JP5036360B2

JP5036360B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JP5036360B2
Application number: JP2007074844A
Authority: JP
Inventors: ▲隆▼一郎川上
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2012-09-26
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP2008232571A

Description

本発明は、横一側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、その吸収器本体の上部に設けられて、吸収液を液滴として散布する吸収液散布手段と、その吸収液散布手段に供給される前に吸収液を過冷却する過冷却器とを備えた吸収冷凍機に関する。

吸収冷凍機の吸収器としては、吸収器本体内に冷却手段を設け、吸収器での冷媒蒸気の吸収時に発生する熱により温度が上昇した吸収液を冷却する、いわゆる冷却型吸収器が知られている。
ところが、構造が複雑で専用の熱交換器を吸収器本体内に組み込むために高価になる不都合がある。

このような不都合を回避する上で、汎用の熱交換器やパッケージエアコンなどに使用される空気熱交換器を過冷却器として用いることができる、いわゆる断熱吸収器が有利であり、従来、次のようなものが知られている。
すなわち、空冷吸収器の円筒状の伝熱器体中に蒸発器が一体に組み込んで構成され、再生器からの臭化リチウム濃溶液を上部空間側溶液散布トレイに導入し、その溶液散布トレイから伝熱器体の内壁面に液膜状態で流下させるとともに下部側液溜め部からの冷媒蒸気吸収後の臭化リチウム希溶液を溶液ポンプによりクロスフィン熱交換器構造よりなる空冷吸収液冷却器を介設した吸収液循環路（希溶液循環路）を通してスプレーノズルに導入した後、伝熱器体の上部空間側内壁面に霧状に吹き付けて上方から下方に緩やかに流下させ、各流下状態において蒸発器で蒸発し、エリミネータを介して拡散供給される冷媒蒸気を吸収させるようになっている（特許文献１参照）。
特開平１０−１２２６８５号公報

しかしながら、上述のように伝熱器体の上部空間側内壁面を流下する吸収液に冷媒蒸気を吸収させるものでは、伝熱器体の上部空間側内壁面と接触している部分が冷媒蒸気に接触せず、冷媒蒸気の吸収性能が低い欠点があった。
そこで、吸収器本体の上部から吸収液を液滴状態で散布するように構成したものがあるが、次のような問題があった。
冷媒蒸気との接触面積を多くするためには、吸収液を細かい液滴にして散布するのが好ましいが、液滴を密に散布すると蒸発器から導入される冷媒蒸気の流れを阻害し、冷媒蒸気の流れ方向の下流側では吸収液と接触せず、吸収性能が低下する。逆に液滴を疎に散布すると、吸収器本体の水平方向での面積を大きくしなければならず、大型化する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、吸収液の散布孔を合理的に配置して、機体を大型化することなく冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、機体を大型化することなく液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、冷媒蒸気の流れに影響されずに吸収性能を向上できるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明は、構成的に簡単で安価にして吸収性能を向上できるようにすることを目的とし、請求項５に係る発明は、より良好に吸収液を分散して散布できるようにすることを目的とする。

請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
横一側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体の上部に設けられて、吸収液を液滴として散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段に供給される前に吸収液を過冷却する過冷却器とを備えた吸収冷凍機において、
前記吸収液散布手段を、
吸収液の液滴を散布する吸収液散布孔を分散配備して構成し、
かつ、前記吸収液散布孔を、前記導入路から導入される冷媒蒸気の流れ方向に密で流れ方向に直交する水平方向に疎な状態で分布するように分散させるとともに、前記吸収液散布孔の密な間隔と疎な間隔との比が１：４〜１：５になるように構成してあることを特徴とする。

（作用・効果）
請求項１に係る発明の吸収冷凍機の構成によれば、冷媒蒸気の流れ方向よりも疎な状態で分布された吸収液散布孔から散布される液滴の間を通じて冷媒蒸気を流し、冷媒蒸気の流れ方向に沿って密な状態で分布された吸収液散布孔から散布される液滴に接触させて冷媒を吸収液に吸収させることができる。
したがって、吸収液散布孔を冷媒蒸気の流れ方向には密、それに直交する水平方向には疎に分布させるという合理的な配置構成により、冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できる。
しかも、密と疎の間隔の比が１：４未満では冷媒蒸気の流れを液滴によって阻害される。一方、密と疎の間隔の比が１：５を越えると、必要量の吸収液を散布する上で、冷媒蒸気の流れ方向に直交する水平方向に長くなり、機体が大型化する。これらのことに鑑み、密と疎の間隔の比を１：４〜１：５にするから、機体を大型化することなく冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できる。

