JP2006162107A - Laminated plate absorber, absorption refrigerator and absorption heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、積層プレート吸収器、吸収冷凍機および吸収ヒートポンプに関し、特に、小型で軽量な積層プレート吸収器、および該積層プレート吸収器を備えた吸収冷凍機および吸収ヒートポンプに関する。 The present invention relates to a laminated plate absorber, an absorption refrigerator, and an absorption heat pump, and more particularly, to a small and lightweight laminated plate absorber, and an absorption refrigerator and an absorption heat pump including the laminated plate absorber.
吸収冷凍機あるいは吸収ヒートポンプには、冷媒蒸気を吸収液で吸収し、そのときに発生する吸収熱を熱媒体と熱交換する、吸収器が備えられている。吸収冷凍機では、吸収熱を冷却媒体と熱交換することにより冷媒蒸気を吸収した吸収液を冷却し、吸収液の吸収能力を高め、低圧を作りだしている。また、吸収ヒートポンプでは、吸収熱を被加熱媒体と熱交換することにより、被加熱媒体を加熱している。 The absorption refrigerator or the absorption heat pump is provided with an absorber that absorbs refrigerant vapor with an absorption liquid and exchanges heat generated by the refrigerant with a heat medium. In the absorption refrigerator, the absorption liquid that has absorbed the refrigerant vapor is cooled by exchanging the absorption heat with the cooling medium, thereby increasing the absorption capacity of the absorption liquid and creating a low pressure. In the absorption heat pump, the medium to be heated is heated by exchanging the absorbed heat with the medium to be heated.
従来、吸収器としてはシェルアンドチューブ型熱交換器が用いられてきた。しかし、近年は、小型軽量化の要請が高まり、積層した伝熱プレート間で、交互に冷媒及び吸収液と熱媒体とを流して熱交換をするプレート型吸収器も提案されている(特許文献1参照)。
しかし、前記のプレート型吸収器では、プレート間に熱媒体の流路を形成し、プレート面に吸収液が液膜状に流下して、周囲の冷媒蒸気を吸収し、吸収熱をプレートを介して熱媒体に伝える構成であった。そのために、吸収液と冷媒蒸気が接触するのはプレート面を流下する吸収液の液膜の表面だけであり、冷媒蒸気が満たされている空間は、吸収液による冷媒の吸収に寄与しない無駄な空間となってしまい、吸収器の小型軽量化が十分に行われているとはいえない状況であった。 However, in the plate type absorber described above, a flow path of the heat medium is formed between the plates, the absorbing liquid flows down in a liquid film form on the plate surface, absorbs the surrounding refrigerant vapor, and absorbs the absorbed heat through the plate. It was configured to transmit to the heat medium. For this reason, the absorption liquid and the refrigerant vapor are in contact only with the surface of the liquid film of the absorption liquid flowing down the plate surface, and the space filled with the refrigerant vapor is useless that does not contribute to the absorption of the refrigerant by the absorption liquid. It became a space, and it could not be said that the absorber was sufficiently reduced in size and weight.
そこで本発明は、吸収液と冷媒蒸気との混合を促進し、効率のよい、より小型で軽量な吸収器を提供することを目的とする。また、該吸収器を備えた、吸収冷凍機および吸収ヒートポンプを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an efficient, more compact and lightweight absorber that promotes the mixing of the absorbing liquid and the refrigerant vapor. Moreover, it aims at providing the absorption refrigerator and absorption heat pump provided with this absorber.
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明に係る吸収冷凍機または吸収ヒートポンプに用いられる積層プレート吸収器9は、例えば図2に示すように、吸収液ALが冷媒の蒸気CSを吸収しつつ流れる第1の流路6が第1の面2側に、第1の流路6を流れる流体AL+Cと熱交換する媒体Bが流れる第2の流路7が前記第1の面2と反対の第2の面3側に形成され、両面2、3の流体間の熱を伝える伝熱プレート1と;第1の流路6に、冷媒の蒸気CSを流入する冷媒蒸気流入口4と;第1の流路6に、冷媒蒸気流入口4とは別に、吸収液ALを流入する吸収液流入口5とを備える。
In order to achieve the above object, the laminated plate absorber 9 used in the absorption refrigerator or the absorption heat pump according to the invention of
このように構成すると、第1の流路において、冷媒蒸気流入口から流入する冷媒の蒸気を吸収液流入口から流入する吸収液で吸収するので、第1の流路に無駄な空間を形成せずに効率よく吸収液が冷媒蒸気を吸収し、また、吸収液が冷媒の蒸気を吸収することにより生ずる吸収熱は、第1の流路の壁面である伝熱プレートを介して媒体に伝えられるので、効率よく伝熱が行われる。よって、小型で軽量な積層プレート吸収器が提供される。 With this configuration, in the first channel, the refrigerant vapor flowing in from the refrigerant vapor inlet is absorbed by the absorbing liquid flowing in from the absorbing liquid inlet, so that a useless space is formed in the first channel. The absorption heat efficiently absorbs the refrigerant vapor, and the absorption heat generated by the absorption liquid absorbing the refrigerant vapor is transmitted to the medium through the heat transfer plate which is the wall surface of the first flow path. Therefore, heat transfer is performed efficiently. Therefore, a small and lightweight laminated plate absorber is provided.
また、請求項2に記載の積層プレート吸収器においては、例えば図2に示すように、請求項1に記載の積層プレート吸収器において、吸収液流入口5が、吸収液ALを散布するように構成されてもよい。なお、「吸収液を散布する」とは、吸収液流入口5から吸収液を細かな液として流すことをいい、シャワーのように複数の細かな流れとする場合も、液滴とする場合も、あるいは霧状とする場合をも含む。
Further, in the laminated plate absorber according to
このように構成すると、第1の流路において、吸収液が散布され、流路内を細かな液として流れるので、冷媒の蒸気と接触する表面積が広がり、効率よく吸収が行われる。よって、小型で軽量な積層プレート吸収器が提供される。 If comprised in this way, in the 1st flow path, since an absorption liquid is spread | dispersed and flows through the inside of a flow path as a fine liquid, the surface area which contacts the vapor | steam of a refrigerant | coolant will spread and absorption will be performed efficiently. Therefore, a small and lightweight laminated plate absorber is provided.
