JP3591356B2 - 吸収冷凍機及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸収冷凍機及びその製造方法に係り、特に、低温から高温までの汲み上げ温度差を大にした２段吸収方式の吸収冷凍機及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汲み上げ温度差の大きい２段吸収冷凍機の一例が、特開昭５９−１８３５５号公報に記載されている。この公報に記載の吸収冷凍機は、通常の蒸発器及び吸収器の他に、低温蒸発器及び低温吸収器を備えている。凝縮器で凝縮した液冷媒は、蒸発器で蒸発して気化し、吸収器内で濃液に吸収される。蒸発器で気化しなかった冷媒液の一部は、低温蒸発器で気化されて低温吸収器に流入し、濃度の低下した吸収液である中間液に吸収される。
【０００３】
汲み上げ温度差の大きい２段吸収冷凍機の他の例が、特開平４−２６８１７１号公報に記載されている。この公報に記載の吸収冷凍機は、蒸発室と吸収室の間に中間吸収室及び中間蒸発室を備えている。そして、暖房時には、凝縮室で凝縮した液冷媒を蒸発室に導き、蒸発室で蒸発しきれなかった液冷媒を中間蒸発室に導いている。つまり、液冷媒を蒸発室、次いで中間蒸発室へとシリーズに供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開昭５９−１８３５５号公報に記載のものにおいては、２段蒸発吸収器を採用しているので、低温からも熱を汲み上げることが出来るという特徴を有している。しかしながら、この吸収冷凍機においては、低温蒸発器で蒸発した冷媒を吸収して温度上昇した低温吸収器の吸収液を、分岐冷媒液還流管を介して高温側の蒸発器に導いている。このため、吸収器の出口での冷媒温度が蒸発温度よりも高く、結果的に熱輸送のための温度差が大きくなり、サイクルの性能が低下する。さらに、蒸発器の冷媒を吸収器へ循環するためのポンプ動力も必要になる。
【０００５】
一方、上記特開平４−２６８１７１号公報に記載のものにおいては、暖房時に液冷媒を低温側の蒸発室から高温側の中間蒸発室へシリーズに供給している。そして、これにより暖房時でも吸収サイクルを利用可能にしている。しかしながらこの吸収冷凍機は、冷房時には２段吸収冷凍機ではなく、通常の単段の吸収冷凍機として利用しているので、０℃以下の冷熱を取り出すことが可能な冷凍サイクルについては、何等考慮されていない。また、この特開平４−２６８１７１号公報に記載のものにおいては、中間吸収室から中間蒸発室へ熱をヒートパイプで輸送しているが、吸収液とヒートパイプ内の媒体との温度差、及びヒートパイプ内の媒体と蒸発冷媒との温度差の双方を熱交換できる温度差以上にする必要があり、熱輸送のための温度差が大きくなり、サイクルの性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、サイクル性能の高い２段吸収冷凍機を実現することにある。本発明の他の目的は、構造が簡単で低コストとなる２段吸収冷凍機を実現することにある。本発明のさらに他の目的は、低温側の蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出すのに好適な２段吸収冷凍機を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、再生器と、この再生器で発生した蒸気冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮した液冷媒を蒸発させる第１蒸発器、この第１蒸発器で蒸発した冷媒を溶液に吸収させる第１吸収器とを備える吸収冷凍機において、前記第１蒸発器内の液冷媒が導かれる第２蒸発器と、この第２蒸発器で蒸発した液冷媒を溶液に吸収する第２吸収器とを設け、これら第２蒸発器、第２吸収器、第１蒸発器、第１吸収器の順に隣り合わせて同一の缶体で構成し、前記第１蒸発器と前記第２吸収器とは伝熱面を介して隣り合っており、前記凝縮器で凝縮した液冷媒を第１蒸発器、次いで第２の蒸発器に導くと共に、前記第１蒸発器の前記伝熱面の近傍に液冷媒を散布する液冷媒散布手段を、前記第２吸収器の前記伝熱面の近傍に溶液を散布する溶液散布手段をそれぞれ配設し、前記液冷媒散布手段を全稀溶液散布手段よりも上方に位置させたことにあります。
【００１０】
そして好ましくは、第１蒸発器と前記第２蒸発器のそれぞれの下部に溜まる液冷媒を連通する手段を設けた；伝熱面は水平方向に折れ曲がっている；伝熱面は表面に凹凸を有し、上下方向に伸びる板状部材である；第２蒸発器の溶液濃度を検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された溶液濃度に基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有する；第２蒸発器内の液冷媒の液面高さを検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された液面高さに基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有するものである。
【００１１】
より好ましくは、制御手段は、記憶手段を有し、この記憶手段は冷媒濃度の目標値、液面高さの上限値、液面高さの下限値の少なくともいずれかを記憶可能である。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の第２の特徴は、第１蒸発器と、第１吸収器と、第２蒸発器と、第２吸収器と、再生器と凝縮器とを備える吸収冷凍機の製造方法であって、前記第１吸収器と第１蒸発器と前記第２吸収器と第２蒸発器とを含む箱体の上面を接合する前に、この箱体の底面と両側面部において第１蒸発器と第２蒸発器の間の伝熱面を全周溶接し、この箱体内に液散布装置等を配置し、その後第１蒸発器側と第２吸収器側に分割した上面をそれぞれ全周溶接することにある。
【００１４】
そして上記のように構成した本発明においては、第２吸収器の吸収熱が、第１蒸発器と第２吸収器の間の伝熱面を通して、直接第１蒸発器の伝熱面上を流れる冷媒に伝達されるため、熱輸送のための温度差が小さくて済み、サイクルの性能低下を防止することができる。また、第２吸収器から第１蒸発器への熱輸送にヒートパイプではなく伝熱面を使用しているため、コストアップを抑制できる。さらに、第１蒸発器の冷媒ポンプ及び第２吸収器の溶液ポンプはそれぞれ散布のための液を送るだけなので、ポンプ動力も小さくなる。
【００１５】
また、凝縮器からの液冷媒が第１蒸発器から第２蒸発器にシリーズに供給されるので、第２蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出す場合、第２蒸発器の冷媒に溶液を混合しても第１蒸発器の冷媒に溶液が混合することはないので、第１蒸発器の伝熱性能の低下を防止することができる。また、第２蒸発器への冷媒供給手段の開口部が第２蒸発器の冷媒タンクの液相部に開口しているので、第２蒸発器に供給された冷媒の凍結を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る２段吸収冷凍機の系統図である。吸収冷凍機は、第１蒸発器１１、第２蒸発器１２、第１吸収器２１、第２吸収器２２、高温再生器３１、低温再生器３５、凝縮器４１、溶液熱交換器５１、５２、５３、冷媒ポンプ６１、６２、溶液ポンプ７１、７２などを備えている。
