JPH0711367B2 - 吸収式冷凍サイクル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空冷の吸収式冷凍サイクルに関する。

〔従来の技術〕

まず、冷媒として水、吸収剤としてリチウムブロマイド
（LiBr）を使用した吸収式冷凍サイクルを第１図により
説明する（特公昭46−32384号）。

冷媒である水は、低圧に保たれた蒸発器１のシエル内に
あつて、冷水管２内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し
冷凍の目的を達する。蒸発した冷媒ガスは吸収器３に向
つて流れる。吸収器３のシエル内には管４内を流れる冷
却水によつて一定温度に保たれた臭化リチウムの水溶液
があり、蒸発した冷媒ガスは、この溶液中に吸収され、
希溶液となつて溶液循環ポンプ５により低温熱交換器６
に送られる。ここを出た希溶液は二分され、そのうち一
方は直接低温再生器７に送られ、他方はさらに高温熱交
換器８を経て、高温再生器９に送られる。高温再生器９
の中には、ボイラ10があつて、このボイラ10による加熱
によつて希溶液から冷媒蒸気を蒸発させ濃溶液と冷媒蒸
気に分離する。冷媒蒸気は、低温再生器７の管内に供給
されシエル内に送られてきた希溶液を加熱して、濃溶液
と冷媒蒸気とに分離する。このようにして高温再生器９
および低温再生器７で溶液から分離された冷媒ガスは共
に凝縮器11に至り、冷却水管４内を通る冷却水により冷
却されて液冷媒にもどり、管12を経て蒸発器１に設け、
冷媒サイクルを一巡する。また高温再生器９で冷媒を蒸
発したあとの濃溶液は高温熱交換器８を経て、低温再生
器７から来た濃溶液と合流したのち低温熱交換器６を経
て吸収器３にもどつて再び蒸発器１からの冷媒蒸気を吸
収して希溶液となり溶液サイクルを一巡する。13は冷媒
ポンプで、蒸発器１内の冷媒を循環させるためのもので
ある。

第１図に示したように蒸発器１の温度は約４℃、吸収器
３を出る吸収液の温度は40℃、高温再生器９の温度は約
150℃である。

〔発明が解決しようとする課題〕

このうち特に重要な温度は吸収器３の動作温度であつ
て、リチウムブロマイド水溶液において結晶を発生しな
いためにはあまり高くない温度であることが必要であ
る。また二重効用吸収式サイクルにおいては、高温再生
器の温度が高いと、腐食を考慮して耐用年数を十分長く
できないことや、大気圧をこえない動作をさせるために
も、吸収器３や凝縮器11の温度を高くすることは好まし
くない。

これらの見地から、通常の構成では吸収器出口の吸収液
の温度と凝縮器の動作温度は40℃程度にとらねばならな
ない。

一方、水−リチウムブロマイド吸収式冷凍機は従来、吸
収器および凝縮器は冷却水によつて冷却されているもの
がほとんどであつた。特に二重効用吸収式冷凍サイクル
では吸収器および凝縮器を空気で冷却することは不可能
であつた。これは盛夏期の冷却空気の条件によると空気
冷却による熱交換でえられる吸収器あるいは凝縮器の動
作温度は50℃程度であり、すでにのべたような40℃程度
の動作温度を実現することができなかつたからである。

すなわち盛夏期にえられる外気温度は32〜35℃程度であ
り、したがつて吸収器（あるいは凝縮器）を冷却した後
の空気の温度は40〜45℃となる。これに熱伝達のために
必要な温度差を加えると、吸収器（凝縮器）の動作温度
は約50℃となり、前能したような約40℃の動作温度は実
現できないからである。

吸収式冷凍サイクルで冷却を必要とする部分は凝縮器の
温度，熱交換器から吸収器に流入する吸収液の温度，吸
収器から流出する吸収液の温度など10〜20℃異なつた温
度で動作している。

