JP5808933B2 - 冷凍機の抽気装置及び抽気方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍機内に存在する不凝縮ガスを除去する抽気装置及び抽気方法に関する。

吸着式冷凍機、吸収式冷凍機等の冷凍機においては、真空状態にした蒸発器、凝縮器等の容器内に冷媒を入れておき、蒸発器内において冷媒を蒸発させるときの気化熱を利用して冷水を作り出す。かかる冷凍機は、容器内に冷媒を注入し容器内を真空状態にした状態で出荷されている。
ところが、冷凍機の使用を継続すると、容器、配管等のシール部分からの微少な空気の侵入、あるいは内部腐食に伴う水素の発生等によって、容器内には、空気、水素等の気体が不凝縮ガスとして蓄積されることになる。この不凝縮ガスは、容器内に残留すると、冷媒が蒸発・凝縮を行う際の妨げになり、冷凍機の性能が悪化する。そのため、容器内の不凝縮ガスを吸い出して排出する種々の抽気装置が用いられている。

例えば、特許文献１においては、吸収冷凍機の内部を真空引きする抽気装置と、抽気装置によって吸引された気体を貯蔵する抽気タンクと、抽気タンクに貯蔵される気体を外部へ排出するパラジウムセルとを有する吸収冷凍機が開示されている。この吸収冷凍機においては、パラジウムセルが、所定の温度になったときに、水素を通過させる一方、空気は通過させない性質を利用して、水素を外部へ排出している。
また、例えば、特許文献２においては、溶液ポンプによって、臭化リチウム等の吸収液を吸収器から再生器へ送る際に、液流下式抽気装置によって、吸収器内の不凝縮ガスを気液分離器へ引き込んで排出することが開示されている。

特開２００２−２９５９２９号公報 特開平５−２６４１３２号公報

しかしながら、特許文献１、２においては、抽気タンク又は気液分離器において単純に気液分離を行って、気相分の不凝縮ガスと、液相分の溶液とに分離する。そのため、この気液分離を行った後に、抽気タンク又は気液分離器に残留する空気等の不凝縮ガスを大気へ排出するために、水エジェクタ、真空ポンプ等の大気圧に耐え得る装置が別途必要になる。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、抽気タンク内に空気、水素等の不凝縮ガスが残留することを防止することができ、冷凍機内への不凝縮ガス及び外気の逆流を防止することができる冷凍機の抽気装置及び抽気方法を提供しようとするものである。

第１の発明は、真空状態の蒸発器内に入れられた冷媒を蒸発させるときの気化熱を利用して冷水を作り出す冷凍機に対して設置され、該冷凍機内に存在する不凝縮ガスを除去する抽気装置であって、
上記蒸発器内の冷媒を循環させるための抽気タンクと、
該抽気タンクと上記蒸発器とを循環する循環配管と、
該循環配管に配設され、上記蒸発器から上記抽気タンクへ冷媒を送り出す抽気用ポンプと、
上記循環配管に配設され、上記抽気タンクから上記蒸発器への冷媒の流れを遮断可能である遮断弁と、
上記蒸発器から上記抽気タンクへ送り出される冷媒を利用して、上記冷凍機内に存在する不凝縮ガスを上記抽気タンクへ抽気するための抽気手段と、
上記抽気タンクの上方に接続され、上記抽気タンクに充満されて溢れ出す冷媒を流入させるための補助タンクとを備え、
上記抽気タンクの上部は、上方へ向うほど水平方向の断面積が縮小する形状を有しており、
上記補助タンクは、上記抽気タンクの上部において水平方向の断面積が最も縮小した部位に接続されており、
上記抽気タンク内には、該抽気タンク内における冷媒の液面が所定高さ以下になったときに水位信号を出力する第１液面計が設けてあり、
上記補助タンク内には、該補助タンク内における冷媒の液面が所定高さ以上になったときに水位信号を出力する第２液面計が設けてあり、
上記抽気装置の制御手段は、上記遮断弁を開け、上記第１液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる抽気動作と、上記遮断弁を閉じ、上記第２液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる充満動作とを行うよう構成されており、
該充満動作において上記抽気タンクから上記補助タンクへ冷媒を溢れ出させる際に、上記抽気タンク内に抽気された不凝縮ガスの全てを上記補助タンクへ排出するよう構成されていることを特徴とする冷凍機の抽気装置にある（請求項１）。

第２の発明は、上記冷凍機の抽気装置を用い、
上記抽気用ポンプを動作させるとともに上記遮断弁を開け、上記蒸発器内の冷媒を上記抽気タンクとの間で循環させる際に、上記抽気手段によって上記冷凍機内に存在する不凝縮ガスを上記抽気タンクへ引き込む抽気工程と、
上記抽気用ポンプを動作させるとともに上記遮断弁を閉じ、上記蒸発器内の冷媒を上記抽気タンク内に充満させて上記補助タンクへ溢れ出させる際に、上記抽気タンク内に引き込まれた不凝縮ガスを上記補助タンクへ排出する排出工程とを行うことを特徴とする冷凍機の抽気方法にある（請求項４）。