【００１７】
具体的には、高温再生器３１が有する燃焼器３２により加熱された溶液から発生した冷媒蒸気は、低温再生器３５に導かれて一部凝縮し、凝縮器４１に流入する。ここで、低温再生器３５と凝縮器４１とは、同一の容器を構成している。凝縮器４１で凝縮して発生した液冷媒は、第１蒸発器１１に導かれる。この第１蒸発器で蒸発した冷媒は、第１吸収器２１で溶液に吸収される。第１蒸発器１１と第１吸収器２１は同一の容器を構成している。
【００１８】
第１蒸発器１１に隣合って第２吸収器２２が設けられている。第２吸収器２２では、この第２吸収器と同一容器を構成する第２蒸発器１２で蒸発した冷媒を溶液に吸収する。高温再生器３１及び低温再生器２５で発生した濃溶液を第２吸収器２２へ導く配管路には、溶液熱交換器５２、５３が、第１吸収器２１の溶液を第２吸収器２２に導く管路の途中には、溶液熱交換器５１がそれぞれ配設されている。
【００１９】
第１蒸発器の下部に溜まった液冷媒を第１蒸発器内に散布するために、冷媒ポンプ６１が、第１蒸発器の下方に設けられている。同様に、第２蒸発器１２の下部に溜まった液冷媒を第２蒸発器内に散布するために、冷媒ポンプ６２が第２蒸発器の下方に設けられている。第１吸収器２１の下方には、溶液を第１吸収器内に散布するために溶液ポンプ７１が、第２吸収器２２の下方には、溶液を第２吸収器内に散布するためにポンプ７２がそれぞれ配置されている。なお、この実施例において、吸収剤は臭化リチウムであり、冷媒は水である。
【００２０】
次に、このように構成した吸収冷凍機の詳細及び動作を、以下に示す。第１蒸発器１１と第２吸収器２２とは、伝熱面８１を介して区画されている。そして、双方が、この伝熱面を構成要素としている。凝縮器４１から第１蒸発器１１に送られてきた冷媒液は、第１蒸発器１１の下部に形成された冷媒タンク１７に溜められる。冷媒ポンプ６１は、この冷媒液を第１蒸発器の上部に配置した散布装置１３に送り、第２吸収器との境界をなす伝熱面８１の第１蒸発器側から冷媒液を散布する。
【００２１】
散布された冷媒液は、伝熱面８１上で蒸発するときに蒸発潜熱により、伝熱面８１の第２吸収器２２側を流下する溶液を冷却する。第１吸収器２１には内部を冷却水が流れる伝熱管２５が配置されている。再生器３１で加熱濃縮された濃溶液と第１吸収器２１の下部に形成された溶液タンク２７に溜まった溶液との混合液が、第１吸収器２１の上部に配置された溶液散布装置２３から伝熱管２５上に散布される。このとき散布される溶液が、第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気を吸収する。
【００２２】
溶液が冷媒を吸収する吸収作用により、第１蒸発器１１の圧力は低圧に保たれる。その結果、第１蒸発器側の伝熱面８１に散布された冷媒が、継続的に蒸発できる。また、伝熱管２５内には冷却水が流れており、冷媒蒸気を吸収する時に発生する吸収熱により温度上昇した溶液は、この伝熱管２５内の冷却水により冷却される。溶液ポンプ７１は、冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液を、溶液タンク２７から溶液散布装置２３へ溶液を送る配管中に設けたエジェクターポンプ７３に送る。
【００２３】
エジェクターポンプ７３に送られた溶液は、高温再生器３１及び低温再生器３５の双方から溶液熱交換器５２に導かれた濃溶液を吸引して混合し、散布装置２３に導かれる。また、第１吸収器の溶液タンク２７と第２吸収器２２の溶液タンク２８とは、溶液熱交換器５１を介して連通している。溶液タンク２７の溶液は、エジェクターポンプ７３で吸引した溶液量とこの第１吸収器２１で吸収した冷媒蒸気量だけ増加するので、この増加分だけ溶液タンク２７の溶液が、溶液熱交換器５１を通って第２吸収器２２の溶液タンク２８に送られる。
【００２４】
第２蒸発器１２内には、内部を冷水あるいはブラインが流れる伝熱管１６が配置されている。第１蒸発器１１の冷媒ポンプ６１が第１蒸発器１１の上部に配置した散布装置１３へ冷媒を送る配管の途中から、第２蒸発器１２の下部に設けた冷媒タンク１８へ冷媒を送る配管４８が分岐している。この配管４８の先端部は、冷媒タンク１８の液相部である底面に開口している。この配管を経て、第１蒸発器１１の冷媒タンク１７から第２蒸発器１２の冷媒タンク１８へ冷媒が送られる。第１蒸発器１１から第２蒸発器１２に送られる冷媒の流量を、配管４８の途中に設けた制御弁４９が制御する。冷媒タンク１８の冷媒には溶液が混合されており、その濃度が制御されている。この混合冷媒の濃度制御については後述する。
【００２５】
第２蒸発器１２の冷媒タンク１８の冷媒液は、冷媒ポンプ６２により濃度検出手段９５を経て、第２蒸発器の上部に配置した散布装置１２に送られる。そして、散布装置１２から伝熱管１６上に散布され、伝熱管１６の表面で蒸発するときに蒸発潜熱により伝熱管１６の内部を流れる冷水あるいはブラインを冷却する。
【００２６】
第２吸収器２２の下部に形成された溶液タンク２８に溜まった溶液は、溶液ポンプ７２により第２吸収器２２の上部に配置した散布装置２４に送られ、第１蒸発器１１との境界をなす伝熱面８１の第２吸収器側に散布される。散布された溶液は、伝熱面８１の第１蒸発器１１側を流れる冷媒の蒸発潜熱により冷却される。そして、第２蒸発器１２で蒸発し、第２吸収器２２に流入した冷媒蒸気を吸収する。この吸収作用により、第２蒸発器１２内の圧力は低圧に保たれ、第２蒸発器１２内の伝熱管１６に散布される冷媒を継続的に蒸発可能にしている。
【００２７】
第２吸収器２２内で冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液は、溶液タンク２８に溜められる。溶液ポンプ７２は、この溜まった溶液を、第２吸収器の散布装置２４および溶液熱交換器５１に送る。溶液ポンプ７２が溶液タンク２８から第２吸収器の散布装置２４へ溶液を送る配管の途中から、第２蒸発器１２の冷媒タンク１８へ溶液を導く配管９１が分岐している。この分岐配管９１を流れる溶液の流量は、配管９１の途中に設けられた制御弁９２によって制御される。
【００２８】
第２蒸発器１２の冷媒タンク１８には、冷媒の液面高さを検出する液面高さ検出手段９６が設置されている。冷媒ポンプ６２が、冷媒タンク１８から第２蒸発器１２の散布装置１４へ冷媒を送る配管の途中から、第２吸収器２２の溶液タンク２８へ溶液を導く配管９３が分岐している。この分岐配管９３を流れる冷媒の流量を、配管９３の途中に設けた制御弁９４が制御する。
【００２９】
各種弁の開度やポンプの起動／停止を制御するために、制御装置９７が設けられている。この制御装置９７には、第２蒸発器１２内に散布される冷媒の濃度を検出する濃度検出手段９５及び冷媒タンク１８内の冷媒の液面高さを検出する液面検出手段９６からの信号が入力される。そして、検出された冷媒の濃度が所定の濃度になるように、第２蒸発器１２に流入する冷媒量を制御する制御弁４９、及び第２吸収器２２から第２蒸発器１２へ流入する溶液量を制御する制御弁９２、第２蒸発器１２から第２吸収器２２へ送られる冷媒量を制御する制御弁９４を制御する。
