JPH10325632A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コイル状の伝熱管を有する蒸発器および吸収
器をコンパクトに形成するとき、冷凍能力低下を防ぐ。 【解決手段】 コイル状の蒸発器伝熱管５０を有する蒸
発器４２と、コイル状の吸収器伝熱管５２を有する吸収
器４３とは、共通の胴体４１内で上下に配置される。蒸
発器４２内で蒸発した冷媒蒸気は、整流板５４の半径方
向外方に設けられる開口部５４ａに向けて蒸発器４２内
では半径方向外方に流れる。開口部５４ａを通過した
後、冷媒蒸気は、吸収器４３内を半径方向内方に流れ
る。異なる方向に流れる冷媒蒸気が存在しないので、流
れの不均一性に基づく冷凍能力の低下を防ぐことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸収式冷凍機、特
にコイル巻き構造の伝熱管を有する蒸発器および吸収器
を備える吸収式冷凍機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からの吸収式冷凍機では、蒸発器と
吸収器とを共通の胴体内分離して配置し、複数本の直線
状の伝熱管を設けるシェルアンドチューブ構造を採用す
ることが多い。シェルアンドチューブ構造では、胴体の
設置に必要な床面積が大きくなり、吸収式冷凍機を小型
化することが困難になる。

【０００３】特開平６−２６５２３５には、冷媒を水と
し、吸収液を臭化リチウム（ＬｉＢｒ）水溶液として、
蒸発器および吸収器の伝熱管を鉛直軸線まわりに巻回し
てコイル状とし、半径方向の内外に同心状に配置する構
成が開示されている。図８は、特開平６−２６５２３５
の図２に基づいて、この先行技術の構成を示す。

【０００４】低温再生器（６）には、中間濃溶液導管
（７）から高温熱交換器（８）を通った中間濃度の吸収
液の溶液が供給される。低温発生器とも呼ばれる低温再
生器（６）では、中間濃度の溶液を加熱して、冷媒蒸気
を発生させるとともに、吸収液を高濃度の濃溶液にまで
濃縮する。低温再生器（６）で発生した冷媒蒸気は、凝
縮器（９）で凝縮し、冷媒液として蒸発器（１０）に送
られる。蒸発器（１０）には、胴体（１１）内で、仕切
壁（１１ａ）で仕切られる半径方向の外側に、コイル状
に巻回される蒸発器伝熱管（１２）が設けられる。蒸発
器伝熱管（１２）内には冷温水が流れ、上方に設けられ
る蒸発器散布装置（１３）から冷媒液が散布され、冷媒
液が蒸発する際に冷温水が冷却される。

【０００５】胴体（１１）内で、仕切壁（１１ａ）の内
側には、吸収器散布装置（１４）および吸収器伝熱管
（１５）を有する吸収器（１６）が形成される。吸収器
散布装置（１４）は、伝熱管がコイル状に巻回される吸
収器伝熱管（１５）に向けて、濃溶液を散布する。仕切
壁（１１ａ）には上下に開口部が設けられ、蒸発器（１
０）側で発生する冷媒蒸気が吸収器（１６）側に移行
し、吸収器伝熱管（１５）の周囲で濃溶液に吸収され
る。濃溶液は冷媒によって希釈されて希溶液となり、発
生する熱は吸収器伝熱管（１５）内を流れる冷却水によ
って吸収される。吸収器（１６）の底部に溜まる希溶液
は、低温熱交換器（１７）から高温熱交換器（８）に向
けて溶液循環ポンプ（１９）によって送り出される。

