JPS5811549B2 - 多重効用吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は水を冷媒とし、臭化リチウム等の塩類水溶液
を吸収液とする多重効用吸収冷凍機に関する。

一般に二重効用吸収冷凍機では、高圧側の高温再生器で
吸収液を加熱濃縮する際発生した冷媒蒸気を低圧側の低
温再生器で再び吸収液を加熱濃縮するのに使用する方式
が行なわれているが、安全性の面から高温再生器の圧力
は０．９ａｔａ程度の真空状態に保たれており、この高
温再生器より発生した冷媒蒸気によって加熱される低温
再生器での経済的な吸収液の濃縮範囲は約６０．５％〜
６２．５％程度とされている。

一方、吸収器へ供給する濃吸収液の濃度は高い程吸収能
力が強いが、周知の溶解度曲線以下での結晶の問題があ
り、通常６４％〜６５％程度が好ましいとされている。

しかし、従来の二重効用吸収冷凍機においては、一番圧
力の低い吸収器よりの稀吸収液を第１交換器（低温側）
より第２熱交換器（高温側）を経て圧力を上げた高い温
度の高温再生器に供給し、これを冷媒が蒸発可能な状態
の吸収液温度に加熱し約半分の濃度にまで濃縮して、こ
の濃縮された中間濃度吸収液を第２熱交換器すなわち高
温熱交換器を通して低温再生器に導入し、この低温再生
器で前記高温再生器から発生した冷媒蒸気によって残り
半分を加熱濃縮後、第１熱交換器すなわち低温熱交換器
を通り吸収器へ循環させるような冷凍サイクルが行なわ
れている。

従って、吸収器へ供給される濃吸収液の濃度は約６２．
５％程度で不満足なものであり、濃吸収液の濃度を約６
４．５％程度にまで上げることができる一重効用吸収冷
凍機に比し著しく多くの吸収器伝熱面積を必要とした。

さらに低温熱交換器の濃吸収液側では低温再生器液出口
とその下方の吸収液散布装置の位置の差と、低温再生器
と吸収器の器内圧力差との合計の微量な圧力差（約０．
１ｋｇ／ｄ程度）を利用して濃吸収液を流す関係から許
容流路抵抗が制限されるので、熱交換器の内部流速を遅
くする必要があり、ために伝熱性能が悪く、いきおい大
型の熱交換器を必要とした。

そこで本願出願人は先に特願昭４９− １２６９７９号を以って従来方式の二重効用吸収冷凍機
と機内圧力条件が全く同じ状態に維持されて、吸収液濃
度をより高めて吸収器を小形化すると共に低温及び高温
の各熱交換器の器内抵抗が多くとれこれにより内部流速
を早めて各熱交換器の小形化を計った多重効用吸収冷凍
機を提案している。

すなわち、この多重効用吸収冷凍機は吸収器から稀吸収
液ポンプで送られた稀吸収液を低温再生器で中間濃度に
濃縮し、その低温再生器から中間濃度吸収液ポンプで送
られた中間濃度吸収液を高温再生器で高濃度に濃縮して
、この高濃度吸収液を吸収器へ循環させるようにしたも
のである。

従って、吸収器や低温熱交換器、高温熱交換器のある程
度の小形化は計れるようになったが、自ら限度があり、
省資源、省エネルギーの見地からも未だ充分満足すべき
ものであるとは言えない。

この発明は前記の観点にかんがみてなされたものであっ
て、低温再生器からの中間濃度吸収液の全部を高温再生
器に送らず、その一部を高温再生器から吸収器に送られ
る高濃度吸収液の循環系にバイパスさせると共にその高
濃度吸収液循環系の上流側にフラッシュ室を設け、その
フラッシュ室の上流側管路をＵ字形に形成してそのフラ
ッシュ室側外液部に複数個のオリフィスを設けることに
より、高温高圧の高濃度吸収液の減圧による自己蒸発作
用にて濃縮冷却せしめ、すなわち、液温を下げると同時
に濃度が上げられるため、高温熱交換器を不要とし、吸
収器や低温熱交換器のより一層の小形化による構造の簡
単化を実現でき、高価な吸収液の保有量を減少させるこ
とができるうえ、高温再生器での吸収液再生量すなわち
加熱量や吸収器からの稀吸収液の循環量を調節する制御
弁や制御弁に代って従来用いられているフロート弁を不
要とし、低コストの面でも一層有利にしたものである。

