吸收式冷冻机 本发明涉及吸收式冷冻机(包括进行热泵暖气运行的冷冻机)，特别是涉及经改进构成部件的布置而使小型化成为可能的吸收式冷冻机。
以吸收式冷冻循环进行运行的吸收式冷冻机作为冷气装置已被人们所了解，然而，近年来，着眼于运行时能量转换效率良好等优点，对于不仅能进行冷气运行而且能进行热泵暖气运行的吸收式冷冻机的需求不断增大，该热泵暖气运行利用由蒸发器从外部气体吸取的热量。
例如，在日本专利公报特公平6-97127号中公开了这样一种吸收式冷暖气机，它可以以冷气运行、利用了热泵运行的暖气、以及利用直火燃烧(锅炉)运行的暖气这样3种形式运行。
现有的吸收式冷冻机由于比较大型，所以没有充分广泛地普及到一般家庭等。作为实现小型化的吸收式冷冻机的例子具有记载于特开平7-208826号公报的空调装置。该空调装置希望通过改进蒸发器与吸收器的连接部来实现小型化。然而，在该空调装置中，仅限于弯曲吸收器的吸收管路等局部处置，没有对装置整体上的布置进行改进，所以没有能为了如家用而达成充分的小型化。
本发明的目的在于提供一种吸收式冷冻机，该吸收式冷冻机通过改进构成部件的综合布置，将部件高密度地收容于形状简单的壳体，实现小型化。
本发明的第1特点是：由第1热交换用中心部、冷媒液散布装置、及蒸发器壳体构成蒸发器，该第1热交换用中心部通过在相互间保持间隔地排列多枚纵长散热片而构成，该冷媒液散布装置配置在第1热交换用中心部上方并向上述纵长散热片散布冷媒液，该蒸发器壳体收容上述第1热交换用中心部和冷媒散布装置；由第2热交换用中心部、吸收剂溶液散布装置、以及吸收器壳体构成吸收器，该第2热交换用中心部通过在相互间保持间隔地排列多枚纵长散热片而构成，该吸收剂溶液散布装置配置在第2热交换用中心部的上方并向上述纵长散热片散布吸收剂溶液，该吸收器壳体收容上述第2热交换用中心部及吸收剂溶液散布装置；具有与外部气体进行热交换的显热交换器和该显热交换器用冷却扇相向配置的空冷部；同时，在上述空冷部一侧方纵长地配置上述蒸发器和上述吸收器，并使上述纵长散热片的长度方向垂直于主体壳体的基台面。
按照第1特点，由于在空冷部的侧方纵长地配置蒸发器和吸收器，所以用于热交换的各中心部地平面投影面积可减小。
本发明的第2特点是：相对于空冷部在蒸发器和吸收器的相反侧配置再生器和上述精馏器，使再生器在下、上述精馏器在上，在上述空冷部的上方横长地配置冷凝器，同时，用主体壳体将全体罩住，该主体壳体大体为长方体形，并在冷却扇回转轴的方向上减小厚度。
按照第2特点，以空冷部为中心，将蒸发器和吸收器布置在一侧，而将再生器和精馏器布置在另一侧，在无浪费空间地配置的状态下将全体紧凑地容纳于壳体。
图1为表示本发明实施例中的吸收式冷暖气装置构成要素布局的正视图。
图2为图1中Ⅱ-Ⅱ剖视图。
图3为图1中Ⅲ-Ⅲ剖视图。
图4为图1中Ⅳ-Ⅳ断面图。
图5为表示本发明实施例中的吸收式冷暖气装置的构成的系统图。
图6为表示冷媒液流下的形态的放大示意图。
下面参照附图详细说明本发明。图5为本发明一实施例的吸收式冷冻机的主要构成部分的布局图。在这里，将吸收式冷暖气装置设想成吸收式冷冻机的一实施形态。在蒸发器1作为冷媒收容有三氟乙醇(TFE)等氟化乙醇，在吸收器2作为含吸收剂的溶液收容DMI衍生物(ジメチルィミダゾリジノン)。在该场合，上述冷媒不限于氟化乙醇，只要是能获得宽的非冻结范围的物质即可。对于溶液，不限于DMI衍生物，只要是非结晶范围宽、具有高于TFE的常压沸点、能吸收TFE的吸收剂即可。例如，在水与溴化锂组合的场合，由于在外部气体温度接近零度的状态下运行暖气时存在溶液温度下降使作为冷媒的水冻结的危险，所以难说适合本实施形式的系统。
