JP7300639B2 - 熱交換ユニット及び吸収式冷凍機 - Google Patents

Description

本開示は、熱交換ユニット及び吸収式冷凍機に関する。

従来、吸収式冷凍機において、吸収器と蒸発器とを１つのユニットにまとめる技術が知られている。

例えば、特許文献１には、図１０Ａに示す通り、低温胴３５０を備えた吸収式冷凍機が記載されている。低温胴３５０は、吸収器３５２と、蒸発器３５３とを有する。吸収器３５２は、箱型本体３５１の底部に配置されている。蒸発器３５３は、吸収器３５２の上側に配置されている。また、蒸発器３５３の側部にエリミネータ３６６が斜め方向に配置されている。

図１０Ｂに示す通り、エリミネータ３６６は、多数の傾斜板３６７と、傾斜板３６７の上端に設けられ、上方向に折れ曲がった折り返し部３６８と、傾斜板３６７の上端に設けられた、下方向に湾曲した整流部３６５とからなる。蒸発器３５３の伝熱管と接触して蒸発した冷媒蒸気は、図１０Ｂに示す矢印の方向に流れ、液滴が折り返し部３６８で止められて、傾斜板３６７に沿って流下する。整流部３６５により冷媒蒸気が下方に（吸収器３５２に向けて）スムーズに流される。

特開平５－２１５４３１号公報

特許文献１に記載の技術は、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒とを適切に分離する観点から再検討の余地を有する。

そこで、本開示は、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒とを適切に分離するのに有利な熱交換ユニットを提供する。

本開示は、
互いに平行に配置された複数の第一伝熱管を有し、気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された前記気相冷媒が吸収される吸収器と、
前記蒸発器と前記吸収器との間に配置され、前記蒸発器から前記吸収器に向かって流れる冷媒において前記気相冷媒と液相冷媒とを分離する、エリミネータと、を備え、
前記エリミネータは、複数の第一板及び摩擦部材を有し、
前記複数の第一板は、重力方向に互いに離れて配置され、前記蒸発器に向かって開口する入口をそれぞれ有する複数段の流入路を形成し、
前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数の第一伝熱管と前記複数段の流入路との間の空間、前記複数段の流入路の少なくとも１つの流入路の入口、及び前記流入路の内部の少なくとも１つに配置されている、
熱交換ユニットを提供する。

本開示の熱交換ユニットは、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒を適切に分離するのに有利である。

図１は、本開示の熱交換ユニットの一例を示す断面図である。 図２は、図１に示すエリミネータの断面図である。 図３は、本開示の熱交換ユニットの別の一例を示す断面図である。 図４は、図３に示すエリミネータの断面図である。 図５は、本開示の熱交換ユニットのさらに別の一例を示す断面図である。 図６は、図５に示すエリミネータの断面図である。 図７は、図６に示す摩擦部材の配置を示す断面図である。 図８は、本開示の熱交換ユニットのさらに別の一例を示す断面図である。 図９は、本開示の吸収式冷凍機の一例を示す構成図である。 図１０Ａは、従来の吸収式冷凍機の低温胴を示す断面図である。 図１０Ｂは、図１０Ａにおけるエリミネータを示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
吸収式冷凍機において、蒸発器及び吸収器を備える熱交換ユニットを用いることが考えられる。このような熱交換ユニットにおいて、蒸発器と吸収器との間に気相冷媒と液相冷媒とを分離するためにエリミネータを配置することが考えられる。蒸発器で発生する気相冷媒の量又は吸収器で吸収される気相冷媒の量は、蒸発器又は吸収器の局所的な対数平均温度差（ＬＭＴＤ）に従って決まる。ＬＭＴＤは、複数の伝熱面において均一ではないので、エリミネータを通過する気相冷媒の流速にはばらつきが生じる。本発明者らの検討によれば、従来のエリミネータにおいて高流速で気相冷媒が流れる領域では、気相冷媒と液相冷媒を適切に分離することができない場合があることが新たに見出された。

そこで、本発明者らは、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒を適切に分離できるエリミネータを開発すべく鋭意検討を重ね、本開示の熱交換ユニットを案出した。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る熱交換ユニットは、
互いに平行に配置された複数の第一伝熱管を有し、気相冷媒を生成する蒸発器と、
前記蒸発器で生成された前記気相冷媒が吸収される吸収器と、
前記蒸発器と前記吸収器との間に配置され、前記蒸発器から前記吸収器に向かって流れる冷媒において前記気相冷媒と液相冷媒とを分離する、エリミネータと、を備え、
前記エリミネータは、複数の第一板及び摩擦部材を有し、
前記複数の第一板は、重力方向に互いに離れて配置され、前記蒸発器に向かって開口する入口をそれぞれ有する複数段の流入路を形成し、
前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数の第一伝熱管と前記複数段の流入路との間の空間、前記複数段の流入路の少なくとも１つの流入路の入口、及び前記流入路の内部の少なくとも１つに配置されている。

