JP4826314B2 - 吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニット - Google Patents

Description

本願発明は、蒸発器としての機能と吸収器としての機能とを併せ持つ吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットに関するものである。

従来公知の空冷吸収冷凍機では、吸収器で冷媒蒸気を吸収溶液に吸収しつつ空冷ファンで冷却する直接空冷式が多用されていたが、吸収器では、冷媒蒸気の吸収と溶液冷却とを同時に行うために気液界面の拡大が重要となるところから、小型化への制約が大きかった。また、構造的にも、蒸発器との一体化が困難でコスト的に安価にはならないという問題があった。

また、水冷式の吸収器においても、吸収器と蒸発器とをプレートで構成して一つの容器内に収納し、一体化したものもあるが、蒸発器と吸収器との間の熱移動の関係から、それぞれは分離されており、一枚のプレートで構成されたものではない。

さらに、吸収器に流入する溶液を空冷熱交換器にて過冷却し、吸収器内では単に冷媒蒸気を吸収させ、吸収熱は過冷却された溶液の顕熱で取り去るだけの間接空冷（溶液分離冷却）方式の吸収器が既に提案されている（特許文献１参照）。

特開平７−９８１６３号公報。

ところが、上記特許文献１に開示されている間接空冷方式では、空冷熱交換器で過冷却された吸収溶液は、吸収器内において噴霧ノズルを介して噴霧され、冷媒蒸気を吸収することとなっているため、噴霧ノズルに目詰まりが発生したり、空冷熱交換器へ溶液を送るための溶液ポンプのヘッドが高くなって消費電力が大きくなる等の問題がある。

本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、蒸発器としての機能を有する蒸発器部と吸収器としての機能を有する吸収器部とを備えたプレートを複数枚積層することで、小型化および低コスト化を可能ならしめた蒸発器としての機能と吸収器としての吸収器とを併せ持つ蒸発・吸収ユニットを提供することを目的としている。

本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、凝縮器Ｃにて凝縮液化された冷媒Ｒｗが供給される蒸発器部２と、予め空冷熱交換器Ｈａにて過冷却状態とされた吸収溶液Ｌｃが供給される吸収器部３とを垂直方向で左右に並べて形成してなるプレート１，１・・を複数枚積層し、前記蒸発器部２にて蒸発気化した冷媒蒸気Ｒｓを前記吸収器部３にて前記吸収溶液Ｌｃに吸収し得るように構成するとともに、前記蒸発器部２を２枚のプレート１，１の間に形成し、内部を流れる被冷却流体Ｗｃを、表面で液冷媒Ｒｗを蒸発させることで冷却するように構成する一方、前記吸収器部３を多数の小孔５，５・・を形成してなる伝熱プレート４，４・・で構成し且つ前記各伝熱プレート４を、前記プレート１に形成した開口６に充填し得る構成としている。

上記のように構成したことにより、蒸発器としての機能を有する蒸発器部２と吸収器としての機能を有する吸収器部３とが１枚のプレート１に形成できることとなり、小型化および低コスト化が可能となる。しかも、蒸発器部２を２枚のプレート１，１の間に形成し、内部を流れる被冷却流体Ｗｃを、表面で液冷媒Ｒｗを蒸発させることで冷却するように構成したことにより、蒸発器部２において冷媒Ｒｗの蒸発熱により利用側熱源となる冷水が容易に得られる。また、吸収器部３を多数の小孔５，５・・を形成してなる伝熱プレート４，４・・で構成したことにより、蒸発器部２側への熱移動を避けることができるとともに、蒸発器部２からの冷媒蒸気Ｒｓを液膜流下だけでなく、伝熱プレート４の小孔５，５・・からの溶液滴下による蒸気吸収が行えることとなり、吸収機能の大幅な向上を図ることができる。さらに、伝熱プレート４を、前記プレート１に形成した開口６に充填し得る構成したことにより、蒸発器部２側への熱移動をより確実に避けることができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットにおいて、前記蒸発器部２および吸収器部３の上部に、液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液Ｌｃを均等に分配するためのスプレー装置７，８をそれぞれ付設することもでき、そのように構成した場合、蒸発器部２および吸収器部３へ供給される液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液Ｌｃを均等に分散させることが可能となり、蒸発器部２および吸収器部３における性能向上を図ることができる。

本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットにおいて、前記蒸発器部２の下部に、未蒸発の液冷媒Ｒｗを前記吸収器部３の下部へ導く冷媒導入流路９を設けることもでき、そのように構成した場合、蒸発器部２において未蒸発となった冷媒（液冷媒）Ｒｗが外部へ流出することなく、冷媒導入流路９を介して吸収器部３側へ導かれることとなり、無効冷媒を吸収液に簡単に混入することができる。

