JPS6342291Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、吸収冷凍装置に関し、特に、濃縮吸
収剤流体を生成するための発生装置に関する。

一般に、吸収冷凍装置は、蒸発器と吸収器を有
する低圧側と、発生器と凝縮器を有する高圧側を
有しており、吸収性流体（通常臭化リチウム）と
冷媒流体（通常は水）を使用する。吸収剤流体は
吸収器内に収容し、冷媒流体は蒸発器内に収容
し、吸収器と蒸発器とを接続して冷媒蒸気が蒸発
器から吸収器へ流れることができるようにする。
吸収剤流体は、冷媒蒸気に対して親和性を有する
ので、蒸発器から吸収器へ流れてきた冷媒蒸気を
吸収する。この吸収により圧力降下を生じ冷凍系
統の高圧側と低圧側との間に圧力差を維持するの
を助成する。この吸収作用は、蒸発器内の圧力よ
り吸収器内の圧力を僅かに低くする働きをする。
そして吸収器と蒸発器との圧力差は、より多くの
冷媒蒸気を蒸発器から吸収器へ流す作用をし、そ
の結果、蒸発器内においてより多くの冷媒流体を
蒸発させる作用をする。かくして、蒸発器内に残
つている冷媒は、蒸発作用によつて冷却される。
この冷却作用を活用するために、蒸発器内に熱交
換コイルを配設し、該コイルを閉ループ状流体回
路の一部として冷凍負荷に接続する。この回路内
を通して熱伝達流体を循環させる。蒸発器内の冷
媒は、該蒸発器内に配置された熱交換コイル内を
通流する熱伝達媒体から熱を吸収する。そして、
この熱伝達媒体によつて冷凍負荷から熱を吸収さ
せる。

吸収剤流体は、冷媒蒸気を吸収するにつれてそ
の冷媒によつて稀釈され、冷媒蒸気に対する吸収
剤流体の親和力が減少する。吸収された冷媒を吸
収剤流体から分離して濃縮吸収剤流体を得るため
に、冷媒と吸収剤流体との稀薄溶液を吸収器から
発生器へポンプ送りする。発生器内に熱交換器を
配設し、該熱交換器内を通してスチームまたは温
水等の加熱された流体を循環させる。慣用の態様
により上記稀薄溶液は、上記熱交換器を完全に浸
漬させるように発生器内に収集する。熱交換から
稀薄溶液に熱が伝達され、その熱により、吸収剤
流体に吸収されていた冷媒を蒸発、すなわち「煮
出」（沸騰蒸発）させる。かくして吸収剤流体が
濃縮され、濃縮吸収剤流体は、高圧発生器から低
圧吸収器へ戻される。稀薄溶液から蒸発せしめら
れた冷媒蒸気は、凝縮器へ流れ、そこで該凝縮器
内に配置された熱交換器内を流れる冷却用液体に
よつて凝縮せしめられる。この冷却用液体は、凝
縮器を発生器より僅かに低い温度に維持し、その
結果、凝縮器内の圧力を発生器内の圧力より僅か
に低くする。これにより、冷媒蒸気は、自然に発
生器から凝縮器へ流れる。冷媒蒸気は、凝縮器内
で凝縮された後、該高圧凝縮器からそれより低圧
の蒸発器へ流れ、蒸発器内で新しいサイクルが始
まる。

冷媒流体を吸収剤流体との稀薄溶液から冷媒を
蒸発させるのに必要な、即ち濃縮吸収剤流体を発
生させるのに必要な熱は、例えば油炊き蒸気発生
装置のような任意の適当なエネルギー源によつて
供給することができる。油炊き蒸気発生装置のよ
うな、あるいはその他の慣用の熱源を使用する吸
収冷凍系統においては、吸収剤発生器内の熱交換
器内へ通される流体（スチーム等）は、熱交換器
に流入する前に約250〓（122.1℃）にまで加熱さ
れている。最近では、濃縮吸収剤流体を発生させ
るのに低温のエネルギー源を使用することに多く
の関心が向けられている。例えば、太陽エネルギ
ーや、地熱エネルギーや、いろいろな製造工程に
よつて発生する廃熱の利用に注意が向けられてい
る。これらの低エネルギー源は、通常200〓
（94.1℃）より高い温度の動作流体を提供するこ
とができず、一般に、170〓（77.3℃）あるいは
180〓（82.9℃）程度の流体を提供することが多
い。

