吸収式冷凍機
【課題】吸収式冷凍機において、汲み上げ温度差を大きすると共に、伝熱管の拡管部の漏れを防止すること。
【解決手段】低温蒸発器１７、低温吸収器１１、高温蒸発器１４及び高温吸収器６を一つの缶体６０で構成する。複数の伝熱管１９、８が水平配置された低温蒸発器１７と高温吸収器６の間に、複数の伝熱管１６が垂直配置された低温吸収器１１と高温蒸発器１４を配置する。複数の垂直な伝熱管１６の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給する。第一の管板５０、５１を２枚用いて低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器及び高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成する。低温蒸発器１７の複数の伝熱管１９の両端及び高温吸収器６の複数の伝熱管８の両端を２枚の第一の管板５０、５１に拡管固定する。
【解決手段】低温蒸発器１７、低温吸収器１１、高温蒸発器１４及び高温吸収器６を一つの缶体６０で構成する。複数の伝熱管１９、８が水平配置された低温蒸発器１７と高温吸収器６の間に、複数の伝熱管１６が垂直配置された低温吸収器１１と高温蒸発器１４を配置する。複数の垂直な伝熱管１６の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給する。第一の管板５０、５１を２枚用いて低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器及び高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成する。低温蒸発器１７の複数の伝熱管１９の両端及び高温吸収器６の複数の伝熱管８の両端を２枚の第一の管板５０、５１に拡管固定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収式冷凍機に係り、特に、２組の蒸発器と吸収器を有し、高圧側の蒸発器によって低圧側の吸収器を冷却する構成とした２段吸収冷凍機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術としては、特開平７−１３９８４４号公報（特許文献１）に示された２段吸収式ヒートポンプ装置がある。
【０００３】
この特許文献１では、２組の蒸発器と吸収器が設置され、高温側の蒸発器で低温側の吸収器を冷却する構成となっている。低温側吸収器から高温側蒸発器への熱輸送は、ヒートパイプ２３を用いた実施例と、高温側蒸発器の液冷媒を低温側吸収器の伝熱管内に循環させて吸収熱を奪い高温側蒸発器内でフラッシュ蒸発させる実施例が示されている。また、低温側の蒸発器の液冷媒を散布する冷媒ポンプの吸込配管と高温側蒸発器の下部とを連通する配管の構成が示されている。
【０００４】
また、他の従来技術として、特開２０００−２２７２６２号公報（特許文献２）に示された吸収式冷凍機がある。
【０００５】
この特許文献２では、２組の蒸発器と吸収器を有し、低温側蒸発器，低温側吸収器，高温側蒸発器，高温側吸収器の順に隣り合わせて同一の缶体で構成し、高温側蒸発器と低温側吸収器とは蛇腹状の伝熱面を介して隣り合っており、高温側蒸発器の伝熱面の近傍に液冷媒を散布する液冷媒散布手段を、低温側吸収器の伝熱面の近傍に溶液を散布する溶液散布手段をそれぞれ配設し、液冷媒散布手段を溶液散布手段よりも上方に位置させている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１３９８４４号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、低温側吸収器から高温側蒸発器への熱輸送に、ヒートパイプによる熱輸送あるいは液冷媒の顕熱による熱輸送を行っているために、熱交換温度差が大きくなり、その分サイクルの汲み上げ温度差が小さくなるという問題があった。
【０００８】
他方、前記特許文献２では、高温側蒸発器と低温側吸収器は伝熱面を介して隣接しており、低温側吸収器の吸収熱を高温側蒸発器に直接伝える構成となっており、特許文献１に比較して熱交換温度差を小さくでき、その分サイクルの汲み上げ温度差を大きくすることができる。
【０００９】
しかし、この特許文献２では、高温側蒸発器から高温側吸収器への蒸気の流動抵抗については配慮がなされていない。即ち、高温側蒸発器の表面から発生する蒸気は上昇しようとするが、散布装置があるため上方への蒸気の抜けが悪く流動抵抗が大きくなる。この抵抗が大きいと、高温側吸収器での蒸気の吸収効率が悪くなり、高温側吸収器と高温側蒸発器との温度差を大きくなり、その分サイクルの汲み上げ温度差が小さくなるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２では、低温蒸発器と高温吸収器に水平配置された複数の伝熱管を管板に拡管固定する構成について具体的に記載されていない。複数の伝熱管を管板に拡管固定する場合には、伝熱管の拡管部での漏れを防止することが重要である。
【００１１】
なお、特許文献２では、蛇腹状の伝熱面からなる低温吸収器と高温蒸発器を配置している複雑な構造であるため、製作が面倒になるという課題もある。
【００１２】