また、請求項3に記載の積層プレート吸収器においては、例えば、図7に示すように、請求項1または請求項2に記載の積層プレート吸収器において、第1の流路6に、吸収液ALの表面積を増大させる部材51を備えてもよい。
Further, in the laminated plate absorber according to
このように構成すると、吸収液ALの表面積を増大させる部材により、冷媒の蒸気と接触する吸収液の表面積が広がり、効率よく吸収が行われる。よって、小型で軽量な積層プレート吸収器が提供される。 If comprised in this way, the surface area of the absorption liquid which contacts the vapor | steam of a refrigerant | coolant will spread by the member which increases the surface area of absorption liquid AL, and absorption will be performed efficiently. Therefore, a small and lightweight laminated plate absorber is provided.
また、請求項4に記載の積層プレート吸収器においては、例えば図3に示すように、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の積層プレート吸収器において、複数の伝熱プレート1を備え;第1の流路6と第2の流路7とが交互に配置されるように構成されてもよい。
Further, in the laminated plate absorber according to
このように構成すると、第1の流路と第2の流路とが交互に配置され、第1の流路を流れる冷媒の蒸気を吸収した吸収液と第2の流路を流れる媒体との間で熱交換が行われるので、効率よく吸収液が冷媒蒸気を吸収しかつ効率よく熱交換が行われる。よって、小型で軽量な積層プレート吸収器が提供される。 If comprised in this way, a 1st flow path and a 2nd flow path will be arrange | positioned alternately, and the absorption liquid which absorbed the vapor | steam of the refrigerant | coolant which flows through a 1st flow path, and the medium which flows through a 2nd flow path Since heat exchange is performed between the two, the absorption liquid efficiently absorbs the refrigerant vapor and heat exchange is performed efficiently. Therefore, a small and lightweight laminated plate absorber is provided.
また、請求項5に記載の吸収冷凍機は、例えば図9に示すように、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の積層プレート吸収器10と;冷媒の蒸気CSを吸収した吸収液ALを加熱して、冷媒CSを蒸発分離する再生器90と;蒸発分離された冷媒CS2を液化する凝縮器95と;液化した冷媒CLを蒸発し、被冷却媒体Dを冷却する蒸発器80とを備える。
Moreover, the absorption refrigerator of
このように構成すると、吸収冷凍機が小型で軽量な積層プレート吸収器を備えるので、小型化され、軽量化された吸収冷凍機を提供することができる。 If comprised in this way, since an absorption refrigerator is equipped with a small and lightweight laminated plate absorber, the absorption refrigerator reduced in size and weight can be provided.
また、請求項6に記載の吸収ヒートポンプは、例えば図1に示すように、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の積層プレート吸収器10と;冷媒の蒸気CSを吸収した吸収液ALを加熱して、冷媒CSを蒸発分離する再生器90と;蒸発分離された冷媒CS2を液化する凝縮器95と;液化した冷媒CLを蒸発し、被冷却媒体Dを冷却する蒸発器とを備え、媒体Bを被加熱媒体とする。
Moreover, the absorption heat pump according to
このように構成すると、吸収ヒートポンプが小型で軽量な積層プレート吸収器を備えるので、小型化され、軽量化された吸収ヒートポンプを提供することができる。 If comprised in this way, since an absorption heat pump is provided with a small and lightweight laminated plate absorber, the absorption heat pump reduced in size and weight can be provided.
積層プレート吸収器が、吸収液が冷媒の蒸気を吸収しつつ流れる第1の流路が第1の面側に、第1の流路を流れる流体と熱交換する媒体が流れる第2の流路が第1の面と反対の第2の面側に形成され、両面の流体間の熱を伝える伝熱プレートと、第1の流路に、冷媒の蒸気を流入する冷媒蒸気流入口と、第1の流路に、冷媒蒸気流入口とは別に、吸収液を流入する吸収液流入口とを備えるので、第1の流路において、冷媒蒸気流入口から流入する冷媒の蒸気を吸収液流入口から流入する吸収液で吸収し、第1の流路に無駄な空間を形成せずに効率よく吸収液が冷媒蒸気を吸収し、また、吸収液が冷媒の蒸気を吸収することにより生ずる吸収熱は、第1の流路の壁面である伝熱プレートを介して媒体に伝えられ、効率よく伝熱が行われる。よって、小型で軽量な積層プレート吸収器が提供される。 