吸收式冷冻机的精馏装置

本发明涉及吸收式冷冻机的精馏装置，特别是涉及适合于提高吸收 剂溶液及制冷剂液的再生能力的吸收式冷冻机的精馏装置。

在利用吸收冷冻循环的吸收式冷冻机中，通过使因产生制冷剂蒸汽 而降低了温度的制冷剂和吸收了上述制冷剂蒸汽而提高了温度的吸收剂 溶液分别与冷水和冷冻水进行热交换，可获得所希望的空调用冷风和热 风。上述吸收剂溶液由于吸收制冷剂蒸汽而使吸收剂的浓度下降，结果， 吸收能力降低，因此，为了恢复该吸收剂溶液的浓度，设置有从吸收剂 溶液分离制冷剂的再生器。另外，为了将由上述再生器分离了的制冷剂 蒸汽作为纯度更高的制冷剂蒸汽供给冷凝器，设置有精馏装置。

上述精馏装置一般为装有爪圈(pall rings)和拉希格圈(Raschig rings)等片状(chip type)填料的筒状塔(精馏塔)。在该精馏装置中，使 浓度降低了的吸收剂溶液(稀溶液)从上方通过上述切屑型填料流下， 另一方面，使从再生器上升的制冷剂蒸汽与该稀溶液接触，提高该制冷 剂蒸汽的纯度。

流过上述精馏装置的稀溶液存在沿着该精馏装置内壁面流的倾向。 另外，从下方上升的制冷剂蒸汽由于与上述内壁面的摩擦等原因，存在 着在靠近该内壁面之处其流速减小、在中央部分其流速变大的倾向。因 此，流下液体被推到内壁面，难以流向中央部分，因此不能有效地进行 气液接触，存在不能如期望那样提高制冷剂蒸汽纯度的问题。

针对这一问题，提出了使用特殊填料元件的精馏装置(实公昭63 -10450号公报)。该填料元件通过将由不锈钢丝等构成的金属纤维成 形为波浪状金属网，然后将该金属网卷成筒状而制成，特别是将中心部 卷得比外周部紧，从而提高密度。该填料元件由于中心部的密度高，所 以通过这里的制冷剂蒸汽易于流到此中心部密度低的外围部，结果，可 以使越往中心部流速越大的蒸汽流速分布得到改善，变得均匀。另一方 面，经精馏装置流下的稀溶液由于毛细现象而存在集中到该填料元件中 央部的倾向，因而同时使用了用于将该流下液体推向周围的、形成为锥 状的分散板。

在使用上述填料元件的现有精馏装置中存在如下问题。通常，为了 提高制冷剂蒸汽的纯度而将填料元件堆积成多段而加以使用。然而，在 上述精馏装置中堆积填料元件的同时必须在各填料元件之间及最下部配 置锥状的分散板。因此，构造变复杂，而且精馏装置的高度加大，结果 存在精馏装置大型化的倾向，特别是存在不适合家庭用小型吸收式冷冻 机的问题。另外，还存在锥状的分散板必须经过以规定间隔将多个圆锥 析进行排列组装那样的复杂制造工序的问题。

本发明的目的在于提供一种吸收式冷冻机的精馏装置，该精馏装置 使用构造简单的填料元件即可有效地提高制冷剂蒸汽的纯度，提高运转 效率。

本发明提供一种吸收式冷冻机的精馏装置，用于使在再生器中发生 的制冷剂蒸汽通过气液接触部而提高其纯度，从而向冷凝器供给该高纯 度的制冷剂蒸汽；其特征在于：上述气液接触部由液体分散器与填料元 件构成，该液体分散器用于分散与上述制冷剂蒸汽接触的液体，该填料 元件为了使上述制冷剂蒸汽与从上述液体分散器落下的液体相接触而设 在上述液体分散器的下方，呈底面中央部凸出的锥形。

根据该特征，从液体分散器分散滴下到填料元件上的液体在经过填 料元件流下时，集中到呈锥形的该填料元件的底面中央。另外，从填料 元件下方上升而来的制冷剂蒸汽沿着呈锥形的填料元件的底面向靠外周 处扩展。

图1为本发明一实施例的精馏装置的剖视图。

图2为包含本发明一实施例的精馏装置的吸收式冷冻机中制冷剂与 吸收剂溶液的循环系统框图。

图3为分散器的平面图。

图4为用于比较本实施例的精馏装置的作用与现有技术的精馏装置 的作用的示意图。

下面，参照附图详细说明本发明。图2为示出包含本发明一实施例 的精馏器的吸收式冷冻机的吸收剂溶液及制冷剂的循环系统的框图。在 该图中，在蒸发器1中收容作为制冷剂的三氟乙醇(trifluoroethanol) (TFE)等氟代乙醇(flaoro-alcohol)，在吸收器2中收容作为吸收剂的 DMI衍生物(dimethyl imidazolidinon)溶液，即吸收剂溶液。蒸发器1 和吸收器2通过蒸发(制冷剂通路3相互进行流体性连接，如将蒸发器1 和吸收器2内保持在30mm Hg左右的低压，则蒸发器1的制冷剂蒸发， 通过通路3，进入到吸收器2由吸收剂溶液吸收。