以下付図に示す実施例によって本発明を説明する。

第１図及び第２図において、１４は蒸発器で、蒸発器１
４には規則正しく配列され胴１３両端の管板の管孔にエ
キスバンドなどで固定されて、それぞれヘッダを介して
接続した管路（図示省略）により流出入する冷却すべき
冷水が内部に流通し、管外表面に冷媒が流下する蒸発器
管群１４ａと、その上位に冷媒を蒸発器管群１４ａ上に
均一に分布する分配装置１７とが収納され、さらにその
分配装置１７の上方には仕切板３１が円筒体よりなる胴
１３の全長にわたって設けられ、これにより胴１３内を
上部の高圧側と下部の低圧側とにそれぞれ区画している
。

蒸発器１４の下位の吸収器１５には規則正しく配列され
前記同様に胴１３両端の管板に固定されて、図示しない
管路により流出入する冷却水が内部に流通して管外面に
吸収液が流下する吸収器管群１５ａと、その上部に吸収
液を吸収器管群１５ａ上に均一に分布する分配装置１８
とが収納されている。

胴１３の内部は高圧側、低圧側のいずれも高度の真空に
保たれているため、前記蒸発器管群１４ａの管表面を流
下する液状冷媒は低温で蒸発し、管壁を通じて管内部の
流体を所要の低温に冷却する。

従って、この流体、主として水は冷房、工業その他各種
の冷却のための用途に向けられる。

未蒸発冷媒は蒸発器管群１４ａの最下端より冷媒液溜め
３２に流下し、液出口３３を出て冷媒ポンプ２２により
管路２３を通り再び分配装置１７に戻され、この動作を
繰返えす。

蒸発した冷媒蒸気は通路に設けるエリミネータ（図示せ
ず）にて液滴を分離し吸収器管群１５ａの管表面を流下
する吸収液により直ちに吸収されるため、冷媒の蒸発は
盛んに連続して行なわれる。

冷媒蒸気を吸収して吸収能力を失った稀吸収液は胴１３
下部の稀吸収液溜め１９より稀吸収液ポンプ２０により
管路９に設けた低温熱交換器７を経て管路１０を通り低
温再生器１に汲上げられる。

低温再生器１には吸収液が所定の液面を保つまで充填さ
れており、低温再生器管群１ａ内を流れる後述する冷媒
蒸気により加熱され、まず、作動濃度条件の約半分の濃
度つまり中間濃度に濃縮され、この濃縮によって蒸発し
た冷媒蒸気は吸収液を含む液滴の分離の役目を司るエリ
ミネータ２６を経て凝縮器１６へ流入して、外部より図
示しない管路を通り供給される冷却水が内部を通る規則
正しく配列された凝縮器管群１６ａの管外面に接触し、
凝縮して滴下する。

低温再生器管群１ａの内部で復水した冷媒は管路１２を
経て凝縮器１６の凝縮器管群１６ａの下位に設けられた
仕切板２５上に流入し、凝縮器管群１６ａの管表面上で
凝縮して滴下した冷媒と混合する。