【００３０】
制御装置９７にはさらに、第２蒸発器１２の冷媒濃度の目標値を記憶する記憶手段９８が備えられている。この記憶手段９８は、第２蒸発器１２の冷媒タンク１８に溜まる冷媒の液面高さの上限値及び下限値も記憶している。制御装置９７は、冷媒の濃度が目標濃度よりも低い場合には制御弁４９を閉じ、冷媒の濃度が目標濃度よりも高い場合には制御弁４９を開く。これにより、冷媒タンク１８の混合冷媒の濃度が、一定に保たれる。また、冷媒タンク１８の液面高さが上限値よりも低い場合は、制御弁９４を閉じ、液面高さが上限値よりも高い場合は、制御弁９４を所定時間開く。一方、液面高さが下限値よりも低い場合は、制御弁９２を所定時間開き、液面高さが下限値よりも高い場合は、制御弁９２を閉じる。
【００３１】
第２吸収器２２から分岐配管９２を経て第２蒸発器１２に流入した、溶液を含む第２蒸発器１２内の混合冷媒は、散布装置１４から散布される際に冷媒である水分のみが蒸発し、溶質である塩類（臭化リチウム）は蒸発しないで残る。したがって、目標濃度が一旦達成された後は、濃度の変化に応じて第１蒸発器１１の冷媒タンク１７からの冷媒流入量を制御するだけで、濃度を目標値に制御することができる。この結果、溶質である塩類を補給したり抜き出したりする操作は不要となる。
【００３２】
しかしながら、散布時またはその他のときに、混合冷媒の液滴が飛散して溶質が流出した等の場合には、溶液を補給する必要がある。溶質が流出すると、混合冷媒の濃度が薄くなるので、冷媒濃度を一定に保つために、冷媒タンク１８の液面が低下する。このとき、冷媒タンク１８の冷媒液面高さが下限値より低くなると、制御弁９２が所定時間開き、溶液を補給する。溶液が補給されると液面高さが上昇するが、混合冷媒の濃度も上昇する。混合冷媒の濃度が目標値であれば、その濃度を保持するようにする。混合冷媒の濃度が目標値より高い場合には、第１蒸発器からの冷媒の流入量を増すなどして濃度が一定になるように制御装置９７が各制御弁を制御する。
【００３３】
これとは逆に、第２吸収器２２の溶液が液滴飛散等で冷媒タンク１８に流れ込むと、溶液を第２蒸発器１２外へ放出する必要があるが、冷媒濃度を一定に保つ制御が働き、冷媒タンク１８の液面が上昇する。冷媒タンク１８の混合冷媒の液面高さが上昇し、上限値よりも高くなると、制御弁９４が所定時間開き、混合冷媒を溶液側に流出させる。これにより溶質も放出され、液面高さが低くなる。この際、第１蒸発器１１からの冷媒の流入量を増すなどして、混合冷媒の濃度は所定値に制御される。
【００３４】
溶液ポンプ７２が、第２吸収器２２の溶液タンク２８から溶液熱交換器５１へ送る溶液は、溶液熱交換器５１で第１吸収器２１から送られた溶液と熱交換して温度上昇した後、溶液熱交換器５２に送られる。溶液熱交換器５２に導かれた溶液は、この溶液熱交換器５２で高温再生器３１及び低温再生器３５から導かれた溶液と熱交換して温度上昇する。その後、一部は溶液流入管３７を通って低温再生器３５に送られ、残りは溶液熱交換器５３、次いで溶液流入管３３を通って高温再生器３１に送られる。
【００３５】
高温再生器３１に送られた溶液は、高温再生器３１が有する燃焼器３２により加熱されて沸騰し、分離した冷媒蒸気は低温再生器３５に送られる。冷媒蒸気を分離して濃縮された溶液は、高温再生器３１の溶液流出部３４から溶液熱交換器５３に導かれ、第１吸収器２１の溶液タンク２７及び第２吸収器２２の溶液タンク２８から溶液熱交換器５２に送られた溶液と熱交換する。
【００３６】
低温再生器３５内には伝熱管３６が配置されており、伝熱管３６内を高温再生器３１から導かれた冷媒蒸気が流れている。一方、溶液熱交換器５２を経て低温再生器３５に送られた溶液は、伝熱管３６の内部を流れる蒸気により加熱されて沸騰し、冷媒蒸気を分離する。分離された冷媒蒸気は、凝縮器４１に導かれる。
【００３７】
低温再生器３５内で冷媒蒸気を分離して濃縮された溶液は、低温再生器３５の底部と連通する溶液流出管３８を通って、高温再生器３１から溶液熱交換器５３を通ってきた溶液と合流する。その後、溶液熱交換器５２へ送られ、溶液熱交換器５１から導かれた溶液と熱交換する。次いで、エジェクタポンプ７３の吸引側に送られ、溶液ポンプ７１により第１吸収器２１の溶液タンク２７から送られた溶液と合流し、第１吸収器２１の散布装置２３へ導かれる。高温再生器３１から導かれた伝熱管３６内の冷媒は、低温再生器３５で溶液を加熱して凝縮し、絞り３９を有する伝熱管を経て、凝縮器４２の下部に設けた冷媒タンク４３に導かれる。
【００３８】
凝縮器４１内には、第１の吸収器２１を経た冷却水が流れる伝熱管４２が配置されている。低温再生器３５から導かれた冷媒蒸気は、この伝熱管４２表面上で伝熱管４２内を流れる冷却水と熱交換して凝縮する。そして、凝縮器４１の下部に形成した冷媒タンク４３に溜められる。この冷媒タンク４３内の液冷媒は、低温再生器３５から流入した液冷媒と混合する。その後、凝縮器４１と第１蒸発器１１とを連通する絞り４５を有する冷媒配管４４を通って第１蒸発器１１に導かれ、第１蒸発器１１下部の冷媒タンク１７に溜められる。
【００３９】
以上述べたように本実施例においては、第２蒸発器の冷媒タンクへ溶液を導く流路と、この冷媒タンクから溶液が流れている経路へ冷媒を導く流路とを設けている。そして、第２蒸発器に設けた冷媒濃度検出装置からの信号に基づいて、第２蒸発器に流入する溶液量と冷媒量とを制御し、冷媒濃度を一定に保持している。したがって、冷媒が凍結する濃度以上の高濃度に冷媒濃度を保てるとともに、安定して０℃以下で冷媒を蒸発させることができる。その結果、低温のブラインを供給できる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施例を、図２から図４を用いて説明する。図２は、２段吸収冷凍機に用いられる蒸発器と吸収器を一体にした缶体の平面図であり、この缶体の上面を取り除いて示している。図３は、図２のＡ−Ａ断面を左から見た断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面を下側から見た断面図である。なお、缶体周りの配管等は図１の実施例と同様であり、図２から図４では省略している。
【００４１】
蒸発器と吸収器を一体にした缶体は、第１蒸発器１１、第１吸収器２１、第２蒸発器１２および第２吸収器２２とを備えている。第１蒸発器１１と第２吸収器２２との間は、上下方向に蛇行し、鉛直方向に延びた伝熱面８１で仕切られている。伝熱面８１の上部には伝熱面に沿って、第１蒸発器側の散布装置１３及び第２吸収器側の散布装置２４が設置されている。伝熱面８１の第１蒸発器１１側には冷媒の液膜が、伝熱面８１の第２吸収器２２側には溶液の液膜がそれぞれ形成されている。
【００４２】
第２蒸発器１２側の溶液の液膜が冷媒蒸気を吸収する際に、吸収熱を発生する。この吸収熱は、伝熱面８１を介して、第１蒸発器１１側の冷媒液膜に伝えられる。そして液冷媒を蒸発させる。すなわち、吸収熱は第２蒸発器１２から第１蒸発器１１へ輸送される。散布装置１３及び散布装置２４は、伝熱面８１と狭い隙間を保つように設けられている。そして、各散布装置１３、２４の伝熱面８１に面する側には、それぞれ複数の液散布穴１９、２９が設けられている。