此时，制冷剂产生制冷剂蒸汽，其温度降低，吸收剂溶液吸收上述 制冷剂蒸汽，其温度上升，进行吸收冷冻动作。在蒸发器1设置有通过 冷水的配管(图中未示出)，在吸收器2设置有通过冷却水的配管(图 中未示出)。向这些配管分别喷射温度降低了的制冷剂及温度上升了的 吸收剂溶液，冷水的温度下降，冷却水的温度上升。由这些制冷剂和吸 收剂溶液冷却或升温了的冷水及冷却水送给到例如空调的室内机，用于 冷气装置和暖气装置。

上述吸收剂溶液吸收制冷剂蒸气后浓度下降时，吸收能力下降，所 以，为了提高其浓度以恢复吸收能力，设置再生器4和精馏器5。再生 器4由容器4a和煤气燃烧器4b组成，该容器4a用于贮存吸收剂溶液， 该媒气燃烧器4b作为加热装置用于加热贮存的吸收剂溶液。加热装置用 媒气燃烧器较好，但也可用电热器或其它加热装置。

配置于再生器4上部的精馏器5整体上呈筒形，在下部配置了填料 元件(以下称“填料”)7a、7b的回收段，在上部配置了填料元件7c、 7d的浓缩段。从上述吸收器2供给的浓度降低了的吸收液溶液(稀溶液) 导入到上述回收段的填料7b的上部而滴下。蒸发器1内的制冷剂的纯度 一点一点地渐渐降低，所以每次极少量地供给到精馏器5即可恢复纯度。 该纯度降低了的制冷剂导入到上述浓缩段的填料7d的上部而滴下。精馏 器5的上部流体性地连接到用于冷凝液化制冷剂蒸汽的冷凝器6上。

在再生器的容器4a预先收容有一定量的吸收剂溶液，当对煤气燃烧 器4b点火时，吸收剂溶液被加热，由于吸收剂与制冷剂的沸点差产生制 冷剂蒸汽。由于在这里没有充分地分离制冷剂蒸汽与吸收剂溶剂，所以 在该制冷剂蒸汽中混入有吸收剂溶液。同时开始从吸收器2供给稀溶液。 稀溶液在通过填充剂7a、7b向下流的过程中，与从下方上升的制冷剂 蒸汽接触，使制冷剂蒸汽的温度下降。结果，随着制冷剂蒸汽上升，混 入其中的吸收剂溶液液化分离，制冷剂蒸汽的纯度渐渐提高。

当从蒸发器1送来的、混有极少量吸收剂成分的制冷剂液通过浓缩 段的填充剂7c、7d而流下时，与通过上述回收段的制冷剂蒸汽接触， 制冷剂蒸汽的温度进一步下降，吸收剂成分被分离，该制冷剂蒸汽的纯 度进一步得到提高。在浓缩段纯度得到提高的制冷剂蒸汽被送到冷凝器 6，经冷凝液化后被回收到蒸发器1。

下面对精馏器5的构成作进一步的详细说明。图1为精馏器的放大 剖视图。精馏器5形成由小直径部5a和大直径部5b组成的圆筒，该圆 筒的上端被封闭，下端向再生器4的容器4a的上部开口开放。在该圆筒 的上部侧壁设置有连接管8，该连接管8形成与上述冷凝器6的连通路 并具有法兰盘8a。在大直径部5b的下端近旁伸出法兰盘9，该法兰盘9 由图中未示出的螺栓连接到上述再生器4的容器4a上。该精馏器5由沿 上下分开的2个部件组成，在小直径部5a的中间由连接部件12、13组 装在各自的端部形成的法兰盘10、11而形成为一体，该连接部件12、 13由螺栓.螺母构成。亦即，精馏器5可通过拆卸连接部件12、13而 一分为二。

在上述大直径部5b上以重叠状态充填有2个填料7a、7b，特别 是下段的填料7a的底面中央部向下方凸出，形成锥状。同样，在小直径 部5a上以重叠状态充填有2个填料7c、7d，特别是下段填料7c的下 端中央部向下方凸出，形成锥状。在这里，锥状不限于立体几何上定义 的严格的立体形状，也包括在整体上靠中心处比靠外周处高的立体形 状。关于填料将进一步在后面说明。

