JP2017106710A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる吸収式冷凍機を提供する。【解決手段】吸収式冷凍機１は、稀溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器１０と、再生器１０で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器２０と、凝縮器２０で凝縮された冷媒液を受け入れて冷水が流れる第２冷水伝熱管３２に滴下させて蒸発させる冷媒分配器３１を有した蒸発器３０と、蒸発器３０で蒸発した冷媒蒸気を再生器１０で生成された濃溶液に吸収させて稀溶液を生成する吸収器４０とを備え、吸収器４０の稀溶液を再生器１０へ送る吸収冷凍サイクルを形成したものであって、凝縮器２０と蒸発器３０との高低差を利用して凝縮器２０から蒸発器３０まで冷媒液を移送する冷媒液配管６１と、第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して冷媒液配管６１内の冷媒液と熱交換する冷媒冷却器７０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は吸収式冷凍機に関する。

従来、再生器、凝縮器、蒸発器、及び吸収器の循環サイクルによって冷液を得る吸収式冷凍機が提案されている（例えば特許文献１参照）。しかし、特許文献１に記載の吸収式冷凍機においては、蒸発器内において冷液が流れる伝熱管の濡れ性や、冷媒液を滴下する冷媒ドリッパーの滴下バラつき等の種々の理由から蒸発器内で蒸発しない未蒸発冷媒液の量が増加することがある。そして、このような未蒸発冷媒液はいわゆる冷凍能力に寄与しない無効冷媒となってしまうことから、未蒸発冷媒液の増加時には冷凍能力が低下してしまうこととなる。

そこで、冷凍能力の低下を防止するために、上記未蒸発冷媒液を溜めておく冷媒溜め部を備えた吸収式冷凍機が提案されている（例えば特許文献２参照）。このような吸収式冷凍機によれば、冷媒溜め部内の未蒸発冷媒液を蒸発器に送る経路を備えているため、未蒸発冷媒液を再度蒸発器に供給して蒸発させることができる。特に、特許文献２に記載の吸収式冷凍機は、冷媒溜め部から蒸発器に冷媒液を送り込むためのポンプを備えるため、全体冷媒量を特許文献１に記載の吸収式冷凍機よりも多くでき、蒸発器への冷媒滴下量も大量にすることができる結果、上記伝熱管の濡れ性等の影響を受け難く、安定した冷凍能力を期待することができる。

さらに、凝縮器にて凝縮した冷媒液を蒸発器に送る配管の途中に熱交換器を設置した吸収式冷凍機も提案されている（例えば特許文献３，４参照）。このような吸収式冷凍機において、熱交換器には空調機器等に用いられる冷水が導入され（特許文献３参照）、又は冷却水回路を流れる冷却水が導入され（特許文献４参照）、これらと熱交換することにより冷媒液の温度を低下させて蒸発器に流入させる。これにより、フラッシュ蒸気が減ることとなり、蒸気の飛散により蒸発器の伝熱管周りに付着してしまう冷媒液を減らして蒸発器の有効伝熱面積を増やし、有効冷媒を増加させることができる。すなわち、冷凍能力の向上を図ることができる。

特開平３−２１１３７１号公報 特開平１−１２１６６２号公報 特開２００２−１８１４００号公報 特開２００２−３１０５２５号公報

しかし、特許文献２に記載の吸収式冷凍機は、ポンプを要する関係上、ポンプ自体のコスト及びポンプ動力によるランニングコストが余分に掛かるうえ、ポンプが動作しなくなることがあり得ることから信頼性の低下にもつながってしまう。

また、特許文献３に記載の吸収式冷凍機は、フラッシュ蒸気を減少させて有効冷媒を増加させることにより冷凍能力の向上を図っているが、凝縮器から蒸発器への冷媒液の冷却に、空調機器等に用いられる冷水を用いることから、空調機器等の冷房効率の低下を招くこととなり、全体的にみた場合、冷凍能力の向上に寄与しているとは言えなくなってしまう。

さらに、特許文献４に記載の吸収式冷凍機についても、フラッシュ蒸気を減少させて有効冷媒を増加させることにより冷凍能力の増大を図っているが、冷却水（例えば３２℃）と冷媒液（例えば４０℃）との温度差が小さく、冷媒液の温度が少ししか低下しないことから、結果として冷凍能力の向上にあまり寄与しなくなってしまう。

本発明はこのような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる吸収式冷凍機を提供することにある。

本発明の吸収式冷凍機は、稀溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器と、前記再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒液を受け入れて冷液が流れる伝熱管に滴下させて蒸発させる冷媒分配器を有した蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を前記再生器で生成された濃溶液に吸収させて稀溶液を生成する吸収器と、を備え、前記吸収器で生成された稀溶液を前記再生器へ送る吸収冷凍サイクルを形成した吸収式冷凍機であって、前記凝縮器と前記蒸発器との高低差を利用して前記凝縮器から前記蒸発器まで冷媒液を移送する冷媒液配管と、前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して前記冷媒液配管内の冷媒液と熱交換する冷媒冷却器と、を備えることを特徴とする。