また冷却空気も外気温度から、吸収器あるいは凝縮器を
冷却した後に放出される温度まで10℃程度の温度差があ
る。

本発明の目的は、上記異なつた温度レベルを有効に活用
し、低い温度の必要な部分を低い温度の空気で冷却する
ことによつて、冷却水で冷却される吸収式冷凍サイクル
と同程度の低い吸収器および凝縮器の動作温度を実現す
る吸収式冷凍サイクルを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、高温再生器、低温
再生器、蒸発器、凝縮器、空気で冷却する複数の吸収器
及び溶液ポンプを動作的に配管接続してなる吸収式冷凍
サイクルにおいて、前記複数の吸収器上部の冷媒蒸気の
導入部を互に連通するように吸収器を配置して前記蒸発
器で発生した冷媒蒸気を吸収器に並列に導入すると共
に、前記高温再生器及び低温再生器からの吸収液が前記
複数の吸収器に直列に流れるように前記溶液ポンプを介
して前記吸収器を接続し、この吸収器の冷却空気の入口
温度に近い空気と吸収液の出口温度に近い吸収液とを吸
収液が流れる流路の壁面を介して熱交換させ、吸収器か
ら出る冷却空気の温度よりも吸収器出口の吸収液の温度
が低くなるように熱交換させるものである。

又、本発明は上記目的を達成するために、高温再生器、
低温再生器、蒸発器、凝縮器、空気で冷却する複数の吸
収器及び溶液ポンプを動作的に配管接続してなる吸収式
冷凍サイクルにおいて、前記複数の吸収器上部の冷媒蒸
気の導入部を互に連通するよに吸収器を配置して前記蒸
発器で発生した冷媒蒸気を吸収器に並列に導入すると共
に、前記高温再生器及び低温再生器からの吸収液が前記
複数の吸収器に直列に流れるように前記溶液ポンプを介
して前記吸収器を接続し、この吸収器の冷却空気の出口
温に近い空気と吸収液の入口温度に近い吸収液とを吸収
液が流れる流路の壁面を介して熱交換させ、吸収器から
出る冷却空気の温度よりも吸収器出口の吸収液の温度が
低くなるように熱交換させるものである。

又、本発明は凝縮器及び空気で冷却する吸収器を用いる
吸収式冷凍サイクルにおいて、吸収器冷却空気の入口温
度に近い空気もしくは出口温度に近い空気と、吸収器吸
収液の出口温度に近い吸収液もしくは入口温度に近い吸
収液とを伝熱壁を介してそれぞれ熱交換させるものであ
る。

更に本発明は、凝縮器及び空気で冷却する吸収器を用い
る吸収式冷凍サイクルにおいて、前記吸収器を冷却した
空気を吸収液の上流側吸収器へ導く手段を設けるもので
ある。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第２図〜第９図により説明す
る。

第２図はその一実施例であつて、第１図の吸収器３を空
気冷却にしたもので、この吸収器３は垂直方向（もしく
は斜め方向）に配置される。低温再生器7,高温再生器９
から熱交換器8,6を通つた温度が高くかつ濃度が濃い吸
収液23が吸収器27の被冷却側の上方に散布され壁面22を
伝わつて冷却され、又冷媒蒸気24を吸収しながら下方に
流れてゆく。一方伝熱壁を介した反対側の面はフイン25
などを備えた空気による冷却面であり、冷却空気19は下
の方から上の方へ流れてゆく。

このようにすると、吸収器27の出口28の溶液の温度は冷
却空気の入口温度、すなわち外気温度に必要な伝達温度
差（数℃〜10℃）を加えたものとなり、吸収液出口28の
温度は40℃程度とすることができる。

第３図は第２図の変形であつて、吸収器の冷媒蒸気を吸
収する部分と空気冷却熱交換器とを近設できない場合に
空気冷却器の壁面26と吸収器の冷却壁面22とをヒートパ
イプ29でつないだものである。

