JP2004019986A - 吸収冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸収冷凍機の吸収器における抽気装置を小型化・高効率化した吸収冷凍機を提供する。
【解決手段】吐出ノズル３３と吸引管２０とを有する抽気装置を吸収器内に設け、この吐出ノズル３３と吸引管２０とを伝熱管に平行に配置して、吐出ノズル３３を、溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を導く流路に接続するとともに、吸引管２０を溶液循環ポンプの吸入側に導く流路に接続して、吸収器内の不凝縮ガスを抽気する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル等の空調設備の熱源として使用される吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収冷凍機には吸収液として、一般に臭化リチウム水溶液が使用されている。臭化リチウム水溶液は腐食性が強い溶液であるために、インヒビター（腐食抑制剤）が加えられているが、高温環境では特に腐食が進行する。吸収液による腐食では、吸収液と本体の素材である鉄との反応から水素ガスを発生する。また、吸収冷凍機では、機器全体が大気圧より負圧であるため微量の空気が浸入する。高温再生器で発生した水素ガスを主成分とする不凝縮ガスは、冷媒蒸気とともにまず凝縮器に集まる。凝縮器に流入した冷媒蒸気は伝熱管の表面において凝縮し水滴となって落下するが、不凝縮ガスは凝縮しないため伝熱管の周りに滞留し、冷媒蒸気の流れを阻害する。
【０００３】
また、一部の不凝縮ガスは、液冷媒の中に溶け込んで蒸発器に送られる。蒸発器内で開放された不凝縮ガスは、冷媒蒸気とともに吸収器に流れ込む。吸収器において、冷媒蒸気は吸収液に吸収されるが、不凝縮ガスは吸収されることがないため、伝熱管の周りに滞留し蓄積されて冷媒蒸気の流れを阻み熱交換を阻害する。したがって、不凝縮ガスの蓄積は吸収冷凍機の冷凍性能を低下させる。このため、不凝縮ガスを機器外に放出するための抽気装置が必要となる。
【０００４】
従来、抽気装置として、たとえば特開平７−１２０１１０号公報、特開平９−２０３５６８号公報などに開示されるものがあり、吸収液の一部を用いてエゼクタを駆動し、冷媒蒸気とともに不凝縮ガスを抽気している（従来技術１）。
また、特開平１０−８９８１４号公報、特開平１０−２９２９５９号公報などに記載されるように、吐出ノズルと吸引管とを伝熱管に垂直に配置して抽気する抽気装置も知られている（従来技術２）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１で知られるように、エゼクタを用いて吸収器の抽気を行うものでは、抽気するガスを吸収器からエゼクタに導く抽気配管が必要となる。不凝縮ガスを抽気するには冷媒蒸気とともに不凝縮ガスを吸引することになるため、抽気配管には不凝縮ガスの何倍もの冷媒蒸気が流れる。そのため、抽気配管には流動抵抗が生じ、吸収器とエゼクタとの間には大きな圧力損失が生じる。吸収器は、通常１／１００気圧程度の真空であるため、そこより低圧の環境を作り出してガスを吸引する抽気装置にとっては、抽気配管の圧力損失は大きな効率低下の要因となる。また、吸収器の外側に備えられるエゼクタはそれ自体が大きな空間を占める。
また従来技術２では、吐出ノズルと吸引管とを伝熱管に垂直に配置する構成であるため、吸収器内の上下の部分において伝熱管が障害となり、したがって障害部分の空間において伝熱管を配置することができなくなる、ということに対して配慮されていなかった。
【０００６】
本発明の目的は、抽気装置の吐出ノズルと吸引管とを吸収器もしくは凝縮器内において伝熱管と平行に配置することによって障害となる伝熱管を減らし、これによって省スペース化し、小型化した吸収冷凍機を提供することにある。