本発明の吸収式冷凍機によれば、凝縮器から蒸発器まで冷媒液を移送する冷媒液配管と、伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して冷媒液配管内の冷媒液と熱交換する冷媒冷却器とを備えるため、冷媒液配管により冷媒液が凝縮器から蒸発器まで移送される過程において冷媒冷却器により冷却され、蒸発器の冷媒分配器にて受け入れられた段階ではフラッシュ蒸発量が抑えられることとなる。これにより、伝熱管に滴下される冷媒液の量を増加させ、しかも、フラッシュ蒸気の減少による伝熱管の有効面積の増加を見込めることから、冷凍能力の向上を図ることができる。また、凝縮器と蒸発器との高低差を利用して凝縮器から蒸発器まで冷媒液を移送するため、ポンプを設置する必要もない。従って、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、前記冷媒冷却器は、前記伝熱管の下部に設けられ前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部と、入口及び出口が共に前記冷媒液配管に接続されて冷媒液が流れると共に前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液に浸された状態となる熱交換用配管と、を備えて構成されていることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部と、冷媒液配管に接続されて冷媒液が流れると共に冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液に浸された状態となる熱交換用配管とを備えるため、伝熱管の下部に未蒸発冷媒液を溜める容器等の冷媒溜め部を設置すると共に冷媒溜め部に冷媒液が流れる熱交換用配管を設ければ冷媒冷却器を構成でき、比較的簡易な構成にて冷媒冷却器を実現することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、一端が前記冷媒溜め部に接続されて他端が開放端となり下側に凸となる略Ｕ字又は略Ｖ字形状の配管によって形成され、冷凍機停止時に加熱され配管内の未蒸発冷媒液を沸騰させることで、前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を前記一端側から他端側へ移送して他端の開放端から排出する気泡ポンプをさらに備えることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、冷凍機停止時に加熱され管内の未蒸発冷媒液を沸騰させることで、冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を排出する気泡ポンプをさらに備えるため、冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液の凍結に伴う熱交換用配管や冷媒液配管の破損を防止することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、冷凍機運転中において前記吸収器で生成された稀溶液を前記再生器へ送り冷凍機停止時には動作を停止する溶液ポンプをさらに備え、前記気泡ポンプは、前記溶液ポンプの動作時には稀溶液に浸漬せず、前記溶液ポンプの停止時において一部が稀溶液に浸漬することで加熱される構成となっていることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、冷凍機運転中において吸収器で生成された稀溶液を再生器へ送り冷凍機停止時には動作を停止する溶液ポンプをさらに備える。ここで、溶液ポンプが停止すると稀溶液が再生器へ送られることがなく稀溶液の液位が上昇する。これにより、溶液ポンプの動作時には稀溶液に浸漬せず、溶液ポンプの停止時において一部が稀溶液に浸漬することで加熱される気泡ポンプを構成でき、加熱用のヒータ等を要することなく、気泡ポンプを動作させて冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を排出することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、前記気泡ポンプは、一端側から略直線状に垂下するストレート管と、前記ストレート管から延びると共に一端側よりも他端側が高くなるように前記鉛直方向に対して傾斜した傾斜部を有した吐出管とを備え、前記吐出管は、前記溶液ポンプの停止時において少なくとも前記傾斜部の一部が稀溶液に浸漬していることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、気泡ポンプは、ストレート管と、一端側よりも他端側が高くなるように傾斜した傾斜部を有する吐出管とを備え、吐出管は、溶液ポンプの停止時において傾斜部の一部が稀溶液に浸漬している。このため、傾斜部における未蒸発冷媒液は傾斜に沿って誘導されるようにして他端へ移動して開放端から排出される。そして、一度未蒸発冷媒液が排出されると、その後はその流れに沿って冷媒溜め部内の未蒸発冷媒液がストレート管を通じて吐出管に至り、吐出管を通じて他端の開放端から排出される。従って、未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、前記ストレート管は、前記吐出管よりも管径が大きくされていることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、ストレート管は吐出管よりも管径が大きくされているため、ストレート管の容積が増し且つストレート管内において未蒸発冷媒液の対流が発生することから、吐出管内の未蒸発冷媒液を優先的に加熱沸騰させることができ、一層未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、前記ストレート管は、前記冷媒溜め部から略直線状に垂下する第１ストレート管と、前記第１ストレート管の少なくとも一部の外周側を覆う第２ストレート管とからなる二重構造となっており、前記吐出管は、前記第２ストレート管のうち前記第１ストレート管の下端部よりも上側となる位置に接続されていることが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、ストレート管は、第１ストレート管と、第１ストレート管の少なくとも一部の外周側を覆う第２ストレート管とからなる二重構造となっているため、第１ストレート管内の未蒸発冷媒液については加熱され難く、吐出管内の未蒸発冷媒液のみならず、第２ストレート管内の未蒸発冷媒液について優先的に加熱沸騰させることができる。そして、吐出管は、第２ストレート管のうち第１ストレート管の下端部よりも上側となる位置に接続されているため、第２ストレート管にて加熱沸騰された未蒸発冷媒液（冷媒蒸気）を吐出管内に導き易くすることができる。従って、より一層未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

また、本発明の吸収式冷凍機において、前記伝熱管の下部に設けられ前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部をさらに備え、前記冷媒冷却器は、前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を導入して、前記冷媒液配管を流れる冷媒液と熱交換することで未蒸発冷媒液を沸騰させて前記冷媒分配器まで移送する気液ポンプとして機能することが好ましい。

この吸収式冷凍機によれば、冷媒冷却器が、冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を沸騰させて冷媒分配器まで移送する気液ポンプとして機能するため、電動ポンプなしに未蒸発冷媒液を再度伝熱管に滴下することができ、より一層の冷凍能力の向上を図ることができる。さらに、冷媒冷却器を気液ポンプとして機能させる際に、冷媒液配管を流れる冷媒液を冷媒冷却器にて冷却して蒸発器の冷媒分配器まで送り込むことができる。

