吸收式冷冻装置的制作方法

专利名称：吸收式冷冻装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及吸收式冷冻装置，特别是涉及可良好地维持收容于蒸发器内的冷媒液的纯度的吸收式冷冻装置。
在吸收式冷冻装置中，吸收器内的吸收剂溶液吸收冷媒蒸气而被稀释。稀释后的吸收剂溶液(稀液)被送到再生器，由再生器从稀液中抽出冷媒提高其浓度。提高了浓度的吸收剂溶液返回到吸收器。从吸收剂溶液抽出的冷媒蒸气由冷凝器冷凝，成为冷媒液，送到蒸气器。送到蒸发器的冷媒液的纯度得到提高，但其中混有少量的吸收剂。该吸收剂在长时间的运行期间积聚，慢慢地降低蒸发器内的冷媒液的纯度。
为了防止该冷媒液的纯度降低，一般情况下，每次将蒸发器内的冷媒液取出预定量，与上述稀液一起送入再生器。在该场合，从蒸发器取出的冷媒液的量越多则也可提高冷媒液的纯度。然而，当该取出量变得过多时，运行效率下降。其原因是，由于再次将为了吸收作用而消费能量积蓄起来的冷媒液混入吸收剂溶液，所以热(特别是潜热)损失大。
为了减少热损失，可考虑将从蒸发器取出的冷媒液送给到设于再生器上部的精馏器，使其在该精馏器内从上部流下，提高纯度。在该场合，由于可将冷媒液用作精馏所需要的气液接触液，所以，热损失少，用于吸收冷冻可以提高本来的冷媒液的利用效率，结果可提高吸收冷冻系统的热效率。
上述吸收剂溶液的浓度根据外气条件和负荷状态等而变化。因此，如不随着吸收剂溶液的浓度变化适当地控制作为上述气液接触液的冷媒液的供给量，则精馏器顶部的冷媒蒸气的纯度存在降低的危险。为了解决这一问题，可考虑检测蒸发器内的冷媒液的纯度，控制气液接触液的供给量。例如，检测蒸发器内的冷媒液的沸点，根据其上升可推断冷媒纯度下降。
然而，在根据沸点上升推断冷媒液纯度下降的场合，由于是在蒸发器内的冷媒液的纯度下降发生后控制气液接触液的供给量，所以，时间上产生滞后，不能适当地进行控制。另外，为了检测蒸发器内的沸点上升，由于需要监视蒸发器内的温度和压力，所以控制变得复杂。
本发明的目的在于提供一种吸收式冷冻装置，该吸收式冷冻装置在气液接触液的供给控制上没有时间滞后，而且，可由更简单的构成良好地维持蒸发器内的冷媒液纯度。
本发明提供一种吸收式冷冻装置，其特征在于具有蒸发器、吸收器、再生器、精馏器、冷凝器、管路、温度传感器、及冷媒液流量调节装置；该蒸发器用于收容冷媒液；该吸收器用于收容包含吸收剂的吸收剂溶液，该吸收剂用于吸收在上述蒸发器产生的冷媒蒸气，产生吸收热；该再生器用于对上述吸收剂溶液加热，从该吸收剂溶液抽出冷媒蒸气；该精馏器用于精馏由上述再生器抽出的冷媒蒸气；该冷凝器用于使在上述精馏器中精馏了的冷媒蒸气冷凝并将其供给到上述蒸发器；该管路用于将上述蒸发器内的冷媒液的一部分从上述蒸发器送到上述精馏器上部，以将上述冷媒液在上述精馏器中用作气液接触液；该温度传感器用于检测在上述精馏器中精馏了的冷媒蒸气的温度；该冷媒液流量调节装置用于相应于上述温度传感器检测的温度的上下波动增减送给到上述精馏器的冷媒液的流量。
按照该特征，送到精馏器的高纯度的冷媒与冷媒蒸气接触，进一步提高冷媒蒸气的纯度。冷媒液流量调节装置进行调节，以在精馏器的顶部温度即该顶部的冷媒蒸气的温度上下波动时增减送给到精馏器的冷媒液的量。本发明人通过实验已经确认，精馏器顶部的冷媒蒸气的温度越高则冷媒蒸气的纯度越低。因此，根据该实验结果，为了良好地维持冷媒蒸气的纯度，如上述那样，在冷媒蒸气的温度高的场合，采用了增大蒸发器的冷媒供给量、提高冷媒蒸气的纯度的装置。
对附图简单说明如下

图1为本发明实施形式的冷暖气装置的主要部分功能框图。
图2为本发明实施形式的冷暖气装置的系统框图。
图3为精馏器顶部的冷媒蒸气温度与冷媒蒸气纯度的相关图。
下面，参照附图详细说明本发明。图2为示出本发明的一实施形式的吸收式冷暖气装置的主要部分构成的系统框图。在蒸发器1作为冷媒收容三氟代醇(TFE)等氟化醇(Fluoride alcohol)，在吸收器2作为含吸收剂的溶液收容二甲基咪唑烷酮(Dimethyl-imidazolidinon)等DMI衍生物。在该场合，上述冷媒不限于上述氟化醇，只要非冻结范围宽即可，对于溶液，也不限于DMI衍生物，只要为非结晶范围宽、具有比冷媒高的常压沸点而且可吸收冷媒的吸收剂则可。
