JP2007085570A - Absorber and absorption refrigerating machine comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸収器およびこれを備えた吸収冷凍機に係り、特に燃料または排熱を利用して冷房を行う吸収冷凍機及びこれに用いる吸収器に好適なものである。 The present invention relates to an absorber and an absorption refrigerator equipped with the absorber, and is particularly suitable for an absorption refrigerator that performs cooling using fuel or exhaust heat and an absorber used therefor.
従来の吸収冷凍機に用いられる吸収器としては、特開平4−116352号公報(特許文献1)の図5に示されたものがある。この特許文献1の図5に係る説明では、次のように開示されている。空冷吸収器は、上部ヘツダ及び下部ヘツダとそれに接合された複数本の伝熱管(吸収管)、この伝熱管の外側に嵌合された複数枚の空冷フィンから構成されている。前記伝熱管の内側には微細なフィンが設けられて吸収液(吸収剤溶液)の内熱・物質移動を促進する。上部ヘツダには伝熱管内に濃い吸収液を流下させる液散布装置及び吸収液を伝熱管群に分配する溶液ダクトが配置されている。蒸発器で発生した冷媒蒸気は上部ヘツダより伝熱管内に導かれて、溶液ダクト及び液散布装置により伝熱管の内側を流下させられる濃い吸収液に吸収される。その際の吸収熱は伝熱管及び空冷フィンを介して冷却空気に放熱する。
As an absorber used for a conventional absorption refrigerator, there is one shown in FIG. 5 of JP-A-4-116352 (Patent Document 1). The description relating to FIG. 5 of
従来の特許文献1の吸収器では、伝熱管の内側を重力により流下される吸収液(流下液膜)を用いているため、高性能化しようとして流下液膜の薄液膜化を図ると、液膜流量が低下してしまう、また、液膜破断(ドライパッチ(乾き面))が生じやすい、などの問題が発生する。このため、必要な溶液流量を確保しようとすると、流路幅が広がってしまうこととなり、吸収器が大型のものとなってしまうという課題があった。また、特許文献1では、伝熱管の内側に微細なフィンを設けて吸収液の内熱・物質移動を促進することが記載されているが、伝熱面の微細なフィンのみの伝熱促進によるコンパクト化には限界がある。
In the absorber of the
本発明の目的は、液膜破断を防ぎつつ薄液膜化と流量確保とを実現することで、吸収器の高性能化並びに小型化を図ることにある。 An object of the present invention is to achieve high performance and downsizing of an absorber by realizing thin liquid film and securing a flow rate while preventing breakage of the liquid film.
前述の目的を達成するために、本発明は、吸収剤溶液及び冷媒蒸気を吸収管内に導いて前記冷媒蒸気を前記吸収剤溶液に吸収すると共にその吸収熱を前記吸収管外に放熱する吸収器において、前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導くための冷媒蒸気導入管とを備え、前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部内と連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成したことにある。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention is directed to an absorber that guides an absorbent solution and refrigerant vapor into an absorption tube, absorbs the refrigerant vapor into the absorbent solution, and dissipates the heat of absorption outside the absorption tube. A solution introduction part for guiding the absorbent solution to the absorption pipe, and a refrigerant vapor introduction pipe for guiding the refrigerant vapor to the absorption pipe, and an outer surface of the refrigerant vapor introduction pipe and the absorption pipe The inner surface of the inlet portion is formed so as to have a slight gap to form a solution contraction portion, and the inlet side of the solution contraction portion is communicated with the inside of the solution introduction portion, and the solution is adjusted by the pressure of the absorbent solution. The absorbent solution is configured to be ejected in an annular shape from the contracted portion along the inner wall of the absorption tube.
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
(1)前記吸収管の内面にらせん状の溝を形成したこと。
(2)前記冷媒蒸気導入管の内面にらせん状の溝を形成したこと。
(3)前記吸収管の外面に複数の拡大フィンを設けたこと。
(4)上述の吸収器を備えた吸収冷凍機。
A more preferable specific configuration example of the present invention is as follows.
(1) A spiral groove is formed on the inner surface of the absorption tube.
(2) A spiral groove is formed on the inner surface of the refrigerant vapor introducing pipe.
(3) A plurality of enlarged fins are provided on the outer surface of the absorption tube.
(4) An absorption refrigerator having the above-described absorber.
