JP3592976B2 - 抽気装置、及び、吸収冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍機の吸収器内部を抽気して、冷媒ガスと不凝縮ガスとを分離・回収する抽気装置、及び、このような抽気装置を備える吸収冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、水を冷媒とすると共に臭化リチウム溶液等を吸収溶液とし、いわゆる吸収サイクルによって冷凍作用を行う吸収冷凍機が空調用冷凍機、冷温水機等として幅広く用られている。この種の吸収冷凍機は、蒸発器、吸収器、再生器（高圧再生器及び低圧再生器）、及び、凝縮器等を備えており、凝縮器で凝縮した低温の冷媒液が蒸発器で気化することにより冷凍作用が行なわれる。蒸発器で気化した冷媒ガス（蒸気）は、吸収器で吸収溶液に吸収され、当該吸収容液は、溶液ポンプによって再生器に給送される。冷媒ガスを吸収した吸収溶液は、再生器で加熱され、これにより、高圧の冷媒ガスが発生し、当該冷媒ガスは凝縮器に給送される。高圧の冷媒ガスは、凝縮器で凝縮して低温の冷媒液となり、蒸発器に送られる。また、再生器で冷媒と分離された濃厚な吸収溶液は、吸収器内に戻される。
【０００３】
この場合、吸収冷凍機の機内は、高真空度に維持する必要があるが、吸収冷凍機の作動中、吸収器の内部に、空気等の気体が混入したり、吸収器の内部で水素が発生したりすることを避けることはできない。このような空気、水素といった冷媒ガス以外の気体（以下、「不凝縮ガス」という）は、吸収溶液による冷媒ガスの吸収を妨げるものであり、吸収冷凍機の冷凍能力を低下させる要因となるものである。従って、吸収冷凍機の冷凍能力を向上させるためには、吸収器内部に存在する不凝縮ガスを効率よく除去する必要があり、従来から、吸収冷凍機には、吸収器内部を抽気するための抽気装置が備えられている。抽気装置の一例としては、特開平７−１９６７０号公報によって開示されたもののような、いわゆる、エゼクタ型抽気装置が知られている。
【０００４】
この種のエゼクタ型抽気装置は、外筒と、外筒内に配置された内筒とを備えている。内筒の中途には、吸収器内部と連通するエゼクタ部が設けられており、このエゼクタ部には、溶液ポンプ等によって駆動流体としての吸収溶液が供給される。これにより、吸収器内部の冷媒ガスと不凝縮ガスとがエゼクタ部に吸引され、吸引された冷媒ガスと不凝縮ガスとの気泡は、吸収溶液に巻込まれる。内筒を流下して外筒内に流出した気液二相流は、流速が低下するにつれて気液分離し、不凝縮ガスが外筒内の上層に、冷媒ガスを吸収した吸収溶液が外筒内の下層に、それぞれ、貯留されることになる。外筒内に貯留されている不凝縮ガスは、真空ポンプ等によって適宜排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の抽気装置（吸収冷凍機）には、次のような問題点が存在していた。すなわち、抽気対象である吸収器の内部は、きわめて高い真空度（例えば、５〜７ｍｍＨｇ程度）に維持されていることから、エゼクタ型の抽気装置では、吸収器の内部を十分に抽気することが困難であった。このため、吸収器における冷媒ガスの吸収が阻害され、吸収冷凍機の冷凍能力もその分低下してしまう。一方、このようなエゼクタ型抽気装置では、吸引対象である不凝縮ガス及び冷媒ガスを吸収器と抽気装置との間で冷却すれば、抽気性能を向上させることができるが、この場合、吸引対象を冷却するための熱交換器等を設けることに起因して、吸収冷凍機のコストが増大してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、簡易な構成を有し、低コストで構成可能であり、かつ、高い抽気性能を有する抽気装置、及び、吸収器の内部を良好に抽気可能であり、高い冷凍能力を発揮すると共にコストダウン化を図ることができる吸収冷凍機の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明による抽気装置は、吸収冷凍機の吸収器内部を抽気して、冷媒ガスと不凝縮ガスとを分離・回収する抽気装置において、吸収器の内部と連通すると共に、冷媒ガスを吸収する吸収溶液が導入される抽気室と、抽気室内の吸収溶液が周囲から流れ込むように配置された呑口部と、呑口部に向けて吸収溶液を噴射するためのノズルと、呑口部を介して抽気室と連通しており、冷媒ガスを吸収した吸収溶液から不凝縮ガスを分離させ、当該吸収溶液と当該不凝縮ガスとを貯留する分離室と、ノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面に乱れを形成する乱流形成手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
