JP2021179285A - 吸収式冷凍機用熱交換ユニット、吸収式冷凍機、及び熱交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本開示は、高い粘度を有する溶液の伝熱管における濡れ性を高めるのに有利な吸収式冷凍機用熱交換ユニットを提供する。【解決手段】本開示の吸収式冷凍機用熱交換ユニット１は、第一容器５ａと、第一伝熱管群６ｆと、第一滴下器７ａと、第二容器５ｂと、第二伝熱管群６ｓと、第二滴下器７ｂとを備える。第一滴下器７ａは、第一伝熱管６ａの長手方向に沿って配置された複数の第一滴下部７４ａを有する。第一滴下部７４ａから第一伝熱管群６ｆに向かって冷媒液が滴下される。第二滴下器７ｂは、第二伝熱管６ｂの長手方向に沿って配置された複数の第二滴下部７４ｂを有する。第二滴下部７４ｂから第二伝熱管群６ｓに向かって溶液が滴下される。第二伝熱管６ｂの長手方向において隣り合う第二滴下部７４ｂ同士の間隔Ｐ２は、第一伝熱管６ａの長手方向において隣り合う第一滴下部７４ａ同士の間隔Ｐ１より小さい。【選択図】図１

Description

本開示は、吸収式冷凍機用熱交換ユニット、吸収式冷凍機、及び熱交換方法に関する。

従来、液体を滴下する構成を備えた、吸収式冷凍機の液体散布装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載の液体散布装置は、トレーと、ガイド体とを備えている。トレーは、散布する液体を受け入れる長尺な構造を有する。ガイド体は、長さ方向に設けられた多数個の滴下口を有し、その滴下口から液体が滴下される。ガイド体には、塞止壁が設けられており、その塞止壁は、長辺側せき部と、短辺側せき部とを有する。長辺側せき部は、ガイド体の液体受止部の長辺側開放端を塞き止める。短辺側せき部は、液体受止部の短辺側開放端を塞き止める。

特開平７−４７８２号公報

本開示は、吸収式冷凍機の蒸発器における冷媒液の粘度よりも高い粘度を有する溶液の伝熱管における濡れ性を高めるのに有利な吸収式冷凍機用熱交換ユニットを提供する。

本開示における吸収式冷凍機用熱交換ユニットは、
第一容器と、
前記第一容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管を含む第一伝熱管群と、
前記第一伝熱管の長手方向に沿って配置された複数の第一滴下部を有し、前記第一滴下部から前記第一伝熱管群に向かって冷媒液を滴下する第一滴下器と、
第二容器と、
前記第二容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管を含む第二伝熱管群と、
前記第二伝熱管の長手方向に沿って配置された複数の第二滴下部を有し、前記第二滴下部から前記第二伝熱管群に向かって溶液を滴下する第二滴下器と、を備え、
前記第二伝熱管の長手方向において隣り合う前記第二滴下部同士の間隔は、前記第一伝熱管の長手方向において隣り合う前記第一滴下部同士の間隔より小さい。

本開示における吸収式冷凍機用熱交換ユニットは、複数の第二滴下部から滴下される溶液の液滴の間隔が小さいことにより第二伝熱管に均一な液膜を形成しやすい。そのため、本開示における吸収式冷凍機用熱交換ユニットは、吸収式冷凍機の蒸発器における冷媒液の粘度よりも高い粘度を有する溶液の伝熱管における濡れ性を高めるのに有利である。

実施の形態１の熱交換ユニットを示す図 図１の熱交換ユニットの第一滴下器及び第一伝熱管を示す断面図 図１の熱交換ユニットの第一滴下器の断面及び第一伝熱管を示す図 図１の熱交換ユニットの第二滴下器及び第二伝熱管を示す断面図 図１の熱交換ユニットの第二滴下器の断面及び第二伝熱管を示す図 参考例に係る滴下器の断面及び伝熱管を示す図 時刻ｔにおける実施の形態２の熱交換ユニットの第二滴下器の断面及び第二伝熱管を示す図 時刻ｔ＋Δｔにおける実施の形態２の熱交換ユニットの第二滴下器の断面及び第二伝熱管を示す図 時刻ｔにおける参考例に係る滴下器の断面及び伝熱管を示す図 時刻ｔ＋Δｔにおける参考例に係る滴下器の断面及び伝熱管を示す図 実施の形態３の吸収式冷凍機を示す図

（本開示の基礎となった知見）
本発明者らが本開示を想到するに至った当時、吸収式冷凍機において液体の伝熱管における濡れ性を良くする技術として、散布式及び噴霧式等の方式の装置が考案されていた。吸収式冷凍機の吸収器に噴霧式の装置を適応させることは難しく、蒸発器及び吸収器における部品の共通化の観点から、蒸発器及び吸収器のいずれにおいても散布式の装置を用いることが一般的であった。そうした状況下において、本発明者らは、蒸発器の伝熱管における冷媒液の濡れ性に比べて、吸収器の伝熱管における溶液の濡れ性が低いことに着目し、吸収器において溶液の滴下に特化するように滴下器を構成するという着想を得た。本発明者らは、その着想を実現するためには、高粘度の溶液は滴下により伝熱管に付着したときに広がりにくいという課題があることを発見し、その課題を解決するために本開示の主題を構成するに至った。

