JPH0684856B2

JPH0684856B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JPH0684856B2
Application number: JP8307786A
Authority: JP
Inventors: 幹雄森岡; 進治森本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1986-04-10
Filing date: 1986-04-10
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS62238957A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、無重力状態においても正常に作動する吸収冷
凍機に関するものである。

［従来の技術］吸収冷凍機の原理的な構造は、第４図に示すように真空
に保持した容器ａ内に液状の冷媒ｂ（例えば水）を収容
しこの冷媒を蒸発させて液状の冷媒ｂを降温させる蒸発
部ｃと、蒸発した冷媒の蒸気ｄを液状の吸収剤ｅ（例え
ば臭化リチウム水溶液など）に吸収する吸収部ｆと、冷
媒によって希釈された吸収剤ｅを加熱して冷媒の蒸気ｄ
を発生させ吸収剤ｅを濃縮する蒸気発生部ｇと、発生し
た冷媒の蒸気ｄを冷却、液化する凝縮部ｈなどからな
り、装置を小型化するため蒸発部ｃと吸収部ｆ、蒸気発
生部ｇと凝縮部ｈとをそれぞれ共通の胴i,j内に配置し
た、双胴型と呼ばれる吸収冷凍機（第５図参照）が広く
使用されている。

なお、図中、ｋは冷凍負荷ｌに低温度の冷却液を送るた
め降温した液状の冷媒ｂと熱交換する冷却管、ｍは濃縮
すべき吸収剤ｅを予熱するための熱交換器、ｎは加熱
管、p₁,p₂,p₃はポンプ、ｑは抽気ポンプである。

［発明が解決しようとする問題点］しかし、前述の吸収冷凍機は地上での定置使用を前提と
してつくられているので、蒸発部ｃ、吸収部ｆ、蒸気発
生部ｇおよび凝縮部ｈにおける各液相をそれぞれの低所
に溜め気液両相の境界面を重力の方向に直角な液面v₁,v
₂,v₃,v₄によって形成している。従って、吸収冷凍機を
傾動、転倒させたり、あるいは無重力下で使用しようと
すると気液分離が困難になり、運転を行い得ない問題点
があった。

［問題点を解決するための手段］本発明は、前述の問題点を解決し、重力下と無重力下の
双方に適用でき、また、特別な場合として無重力下にお
いてのみ適用できる軽量な吸収式冷凍機を提供するため
になしたものである。

本発明における、液体の貯蔵手段および蒸発、凝縮のた
めの気液境界面の形成手段は次に述べるとおりである。
すなわち、液状の冷媒および吸収液を多数の小空所を有
する多孔物質（焼結金属など）内に収容し、この多孔物
質を覆う、多数の小孔を有する網状物（金網など）の孔
の部分に気液境界面を形成する。小孔の大きさは実施例
の説明中に詳述するように液体の表面張力に関連づけて
定められる。しかし、多孔物質外面の開口の大きさを網
状物の小孔と同じように設定できれば多孔物質単独で液
の貯蔵と気液境界面形成の二つの役割を果すことができ
る。また、無重力状態においてのみ使用され重力の影響
を考慮する必要がない場合は網状物単独で液の貯蔵と気
液境界面形成の二つの役割を果たすことができる。これ
は、無重力状態では、液塊はその表面張力によって表面
積が最小になるように例えば球状に形を変えるので、網
状物内部に液体を閉じ込めることができるためであり、
この結果、重量軽減が図れる。

上記の考慮にもとづく本発明の構成は、冷媒を蒸発され
る蒸発部と、蒸発した冷媒を吸収液に吸収る吸収部と、
冷媒を吸収した吸収液から冷の蒸気を発生させる蒸気発
生部と、冷媒の蒸気を凝縮させる凝縮部とを有し、前記
蒸発部と吸収部、蒸気発生部と凝縮部とをそれぞれ共通
の各容器内に且つ容器内で冷媒の蒸気を収容する空間を
共有するように配置した吸収冷凍機において、蒸発部と
吸収部と蒸気発生部と凝縮部の各内部に該内部を気相と
液相に分割するための、多数の孔を有する多孔物を配置
し、該多孔物の表面を網状物で取り囲み、網状物の目の
大きさを該目の部分で気液境界面を形成し得るように設
定したものである。