この抽気装置は、いわゆるプランジングジェット作用（衝突噴流の作用）によって、吸収器内部を抽気するものである。すなわち、吸収器の内部と連通する抽気室内には、吸収溶液が、例えばその内壁を伝って流下するように導入される。また、抽気室内には、例えばベルマウス状に形成された呑口部が配置されており、抽気室内の吸収溶液は、呑口部に対して周囲から流れ込むと共に、呑口部の周囲でオーバーフローする状態となる。更に、呑口部からオーバーフローする吸収溶液と衝突するように、ノズルから呑口部に向けて吸収溶液が噴射される。
【０００９】
これにより、ノズルから噴射される吸収溶液と呑口部でオーバーフローする吸収溶液との衝突部にエアポケットが形成され、いわゆるプランジングジェット作用により、気泡（不凝縮ガス及び冷媒ガス）がエアポケットで吸収溶液に巻込まれる。この結果、吸収溶液によって冷媒ガスが吸収されることと相俟って、抽気室内の圧力が低下し、吸収器内部の不凝縮ガス及び冷媒ガスが抽気室内に効率よく吸引される。不凝縮ガスと冷媒ガスとの気泡を巻込んだ吸収溶液は、呑口部を介して分離室内に流れ込み、分離室内には、冷媒ガスを吸収した吸収溶液と、分離された不凝縮ガスとが貯留される。
【００１０】
ここで、従来、ブランシングジェット型の抽気装置については、呑口部に対して、ノズルから吸収溶液を乱れのない噴流としてある程度静かに噴射するのが好ましいと考えられていた。これに対して、本発明者らがプランジングジェット型の抽気装置について鋭意研究を行った結果、ノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体（不凝縮ガス及び冷媒ガス）との気液界面に乱れを形成することにより、抽気装置の抽気性能が飛躍的に向上することが見出された。つまり、ノズルから流出する噴流のコア部を乱すことなく、気液界面のみを乱すことにより、呑口部で巻込まれる気泡の量を飛躍的に増大化させることができる。これを踏まえて、この抽気装置には、乱流形成手段が設けられている。そして、乱流形成手段は、以下に説明するように、極めて簡易に構成可能であり、この結果、高い抽気性能を有する抽気装置を低コストで構成することができる。
【００１１】
この場合、乱流形成手段は、ノズルの開口部の縁部から内方に突出する突起部からなると好ましい。
【００１２】
このような構成のもとでは、ノズルに供給された吸収溶液は、開口部（絞り開口部）から噴出する際に、縮流とされると共に突起部と接触するので、装置サイズや吸収溶液の供給量等に応じて突起部の突出量を適宜設定することにより、噴流のコア部を乱すことなく、気液界面のみを極めて容易に乱すことが可能となる。また、このようなノズルは簡易に構成でき、また、突起部の突出量等も精度よく設定することができる。この場合、突起部は、開口部の縁部に複数形成することが好ましい。
【００１３】
更に、突起部を複数備えると共に、開口部の縁部が各突起部同士の間で外方に膨らむ円弧状に形成されていると好ましい。
【００１４】
このような構成のもとでは、吸収溶液は、ノズルの開口部を通過して縮流となる際に突起部と接触するが、円弧状の縁部近傍を通過する吸収溶液は、外向きの速度ベクトルをもって外方に拡散し、噴流の断面積は、呑口に近づくにつれて多少広がることになる。すなわち、噴流の断面形状には、内方に窪んだ部位が含まれる。例えば、開口部に対して４個の突起部を設けると共に、各突起部同士の間における縁部を円弧状に形成すれば、ノズルから流出する噴流の断面形状は、略十字状となり、断面から見て４個所の窪み部が形成されることになる。そして、このようにして形成された窪み部は、呑口部でオーバーフローする吸収溶液と衝突した際に、気泡を巻込むエアポケットとして機能する。従って、このような構成を採用すれば、気泡を巻込む面積がより拡大化されることになり、呑口部における気泡の巻込み量を一層増大化させることができる。
【００１５】
また、乱流形成手段は、ノズルの開口部から流出した噴流と周囲の冷媒ガスとの気液界面に接触するように配置された突起部からなると好ましい。
【００１６】
このような構成を採用しても、噴流のコア部を乱すことなく、ノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面のみを容易に乱すことが可能となり、呑口部で巻込まれる気泡の量を効果的に増大化させることができる。この場合も、突起部はノズルに対して複数設けることが好ましい。
【００１７】
一方、乱流形成手段は、ノズルから呑口部に向かう噴流の断面積を時間的に変化させるものであってもよい。
