JP2013002790A - 冷凍装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】互いに離間した複数の棒材(111)をほぼ鉛直方向に沿って配置することにより構成した吸収部(110)と、棒材(111)の上方に配置した吸収溶液供給部(120)と、冷媒を棒材(111)に向かって供給する冷媒供給部(130)とを吸収器(30)に設ける。
【選択図】図2
Description
本実施形態の空調システム(100)では、ヒートポンプユニット(10)が、図1に示すように、第1冷凍装置(11)と第2冷凍装置(12)とを備えている。また、この空調システム(100)は、ヒートポンプユニット(10)に加えて、利用側回路(46)と熱源側回路(47)と太陽熱集熱装置(40)とを備えている。なお、以下では、第1冷凍装置(11)の冷媒を第1冷媒とし、第2冷凍装置(12)の冷媒を第2冷媒とする。
第1冷凍装置(11)は、上述したように、冷媒回路(13)を備えている。冷媒回路(13)には、第1冷媒として二酸化炭素が充填されている。冷媒回路(13)では、冷凍サイクルの高圧圧力が二酸化炭素の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルが行われる。冷媒回路(13)には、圧縮機(14)と熱源側熱交換器(15)と利用側熱交換器(16)と膨張弁(17)と四方切換弁(18)とが接続されている。圧縮機(14)は圧縮機構を構成し、膨張弁(17)は膨張機構を構成している。
第2冷凍装置(12)は、吸収式冷凍サイクルを行う単効用の吸収式冷凍装置である。なお、第2冷凍装置(12)は、二重効用の吸収式冷凍装置であってもよい。この第2冷凍装置は、上記冷媒回路(13)が熱源側熱交換器(15)を放熱器として利用側熱交換器(16)を蒸発器とする冷却動作を行うときに、上記熱源側熱交換器(15)から膨張機構(17)へ向かって流れる冷媒を冷却するように構成されている。
本実施形態の空調システム(100)の運転動作について説明する。なお、本実施形態では、ヒートポンプユニット(10)が、商用電源に加えて、太陽光発電(又は太陽熱発電)を行う発電装置(図示省略)に接続されている。空調システム(100)の運転中は、この発電装置で得られた電力が、圧縮機(14)、室外ファン(27)及び溶液ポンプ(33)等の電力を消費する機器へ供給される。
空調システム(100)が冷房運転を行う場合について説明する。この場合、ヒートポンプユニット(10)では、第1冷凍装置(11)の運転が常に行われる。一方、第2冷凍装置(12)の運転は、利用側熱交換器(16)において必要となる冷却能力である必要冷却能力に応じて行われる。また、利用側回路(46)では、利用側ポンプ(49)の運転が行われ、三方切換弁(48)が第1状態に設定され、冷房用電磁弁(50a,50b)が開状態に設定され、暖房用電磁弁(51a,51b)が閉状態に設定される。また、熱源側回路(47)では、第2冷凍装置(12)の運転中だけ、熱源側ポンプ(39)の運転が行われる。各ファンコイルユニット(44a,44b)では、ファンの運転が行われる。以下では、第2冷凍装置(12)の運転動作について説明し、続いて第1冷凍装置(11)の運転動作について説明する。
空調システム(100)が暖房運転を行う場合について説明する。この場合、ヒートポンプユニット(10)では、第1冷凍装置(11)の運転が常に行われ、第2冷凍装置(12)が常に停止される。また、利用側回路(46)では、利用側ポンプ(49)の運転が行われ、三方切換弁(48)が第2状態に設定され、暖房用電磁弁(51a,51b)が開状態に設定され、冷房用電磁弁(50a,50b)が閉状態に設定される。また、熱源側回路(47)では、熱源側ポンプ(39)が停止される。
本実施形態では、複数の棒材(111)を全体が円筒状になるように密に配置して吸収部(110)を構成したことにより、吸収器(30)を従来よりも小型化することができ、ひいては吸収器(30)の軽量化と低コスト化を実現することができる。
図9(A)は、吸収溶液(LiBr)が棒材に沿って上方から下方へ流れ落ちるときに冷媒蒸気(H2O)を吸収して、温度と質量流束と濃度が変化する状態を示している。このとき、冷媒吸収量dMは、物質伝達率をβ(4×10−5m/sと仮定する)、気液の接触面積をA、対数溶液濃度差をΔXとすると、図9(B)に示すように、
モデル式 dM=β・A・ΔX ・・・(I)
により求められる。
図10には、吸収器(30)の容積を上記モデル式を使って求めた結果を示している。図10は、縦軸が無次元化されたワイヤ径(棒材の直径)、横軸が無次元化されたワイヤ本数(棒材の本数)であり、それぞれの組み合わせに対する吸収器(30)の吸収部(散布部=充填材)(110)の従来のものに対する容積割合を表した分布図である。計算結果によると、図8に示した比較例の吸収器(200)の容積に対して、実施形態の吸収器では容積を約30%に抑えることができ、大幅に小型化できることが分かる。
以上説明したように、本実施形態では、吸収器を従来よりも小型化することができ、軽量化と低コスト化を実現することができる。上記複数の棒材(111)を用いたことにより、吸収器(30)における吸収部(110)の単位容積単位容積当たりの気液接触面積を大きくすることができるためである。
上記実施形態は、構成を以下のように変更してもよい。