なお、吸収式冷凍機の概念には、吸収式冷凍機の機能に加えて暖房運転も可能な吸収式冷温水機も含まれることはいうまでもない。

本発明によれば、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる吸収式冷凍機を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。 図１に示した冷媒冷却器の詳細を示す斜視図である。 第１比較例に係る吸収式冷凍機の動作を説明するための概略図である。 第２比較例に係る吸収式冷凍機の動作を説明するための概略図である。 第１実施形態に係る吸収式冷凍機の動作を説明するための概略図である。 第２実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。 図６に示した気泡ポンプの詳細を示す断面図である。 図６に示した気泡ポンプの第１変形例を示す断面図である。 図６に示した気泡ポンプの第２変形例を示す断面図である。 第３実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示す実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す実施形態においては、一部構成の図示や説明を省略している箇所があるが、省略された技術の詳細については、以下に説明する内容と矛盾が生じない範囲内において、適宜公知又は周知の技術が適用されていることはいうまでもない。

図１は、本発明の第１実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。なお、以下の説明においては吸収式冷凍機を例に説明するが、これに限らず、吸収式冷凍機の機能を備えていれば更に暖房運転も可能な吸収式冷温水機に適用してもよい。

図１に示す吸収式冷凍機１は、再生器１０、凝縮器２０、蒸発器３０、及び吸収器４０を備え、これらの吸収冷凍サイクルによって冷液を冷却するものである。さらに、吸収式冷凍機１は、溶液ポンプ５０を備えている。

再生器１０は、例えば冷媒となる水（以下、冷媒が蒸気化したものを冷媒蒸気と称し、冷媒が液化したものを冷媒液と称する）と、吸収液となる臭化リチウム（ＬｉＢｒ）とが混合された稀溶液（吸収液の濃度が低い溶液）を加熱するものである。この再生器１０には熱源が配置されており、熱源によって稀溶液が加熱される。再生器１０は、この加熱により稀溶液から蒸気を放出させることにより、冷媒蒸気と濃溶液（吸収液の濃度が高い溶液）とを生成する。

凝縮器２０は、再生器１０から供給された冷媒蒸気を液化（凝縮）させるものである。この凝縮器２０内には、第１冷水伝熱管２１が挿通されている。第１冷水伝熱管２１には冷却塔などから冷却水が供給されており、蒸発した冷媒蒸気は第１冷水伝熱管２１内の冷却水によって液化する。さらに、凝縮器２０にて液化した冷媒液は蒸発器３０に供給される。

蒸発器３０は、冷媒液を蒸発させるものである。この蒸発器３０内には、凝縮器２０にて凝縮された冷媒液を受け入れる冷媒分配器３１を備えている。冷媒分配器３１は、受け入れた冷媒液を滴下（散布）させるものである。さらに、蒸発器３０内には、室内機等に接続される第２冷水伝熱管３２が設けられている。この第２冷水伝熱管（伝熱管）３２は、例えば室内機と接続されており、室内機による室内空気の冷却によって暖められた水が流れている。また、蒸発器３０内は、真空状態となっている。このため、冷媒である水の蒸発温度は約５℃となる。よって、冷媒分配器３１により第２冷水伝熱管３２上に滴下された冷媒液は第２冷水伝熱管３２の温度によって蒸発することとなる。また、第２冷水伝熱管３２内の水は、冷媒液の蒸発によって温度が奪われる。これにより、第２冷水伝熱管３２の水は冷水（冷液の一例）として室内機に供給され、室内機は冷水を利用して冷風を室内に供給することとなる。

吸収器４０は、蒸発器３０において蒸発した冷媒蒸気を吸収するものである。この吸収器４０内には再生器１０から濃溶液が供給され、冷媒蒸気は濃溶液によって吸収され、稀溶液が生成される。また、吸収器４０には、第３冷水伝熱管４１が挿通されている。第３冷水伝熱管４１には冷却水が流れており、濃溶液の冷媒の吸収により生じる吸収熱は、第３冷水伝熱管４１の冷却水により除去される。なお、この第３冷水伝熱管４１は、第１冷水伝熱管２１と接続されている。また、吸収器４０は、冷媒の吸収により濃度が低下した稀溶液を溶液ポンプ５０によって再生器１０に供給する。

さらに、本実施形態に係る吸収式冷凍機１は、冷媒液配管６１と、稀溶液配管６２と、濃溶液配管６３と、冷媒冷却器７０とを備えている。

冷媒液配管６１は、凝縮器２０から蒸発器３０まで冷媒液を移送する配管である。この冷媒液配管６１は、凝縮器２０と蒸発器３０との高低差を利用して、冷媒液を凝縮器２０から蒸発器３０まで移送するものである。このため、冷媒液配管６１には、移送動力を発生させるためのポンプが設けられていない。

稀溶液配管６２は、吸収器４０内の稀溶液を再生器１０まで移送するための配管である。この稀溶液配管６２上には上記した溶液ポンプ５０が設けられており、稀溶液は溶液ポンプ５０によって吸収器４０から再生器１０まで移送される。

濃溶液配管６３は、再生器１０にて得られた濃溶液を吸収器４０まで移送するための配管である。この濃溶液配管６３についても再生器１０と吸収器４０との高低差を利用して、濃溶液を再生器１０から吸収器４０まで移送する構成となっている。なお、この濃溶液配管６３は高低差を利用して濃溶液を移送する配管であるが、これに限らず、ポンプ等の濃溶液の移送手段が設けられていてもよい。

冷媒冷却器７０は、第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して冷媒液配管６１内の冷媒液と熱交換するものである。図２は、図１に示した冷媒冷却器７０の詳細を示す斜視図である。

図２に示すように、冷媒冷却器７０は、概略的に冷媒溜め部７１と、熱交換用配管７２とから構成されている。冷媒溜め部７１は、第２冷水伝熱管３２の下部に設けられ第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜めるトレイ状の容器である。特に、本実施形態において冷媒溜め部７１は、平面視して長方形状となる容器となっている。