低温エネルギー源を利用する吸収冷凍系統にお
いては、稀薄溶液を発生器内に収集して発生器内
の熱交換器を浸漬させるよりは、稀薄溶液を熱交
換器の上に吹きつけて（スプレー）該熱交換器管
の間を通して流下させる方が良好な結果が得られ
ることが判明した。その場合、熱は、熱交換器の
個々の熱交換管から溶液へ伝達され、それによつ
て該溶液から冷媒が蒸発し分離される。稀薄溶液
が熱交換器の管と管の間をぬつて流下するにつれ
て熱が連続的に溶液へ伝達され、溶液から蒸発す
る冷媒の量が増大する。即ち、熱交換器の頂部に
近いところでは少量の冷媒が稀薄溶液から蒸発せ
しめられるだけであるが、熱交換器の下方部分に
おいては比較的多量の冷媒が溶液から「煮出」さ
れる。

従来のスプレー式発生器においては、熱交換管
から該管の外向を被つて流下する溶液への熱伝達
率を阻害するいろいろな要因が存在する。例え
ば、熱交換器全体に対しての液体（溶液）の分布
が不均一である場合がある。熱交換器全体に亘つ
て管の外表面の単位面積当りの液体流量が均一で
あることが理想である。しかしながら、従来のス
プレー式発生器においては、熱交換管の表面の単
位面積当りの液体流量は、熱交換器の部位によつ
て異り、頂部近くにおいては流量が多少大きく、
底部近くにおける流量は僅かに小さい。このよう
な差が生じる主要な原因の１つは、溶液が熱交換
器の管の間を通つて流下するにつれて該溶液から
冷媒が分離され蒸発せしめられるので溶液の量が
減少することである。

この液体分布不均一の問題は、熱交換器管の間
を通る溶液から蒸発される冷媒蒸気の存在により
一層困つた問題になる。冷媒は蒸気になると、下
向きの液体流路から離れ、熱交換器から直接それ
より低圧の凝縮器の方へ流出する傾向があるが、
熱交換器の熱交換管はその蒸気を熱交換器の内部
に滞溜させようとすることにより蒸気の上方への
流出をしばしば妨害する。そして、熱交換器の内
部に滞溜した冷媒蒸気は、吸収剤を冷媒流体の溶
液を熱交換管の表面から引離し、管の表面を蒸気
膜で被覆しようとする。この「吹離し」作用（蒸
気が溶液を管の表面から引離す作用）は、熱交換
管から溶液への熱の伝達を阻害する。従つて、相
当多量の冷媒蒸気が発生するはずの熱交換器の底
部近くにおいて特にこの「吹離し」作用は重大な
問題となる。本考案によれば、発生器内の熱交換
器の各管と管の間の間隔を変えて、熱交換器の頂
部近くにおいては管の間隔を密にし、熱交換器の
底部近くにおいては管の間隔を段々に広くするこ
とによつて「吹離し」作用を回避し、液体の分布
を良好にし、スプレー式発生装置の性能を大幅に
改善することができることが判明した。

従つて、本考案の目的は、吸収冷凍装置を改良
することである。

本考案の他の目的は、吸収冷凍装置のための発
生器を改良することである。

本考案の他の目的は、優れた液体分布を有する
スプレー式発生器を備えた吸収冷凍装置を提供す
ることである。

本考案の更に他の目的は、吸収冷凍装置のスプ
レー式発生器における「吹離し」作用を最少限に
抑制することにある。

上記およびその他の目的は、本考案によれば、
多数の異る間隔で配置された熱交換管から成る熱
交換器を含む発生器を備えた吸収冷凍装置におい
て達成される。それらの熱交換管は、熱交換器の
頂部近くの部位においては間隔を密にして配列
し、熱交換器の底部近くにおいては間隔を広くし
て配列する。好ましい実施例においては、熱交換
管をほぼ平行な複数の列として配列し、上下に隣
接する管列間の間隔を下にいくほど大きくする。
また、同一列内の隣接する管と管の間の間隔は均
一にするが、それらの間隔を下の列におけるほど
大きくする。熱交換器は、吸収器からの稀薄溶液
が熱交換器上にスプレーされ、該熱交換器を通し
て流下するように発生器内に位置づけする。溶液
が密な間隔に配列された頂部の熱交換管の表面か
ら飛散して熱交換器の外方へこぼれるのを防止す
るために頂部の熱交換管は反せ板によつて覆う。
熱交換器の上方部分における密な重ね配列は、液
体の流れを遅滞または延引させ溶液の加熱を助成
する。また、熱交換器の下方部分においては流下
する液体の流量が減少するが、この部分における
熱交換管の間隔は広くしてあるので、これだけ下
方部分の管の表面積が小さくなり、従つて、熱交
換器全体に亘つて管表面の単位面積当りの液体流
量を一定に維持することができる。広い間隔で配
列した管は、また、熱交換器からの冷媒蒸気の流
出を容易にするので蒸気の「吹離し」作用を排除
する。