In the laminated plate absorber, the first flow path in which the absorbing liquid flows while absorbing the vapor of the refrigerant is on the first surface side, and the second flow path in which the medium that exchanges heat with the fluid flowing in the first flow path flows. Is formed on the second surface side opposite to the first surface, a heat transfer plate for transferring heat between the fluids on both surfaces, a refrigerant vapor inlet for flowing refrigerant vapor into the first flow path, In addition to the refrigerant vapor inlet, the first flow path is provided with an absorption liquid inlet through which the absorption liquid flows. Therefore, in the first flow path, the refrigerant vapor flowing from the refrigerant vapor inlet is absorbed into the absorption liquid inlet. Absorption heat generated by absorption of the refrigerant vapor by the absorption liquid efficiently absorbing the refrigerant vapor without forming a useless space in the first flow path. Is transmitted to the medium through the heat transfer plate which is the wall surface of the first flow path, and heat transfer is performed efficiently. Therefore, a small and lightweight laminated plate absorber is provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、互いに同一または相当する装置等には同一符号を付し、重複した説明は省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding devices are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
先ず、図1に示すブロック図を参照して、吸収ヒートポンプ100の構成と作用について説明する。図1は、吸収ヒートポンプ100の構成を示すブロック図である。吸収ヒートポンプ100は、冷媒液CLを被冷却媒体Dとの熱交換により加熱し、蒸発させ冷媒蒸気CSとする蒸発器80と、冷媒蒸気CSを吸収液ALで吸収し、発生した吸収熱を被加熱媒体Bに伝える吸収器10と、冷媒を吸収した吸収液AL+Cを加熱媒体Eで加熱し、冷媒を冷媒蒸気CS2として蒸発分離する再生器90と、蒸発分離された冷媒蒸気CS2を冷却媒体Fで冷却し、液化して冷媒液CLとする凝縮器95とを備える。なお、吸収器10は、後で詳述するように、プレートを積層した積層プレート吸収器10である。
First, the configuration and operation of the
吸収ヒートポンプ100は、さらに、再生器90で冷媒蒸気CS2が蒸発分離された吸収液ALを加圧して積層プレート吸収器10に送る吸収液ポンプ94と、凝縮器95で液化された冷媒液CLを加圧して蒸発器80に送る冷媒液ポンプ81とを備える。また、吸収ヒートポンプ100は、これらの機器を連接し、吸収液AL、冷媒を吸収した吸収液AL+C、冷媒液CLあるいは冷媒蒸気CSを流送する配管を備える。
Further, the
また、吸収ヒートポンプ100は、積層プレート吸収器10から再生器90に至る冷媒を吸収した吸収液AL+Cと、再生器90から積層プレート吸収器10に至る吸収液ALとの熱交換を行う吸収液熱交換器85を備える。吸収液熱交換器85は、積層プレート吸収器10で冷媒を吸収した吸収液AL+Cから、積層プレート吸収器10で冷媒蒸気CSを吸収する吸収液ALに熱を伝えるもので、積層プレート吸収器10に導入される吸収液ALの温度を高めることにより、吸収ヒートポンプ100の効率を高めることができる。また、吸収ヒートポンプ100は、吸収液熱交換器85から再生器90に至る冷媒を吸収した吸収液AL+Cと、積層プレート吸収器10に導かれる被加熱媒体Bとの熱交換を行う被加熱媒体熱交換器86を備える。被加熱媒体熱交換器86は、吸収液熱交換器85から流出する冷媒を吸収した吸収液AL+Cの温度が再生器90の温度より一般的に高いことから、冷媒を吸収した吸収液AL+Cの保有する熱を利用して被加熱媒体Bを再生器90より高い温度まで加熱し、積層プレート吸収器10に導入される被加熱媒体Bの温度を高めて、吸収ヒートポンプ100の効率を高めるための熱交換器である。なお、吸収液熱交換器85あるいは被加熱媒体熱交換器86は備えられなくてもよい。
Also, the
蒸発器80は、冷媒液CLを散布する冷媒液流入口82と、被冷却媒体Dが流れる被冷却媒体流路84とを有する。冷媒液流入口82から散布した冷媒液CLが、被冷却媒体流路84の表面を流れることにより、被冷却媒体Dと冷媒液CLとの間で熱交換が行われ、冷媒液CLは被冷却媒体Dにより加熱され、蒸発する。典型的には、被冷却媒体Dは温水であり、被冷却媒体流路84は平行して配置された複数の管である。蒸発器80は冷媒蒸気CSが流出する流出口を有し、該流出口は積層プレート吸収器10に、配管を介してあるいは直接に連接する。なお、蒸発器80は、冷媒液CLを被冷却媒体流路84に散布するのではなく、貯留された冷媒液CL中に被冷却媒体流路84を配置して熱交換し、冷媒液CLを蒸発する構成としてもよい。また、冷媒CLを蒸発させる構成であれば、これらの構成に限られない。
The
再生器90は、冷媒を吸収した吸収液AL+Cを散布する吸収液流入口91と、加熱媒体Eが流れる加熱媒体流路93とを有する。吸収液流入口91から散布した冷媒を吸収した吸収液AL+Cが、加熱媒体流路93の表面を流れることにより、冷媒を吸収した吸収液AL+Cと加熱媒体Eとの間で熱交換が行われ、冷媒を吸収した吸収液AL+Cは加熱媒体Eにより加熱され、液中の冷媒が冷媒蒸気CS2として蒸発する。典型的には、加熱媒体Eは温水であり、加熱媒体流路93は平行して配置された複数の管である。なお、加熱媒体Eは、蒸発器80に導入される被冷却媒体Dと同じ温水でもよく、加熱媒体Eとして使われた温水が再生器90から蒸発器80に送られ、被冷却媒体Dとして使われてもよい。再生器90は凝縮器95と連通し、冷媒蒸気CS2は凝縮器95に流れる。また、再生器90は冷媒蒸気CS2が蒸発した残りの吸収液ALを底部に溜め、底部には吸収液ALが流出する流出口を有する。なお、再生器90は、冷媒を吸収した吸収液AL+Cを加熱媒体流路93に散布するのではなく、貯留された冷媒を吸収した吸収液AL+C中に加熱媒体流路93を配置して熱交換し、冷媒蒸気CS2を蒸発させる構成としてもよい。また、冷媒を吸収した吸収液AL+Cから冷媒蒸気CS2を蒸発させる構成であれば、これらの構成に限られない。
The
凝縮器95は、前述の通りに再生器90と連通し、再生器90で蒸発した冷媒蒸気CS2が導入される。凝縮器95は、冷却媒体Fが流れる冷却媒体流路99を有する。再生器から導入された冷媒蒸気CS2は、冷却媒体流路99の表面において冷却媒体Fと熱交換し、冷却されて液化し、凝縮器95の底部に冷媒液CLとして集められる。凝縮器95の底部には、冷媒液CLが流出する流出口を有する。