そこで、本開示は、吸収式冷凍機の蒸発器における冷媒液の粘度よりも高い粘度を有する溶液の伝熱管における濡れ性を高めるのに有利な吸収式冷凍機用熱交換ユニットを提供する。

以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明、または、実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図していない。

（実施の形態１）
以下、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、及び図３Ｂを用いて、実施の形態１を説明する。添付の図面においてｚ軸負方向が重力方向である。ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸は、互いに直交している。

［１−１．構成］
図１に示す通り、吸収式冷凍機用熱交換ユニット１は、第一容器５ａと、第一伝熱管群６ｆと、第一滴下器７ａと、第二容器５ｂと、第二伝熱管群６ｓと、第二滴下器７ｂとを備えている。第一伝熱管群６ｆは、第一容器５ａの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管６ａを含む。図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、第一滴下器７ａは、第一伝熱管６ａの長手方向（Ｘ軸方向）に沿って配置された複数の第一滴下部７４ａを有する。加えて、第一滴下器７ａは、第一滴下部７４ａから第一伝熱管群６ｆに向かって冷媒液を滴下する。第二伝熱管群６ｓは、第二容器５ｂの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管６ｂを含む。図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、第二滴下器７ｂは、第二伝熱管６ｂの長手方向に沿って配置された複数の第二滴下部７４ｂを有する。加えて、第二滴下器７ｂは、第二滴下部７４ｂから第二伝熱管群６ｓに向かって溶液を滴下する。図２Ｂ及び図３Ｂに示す通り、第二伝熱管６ｂの長手方向（Ｘ軸方向）において隣り合う第二滴下部７４ｂ同士の間隔Ｐ２は、第一伝熱管６ａの長手方向において隣り合う第一滴下部７４ａ同士の間隔Ｐ１より小さい。

間隔Ｐ２が間隔Ｐ１より小さい限り、間隔Ｐ１に対する間隔Ｐ２の比（Ｐ２／Ｐ１）の値は特定の値に限定されない。

第一滴下器７ａは、第一伝熱管群６ｆの重力方向上部に配置されている。第二滴下器７ｂは、第二伝熱管群６ｓの重力方向上部に配置されている。

図１に示す通り、熱交換ユニット１は、例えば、蒸発器２と、吸収器３と、蒸気流路４とを備えている。熱交換ユニット１には、冷媒及び溶液が充填されている。蒸発器２は、冷媒蒸気を生成する。吸収器３は、蒸発器２で生成された冷媒蒸気を吸収する。蒸気流路４は、蒸発器２で生成された冷媒蒸気を吸収器３へ導く流路である。

蒸発器２は、シェルアンドチューブ熱交換器である。蒸発器２は、典型的には、散布式のシェルアンドチューブ熱交換器である。例えば、水等の常温（２０℃±１５℃）での飽和蒸気圧が負圧である冷媒が用いられる場合、満液式のシェルアンドチューブ熱交換器では、冷媒液の水位ヘッドが蒸発圧力に及ぼす影響が大きくなりやすい。このため、水等の冷媒が用いられる場合に、蒸発器２が散布式のシェルアンドチューブ熱交換器であることが有利である。

蒸発器２は、第一容器５ａと、第一伝熱管群６ｆと、第一滴下器７ａとを含んでいる。第一容器５ａは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器である。第一容器５ａには、冷媒液が貯留される。加えて、第一容器５ａは、第一容器５ａの内部の冷媒蒸気を大気圧の空気等の外気から隔離する。第一伝熱管群６ｆにおいて、複数の第一伝熱管６ａは、互いに平行に配置されており、重力方向に複数段をなしている。複数の第一伝熱管６ａは、例えば、第一伝熱管６ａの長手方向に垂直な平面において正方格子又は長方形格子をなすように配置されている。第一伝熱管６ａは、銅又はステンレス製の管である。第一伝熱管６ａの内面及び外面には溝が形成されていてもよい。