【０００６】この先行技術では、希溶液が低温熱交換器
（１７）から高温熱交換器（８）に送られる経路の途中
に、排熱熱交換器（２０）が設けられ、熱媒体導管（２
１）を介して与えられる熱媒体との間で熱交換する。希
溶液は、さらに高温熱交換器（８）で、中間濃溶液導管
（２３）から供給される中間濃度の溶液と熱交換する。
低温再生器（６）では、冷媒蒸気導管（２５）を介して
供給される冷媒蒸気で、中間濃溶液導管（７）を介して
供給される中間濃度の溶液を加熱し、冷媒を蒸発させて
溶液の濃度を高め、吸収器（１６）の吸収器散布装置
（１４）に濃溶液を供給する。高温熱交換器（８）で
は、排熱熱交換器（２０）から供給される希溶液と、中
間濃溶液導管（７）から供給される中間濃度の溶液との
間で熱交換を行う。希溶液は、希溶液導管（２８）を介
して高温発生器とも呼ばれる高温再生器（３０）に供給
される。高温再生器（３０）では、希溶液を加熱して冷
媒蒸気を蒸発させ、中間濃度の溶液として中間濃溶液導
管（２３）から高温熱交換器（８）に供給する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図８に示すような伝熱
管のコイル巻き構造は、一般的なシェルアンドチューブ
形よりも、蒸発器や吸収器をコンパクト化して吸収式冷
凍機を小型化するために採用される。しかしながら、図
８に示すような蒸発器（１０）および吸収器（１６）が
同心状に並列に配置されている構造では、次の（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すような問題がある。

【０００８】（ａ）蒸発器（１０）および吸収器（１
６）が同心状であるので、径方向の形状が大きくなり、
設置に必要な床面積が大きくなる。

【０００９】（ｂ）蒸発器散布装置（１３）から散布さ
れる冷媒液が吸収器伝熱管（１５）の周囲で濃溶液に直
接吸収されないように、仕切壁（１１ａ）を設け、蒸発
器（１０）で蒸発した冷媒蒸気は、仕切壁（１１ａ）の
上下の開口部を介して吸収器（１６）側に移行させる必
要がある。全体をコンパクト化しようとすると、胴体
（１１）内に上下方向の充分なスペースがなくなるの
で、仕切壁（１１ａ）の開口部の面積は小さくなって、
冷媒蒸気の流速が大きくなる。冷媒蒸気の流速が大きく
なると、蒸発器散布装置（１３）から散布される冷媒液
が、液滴として冷媒蒸気の流れによって搬送され、吸収
器（１６）内で濃溶液に混入し、吸収液の溶液濃度を下
げて冷媒蒸気の吸収能力を低下させてしまう。

【００１０】（ｃ）蒸発器（１０）で発生する冷媒蒸気
は、仕切壁（１１ａ）の上下の開口部を通って吸収器
（１６）側に流れるので、吸収器（１６）内では上下か
ら進入する冷媒蒸気の流れ（１５ａ，１５ｂ）が衝突
し、冷媒蒸気の分布が不均一になって、吸収液の吸収能
力を充分に発揮させることができず、胴体（１１）内の
圧力が上昇して、冷媒の蒸発温度が高くなり、冷凍能力
が低下するおそれがある。このように、冷媒が上下から
しか流れず、左右方向に流れないと、熱移動および物質
移動ともに問題がある。

【００１１】（ｄ）蒸発器（１０）および吸収器（１
６）は数ｍｍＨｇ程度の低圧力下で運転されるので、胴
体（１１）内部でヘッダに伝熱管を接続する際には、気
密性に充分注意しなければならない。ヘッダから胴体
（１１）の外部に引出す部分についても同様の注意が必
要である。このため、多段階の検査工程も必要となる。

【００１２】本発明の目的は、簡単な構造でコンパクト
に形成することができ、冷凍能力の低下が少ない吸収式
冷凍機を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、蒸発器（４
２，９６）内で被冷却液が流れる蒸発器伝熱管（５０，
９７）を冷却して蒸発する冷媒蒸気を、吸収器（４３）
内で冷却液が流れる吸収器伝熱管（５２）で冷却される
吸収液に吸収させる吸収式冷凍機（４０）において、蒸
発器伝熱管（５０，９７）および吸収器伝熱管（５２）
はそれぞれコイル状に卷回されて形成され、蒸発器（４
２，９６）は上部に、吸収器（４３）は下部にそれぞれ
配置されて収容される筒型の胴体（４１）と、蒸発器
（４２，９６）と吸収器（４３)との間に設けられ、蒸
発器（４２，９６）内で蒸発して吸収器（４３）に移行
する冷媒蒸気の流れを、胴体（４１）の半径方向の内方
または外方のうちのいずれか一方に向けるように整流す
る整流板（５４）とを含むことを特徴とする吸収式冷凍
機である。