本発明によれば、吸収剤溶液及び冷媒蒸気を吸収管内に導いて前記冷媒蒸気を前記吸収剤溶液に吸収すると共にその吸収熱を前記吸収管外に放熱する吸収器において、前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導く冷媒蒸気導入管とを備え、前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部に連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成しているので、大流量の溶液を極めて薄い液膜として流すことができる。また、吸収剤溶液は、溶液噴出部において大きな運動エネルギーを有するため、その静圧が低下して冷媒蒸気を有効に吸引することができると共に、吸収剤溶液と冷媒蒸気との流れが下流部で馴染んで応力バランスが取られることにより溶液噴出部での過剰な運動エネルギーの一部が静圧上昇として回収される。さらには、吸収剤溶液と冷媒蒸気とが管内二相流として吸収管内面を流れるので、従来の重力による流下液膜式吸収管で問題となっていた液膜破断(ドライパッチ(乾き面))の発生を抑制することができる。これらにより、本発明では、従来の重力のみに頼っていた場合に比べて大幅に流量を増加することができ、液膜破断を防ぎつつ薄液膜化と流量の増大化の両立が可能となり、吸収器の高性能化並びに小型化を図ることができる。 According to the present invention, in the absorber that guides the absorbent solution and the refrigerant vapor into the absorption pipe and absorbs the refrigerant vapor into the absorbent solution and dissipates the heat of absorption outside the absorption pipe, the absorbent solution is A solution introduction section for introducing the refrigerant vapor to the absorption pipe; and a refrigerant vapor introduction pipe for introducing the refrigerant vapor to the absorption pipe; and a slight gap between the outer surface of the refrigerant vapor introduction pipe and the inner surface of the inlet section of the absorption pipe. The solution contraction part is formed so as to have an inlet side of the solution contraction part connected to the solution introduction part, and the inner wall of the absorption tube is formed from the solution contraction part by the pressure of the absorbent solution. Since the absorbent solution is configured to be ejected in a ring shape along the line, a large flow rate solution can be flowed as an extremely thin liquid film. In addition, since the absorbent solution has a large kinetic energy at the solution ejection portion, the static pressure is reduced and the refrigerant vapor can be sucked effectively, and the flow of the absorbent solution and the refrigerant vapor is at the downstream portion. A part of the excess kinetic energy at the solution jetting part is recovered as an increase in static pressure by being familiar and stress balanced. Furthermore, since the absorbent solution and the refrigerant vapor flow on the inner surface of the absorption tube as a two-phase flow in the tube, the liquid film breaks (dry patch (dry surface)), which has been a problem with conventional gravity falling liquid film type absorption tubes. Can be suppressed. With these, in the present invention, it is possible to greatly increase the flow rate compared to the case of relying only on conventional gravity, and it is possible to achieve both a thin liquid film and an increase in the flow rate while preventing breakage of the liquid film, It is possible to improve the performance and size of the absorber.
また、前記好ましい構成例(1)によれば、吸収管の内面にらせん状の溝を形成しているため、吸収管内に環状に噴射された吸収剤溶液を旋回流させることができ、その遠心力によって液膜をさらに薄くすることができる。さらには、吸収管の溝付き面は拡大フィンとしても作用するため、通過する吸収剤溶液の体積に対して伝熱面積が増大し、実質的に液膜厚さを薄くする効果がある。このため、大きな伝熱促進効果が得られる。 Further, according to the preferred configuration example (1), since the helical groove is formed on the inner surface of the absorption tube, the absorbent solution injected in an annular shape into the absorption tube can be swirled, and the centrifugal The liquid film can be made thinner by force. Furthermore, since the grooved surface of the absorption tube also functions as an expansion fin, the heat transfer area increases with respect to the volume of the absorbent solution passing therethrough, and the liquid film thickness is substantially reduced. For this reason, the big heat-transfer promotion effect is acquired.
また、前記好ましい構成例(2)によれば、前記冷媒蒸気導入管の内面にらせん状の溝を形成してあるので、冷媒蒸気も旋回流となって吸収器に流入する。このため吸収器での旋回流れをより効果的に発生させることができ、一層の吸収促進を図ることができる。 Moreover, according to the preferable configuration example (2), since the spiral groove is formed on the inner surface of the refrigerant vapor introducing pipe, the refrigerant vapor also flows into the absorber as a swirling flow. For this reason, a swirl flow in the absorber can be generated more effectively, and further absorption promotion can be achieved.