在填料7b的上面载置着分散器15并用支脚14与该填充剂7b上面 保持着间隔。参照示出其平面图的图3说明该分散器15。分散器15具 有有底圆筒即碗状的分散板15a以适合接受稀溶液，在该分散板15a的 底部穿设有多个(例如5个)用于使稀溶液滴下的滴下孔16。在该滴下 孔16的周围设置有锥状的锪孔，以使稀溶液易于流入。与该滴下孔16 相对应，在分散板15a的下面固定有分散喷嘴17。在上述各滴下孔16 之间立起设置有多个(例如4个)用于使制冷剂蒸汽通到上方的圆筒形 制冷剂通路(气门)。在分散板15a上分别与该气门18对应地设置可通 过制冷剂蒸汽的孔(图中未示出)。

在分散器15的上方配置有贯通大直径部5b的壁面、沿水平方向延 伸的喷嘴19，稀溶液通过该喷嘴19滴下到分散板15a上。喷嘴19的水 平部分的前端封闭，而在该水平部分的下面设有多个用于使稀溶液滴下 到分散板15a上的微孔(图中未示出)。为了避免从这些微孔滴下的稀 溶液通过气门18直接落到下方，在气门18上设置有盖18a，通过该气 门18上升来的制冷剂蒸汽碰到该盖18a后从侧方的开口放出，流向上 方。

如使稀溶液滴下用的微孔不位于上述气门18正上方地避开配置上 述筒口19，使稀溶液和从填料7c滴下的制冷剂不落在气门18上，则可 省略盖18a。这样，气门18的构造被简化，制造变得容易。

在小直径部5a的填料7d上设有分散器20，与上述分散器15一样， 由支脚21支承着，并有分散板20a，在该分散板20a上设置气门22、 锥孔23以及对应锥孔23设置的分散喷嘴24。在分散器20上方配置有 与上述喷嘴19同样的喷嘴25，通过该喷嘴25从蒸发器1输送含有极少 量吸收剂成分的制冷剂。

接下来，详细说明填料7a～7d。填料7a～7d例如按下面那样进 行制作。首先，在制作填料7a和7c时，编织不锈钢线以制作带状的金 属网，再将该金属网卷成筒状。接着，将该筒装入到具有圆锥状底部的 圆筒金属模具中，压缩该筒的靠底面外周处，使中央部相对凸出，由此 形成图1所示那样形状的填料7a、7c。另外，也可以通过使上述筒状 金属网的卷绕中心部朝与该卷绕方向垂直的方向凸出来形成锥状。在该 场合，与筒卷绕方向垂直的方向的一端凸出成锥状，而另一端相反地凹 成锥状。

制作填料7b和7d的场合虽即可以与填料7a和7c一样地形成筒， 但在此后可以装入金属模具提高密度，也可以依筒的原样卷绕以决定最 终形状。

填料7a～7d即使不用编织线材得到的金属网作为坯料，也可以例 如简单地将许多线材装入金属模具加压成型，得到所期望的形状。另外， 也可以在有锥状底部形状的网状型材中装入线材和切屑型填料即爪圈 (pall rings)和希格圈(Raschig rings)，与该型材一起填充到精馏器5。

也就是说，只要是在流下液体滴下到分散器15和再生器4的底面部 分呈凸状的锥状的填料即可。因此，填料7a、7b以及7c、7d即使不 一定分割，整体地分别构成回收段和浓缩段的填料也当然是可以的。但 是，通过分割，填料7a～7d的个别尺寸变小，具有成型时易于处理的 优点。

下面，针对本实施例和现有技术来比较流下液体和制冷剂蒸汽的流 动。图4为示出流下液体和制冷剂蒸汽流动的示意图，图4(a)为本实施 例的状态，图4(b)为现有技术的状态。如该图所示，在使用上面和下面 都平坦的、密度均一的现有技术的填料A的精馏器5中，流下液体Lq 具有沿向周围的倾向，而且制冷剂蒸汽Vp的流速在填料中央部变快，因 此，流下液Lq越来越被推向精馏器5的壁面。

而在本实施例的使用底面为锥状的填料B的精馏器5中，流下液体 Lq显示出沿着填料B的锥状底面的锥面向中央部集中的倾向，而且制冷 剂蒸汽Vp沿着填料B的锥状下面向周围扩展，所以中央部的高流速由 该扩展抵消，流速的分布变得更均匀。结果，气液接触得以充分进行， 精馏的性能得以提高。

由于当填料的保水力过大时会产生液体流下受到阻止的滞留液或溢 流，所以必须适当地设定保水力，但对于锥状底面的填料B来说，在宽 的保水力的范围内液体产生集中到底部中央的流动，由此可顺利地流 下。因此，填料的保水力易于调整，可以维持良好的气液接触状态，而 且由于沿着锥面部分向中央部集中滴下，所以可以增大在底面部分的气 液接触面积。

由以上说明可知，按照本发明，由于相对填料从下方上升的制冷剂 蒸汽分散到侧方，所以其速度分布大体均匀，在该填料中液体以大体相 同的速度顺利流下。另外，当经填料流下的液体到达底面时，沿锥状底 面向中央集中，所以与制冷剂蒸汽的接触面积变大。因此，气液接触状 态变得良好，精馏性能提高。