JP6398621B2

JP6398621B2 - 冷凍機

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Publication number: JP6398621B2
Application number: JP2014224503A
Authority: JP
Inventors: 西川　健一; 健一西川; 北村　清貴; 清貴北村; 田中　攻明; 攻明田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2034-11-04
Also published as: JP2016090126A

Description

本発明は、冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器を備える冷凍機に関するものである。

吸着式冷凍機または吸収式冷凍機では、一般的に冷媒として水が用いられる。そして、大気圧下・１００℃での沸騰蒸発の場合は、沸騰蒸発部に１０ｃｍの水頭が負荷されたとしても、その負荷分、必要となる過熱度は極わずかであるが、減圧（負圧）下・低温の場合は非常に大きな過熱度が必要となる。

例えば、蒸発温度１０℃の場合、１０ｃｍの水頭が負荷されると、沸騰蒸発するためには１０℃近い過熱度が必要となる。このことから、減圧下・低温で使う蒸発器において、熱交換効率を向上させるためには、過剰な水頭をかけないようにできるだけ薄く熱交換部を濡らすことが求められている。

ここで、この課題に対応した冷凍機として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された冷凍機は、冷媒滴下用ポンプを用いて冷媒滴下装置に送水して、蒸発器の熱交換部に冷媒を滴下させることで、常時、熱交換部を薄く濡らすようにしている。

また、特許文献１には、微細な沸騰飛沫を生じさせるためにガラスビーズを液相冷媒中に浸漬させた冷凍機や、親水処理をしたフィンプレートをパイプ（伝熱管）に接合した冷凍機が開示されている。

特開２０００−２２７２８８号公報

しかしながら、冷媒滴下用ポンプを用いる冷凍機においては、減圧下で使用可能な特殊なポンプや冷媒滴下装置が必要となるため、コストアップになるとともに、特にポンプからの真空漏れが発生しやすいという問題がある。また、滴下した水冷媒は熱交換部表面に留まらずに流れ落ちてしまうため、熱交換部が有効に使われないという問題もある。

一方、ガラスビーズを用いる冷凍機においては、ガラスビーズは熱伝導物質ではないので沸騰核生成には有効に働かない、バルブ部などにかみ込み内部漏れの原因となる、材料によっては表面からのアウトガス発生により真空度低下の原因となる、などの問題がある。

さらに、親水処理をしたフィンプレートを用いる冷凍機においては、親水処理材質によってはアウトガス発生により真空度低下の原因となるとともに、コストアップになるといった問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器を備える冷凍機において、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制し、熱交換効率を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、熱媒体を流通させる伝熱管（４１）の一部が内部に配置され、下部に溜められている液相冷媒と前記熱媒体との熱交換により冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器（４０）と、気相冷媒を凝縮させる凝縮器（３０）と、凝縮器内の気相冷媒を蒸発器内の液相冷媒中に導く冷媒戻し配管（５２）とを備え、
冷媒戻し配管は、凝縮器内の気相冷媒のみを取り出せる位置にて凝縮器に接続され、
冷媒戻し配管の途中に、冷媒戻し配管内を流通する気相冷媒の量を調整する絞り機構（５３）を備えることを特徴とする。

これによると、蒸発器内の液相冷媒中に気泡が吹き出されるため、蒸発器内の液相冷媒に乱れを生じさせて沸騰核生成を促進させることができる。したがって、従来のような、冷媒滴下用ポンプ、ガラスビーズ、親水処理をしたフィンプレート等を用いないため、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制しつつ、熱交換効率を向上させることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る冷凍機を示す全体構成図である。図１の蒸気供給配管の要部構成を示す図である。第１実施形態の変形例を示す冷凍機の全体構成図である。本発明の第２実施形態に係る冷凍機の作動説明に供するタイムチャートである。本発明の第３実施形態に係る冷凍機を示す全体構成図である。図６のＡ−Ａ断面図である。本発明の第４実施形態に係る冷凍機の作動説明に供するタイムチャートである。本発明の第５実施形態に係る冷凍機を示す全体構成図である。図８の蒸発器の拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。