The
吸収ヒートポンプ100の外部から被加熱媒体ポンプ96により圧送される被加熱媒体Bの流れる流路98が、凝縮器95に形成されている。流路98は被加熱媒体Bを冷媒蒸気CS2で加熱し、冷媒蒸気CS2を冷却する。冷媒蒸気CS2は冷却され液化してもよいし、液化しなくても冷却され温度が下がることにより、冷却媒体Fで液化され易くなる。流路98で予熱された被加熱媒体Bは、前述のように被加熱媒体熱交換器86で、冷媒を吸収した吸収液AL+Cによりさらに予熱され、積層プレート吸収器10へ導かれる。流路98で被加熱媒体Bを加熱することにより、被加熱媒体Bの温度を上昇させ、被加熱媒体Bの温度上昇の効率を高めることができるが、流路98は形成されず、外部から被加熱媒体ポンプ96により圧送される被加熱媒体Bを直接被加熱媒体熱交換器86に導入してもよいし、あるいは、被加熱媒体熱交換器86が備えられていなければ直接積層プレート吸収器10に導入してもよい。
A
積層プレート吸収器10では、蒸発器80で蒸発した冷媒蒸気CSと、再生器90で冷媒を蒸発分離した残りの吸収液ALとを導入し、吸収液ALで冷媒蒸気CSを吸収する。吸収液ALは、冷媒蒸気CSを吸収することにより吸収熱を発生し、温度上昇する。そこで、被加熱媒体Bと冷媒を吸収した吸収液AL+Cとで熱交換し、被加熱媒体Bを加熱するように構成されているが、積層プレート吸収器10の構成については後で詳述する。
In the
次に、図2の概念図を参照して、基本的な積層プレート吸収器9の基本構成について説明する。積層プレート吸収器9は、伝熱性に富んだ伝熱プレート1の第1の面2側に第1の流路6が、第1の面2と反対の第2の面3側に第2の流路7が形成される。伝熱プレート1はステンレス鋼などの金属製板で形成するのが一般的であるが、金属以外の材料で形成してもよい。また、伝熱プレート1は、伝熱促進のため、いわゆるヘリンボーン模様等の凹凸をプレス加工するのが好適であるが、平板でもよい。なお、伝熱プレート1に凹凸が付けられることにより、伝熱プレートの強度も向上する。さらに、凹凸が互い違いになるように伝熱プレート1を積層し、山同士を点接触させ、点接触した箇所で伝熱プレート1同士を、例えばロウ付けなどにより接合してもよい。このように構成することで、伝熱プレート1の表面積が増大し、また、流路6あるいは流路7における流体の流れが複雑になり、伝熱が促進される。
Next, the basic configuration of the basic
第1の流路6には、冷媒蒸気CSが流入する冷媒流入口4と、吸収液ALが流入する吸収液流入口5とが、流路6の同じ側(上流側)に設けられている。流路6の冷媒流入口4および吸収液流入口5が設けられたのと反対側(下流側)には、冷媒を吸収した吸収液AL+Cが流出する流出口(不図示)が設けられる。第2の流路7には、被加熱媒体Bが流入する流入口(不図示)と流出する流出口(不図示)が、流路の異なる側、すなわち流入口が上流側、流出口が下流側に設けられる。吸収液流入口5が細かな孔を多数有し、流路6内に吸収液を散布するように構成すると、吸収液ALが冷媒蒸気CSとの接触する面積を増やすので、好適である。
In the
流路6と流路7の上流側と下流側とを積層プレート吸収器9の異なる側に設け、流路6の流れ方向と流路7の流れ方向とを逆向きにするのが、熱交換効率を上げるのに好適である。しかし、流路6の流れ方向と流路7の流れ方向とを同じ向きにして、出口温度を同じ程度にするように構成してもよい。流路6は、鉛直上方から下方に向けて流れるようにすれば、冷媒を吸収した吸収液AL+Cが流路6の底部に集まり、流出口から流出し易くなるので、好適である。
Heat exchange is achieved by providing the upstream side and downstream side of the
被加熱媒体Bは、典型的には、温水であり、積層プレート吸収器9で加温される。被加熱媒体Bが温水のような液体であるときには、流路7の流入口を鉛直下方に設け、上方に向けて流路7内を流れるようにすると、流路7の中に充満しつつ流れるので、熱交換するのに好適である。また、被加熱媒体Bを温水として、加熱されることにより温度上昇するだけではなく、蒸発し蒸気となるように構成してもよい。
The heated medium B is typically warm water and is heated by the
流路6に、流入された冷媒蒸気CSは、流路6中を漂いながら下流側に向かって流れる。一方、吸収液ALも流路6内を下流側に向かって流れる。吸収液ALは主に伝熱プレート1を伝って流れることが多い。ここで、吸収液流入口5が細かな孔を多数有し、流路6内に吸収液ALを散布するように構成すると、吸収液ALが流路6内を例えば霧状あるいは細かな液滴のように細かな流れとして比較的ゆっくりと流れる。吸収液ALは、流路6内を流れる間に冷媒蒸気を巻き込み混合し、冷媒蒸気CSを吸収する。すなわち、上流側では冷媒蒸気CSと吸収液ALが主体であるが、下流側になるにつれ、冷媒を吸収した吸収液AL+Cが増加し、冷媒蒸気CSと吸収液ALとは減少する。冷媒蒸気CSを吸収することにより、吸収熱が発生し、冷媒を吸収した吸収液AL+Cの温度は上昇する。ここで、吸収液ALは、流路6内を、細かな流れとしてゆっくりと流れると、冷媒蒸気CSと接触する表面積が増え、また、接触する時間が長くなるので、好適である。
The refrigerant vapor CS that has flowed into the
冷媒を吸収した吸収液AL+Cは、下流側に流れるが、伝熱プレート1に接触し、伝熱プレート1を伝って流れることが多い。そこで、伝熱プレート1を介して、被加熱媒体Bと熱交換を行い、被加熱媒体Bを加熱する。
Absorbing liquid AL + C that has absorbed the refrigerant flows downstream, but often comes into contact with
そのために、流路6は狭くした方が、冷媒を吸収した吸収液AL+Cが伝熱プレート1に接触し伝って流れる割合が多くなるので好適である。ここで、狭くするとは、伝熱プレート1と、伝熱プレート1と対向する面(不図示)との間隔を狭くすることをいい、図2における奥行き方向については広い方が、伝熱面積が広くなるので好適である。また、流路6は狭くすることにより、積層プレート吸収器9を小型にでき、結果として軽量にもできる。
Therefore, it is preferable that the
流路6は狭くしつつ、吸収液ALが十分に冷媒蒸気CSを吸収するために、積層プレート吸収器9では、冷媒蒸気CSが流入する冷媒蒸気流入口4と吸収液ALが流入する吸収液流入口5とを別個に設け、流路6内で並行に流れるようにしている。このように構成することで、狭い流路6で吸収液ALによる十分な冷媒蒸気CSの吸収が行われる。さらに、前述のように、吸収液ALが例えば霧状あるいは細かな液滴のように細かな流れであると、吸収が行われ易く、好適である。
In order for the absorbing liquid AL to sufficiently absorb the refrigerant vapor CS while the