この冷媒は管路２４を経て前記管路２３を通る冷媒と合
流して分配装置１７に戻される。

一方、低温再生器１で冷媒が蒸発分離して濃縮された中
間濃度吸収液は、管路２に設けた中間濃度吸収液ポンプ
２１によって管路３を経て高温再生器４に汲上げられる
。

高温再生器４には中間濃度吸収液が所定の液面を保つま
で充填されており、この例では加熱媒体として燃焼ガス
が使用され、外部よりの燃料を燃焼させる燃焼室２９を
内蔵し、その上方に燃焼室２９で発生した燃焼ガスの通
路となる伝熱管群２８が配置されているが、この燃焼室
を廃止して伝熱管群２８に外部より蒸気や高温水、燃焼
ガスを導入してもよく、これらの加熱媒体の熱により中
間濃度吸収液を加熱沸騰させると、さきの低温再生器１
での未蒸発冷媒の一部が蒸発し、あと半分の濃度が上げ
られる。

この蒸発した冷媒蒸気はエリミネータ３０を通過時吸収
液を含んだ液滴を分離し、管路１１を経て低温再生器１
の規則正しく配列された低温再生容管群１ａの管内へ流
入する。

一方、前記高温再生器４で高濃度に濃縮された吸収液は
高温再生器４より流出し、従来方式では高温熱交換器を
通り低温再生器１へ流入し、低温再生器で残り半分の濃
度が上昇した濃吸収液は低温熱交換器を経て吸収器１５
Ａすなわち、吸収器管群１５ａの上位の分配装置１８へ
流入し、吸収器管群１５ａの管表面に滴下して吸収作用
を行なっていた。

本発明では、前記高温再生器４から吸収器１５に戻す高
濃度吸収液のの循環系にフラッシュ室３５を設け、これ
により高温高圧の高濃度吸収液を減圧して自己蒸発冷却
せしめ、しかる後フラッシュ室３５の下流側に低温再生
器１から高温再生器４に送る中間濃度吸収液の一部をバ
イパスさせるようにしである。

すなわち、高温再生器４からの高濃度吸収液を吸収器１
５に送る途中の管路５，６相互間に設けたフラッシュ室
３５では自己蒸発作用によって高濃度吸収液から所定量
の冷媒を蒸発させるのに必要とする熱量が減少し、いき
おい液温が低下すると同時に濃度が上る。

そしてフラッシュ室３５内で発生した冷媒蒸気の熱は管
路３６、低温再生器１を経て凝縮器１６で装置外に取り
去られる。

フラッシュ室３５から管路６に流入しだ液温か下り濃度
の上った高濃度吸収液は、前記低温再生器１からの中間
濃度吸収液を高温再生器４に送る管路２．３相互間に設
けた中間濃度吸収液ポンプ２１の吸込側の管路２より分
岐した分岐管路３４か、又はその吐出側の管路３より分
岐した分岐管路（図示省略）より流入する中間濃度吸収
液を合流せしめ、その混合液を管路６より低温熱交換器
７、管路８を経て吸収器１５における分配装置１８へ送
り、吸収器管群１５ａの管表面に滴下して吸収作用を行
なうものである。

さて、このような方式の冷凍機でその容量制御と蒸発器
管群１４ａから管路を通り流出する冷水温度を一定に保
つための制御は、冷水出口の温度を温度検出器で検出し
て高温再生器４の加熱量すなわち加熱用の燃料、蒸気そ
の他高温水等の供給量を制御弁で制御することにより実
施できることが知られている。

この場合稀吸収液ポンプ２０及び中間濃度吸収液ポンプ
２１を設けた各管路９，３にそれぞれ流量制御弁を設け
、加熱用の燃料等の供給量調節と連動してその各管路に
おける吸収液循環量を制御して部分負荷時における冷凍
効率を高めたり、これら吸収液ポンプ２０．２１の流量
バランスを計ったりすることも判っている。

又、この様な従来の制御弁を用いることなく、特に機内
の圧力及び流動の変化つまり負荷の増減に応じて吸収液
循環系統において所要の流量と流量変化を比較的容易に
実現でき、従って所望の吸収液再生量の得られる制御弁
に比ベランニングコストを大巾に逓減できるフロート弁
を第１図に示すように吸収液循環系の管路に設けること
が考えられる。

