JP4139067B2 - 吸収式冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸収液をバーナの加熱で低濃度から中濃度に濃縮し、さらに溶媒蒸気の凝縮熱を利用して高濃度に濃縮させる吸収式冷凍装置の冷凍能力の増大に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空調などに使用される吸収式冷凍装置は、低濃度吸収液を加熱して沸騰させるとともに、沸騰した低濃度吸収液を溶媒蒸気と中濃度吸収液とに分離する分離筒を備えた高温再生器を有する。分離筒の外周には、低温再生器が設けられている。低温再生器は、中濃度吸収液を、溶媒蒸気タンクの外面に沿って流下させ、溶媒蒸気の凝縮熱を利用して更に溶媒を蒸発させ、高濃度吸収液と溶媒蒸気とを生成する。
【０００３】
吸収式冷凍装置の最上部には、溶媒蒸気を集めて凝縮せるとともに凝縮した溶媒が溜まる凝縮器が設置されている。凝縮器の下方には、低温再生器の外周に、放熱用の冷却塔に連結した冷却コイルと、該冷却コイルに高濃度吸収液を流下させる吸収液流下手段とを備えた吸収器が配されている。冷却コイルは、一部が凝縮器内に延長され、溶媒蒸気の凝縮熱を排出する作用をしている。吸収器の外周には、室内機に連結した冷水（冷暖房機の場合は冷温水）コイルと、該冷水コイルに液化した溶媒を流下させる溶媒流下手段とを備えた蒸発器が設置されている。
【０００４】
この吸収式冷凍装置は、バーナなどの加熱源で低濃度吸収液を加熱して、溶媒（水）と高濃度吸収液（臭化リチウム溶液）とに分離し、吸収式冷凍装置内の圧力差で上位に導く。溶媒は冷水コイルに滴下されて蒸発し、冷房の冷媒である冷水を生成する。蒸発した溶媒は圧力差で吸収器に流れ、冷却コイルに流下された高濃度吸収液に吸収される。この際に発生する吸収熱は室外機で大気に放散される。溶媒を吸収して低濃度となった低濃度吸収液は、吸収液ポンプで高温再生器に循環される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
吸収式冷凍装置を家庭用の空調機に使用する場合には、冷凍能力の増大と装置の小型化とを同時に達成する必要があり、このためには低温再生器の効率の増大が重要である。
この発明の目的は、溶媒蒸気タンクの全表面に確実に均一な薄膜状に流下させることにより、装置の大型化を伴わずに冷凍能力の増大ができる吸収式冷凍装置の提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、低濃度吸収液を加熱して沸騰させるとともに、沸騰した低濃度吸収液を溶媒蒸気と中濃度吸収液とに分離する分離筒を備えた高温再生器と、縦型二重筒状を呈し、該分離筒で生成した溶媒蒸気を溜める溶媒蒸気タンク、および該溶媒蒸気タンクの外面に沿って中濃度吸収液を流下させ、溶媒蒸気の凝縮熱を利用して中濃度吸収液を加熱し高濃度吸収液と溶媒蒸気とを生成する低温再生器と、前記低温再生器および前記分離筒で生成した溶媒蒸気を凝縮させるとともに凝縮した溶媒を溜める凝縮器と、室内機に連結した冷水コイル、および該冷水コイルに前記凝縮器の溶媒を流下させる溶媒流下手段とを備え、冷水コイルの表面で溶媒を蒸発させて冷水コイル内の冷水を冷却する蒸発器と、放熱用の冷却塔に連結した冷却コイル、および該冷却コイルに高濃度吸収液を流下させる吸収液流下手段とを備え、前記蒸発器で蒸発した溶媒を高濃度吸収液に吸収させる吸収器と、前記溶媒を吸収して低濃度となった低濃度吸収液を前記高温再生器に循環させる吸収液ポンプとを備える吸収式冷凍装置において、
