JP2002081781A - プレート熱交換器 - Google Patents

プレート熱交換器

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JP2002081781A
JP2002081781A JP2000271308A JP2000271308A JP2002081781A JP 2002081781 A JP2002081781 A JP 2002081781A JP 2000271308 A JP2000271308 A JP 2000271308A JP 2000271308 A JP2000271308 A JP 2000271308A JP 2002081781 A JP2002081781 A JP 2002081781A
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Japan
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heat exchanger
heat transfer
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JP2000271308A
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Hiroki Nakamura
宏樹 中村
Sunao Kera
素直 計良
Teruo Shiraishi
照雄 白石
Akiyoshi Suzuki
晃好 鈴木
Yoshiharu Tanaka
祥治 田中
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D9/0031Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other
    • F28D9/0043Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D9/005Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits for one heat-exchange medium being formed by paired plates touching each other the plates having openings therein for circulation of at least one heat-exchange medium from one conduit to another the plates having openings therein for both heat-exchange media

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 より簡便な装置で結晶を防止、解晶すること
ができる吸収式冷凍機の溶液熱交換器用プレート熱交換
器を提供する。 【解決手段】 吸収式冷凍機に用いる溶液熱交換器で、
積層された伝熱プレート18間を希溶液11と濃溶液1
3が交互に流れる様に流路が形成されたプレート熱交換
器において、前記積層された伝熱プレートで、希溶液が
通る伝熱プレート間への流路を一部塞ぐ18’ことによ
り、熱交換に関与しない断熱層部分17をプレート間に
形成するか、又は、吸収式冷凍機に用いる溶液熱交換器
で、積層された伝熱プレート間に流路が形成されたマル
チパス方式のプレート熱交換器において、前記熱交換器
を、器内で濃溶液に外部から第3流体を混合させ、最終
パスを流れるようにした一体型とし、前記第3流体合流
部である該濃溶液の最終パス入口部に、内部に突出した
溶液導流材を設けることとしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プレート熱交換器
に係り、特に、吸収式冷凍機の溶液熱交換器に用いる内
部の結晶の成長を回避できるプレート熱交換器に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から吸収式冷凍機は、その作動媒体
である吸収溶液として、一般にリチウムブロマイド(L
iBr)溶液を使用しており、このLiBr溶液は濃度
と温度の関係で結晶化する領域があり、濃度が濃く、温
度が低下すると結晶化する方向となる。通常は、吸収式
冷凍機において、高濃度で低温となる部位は、溶液熱交
換器の濃溶液出口側であるが、吸収式冷凍機の効率を上
昇させるためには、この出口側の濃溶液温度を下げる必