また本発明の目的は、不凝縮ガスを抽気する抽気作用を吸収器内で行い、抽気配管を不要にし圧力損失をなくして抽気効率の向上を図り、小型化することができる吸収冷凍機を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る吸収冷凍機は、蒸発器、伝熱管を配置された吸収器、凝縮器、再生器、溶液循環ポンプを接続して吸収冷凍サイクルを構成し、溶液と不凝縮ガスとを分離する気液分離器を備える吸収冷凍機において、吐出ノズルと吸引管とを有する抽気装置を前記吸収器内に設け、この吐出ノズルと吸引管とを前記伝熱管に平行に配置して、前記吐出ノズルを、前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を導く流路に接続するとともに、前記吸引管を前記溶液循環ポンプの吸入側に導く流路に接続して、吸収器内の不凝縮ガスを抽気するものである。
【０００８】
抽気装置の吐出ノズルと吸引管とを吸収器もしくは凝縮器内において伝熱管と平行に配置することによって障害となる伝熱管が減り、これによって省スペース化され、吸収冷凍機を小型化することができる。不凝縮ガスを抽気する抽気作用を吸収器内で行い、抽気配管を不要にし圧力損失をなくすことによって抽気効率の向上が図られ、吸収冷凍機が小型化する。
より詳しくは、前記吐出ノズル内に溶液に旋回流を与える羽根を設けるものである。
【０００９】
また、前記溶液循環ポンプの吐出溶液を冷却した後、前記抽気装置の吐出ノズルに導くと、さらに抽気効率の向上が図れる。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る吸収冷凍機の他の発明は、蒸発器、伝熱管を配置された吸収器、凝縮器、再生器、溶液循環ポンプを接続して吸収冷凍サイクルを構成する吸収冷凍機において、吐出ノズルと吸引管とを有する抽気装置を前記吸収器内に設け、この吐出ノズルと吸引管とを前記伝熱管に平行に配置して、前記吐出ノズルを、前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を蒸発器内で冷却した後に導く流路に接続するとともに、前記吸引管を前記溶液循環ポンプの吸入側に導く流路に接続し、吸収器内の不凝縮ガスを抽気するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の吸収冷凍機に係る第１の実施例の系統図で、吸収液に臭化リチウム水溶液を使用する例である。
吸収冷凍機は、蒸発器１、吸収器２、凝縮器３、低温再生器４、高温再生器５、溶液循環ポンプ７を主な構成機器として二重効用サイクルを構成する。その他、冷媒である水を循環させ散布するための冷媒ポンプ６、溶液同士で熱交換させる低温熱交換器８及び高温熱交換器９を備えている。
【００１２】
蒸発器１には伝熱管１０が配置され、管内側に冷水を流し、管外側に冷媒が散布される。蒸発器１及び吸収器２は、ほぼ同程度の１／１００気圧程度の圧力であり、蒸発器１は低圧であることから冷媒が蒸発する。この時の蒸発潜熱を伝熱管１０内の冷水から奪うことで冷水はより低温となる。蒸発器１で蒸発した冷媒は吸収器２へ流入し、吸収器２内で散布される溶液によって吸収される。吸収器２には伝熱管１１が配置され、管内側に冷却水を流し、管外側に吸収液を散布している。吸収液が冷媒蒸気を吸収する時に生じる凝縮潜熱を冷却水が奪うことにより吸収器２での吸収作用が進行する。冷媒を吸収して濃度が低下した吸収液は溶液循環ポンプ７で加圧され、まず低温熱交換器８に流れる。低温熱交換器８では再生器５から戻ってくる高濃度の溶液と熱交換し、低濃度の溶液は温度が上昇する。
【００１３】
