さよりかなり大きく（望まし
くは、少くともマグニチュードの程度だけ）、それで薄
膜は、層２００を形成するストランドまたはフィラメン
トに渉って流れるときに、層を通って三次元にすなわち
半径方向、周方向および軸線方向に延長する曲折した径
路に従う。

【００５７】典型的には、レテイメット金属の層はＯ．
５ｃｍ厚の程度であり、その比面積は２５ｃｍ^-1の程度
であり、これによれば、単一平面の表面の面積と比較し
て、１２．５の程度の面積増大係数が提供される。

【００５８】層２００を備えた壁１１６に加えて、組立
体の他の壁例えば壁３４，５６および８４の内面も、同
じ目的のための材料の層を同じ方法で備えることができ
る。図示の実施例において、作動溶液は、吸収部ＡＢか
ら一次発生部ＰＧへ送られ次いで中間発生部ＩＧを介し
て戻されるとして図示される。しかしながら、発明の範
囲の中で種々の変形が可能であり、例えば、作動溶液は
吸収部から最初に中間発生部に送られ、一次発生部を介
して戻されることができ、或はこれは、分割して２つの
成分とし、一方を一次発生部に、他方を中間発生部に送
ることもできる。かかる変形において、ポンプ作用配備
の構成は図示の実施例に示したものと異なるであろう
が、それについては、かかる代りの実施例に必要なポン
プ作用の形は当業者に容易に明白となるので、ここでは
説明しない。

【００５９】図示の実施例は、熱ポンプ様式で機械を使
用することに関して説明された。機械はまた熱変形装置
として使用することもでき、例えば、蒸発部および一次
発生部の双方に中品位の熱を供給でき、一次凝縮部は低
品位の熱出力を提供でき、吸収部は有用な品位の熱の出
力を提供できる。

【００６０】図３を参照すれば、ここには、その開示を
参照としてここに組入れるヨーロッパ特許出願第３２７
２３０号明細書に図示された単一効果機械に採用されて
いるものと同様な絞り配備が、線図的に示される。区域
２１０は高圧区域を表わし、ここには、冷媒が（冷媒お
よび吸収剤からなる）作動溶液から壁２１２において蒸
発し、壁２１４において凝縮し、Ｕ字管絞り２１６を介
して低圧区域２１８に移送され、ここにおいてサイクル
の蒸発および吸収の作用が行なわれる。組立体の回転軸
線は、符号２２０で示される。見られるように、機械の
所与の回転速さに対して維持できる最大圧力差は、作動
溶液の筒の高さｈによって支配される。一般に、維持で
きる圧力差は、式 △Ｐ：１／２・ｄｗ²（ｘ²−ｙ²） で与えられ、ここに、ｄは筒を形成する液体の密度、Ｗ
は組立体の回転速速度、Ｘおよびｙは筒の外径および内
径を示す。

【００６１】図４に示されるように、維持できる圧力差
は、区域２１０および２１８の外周を越えて半径方向外
方にＵ字管を突出させる程度を過度に増大させることな
しにかなり増大できる。この達成のため、Ｕ字管２１６
の脚２２２，２２４が、軸線２２０の近くで終るように
延長され、区域２１０の外周で作動溶液を集めるための
ポンプ作用配備２１６が設けられ、作動溶液が半径方向
内方に送られ、Ｕ字管２１６の中に移送され、次いで区
域２１８に移送される。ポンプ作用配備２２６はピトー
の原理で作動し、回転しないように拘束されて区域２１
０の周囲において回転する流体を集める管を備え、そこ
で、ポンプのための別個の駆動源を必要とすることなし
に、液体を半径方向内方に送るのに流体の運動エネルギ
が使用される。