要がある。従って、溶液熱交換器の効率を上昇させる
と、溶液熱交換器の濃溶液出口側の温度が低下し、結晶
が生じてしまうという問題があった。
【0003】結晶した場合、シェルアンドチューブ型の
熱交換器の場合は、外側から直接バーナで炙って溶かし
たり、熱交換器に取付けてあるソケットから冷媒を注入
して溶かしたりしていたが、プレート式熱交換器の場合
は、直接バーナで炙ったり、熱交換器自体にソケットを
取付けることが構造的にできない。特に、プレート式熱
交換器の場合は、伝熱性能が良いことと、コンパクトで
あるため、伝熱面積を増加させることが比較的容易であ
るために、効率上昇による結晶の防止対策が重要とな
る。そこで、本出願人は、先にプレート式熱交換器にお
いて、該熱交換器内で希溶液側流路と濃溶液側流路を連
通させる連通部を設けたり、熱交換器近傍の濃溶液に希
溶液を導入して結晶の生成を防止する方式を提案してい
るが、より簡便な方式で完全に結晶を防止し、解晶でき
る技術が望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記既知技
術に鑑み、より簡便な装置で結晶を防止、解晶すること
ができる吸収式冷凍機の溶液熱交換器用プレート熱交換
器を提供することを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、吸収式冷凍機に用いる溶液熱交換器
で、積層された伝熱プレート間を希溶液と濃溶液が交互
に流れる様に流路が形成されたプレート熱交換器におい
て、前記積層された伝熱プレートで、希溶液が通る伝熱
プレート間への流路を一部塞ぐことにより、熱交換器に
関与しない断熱層部分をプレート間に形成することとし
たものである。また、本発明では、吸収式冷凍機に用い
る溶液熱交換器で、積層された伝熱プレート間を希溶液
と濃溶液が交互に流れる様に流路が形成されたマルチパ
ス方式のプレート熱交換器において、前記熱交換器を、
器内で濃溶液に外部から第3流体を混合させ、最終パス
を流れるようにした一体型とし、前記第3流体合流部で
ある該濃溶液の最終パス入口部に、内部に突出した溶液
導流材を設けることとしたものである。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明は、吸収器で冷媒を吸収
し、温度、濃度共に低い希溶液(弱溶液)と、再生器で
加熱・濃縮された濃溶液(強溶液)との熱交換器を有す
る吸収式冷凍機において、吸収溶液の結晶を回避、又は
解晶を容易にするプレート熱交換器であり、積層された
伝熱(チャンネル)プレート間を希溶液と濃溶液が交互
に流れる様に流路が形成された吸収式冷凍機のプレート
熱交換器において、上記希溶液の伝熱(チャンネル)プ
レート間への流路を塞ぐことにより、一部に熱交換に関
与しない断熱層部分をプレート間に形成し、それによ
り、冷却されない濃溶液伝熱プレートの流路を形成した
ものであり、濃溶液の流路を確保することができる。ま
た、本発明は、積層された伝熱プレート間を希溶液と濃
溶液が交互に流れる様に流路が形成された、マルチパス
方式のプレート熱交換器内で、濃溶液に外部から中間濃
度溶液等の第3流体を混合させ、最終パスを流れるよう
にした一体型熱交換器において、該濃溶液の最終パス入
口部、つまり第3流体合流部に濃溶液導流材を設け、第
3流体の混合不均一を減少させ、均一混合させるもので
ある。
【0007】次に、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る 図1は、本発明のプレート熱交換器を用いる吸収式冷凍
機の一例を示すフロー構成図である。図1において、1
は蒸発器、2は吸収器、3は凝縮器、4は低温再生器、
5は高温再生器、6は高温溶液熱交換器、7は低温溶液
熱交換器、8は溶液ポンプ、9は冷水ポンプ、10は冷
媒ポンプ、11は希溶液配管、12は低温再生器用希溶
液配管、13〜15は濃溶液配管である。この吸収式冷
凍機の冷房運転について説明すると、通常、冷媒が冷媒
ポンプ10で蒸発器1の内部にスプレーされ、蒸発し
て、冷水ポンプ9で送られる水から熱を奪い冷水を製造
する。
【0008】蒸発器1で蒸発した冷媒蒸気は、吸収器2
で吸収液に吸収され、薄くなった吸収液は溶液ポンプ8
により、希溶液配管11を流れて、溶液熱交換器6、7
で熱交換して、高温再生器5と低温再生器4に送られ、
それぞれ加熱され、濃い溶液になって、濃溶液配管1
3、又は濃溶液配管14から、濃溶液配管15を経由し
て、吸収器2に戻って吸収作用を行う。高温再生器5で
の加熱濃縮は、バーナを用いて行い、低温再生器4での
加熱は、高温再生器5で発生した冷媒蒸気で行う。低温
