(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の一方の端部を吸収器プレートとし、該端部の吸収器プレートの最端面に吸収溶液を供給すると共に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設け、吸収器プレートとしなかった端部の蒸発器プレートの最端面には冷媒を供給しないことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の交互に配置された蒸発器プレートと吸収器プレートの間に２つの連続した吸収器プレートを配し、該２つの連続した吸収器プレート間に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設けると共に、前記液膜式プレート熱交換器の両端面には吸収溶液及び冷媒を供給しないことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項３】
前記抽気路を設けた２つの連続した吸収器プレート間に、スぺーサーが挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の吸収式冷凍機。
【請求項４】
蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の交互に配置された蒸発器プレートと吸収器プレートの間に、内部に冷水が供給され、外部に吸収溶液が供給されるプレートを配し、該プレートに向かい合うプレートとの間に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設けたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項５】
前記プレートに向かい合うプレートが、吸収器プレートであることを特徴とする請求項４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、吸収式冷凍機に係り、特に、少なくとも吸収器に液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収式冷凍機の容積、設置面積を縮小しようとすれば、シェルアンドチューブ型の熱交換器は伝熱面積に比して容積がまだまだ大きく、たとえばプレート式熱交換器などの採用が検討される。
特に、プレート式吸収器とプレート式蒸発器の伝熱面を向かい合わせる形状のプレート式熱交換器は、本出願人が先に提案しており、例えば、図９にその構成図を示す。このようなプレート式熱交換器は、冷媒蒸気の移動距離を最短とし、蒸気流速を格段に遅く出来るため、採用すれば吸収式冷凍機を大幅に小型化することが可能である（以下、この形状の熱交換器を新型熱交換器と称する）。
これらのプレート式熱交換器の技術的課題の一つとしては、不凝縮性ガスの抽出の問題がある。
【０００３】
一般に、吸収式冷凍機は冷媒蒸気以外の気体（外部より漏入する空気、内部の鉄の腐食により発生する水素など）が、微量でも存在すると能力が大きく低下する。このため、通常、吸収式冷凍機は抽気装置（パージユニット）を備えており、運転中不凝縮性ガスを回収（抽気）している。
従来の吸収式冷凍機は、蒸発器と吸収器が別であり、蒸発器で発生した冷媒蒸気は吸収器と蒸発器を結ぶ蒸気通路を通り、吸収器に入って吸収される。この蒸気量の発生量は、冷凍能力１ｋＷあたり毎秒０．０６ｍ3程度になり、従来の吸収式冷凍機の場合、蒸気通路での蒸気の流速は毎秒２０ｍ〜５０m程度に達する。
【０００４】
なお、この流速が速いと、圧損が増えるため冷媒の吸収圧力が低下したり、液冷媒が冷媒蒸気中に混入したりして冷凍機の効率を悪化させる。逆に言えば、この流速を遅くすることが出来れば、それだけ冷凍機の性能を向上することが出来る。吸収面と蒸発面が向かい合う形式の吸収式冷凍機では、蒸発した冷媒がすぐ吸収されるので、蒸気流速は毎秒１ｍ以下（０．８ｍ〜０．９ｍ程度）に抑えることが可能であり、吸収器圧力を高くし、冷却水温度を高くしたり、効率を向上させることが可能となる。
さて、従来の吸収式冷凍機では、先に述べたように毎秒２０ｍ〜５０ｍの蒸気流があるため、また、蒸発器から吸収器へという決まった方向の流れであるため、不凝縮性ガスはこの冷媒蒸気の流れによって下流へと運ばれる。特に、従来の吸収式冷凍機では蒸気流と吸収溶液の流れる方向を同一とし、不凝縮性ガスが少しでも蒸気流の下流へと流れるような配慮がされている。
【０００５】
また、さらに蒸気流の下流側から上流側に向かって冷却水を流し、少しでも蒸気流の下流側で不凝縮性ガスの濃度が高くなるようにするのが通例である。