本発明の目的は、汲み上げ温度差を大きくできると共に、伝熱管の拡管部の漏れを防止できる吸収式冷凍機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の目的を達成するために、本発明では、低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器、高温吸収器、再生器、凝縮器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ及び溶液循環ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、前記低温吸収器の吸収熱を前記高温蒸発器の蒸発潜熱で冷却する吸収式冷凍機において、前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器を一つの缶体で構成し、複数の伝熱管が水平配置された前記低温蒸発器と前記高温吸収器の間に、複数の伝熱管が垂直配置された前記低温吸収器と前記高温蒸発器を配置し、前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記低温吸収器として前記低温蒸発器に連通させ、前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記高温蒸発器として前記高温吸収器に連通させ、前記複数の垂直な伝熱管の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給するように構成し、第一の管板を２枚用いて前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成し、前記低温蒸発器の複数の伝熱管の両端及び前記高温吸収器の複数の伝熱管の両端を前記２枚の第一の管板に拡管固定したことにある。
【００１４】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くしたこと。
（２）前記高温蒸発器及び前記低温吸収器を内外に形成する前記複数の伝熱管の両端を第二の管板に拡管固定し、前記第二の管板の両端を前記第一の管板の内面に溶接固定したこと。
（３）前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くして前記第一の管板と同じ厚さにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低温吸収器と高温蒸発器の間の熱交換温度差を小さくするとともに、高温蒸発器から高温吸収器までの蒸気流動抵抗を小さくすることができ、汲み上げ温度差を大きくでき、しかも、缶体の変形を防止して拡管部でのシール性を向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例に係る吸収式冷凍機を図１から図５面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の係る吸収式冷凍機のサイクル系統図である。吸収式冷凍機は、再生器１、凝縮器４、高温吸収器６、高温蒸発器１４、低温吸収器１１、低温蒸発器１７、溶液熱交換器２５、２６、溶液ポンプ２２、２３、２４、冷媒ポンプ２０、２１などを備えている。ここで、冷媒は水で、溶液は蒸発した水を吸収する臭化リチウム水溶液である。
【００１８】
再生器１内には、伝熱管３が備えられ、その伝熱管３の上方に溶液散布装置２が配置されている。凝縮器４の内部には伝熱管５が備えられている。再生器１と凝縮器４とは蒸気通路２９を介して接続されている。再生器１の底部は、溶液ポンプ２４及び溶液熱交換器２６を介して、高温吸収器６の上部に設けられた溶液散布装置７と配管で接続されている。
【００１９】
低温蒸発器１７、低温吸収器１１、高温蒸発器１４及び高温吸収器６は、一つの缶体で構成されている。また、高温蒸発器１４及び低温吸収器１１は一体型蒸発吸収器１０で構成され、低温蒸発器１７と高温吸収器６との間に配置されている。高温吸収器６と一体型蒸発吸収器１０との間にはエリミネータ９が設けられ、低温蒸発器１７と一体型蒸発吸収器１０との間にはエリミネータ１３が設けられている。一体型蒸発吸収器１０は、隔壁３０により、高温蒸発器側空間１４ａと低温吸収器側空間１１ａとに区画されている。隔壁３０は、その上部及び下部に水平に延びる第二の管板５２、５３を有している。
【００２０】
高温吸収器６の内部にはほぼ水平に配置された複数の伝熱管８が配置され、高温吸収器６の下部には溶液タンク３３が設けられている。溶液タンク３３の底部は、溶液ポンプ２３、溶液熱交換器２５及び配管を介して、低温吸収器５の上部に設けられた溶液散布装置１２と接続されている。
【００２１】
高温蒸発器１４は、ほぼ垂直に配置された複数の伝熱管１６の管内に構成されている。伝熱管１６の上部は、冷媒散布装置１５に開口され、高温蒸発器側空間１４ａ、エリミネータ９を介して高温吸収器６に接続されている。伝熱管１６の下部は高温蒸発器側空間１４ａに開口され、エリミネータ９を介して高温吸収器６に接続されている。高温蒸発器１４の下部には冷媒タンク３４が設けられている。冷媒タンク３４は、絞り２８及び配管を介して、凝縮器４の底部と接続されている。冷媒タンク３４の底部は、連通管２７を介して低温蒸発器１７の底部と接続されるとともに、冷媒ポンプ２１及び配管を介して高温蒸発器１４の上部に設けられた冷媒散布装置１５に接続されている。
【００２２】
低温吸収器１１は伝熱管１６の管外に構成されている。低温吸収器１１の上部には、伝熱管１６が貫通され、伝熱管１６のまわりから伝熱管１６の外面に溶液を供給する溶液散布装置１２が備えられている。低温吸収器１１の下部には溶液タンク３５が設けられている。溶液タンク３５の底部は、溶液ポンプ２２、溶液熱交換器２５、２６及び配管を介して、高温再生器１の上部に設けられた溶液散布装置２に接続されている。
【００２３】
低温蒸発器１７の内部には水平配置された複数の伝熱管１９が備えられており、上部には冷媒散布装置１８が配置されており、エリミネータ１３を介して低温吸収器１１と接続している。低温蒸発器１７の下部には冷媒タンク３６が設けられている。冷媒タンク３６の底部は、前記したように連通管２７を介して高温蒸発器１４と接続されるとともに、冷媒ポンプ２０及び配管を介して低温蒸発器１７の上部に設けられた冷媒散布装置１８に接続されている。
【００２４】
このように構成した吸収式冷凍機の動作は以下の通りである。
【００２５】
再生器１において溶液散布装置２から散布された溶液は、伝熱管３上で管内を流れる加熱媒体と熱交換して冷媒蒸気を発生する。冷媒蒸気を発生して濃縮された溶液は、溶液ポンプ２４により溶液熱交換器２６に送られ、低温吸収器１１からの溶液と熱交換して冷却され、高温吸収器６の溶液散布装置７に送られる。