【００１８】
このように、乱流形成手段によって、ノズルから呑口部に向かう噴流の断面積を時間的に変化させれば、噴流の外周には、ノズルから呑口部に向けて複数の窪み部（乱れ）が形成されることになる。そして、このようにして形成される窪み部は、呑口部でオーバーフローする吸収溶液と衝突した際に、気泡を巻込むエアポケットとして機能する。従って、このような構成を採用しても、呑口部で巻込まれる気泡の量を効果的に増大化させることが可能となる。
【００１９】
この場合は、例えば、ノズルの開口部よりも大きい内径をもった筒体を延設したり、ノズルの開口部の内径をテーパ状に拡大させたりすると好ましい。これにより、筒体の全長や、開口部の厚さを適宜設定すれば、ノズルの開口部、又は、開口部の上流端で縮流となった吸収溶液は、筒体の出口端付近、又は、開口部の下流端で、付着と剥離を短い周期で繰り返すことになるので、ノズルから呑口部に向かう噴流の断面積を極めて容易に時間変化させることが可能となる。
【００２０】
請求項９に記載の本発明による吸収冷凍機は、蒸発器で生成する冷媒ガスを吸収器で吸収溶液に吸収させる吸収冷凍機において、吸収器の内部を抽気して、冷媒ガスと不凝縮ガスとを分離・回収する抽気装置を有し、この抽気装置は、吸収器の内部と連通すると共に、冷媒ガスを吸収する吸収溶液が導入される抽気室と、抽気室内の吸収溶液が周囲から流れ込むように配置された呑口部と、呑口部に向けて吸収溶液を噴射するためのノズルと、呑口部を介して抽気室と連通しており、冷媒ガスを吸収した吸収溶液から不凝縮ガスを分離させ、当該吸収溶液と当該不凝縮ガスとを貯留する分離室と、ノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面に乱れを形成する乱流形成手段とを備えることを特徴とする。
【００２１】
この吸収冷凍機に含まれる抽気装置は、簡易な構成を有し、低コストで構成可能であり、かつ、高い抽気性能を有するものである。従って、吸収器の内部を効率よく抽気して、冷媒ガスの吸収を阻害する不凝縮ガスを良好に除去できるので、吸収冷凍機の全体のコストアップを抑制しつつ、その冷凍能力を向上させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による抽気装置及び吸収冷凍機の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明による吸収冷凍機を示す系統図である。同図に示す吸収冷凍機１は、空調用冷凍機、冷温水機等として幅広く適用可能なものであり、水を冷媒Ｒとすると共に臭化リチウム溶液等を吸収溶液Ｙとした吸収サイクルによって冷凍作用を行う。すなわち、吸収冷凍機１には、吸収サイクルを構成する蒸発器１０、吸収器２０、高圧再生器３０、低圧再生器４０、及び、凝縮器５０が含まれており、凝縮器５０で凝縮した低温の冷媒液（水）ＲＬが蒸発器１０で気化することにより冷凍作用が行なわれる。
【００２４】
蒸発器１０と吸収器２０とは、同一のシェル（高真空容器）２内に配置されている。蒸発器１０内には伝熱管１１が配置されており、この伝熱管１１には、冷水入口ラインＬ１を介して冷水Ｗ１が供給される。また、蒸発器１０に対しては、冷媒ポンプＰ１が備えられており、この冷媒ポンプＰ１によって蒸発器１０の内部から冷媒液ＲＬが汲み上げられ、汲み上げられた冷媒液ＲＬは、冷媒ラインＬ１１を介して、伝熱管１１に向けて散布される。散布された冷媒液ＲＬは、伝熱管１１内を流通する冷水Ｗ１から気化潜熱を奪って気化し、冷媒ガス（水蒸気）ＲＧとなって吸収器２０側に流れ込む。
【００２５】
伝熱管１１を流通した冷水Ｗ１は冷水出口ラインＬ２を介して外部に排出される。冷水Ｗ１は、例えば１２℃の温度で伝熱管１１に流入して冷却された後、冷水出口ラインＬ２を介して例えば７℃の温度で排出される。蒸発器１０から流出する冷水Ｗ１は、ビルの冷房や工場のプロセス用として用いられ、冷房等に供せられた冷水Ｗ１は、温度上昇して例えば１２℃の温度となり、再び蒸発器１０に導入される。
【００２６】
同様に、吸収器２０の内部にも伝熱管２１が配置されている。この伝熱管２１には、冷却水ラインＬ３を介して冷却水Ｗ２が供給される。更に、吸収器２０に対しては、第１溶液ポンプＰ２が備えられており、この第１溶液ポンプＰ２によって吸収器２０の内部から吸収溶液（臭化リチウム溶液）Ｙが汲み上げられる。汲み上げられた吸収溶液Ｙは、溶液ラインＬ２１を介して、伝熱管２１に向けて散布される。伝熱管２１に対して散布された吸収溶液Ｙは、吸収器２０側に流入してきた冷媒ガスＲＧを吸収するので、その濃度が低下し、濃度が低下した希薄な吸収溶液Ｙが吸収器２０の底部に集められる。なお、吸収器２０内で発生する熱は、伝熱管２１内を流通する冷却水Ｗ２によって回収される。