請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布孔の直径と前記吸収液散布孔の密な間隔との比を１：３〜１：４に構成する。

（作用・効果）
直径と密な間隔との比が１：３未満では、冷媒蒸気の流れ方向の力によって密な方向で液滴どうしが接触し、大きな液滴になって表面積が減少する不都合がある。一方、直径と密な間隔との比が１：４を越えると、必要量の吸収液を散布する上で、冷媒蒸気の流れ方向に長くなり、機体が大型化する。これらのことに鑑み、請求項２に係る発明の吸収冷凍機の構成によれば、直径と密な間隔との比を１：３〜１：４にするから、機体を大型化することなく液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できる。

請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布孔の直径を１〜２ｍｍに構成する。

（作用・効果）
直径が１ｍｍ未満になると、冷媒蒸気の流れ方向の力によって流れ方向に液滴が移動しやすく、密な方向で液滴どうしが接触し、大きな液滴になって表面積が減少する不都合がある。一方、直径が２ｍｍを越えると、吸収液量に対する液滴の表面積が減少する。これらのことに鑑み、請求項３に係る発明の吸収冷凍機の構成によれば、直径を１〜２ｍｍにするから、冷媒蒸気の流れに影響されずに吸収性能を向上できる。

請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布手段がトレイの底面に吸収液散布孔を分散配備して構成する。

（作用・効果）
請求項４に係る発明の吸収冷凍機の構成によれば、トレイの底面に吸収液散布孔を形成するから、プレス成形などによって製作でき、例えば、パイプに吸収液散布孔を形成するような場合に比べて構成的に簡単で安価にして吸収性能を向上できる。

請求項５に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項４に記載の吸収冷凍機において、
トレイ内に収容される吸収液中に充填して吸収液を水平方向に分散する充填材を備えて構成する。

（作用・効果）
請求項５に係る発明の吸収冷凍機の構成によれば、トレイ内に収容される吸収液の量が少なくても、充填材の充填している分だけ液深を大きくでき、トレイのわずかな傾きで吸収液がトレイの全面に行き渡らなくなるといったことを回避でき、より良好に吸収液を分散して散布できる。

以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明の吸収冷凍機によれば、冷媒蒸気の流れ方向よりも疎な状態で分布された吸収液散布孔から散布される液滴の間を通じて冷媒蒸気を流し、冷媒蒸気の流れ方向に沿って密な状態で分布された吸収液散布孔から散布される液滴に接触させて冷媒を吸収液に吸収させることができる。
したがって、吸収液散布孔を冷媒蒸気の流れ方向には密、それに直交する水平方向には疎に分布させるという合理的な配置構成により、冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できる。
しかも、密と疎の間隔の比が１：４未満では冷媒蒸気の流れを液滴によって阻害される。一方、密と疎の間隔の比が１：５を越えると、必要量の吸収液を散布する上で、冷媒蒸気の流れ方向に直交する水平方向に長くなり、機体が大型化する。これらのことに鑑み、密と疎の間隔の比を１：４〜１：５にするから、機体を大型化することなく冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できる。

次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る吸収冷凍機の実施例を示す全体概略構成図であり、ガスエンジン（図示せず）のエンジン冷却部からの排熱（エンジン冷却水）を加熱媒体として供給する再生器１内に、低圧下でエンジン冷却水（例えば、温度85℃）によって沸騰可能な、水を冷媒とし、かつ、リチウムブロマイドを吸収剤としたリチウムブロマイド水溶液（吸収液）が収容されている。

再生器１には、吸収液から分離された冷媒蒸気を供給するように凝縮器２が第１の配管３を介して連通接続され、再生器１に第２の配管４を介して吸収器５が接続されるとともに、凝縮器２に第３の配管６を介して蒸発器７が接続され、更に、吸収器５と蒸発器７とが冷媒蒸気の導入路を形成するエリミネータ８を介して連通接続され、吸収冷凍機が構成されている。