【００２６】
高温吸収器６において溶液散布装置７から散布された溶液は、伝熱管８上で高温蒸発器１４からの冷媒蒸気を吸収し、冷媒吸収により発生した吸収熱は伝熱管８内を流れる冷却水により冷却される。冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液は、高温吸収器６の下部の溶液タンク３３に一旦溜められて、溶液ポンプ２３により溶液熱交換器２５に送られる。溶液熱交換器２５で低温吸収器１１からの溶液と熱交換して冷却され、低温吸収器１１の溶液散布装置１２に送られる。
【００２７】
低温吸収器１１において溶液散布装置１２から伝熱管１６の外面に供給された溶液は、垂直な伝熱管１６の外面に流下され、その流下する間に低温蒸発器１７からの冷媒蒸気を吸収する。冷媒吸収により発生した吸収熱は、伝熱管１６の内面を流下する冷媒により冷却される。冷媒蒸気を吸収して濃度がさらに薄くなった溶液は、低温吸収器１１の下部の溶液タンク３５に一旦溜められて、溶液ポンプ２２により溶液熱交換器２５に送られる。溶液熱交換器２５で高温吸収器６からの溶液と熱交換して温度上昇した溶液は、溶液熱交換器２６で再生器１からの溶液と熱交換してさらに温度上昇した後に、再生器１の溶液散布装置２に送られる。
【００２８】
一方、再生器１で発生した冷媒蒸気は、蒸気通路２９を通って凝縮器４に送られ、伝熱管５の表面で凝縮液化する。この時の凝縮熱は伝熱管５内を流れる冷却水で冷却される。凝縮液化した冷媒は、凝縮器４の底部から絞り２８を通って、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３４に一旦溜められる。
【００２９】
冷媒タンク３４に溜められた液冷媒は、連通管２７で低温蒸発器１７に送られるとともに、冷媒ポンプ２１により高温蒸発器１４上部の冷媒散布装置１５に送られる。冷媒散布装置１５に送られた液冷媒は、伝熱管１６の上部の開口部から管内壁に沿って液膜となって流下し、管外を流下する溶液からの吸収熱を受けて蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、伝熱管１６の管内壁に沿って流下する冷媒液膜の内側を通って、伝熱管１６の上下の開口部から高温蒸発器側空間１４ａへ流出され、さらにはエリミネータ９を通って高温吸収器３へ送られる。伝熱管１６の内面で蒸発しきれなかった液冷媒は、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３４に溜められる。
【００３０】
上述したように、一体型蒸発吸収器１０を構成する、複数の伝熱管１６上部から伝熱管１６内に冷媒液を供給する構成としたので、伝熱管１６内の二相流が圧力損失の大きいボイド流やスラグ流にならず、管内断面周囲に冷媒の流下液膜が形成され、その内側を冷媒蒸気が流れる環状流となる。従って、圧力損失が小さくなり、流れ方向の圧力分布と蒸発温度の変化が小さくなり、伝熱管全体が有効に働くことによって伝熱面積を小型化できる。
【００３１】
また、連通管２７を通って高温蒸発器１４から低温蒸発器１７に送られた液冷媒は、冷媒ポンプ２０により低温蒸発器１７上部の冷媒散布装置１８に送られる。冷媒散布装置１８の液冷媒は伝熱管１９に散布され、伝熱管１９内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、エリミネータ１３を通って低温吸収器１１に送られる。伝熱管１９上で蒸発しきれなかった液冷媒は低温蒸発器１７の下部の冷媒タンク３６に溜められる。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の吸収式冷凍機においては、垂直に設置した複数の伝熱管１６の外面で冷媒蒸気を溶液に吸収し、その吸収熱を伝熱管１６の内面を流下する液冷媒の蒸発潜熱で直接冷却するようにしているので、低温吸収器１１と高温蒸発器１４の間の熱交換温度差を小さくすることができる。これとともに、高温蒸発器１４の圧力が低温蒸発器１７の圧力よりも高く、高温蒸発器１４と低温蒸発器１７の底部が連通管２７を介して連通しているので、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３５に溜められる液冷媒の液面高さは低温蒸発器１７の下部の冷媒タンク３６に溜められる液冷媒の液面高さよりも低い状態で運転される。
【００３３】
これにより冷媒タンク３４と溶液タンク３３との間の仕切りの高さは、冷媒タンク３６と溶液タンク３５との間の仕切りの高さよりも低くできるので、高温蒸発器１４と高温吸収器６との蒸気通路（エリミネータ９）の流路面積を広くすることができ、冷媒蒸気の流動抵抗を小さくできる。この抵抗の減少により冷媒蒸気の高温吸収器６での吸収効率が高まり、高温吸収器６と高温蒸発器１４の間の温度落差を大きくすることができ、低温蒸発器１７から高温吸収器６までの汲み上げ温度差を大きくすることができる。
【００３４】
また、高温蒸発器１４の伝熱管１６の上部の開口と下部の開口の両方から冷媒蒸気を導いて、高温吸収器６に送るようにしたので、冷媒蒸気の流動抵抗を小さくすることができる。これにより、高温吸収器６と高温蒸発器１４との間の温度落差を大きくすることができ、低温蒸発器１７から高温吸収器６までの汲み上げ温度差を大きくすることができる。逆に、汲み上げ温度差が同等であれば、各蒸発器、吸収器の伝熱面積を小さくして、小型で低コストな吸収式冷凍機を提供することができる。
【００３５】
次に、図２から図５を参照しながら、低温蒸発器１７、低温吸収器１１と高温蒸発器１４とからなる一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６の構成について説明する。
【００３６】
図２は、図１に示す低温蒸発器１７、低温吸収器１１と高温蒸発器１４とからなる一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６を構成する缶体６０の側面図である。
【００３７】
