(57)【要約】【課題】余分な設備やエネルギーを必要とせずに、微小な粒径の冷媒蒸気の気泡を生成することができ、吸収効率の向上を図り得る吸収式冷凍機を提供する。【解決手段】エジェクタ５を、吸収液を流通させる外管１５と、該外管１５と同心状に配設され且つ先端開口から吸収液中に冷媒蒸気を吹き込む内管１６とを有する二重管型エジェクタとすると共に、吸収液流路７と冷却水流路８とを多数のプレート９によって画成してなるプレート式の熱交換器６における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収液に冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気が吸収された吸収液を過熱し冷媒蒸気を分離放出させて吸収器へ戻す再生器と、該再生器で分離放出された冷媒蒸気を冷却して液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化させた冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させ該冷媒蒸気を前記吸収器へ供給する蒸発器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器を、吸収液中に冷媒蒸気を吹き込むエジェクタと、該エジェクタで冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が導入され且つ該吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱を放出させる熱交換器とを有する気泡吸収式吸収器とし、
前記エジェクタを、吸収液を流通させる外管と、該外管と同心状に配設され且つ先端開口から吸収液中に冷媒蒸気を吹き込む内管とを有する二重管型エジェクタとしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
吸収液に冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気が吸収された吸収液を過熱し冷媒蒸気を分離放出させて吸収器へ戻す再生器と、該再生器で分離放出された冷媒蒸気を冷却して液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化させた冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させ該冷媒蒸気を前記吸収器へ供給する蒸発器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器を、吸収液中に冷媒蒸気を吹き込むエジェクタと、該エジェクタで冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が導入され且つ該吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱を放出させる熱交換器とを有する気泡吸収式吸収器とし、
前記熱交換器における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成したことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項３】
外管に上流側から下流側へ向け先細りとなる縮径部を形成し、該外管の縮径部に内管の先端開口を配置するようにした請求項１記載の吸収式冷凍機。
【請求項４】
外管と内管とを上下方向ヘ延びるよう配設し、吸収液を上方から下方へ向け流通させると共に、吸収液中に冷媒蒸気を上方から下方へ向け吹き込むようにした請求項１又は３記載の吸収式冷凍機。
【請求項５】
熱交換器を、吸収液流路と冷却水流路とを多数のプレートによって画成してなるプレート式熱交換器とした請求項１〜４いずれかに記載の吸収式冷凍機。
【請求項６】
吸収液を臭化リチウム水溶液とした請求項１〜５いずれかに記載の吸収式冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷房等に用いられる吸収冷凍サイクルとしては、水を冷媒とし臭化リチウム水溶液を吸収液とした冷凍サイクルや、アンモニアを冷媒とし水を吸収液とした冷凍サイクルが知られている。
【０００３】
従来の吸収式冷凍機としては、例えば、図５に示されるようなものがあり、これは、臭化リチウム水溶液等の吸収液（濃溶液）に水等の冷媒蒸気を吸収させる吸収器１と、該吸収器１で冷媒蒸気が吸収された吸収液（稀溶液）を過熱し冷媒蒸気を分離放出させて吸収器１へ戻す再生器２と、該再生器２で分離放出された冷媒蒸気を冷却して液化させる凝縮器３と、該凝縮器３で液化させた冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させ該冷媒蒸気を前記吸収器１へ供給する蒸発器４とを備えてなる構成を有している。
【０００４】
前記吸収器１としては、図５及び図６に示される如く、吸収液（濃溶液）中に冷媒蒸気を吹き込むエジェクタ５と、該エジェクタ５で冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が導入され且つ該吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱を放出させる熱交換器６とを有する気泡吸収式吸収器が用いられており、又、前記熱交換器６には、前記吸収液（濃溶液）が下方から上方へ向け流通される吸収液流路７と、冷却塔１０からの冷却水が上方から下方へ向け流通される冷却水流路８とを多数のプレート９によって画成してなるプレート式熱交換器が用いられており、これにより、前記エジェクタ５において吸収液（濃溶液）中に冷媒蒸気が吹き込まれ、該エジェクタ５で冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が熱交換器６へ導入され、該熱交換器６において、前記吸収液（濃溶液）が下方から上方へ向け吸収液流路７に流通され、該吸収液に冷媒蒸気が吸収されると共に、冷却塔１０からの冷却水が上方から下方へ向け冷却水流路８に流通され、前記吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱が冷却水へ放出されるようになっている。