【００２７】
吸収器２０の底部に集められた吸収溶液Ｙは、第１溶液ポンプＰ２により圧送され、バルブ、低温熱交換器３、溶液ラインＬ２２、高温熱交換器４、溶液ラインＬ２３を介して、高圧再生器３０に供給される。高圧再生器３０は、炉筒、伝熱管を収容した胴部及び加熱バーナを装備している。高圧再生器３０には、図示しない燃料ガス供給装置から燃料ガスＧが供給され、燃料ガスＧは炉筒内で燃焼させられる。これにより、高圧再生器３０に供給された吸収溶液Ｙは加熱バーナによって加熱され、吸収されている冷媒Ｒの一部が気化するので、吸収溶液Ｙの濃度は、中程度まで高まることになる。
【００２８】
高圧再生器３０で加熱されて濃度が高まった吸収溶液Ｙは、溶液ラインＬ２４、高温熱交換器４を介して低圧再生器４０に供給される。低圧再生器４０内には伝熱管４１が配置されており、この伝熱管４１には、高圧再生器３０で気化した冷媒ガスＲＧが冷媒ラインＬ１２を介して供給される。また、溶液ラインＬ２２からは、高温熱交換器４の下流側で溶液ラインＬ２５が分岐されており、この溶液ラインＬ２５を介して、希薄な吸収溶液Ｙが伝熱管４１に向けて散布される。この低圧再生器４０の内部では、伝熱管４１を介して高圧再生器３０及び溶液ラインＬ２５から導入された吸収溶液Ｙが加熱されるので、冷媒Ｒの一部が蒸発して吸収溶液Ｙの濃度が更に高まる。高濃度となった吸収溶液Ｙは、低圧再生器４０の底部に集められ、第２溶液ポンプＰ３によって再び吸収器２０に圧送される。
【００２９】
凝縮器５０は、低圧再生器４０と同一のシェル５内に配置されており、その内部には、冷却水ラインＬ４を介して冷却水Ｗ２が供給される伝熱管５１が配置されている。そして、低圧再生器４０の伝熱管４１を流通して昇圧した冷媒ガスＲＧは、冷媒ラインＬ１３を介して凝縮器５０内に供給される。これにより、凝縮器５０に流入した冷媒ガスＲＧは、伝熱管５１を介して冷却されて凝縮し、低温の冷媒液（水）ＲＬとなる。この冷媒液ＲＬは、凝縮器５０内と蒸発器１０内との圧力差及び重力差によって、冷媒ラインＬ１４を介して蒸発器１０に流入する。蒸発器１０の底部に集められた冷媒液ＲＬは、上述したように、冷媒ポンプＰ１によって冷媒ラインＬ１１を介して伝熱管１１に向けて散布される。
【００３０】
このように構成された吸収冷凍機１の機内（シェル２及び５の内部）は、高真空度に維持する必要があるが、吸収冷凍機１の作動中、吸収器２０の内部に、空気等の気体が混入したり、吸収器２０の内部で水素が発生したりすることを避けることはできない。このような空気、水素といった冷媒ガスＲＧ以外の不凝縮ガスＮＣは、吸収溶液Ｙによる冷媒ガスの吸収を妨げるものであり、吸収冷凍機１の冷凍能力を低下させる要因となるものである。これを踏まえ、この吸収冷凍機１には、吸収器２０の内部を抽気するための抽気装置７０が備えられている。以下、この抽気装置７０について詳細に説明する。
【００３１】
図２は、抽気装置７０の縦断面図である。同図に示すように、抽気装置７０は、上端及び下端が閉鎖された筒体（円筒体）として構成された処理槽７１を備える。この処理槽７１の内部には仕切板７２が固定されており、この仕切板７２によって、処理槽７１の内部は、図中上側に位置する抽気室７３（上４分の１程度の領域）と、下側に位置する分離室７４とに区分される。処理槽７１には、抽気室７３の内部と連通するガス入口７５が接続されており、このガス入口７５は、図１に示すように、配管Ｌ２６を介して吸収器２０の内部と連通している。
【００３２】
また、処理槽７１の抽気室７３内には、溶液受け板７７が固定されている。この溶液受け板７７は、図３に示すように、円盤状を呈しており、その外周には、複数の切欠き部７７ａが所定角度間隔（この場合、４５°間隔で８個）で形成されている。更に、処理槽７１の上部には、第１溶液ポンプＰ２と低温熱交換器３との間から分岐された溶液ラインＬ２７から更に分岐された溶液ラインＬ２８と連なる溶液供給管７６が接続されている。溶液供給管７６は、処理槽７１の上蓋部及び溶液受け板７７を貫通して抽気室７３の内部に達する。また、溶液供給管７６には、溶液受け板７７の上側近傍に位置するように複数の孔部７６ａが形成されており、その先端には、ノズル７８が装着されている。
【００３３】