缶外壁６１は、複数の鋼板部材を溶接して角型筒状に形成され、前後面が開口されている。第一の管板５０、５１は、低温蒸発器１７及び高温吸収器６内に水平配置される複数の伝熱管１９、８を拡管固定するための鋼板部材であり、缶外壁６１の前後の開口を塞ぐように缶外壁６１に溶接されている。第一の管板５０、５１は、缶外壁６１より厚い一枚の部材で形成されている。ヘッダ５４、５５は、高温吸収器６の伝熱管８を流れる冷却水を分配するためのものであり、伝熱管８の両端開口部を覆うように第一の管板５０、５１の外側に溶接されている。
【００３８】
図３は図２のＡ−Ａ断面図である。第二の管板５２、５３は、一体型蒸発吸収器１０を構成する垂直に配置された複数の伝熱管１６を拡管固定するための鋼板部材であり、上下に対向して配置されて水平に延びている。なお、第二の管板５２、５３は、前述したように隔壁３０の一部を構成している。
【００３９】
図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。ヘッダ５６、５７は、低温蒸発器１７の伝熱管１９内を流れる冷水を分配するためのものであり、伝熱管８の両端開口部を覆うように第一の管板５０、５１の外側に溶接されている。第二の管板５２、５３は、缶外壁６１より厚い一枚の部材で形成され、第一の管板５０、５１の板厚とほぼ同じ板厚で形成されている。
【００４０】
低温蒸発器１７、一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６は、図３及び図４に示すように一つの缶体６０で形成されている。低温蒸発器１７と高温吸収器６との間に一体型蒸発吸収器１０を配置して、低温蒸発器１７の伝熱管１９及び高温吸収器６の伝熱管８の両端に図５に示す第一の管板５０、５１を配置するとともに、第一の管板５０と５１との間の外周を缶外壁６１で構成している。
【００４１】
このように、低温蒸発器１７の伝熱管１９及び高温吸収器６の伝熱管８を拡管固定するための第一の管板５０、５１を、図３から図５に示すように一体型蒸発吸収器１０をまたがって一枚の鋼板部材で形成しているので、部品点数及び溶接箇所を最小限に抑えることができる。これにより、第一の管板５０、５１の溶接による缶体の変形を防止することができ、第一の管板５０、５１への伝熱管１９、８の挿入がスムーズにできるので、拡管部でのシール性が向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【００４２】
また、一体型蒸発吸収器１０の伝熱管１６の両端部が第二の管板５２、５３に拡管固定されるとともに、第二の管板５２、５３の長手方向の両端は、第一の管板５０、５１に溶接固定されている。したがって、外壁６１より厚い鋼板部材の第二の管板５２、５３を溶接で固定する場合に、第二の管板５２、５３と同様に外壁６１より厚い鋼板部材の第一の管板５０、５１に、第二の管板５２、５３の両端を溶接固定することができる。これにより、第二の管板５２、５３の溶接による変形を防止することができ、第二の管板５２、５３への伝熱管１６の挿入がスムーズにできるので、拡管部でのシール性が向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【００４３】
なお、第一の管板５０に伝熱管１９、８を拡管固定するとともに、第一の管板５０に他の缶外壁６１の一部、第二の管板５２、５３を含む隔壁３０などの一側を溶接固定し、これらの他側を第一の管板５１に拡管固定及び溶接固定することにより、缶体６０が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係る吸収式冷凍機のサイクルフローを示す図である。
【図２】図１の吸収式冷凍機の缶体の側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２の第一の管板の正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…再生器、２…溶液散布装置、３…伝熱管、４…凝縮器、５…伝熱管、６…高温吸収器、７…溶液散布装置、８…伝熱管、９…エリミネータ、１０…一体型蒸発吸収器、１１…低温吸収器、１２…溶液散布装置、１３…エリミネータ、１４…高温蒸発器、１５…冷媒散布装置、１６…伝熱管、１７…低温蒸発器、１８…冷媒散布装置、１９…伝熱管、２０、２１…冷媒ポンプ、２２、２３、２４…溶液ポンプ、２５、２６…溶液熱交換器、２７…連通管、２８…絞り、２９…蒸気通路、３０…隔壁、３３…溶液タンク、３４…冷媒タンク、３５…溶液タンク、３６…冷媒タンク、５０、５１…第一の管板、５２、５３…第二の管板、６０…缶体、６１…缶外壁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収式冷凍機に係り、特に、２組の蒸発器と吸収器を有し、高圧側の蒸発器によって低圧側の吸収器を冷却する構成とした２段吸収冷凍機に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術としては、特開平７−１３９８４４号公報（特許文献１）に示された２段吸収式ヒートポンプ装置がある。
【０００３】
この特許文献１では、２組の蒸発器と吸収器が設置され、高温側の蒸発器で低温側の吸収器を冷却する構成となっている。低温側吸収器から高温側蒸発器への熱輸送は、ヒートパイプ２３を用いた実施例と、高温側蒸発器の液冷媒を低温側吸収器の伝熱管内に循環させて吸収熱を奪い高温側蒸発器内でフラッシュ蒸発させる実施例が示されている。また、低温側の蒸発器の液冷媒を散布する冷媒ポンプの吸込配管と高温側蒸発器の下部とを連通する配管の構成が示されている。
【０００４】
また、他の従来技術として、特開２０００−２２７２６２号公報（特許文献２）に示された吸収式冷凍機がある。
【０００５】