前記低温再生器は、前記縦型二重筒状を呈する溶媒蒸気タンクの上端部に設置された環状の液受け器と、該液受け器から前記縦型二重筒状を呈する溶媒蒸気タンクの上端部の表面に流下する中濃度吸収液を薄膜状に横に分散させる堰とを備えていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の効果】
この発明では、溶媒蒸気タンクの上端部に設置された環状の液受け器と、該液受け器から溶媒蒸気タンクの上端部の表面に流下する中濃度吸収液を薄膜状に横に分散させる堰とを付設しているので、中濃度吸収液を溶媒蒸気タンクの上部に均一な薄膜状に流下させることができる。このため、低温再生器での熱交換効率が向上でき、吸収式冷凍装置の冷凍能力が増大する。
【０００８】
請求項１に記載の如く、溶媒蒸気タンクの構造を、縦型二重筒状とすることにより、熱交換面積を約２倍に増大でき、低温再生器での熱交換効率の向上が可能となる。
請求項２〜４に記載の如く、堰の構造は、溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に隙間を形成する環状板、溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に周設した略水平方向の縁、または溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に周設した窪みが採用できる。
【０００９】
この発明では、堰により溶媒蒸気タンクの全表面に中濃度吸収液を薄膜状に付着させて流下させることができる。これにより、溶媒蒸気タンクの全表面において、内部の溶媒蒸気の凝縮熱による中濃度吸収液からの溶媒の蒸発が増大できる。この結果、低温再生器による高濃度吸収液の濃縮率の増大と溶媒の増量とが可能となり、吸収式冷凍装置の大型化を伴わずに冷凍能力が増大する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の吸収式冷凍装置を示し、円筒型で気密性の本体ケーシング１０と、該本体ケーシング１０の下方に配された高温再生器１と、該高温再生器の側方に配された吸収液ポンプＰとを備えている。本体ケーシング１０は、冷却塔１１と冷却液流路１２で連結され、室内機１３と冷水流路１４で連結されている。本体ケーシング１０は、円筒形の外胴１Ａ、緩やかな球面状を呈する天板１Ｂ、および底板１Ｃから構成されている。底板１Ｃは、円形底穴１Ｄが開けられた中央部１Ｅ、筒部１Ｆと、低位の外周部１Ｇとからなる。
【００１１】
本体ケーシング１０内には、分離筒２、低温再生器３、凝縮器８、吸収器８３および蒸発器８６が組み込まれている。高温再生器１、本体ケーシング１０および吸収液ポンプＰ内には、吸収液である臭化リチウム水溶液が循環している。低温再生器３は、縦型二重円筒状の溶媒蒸気タンク４、中濃度吸収液の分離器５、、環状の液受け器６および堰７、７を備えている。
【００１２】
高温再生器１は、バーナ１５と、該バーナ１５により加熱される低濃度吸収液タンク１６とを備えている。低濃度吸収液タンク１６の天井には円形の沸騰口１７が開口しており、沸騰口１７には沸騰させた低濃度吸収液を溶媒（水）蒸気と中濃度吸収液とに分離する分離筒２の下端が接続されている。分離筒２は、円形底穴１Ｄから本体ケーシング１０の中心に同軸的に差し込まれて垂直に設置されている。
【００１３】
分離筒２は、いずれも円筒を呈し、同心的に配された外筒２１と内筒２２とを備える。外筒２１は、下端開口が沸騰口１７に連結し、上端はベル型天井２３で塞がれている。ベル型天井２３は、中心に分離された水蒸気が通過する蒸気口２４が短筒状に開口している。内筒２２は、下端が球殻状底２５で塞がれ、上端には飛沫防止筒２６が同心的に取り付けられている。飛沫防止筒２６は、逆ベルマウス状の上縁２７を有し、該上縁２７はベル型天井２３の下端縁に突き合わされて、気密的に接合されている。