［作用］冷媒の蒸発および凝縮は、表面張力を利用して多孔物の
表面を取り囲む網状物の目の部分に形成された気液境界
面を通じて行われる。また、液体は表面張力の作用によ
って多孔物内部に貯蔵される。従って無重力下にあって
も吸収冷凍機は正常に作動する。

［実施例］以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第１
図ないし第３図は本発明の一実施例を示すもので、本発
明の吸収冷凍機は、蒸発部１と吸収部２、蒸気発生部３
と凝縮部４とをそれぞれ共通に収容した二つの球状の容
器5,6と、吸収部２および凝縮部４冷却用冷却水を冷却
するための放熱部７と、吸収部１から蒸気発生部３にお
くられる吸収剤を予熱するための予熱部８などからな
り、凝縮部４と蒸発部１間は凝縮水連結管９によって連
結されている。

蒸発部１は、容器などの中心部に配置され内、外部に設
けた多数の小空所内に液状の冷媒（水など）を保持した
球状の多孔物質10と、この多孔物質10を取り囲んだ金網
12などの網状物と、多孔物質10内に配置した冷却管13な
どからなり、金網12のメッシュ14の大きさは、後述する
ように各メッシュ内外の圧力差および冷媒の表面張力と
関連させて所定の大きさの範囲内に設定されメッシュ部
に気相と液相の境界面が形成されるようになっている。

一般に第２図および第３図にモデル化して示すように丸
孔状メッシュ15を介して圧力が異なる気相16および液相
17が接触し、気液両相の圧力差ΔＰが式（１）（２）を
満足する値以下の場合は圧力差ΔＰと表面張力σがバラ
ンスするまで圧力の高い相が圧力の低い相に球面状に突
出した気液両相の境界面18が形成される。

ここに、P₁は気相16の圧力、P₂は液相17の圧力、ｒは半
径を示す。しかし、圧力差ΔＰの値が大きくて式（１）
（２）を満足しないか、あるいは所定の圧力差ΔＰおよ
び表面張力σに対しメッシュ15の大きさが過大で式
（１）（２）を満足しない場合、恰もメッシュ15に、張
り渡したゴム膜が破れるように境界面18が破壊される。
従って金網のメッシュ14の大きさは、後述する各金網2
0,25,28のそれと共にいずれも式（１）（２）を満足す
る値以下になるように設定されている。また、上述の説
明では理解を助けるためメッシュ15の形状を丸穴として
説明したが、丸穴でない場合についても、メッシュの形
状、大きさを適当に選定すれば、表面張力を利用して気
液境界面を形成することができる。

吸収部２は容器５内側に沿って配置され内外部に吸収剤
（例えば臭化リテウム水溶液）を保持した多孔物質19
と、この多孔物質19の表面を覆う球面状の金網20と、吸
収剤冷却用冷却管21などからなり、この金網20のメッシ
ュ22の大きさは、金網12と同様気液境界面を形成するよ
うに設定されている。なお、蒸発部の金網12と吸収部の
金網20間には冷媒の蒸気を収容するための共通の空間23
が設けられている。

吸収部２は、図示しない抽気装置によって真空に保持さ
れ、蒸発部１の金網12内部、金網12,20間の空間23、吸
収部２の金網20内部の順で圧力が低くなるように運転さ
れる。

蒸発発生部３は、容器６内側に沿って配置され、内部に
冷媒を吸収した吸収剤を保持した多孔物質24とこの多孔
物質24内側を覆う球面状金網25などからなり、この金網
25の各メッシュの大きさは前述したように吸収剤水溶液
の表面張力を利用して気液境界面を形成し、この境界面
を通して蒸気を発生させるようになっている。

凝縮部４は、容器５中心部に配置され液化した冷媒
（水）を保持する球状の多孔物質27とこの多孔物質27の
外側を覆う金網28と多孔物質27内に配置した冷却管29な
どからなる。

前述の各多孔物質10,19,24,27の材質には、例えばグラ
スウールまたは焼結金属などを用い、とくに熱の授受に
大きく関与する蒸発部１、蒸気発生部３、凝縮部４のそ
れは熱伝導性の良い焼結金属を使用するのが好ましい。

放熱部７は、熱輻射型の放熱器30、ポンプ31、冷却管2
1,29を連絡する配管32などからなり、また、予熱部８
は、熱交換器33、ポンプ34、吸収部２と蒸気発生部３と
を連絡する配管35などからなる。