本願発明の第１の手段によれば、凝縮器Ｃにて凝縮液化された冷媒（液冷媒）Ｒｗが供給される蒸発器部２と、予め空冷熱交換器Ｈａにて過冷却状態とされた吸収溶液（濃溶液）Ｌｃが供給される吸収器部３とを垂直方向で左右に並べて形成してなるプレート１，１・・を複数枚積層し、前記蒸発器部２にて蒸発気化した冷媒蒸気Ｒｓを前記吸収器部３にて前記吸収溶液Ｌｃに吸収し得るように構成しているので、蒸発器としての機能を有する蒸発器部２と吸収器としての機能を有する吸収器部３とが１枚のプレート１に形成できることとなり、小型化および低コスト化が可能となるという効果がある。しかも、蒸発器部２を２枚のプレート１，１の間に形成し、内部を流れる被冷却流体Ｗｃを、表面で液冷媒Ｒｗを蒸発させることで冷却するように構成したことにより、蒸発器部２において冷媒Ｒｗの蒸発熱により利用側熱源となる冷水が容易に得られるという効果もある。また、吸収器部３を多数の小孔５，５・・を形成してなる伝熱プレート４，４・・で構成したことにより、蒸発器部２側への熱移動を避けることができるとともに、蒸発器部２からの冷媒蒸気Ｒｓを液膜流下だけでなく、伝熱プレート４の小孔５，５・・からの溶液滴下による蒸気吸収が行えることとなり、吸収機能の大幅な向上を図ることができるという効果もある。さらに、伝熱プレート４を、前記プレート１に形成した開口６に充填し得る構成したことにより、蒸発器部２側への熱移動をより確実に避けることができるという効果もある。

本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットにおいて、前記蒸発器部２および吸収器部３の上部に、液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液Ｌｃを均等に分配するためのスプレー装置７，８をそれぞれ付設することもでき、そのように構成した場合、蒸発器部２および吸収器部３へ供給される液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液Ｌｃを均等に分散させることが可能となり、蒸発器部２および吸収器部３における性能向上を図ることができる。

本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットにおいて、前記蒸発器部２の下部に、未蒸発の液冷媒Ｒｗを前記吸収器部３の下部へ導く冷媒導入流路９を設けることもでき、そのように構成した場合、蒸発器部２において未蒸発となった冷媒（液冷媒）Ｒｗが外部へ流出することなく、冷媒導入流路９を介して吸収器部３側へ導かれることとなり、無効冷媒を吸収液に簡単に混入することができる。

以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。

図１には、本願発明の実施の形態にかかる吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットを用いたＬｉＢｒ式吸収冷凍サイクルが示されている。

この吸収冷凍サイクルは、冷媒（例えば、水）を吸収する能力に優れた吸収剤（例えば、ＬｉＢｒ）の水溶液（以下、単に希溶液という）の冷媒吸収能力が増強するように該溶液を加熱媒体（例えば、排温水）Ｗｈで加熱して濃縮するための発生器Ｇと、該発生器Ｇにおいて溶液から分離した蒸気（冷媒）Ｒｓを導入してこれを冷却することによって液化させる凝縮器Ｃと、該凝縮器Ｃによって液化された冷媒Ｒｗを導入して低圧下で蒸発（気化）させる蒸発器部２と該蒸発器部２で発生した蒸気Ｒｓを吸収するために前記発生器Ｇで濃縮された濃溶液Ｌｃを収容する吸収器部３とからなる蒸発・吸収ユニットＵと、該吸収器部２で蒸気を吸収したことによって希釈された溶液（希溶液）Ｌｄを濃縮するために再び発生器Ｇへ送り込むための溶液ポンプＰと、該溶液ポンプＰから吐出される希溶液Ｌｄの一部（大部分）を導入してこれを冷却する空冷熱交換器Ｈａとを備えて構成されている。また、この吸収冷凍サイクルにおいては、前記蒸発・吸収ユニットＵは、蒸発器部２と吸収器部３とが一体化された構造（後に詳述する）とされている。なお、発生器Ｇを出た濃溶液Ｌｃは、溶液熱交換器Ｈｗにて吸収器Ａからの希溶液Ｌｄと熱交換した後に空冷熱交換器Ｈａの入口側で合流されることとなっている。符号Ｆ1は凝縮器Ｃを空冷する空冷ファン、Ｆ2は空冷熱交換器Ｈａを空冷する空冷ファンである。

本実施の形態においては、前記蒸発・吸収ユニットＵは、図２および図３に示すように、凝縮器Ｃにて凝縮液化された冷媒（液冷媒）Ｒｗが供給される蒸発器部２と、予め空冷熱交換器Ｈａにて過冷却状態とされた吸収溶液（濃溶液）Ｌｃが供給される吸収器部３とを垂直方向で左右に並べて形成してなるプレート１，１・・を複数枚積層し、前記蒸発器部２の内部を流れる被冷却流体（例えば、水）Ｗｃによって該蒸発器部２の外部を流れる液冷媒Ｒｗを蒸発気化させて冷媒蒸気Ｒｓを発生させるとともに、前記吸収器部３に供給された濃溶液Ｌｃに、前記蒸発器部２において発生した冷媒蒸気Ｒｓを吸収させるように構成されている。前記各プレート１は、熱良導体（例えば、鋼板あるいはステンレス鋼板等）により製作される。このようにすると、蒸発器としての機能を有する蒸発器部２と吸収器としての機能を有する吸収器部３とが１枚のプレート１に形成できることとなり、小型化および低コスト化が可能となる。