【００１４】
内筒２２の下部には、水（溶媒）が蒸発して濃縮され、且つ高温度になっている中濃度吸収液を流出させる中濃度吸収液出口２８が設けられている。ベル型天井２３の上には、偏平な円缶状の水蒸気溜め２９が設置されている。水蒸気溜め２９は、底板２９ａの中心に設けた開口を貫通して蒸気口２４が差し込まれ、気密的に接合されている。
【００１５】
高温再生器１で低濃度吸収液が沸騰して、外筒２１と内筒２２との間の環状隙間を吹き上がった水蒸気と中濃度吸収液との混合物が、逆ベルマウス状の上縁２７で下方に転向して内筒２２の上端から内筒２２内に入る。この際に、飛沫防止筒２６は、発生した飛沫を確実に下方に落とし、蒸気口２４を通過する水蒸気に中濃度吸収液の飛沫が混入することを阻止している。
【００１６】
分離筒２の外側には低温再生器３が設けられている。低温再生器３は、分離筒２と本体ケーシング１０の外胴１Ａの中間に同心的に配された円筒ケーシング３０を有する。円筒ケーシング３０は、外筒壁３ａと内筒壁３ｂとを備えている。円筒ケーシング３０内には、外筒壁３ａと内筒壁３ｂとの間にそれぞれ隙間を介して同心的に配された中空二重円筒缶状の溶媒蒸気タンク４が設置されている。溶媒蒸気タンク４の上方には、中濃度吸収液の分離器５が設置されている。
【００１７】
円筒ケーシング３０と溶媒蒸気タンク４との環状隙間は、下端が底板１Ｃの中央部１Ｅで気密的に塞がれるとともに、中央部１Ｅには高濃度吸収液出口３１が設けられている。この実施例では、中濃度吸収液の分離器５は円環状となっており、外筒壁３ａの上端に同心的に固定されている。中濃度吸収液の分離器５の上方には、天蓋３２が天板１Ｂに近接して設置され、天蓋３２の側部に蒸気抜き口３３が開口している。蒸気抜き口３３は、凝縮器８への水蒸気通路となっている。
【００１８】
溶媒蒸気タンク４は、図２に示す如く、同心を有する２つの円筒で形成され、熱交換面として作用する外周壁４１と内周壁４２とを備える。外周壁４１と内周壁４２との円環状の隙間は、上下端が環状の蓋板４３と底壁４４により気密的に塞がれ、高温蒸気室を形成している。外周壁４１および内周壁４２の上端部は、断面が下方に向かって狭まる逆傾斜部４Ａ、中間平行部４Ｂ、断面が下方に向かって拡大する傾斜部４Ｃからなる。
【００１９】
逆傾斜部４Ａは、逆台形状の断面を有し、外縁４３１および内縁４３２が上方に傾斜した蓋板４３が嵌め込まれている。内周壁４２の上部と水蒸気溜め２９の底板２９ａとは、複数の蒸気エルボ管４５で連結され、底壁４４には水または蒸気の出口パイプ４６が接続されている。外周壁４１および内周壁４２の上端と、蓋板４３の外縁４３１および内縁４３２の端面とは、幾分下方に傾斜した棚状を呈する外周堰７および内周堰７を形成している。
【００２０】
中濃度吸収液の分離器５は、溶媒蒸気タンク４の上方に設置されている。分離器５は、図３に示す如く、略Ｕ字形断面の円環状容器本体５１と、該容器本体５１の上方開口を塞ぐ円環板状の蓋５２とを接合して形成されている。容器本体５１は、外周壁５３の下端が円筒ケーシング３０の外筒壁３ａの上端に気密的に接合され、内周壁の内側は、蒸気通路５Ａとなっている。
【００２１】
器底５４には、上向きバーリング加工による上筒部を有する蒸気穴５５と、下向きバーリング加工による下筒部を有する液穴５６とが、等間隔に交互に開けられている。蓋５４には、中濃度吸収液が供給される中濃度吸収液の供給口５７が開けられ、中濃度吸収液管５８の末端が差し込まれている。中濃度吸収液管５８から分離器５内に供給された中濃度吸収液は、円筒ケーシング３０内が低圧であるため分離器５内で沸騰する。