再生器4で発生した冷媒蒸気は、凝縮器3で冷却されて
冷媒液となって、また高温再生器5で発生した冷媒蒸気
は、低温再生器4で液化して冷媒液となって、蒸発器1
に戻って冷凍サイクルを継続する。ここで、本発明で
は、前記の溶液熱交換器6、7に使用するプレート熱交
換器を提供するものであり、一つは溶液熱交換器6と7
に用いるプレート熱交換器として、伝熱プレートの一部
に断熱層部分のプレートを配備したものであり、他の一
つはマルチパス方式のプレート熱交換器を用いて溶液導
流材を配備したものである。
【0009】図2に、断熱層部分のプレートを配備した
プレート熱交換器の分解説明図を示す。吸収式冷凍機に
おいて、応答性に優れ、高い温度効率を持つプレート熱
交換器を使用することは、冷凍機の効率を向上させるこ
とができる反面、高濃度の吸収溶液が過度に冷却される
ことによる吸収溶液結晶の回避が課題となる。吸収溶液
の結晶は、温度の低い濃溶液13の熱交換器内流路出口
付近16から成長を始める。応答性に優れるため、結晶
が始まると熱交換器内濃溶液流路が阻害され始め、希溶
液11に対しての濃溶液13流量が減少し、一気に結晶
が進行する。伝熱プレート18には、濃溶液13と希溶
液11の流通口が設けられており、プレート間を交互に
濃溶液13と希溶液11が流れている。本発明において
は、伝熱プレート18’において、希溶液11の流通口
を閉鎖し、応答性の低い流路を熱交換器内に確保するこ
とで、結晶の成長の回避、又は解晶を容易にすることが
できるものである。
【0010】断熱層部分17は、真空とすることで真空
断熱を施すこともできる。また、非伝熱流路19の入口
21に、適当な流量制御材20を挿入することにより、
非熱交換流体の流量を調節することもできる。この図2
では、断熱層部分17を、積層した伝熱プレートの希溶
液11の流路の最下段に設けたものであるが、濃溶液1
3の流路の上下2段の希溶液流路を閉鎖することによ
り、中段に設けることもできる。ここでは、二重効用の
吸収式冷凍機について説明したが、単効用、多重効用の
ものについても同様に適用でき、また、マルチパス式の
プレート熱交換器にも適用できる。
【0011】次に、図3にマルチパス方式のプレート熱
交換器の全体構成図を示し、図4に溶液導流材の設置部
分の拡大説明図、図5に溶液導流材の拡大図を示す。図
3において、(a)は正断面図、(b)は(a)の上か
ら見た平面図、(c)は(a)の下から見た平面図であ
り、溶液熱交換器であるマルチパス方式プレート熱交換
器は、吸収器から希溶液11が実線で示されるように、
希溶液入口ノズルa1から入って1パス目のプレート間
流路aSを通って、一部は1パス目と2パス目を接続す
る流路a2から希溶液12として低温再生器に流れ、残
りが2パス目の流路bSを反対側に流れて、希溶液出口
ノズルa3から温度の上昇した希溶液11として高温再
生器に流れている。一方、高温再生器からの濃溶液13
は点線で示されるように、濃溶液入口ノズルb1から入
り、2パス目のプレート間流路bSを通って、2パス目
と1パス目を接続する流路b2から低温再生器からの濃
溶液14が合流されて、1パス目の流路bSを反対側に
流れて、濃溶液出口ノズルb3から温度の低下した濃溶
液15として吸収器に流れていく。
【0012】ここで、図3では希溶液の流れは実線で示
し、その流路はすべて符号aを付しており、また、濃溶
液の流れは点線で示し、その流路はすべて符号bを付し
ており、この間で熱交換が行われるように構成されてい
る。このようなマルチパス方式のプレート熱交換器で
は、濃溶液13と中間濃度溶液14が熱交換器経路途中
b2で合流する際、合流溶液濃度の不均一により、1パ
ス目の低温領域で結晶する可能性が生じる。濃度不均一
を避けるため、直前パスの流路である2パス目の最終部
分で溶液を合流させ、濃度を均一として1パス目の低温
パスに導入することが理想である。しかし、構造上の制
約により、熱交換器内部(直前パス部)で中間濃度溶液
14等の第3流体を導入させることは困難である。そこ
で、本発明では、濃溶液13に中間濃度の濃溶液14が
合流する流路b2の入口部に溶液導流材23を設けるこ
とにより、両流体の混合不均一を減少させ、外部からの
第3流体の合流方法を改善させたものである。
【0013】図4に、溶液導流材23を設置した合流部
分の拡大説明図を示し、濃溶液13と14が流路の内部
で合流している。図5に、本発明で用いる溶液導流材の
拡大図を示す。図5(a)の示す様に管を内部に半分程
度差し込む構造としても良いし、又は、図5(b)に示
す様に、均等に分布できる様な流出孔24を設けても良