図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、第一滴下器７ａは、トレイ７１ａと、ホルダ７３ａと、スリット部品７７ａとを有している。トレイ７１ａの内部には、貯留空間７０ａが形成されており、貯留空間７０ａに冷媒液１８が貯留されている。トレイ７１ａは、例えば、第一伝熱管６ａの長手方向に平行な方向に細長く延びている。トレイ７１ａの底部には、複数の分配孔７２ａが形成されている。複数の分配孔７２ａは、例えば、第一伝熱管６ａの長手方向に平行な方向に沿って配置されている。ホルダ７３ａは、トレイ７１ａの底面に接合されている。ホルダ７３ａは、分配孔７２ａの真下に斜面を有する。加えて、ホルダ７３ａは、その斜面に連なり第一伝熱管群６ｆに向かって延びる側面を有する。その側面の端部によって第一滴下部７４ａが形成されている。第一滴下部７４ａは、例えば、板状である。第一滴下部７４ａは、第一伝熱管群６ｆに向かって突出する先細の第一先端部７５ａを有する。第一先端部７５ａには、稜又は頂点が形成されている。第一先端部７５ａは、例えば、板状である。スリット部品７７ａは、ホルダ７３ａの側面に接合されており、スリット部品７７ａと、ホルダ７３ａの側面との間には、溝７８ａが形成されている。加えて、図２Ｂに示す通り、スリット部品７７ａは、第一滴下部７４ａの近くに開口７６ａを形成している。このため、複数の開口７６ａが第一伝熱管６ａの長手方向に沿って配置されている。

トレイ７１ａ、ホルダ７３ａ、及びスリット部品７７ａのそれぞれは、例えば、ステンレス板をプレス加工することによって作製できる。第一滴下器７ａは、トレイ７１ａ、ホルダ７３ａ、及びスリット部品７７ａを溶接することによって作製できる。

吸収器３は、シェルアンドチューブ熱交換器である。吸収器は、典型的には、散布式のシェルアンドチューブ蒸発器である。

吸収器３は、第二容器５ｂと、第二伝熱管群６ｓと、第二滴下器７ｂとを含んでいる。第二容器５ｂは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する容器である。第二容器５ｂには、溶液が貯留される。加えて、第二容器５ｂは、第二容器５ｂの内部の冷媒蒸気を大気圧の空気等の外気から隔離する。第二伝熱管群６ｓにおいて、複数の第二伝熱管６ｂは、互いに平行に配置されており、重力方向に複数段をなしている。複数の第二伝熱管６ｂは、例えば、第二伝熱管６ｂの長手方向に垂直な平面において正方格子又は長方形格子をなすように配置されている。第二伝熱管６ｂは、銅又はステンレス製の管である。第二伝熱管６ｂの内面及び外面には溝が形成されていてもよい。

図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、第二滴下器７ｂは、トレイ７１ｂと、ホルダ７３ｂと、スリット部品７７ｂとを有している。トレイ７１ｂの内部には、貯留空間７０ｂが形成されており、貯留空間７０ｂに溶液２６が貯留されている。トレイ７１ｂは、例えば、第二伝熱管６ｂの長手方向に平行な方向に延びている。トレイ７１ｂの底部には、複数の分配孔７２ｂが形成されている。複数の分配孔７２ｂは、例えば、第二伝熱管６ｂの長手方向に平行な方向に沿って配置されている。ホルダ７３ｂは、トレイ７１ｂの底面に接合されている。ホルダ７３ｂは、分配孔７２ｂの真下に斜面を有する。加えて、ホルダ７３ｂは、その斜面に連なり第二伝熱管群６ｓに向かって延びる側面を有する。その側面の端部によって第二滴下部７４ｂが形成されている。第二滴下部７４ｂは、第二伝熱管群６ｓに向かって突出する先細の第二先端部７５ｂを有する。第二滴下部７４ｂは、例えば、板状である。第二先端部７５ｂには、稜又は頂点が形成されている。第二先端部７５ｂは、例えば、板状である。スリット部品７７ｂは、ホルダ７３ｂの側面に接合されており、スリット部品７７ｂと、ホルダ７３ｂの側面との間には、溝７８ｂが形成されている。加えて、図３Ｂに示す通り、スリット部品７７ｂは、第二滴下部７４ｂの近くに開口７６ｂを形成している。このため、複数の開口７６ｂが第二伝熱管６ｂの長手方向に沿って配置されている。

トレイ７１ｂ、ホルダ７３ｂ、及びスリット部品７７ｂのそれぞれは、例えば、ステンレス板をプレス加工することによって作製できる。第二滴下器７ｂは、トレイ７１ｂ、ホルダ７３ｂ、及びスリット部品７７ｂを溶接することによって作製できる。

蒸気流路４によって、第一容器５ａの内部空間と第二容器５ｂの内部空間とが連通している。蒸気流路４には、エリミネータ１２が配置されている。蒸気流路４は、エリミネータ１２によって屈曲した部分を含む。これにより、第一容器５ａの内部の冷媒液が冷媒蒸気の流れにドラッグされて第二容器５ｂの内部に導かれることが抑制される。

蒸気流路４は、断熱性及び耐圧性を有する鉄等の金属材料によって構成されている。エリミネータ１２は、ステンレス板のプレス加工によって成形された部品を溶接することによって作製されている。

熱交換ユニット１に充填される冷媒としては、例えば、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系のフロン系冷媒又は水及びアンモニア等の自然冷媒が用いられる。また、熱交換ユニット１に充填される溶液としては、例えば、臭化リチウム水溶液及びイオン流体が用いられる。

