吸收式冷凍裝置的製作方法

2023-06-13 11:22:56 1

專利名稱：吸收式冷凍裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及吸收式冷凍裝置，特別是涉及可良好地維持收容於蒸發器內的冷媒液的純度的吸收式冷凍裝置。
在吸收式冷凍裝置中，吸收器內的吸收劑溶液吸收冷媒蒸氣而被稀釋。稀釋後的吸收劑溶液(稀液)被送到再生器，由再生器從稀液中抽出冷媒提高其濃度。提高了濃度的吸收劑溶液返回到吸收器。從吸收劑溶液抽出的冷媒蒸氣由冷凝器冷凝，成為冷媒液，送到蒸氣器。送到蒸發器的冷媒液的純度得到提高，但其中混有少量的吸收劑。該吸收劑在長時間的運行期間積聚，慢慢地降低蒸發器內的冷媒液的純度。
為了防止該冷媒液的純度降低，一般情況下，每次將蒸發器內的冷媒液取出預定量，與上述稀液一起送入再生器。在該場合，從蒸發器取出的冷媒液的量越多則也可提高冷媒液的純度。然而，當該取出量變得過多時，運行效率下降。其原因是，由於再次將為了吸收作用而消費能量積蓄起來的冷媒液混入吸收劑溶液，所以熱(特別是潛熱)損失大。
為了減少熱損失，可考慮將從蒸發器取出的冷媒液送給到設於再生器上部的精餾器，使其在該精餾器內從上部流下，提高純度。在該場合，由於可將冷媒液用作精餾所需要的氣液接觸液，所以，熱損失少，用於吸收冷凍可以提高本來的冷媒液的利用效率，結果可提高吸收冷凍系統的熱效率。
上述吸收劑溶液的濃度根據外氣條件和負荷狀態等而變化。因此，如不隨著吸收劑溶液的濃度變化適當地控制作為上述氣液接觸液的冷媒液的供給量，則精餾器頂部的冷媒蒸氣的純度存在降低的危險。為了解決這一問題，可考慮檢測蒸發器內的冷媒液的純度，控制氣液接觸液的供給量。例如，檢測蒸發器內的冷媒液的沸點，根據其上升可推斷冷媒純度下降。
然而，在根據沸點上升推斷冷媒液純度下降的場合，由於是在蒸發器內的冷媒液的純度下降發生後控制氣液接觸液的供給量，所以，時間上產生滯後，不能適當地進行控制。另外，為了檢測蒸發器內的沸點上升，由於需要監視蒸發器內的溫度和壓力，所以控制變得複雜。
本發明的目的在於提供一種吸收式冷凍裝置，該吸收式冷凍裝置在氣液接觸液的供給控制上沒有時間滯後，而且，可由更簡單的構成良好地維持蒸發器內的冷媒液純度。
本發明提供一種吸收式冷凍裝置，其特徵在於具有蒸發器、吸收器、再生器、精餾器、冷凝器、管路、溫度傳感器、及冷媒液流量調節裝置；該蒸發器用於收容冷媒液；該吸收器用於收容包含吸收劑的吸收劑溶液，該吸收劑用於吸收在上述蒸發器產生的冷媒蒸氣，產生吸收熱；該再生器用於對上述吸收劑溶液加熱，從該吸收劑溶液抽出冷媒蒸氣；該精餾器用於精餾由上述再生器抽出的冷媒蒸氣；該冷凝器用於使在上述精餾器中精餾了的冷媒蒸氣冷凝並將其供給到上述蒸發器；該管路用於將上述蒸發器內的冷媒液的一部分從上述蒸發器送到上述精餾器上部，以將上述冷媒液在上述精餾器中用作氣液接觸液；該溫度傳感器用於檢測在上述精餾器中精餾了的冷媒蒸氣的溫度；該冷媒液流量調節裝置用於相應於上述溫度傳感器檢測的溫度的上下波動增減送給到上述精餾器的冷媒液的流量。