図１に示すように、この吸着式冷凍機は、１個の真空容器内に、第１吸着器１０、第２吸着器２０、凝縮器３０および蒸発器４０を配設して構成され、さらにその真空容器の外側に熱を授受する部分を有して構成されている。なお、真空容器内は全体として大気圧以下の所定の真空度とされており、また真空容器内には、冷媒として所要量の水が収容されている。

真空容器は略ロの字状に形成されており、その内部は４つの空間に区画されている。真空容器内の、図１において上下方向に延びる２つの空間のうち、左側の空間に第１吸着器１０が配設され、右側の空間に第２吸着器２０が配設されている。

第１、第２吸着器１０、２０は、共に通気性が確保されたケース内に、多数の粒状の吸着材（例えばシリカゲル、ゼオライト等）を保持して構成されている。

第１、第２吸着器１０、２０は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器を用いており、それぞれ内部の吸着材を冷却、加熱するための流体が流通される伝熱管１１、２１の一部が内部に配置されている。吸着材は、冷却状態にあっては気相冷媒（本実施形態では水蒸気）を高能力で吸着し、加熱状態にあっては吸着した冷媒を脱離して吸着能力が再生されるという性質を有する。

真空容器内の、図１において左右方向に延びる２つの空間のうち、上側の空間に凝縮器３０が配設されている。凝縮器３０は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器を用いており、冷却水（水やＬＬＣ）が流通される凝縮器用伝熱管３１の一部が内部に配置されている。この凝縮器用伝熱管３１は、真空容器の外壁部を気密に貫通して外部に導出されている。また、凝縮器用伝熱管３１内を流通する冷却水は、図示しない冷却手段によって冷却されるようになっている。そして、凝縮器３０は、凝縮器用伝熱管３１内を流通する冷却水と気相冷媒との間で熱交換を行い、気相冷媒を凝縮させるようになっている。

真空容器内の、図１において左右方向に延びる２つの空間のうち、下側の空間に蒸発器４０が配設されている。蒸発器４０は、シェルアンドチューブタイプの熱交換器を用いており、熱媒体（例えば、水やＬＬＣ）を流通させる蒸発器用伝熱管４１の一部が内部に配置されている。また、蒸発器４０の下部には液相冷媒が溜められている。さらに、蒸発器４０内に位置する蒸発器用伝熱管４１のうち、下方側の一部が、蒸発器４０内の液相冷媒中に浸漬されている。

そして、蒸発器４０は、熱媒体と液相冷媒との間で熱交換を行い、液相冷媒を沸騰蒸発させるとともに、冷媒が蒸発する際の蒸発熱潜により熱媒体を冷却するようになっている。なお、蒸発器用伝熱管４１は、真空容器の外壁部を気密に貫通して外部に導出されている。そして、例えば室内空気と熱媒体との間で熱交換を行い、冷房を行うようになっている。

凝縮器３０と蒸発器４０とは、凝縮器３０で凝縮した凝縮水（液相冷媒）を蒸発器４０に戻す液相冷媒戻し配管５０により接続されている。この液相冷媒戻し配管５０の一端は、凝縮器３０内の液相冷媒のみを取り出せる位置にて凝縮器３０に接続されている。換言すると、液相冷媒戻し配管５０の一端は、凝縮器３０の底部に接続されている。

液相冷媒戻し配管５０の途中には、液相冷媒戻し配管５０内を流通する液相冷媒の量を調整する絞り機構５１が配置されている。なお、本実施形態では、絞り機構５１として、キャピラリーチューブを用いている。

また、凝縮器３０と蒸発器４０とは、凝縮器３０内の気相冷媒を蒸発器４０内の液相冷媒中に導く冷媒戻し配管５２により接続されている。この冷媒戻し配管５２の一端は、凝縮器３０内の気相冷媒のみを取り出せる位置にて凝縮器３０に接続されている。換言すると、冷媒戻し配管５２の一端は、凝縮器３０の上部に接続されている。