蒸发器1和吸收器2通过蒸发(冷媒)通路5进行流体性连接，当将这些空间保持在例如30mmHg柱左右的低压环境下时，蒸发器1内的冷媒蒸发，通过上述通路进入到吸收器2内。在上述蒸发通路5设置有预冷器18。预冷器18在加热残存于冷媒蒸汽中的雾(雾状冷媒)使其蒸汽化的同时起到使从冷凝器9送来的TFE的温度下降的作用。吸收器2内的吸收剂溶液吸收冷媒蒸汽，进行吸收冷冻动作。
对燃烧器7进行点火，由再生器3提高吸收器2内的溶液浓度(燃烧器、再生器以及溶液浓缩将在后面叙述)，该吸收器2内的溶液吸收冷媒蒸汽。结果，由借助于蒸发器1内冷媒蒸发而产生的潜热冷却蒸发器1内。在蒸发器1内设置有通过冷水的管路1a。管路1a的一端(在图中为出口端)连接到第1四通阀V1的#1开口，另一端(在图中为入口端)连接到第2四通阀V2的#1开口。
冷媒由泵P1导入到设于蒸发器1内的散布装置1b，散布到上述冷却水通过的管路1a上。上述冷媒从管路1a内的冷水吸走蒸发热而变成冷媒蒸汽，通过蒸发回路5流入到吸收器2。结果，上述管路1a内的冷水温度下降。蒸发器1内的冷媒导入到上述散布装置1b，另外，如后述那样，其一部分通过过滤器4送给到精馏器6。在蒸发器1与过滤器4之间设有流量调节阀V5。作为流过管路1a的冷水，最好使用乙二醇或丙二醇水溶液。
当上述氟化乙醇的蒸汽即冷媒蒸汽吸收到吸收器2的溶液时，吸收热使该溶液的温度上升。该溶液的温度越低或溶液浓度越高则溶液的吸收能力越大。因此，为了抑制该溶液温度的上升，在吸收器2内部设管路2a，在该管路2a通冷却水。管路2a的一端(图中的出口端)通过冷凝器9内后经泵P3连于第1四通阀V1的#2开口，管路2a的另一端(在图中的入口端)连于第2四通阀V2的#2开口。作为通过管路2a的冷却水，使用与上述冷水相同的水溶液。
溶液由泵P2导入设于吸收器2内的散布装置2b，散布到管路2a上。结果，溶液由通过管路2a的冷却水冷却。另一方面，冷却水由于吸热所以其温度上升。吸收器2内的溶液吸收冷媒蒸汽，当该吸收剂浓度降低时吸收能力降低。因此，通过由再生器3及精馏器6从吸收剂溶液分离冷媒蒸汽，提高溶液的浓度，使吸收能力恢复。
在吸收器2中，吸收冷媒蒸汽而被稀释了的溶液即稀溶液除导入到上述散布装置2b外，还由泵P2经过管路7b送给精馏器6，流下到再生器3。在连接泵P2与再生器3的管路7b上设有开闭阀V3。再生器3具有加热从吸收器2供给的稀液的燃烧器7。该燃烧器7最好为煤气燃烧器，但其它型式的不论什么样的加热装置也行。在再生器中加热、抽出冷媒蒸汽后提高了浓度的溶液(浓液)通过管路7a回到吸收器2。在管路7a上设有开闭阀V4。此时，温度较高的浓液由散布装置2c散布到管路2a。
当由燃烧器7加热供给到再生器3的稀液时，产生冷媒蒸汽。混入到上述冷媒蒸汽中的吸收剂溶液由精馏器6分离，进一步提高了纯度的冷媒蒸汽送到冷凝器9。在冷凝器9中经冷却而冷凝液化了的冷媒经由管路9b。上述预冷器18、减压阀11返回到蒸发器1，进行散布。
