JP3932241B2 - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機に係り、特に、液膜式プレート熱交換器を吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器に用いた吸収式冷凍機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収冷凍機の容積、設置面積を縮小しようとすれば、シェルアンドチューブ型の熱交換器は、伝熱面積に比して容積がまだまだ大きく、例えばプレート式熱交換器などの採用が検討される。特に、吸収冷凍機の蒸発器、吸収器、凝縮器、低温再生器としては、液膜式のプレート熱交換器が好適であると考えられている。
しかしながら、伝熱面積に応じて長手方向（本体缶胴の長さ方向）に自由に長さを調整でき、また、伝熱管の本数を増やすことで、幅方向に大きくして対応出来るシェルアンドチューブ型と違い、液膜式プレート熱交換器を用いた場合、例えば以下のような理由により、冷凍機の全高が高くなってしまうという問題があった。
【０００３】
第一に、プレート内に通水する流体の拡散を考慮すると、プレートは流体の流れ方向（すなわち上下方向）に長い方が伝熱特性上有利である。
第二に、液膜側の流体供給器は、プレートの伝熱面の高さ方向によらず、幅のみでその大きさ（高さ）が決定されるため、伝熱面高さは高い方が有効な伝熱面積を相対的に大きく取ることが出来る。
第三に、全体的に小型化される反面、吸収器下部、蒸発器下部に通常貯留される吸収溶液及び冷媒の保有量が減少し、吸収溶液濃度の変化に伴う液面高さの変動幅が大きくなり、貯留部の高さを従来の冷凍機よりも大きくとらなければならない。
冷凍機は、特に空調用途で使用する場合、建造物の地下室や屋上に配置されることが多く、実用的な高さ寸法は高々２０００ｍｍ程度であり、全高は低ければ低いほど搬入や設置の面で有利であり、製品としての価値が増す。
また、二重効用の吸収冷凍機である場合、高温再生器に比べて低圧缶胴（吸収器を収容する缶胴）の高さが著しく高くなると、全体として無駄なスペースが増えて実用に供さない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のようなプレート式熱交換器を用いた際の問題点を解消し、吸収式冷凍機の全高を従来の吸収式冷凍機と同程度もしくはそれよりも低く抑えながら、液膜式プレート熱交換器を用いて小型化された吸収式冷凍機を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、液膜式プレート熱交換器を、吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器に用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器で構成する吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器を、すべて水平方向に並べて前記蒸発器と吸収器、及び、再生器と凝縮器とが、それぞれ組合わされて、プレートの積層方向に対して前後の位置に配置されることとしたものである。
前記吸収冷凍機において、液膜式プレート熱交換器は、蒸発器プレートと吸収器プレート、又は、再生器プレートと凝縮器プレートとが、それぞれ交互に積層されて、それぞれの液膜式プレート熱交換器を構成することができ、また、前記液膜式プレート熱交換器は、プレート下部のスペースが溶液と冷媒の保有部を構成でき、さらに、前記吸収器と凝縮器は、前後に配置し、吸収器に通水した冷却水を、直接凝縮器に通水するか、又は、吸収器と凝縮器とに並列に通水するように構成することもできる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明においては、吸収器プレート（以下、Ａプレートという）及び蒸発器プレート（以下、Ｅプレートという）と、再生器プレート（以下、Ｇプレートという）及び凝縮器プレート（以下、Ｃプレートという）とを、長手方向に配置し、同一の缶胴に収容するか、Ａプレート及びＥプレートと、Ｇプレート及びＣプレートとを、別缶胴とすることができる。この場合、Ａプレート及びＥプレートと、Ｇプレート及びＣプレートは、同一のプレートを用いることが出来、また、共通の冷却水流路で接続出来、吸収器と凝縮器は直列に冷却水を通水してもよく、並列に通水してもよい。
また、並列に通水する場合で、ＡプレートとＣプレートに同形のプレートを用いた場合、プレートの枚数の比率が、吸収器：凝縮器＝６７：３３〜６０：４０程度であるのが好ましい。
また、プレートは、ＡプレートとＥプレート、ＧプレートとＣプレートが平行で、左右に並ぶように配置してもよく、ＡプレートとＥプレート、ＧプレートとＣプレートがそれぞれ交互に配置されるようにしてもよい。
【０００７】
次に、本発明を図面を用いて説明する。