按照該特徵，送到精餾器的高純度的冷媒與冷媒蒸氣接觸，進一步提高冷媒蒸氣的純度。冷媒液流量調節裝置進行調節，以在精餾器的頂部溫度即該頂部的冷媒蒸氣的溫度上下波動時增減送給到精餾器的冷媒液的量。本發明人通過實驗已經確認，精餾器頂部的冷媒蒸氣的溫度越高則冷媒蒸氣的純度越低。因此，根據該實驗結果，為了良好地維持冷媒蒸氣的純度，如上述那樣，在冷媒蒸氣的溫度高的場合，採用了增大蒸發器的冷媒供給量、提高冷媒蒸氣的純度的裝置。
對附圖簡單說明如下

圖1為本發明實施形式的冷暖氣裝置的主要部分功能框圖。
圖2為本發明實施形式的冷暖氣裝置的系統框圖。
圖3為精餾器頂部的冷媒蒸氣溫度與冷媒蒸氣純度的相關圖。
下面，參照附圖詳細說明本發明。圖2為示出本發明的一實施形式的吸收式冷暖氣裝置的主要部分構成的系統框圖。在蒸發器1作為冷媒收容三氟代醇(TFE)等氟化醇(Fluoride alcohol)，在吸收器2作為含吸收劑的溶液收容二甲基咪唑烷酮(Dimethyl-imidazolidinon)等DMI衍生物。在該場合，上述冷媒不限於上述氟化醇，只要非凍結範圍寬即可，對於溶液，也不限於DMI衍生物，只要為非結晶範圍寬、具有比冷媒高的常壓沸點而且可吸收冷媒的吸收劑則可。
蒸發器1和吸收器2通過蒸發(冷媒)通路5相互進行流體性連接，當將它們的空間保持在例如30mm Hg左右的低壓環境下時，蒸發器1內的冷媒蒸發，如由圖中雙重箭頭所示那樣通過上述通路5進入吸收器2內。為了加熱殘存於冷媒蒸氣中的霧狀冷媒使其蒸氣化並使從冷凝器9供給的冷媒的溫度下降，設置冷卻器18。吸收器2內的吸收劑溶液吸收冷媒蒸氣，進行吸收冷凍動作。
首先，將燃燒器7點燃，由再生器3提高吸收器2內的溶液濃度(關於燃燒器和再生器和溶液濃縮將在後面說明)，則吸收器2內的溶液吸收冷媒蒸氣，由該冷媒的蒸發潛熱冷卻蒸發器1內。在蒸發器1內設置由泵P4使冷水通過的管路1a。管路1a的一端(在圖中為出口端)連接到第1四通閥V1的#1開口，其另一端(在圖中為入口端)連接到第2四通閥V2的#1開口。冷媒由泵P1引導至設於蒸發器1內的散布裝置1b，散布到上述冷水通過的管路1a上。上述冷媒從管路1a內的冷水吸取蒸發熱成為冷媒蒸氣，而使上述冷水的溫度下降。冷媒蒸氣通過配置於蒸發通路的冷卻器18流入吸收器2。蒸發器1內的冷媒由泵P1引導至上述散布裝置，此外，如後述那樣，其一部分通過過濾器4作為氣液接觸液(以下稱放出液體)供給到精餾器6。在蒸發器1與過濾器4之間設有流量調節閥V5。該流量調節閥V5例如以大小2級切換開度，由該切換可使放出液的供給量變化。作為流過管路1a的冷水，最好使用乙二醇(ethylene glycol)和丙二醇(propyleneglycol)水溶液。
當上述冷媒(氟化醇)的蒸氣即冷媒蒸氣吸收到吸收器2的溶液時，吸收熱使該溶液的溫度上升。溶液的溫度越低、濃度越高，則該溶液的吸收能力越大。因此，為了抑制該溶液的溫度上升，在吸收器2的內部設置管路2a，在該管路2a通冷卻水。管路2a的一端(在圖中為出口端)通過冷凝器9內後，通過泵P3連接到第1四通閥V1的#2開口，管路2a的另一端(在圖中為入口端)連接到第2四通閥V2的#2開口。作為通過管路2a的冷卻水，使用與上述冷水相同的水溶液。