本実施例は、低温熱交換器８を出て温度が上昇した低濃度の溶液を分岐させ、一方を低温再生器４、他方を高温再生器５側に送る、いわゆるパラレルフローを用いた二重効用サイクルを示している。高温再生器５に送られる溶液はまず、高温熱交換器９を通る。ここでは高温再生器５から戻ってくる溶液と熱交換し、さらに温度が上昇する。この温度が上昇した低濃度の溶液を高温再生器５で加熱することで、溶液から冷媒を蒸発させる。高温再生器５では、燃料（たとえば燃料ガス）を用いた燃焼熱や、ボイラーで生成した蒸気、その他の設備で生じる廃熱などを熱源に用いることで加熱する。高温再生器５で生じた冷媒蒸気は低温再生器４に送られる。
【００１４】
高温再生器５で、冷媒を蒸発させて濃度の上昇した溶液は高温熱交換器９に戻り、ここで高温再生器５へ流れる低濃度の溶液と熱交換して温度が低下する。高温熱交換器９を出た高濃度の溶液は低温再生器４から戻ってくる溶液と合流して低温熱交換器８に送られる。低温再生器４には伝熱管１３が配置され、管内側に高温再生器５で生じた冷媒蒸気を流し、管外側に吸収液が散布される。低温再生器４に送られた低濃度の溶液は、伝熱管１３で加熱されて冷媒蒸気を蒸発させる。冷媒を蒸発させて濃度の上昇した溶液は、低温再生器４をでて高温再生器５からの戻りの溶液と合流する。合流した高濃度の溶液を低温熱交換器８に送るにあたっては、溶液ポンプを使用することもあるが、本実施例では省略している。
【００１５】
低濃度の溶液と熱交換器して温度低下した高濃度の溶液は、吸収器２に送られ吸収液として再使用される。高温再生器５で生成された冷媒蒸気は、低温再生器４の伝熱管１３で溶液に熱を与えて管内で凝縮し、凝縮した冷媒は凝縮器３に送られる。低温再生器４の管外で蒸発して生成された冷媒蒸気も凝縮器３に送られる。凝縮器３には伝熱管１２が配置され、管内側に冷却水を流し、管外側で冷媒蒸気を冷却し、冷媒蒸気を凝縮させている。凝縮器３で生成された液冷媒は配管３５によって蒸発器１に送られることで１サイクルが終了し、以下このサイクルが繰り返される。
【００１６】
吸収器２内に滞留する不凝縮ガスを抽気するため、抽気装置１４が吸収器２内に設けられている（本実施例では、１個の例であるが、たとえば２個であってもよい）。抽気装置１４は、溶液循環ポンプ７で加圧された吐出側溶液の一部を分岐させ、配管（もしくは流路）１９で送られてくる溶液を駆動流体として使用する。
【００１７】
図２は、抽気装置の断面図、図３は、抽気装置の要部斜視図である。配管１９に吐出ノズル３３が取り付けられており、この吐出ノズル３３内には旋回羽根３３ａが形成されて吐出溶液に旋回流を与え、溶液と不凝縮ガスとの混合を促進し、抽気効率を向上させる作用をしている。吐出ノズル３３の吐出口３３ｂに対向して吸引管２０が配置され、かつ吐出ノズル３３と吸引管２０とは伝熱管１１と平行に配置されている。吐出ノズル３３と吸引管２０とを、伝熱管１１に平行に配置することによって抽気装置１４と伝熱管１１との配置上の干渉部分が少なくなり、伝熱管を垂直に配置する場合に比較して伝熱管１１を、より多く配置することができ、熱交換効率を高めることができる。もしくは、同等の熱交換量を得る場合には、吸収器２を省スペース化できる。溶液を伝熱管１１と平行な方向に噴射することで、冷媒蒸気とともに不凝縮ガスを吸引管２０によって吸引し、抽気作用を行う。この吸引管２０の内径は吐出口３３ｂの内径より大きくする。すなわち吐出ノズルノズル３３の内径を小さくすることによって噴射流速を増加させることができ、これによって吸引作用が、より効果的に行われるようになる。
【００１８】
配管１９によって送られた溶液は、吐出ノズル３３によって噴射され、旋回流となって吐出ノズル３３の周囲にある冷媒蒸気とともに不凝縮ガスを抽気して（実線矢印で示す）配管２０に吸引される。吐出ノズル３３から噴射された溶液が不凝縮ガスを取り込ためには、噴射された溶液と不凝縮ガスとが十分に混じり合って流れることが必要であり、この混合は配管２０内で行われる。そのため、配管２０の直線部（Ｌ）はその流入口から内径（Ｒ）の概ね４倍以上の長さにすることが好ましい（すなわちＬ＞４Ｒ）。Ｌ＜４Ｒであると、溶液と不凝縮ガスとの混合作用が低下して、不凝縮ガスが配管２０内に取り込まれず、抽気効率が低下する。