以下の図面は、水冷式の単効用吸収式冷凍機を例にして記載されているが、これに限定されるものでなく、特に二重効用の吸収式冷凍機や、冷温水機、蒸気駆動の吸収式冷凍機、間接空冷式の空冷吸収冷凍機、二次冷媒を用いる冷凍機や空調機などでも同様に適用することができる。
図１は、本発明の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）は正面図（ｂ）は（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）は（ａ）のＲ側側面図である。
図１において、Ａは吸収器、Ｅは蒸発器、Ｇは再生器、Ｃは凝縮器であり、１は吸収式冷凍機の缶胴、２は濃溶液供給器、３は希溶液供給器、４は希溶液貯留器、５は濃溶液貯留器、６は冷媒貯留器、７は冷媒供給器、８は冷媒回収器、９は冷却水入口、１０は冷却水出口、１１は熱源流体入口、１２は熱源流体出口、１３は冷水入口、１４は冷水出口、１５は連絡管、１６は隔壁、１７は液滴分離機、（エリミネータ）である。
【０００８】
図１においては、蒸発器Ｅと吸収器Ａのプレート、及び、再生器Ｇと凝縮器Ｃのプレートを同じ高さでそれぞれ左右及び前後に配置し、その間に液滴分離器１７及び隔壁１６を配置したものである。ＡとＥのプレート及びＧとＣのプレートは同一の缶胴の中に配置し、それぞれ隔壁１６で仕切られた部屋に配置されている。吸収器Ａと凝縮器Ｃプレートには並列に冷却水が冷却水入口９から供給されている。
吸収器Ａ、蒸発器Ｅ及び再生器Ｇの各プレートの上部には、冷媒及び吸収溶液の供給器２、３、７が配され、ＥとＣのプレートの下部には、冷媒回収器兼貯留器が配置されている。
【０００９】
缶胴１の下部は、溶液の貯留器４になっており、運転中は溶液が一定量貯留される。運転条件によって、液面は変動するが、運転中は溶液が冷媒回収器８に触れないような高さを持っている。但し、停止中は液面が上昇して、回収器８に接してもよい。
なお、冷却水温度などによっては、ＧＣ室内の圧力では吸収溶液を吸収器Ａ上部にまで戻せない場合があるが、本例では熱交換器出口にスプレーポンプを設けることで、この問題を解消している。本スプレーポンプは、再生器Ｇ出口（二重効用の吸収式冷凍機の場合、低温再生器出口）に設けてもよい。
【００１０】
図２は、本発明の他の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）は（ａ）のＲ側側面図である。
図２では、蒸発器Ｅと吸収器Ａのプレートを交互に積層した熱交換器ユニットＡ／Ｅと、再生器Ｇと凝縮器Ｃのプレートを交互に積層した熱交換器ユニットＧ／Ｃとを、積層した方向に前後に配置して、その間に隔壁１６を設けたものである。吸収器Ａと凝縮器Ｃのプレートには、並列に冷却水が供給されている。
Ａ／ＥとＧ／Ｃの熱交換器ユニットの上部には、冷媒及び吸収溶液の供給器２、３、７が配され、それぞれのプレートの下部には冷媒を分離して回収する回収器６，８が配置されている。回収された冷媒は、別置きの冷媒タンクに貯留されるが、本図では省略されている。また、冷媒タンクは同一缶胴内に設けられてもよい。
缶胴の下部は、図１と同様に希溶液貯留器４となっている。また、図１と同一の符号は同じ意味である。
【００１１】
図３〜図６に、別の吸収式冷凍機の概略構成図を示し、図３、図５及び図６は本発明のものであり、図４は参考例であり、いずれも（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）は（ａ）のＲ側側面図である。
図３は、図１との相違点は、吸収器Ａ及び凝縮器Ｃの冷却水を、直列に通水した点のみであり、冷却水入口９から供給された冷却水は、吸収器Ａを通った後連絡管１５を通り、凝縮器Ｃに導かれる。
図４は、ＡプレートとＥプレート及びＧプレートとＣプレートを、積層方向に対して左右に配置した場合であり、図１と同様な構成である。
図５は、ＧプレートとＣプレートを縦方向に延長し、全体的な小型化を図った例である。全体としては、図３と同様である。
図６は、ＧとＣプレートの熱交換器ユニットＧ／Ｃの缶胴を、ＡとＥプレートの熱交換器ユニットＡ／Ｃの缶胴から切離して別缶胴として、連絡管１５で接続したものである。全体としては、図２と同様である。
このように、図３〜図６のように構成することもできる。
【００１２】
次に、図７に本発明の吸収式冷凍機を用いた液体の流れを示す系統図を示す。
図７は、図１の吸収式冷凍機の液体の流れを示すものであり、図７を用いて液体の流れを説明する。
吸収器Ａと蒸発器Ｅ及び再生器Ｇと凝縮器Ｃとは、それぞれの缶胴１ａ及び１ｂに従容されている。ＡプレートとＣプレート内には、冷却水が冷却水ポンプ２２により、冷却水入口９から入り冷却水出口１０から排出される。Ｇプレート内には、熱源流体が熱源流体ポンプ２３により、熱源流体入口１１から入り１２から出ている。また、Ｅプレート内には、冷水が冷水ポンプ２１により冷水入口１３から入り１４から出ている。
【００１３】