第１の発明の冷凍機の抽気装置においては、抽気用ポンプ及び抽気手段を用い、抽気用ポンプが蒸発器内の冷媒を抽気タンクへ送り出す動作によって、冷凍機内に存在する不凝縮ガスを抽気タンクへ抽気する。そして、抽気タンクに不凝縮ガスを抽気した後には、遮断弁を閉じて抽気用ポンプを動作させる。このとき、抽気用ポンプによって抽気タンクへ送り出される冷媒は、抽気タンクを充満して補助タンクへ溢れ出す。
これにより、抽気タンク内に抽気した空気、水素等の不凝縮ガスの全てを補助タンクへ排出することができる。そして、補助タンクから大気等の外部へ不凝縮ガスを排出することができる。

そのため、抽気タンク内における不凝縮ガスの残留を防止することができる。そして、真空状態（大気圧よりも低い状態）にある抽気タンクから大気へ不凝縮ガスを排出するための水エジェクタ、真空ポンプ等の装置を別途用いる必要がなくなる。また、抽気タンク内を冷媒によって充満させ、抽気タンク内における不凝縮ガスの残留を防止することにより、再び抽気用ポンプ及び抽気手段によって不凝縮ガスの抽気を行う際に、不凝縮ガス及び外気が冷凍機内へ逆流しないようにすることができる。

それ故、第１の発明の冷凍機の抽気装置によれば、抽気タンク内に空気、水素等の不凝縮ガスが残留することを防止することができ、冷凍機内への不凝縮ガス及び外気の逆流を防止することができる。

第２の発明の冷凍機の抽気方法においては、上記抽気工程及び排出工程を行うことにより、第１の発明と同様に、抽気タンク内に空気、水素等の不凝縮ガスが残留することを防止することができ、冷凍機内への不凝縮ガスの逆流を防止することができる。

実施例にかかる、抽気動作（抽気工程）を行う状態の抽気装置を示す説明図。 実施例にかかる、充満動作（充満工程）を行う状態の抽気装置を示す説明図。 実施例にかかる、冷凍機の運転を行う状態の抽気装置を示す説明図。 実施例にかかる、第１の吸脱着器を吸着器とし、第２の吸脱着器を脱着器として運転する状態の冷凍機を示す説明図。 実施例にかかる、第１の吸脱着器を脱着器とし、第２の吸脱着器を吸着器として運転する状態の冷凍機を示す説明図。 実施例にかかる、冷凍機の抽気方法を示すフローチャート。 実施例にかかる、他の抽気装置を示す説明図。

上述した第１、第２の発明の冷凍機の抽気装置及び抽気方法における好ましい実施の形態につき説明する。
第１、第２の発明において、上記冷凍機は、吸着器と脱着器とにおける固体吸着剤への冷媒蒸気の吸着及び脱着を繰り返して、蒸発器と凝縮器とに冷媒を循環させ、蒸発器内に挿通させた蒸発管内に冷水を作り出す吸着式冷凍機とすることができる。また、上記冷凍機は、冷媒蒸気を吸収する吸収液を用いて、凝縮器と蒸発器とに冷媒を循環させ、蒸発器内に挿通させた蒸発管内に冷水を作り出す吸収式冷凍機とすることもできる。

上記抽気手段は、液体の流れによって気体を巻き込んで吸引するエジェクタとすることができる。上記抽気手段によって上記冷凍機から不凝縮ガスを抽気する部位は、冷凍機において不凝縮ガスが最も溜まり易い部位とすることができる。抽気手段によって抽気を行う部位は、吸着式冷凍機の場合には、例えば凝縮器とすることができ、吸収式冷凍機の場合には、例えば吸収器とすることができる。

また、上記抽気タンク内には、該抽気タンク内における冷媒の液面が所定高さ以下になったときに水位信号を出力する第１液面計が設けてあり、上記補助タンク内には、該補助タンク内における冷媒の液面が所定高さ以上になったときに水位信号を出力する第２液面計が設けてあり、上記抽気装置の制御手段は、上記遮断弁を開け、上記第１液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる抽気動作と、上記遮断弁を閉じ、上記第２液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる充満動作とを行うよう構成されている。
第１液面計を用いることによって、抽気用ポンプが抽気動作を継続する時間を適切に管理することができる。また、第２液面計を用いることによって、抽気タンクから補助タンクへの不凝縮ガスの排出を適切に行うとともに、冷媒が補助タンクから溢れ出してしまうことを容易に防止することができる。
また、抽気用ポンプが抽気動作を行う時間は、第１液面計を用いずに、適宜設定した所定時間とすることもできる。

また、上記循環配管は、上記蒸発器の下部に接続するとともに上記抽気用ポンプが配設された送り配管と、上記抽気タンクの下部に接続するとともに上記遮断弁が配設された戻り配管とを有しており、上記抽気タンク内に開口する上記送り配管及び上記戻り配管の端部は、上記第１液面計が水位信号を出力するときの冷媒の液面の高さよりも低い位置に配置することが好ましい（請求項２）。
この場合には、抽気タンク内へ抽気した不凝縮ガスが、誤って戻り配管へ混入してしまうことを防止することができる。また、抽気タンク内へ抽気した不凝縮ガスが、誤って送り配管へ逆流してしまうことを防止することができる。