【００４３】
伝熱面８１の下部は第１蒸発器１１側で閉じられており、伝熱面８１の第１蒸発器側を流下した冷媒であって蒸発しなかったものは、冷媒タンク１７に集められる。また、伝熱面８１の第２吸収器側を流下した溶液は、伝熱面８１の閉じられた下端の外側を滴下して、下部の溶液タンク２８に集められる。
【００４４】
第１吸収器２１内には水平に伝熱管２５が配置されており、この伝熱管２５の内部を冷却水が流れている。第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気は、エリミネータ１５を通って第１吸収器２１に流入し、散布装置１３から伝熱管２５上に散布された溶液に吸収される。この冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、伝熱管２５内を流れる冷却水に奪い去られる。冷媒蒸気を吸収して濃度の薄くなった溶液は、溶液タンク２７に集められる。
【００４５】
第２蒸発器１２内には、水平に伝熱管１６が配置されており、この伝熱管１６の内部を冷水またはブラインが流れている。散布装置１４からこの伝熱管１６上に冷媒液が散布され、散布された冷媒液は伝熱管１６の内部を流れる冷水またはブラインから熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、エリミネータ２６を通って第２吸収器２２に送られる。伝熱管１６上で蒸発しきれなかった冷媒は、冷媒タンク１８に集められる。
【００４６】
本実施例においては、伝熱面８１を水平に蛇行して設置したので、コンパクトな容積内に、大きな伝熱面積を有する伝熱面を収容できるので、吸収冷凍機の全体の大きさをコンパクトにすることができる。また、本実施例では、第１蒸発器側の散布装置１３を第２吸収器側の散布装置２４よりも上部に設置し、散布装置１３から流出した冷媒が、散布装置２４から流出した直後の溶液ですぐに加熱されるのを防止しているので、散布装置１３の近傍で冷媒蒸気が発生しない。これにより、発生冷媒蒸気による散布冷媒流量の不均一を防止できる。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、伝熱面及び散布装置の一実施例について説明する。伝熱面８１の表面には、ほぼ水平方向に複数の微細な凹部８２と凸部８３が形成されている。また、伝熱面８１の上方の両側には、伝熱面に沿って散布装置１３、２４が設置されている。さらに、液滴下装置８４が散布装置１３、２４と伝熱面８１との間に複数個設置されている。
【００４８】
図６に示すように、液滴下装置８４は、散布装置１３、２４の伝熱面８１側の側壁に逆Ｕ字形にかけられており、液滴下装置８４の外面は伝熱面８１と接している（図５参照）。液滴下装置８４の逆Ｕ字形の内側には溝８４ａが、液滴下装置８４の外面には溝８４ｃがそれぞれ形成されており、溝８４ａと溝８４ｃとは、開口部８４ｂにおいて連結している。その結果、一方の伝熱面の凹部８２と他方の伝熱面の凸部８３とが、また、一方の伝熱面の凸部８３と他方の伝熱面の凹部とがそれぞれ向かい合う。そして、上方に配置した散布装置１３、２４から散布された冷媒あるいは溶液は、伝熱面８１を流下する間に水平方向の凹部８２に入り込み、表面張力により水平方向に広がって、伝熱面全体を濡らしながら、次々に下段の凹部８２を満たして流下していく。
【００４９】
また本実施例においては、散布装置１３、２４から散布された液は、液滴下装置８４に形成された溝８４ａ、開口部８４ｂおよび溝８４ｃを通りながら、毛管現象により伝熱面８１の表面に安定して連続的に供給される。
【００５０】
以上述べたように本実施例によれば、伝熱面８１の表面にほぼ水平方向の微細な凹凸が形成されているので、伝熱面の濡れ性が向上するとともに表面積も増加する。したがって、単位面積当たりの伝熱性能が向上し、熱交換器をコンパクトにできる。また、液滴下装置８４により、安定して液を伝熱面に供給できる。
【００５１】
なお、上記いずれの実施例においても、第２吸収器から第１蒸発器への熱輸送手段として、ヒートパイプの代わりに伝熱面を使用しているので、安価かつ簡単に伝熱手段を実現できる。また、第１蒸発器の冷媒ポンプ及び第２吸収器の溶液ポンプの容量は、散布液の送液容量だけあればよく、ポンプ動力を低減できる。
【００５２】
さらに、凝縮器からの液冷媒を第１蒸発器から第２蒸発器にシリーズに供給しているので、第２蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出す場合、第２蒸発器の冷媒に溶液を混合しても第１蒸発器の冷媒に溶液が混合することはない。したがって、第１蒸発器の伝熱性能が低下することがない。また、第２蒸発器への冷媒供給手段は、第２蒸発器の冷媒タンクの液相部に開口しているので、第２蒸発器に供給された冷媒が凍結する不具合を防止できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、第２吸収器の吸収熱が、第１蒸発器と第２吸収器の間の伝熱面を通して、直接第１蒸発器の伝熱面上を流れる冷媒に伝達されるので、熱輸送における温度変化が小さくて済み、サイクル性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸収冷凍機の一実施例の系統図。
【図２】本発明に係る蒸発器と吸収器の缶体の一実施例の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明に係る伝熱面及び散布装置の一実施例の斜視図。
【図６】図５に示した伝熱面及び散布装置の詳細図。
【符号の説明】
１１…第１蒸発器、１２…第２蒸発器、
２１…第１吸収器、２２…第２蒸発器、
３１、３５…再生器、４１…凝縮器、
５１、５２、５３…溶液熱交換器、
６１、６２…溶液ポンプ、
７１、７２冷媒ポンプ、８１…伝熱面、
９４、１０３…制御弁、
９５…冷媒濃度検出手段、
９６…冷媒液面高さ検出手段、
９７…制御装置。
【発明の属する技術分野】
本発明は吸収冷凍機及びその製造方法に係り、特に、低温から高温までの汲み上げ温度差を大にした２段吸収方式の吸収冷凍機及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
汲み上げ温度差の大きい２段吸収冷凍機の一例が、特開昭５９−１８３５５号公報に記載されている。この公報に記載の吸収冷凍機は、通常の蒸発器及び吸収器の他に、低温蒸発器及び低温吸収器を備えている。凝縮器で凝縮した液冷媒は、蒸発器で蒸発して気化し、吸収器内で濃液に吸収される。蒸発器で気化しなかった冷媒液の一部は、低温蒸発器で気化されて低温吸収器に流入し、濃度の低下した吸収液である中間液に吸収される。
【０００３】