また、前記好ましい構成例(3)によれば、吸収管の外面に拡大フィンを設けているので、周囲の空気によって直接冷却することが可能である。空冷吸収器が実現でき、一層の小型コンパクト化が達成される。 Moreover, according to the preferable configuration example (3), since the expansion fin is provided on the outer surface of the absorption tube, it can be directly cooled by the surrounding air. An air-cooled absorber can be realized, and a further reduction in size and size can be achieved.
また、前記好ましい構成例(4)によれば、吸収冷凍機に上述した吸収器を用いているので、非常に高性能かつ小型な吸収冷凍機を実現できる。 Moreover, according to the said preferable structural example (4), since the absorber mentioned above is used for an absorption refrigerator, a very high performance and small absorption refrigerator can be implement | achieved.
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
(第1実施形態)
本発明の第1実施形態を図1から図3を用いて説明する。
Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. The same reference numerals in the drawings of the respective embodiments indicate the same or equivalent.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず、本発明の第1実施形態の吸収冷凍機の全体に関して図1を参照しながら説明する。図1は本発明の第1実施形態の吸収冷凍機のサイクル構成図である。 First, the entire absorption refrigerator according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cycle configuration diagram of an absorption refrigerator according to a first embodiment of the present invention.
図1において、1は高温再生器、2は低温再生器、3は凝縮器、4は蒸発器、5は吸収器、7は高温熱交換器、9は溶液ポンプ、10は冷媒ポンプ、11は冷水、12は温水熱交換器、13は温水、17は液熱交換器、19は溶液ポンプ、21は低温再生器2を加熱した高温再生器1の冷媒の減圧手段である。
In FIG. 1, 1 is a high temperature regenerator, 2 is a low temperature regenerator, 3 is a condenser, 4 is an evaporator, 5 is an absorber, 7 is a high temperature heat exchanger, 9 is a solution pump, 10 is a refrigerant pump, 11 is Cold water, 12 is a hot water heat exchanger, 13 is hot water, 17 is a liquid heat exchanger, 19 is a solution pump, and 21 is a pressure reducing means for refrigerant in the
本実施形態の吸収冷凍機の冷房サイクルについて説明する。 The cooling cycle of the absorption refrigerator according to this embodiment will be described.
冷房運転時において、高温再生器1は器内の吸収剤溶液を外部熱源により加熱して冷媒蒸気を発生させて凝縮する。発生した冷媒蒸気は蒸気ダクトを介して低温再生器2内の熱交換器内に導入され、低温再生器2内の吸収剤溶液を加熱して自身は凝縮液化して管及び減圧手段21を経由して凝縮器3に導入される。
During the cooling operation, the
高温熱交換器7は高温再生器1で生成された濃溶液と高温再生器1に流入する希溶液とを熱交換させる。低温再生器2は高温再生器1で発生した冷媒蒸気の凝縮潜熱を加熱源として器内の吸収剤溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させて濃溶液を生成する。凝縮器3は低温再生器2で発生した冷媒蒸気を器内に導いて伝熱管群内を通過する冷却水39で冷却して凝縮液化させるとともに、高温再生器1で発生した冷媒蒸気が低温再生器2の熱交換器内で凝縮液化した冷媒を減圧手段21を介して凝縮器3内に導いて、伝熱管群内を通過する冷却水39でさらに冷却する。
The high
凝縮器3で生成された液冷媒は位置のヘツド差または液輸送手段により導管及びU字液シール等による減圧手段24を経由して蒸発器4に導入され、蒸発器4内の伝熱管群上に冷媒ポンプ10によって散布されて、伝熱管内を流れる冷水11と熱交換して蒸発気化する。この際の冷媒蒸発潜熱により冷水11が冷却されて冷房能力を発揮する。
The liquid refrigerant generated in the condenser 3 is introduced into the
蒸発器4で蒸発気化した冷媒蒸気は吸収器5に導かれる。吸収器5では、再生室15及び高温再生器1及び低温再生器2で生成された濃い吸収剤溶液が混合した濃溶液が溶液ポンプ19によって吸収器5内に供給され、該濃溶液は吸収器5の外部を通過する空気または冷却水で冷却されるとともに蒸発器4からの冷媒蒸気を吸収して希釈され、希溶液を生成する。
The refrigerant vapor evaporated by the