从冷凝器9供给到蒸发器1的蒸汽的纯度极高，但极少量地混入在回流冷媒中的吸收剂成分由于长时间运行循环而积累，不能避免蒸发器1内的冷媒的纯度慢慢下降。因此，如上所述，最好从蒸发器1将冷媒的很少一部分通过过滤器4供给到精馏器6，与从再生器3产生的冷媒蒸汽一起经过再次提高纯度的循环。
从再生器3出来的管路7a中的高温浓液由设在连接吸收器2与精馏器6的管路中间的热交换器12，与从吸收器2出来的稀液进行换热而被冷却后，散布在吸收器2内。另一方面，在热交换器12被预先加热的稀液送到精馏器6。这样可以提高热效率，但通过设置用于将回流的上述浓液的热传递到从吸收器2或冷凝器9出来的管路2a内的冷却水的热交换器(图中未示出)，可以进一步降低回流到吸收器2中的浓液的温度，使冷却水温度进一步上升。
在用于使上述冷水或冷却水与外部气体进行热交换的显热交换器14设有管路4a，在室内机15设有管路3a。管路3a、4a的各一端(在图中为入口端)连接到第1四通阀V1的#3及#4开口，另一端(图中的出口端)连接到第2四通阀V2的#3及#4开口。室内机15设在要进行冷暖气运行的室内，设有吹出冷风或暖风用的风扇(两者共用)10。上述显热交换器14置于室外，用风扇19预制地与外部气体进行热交换。
在蒸发器1设有用于检测冷媒的量的水平传感器L1、用于检测冷媒温度的温度传感器T1、以及用于检测蒸发器1内的压力的压力传感器PS1。在吸收器2设有用于检测溶液的量的水平传感器L2。在冷凝器9设有用于检测冷凝了的冷媒量的水平传感器L9、用于检测冷媒温度的温度传感器T9、以及用于检测冷凝器9内的压力的压力传感器PS9。另外，在显热交换器14、再生器3以及室内机15分别设有温度传感器T14、T13以及T15。显热交换器14的温度传感器T14检测外部气体温度，室内机15的温度传感器T15检测进行冷暖气运行的室内的温度。再生器3的温度传感器T3检测溶液的温度。
在以上构成中，进行冷气运行时，对上述第1及第2四通阀V1、V2进行控制，将其切换到#1和#3开口接通、#2和#4开口接通的位置。由此，向管路1a散布冷媒，将温度下降了的冷水导入室内机15的管路3a，进行室内冷气运行。
进行暖气运行时，控制上述第1及第2四通阀V1、V2，将其切换到#1及#4开口连通、#2及#3开口连通的位置。由此，将管路2a内的加热了的冷却水导入室内机15的管路3a，运行室内暖气。
当外部气体温度极低时，通过显热交换器14从外部气体吸热变得困难，暖气能力下降。为了应付这种场合，设置旁通冷凝器9与再生器3(或精馏器6)之间的环流通路9a和开闭阀17。也即，在难以从外部气体吸热时，停止吸收冷冻循环运行，将于再生器3产生的蒸汽在与冷凝器9间循环流动，将燃烧器7的加热热量在冷凝器9内有效地传递到管路2a内的冷却水，进行直火燃烧运行，使上述冷却水升温，提高暖气能力。
下面说明上述冷暖气装置的各构成部件的布置。为了能将冷暖气装置普及到一般家庭，必须将蒸发器1、吸收器2、再生器3等的构成部件高密度地收容于壳体内。设定可充分发挥各功能的布置。在本实施形式中，由以下说明的布置，可以实现实用上充分的小型化。