本考案のその他の利点は、添付図面を参照して
記述した以下の説明から一層明らかになろう。

説明の便宜上、ここで述べる吸収冷凍装置は、
吸収剤として吸湿性ブラインを使用し、冷媒とし
て水を使用する形式のものとする。臭化リチウム
が吸収剤として適当な物質であることが判明して
いるので、ここではこの塩を吸収剤として使用す
る装置に関連して説明する場合もあるが、本発明
は、その他の幾つかの周知の吸収剤−冷媒の組合
せのうちの任意のものを使用する吸収冷媒装置に
一般に適用しうるものであることを理解された
い。

また、本考案の好ましい実施例は、濃縮吸収剤
溶液を再生するために低温エネルギー源、特に、
太陽エネルギーを利用するように構成してある
が、低温のものでも、高温のものでも、多くの周
知のエネルギー源のうちの任意のもの、例えば慣
用のスチームボイラー、いろいろな製造工程から
発生する裸の熱エネルギー、あるいは地熱等も本
発明の実施に使用することができる。ここで用い
る「濃縮溶液」という用語は、臭化リチウムの濃
度が比較的高い溶液を意味し、「希薄溶液」とは、
臭化リチウムの濃度が比較的低い溶液を意味す
る。

第１図には、本考案に従つて構成した発生器を
有する吸収冷凍装置の概略図が示されている。こ
の冷凍装置は、高圧の上方殻体１０と、低圧の下
方殻体１２とから成る。吸収式冷凍機において慣
用されている構成に基いて下方殻体１２は仕切板
１４によつて２つの部分、即ち蒸発部１６と吸収
器部１８とに分割されている。上方殻体１０は、
皿２０と液体除去器２２によつて発生器部２４と
凝縮器部２６とに分離されている。

通常運転状態においては、例えば水等の冷媒が
蒸発器１６内に収容されており、冷媒蒸気が該蒸
発器から吸収器１８へ流れと該吸収器内において
臭化リチウム等の吸収剤流体によつて吸収され
る。この吸収により吸収器１８内に圧力降下が生
じ、その結果更に追加の蒸気を蒸発器１６から吸
収器１８へ移動させる。これによつて、更に多く
の冷媒が蒸発器１６内において蒸発し、蒸発器内
に冷凍効果を発生させる。この冷凍効果を活用す
るために、蒸発器１６内に配置した熱交換コイル
２８を通して水またはその他の適当な熱交換媒体
を流通させる。一般に冷却水コイルと称されるこ
の熱交換コイル２８は、水管３０，３２によつて
冷凍負荷に接続する。蒸発器１６内で蒸発する冷
媒は、冷却水コイル２８内を通る水から熱を吸収
し、一方、冷却された水は、冷凍負荷から熱を吸
収する。通常、水は約54〓（12.3℃）の温度で冷
却水コイル２８に流入し、約44〓（6.7℃）の温
度で流出する。

吸収剤流体は、冷媒蒸気を吸収するにつれて稀
釈され、冷媒蒸気を吸収する能力が減少する。濃
縮吸収剤流体を生成するために、吸収剤流体と冷
媒流体との比較的稀薄な溶液をポンプ３６によつ
て吸収器１８から管路３４を通して吸上げる。即
ち、ポンプ３６は、管路３８および後述する熱交
換器４０を通して発生器２４の頂部近くに配置さ
れているスプレーヘツダ４２へ溶液を送る。スプ
レーヘツダ４２は、稀薄溶液を熱交換管４６の束
から成る熱交換器４４の上にスプレーする。