ノズル７８は、図４に示すように、有底筒状に形成されており、その底部中央には、溶液供給管７６の内部断面よりも小面積の絞り開口部７８ａが形成されている。絞り開口部７８ａは、図５に示すように複数（この場合、４個）の円孔を重ね合わせた花びら状を呈する。従って、絞り開口部７８ａの縁部には、円弧と円弧とが重なる部分に位置して内方に突出する複数（この場合、４個）突起部７８ｂが含まれる。そして、各突起部７８ｂ同士の間における絞り開口部７８ａの縁部７８ｃは、外方に膨らむ円弧状に形成されることになる。このようなノズル７８は、簡易に構成でき、また、円孔の内径ｒ_１、突起部７８ｂの突出量ｒ_２等（図５参照）も精度よく設定することができる。なお、円孔の内径ｒ_１、突起部７８ｂの突出量ｒ_２は、装置サイズや吸収溶液Ｙの供給量等に応じて、任意に定めることができる。
【００３４】
また、仕切板７２の中央部からは、分離室７４の下部まで達する下降管７９が延出されており、この下降管７９の上端には、図６に示す呑口部材８０が装着されている。これにより、抽気室７３は、呑口部材８０及び下降管７９を介して分離室７４と連通する。呑口部材８０は、両開き角αをもって開口するベルマウス状に形成された呑口部８１を有し、呑口部８１は、図中上方に位置するノズル７８と所定距離ｌを隔てて対向する（図２参照）。呑口部材８０は、抽気室７３内の吸収溶液Ｙが周囲から流れ込むように、仕切板７２の上面から呑口部８１が突出する状態で配置される。
【００３５】
一方、分離室７４には、図２に示すように、下降管７９の下端と所定距離を隔てた位置に気液分離部材８２が配置されている。また、処理槽７１には、分離室７４の上部と連通する排気管８３が接続されている。更に、処理槽７１の下部には、溶液排出管８４が接続されており、この溶液排出管８４は、吸収器２０の内部と連通している。なお、ノズル７８と呑口部８１との間の距離ｌ、下降管７９の内径等は、装置サイズや吸収溶液Ｙの供給量等に応じて、任意に定めることができる。また、呑口部８１の形状、両開き角α、内径ｄ等は、呑口部８１における気泡の上昇速度が呑口部８１における吸収溶液Ｙの流速（下降管７９を流下する吸収溶液Ｙの流速）よりも小さくなるように定められる。
【００３６】
加えて、処理槽７１には、分離室７４と連通する配管８６を介してエゼクタ８５が接続されている。このエゼクタ８５のノズル部は、第１溶液ポンプＰ２と低温熱交換器３との間から分岐された溶液ラインＬ２７から更に分岐された溶液ラインＬ２９と接続されている（図１参照）。また、エゼクタ８５のガス入口８７は、配管を介して凝縮器５０の内部と連通している。
【００３７】
次に、上述した抽気装置７０の動作について説明する。
【００３８】
吸収冷凍機１の作動中、溶液供給管７６には、第１冷媒ポンプＰ１によって吸収器２０の内部から汲み出される若干過冷却状態の吸収溶液Ｙが配管Ｌ２７，Ｌ２８を介して流れ込む。溶液供給管７６に流れ込んだ吸収溶液Ｙの一部は、孔部７６ａから流出し、抽気室７３の内壁に向けて溶液受け板７７上を流通すると共に、溶液受け板７７の外周に形成された切欠き部７７ａから流下する。吸収溶液Ｙは、抽気室７３の内壁を伝って流下し、その間、抽気室７３に存在する冷媒ガスＲＧを吸収する。
【００３９】
そして、冷媒ガスＲＧを吸収した吸収溶液Ｙは、仕切板７２に達すると、呑口部８１に周囲から流れ込むと共に、呑口部８１の周囲でオーバーフローする状態となる。なお、吸収溶液Ｙが万遍なく抽気室７３の内壁を伝って流下するようにするために、溶液受け板７７と呑口部８１との間には、邪魔板を適宜設けると好ましい。また、抽気室７３内における吸収溶液Ｙの液位は、抽気室７３と分離室７４とを連通するオーバーフロー管８８によって、常時、呑口部８１から吸収溶液Ｙが溢れ出るように調整される（図２参照）。
【００４０】
一方、溶液供給管７６の孔部７６ａから流出しなかった吸収溶液Ｙは、呑口部８１からオーバーフローする吸収溶液と衝突するように、ノズル７８から呑口部８１に向けて噴射される。これにより、ノズル７８から噴射される吸収溶液Ｙと呑口部８１でオーバーフローする吸収溶液Ｙとの衝突部には、図７に示すように、エアポケットａｐが形成され、いわゆるプランジングジェット作用により、気泡（不凝縮ガスＮＣ及び冷媒ガスＲＧ）がエアポケットａｐで吸収溶液Ｙに巻込まれる。この結果、抽気室７３内で冷媒ガスＲＧが吸収溶液Ｙによって吸収されることと相俟って、抽気室７３内の圧力が低下し、ガス入口７５を介して、吸収器２０内部の不凝縮ガスＮＣ及び冷媒ガスＲＧが抽気室７３内に効率よく吸引されることになる。
【００４１】