また、上記抽気タンクと上記補助タンクとの間には、第１タンク弁が設けてあり、上記補助タンクの上方には、第２タンク弁が設けてあり、上記制御手段は、上記抽気動作を行うときには、上記第１タンク弁を閉じ、上記充満動作を行うときには、上記第１タンク弁及び上記第２タンク弁を開け、上記第２液面計から上記水位信号を受けたときには、上記第１タンク弁を閉じるよう構成することが好ましい（請求項３）。
この場合には、抽気動作を行うときには、第１タンク弁を閉じて、補助タンクを介して外部の空気等が抽気タンクへ混入することを防止することができる。また、充満動作を行った後には、第１タンク弁を閉じることにより、空気、水素等の不凝縮ガスが補助タンクを経由して抽気タンクへ再混入することを防止することができる。

また、上記抽気タンクの上部は、上方へ向うほど水平方向の断面積が縮小する形状を有しており、上記補助タンクは、上記抽気タンクの上部において水平方向の断面積が最も縮小した部位に接続されている。
この場合には、抽気タンクに充満された冷媒を補助タンクへ溢れ出させる際に、抽気タンクの気相分を構成する不凝縮ガスの一部が、抽気タンクの上部における角部等に残留してしまうことを防止することができる。そのため、抽気タンクにおける不凝縮ガスの全てを補助タンクへ排出することができる。

以下に、本発明の冷凍機の抽気装置にかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
本例の冷凍機１の抽気装置５は、図１〜図３に示すごとく、真空状態の蒸発器３１内に入れられた冷媒Ａを蒸発させるときの気化熱を利用して冷水Ｗを作り出す冷凍機１に対して設置され、冷凍機１内に存在する不凝縮ガスＧを除去するものである。
この抽気装置５は、以下の抽気タンク６１、循環配管８、抽気用ポンプ７１、遮断弁７２、抽気手段７３及び補助タンク６２を備えている。

抽気タンク６１は、器形状を有しており、蒸発器３１内の冷媒Ａを循環させるために用いる。循環配管８は、抽気タンク６１と蒸発器３１とを循環するようこれらに接続されている。抽気用ポンプ７１は、循環配管８に配設され、蒸発器３１から抽気タンク６１へ冷媒Ａを送り出すために用いる。遮断弁７２は、循環配管８に配設され、抽気タンク６１から蒸発器３１への冷媒Ａの流れを遮断可能である。抽気手段７３は、蒸発器３１から抽気タンク６１へ送り出される冷媒Ａを利用して、冷凍機１内に存在する不凝縮ガスＧを抽気タンク６１へ抽気するために用いる。そして、補助タンク６２は、抽気タンク６１の上方に接続され、抽気タンク６１に充満されて溢れ出す冷媒Ａを流入させるために用いる。

以下に、本例の冷凍機１の抽気装置５及び抽気方法につき、図１〜図７を参照して詳説する。
まず、本例の冷凍機１について説明する。
ここで、図４、図５は、冷凍機１の構成を示す図であり、図５は、図４の状態から吸着器Ｘ１と脱着器Ｘ２とが入れ替わった状態を示す。
各図に示すごとく、本例の冷凍機１は、吸着器Ｘ１と脱着器Ｘ２とにおける固体吸着剤２１１への冷媒蒸気Ａの吸着及び脱着を繰り返して、蒸発器３１と凝縮器３２とに冷媒Ａを循環させ、蒸発器３１内に挿通させた蒸発管３１１内に冷水Ｗを作り出す吸着式冷凍機１である。
吸着式冷凍機１は、固体吸着剤２１１を表面に配置した伝熱管２１を挿通させてなる複数（本例では２つ）の吸脱着器２Ａ，２Ｂと、複数の吸脱着器２Ａ，２Ｂに対して個別に連通可能な蒸発器３１と、複数の吸脱着器２Ａ，２Ｂに対して個別に連通可能な凝縮器３２とを備えている。

各吸脱着器２Ａ，２Ｂ、蒸発器３１及び凝縮器３２の内部には、冷媒Ａ（冷媒蒸気Ａと言うこともある。）が流通可能になっており、各吸脱着器２Ａ，２Ｂ、蒸発器３１及び凝縮器３２の内部は、冷媒Ａが蒸発し易いように真空状態になっている。蒸発器３１の内部は、１／１００気圧程度になっており、凝縮器３２の内部は、１／２０気圧程度になっている。本例の固体吸着剤２１１はシリカゲルであり、冷媒Ａは水である。
各吸脱着器２Ａ，２Ｂと蒸発器３１との間、及び各吸脱着器２Ａ，２Ｂと凝縮器３２との間には、冷媒蒸気Ａが通過する連通路３３がそれぞれ形成されている。各連通路３３には、自重及び冷媒蒸気Ａの圧力によって開閉可能なダンパ３４が配置されている。

図４、図５に示すごとく、各吸脱着器２Ａ，２Ｂの伝熱管２１は、この伝熱管２１へ送る冷却水Ｃと温水Ｈとの切替を行う２組の切替弁装置４６Ａ，４６Ｂまで配管されている。
蒸発器３１内には、冷水Ｗを通過させる蒸発管３１１が挿通してあり、蒸発管３１１は、冷水タンク４４に接続されている。蒸発管３１１は、冷水Ｗを供給して冷やすための被冷却対象としての冷凍設備４５に接続してある。この冷凍設備４５は、空調システム、冷蔵庫等とすることができる。蒸発管３１１は、蒸発器３１内と冷水タンク４４及び冷凍設備４５とを循環して配管されている。