第４図は第３図と同じように必要な場合にそれぞれの区
間に強制的に、熱媒体31を駆動するポンプ32を設けて、
かつ、吸収器を冷却する側と空気によつて冷却される側
の小区分を中間熱媒体31が循環するようにしたものであ
り、一種の変型的なヒードパイプを用いた例である。第
３図及び第４図のいずれの例も中間の熱媒体が存在する
だけで、ほぼ吸収液の挙動と冷却空気の挙動に関して
は、第２図の場合と同じ関係が成り立つている。又、吸
収器で冷却される吸収液は第１図の熱交換器8,6を出て
かなり高い温度で流入する溶液を単に顕熱的に冷却する
作用をしている部分と、冷媒蒸気を吸収しながら冷媒蒸
気の吸収熱を主として冷却している部分とが存在する。
前者は非常に高い温度であつて、この部分を別に冷却す
るならば、吸収器として冷媒蒸気を吸収する本来の吸収
器の作用をする部分はより低い温度で作動させることが
できる。

第５図はその実施例であつて、冷却空気19は、吸収器に
おいて、蒸気を吸収し、その吸収熱を冷却する区分34,
凝縮器を冷却する区分33,吸収器に流入する比較的高温
の吸収液の顕熱を冷却する区分35の順に熱交換するよう
になつている。このようにすると、区分34および33は、
顕熱を冷却している区分35との熱交換のために生じる空
気の温度上昇の温度差だけ、低い温度の空気で冷却でき
る。吸収式冷凍サイクルの動作温度は区分33,34で決定
され、顕熱冷却の区分35に影響されないので冷却空気の
温度を有効に利用することができる。

空気と吸収液等の間に熱媒体を介して熱交換を行なう場
合、熱媒体として吸収液を用いると、構成を簡素化でき
るとともに熱媒体と吸収液の間の熱交換に必要な温度を
節減できる。

第６図はその実施例であつて、空気熱交換器35〜38で冷
却された吸収液を吸収器３の区分44〜47内に噴出するこ
とにより冷媒蒸気24を吸収させる。前述の実施例と同じ
ように、空気冷却器35〜38は多数に区分されている。第
１図のサイクルで熱交換器６から、吸収器３に流入する
吸収液がもつとも温度が高いが、これが、まず第６図の
空気熱交換器の区分35で冷却される。空気熱交換の区分
35は最も高い空気の温度で冷却される区分である。つづ
いて吸収液は吸収器の区分44に噴出される。この部分は
蒸発器１から送られる冷媒蒸気24にみたされているので
吸収液は冷媒蒸気を吸収し、吸収熱によつて温度が上昇
する。この吸収液をポンプ41によつて空気熱交換器の次
の区分36に送り冷却するようになつている。

この区分36は、区分35より低い温度の空気で冷却されて
いるので、吸収液は吸収器の区分44より低い温度まで冷
却されて次の区分45に噴出される。このよに吸収器の区
分44,45,46,47には順次低い温度に冷却された吸収液が
供給される。一方冷媒蒸気を吸収し、吸収液の濃度は44
〜47と順次低下するが（したがつて吸収能力は同じ温度
においては低下する）、温度もそれに応じて低下するの
で同程度の吸収作用がつづけられる。このような構成に
すると吸収器出口の溶液の温度は、空気熱交換器の空気
入口の空気温度との熱交換できめられ、本発明の基本的
な関係である、空気の入口温度に熱伝達に必要な温度差
を加えた温度が吸収器出口の溶液の温度であるという関
係を実現できる。

上記実施例において、吸収器３のそれぞれの一つの区分
で生じる吸収熱は、かなり大きな吸収液の温度上昇をも
たらす。たとえば第７図に示すように全体の区分を一つ
の区分にし、第１図に示したようなサイクルで採用され
ている程度の溶液の流量で評価すると吸収器出口50の温
度は、吸収器内に流入する吸収液51の温度に対し吸収熱
によつて10℃〜20℃程度上昇する。