第１態様によれば、摩擦部材によって、蒸発器から吸収器に向かう冷媒の流れに抵抗が生じる。これにより、エリミネータの流入路に流入する気相冷媒の流速が低下し、液相冷媒と気相冷媒との間の相対速度が低下する。このため、蒸発器において浮遊している液滴又は蒸発器の伝熱管の周りの液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。その結果、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒とを適切に分離しやすい。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る熱交換ユニットでは、重力方向における前記摩擦部材の寸法は、重力方向における前記入口の大きさよりも小さくてもよい。第２態様によれば、摩擦部材によって蒸発器から吸収器に向かう冷媒の流れに生じる抵抗の大きさが所望の大きさになりやすい。

本開示の第３態様において、例えば、第１態様又は第２態様に係る熱交換ユニットでは、前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数段の前記流入路において最下段に位置する前記流入路である第一流入路及び前記最下段の１つ上の段に位置する前記流入路である第二流入路の少なくとも１つに配置されていてもよい。蒸発器の底部には、液相冷媒が貯留される場合がある。貯留された液相冷媒の液面が高いと、蒸発器の内部を浮遊している液滴又は蒸発器の伝熱管の周りの液相冷媒に加えて、蒸発器に貯留されている液相冷媒を気相冷媒が同伴する可能性が高まる。しかし、第３態様によれば、第一流入路及び第二流入路の少なくとも１つに摩擦部材が配置されているので、蒸発器に貯留されている液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。

本開示の第４態様において、例えば、第１態様から第３態様に係る熱交換ユニットでは、前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数段の前記流入路において最下段に位置する前記流入路である第一流入路と前記複数の第一伝熱管との間の空間及び前記最下段の１つ上の段に位置する前記流入路である第二流入路と前記複数の第一伝熱管との間の空間の少なくとも１つに配置されていてもよい。第４態様によれば、第２態様と同様に、蒸発器に貯留されている液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。

本開示の第５態様において、例えば、第１態様から第４態様のいずれか１つの態様に係る熱交換ユニットでは、前記第一板は、前記流入路をなす第一平面を有していてもよく、前記摩擦部材は、前記第一平面に平行な面と所定の角度をなす第二平面を有していてもよい。第５態様によれば、摩擦部材によって、蒸発器から吸収器に向かう冷媒の流れに抵抗が生じることに加えて、第一平面に平行な面に沿って流れる冷媒の流れが摩擦部材の第二平面に衝突する。これにより、冷媒の流れから液相冷媒が分離され、エリミネータを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。

本開示の第６態様において、例えば、第５態様に係る熱交換ユニットでは、前記第二平面は、前記摩擦部材の表面に含まれる平面において最大の面積を有していてもよい。第６態様によれば、摩擦部材によって生じる、蒸発器から吸収器に向かう冷媒の流れに対する抵抗が大きくなりやすい。加えて、冷媒の流れが摩擦部材の第二平面に衝突して冷媒の流れから液相冷媒が分離されやすい。

本開示の第７態様に係る吸収式冷凍機は、第１態様から第６態様のいずれか１つの態様に係る熱交換ユニットを備える。第７態様によれば、蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒とを適切に分離しやすく、吸収器に液相冷媒が供給されにくい。これにより、吸収器において気相冷媒が適切に吸収されやすい。このため、吸収式冷凍機は、高い成績係数（ＣＯＰ）を発揮しやすい。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。なお、添付の図面においてＺ軸負方向が重力方向であり、ＸＹ平面が水平である。Ｘ軸及びＹ軸は互いに直交している。

図１は、本開示の実施形態の一例に係る熱交換ユニット１ａの断面図である。熱交換ユニット１ａは、例えば、吸収式冷凍機における蒸発過程及び吸収過程を実現する熱交換ユニットである。熱交換ユニット１ａは、蒸発器２ａと、吸収器３と、エリミネータ４ａとを備えている。蒸発器２ａは、互いに平行に配置された複数の第一伝熱管７を有する。蒸発器２ａは、気相冷媒を生成する。吸収器３において、蒸発器２ａで生成された気相冷媒が吸収される。エリミネータ４ａは、蒸発器２ａと吸収器３との間に配置されている。エリミネータ４ａは、蒸発器２ａから吸収器３に向かって流れる冷媒において気相冷媒と液相冷媒とを分離する。

図２は、エリミネータ４ａの断面図である。エリミネータ４ａは、複数の第一板１０と、摩擦部材１３ａとを有する。複数の第一板１０は、重力方向に互いに離れて配置され、複数段の流入路１５を形成する。複数段の流入路１５のそれぞれは、蒸発器２ａに向かって開口する入口１５ａを有する。摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、（ｉ）複数の第一伝熱管７と複数段の流入路１５との間の空間、（ii）複数段の流入路１５の少なくとも１つの流入路１５の入口１５ａ、及び(iii)流入路１５の内部の少なくとも１つに配置されている。

