JP4396986B2 - 流下液膜式再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、流下液膜式再生装置に関し、特に、排熱利用の高効率の吸収冷凍機及び吸収冷温水機を得るための新規な改良に関する。

従来の吸収式冷凍機又は吸収式冷温水機の中には、ガスタービンやガスエンジンやその他燃料利用装置からの排熱又は高温水を利用して再生器における吸収液の再生を行うものがある。この様な相変化のないガス状排熱や高温水利用の吸収冷凍機の再生器部における吸収液の再生には殆んどプール加熱方式が採用されている。
図１６には従来の再生器部プール加熱方式を示す。図示のようにプール加熱方式の特徴としては、再生器用伝熱管１を再生器部胴体１８内の吸収液プール２の中に浸して設置し、その伝熱管１内に排熱又は高温水を流して管外吸収液プール２内の吸収液２ａを加熱して再生するのである。

従来の吸収式冷凍機又は吸収式冷温水機における吸収液の再生器は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、吸収式冷凍機又は吸収式冷温水機は、熱交換器の集合体であり、再生器部の熱交換方式が、その熱エネルギー利用効率に影響を大きく及ぼしている。
プール加熱方式の排熱利用再生器は、以下のような欠点を抱えている。
１、汎用吸収液系の臭化リチウム溶液は比重が比較的高く、粘度も高いため、液位差が大きいほど吸収液の加熱に所用温度差が大きい。
２、プール加熱方式の管内排熱や高温水液側局部熱伝達係数が比較的小さく、加えて、前記プール加熱所用伝熱管内外の温度差を十分に確保できないと、吸収液側局部熱伝達係数が小さく、その結果、所要伝熱面積が大きい。
３、前記２に記載のプール加熱所用温度差が大きいと、排熱又は高温水をより低温、低品位まで利用できない。つまり、排熱の持っている熱エネルギー基準のエネルギー変換効率が低い。
また、この様なプール加熱式再生器は、排熱利用の吸収冷温水機にも利用されている。

本発明による流下液膜式再生装置は、希吸収液または要再生吸収液を複数の伝熱管の管内壁面に分布して流下吸収液膜にして流下させながら、前記伝熱管の管外流路に相変化のない熱源流体を供給して前記伝熱管を通じて加熱し、前記流下吸収液膜中の冷媒を蒸発させ、前記吸収液の再生を行うようにした流下液膜式再生装置において、前記各伝熱管を縦型配置の胴体内で支持するため上部と下部に離間して設けられた上仕切板及び下仕切板と、前記上仕切板と下仕切板によって区切られ前記胴体の上部から順に形成された吸収液分配室、加熱室及び気液分離室と、前記吸収液分配室内に設けられ吸収液を導入するための吸収液導入部を有する散液器と、前記上仕切板上に形成された吸収液プール内の吸収液を前記各伝熱管の管内壁面に均等の流量で分配するための流下液分配器と、前記上仕切板と下仕切板間に形成された加熱室に設けられた熱源流体導入部、使用済熱源流体導出部及び複数のじゃま板と、前記下仕切板の下方に形成された気液分離室に設けられたエントレ防止装置付き発生冷媒蒸気導出部及び再生後吸収液用の吸収液貯室及び吸収液導出部とからなり、前記伝熱管内の上部には筒状の流下液分配器が内挿して設けられ、前記流下液分配器は、冷媒蒸気流路、支持部、配合部及び環状間隙流路を有し前記吸収液プール内に位置し、前記環状間隙流路は前記流下液分配器の機能部外壁面と前記伝熱管の内壁面間の間隙により形成され、前記流下液分配器に導入される前記要再生吸収液は、前記環状間隙流路により前記伝熱管の管内壁面に膜状に分布されて流下する構成であり、また、前記伝熱管は、平滑管又は内面溝付き伝熱管、又は、管外面フィン付き伝熱管、又は間歇フィン付き伝熱管よりなり、かつ、銅系材又はキュプロニッケル材で形成されている構成であり、また、前記散液器は多数の底部液孔を有する環状筒よりなり、かつ、前記吸収液プールの上方に位置し、前記吸収液を前記底部液孔を介して前記吸収液プールに散布する構成であり、また、前記エリミネータを有するエントレ防止装置は、前記気液分離室の前記発生冷媒蒸気導出部に接続されている構成であり、また、前記各伝熱管の上部外壁面は前記上仕切板に密閉固定され、前記各伝熱管の下部外壁面は前記下仕切板に密閉固定されることにより前記加熱室が形成されている構成である。