吸収器出口50の吸収液温度が空気熱交換器35の入口での
空気19の温度に熱伝達のために必要な温度を加え、さら
に前記10〜20℃を加えたとすると、40℃程度の吸収器出
口の吸収液温度は実現できない。

この解決策としてポンプ41による流量を通常採用されて
いる量にくらべ極端に大きくすることは容易に実施でき
ることであるが、吸収器出口50での吸収液の温度を40℃
程度にした場合、吸収液入口51での吸収液の温度が40℃
程度になるため、空気熱交換器35の出口での空気温度で
は吸収器入口51の吸収液を冷却できないことになる。も
ちろんポンプ41の動力が非実用的な大きさになることも
大きな障害となる。第６図では区分を多数もうけること
により、それぞれの区分44〜47での区分内の吸収液の温
度上昇は第７図の50,51にくらべて区分の数に反比例し
て減少し、またポンプの動力も従来から用いられてきた
水準で構成できる。これは第６図の構成の大きな効果で
あるが、さらにそれぞれの区分44〜47における吸収熱に
よる吸収液の温度上昇を小さくするには、第６図に符号
49で示すようにそれぞれの区分を再循環する系路をもう
けることが有効である。

しかし第７図に示す構成のものでも、ポンプ41で送られ
る吸収液が吸収器３に流入する吸収液23より多量であ
り、再循環させている例は多い。これと区別するために
再循環が有効な範囲を限定すると、それぞの区分での吸
収液の温度上昇が十分小さいためには、吸収液の再循環
量は吸収する冷媒量の20倍以上であり、ポンプ41〜43の
動力が小さいためには吸収器３に流入する吸収液23の量
の10倍以下であることが望ましい。

第６図の実施例では吸収液を空間に噴出させ、直接冷媒
を吸収させる構成になつているが、第３図，第４図の実
施例にみられるようにヒートパイプ（あるいは中間熱媒
体を用いた熱交換）においても、中間熱媒体に吸収液
（あるいは冷媒）を用い、全体のシステムを構成する流
体の種類を少なくすることも十分な効果がある。この構
成については第３図，第４図から十分に理解できるので
図示およびそれにもとづく詳細な説明は省略する。

第６図において、多数のポンプを用いた多くの区分を用
いる系路再循環系路49は、吸収液を直接、冷媒を吸収す
る空間に噴出させ吸収作用をさせる場合について説明し
ているが、吸収作用を行なう区分と中間熱媒体が伝熱壁
を介して熱交換している場合でも全く同じ効果がある。

第８図がその実施例であつて吸収器３のそれぞれの区分
44〜47を中間熱媒体53が順次吸収器の伝熱管群55〜58を
通つていくようになつている。ポンプ41〜43および吸収
器区分44〜47を吸収液の挙動は第６図とまつたく同じで
ある。中間熱媒体53は空気熱交換器35〜38と順次熱交換
するようになつている。

以上にのべた多くの実施例だけでなく、本発明の本質的
な内容を実施するには他の多くの構成が考えられる。た
とえば第２図の実施例において、吸収器27の出口は正確
に空気の入口で冷却されている必要はなく、吸収式冷媒
サイクルを実現できる程度の低い吸収器温度（たとえば
40℃）程度となるようになつていればよい。たとえば第
２図の実施例についていうと第９図のように変形でき
る。空気19が吸収液の流れの中間に対応する部分61に導
入され、矢示62および63の方向に流れるようになつてい
る。