凝縮器２は、再生器１からの冷媒蒸気を流すフィン付きの熱交換用パイプ９と、その熱交換用パイプ９に外気を供給するファン１０と、液溜め１１とから構成され、冷媒蒸気を空冷によって凝縮液化し、その液化した冷媒液を液溜め１１に溜め、液化した冷媒液を蒸発器７に供給するようになっている。

蒸発器７は、散布ノズル１２を付設した冷媒液用液溜め部１３と、冷媒液用液溜め部１３から流下される冷媒液を分散させる分散板１４とから構成されている。
蒸発器７の下部と冷媒液用液溜め部１３とにわたって、冷媒ポンプ１５および冷熱取り出し用熱交換器１６を介装した循環配管１７が接続されている。
冷熱取り出し用熱交換器１６に、ガスヒートポンプ用の冷媒入口管１８と冷媒出口管１９とが接続され、吸収器５における吸収液による冷媒の吸収に伴って冷媒液を蒸発冷却し、その冷却冷媒液によってガスヒートポンプ用の冷媒を冷却するようになっている。

吸収器５は、蒸発器７と一体構成の吸収器本体２０の上部に吸収液散布手段２１を備えて構成されている。吸収液散布手段２１は、図２の一部破断分解斜視図、図３のトレイの平面図、および、図４の一部省略断面側面図（図３の一部省略Ａ−Ａ線拡大断面図）に示すように、トレイ２２の底面に吸収液散布孔２３を分散配備して構成されている。

トレイ２２内には、最下部にスペーサとしての支持部材２４を介して凹凸状の充填材２５が３段、凹凸方向を交互に変えて充填されている。充填材２５には、その凹部の底部に貫通孔２６が分散して形成されている（図２では貫通孔を示していない）。
充填材２５の上部に、スプレーノズル２７が設けられ、そのスプレーノズル２７と吸収器５の下部とが、吸収液ポンプ２８と過冷却器２９とを介装した第４の配管３０を介して接続され、吸収液を循環しながら過冷却し、吸収液に吸収させる冷媒量を増加し、更に、吸収液を充填材２５上に散布し、トレイ２２内での液深を大きくしながら水平方向に分散して吸収液を供給し、吸収液散布孔２３から液滴状態で滴下できるようになっている。２９ａは、過冷却器２９のファンを示している。

トレイ２２において、吸収液散布孔２３が、エリミネータ８から導入される冷媒蒸気の流れ方向に密で流れ方向に直交する水平方向に疎な状態で分布するように分散して配備され、冷媒蒸気の流れを阻害せずに液滴との接触面積を大きくして吸収性能を向上できるように構成されている。

第４の配管３０の吸収液ポンプ２８と過冷却器２９との間の箇所と再生器１とにわたって第５の配管３１が接続されている。第４の配管３０の一部と第５の配管３１とによって第２の配管４が構成されている。再生器１の下部と吸収器５とが第６の配管３２を介して接続され、この第６の配管３２と第５の配管３１との間に熱交換器３３が設けられ、再生器１に戻す吸収液を、再生器１から吸収器５に流す吸収液によって加熱するようになっている。

再生器１は、再生器本体３４内に、外面を伝熱面に形成した伝熱部材としての鉛直方向の伝熱面を有するプレート３５を水平方向に並設し、プレート３５の下部にエンジン冷却後のエンジン冷却水をプレート３５内に供給する加熱媒体供給管３６を接続し、一方、プレート３５の上部に吸収液との熱交換によって冷却されたエンジン冷却水をプレート３５内から取り出す加熱媒体取り出し管３７を接続して構成されている。

次に、実験結果について説明する。
外寸が縦横３２０×３１７ｍｍのトレイを使用し、実施例品としては、縦方向（冷媒蒸気の流れ方向に直交する水平方向）に２２ｍｍのピッチで１５列、かつ、横方向（冷媒蒸気の流れ方向）に５．５ｍｍのピッチで、直径１．６ｍｍの吸収液散布孔を各列５５個（合計８２５個）形成したものを使用した。
一方、比較例品としては、直径１．６ｍｍの吸収液散布孔を１０×１０ｍｍのピッチで２９個づつ（合計８４１個）形成したものを使用した。