本発明による流下液膜式再生装置は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
（１）、被加熱の流下吸収液膜側の伝熱は、液位の影響がないため、より小温度差の条件下でなされることができる。
（２）、流下吸収液膜側の局部熱伝達係数が高い。
（３）、前記（１）、（２）により、管外ガス状排熱又は高温水をより低温まで利用でき、その持っている熱エネルギーの利用率が高くなる。
（４）、前記（２）により、吸収液の再生に所要伝熱面積が顕著に低減できる。
すなわち、従来にない吸収冷熱発生用再生装置であるため、吸収液の加熱に液位の影響を受けないことだけでなく、総括熱交換係数が高いことと相変化のない熱源流体あるいは排熱の持っている熱エネルギーをより低温まで利用できるかあるいは回収できることにより、吸収式冷熱発生所要装置の容積低減と温度効率の向上、エネルギー利用効率の向上を得ることができる。

本発明は、排熱利用の高効率の吸収冷凍機及び吸収冷温水機を得ることができる流下液膜式再生装置を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による流下液膜式再生装置の好適な実施の形態について説明する。
尚、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図１から図３には、それぞれ伝熱管１の管内壁面１ｂにおける流下吸収液膜２ａＡに対して管外流路１ｃ中の高温排熱または高温水による加熱の様子及び管内側の流下吸収液膜２ａＡと管外側ガス状の高温排熱１Ｂまたは高温水１Ｃの温度分布を示す。
図３に示した様に、管内の流下吸収液膜２ａＡは加熱されながら、その中から冷媒成分は蒸発していく。よって流下吸収液膜２ａＡの温度は冷媒蒸発による流下吸収液膜２ａＡ中の濃度変化により、ある程度高くなる。ただし、図１に示した様にこの様な対流伝熱により管外側ガス状高温排熱１Ｂまたは高温水１Ｃはより低温まで利用できる。

図４から図８は、吸収液２ａの再生過程にわたって相変化のない高温排熱を吸収液２ａの再生に利用する流下液膜式再生装置５０の構成、散液器３の構成と流下液分配器４の構成について説明するものである。
まず、図４に示した様に、本発明の流下液膜式再生装置５０は、縦型筒状の胴体１８を上仕切板７と下仕切板８により区切って形成される吸収液分配室１０、加熱室６と気液分離室１３を備えている。
前記吸収液分配室１０は、前記胴体１８の上部と上仕切板７との間の空間より形成され、吸収液導入部３１、前記吸収液２ａを伝熱管１の管束１Ａの管内壁面に散液するための散液器３０、吸収液プール２、前記吸収液２ａを伝熱管１の管束１Ａの各管内に均等の流量で分配すること及び管内壁面１ｂに膜状に分布する機能を有する流下液分配器４が設けられている。そのため、散液器３０を吸収液プール２上方の胴体１８内の吸収液分配室１０に設置し、吸収液導入部３１は胴体１８を貫通して設けられている。
尚、前記加熱室６は、各伝熱管１の上部外壁面１Ｍと下部外壁面１Ｎが上仕切板７と下仕切板８は密閉固定されていることにより形成されている。

また、図４に示されているように、前記加熱室６が、上仕切板７、下仕切板８及び胴体１８で囲まれる空間より形成され、熱源流体である高温排熱や高温水と前記流下吸収液膜２ａＡとの熱交換部を形成する伝熱管１の管束１Ａ、熱源流体導入部１１と使用済熱源流体導出部１２とを備え、伝熱管１の管外加熱側流路に複数のじゃま板３３が所要の間隔で千鳥状に設けられている。そのため、前記熱源流体導入部１１と前記使用済熱源流体導出部１２をそれぞれ前記加熱室６の下端部と上端部に設けている。

前記散液器３０は、図５に示されるように、環状筒３０ａに吸収液２ａを導入するための吸収液導入部３１が接続され、この環状筒３０ａの散液器下部３０Ａに底部液孔３０ｂが形成されていることにより、前記吸収液２ａは、前記各底部液孔３０ｂを介して前記吸収液プール２内に均一に供給されるように構成されている。