熱交換用配管７２は、入口７３及び出口７４が共に冷媒液配管６１に接続されて冷媒液が流れると共に冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液に浸された状態となるものである。この熱交換用配管７２は、具体的に８本の直管７５ａ〜７５ｈと、５つのヘッダー部材７６ａ〜７６ｅとから構成されている。

８本の直管７５ａ〜７５ｈは冷媒溜め部７１の内側（すなわち容器内）に容器の長手方向に沿って配置されており、５つのヘッダー部材７６ａ〜７６ｅは冷媒溜め部７１の外側面（すなわち容器外であって特に長方形状の容器の短辺外側面）に設置されている。また、８本の直管７５ａ〜７５ｈと５つのヘッダー部材７６ａ〜７６ｅとは連通状態にあり、それぞれを冷媒液が流通可能となっている。

このような冷媒冷却器７０において、熱交換用配管７２の入口７３側は第１ヘッダー部材７６ａに接続されており、第１ヘッダー部材７６ａは第１及び第２直管７５ａ，７５ｂに接続されている。このため、冷媒液配管６１からの冷媒液は第１ヘッダー部材７６ａを通じて第１及び第２直管７５ａ，７５ｂを流れる。

また、第１及び第２直管７５ａ，７５ｂは第２ヘッダー部材７６ｂに接続されている。第２ヘッダー部材７６ｂは、第３及び第４直管７５ｃ、７５ｄにも接続されている。このため、第１及び第２直管７５ａ，７５ｂを流れる冷媒液は、第２ヘッダー部材７６ｂを通じて第３及び第４直管７５ｃ、７５ｄを流れる。

さらに、第３及び第４直管７５ｃ，７５ｄは第３ヘッダー部材７６ｃに接続されている。第３ヘッダー部材７６ｃは、第５及び第６直管７５ｅ、７５ｆにも接続されている。加えて、第５及び第６直管７５ｅ、７５ｆは第４ヘッダー部材７６ｄに接続されている。第４ヘッダー部材７６ｄは、第７及び第８直管７５ｇ、７５ｈにも接続されている。第７及び第８直管７５ｇ、７５ｈは、出口７４につながる第５ヘッダー部材７６ｅに接続されている。このため、第３及び第４直管７５ｃ，７５ｄを流れる冷媒液は、第３ヘッダー部材７６ｃを介して第５及び第６直管７５ｅ、７５ｆに至り、第５及び第６直管７５ｅ、７５ｆを流れる冷媒液は、第４ヘッダー部材７６ｄを介して第７及び第８直管７５ｇ、７５ｈに至る。第７及び第８直管７５ｇ、７５ｈを流れる冷媒液は第５ヘッダー部材７６ｅを通じて出口７４から冷媒液配管６１（蒸発器３０側の冷媒液配管６１）に戻る。

また、冷媒溜め部７１には未蒸発冷媒液が溜められており、８本の直管７５ａ〜７５ｈが未蒸発冷媒液に浸ることから、凝縮器２０側の冷媒液配管６１から入口７３を介して流入した冷媒液は、熱交換（冷却）されることとなり、冷却されたうえで蒸発器３０側の冷媒液配管６１に戻されることとなる。

次に、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１の動作を説明するが、これに先立って比較例に係る吸収式冷凍機の動作を説明する。図３は、第１比較例に係る吸収式冷凍機の動作を説明するための概略図であり、図４は、第２比較例に係る吸収式冷凍機の動作を説明するための概略図である。なお、図３に示す第１比較例に係る吸収式冷凍機１００は上記特許文献１に近い構成のものであり、図４に示す第２比較例に係る吸収式冷凍機２００は上記特許文献２に近い構成のものである。

図３に示すように、第１比較例の吸収式冷凍機１００において、４０℃で「１０７．５」の量の冷媒液が凝縮器１２０から冷媒液配管１６１に流れ込んだとする。第１比較例においては、冷媒液配管１６１が冷媒冷却器７０を有しないことから、４０℃で「１０７．５」の量の冷媒液は、直接に冷媒分配器１３１に至る。このため、比較的多量のフラッシュ蒸気（「５．５」の量フラッシュ蒸気）が発生することとなる。また、フラッシュ蒸気の発生により冷媒液は温度が低下する。よって、６．５℃で「１０２」の量の冷媒液が第２冷水伝熱管１３２に滴下される。

ここで、第１比較例では第２冷水伝熱管１３２の濡れ性等の製品上のバラツキから、無効冷媒が多くなることがある。このため、当初無効冷媒は「２」程度であるとの予想のもとに設計していたとしても、蒸発器１３０においては、例えば「５」の量の冷媒液が蒸発せずに無効冷媒となり、「９７」の量の冷媒液が蒸発して冷媒蒸気となることがある。このような場合、能力寄与分は蒸発した「９７」の量の分となるため、第１比較例に係る吸収式冷凍機１００では、冷凍能力面で問題があることとなる。

また、図４に示すように、第２比較例の吸収式冷凍機２００において、４０℃で「１０７．５」の量の冷媒液が凝縮器２２０から冷媒液配管２６１に流れ込んだとする。この冷媒液は、蒸発器２３０の下部に位置する未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部２７１に至る。この冷媒溜め部２７１に４０℃で「１０７．５」の量の冷媒液が流入する段階において、「５．５」の量の未蒸発冷媒液が冷却に利用され、「２」の量の未蒸発冷媒液が飛散等する。そして、冷媒液ポンプＰによって冷媒溜め部２７１内の未蒸発冷媒液が蒸発器２３０の冷媒分配器２３１に至る。このとき、蒸発器２３０の冷媒分配器２３１には、６．５℃で「２００〜３００」の量の冷媒液が送り込まれる。よって、低温のためフラッシュ蒸気が発生せず、かつ「２００〜３００」という多量の冷媒液が第２冷水伝熱管２３２に滴下される。