吸収器5で生成された希溶液は、溶液ポンプ9により液熱交換器17に送られて予熱され、一部は低温再生器2へ、また残りは高温熱交換器7を経由して高温再生器1へと輸送される。高温再生器1で生成された濃溶液は高温熱交換器7を経由して低温再生器2で生成された濃溶液と混合され、濃溶液となって、溶液ポンプ19により液熱交換器17を経由して吸収器5に供給される。液熱交換器17は吸収器5に送る濃溶液と低温再生器2及び高温再生器1に送る希溶液とを熱交換させて吸収器5の溶液顕熱分の放熱量を削減するとともに低温再生器2及び高温再生器1に送る希溶液を予熱して、低温再生器2及び高温再生器1での冷媒蒸気発生量を増大させる効果がある。
The dilute solution generated in the
次に、暖房サイクルについて説明する。暖房時は、高温再生器1で発生した高温冷媒蒸気を温水熱交換器12に導き、凝縮させて伝熱管群内を流れる温水13を加熱し、これによって暖房能力を得る。温水熱交換器12で凝縮液化した液冷媒はU字液シールを経由して高温再生器1内に戻される。以上のように暖房サイクルが構成されている。
Next, the heating cycle will be described. At the time of heating, the high-temperature refrigerant vapor generated in the high-
なお、高温再生器1及び低温再生器2で生成される濃溶液及び濃溶液は、吸収剤に例えば臭化リチウムを用い、冷媒に水を用いた吸収剤溶液である。
The concentrated solution and concentrated solution produced by the
次に、本実施形態の吸収器5に関して図2及び図3を参照しながら説明する。図2は本発明の第1実施形態の吸収器における吸収剤溶液及び冷媒蒸気の導入部部分の断面図、図3は図2の吸収器における要部拡大説明図である。
Next, the
吸収器5は、冷媒蒸気62を吸収剤溶液61に吸収するための吸収管51と、吸収管51の外部に設けられた冷却管(図示せず)と、再生器1、2から供給される濃溶液である吸収剤溶液61を吸収管51に導くための溶液導入部53と、溶液導入部53の入口パイプ54と、冷媒蒸気62を吸収管51に導くための冷媒蒸気導入管55とを備えている。
The
吸収管51は、金属製の円筒パイプで構成され、その入口部51aが溶液導入部53内に挿入されている。冷媒蒸気導入管55は、金属製の円筒パイプで構成され、その中央部55aが吸収管51の反対側から溶液導入部53を貫通して吸収管51側に延び、その端部55bが吸収管51の入口部51aに挿入されている。ここで、冷媒蒸気導入管55の流出側端部55bの外面と吸収管51の入口部51aの内面とが僅かな間隙を有するように形成されて溶液縮流部56としている。この溶液縮流部56は環状の小さな断面積を有する。溶液縮流部56の入口側は溶液導入部53内に連通され、溶液縮流部56の出口側は吸収管51内に連通されている。吸収管51の入口部51aは溶液導入部53の一側の側面に支持され、冷媒蒸気導入管55は溶液導入部53の他側の側面に支持されている。
The
再生器1、2からの高圧の吸収剤溶液61は、入口パイプ54を通して溶液導入部53内に供給され、吸収管51内面と冷媒蒸気導入管55の外面とで構成される小さい断面積を有する溶液縮流部56を通り、図2及び図3に示すように吸収管51の内壁へ沿って噴出され、環状の薄液膜流れ61Aとなる。通常、吸収管51の外側は冷却水によって冷却され、吸収管51では吸収熱7が放出される。冷媒蒸気62が薄液膜流れ61Aに吸収されるため、冷媒蒸気62が冷媒蒸気導入管55から吸収管51内に吸引される。本実施形態によれば、大流量の吸収剤溶液61を極めて薄い薄液膜流れ61Aとして流すことができる。このため、従来の重力のみに頼っていた場合に比べ大幅に流量が増加し、薄液膜化と流量の増大化の両立が可能となる。
The high-pressure
溶液縮流部56からの噴出部において、吸収剤溶液61Aが大きな運動エネルギーを有するためにその静圧が低下し、図3の矢印で示すように冷媒蒸気62Aを有効に吸引することができる。吸収管51の下流部では、吸収剤溶液61Aと冷媒蒸気62Aの流れは応力バランスが取られて馴染むので、噴出部での過剰な運動エネルギーの一部が静圧上昇として回収される。
Since the
この薄液膜部61Aでは、液膜厚さが非常に薄くなり、吸収時の熱・物質移動が格段に促進される。また、速度も非常に大きくできるので、流れが乱され、一層の吸収促進が図られる。半径方向の応力バランスがとられる下流側においても、通常の環状気液二相流と同様に、そこでの乾き度に応じた薄液膜が管内壁に構成される。この場合でも、重力のみで駆動される流下液膜よりも薄液膜化を実現できる。また、従来の重力による流下液膜式熱交換器で問題となっていたドライパッチ(乾き面)の発生を抑制できる。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図4を用いて説明する。図4は本発明の第2実施形態の吸収器の要部断面図である。この第2実施形態は、次に述べる点で第1実施形態と相違するものであり、その他の点については第1実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
In this thin
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a sectional view of an essential part of an absorber according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in the points described below, and the other points are basically the same as those in the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
この第2実施形態では、吸収管51の内面にらせん状の溝59を形成すると共に、冷媒蒸気導入管55の内面にらせん状の溝60を形成している。両らせん状の溝59、60は、同一方向に且つ同一ピッチで形成されている。
In the second embodiment, a
この第2実施形態によれば、吸収管51の内面にらせん状の溝59を形成しているため、吸収管59内に環状に噴射された吸収剤溶液61Aを旋回流させることができ、その遠心力によって液膜をさらに薄くすることができる。さらには、吸収管51の溝付き面は拡大フィンとしても作用するため、通過する吸収剤溶液61Aの体積に対して伝熱面積が増大し、実質的に液膜厚さを薄くする効果がある。このため、大きな伝熱促進効果が得られる。