この特許文献２では、２組の蒸発器と吸収器を有し、低温側蒸発器，低温側吸収器，高温側蒸発器，高温側吸収器の順に隣り合わせて同一の缶体で構成し、高温側蒸発器と低温側吸収器とは蛇腹状の伝熱面を介して隣り合っており、高温側蒸発器の伝熱面の近傍に液冷媒を散布する液冷媒散布手段を、低温側吸収器の伝熱面の近傍に溶液を散布する溶液散布手段をそれぞれ配設し、液冷媒散布手段を溶液散布手段よりも上方に位置させている。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１３９８４４号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７２６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、低温側吸収器から高温側蒸発器への熱輸送に、ヒートパイプによる熱輸送あるいは液冷媒の顕熱による熱輸送を行っているために、熱交換温度差が大きくなり、その分サイクルの汲み上げ温度差が小さくなるという問題があった。
【０００８】
他方、前記特許文献２では、高温側蒸発器と低温側吸収器は伝熱面を介して隣接しており、低温側吸収器の吸収熱を高温側蒸発器に直接伝える構成となっており、特許文献１に比較して熱交換温度差を小さくでき、その分サイクルの汲み上げ温度差を大きくすることができる。
【０００９】
しかし、この特許文献２では、高温側蒸発器から高温側吸収器への蒸気の流動抵抗については配慮がなされていない。即ち、高温側蒸発器の表面から発生する蒸気は上昇しようとするが、散布装置があるため上方への蒸気の抜けが悪く流動抵抗が大きくなる。この抵抗が大きいと、高温側吸収器での蒸気の吸収効率が悪くなり、高温側吸収器と高温側蒸発器との温度差を大きくなり、その分サイクルの汲み上げ温度差が小さくなるという問題があった。
【００１０】
また、特許文献２では、低温蒸発器と高温吸収器に水平配置された複数の伝熱管を管板に拡管固定する構成について具体的に記載されていない。複数の伝熱管を管板に拡管固定する場合には、伝熱管の拡管部での漏れを防止することが重要である。
【００１１】
なお、特許文献２では、蛇腹状の伝熱面からなる低温吸収器と高温蒸発器を配置している複雑な構造であるため、製作が面倒になるという課題もある。
【００１２】
本発明の目的は、汲み上げ温度差を大きくできると共に、伝熱管の拡管部の漏れを防止できる吸収式冷凍機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の目的を達成するために、本発明では、低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器、高温吸収器、再生器、凝縮器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ及び溶液循環ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、前記低温吸収器の吸収熱を前記高温蒸発器の蒸発潜熱で冷却する吸収式冷凍機において、前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器を一つの缶体で構成し、複数の伝熱管が水平配置された前記低温蒸発器と前記高温吸収器の間に、複数の伝熱管が垂直配置された前記低温吸収器と前記高温蒸発器を配置し、前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記低温吸収器として前記低温蒸発器に連通させ、前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記高温蒸発器として前記高温吸収器に連通させ、前記複数の垂直な伝熱管の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給するように構成し、第一の管板を２枚用いて前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成し、前記低温蒸発器の複数の伝熱管の両端及び前記高温吸収器の複数の伝熱管の両端を前記２枚の第一の管板に拡管固定したことにある。
【００１４】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くしたこと。
（２）前記高温蒸発器及び前記低温吸収器を内外に形成する前記複数の伝熱管の両端を第二の管板に拡管固定し、前記第二の管板の両端を前記第一の管板の内面に溶接固定したこと。
（３）前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くして前記第一の管板と同じ厚さにした。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、低温吸収器と高温蒸発器の間の熱交換温度差を小さくするとともに、高温蒸発器から高温吸収器までの蒸気流動抵抗を小さくすることができ、汲み上げ温度差を大きくでき、しかも、缶体の変形を防止して拡管部でのシール性を向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施例に係る吸収式冷凍機を図１から図５面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の係る吸収式冷凍機のサイクル系統図である。吸収式冷凍機は、再生器１、凝縮器４、高温吸収器６、高温蒸発器１４、低温吸収器１１、低温蒸発器１７、溶液熱交換器２５、２６、溶液ポンプ２２、２３、２４、冷媒ポンプ２０、２１などを備えている。ここで、冷媒は水で、溶液は蒸発した水を吸収する臭化リチウム水溶液である。
【００１８】
再生器１内には、伝熱管３が備えられ、その伝熱管３の上方に溶液散布装置２が配置されている。凝縮器４の内部には伝熱管５が備えられている。再生器１と凝縮器４とは蒸気通路２９を介して接続されている。再生器１の底部は、溶液ポンプ２４及び溶液熱交換器２６を介して、高温吸収器６の上部に設けられた溶液散布装置７と配管で接続されている。
【００１９】