熱交換器４４は、太陽熱収集器（図示せず）に
接続し、温水またはスチームを熱交換管４６を通
して通流させ、溶液へ熱を与えるようにする。こ
れらの熱交換管４６は、熱交換器４４の頂部に近
いところにおいては間隔を密にして配列する。こ
の密な配列は、熱交換器４４の上方部分の管と管
の間を通る溶液の流れを遅滞させる作用をすると
ともに、該上方部分における管の合計表面積を増
大させる。従つて、熱交換器の上方部分における
熱伝達表面積の単位当りの液体（溶液）流量を減
少させ、溶液の顕著な加熱を助成する。溶液が熱
交換器４４を通つて流下するにつれて熱交換管４
６の表面から溶液へ熱が伝達される。それによつ
て稀薄溶液が加熱され、該溶液から冷媒が蒸発し
始める。蒸発した冷媒は、熱交換器４４の側部か
ら僅かに蒸気圧の低い凝縮器２６の方に向つて流
出しようとする傾向を有する。

溶液が熱交換器４４を通して流下し、熱を吸収
し続けるにつれて、より多くの冷媒が溶液から蒸
発する。溶液が熱交換器４４の底部に達するまで
には比較的多量の冷媒が溶液から蒸発している。
この冷媒蒸気が凝縮器２６の方に向つて流れるの
を容易にするために、本考案によれば熱交換器４
４の下方部分においては熱交換管４６の間隔を広
くする。かくして、冷媒蒸気は、管４６によつて
熱交換器４４の領域内に閉じ込められることな
く、熱交換器から外へ流出し易くなる。このよう
に冷媒蒸気の流出を容易にすることにより蒸気が
熱交換器の内部に滞留するのを防止する。熱交換
器内に蒸気が滞留していると、そのような蒸気は
溶液を熱交換管４６の表面から引離し、管を蒸気
膜で覆うことになる。しかしながら、本発明の構
成によれば、溶液は、個々の熱交換管の表面に直
接接触することができる。それによつて、稀薄溶
液へ伝達される熱の量を最大限にし、該溶液から
蒸発される冷媒の量を最大限にする。熱交換器の
底部における熱交換管４６の間隔を広くしたこと
は、この部分における熱伝達表面積を減少させた
ことになり、従つて熱交換器の下方部分における
熱伝達表面の単位面積当りの液体流量を増大させ
る。従つて、熱交換管４６の間隔を上述のように
変えることにより、熱交換器の上方部分において
熱伝達表面の単位面積当りの液体流量が大きくな
り、下方部分において該流量を小さくなる傾向が
補償される。また、従来のスプレー式発生器の溶
液吹離し作用が回避される。

発生器２４には邪魔板４８を設ける。好ましい
実施例においては邪魔板４８は、熱交換器４４の
頂部を覆い、該熱交換器の側部を上から1/3の深
さのところまで囲うようにする。邪魔板４８は、
スプレーヘツダ４２から吹きつけられる溶液が熱
交換器の密に配列された頂部熱交換管４６にぶつ
かつて飛散し、熱交換器の領域の外へ散逸するの
を防止する。

熱交換器４４を流下した後、濃縮された溶液
は、発生器２４の底部に堆積し、該高圧の発生器
から管路６０を通り熱交換器４０を通つて流れ
る。熱交換器４０は、発生器２４からの比較的暖
い溶液の熱を吸収器１８からの比較的冷い溶液へ
伝達することによつて系の効率を高めるために使
用される。それによつて、吸収器からの稀薄吸収
剤溶液を発生器へ導入する前に予熱し、一方、発
生器からの濃縮吸収剤溶液を吸収器へ導入する前
に予冷却する。発生器からの吸収剤溶液は、熱交
換器４０を通過した後、流体通路６２を通つて低
圧吸収器１８内に配置されているスプレーヘツダ
６４へ流入し、該ヘツダから吸収器１８内の熱交
換器６６の上に噴射される。熱交換器６６は、例
えば慣用構造の冷却塔のような比較的冷い冷水源
（図示せず）に接続されている。かくして冷却さ
れた吸収器内の濃縮吸収剤溶液は、蒸発器１６か
らの冷媒蒸気を吸収し、それによつて蒸発器内に
おける冷凍効果を維持し続ける。