このように、抽気装置７０は、いわゆるプランジングジェット作用（衝突噴流の作用）によって、吸収器２０の内部を抽気するものであるが、従来、ブランシングジェット型の抽気装置については、呑口部に対して、ノズルから吸収溶液を乱れのない噴流としてある程度静かに噴射するのが好ましいと考えられていた。これに対して、本発明者らがプランジングジェット型の抽気装置について鋭意研究を行った結果、ノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体（不凝縮ガス及び冷媒ガス）との気液界面に乱れを形成することにより、抽気装置の抽気性能が飛躍的に向上することが見出された。
【００４２】
これを踏まえて、抽気装置７０のノズル７８は、絞り開口部７８ａの縁部において乱流形成手段として機能する突起部７８ｂが設けられている。すなわち、溶液供給管７６からノズル７８に供給された吸収溶液Ｙは、絞り開口部７８ａから噴出する際に縮流とされると共に各突起部７８ｂと接触する。従って、絞り開口部７８ａから噴出する吸収溶液Ｙの噴流のコア部には、乱れは存在せず、ノズル７８から呑口部８１に向かう噴流と周囲の気体（不凝縮ガスＮＣ及び冷媒ガスＲＧ）との気液界面にのみ乱れが生じることになる。この結果、プランジングジェット作用によって呑口部８１で巻込まれる気泡の量が飛躍的に増大化する。
【００４３】
また、この抽気装置７０のノズル７８では、各突起部７８ｂ同士の間における絞り開口部７８ａの縁部７８ｃは、外方に膨らむ円弧状に形成されている。従って、吸収溶液Ｙは、ノズル７８の絞り開口部７８ａを通過して縮流となる際に各突起部７８ｂと接触するが、円弧状の縁部７８ｃ近傍を通過する吸収溶液Ｙは、外向きの速度ベクトルをもって外方に拡散し、ノズル７８からの噴流の断面積は、呑口に近づくにつれて多少広がることになる。
【００４４】
すなわち、ノズル７８の場合、絞り開口部７８ａに対して４個の突起部７８ｂが設けられると共に、各突起部７８ｂ同士の間における縁部７８ｃが円弧状に形成されている。従って、ノズル７８から流出する噴流の断面形状は、略十字状となり、断面から見て４個所の窪み部（乱れ）が形成されることになる。そして、このようにして形成される窪み部は、呑口部８１でオーバーフローする吸収溶液Ｙと衝突した際に、気泡を巻込むエアポケットとして機能する。これにより、このようなノズル７８を採用すれば、気泡を巻込む面積がより拡大化されることになり、呑口部８１における気泡の巻込み量を一層増大化させることができる。
【００４５】
このようにして、呑口部８１で不凝縮ガスＮＣと冷媒ガスとの気泡を巻込んだ吸収溶液Ｙは、下降管７９を流下し、気液分離部材８２と衝突する。これにより、冷媒ガスを吸収した吸収溶液Ｙと不凝縮ガスＮＣとが分離され、吸収溶液Ｙは、分離室７４内の下部に、不凝縮ガスＮＣは、分離室７４内の上部に貯留される。分離室７４内の不凝縮ガスＮＣは、排気管８３を介して、真空ポンプによって排出され、分離室７４内の吸収溶液Ｙは、溶液排出管８４を介して、吸収器２０内に戻される。
【００４６】
また、吸収冷凍機１の作動中、エゼクタ８５には、配管Ｌ２７，Ｌ２９を介して、第１冷媒ポンプＰ１によって吸収器２０の内部から汲み出される吸収溶液Ｙが供給される。従って、エゼクタ８５は、吸収溶液Ｙを駆動流体として、ガス入口８７から凝縮器５０内部の不凝縮ガスＮＣ等を吸引する。エゼクタ８５によって吸引された不凝縮ガスＮＣは、ノズル部から流下する吸収溶液Ｙに巻込まれ、処理槽７１の分離室７４内で気液分離する。凝縮器５０の内部圧力は比較的高いので、このようなエゼクタ８５によって凝縮器５０内部の不凝縮ガスを良好に抽気することができる。
【００４７】
上述したように、抽気装置７０は、高い抽気性能を有し、また、極めて簡易に構成可能であることから、低コストで構成することができる。従って、吸収冷凍機１では、吸収器２０の内部を効率よく抽気され、冷媒ガスＲＧの吸収を阻害する不凝縮ガスＮＣを良好に除去できるので、全体のコストアップを抑制しつつ、その冷凍能力を向上させることができる。
【００４８】
一方、図８及び図９に示すように、乱流形成手段として、ノズルの開口部から流出した噴流と周囲の冷媒ガスとの気液界面に接触するように突起部を配置してもよい。図８及び図９に示すノズル７８Ａは、略コの字（略Ｕ字）状に折り曲げた金属等の棒材８９を溶液供給管７６の外周に所定角度間隔で複数（この場合、９０°間隔で４体）取り付けることにより構成されている。棒材８９の先端部８９ａは、図８に示すように、溶液供給管７６の開口部７６ｂの縁部よりも所定長さｅだけ突出しており、気液界面と接触する突起部として機能する。
【００４９】
このような構成を採用しても、ノズル７８Ａからの噴流のコア部を乱すことなく、ノズル７８Ａから呑口部８１に向かう噴流と周囲の気体との気液界面のみを容易に乱すことが可能となり、呑口部８１で巻込まれる気泡の量を効果的に増大化させることができる。なお、棒材の先端部８９ａ（突起部）が開口部７６ｂの縁部から突出する突出量ｅは、装置サイズや吸収溶液Ｙの供給量等に応じて、任意に定めることができる。