低温蒸発器１７、低温吸収器１１、高温蒸発器１４及び高温吸収器６は、一つの缶体で構成されている。また、高温蒸発器１４及び低温吸収器１１は一体型蒸発吸収器１０で構成され、低温蒸発器１７と高温吸収器６との間に配置されている。高温吸収器６と一体型蒸発吸収器１０との間にはエリミネータ９が設けられ、低温蒸発器１７と一体型蒸発吸収器１０との間にはエリミネータ１３が設けられている。一体型蒸発吸収器１０は、隔壁３０により、高温蒸発器側空間１４ａと低温吸収器側空間１１ａとに区画されている。隔壁３０は、その上部及び下部に水平に延びる第二の管板５２、５３を有している。
【００２０】
高温吸収器６の内部にはほぼ水平に配置された複数の伝熱管８が配置され、高温吸収器６の下部には溶液タンク３３が設けられている。溶液タンク３３の底部は、溶液ポンプ２３、溶液熱交換器２５及び配管を介して、低温吸収器５の上部に設けられた溶液散布装置１２と接続されている。
【００２１】
高温蒸発器１４は、ほぼ垂直に配置された複数の伝熱管１６の管内に構成されている。伝熱管１６の上部は、冷媒散布装置１５に開口され、高温蒸発器側空間１４ａ、エリミネータ９を介して高温吸収器６に接続されている。伝熱管１６の下部は高温蒸発器側空間１４ａに開口され、エリミネータ９を介して高温吸収器６に接続されている。高温蒸発器１４の下部には冷媒タンク３４が設けられている。冷媒タンク３４は、絞り２８及び配管を介して、凝縮器４の底部と接続されている。冷媒タンク３４の底部は、連通管２７を介して低温蒸発器１７の底部と接続されるとともに、冷媒ポンプ２１及び配管を介して高温蒸発器１４の上部に設けられた冷媒散布装置１５に接続されている。
【００２２】
低温吸収器１１は伝熱管１６の管外に構成されている。低温吸収器１１の上部には、伝熱管１６が貫通され、伝熱管１６のまわりから伝熱管１６の外面に溶液を供給する溶液散布装置１２が備えられている。低温吸収器１１の下部には溶液タンク３５が設けられている。溶液タンク３５の底部は、溶液ポンプ２２、溶液熱交換器２５、２６及び配管を介して、高温再生器１の上部に設けられた溶液散布装置２に接続されている。
【００２３】
低温蒸発器１７の内部には水平配置された複数の伝熱管１９が備えられており、上部には冷媒散布装置１８が配置されており、エリミネータ１３を介して低温吸収器１１と接続している。低温蒸発器１７の下部には冷媒タンク３６が設けられている。冷媒タンク３６の底部は、前記したように連通管２７を介して高温蒸発器１４と接続されるとともに、冷媒ポンプ２０及び配管を介して低温蒸発器１７の上部に設けられた冷媒散布装置１８に接続されている。
【００２４】
このように構成した吸収式冷凍機の動作は以下の通りである。
【００２５】
再生器１において溶液散布装置２から散布された溶液は、伝熱管３上で管内を流れる加熱媒体と熱交換して冷媒蒸気を発生する。冷媒蒸気を発生して濃縮された溶液は、溶液ポンプ２４により溶液熱交換器２６に送られ、低温吸収器１１からの溶液と熱交換して冷却され、高温吸収器６の溶液散布装置７に送られる。
【００２６】
高温吸収器６において溶液散布装置７から散布された溶液は、伝熱管８上で高温蒸発器１４からの冷媒蒸気を吸収し、冷媒吸収により発生した吸収熱は伝熱管８内を流れる冷却水により冷却される。冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなった溶液は、高温吸収器６の下部の溶液タンク３３に一旦溜められて、溶液ポンプ２３により溶液熱交換器２５に送られる。溶液熱交換器２５で低温吸収器１１からの溶液と熱交換して冷却され、低温吸収器１１の溶液散布装置１２に送られる。
【００２７】
低温吸収器１１において溶液散布装置１２から伝熱管１６の外面に供給された溶液は、垂直な伝熱管１６の外面に流下され、その流下する間に低温蒸発器１７からの冷媒蒸気を吸収する。冷媒吸収により発生した吸収熱は、伝熱管１６の内面を流下する冷媒により冷却される。冷媒蒸気を吸収して濃度がさらに薄くなった溶液は、低温吸収器１１の下部の溶液タンク３５に一旦溜められて、溶液ポンプ２２により溶液熱交換器２５に送られる。溶液熱交換器２５で高温吸収器６からの溶液と熱交換して温度上昇した溶液は、溶液熱交換器２６で再生器１からの溶液と熱交換してさらに温度上昇した後に、再生器１の溶液散布装置２に送られる。
【００２８】
一方、再生器１で発生した冷媒蒸気は、蒸気通路２９を通って凝縮器４に送られ、伝熱管５の表面で凝縮液化する。この時の凝縮熱は伝熱管５内を流れる冷却水で冷却される。凝縮液化した冷媒は、凝縮器４の底部から絞り２８を通って、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３４に一旦溜められる。
【００２９】
冷媒タンク３４に溜められた液冷媒は、連通管２７で低温蒸発器１７に送られるとともに、冷媒ポンプ２１により高温蒸発器１４上部の冷媒散布装置１５に送られる。冷媒散布装置１５に送られた液冷媒は、伝熱管１６の上部の開口部から管内壁に沿って液膜となって流下し、管外を流下する溶液からの吸収熱を受けて蒸発する。蒸発した冷媒蒸気は、伝熱管１６の管内壁に沿って流下する冷媒液膜の内側を通って、伝熱管１６の上下の開口部から高温蒸発器側空間１４ａへ流出され、さらにはエリミネータ９を通って高温吸収器３へ送られる。伝熱管１６の内面で蒸発しきれなかった液冷媒は、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３４に溜められる。
【００３０】
上述したように、一体型蒸発吸収器１０を構成する、複数の伝熱管１６上部から伝熱管１６内に冷媒液を供給する構成としたので、伝熱管１６内の二相流が圧力損失の大きいボイド流やスラグ流にならず、管内断面周囲に冷媒の流下液膜が形成され、その内側を冷媒蒸気が流れる環状流となる。従って、圧力損失が小さくなり、流れ方向の圧力分布と蒸発温度の変化が小さくなり、伝熱管全体が有効に働くことによって伝熱面積を小型化できる。
【００３１】