溶液由泵P2引導至設於吸收器2內的散布裝置2b，散布到管路2a上。其結果，溶液由通過管路2a的冷卻水冷卻，冷卻水溫度上升。吸收器2內的溶液吸收冷媒蒸氣，其吸收劑濃度下降，從而吸收能力也降低。因此，在再生器3和精餾器6中，通過從吸收劑溶液分離產生冷媒蒸氣，提高溶液中的吸收劑濃度，恢復吸收能力。在吸收器2中吸收冷媒蒸氣而稀釋了的溶液即稀液，由泵P2通過管路7b和控制閥V3送到精餾器6，流下到再生器3。再生器3具有加熱稀液的燃燒器7。該燃燒器7最好為煤氣燃燒器，但也可以為任何形式的加熱裝置。由再生器3加熱、抽出冷媒蒸氣而提高了濃度的溶液(濃液)通過管路7a和控制閥V4返回到上述吸收器2，由散布裝置2b和泵P2散布到管路2a。
由再生器3產生的上述冷媒蒸氣通過在精餾器6內的上升期間與精餾器6內流下的溶液充分接觸，使混入的微量吸收劑溶液成分充分分離，之後，送到冷凝器9。由冷凝器9冷卻而液化了的冷媒通過管路9b經由冷卻器18和減壓閥(流量控制閥)11返回到蒸發器1，由散布裝置1b散布到管路1a。上述冷卻器18為配置在上述蒸氣通路的1種熱交換器，混在由蒸發器1產生的冷媒蒸氣中的冷媒霧由從冷凝器9返回的暖和的冷媒加熱促使其氣化，而另一方面，使返回到蒸發器1的上述冷媒的溫度下降。
從冷凝器9供給到蒸發器1的冷媒的純度變得極高，僅混有很少量的吸收劑成分。該吸收劑成分由長時間的運行循環積聚，蒸發器1內的冷媒的純度不可避免地要漸漸下降。因此，如上述那樣，從蒸發器1通過過濾器4將很少一部分送到精餾器6，與再生器3產生的冷媒蒸氣一起再次經過提高純度的循環。
從再生器3出來的管路7a中的高溫濃液，藉助設於連接吸收器2和精餾器6的管路中間的熱交換器12，與從吸收器2出來的稀液進行熱交換加以冷卻，之後，回收並散布到吸收器2。另一方面，由熱交換器12預先加熱的稀液送給到精餾器6。雖然是這樣提高熱效率的，但也可通過設置用於將返回的上述濃液的熱傳遞到從吸收器2或冷凝器9出來的管路2a內的冷卻水的熱交換管(圖中未示出)，使返回到吸收器2中的濃液的溫度進一步降低，從而使冷卻水溫度進一步提高。
在用於使上述冷水或冷卻水與外氣換熱的顯熱交換器14連通管路4a，在室內機15設置管路3a。管路3a、4a的各一端(在圖中為入口端)連接到第1四通閥V1的#3、4開口，其另一端(在圖中為出口端)連接到第2四通閥V2的#3、4開口。由於室內機15設在進行冷暖氣運行的室內，所以設有冷風或溫風吹出口(圖中未示出)。上述顯熱交換器14置於室外，由風扇19強制地與外氣進行熱交換。
在蒸發器1設置有用於檢測冷媒的量的液面傳感器L1和用於檢測冷媒溫度的溫度傳感器T1。在吸收器2設有用於檢測溶液的量的液面傳感器L2。在冷凝器9設有檢測冷凝了的冷媒的量的液面傳感器L9、檢測冷媒溫度的溫度傳感器T9、以及檢測冷凝器9內的壓力的壓力傳感器PS9。
在顯熱交換器14設置檢測外氣溫度的溫度傳感器T14，在室內機15設置檢測進行冷暖氣運行的房間的溫度的溫度傳感器T15，在再生器3設置檢測溶液溫度的溫度傳感器T3。在精餾器6的頂部設置檢測其內部氣氛溫度即由精餾器6精餾後的冷媒蒸氣溫度的溫度傳感器T6。
運行冷氣時，上述第1和第2四通閥V1、V2分別切換到#1和#3開口連通及#2和#4開口連通的位置。這樣，因在管路1a散布冷媒而下降了溫度的冷水被引導至室內機15的管路3a，進行室內冷氣運行。