図１に示す通り、熱交換ユニット１は、例えば、第一ポンプ８、循環路９、第一供給路１３、第二供給路１４、排出路１５、及び第二ポンプ１６をさらに備えている。

第一ポンプ８は、例えば、速度型のキャンドポンプである。第一ポンプ８は、循環路９に配置されている。循環路９の一端は、第一容器５ａに接続されている。第一ポンプ８の作動により、第一容器５ａに貯留された冷媒液が循環路９を通って圧送される。

第一供給路１３は、第一容器５ａに接続されている。冷媒液は、第一供給路１３を通過して第一容器５ａに供給される。第一容器５ａに供給された冷媒液は、第一滴下器７ａに導かれる。循環路９の他端は、第一循環路１３に接続されており、循環路９を通過した冷媒液は、第一容器５ａに再び供給される。

第二供給路１４は、第二容器５ｂに接続されている。容器は、第二供給路１４を通過して第二容器５ｂに供給される。第二容器５ｂに供給された溶液は、第二滴下器７ｂに導かれる。

排出路１５は、第二容器５ｂに接続されている。第二ポンプ１６は、排出路１５に配置されている。第二ポンプ１６は、例えば、速度型のキャンドポンプである。第二ポンプ１６の作動により、第二容器５ｂに貯留された溶液が吸収器３の外部に圧送される。

循環路９、第一供給路１３、第二供給路１４、及び排出路１５のそれぞれは、例えば、断熱性及び耐圧性を有する流路部材によって構成されている。

［１−２．動作］
以上のように構成された熱交換ユニット１について、以下その動作、作用を説明する。熱交換ユニット１が夜間等の特定の期間に放置された場合、熱交換ユニット１の内部の温度は、ほぼ室温で等しく均一であり、その内部の圧力も均一になっている。例えば、室温が２５℃の場合、熱交換ユニット１の内部も２５℃で均一になる。熱交換ユニット１の使用時において、第一伝熱管群６ｆの第一伝熱管６ａの内部には、熱交換ユニット１の外部から熱を吸熱した水等の熱媒体が流れている。この熱媒体は、例えば１２℃で第一伝熱管６ａに流入する。一方、第二伝熱管群６ｓの第二伝熱管６ｂの内部には、熱交換ユニット１の外部に放熱した水等の熱媒体が流れている。この熱媒体は、例えば３２℃で第二伝熱管６ｂに流入する。

熱交換ユニット１の使用が開始されると、最初に第一供給路１３を通って冷媒液が蒸発器２の内部に供給される。供給される冷媒液の温度は、例えば、３５℃程度である。図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、蒸発器２に供給された冷媒液１８は、第一滴下器７ａのトレイ７１ａの貯留空間７０ａに貯留される。貯留空間７０ａに貯留された冷媒液１８は分配孔７２ａ及び開口７６ａで分配され、第一滴下部７４ａから第一伝熱管群６ｆに向かって滴下される。滴下された冷媒液１８は、液滴２４を形成した後、第一伝熱管６ａの外側の表面を流下し第一容器５ａの下部に貯留される。第一容器５ａの下部に貯留された冷媒液１８は、ポンプ８によって圧送されて循環路９を通過し蒸発器２の内部に再び導かれる。このように、冷媒液が蒸発器２の内部と外部とを循環する。熱交換ユニット１を備えた吸収式冷凍機が定格負荷で作動している場合の冷媒液１８の流量は、例えば、３０リットル／分程度であり、第一滴下器７ａによって滴下される冷媒液１８の量もその流量にほぼ等しい。

次に、第二供給路１４を通って溶液２６が吸収器３に供給される。供給される溶液２６の温度、溶質の濃度、及び粘度は、例えば、それぞれ５０℃、６３質量％、及び０．００６７８Ｐａ・ｓ程度である。溶液２６の粘度は、蒸発器２に供給される冷媒液の粘度の約４．８倍でありうる。吸収器３に供給された溶液２６は、第二滴下器７ｂのトレイ７１ｂにおける貯留空間７０ｂに貯留される。貯留空間７０ｂに貯留された溶液２６は、分配孔７２ｂ及び開口７６ｂによって分配され、第二滴下部７４ｂから第二伝熱管群６ｓに向かって滴下される。滴下された溶液２６は、液滴２７を形成した後、第二伝熱管６ｂの外側の表面を流下し、第二容器５ｂの下部に貯留される。第二容器５ｂの下部に貯留された溶液２６は、第二ポンプ１６によって圧送され排出路１５を通過して熱交換ユニット１の外部に排出される。熱交換ユニット１を備えた吸収式冷凍機が定格負荷で作動している場合、第二供給路１４から供給され、第二滴下器７ｂによって滴下される溶液２６の流量は、例えば、１６リットル／分程度である。この流量は、吸収式冷凍機が定格負荷で作動している場合の冷媒液１８の流量の約半分である。