【００５０】
図１０は、本発明による抽気装置７０と従来の抽気装置との抽気性能を比較する実験結果を示す図表である。この実験に際しては、図５におけるｒ_１，ｒ_２＝２ｍｍとしたノズル７８、図８における突起部の突出量ｅ＝１ｍｍとしたノズル７８Ａ、ｅ＝２ｍｍとしたノズル７８Ａを使用し、従来のプランジングジェット型抽気装置と抽気速度を比較した。図１０に示す結果からわかるように、ノズル７８を用いた抽気装置７０は、高い抽気速度を有し、実用上極めて良好な抽気性能を発揮し得るものであるといえる。また、ノズル７８Ａを用いた抽気装置７０も、従来の抽気装置と比較して高い抽気速度を有し、実用上良好な抽気性能を発揮し得るものであるといえる。
【００５１】
図１１は、本発明による抽気装置の他の実施形態を示す模式図である。同図に示す抽気装置７０Ａのノズル７８Ｂには、絞り開口部７８ａよりも大きい内径をもった筒体９０が延設されている。この場合、絞り開口部７８ａと、筒体９０とは、ノズル７８Ｂから呑口部８１に向かう噴流の断面積を時間的に変化させる乱流形成手段として機能する。すなわち、ノズル７８Ｂ内の吸収溶液Ｙは、絞り開口部７８ａの上流端で縮流となって筒体９０内に流れ込み、筒体９０の出口端付近において付着と剥離を短い周期で繰り返すことになる。
【００５２】
このように、乱流形成手段としての絞り開口部７８ａと筒体９０とによって、ノズル７８Ｂから呑口部８１に向かう噴流の断面積を時間的に変化させれば、噴流の外周には、ノズル７８Ｂから呑口部８１に向けて複数の窪み部（乱れ）Ｐが形成されることになる。そして、このようにして形成される窪み部Ｐは、呑口部８１でオーバーフローする吸収溶液Ｙと衝突した際に、不凝縮ガスＮＣと冷媒ガスＲＧとの気泡を巻込むエアポケットａｐとして機能する。
【００５３】
従って、このような構成を採用しても、呑口部８１で巻込まれる気泡の量を効果的に増大化させることが可能となる。なお、筒体９０の出口端付近において吸収溶液Ｙが付着と剥離を短い周期で繰り返すようにするためには、絞り開口部７８ａの上流端と筒体９０の出口端との間の距離ｈとし、絞り開口部７８ａの内径をｄ_１としたときに、ｈ＝ｄ_１〜２ｄ_１なる関係を満たすようにすると好ましい。
【００５４】
また、ノズルから呑口部８１に向かう噴流の断面積を時間的に変化させるには、図１２に示すノズル７８Ｃのように、絞り開口部７８ａの内径を呑口部８１に向かうにつれてテーパ状に拡大させてもよい。この場合、絞り開口部７８ａの上流端で縮流となった吸収溶液Ｙは、絞り開口部７８ａの下流端で、付着と剥離を短い周期で繰り返すことになる。このような構成を採用しても、ノズル７８Ｃから呑口部８１に向かう噴流の断面積を極めて容易に時間変化させることが可能となる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明による抽気装置は、以上説明したように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、抽気室内でノズルから呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面に乱れを形成する乱流形成手段を備えることにより、簡易な構成を有して低コストで構成可能であり、かつ、高い抽気性能を有する抽気装置の実現が可能となる。また、このような抽気装置を吸収冷凍機に備えれば、吸収器の内部を良好に抽気して冷凍能力を向上させることができ、また、吸収冷凍機のコストダウン化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吸収冷凍機を示す系統図である。
【図２】図１に示す吸収冷凍機に備えられている抽気装置の縦断面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線についての断面図である。
【図４】図２に示す抽気装置に設けられているノズルの縦断面図である。
【図５】図４に示すノズルの底面図である。
【図６】図２に示す抽気装置に設けられている呑口部材の正面図である。
【図７】図２に示す抽気装置における抽気メカニズムを説明するための模式図である。
【図８】図４及び図５に示すノズルの変形例を説明するための側面図である。
【図９】図８に示すノズルの底面図である。
【図１０】本発明による抽気装置と従来の抽気装置との抽気性能を比較する図表である。
【図１１】本発明による抽気装置の他の実施形態を示す模式図である。