ここで、第２比較例では多量の冷媒液が第２冷水伝熱管２３２に滴下されることから、第２冷水伝熱管２３２の濡れ性等の影響を受け難く、安定した冷凍能力を期待することができる。すなわち、蒸発器２３０においては、「１００」の量の冷媒液が蒸発して冷媒蒸気となる（「１００」の量の冷媒液が能力寄与分となる）。なお、多量の冷媒液を滴下する関係上、「１００〜２００」の量の冷媒液が未蒸発冷媒液となる。

しかし、第２比較例に係る吸収式冷凍機２００は、冷媒溜め部２７１の未蒸発冷媒液を蒸発器２３０の冷媒分配器２３１まで汲み上げる必要があることから、冷媒液ポンプＰが必須となってしまう。コスト面や信頼性の面で不利となってしまう。

図５は、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１の動作を説明するための概略図である。図５に示すように、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１において、４０℃で「１０７．５」の量の冷媒液が凝縮器２０から冷媒液配管６１に流れ込んだとする。そして、冷媒液は、蒸発器３０の下部に位置する冷媒冷却器７０に至り未蒸発冷媒液と熱交換される。このとき、「４」の量の未蒸発冷媒液が冷却に利用され、「２」の量の未蒸発冷媒液が飛散等により無効冷媒となる。

また、上記熱交換によって冷媒冷却器７０から冷媒液配管６１に流れ込む冷媒液は、１６℃程度まで冷却される。このため、冷媒分配器１３１に至る段階において発生するフラッシュ蒸気は比較的少量であり、例えば約「１．５」程度の量である。このため、フラッシュ蒸発量が抑えられて第２冷水伝熱管３２に滴下される冷媒液量が増加し、「１０６」の量の冷媒液が滴下される。このため、たとえ製品上のバラツキにより、例えば「６」の量という比較的多くの冷媒液が蒸発せずに未蒸発冷媒液となる状況においても、「１００」の量の冷媒液が蒸発することとなる。すなわち、製品上のバラツキによって比較的多くの量の冷媒液が未蒸発冷媒液となる状況においても、滴下される冷媒液の量が増加しているため、これをカバーでき、冷凍能力の向上を図ることができる。加えて、フラッシュ蒸気の減少による第２冷水伝熱管３２の有効面積の増加を見込めることから、冷凍能力の向上を図ることができる。

また、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１は、特許文献４のような冷却水回路の水よりも温度が低い未蒸発冷媒液（例えば６．５℃）を利用して、蒸発器３０に流入する冷媒液を冷却するため、フラッシュ蒸気をより効果的に抑え、冷凍能力の向上を図ることができる。加えて、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１は、特許文献３のように第２冷水伝熱管３２内の冷水も利用することなく、冷凍能力の向上を図ることができる。

さらに、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１において何らかの理由により未蒸発冷媒液の量が増えたとしても、冷媒冷却器７０に溜まる未蒸発冷媒液の量が増え、交換熱量が多くなる。このため、冷媒分配器３１に流入する冷媒液の温度は一層下げられることとなる。これにより、フラッシュ蒸気をより減らし、第２冷水伝熱管３２への冷媒液の滴下量を増やすこととなる。すなわち、製品上のバラツキを抑え、機差による冷凍能力のバラツキを少なくすることもできる。

このようにして、第１実施形態に係る吸収式冷凍機１によれば、凝縮器２０から蒸発器３０まで冷媒液を移送する冷媒液配管６１と、第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して冷媒液配管６１内の冷媒液と熱交換する冷媒冷却器７０とを備えるため、冷媒液配管６１により冷媒液が凝縮器２０から蒸発器３０まで移送される過程において冷媒冷却器７０により冷却され、蒸発器３０の冷媒分配器３１にて受け入れられた段階ではフラッシュ蒸発量が抑えられることとなる。これにより、第２冷水伝熱管３２に滴下される冷媒液の量を増加させ、しかも、フラッシュ蒸気の減少による第２冷水伝熱管３２の有効面積の増加を見込めることから、冷凍能力の向上を図ることができる。また、凝縮器２０と蒸発器３０との高低差を利用して凝縮器２０から蒸発器３０まで冷媒液を移送するため、ポンプを設置する必要もない。従って、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる。

さらには、無効冷媒の量を減らすことができるため、蒸発器３０や吸収器４０の伝熱面積を減少させてコストダウンを図ることも可能となる。

また、第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部７１と、冷媒液配管６１に接続されて冷媒液が流れると共に冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液に浸された状態となる熱交換用配管７２とを備えるため、第２冷水伝熱管３２の下部に未蒸発冷媒液を溜める容器等の冷媒溜め部７１を設置すると共に冷媒溜め部７１に冷媒液が流れる熱交換用配管７２を設ければ冷媒冷却器７０を構成でき、比較的簡易な構成にて冷媒冷却器７０を実現することができる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態に係る吸収式冷凍機は、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び動作が一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図６は、第２実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。第２実施形態に係る吸収式冷凍機２は、更に気泡ポンプ８０を備えている。気泡ポンプ８０は、液中において気泡が上昇する性質を利用して液体を気泡により押し上げるものである。このような気泡ポンプ８０には、ポンプ内に気泡を送り込むものもあるが、第２実施形態では加熱沸騰により液中に気泡を発生させる構成を採用している。