凝縮器３２内には、冷却水Ｃを通過させる凝縮管３２１が挿通してあり、凝縮管３２１は、冷却水タンク４１に接続されている。冷却水Ｃは、冷却水タンク４１から切替弁装置４６Ａ、各吸脱着器２Ａ，２Ｂの伝熱管２１及び切替弁装置４６Ｂを通過した後、凝縮管３２１に供給され、凝縮管３２１から冷却水タンク４１に循環されるようになっている。
凝縮器３２内には、凝縮管３２１によって凝縮されて液体化した冷媒Ａ（本例では水）を受ける受皿３５が設けてある。受皿３５と蒸発器３１との間には、受皿３５に溜まった冷媒Ａを蒸発器３１内の蒸発管３１１の表面へ供給するための循環配管３６が配管してある。

各吸脱着器２Ａ，２Ｂの伝熱管２１に供給する温水Ｈは、熱を発生させる発熱設備４２から出される排熱を利用して加熱されるものである。この発熱設備４２は、太陽熱利用システム、ガスエンジンシステム、ボイラー、あるいは蒸気ドレンを出す設備等とすることができる。温水Ｈは、発熱設備４２による排熱を利用して作られ、温水タンク４３に貯留された後、切替弁装置４６Ａを経由して各吸脱着器２Ａ，２Ｂの伝熱管２１の入口に供給されるようになっている。また、温水Ｈは、各吸脱着器２Ａ，２Ｂの伝熱管２１の出口から、切替弁装置４６Ｂを経由して発熱設備４２へ循環されるようになっている。
冷却水Ｃは、２５〜３５℃（約３０℃）の水であり、温水Ｈは、７０〜９０℃（約８０℃）に加熱された水である。また、蒸発器３１の蒸発管３１１内の冷水Ｗは、９〜１４℃（約１１℃）に冷却される。

吸着式冷凍機１は、伝熱管２１に冷却水Ｃを流して吸着器Ｘ１として機能させる吸脱着器２Ａ（又は２Ｂ）と、伝熱管２１に温水Ｈを流して脱着器Ｘ２として機能させる吸脱着器２Ｂ（又は２Ａ）とを、所定の時間間隔で交互に切り替えて運転し、蒸発器３１内に挿通させた蒸発管３１１内の冷水Ｗを冷却するよう構成されている。これにより、吸着式冷凍機１は、作り出す冷水Ｗを冷水タンク４４から冷凍設備４５へ連続して供給する。

吸着式冷凍機１の運転は、次のように行われる。
図４に示すごとく、第１の吸脱着器２Ａ内の伝熱管２１に冷却水Ｃが供給されるときには、第１の吸脱着器２Ａは吸着器Ｘ１として機能する。このとき、第１の吸脱着器２Ａ内の伝熱管２１の表面に配置された固体吸着剤２１１が冷却されて、この固体吸着剤２１１に吸着反応によって冷媒蒸気Ａが吸着される。そして、第１の吸脱着器２Ａ内の圧力が低下することにより、第１の吸脱着器２Ａ内の圧力は、蒸発器３１内の圧力及び凝縮器３２内の圧力よりも低くなる。この圧力差により、第１の吸脱着器２Ａと蒸発器３１との間の連通路３３におけるダンパ３４が開くとともに、第１の吸脱着器２Ａと凝縮器３２との間の連通路３３におけるダンパ３４が閉じる。そして、蒸発器３１内の冷媒蒸気Ａが第１の吸脱着器２Ａ内へ流れ、蒸発器３１内の蒸発管３１１の表面から気化熱としての熱が奪われ、蒸発管３１１内の冷水Ｗを冷却することができる。

一方、同図に示すごとく、第１の吸脱着器２Ａ内の伝熱管２１に冷却水Ｃが供給されるときには、第２の吸脱着器２Ｂ内の伝熱管２１には温水Ｈが供給される。第２の吸脱着器２Ｂ内の伝熱管２１に温水Ｈが供給されるときには、第２の吸脱着器２Ｂは脱着器Ｘ２として機能する。このとき、第２の吸脱着器２Ｂ内の伝熱管２１の表面に配置された固体吸着剤２１１が加熱されて、この固体吸着剤２１１から脱着反応によって冷媒蒸気Ａが脱着される。そして、第２の吸脱着器２Ｂ内の圧力が上昇することにより、第２の吸脱着器２Ｂ内の圧力は、蒸発器３１内の圧力及び凝縮器３２内の圧力よりも高くなる。この圧力差により、第２の吸脱着器２Ｂと蒸発器３１との間の連通路３３におけるダンパ３４が閉じるとともに、第２の吸脱着器２Ｂと凝縮器３２との間の連通路３３におけるダンパ３４が開く。そして、第２の吸脱着器２Ｂ内の冷媒蒸気Ａが凝縮器３２内へ流れ、この冷媒蒸気Ａが、凝縮器３２内の凝縮管３２１を流れる冷却水Ｃによって凝縮される。そして、凝縮された冷媒蒸気Ａは、循環配管３６を通って蒸発器３１内へ循環される。