【００１９】
図１に戻って、不凝縮ガスを取り込んだ溶液は、溶液循環ポンプ７の吸い込み側配管２０に送られる。吸収器２で抽気された不凝縮ガスは、吸収器２を出た溶液とともに溶液循環ポンプ７で加圧され、溶液の循環サイクルで運ばれる。溶液によって運ばれた不凝縮ガスは、低温再生器４及び高温再生器５で溶液が冷媒蒸気を蒸発させるのと同時に放出される。低温再生器４で放出された不凝縮ガスは、冷媒蒸気とともに凝縮器３に流れ込み、高温再生器５で放出された不凝縮ガスは冷媒蒸気とともに低温再生器４を通り、凝縮器３に流れ込む。凝縮器３に集められた不凝縮ガスは、凝縮器３に接続された抽気装置１５によって抽気される。
【００２０】
抽気装置１５の具体的手段として、本実施例では溶液駆動のエゼクタを用いている。溶液循環ポンプ７の吐出溶液の一部を配管２１でエゼクタに導いてエゼクタを駆動し、冷媒蒸気とともに不凝縮ガスを抽気する。抽気した溶液は、配管２２内で冷媒蒸気を吸収する。配管２２は気液分離器１６に接続されており、不凝縮ガスと混合した溶液は気液分離器１６に導かれる。ここで不凝縮ガスと溶液とは分離され、溶液はその滞留部と溶液循環ポンプ７の吸い込み側とを接続する配管２３を流れ、溶液循環ポンプ７の吸い込み側配管に戻される。気液分離器１６で分離された不凝縮ガスは、配管２５を流れて貯気タンク１７に導かれる。
【００２１】
貯気タンク１７の限られた容積で効率よく不凝縮ガスを貯蔵するには、不凝縮ガスを加圧できることが好ましい。気液分離器１６を吸収器２より高圧に保ち、貯気タンク１７の不凝縮ガスを加圧するために、気液分離器１６から溶液を溶液循環ポンプ７の吸い込み側に戻す際、戻り配管２３を所定の高さ（高さは、不凝縮ガスの加圧程度に応じて異なる）まで立ち上げ、立ち上げた最上部に配管２４を接続して吸収器２の気相部と連通させ、配管２３の最上部を吸収器２と均圧化する。その上で戻り配管２３を降ろして溶液循環ポンプ７の吸い込み側に接続する。このような構成にすることで、戻り配管２３の最上部と気液分離器１６との高さの差分の液圧が気液分離器１６にかかる。
【００２２】
気液分離器１６が加圧されと不凝縮ガスにも等しい圧がかかり、貯気タンク１７内の不凝縮ガスが圧縮される。貯気タンク１７にある程度不凝縮ガスが貯まると、水駆動のエゼクタ１８を働かせ不凝縮ガスを大気に排出する。ただし通常は、貯気タンク１７とエゼクタ１８との間の配管２６に設けた弁２７を閉じておき、エゼクタ１８は作動させない。弁２７には、たとえば、エゼクタ１８を作動させる時のみ開放するように制御された電磁弁を用い、安全のために２個直列に用いるとよい。また、同時に弁２７には逆止弁も併用して、空気が器内に流入してこないよう二重に防止しておく。エゼクタ１８の駆動には、蒸発器１に流す冷水を用いるのが手近にある駆動源としてよい。冷水をエゼクタ１８に導く配管２８には弁２９を設け、通常は閉鎖しておく。貯気タンク１７に不凝縮ガスが貯まり、ガスを排出する必要が生じた時のみエゼクタを作動させるため、弁２９には電磁弁を用いることが好ましい。
【００２３】
本実施例によれば、吸収装置の吐出ノズルと吸引管とを、伝熱管に平行に配置することによって、抽気装置と伝熱管との配置上の干渉部分が少なくなり、伝熱管を垂直に配置する場合に比較して伝熱管を、より多く配置することができ、熱交換効率を高めることができる。もしくは、同等の熱交換量を得る場合には、吸収器を省スペース化し、吸収冷凍機を小型化できる。
また、不凝縮ガスを抽気する抽気作用を吸収器内で行い、抽気配管を不要にすることによって圧力損失をなくし、これによって抽気効率の向上を図ることができる。