具体的に気泡ポンプ８０は、一端８１が冷媒溜め部７１に接続されて他端８２が開放端となっている。このような気泡ポンプ８０は、下側に凸となる略Ｕ字又は略Ｖ字形状の配管８３によって形成され、他端８２が一端８１よりも高く位置している。このような気泡ポンプ８０は、吸収式冷凍機２の停止時に加熱され、冷媒溜め部７１から配管８３内に流れ込んだ未蒸発冷媒液を沸騰させることで、冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液を一端８１側から他端８２側へ移送して他端８２の開放端から排出するものである。

特に、第２実施形態において気泡ポンプ８０の加熱は、稀溶液を利用して行われる。まず、稀溶液は再生器１０により加熱されていることから基本的に高温である。また、吸収式冷凍機２の運転中においては、吸収器４０で生成された稀溶液が溶液ポンプ５０によって再生器１０へ送り込まれているため液位ＦＬ１が低いが、吸収式冷凍機２の停止時には稀溶液を再生器１０に送り込む必要がなく、溶液ポンプ５０は動作を停止する。このため、吸収式冷凍機２の停止時においては吸収器４０の下部において高温の稀溶液の液位ＦＬ２が上昇する。第２実施形態において気泡ポンプ８０は、溶液ポンプ５０の動作時には稀溶液に浸漬せず、溶液ポンプ５０の停止時において一部が稀溶液に浸漬することで加熱される構成となっている。

このような気泡ポンプ８０を設ける理由は以下の通りである。まず、吸収式冷凍機２の停止時において、冷媒溜め部７１には未蒸発冷媒液が溜まっている。ここで、冷凍機停止時において稀溶液が外気温度により温度低下した場合に蒸気圧が低下する。よって、冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液が自己蒸発してしまい、これに伴って未蒸発冷媒液から温度が奪われて凍結してしまう可能性がある。そして、凍結時には、熱交換用配管７２や冷媒液配管６１が破損してしまう可能性がある。

気泡ポンプ８０は、このような問題を解消すべく、冷凍機停止時に冷媒溜め部７１に残る未蒸発冷媒液を冷媒溜め部７１外に排出することとなる。

図７は、図６に示した気泡ポンプ８０の詳細を示す断面図である。図７に示すように、気泡ポンプ８０は、一端８１側から略直線状に垂下するストレート管８４と、ストレート管８４から延びると共に一端８１側よりも他端８２側が高くなるように鉛直方向に対して傾斜した傾斜部８５ａを有した吐出管８５とを備えている。また、吐出管８５は、溶液ポンプ５０の停止時において少なくとも傾斜部８５ａの一部が稀溶液に浸漬している。

ここで、第２実施形態に係る気泡ポンプ８０では、冷媒溜め部７１の未蒸発冷媒液を排出する必要がある。このため、気泡ポンプ８０を加熱して冷媒液を一端８１から他端８２に移送する必要がある。しかし、気泡ポンプ８０の形状によっては他端８２から一端８１へ移送する流れが発生してしまう可能性もある。

そこで、図７に示すように、第２実施形態では一端８１側よりも他端８２側が高くなる傾斜部８５ａを設けることにより、傾斜部８５ａにおける未蒸発冷媒液を傾斜に沿って誘導するようにして他端８２へ移送して開放端から排出させるようにしている。そして、一度未蒸発冷媒液が排出されると、その後はその流れに沿って冷媒溜め部７１内の未蒸発冷媒液がストレート管８４を通じて吐出管８５に至り、吐出管８５を通じて他端８２の開放端から排出される。これにより、未蒸発冷媒液を効率良く排出するようにしている。

図８は、図６に示した気泡ポンプ８０の第１変形例を示す断面図である。図７に示す気泡ポンプ８０では冷媒飽和温度と加熱温度との温度差が大きい場合、他端８２から一端８１側へ逆流する可能性があった。そこで、第１変形例に係る気泡ポンプ８０は、ストレート管８４が吐出管８５よりも管径が大きくなっている。これにより、ストレート管８４の容積が増し且つストレート管８４内において未蒸発冷媒液の対流が発生することから、吐出管８５内の未蒸発冷媒液を優先的に加熱沸騰させることができ、逆流を防止することができる。

図９は、図６に示した気泡ポンプ８０の第２変形例を示す断面図である。図８に示す気泡ポンプ８０では、ストレート管８４の未蒸発冷媒液が対流により一部吐出管８５に流入してしまい、冷媒飽和温度と加熱温度との温度差が大きい場合、未蒸発冷媒液を吐出し難くなってしまう可能性があった。そこで、第２変形例に係る気泡ポンプ８０は、ストレート管８４を二重構造としている。すなわち、ストレート管８４は、冷媒溜め部７１から略直線状に垂下する第１ストレート管８４ａと、第１ストレート管８４ａの下側一部の外周側を覆う第２ストレート管８４ｂとからなる二重構造となっている。また、吐出管８５は、第２ストレート管８４ｂのうち第１ストレート管８４ａの下端部ＵＥＰよりも上側となる位置ＵＰに接続されている。

このように、ストレート管８４が二重構造であるため、第１ストレート管８４ａ内の未蒸発冷媒液については加熱され難く、吐出管８５内の未蒸発冷媒液のみならず、第２ストレート管８４ｂ内の未蒸発冷媒液について優先的に加熱沸騰させることができる。そして、吐出管８５は、第２ストレート管８４ｂのうち第１ストレート管８４ａの下端部ＵＥＰよりも上側となる位置ＵＰに接続されているため、第２ストレート管８４ｂにて加熱沸騰された未蒸発冷媒液（冷媒蒸気）を吐出管８５内に導き易くすることができる。これにより、逆流も防止しつつ吐出し易い構造とすることができる。

このようにして、第２実施形態に係る吸収式冷凍機２によれば、第１実施形態と同様に、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる。また、比較的簡易な構成にて冷媒冷却器７０を実現することができる。