【０００５】
前記再生器２は、その内部に温水流通管１１が配設されており、該再生器２においては、前記吸収器１から導入される吸収液（稀溶液）が、前記温水流通管１１内を流れる温水によって過熱され冷媒蒸気を分離放出し、濃溶液として吸収器１へ戻されるようになっている。
【０００６】
前記凝縮器３は、その内部に冷却水流通管１２が配設されており、該凝縮器３においては、前記再生器２から導入される冷媒蒸気が、前記冷却塔１０から吸収器１の熱交換器６の冷却水流路８を経て冷却水流通管１２内へ導かれる冷却水によって冷却され液化されるようになっている。
【０００７】
前記蒸発器４は、その内部に冷温水流通管１３が配設されており、該蒸発器４においては、前記凝縮器３から導入される冷媒が前記冷温水流通管１３上に滴下されてその表面で蒸発することにより、その気化熱（蒸発潜熱）で冷温水流通管１３内に流通される冷温水が冷却され冷水となって冷房等に使用され、その際に発生する冷媒蒸気が前記吸収器１のエジェクタ５へ供給されるようになっている。尚、蒸発せずに残った液体としての冷媒は、前記蒸発器４の底部から抜き出されて前記冷温水流通管１３上に再度滴下され、循環されるようになっている。
【０００８】
又、前記吸収器１と再生器２との間には、熱交換器１４が設けられており、該熱交換器１４において、前記吸収器１で冷媒蒸気を吸収した吸収液（稀溶液）が、前記再生器２で再生された吸収液（濃溶液）によって予熱されるようになっている。
【０００９】
尚、前述と同様な気泡吸収式吸収器を備え且つアンモニアを冷媒とし水を吸収液とした吸収式冷凍機を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【００１０】
【特許文献１】
特開平４−３７１７６４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５及び図６に示されるような気泡吸収式の吸収器１を備えた吸収式冷凍機の場合、前記吸収器１のエジェクタ５は、吸収液の流れ方向に対して直角な方向へ冷媒蒸気を吹き込む形式となっているため、該エジェクタ５において粒径が充分に小さい冷媒蒸気の気泡を生成することが難しく、該冷媒蒸気の気泡の半径に反比例する表面張力が小さくなり、吸収過程において冷媒蒸気の気泡が互いに結合して大きくなりやすく、気泡全体の表面積が小さくなり、気液接触面積が減少し、吸収効率が低下するという欠点を有していた。
【００１２】
しかも、前記冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液は、吸収器１の熱交換器６において下方から上方へ向け吸収液流路７に流通されるため、該吸収液流路７内を冷媒蒸気の気泡と一緒に上昇して行くわけであるが、この場合、吸収液に吸収されずに残存する冷媒蒸気の気泡の下面側には、吸収液の厚い膜が付着してそのまま同伴される形となり、その部分での反応が行われにくくなって、吸収効率が更に低下してしまう虞があった。
【００１３】
こうしたことから、従来においては、吸収液を撹拌する手段を設けたり、エジェクタ５において吸収液をより高圧で噴射したり、或いはエジェクタ５を複数段としたりすることにより、微小な粒径の冷媒蒸気の気泡を生成して吸収効率を高めようとすることが行われているが、これらの場合、気泡を再度生成するための余分な設備とエネルギーを必要とするため、設備費の増加並びにプラント効率の低下につながっていた。
【００１４】
本発明は、斯かる実情に鑑み、余分な設備やエネルギーを必要とせずに、微小な粒径の冷媒蒸気の気泡を生成することができ、吸収効率の向上を図り得る吸収式冷凍機を提供しようとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸収液に冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気が吸収された吸収液を過熱し冷媒蒸気を分離放出させて吸収器へ戻す再生器と、該再生器で分離放出された冷媒蒸気を冷却して液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化させた冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させ該冷媒蒸気を前記吸収器へ供給する蒸発器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器を、吸収液中に冷媒蒸気を吹き込むエジェクタと、該エジェクタで冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が導入され且つ該吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱を放出させる熱交換器とを有する気泡吸収式吸収器とし、
前記エジェクタを、吸収液を流通させる外管と、該外管と同心状に配設され且つ先端開口から吸収液中に冷媒蒸気を吹き込む内管とを有する二重管型エジェクタとしたことを特徴とする吸収式冷凍機にかかるものである。
【００１６】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１７】