【００１４】本発明に従えば、蒸発器（４２，９６）お
よび吸収器（４３）は、被冷却液および吸収液が流れる
蒸発器伝熱管（５０，９７）および吸収器伝熱管（５
２）がそれぞれコイル状に巻回されて、筒型の胴体（４
１）内で上下に配置される。蒸発器（４２，９６）内で
は冷媒液が蒸発器伝熱管（５０，９７）の周囲で蒸発
し、発生する冷媒蒸気は吸収器（４３）に流れて、吸収
液に吸収される。蒸発器（４２，９６）が上部、吸収器
（４３）が下部となるように上下に配置されるので、吸
収式冷凍機（４０）の設置に必要な床面積を小さくし
て、コンパクト化を図ることができる。胴体（４１）内
で、上側の蒸発器（４２，９６）と下側の吸収器（４
３）との間には、蒸発器（４２，９６）内で蒸発する冷
媒蒸気の流れを、半径方向の一方、たとえば内方に向け
るように整流する整流板（５４）が設けられる。蒸発器
（４２，９６）内で発生して吸収器（４３）に流れる冷
媒蒸気が上下方向だけでなく、半径方向の一方に向けて
水平方向にも流れるので、異なる方向に流れる冷媒蒸気
との衝突のおそれはなく、吸収器（４３）での冷媒蒸気
の吸収を充分に行い、冷凍能力の低下を避けることがで
きる。

【００１５】また本発明で、前記整流板（５４）は、蒸
発器（９６）と吸収器（４３）との間を、前記半径方向
の一方側を遮蔽し、他方側のみ冷媒蒸気の流通を許容す
るように開口し、前記蒸発器伝熱管（９７）は、半径方
向の前記一方側に寄せて配置されることを特徴とする。

【００１６】本発明に従えば、整流板（５４）は、半径
方向の一方側を遮蔽して他方側を開口すればよいので、
簡単に形成して配置することができる。コイル状に卷回
される蒸発器伝熱管（９７）を半径方向の一方側に寄せ
て配置させるので、蒸発器（９６）内で半径方向の他方
側に流れる冷媒蒸気が、整流板（５４）の開口部分を半
径方向の他方側で通過し、吸収器伝熱管（５２）に対し
て、半径方向の一方側に向けて自然に流れることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
して、冷媒蒸気の流れを整える対策を施した吸収式冷凍
装置（４０）の概略的な構成を示す。低圧部の筒型の胴
体（４１）内には、蒸発器（４２）および吸収器（４
３）が、蒸発器（４２）が上部で吸収器（４３）が下部
となるように、上下に配置される。胴体（４１）の上方
には、凝縮器（４４）および低温発生器（４５）が配置
される。高温発生器（４６）は、胴体（４１）をフレー
ム（４７）によって床面（４８）から持上げて形成する
空間に配置される。胴体（４１）の断面形状は環状であ
り、中央部は空洞（４９）となっている。蒸発器（４
２）内には、蒸発器伝熱管（５０）および蒸発器散布装
置（５１）が含まれる。吸収器（４３）内には、吸収器
伝熱管（５２）および吸収器散布装置（５３）が含まれ
る。蒸発器（４２）と吸収器（４３）との間には、冷媒
蒸気の流れを整える整流板（５４）が設けられる。整流
板（５４）は、半径方向内方で胴体（４１）の内周面ま
でを遮蔽し、外周側には胴体（４１）外側の内壁面との
間に開口部（５４ａ）が形成されている。開口部（５４
ａ）を介して、冷媒蒸気は矢符（５４ｂ）に示すように
流れる。

【００１８】図２および図３は、図１の胴体（４１）に
関連する平面形状および正面形状をそれぞれ示す。図１
は、図２の切断面線Ｉ−Ｉから見た断面形状に相当す
る。以下、これらの図を参照して説明する。