前記蒸発器部２は２枚のプレート１，１の間に形成され、内部を流れる被冷却流体Ｗｃを、表面で液冷媒Ｒｗを蒸発させることで冷却するように構成している。このようにすると、蒸発器部２において冷媒Ｒｗの蒸発熱により利用側熱源となる冷水が容易に得られる。

一方、前記吸収器部３は、多数の小孔５，５・・を形成してなる伝熱プレート４，４・・で構成されており、該各伝熱プレート４は、前記プレート１に形成した開口６に充填し得る構成とされている。この伝熱プレート４は、上下方向に連続し且つ交互に反対向きにコの字状に屈曲された形状とされている。このようにすると、伝熱面積を大きくすることができ且つ蒸発器部２側への熱移動を避けることができるとともに、蒸発器部２からの冷媒蒸気Ｒｓを液膜流下だけでなく、伝熱プレート４の小孔５，５・・からの溶液滴下による蒸気吸収が行えることとなり、吸収機能の大幅な向上を図ることができる。

また、前記蒸発器部２および吸収器部３の上部には、液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液（濃溶液）Ｌｃを均等に分配するためのスプレー装置７，８がそれぞれ付設されている。このようにすると、蒸発器部２および吸収器部３へ供給される液冷媒Ｒｗおよび吸収溶液（濃溶液）Ｌｃを均等に分散させることが可能となり、蒸発器部２および吸収器部３における性能向上を図ることができる。

さらにまた、前記蒸発器部３の下部には、未蒸発の液冷媒Ｒｗを前記吸収器部３の下部へ導く冷媒導入流路９が設けられている。このようにすると、蒸発器部２において未蒸発となった冷媒（液冷媒）Ｒｗが外部へ流出することなく、冷媒導入流路９を介して蒸発器部３側へ導かれることとなり、冷媒の無駄な消費を防止することができる。符号１０は被冷却流体Ｗｃの通路である。

本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である（例えば、単効用以外の複数効用にも適用可能である）。

本願発明の実施の形態にかかる吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットを用いた吸収冷凍サイクルを示す系統図である。 本願発明の実施の形態にかかる吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットの概略構成を示す正面図である。 本願発明の実施の形態にかかる吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニットの正面図である。

１はプレート
２は蒸発器部
３は吸収器部
４は伝熱プレート
５は小孔
６は開口
７，８はスプレー装置
９は冷媒導入流路
Ｃは凝縮器
Ｈａは空冷熱交換器
Ｌｃは吸収溶液（濃溶液）
Ｌｄは希溶液
Ｒｓは冷媒蒸気
Ｒｗは液冷媒
Ｗｃは被冷却流体
Ｕは蒸発・吸収ユニット

Claims (3)

1. 凝縮器（Ｃ）にて凝縮液化された冷媒（Ｒｗ）が供給される蒸発器部（２）と、予め空冷熱交換器（Ｈａ）にて過冷却状態とされた吸収溶液（Ｌｃ）が供給される吸収器部（３）とを垂直方向で左右に並べて形成してなるプレート（１），（１）・・を複数枚積層し、前記蒸発器部（２）にて蒸発気化した冷媒蒸気（Ｒｓ）を前記吸収器部（３）にて前記吸収溶液（Ｌｃ）に吸収し得るように構成するとともに、前記蒸発器部（２）を２枚のプレート（１），（１）の間に形成し、内部を流れる被冷却流体（Ｗｃ）を、表面で液冷媒（Ｒｗ）を蒸発させることで冷却するように構成する一方、前記吸収器部（３）を多数の小孔（５），（５）・・を形成してなる伝熱プレート（４），（４）・・で構成し且つ前記各伝熱プレート（４）を、前記プレート（１）に形成した開口（６）に充填し得る構成としたことを特徴とする吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニット。
2. 前記蒸発器部（２）および吸収器部（３）の上部には、液冷媒（Ｒｗ）および吸収溶液（Ｌｄ）を均等に分配するためのスプレー装置（７），（８）をそれぞれ付設したことを特徴とする請求項１記載の吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニット。
3. 前記蒸発器部（２）の下部には、未蒸発の液冷媒（Ｒｗ）を前記吸収器部（３）の下部へ導く冷媒導入流路（９）を設けたことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の吸収冷凍機用蒸発・吸収ユニット。

Images