上記実施例品および比較例品それぞれを組み込み、蒸気流速２ｍ／ｓ、蒸発温度３００Ｋで処理して冷凍能力（ｋＷ）を測定したところ、図５のグラフに示す結果が得られた。縦軸は成績係数（ＣＯＰ）である。
上記の結果、比較例品では冷凍能力が６．８〜７．３程度であるのに対して、実施例品では７．５〜８．０であり、約１０％高い冷凍能力を得られ、吸収性能を向上できていることが明らかであった。

また、吸収液散布孔２３を形成するのに、その密な間隔と疎な間隔との比について考察したところ、１：４〜１：５の範囲に設定するのが好ましいことがわかった。
密と疎の間隔の比が１：４未満では冷媒蒸気の流れを液滴によって阻害される。一方、密と疎の間隔の比が１：５を越えると、必要量の吸収液を散布する上で、冷媒蒸気の流れ方向に直交する水平方向に長くなり、機体が大型化するからである。

また、吸収液散布孔の直径と吸収液散布孔の密な間隔との比について考察したところ、１：３〜１：４の範囲に設定するのが好ましいことがわかった。
直径と密な間隔との比が１：３未満では、冷媒蒸気の流れ方向の力によって密な方向で液滴どうしが接触し、大きな液滴になって表面積が減少する不都合がある。一方、直径と密な間隔との比が１：４を越えると、必要量の吸収液を散布する上で、冷媒蒸気の流れ方向に長くなり、機体が大型化するからである。

更に、吸収液散布孔の直径としては、１〜２ｍｍに設定するのが好ましいことがわかった。
直径が１ｍｍ未満になると、冷媒蒸気の流れ方向の力によって流れ方向に液滴が移動しやすく、密な方向で液滴どうしが接触し、大きな液滴になって表面積が減少する不都合がある。一方、直径が２ｍｍを越えると、吸収液量に対する液滴の表面積が減少するからである。

上記実施例では、吸収液散布手段２１をトレイ２２と吸収液散布孔２３とから構成し、更に、そのトレイ２２内に充填材２５を備えているが、本発明としては、充填材２５を備えないものでも良い。
また、吸収液散布手段２１としては、密な状態で吸収液散布孔を形成したパイプを、冷媒蒸気の流れ方向に直交する水平方向に疎な間隔で配設して構成するものでも良い。

本発明に係る吸収冷凍機の実施例を示す全体概略構成図である。一部破断分解斜視図である。トレイの平面図である。図３の一部省略Ａ−Ａ線拡大断面図である。吸収液散布孔の分散構成と冷凍能力との関係を示すグラフである。

符号の説明

７…蒸発器
８…エリミネータ（導入路）
２０…吸収器本体
２１…吸収液散布手段
２２…トレイ
２３…吸収液散布孔
２５…充填材
２９…過冷却器

Claims

横一側面に蒸発器に連なって冷媒蒸気を導入する導入路を備えた吸収器本体と、前記吸収器本体の上部に設けられて、吸収液を液滴として散布する吸収液散布手段と、前記吸収液散布手段に供給される前に吸収液を過冷却する過冷却器とを備えた吸収冷凍機において、
前記吸収液散布手段を、
吸収液の液滴を散布する吸収液散布孔を分散配備して構成し、
かつ、前記吸収液散布孔を、前記導入路から導入される冷媒蒸気の流れ方向に密で流れ方向に直交する水平方向に疎な状態で分布するように分散させるとともに、前記吸収液散布孔の密な間隔と疎な間隔との比が１：４〜１：５になるように構成してあることを特徴とする吸収冷凍機。
請求項１に記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布孔の直径と吸収液散布孔の密な間隔との比が１：３〜１：４である吸収冷凍機。
請求項１または２に記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布孔の直径が１〜２ｍｍである吸収冷凍機。
請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の吸収冷凍機において、
吸収液散布手段がトレイの底面に吸収液散布孔を分散配備したものである吸収冷凍機。
請求項４に記載の吸収冷凍機において、
トレイ内に収容される吸収液中に充填して吸収液を水平方向に分散する充填材を備えてある吸収冷凍機。