【００６２】図５には、二重効果機械が図示され、この
機械は、機械と相互作用する外部の加熱／冷却源の性質
に依存して、熱ポンプ作用、冷却または熱変形を達成す
るように作動できる。この目的に対し、機械を熱ポンプ
様式で使用するときに限定して、以下に説明がなされ
る。作動水溶液は、蒸発部ＥＶ、吸収部ＡＢ、第１溶液
熱交換部２３０、第２溶液熱交換部２５２、一次蒸気発
生部ＰＧ、中間凝縮部ＩＣ、中間発生部ＩＧ、一次凝縮
部ＰＣを備える密閉式にシールされた回路を回って、蒸
発部ＥＶに戻されるように循環する。作動溶液は、（冷
媒としての）水のような蒸発できる成分と、水に対する
吸収剤例えばヨーロッパ特許第２０８４２７号明細書に
開示されているようなアルカリ水酸化物の混合物との、
混合物からなる。蒸発部ＥＶは、ヨーロッパ特許出願第
３２７２３０号明細書における教示に従って全体的に構
成され、壁２３３に取付けられた多くの角度的に離れた
楕円形横断面の管２３２を有し、この中に、一次凝縮部
ＰＣからＵ字管絞り２３４を介して進行する凝縮した冷
媒が、（ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号明細書に
詳述されている）分配装置２３６によって入射され、こ
の分配装置２３６は、蒸発部ＥＶおよび吸収部ＡＢを包
囲する区域の周囲の環状通路２３８から、水を管２３７
によって集める。蒸発部の管２３２の中において、水の
或るものは、周囲空気の流れ（または他の低品位の熱
源）との熱交換によって蒸発し、生じた蒸気は、管２４
０を介して壁２４２上に噴霧された吸収剤と接触するよ
うになるとき、吸収剤と再度組合わされる。生成された
溶解熱は、壁２４２を介して、後述するような負荷に伝
達される。

【００６３】生じた水に富む作動溶液は、環状通路２４
４に集められ、（ヨーロッパ特許出願第３２７２３０号
明細書に詳述される回転を拘束されたピトーポンプ作用
配備２４８の一部を形成する）管２４６を介して、溶液
熱交換部２３０に移送され、ここにおいて、中間発生部
ＩＧと関連する環状通路２５０からの水が減った作動溶
液との熱交換を遂行する。水に富む溶液は、次いで、第
２溶液熱交換部２５２に進行し、ここにおいて、一次発
生部ＰＧと関連する環状通路２５４から管２５３および
管２５３ａを介して移送される水が減った作動溶液との
熱交換が達成され、かかる移送は、ポンプ２４８と同じ
様式で作動する回転を拘束されたピトーポンプ２５６に
よって遂行される。管２５３は回転しないように拘束さ
れるが、管２５３ａは機械の回転構造と共に回転する。

【００６４】熱交換部２５２を通過した後に、水に富む
溶液は環状通路２５７に入り、ここで、ピトーポンプ２
５６の一部を形成する管２５８によってすくい取られ、
壁２６０上に吐出される。壁２６０の反対側は、放射板
２６２からの放射エネルギの形の高品位の熱を生成する
ためにガスを供給されるバーナ２４６の放射板２６２
と、燃焼生成物に含有される熱とによって、加熱され
る。バーナー２６４からの高温の煙道ガスは、ハウジン
グ２６６によって遮蔽された一次発生部の壁２６０の外
面に渉って流れ、熱交換部２３０および２５２のまわり
を通過した後に、環状溝孔２６８を介して排出され、こ
れら熱交換部２３０および２５２において、さらに熱
が、煙道ガスによって、熱交換器２３０およぴ２５２を
通って流れる流体との熱交換で放出される。

【００６５】一次発生部の壁２６０に衝突する水に富む
溶液は、半径方向外向きに流れるときに、壁の厚さを横
切る熱交換によって加熱され、水成分の蒸発を起す。吸
収剤および蒸発しなかった水からなる減った成分は、壁
２６０の面を横切って流れ、環状溝２５４の中に集めら
れ、熱交換部２５２と２３０、中間発生部ＩＧおよび環
状通路２６８を介して吸収部に返送され、環状通路２６
８上において、ピトーポンプ２４８の一部を形成する管
２７１によってすくい取られ、吸収部の壁２４２に吐出
するために管２４０に送られる。水の蒸発の結果とし
て、一次発生器ＰＧおよび中間凝縮器ＩＣを包囲する区
域の中で生起する圧力は、典型的には３．０バール絶対
の程度である。