その後、吸着器Ｘ１として機能する第１の吸脱着器２Ａ内の固体吸着剤２１１に吸着された冷媒蒸気Ａの量が飽和量に近づいたときには、図５に示すごとく、２組の切替弁装置４６Ａ，４６Ｂを操作して、第１の吸脱着器２Ａ内の伝熱管２１に温水Ｈを流すとともに第２の吸脱着器２Ｂ内の伝熱管２１に冷却水Ｃを流し、第１の吸脱着器２Ａを脱着器Ｘ２に切り替えるとともに第２の吸脱着器２Ｂを吸着器Ｘ１に切り替える。そして、第２の吸脱着器２Ｂを上記と同様に吸着器Ｘ１として機能させるとともに、第１の吸脱着器２Ａを上記と同様に脱着器Ｘ２として機能させる。
以降は、同様にして、第１の吸脱着器２Ａ内の伝熱管２１と第２の吸脱着内の伝熱管２１とに流す冷却水Ｃと温水Ｈとを交互に切り替える。これにより、２つの吸脱着器２Ａ，２Ｂにおいて所定の時間間隔で吸着器Ｘ１と脱着器Ｘ２とを交互に切り替えて、蒸発管３１１内において作り出す冷水Ｗを、冷水タンク４４を経由して冷凍設備４５へ連続して供給することができる。

次に、抽気装置５について説明する。
ここで、図１〜図３は、抽気装置５の構成を示す図であり、図１は、抽気動作（抽気工程）を行う状態、図２は、充満動作（充満工程）を行う状態、図３は、冷凍機１の運転を行う状態をそれぞれ示す。各図においては、冷凍機１は、蒸発器３１のみを簡略化して示す。また、後述する抽気配管３２２は、冷凍機１の凝縮器３２内に繋がっている。また、各図においては、動作中のポンプ３１４，７１、及び開状態の弁（バルブ）６１１，６２１，７２，８３，８４，８６は、白色で示し、動作停止中のポンプ３１４，７１、及び閉状態の弁６１１，６２１，７２，８３，８４，８６は、黒色で示す。

図３に示すごとく、蒸発器３１内には、冷媒Ａが液体の状態で入っている。そして、蒸発器３１には、下部の液相分である液状の冷媒Ａを、上部の気相中に滴下させるための冷媒滴下管３１２が設けてある。冷媒滴下管３１２において蒸発器３１内に配置された上方端部には、冷媒Ａを滴下させるためのノズル部３１３が形成してある。冷媒滴下管３１２の下方端部には、蒸発器３１内から液体の冷媒Ａを吸い上げて、ノズル部３１３から滴下させる滴下用ポンプ３１４が配設してある。この滴下用ポンプ３１４は、冷水Ｗを連続して作り出す冷凍機１の運転中は、常時動作させておく。

図１、図２に示すごとく、本例の抽気タンク６１は、その上部６１３が、上方へ向うほど水平方向の断面積が縮小する形状を有している。より具体的には、抽気タンク６１の上部６１３は、抽気タンク６１の水平方向の中心部が最も高くなるドーム形状に形成されている。抽気タンク６１の上部６１３は、ドーム形状とする以外にも、円錐形状等にすることもできる。
補助タンク６２は、抽気タンク６１の上部６１３において水平方向の断面積が最も縮小した部位であり、最も高い位置である水平方向の中心部に接続されている。

循環配管８は、蒸発器３１の下部に接続するとともに抽気用ポンプ７１を配設した送り配管８１と、抽気タンク６１の下部に接続するとともに遮断弁７２を配設した戻り配管８７とを有している。本例の送り配管８１は、抽気用ポンプ７１の後流側位置において２つに分岐して抽気タンク６１に繋がっている。より具体的には、送り配管８１は、抽気用ポンプ７１の後流側位置において、抽気手段７３を経由して抽気タンク６１に繋がる抽気配管部８２と、抽気手段７３を経由せずに抽気タンク６１に直接繋がるバイパス配管部８５とに分岐している。抽気配管部８２においては、抽気手段７３の上流側と下流側とに、開閉可能な開閉弁８３，８４が配設してある。バイパス配管部８５にも、開閉可能な開閉弁８６が配設してある。
また、抽気タンク６１と補助タンク６２との間には、開閉可能な第１タンク弁６１１が設けてあり、補助タンク６２の上方には、開閉可能な第２タンク弁６２１が設けてある。

図１、図２に示すごとく、抽気タンク６１内には、抽気タンク６１内における冷媒Ａの液面が所定高さ以下になったときに水位信号を出力する第１液面計６１２が設けてある。第１液面計６１２は、冷媒Ａの液面の高さによって、抽気タンク６１内に抽気した不凝縮ガスＧの量を検出するものであり、抽気タンク６１の下方位置に設けることができる。第１液面計６１２を設ける高さ位置を調整することにより、抽気タンク６１内の冷媒液面と、抽気タンク６１へ抽気する不凝縮ガスＧの量とを適切に設定することができる。