い。図3では、マルチパス方式のプレート熱交換器とし
て2パスのもので説明しているが、3パス以上の多パス
のものを用いても、濃溶液の最終パス入口部に溶液導流
材を設けることにより、同様に行うことができ、また、
溶液導流材は、b2流路の濃溶液13の1パス目入口部
に設けることもできる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、プレート熱交換器の伝
熱プレートに熱交換に関与しない断熱層部分を設けるこ
とにより、濃溶液の流路が常に確保できるので、該流路
により結晶の成長の回避、又は解晶を容易にすることが
でき、また、マルチパス方式のプレート熱交換器におい
て、濃溶液の最終パス入口部に、第3流体と合流する溶
液導流材を設けたので、濃溶液と第3流体との混合が均
一化され、濃度不均一による結晶の成長を回避できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプレート熱交換器を使用する吸収式冷
凍機の一例を示すフロー構成図。
【図2】本発明のプレート熱交換器の一例を示す分解説
明図。
【図3】本発明のマルチパス方式のプレート熱交換器の
一例を示す全体構成図。
【図4】本発明の溶液導流材の設置部分の拡大説明図。
【図5】本発明に用いる溶液導流材の拡大図。
【符号の説明】
1:蒸発器、2:吸収器、3:凝縮器、4:低温再生
器、5:高温再生器、6:高温溶液熱交換器、7:低温
溶液熱交換器、8:溶液ポンプ、9:冷水ポンプ、1
0:冷媒ポンプ、11:希溶液配管、12: 低温再生
器用希溶液配管、13〜15:濃溶液配管、16:濃溶
液流路出口付近、17:断熱層部分、18、18’:伝
熱プレート、19:非伝熱流路、20:流量制御材、2
1:非伝熱流路入口、23:溶液導流材、24:流出
孔、a1〜a3:希溶液ノズル、b1〜b3:濃溶液ノ
ズル、aS:希溶液流路、bS:濃溶液流路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 照雄 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 鈴木 晃好 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 田中 祥治 東京都大田区羽田旭町11番1号 株式会社 荏原製作所内 Fターム(参考) 3L093 LL03 MM02 3L103 AA20 BB42 CC12 DD15 DD57

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 吸収式冷凍機に用いる溶液熱交換器で、
    積層された伝熱プレート間を希溶液と濃溶液が交互に流
    れる様に流路が形成されたプレート熱交換器において、
    前記積層された伝熱プレートで、希溶液が通る伝熱プレ
    ート間への流路を一部塞ぐことにより、熱交換器に関与
    しない断熱層部分をプレート間に形成することを特徴と
    するプレート熱交換器。
  2. 【請求項2】 吸収式冷凍機に用いる溶液熱交換器で、
    積層された伝熱プレート間を希溶液と濃溶液が交互に流
    れる様に流路が形成されたマルチパス方式のプレート熱
    交換器において、前記熱交換器を、器内で濃溶液に外部
    から第3流体を混合させ、最終パスを流れるようにした
    一体型とし、前記第3流体合流部である該濃溶液の最終
    パス入口部に、内部に突出した溶液導流材を設けたこと
    を特徴とするプレート熱交換器。
JP2000271308A 2000-09-07 2000-09-07 プレート熱交換器 Pending JP2002081781A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010235375A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Jx Nippon Oil & Energy Corp 脱硫装置及び燃料電池システム
CN104279893A (zh) * 2014-09-29 2015-01-14 华南师范大学 一种双层交错流沟槽换热器
CN104848716A (zh) * 2015-05-08 2015-08-19 李文胜 板式换热器
JP2017519960A (ja) * 2014-05-27 2017-07-20 スウェップ インターナショナル アクティエボラーグ 熱交換器

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