汲み上げ温度差の大きい２段吸収冷凍機の他の例が、特開平４−２６８１７１号公報に記載されている。この公報に記載の吸収冷凍機は、蒸発室と吸収室の間に中間吸収室及び中間蒸発室を備えている。そして、暖房時には、凝縮室で凝縮した液冷媒を蒸発室に導き、蒸発室で蒸発しきれなかった液冷媒を中間蒸発室に導いている。つまり、液冷媒を蒸発室、次いで中間蒸発室へとシリーズに供給している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特開昭５９−１８３５５号公報に記載のものにおいては、２段蒸発吸収器を採用しているので、低温からも熱を汲み上げることが出来るという特徴を有している。しかしながら、この吸収冷凍機においては、低温蒸発器で蒸発した冷媒を吸収して温度上昇した低温吸収器の吸収液を、分岐冷媒液還流管を介して高温側の蒸発器に導いている。このため、吸収器の出口での冷媒温度が蒸発温度よりも高く、結果的に熱輸送のための温度差が大きくなり、サイクルの性能が低下する。さらに、蒸発器の冷媒を吸収器へ循環するためのポンプ動力も必要になる。
【０００５】
一方、上記特開平４−２６８１７１号公報に記載のものにおいては、暖房時に液冷媒を低温側の蒸発室から高温側の中間蒸発室へシリーズに供給している。そして、これにより暖房時でも吸収サイクルを利用可能にしている。しかしながらこの吸収冷凍機は、冷房時には２段吸収冷凍機ではなく、通常の単段の吸収冷凍機として利用しているので、０℃以下の冷熱を取り出すことが可能な冷凍サイクルについては、何等考慮されていない。また、この特開平４−２６８１７１号公報に記載のものにおいては、中間吸収室から中間蒸発室へ熱をヒートパイプで輸送しているが、吸収液とヒートパイプ内の媒体との温度差、及びヒートパイプ内の媒体と蒸発冷媒との温度差の双方を熱交換できる温度差以上にする必要があり、熱輸送のための温度差が大きくなり、サイクルの性能が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、サイクル性能の高い２段吸収冷凍機を実現することにある。本発明の他の目的は、構造が簡単で低コストとなる２段吸収冷凍機を実現することにある。本発明のさらに他の目的は、低温側の蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出すのに好適な２段吸収冷凍機を実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、再生器と、この再生器で発生した蒸気冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮した液冷媒を蒸発させる第１蒸発器、この第１蒸発器で蒸発した冷媒を溶液に吸収させる第１吸収器とを備える吸収冷凍機において、前記第１蒸発器内の液冷媒が導かれる第２蒸発器と、この第２蒸発器で蒸発した液冷媒を溶液に吸収する第２吸収器とを設け、これら第２蒸発器、第２吸収器、第１蒸発器、第１吸収器の順に隣り合わせて同一の缶体で構成し、前記第１蒸発器と前記第２吸収器とは伝熱面を介して隣り合っており、前記凝縮器で凝縮した液冷媒を第１蒸発器、次いで第２の蒸発器に導くと共に、前記第１蒸発器の前記伝熱面の近傍に液冷媒を散布する液冷媒散布手段を、前記第２吸収器の前記伝熱面の近傍に溶液を散布する溶液散布手段をそれぞれ配設し、前記液冷媒散布手段を全稀溶液散布手段よりも上方に位置させたことにあります。
【００１０】
そして好ましくは、第１蒸発器と前記第２蒸発器のそれぞれの下部に溜まる液冷媒を連通する手段を設けた；伝熱面は水平方向に折れ曲がっている；伝熱面は表面に凹凸を有し、上下方向に伸びる板状部材である；第２蒸発器の溶液濃度を検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された溶液濃度に基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有する；第２蒸発器内の液冷媒の液面高さを検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された液面高さに基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有するものである。
【００１１】
より好ましくは、制御手段は、記憶手段を有し、この記憶手段は冷媒濃度の目標値、液面高さの上限値、液面高さの下限値の少なくともいずれかを記憶可能である。
【００１３】
上記目的を達成するための本発明の第２の特徴は、第１蒸発器と、第１吸収器と、第２蒸発器と、第２吸収器と、再生器と凝縮器とを備える吸収冷凍機の製造方法であって、前記第１吸収器と第１蒸発器と前記第２吸収器と第２蒸発器とを含む箱体の上面を接合する前に、この箱体の底面と両側面部において第１蒸発器と第２蒸発器の間の伝熱面を全周溶接し、この箱体内に液散布装置等を配置し、その後第１蒸発器側と第２吸収器側に分割した上面をそれぞれ全周溶接することにある。
【００１４】
そして上記のように構成した本発明においては、第２吸収器の吸収熱が、第１蒸発器と第２吸収器の間の伝熱面を通して、直接第１蒸発器の伝熱面上を流れる冷媒に伝達されるため、熱輸送のための温度差が小さくて済み、サイクルの性能低下を防止することができる。また、第２吸収器から第１蒸発器への熱輸送にヒートパイプではなく伝熱面を使用しているため、コストアップを抑制できる。さらに、第１蒸発器の冷媒ポンプ及び第２吸収器の溶液ポンプはそれぞれ散布のための液を送るだけなので、ポンプ動力も小さくなる。
【００１５】
また、凝縮器からの液冷媒が第１蒸発器から第２蒸発器にシリーズに供給されるので、第２蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出す場合、第２蒸発器の冷媒に溶液を混合しても第１蒸発器の冷媒に溶液が混合することはないので、第１蒸発器の伝熱性能の低下を防止することができる。また、第２蒸発器への冷媒供給手段の開口部が第２蒸発器の冷媒タンクの液相部に開口しているので、第２蒸発器に供給された冷媒の凍結を防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る２段吸収冷凍機の系統図である。吸収冷凍機は、第１蒸発器１１、第２蒸発器１２、第１吸収器２１、第２吸収器２２、高温再生器３１、低温再生器３５、凝縮器４１、溶液熱交換器５１、５２、５３、冷媒ポンプ６１、６２、溶液ポンプ７１、７２などを備えている。
【００１７】
具体的には、高温再生器３１が有する燃焼器３２により加熱された溶液から発生した冷媒蒸気は、低温再生器３５に導かれて一部凝縮し、凝縮器４１に流入する。ここで、低温再生器３５と凝縮器４１とは、同一の容器を構成している。凝縮器４１で凝縮して発生した液冷媒は、第１蒸発器１１に導かれる。この第１蒸発器で蒸発した冷媒は、第１吸収器２１で溶液に吸収される。第１蒸発器１１と第１吸収器２１は同一の容器を構成している。
【００１８】
第１蒸発器１１に隣合って第２吸収器２２が設けられている。第２吸収器２２では、この第２吸収器と同一容器を構成する第２蒸発器１２で蒸発した冷媒を溶液に吸収する。高温再生器３１及び低温再生器２５で発生した濃溶液を第２吸収器２２へ導く配管路には、溶液熱交換器５２、５３が、第１吸収器２１の溶液を第２吸収器２２に導く管路の途中には、溶液熱交換器５１がそれぞれ配設されている。
【００１９】
第１蒸発器の下部に溜まった液冷媒を第１蒸発器内に散布するために、冷媒ポンプ６１が、第１蒸発器の下方に設けられている。同様に、第２蒸発器１２の下部に溜まった液冷媒を第２蒸発器内に散布するために、冷媒ポンプ６２が第２蒸発器の下方に設けられている。第１吸収器２１の下方には、溶液を第１吸収器内に散布するために溶液ポンプ７１が、第２吸収器２２の下方には、溶液を第２吸収器内に散布するためにポンプ７２がそれぞれ配置されている。なお、この実施例において、吸収剤は臭化リチウムであり、冷媒は水である。