第９図中の番号で示す部分は第２図の同じ番号の部分と
同一である。

このように構成しても、矢示62の部分が吸収器27の出口
に近ければ吸収器を出る吸収液の温度を低くすることが
できるのは明らかである。

例えば空気と吸収液の流れを第２図，第３図，第４図，
第５図，第６図及び第８図の実施例を変更し、必ずしも
吸収液の流出部と空気入口部が対応しないように変形し
ても、吸収器を流出する吸収液の温度が冷却空気の入口
温度（例えば33℃）に伝熱温度差（例えば５℃）の1.5
倍を加えた程度であれば（この例では吸収液温度40.5℃
となる）、十分吸収冷凍サイクルを構成しえる。これら
の変形も明らかに本発明の有効な実施例ということがで
きる。

尚、外気温度が低温になれば蒸発温度はかわらずに吸収
温度が低温側にシフトする。すなわち吸収液濃度が薄く
なって低温側にシフトする。したがって外気温度が例え
ば20℃から30℃程度に低くなっても問題なく空冷化を実
現できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、冷却水で冷却さ
れる吸収式冷凍サイクルと同程度の低い吸収器および凝
縮器の動作温度を空冷で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一般の吸収式冷凍サイクルの系統図、第２図
は本発明の一実施例の要部を示す系統図、第３図，第４
図，第５図，第６図，第７図，第８図および第９図は本
発明の他の実施例の要部を示す系統図である。 １……蒸発器、２……冷水管、３……吸収器、４……
管、５……溶液循環ポンプ、６……低温熱交換器、７…
…低温再生器、８……高温熱交換器、９……高温再生
器、10……ボイラ、11……凝縮器、12……管、23……吸
収液、22……内壁面、24……冷媒蒸気、25……フイン、
19……冷却空気、27……空気吸収器、28……吸収器出口
溶液、26……外壁面、29……ヒートパイプ、32……駆動
用ポンプ、31……熱媒体、30……熱媒配管、34……吸収
冷却器、33……凝縮冷却器、、35,36,37,38……溶液冷
却器、44,45,46,47……吸収器、49……再循環経路、50,
51……吸収液、52……冷却空気（出口）、53……中間熱
媒体、55,56,57,58……伝熱管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−124862（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−12272（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−124360（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高温再生器、低温再生器、蒸発器、凝縮
   器、空気で冷却する複数の吸収器及び溶液ポンプを動作
   的に配管接続してなる吸収式冷凍サイクルにおいて、前
   記複数の吸収器上部の冷媒蒸気の導入部を互に連通する
   ように吸収器を配置して前記蒸発器で発生した冷媒蒸気
   を吸収器に並列に導入すると共に、前記高温再生器及び
   低温再生器からの吸収液が前記複数の吸収器に直列に流
   れるように前記溶液ポンプを介して前記吸収器を接続
   し、この吸収器の冷却空気の入口温度に近い空気と吸収
   液の出口温度に近い吸収液とを吸収液が流れる流路の壁
   面を介して熱交換させ、吸収器から出る冷却空気の温度
   よりも吸収器出口の吸収液の温度が低くなるように熱交
   換させることを特徴とする吸収式冷凍サイクル。
2. 【請求項２】吸収器を斜めに配置することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の吸収式冷凍サイクル。
3. 【請求項３】高温再生器、低温再生器、蒸発器、凝縮
   器、空気で冷却する複数の吸収器及び溶液ポンプを動作
   的に配管接続してなる吸収式冷凍サイクルにおいて、前
   記複数の吸収器上部の冷媒蒸気の導入部を互に連通する
   ように吸収器を配置して前記蒸発器で発生した冷媒蒸気
   を吸収器に並列に導入すると共に、前記高温再生器及び
   低温再生器からの吸収液が前記複数の吸収器に直列に流
   れるように前記溶液ポンプを介して前記吸収器を接続
   し、この吸収器の冷却空気の出口温度に近い空気と吸収
   液の入口温度に近い吸収液とを吸収液が流れる流路の壁
   面を介して熱交換させ、吸収器から出る冷却空気の温度
   よりも吸収器出口の吸収液の温度が低くなるように熱交
   換させることを特徴とする吸収式冷凍サイクル。