冷媒戻し配管５２の他端側は、蒸発器４０内の液相冷媒中に浸漬されるとともに、蒸発器用伝熱管４１の下方に配置されている。また、図２に示すように、冷媒戻し配管５２における蒸発器４０内の液相冷媒中に浸漬された部位には、冷媒戻し配管５２の長手方向に沿って複数の蒸気吹出孔５２１が形成されている。

冷媒戻し配管５２の途中には、冷媒戻し配管５２内を流通する気相冷媒の量を調整する絞り機構５３が配置されている。なお、本実施形態では、絞り機構５３として、キャピラリーチューブを用いている。

続いて、各吸着器１０、２０の伝熱管１１、２１に冷却流体あるいは加熱流体を供給するための加熱冷却システムについて述べる。なお、伝熱管１１、２１は、真空容器の外壁部を気密に貫通して外部に導出されるようになっている。

加熱冷却システムは、水を加熱する加熱装置６１、水を冷却する冷却装置６２、および２個の四方弁６３、６４を備えている。

なお、加熱装置６１として、例えば水冷式内燃機関を用いることができ、エンジン冷却水（温水）を加熱流体として用いる。また、加熱装置６１は、ガスタービンなどの内燃機関、燃焼器、燃料電池、または太陽熱などの自然エネルギーを利用した手段、を用いることができる。

一方、冷却装置６２としては、冷却塔や、フィンアンドチューブなどの空冷熱交換器を用いることができ、冷却塔や空冷熱交換器にて冷却された水を冷却流体として用いる。

第１吸着器１０の伝熱管１１の一端側は、第１四方弁６３の第１出口ポート６３ｂに接続され、当該伝熱管１１の他端側は、第２四方弁６４の第２入口ポート６４ｃに接続されている。一方、第２吸着器２０の伝熱管２１の一端側は、第１四方弁６３の第２出口ポート６３ｄに接続され、当該伝熱管２１の他端側は、第２四方弁６４の第１入口ポート６４ａに接続されている。

加熱装置６１の出口側は、第１四方弁６３の第１入口ポート６３ａに接続され、加熱装置６１の入口側は、第２四方弁６４の第２出口ポート６４ｄに接続されている。また、冷却装置６２の出口側は、第１四方弁６３の第２入口ポート６３ｃに接続され、冷却装置６２の入口側は、第２四方弁６４の第１出口ポート６４ｂに接続されている。

図１においては、第１吸着器１０の伝熱管１１に加熱流体を供給し（脱離工程）、第２吸着器２０の伝熱管２１に冷却流体を供給する（吸着工程）際の、四方弁６３、６４における各ポートの接続状態を実線で示している。ここで、第１四方弁６３においては、第１入口ポート６３ａと第１出口ポート６３ｂとが接続され、第２入口ポート６３ｃと第２出口ポート６３ｄとが接続される。第２四方弁６４においては、第１入口ポート６４ａと第１出口ポート６４ｂとが接続され、第２入口ポート６４ｃと第２出口ポート６４ｄとが接続される。

加熱冷却システムは上記のように構成されているので、第１吸着器１０の伝熱管１１には、加熱装置６１からの高温の加熱流体が供給され、内部の吸着材との熱交換の後、再び加熱装置６１に戻るようになっている。一方、第２吸着器２０の伝熱管２１には冷却装置６２からの低温の冷却流体が供給され、内部の吸着材との熱交換の後、再び冷却装置６２に戻るようになっている。

なお、詳しい説明は省略するが、上記とは逆の、第１吸着器１０にて吸着工程を行うとともに、第２吸着器２０にて脱離工程を行う場合においては、第１、第２四方弁６３、６４が図１にて破線で示す状態に切り換えられる。これにより、第１吸着器１０の伝熱管１１に冷却流体が供給され、第２吸着器２０の伝熱管２１に加熱流体が供給される。