【００２０】
次に、このように構成した吸収冷凍機の詳細及び動作を、以下に示す。第１蒸発器１１と第２吸収器２２とは、伝熱面８１を介して区画されている。そして、双方が、この伝熱面を構成要素としている。凝縮器４１から第１蒸発器１１に送られてきた冷媒液は、第１蒸発器１１の下部に形成された冷媒タンク１７に溜められる。冷媒ポンプ６１は、この冷媒液を第１蒸発器の上部に配置した散布装置１３に送り、第２吸収器との境界をなす伝熱面８１の第１蒸発器側から冷媒液を散布する。
【００２１】
散布された冷媒液は、伝熱面８１上で蒸発するときに蒸発潜熱により、伝熱面８１の第２吸収器２２側を流下する溶液を冷却する。第１吸収器２１には内部を冷却水が流れる伝熱管２５が配置されている。再生器３１で加熱濃縮された濃溶液と第１吸収器２１の下部に形成された溶液タンク２７に溜まった溶液との混合液が、第１吸収器２１の上部に配置された溶液散布装置２３から伝熱管２５上に散布される。このとき散布される溶液が、第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気を吸収する。
【００２２】
溶液が冷媒を吸収する吸収作用により、第１蒸発器１１の圧力は低圧に保たれる。その結果、第１蒸発器側の伝熱面８１に散布された冷媒が、継続的に蒸発できる。また、伝熱管２５内には冷却水が流れており、冷媒蒸気を吸収する時に発生する吸収熱により温度上昇した溶液は、この伝熱管２５内の冷却水により冷却される。溶液ポンプ７１は、冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液を、溶液タンク２７から溶液散布装置２３へ溶液を送る配管中に設けたエジェクターポンプ７３に送る。
【００２３】
エジェクターポンプ７３に送られた溶液は、高温再生器３１及び低温再生器３５の双方から溶液熱交換器５２に導かれた濃溶液を吸引して混合し、散布装置２３に導かれる。また、第１吸収器の溶液タンク２７と第２吸収器２２の溶液タンク２８とは、溶液熱交換器５１を介して連通している。溶液タンク２７の溶液は、エジェクターポンプ７３で吸引した溶液量とこの第１吸収器２１で吸収した冷媒蒸気量だけ増加するので、この増加分だけ溶液タンク２７の溶液が、溶液熱交換器５１を通って第２吸収器２２の溶液タンク２８に送られる。
【００２４】
第２蒸発器１２内には、内部を冷水あるいはブラインが流れる伝熱管１６が配置されている。第１蒸発器１１の冷媒ポンプ６１が第１蒸発器１１の上部に配置した散布装置１３へ冷媒を送る配管の途中から、第２蒸発器１２の下部に設けた冷媒タンク１８へ冷媒を送る配管４８が分岐している。この配管４８の先端部は、冷媒タンク１８の液相部である底面に開口している。この配管を経て、第１蒸発器１１の冷媒タンク１７から第２蒸発器１２の冷媒タンク１８へ冷媒が送られる。第１蒸発器１１から第２蒸発器１２に送られる冷媒の流量を、配管４８の途中に設けた制御弁４９が制御する。冷媒タンク１８の冷媒には溶液が混合されており、その濃度が制御されている。この混合冷媒の濃度制御については後述する。
【００２５】
第２蒸発器１２の冷媒タンク１８の冷媒液は、冷媒ポンプ６２により濃度検出手段９５を経て、第２蒸発器の上部に配置した散布装置１２に送られる。そして、散布装置１２から伝熱管１６上に散布され、伝熱管１６の表面で蒸発するときに蒸発潜熱により伝熱管１６の内部を流れる冷水あるいはブラインを冷却する。
【００２６】
第２吸収器２２の下部に形成された溶液タンク２８に溜まった溶液は、溶液ポンプ７２により第２吸収器２２の上部に配置した散布装置２４に送られ、第１蒸発器１１との境界をなす伝熱面８１の第２吸収器側に散布される。散布された溶液は、伝熱面８１の第１蒸発器１１側を流れる冷媒の蒸発潜熱により冷却される。そして、第２蒸発器１２で蒸発し、第２吸収器２２に流入した冷媒蒸気を吸収する。この吸収作用により、第２蒸発器１２内の圧力は低圧に保たれ、第２蒸発器１２内の伝熱管１６に散布される冷媒を継続的に蒸発可能にしている。
【００２７】
第２吸収器２２内で冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液は、溶液タンク２８に溜められる。溶液ポンプ７２は、この溜まった溶液を、第２吸収器の散布装置２４および溶液熱交換器５１に送る。溶液ポンプ７２が溶液タンク２８から第２吸収器の散布装置２４へ溶液を送る配管の途中から、第２蒸発器１２の冷媒タンク１８へ溶液を導く配管９１が分岐している。この分岐配管９１を流れる溶液の流量は、配管９１の途中に設けられた制御弁９２によって制御される。
【００２８】
第２蒸発器１２の冷媒タンク１８には、冷媒の液面高さを検出する液面高さ検出手段９６が設置されている。冷媒ポンプ６２が、冷媒タンク１８から第２蒸発器１２の散布装置１４へ冷媒を送る配管の途中から、第２吸収器２２の溶液タンク２８へ溶液を導く配管９３が分岐している。この分岐配管９３を流れる冷媒の流量を、配管９３の途中に設けた制御弁９４が制御する。
【００２９】
各種弁の開度やポンプの起動／停止を制御するために、制御装置９７が設けられている。この制御装置９７には、第２蒸発器１２内に散布される冷媒の濃度を検出する濃度検出手段９５及び冷媒タンク１８内の冷媒の液面高さを検出する液面検出手段９６からの信号が入力される。そして、検出された冷媒の濃度が所定の濃度になるように、第２蒸発器１２に流入する冷媒量を制御する制御弁４９、及び第２吸収器２２から第２蒸発器１２へ流入する溶液量を制御する制御弁９２、第２蒸発器１２から第２吸収器２２へ送られる冷媒量を制御する制御弁９４を制御する。
【００３０】
制御装置９７にはさらに、第２蒸発器１２の冷媒濃度の目標値を記憶する記憶手段９８が備えられている。この記憶手段９８は、第２蒸発器１２の冷媒タンク１８に溜まる冷媒の液面高さの上限値及び下限値も記憶している。制御装置９７は、冷媒の濃度が目標濃度よりも低い場合には制御弁４９を閉じ、冷媒の濃度が目標濃度よりも高い場合には制御弁４９を開く。これにより、冷媒タンク１８の混合冷媒の濃度が、一定に保たれる。また、冷媒タンク１８の液面高さが上限値よりも低い場合は、制御弁９４を閉じ、液面高さが上限値よりも高い場合は、制御弁９４を所定時間開く。一方、液面高さが下限値よりも低い場合は、制御弁９２を所定時間開き、液面高さが下限値よりも高い場合は、制御弁９２を閉じる。
【００３１】
第２吸収器２２から分岐配管９２を経て第２蒸発器１２に流入した、溶液を含む第２蒸発器１２内の混合冷媒は、散布装置１４から散布される際に冷媒である水分のみが蒸発し、溶質である塩類（臭化リチウム）は蒸発しないで残る。したがって、目標濃度が一旦達成された後は、濃度の変化に応じて第１蒸発器１１の冷媒タンク１７からの冷媒流入量を制御するだけで、濃度を目標値に制御することができる。この結果、溶質である塩類を補給したり抜き出したりする操作は不要となる。
【００３２】