图1为示出本实施形式的冷暖气装置部件布置的正视图，图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的俯视图，图3为特别示出配置于壳体底部的部件布置的沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的俯视图。图4为示出蒸发器1及吸收器2的沿图2Ⅳ-Ⅳ线的剖视图。
在这些图中，与图5相同的符号表示同一或同等部分。在图1～图4中，主要示出各构成部件的布置，而用于将该构成部件支承在壳体的支承构件和配管类由于可用适当的公知装置构成，所以为了避免图面的繁杂而在图中加以省略。
在图1～图4中，符号20示出壳体的轮廓，后述的各构成部件收容在由该轮廓20示出的长方体壳体空间内。在以下说明中，特别将壳体20的底板20A即形成图1中壳体20下面的板金称为基台，将其面称为基台面。在壳体20的前方(图2中为下侧)右侧的下方设置再生器3，在其上方配置与该再生器3成一体的精馏器6。亦即，再生器3与精馏器6沿纵长配置。如图2所示，在再生器3的后方配置燃烧器7，在其下方配置用于将燃气供给该燃烧器7的鼓风机22及用于调整燃气流量的流量调整器23。在流量调整器23的靠中央的侧方沿横长配置热交换器12。
在精馏器6的上部朝水平方向凸出地设置连接管24，该连接管24通过法兰盘24a与冷凝器9接合，该冷凝器9与该连接管24相向配置。冷凝器9由壳体9a和收容于其内部的散热片9b组成。散热片9b沿该冷暖气机即壳体20的内行方向配置多片，形成中心部，在该散热片9b贯通有构成管路2a一部分的管9c。这样，由于使精馏器6和冷凝器9邻按配置，所以连接两者间的连接管24极短，易于接受来自精馏器6的冷媒，而且可以使冷暖气机整体小型化。在壳体20的上部邻接冷凝器9配置控制装置21。
在壳体20的中央部靠里面处(图2、3中为上侧)配置显热交换器14，在该显热交换器14的前面设有将风送往该显热交换器14的冷却扇19。扇19设在由符号25示出内径轮廓的导风路内，由电动机26驱动。在导风路25下方即基台20A侧邻接上述热交换器12配置泵P3。在上述精馏器6背后即燃烧器7的上方空间配置泵P4及四通阀V1、V2。
夹住上述显热交换器14和冷却扇19地在上述再生器3和精馏器6的相反侧空间，即图1中壳体20的左角，相互前后邻接地配置蒸发器1和吸收器2(图4)。蒸发器1由蒸发器壳体27和蒸发器中心部(第1热交换用中心部)构成，该蒸发器中心部由收容于蒸发器壳体27内部的多枚散热片28沿其厚度方向排列而成，在该散热片28贯通有形成上述管路1a一部分的管29。
特别是如图2、4所示那样，吸收器2由吸书器壳体30与吸收器中心部(第2热交换用中心部)构成，该吸收器中心部由收容于吸收器壳体30内部的多枚散热片31沿其厚度方向排列而成，在该吸收器2通过管32，该管32与散热片31成一体并构成上述管路2a的一部分。上述散热片28、31分别为长尺寸的长方形即纵长的金属板，如图所示，它们以长度方向垂直基台面地进行配置。
蒸发器1和吸收器2在相互的上部通过冷媒通路5进行流体性连接，实质上成为一体。因此，通过该冷媒通路5将在蒸发器1中产生的冷媒蒸汽送给到吸收器2。这样，由于将蒸发器1及吸收器2邻接冷凝器9地进行配置，所以可缩短用于输送它们之间的冷媒和冷却水等的管路。
在蒸发器1的下方即基台20A侧配置泵P1，在吸收器2下方配置泵P2。泵P1～P3配置在壳体20的下方，且与冷却水和冷水等供给目的地存在高低差，增大泵的液体压头。结果，泵的供给变得容易，可以实现泵自身的小型轻量化。