また、連通管２７を通って高温蒸発器１４から低温蒸発器１７に送られた液冷媒は、冷媒ポンプ２０により低温蒸発器１７上部の冷媒散布装置１８に送られる。冷媒散布装置１８の液冷媒は伝熱管１９に散布され、伝熱管１９内を流れる冷水から熱を奪って蒸発し、エリミネータ１３を通って低温吸収器１１に送られる。伝熱管１９上で蒸発しきれなかった液冷媒は低温蒸発器１７の下部の冷媒タンク３６に溜められる。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の吸収式冷凍機においては、垂直に設置した複数の伝熱管１６の外面で冷媒蒸気を溶液に吸収し、その吸収熱を伝熱管１６の内面を流下する液冷媒の蒸発潜熱で直接冷却するようにしているので、低温吸収器１１と高温蒸発器１４の間の熱交換温度差を小さくすることができる。これとともに、高温蒸発器１４の圧力が低温蒸発器１７の圧力よりも高く、高温蒸発器１４と低温蒸発器１７の底部が連通管２７を介して連通しているので、高温蒸発器１４の下部の冷媒タンク３５に溜められる液冷媒の液面高さは低温蒸発器１７の下部の冷媒タンク３６に溜められる液冷媒の液面高さよりも低い状態で運転される。
【００３３】
これにより冷媒タンク３４と溶液タンク３３との間の仕切りの高さは、冷媒タンク３６と溶液タンク３５との間の仕切りの高さよりも低くできるので、高温蒸発器１４と高温吸収器６との蒸気通路（エリミネータ９）の流路面積を広くすることができ、冷媒蒸気の流動抵抗を小さくできる。この抵抗の減少により冷媒蒸気の高温吸収器６での吸収効率が高まり、高温吸収器６と高温蒸発器１４の間の温度落差を大きくすることができ、低温蒸発器１７から高温吸収器６までの汲み上げ温度差を大きくすることができる。
【００３４】
また、高温蒸発器１４の伝熱管１６の上部の開口と下部の開口の両方から冷媒蒸気を導いて、高温吸収器６に送るようにしたので、冷媒蒸気の流動抵抗を小さくすることができる。これにより、高温吸収器６と高温蒸発器１４との間の温度落差を大きくすることができ、低温蒸発器１７から高温吸収器６までの汲み上げ温度差を大きくすることができる。逆に、汲み上げ温度差が同等であれば、各蒸発器、吸収器の伝熱面積を小さくして、小型で低コストな吸収式冷凍機を提供することができる。
【００３５】
次に、図２から図５を参照しながら、低温蒸発器１７、低温吸収器１１と高温蒸発器１４とからなる一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６の構成について説明する。
【００３６】
図２は、図１に示す低温蒸発器１７、低温吸収器１１と高温蒸発器１４とからなる一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６を構成する缶体６０の側面図である。
【００３７】
缶外壁６１は、複数の鋼板部材を溶接して角型筒状に形成され、前後面が開口されている。第一の管板５０、５１は、低温蒸発器１７及び高温吸収器６内に水平配置される複数の伝熱管１９、８を拡管固定するための鋼板部材であり、缶外壁６１の前後の開口を塞ぐように缶外壁６１に溶接されている。第一の管板５０、５１は、缶外壁６１より厚い一枚の部材で形成されている。ヘッダ５４、５５は、高温吸収器６の伝熱管８を流れる冷却水を分配するためのものであり、伝熱管８の両端開口部を覆うように第一の管板５０、５１の外側に溶接されている。
【００３８】
図３は図２のＡ−Ａ断面図である。第二の管板５２、５３は、一体型蒸発吸収器１０を構成する垂直に配置された複数の伝熱管１６を拡管固定するための鋼板部材であり、上下に対向して配置されて水平に延びている。なお、第二の管板５２、５３は、前述したように隔壁３０の一部を構成している。
【００３９】
図４は図３のＢ−Ｂ断面図である。ヘッダ５６、５７は、低温蒸発器１７の伝熱管１９内を流れる冷水を分配するためのものであり、伝熱管８の両端開口部を覆うように第一の管板５０、５１の外側に溶接されている。第二の管板５２、５３は、缶外壁６１より厚い一枚の部材で形成され、第一の管板５０、５１の板厚とほぼ同じ板厚で形成されている。
【００４０】
低温蒸発器１７、一体型蒸発吸収器１０、高温吸収器６は、図３及び図４に示すように一つの缶体６０で形成されている。低温蒸発器１７と高温吸収器６との間に一体型蒸発吸収器１０を配置して、低温蒸発器１７の伝熱管１９及び高温吸収器６の伝熱管８の両端に図５に示す第一の管板５０、５１を配置するとともに、第一の管板５０と５１との間の外周を缶外壁６１で構成している。
【００４１】
このように、低温蒸発器１７の伝熱管１９及び高温吸収器６の伝熱管８を拡管固定するための第一の管板５０、５１を、図３から図５に示すように一体型蒸発吸収器１０をまたがって一枚の鋼板部材で形成しているので、部品点数及び溶接箇所を最小限に抑えることができる。これにより、第一の管板５０、５１の溶接による缶体の変形を防止することができ、第一の管板５０、５１への伝熱管１９、８の挿入がスムーズにできるので、拡管部でのシール性が向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【００４２】
また、一体型蒸発吸収器１０の伝熱管１６の両端部が第二の管板５２、５３に拡管固定されるとともに、第二の管板５２、５３の長手方向の両端は、第一の管板５０、５１に溶接固定されている。したがって、外壁６１より厚い鋼板部材の第二の管板５２、５３を溶接で固定する場合に、第二の管板５２、５３と同様に外壁６１より厚い鋼板部材の第一の管板５０、５１に、第二の管板５２、５３の両端を溶接固定することができる。これにより、第二の管板５２、５３の溶接による変形を防止することができ、第二の管板５２、５３への伝熱管１６の挿入がスムーズにできるので、拡管部でのシール性が向上でき、拡管部での漏れを防止することができる。
【００４３】
なお、第一の管板５０に伝熱管１９、８を拡管固定するとともに、第一の管板５０に他の缶外壁６１の一部、第二の管板５２、５３を含む隔壁３０などの一側を溶接固定し、これらの他側を第一の管板５１に拡管固定及び溶接固定することにより、缶体６０が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係る吸収式冷凍機のサイクルフローを示す図である。
