JP2006200852A - 吸収式冷凍機における吸収器 - Google Patents

Abstract

【課題】積層プレート式の熱交換器が用いられ且つ吸収液の冷却を効率良く行い得る吸収式冷凍機における吸収器を提供する。
【解決手段】吸収器１として、伝熱プレート１４が並行に配置されてアンモニア蒸気を吸収液に吸収する吸収液落下流路１５およびその吸収液を冷却する冷却流体流路が交互に形成された積層プレート式熱交換器を用い、この熱交換器の左右の一方側の上部に形成された吸収液等供給穴部１６内に、吸収液を噴出させる噴出ノズル部３１ａを有する吸収液散布管３１を配置するとともに、上記噴出ノズル部を、吸収器を鉛直方向に配置した際に、吸収液の噴出方向が水平方向となるように設け、さらにこの熱交換器を一方側が他方側よりも上方位置となるように、その鉛直姿勢に対して所定角度αでもって傾斜させたものである。
【選択図】 図５

Description

本発明は、吸収式冷凍機における吸収器に関するものである。

従来、吸収式冷凍機の吸収器として、その小型化を図り得る積層プレート式の熱交換器を使用したものがある。この積層プレート式熱交換器を用いた吸収器は、所定間隔おきに複数枚の伝熱プレートが並行に配置されて、吸収液を落下させながら冷媒蒸気を吸収する吸収液落下流路と冷却流体流路とが交互に設けられたものである（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−４８４３５

ところで、上述した積層プレート式熱交換器を用いた吸収器の構成によると、吸収液を噴出させる吸収液散布管には、下向きにスリットが形成されて吸収液を吸収液落下流路内に噴出するようにされているが、ある程度の広がりはあるものの、伝熱プレートの上側の隅部付近には届かないため、冷却が充分に行われないという問題があった。

そこで、上記課題を解決するため、本発明は、積層プレート式の熱交換器が用いられ且つ吸収液の冷却を効率良く行い得る吸収式冷凍機における吸収器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の吸収式冷凍機における吸収器は、冷媒を蒸発させる蒸発器、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器、およびこの再生器で分離された冷媒蒸気を導き凝縮させる凝縮器が具備された吸収式冷凍機における吸収器であって、
所定間隔おきに複数枚の伝熱プレートが並行に配置されて冷媒蒸気を吸収液に吸収するための吸収液落下流路並びに当該冷媒蒸気を吸収した吸収液を冷却するための冷却流体流路が交互に形成された積層プレート式熱交換器を用いるとともに、
この熱交換器の左右における一方側の上部に吸収液および冷媒蒸気を供給する吸収液等供給穴部を形成するとともに、一方側の下部に吸収液を取り出す吸収液取出穴部を形成し、
且つ上記熱交換器の他方側の下部に冷却流体を供給する冷却流体供給穴部を形成するとともに、他方側の上部に吸収液を取り出す吸収液取出穴部を形成し、
上記吸収液等供給穴部内に、吸収液を噴出させる噴出ノズル部を有する吸収液散布管を配置するとともに、上記噴出ノズル部を、吸収器を鉛直方向に配置した際に、吸収液の噴出方向が水平方向となるように設けたものであり、
また上記熱交換器を一方側が他方側よりも上方位置となるように、その鉛直姿勢に対して所定角度でもって傾斜させたものである。

上記の各構成によると、吸収器においては、吸収液散布管から吸収液が噴出されるが、その噴出ノズル部の取付方向が水平方向、または水平方向に対して所定角度でもって傾斜された方向となるため、その噴出方向は斜め前方に広がり、したがって吸収液と冷却流体との接触面積が広がるため、吸収液を効率良く冷却することができる。

［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る吸収式冷凍機における吸収器を、図面に基づき説明する。

まず、本発明の要旨に係る吸収器が用いられる吸収式冷凍機の主要構成について、簡単に説明する。なお、本実施の形態においては、冷媒としてアンモニアを用いるとともに吸収液としてアンモニア水溶液を用いたものについて説明する。