まず、吸収器Ａで冷媒を吸収した希溶液は、希溶液貯留器４から、溶液循環ポンプ２５により溶液熱交換器２７で加熱されて、再生器Ｇのプレート上部に設けられた希溶液供給器３から、熱源流体で加熱されているＧプレート上に流下され、冷媒が蒸発して濃縮された溶液が、再生器下部の濃溶液貯留器５から溶液熱交換器２７の加熱側を通り、溶液スプレーポンプ２６により、吸収器Ａ上部の濃溶液供給器２に導入されて、２から冷却水で冷却されているＡプレート上を流下して、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒を吸収し、希溶液となり希溶液貯留器４に貯留されて循環している。なお、スプレーポンプ２６入口と希溶液貯留器４とは、配管２８で連絡するのが良い。これは、スプレーポンプ２６と吸収器Ａの流量を安定するのに効果的である。
【００１４】
一方、再生器Ｇで蒸発した冷媒は、凝縮器Ｃで冷却水で冷却されているＣプレート上に凝縮し、凝縮器Ｃの下部の冷媒貯留器６に貯留され、貯留された冷媒は、蒸発器Ｅの循環している冷媒と合流して冷媒ポンプ２４により、蒸発器Ｅ上部の冷媒供給器７に供給されて、Ｅプレートを流下してＥプレート内を流れる冷水から熱を奪い蒸発し、蒸発した冷媒は吸収器ＡのＡプレート上を流下する濃溶液に吸収される。
蒸発しなかった冷媒は、蒸発器下部の冷媒回収器８に回収されて、冷媒ポンプ２４により冷媒供給器７に循環されている。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の効果を、図８（ａ）〜（ｄ）の模式図を用いて説明する。
図８は、従来の例（ａ）、（ｂ）と本発明の例（ｃ）、（ｄ）とを比較するための模式図であり、（ａ）は従来の配置で、液膜式プレート熱交換器を用いて従来の吸収式冷凍機と同程度の高さに収めた場合の吸収式冷凍機の模式図で、（ｂ）は従来の配置で、液膜式プレート熱交換器を用いてプレートの高さを現実的な高さとした場合の吸収式冷凍機の模式図である。（ｃ）は、本発明による配置の吸収式冷凍機の模式図であり、（ｄ）は、本発明による配置の吸収式冷凍機で、プレートの高さを吸収式冷凍機が実用的な高さを超えない範囲で高くした場合の模式図である。
【００１６】
（ａ）では、特に再生器、凝縮器の伝熱プレートが横方向に偏平となり、伝熱特性上、また、有効な伝熱面積から考えて実用的なプレート寸法とならない。（ｂ）は、プレートの寸法を実用的な寸法とすると、吸収冷凍機の全高が実用的な寸法におさまらない。
（ｃ）では、伝熱プレートの寸法を実用的な寸法以上に保ちながら、冷凍機の全高を抑えることが出来る。また、（ｄ）では、冷凍機の全高を実用的な寸法に抑えながら、伝熱プレートを縦方向に長くし、全体的な小型化と伝熱性能の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図２】 本発明の他の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図３】 本発明の別の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図４】 参考例としての別の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図５】 本発明の別の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図６】 本発明の別の吸収式冷凍機の概略構成図で、（ａ）正面図、（ｂ）（ａ）のＬ側側面図、（ｃ）（ａ）のＲ側側面図。
【図７】 図１の液の流れを示す系統図。
【図８】 吸収式冷凍機の模式図を示し、（ａ）（ｂ）は従来の吸収式冷凍機、（ｃ）（ｄ）は本発明の吸収式冷凍機。

Claims (4)

1. 液膜式プレート熱交換器を、吸収器、蒸発器、再生器及び
   凝縮器に用いた吸収式冷凍機において、前記液膜式プレート熱交換器で構成する吸収器、蒸発器、再生器及び凝縮器を、すべて水平方向に並べて前記蒸発器と吸収器、及び、再生器と凝縮器とが、それぞれ組合わされて、プレートの積層方向に対して前後位置に配置されることを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 前記液膜式プレート熱交換器は、蒸発器プレートと吸収器プレート、又は、再生器プレートと凝縮器プレートとが、それぞれ交互に積層されて、それぞれの液膜式プレート熱交換器を構成することを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機。
3. 前記液膜式プレート熱交換器は、プレート下部のスペースが溶液と冷媒の保有部を構成することを特徴とする請求項１又は２記載の吸収式冷凍機。
4. 前記吸収器と凝縮器は、前後に配置し、吸収器に通水した冷却水を、直接凝縮器に通水するか、又は、吸収器と凝縮器とに並列に通水するように構成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の吸収式冷凍機。

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