【図１２】図１１に示すノズルの変形例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１…吸収冷凍機、１０…蒸発器、２０…吸収器、３０…高圧再生器、４０…低圧再生器、５０…凝縮器、７０，７０Ａ…抽気装置、７１…処理槽、７２…仕切板、７３…抽気室、７４…分離室、７５…ガス入口、７６…溶液供給管、７７…溶液受け板、７８，７８Ａ，７８Ｂ，７８Ｃ…ノズル、７８ａ…絞り開口部、７８ｂ…突起部、７８ｃ…縁部、７９…下降管、８０…呑口部材、８１…呑口部、８２…気液分離部材、８３…排気管、８４…溶液排出管、８５…エゼクタ、８６…配管、８７…ガス入口、８８…オーバーフロー管、８９…棒材、９０…筒体、ＮＣ…不凝縮ガス、ＲＧ…冷媒ガス、Ｙ…吸収溶液。

Claims (13)

1. 吸収冷凍機の吸収器内部を抽気して、冷媒ガスと不凝縮ガスを分離・回収する抽気装置において、
   前記吸収器の内部と連通すると共に、冷媒ガスを吸収する吸収溶液が導入される抽気室と、
   前記抽気室内の吸収溶液が周囲から流れ込むように配置された呑口部と、
   前記呑口部に向けて吸収溶液を噴射するためのノズルと、
   前記呑口部を介して前記抽気室と連通しており、冷媒ガスを吸収した吸収溶液から不凝縮ガスを分離させ、当該吸収溶液と当該不凝縮ガスとを貯留する分離室と、
   前記ノズルから前記呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面に乱れを形成する乱流形成手段とを備えることを特徴とする抽気装置。
2. 前記乱流形成手段は、前記ノズルの開口部の縁部から内方に突出する突起部からなることを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
3. 前記突起部を複数備えると共に、前記開口部の縁部が前記各突起部同士の間で外方に膨らむ円弧状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の抽気装置。
4. 前記乱流形成手段は、前記ノズルの開口部から流出した噴流と周囲の冷媒ガスとの気液界面に接触するように配置された突起部からなることを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
5. 前記乱流形成手段は、前記ノズルから前記呑口部に向かう噴流の断面積を時間的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
6. 前記乱流形成手段は、前記ノズルから前記呑口部に向かう噴流の断面形状に窪み部を形成することを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
7. 前記呑口部の形状は、当該呑口部における前記冷媒ガス及び前記不凝縮ガスの気泡の上昇速度が前記吸収溶液が流下する流速よりも小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
8. 前記ノズルの開口部は、複数の円孔を重ね合わせた花びら状にすることを特徴とする請求項１に記載の抽気装置。
9. 蒸発器で生成する冷媒ガスを吸収器で吸収溶液に吸収させる吸収冷凍機において、
   前記吸収器の内部を抽気して、冷媒ガスを回収すると共に不凝縮ガスを分離する抽気装置を有し、
   この抽気装置は、
   前記吸収器の内部と連通すると共に、冷媒ガスを吸収する吸収溶液が導入される抽気室と、
   前記抽気室内の吸収溶液が周囲から流れ込むように配置された呑口部と、
   前記呑口部に向けて吸収溶液を噴射するためのノズルと、
   前記呑口部を介して前記抽気室と連通しており、冷媒ガスを吸収した吸収溶液から不凝縮ガスを分離させ、当該吸収溶液と当該不凝縮ガスとを貯留する分離室と、
   前記ノズルから前記呑口部に向かう噴流と周囲の気体との気液界面に乱れを形成する乱流形成手段とを備えることを特徴とする吸収冷凍機。
10. 前記乱流形成手段は、前記ノズルの開口部から流出した噴流と周囲の冷媒ガスとの気液界面に接触するように配置された突起部からなることを特徴とする請求項９に記載の吸収冷凍機。
11. 前記乱流形成手段は、前記ノズルから前記呑口部に向かう噴流の断面形状に窪み部を形成することを特徴とする請求項９に記載の吸収冷凍機。
12. 前記呑口部の形状は、当該呑口部における前記冷媒ガス及び前記不凝縮ガスの気泡の上昇速度が前記吸収溶液が流下する流速よりも小さくなるように設定されたことを特徴とする請求項９に記載の吸収冷凍機。
13. 前記ノズルの開口部は、複数の円孔を重ね合わせた花びら状にする ことを特徴とする請求項９に記載の吸収冷凍機。

Images