しかしながら、散布時またはその他のときに、混合冷媒の液滴が飛散して溶質が流出した等の場合には、溶液を補給する必要がある。溶質が流出すると、混合冷媒の濃度が薄くなるので、冷媒濃度を一定に保つために、冷媒タンク１８の液面が低下する。このとき、冷媒タンク１８の冷媒液面高さが下限値より低くなると、制御弁９２が所定時間開き、溶液を補給する。溶液が補給されると液面高さが上昇するが、混合冷媒の濃度も上昇する。混合冷媒の濃度が目標値であれば、その濃度を保持するようにする。混合冷媒の濃度が目標値より高い場合には、第１蒸発器からの冷媒の流入量を増すなどして濃度が一定になるように制御装置９７が各制御弁を制御する。
【００３３】
これとは逆に、第２吸収器２２の溶液が液滴飛散等で冷媒タンク１８に流れ込むと、溶液を第２蒸発器１２外へ放出する必要があるが、冷媒濃度を一定に保つ制御が働き、冷媒タンク１８の液面が上昇する。冷媒タンク１８の混合冷媒の液面高さが上昇し、上限値よりも高くなると、制御弁９４が所定時間開き、混合冷媒を溶液側に流出させる。これにより溶質も放出され、液面高さが低くなる。この際、第１蒸発器１１からの冷媒の流入量を増すなどして、混合冷媒の濃度は所定値に制御される。
【００３４】
溶液ポンプ７２が、第２吸収器２２の溶液タンク２８から溶液熱交換器５１へ送る溶液は、溶液熱交換器５１で第１吸収器２１から送られた溶液と熱交換して温度上昇した後、溶液熱交換器５２に送られる。溶液熱交換器５２に導かれた溶液は、この溶液熱交換器５２で高温再生器３１及び低温再生器３５から導かれた溶液と熱交換して温度上昇する。その後、一部は溶液流入管３７を通って低温再生器３５に送られ、残りは溶液熱交換器５３、次いで溶液流入管３３を通って高温再生器３１に送られる。
【００３５】
高温再生器３１に送られた溶液は、高温再生器３１が有する燃焼器３２により加熱されて沸騰し、分離した冷媒蒸気は低温再生器３５に送られる。冷媒蒸気を分離して濃縮された溶液は、高温再生器３１の溶液流出部３４から溶液熱交換器５３に導かれ、第１吸収器２１の溶液タンク２７及び第２吸収器２２の溶液タンク２８から溶液熱交換器５２に送られた溶液と熱交換する。
【００３６】
低温再生器３５内には伝熱管３６が配置されており、伝熱管３６内を高温再生器３１から導かれた冷媒蒸気が流れている。一方、溶液熱交換器５２を経て低温再生器３５に送られた溶液は、伝熱管３６の内部を流れる蒸気により加熱されて沸騰し、冷媒蒸気を分離する。分離された冷媒蒸気は、凝縮器４１に導かれる。
【００３７】
低温再生器３５内で冷媒蒸気を分離して濃縮された溶液は、低温再生器３５の底部と連通する溶液流出管３８を通って、高温再生器３１から溶液熱交換器５３を通ってきた溶液と合流する。その後、溶液熱交換器５２へ送られ、溶液熱交換器５１から導かれた溶液と熱交換する。次いで、エジェクタポンプ７３の吸引側に送られ、溶液ポンプ７１により第１吸収器２１の溶液タンク２７から送られた溶液と合流し、第１吸収器２１の散布装置２３へ導かれる。高温再生器３１から導かれた伝熱管３６内の冷媒は、低温再生器３５で溶液を加熱して凝縮し、絞り３９を有する伝熱管を経て、凝縮器４２の下部に設けた冷媒タンク４３に導かれる。
【００３８】
凝縮器４１内には、第１の吸収器２１を経た冷却水が流れる伝熱管４２が配置されている。低温再生器３５から導かれた冷媒蒸気は、この伝熱管４２表面上で伝熱管４２内を流れる冷却水と熱交換して凝縮する。そして、凝縮器４１の下部に形成した冷媒タンク４３に溜められる。この冷媒タンク４３内の液冷媒は、低温再生器３５から流入した液冷媒と混合する。その後、凝縮器４１と第１蒸発器１１とを連通する絞り４５を有する冷媒配管４４を通って第１蒸発器１１に導かれ、第１蒸発器１１下部の冷媒タンク１７に溜められる。
【００３９】
以上述べたように本実施例においては、第２蒸発器の冷媒タンクへ溶液を導く流路と、この冷媒タンクから溶液が流れている経路へ冷媒を導く流路とを設けている。そして、第２蒸発器に設けた冷媒濃度検出装置からの信号に基づいて、第２蒸発器に流入する溶液量と冷媒量とを制御し、冷媒濃度を一定に保持している。したがって、冷媒が凍結する濃度以上の高濃度に冷媒濃度を保てるとともに、安定して０℃以下で冷媒を蒸発させることができる。その結果、低温のブラインを供給できる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施例を、図２から図４を用いて説明する。図２は、２段吸収冷凍機に用いられる蒸発器と吸収器を一体にした缶体の平面図であり、この缶体の上面を取り除いて示している。図３は、図２のＡ−Ａ断面を左から見た断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面を下側から見た断面図である。なお、缶体周りの配管等は図１の実施例と同様であり、図２から図４では省略している。
【００４１】
蒸発器と吸収器を一体にした缶体は、第１蒸発器１１、第１吸収器２１、第２蒸発器１２および第２吸収器２２とを備えている。第１蒸発器１１と第２吸収器２２との間は、上下方向に蛇行し、鉛直方向に延びた伝熱面８１で仕切られている。伝熱面８１の上部には伝熱面に沿って、第１蒸発器側の散布装置１３及び第２吸収器側の散布装置２４が設置されている。伝熱面８１の第１蒸発器１１側には冷媒の液膜が、伝熱面８１の第２吸収器２２側には溶液の液膜がそれぞれ形成されている。
【００４２】
第２蒸発器１２側の溶液の液膜が冷媒蒸気を吸収する際に、吸収熱を発生する。この吸収熱は、伝熱面８１を介して、第１蒸発器１１側の冷媒液膜に伝えられる。そして液冷媒を蒸発させる。すなわち、吸収熱は第２蒸発器１２から第１蒸発器１１へ輸送される。散布装置１３及び散布装置２４は、伝熱面８１と狭い隙間を保つように設けられている。そして、各散布装置１３、２４の伝熱面８１に面する側には、それぞれ複数の液散布穴１９、２９が設けられている。
【００４３】
伝熱面８１の下部は第１蒸発器１１側で閉じられており、伝熱面８１の第１蒸発器側を流下した冷媒であって蒸発しなかったものは、冷媒タンク１７に集められる。また、伝熱面８１の第２吸収器側を流下した溶液は、伝熱面８１の閉じられた下端の外側を滴下して、下部の溶液タンク２８に集められる。
【００４４】
第１吸収器２１内には水平に伝熱管２５が配置されており、この伝熱管２５の内部を冷却水が流れている。第１蒸発器１１で蒸発した冷媒蒸気は、エリミネータ１５を通って第１吸収器２１に流入し、散布装置１３から伝熱管２５上に散布された溶液に吸収される。この冷媒蒸気を吸収する際に発生する吸収熱は、伝熱管２５内を流れる冷却水に奪い去られる。冷媒蒸気を吸収して濃度の薄くなった溶液は、溶液タンク２７に集められる。
【００４５】
第２蒸発器１２内には、水平に伝熱管１６が配置されており、この伝熱管１６の内部を冷水またはブラインが流れている。散布装置１４からこの伝熱管１６上に冷媒液が散布され、散布された冷媒液は伝熱管１６の内部を流れる冷水またはブラインから熱を奪って蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、エリミネータ２６を通って第２吸収器２２に送られる。伝熱管１６上で蒸発しきれなかった冷媒は、冷媒タンク１８に集められる。
【００４６】