真空容器内には、第１吸着器１０内の空間と凝縮器３０内の空間との連通状態を制御する第１水蒸気バルブ７１が設けられている。この第１水蒸気バルブ７１は、凝縮器３０内の圧力が、第１吸着器１０内の圧力よりも低いときに、その圧力差によって開弁するようになっている。

また、真空容器内には、第２吸着器２０内の空間と凝縮器３０内の空間との連通状態を制御する第２水蒸気バルブ７２が設けられている。この第２水蒸気バルブ７２も、第１水蒸気バルブ７１と同様、凝縮器３０内の圧力が、第２吸着器２０内の圧力よりも低いときに、その圧力差によって開弁するようになっている。

また、真空容器内には、第１吸着器１０内の空間と蒸発器４０内の空間との連通状態を制御する第３水蒸気バルブ７３が設けられている。この第３水蒸気バルブ７３は、蒸発器４０内の圧力が第１吸着器１０内の圧力よりも高いときに、その圧力差によって開弁するようになっている。

また、真空容器内には、第２吸着器２０内の空間と蒸発器４０内の空間との連通状態を制御する第４水蒸気バルブ７４が設けられている。この第４水蒸気バルブ７４も、第３水蒸気バルブ７３と同様、蒸発器４０内の圧力が、第２吸着器２０内の圧力よりも高いときに、その圧力差によって開弁するようになっている。

次に、作動を説明する。まず、第１吸着器１０が脱離工程、吸着器２０が吸着工程にある場合の作動を説明する。

この場合、四方弁６３、６４における各ポートの接続状態は、実線で示すようになっている。したがって、加熱装置６１で加熱された加熱流体がポンプ（図示せず）により第１吸着器１０の伝熱管１１に供給され、一方、冷却装置６２で冷却された冷却流体が別のポンプ（図示せず）により第２吸着器２０の伝熱管２１に供給される。

これにより、第１吸着器１０内の吸着材が加熱されて、第１吸着器１０内の吸着材が吸着している水分が脱離され、第１吸着器１０内の圧力が上がる。そして、第１吸着器１０内の圧力が上がることにより、第１水蒸気バルブ７１が開弁し、第１吸着器１０内の気相冷媒が凝縮器３０に流入し、その気相冷媒は凝縮器用伝熱管３１内を流通する冷水と熱交換して凝縮する。このとき、第１吸着器１０内の圧力の方が蒸発器４０内の圧力よりも高いため、第３水蒸気バルブ７３は閉弁している。

一方、第２吸着器２０内の吸着材が冷却されることで第２吸着器２０内の圧力が下がるため、第４水蒸気バルブ７４が開弁し、蒸発器４０内の気相冷媒が第２吸着器２０に流入し、その気相冷媒は第２吸着器２０内の吸着材に吸着される。また、蒸発器４０内の液相冷媒が蒸発するため、その蒸発潜熱により蒸発器用伝熱管４１内を流れる熱媒体が冷却される。このとき、第２吸着器２０の圧力の方が凝縮器３０の圧力よりも低いため、第２水蒸気バルブ７２は閉弁している。

以上のようにして、第１吸着器１０内の吸着材の水分が十分に脱離され、第２吸着器２０内の吸着材が十分に水分を吸着した後、四方弁６３、６４における各ポートの接続状態を、図１に点線で示すように切り替える。これにより、第１吸着器１０が吸着工程、第２吸着器２０が脱離工程になる。このとき、第２水蒸気バルブ７２および第３水蒸気バルブ７３は開弁し、第１水蒸気バルブ７１および第４水蒸気バルブ７４は閉弁する。

このように、第１吸着器１０と第２吸着器２０の吸着工程と脱離工程を交互に切り替えることで、連続的に蒸発器用伝熱管４１から冷水出力を得ることができる。

上記の作動中、凝縮器３０で凝縮された冷媒は、液相冷媒戻し配管５０により蒸発器４０に戻される。ここで、蒸発器４０よりも凝縮器３０の方が圧力が高いため、凝縮器３０内の液相冷媒は確実に蒸発器４０に流れるが、凝縮器３０内の液相冷媒がなくなると、凝縮器３０内の気相冷媒が蒸発器４０に流れることになり、システムロスとなるため、蒸発器４０に戻される液相冷媒の量が適切になるように絞り機構５１で調整されている。