この吸収式冷凍機には、図１に示すように、主に、冷媒液であるアンモニア液を蒸発させる蒸発器（図示せず）と、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気であるアンモニア蒸気を第１冷媒蒸気移送管３を介して導き吸収液である濃度が薄いアンモニア水溶液（以下、稀吸収液ともいう）に吸収する吸収器１と、この吸収器１にてアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなったアンモニア水溶液（以下、濃吸収液ともいう）を第１吸収液移送管４を介して導き加熱しアンモニアを蒸発させて吸収液の再生を行う再生器（図示せず）と、この再生器で分離されたアンモニア蒸気を第２冷媒蒸気移送管を介して導き凝縮させる凝縮器（図示せず）と、上記再生器にて再生された稀吸収液を吸収器１に移送する第２吸収液移送管５とが具備されている。なお、再生器内の圧力が吸収器内の圧力よりも高いため、吸収器１から再生器に吸収液を移送する第１吸収液移送管４の途中には溶液ポンプ６が設けられているが、逆に、再生器から吸収器に吸収液を移送する第２吸収液移送管５には溶液ポンプは設けられていない。また、上記第１吸収液移送管４の溶液ポンプ６より上流側には、吸収液に混入しているガス分を分離するための分離用容器２が設けられている。

次に、本発明の要旨である吸収器の構成について、図１〜図５に基づき説明する。
まず、吸収器の概略構成について簡単に説明する。
図１に示すように、この吸収器１としては積層プレート式熱交換器が用いられており、その内部には、アンモニア蒸気をアンモニア水溶液に吸収させるための吸収液落下流路（後述する）と、この吸収液落下流路でその吸収時に発生した熱を奪い吸収液を冷却する冷却水（冷却流体）を流すための冷却流体流路（後述する）とが設けられている。

次に、上記積層プレート式熱交換器が用いられた吸収器１について、詳しく説明する。
上記吸収器１は、図１〜図３に示すように、正面視が矩形状にされた一対の端板１１，１２間に、それぞれ内部流路として冷却流体流路１３が形成されるとともに正面視が矩形状にされた伝熱プレート１４が所定間隔おきに複数枚並行に配置されて、伝熱プレート１４，１４間に鉛直方向の吸収液落下流路１５が、上記冷却流体流路１３に対して交互に設けられたものである。なお、この伝熱プレート１４は、上下方向で波を打つような波形状にされている。

そして、その正面視において、一方側（図１では右側）の上部内には、稀吸収液とアンモニア蒸気とを供給するための吸収液等供給穴部１６が水平方向（吸収器の厚さ方向でもある）で形成されるとともに、図４に示すように、一方側の下部内には、アンモニア蒸気を吸収した濃吸収液を取り出すための吸収液取出穴部１７が水平方向で形成され、また他方側（図１では左側）の下部内には、冷却水を供給するための冷却流体供給穴部１８が水平方向で形成されるとともに、他方側の上部内には冷却水を取り出すための冷却流体取出穴部１９が水平方向で形成されている。

したがって、一方の端板１１には、上記各穴部にアンモニア蒸気、稀吸収液、冷却水などを供給するための各配管を接続するために、図１に示すように、それぞれ接続用の第１開口部２１〜第４開口部２４が形成されており、第１開口部２１にはアンモニア蒸気を供給するための第１冷媒蒸気移送管３が接続され、第２開口部２２には第１吸収液移送管４が接続され、第３開口部２３および第４開口部２４には冷却水の給排出するための冷却水配管７の供給管部７ａおよび排出管部７ｂが接続されている。

上記吸収液等供給穴部１６内には、その軸心方向（吸収器の厚さ方向）で所定間隔おきに複数の噴出ノズル部（スプレーノズルともいう）３１ａが設けられて稀吸収液を吸収液落下流路１５内に水平方向で噴出させて散布するための吸収液散布管３１が挿入（配置）されるとともに、この吸収液散布管３１には第２吸収液移送管５が接続されている。なお、この吸収液散布管３１は、第１冷媒蒸気移送管３の側壁を貫通して設けられている。また、図２および図３においては、第１冷媒蒸気移送管３の接続口２１に差込用フランジ部を図示したが、図１においては、そのフランジ部は図示していない。