前記流下液分配器４は、図６から図８で示されるように構成され、筒部４Ａの下部の鍔部４ｅに支持部４ａ、配合部４ｂ、環状間隙流路４ｃと冷媒蒸気流路４ｄを有するものである。すなわち、前記鍔部４ｅの下部に支持部４ａが設けられ、鍔部４ｅの下方に配合部４ｂが設けられ、配合部４ｂ間とその下方に環状間隙流路４ｃが設けられ、この筒部４Ａの冷媒蒸気流路４ｄに発生冷媒蒸気が要再生の吸収液２ａと共に気液分離室１３へ流れるように構成されている。
尚、前記環状間隙流路４ｃは流下液分配器４の機能部外壁面４Ｂと伝熱管１の内壁面１Ｅ間の間隙Ｄにより形成されている。また、前記支持部４ａと前記配合部４ｂは前記環状間隙流路４ｃを保持するためのものであり、流下液分配器４中心の冷媒蒸気流路４ｄは、吸収液分配室１０内とその下方の前記気液分離室１３を、伝熱管１を通じて蒸気圧力下に置くためのものである。前記伝熱管１の上部内には筒状の流下液分配器４が内挿されている。
従って、前記流下液分配器４に導入される要再生の吸収液２ａは、その環状間隙流路４ｃにより容易に伝熱管１の管内壁面に膜状に分布されて流下する。また各々の伝熱管１に設置される流下液分配器４が同じ形状のため、同じ液位差により各伝熱管１に分配される要再生の吸収液２ａの流量は同一である。

また前記気液分離室１３は、下仕切板８と胴体１８の下部間の空間より形成され、エントレ防止装置１７付き発生冷媒蒸気導出部１６と吸収液貯室１４と吸収液導出部１５が設けられている。そのため、発生冷媒蒸気導出部１６は吸収液貯室１４上方の胴体１８の外壁に設けられ、前記吸収液導出部１５は吸収液貯室１４の底部に設けられている。

前記エントレ防止装置１７は、図９に示されるように構成され、前記発生冷媒蒸気導出部１６に装着され、その中にはエリミネータ１７ａを重ねて設置し、エリミネータ１７ａの間に発生冷媒蒸気流路１６ｂが形成されるものである。従って、前記気液分離室１３内の発生冷媒蒸気は、発生冷媒蒸気導出部１６を出る前には、その持っている飛沫が各エリミネータ１７ａに衝突して捕獲され、飛沫が発生冷媒蒸気の凝縮液に入るのを防ぐことができるように構成されている。

次に、前述の構成において、吸収液分配室１０内において要再生の吸収液２ａ、例えば希吸収液が散液器３０より吸収液プール２に散布された後、流下液分配器４により伝熱管１の管内壁面１ｂに分布されて流下液膜状に流下し、その際、加熱室６に導入される相変化のない、例えば、ガス状高温排熱や高温水等からなる熱源流体１１ａにより加熱されてその中から冷媒成分が蒸発していく。また伝熱管１の底部を出た再生後吸収液２ｂは下方の吸収液貯室１４に入っていったん溜まる。また、伝熱管１底部を出た冷媒蒸気１６ａは、前記エントレ防止装置１７に入り、その中の飛沫がエリミネータ１７ａにより捕獲されて発生冷媒蒸気導出部１６より導出される。

また、前記各伝熱管１は、銅系材またはキュプロニッケル材で構成されており、さらに、図１０及び図１１で示されるように、内面に溝１Ｆを螺旋線１Ｇに沿って形成した構成、また、図１２及び図１３で示されるように、伝熱管１の外周に複数のフィン１Ｈを形成した構成、また、図１４及び図１５で示されるように、伝熱管１の外周に、円周方向に沿って間歇状に形成された間歇フィン１Ｋを形成した構成が好適であり、伝熱性を向上させるように構成されている。

本発明は、吸収冷凍機や吸収冷温水機における吸収液の再生に適用可能である。

本発明による流下液膜式再生装置の伝熱管の熱交換動作を示す原理説明図である。 図１の断面図である。 伝熱管軸方向における管内流下吸収液膜と管外側相変化のない熱源流体の温度分布である。 本発明による流下液膜式再生装置の全体構成図である。 図４の散液器の拡大裏面図である。 図４の符号Ｂで示される部分の拡大断面図である。 図６の要部である流下液分配器を示す断面図である。 図７の底面図である。 図４のエントレ防止装置を具体的に示す拡大斜視図である。 図１の伝熱管を示す横断面図である。 図１０の正面図である。 図１の伝熱管の他の形態を示す横断面図である。 図１２の正面図である。 図１の伝熱管の他の形態を示す横断面図である。 図１４の正面図である。 従来の再生器を示す構成図である。