図3の構成図に示すように、上述の積層プレート吸収器9をさらに積層させることは、好適である。図3(a)には、伝熱プレート1を複数備え、第1の流路6および第2の流路7を交互に配置した積層プレート吸収器10の模式的構成図を示す。例えば、図3(a)において、1枚のプレート1およびその両側の流路6、7を取り出すと、積層プレート吸収器9に相当する。以降、各伝熱プレートについては、総称として伝熱プレート1と称し、また、代表した1枚の伝熱プレート1に隣接した伝熱プレートを示したいときには、伝熱プレート1’、伝熱プレート1’’と称する。
As shown in the configuration diagram of FIG. 3, it is preferable that the above-described
伝熱プレート1を積層すると、ある伝熱プレート1と流路6を隔てて対向する伝熱プレート1’は、該流路6の側を第1の面2(図2参照)とし、反対側を第2の面3(図2参照)とし、第2の面3側に流路7が形成される。すなわち、伝熱プレート1と対向する伝熱プレート1’とでは、第1の面2と第2の面3とが逆の位置となる。同様にある伝熱プレート1と流路7を隔てて対向する伝熱プレート1’’も、伝熱プレート1とは第1の面2と第2の面3とが逆の位置となる。
When the
このように構成すると、図2に示す積層プレート吸収器9では、1枚の伝熱プレート1だけが熱交換に寄与していたのが、図3に示す積層プレート吸収器10では、流路6および流路7の両側の面で熱交換が行われるようになる。すなわち、一つの流路6、7において熱交換される面が2倍に増加し、熱交換効率が向上する。
With this configuration, in the
図2では、冷媒蒸気流入口4および吸収液流入口5が伝熱プレート1と平行する方向に設けられるように示されているが、図3に示す積層プレート吸収器10では、各プレート1を貫通する方向に冷媒蒸気CS,吸収液ALおよび冷媒を吸収した吸収液AL+C、被加熱媒体Bの流路を設けるとよい。なお、冷媒蒸気CS、吸収液ALおよび冷媒を吸収した吸収液AL+C、被加熱媒体Bの総称して、流体ともいう。このように構成することにより、各流体が流通するヘッダーに直接冷媒蒸気流入口4、吸収液流入口5などを形成することができ、構造が単純化される。しかし、各流体が流通するヘッダーから配管で冷媒蒸気流入口4、吸収液流入口5などに連接し、冷媒蒸気流入口4、吸収液流入口5を伝熱プレート1と平行する方向に設けてもよい。このように構成すると、伝熱プレート1の全面で伝熱が行え、伝熱プレート1としての効率がよくなる。
In FIG. 2, the
図3(a)の模式的構成図に示すように、1枚の矩形の伝熱プレート1上の、頂点の近くに吸収液流通孔11と冷媒蒸気流通孔12を近接して形成し、対角の位置に冷媒を吸収した吸収液流通孔13を形成する。そして、これらの頂点とは異なる一つの頂点に被冷却媒体導入流通孔14を形成し、その対角の位置に被冷却媒体導出流通孔15を形成する。各伝熱プレート1を貫通して各孔11、12、13、14、15には、それぞれ管(不図示)が嵌入され、管内を流体が流れるように構成する。あるいは、隣接する伝熱プレート1間の各孔11、12、13、14、15同士を連接する短管(不図示)を伝熱プレート1間に挿入し、該短管と伝熱プレート1に形成された孔とを流体が流通するように構成してもよい。伝熱プレート1間の配管、すなわち流路6あるいは流路7に位置する配管、または短管に、流体が流路6、7に流入する流入口、あるいは流路6、7から流出する流出口を設ける。なお、矩形の伝熱プレート1の長手方向に各流体が流れるように流入口および流出口を設けるとよい。
As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 3A, an absorption
このように構成することで、図3(b)に示すように、流体は、矩形の流路6、7において、対角線方向に流れるので、長い経路を流れることになる。また、隣の流路6、7とほぼ反対向きに流れるので、熱交換効率が高くなる。
By configuring in this way, as shown in FIG. 3B, the fluid flows in a diagonal direction in the
次に、図4の伝熱プレート1と吸収液流入口5の部分を示す部分構造図を参照して、吸収液ALを、散布する構造について説明する。なお、以降の説明では、適宜図2および図3をも参照するものとする。図4(a1)と図4(a2)とに示す構造は、各伝熱プレート1を貫通するヘッダー21に、吸収液流入口5を有するノズル22を嵌入した構成例である。ヘッダー21のノズル22が嵌入した部分には、吸収液流入口5と連通する孔(不図示)が形成され、ヘッダー21内を流れる吸収液ALの一部は該孔から吸収液流入口5を通って、流路6内へ流入する。残りの吸収液ALは、下流へ送られ、積層した下流側の流路6へ導かれる。吸収液流入口5は、ノズル22の周囲に形成された複数の小さな孔であり、吸収液ALが例えば霧状あるいは細かな液滴のように細かな流れとして噴出するように、孔は小さく形成される。また、吸収液ALが放射状に噴出するように、複数の吸収液流入口5を放射状に配置するのがよい。また、ノズル22の周囲に複数形成されることにより、吸収液ALは流路6内に均等に分配され、流路6内を漂う冷媒蒸気CSとより多く接触し、より多くの冷媒蒸気CSを吸収することができる。
Next, a structure for spraying the absorbing liquid AL will be described with reference to a partial structural diagram showing portions of the
図4(b1)と図4(b2)とに示す構造は、吸収液ALの流路としての短管と吸収液流入口5を形成したノズルとを兼ねるノズル23を伝熱プレート1に固着し、あるいは、伝熱プレート1を板金加工して形成して、伝熱プレート1間に挟んだ構造である。なお、隣接する流路7では、吸収液流入口5が形成されていない短管(不図示)を伝熱プレート1で挟むことにより、吸収液ALは流路7では流出せず、流路6においてのみ流出されることになる。図4(a1)と図4(a2)とに示す構造に比べ、部材がノズル23だけでよく、かつ、ノズル23が伝熱プレート1と一体となっているので、構造として単純になり、また、軽量化できる。特に、板金加工により形成するとノズルを別途製作する必要がなく、部品点数、製作工数ともに減らすことができる。一方、図4(a1)と図4(a2)とに示す構造では、ヘッダー21に伝熱プレート1の吸収液流通孔11とノズル22とを交互に通していけばよいので、製造が容易になる。
4 (b1) and 4 (b2), the
また、図4(c1)と図4(c2)とに示すように、吸収液流入口5を有するノズル24を伝熱プレート1間に伸ばし、吸収液ALを流路6内で一様に分配すると、さらに吸収液ALと冷媒蒸気CSとが一様に混在し、吸収液ALがより多く冷媒蒸気CSを吸収するので好適である。図4(c1)と図4(c2)とに示すノズル24は、ヘッダー21から延伸したヘッダー21より細い先端が閉じた管に、吸収液流入口5としての小さな孔を複数形成している。このように構成することで、一箇所から散布するよりも、より広く吸収液ALを分配することができる。なお、ノズル24は、1本ではなく、複数本備えてもよい。