すなわち、第１図では、高温再生器４の高濃度吸収液の
液出口にフロート弁室３７を設け、これにフロート弁４
０を装着したフロート３８を浮べる。

フロート弁４０と弁座３９とによってフロート弁室液面
が一定に保たれるようにして、これに接続した管路５か
ら高濃度吸収液をフラッシュ室３５、管路６、低温熱交
換器７を経て吸収器１５へ導く。

このようにすれば、従来の制御弁を用いず、単に機内の
圧力や流動の変化に影響されることなく、高温再生器で
の発生冷媒蒸気がフラッシュ室側へ逃げるのを防止し、
所望の吸収液再生量の調節が得られるが、この方式の欠
点はフロート弁の作動による打音のごとき騒音の発生、
弁座部への錆等異物の噛込み、フロート内部への液の漏
洩等である。

これらの欠点の排除のため本発明では、前記フラッシュ
室３５を設けた管路５の上流側を下方へＵ字形に形成し
、そのフラッシュ室３５側昇液部に所要の間隔を保って
２個のオリフィス、すなわち、上流側の第１のオリフィ
ス４７と後流側の第２のオリフィス４Ｂが設けである。

かくて、高温再生器４から管路５を流下する高濃度吸収
液が減じＵ字形管路の液面が下ると、第１のオリフィス
４７部では液柱による加圧圧力が減少しオリフィス部を
通過する自身の減圧によりフラッシュが初まる。

すると盛んに生じる気泡がＵ字形管路の外液部に充満し
てゆき第２のオリフィス４８に達し、第２のオリフィス
４８部を通過するための抵抗が増大して液の通過量が減
少し、Ｕ字形管路でのより以上の液面低下が止まるので
液シールの状態が保たれる。

従って吸収液制御弁やフロート弁と同様の機能が発揮さ
れ、負荷の増減に応じて所望の吸収液再生量が容易に得
られるものとなる。

勿論、管路５のフラッシュ室３５側昇液部に設けるオリ
フィスは２個に限らず、要望の複数個設けても同様の作
用が得られる。

以上のとおり構成された本発明の冷凍機における冷凍サ
イクル線図は定性的に第３図に示すようになる。

すなわち、縦軸に吸収液の飽和蒸気圧Ｐを、横軸に吸収
液濃度ξ１〜ξ５をとると、吸収器１５より低温熱交換
器７を通ってゆく間に吸収過程において温度および濃度
の下った稀吸収液は昇温して９から１０点に変わり、続
いて低温再生器に入ってその飽和点まで加熱され１０か
ら１の状態に変わり、さらに低温再生器１内で加熱され
て濃縮され、その濃度が半分増加して１から２点に移り
ξ２の濃度となる。

濃度がξ２の中間濃度吸収液は低温再生器１の出口２点
から中間濃度吸収液ポンプ２１にて加圧され管路を経て
高温再生器４に入り加熱されて飽和温度の状態４点に達
する。

高温再生器４内でさらに加熱を受は冷媒の蒸発によって
濃縮され、高濃度ξ４の吸収液となり４から５点に移り
、高温再生器４の出口から管路を通る途中でフラッシュ
室３５において減圧による自己蒸発作用にて液温か下る
と同時に濃縮され、高濃度ξ、の吸収液となり５から６
点に移る。

フラッシュ室３５から管路６に流入した高濃度吸収液は
途中で分岐管路３４により低温再生器１より高温再生器
４に送られる中間濃度吸収液の一部をバイパスして合流
させるため前述の所要の濃度ξ２に薄められる。

一方、バイパス中間濃度吸収液は合流しつつ混合して一
様の濃度および温度に変わり、２及び６からそれぞれ７
点に移り、これら混合液の高濃度吸収液が低温熱交換器
７を通る間に吸収器１５より低温再生器１に送られる稀
吸収液と熱交換してこれに熱を与え温度が下り７つ）ら
８点に変わる。