在上述散热片28、31的上方配置扇形喷雾器(フラットスプレ-)33，作为散布装置在图4的纸面内使冷媒液或吸收剂溶液如用虚线所示那样扩散成扇状地喷洒。同时，在该扇形喷雾器33的上方跨越蒸发器1及吸收器2双方地配置预冷器18。预冷器18由管18a及在其表面上排列多个的散热片18b构成，从冷凝器9返回到蒸发器1的上述冷媒通过该管18入。
蒸发器1和吸收器2使收容其中的散热片28、31沿纵长进行配置，所以该中心部的平面投影面积即从上方观看该中心部时的尺寸变小。因此，收容该中心部的蒸发器1和吸收器2的设置面积变小，而且可以用较少数量的扇形喷雾器33即可使溶液遍布散热片28、31整个表面地进行散布。
由于减少扇形喷雾器33的数目可以减小对泵P1、P2的能力要求，所以可以实现该泵P1、P2的小型化，并可减少设置扇形喷雾器33所用空间，所以可使蒸发器1和吸收器2的容积小型化。
如图4中用虚线所示那样，上述扇形喷雾器33呈辐射状地喷射冷媒液或吸收剂溶液，向上述多枚散热片28、31的整体上散布液体，在此设计的基础上，进一步设定扇形喷雾器33的位置及其喷射角度θ，使如图6所示那样在该散热片28、31的面内向散热片28、31从斜上方散布液体。
下面参照图6说明从斜上方散布冷媒液或吸收剂溶液的优点。图6(a)、图6(b)分别示出垂直地向正下方散布冷媒液的场合和从斜上方散布冷媒液的场合下散布液流下的样子。如该图所示，在向正下方散布的场合，沿着散热片28下降的流下液L的扩展b不会变得太大。另一方面，在相对垂直方向具有一定喷射角度、从斜上方散布的场合，沿散热片28下降的流下液L的扩展B比上述扩展b大。这样，通过从斜上方散布冷媒液或吸收剂溶液可以增大散布面积，可以由较少数量的扇形喷雾器有效地进行喷射。
在本实施形式中，作为冷媒虽然使用了三氟乙醇，但并不限于此，即使在本发明的冷冻机中使用公知的材料作为冷媒，也可以依原样维持参照上述实施形式示出的布置并获得同样效果。在使用三氟乙醇作为冷媒的场合，可以用铝或其合金形成主要热交换器即蒸发器1、吸收器2以及冷凝器9等。这是因为三氟乙醇不易腐蚀铝或铝合金。通过用铝或铝合金形成主要构成部件，可以从整体上使吸收式冷冻机轻量化。不仅如此，而且即使在壳体20上部配置蒸发器1、吸收器2及冷凝器9等也可以使吸收式冷冻机的重心处在较低位置，确保稳定性。
由于作为冷媒，公知的溴化锂易于腐蚀铝和铝合金，所以在将该冷媒用于本发明的场合，最好在蒸发器1、吸收器2及冷凝器9使用铜或铜合金。在该场合，由于冷冻机的重心变高，所以需要使用于固定冷冻机的支承构件高强度化等来实现设置时的稳定化。
并不一定要对蒸发器1和吸收器2双方的扇形喷雾器33设定喷射角θ，也可以仅对蒸发器1和吸收器2中的任何一方设定喷射角θ。
按照本发明，由于将配置于空冷部一侧方的蒸发器和吸收器形成为纵长构造，所以可减小这两者分别在基台面的平面投影面积，可由较少数量的冷媒液散布装置和吸收剂溶液散布装置，以充够大的接触面积进行接触地向散热面散布冷媒液和吸收剂溶液。
在整体紧凑地无浪费空间地配置的状态下，以空冷部为中心将蒸发器和吸收器设在一侧而将再生器和精馏器设在另一侧地容纳于壳体。因此，整体设置空间可变小，设置位置的限制变少。