Further, as shown in FIG. 4 (c 1) and FIG. 4 (c 2), the
あるいは、図4(d1)と図4(d2)とに示すように、吸収液ALの流路としての短管26と、該短管26から延伸した細い先端が閉じた管27に、吸収液流入口5としての小さな孔を複数形成したノズル25を各伝熱プレート1間に挟んだ構造としてもよい。短管26を伝熱プレート1から板金加工で形成すると、短管26を製作する必要がなくなり、部品点数、製作工数ともに減らすことができる。また、一つのノズル25に管27を複数本備えてもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 4 (d1) and FIG. 4 (d2), the absorbent liquid AL is connected to a
また、図5の部分構造図に示すように、伝熱プレート1には、吸収液流通孔11と冷媒蒸気流通孔12に代わり、吸収液ALと冷媒蒸気CSとが流通する吸収液冷媒蒸気流通孔16が形成され、流路6にて、吸収液ALと冷媒蒸気CSとが別々の流入口から流入されてもよい。図5(a1)と図5(a2)とに示す構造は、ヘッダー31、33が二重管となっており、その外側を冷媒蒸気CSが、内側を吸収液ALが流れる。外管31には、冷媒蒸気CSが流路6内に流入する冷媒蒸気流入口4が形成されている。また、内管33からは、吸収液流入口5を有するノズル34が冷媒蒸気流入口4を貫通して流路6内に延伸している。このように構成すると、伝熱プレート1に形成する孔が少なくなり、伝熱面積が増加し、熱交換効率が上昇する。また、近い位置から流路6内に流入するので、冷媒蒸気CSと吸収液ALとが一様に分配され易く、冷媒蒸気CSが吸収液ALに吸収され易くなる。よって、吸収器としての効率が高まる。
Further, as shown in the partial structural diagram of FIG. 5, the absorption liquid refrigerant vapor circulation in which the absorption liquid AL and the refrigerant vapor CS circulate in the
あるいは、図5(b1)と図5(b2)とに示すように、短管35に冷媒蒸気CSが流通する孔36と吸収液ALが流通する孔37を並行して形成し、ノズル38に冷媒蒸気流入口4と吸収液流入口5とがそれぞれ形成されてもよい。このようなノズル38を各伝熱プレート1間に挟む。この場合に、短管35は、伝熱プレート1を貫通し、隣接する流路7において、隣の短管35と接合されるように構成するのがよい。このように構成すると、一つのノズルで、冷媒蒸気CS用ヘッダーと吸収液AL用ヘッダーおよびそれぞれの流入口4、5を有するノズルとなり、部品点数を減少することが可能であり、製作工数を減らすことができる。また、近い位置から流路6内に流入するので、冷媒蒸気CSと吸収液ALとが一様に分配され易く、冷媒蒸気CSが吸収液ALに吸収され易くなる。よって、吸収器としての効率が高まる。
Alternatively, as shown in FIGS. 5 (b1) and 5 (b2), a
さらに、図6の部分構造図に示すように、短管45に冷媒蒸気CSが流通する孔46と吸収液ALが流通する孔47を並行して形成し、ノズル48に冷媒蒸気流入口4と吸収液流入口5とを形成し、冷媒蒸気CSと吸収液ALとが流入口で混合するように構成してもよい。図6(a1)と図6(a2)とに示すように、冷媒蒸気流入口4中に吸収液流入口5を開口することにより、冷媒蒸気CSと吸収液ALとの混合物CS+ALが混合物流入口42から流路6内に流入する。図6(b)に拡大図を示すが、吸収液流入口5の径は、冷媒蒸気流入口4の径よりも小さい。そこで、吸収液流入口5を冷媒蒸気流入口4に導き、さらに、先端の開口部を絞ったエジェクタノズル43から冷媒蒸気流入口4内に流入させる。このとき、エジェクタノズル43は、冷媒蒸気CSの流れの方向に開口し、冷媒蒸気流入口4は混合物流入口42に向けて断面積が広がり、ディフューザ状に形成されるのがよい。すると、吸収液ALが先端を絞られたエジェクタノズル43から広い冷媒蒸気流入口4に流入することにより、エジェクタ効果のため、冷媒蒸気CSを巻き込みながら下流側、すなわち混合物流入口42へ向けて流れる。特に、吸収液ALが高圧で供給されると、冷媒蒸気CSを微細な気泡として巻き込む。そこで、冷媒蒸気CSと吸収液ALとが混合しながら流路6内へと流入する。また、冷媒蒸気CSを流路6内に流入するための圧力が確保されることになる。この場合に、短管45は、伝熱プレート1を貫通し、隣接する流路7において、隣の短管(不図示)と接合されるように構成するのがよい。また、放射状に複数設けられた冷媒蒸気流入口4、すなわち混合物流入口42のうち、流路6の対角方向に向けられた混合物流入口42からは高い圧力で冷媒蒸気CSと吸収液ALとの混合物CS+ALが流入されるように、混合物流入口42の向きによってエジェクタノズル43を変え、より細やかで一様な散布を実現することも可能になる。
Further, as shown in the partial structural diagram of FIG. 6, a
吸収液ALの流路6への流入口の構成は、以上の例に限られず、これまで説明した構成における個々の要素を組み合わせてもよいし、他の構成としてもよい。例えば、吸収液流入口5を1つの孔として、後述の冷媒を吸収した吸収液AL+Cの表面積を増大する部材を備えてもよい。
The configuration of the inlet of the absorption liquid AL to the
図7の部分構成図に示すように、流路6には、吸収液ALが冷媒蒸気CSをより吸収し易くするために、吸収液ALの表面積を増大する部材を備えてもよい。図7(a)に示すように孔52の空いたダミープレート51を流路6に積層し、流路6を2層6’、6’’に層分けし、一の層6’に吸収液ALを流入し、他の層6’’に冷媒蒸気CSを流入して、孔52を通過させて、吸収液ALと冷媒蒸気CSとを混合させてもよい。このとき、伝熱プレート1には、図7(a)に示すようにヘリンボーン模様等の凹凸53、54が形成されていることが好ましい。凹凸53、54は、隣合う伝熱プレート1、1’で向きが互い違いになるように形成することが好ましい。流路6は狭いので、伝熱プレート1、1’に凹凸53、54が形成されていることにより、伝熱プレート1、1’とダミープレート51とが接触することになる。なお、ダミープレート51にも向かい合う伝熱プレート1、1’と異なる凹凸を形成することにより伝熱プレート1、1’とダミープレート51との接触が点接触になるので、好ましい。ダミープレート15を積層することにより、流路6内の流れはより複雑になり、吸収液ALと冷媒蒸気CSとはより一様に混合される。吸収液ALは、ダミープレート51の表面にも付着し、すなわち表面積を増大し、冷媒蒸気CSを吸収する。冷媒蒸気CSを吸収して吸収熱を発生した冷媒を吸収した吸収液AL+Cの熱は、ダミープレート51から接触している箇所を通じて伝熱プレート1、1’に伝えられ、被加熱媒体Bを加熱する。