前述の如くエジェクタを二重管型エジェクタとすると、外管内を流通する吸収液中に、内管の先端開口から冷媒蒸気が吹き込まれるが、このとき、吸収液と冷媒蒸気の流速の差により、両者の界面が不安定となり、吸収液が冷媒蒸気を高周波で切断する形となり、微小な粒径の気泡を生成することが可能となるため、該冷媒蒸気の気泡の半径に反比例する表面張力が大きくなり、吸収過程において冷媒蒸気の気泡が互いに結合しにくくなって微小なまま保持され、気泡全体の表面積が大きくなり、気液接触面積が増加し、吸収効率が高まることとなる。
【００１８】
又、本発明は、吸収液に冷媒蒸気を吸収させる吸収器と、該吸収器で冷媒蒸気が吸収された吸収液を過熱し冷媒蒸気を分離放出させて吸収器へ戻す再生器と、該再生器で分離放出された冷媒蒸気を冷却して液化させる凝縮器と、該凝縮器で液化させた冷媒を蒸発させて冷媒蒸気を発生させ該冷媒蒸気を前記吸収器へ供給する蒸発器とを備えた吸収式冷凍機において、
前記吸収器を、吸収液中に冷媒蒸気を吹き込むエジェクタと、該エジェクタで冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液が導入され且つ該吸収液に冷媒蒸気を吸収させる際に発生する吸収熱を放出させる熱交換器とを有する気泡吸収式吸収器とし、
前記熱交換器における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成したことを特徴とする吸収式冷凍機にかかるものである。
【００１９】
このように熱交換器における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成した場合、エジェクタ５において冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液は、熱交換器６において上方から下方へ向け吸収液流路７に流通されるようになり、該吸収液流路７内を下降して行くわけであるが、この場合、吸収液に吸収されずに残存する冷媒蒸気の気泡は、下降して行く吸収液とは反対に、浮力によって上昇して行き、該上昇気泡流と前記下降吸収液流の相対速度差が大きくなるため、前記冷媒蒸気の気泡の下面側に付着した吸収液の厚い膜はそのまま同伴されることはなく、途中で引きちぎられる形となり、その部分での反応が行われやすくなって、吸収効率が高まることとなる。
【００２０】
一方、前記エジェクタを二重管型エジェクタとした吸収式冷凍機においては、外管に上流側から下流側へ向け先細りとなる縮径部を形成し、該外管の縮径部に内管の先端開口を配置することができ、このようにすると、内管の先端開口付近での吸収液の流速を更に増加させることが可能となり、より微小な粒径の気泡を生成する上で有効となる。
【００２１】
又、前記エジェクタを二重管型エジェクタとした吸収式冷凍機においては、外管と内管とを上下方向ヘ延びるよう配設し、吸収液を上方から下方へ向け流通させると共に、吸収液中に冷媒蒸気を上方から下方へ向け吹き込むようにすることもでき、このようにすると、エジェクタ５において冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液は、熱交換器６へ導入されるまでの流路途中においても上方から下方へ向け流通されるようになるため、前記熱交換器における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成した場合と同様の作用が、熱交換器６へ導入されるまでの流路途中においても得られるようになり、吸収効率をより高めることが可能となる。
【００２２】
更に、前記吸収式冷凍機においては、熱交換器を、吸収液流路と冷却水流路とを多数のプレートによって画成してなるプレート式熱交換器とすることが好ましく、このようにすると、吸収液に冷媒蒸気が吹き込まれた気液混相流をプレートによって画成された吸収液流路に導入することにより、伝熱面における温度境界を撹乱し、熱伝達を促進することが可能となる。
【００２３】
又、前記吸収式冷凍機においては、吸収液を臭化リチウム水溶液とすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
【００２５】
図１〜図３は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図５及び図６と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図５及び図６に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１〜図３に示す如く、エジェクタ５を、吸収液を流通させる外管１５と、該外管１５と同心状に配設され且つ先端開口１６ａから吸収液中に冷媒蒸気を吹き込む内管１６とを有する二重管型エジェクタとすると共に、吸収液流路７と冷却水流路８とを多数のプレート９によって画成してなるプレート式の熱交換器６における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成した点にある。
【００２６】
本図示例の場合、前記外管１５には、図３に示す如く、上流側から下流側へ向け先細りとなる縮径部１５ａを形成し、該外管１５の縮径部１５ａに内管１６の先端開口１６ａを配置するようにしてある。
【００２７】
尚、前記熱交換器６の吸収液流路７の入側におけるヘッダ部分には、吸収液に吸収されずに残存した冷媒蒸気の気泡を必要に応じてバルブ１７の開操作により吸収液流路７の出側の流路１８途中へ放出するための流路１９を接続するようにしてある。
【００２８】
次に、上記図示例の作用を説明する。
【００２９】