さらに、第２実施形態によれば、冷凍機停止時に加熱され配管８３内の未蒸発冷媒液を沸騰させることで、冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液を排出する気泡ポンプ８０をさらに備えるため、冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液の凍結に伴う熱交換用配管７２や冷媒液配管６１の破損を防止することができる。

また、冷凍機運転中において吸収器４０で生成された稀溶液を再生器１０へ送り冷凍機停止時には動作を停止する溶液ポンプ５０をさらに備える。ここで、溶液ポンプ５０が停止すると稀溶液が再生器１０へ送られることがなく稀溶液の液位ＦＬ２が上昇する。これにより、溶液ポンプ５０の動作時には稀溶液に浸漬せず、溶液ポンプ５０の停止時において一部が稀溶液に浸漬することで加熱される気泡ポンプ８０を構成でき、加熱用のヒータ等を要することなく、気泡ポンプ８０を動作させて冷媒溜め部７１に溜められた未蒸発冷媒液を排出することができる。

また、気泡ポンプ８０は、ストレート管８４と、一端８１側よりも他端８２側が高くなるように傾斜した傾斜部８５ａを有する吐出管８５とを備え、吐出管８５は、溶液ポンプ５０の停止時において傾斜部８５ａの一部が稀溶液に浸漬している。このため、傾斜部８５ａにおける未蒸発冷媒液は傾斜に沿って誘導されるようにして他端８２へ移動して開放端から排出される。そして、一度未蒸発冷媒液が排出されると、その後はその流れに沿って冷媒溜め部７１内の未蒸発冷媒液がストレート管８４を通じて吐出管８５に至り、吐出管８５を通じて他端８２の開放端から排出される。従って、未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

また、ストレート管８４は吐出管８５よりも管径が大きくされているため、ストレート管８４の容積が増し且つストレート管８４内において未蒸発冷媒液の対流が発生することから、吐出管８５内の未蒸発冷媒液を優先的に加熱沸騰させることができ、一層未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

また、ストレート管８４は、第１ストレート管８４ａと、第１ストレート管８４ａの少なくとも一部の外周側を覆う第２ストレート管８４ｂとからなる二重構造となっているため、第１ストレート管８４ａ内の未蒸発冷媒液については加熱され難く、吐出管８５内の未蒸発冷媒液のみならず、第２ストレート管８４ｂ内の未蒸発冷媒液について優先的に加熱沸騰させることができる。そして、吐出管８５は、第２ストレート管８４ｂのうち第１ストレート管８４ａの下端部ＵＥＰよりも上側となる位置ＵＰに接続されているため、第２ストレート管８４ｂにて加熱沸騰された未蒸発冷媒液（冷媒蒸気）を吐出管８５内に導き易くすることができる。従って、より一層未蒸発冷媒液を効率良く排出することができる。

次に、本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態に係る吸収式冷凍機は、第１実施形態のものと同様であるが、構成及び動作が一部異なっている。以下、第１実施形態との相違点を説明する。

図１０は、第３実施形態に係る吸収式冷凍機を示す概略構成図である。図１０に示すように、第３実施形態に係る吸収式冷凍機３は、第１実施形態に示した冷媒溜め部７１と同様の冷媒溜め部９０を備えている。この冷媒溜め部９０は、第２冷水伝熱管３２の下部に設けられ第２冷水伝熱管３２に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜めるトレイ状の容器である。

また、第３実施形態において吸収式冷凍機３は、冷媒溜め部９０と蒸発器３０の冷媒分配器３１とを接続する第２冷媒液配管９１を備えている。さらに、第３実施形態においては、冷媒液配管６１と第２冷媒液配管９１との冷媒液同士を熱交換する冷媒冷却器７０が設けられている。

このような構成であるため、冷媒液配管６１を流れる冷媒液は第２冷媒液配管９１の未蒸発冷媒液との熱交換により冷却されて、蒸発器３０の冷媒分配器３１に供給される。

一方、第２冷媒液配管９１の未蒸発冷媒液は冷媒液配管６１を流れる冷媒液と熱交換されることで加熱される。しかも、第２冷媒液配管９１は蒸発器３０につながっており、蒸発器圧力＋流路圧損＋液深分の圧力となっていることから、冷媒沸点は７℃以上２０℃以下程度となる。よって、第２冷媒液配管９１の未蒸発冷媒液は冷媒液配管６１を流れる冷媒液と熱交換されることで沸騰する。これにより、冷媒冷却器７０は気液ポンプとして機能し、冷媒溜め部９０の未蒸発冷媒液を蒸発器３０の冷媒分配器３１まで移送することとなる。

このような未蒸発冷媒液の移送には電動ポンプを要せず、しかも未蒸発冷媒液を再度蒸発器３０の冷媒分配器３１に供給して、第２冷水伝熱管３２に滴下するため、冷凍能力のより一層の向上を図ることとなる。加えて、未蒸発冷媒液の冷媒分配器３１に移送する過程において冷媒液配管６１を流れる冷媒液を冷却して、フラッシュ蒸気の発生を抑えることとなる。

このようにして、第３実施形態に係る吸収式冷凍機３によれば、第１実施形態と同様に、ポンプによるコストアップ及び信頼性の低下を防止しつつ、冷凍能力の向上を図ることができる。

さらに、第３実施形態によれば、冷媒冷却器７０が、冷媒溜め部９０に溜められた未蒸発冷媒液を沸騰させて冷媒分配器３１まで移送する気液ポンプとして機能するため、電動ポンプなしに未蒸発冷媒液を再度第２冷水伝熱管３２に滴下することができ、より一層の冷凍能力の向上を図ることができる。さらに、冷媒冷却器７０を気液ポンプとして機能させる際に、冷媒液配管６１を流れる冷媒液を冷媒冷却器７０にて冷却して蒸発器３０の冷媒分配器３１まで送り込むことができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更を加えてもよいし、各実施形態を組み合わせてもよい。