運行熱氣時，上述第1和第2四通閥V1、V2分別切換到#1和#4開口連通及#2和#3開口連通的位置。這樣，管路2a內的受到加熱後的冷卻水由泵P3引導至室內機15的管路3a，進行室內熱氣運行。
進行暖氣運行時，如外氣溫度變得特別低，則難以通過顯熱交換器14從外氣吸取熱量，製冷能力降低。考慮到這樣的場合，設置旁通冷凝器9和再生器3(或精餾器6)之間的返回通路9a和開閉閥17。這樣，在難以吸取外氣的熱時，停止吸收冷凍循環運行，在與冷凝器9之間循環由再生器3產生的蒸氣，進行將燃燒器7的加熱熱量在冷凝器9內有效地傳導到管路2a內的冷卻水的直火燃燒運行，使上述冷卻水升溫，提高暖氣能力。
接下來，說明從蒸發器1供給到精餾器6的放出液的控制。從吸收器2送給到再生器3的稀液的濃度隨外氣條件和負荷狀態而變化。因此，為了良好地維持精餾器6頂部的冷媒蒸氣的純度，需要隨稀液濃度的變化使供給到精餾器6的放出液的量變化。
本發明人等根據稀液濃度與精餾器6頂部冷媒蒸氣純度的關係以及稀液濃度與精餾器6頂部的冷媒蒸氣溫度的關係，由實驗確認冷媒蒸氣溫度與冷媒蒸氣純度之間具有很強的相關關係。即得知，相應於冷媒蒸氣純度的下降，冷媒蒸氣溫度上升。因此，在本實施形式中，由上述溫度傳感器T6檢測冷媒蒸氣溫度，在該溫度比預定值高的場合，增大放出液的供給量。
首先，說明冷媒蒸氣溫度與冷媒蒸氣純度的關係的實驗結果。圖3為示出在精餾器6頂部測定到的冷媒蒸氣溫度T、冷媒蒸氣純度P和稀液濃度D的各關係的圖，示出在供給到再生器3的稀液量和供給到精餾器6的放出液量為一定的條件下測定的結果。在該圖中，稀液濃度D示出稀液中冷媒的濃度。特性A示出冷媒蒸氣溫度T與稀液濃度D的關係，特性B示出冷媒蒸氣純度P與稀液濃度D的關係。根據這些特性A和特性B，如特性C所示那樣求出冷媒蒸氣溫度與冷媒蒸氣純度的關係。
如從特性A所看出的那樣，隨著稀液中的冷媒濃度D的上升，冷媒蒸氣溫度T下降。另外，如從特性B所看出的那樣，隨著稀液濃度D的上升，冷媒蒸氣純度P增大。根據這些特性A、B求出的特性C表明，在冷媒蒸氣純度P變低時冷媒蒸氣溫度T上升。
根據上述實驗結果控制放出液的供給量。圖1為示出用於放出液的供給量控制的控制裝置的要部功能的框圖。在該圖中，比較部20和基準值設定部21可由微型計算機構成。溫度傳感器T6設在精餾器6的頂部，將其檢測結果即代表精餾器6頂部的冷媒蒸氣溫度的值T供給到比較部20。在基準值設定部21設定用於決定放出液的供給量切換到大或小這兩種情形中的一個的基準值T ref。該基準值T ref具有一定的不感帶。基準值T ref輸入到比較部，在比較部20判定冷媒蒸氣溫度比準值T ref高還是低。
在冷媒蒸氣溫度T相對較高的場合，向流量調節閥V5輸入切換信號s1，在冷媒蒸氣溫度T相對較低的場合，向流量調節閥V5輸入切換信號s2。流量調節閥V5相應於切換信號s1將開度切換到大流量側，相應於切換信號s2將開度切換到小流量側。亦即，在冷媒蒸氣溫度T高於基準值T ref的場合，增大放出液的供給量，在冷媒蒸氣溫度T低於基準值T ref的場合，減小放出液的供給量。這樣，相應於冷媒蒸氣溫度T控制放出液的供給量，可將冷媒蒸氣純度維持在適度的值。