【００１９】蒸発器伝熱管（５０）および吸収器伝熱管
（５２）は、コイル巻構造を有し、両端は胴体（４１）
外に直接取出される。胴体（４１）の周壁面には、蒸発
器入口ヘッダ（５５）、蒸発器出口ヘッダ（５６）、吸
収器入口ヘッダ（５７）および吸収器出口ヘッダ（５
８）がそれぞれ設けられる。蒸発器伝熱管（５０）で
は、複数の伝熱管（５９）が同心円状に卷回されて蒸発
器上層伝熱管（６１）および蒸発器下層伝熱管（６２）
をそれぞれ形成する。吸収器伝熱管（５２）では、複数
の伝熱管（６０）が同心円状に卷回されて吸収器上層伝
熱管（６３）および吸収器下層伝熱管（６４）をそれぞ
れ形成する。本実施形態では、各伝熱管（５９，６０）
は、各ヘッダ（５５，５６；５７，５８）で全体が並列
となるように接続される。蒸発器伝熱管（５０）を流れ
る被冷却液である冷温水の流量や、吸収器伝熱管（５
２）を流れる冷却液である冷却水の流量が少ないような
場合は、たとえば上層と下層とを直列になるように接続
するヘッダを用いて、伝熱管の管路長を長くすることも
できる。

【００２０】図４は、図１の整流板（５４）の平面形状
を示す。整流板（５４）は、大略的に円環状であり、図
１に示す吸収器伝熱管（５２）を胴体（４１）の外部に
引出す部分を覆うような突出部（５４ｂ）を有する。整
流板（５４）は平板状の金属板、たとえば炭素鋼などで
形成される。整流板（５４）の内径は、胴体（４１）の
内側の周壁面の外径とほぼ等しい。整流板（５４）の外
径は、胴体（４１）の外側の周壁面と間に間隔を保って
開口部（５４ａ）を形成するために、外側の周壁面の内
径よりも小さくする。

【００２１】図５は、吸収器伝熱管（５２）の平面形状
を（ａ）で、正面形状を（ｂ）でそれぞれ示す。吸収器
伝熱管（５２）は、複数の伝熱管（６０）が鉛直軸線ま
わりに卷回されてコイル状に形成される。各伝熱管（６
０）の両端は、接線方向に延びて引出される。複数の伝
熱管（６０）は、径方向に並べられて卷回される状態
で、吸収器上層伝熱管（６３）および吸収器下層伝熱管
（６４）として示すように、２またはそれ以上の層に分
けられる。伝熱管（６０）として利用可能な長さが、吸
収器伝熱管（５２）として必要な長さに達しないような
場合は、各層を直列に接続して、伝熱管（６０）として
の長さを見かけ上増大させることもできる。必要な冷却
水の流量に対して、伝熱管（６０）の口径が小さいとき
は、複数本の伝熱管（６０）を並列に接続して、見かけ
上の口径を大きくすることができる。

【００２２】図５では吸収器伝熱管（５２）について示
しているけれども、図１の蒸発器伝熱管（５０）も、同
様なコイル状の構造に形成される。このようなコイル状
の伝熱管は、空間に高密度で配置することができる。し
かも共通な胴体（４１）内で、蒸発器（４２）と吸収器
（４３）とを上下に配置するので、特に径方向の形状を
小さくすることができ、吸収式冷凍機の設置に必要な面
積を小さくすることができる。

【００２３】図６は、図１の実施形態の吸収式冷凍機
（４０）で、冷媒を水とし、吸収液を臭化リチウム水溶
液として二重効用型冷凍サイクルを構成する配管系統を
示す。上方の凝縮器（４４）内には、コイル状に卷回さ
れた凝縮器伝熱管（６５）が収容される。凝縮器伝熱管
（６５）の下方には、冷媒溜めトレー（６６）および遮
蔽板（６７）が配置される。凝縮器（４４）の下方には
低温発生器（４５）が配置され、低温発生器伝熱管（６
８）もコイル状に卷回されて形成される。二重効用型で
あるので、低温熱交換器（７１）および高温熱交換器
（７２）を用いる。低温熱交換器（７１）には、溶液循
環ポンプ（７３）によって、吸収器（４３）内で冷媒を
吸収し、臭化リチウムの濃度が薄くなっている吸収液で
ある希溶液が、希溶液導管（７４）を介して供給され
る。希溶液は、さらに高温熱交換器（７２）から希溶液
導管（７５）を介して、高温発生器（４６）に送込まれ
る。高温発生器（４６）からは、中間濃溶液導管（７
６）を介して、高温熱交換器（７２）に中間濃度の吸収
液が供給される。中間濃度の吸収液は、高温熱交換器
（７２）から中間濃溶液導管（７７）を介して低温発生
器（４５）に送込まれる。低温発生器（４５）からは、
濃溶液導管（７８）を介して、低温熱交換器（７１）に
高濃度の吸収液が供給され、希溶液と熱交換して冷却さ
れ、吸収器散布装置（５３）によって吸収器伝熱管（５
２）に向けて散布される。