溶液２６が第二伝熱管６ｂの外側の表面を流下するときに、熱交換ユニット１の内部に充填された冷媒蒸気が溶液２６に吸収される。これにより、溶液２６の温度が上昇する。一方、同時に第二伝熱管６ｂの内部を流れる熱媒体により溶液２６が冷却されるので、過冷却状態の溶液２６による吸収が連続的に起こる。このため、熱交換ユニットの内部の圧力は低下する。これに伴い、第一伝熱管６ａの外側の表面を流下する冷媒液１８が蒸発する。冷媒液１８が蒸発することで冷媒液１８の温度が低下する。しかし、同時に、第一伝熱管６ａの内部を流れる熱媒体により冷媒液１８が過熱されるので、冷媒液１８の蒸発が連続的に起こる。これにより、熱交換ユニット１の内部の圧力は所定の範囲に保たれ、熱交換ユニット１の内部の状態が定常状態となる。定常状態における冷媒液１８の温度及び粘度は、それぞれ、７℃及び０．００１４２７Ｐａ・ｓ程度である。一方、吸収器３から排出される溶液２６の温度、溶質の濃度、及び粘度は、それぞれ、３６℃、５７質量％、及び０．００４７６８Ｐａ・ｓ程度である。

図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ、図３Ｂ、及び図４を用いて、第一滴下器７ａ及び第二滴下器７ｂの動作を説明する。

図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、第一供給路１３を通過して第一滴下器７ａに供給された冷媒液１８は、貯留空間７０ａに貯留される。貯留空間７０ａに貯留された冷媒液１８は、トレイ７１ａの長手方向に配置された複数の分配孔７２ａから分配されながら流下する。冷媒液１８は、ホルダ７３ａの斜面上に導かれ、ホルダ７３ａの表面を流下する。次に、冷媒液１８は、溝７８ａに導かれて再び貯留される。その後、冷媒液１８は、トレイ７１ａの長手方向に配置された複数の開口７６ａによって再び分配されて流下する。開口７６ａを通過した冷媒液１８は、第一滴下部７４ａに導かれ、第一滴下部７４ａの第一先端部７５ａから滴下される。第一滴下部７４ａによって滴下された冷媒液１８は、液滴２４を形成した後、第一伝熱管６ａの表面で広がって液膜２５を形成しながら流下する。

図３Ａ及び図３Ｂに示す通り、第二供給路１４を通過して第二滴下器７ｂに供給された溶液２６は、貯留空間７０ｂに貯留される。貯留空間７０ｂに貯留された溶液２６は、トレイ７１ｂの長手方向に配置された複数の分配孔７２ｂから分配されながら流下する。溶液２６は、ホルダ７３ｂの斜面上に導かれ、ホルダ７３ｂの表面を流下する。次に、溶液２６は、溝７８ｂに導かれて再び貯留される。その後、溶液２６は、トレイ７１ｂの長手方向に配置された複数の開口７６ｂによって再び分配されて流下する。開口７６ｂを通過した溶液２６は、第二滴下部７４ｂに導かれ、第二滴下部７４ｂの第二先端部７５ｂから滴下される。第二滴下部７４ｂによって滴下された溶液２６は、液滴２７を形成した後、第二伝熱管６ｂの表面で広がって液膜２８を形成しながら流下する。

図４は、参考例に係る滴下器７ｐを第二滴下器７ｂの代わりに用いて溶液２６を滴下させた場合の様子を模式的に示す図である。滴下器７ｐは、第一滴下器７ａと同様に構成されている。

［１−３．効果等］
以上のように、本実施形態において、吸収式冷凍機用熱交換ユニット１は、第一容器５ａと、第一伝熱管群６ｆと、第一滴下器７ａと、第二容器５ｂと、第二伝熱管群６ｓと、第二滴下器７ｂとを備えている。第一伝熱管群６ｆは、第一容器５ａの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管６ａを含む。第一滴下器７ａは、第一伝熱管６ａの長手方向に沿って配置された複数の第一滴下部７４ａを有する。加えて、第一滴下器７ａは、第一滴下部７４ａから第一伝熱管群６ｆに向かって冷媒液を滴下する。第二伝熱管群６ｓは、第二容器５ｂの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管６ｂを含む。第二滴下器７ｂは、第二伝熱管６ｂの長手方向に沿って配置された複数の第二滴下部７４ｂを有する。加えて、第二滴下器７ｂは、第二滴下部７４ｂから第二伝熱管群６ｓに向かって溶液を滴下する。第二伝熱管６ｂの長手方向（Ｘ軸方向）において隣り合う第二滴下部７４ｂ同士の間隔Ｐ２は、第一伝熱管６ａの長手方向において隣り合う第一滴下部７４ａ同士の間隔Ｐ１より小さい。