また、上記噴出ノズル部３１ａの噴出方向（取付方向）は、図４に示すように、当該吸収器１が鉛直方向に配置された状態（鉛直姿勢）においては、例えば矩形状の伝熱プレート１４の上縁に沿う方向、すなわち水平方向となるようにされている。

なお、図４の破断線にて示すように、吸収液落下流路１５を形成する伝熱プレート１４の上壁部１４ａは一方側から他方側に向って下向きに傾斜されるとともに、下壁部１４ｂは他方側から一方側に下向きに傾斜されて、吸収液が自然に吸収液取出穴部１７内に移動するようにされており、また図４の破線にて示すように、冷却流体流路１３を形成する伝熱プレート１４の上壁部１４ａは他方側から一方側に向って下向きに傾斜されるとともに、下壁部１４ｂは一方側から他方側に下向きに傾斜されて、冷却水が自然に冷却流体取出穴部１８内に移動するようにされている。

そして、さらに本実施の形態に係る吸収器１では、図４に示す吸収器１の鉛直姿勢に対して、図５に示すように、一方側が他方側よりも上方位置となるように、所定の傾斜角αでもって傾斜された状態（傾斜姿勢）で設置される。

ここで、上記傾斜角αについて説明しておく。
図５に示すように、一方側の第１開口部（吸収液等供給穴部１６でもある）２１および第２開口部（吸収液取出穴部１７でもある）２２、並びに他方側の第３開口部（冷却流体供給穴部１８でもある）２３および第４開口部（冷却流体取出穴部１９でもある）２４が、互いに対称位置となるように、すなわち矩形状の各頂点に位置するように設けられており、また上下の開口部同士間、例えば第１開口部（吸収液等供給穴部）２１と第２開口部（吸収液取出穴部）２２との中心間距離をａ、一方側と他方側との開口部同士間、例えば第２開口部（吸収液取出穴部）２２と第３開口部（冷却流体供給穴部）２３との中心間距離をｂとおき、さらにθ^−１＝ｔａｎ（ｂ／ａ）とすると、上記傾斜角αは下記（１）式で示される範囲内に設定される。

０．４×θ＜α＜０．７×θ・・・（１）
例えば、ａ＝７５０ｍｍ、ｂ＝１６０ｍｍとすると、θは１２度となり、したがってαは、４．８〜８．４度（好ましくは、５〜８度、より好ましくは、６〜７度）の範囲内とされる。

上記吸収式冷凍機の運転時においては、吸収器１の吸収液等供給穴部１６内に挿入された吸収液散布管３１の噴出ノズル部３１ａから水平方向（水平面）に対して下向きの傾斜角αでもって吸収液落下流路１５内に噴出されるとともに、蒸発器にて蒸発されたアンモニア蒸気は第１冷媒蒸気移送管３から吸収液等供給穴部１６内に供給され、したがってこのアンモニア蒸気は吸収液落下流路１５内を落下する間に吸収液に吸収されることになる。

そして、吸収液落下流路１５にてアンモニア蒸気を吸収して濃度が濃くなった濃吸収液は、下部に設けられた吸収液取出穴部１７に集められ、第１吸収液移送管４を介して再生器に移送され、この再生器での加熱によりアンモニア蒸気が分離されて吸収液が再生される。この再生された濃吸収液は、第２吸収液移送管５により吸収器に戻されて、再び、アンモニア蒸気の吸収に供される。

また、再生器で分離されたアンモニア蒸気は凝縮器に移送されて凝縮され、この凝縮されたアンモニア液は第２冷媒蒸気移送管を介して蒸発器に移送され、再び蒸発が行われてその気化熱により被冷却流体を冷却する。