【００２２】
この実施例では、１２０度の間に５個の液穴５６が３０度の間隔で形成され、液穴５６の中間に４個の蒸気穴５５が開けられている。中濃度吸収液の供給口５７は、液穴５６の形成区間の反対側に設けられており、中濃度吸収液管５８の先端は垂直に器底５４に近接し、両側に横穴５９が開けられている。これにより、中濃度吸収液が分離器５に注入される際の動揺を低減でき、急激な沸騰を阻止できる。また、中濃度吸収液管５８の出口から液穴５６に到る流路で沸騰が完了し、液穴５６の近傍での中濃度吸収液の動揺を減衰させることが可能である。
【００２３】
沸騰で生じた水蒸気は、上筒部を有する蒸気穴５５から円筒ケーシング３０内に抜け、蒸気通路５Ａから蒸気抜き口３３を経て凝縮器８に移動する。この際に、上筒部を有する蒸気穴５５は、中濃度吸収液の飛沫が分離器５の外に飛散することを有効に阻止する作用を有する。沸騰後に安定した中濃度吸収液は、５個の液穴５６から液受け器６に流下する。この際に、下筒部を有する液穴５６は、中濃度吸収液が動揺して飛散することを防止する作用を有する。
【００２４】
蓋板４３の上には、分離器５から流下した中濃度吸収液を溜める円環樋状の液受け器６が冠状に設置されている。液受け器６には、図４に示す如く、底が平坦な略Ｖ字形の断面形状を有する底部６１の内外側面に、中濃度吸収液を流下させる多数の小穴６２が周設されている。液受け器６の外周縁および内周縁にはＶ字形の切り欠き６３が周設されている。底部６１は、蓋板４３に嵌め込まれるように載置されて接合される。多数の小穴６２の形成位置は、外周堰７および内周堰７の上側に設定されている。
【００２５】
中濃度吸収液の分離器５から液受け器６に流下した中濃度吸収液は、各小穴６２から傾斜した溶媒蒸気タンク４の上端部の内外周面に均一に流下する。分離器５からの中濃度吸収液の流下量が多いときは、中濃度吸収液は切り欠き６３からも傾斜した溶媒蒸気タンク４の上端部の内外周面に均一に流下する。小穴６２または切り欠き６３から流下した中濃度吸収液は、図２に示す如く、外周堰７および内周堰７に堰き止められる。
【００２６】
外周堰７および内周堰７に堰き止められた中濃度吸収液は、外周堰７および内周堰７に沿って横方向に広がるとともに、外周堰７および内周堰７を乗り越え、逆傾斜部４Ａ、中間平行部４Ｂ、傾斜部４Ｃを経て下方に流下する。これにより、中濃度吸収液は外周壁４１および内周壁４２の全外面を覆って薄膜状に流下し、溶媒蒸気タンク４内部の水蒸気と効率良く熱交換される。
【００２７】
中濃度吸収液は、水蒸気の凝縮熱により加熱され再沸騰して、水蒸気と高濃度吸収液とに分離し、水蒸気は蒸気抜き口３３から凝縮器８に移動し、高濃度吸収液は高濃度吸収液出口３１から流出する。この構成では、溶媒蒸気タンク４の外周壁４１と内周壁４２とが熱交換面として作用しているので、中濃度吸収液の蒸発が効率良くなされる。この結果、伝熱面積が約２倍になるため同一能力を有する低温再生器において、最大で約５０％の小型化が可能になる。
【００２８】
低温再生器３の外側には、吸収器８３が設けられ、吸収器８３の上方には凝縮器８が設置されている。吸収器８３の外側で凝縮器８の下方には、蒸発器８６が設置されている。吸収器８３は、冷却塔１１に連結した冷却コイル８４と、該冷却コイル８４の上方に配され、高濃度吸収液を冷却コイル８４に散布する吸収液散布具８５とを備える。
【００２９】
凝縮器８内には冷却コイル８４に連結した凝縮コイル８１が配されている。凝縮器８は、分離筒２および低温再生器３から流入した水蒸気を凝縮コイル８１で凝縮するとともに、すでに凝縮している水が供給され、凝縮器８の下部に設置された水受け容器８２に溜まる。