図２Ａ及び図２Ｂに示す通り、第一滴下器７ａから滴下される冷媒液１８の粘性は低く、かつ、冷媒液１８の流量も多いので、間隔Ｐ１が比較的大きい場合でも、冷媒液１８の第一伝熱管６ａにおける濡れ性は良好になりやすい。一方、図４に示す通り、第一滴下器７ａと同一の構成を有する滴下器７ｐを用いて溶液２６を滴下させた場合、第二伝熱管６ｂの表面に形成される液膜２８が広がりにくい。なぜなら、溶液２６の粘度は、冷媒液１８の粘度の約４．８倍と高いからである。このため、滴下器７ｐを用いると、第二伝熱管６ｂの表面において溶液２６で濡れない部分の面積が大きくなり、溶液２６の第二伝熱管６ｂにおける濡れ性を良好にすることが難しい。一方、本実施の形態によれば、間隔Ｐ２は、間隔Ｐ１より小さいので、溶液２６が第二滴下器７ｂによって滴下されると、液滴２７同士の間隔が小さくなる。このため、第二伝熱管６ｂの表面に均一に液膜２８が形成され、溶液２６の第二伝熱管６ｂにおける濡れ性が高くなりやすい。

本実施の形態によれば、以下の（Ｉ）、（II）、及び（III）の事項を含む熱交換方法を提供できる。
（Ｉ）第一容器５ａの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管６ａを含む第一伝熱管群６ｆにおいて第一伝熱管６ａの内部に第一熱媒体を供給する。加えて、第一伝熱管６ａの長手方向に沿って第一間隔Ｐ１で配置された複数の位置から第一伝熱管群６ｆに向かって冷媒液１８を滴下する。
（II）第二容器５ｂの内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管６ｂを含む第二伝熱管群６ｓにおいて第二伝熱管６ｂの内部に第二熱媒体を供給する。加えて、第二伝熱管６ｂの長手方向に沿って第二間隔Ｐ２で配置された複数の位置から第二伝熱管群６ｓに向かって溶液２６を滴下する。
（III）第一間隔Ｐ２は、第一間隔Ｐ１よりも小さい。

（実施の形態２）
以下、図５Ａ及び図５Ｂを用いて、実施の形態２を説明する。実施の形態２に係る熱交換ユニットは、特に説明する部分を除き、実施の形態１に係る熱交換ユニット１と同様に構成されている。図５Ａに示す実施の形態２に係る第二滴下器７ｃは、特に説明する部分を除き第二滴下器７ｂと同様に構成されている。第二滴下器７ｂの構成要素と同一又は対応する第二滴下器７ｃの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。実施の形態１に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、実施の形態２にもあてはまる。

［２−１．構成］
図５Ａに示す通り、第二滴下器７ｃにおいて、第二滴下部７４ａは、第二伝熱管群６ｓに向かって突出する先細の第二先端部７５ｂを有する。第二先端部７５ｂは、第一先端部７５ａより鋭い。換言すると、第二投影の先端から特定距離離れた位置における第二投影の幅は、第一投影の先端から特定距離離れた位置における第一投影の幅よりも小さい。第二投影は、第二伝熱管６ｂの長手方向に平行な平面に、第二先端部７５ｂを第二伝熱管６ｂの長手方向に垂直な方向に投影して得られる。第一投影は、第一伝熱管６ａの長手方向に平行な平面に、第一先端部７５ａを第一伝熱管６ａの長手方向に垂直な方向に投影して得られる。

［２−２．動作］
以上のように構成された、第二滴下器７ｃについて、以下その動作、作用を説明する。熱交換ユニット１を備えた吸収式冷凍機が５０％程度の負荷で運転している場合、蒸発器２で発生して吸収器３で吸収される冷媒蒸気の量は約半分になる。一方、第一滴下器７ａによって第一伝熱管群６ｆに向かって滴下される冷媒液１８の循環量は、吸収式冷凍機の負荷によらず一定であり、例えば３０リットル／分程度である。なぜなら、第一容器５ａに貯留された冷媒液１８は、第一ポンプ８の作動により循環路９を通って蒸発器２の内部と蒸発器２の外部と循環しているからである。一方、第二滴下器７ｃよって滴下される溶液２６の流量は、吸収式冷凍機の負荷に応じて定まる。このため、吸収式冷凍機が５０％程度の負荷で運転している場合には、第二滴下器７ｃよって滴下される溶液２６の流量は、例えば８リットル／分程度と冷媒液１８の流量の約４分の１になる。

図５Ａ及び図５Ｂに示す通り、第二供給路１４を介して供給された溶液２６は、貯留空間７０ｂに貯留される。貯留空間７０ｂに貯留された溶液２６は、トレイ７１ｂの長手方向に配置された複数の分配孔７２ｂから分配されながら流下する。溶液２６は、ホルダ７３ｂの斜面上に導かれ、ホルダ７３ｂの表面を流下する。次に、溶液２６は、溝７８ｂに導かれて再び貯留される。その後、溶液２６は、トレイ７１ｂの長手方向に配置された複数の開口７６ｂによって再び分配されて流下する。開口７６ｂを通過した溶液２６は、第二滴下部７４ｂに導かれ、第二滴下部７４ｂの第二先端部７５ｂから滴下される。このとき、溶液２６は、例えば、第二先端部７５ｂの第二投影に内接するような状態で流下して滴下される。図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ、時刻ｔ及び時刻ｔ＋Δｔにおける溶液２６の液膜２８の状態を示す。