蒸发器1和吸收器2通过蒸发(冷媒)通路5相互进行流体性连接，当将它们的空间保持在例如30mm Hg左右的低压环境下时，蒸发器1内的冷媒蒸发，如由图中双重箭头所示那样通过上述通路5进入吸收器2内。为了加热残存于冷媒蒸气中的雾状冷媒使其蒸气化并使从冷凝器9供给的冷媒的温度下降，设置冷却器18。吸收器2内的吸收剂溶液吸收冷媒蒸气，进行吸收冷冻动作。
首先，将燃烧器7点燃，由再生器3提高吸收器2内的溶液浓度(关于燃烧器和再生器和溶液浓缩将在后面说明)，则吸收器2内的溶液吸收冷媒蒸气，由该冷媒的蒸发潜热冷却蒸发器1内。在蒸发器1内设置由泵P4使冷水通过的管路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，其另一端(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引导至设于蒸发器1内的散布装置1b，散布到上述冷水通过的管路1a上。上述冷媒从管路1a内的冷水吸取蒸发热成为冷媒蒸气，而使上述冷水的温度下降。冷媒蒸气通过配置于蒸发通路的冷却器18流入吸收器2。蒸发器1内的冷媒由泵P1引导至上述散布装置，此外，如后述那样，其一部分通过过滤器4作为气液接触液(以下称放出液体)供给到精馏器6。在蒸发器1与过滤器4之间设有流量调节阀V5。该流量调节阀V5例如以大小2级切换开度，由该切换可使放出液的供给量变化。作为流过管路1a的冷水，最好使用乙二醇(ethylene glycol)和丙二醇(propyleneglycol)水溶液。
当上述冷媒(氟化醇)的蒸气即冷媒蒸气吸收到吸收器2的溶液时，吸收热使该溶液的温度上升。溶液的温度越低、浓度越高，则该溶液的吸收能力越大。因此，为了抑制该溶液的温度上升，在吸收器2的内部设置管路2a，在该管路2a通冷却水。管路2a的一端(在图中为出口端)通过冷凝器9内后，通过泵P3连接到第1四通阀V1的#2开口，管路2a的另一端(在图中为入口端)连接到第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引导至设于吸收器2内的散布装置2b，散布到管路2a上。其结果，溶液由通过管路2a的冷却水冷却，冷却水温度上升。吸收器2内的溶液吸收冷媒蒸气，其吸收剂浓度下降，从而吸收能力也降低。因此，在再生器3和精馏器6中，通过从吸收剂溶液分离产生冷媒蒸气，提高溶液中的吸收剂浓度，恢复吸收能力。在吸收器2中吸收冷媒蒸气而稀释了的溶液即稀液，由泵P2通过管路7b和控制阀V3送到精馏器6，流下到再生器3。再生器3具有加热稀液的燃烧器7。该燃烧器7最好为煤气燃烧器，但也可以为任何形式的加热装置。由再生器3加热、抽出冷媒蒸气而提高了浓度的溶液(浓液)通过管路7a和控制阀V4返回到上述吸收器2，由散布装置2b和泵P2散布到管路2a。
由再生器3产生的上述冷媒蒸气通过在精馏器6内的上升期间与精馏器6内流下的溶液充分接触，使混入的微量吸收剂溶液成分充分分离，之后，送到冷凝器9。由冷凝器9冷却而液化了的冷媒通过管路9b经由冷却器18和减压阀(流量控制阀)11返回到蒸发器1，由散布装置1b散布到管路1a。上述冷却器18为配置在上述蒸气通路的1种热交换器，混在由蒸发器1产生的冷媒蒸气中的冷媒雾由从冷凝器9返回的暖和的冷媒加热促使其气化，而另一方面，使返回到蒸发器1的上述冷媒的温度下降。
从冷凝器9供给到蒸发器1的冷媒的纯度变得极高，仅混有很少量的吸收剂成分。该吸收剂成分由长时间的运行循环积聚，蒸发器1内的冷媒的纯度不可避免地要渐渐下降。因此，如上述那样，从蒸发器1通过过滤器4将很少一部分送到精馏器6，与再生器3产生的冷媒蒸气一起再次经过提高纯度的循环。