【００２４】
図４は、本発明の吸収冷凍機に係る第２の実施例の系統図である。図１と同等部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００２５】
本実施例は、溶液循環ポンプ７から抽気装置１４の吐出ノズル３３に溶液を送る配管３１を、吐出ノズル３３に接続する前に、蒸発器１の冷媒の滞留部に通していることである。抽気に用いる溶液を、温度の低い蒸発器１の冷媒滞留部に通すことによって、溶液を冷却することができる。溶液の噴射によって不凝縮ガスを吸引する場合、吸引する空間すなわち抽気装置１４内は溶液の飽和圧以下には低下することがないため、溶液の飽和圧が高い場合は効率的な抽気を望めない。溶液は温度を下げることにより飽和圧を下げることができるため、抽気溶液の冷却は抽気効率の向上につながる。
【００２６】
抽気溶液の冷却手段としては上記以外にも冷却水を用いる方法、冷水を用いる方法がある。本実施例のように冷媒を冷熱源に用いる場合においても、溶液配管３１を蒸発器１の内部に通して直接配管と冷媒とを接触させて冷却する方法と、溶液配管３１を蒸発器１の壁に接触させて、間接的に冷却する方法とがあるが、いずれの方法によっても有効に冷却することができる。
【００２７】
また、蒸発器及び吸収器を２段構成にして、低圧の蒸発・吸収器及び高圧の蒸発・吸収器を構成する場合、抽気のための溶液を冷却することで抽気効果を高めることができる。蒸発器及び吸収器を２段構成にした場合、低圧側の吸収器により不凝縮ガスが集まり易くなるため、抽気装置を低圧側の吸収器に設けることで抽気を効果的に行えるようになる。しかし、溶液は高圧側の吸収器でも吸収を行い、濃度が低下した溶液になっているため、溶液温度に対する飽和圧力は上昇している。このため、この溶液を抽気に用いた場合の抽気能力は低い。よって、溶液を冷却して飽和圧力を下げたうえで抽気に用いることで、効率のよい抽気が可能になる。
【００２８】
次に、気液分離器１６からの溶液戻り配管３２を吸収器２に接続していることである。この場合、配管３２と吸収器２との接続場所は気相部であって、気液分離器１６に液圧をかけるために、配管３２を所定の高さの位置に接続している。これにより、配管を簡略化することができる。
本実施例によれば、抽気のための溶液を冷却することで抽気効果を高めることができ、また配管を簡略化することができる。
【００２９】
図５は、本発明の吸収冷凍機に係る第３の実施例の系統図である。図１、２と同等部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。図１、２の実施例との違いは、凝縮器３の抽気を抽気装置３３で行うことである。抽気装置３３の構造は、図２に示す抽気装置と同構造のものである。
【００３０】
本実施例によれば、凝縮器の抽気を図２に示す抽気装置を用いることによって、凝縮器の省スペース化を図ることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、抽気装置の吐出ノズルと吸引管とを吸収器もしくは凝縮器内において伝熱管と平行に配置することによって省スペース化し、小型化した吸収冷凍機を得ることができる。
また本発明によれば、不凝縮ガスを抽気する抽気作用を吸収器内で行い、抽気配管を不要にし圧力損失をなくすことによって抽気効率の向上を図り、小型化した吸収冷凍機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の吸収冷凍機に係る第１の実施例の系統図である。
【図２】図１の実施例における抽気装置の拡大図である。
【図３】図１の実施例における抽気装置の要部斜視図である。
【図４】本発明の吸収冷凍機に係る第２の実施例の系統図である。
【図５】本発明の吸収冷凍機に係る第３の実施例の系統図である。