【００３０】
蒸発器８６は、室内機１３に連結した冷水コイル８７と、該冷水コイル８７の上方に配され、水を冷水コイル８７に散布する水散布具８８からなる。水散布具８８へは上方に設置された水受け容器８２から水が供給される。溶媒である水蒸気を吸収して低濃度となった低濃度吸収液は、吸収液ポンプＰにより高温再生器１の低濃度吸収液タンク１６に循環される。
【００３１】
つぎに作用を説明する。高温再生器１でバーナ１５により加熱された低濃度吸収液は、沸騰口１７から分離筒２内に吹き上がり、溶媒である水を蒸発させ、中濃度吸収液を生成する。水蒸気は、飛沫防止筒２６で吸収液の飛沫と分離され、水蒸気溜め２９→蒸気エルボ管４５→溶媒蒸気タンク４の順で流れる。
【００３２】
中濃度吸収液は、内筒２２の下部に設けられた中濃度吸収液流出口２８から流出し、中濃度吸収液管５８から中濃度吸収液の分離器５に流入する。中濃度吸収液の分離器５で沸騰して蒸気が分離して安定した中濃度吸収液は、中濃度吸収液の分離器５から環状液受け器６に流下し、小穴６２を介して溶媒蒸気タンク４の外面にフィルム状に供給される。
【００３３】
溶媒蒸気タンク４の外周壁４１および内周壁４２はいずれも熱交換面として作用し、高温蒸気の凝縮熱で、薄膜状に流下する中濃度吸収液は加熱され、水が蒸発して高濃度吸収液に濃縮される。高濃度吸収液は、高濃度吸収液出口３１から流出して、吸収器８３の吸収液散布具８５に供給され、冷却コイル８４に散布される。水蒸気および水は、一旦は凝縮器８に供給され、水蒸気は液化した水となり、すでに液化している水とともに水散布具８８に供給され、冷水コイル８７に散布される。
【００３４】
図５は、堰７の第２実施例を示す。この実施例では、円環樋状の液受け器６は略Ｕ字形の断面を有し、底面に小穴６２が２列に列設されている。溶媒蒸気タンク４の上端部は、外周壁４１および内周壁４２の上端を接近方向にまげて上縁４Ｄを突き合わせて接合した構造を有し、傾斜面４Ｅ、４Ｆとなっている。液受け器６の外周壁および内周壁には突起６４が列設されている。
【００３５】
傾斜面４Ｅ、４Ｆの下側の外周壁４１および内周壁４２の表面には、円筒状のカラー板７１、７１が嵌め込まれて堰７、７を形成している。各カラー板７１の下端部には、外周壁４１または内周壁４２側に突出する縦方向に長い凸部７２が等間隔に多数形成されている。これにより、外周壁４１および内周壁４２の表面とカラー板７１および７１の下端部との間には均一幅で多数の隙間が形成されている。カラー板７１および７１の中間部には蒸気逃がし穴７３が列設されている。カラー板７１および７１の上端部には、前記突起６４に係合する係合穴７４が列設されている。
【００３６】
この実施例では、液受け器６は突起６４に係合する係合穴７４に位置決めされて円筒状のカラー板７１、７１間に下部が嵌め込まれる。中濃度吸収液の分離器５から液受け器６内に流下した中濃度吸収液は、小穴６２から傾斜面４Ｅ、４Ｆに流下し、多数の凸部７２によって均一化された隙間から、外周壁４１と内周壁４２の表面に薄膜状に流下する。
【００３７】
図６は堰７の第３実施例を示す。この実施例では、溶媒蒸気タンク４の蓋板４３は、断面が台形状を呈し、両端に水平の外周縁７６および内周縁７７を有する。溶媒蒸気タンク４の外周壁４１および内周壁４２の上端は、外側に突き出した水平の外周縁４７および内周縁４８が形成されている。
【００３８】
外周縁７６および内周縁７７は外周縁４７および内周縁４８に突き合わされて接合され、堰７、７を形成している。蓋板４３には、円環樋状の液受け器６が固定されている。小穴６２から台形状の蓋板４３に流下した中濃度吸収液は、外周縁７６および内周縁７７で堰き止められ、横方向に拡散しながら、堰７、７を越えて外周壁４１および内周壁４２に表面に薄膜状に流下する。