本実施例においては、伝熱面８１を水平に蛇行して設置したので、コンパクトな容積内に、大きな伝熱面積を有する伝熱面を収容できるので、吸収冷凍機の全体の大きさをコンパクトにすることができる。また、本実施例では、第１蒸発器側の散布装置１３を第２吸収器側の散布装置２４よりも上部に設置し、散布装置１３から流出した冷媒が、散布装置２４から流出した直後の溶液ですぐに加熱されるのを防止しているので、散布装置１３の近傍で冷媒蒸気が発生しない。これにより、発生冷媒蒸気による散布冷媒流量の不均一を防止できる。
【００４７】
次に、図５及び図６を用いて、伝熱面及び散布装置の一実施例について説明する。伝熱面８１の表面には、ほぼ水平方向に複数の微細な凹部８２と凸部８３が形成されている。また、伝熱面８１の上方の両側には、伝熱面に沿って散布装置１３、２４が設置されている。さらに、液滴下装置８４が散布装置１３、２４と伝熱面８１との間に複数個設置されている。
【００４８】
図６に示すように、液滴下装置８４は、散布装置１３、２４の伝熱面８１側の側壁に逆Ｕ字形にかけられており、液滴下装置８４の外面は伝熱面８１と接している（図５参照）。液滴下装置８４の逆Ｕ字形の内側には溝８４ａが、液滴下装置８４の外面には溝８４ｃがそれぞれ形成されており、溝８４ａと溝８４ｃとは、開口部８４ｂにおいて連結している。その結果、一方の伝熱面の凹部８２と他方の伝熱面の凸部８３とが、また、一方の伝熱面の凸部８３と他方の伝熱面の凹部とがそれぞれ向かい合う。そして、上方に配置した散布装置１３、２４から散布された冷媒あるいは溶液は、伝熱面８１を流下する間に水平方向の凹部８２に入り込み、表面張力により水平方向に広がって、伝熱面全体を濡らしながら、次々に下段の凹部８２を満たして流下していく。
【００４９】
また本実施例においては、散布装置１３、２４から散布された液は、液滴下装置８４に形成された溝８４ａ、開口部８４ｂおよび溝８４ｃを通りながら、毛管現象により伝熱面８１の表面に安定して連続的に供給される。
【００５０】
以上述べたように本実施例によれば、伝熱面８１の表面にほぼ水平方向の微細な凹凸が形成されているので、伝熱面の濡れ性が向上するとともに表面積も増加する。したがって、単位面積当たりの伝熱性能が向上し、熱交換器をコンパクトにできる。また、液滴下装置８４により、安定して液を伝熱面に供給できる。
【００５１】
なお、上記いずれの実施例においても、第２吸収器から第１蒸発器への熱輸送手段として、ヒートパイプの代わりに伝熱面を使用しているので、安価かつ簡単に伝熱手段を実現できる。また、第１蒸発器の冷媒ポンプ及び第２吸収器の溶液ポンプの容量は、散布液の送液容量だけあればよく、ポンプ動力を低減できる。
【００５２】
さらに、凝縮器からの液冷媒を第１蒸発器から第２蒸発器にシリーズに供給しているので、第２蒸発器から０℃以下の冷熱を取り出す場合、第２蒸発器の冷媒に溶液を混合しても第１蒸発器の冷媒に溶液が混合することはない。したがって、第１蒸発器の伝熱性能が低下することがない。また、第２蒸発器への冷媒供給手段は、第２蒸発器の冷媒タンクの液相部に開口しているので、第２蒸発器に供給された冷媒が凍結する不具合を防止できる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、第２吸収器の吸収熱が、第１蒸発器と第２吸収器の間の伝熱面を通して、直接第１蒸発器の伝熱面上を流れる冷媒に伝達されるので、熱輸送における温度変化が小さくて済み、サイクル性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸収冷凍機の一実施例の系統図。
【図２】本発明に係る蒸発器と吸収器の缶体の一実施例の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明に係る伝熱面及び散布装置の一実施例の斜視図。
【図６】図５に示した伝熱面及び散布装置の詳細図。
【符号の説明】
１１…第１蒸発器、１２…第２蒸発器、
２１…第１吸収器、２２…第２蒸発器、
３１、３５…再生器、４１…凝縮器、
５１、５２、５３…溶液熱交換器、
６１、６２…溶液ポンプ、
７１、７２冷媒ポンプ、８１…伝熱面、
９４、１０３…制御弁、
９５…冷媒濃度検出手段、
９６…冷媒液面高さ検出手段、
９７…制御装置。
Claims (9)
- 再生器と、この再生器で発生した蒸気冷媒を凝縮する凝縮器と、この凝縮器で凝縮した液冷媒を蒸発させる第１蒸発器、この第１蒸発器で蒸発した冷媒を溶液に吸収させる第１吸収器とを備える吸収冷凍機において、
前記第１蒸発器内の液冷媒が導かれる第２蒸発器と、この第２蒸発器で蒸発した液冷媒を溶液に吸収する第２吸収器とを設け、これら第２蒸発器、第２吸収器、第１蒸発器、第１吸収器の順に隣り合わせて同一の缶体で構成し、前記第１蒸発器と前記第２吸収器とは伝熱面を介して隣り合っており、前記凝縮器で凝縮した液冷媒を第１蒸発器、次いで第２の蒸発器に導くと共に、前記第１蒸発器の前記伝熱面の近傍に液冷媒を散布する液冷媒散布手段を、前記第２吸収器の前記伝熱面の近傍に溶液を散布する溶液散布手段をそれぞれ配設し、前記液冷媒散布手段を全稀溶液散布手段よりも上方に位置させたことを特徴とする吸収冷凍機。 - 前記第１蒸発器と前記第２蒸発器のそれぞれの下部に溜まる液冷媒を連通する手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の吸収冷凍機。
- 前記伝熱面は水平方向に折れ曲がっていることを特徴とする請求項１に記載の吸収冷凍機。
- 前記伝熱面は表面に凹凸を有し、上下方向に伸びる板状部材であることを特徴とする請求項１に記載の吸収冷凍機。
- 前記第２蒸発器の液冷媒濃度を所定値に保つよう前記第１蒸発器から流入する液冷媒量を制御する液冷媒制御手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の吸収冷凍機。
- 前記第２蒸発器の溶液濃度を検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された溶液濃度に基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の吸収冷凍機。
- 前記第２蒸発器内の液冷媒の液面高さを検出する手段と、前記連通手段を通る液冷媒量を調整する手段と、前記検出された液面高さに基づいて前記液冷媒量調節手段を制御する制御手段とを有することを特徴とする請求項２に記載の吸収冷凍機。
- 前記制御手段は、記憶手段を有し、この記憶手段は冷媒濃度の目標値、液面高さの上限値、液面高さの下限値の少なくともいずれかを記憶可能であることを特徴とする請求項６又は７のいずれかに記載の吸収冷凍機。
- 第１蒸発器と、第１吸収器と、第２蒸発器と、第２吸収器と、再生器と凝縮器とを備える吸収冷凍機の製造方法であって、前記第１吸収器と第１蒸発器と前記第２吸収器と第２蒸発器とを含む箱体の上面を接合する前に、この箱体の底面と両側面部において第１蒸発器と第２蒸発器の間の伝熱面を全周溶接し、この箱体内に液散布装置等を配置し、その後第１蒸発器側と第２吸収器側に分割した上面をそれぞれ全周溶接することを特徴とする吸収冷凍機の製造方法。
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