従って、不凝縮性ガスは吸収器の蒸気流下流側に集まりやすく、ここから抽気することで比較的効果的に不凝縮性ガスを機外へ排出できる。
しかしながら、新型熱交換器では蒸気流速が遅いため、また、移動距離が短いため、不凝縮性ガスは特定の所には集まりにくく、器内に広く分散してしまい、抽気が困難になる。このようなプレート式の吸収器を採用した場合、不凝縮性ガスを有効に抽気する手法については、いまだ公開された手法としては見受けられない。
【０００６】
器内に広く分散した不凝縮性ガスを、「力任せ」に集めようとすれば、吸収・蒸発器の隅々にまで細管を伸ばし、大容量のパージユニットを設けて抽気することになる。これは吸収式冷凍機の価格を押し上げるばかりでなく、パージユニットの駆動には一般に吸収溶液ポンプの吐出圧を利用しているが、これは間接的に電力で駆動していることに他ならず、大電力を必要とするから、現実的な手法ではない。
考えられる現実的な手段としては、吸収器内（吸収・蒸発器内）に、特に冷媒蒸気分圧を低く保つことの出来る低圧室を設け、ここに不凝縮性ガスを集め、そこから抽気するという手法がある。
この低圧室の作り方としては、本来冷却水で冷却する吸収溶液を冷水を以って冷却し、冷媒蒸気分圧を低く保ち、それによって不凝縮性ガス分圧を高くして、抽気しやすくするなどの手法が考えられる。しかしながら、これは吸収器内に別途熱交換器を設けることとなるので、好ましい手法ではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような観点から、液膜式プレート熱交換器を用いながら、特殊な熱交換器や追加機器を必要としない、量産に適した不凝縮性ガスの抽気手段を有する小型で安価な吸収冷凍機を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の一方の端部を吸収器プレートとし、該端部の吸収器プレートの最端面に吸収溶液を供給すると共に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設け、吸収器プレートとしなかった端部の蒸発器プレートの最端面には冷媒を供給しないことを特徴とする吸収式冷凍機としたものである。
また、本発明では、蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の交互に配置された蒸発器プレートと吸収器プレートの間に２つの連続した吸収器プレートを配し、該２つの連続した吸収器プレート間に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設けると共に、前記液膜式プレート熱交換器の両端面には吸収溶液及び冷媒を供給しないことを特徴とする吸収式冷凍機としたものである。
【０００９】
前記吸収式冷凍機において、抽気路を設けた２つの連続した吸収器プレート間に、スぺ一サーを挿入することができる。
さらに、本発明では、蒸発器として働く蒸発器プレートと、吸収器として働く吸収器プレートとが主として交互に配置され、その伝熱面が互いに向かい合う構造を有し、蒸発器及び吸収器の２組の熱交換を行う液膜式プレート熱交換器を用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器の交互に配置された蒸発器プレートと吸収器プレートの間に、内部に冷水が供給され、外部に吸収溶液が供給されるプレートを配し、該プレートに向かい合うプレートとの間に不凝縮性ガスを抽気する抽気路を設けたことを特徴とする吸収式冷凍機とすることができる。
前記吸収式冷凍機において、プレートに向かい合うプレートは、吸収器プレートとすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
従来は、吸収器面と蒸発器面が１対１で対応していたものを、本発明は敢えて蒸発器面と向かい合わない吸収器面を設けることで、蒸発・吸収器内に冷媒蒸気の流れを作り、不凝縮性ガスを器内各所から集めるとともに不凝縮性ガス分圧を高くし、抽気しやすくしようとするものである。
本発明では、蒸発器と向かい合わない吸収面は、
１）冷媒蒸気分圧を下げて不凝縮性ガスの分圧を高くする
２）器内各所から冷媒蒸気とともに不凝縮性ガスを集める
という二つの作用を同時に行うところである。１）の作用については、従来のシェルアンドチューブ型の吸収式冷凍機についても、その効果については良く知られている。２）の作用は、蒸発器及び吸収器の伝熱面が互いに向かい合う構造の吸収式冷凍機に特徴的な問題であり、効果である。
本発明においては、これら二つの作用を同時に行う低圧面を、特に生産上の問題を伴わない簡便な手法で実現し得るものである。
【００１１】
本発明においては、吸収器・蒸発器を構成するプレートの組み合わせと、吸収溶液、冷媒液の供給を変化させることで蒸気の流れと蒸気分圧を適度に調整し、低圧部を形成して不凝縮性ガスを集め、抽気しようとするものである。