As shown in the partial configuration diagram of FIG. 7, the
あるいは、図7(b)に示すように、伝熱プレート1の表面に突起54を多数設置してもよい。この場合にも、突起54により、流路6を流れる吸収液ALおよび冷媒蒸気CSの流れが乱される。また、吸収液ALは、突起54の表面にも付着し、すなわち表面積を増大し、冷媒蒸気CSを吸収する。冷媒蒸気CSを吸収して吸収熱を発生した冷媒を吸収した吸収液AL+Cの熱は、突起54から伝熱プレート1に伝えられ、被加熱媒体Bを加熱する。
Alternatively, as shown in FIG. 7B, a large number of
あるいは、図7(c)に示すように、流路6に金属メッシュ55を挿入し、伝熱プレート1で挟んでもよい。この場合にも、金属メッシュ55により、流路6を流れる吸収液ALおよび冷媒蒸気CSの流れが乱される。また、吸収液ALは、金属メッシュ55の表面にも付着し、すなわち表面積を増大し、冷媒蒸気CSを吸収する。冷媒蒸気CSを吸収して吸収熱を発生した冷媒を吸収した吸収液AL+Cの熱は、金属メッシュ55から伝熱プレート1に伝えられ、被加熱媒体Bを加熱する。
Alternatively, as shown in FIG. 7C, a
図8の模式的構成図に示すように、積層プレート吸収器中を流れる流体の流れ方を変えてもよい。図8(a)は、図3に示した積層プレート吸収器10と流体の流れの向きを逆にした積層プレート吸収器10’の構成を示す模式的構成図である。積層プレート吸収器10’のように、吸収液ALおよび冷媒蒸気CSを下方から流入するようにしてもよい。このように構成すると、吸収液ALと冷媒蒸気CSとが流路6を上昇しながら混合するので、容易に混合し、冷媒蒸気CSが吸収液ALに吸収され易くなる。ただし、冷媒蒸気CSの圧力がある程度高くないと流路6内に上昇流が形成されないことがある。
As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 8, the flow of fluid flowing in the laminated plate absorber may be changed. FIG. 8A is a schematic configuration diagram showing a configuration of a
また、図8(b)に示すように、吸収液流通孔11を複数設けてもよい。このように構成すると、吸収液ALを流路6内で一様に分布させ易くなる。
In addition, as shown in FIG. 8B, a plurality of absorbing liquid circulation holes 11 may be provided. If comprised in this way, it will become easy to distribute the absorption liquid AL in the
これまでは、吸収ヒートポンプと積層プレート吸収器について説明してきたが、上記で説明した積層プレート吸収器9、10は、吸収冷凍機にも用いられる。
So far, the absorption heat pump and the laminated plate absorber have been described, but the
図9は、典型的な吸収冷凍機110の構成を示すブロック図である。吸収冷凍機110の基本構成は、吸収ヒートポンプ100と同様であるので、異なる点だけを説明し、重複する説明は省略する。
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a
吸収冷凍機110では、吸収冷凍機110の外部から被冷却媒体ポンプ97により圧送される被冷却媒体Dが流れる流路84が蒸発器80に導かれる。被冷却媒体Dは、蒸発器80で冷媒液CLに蒸発熱を奪われ、冷却される。蒸発熱を奪って蒸発した冷媒蒸気CSは、積層プレート吸収器10に送られ、そこで、吸収液ALに吸収される。冷媒を吸収し吸収熱を発生した吸収液AL+Cは、被加熱媒体Bで冷却され、再生器90へ送られ、加熱媒体Eにより加熱され冷媒蒸気CS2を蒸発させて吸収液ALとして再生され、積層プレート吸収器10に戻される。一方、蒸発した冷媒蒸気CS2は、凝縮器95で冷却媒体Fにより冷却され、冷媒液CLとなり、蒸発器80に戻される。吸収冷凍機110においては、凝縮器95の方が蒸発器80より圧力が高いため、図9に示すように、凝縮器95を蒸発器80より上方に配置して、凝縮器95の冷媒液CLを圧力差と自重とにより蒸発器80に導入することができるので、冷媒液ポンプ81を備えていなくてもよい。なお、被加熱媒体Bは、典型的には冷却水であり、凝縮器95に導入される冷却媒体Fと同じ冷却水でもよく、積層プレート吸収器10で吸収熱を吸収した冷却水が、凝縮器95に送られ、冷却媒体Fとして使われてもよい。
In the
また、吸収冷凍機110は、積層プレート吸収器10から再生器90に至る冷媒を吸収した吸収液AL+Cと、再生器90から積層プレート吸収器10に至る吸収液ALとの熱交換を行う吸収液熱交換器85を備える。吸収液熱交換器85は、再生器90で加熱媒体により加熱された吸収液ALから、積層プレート吸収器10から再生器90に送られる冷媒を吸収した吸収液AL+Cに熱を伝えるもので、再生器90で加熱される熱を、被加熱媒体Bに伝えるのではなく、系内で有効に利用するためのものである。しかし、吸収冷凍機110は、吸収液熱交換器85を備えていなくてもよい。
The
図1に示す吸収ヒートポンプ100および図9に示す吸収冷凍機110は、典型的な例であり、これらの単段サイクルに限らず、多段吸収あるいは多段再生としてもよく、あるいは、他の構成としてもよい。いずれの吸収ヒートポンプあるいは吸収冷凍機においても、積層プレート吸収器10を備えることにより、吸収器がコンパクトになるので、吸収ヒートポンプあるいは吸収冷凍機を小型、軽量化することができる。
The
また、吸収液ALと冷媒(冷媒蒸気CS、冷媒液CL)との組み合わせは、典型的には、臭化リチウムと水、あるいは、水とアンモニアであるが、他の組合わせでもよく、本発明に係る積層プレート吸収器あるいは吸収冷凍機、吸収ヒートポンプは、いかなる吸収液と冷媒の組み合わせに対しても有効である。 The combination of the absorption liquid AL and the refrigerant (refrigerant vapor CS, refrigerant liquid CL) is typically lithium bromide and water, or water and ammonia, but other combinations may be used. The laminated plate absorber, absorption refrigerator, or absorption heat pump according to the above is effective for any combination of absorption liquid and refrigerant.