【００２４】高温発生器（４６）では、熱源（８０）に
よる加熱で、希溶液から冷媒である水蒸気が蒸発し、中
間濃溶液となる。蒸発した水蒸気は、冷媒蒸気導管（８
１）を介して低温発生器伝熱管（６８）内に供給され
る。低温発生器（４５）内では、中間濃溶液が低温発生
器伝熱管（６８）によって加熱され、冷媒蒸気を発生し
て濃溶液が得られ、濃溶液導管（７８）に送られる。加
熱に使用した冷媒蒸気は低温発生器（４５）で凝縮し、
冷媒蒸気導管（８２）とオリフィス（８４）を介して減
圧、再蒸発して凝縮器（４４）内に送込まれ、凝縮器
（４４）内で凝縮する。低温発生器（４５）内で発生し
た冷媒蒸気は、前記低温発生器（４５）で加熱源に使用
された冷媒とともに凝縮器（４４）内で凝縮し、冷媒液
として冷媒溜めトレー（６６）に貯留され、冷媒液導管
（８３）を介して蒸発器散布装置（５１）に供給され
る。

【００２５】蒸発器散布装置（５１）からは、冷媒液が
蒸発器伝熱管（５０）を構成する個々の伝熱管（５９）
の周囲に散布される。蒸発器伝熱管（５０）には、冷温
水供給管（９１）から被冷却液である冷温水が供給さ
れ、冷温水排出管（９２）から排出される。個々の伝熱
管（５９）の周囲に散布された冷媒液は、胴体（４１）
内の圧力が数ｍｍＨｇ程度の低圧力であるので、数℃程
度の低温で蒸発し、蒸発熱を伝熱管（５９）内の冷温水
から奪い、冷温水を冷却する。吸収器伝熱管（５２）に
は、冷却水供給管（９３）から冷却液である冷却水が供
給され、冷却水導管（９４）から凝縮器伝熱管（６５）
に向けて送込まれる。凝縮器伝熱管（６５）からは、冷
却水排出管（９５）に冷却水が排出される。

【００２６】図７は、本発明の実施の他の形態としての
蒸発器（９６）および整流板（５４）に関連する構成を
示す。本実施形態で、図１に示す実施形態と対応する部
分には、同一の参照符を付し、重複した説明を省略す
る。蒸発器（９６）では、コイル状の蒸発器伝熱管（９
７）を半径方向の内方に寄せるように配置する。これに
よって、冷媒蒸気は矢符（９８）で示すように、蒸発器
（９６）内では半径方向外方に流れ易くなる。整流板
（５４）の開口部（５４ａ）を通過した冷媒蒸気は、吸
収器（４３）内では矢符（９９）で示すように、半径方
向内方に流れる。