According to the second embodiment, since the
また、この第2実施形態によれば、冷媒蒸気導入管55の内面にらせん状の溝60を形成してあるので、冷媒蒸気62も旋回流となって吸収器51に流入する。このため吸収器51での旋回流れをより効果的に発生させることができ、一層の吸収促進を図ることができる。
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図5を用いて説明する。図5は本発明の第3実施形態の吸収器の斜視図である。この第3実施形態は、次に述べる点で第1または第2実施形態と相違するものであり、その他の点については第1または第2実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
Further, according to the second embodiment, since the
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a perspective view of an absorber according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is different from the first or second embodiment in the following points, and the other points are basically the same as those in the first or second embodiment, and thus overlap. Description is omitted.
この第3実施形態では、複数の吸収管51を縦に設置すると共に、吸収管51の外面に複数の拡大フィン52を設けている。拡大フィン52は複数の吸収管51にまたがって水平に設けられている。
In the third embodiment, a plurality of
この第3実施形態によれば、吸収管51外面に拡大フィン10を設けているので、周囲の空気63によって直接吸収器5を冷却することが可能である。空冷吸収器が実現でき、一層の小型コンパクト化が達成される。
According to the third embodiment, since the
また、この第3実施形態によれば、吸収管51が重力方向に延びるように設置されているので、吸収剤溶液61Aの流れに重力が加わることとなり、より一層流量の増大を図ることができる。
Further, according to the third embodiment, since the
なお、本発明では、供給される吸収剤溶液61の圧力を駆動力としているので、例えば、アンモニア、フロン類、アルコール類、ジメチルエーテル、プロパン、ブタンといった大気圧以上で蒸発吸収がおこる高圧冷媒を用いることによって、吸収管51を水平または垂直の何れとすることもできる。
In the present invention, since the pressure of the supplied
1…高温再生器、2…低温再生器、3…凝縮器、4…蒸発器、5…吸収器、7…高温熱交換器、9…溶液ポンプ、10…冷媒ポンプ、11…冷水、12…温水熱交換器、13…温水、17…液熱交換器、19…溶液ポンプ、21…減圧手段、51…吸収管、52…拡大フィン、53…溶液導入部、54…入口パイプ、55…冷媒蒸気導入管、56…溶液縮流部、61…吸収剤溶液、61A…薄液膜流れ、62…冷媒蒸気、63…空気。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導くための冷媒蒸気導入管とを備え、
前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部内と連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成した
ことを特徴とする吸収器。 In the absorber that guides the absorbent solution and the refrigerant vapor into the absorption pipe and absorbs the refrigerant vapor in the absorbent solution and dissipates the absorption heat to the outside of the absorption pipe.
A solution introduction part for guiding the absorbent solution to the absorption pipe; and a refrigerant vapor introduction pipe for guiding the refrigerant vapor to the absorption pipe,
The outer surface of the refrigerant vapor introducing tube and the inner surface of the inlet portion of the absorption tube are formed to have a slight gap to form a solution contraction portion, and the inlet side of the solution contraction portion is connected to the inside of the solution introduction portion. An absorber which is configured to communicate and to eject the absorbent solution in an annular shape along the inner wall of the absorption tube from the solution constriction portion with the pressure of the absorbent solution.
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