また、上記の作動中、凝縮器３０内の気相冷媒は冷媒戻し配管５２により蒸発器４０内の液相冷媒中に導かれ、気相冷媒の気泡が蒸気吹出孔５２１から蒸発器４０内の液相冷媒中に吹き出される。これにより、蒸発器４０内の液相冷媒に乱れを生じさせ、沸騰核生成を促進させることができるため、減圧下・低温での高い沸騰蒸発性能を得ることができる。ここで、過剰に気相冷媒を戻すとシステムロスになるため、絞り機構５３で適切な供給量になるように調整されている。

以上述べたように、本実施形態によると、蒸発器４０内の液相冷媒中に気泡が吹き出されるため、蒸発器４０内の液相冷媒に乱れを生じさせて沸騰核生成を促進させることができる。したがって、従来のような、冷媒滴下用ポンプ、ガラスビーズ、親水処理をしたフィンプレート等を用いないため、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制しつつ、熱交換効率を向上させることができる。

また、絞り機構５１により、蒸発器４０に戻される液相冷媒の量が適切に調整されるため、凝縮器３０内の液相冷媒がなくなって凝縮器３０内の気相冷媒が蒸発器４０に流れることを防止し、システムロスを抑制することができる。

また、絞り機構５３により、蒸発器４０に戻される気相冷媒の量が適切に調整されるため、過剰に気相冷媒が戻されることによるシステムロスを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、液相冷媒戻し配管５０と冷媒戻し配管５２とを用いたが、液相冷媒戻し配管５０を廃止してもよい。この場合、図３に示す変形例のように、冷媒戻し配管５２の一端を、凝縮器３０内の気相冷媒および液相冷媒がともに取り出せる位置にて凝縮器３０に接続して、液相冷媒に少量の気相冷媒が混じりながら戻るように調整することにより、気相冷媒の気泡を蒸気吹出孔５２１から吹き出させて沸騰核生成を促進させることができる。

また、上記実施形態では、凝縮器３０としてシェルアンドチューブタイプの熱交換器を用いたが、凝縮器３０はフィンアンドチューブの空冷熱交換器でもよい。

また、上記実施形態では、液相冷媒戻し配管５０内を流通する液相冷媒の量を調整する絞り機構５１として、キャピラリーチューブを用いたが、絞り機構５１は、ニードルバルブ、電磁弁、電動弁などを用いてもよい。

また、上記実施形態では、冷媒戻し配管５２内を流通する気相冷媒の量を調整する絞り機構５３として、キャピラリーチューブを用いたが、絞り機構５３は、ニードルバルブ、電磁弁、電動弁などを用いてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、絞り機構５１、５３（図１参照）として、液相冷媒戻し配管５０内通路または冷媒戻し配管５２内通路を開閉する電磁弁または電動弁を用いている。

図４に示すように、第１吸着器１０および第２吸着器２０の吸着工程および脱離工程が切り替えられた直後は、蒸発器４０および凝縮器３０の能力が高くなり（すなわち、蒸発器４０の蒸発量が多く、凝縮器３０の凝縮量が多くなり）、その後蒸発器４０および凝縮器３０の能力は漸減する。

そこで、第１吸着器１０および第２吸着器２０の吸着工程および脱離工程が切り替えられた後の、蒸発器４０および凝縮器３０の能力が高い領域の間は、絞り機構５１、５３を開弁状態にして液相冷媒および気相冷媒を多く戻すことにより、蒸発器４０および凝縮器３０に高い能力を発揮させる。

一方、蒸発器４０および凝縮器３０の能力が低下してくると、絞り機構５１、５３を閉弁状態にして液相冷媒および気相冷媒の戻りを停止することにより、過剰な気相冷媒の戻りによるシステムロスをなくす。