【００６６】蒸発した成分は、結局は、中間凝縮部１Ｃ
および中間発生部ＩＧに共通な壁２７０と接触するよう
になり、ここで、壁２７０のＩＧ側に右ける冷却された
水が減った溶液との熱交換の結果として、ＩＣ側におい
て水蒸気が凝縮し、半径方向外向きに環状通路２７２に
流れる。壁２７０のＩＧ側に供給される流体は、通路２
５４から、管２５３，２５３ａ，２７４および２７６を
介して引出されたものであり、管２７６は、ポンプ２４
８および２５６と同様の様式で作動するように配置され
た回転を拘束されるピトーポンプ２７８の一部を形成す
る。通路２５４からの水が減った溶液は、吸収部から引
出される比較的冷却した水に富む溶液と熱交換関係で熱
交換部２５２を通過するから、水が減った溶液は比較的
冷たく、故に、壁２７０のＩＣ側における水蒸気から熱
を取上げて、所望の凝縮を生成させる。中間発生部ＩＧ
に供給される水が減った溶液は、壁２７０を横切る熱伝
達によってさらに水蒸気を発生し、水蒸気は一次凝縮部
ＰＣに進行して凝縮する。

【００６７】通路２７２に集まる凝縮した水は、ピトー
ポンプ２５６の一部を形成する管２８０によってすくい
取られ、機械の回転軸線の近くの環状通路２８２に移送
される。この実施例における管２８０は、図４に右ける
管２２６の対応部分である。凝縮した水は、通路２８２
から、機械と共に回転するＵ字菅絞り２８６の一方の脚
を構成する管２８４によって、半径方向外方に送られ
る。絞り２８６の他方の脚２８８は、ＩＧおよびＰＣを
包囲する（典型的には、絶対圧力０．３バール程度の）
低圧区域の中に凝縮物を送る。凝縮物は回転軸線の近く
地点に供給され、壁２９０上に吐出され、そこで、中間
発生部ＩＧで生成された水蒸気から引出された凝縮物と
共に、半径方向外向きに環状通路２９２の中に流れ、次
いで、Ｕ字管絞り２３４、通路２３８および分配装置２
３６を介して蒸発部ＥＶに流れる。

【００６８】通路２９２に供給された凝縮物の一部は、
ピトーポンプ２７８の一部を形成する管２９４によっ
て、連続的に再循環させられる。見られるように、絞り
２８６は、（いずれの場合にも、外側に配置された熱交
換部２３０および２５２を収容するために或る直径を有
するべきである）ハウジング２６６の限界内に、ＰＧ／
ＩＣ区域およびＩＧ／ＰＣ区域の半径方向寸法を越える
筒の高さを提供できる。

【００６９】注目される点として、管２５３ａ，２７４
および熱交換部２５２も、図４を参照して記載したよう
な方法で、Ｕ字管絞りとして作用するように配置され
る。この場合、使用される作動流体は、管２５３によっ
て管２５３ａに送られる冷媒が減った溶液からなり、冷
媒が減った溶液は（吸収剤が上記のような水酸化物の混
合物であるとすると）大きい一層比重を有するから、圧
力差を維持するのに必要な筒の高さは、絞り２８６の場
合におけるよりもいくぶん小さく、このことは、管２５
３ａおよび２７４の長さが図示のように対応して短くで
きること、を意味する。

【００７０】上記の組立体は、モータＤによって駆動さ
れる軸構造Ｓの軸線を中心として回転するためのユニッ
トとして取付けられる。軸構造は、中実部分２９６と、
吸収部ＡＢおよび一次凝縮部ＰＣにそれぞれ関連する壁
２４２および２９０によって限られた室３０２を通して
加熱すべき流体媒体を送るための、一対の同心の入口管
２９８および出口管３００からなる中空部分とを包含
し、室３０２は、中央で仕切られ、そこで、熱受取流体
は、最初に一次凝縮部の壁２９０に渉って、次いで吸収
部の壁２４２に渉って流された後、出口管３００を介し
て送り出される。これに加えて、軸構造は、それぞれ軸
受組立体を介して、ピトーポンプ作用配備２４８，２５
６および２７８を取付けるのに役立ち、そこで、ポンプ
は定置にとどまることができるが、残りの機械構成要素
は、軸構造と共に回転する。