次に、本冷凍機が無重力の宇宙空間で使用される場合に
ついて冷凍機の作動を説明する。まず、蒸発部１の多孔
物質10内に形成された気液境界面で蒸発がおこり（矢印
ｓ）、蒸発熱を奪って液状の冷媒を冷却し、冷却管13を
介して冷却した冷却用媒体を冷凍負荷37に送る。

一方、蒸発した冷媒は多孔物質19内の吸収剤に吸収され
（矢印ｗ）、熱交換機33を通って予熱され蒸気発生部３
の多孔物質24内に送られる。ここで吸収剤は太陽熱38に
よって加熱され、金網25に形成された気液境界面を通し
て冷媒の蒸気を発生し（矢印ｔ）、この冷媒のの蒸気は
空間39、凝縮部４の金網27に形成された気液境界面を通
って多孔物質27内に入り（矢印ｘ）、冷却管29によって
冷却、凝縮される。そして液化した冷媒は連絡管９を通
って蒸発部１の多孔物質10内に還流し（矢印ｕ）、以
後、同じ冷凍サイクルを繰り返えす。

上記の過程で、蒸発部１は吸収部２より圧力が高く、ま
た蒸気発生部３は凝縮部４より圧力が高く、各金網12,2
0,25,28のメッシュの大きさが適正に設定されているの
で、各メッシュ部に気液境界面が形成され冷媒の蒸発、
凝縮が支障なく行われる。さらに液状の冷媒、液状の吸
収剤の多孔物質内の貯蔵、移動は、液の表面張力にもづ
く毛細管作用によって行われるので無重力下においても
所定の冷凍サイクルが支障なく実行される。

なお、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、本冷凍機を地上で使用したり、太陽熱の替わりに
排熱を利用したり、放熱器を水冷却型に構成したり、冷
媒およ吸収剤に別の種類のものを使用したり、あるいは
金網の代りに別の網状物を使用したり、あるいは各容器
を球状以外の形状に構成してもよいことなど、その他本
発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加え
得ることは勿論である。

［発明の効果］以上に述べたごとく本発明は次の優れた効果を発揮す
る。

（ｉ）液状の冷媒および吸収剤をそれぞれ多孔物内部
に保持し、多孔物を取り囲むように設けた網状物の目の
大きさを所要の大きさに設定して気液境界面を形成し、
この境界面を通して蒸発、凝縮を行わせるので無重力状
態においても正常な運転を継続できる。

（ii）吸収剤の濃縮に太陽熱を利用し、冷媒の冷却、
凝縮に輻射形の放熱器を使用することにより、太陽熱を
熱源としてほぼ無重力で運転を継続できる。

（iii）主要部を収納した二つの容器および各多孔物
形状を球状に形成することにより、網状に形成した多孔
物による液の貯蔵、気液境界面の形成が可能になり、装
置の重量軽減を図れると共に、容器の寸法を最小限に低
減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の実施例を示し、第１図は
本冷凍機の概念図、第２図および第３図は表面張力を利
用した気液境界面の形成方法の説明図、第４図は吸収冷
凍機の原理的な構成を示す説明図、第５図は従来の双胴
型の吸収冷凍機の説明図である図中、１は蒸発部、２は吸収部、３は蒸気発生部、４は
凝縮部、5,6は容器、10,19,24,27は多孔物質、12,20,2
5,28は金網、18は境界面を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷媒を蒸発される蒸発部と、蒸発した冷媒
を吸収液に吸収する吸収部と、冷媒を吸収した吸収液か
ら冷媒の蒸気を発生させる蒸気発生部と、冷媒の蒸気を
凝縮させる凝縮部とを有し、前記蒸発部と吸収部、蒸気
発生部と凝縮部とをそれぞれ共通の容器内に且つ各容器
内で冷媒の蒸気を収容する空間を共有するように配置し
た吸収冷凍機において、蒸発部と吸収部と蒸気発生部と
凝縮部の各内部に、該内部を気相と液相に分割するため
の、多数の孔を有する多孔物を配置し、該多孔物の表面
を網状物で取り囲み、網状物の目の大きさを該目の部分
で気液境界面を形成し得るように設定したことを特徴と
する吸収冷凍機。