1、1’、1’’ 伝熱プレート
2 第1の面
3 第2の面
4 冷媒蒸気流入口
5 吸収液流入口
6、6’、6’’ 第1の流路(吸収液と冷媒蒸気の流路)
7 第2の流路(被加熱媒体の流路)
9、10、10’、10’’ 積層プレート吸収器
11 吸収液流通孔
12 冷媒蒸気流通孔
13 冷媒を吸収した吸収液流通孔
14 被冷却媒体導入流通孔
15 被冷却媒体導出流通孔
16 吸収液冷媒蒸気流通孔
21、31、33 ヘッダー
22、23、24、25、34、38、48 吸収液流入ノズル
26、35、45 短管
36、46 冷媒蒸気が流通する孔
37、47 吸収液が流通する孔
42 混合物流入口
43 エジェクタノズル
51 ダミープレート
52 孔
53、54 凹凸
80 蒸発器
81 冷媒液ポンプ
82 冷媒液流入口
84 被冷却媒体流路
85 吸収液熱交換器
86 被加熱媒体熱交換器
90 再生器
91 吸収液流入口
93 加熱媒体流路
94 吸収液ポンプ
95 凝縮器
96 被加熱媒体ポンプ
97 被冷却媒体ポンプ
98 被加熱媒体流路
99 冷却媒体流路
100 吸収ヒートポンプ
110 吸収冷凍機
AL 吸収液
AL+C 冷媒を吸収した吸収液
B 被加熱媒体
CS 冷媒蒸気
CL 冷媒液
D 被冷却媒体
E 加熱媒体
F 冷却媒体
1, 1 ′, 1 ″
7 Second channel (channel of heated medium)
9, 10, 10 ′, 10 ″ Laminated
Claims (6)
吸収液が冷媒の蒸気を吸収しつつ流れる第1の流路が第1の面側に、
前記第1の流路を流れる流体と熱交換する媒体が流れる第2の流路が前記第1の面と反対の第2の面側に形成され、
両面の流体間の熱を伝える伝熱プレートと;
前記第1の流路に、前記冷媒の蒸気を流入する冷媒蒸気流入口と;
前記第1の流路に、前記冷媒蒸気流入口とは別に、前記吸収液を流入する吸収液流入口とを備える;
積層プレート吸収器。 A laminated plate absorber used in an absorption refrigerator or absorption heat pump;
The first channel through which the absorbing liquid flows while absorbing the refrigerant vapor is on the first surface side,
A second channel through which a medium that exchanges heat with the fluid flowing through the first channel flows is formed on the second surface side opposite to the first surface;
A heat transfer plate that conducts heat between the fluids on both sides;
A refrigerant vapor inlet for flowing the vapor of the refrigerant into the first flow path;
In addition to the refrigerant vapor inlet, the first flow path is provided with an absorbing liquid inlet into which the absorbing liquid flows;
Laminated plate absorber.
請求項1に記載の積層プレート吸収器。 The absorption liquid inlet sprays the absorption liquid;
The laminated plate absorber according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の積層プレート吸収器。 A member for increasing the surface area of the absorbent in the first flow path;
The laminated plate absorber according to claim 1 or 2.
前記第1の流路と前記第2の流路とが交互に配置される;
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の積層プレート吸収器。 Comprising a plurality of said heat transfer plates;
The first flow path and the second flow path are alternately arranged;
The laminated plate absorber according to any one of claims 1 to 3.
前記冷媒の蒸気を吸収した吸収液を加熱して、冷媒を蒸発分離する再生器と;
前記蒸発分離された冷媒を液化する凝縮器と
前記液化した冷媒を蒸発し、被冷却媒体を冷却する蒸発器とを備える;
吸収冷凍機。 A laminated plate absorber according to any one of claims 1 to 4;
A regenerator for heating and absorbing the absorption liquid that has absorbed the refrigerant vapor to evaporate and separate the refrigerant;
A condenser for liquefying the evaporated and separated refrigerant; and an evaporator for evaporating the liquefied refrigerant and cooling a medium to be cooled;
Absorption refrigerator.
前記冷媒の蒸気を吸収した吸収液を加熱して、冷媒を蒸発分離する再生器と;
前記蒸発分離された冷媒を液化する凝縮器と;
前記液化した冷媒を蒸発する蒸発器とを備え;
前記媒体を被加熱媒体とする吸収ヒートポンプ。
A laminated plate absorber according to any one of claims 1 to 4;
A regenerator for heating and absorbing the absorption liquid that has absorbed the refrigerant vapor to evaporate and separate the refrigerant;
A condenser for liquefying the evaporated and separated refrigerant;
An evaporator for evaporating the liquefied refrigerant;
An absorption heat pump using the medium as a medium to be heated.
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