【００７１】図示の実施例において、この発明は、二重
効果発生部／凝縮部に関して説明された。しかしながら
分かるように、この発明はまた、（ヨーロッパ特許出願
第３２７２３０号明細書に記載されているように）単一
効果発生部／凝縮部および単一効果吸収部／蒸発部を有
する機械に、またはヨーロッパ特許第１４９３５３号明
細書に記載されたような多重効果機械にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による回転吸収熱機械の軸線断面図。

【図２】機械の一定の表面に接合された熱伝導層材料を
示す拡大図解図。

【図３】業界ですでに知られたＵ管絞りの形を示す線
図。

【図４】この発明によるＵ管絞り配備の図解図。

【図５】図４に示す形のＵ形絞り配備を組込んだ機械の
軸線断面図。

【符号の説明】

ＡＢ 吸収部 ＥＶ 蒸発部 ＩＣ 中間凝縮部 ＩＧ 中間発生部 ＰＣ 一次凝縮部 ＰＧ 一次発生部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 591040096 キヤラダン・マイラ・リミテツド イギリス国．ジイエル52・５イーピイ. グロスターシヤー．チエルテナム．クラ ムウエル・ロード（番地その他表示な し) (72)発明者 テレンス・レスリー・ウイニントン イギリス国．グロスターシヤー．ヤコブ ス・クノール・バーレイ．ヒルサイド・ ハウス（番地その他表示なし) (72)発明者 ロバート・ラートン イギリス国．グロスターシヤー．チヤー ルトン・キングス・チエルテナム．ヘイ ワーズ・ロード．37 (72)発明者 コリン・ラムシヨー イギリス国．チエシヤー．ノーレー・ウ オリントン．ザ・スピネイ．４ (56)参考文献 特開 平２−21166（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−159569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−180262（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−46942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−100637（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−97141（ＪＰ，Ａ) 国際公開86／6156（ＷＯ，Ａ１) 欧州特許出願公開327230（ＥＰ，Ａ ２) 英国特許出願公開2241774（ＧＢ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/00 F25B 15/00 F25B 37/00 F28D 11/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 揮発性流体成分およびそれに対する吸収
   剤液体のための循環流体流路を提供するように相互連結
   された蒸気発生部、凝縮部、蒸発部および吸収部を包含
   する回転組立体を有し、発生部、凝縮部、吸収部および
   蒸発部の少くとも１つの全体的に半径方向に広がる壁の
   内面に熱受取および熱供給またはそのいずれかの流体を
   送るための手段を有し、前記手段が流体を、遠心力の作
   用で、薄膜液体として、前記内面を横切って半径方向外
   向きに流すように、半径方向内方の場所で、前記内面に
   流体を吐出し、前記内面と良好な熱接触をなすようにこ
   れに取付けられた熱伝導構造または熱構造を有し、前記
   熱構造が、半径方向および周方向に前記内面に渉って分
   布された要素の配列を有し、前記要素が、前記薄膜液体
   の流れを前記内面に渉って半径方向外向きに流すときに
   液体の流れを偏向させる表面を提供するように、前記内
   面から突出し、前記熱構造の突出の程度が、前記薄膜の
   厚さより実質的に大きいこと、を特徴とする吸収サイク
   ル熱機械。
2. 【請求項２】 前記熱構造が、これを取付ける表面の有
   効表面積を少くとも３倍に増大させる、請求項１に記載
   の機械。
3. 【請求項３】 前記熱構造の突出が、前記内面に直交す
   る方向でこの内面から１０ｍｍに過ぎない、請求項１ま
   たは２に記載の機械。
4. 【請求項４】 前記熱構造が少くとも８０％の多孔度を
   有する、請求項１から３のいずれか１項に記載の機械。
5. 【請求項５】 前記要素が、多孔金属フォーム、金属メ
   ッシュまたは金属ガーゼにおけるストランドまたはフィ
   ラメントによって構成される、請求項１から４のいずれ
   か１項に記載の機械。