上記吸収器１においては、吸収液散布管３１から吸収液が噴出されるが、その噴出ノズル部３１ａの噴出方向（取付方向でもある）は水平方向に対して下向きの傾斜角α（例えば、５〜８度の範囲）となるため、その噴出方向は斜め前方となり、したがって図５の斜線で示すように、その噴出範囲Ｃは、従来のスリットから噴出させた場合の噴出範囲Ｅ（図６参照）に比べて広くなるため、すなわち吸収液と冷却水との接触面積（熱交換面積でもある）が増えるため、吸収液の冷却効率（所謂、熱交換効率）が向上する。

この場合の具体的な吸収液の分配比率（分配部分については、図５を参照のこと）を示すと下記の［表１］のようになる。

なお、上述したように、少しの傾斜角α（例えば、５〜８度）でもって奥側に吸収液を噴出させた場合でも、手前に落下するのは、噴出された吸収液の大部分が伝熱プレート１４の波形状の凹凸部で跳ね返されるためである。

ところで、上記実施の形態においては、図５に示すように、吸収器１を所定角度αで傾斜させた場合について説明したが、図４に示すように、吸収器１を傾斜させずに鉛直方向にて設置した場合でも、従来のスリットから吸収液を噴出させた場合に比べて、その噴出範囲Ｄを広げることができる。勿論、噴出範囲が広くなるのは、吸収液が手前に落下するとともに水平方向に噴出されるためである。

なお、図４に示した吸収器１の鉛直姿勢よりも、傾斜させた場合の方が、奥側のデッドスペース（吸収液の液膜が形成されない部分）が減少するため、アンモニア蒸気をより効果的に吸収液に吸収させることができる。

また、上記実施の形態においては、吸収式冷凍機として、冷媒がアンモニアで、吸収液がアンモニア水溶液である場合について説明したが、例えば冷媒が水で、吸収液が臭化リチウム水溶液である場合についても適用することができる。

本発明の実施の形態に係る吸収器の概略構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 同吸収器の鉛直姿勢を示す正面図である。 同吸収器の傾斜姿勢を示す正面図である。 従来例の吸収器における吸収液の噴出範囲を示す正面図である。

符号の説明

１ 吸収器
３ 第１冷媒蒸気移送管
４ 第１吸収液移送管
５ 第２吸収液移送管
１３ 冷却流体流路
１４ 伝熱プレート
１５ 吸収液落下流路
１６ 吸収液等供給穴部
２１〜２４ 開口部
３１ 吸収液散布管
３１ａ 噴出ノズル部

Claims (2)

1. 冷媒を蒸発させる蒸発器、この蒸発器にて蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させる吸収器、この吸収器にて冷媒を吸収した吸収液を導き加熱し冷媒を蒸発させて吸収液の再生を行う再生器、およびこの再生器で分離された冷媒蒸気を導き凝縮させる凝縮器が具備された吸収式冷凍機における吸収器であって、
   所定間隔おきに複数枚の伝熱プレートが並行に配置されて冷媒蒸気を吸収液に吸収するための吸収液落下流路並びに当該冷媒蒸気を吸収した吸収液を冷却するための冷却流体流路が交互に形成された積層プレート式熱交換器を用いるとともに、
   この熱交換器の左右における一方側の上部に吸収液および冷媒蒸気を供給する吸収液等供給穴部を形成するとともに、一方側の下部に吸収液を取り出す吸収液取出穴部を形成し、
   且つ上記熱交換器の他方側の下部に冷却流体を供給する冷却流体供給穴部を形成するとともに、他方側の上部に吸収液を取り出す吸収液取出穴部を形成し、
   上記吸収液等供給穴部内に、吸収液を噴出させる噴出ノズル部を有する吸収液散布管を配置するとともに、上記噴出ノズル部を、吸収器を鉛直方向に配置した際に、吸収液の噴出方向が水平方向となるように設けたことを特徴とする吸収式冷凍機における吸収器。
2. 請求項１に記載の吸収器の熱交換器を、一方側が他方側よりも上方位置となるように、その鉛直姿勢に対して所定角度でもって傾斜させたことを特徴とする吸収式冷凍機における吸収器。
   

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