８から９点が吸収器１５における吸収作用過程での吸収
液の圧力及び濃度の変化の状態を示し、吸収器１５に入
って濃吸収液は、吸収器管群の管内を流れる冷却水で冷
やされながら管表面を流下する際に蒸発器１４からの冷
媒蒸気を吸収することにより、濃度がξ１まで低下して
下部の吸収液溜１９に溜る。

又、同時に温度も下る。

以上の実施例についての説明から明らかであるように、
本発明の構成によれば、高温再生器から吸収器に戻す高
濃度吸収液循環系にフラッシュ室を設けたから、従来方
式の高温熱交換器を不要とし、しかも高濃度吸収液は減
圧による自己蒸発作用にて濃縮されると同時に冷却する
こともできる。

又、高濃度吸収液循環系に設けたフラッシュ室の下流側
と低温再生器からの中間濃度吸収液を高温再生器に送る
管路に設けた中間濃度吸収液ポンプの吸込側又は吐出側
とを連通させた分岐管路を設けたから、熱損失が大きい
高温再生系統への循環量を減少させることができ、冷凍
サイクル効率を大巾に向上することができる。

又、前記フラッシュ室からの温度が下り濃度の上った高
濃度吸収液に中間濃度吸収液の一部をバイパスさせ流し
、その混合液を低温熱交換器を通して吸収器へ導ひくよ
うにしたから、通常温度が下って結晶の心配が生じる低
温熱交換器部においては適度の濃度に薄っており結晶の
心配が解消される。

又、前記分岐管路を中間濃度吸収液ポンプの吐出側に設
けると、より大きな低温熱交換器の圧力損失が許容でき
るので、前記混合液の流速を早め伝熱性能を向上させ低
温熱交換器の小形化が可能であり、従って高価な吸収液
の保有量を減少できるから経済的に極めて有益である。

更に、前記フラッシュ室の上流側の管路をＵ字形に形成
してそのフラッシュ室側外液部に所要の間隔とって複数
個のオリフィスを設けたので、従来の高温再生器での加
熱量に応じて低温再生器及び高温再生器に濃縮のために
送る稀吸収液及び中間濃度吸収液の流量を、それぞれ制
御する制御弁あるいはフロート弁を不要とし、高温再生
器とフラッシュ室間の液シールを確実に所望の吸収液再
生量を容易にかつ安価に得ることができる。

更に又、稀吸収液をまず低温側再生器で濃縮し残りの濃
縮を高温側再生器で行なうようにしたから、相対的に濃
度を従来方式に比して高めることができ、冷凍機全体を
大巾に小形化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吸収冷凍機の容量制御にフロート弁を用いた場
合の系統図、第２図は本発明の一実施例を示す系統図、
第３図は第２図の冷凍サイクル線図である。 １・・・・・・低温再生器、４・・・・・・高温再生器
、５・・・・・・Ｕ字形管路、７・・・・・・低温熱交
換器、１４・・・・・・蒸発器、１５・・・・・・吸収
器、１６・・・・・・凝縮器、１９・・・・・・吸収液
溜め、２０・・・・・・稀吸収液ポンプ、２１・・・・
・・中間濃度吸収液ポンプ、２２・・・・・・冷媒ポン
プ、３２・・・・・・冷媒液溜め、３４・・・・・・分
岐管、３５・・・・・・フ・ラッシュ室、４７，４８・
・・・・・オリフィス。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸収器からの稀吸収液を低温再生器で中間濃度に濃
   縮し、その中間濃度吸収液を高温再生器で高濃度に濃縮
   して吸収器へ循環させる多重効用吸収冷凍機において、
   高濃度吸収液循環系にフラッシュ室を設け、その上流側
   の管路をＵ字形に形成してそのフラッシュ室側外液部に
   複数個のオリフィスを設けると共にその下流側に中間濃
   度吸収液の一部をバイパスさせるようにしたことを特徴
   とする多重効用吸収冷凍機。