低圧部の形成方法によって、次の手法に分けることができる。
有効活用しにくい端面や中間の面を活用したこと（第１の手法）
プレートの組み替えによって吸収能力の高い面を作ったこと（第２の手法）
冷水で冷却する吸収プレートを用いたこと（第３、第４の手法）
以下、図面を用いてその手法について説明する。なお、説明図は理解を簡単にするため、冷水及び冷却水の供給配管は省略し、冷却水を太線の実線、冷水を太線の点線、吸収溶液を細線の実線、冷媒を細線の点線で表している。
【００１２】
図１〜７に、各手法を用いた液膜式プレート熱交換器の説明図を示し、図１及び２は第１の手法、図３及び４は第２の手法、図５、６、７は第３、第４の手法である。
図において、１は、内部を冷却水６が通り、外部を吸収溶液８が通る吸収器用プレートであり、２は、内部を冷水７が通り、外部を冷媒９が通る蒸発器用プレートであり、３は吸収溶液供給路、４は冷媒供給路であり、１０は抽気配管（抽気路）、１１は不凝縮性ガスの流れ、１２は低圧面を示す。
図のような液膜式プレート熱交換器においては、吸収器用プレート１と蒸発器プレート２とは交互に配備され、その外面の伝熱面は互いに向かい合っており、蒸発器プレート２の外面で蒸発した冷媒９は、向かい側の吸収器用プレート１の外面で吸収溶液８によって吸収され、蒸発器プレート内部を通る冷水は冷却される。
【００１３】
次に、それぞれの図面について説明する。
図１（ａ）は、第１の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図である。
新型熱交換器では、蒸発器となるプレート、吸収器となるプレートが向い合って交互に並ぶため、端面（それぞれ吸収器の面と蒸発器の面となるが）は相手が無く、死んだ面となる。この面を積極的に活用しようとするのが図１（ａ）である。
前記図９の端部の面を死んだ面と考えると、容液・冷媒ともに供給しないのが自然であるが、このうち吸収器面となる面に溶液を供給すると、この面は冷媒蒸気の供給が不十分となり、他の部分に比べて溶液濃度が下がらず、冷媒蒸気分圧が低下し、前出の低圧室と同等の働きをもつ（この面を低圧面１２と呼ぶ）。
【００１４】
低圧面１２では、不凝縮性ガス分圧が高くなるだけでなく、不足した冷媒蒸気は他の吸収面から供給されるため、この冷媒蒸気流と共に不凝縮性ガス１１が集合する。なお、この蒸気の流れは、蒸発器面・吸収器面の冷媒、溶液の流れに沿ったようにすることが好ましく、図に示すような蒸気の流れとなることが好ましい。したがって、新型熱交換器とシェルとの間は、側面は出来るだけ隙間無く設計し、下部に適当な間隔を設けることが望ましい。
このようにして作られた低圧面に抽気配管１０を設けることで、効果的な抽気が可能となる。なお、本抽気方式を採用することによる吸収式冷凍機の構造上の変更は、供給路が若干増えることと缶胴の寸法が若干変化するのみであって、生産上の負担、追加工は、ほとんど無いといってよい。
【００１５】
なお、従来の例で、上記の端部の面を死んだ面とは考えず、溶液・冷媒ともに供給する考え方もある。特に、図８に示すように、この端部の面では冷媒、溶液共に供給し、伝熱面と考えている。しかし、これは不凝縮性ガスの挙動を考えるとあまり良い手法とは考えられない。なぜならば、端部の蒸発器面で蒸発した冷媒は、他の吸収面に回り込み、この蒸気流で逆に不凝縮性ガスを閉じ込めてしまうからである。従って、低圧面に吸収溶液を供給するだけでなく、対応する蒸発器面を他に作らないことが重要である。
図１（ｂ）は、図１（ａ）の変法であり、吸収器プレート１を蒸発器プレート２より多くすると、自然に両端が吸収器面となり、両端が吸収面と出来る。第一の手法よりもさらに簡単に低圧面１２を作ることが出来る。また、死んだ面が無く効果的な方法である。
【００１６】
図２に、第１の手法を応用した熱交換器の説明図を示す。
新型熱交換器は、真空ろう付けなどの手法で製造されるが、炉の大きさなどの制約により、一つ一つの要素の大きさには限界がある。したがって、実際には適当な大きさのユニットに分割して製造し、いくつか組み合わせて使用することとなる。この時、先に述べた吸収面１同士を向かい合わせるようにして配置すれば、抽気配管１０が一つで済み、簡略化できる。
図３は、第２手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図である。
新型熱交換器では、吸収器プレート１と蒸発器プレート２が交互に並ぶ。ここで、順番を一部変えて吸収器プレート１を続けて２つ並べることができれば、二つの吸収器プレート１の間はやはり低圧室と同様の働きをする。したがってここに抽気配管１０を設けることで、効果的に抽気を行うことが出来る。本方式によっても、第一の手法と同様の効果を得ることが出来る。