本実施形態によると、第１実施形態と同様に、従来のような、冷媒滴下用ポンプ、ガラスビーズ、親水処理をしたフィンプレート等を用いないため、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制しつつ、熱交換効率を向上させることができる。

また、蒸発器４０および凝縮器３０のその時の能力に応じて蒸発器４０に戻す冷媒の流れを断続しているため、蒸発器４０および凝縮器３０に高い能力を発揮させることができるとともに、過剰な気相冷媒の戻りによるシステムロスをなくすことができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図５、図６に示すように、本実施形態では、冷媒戻し配管５２および絞り機構５３が廃止されている。

液相冷媒戻し配管５０の一端は、凝縮器３０内の液相冷媒のみを取り出せる位置にて凝縮器３０に接続されている。液相冷媒戻し配管５０の他端側は、蒸発器４０内に位置する蒸発器用伝熱管４１の上方に配置されるとともに、後述する冷媒吸上げ部材の上部に液相冷媒を滴下させるための複数の孔（図示せず）が形成されている。

蒸発器４０内に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面には、毛細管現象にて蒸発器４０内の液相冷媒を蒸発器用伝熱管４１の表面に導く冷媒吸上げ部材４２が接合されている。蒸発器４０の下部には液相冷媒が溜められており、冷媒吸上げ部材４２の下方側の一部が、蒸発器４０内の液相冷媒中に浸漬されている。

なお、冷媒吸上げ部材４２は、焼結金属、発泡金属、メッシュ等にて形成することができる。そして、冷媒吸上げ部材４２は、所定の毛細管力が得られるように、換言すると、蒸発器４０の下部の液相冷媒を冷媒吸上げ部材４２の上部まで吸い上げられるように、細孔径や空孔率が調整されている。

上記構成において、蒸発器４０の下部の液相冷媒が冷媒吸上げ部材４２の毛細管力によって吸い上げられ、下部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面は勿論のこと、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面まで濡らされる。また、液相冷媒戻し配管５０から冷媒吸上げ部材４２の上部に液相冷媒が滴下され、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面がより確実に濡らされる。

そして、蒸発器用伝熱管４１内を流れる熱媒体と蒸発器用伝熱管４１の表面の液相冷媒との間で熱交換が行われ、液相冷媒が沸騰蒸発するとともに、冷媒が蒸発する際の蒸発熱潜により熱媒体が冷却される。

本実施形態によると、蒸発器用伝熱管４１の伝熱面積を有効に使え、冷媒吸上げ部材４２が伝熱フィンとして働くことにより実質的な伝熱面積が増大し、また沸騰核が生成されやすい状態が維持されやすくなり、さらに、蒸発器用伝熱管４１の表面全体を薄く濡らすことによる水頭負荷の影響低減といった効果が得られ、減圧下・低温での高い沸騰蒸発性能を得ることができる。したがって、従来のような、冷媒滴下用ポンプ、ガラスビーズ、親水処理をしたフィンプレート等を用いないため、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制しつつ、熱交換効率を向上させることができる。

また、蒸発器４０の下部に溜めておく液相冷媒の量を減らすことができ、液相冷媒減少分の熱容量を低減できるので、冷水出力の応答性向上の効果も得られる。

なお、絞り機構５１は、キャピラリーチューブ、ニードルバルブ、電磁弁、電動弁などを用いることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。以下、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

本実施形態では、絞り機構５１（図５参照）として、液相冷媒戻し配管５０内通路を開閉する電磁弁または電動弁を用いている。

図７に示すように、第１吸着器１０および第２吸着器２０の吸着工程および脱離工程が切り替えられた直後は、蒸発器４０の能力が高くなり（すなわち、蒸発器４０の蒸発量が多くなり）、その後蒸発器４０の能力は漸減する。

そして、蒸発器４０の能力が高い領域の間は、冷媒吸上げ部材４２による冷媒吸い上げ量よりも蒸発量の方が多くなって、図７に破線で示すように冷媒吸上げ部材４２による冷媒吸い上げ高さが低くなる傾向になり、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面を濡らすことができなくなる。