例えば、上記第１及び第２実施形態において冷媒冷却器７０は、蒸発器３０の下部に設けられているが、特にこれに限らず、未蒸発冷媒液を利用して蒸発器３０に流入する冷媒液を冷却できれば、蒸発器３０の下部以外の位置に設けられていてもよい。また、冷媒冷却器７０の構成も冷媒溜め部７１と熱交換用配管７２とからなる構成に限るものではない。

また、第２実施形態に係る気泡ポンプ８０の加熱は稀溶液にて行われているが、これに限らず、他の加熱源を備えていてもよい。加えて、気泡ポンプ８０は、図７〜図９に示す構造のものに限られるものではない。

また、上記実施形態では、１つの再生器１０により稀溶液が加熱される構成となっているが、これに限らず、高温再生器及び低温再生器などの複数の再生器１０により構成されていてもよい。さらに、上記実施形態においては、熱交換器等の他の構成を各所に設けるようにしてもよい。

１〜３ ：吸収式冷凍機
１０ ：再生器
２０ ：凝縮器
２１ ：第１冷水伝熱管
３０ ：蒸発器
３１ ：冷媒分配器
３２ ：第２冷水伝熱管（伝熱管）
４０ ：吸収器
４１ ：第３冷水伝熱管
５０ ：溶液ポンプ
６１ ：冷媒液配管
６２ ：稀溶液配管
６３ ：濃溶液配管
７０ ：冷媒冷却器
７１ ：冷媒溜め部
７２ ：熱交換用配管
７３ ：入口
７４ ：出口
７５ａ〜７５ｈ ：直管
７６ａ〜７６ｅ ：ヘッダー部材
８０ ：気泡ポンプ
８１ ：一端
８２ ：他端
８３ ：配管
８４ ：ストレート管
８４ａ ：第１ストレート管
８４ｂ ：第２ストレート管
８５ ：吐出管
８５ａ ：傾斜部
９０ ：冷媒溜め部
９１ ：第２冷媒液配管
ＦＬ１ ：液位
ＦＬ２ ：液位
ＵＥＰ ：下端部

Claims (8)

1. 稀溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液とを生成する再生器と、前記再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と、前記凝縮器で凝縮された冷媒液を受け入れて冷液が流れる伝熱管に滴下させて蒸発させる冷媒分配器を有した蒸発器と、前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を前記再生器で生成された濃溶液に吸収させて稀溶液を生成する吸収器と、を備え、前記吸収器で生成された稀溶液を前記再生器へ送る吸収冷凍サイクルを形成した吸収式冷凍機であって、
   前記凝縮器と前記蒸発器との高低差を利用して前記凝縮器から前記蒸発器まで冷媒液を移送する冷媒液配管と、
   前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を利用して前記冷媒液配管内の冷媒液と熱交換する冷媒冷却器と、
   を備えることを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 前記冷媒冷却器は、前記伝熱管の下部に設けられ前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部と、入口及び出口が共に前記冷媒液配管に接続されて冷媒液が流れると共に前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液に浸された状態となる熱交換用配管と、を備えて構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式冷凍機。
3. 一端が前記冷媒溜め部に接続されて他端が開放端となり下側に凸となる略Ｕ字又は略Ｖ字形状の配管によって形成され、冷凍機停止時に加熱され前記配管内の未蒸発冷媒液を沸騰させることで、前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を前記一端側から他端側へ移送して他端の開放端から排出する気泡ポンプをさらに備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の吸収式冷凍機。
4. 冷凍機運転中において前記吸収器で生成された稀溶液を前記再生器へ送り冷凍機停止時には動作を停止する溶液ポンプをさらに備え、
   前記気泡ポンプは、前記溶液ポンプの動作時には稀溶液に浸漬せず、前記溶液ポンプの停止時において一部が稀溶液に浸漬することで加熱される構成となっている
   ことを特徴とする請求項３に記載の吸収式冷凍機。
5. 前記気泡ポンプは、一端側から略直線状に垂下するストレート管と、前記ストレート管から延びると共に一端側よりも他端側が高くなるように鉛直方向に対して傾斜した傾斜部を有した吐出管とを備え、
   前記吐出管は、前記溶液ポンプの停止時において少なくとも前記傾斜部の一部が稀溶液に浸漬している
   ことを特徴とする請求項４に記載の吸収式冷凍機。
6. 前記ストレート管は、前記吐出管よりも管径が大きくされている
   ことを特徴とする請求項５に記載の吸収式冷凍機。
7. 前記ストレート管は、前記冷媒溜め部から略直線状に垂下する第１ストレート管と、前記第１ストレート管の少なくとも一部の外周側を覆う第２ストレート管とからなる二重構造となっており、
   前記吐出管は、前記第２ストレート管のうち前記第１ストレート管の下端部よりも上側となる位置に接続されている
   ことを特徴とする請求項５に記載の吸収式冷凍機。
8. 前記伝熱管の下部に設けられ前記伝熱管に滴下され蒸発しなかった未蒸発冷媒液を溜める冷媒溜め部をさらに備え、
   前記冷媒冷却器は、前記冷媒溜め部に溜められた未蒸発冷媒液を導入して、前記冷媒液配管を流れる冷媒液と熱交換することで未蒸発冷媒液を沸騰させて前記冷媒分配器まで移送する気液ポンプとして機能する
   ことを特徴とする請求項１に記載の吸収式冷凍機。

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