図11は、棒材の配置を図3の例とは異なるようにした変形例を示している。この変形例1においては、上記複数の棒材(111)は、全体が円筒状の集合体として配置される一方、外周部よりも中心部の棒材の配置密度が大きく設定されている。つまり、棒材(111)は、冷媒蒸気の密度が内側ほど薄くなるのに対応して中心部では密に配置される一方、外周部では中心部と比較して疎に配置されている。
図12は、吸収器(30)と蒸発器(24)を一体化する構成に関する変形例を示している。この変形例2では、上記蒸発器(24)がコイル式蒸発器であり、コイルの内部を第1冷媒が流れ、その周囲に第2冷媒が供給されることにより、第1冷媒が冷却されるとともに第2冷媒が第1冷媒から吸熱して蒸発する。上記吸収部(110)の棒材(111)は該コイル式蒸発器のコイルの内側に配置されている。
図14は、吸収器(30)と蒸発器(24)を一体化する構成に関する変形例を示している。この変形例3では、上記蒸発器(24)がプレート式熱交換器により構成された蒸発器であり、上記吸収部(110)の棒材(111)が該蒸発器(24)の周囲に配置されている。この変形例においても、吸収器(30)と蒸発器(24)は1つのケーシング(図示せず)の内部に収納される。
図15は、吸収部(110)の棒材(111)の構成を変更した例を示している。この変形例4では、上記吸収部(110)の棒材(111)は、径方向の中心部に空間(111a)が形成されている中空の棒材により構成されている。
図16は、吸収部(110)の棒材(111)の構成を変更した別の例を示している。この変形例5では、上記吸収部(110)の棒材(111)には、親水性を高める親水処理が施されている。
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
13 冷媒回路
14 圧縮機構
15 熱源側熱交換器
16 利用側熱交換器
17 膨張機構
24 蒸発器
30 吸収器
110 吸収部
111 棒材
111a 空間
111b 溝(親水処理)
111c 孔(親水処理)
120 吸収溶液供給部
121 散布機構
130 冷媒供給部
150 飛散防止機構
Claims (9)
- 吸収式冷凍サイクルを行う吸収式冷凍装置(12)の蒸発器(24)で蒸発した冷媒と高濃度の吸収溶液とが供給されて、冷媒が吸収溶液に吸収される行程を行う吸収器であって、
略鉛直方向に沿って配置されるとともに互いに離間した複数の棒材(111)を有する吸収部(110)と、上記棒材(111)の上方に配置された吸収溶液供給部(120)と、上記冷媒を上記棒材(111)に向かって供給する冷媒供給部(130)と、を備えていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1において、
上記吸収溶液供給部(120)は、吸収溶液を上記棒材(111)の上方から散布する散布機構(121)を備えていることを特徴とする吸収器冷凍装置の吸収器。 - 請求項1または2において、
上記吸収部(110)と上記蒸発器(24)が一体的に構成されるとともに、該吸収部(110)と蒸発器(24)の間に、吸収溶液が蒸発器(24)へ向かって飛散するのを防止する飛散防止機構(150)を備えていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1から3の何れか1つにおいて、
上記複数の棒材(111)は、全体が円筒状の集合体として配置される一方、外周部よりも中心部における棒材(111)の配置密度が大きいことを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1から4の何れか1つにおいて、
上記蒸発器(24)がコイル式蒸発器(24)であり、上記吸収部(110)の棒材(111)が該コイル式蒸発器(24)の内側に配置されていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1から4の何れか1つにおいて、
上記蒸発器(24)がプレート式蒸発器(24)であり、上記吸収部(110)の棒材(111)が該プレート式蒸発器(24)の周囲に配置されていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1から6の何れか1つにおいて、
上記吸収部(110)の棒材(111)は、径方向の中心部に空間(111a)が形成されている中空の棒材(111)により構成されていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 請求項1から7のいずれか1つにおいて、
上記吸収部(110)の棒材(111)には、親水性を高める親水処理(111b,111c)が施されていることを特徴とする吸収式冷凍装置(12)の吸収器。 - 圧縮機構(14)と膨張機構(17)と熱源側熱交換器(15)と利用側熱交換器(16)とが接続されて蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路(13)と、
太陽熱及び排熱の少なくとも一方を熱源にして吸収式冷凍サイクルを行うとともに、上記冷媒回路(13)が熱源側熱交換器(15)を放熱器として利用側熱交換器(16)を蒸発器とする冷却動作を行うときに、上記源側熱交換器から膨張機構(17)へ向かって流れる冷媒を冷却する吸収式冷凍装置(12)とを備えた冷凍システムであって、
上記吸収式冷凍装置(12)の有する吸収器(30)が、請求項1から8のいずれか1つに記載の吸収器であることを特徴とする冷凍システム。
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