そこで、第１吸着器１０および第２吸着器２０の吸着工程および脱離工程が切り替えられた後の、蒸発器４０の能力が高い領域の間は、絞り機構５１を開弁状態にして、液相冷媒戻し配管５０から冷媒吸上げ部材４２の上部に液相冷媒を滴下させる。これにより、図７に実線で示すように冷媒吸上げ部材４２による冷媒吸い上げ高さが高くなり、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面も確実に濡らすことができる。

一方、蒸発器４０の能力が低下してくると、冷媒吸上げ部材４２による冷媒吸い上げ量よりも蒸発量の方が少なくなって、冷媒吸上げ部材４２による冷媒吸い上げ高さが上昇するため、絞り機構５１を閉弁状態にして液相冷媒戻し配管５０からの液相冷媒の滴下を停止する。これにより、蒸発器用伝熱管４１の表面を過剰に濡らすことによる水頭負荷の増加を抑制する。

本実施形態によると、第３実施形態と同様に、従来のような、冷媒滴下用ポンプ、ガラスビーズ、親水処理をしたフィンプレート等を用いないため、真空度を悪化させる漏れやアウトガス発生を抑制しつつ、熱交換効率を向上させることができる。

また、蒸発器４０のその時の能力に応じて冷媒吸上げ部材４２の上部に滴下させる冷媒の流れを断続しているため、蒸発器４０に高い能力を発揮させることができるとともに、蒸発器用伝熱管４１の表面を過剰に濡らすことによる水頭負荷の増加を抑制することができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。以下、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

ところで、蒸発器４０内で液相冷媒が沸騰蒸発する際に、水蒸気だけでなく、水滴およびその飛沫が飛散する。そして、本来、蒸発器４０では、蒸発器用伝熱管４１の表面にて液相冷媒を沸騰蒸発させ、その際の蒸発潜熱により蒸発器用伝熱管４１内を流れる熱媒体を冷却することが必要とされる。しかし、蒸発器４０内で生成された水滴や飛沫が、例えば蒸発器４０と吸着器１０、２０とを連絡する経路や吸着器１０、２０まで到達し、その経路や吸着器１０、２０で蒸発してしまうと、その分の蒸発潜熱は蒸発器用伝熱管４１内を流れる熱媒体（冷水）の出力として取り出すことができず、システム上、熱ロスとなってしまう。本実施形態は、そのシステムロスを低減するものである。

図８、図９に示すように、液相冷媒戻し配管５０の蒸発器４０側の開口位置よりも下方で、且つ、蒸発器４０内における蒸発器用伝熱管４１の上方に、板状の受け皿５４が配置されている。この受け皿５４によって、蒸発器４０内は、液相冷媒が溜められ且つ蒸発器用伝熱管４１が収容された空間と吸着器１０、２０に連通する空間とに分割されている。

受け皿５４には、受け皿５４の上面に溜まった液相冷媒を蒸発器用伝熱管４１が収容された空間に供給する多数の液相冷媒通過孔５４１、および、蒸発器用伝熱管４１が収容された空間の気相冷媒を吸着器１０、２０に流通させる複数の気相冷媒通過孔５４２が形成されている。

気相冷媒通過孔５４２の上方に、気相冷媒通過孔５４２を覆う板状の邪魔板５５が配置されている。邪魔板５５は、天地方向に沿って見たときに気相冷媒通過孔５４２の開口部全域を覆っている。また、邪魔板５５の外周側下面と受け皿５４における気相冷媒通過孔５４２周囲部上面との間には、気相冷媒を通過させるために隙間が形成されている。

上記構成において、蒸発器４０内で生成された水蒸気、水滴、およびその飛沫が気相冷媒通過孔５４２を通過して吸着器１０、２０に向かって流れようとする際、水滴および飛沫は邪魔板５５に衝突した後に蒸発器用伝熱管４１が収容された空間または受け皿５４上に滴下し、水蒸気のみが吸着器１０、２０に向かって流れる。