【００１７】
なお、新型熱交換器では、同一の形状のプレートを向きを変えて並べることで、同一形状でありながら吸収器プレート１として用いたり、蒸発器プレート２として用いたりすることが出来る。この時、特に「連通管が各要素のプレートの一部分として構成されている」熱交換器では、必ずしも交互に蒸発器プレート２と吸収器プレート１を交互に並べなくても、熱交換器ユニットを構成できる。すなわち、左右交互に並べていたプレートを、一部分同じ向きに続けて並べるだけで、吸収器面を二つ並べることが出来るため、本手法によっても、生産上の負担、追加工は、ほとんど無いといってよい。
【００１８】
図４（ａ）及び（ｂ）に、図３の第２手法の変法を説明する。
プレート同士の間隔が狭い場合、プレート間に抽気配管を設けることは現実的でなくなってくる。従って、上記の低圧部１２にスペーサー１３を挿入して、抽気配管を挿入する間隔を設けることが必要な場合がある。また、このスペーサーと抽気配管を一体化して抽気路１４とする（スペーサー内部の空間を抽気配管として用いるなどの手法）こともできる。
図５は、第３の手法の変法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図である。
第１、第２の手法は、吸収溶液８を冷却水６で冷却しているが、吸収溶液８を冷水７で冷却することでさらに冷媒蒸気分圧を下げ、抽気しやすくすることが出来る。これは、プレートヘの冷媒と溶液の供給を変えてやることで実現出来る。
すなわち、各プレートの構成は変えず、すなわち、冷水及び冷却水の供給形態は変えないで、図のように冷水７の流れる面に溶液８を供給することで、低圧室と同等の働きをする部分を作ることが出来る。
本手法によっても、生産上の負担、追加工は、ほとんど無いといってよい。
【００１９】
図６は、第４の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図である。
吸収溶液と冷媒の供給は変えずに、プレートの冷水と冷却水の供給を変えてやることで、第３の手法と同じ効果を得ることが出来る。
すなわち、第２の手法と同様にプレートの組み合わせを変えることで冷水、冷却水の供給を変化させることが出来るので、これによっても同様の効果を得ることが出来る。
図７は、第３の手法と第４の手法の組み合わせで不凝縮性ガスを抽気する説明図である。
第３の手法と第４の手法では、低圧室が二つ出来るが、双方を組み合わせれば低圧室を一つに出来る。
前記図１〜７においては、溶液供給路３及び冷媒供給路４は、プレート１及び２とは別に設けているが、該供給路も各プレートに一体に構成してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、特殊な熱交換器や追加機器を用いることなく、簡単な流路の変更のみで、量産に適した不凝縮性ガスの抽気手段を有する液膜式プレート熱交換器を用いた小型で安価な吸収冷凍機を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）第１の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図、（ｂ）は（ａ）の変法の説明図。
【図２】第１の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する別の説明図。
【図３】第２の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図。
【図４】（ａ）、（ｂ）ともに第２の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する別の説明図。
【図５】第３の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図。
【図６】第４の手法を用いて不凝縮性ガスを抽気する説明図。
【図７】第３と第４の手法の組合せで不凝縮性ガスを抽気する説明図。
【図８】従来の液膜式プレート熱交換器の説明図。
【図９】従来の液膜式プレート熱交換器の説明図。
【符号の説明】
１：吸収器用プレート、２：蒸発器用プレート、３：吸収溶液供給路、４：冷媒供給路、５：液分布器、６：冷却水、７：冷水、８：吸収溶液、９：冷媒、１０：抽気配管（抽気路）、１１：不凝縮性ガスの流れ、１２：低圧面、１３：スペーサー、１４：スペーサー兼用抽気路
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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