また、補助タンク６２内には、補助タンク６２内における冷媒Ａの液面が所定高さ以上になったときに水位信号を出力する第２液面計６２２が設けてある。第２液面計６２２は、冷媒Ａの液面の高さによって、補助タンク６２内に流入した冷媒Ａの量を検出するものであり、補助タンク６２の上下方向の中間位置に設けることができる。第２液面計６２２を設ける高さ位置を調整することにより、補助タンク６２へ流入させる冷媒Ａの量を適切に設定することができる。

抽気タンク６１内に開口する抽気配管部８２の端部８２１及び戻り配管８７の端部８７１は、第１液面計６１２が水位信号を出力するときの冷媒Ａの液面の高さよりも低い位置に配置されている。これにより、抽気タンク６１内へ抽気した不凝縮ガスＧが、誤って戻り配管８７へ混入してしまうことと、誤って送り配管８１へ逆流してしまうことを防止することができる。また、抽気配管部８２は、抽気タンク６１内に上方から挿通されて、第１液面計６１２の配置位置よりも下方の位置まで配管されている。

図１、図２に示すごとく、本例の抽気手段７３は、液体の流れによって気体を巻き込んで吸引するエジェクタ７３である。このエジェクタ７３は、液体を通過させる経路の内側又は外側に、気体を巻き込む経路を形成してなる。また、液体を通過させる経路は、抽気配管部８２の途中に接続してあり、気体を巻き込む経路は、抽気配管３２２を経由して冷凍機１の凝縮器３２内に接続してある。
本例の抽気用ポンプ７１は、抽気タンク６１に充満された冷媒Ａを、大気圧下に開放された補助タンク６２へ溢れ出させるために、大気圧（０．１ＭＰａ）よりも高い吐出圧力を有している。

本例の冷凍機１は、制御手段（制御コンピュータ、制御シーケンサ）による制御を受けて、２組の切替弁装置４６Ａ，４６Ｂ、滴下用ポンプ３１４、抽気用ポンプ７１、遮断弁７２、第１タンク弁６１１、第２タンク弁６２１、各開閉弁８３，８４，８６の制御を行うよう構成されている。また、第１液面計６１２及び第２液面計６２２の水位信号は、制御手段に送信されるようになっている。

本例の制御手段は、図１に示すごとく、遮断弁７２を開けるとともに第１タンク弁６１１及び第２タンク弁６２１を閉じ、第１液面計６１２から水位信号を受けるまで抽気用ポンプ７１を動作させる抽気動作と、図２に示すごとく、遮断弁７２を閉じるとともに第１タンク弁６１１及び第２タンク弁６２１を開け、第２液面計６２２から水位信号を受けるまで抽気用ポンプ７１を動作させる充満動作とを行うよう構成されている。そして、制御手段は、充満動作を行う際に、第２液面計６２２から水位信号を受けたときには、第１タンク弁６１１及び第２タンク弁６２１を閉じるよう構成されている。

次に、本例の抽気装置５を用いて冷凍機１内に存在する不凝縮ガスＧの排出を行う方法につき、図６のフローチャートを参照して説明する。
不凝縮ガスＧの排出を行う前には、冷凍機１の運転を行って、蒸発器３１内の蒸発管３１１において冷水Ｗを連続して作り出す。このとき、図３に示すごとく、蒸発器３１における滴下用ポンプ３１４を動作させる一方、抽気用ポンプ７１の動作は停止しておく。また、遮断弁７２、各開閉弁８３，８４，８６は閉じておく。
そして、冷凍機１の運転を所定時間（例えば数日。）行った後には、冷凍機１の運転停止中に、抽気工程として、図１に示すごとく、冷凍機１内に蓄積された空気、水素等の不凝縮ガスＧを抽気する。この抽気動作を行うときには、滴下用ポンプ３１４等は動作させておく一方、冷凍機１の運転は停止させている。また、第１タンク弁６１１、第２タンク弁６２１及びバイパス配管部８５の開閉弁８６は閉じたままで、抽気用ポンプ７１を動作させ（図６のステップＳ１、以下同様）、遮断弁７２、及び抽気手段７３の前後の開閉弁８３，８４を開ける（Ｓ２）。

そして、蒸発器３１内の冷媒Ａを抽気タンク６１との間で循環させるとともに、抽気手段７３を通過する冷媒Ａによって、凝縮器３２内に存在する不凝縮ガスＧを抽気タンク６１へ引き込む（Ｓ３）。この抽気動作は、制御手段が第１液面計６１２から水位信号を受けるまで継続する（Ｓ４）。より具体的には、抽気タンク６１内に不凝縮ガスＧが抽気されるときには、抽気タンク６１内の気相分が増加するとともに液相分としての冷媒Ａが減少し、冷媒Ａの液面が下がっていく。そして、抽気タンク６１内の冷媒Ａの液面が所定の高さになったときには、第１液面計６１２が水位信号を制御手段へ送信する。このとき、制御手段は、抽気動作から充満動作に切り替える。