从再生器3出来的管路7a中的高温浓液，借助设于连接吸收器2和精馏器6的管路中间的热交换器12，与从吸收器2出来的稀液进行热交换加以冷却，之后，回收并散布到吸收器2。另一方面，由热交换器12预先加热的稀液送给到精馏器6。虽然是这样提高热效率的，但也可通过设置用于将返回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管(图中未示出)，使返回到吸收器2中的浓液的温度进一步降低，从而使冷却水温度进一步提高。
在用于使上述冷水或冷却水与外气换热的显热交换器14连通管路4a，在室内机15设置管路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、4开口，其另一端(在图中为出口端)连接到第2四通阀V2的#3、4开口。由于室内机15设在进行冷暖气运行的室内，所以设有冷风或温风吹出口(图中未示出)。上述显热交换器14置于室外，由风扇19强制地与外气进行热交换。
在蒸发器1设置有用于检测冷媒的量的液面传感器L1和用于检测冷媒温度的温度传感器T1。在吸收器2设有用于检测溶液的量的液面传感器L2。在冷凝器9设有检测冷凝了的冷媒的量的液面传感器L9、检测冷媒温度的温度传感器T9、以及检测冷凝器9内的压力的压力传感器PS9。
在显热交换器14设置检测外气温度的温度传感器T14，在室内机15设置检测进行冷暖气运行的房间的温度的温度传感器T15，在再生器3设置检测溶液温度的温度传感器T3。在精馏器6的顶部设置检测其内部气氛温度即由精馏器6精馏后的冷媒蒸气温度的温度传感器T6。
运行冷气时，上述第1和第2四通阀V1、V2分别切换到#1和#3开口连通及#2和#4开口连通的位置。这样，因在管路1a散布冷媒而下降了温度的冷水被引导至室内机15的管路3a，进行室内冷气运行。
运行热气时，上述第1和第2四通阀V1、V2分别切换到#1和#4开口连通及#2和#3开口连通的位置。这样，管路2a内的受到加热后的冷却水由泵P3引导至室内机15的管路3a，进行室内热气运行。
进行暖气运行时，如外气温度变得特别低，则难以通过显热交换器14从外气吸取热量，制冷能力降低。考虑到这样的场合，设置旁通冷凝器9和再生器3(或精馏器6)之间的返回通路9a和开闭阀17。这样，在难以吸取外气的热时，停止吸收冷冻循环运行，在与冷凝器9之间循环由再生器3产生的蒸气，进行将燃烧器7的加热热量在冷凝器9内有效地传导到管路2a内的冷却水的直火燃烧运行，使上述冷却水升温，提高暖气能力。
接下来，说明从蒸发器1供给到精馏器6的放出液的控制。从吸收器2送给到再生器3的稀液的浓度随外气条件和负荷状态而变化。因此，为了良好地维持精馏器6顶部的冷媒蒸气的纯度，需要随稀液浓度的变化使供给到精馏器6的放出液的量变化。
本发明人等根据稀液浓度与精馏器6顶部冷媒蒸气纯度的关系以及稀液浓度与精馏器6顶部的冷媒蒸气温度的关系，由实验确认冷媒蒸气温度与冷媒蒸气纯度之间具有很强的相关关系。即得知，相应于冷媒蒸气纯度的下降，冷媒蒸气温度上升。因此，在本实施形式中，由上述温度传感器T6检测冷媒蒸气温度，在该温度比预定值高的场合，增大放出液的供给量。
首先，说明冷媒蒸气温度与冷媒蒸气纯度的关系的实验结果。图3为示出在精馏器6顶部测定到的冷媒蒸气温度T、冷媒蒸气纯度P和稀液浓度D的各关系的图，示出在供给到再生器3的稀液量和供给到精馏器6的放出液量为一定的条件下测定的结果。在该图中，稀液浓度D示出稀液中冷媒的浓度。特性A示出冷媒蒸气温度T与稀液浓度D的关系，特性B示出冷媒蒸气纯度P与稀液浓度D的关系。根据这些特性A和特性B，如特性C所示那样求出冷媒蒸气温度与冷媒蒸气纯度的关系。
如从特性A所看出的那样，随着稀液中的冷媒浓度D的上升，冷媒蒸气温度T下降。另外，如从特性B所看出的那样，随着稀液浓度D的上升，冷媒蒸气纯度P增大。根据这些特性A、B求出的特性C表明，在冷媒蒸气纯度P变低时冷媒蒸气温度T上升。