一方、発生器２４内において吸収剤溶液から蒸
発した冷媒は、液体除去器２２を通過して凝縮器
２６へ流入し、そこで熱交換器６８内の冷却水に
よつて冷却され凝縮される。熱交換器６８内を通
流する冷却水は、凝縮器内を発生器２４内より僅
かに低い温度にし、この温度差の結果として、凝
縮器内を僅かに低圧にし、それによつて冷媒蒸気
を発生器内の熱交換器４４から凝縮器２６の方へ
引きよせるようにする。熱交換器６８のための冷
却水の供給源は、吸収器１８内の熱交換器６６の
ための冷却水供給源と同じ供給源であつてよい。
この吸収冷凍装置は通常の構造のものであり、２
つの熱交換器６６と６８を直列に接続することが
できる。凝縮した冷媒は、凝縮器２６の底部へ落
下し、皿２０内にたまる。次いで、この液体冷媒
は、高圧凝縮器２６から流体管路７０を通つて低
圧蒸発器１６へ流れる。蒸発器１６には管路７４
を介して冷媒ポンプ７２を接続し蒸発器の底部に
たまつた冷媒を該蒸発器を通して再循環させる。
即ち、ポンプ７２は、蒸発器の底部から管路７４
を通して冷媒を抽出し、管路７６を通して蒸発器
内の冷却水コイル２８の上方に配置されたスプレ
ーヘツダ７８へ送給する。

本考案の好ましい実施例においては、第１図に
示されているように、熱交換管４６を複数のほぼ
平行な列として配置し、管列と管列の上下の間隔
は第１図でみて下方部分にいくほど大きくする。
更に、各同一列内の隣接管の間隔は等間隔とする
が、下方の列におけるほど管と管の間隔を広くす
る。このような特定の空間的配列は本考案の必ず
しも必要の要件ではなく、その他の幾何学的構成
を採用しうことは当業者には明らかであろう。例
えば、第２図に示されるように、管を頂部組、中
央組、底部組の３つの組として配列し、各組の組
内の隣接管の間隔は等間隔にするが、他の組の管
間隔とは異るようにする。即ち、頂部の組の管は
密な間隔とし、底部組の管の間隔は広くし、中央
組の管の間隔は中間程度にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に従つて構成した発生器を有す
る吸収冷凍装置の概略図、第２図は本考案の別の
実施例による再生器の概略図である。 図中、１６は蒸発器、１８は吸収器、２４は発
生器、２６は凝縮器、４２はスプレーヘツダ、４
４は熱交換器、４６は熱交換管、４８は邪魔板。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 冷媒と吸収剤流体との溶液を加熱して該溶液
   から冷媒を分離して濃縮吸収剤流体を生成する
   ようにした吸収冷凍装置に使用するためのもの
   であつて、冷媒と吸収剤流体との溶液を下向き
   にスプレーするためのスプレーノズル４２と、
   該スプレーノズルの下に配置され、実質的に平
   行な、ほぼ水平な多数の熱交換管４６の束から
   成る熱交換器４４と、前記溶液へ熱を伝達して
   該溶液から冷媒を分離するために前記各熱交換
   管４６内を通して比較的暖い流体を通流させる
   ための手段とを有する、前記溶液を加熱するた
   めの発生器２４において、 前記熱交換器４４の頂部分を流下する前記溶
   液の流れを遅滞させて該溶液の顕著な加熱を助
   成させるように該熱交換器の頂部分においては
   熱交換管４６の間隔を密にし、熱交換器の下方
   部分においては、前記溶液から分離された冷媒
   が該熱交換器から流出するのを容易にするため
   に、熱交換管４６の間隔を広くし、溶液が熱交
   換管から飛散して熱交換器の領域外へ放出され
   るのを防止するために熱交換器の頂部を覆う邪
   魔板４８を設けたことを特徴とする発生器。 ２ 前記熱交換管４６の束はほぼ平行な複数の列
   として配列し、それらの列と列の間の間隔は管
   束の下方にいくほど大きくし、かつ、１つの列
   内の管と管の間の間隔も管束の下方にいくほど
   大きくしたことを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の発生器。 ３ 前記管束は、密な間隔で配列した第１組の熱
   交換管４６と、広い間隔で配列した第２組の熱
   交換管４６とを含むことを特徴とする実用新案
   登録請求の範囲第１項記載の発生器。 ４ 前記邪魔板４８は、熱交換器４４の上方部分
   約1/3を覆うようにしたことを特徴とする発生
   器。