【００３９】
なお、溶媒蒸気タンクは、上記実施例の如く縦型二重筒状に限らず、たとえば円筒形状であってもよいが、この場合は、溶媒蒸気タンクの内部の水蒸気と外面に付着して流下する中濃度吸収液との熱交換面積が小さくなり、低温再生器の効率が低下する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 吸収式冷凍装置の断面骨格図である。
【図２】 吸収式冷凍装置の要部拡大断面図である。
【図３】 中濃度吸収液の分離器の正面断面図および平面断面図である。
【図４】 液受け器の平面図および正面断面図である。
【図５】 第２実施例にかかる吸収式冷凍装置の要部拡大断面図である。
【図６】 第３実施例にかかる吸収式冷凍装置の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 高温再生器
２ 分離筒
３ 低温再生器
４ 溶媒蒸気タンク
５ 中濃度吸収液の分離器
６ 環状の液受け器
７ 堰
８ 凝縮器
１１ 冷却塔
１３ 室内機
８３ 吸収器
８４ 冷却コイル
８５ 吸収液散布具（吸収液流下手段）
８６ 蒸発器
８７ 冷水コイル
８８ 水散布具（溶媒流下手段）
Ｐ 吸収液ポンプ

Claims (4)

1. 低濃度吸収液を加熱して沸騰させるとともに、沸騰した低濃度吸収液を溶媒蒸気と中濃度吸収液とに分離する分離筒を備えた高温再生器と、
   縦型二重筒状を呈し、前記分離筒で生成した溶媒蒸気を溜める溶媒蒸気タンク、および該溶媒蒸気タンクの外面に沿って中濃度吸収液を流下させ、溶媒蒸気の凝縮熱を利用して中濃度吸収液を加熱し高濃度吸収液と溶媒蒸気とを生成する低温再生器と、
   前記低温再生器および前記分離筒で生成した溶媒蒸気を凝縮させるとともに凝縮した溶媒を溜める凝縮器と、
   室内機に連結した冷水コイル、および該冷水コイルに前記凝縮器の溶媒を流下させる溶媒流下手段とを備え、冷水コイルの表面で溶媒を蒸発させて冷水コイル内の冷水を冷却する蒸発器と、
   放熱用の冷却塔に連結した冷却コイル、および該冷却コイルに高濃度吸収液を流下させる吸収液流下手段とを備え、前記蒸発器で蒸発した溶媒を高濃度吸収液に吸収させる吸収器と、
   前記溶媒を吸収して低濃度となった低濃度吸収液を前記高温再生器に循環させる吸収液ポンプとを備える吸収式冷凍装置において、
   前記低温再生器は、前記縦型二重筒状を呈する溶媒蒸気タンクの上端部に設置された環状の液受け器と、該液受け器から前記縦型二重筒状を呈する溶媒蒸気タンクの上端部の表面に流下する中濃度吸収液を薄膜状に横に分散させる堰とを備えていることを特徴とする吸収式冷凍装置。
2. 請求項１に記載の吸収式冷凍装置において、前記堰は、前記溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に隙間を形成する環状板であることを特徴とする吸収式冷凍装置。
3. 請求項１に記載の吸収式冷凍装置において、前記堰は、前記溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に周設した略水平方向の縁であることを特徴とする吸収式冷凍装置。
4. 請求項１に記載の吸収式冷凍装置において、前記堰は、前記溶媒蒸気タンクの上端部の外周面または内周面に周設した窪みであることを特徴とする吸収式冷凍装置。

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