根据上述实验结果控制放出液的供给量。图1为示出用于放出液的供给量控制的控制装置的要部功能的框图。在该图中，比较部20和基准值设定部21可由微型计算机构成。温度传感器T6设在精馏器6的顶部，将其检测结果即代表精馏器6顶部的冷媒蒸气温度的值T供给到比较部20。在基准值设定部21设定用于决定放出液的供给量切换到大或小这两种情形中的一个的基准值T ref。该基准值T ref具有一定的不感带。基准值T ref输入到比较部，在比较部20判定冷媒蒸气温度比准值T ref高还是低。
在冷媒蒸气温度T相对较高的场合，向流量调节阀V5输入切换信号s1，在冷媒蒸气温度T相对较低的场合，向流量调节阀V5输入切换信号s2。流量调节阀V5相应于切换信号s1将开度切换到大流量侧，相应于切换信号s2将开度切换到小流量侧。亦即，在冷媒蒸气温度T高于基准值T ref的场合，增大放出液的供给量，在冷媒蒸气温度T低于基准值T ref的场合，减小放出液的供给量。这样，相应于冷媒蒸气温度T控制放出液的供给量，可将冷媒蒸气纯度维持在适度的值。
作为上述流量调节阀V5，不限于以2级切换流量的阀，当然也可以是进一步增加了级数的阀，或是可连续调节流量的阀。另外，冷媒液的流量不限于由阀的开度进行控制，也可以由从蒸发器1供给冷媒的泵P1的转速进行控制。在该场合，可设置节流孔来代替流量调节阀。另外，冷媒蒸气温度T不限于在精馏器顶部测定，即使在精馏器6和冷凝器9之间的管路上测定，也可同样地获得与冷媒蒸气纯度P的相关关系，根据其测定结果可控制放出液的量。
按照本发明，可根据精馏器顶部温度调节冷媒液即放出液的流量。因此，与检测蒸发器内的冷媒的纯度对放出液的流量进行调节不同，可以以很快的响应速度实施维持冷媒液纯度的动作。由于可由温度传感器的检测结果判别冷媒蒸气的纯度，所以可简化控制。
权利要求
1.一种吸收式冷冻装置，其特征在于具有蒸发器，用于收容冷媒液，吸收器，用于收容包含吸收剂的吸收剂溶液，该吸收剂用于吸收在上述蒸发器产生的冷媒蒸气，再生器，用于对供给到其中的上述吸收剂溶液的一部分加热，从该吸收剂溶液抽出冷媒蒸气，精馏器，用于精馏由上述再生器抽出的冷媒蒸气，冷凝器，用于使在上述精馏器中精馏了的冷媒蒸气冷凝并将其供给到上述蒸发器，管路，用于将上述蒸发器内的冷媒液的一部分从上述蒸发器送到上述精馏器上部，以将上述冷媒液在上述精馏器中用作气液接触液，温度传感器，用于检测在上述精馏器中精馏了的冷媒蒸气的温度，冷媒液流量调节装置，用于增减送给到上述精馏器的冷媒液的流量，控制装置，用于相应于上述温度传感器检测到的温度波动，在上述温度传感器检测到的温度高于基准温度的场合向上述冷媒液流量调节装置输入增加指令，在上述温度传感器检测到的温度低于基准温度的场合向上述冷媒液流量调节装置输入减少指令。
2.如权利要求1所述的吸收式冷冻装置，其特征在于上述冷媒液流量调节装置产生的流量增减，通过控制用于将冷媒液从上述蒸发器送到上述精馏器的泵的转速来进行。
3.如权利要求1所述的吸收式冷冻装置，其特征在于上述冷媒液流量调节装置产生的流量增减，通过控制设置在用于将冷媒液从上述蒸发器送到上述精馏器的管路的流量调节阀来进行。
4.如权利要求1所述的吸收式冷冻装置，其特征在于上述温度传感器设置在上述精馏器顶部，可检测其内部气氛的温度地进行配置。
5.如权利要求1所述的吸收式冷冻装置，其特征在于上述温度传感器设置在上述精馏器和上述冷凝器之间，可检测其内部气氛温度地进行配置。
全文摘要
一种吸收式冷冻装置,为了将蒸发器内的冷媒液在精馏器用作气液接触液,将其一部分送给到精馏器上部。在精馏器顶部设置温度传感器T6,检测精馏器顶部温度即该部分的冷媒蒸气温度。冷媒蒸气温度与冷媒蒸气纯度具有很强的相关性,温度越高纯度越低。因此,在温度传感器T6的检测温度T高于基准温度T ref的场合,调节流量调节阀V5,增大供给到精馏器的冷媒液的流量。这样,恢复冷媒蒸气纯度,防止蒸发器的冷媒液纯度下降。因此,可防止外气条件和负荷状态的变动导致的冷媒纯度的波动,良好地保持该冷媒纯度。
文档编号F25B15/00GK1245279SQ9911194
公开日2000年2月23日 申请日期1999年8月2日 优先权日1998年8月3日
发明者由利信行, 茅沼秀高, 石川满, 高川敏充 申请人:本田技研工业株式会社