【符号の説明】
１　蒸発器
２　吸収器
３　凝縮器
４　低温再生器
５　高温再生器
７　溶液循環ポンプ
１０〜１３　伝熱管
１４　抽気装置
１５　溶液駆動エゼクタ
１６　気液分離器
１７　貯気タンク
１８　水駆動エゼクタ
３３　ノズル

Claims (7)

1. 蒸発器、伝熱管を配置された吸収器、凝縮器、再生器、溶液循環ポンプを接続して吸収冷凍サイクルを構成し、溶液と不凝縮ガスとを分離する気液分離器を備える吸収冷凍機において、
   吐出ノズルと吸引管とを同軸上に有する抽気装置を前記吸収器内に設け、
   この吐出ノズルと吸引管とを前記伝熱管に平行に配置して、前記吐出ノズルを、前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を導く流路に接続するとともに、前記吸引管を前記溶液循環ポンプの吸入側に導く流路に接続して、吸収器内の不凝縮ガスを抽気することを特徴とする吸収冷凍機。
2. 前吸収器内において、前記吐出ノズルと吸引管とを同軸上に有した抽気装置を、この吐出ノズルの同軸上に複数配列することを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
3. 前記吐出ノズル内に溶液に旋回流を与える羽根を設けることを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
4. 前記吸引管の直線部を、吸引管内径の４倍以上の長さにすることを特徴とする請求項３記載の吸収冷凍機。
5. 前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を蒸発器内で冷却した後、前記抽気装置の吐出ノズルに導くことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
6. 前記吸収器を低圧吸収器と高圧吸収器とで構成し、前記低圧吸収器内に抽気装置を設けることを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機。
7. 蒸発器、伝熱管を配置された吸収器、凝縮器、再生器、溶液循環ポンプを接続して吸収冷凍サイクルを構成し、溶液により駆動されるエゼクタ、溶液と不凝縮ガスとを分離する気液分離器、不凝縮ガスを溜める貯気タンク、貯気タンクに接続する弁、水により駆動するエゼクタを備える吸収冷凍機において、
   吐出ノズルと吸引管とを同軸上に有する抽気装置を前記吸収器内に設け、
   この吐出ノズルと吸引管とを前記伝熱管に平行に配置して、前記吐出ノズルを、前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を導く流路に接続するとともに、前記吸引管を前記溶液循環ポンプの吸入側に導く流路に接続し、
   前記溶液循環ポンプの吐出溶液の一部を導いて駆動するエゼクタを設け、このエゼクタの吸引部を前記凝縮器に接続するとともに、このエゼクタの溶液流出部を前記気液分離器に接続し、
   この気液分離器より上部に前記貯気タンクを配置し、この気液分離器の気相部と貯気タンクを接続するとともに、この気液分離器の液相部に接続する配管を所定の高さまで立ち上げた後に、前記溶液循環ポンプの吸入側もしくは前記吸収器に接続し、
   前記貯気タンクと水により駆動する前記エゼクタの吸引部を弁を介して接続し、このエゼクタの水の流出部を前記吸収冷凍機の外部に開放し、
   前記吸収器で抽気した不凝縮ガスを前記溶液循環ポンプにより前記凝縮器に導き、この凝縮器から前記エゼクタおよび気液分離器を通じて貯気タンクに不凝縮ガスを導き、前記エゼクタで不凝縮ガスを外部に放出することを特徴とする吸収冷凍機。

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