前述の如くエジェクタ５を二重管型エジェクタとすると、外管１５内を流通する吸収液中に、内管１６の先端開口１６ａから冷媒蒸気が吹き込まれるが、このとき、吸収液と冷媒蒸気の流速の差により、両者の界面が不安定となり、吸収液が冷媒蒸気を高周波で切断する形となり、微小な粒径の気泡を生成することが可能となるため、該冷媒蒸気の気泡の半径に反比例する表面張力が大きくなり、吸収過程において冷媒蒸気の気泡が互いに結合しにくくなって微小なまま保持され、気泡全体の表面積が大きくなり、気液接触面積が増加し、吸収効率が高まることとなる。
【００３０】
しかも、本図示例においては、外管１５に上流側から下流側へ向け先細りとなる縮径部１５ａを形成し、該外管１５の縮径部１５ａに内管１６の先端開口１６ａを配置してあるため、内管１６の先端開口１６ａ付近での吸収液の流速を更に増加させることが可能となり、より微小な粒径の気泡を生成する上で有効となる。
【００３１】
尚、本発明者等の研究結果により、冷媒蒸気の気泡を互いに結合させにくくするには、該気泡の粒径をおよそ５［ｍｍ］以下にする必要があることが確認されているが、図３に示すような二重管型のエジェクタ５を用いれば、粒径がおよそ１［ｍｍ］程度の気泡を生成することが可能となる。
【００３２】
又、熱交換器６における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成したことにより、エジェクタ５において冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液は、熱交換器６において上方から下方へ向け吸収液流路７に流通されるようになり、該吸収液流路７内を下降して行くわけであるが、この場合、吸収液に吸収されずに残存する冷媒蒸気の気泡は、下降して行く吸収液とは反対に、浮力によって上昇して行き、該上昇気泡流と前記下降吸収液流の相対速度差が大きくなるため、前記冷媒蒸気の気泡の下面側に付着した吸収液の厚い膜はそのまま同伴されることはなく、途中で引きちぎられる形となり、その部分での反応が行われやすくなって、吸収効率が高まることとなる。
【００３３】
更に、前記熱交換器６は、吸収液流路７と冷却水流路８とを多数のプレート９によって画成してなるプレート式熱交換器としてあるため、吸収液に冷媒蒸気が吹き込まれた気液混相流をプレート９によって画成された吸収液流路７に導入することにより、伝熱面における温度境界を撹乱し、熱伝達を促進することが可能となる。
【００３４】
こうして、余分な設備やエネルギーを必要とせずに、微小な粒径の冷媒蒸気の気泡を生成することができ、吸収効率の向上を図り得る。
【００３５】
一方、前記二重管型エジェクタとしたエジェクタ５においては、図４に示す如く、外管１５と内管１６とを上下方向ヘ延びるよう配設し、吸収液を上方から下方へ向け流通させると共に、吸収液中に冷媒蒸気を上方から下方へ向け吹き込むようにすることもできる。尚、この場合、エジェクタ５と熱交換器６とをつなぐ流路２０の上端部には、熱交換器６の吸収液流路７の出側の上下方向へ延びる流路１８途中に接続される流路２１を形成すると共に、該流路２１途中にバルブ２２を設けるようにしてある。
【００３６】
このようにすると、エジェクタ５において冷媒蒸気が吹き込まれた吸収液は、熱交換器６へ導入されるまでの流路２０途中においても上方から下方へ向け流通されるようになるため、前記熱交換器６における吸収液の流通方向を上方から下方へ向かうよう構成した場合と同様の作用が、熱交換器６へ導入されるまでの流路２０途中においても得られるようになり、吸収効率をより高めることが可能となる。又、前記熱交換器６へ導入されるまでの流路２０途中において吸収液に吸収されずに残存し浮上する冷媒蒸気の気泡は、必要に応じてバルブ２２を開くことにより流路２１を介して吸収液流路７の出側の流路１８途中へ放出される。
【００３７】
尚、本発明の吸収式冷凍機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、水を冷媒とし臭化リチウム水溶液を吸収液とした吸収式冷凍機に限らず、アンモニアを冷媒とし水を吸収液とした吸収式冷凍機にも適用可能なこと等、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３８】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の吸収式冷凍機によれば、余分な設備やエネルギーを必要とせずに、微小な粒径の冷媒蒸気の気泡を生成することができ、吸収効率の向上を図り得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する形態の一例の全体概要構成図である。
【図２】本発明を実施する形態の一例における吸収器の熱交換器の断面を模式的に表わす断面図であって、図１のＩＩ部相当図である。
【図３】本発明を実施する形態の一例における吸収器のエジェクタの断面図である。
【図４】吸収器のエジェクタを上下方向に配置した例の断面図である。
【図５】従来の吸収式冷凍機の一例の全体概要構成図である。
【図６】従来の吸収式冷凍機の一例における吸収器の熱交換器の断面を模式的に表わす断面図であって、図５のＶＩ部相当図である。
【符号の説明】
１        吸収器
２        再生器
３        凝縮器
４        蒸発器
５        エジェクタ
６        熱交換器
７        吸収液流路
８        冷却水流路
９        プレート
１５        外管
１５ａ    縮径部
１６        内管
１６ａ    先端開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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