【００２７】図１および図７に示すように、各実施形態
では、整流板（５４）の開口部（５４ａ）を半径方向の
外方に設けているけれども、半径方向の内方に設けるこ
ともできる。この場合は、図７の実施形態のように蒸発
器伝熱管（９７）の位置をずらすときは、半径方向外方
にずらすことになる。いずれの場合でも、コイル状の蒸
発器伝熱管（５０）と吸収器伝熱管（５２）とを、鉛直
方向の中心軸を共通にして、上下に配置するので、図８
の先行技術のように径方向の内外に配置する場合に比較
して、吸収式冷凍機としての径方向の設置面積を小さく
することができる。また、胴体（４１）は、円筒型ばか
りではなく、角筒型とすることもできる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、筒型の胴
体（４１）内に、蒸発器（４２，９６）が上部、吸収器
（４３）が下部となるように上下に配置されるので、吸
収式冷凍機（４０）の設置に必要な床面積を小さくし
て、コンパクト化を図ることができる。蒸発器（４２，
９６）と吸収器（４３）との間には、蒸発器（４２，９
６）内で蒸発する冷媒蒸気の流れを、半径方向の一方、
たとえば内方に向けるように整流する整流板（５４）が
設けられるので、異なる方向に流れる冷媒蒸気との衝突
のおそれはなく、吸収器（４３）での冷媒蒸気の吸収を
充分に行い、冷凍能力の低下を避けることができる。冷
媒が、上下方向だけではなく、水平方向にも流れるの
で、熱移動および物質移動がともに、従来のものより改
善される。

【００２９】また本発明によれば、簡単な構造の整流板
（５４）を用い、コイル状に卷回される蒸発器伝熱管
（９７）を半径方向の一方側に寄せて配置させ、蒸発器
伝熱管（９７）内で半径方向の他方側に冷媒蒸気が自然
に流れるようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す断
面図である。

【図２】図１の吸収式冷凍機（４０）の胴体（４１）に
関連する平面図である。

【図３】図１の吸収式冷凍機（４０）の胴体（４１）に
関連する正面図である。

【図４】図１の吸収式冷凍機（４０）の整流板（５４）
の平面図である。

【図５】図１の吸収式冷凍機（４０）の吸収器伝熱管
（５２）の平面図および正面図である。

【図６】図１の吸収式冷凍機（４０）の冷媒配管系統図
である。

【図７】本発明の実施の他の形態の構成を簡略化して示
す断面図である。

【図８】先行技術の吸収式冷凍機の概略的な構成を示す
簡略化した断面図である。

【符号の説明】

４０ 吸収式冷凍機 ４１ 胴体 ４２，９６ 蒸発器 ４３ 吸収器 ４４ 凝縮器 ４５ 低温発生器 ４６ 高温発生器 ５０，９７ 蒸発器伝熱管 ５１ 蒸発器散布装置 ５２ 吸収器伝熱管 ５３ 吸収器散布装置 ５４ 整流板 ５４ａ 開口部 ５５ 蒸発器入口側ヘッダ ５６ 蒸発器出口側ヘッダ ５７ 吸収器入口側ヘッダ ５８ 吸収器出口側ヘッダ ５９，６０ 伝熱管 ７１ 低温熱交換器 ７２ 高温熱交換器 ７３ 溶液循環ポンプ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器（４２，９６）内で被冷却液が流
   れる蒸発器伝熱管（５０，９７）を冷却して蒸発する冷
   媒蒸気を、吸収器（４３）内で冷却液が流れる吸収器伝
   熱管（５２）で冷却される吸収液に吸収させる吸収式冷
   凍機（４０）において、 蒸発器伝熱管（５０，９７）および吸収器伝熱管（５
   ２）はそれぞれコイル状に卷回されて形成され、 蒸発器（４２，９６）は上部に、吸収器（４３）は下部
   にそれぞれ配置されて収容される筒型の胴体（４１）
   と、 蒸発器（４２，９６）と吸収器（４３)との間に設けら
   れ、蒸発器（４２，９６）内で蒸発して吸収器（４３）
   に移行する冷媒蒸気の流れを、胴体（４１）の半径方向
   の内方または外方のうちのいずれか一方に向けるように
   整流する整流板（５４）とを含むことを特徴とする吸収
   式冷凍機。
2. 【請求項２】 前記整流板（５４）は、蒸発器（９６）
   と吸収器（４３）との間を、前記半径方向の一方側を遮
   蔽し、他方側のみ冷媒蒸気の流通を許容するように開口
   し、 前記蒸発器伝熱管（９７）は、半径方向の前記一方側に
   寄せて配置されることを特徴とする請求項１記載の吸収
   式冷凍機。