作為上述流量調節閥V5，不限於以2級切換流量的閥，當然也可以是進一步增加了級數的閥，或是可連續調節流量的閥。另外，冷媒液的流量不限於由閥的開度進行控制，也可以由從蒸發器1供給冷媒的泵P1的轉速進行控制。在該場合，可設置節流孔來代替流量調節閥。另外，冷媒蒸氣溫度T不限於在精餾器頂部測定，即使在精餾器6和冷凝器9之間的管路上測定，也可同樣地獲得與冷媒蒸氣純度P的相關關係，根據其測定結果可控制放出液的量。
按照本發明，可根據精餾器頂部溫度調節冷媒液即放出液的流量。因此，與檢測蒸發器內的冷媒的純度對放出液的流量進行調節不同，可以以很快的響應速度實施維持冷媒液純度的動作。由於可由溫度傳感器的檢測結果判別冷媒蒸氣的純度，所以可簡化控制。
權利要求
1.一種吸收式冷凍裝置，其特徵在於具有蒸發器，用於收容冷媒液，吸收器，用於收容包含吸收劑的吸收劑溶液，該吸收劑用於吸收在上述蒸發器產生的冷媒蒸氣，再生器，用於對供給到其中的上述吸收劑溶液的一部分加熱，從該吸收劑溶液抽出冷媒蒸氣，精餾器，用於精餾由上述再生器抽出的冷媒蒸氣，冷凝器，用於使在上述精餾器中精餾了的冷媒蒸氣冷凝並將其供給到上述蒸發器，管路，用於將上述蒸發器內的冷媒液的一部分從上述蒸發器送到上述精餾器上部，以將上述冷媒液在上述精餾器中用作氣液接觸液，溫度傳感器，用於檢測在上述精餾器中精餾了的冷媒蒸氣的溫度，冷媒液流量調節裝置，用於增減送給到上述精餾器的冷媒液的流量，控制裝置，用於相應於上述溫度傳感器檢測到的溫度波動，在上述溫度傳感器檢測到的溫度高於基準溫度的場合向上述冷媒液流量調節裝置輸入增加指令，在上述溫度傳感器檢測到的溫度低於基準溫度的場合向上述冷媒液流量調節裝置輸入減少指令。
2.如權利要求1所述的吸收式冷凍裝置，其特徵在於上述冷媒液流量調節裝置產生的流量增減，通過控制用於將冷媒液從上述蒸發器送到上述精餾器的泵的轉速來進行。
3.如權利要求1所述的吸收式冷凍裝置，其特徵在於上述冷媒液流量調節裝置產生的流量增減，通過控制設置在用於將冷媒液從上述蒸發器送到上述精餾器的管路的流量調節閥來進行。
4.如權利要求1所述的吸收式冷凍裝置，其特徵在於上述溫度傳感器設置在上述精餾器頂部，可檢測其內部氣氛的溫度地進行配置。
5.如權利要求1所述的吸收式冷凍裝置，其特徵在於上述溫度傳感器設置在上述精餾器和上述冷凝器之間，可檢測其內部氣氛溫度地進行配置。
全文摘要
一種吸收式冷凍裝置,為了將蒸發器內的冷媒液在精餾器用作氣液接觸液,將其一部分送給到精餾器上部。在精餾器頂部設置溫度傳感器T6,檢測精餾器頂部溫度即該部分的冷媒蒸氣溫度。冷媒蒸氣溫度與冷媒蒸氣純度具有很強的相關性,溫度越高純度越低。因此,在溫度傳感器T6的檢測溫度T高於基準溫度T ref的場合,調節流量調節閥V5,增大供給到精餾器的冷媒液的流量。這樣,恢復冷媒蒸氣純度,防止蒸發器的冷媒液純度下降。因此,可防止外氣條件和負荷狀態的變動導致的冷媒純度的波動,良好地保持該冷媒純度。
文檔編號F25B15/00GK1245279SQ9911194
公開日2000年2月23日 申請日期1999年8月2日 優先權日1998年8月3日
發明者由利信行, 茅沼秀高, 石川滿, 高川敏充 申請人:本田技研工業株式會社