次いで、充満工程として、図２に示すごとく、制御手段は、遮断弁７２と抽気手段７３の前後の開閉弁８３，８４を閉じるとともに第１タンク弁６１１、第２タンク弁６２１及びバイパス配管部８５の開閉弁８６を開け（Ｓ５）、抽気用ポンプ７１の動作を継続する。
このとき、抽気用ポンプ７１によって蒸発器３１からから送り出される冷媒Ａは、抽気タンク６１に貯留されて行き、抽気タンク６１が満タンになったときには、補助タンク６２へと溢れ出す（Ｓ６）。そして、抽気タンク６１の気相分を構成していた不凝縮ガスＧと外気とは、冷媒Ａによって補助タンク６２へと押し出されて、補助タンク６２から大気へ排出される。
なお、補助タンク６２が大気に開放されたことにより、補助タンク６２内にある冷媒Ａが抽気タンク６１内へ落水し、抽気タンク６１内及び補助タンク６２内は不凝縮ガスＧと外気との混合状態となる。

そして、補助タンク６２における冷媒Ａの液面が所定高さになったときには、補助タンク６２内の第２液面計６２２が制御手段へ水位信号を送信する（Ｓ７）。このとき、制御手段は、第１タンク弁６１１及び第２タンク弁６２１を閉じるとともに（Ｓ８）、抽気用ポンプ７１の動作を停止させる（Ｓ９）。こうして、抽気装置５によって、冷凍機１内の不凝縮ガスＧを大気へ排出することができる。

その後、図３に示すごとく、各開閉弁８３，８４，８６を閉じ、抽気用ポンプ７１の動作を停止した状態で、再び滴下用ポンプ３１４等を動作させて、冷凍機１の運転を再開する。そして、冷凍機１の運転を所定時間（例えば数日。）行ったときには、上記と同様にして、冷凍機１の運転が停止しているときに、不凝縮ガスＧの抽気を再び行うことができる。
なお、抽気タンク６１内は不凝縮ガスＧの存在により、蒸発器３１内よりも圧力が高い状態にある。そして、戻り配管８７内に残された冷媒Ａは、圧力差によって蒸発器３１へ流れることになる。

本例の冷凍機１の抽気装置５及び抽気方法においては、抽気用ポンプ７１及び抽気手段７３を用い、抽気用ポンプ７１が蒸発器３１内の冷媒Ａを抽気タンク６１へ送り出す動作によって、冷凍機１内に存在する不凝縮ガスＧを抽気タンク６１へ抽気する。そして、抽気タンク６１に不凝縮ガスＧを抽気した後には、遮断弁７２を閉じて抽気用ポンプ７１の動作を継続する。このとき、抽気用ポンプ７１によって抽気タンク６１へ送り出される冷媒Ａは、抽気タンク６１を充満して補助タンク６２へ溢れ出す。
これにより、抽気タンク６１内に抽気した空気、水素等の不凝縮ガスＧの全てを補助タンク６２へ排出することができる。そして、補助タンク６２から大気圧下へ不凝縮ガスＧを排出することができる。

そのため、抽気タンク６１内における不凝縮ガスＧの残留を防止することができる。そして、真空状態（大気圧よりも低い状態）にある抽気タンク６１から大気へ不凝縮ガスＧを排出するための水エジェクタ、真空ポンプ等の装置を別途用いる必要がなくなる。また、抽気タンク６１内を冷媒Ａによって充満させ、抽気タンク６１内における不凝縮ガスＧの残留を防止することにより、再び抽気用ポンプ７１及び抽気手段７３によって不凝縮ガスＧの抽気を行う際に、不凝縮ガスＧ及び外気が冷凍機１内へ逆流しないようにすることができる。

それ故、本例の冷凍機１の抽気装置５及び抽気方法によれば、抽気タンク６１内に空気、水素等の不凝縮ガスＧが残留することを防止することができ、冷凍機１内への不凝縮ガスＧ及び外気の逆流を防止することができる。

本例の抽気用ポンプ７１と滴下用ポンプ３１４とは、それぞれ蒸発器３１に対して並列に接続し、別々に動作させた。これに対し、図７に示すごとく、滴下用ポンプ３１４Ａと抽気用ポンプ７１Ａとを直列に接続し、冷媒滴下管３１２は、滴下用ポンプ３１４Ａと抽気用ポンプ７１Ａとの間からノズル部３１３へと配管し、冷媒滴下管３１２には、開閉弁３１５を配設することができる。この場合には、冷凍機１の運転を行う際には、冷媒滴下管３１２に配設した開閉弁３１５を開き、滴下用ポンプ３１４のみ動作させることができる。

一方、不凝縮ガスＧの抽気を行う際には、冷媒滴下管３１２の開閉弁３１５を閉じるとともに、滴下用ポンプ３１４Ａと抽気用ポンプ７１Ａとの両方を動作させる。これにより、滴下用ポンプ３１４Ａと抽気用ポンプ７１Ａとの２つのポンプによって蒸発器３１から抽気タンク６１へ冷媒Ａを送り出すことができる。そのため、抽気用ポンプ７１Ａの吐出圧力が大気圧（０．１ＭＰａ）以下のときには、抽気用ポンプ７１Ａの吐出圧力と滴下用ポンプ３１４Ａの吐出圧力との和を大気圧よりも高くすることができる。