［２−３．効果等］
以上のように、本実施の形態においては、第二先端部７５ｂは、第一先端部７５ａより鋭い。例えば、本実施の形態の熱交換ユニットを備えた吸収式冷凍機が５０％程度の負荷で運転されている場合、第二滴下器７ｃによって滴下される溶液２６の流量は大幅に減少する。その流量は、例えば、第一滴下器７ａによって滴下される冷媒液１８の流量の４分の１であり、吸収式冷凍機の定格運転において第二滴下器７ｃによって滴下される溶液２６の流量の半分でありうる。例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示す通り、第二滴下器７ｃの代わりに参考例に係る滴下器７ｐを用いた場合を考える。この場合、時刻ｔにおいて第二伝熱管６ｂの表面の広い範囲に液膜２８が広がっていても、時刻ｔ＋Δｔにおいて液膜２８によって覆われる第二伝熱管６ｂの表面の面積が小さくなる。これにより、第二伝熱管６ｂの表面の溶液２６の濡れ状態が時間的に不均一になりうる。なぜなら、溶液２６の液滴２７の径は、冷媒液１８の液滴２４の径とほぼ同じであり、比較的大きいからである。

一方、本実施の形態においては、第二先端部７５ｂは第一先端部７５ａより鋭く、溶液２６がこのより鋭い第二先端部７５ｂを伝って流下して滴下される。このため、溶液２６の液滴２７の径が小さくなり、第二滴下器７ｃ及び滴下器７ｐにおいて溶液２６の流量が等しい場合、第二滴下器７ｃにおいて溶液２６の滴下の時間間隔がより短い。換言すると、時間的に均された状態で溶液２６が連続的に第二伝熱管群６ｓに向かって滴下される。このため、本実施の形態の熱交換ユニットを備えた吸収式冷凍機が溶液２６の流量が少ない５０％程度の負荷で運転されている場合でも、第二伝熱管６ｂの表面の溶液２６の濡れ状態の時間的な不均一性が抑制される。このため、第二伝熱管６ｂの表面に良好な液膜２８を形成できる。

（実施の形態３）
以下、図７を用いて、実施の形態３を説明する。

［３−１．構成］
図７に示す通り、吸収式冷凍機１００は、熱交換ユニット１を備えている。吸収式冷凍機１００は、例えば、再生器８０及び凝縮器９０をさらに備えている。吸収式冷凍機１００は、例えば、一重効用サイクルの吸収式冷凍機である。

［３−２．動作］
以上のように構成された、吸収式冷凍機１００について、以下その動作、作用を説明する。第二容器５ｂに貯留された溶液２６は、排出路１５を通過して再生器８０に導かれる。再生器８０において加熱により溶液２６の溶質の濃度が高められる。溶質の濃度が高められた溶液２６は、第二供給路１４を通って吸収器３に導かれる。一方、再生器８０における溶液２６の加熱により冷媒蒸気が発生する。この冷媒蒸気は、凝縮器９０に導かれ、凝縮器９０において冷却されて凝縮し、冷媒液が生成される。冷媒液は、例えば、減圧された後、第一供給路１３を通って蒸発器２に導かれる。

［３−３．効果］
以上のように、本実施の形態においては、吸収式冷凍機１００は、熱交換ユニット１を備えている。熱交換ユニット１では、第二伝熱管６ｂの表面に均一に溶液２６の液膜２８が形成され、溶液２６の第二伝熱管６ｂにおける濡れ性が高くなりやすい。このため、吸収式冷凍機１００の成績係数（ＣＯＰ）が高くなりやすい。

（他の実施の形態）
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、実施の形態１、２、及び３を説明した。しかし、本開示のおける技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態１及び２で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。そこで、以下、他の実施形態を例示する。

実施の形態１では、第一滴下器７ａの一例として、トレイ７１ａ、ホルダ７３ａ、及びスリット部品７７ａを備えた構成を説明した。第一滴下器７ａは、複数の第一滴下部７４ａから第一伝熱管群６ｆに向かって冷媒液を滴下できるものであればよい。したがって、第一滴下器７ａは、トレイ７１ａ、ホルダ７３ａ、及びスリット部品７７ａを備えた構成に限定されない。ただし、第一滴下器７ａがこのような構成を有すると、第一伝熱管６ａの長手方向において冷媒液を分配しやすい。