【図２】図１の吸収式冷凍機の缶体の側面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２の第一の管板の正面図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…再生器、２…溶液散布装置、３…伝熱管、４…凝縮器、５…伝熱管、６…高温吸収器、７…溶液散布装置、８…伝熱管、９…エリミネータ、１０…一体型蒸発吸収器、１１…低温吸収器、１２…溶液散布装置、１３…エリミネータ、１４…高温蒸発器、１５…冷媒散布装置、１６…伝熱管、１７…低温蒸発器、１８…冷媒散布装置、１９…伝熱管、２０、２１…冷媒ポンプ、２２、２３、２４…溶液ポンプ、２５、２６…溶液熱交換器、２７…連通管、２８…絞り、２９…蒸気通路、３０…隔壁、３３…溶液タンク、３４…冷媒タンク、３５…溶液タンク、３６…冷媒タンク、５０、５１…第一の管板、５２、５３…第二の管板、６０…缶体、６１…缶外壁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器、高温吸収器、再生器、凝縮器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ及び溶液循環ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、
前記低温吸収器の吸収熱を前記高温蒸発器の蒸発潜熱で冷却する吸収式冷凍機において、
前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器を一つの缶体で構成し、
複数の伝熱管が水平配置された前記低温蒸発器と前記高温吸収器の間に、複数の伝熱管が垂直配置された前記低温吸収器と前記高温蒸発器を配置し、
前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記低温吸収器として前記低温蒸発器に連通させ、
前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記高温蒸発器として前記高温吸収器に連通させ、
前記複数の垂直な伝熱管の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給するように構成し、
第一の管板を２枚用いて前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成し、
前記低温蒸発器の複数の伝熱管の両端及び前記高温吸収器の複数の伝熱管の両端を前記２枚の第一の管板に拡管固定した
ことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
請求項１において、前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項３】
請求項２において、前記高温蒸発器及び前記低温吸収器を内外に形成する前記複数の伝熱管の両端を第二の管板に拡管固定し、前記第二の管板の両端を前記第一の管板の内面に溶接固定したことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項４】
請求項３において、前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くして前記第一の管板と同じ厚さにしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項１】
低温蒸発器、低温吸収器、高温蒸発器、高温吸収器、再生器、凝縮器、溶液熱交換器、冷媒ポンプ及び溶液循環ポンプを溶液配管及び冷媒配管で接続して溶液・冷媒循環回路を構成し、
前記低温吸収器の吸収熱を前記高温蒸発器の蒸発潜熱で冷却する吸収式冷凍機において、
前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器を一つの缶体で構成し、
複数の伝熱管が水平配置された前記低温蒸発器と前記高温吸収器の間に、複数の伝熱管が垂直配置された前記低温吸収器と前記高温蒸発器を配置し、
前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記低温吸収器として前記低温蒸発器に連通させ、
前記垂直配置された複数の伝熱管の外側を前記高温蒸発器として前記高温吸収器に連通させ、
前記複数の垂直な伝熱管の上部から各伝熱管内に冷媒液を供給するように構成し、
第一の管板を２枚用いて前記低温蒸発器、前記低温吸収器、前記高温蒸発器及び前記高温吸収器にまたがる缶体両側面を形成し、
前記低温蒸発器の複数の伝熱管の両端及び前記高温吸収器の複数の伝熱管の両端を前記２枚の第一の管板に拡管固定した
ことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項２】
請求項１において、前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項３】
請求項２において、前記高温蒸発器及び前記低温吸収器を内外に形成する前記複数の伝熱管の両端を第二の管板に拡管固定し、前記第二の管板の両端を前記第一の管板の内面に溶接固定したことを特徴とする吸収式冷凍機。
【請求項４】
請求項３において、前記第一の管板の板厚を前記缶体を構成する外壁の板厚より厚くして前記第一の管板と同じ厚さにしたことを特徴とする吸収式冷凍機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２５０４８５（Ｐ２００９−２５０４８５Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７１３５（Ｐ２００８−９７１３５）
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（３９９０４８９１７）日立アプライアンス株式会社 (3,043)
【Ｆターム（参考）】
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