また、図示は省略するが、冷凍機１は、吸着式冷凍機１とする以外にも、冷媒蒸気Ａを吸収する吸収液（臭化リチウム溶液等）を用いて、凝縮器３２と蒸発器３１とに冷媒Ａを循環させ、蒸発器３１内に挿通させた蒸発管内に冷水を作り出す吸収式冷凍機とすることもできる。吸収式冷凍機においては、蒸発器３１から蒸発する冷媒蒸気Ａを吸収させる吸収液を入れた吸収器と、冷媒Ａを含む吸収液を吸収器から受け取り、加熱を行って吸収液から冷媒Ａを分離する再生器とを用いる。そして、再生器から凝縮器３２へ冷媒蒸気Ａが流れ、この冷媒蒸気Ａは、凝縮器３２内で冷やされて蒸発器３１内に流下し、蒸発器３１内の冷媒Ａとして利用される。

この吸収式冷凍機においても、蒸発器３１に対して上記と同様の抽気装置５を設置することができる。また、抽気手段（エジェクタ）７３において気体を巻き込む経路は、不凝縮ガスＧが最も溜まり易い吸収器に接続することができる。その他、吸収式冷凍機に設置する抽気装置５の構成は、上記吸着式冷凍機１について示したものと同様であり、上記と同様の作用効果を得ることができる。

１ 冷凍機
２Ａ，２Ｂ 吸脱着器
３１ 蒸発器
３２ 凝縮器
５ 抽気装置
６１ 抽気タンク
６１１ 第１タンク弁
６１２ 第１液面計
６２ 補助タンク
６２１ 第２タンク弁
６２２ 第２液面計
７１ 抽気用ポンプ
７２ 遮断弁
７３ 抽気手段（エジェクタ）
８ 循環配管
８１ 送り配管
８７ 戻り配管
Ａ 冷媒
Ｇ 不凝縮ガス

Claims (4)

1. 真空状態の蒸発器内に入れられた冷媒を蒸発させるときの気化熱を利用して冷水を作り出す冷凍機に対して設置され、該冷凍機内に存在する不凝縮ガスを除去する抽気装置であって、
   上記蒸発器内の冷媒を循環させるための抽気タンクと、
   該抽気タンクと上記蒸発器とを循環する循環配管と、
   該循環配管に配設され、上記蒸発器から上記抽気タンクへ冷媒を送り出す抽気用ポンプと、
   上記循環配管に配設され、上記抽気タンクから上記蒸発器への冷媒の流れを遮断可能である遮断弁と、
   上記蒸発器から上記抽気タンクへ送り出される冷媒を利用して、上記冷凍機内に存在する不凝縮ガスを上記抽気タンクへ抽気するための抽気手段と、
   上記抽気タンクの上方に接続され、上記抽気タンクに充満されて溢れ出す冷媒を流入させるための補助タンクとを備え、
   上記抽気タンクの上部は、上方へ向うほど水平方向の断面積が縮小する形状を有しており、
   上記補助タンクは、上記抽気タンクの上部において水平方向の断面積が最も縮小した部位に接続されており、
   上記抽気タンク内には、該抽気タンク内における冷媒の液面が所定高さ以下になったときに水位信号を出力する第１液面計が設けてあり、
   上記補助タンク内には、該補助タンク内における冷媒の液面が所定高さ以上になったときに水位信号を出力する第２液面計が設けてあり、
   上記抽気装置の制御手段は、上記遮断弁を開け、上記第１液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる抽気動作と、上記遮断弁を閉じ、上記第２液面計から上記水位信号を受けるまで上記抽気用ポンプを動作させる充満動作とを行うよう構成されており、
   該充満動作において上記抽気タンクから上記補助タンクへ冷媒を溢れ出させる際に、上記抽気タンク内に抽気された不凝縮ガスの全てを上記補助タンクへ排出するよう構成されていることを特徴とする冷凍機の抽気装置。
2. 請求項１に記載の冷凍機の抽気装置において、上記循環配管は、上記蒸発器の下部に接続するとともに上記抽気用ポンプが配設された送り配管と、上記抽気タンクの下部に接続するとともに上記遮断弁が配設された戻り配管とを有しており、
   上記抽気タンク内に開口する上記送り配管及び上記戻り配管の端部は、上記第１液面計が水位信号を出力するときの冷媒の液面の高さよりも低い位置に配置されていることを特徴とする冷凍機の抽気装置。
3. 請求項１又は２に記載の冷凍機の抽気装置において、上記抽気タンクと上記補助タンクとの間には、第１タンク弁が設けてあり、
   上記補助タンクの上方には、第２タンク弁が設けてあり、
   上記制御手段は、上記抽気動作を行うときには、上記第１タンク弁を閉じ、上記充満動作を行うときには、上記第１タンク弁及び上記第２タンク弁を開け、上記第２液面計から上記水位信号を受けたときには、上記第１タンク弁を閉じるよう構成されていることを特徴とする冷凍機の抽気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷凍機の抽気装置を用い、
   上記抽気用ポンプを動作させるとともに上記遮断弁を開け、上記蒸発器内の冷媒を上記抽気タンクとの間で循環させる際に、上記抽気手段によって上記冷凍機内に存在する不凝縮ガスを上記抽気タンクへ引き込む抽気工程と、
   上記抽気用ポンプを動作させるとともに上記遮断弁を閉じ、上記蒸発器内の冷媒を上記抽気タンク内に充満させて上記補助タンクへ溢れ出させる際に、上記抽気タンク内に引き込まれた不凝縮ガスを上記補助タンクへ排出する排出工程とを行うことを特徴とする冷凍機の抽気方法。

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