実施の形態１及び２では、第二滴下器７ｂ及び７ｃの一例として、トレイ７１ｂ、ホルダ７３ｂ、及びスリット部品７７ｂを備えた構成を説明した。第二滴下器７ｂ及び７ｃは、複数の第二滴下部７４ｂから第二伝熱管群６ｓに向かって溶液を滴下できるものであればよい。したがって、第二滴下器７ｂ及び７ｃは、トレイ７１ｂ、ホルダ７３ａ、及びスリット部品７７ａを備えた構成に限定されない。ただし、第二滴下器７ｂ及び７ｃがこのような構成を有すると、第二伝熱管６ｂの長手方向において溶液を分配しやすい。

実施の形態１及び２において、第一滴下部７４ａは、第一伝熱管群６ｆに向かって突出する先細の第一先端部７５ａを有し、第二滴下部７４ｂは、第二伝熱管群６ｓに向かって突出する先細の第二先端部７５ｂを有すると説明した。第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂは、それぞれ、冷媒液及び溶液を滴下できるものであればよい。したがって、第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂは、それぞれ、先細の第一先端部７５ａ及び第二先端部７５ｂを有していなくてもよい。ただし、第一滴下部７４ａが先細の第一先端部７５ａを有すると、第一滴下部７４ａから滴下される冷媒液の液滴の径が所望の大きさに調整されやすい。加えて、第二滴下部７４ｂが先細の第二先端部７５ｂを有すると、第二滴下部７４ｂから滴下される溶液の液滴の径が所望の大きさに調整されやすい。

実施の形態１及び２において、第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂのそれぞれは、板状であると説明した。第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂは、それぞれ、冷媒液及び溶液を滴下できるものであればよい。したがって、第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂは板状に限定されない。ただし、第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂが板状であると、第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂを作製しやすい。第一滴下部７４ａ及び第二滴下部７４ｂは、錐状であってもよく、中空構造を有していてもよい。

実施の形態３において、吸収式冷凍機１００の一例として、一重効用サイクルの吸収式冷凍機を説明した。吸収式冷凍機１００は、熱交換ユニット１を備えていればよい。したがって、吸収式冷凍機１００は、一重効用サイクルの吸収式冷凍機に限定されない。吸収式冷凍機１００は、吸収式冷凍機１００は、二重効用サイクル又は三重効用サイクルの吸収式冷凍機であってもよい。再生器８０の熱源としてガスバーナーを使用したとき、吸収式冷凍機１００は、ガス式チラーでありうる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、ビルのセントラル空調機及びプロセス冷却用のチラー等に適応された吸収式冷凍機に適用可能である。

１ 吸収式冷凍機用熱交換ユニット
５ａ 第一容器
５ｂ 第二容器
６ａ 第一伝熱管
６ｂ 第二伝熱管
６ｆ 第一伝熱管群
６ｓ 第二伝熱管群
７ａ 第一滴下器
７ｂ、７ｃ 第二滴下器
７４ａ 第一滴下部
７４ｂ 第二滴下部
７５ａ 第一先端部
７５ｂ 第二先端部
１００ 吸収式冷凍機

Claims (4)

1. 第一容器と、
   前記第一容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管を含む第一伝熱管群と、
   前記第一伝熱管の長手方向に沿って配置された複数の第一滴下部を有し、前記第一滴下部から前記第一伝熱管群に向かって冷媒液を滴下する第一滴下器と、
   第二容器と、
   前記第二容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管を含む第二伝熱管群と、
   前記第二伝熱管の長手方向に沿って配置された複数の第二滴下部を有し、前記第二滴下部から前記第二伝熱管群に向かって溶液を滴下する第二滴下器と、を備え、
   前記第二伝熱管の長手方向において隣り合う前記第二滴下部同士の間隔は、前記第一伝熱管の長手方向において隣り合う前記第一滴下部同士の間隔より小さい、
   吸収式冷凍機用熱交換ユニット。
2. 前記第一滴下部は、前記第一伝熱管群に向かって突出する先細の第一先端部を有し、
   前記第二滴下部は、前記第二伝熱管群に向かって突出する先細の第二先端部を有し、
   前記第二先端部は、前記第一先端部より鋭い、
   請求項１に記載の吸収式冷凍機用熱交換ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の吸収式冷凍機用熱交換ユニットを備えた、吸収式冷凍機。
4. 第一容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第一伝熱管を含む第一伝熱管群において前記第一伝熱管の内部に第一熱媒体を供給し、かつ、第一伝熱管の長手方向に沿って第一間隔で配置された複数の位置から前記第一伝熱管群に向かって冷媒液を滴下することと、
   第二容器の内部に複数段及び複数列に配置された複数の第二伝熱管を含む第二伝熱管群において、前記第二伝熱管の内部に第二熱媒体を供給しつつ、第二伝熱管の長手方向に沿って第二間隔で配置された複数の位置から前記第二伝熱管群に向かって溶液を滴下することと、を含み、
   前記第二間隔は、前記第一間隔よりも小さい、
   熱交換方法。

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