このように、蒸発器４０内で生成された水滴や飛沫が吸着器１０、２０に流れることを邪魔板５５によって阻止するため、上記のシステムロスを低減することができる。

受け皿５４上に滴下した水滴および飛沫、さらには液相冷媒戻し配管５０から受け皿５４上に滴下した液相冷媒は、液相冷媒通過孔５４１を通って、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面に滴下する。

本実施形態によると、第１実施形態と同様の効果が得られる。

また、蒸発器４０内で生成された水滴や飛沫が吸着器１０、２０に流れることを阻止するため、システムロスを低減することができる。

また、受け皿５４上に滴下した液相冷媒を、上部に位置する蒸発器用伝熱管４１の表面に滴下させるため、蒸発器用伝熱管４１の表面の広い領域を活用することができるとともに、蒸発器４０の下部に溜められる液相冷媒の水位を下げて熱交換効率を向上させることができる。

なお、受け皿５４は、金属メッシュを用いてもよい。また、絞り機構５１、５３は、キャピラリーチューブ、ニードルバルブ、電磁弁、電動弁などを用いることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、本発明を吸着式冷凍機に適用する例を示したが、本発明は吸収式冷凍機にも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。

また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。

また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

３０凝縮器
４０蒸発器
４１伝熱管
５２冷媒戻し配管

Claims

熱媒体を流通させる伝熱管（４１）の一部が内部に配置され、下部に溜められている液相冷媒と前記熱媒体との熱交換により前記冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器（４０）と、
気相冷媒を凝縮させる凝縮器（３０）と、
前記凝縮器内の気相冷媒を前記蒸発器内の液相冷媒中に導く冷媒戻し配管（５２）とを備え、
前記冷媒戻し配管は、前記凝縮器内の気相冷媒のみを取り出せる位置にて前記凝縮器に接続され、
前記冷媒戻し配管の途中に、前記冷媒戻し配管内を流通する気相冷媒の量を調整する絞り機構（５３）を備えることを特徴とする冷凍機。
前記凝縮器内の液相冷媒のみを取り出せる位置にて前記凝縮器に接続されて、前記凝縮器内の液相冷媒を前記蒸発器に戻す液相冷媒戻し配管（５０）と、
前記液相冷媒戻し配管の途中に配置されて、前記液相冷媒戻し配管内を流通する液相冷媒の量を調整する絞り機構（５１）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機。
熱媒体を流通させる伝熱管（４１）の一部が内部に配置され、下部に溜められている液相冷媒と前記熱媒体との熱交換により前記冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器（４０）と、
気相冷媒を凝縮させる凝縮器（３０）と、
前記凝縮器内の気相冷媒を前記蒸発器内の液相冷媒中に導く冷媒戻し配管（５２）と、
前記凝縮器内の液相冷媒のみを取り出せる位置にて前記凝縮器に接続されて、前記凝縮器内の液相冷媒を前記蒸発器に戻す液相冷媒戻し配管（５０）と、
前記液相冷媒戻し配管の途中に配置されて、前記液相冷媒戻し配管内を流通する液相冷媒の量を調整する絞り機構（５１）とを備えることを特徴とする冷凍機。
熱媒体を流通させる伝熱管（４１）の一部が内部に配置され、下部に溜められている液相冷媒と前記熱媒体との熱交換により前記冷媒を沸騰蒸発させる蒸発器（４０）と、
気相冷媒を凝縮させる凝縮器（３０）と、
前記凝縮器内の気相冷媒を前記蒸発器内の液相冷媒中に導く冷媒戻し配管（５２）とを備え、
前記冷媒戻し配管は、前記凝縮器内の気相冷媒および液相冷媒がともに取り出せる位置にて前記凝縮器に接続され、
前記冷媒戻し配管の途中に、前記冷媒戻し配管内を流通する冷媒の量を調整する絞り機構（５３）を備えることを特徴とする冷凍機。
前記絞り機構は、前記蒸発器および前記凝縮器のその時の能力に応じて冷媒の流れを断続することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の冷凍機。