１ 伝熱管
１ｂ 管内壁面
１ｃ 管外流路
１Ａ 管束
１Ｂ 高温排熱
１Ｃ 高温水
１Ｆ 溝
１Ｇ 螺旋線
１Ｈ フィン
１Ｋ 間歇フィン
１Ｍ 上部外壁面
１Ｎ 下部外壁面
２ 吸収液プール
２ａ 吸収液（要再生吸収液）
２ｂ 再生後吸収液
２ａＡ 流下吸収液膜
４ 流下液分配器
４ａ 支持部
４Ａ 筒部
４ｂ 配合部
４ｃ 環状間隙流路
４ｄ 冷媒蒸気流路
４ｅ 鍔部
６ 加熱室
７ 上仕切板
８ 下仕切板
１０ 吸収液分配室
１１ 熱源流体導入部
１１ａ 熱源流体
１２ 使用済熱源流体導出部
１３ 気液分離室
１４ 吸収液貯室
１５ 吸収液導出部
１６ 発生冷媒蒸気導出部
１６ａ 冷媒蒸気
１６ａＡ 発生冷媒蒸気
１６ｂ 発生冷媒蒸気流路
１７ エントレ防止装置
１７ａ エリミネータ
１８ 胴体
３０ 散液器
３０Ａ 散液器下部
３０ａ 環状筒
３０ｂ 底部液孔
３１ 吸収液導入部
３３ じゃま板
５０ 流下液膜式再生装置

Claims (5)

1. 希吸収液または要再生吸収液(2a)を複数の伝熱管(1)の管内壁面(1b)に分布して流下吸収液膜(2aA)にして流下させながら、前記伝熱管(1)の管外流路(1c)に相変化のない熱源流体(11a)を供給して前記伝熱管(1)を通じて加熱し、前記流下吸収液膜(2aA)中の冷媒を蒸発させ、前記吸収液(2a)の再生を行うようにした流下液膜式再生装置において、
   前記各伝熱管(1)を縦型配置の胴体(18)内で支持するため上部と下部に離間して設けられた上仕切板(7)及び下仕切板(8)と、前記上仕切板(7)と下仕切板(8)によって区切られ前記胴体(18)の上部から順に形成された吸収液分配室(10)、加熱室(6)及び気液分離室(13)と、前記吸収液分配室(10)内に設けられ吸収液(2a)を導入するための吸収液導入部(31)を有する散液器(30)と、前記上仕切板(7)上に形成された吸収液プール(2)内の吸収液(2a)を前記各伝熱管(1)の管内壁面(1b)に均等の流量で分配するための流下液分配器(4)と、前記上仕切板(7)と下仕切板(8)間に形成された加熱室(6)に設けられた熱源流体導入部(11)、使用済熱源流体導出部(12)及び複数のじゃま板(33)と、前記下仕切板(8)の下方に形成された気液分離室(13)に設けられたエントレ防止装置(17)付き発生冷媒蒸気導出部(16)及び再生後吸収液(2b)の吸収液貯室(14)及び吸収液導出部(15)とから構成され、前記伝熱管(1)内の上部には筒状の流下液分配器(4)が内挿して設けられ、前記流下液分配器(4)は、冷媒蒸気流路(4d)、支持部(4a)、配合部(4b)及び環状間隙流路(4c)を有し前記吸収液プール(2)内に位置し、前記環状間隙流路(4c)は前記流下液分配器(4)の機能部外壁面(4B)と前記伝熱管(1)の内壁面(1E)間の間隙(D)により形成され、前記流下液分配器(4)に導入される前記要再生吸収液(2a)は、前記環状間隙流路(4c)により前記伝熱管(1)の管内壁面に膜状に分布されて流下することを特徴とする流下液膜式再生装置。
2. 前記伝熱管(1)は、平滑管又は内面溝(1F)付き伝熱管(1)、又は、管外面フィン(1H)付き伝熱管(1)、又は間歇フィン(1K)付き伝熱管(1)よりなり、かつ、銅系材又はキュプロニッケル材で形成されていることを特徴とする請求項１記載の流下液膜式再生装置。
3. 前記散液器(30)は多数の底部液孔(30b)を有する環状筒(30a)よりなり、かつ、前記吸収液プール(2)の上方に位置し、前記吸収液(2a)を前記底部液孔(30b)を介して前記吸収液プール(2)に散布することを特徴とする請求項１又は２記載の流下液膜式再生装置。
4. 前記エリミネータ(17a)を有するエントレ防止装置(17)は、前記気液分離室(13)の前記発生冷媒蒸気導出部(16)に接続されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の流下液膜式再生装置。
5. 前記各伝熱管(1)の上部外壁面(1M)は前記上仕切板(7)に密閉固定され、前記各伝熱管(1)の下部外壁面(1N)は前記下仕切板(8)に密閉固定されることにより前記加熱室(6)が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の流下液膜式再生装置。

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