蒸発器２ａの内部には、気相冷媒及び液相冷媒が存在している。一方、蒸発器２ａの第一伝熱管７の内部には、蒸発器２ａの外部において吸熱した熱媒体が流れる。吸収器３における気相冷媒の吸収により吸収器３の圧力が低下し、蒸発器２ａに存在している気相冷媒が吸収器３に供給される。これにより、蒸発器２ａの内部の圧力が低下し、蒸発器２ａの内部に存在する液相冷媒が蒸発して気相冷媒が生成される。気相冷媒は、蒸発器２ａから、エリミネータ４ａを通過して吸収器３に導かれる。蒸発器から吸収器に向かって高流速で気相冷媒が流れると、蒸発器において浮遊している液滴又は蒸発器の伝熱管の周りの液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が大きくなりやすい。しかし、熱交換ユニット１ａによれば、摩擦部材１３ａによって、蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに抵抗が生じる。これにより、エリミネータ４ａの流入路１５に流入する気相冷媒の流速が低下し、液相冷媒と気相冷媒との間の相対速度が低下する。このため、蒸発器２ａにおいて浮遊している液滴又は蒸発器２ａの第一伝熱管７の周りの液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータ４ａを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。このように、熱交換ユニット１ａによれば、蒸発器２ａから吸収器３に向かって高流速で気相冷媒が流れる領域において気相冷媒と液相冷媒とが適切に分離されやすい。

摩擦部材１３ａの形状は、蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに抵抗を生じさせることができる限り、特定の形状に限定されない。摩擦部材１３ａの形状は、例えば、円形又は矩形の断面を有する棒状である。摩擦部材１３ａは、中実であってもよいし、中空であってもよい。摩擦部材１３ａが中空であることは軽量化の観点から有利である。摩擦部材１３ａの形状は、平板状、曲板状、又は網状であってもよい。

熱交換ユニット１ａにおいて、摩擦部材１３ａの材料は、特定の材料に限定されない。摩擦部材１３ａの材料は、例えば、鉄系材料である。

重力方向における摩擦部材１３ａの寸法は、重力方向における入口１５ａの大きさよりも小さい。この場合、摩擦部材１３ａによって蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに生じる抵抗の大きさが所望の大きさになりやすい。

摩擦部材１３ａは、複数段の流入路１５の少なくとも一部に対応して配置されている。摩擦部材１３ａは、例えば、複数段の流入路１５のうち高流速で気相冷媒が流れる領域に位置する流入路１５に対応して配置されている。

図２に示す通り、エリミネータ４ａは、例えば、複数の第二板１２をさらに備えている。複数の第二板１２は、重力方向に互いに離れて配置され、流出路１７を形成する。流出路１７は、吸収器３に向かって開口する出口１７ａを有する。複数の第二板１２は、例えば、複数段の流出路１７を形成している。

エリミネータ４ａにおいて、例えば、流入路１５及び流出路１７が連なって山なりに曲がった流路が形成されている。エリミネータ４ａを流れる冷媒の流れに液滴が含まれている場合、山なりに曲がった流路に沿って気相冷媒の流れ方向が変わることに伴う遠心力により、気相冷媒の流れから液滴が分離される。これにより、液滴が吸収器３に導かれにくい。

蒸発器２ａの内部に存在する冷媒は、特定の冷媒に限定されない。冷媒は、例えば、水を主成分とする冷媒である。なお、本明細書において、「主成分」は、質量基準で最も多く含まれる成分である。

複数の第一伝熱管７は、例えば、複数段及び複数列をなす第一伝熱管群７ｇを形成している。第一伝熱管群７ｇにおいて、重力方向に複数段が形成され、重力方向と第一伝熱管７の長手方向（Ｙ軸方向）とに垂直な方向（Ｘ軸方向）に複数列が形成されている。第一伝熱管７の長手方向に沿って第一伝熱管群７ｇを見たときに、複数の第一伝熱管７は、格子状に配置されている。換言すると、第一伝熱管群７ｇの複数列において同一の水平面上に複数の第一伝熱管７が並んでいる。第一伝熱管７の長手方向に沿って第一伝熱管群７ｇを見たときに、複数の第一伝熱管７は、千鳥状に配置されていてもよい。換言すると、第一伝熱管群７ｇの隣り合う２つの列の一方の第一伝熱管７の中心軸を含む水平面が、その２つの列の他方の第一伝熱管７の中心軸を含む水平面と重力方向にずれている。この場合、第一伝熱管群７ｇにおける段数は奇数であってもよい。

第一伝熱管７の内面及び外面の少なくとも一方には、溝が形成されていてもよい。

吸収器３の内部には、気相冷媒を吸収可能な溶液が存在している。その溶液は、気相冷媒を吸収可能である限り、特定の溶液に限定されない。その溶液は、例えば、臭化リチウム水溶液を主成分とする溶液である。溶液には、微量のオクチルアルコールが添加されていてもよい。

吸収器３は、例えば、互いに平行に配置された複数の第二伝熱管９を有する。典型的には、吸収器３において、気相冷媒が溶液に吸収される。このとき、吸収熱が発生する。例えば、複数の伝熱管９の内部には、蒸発器２ａの外部に放熱した熱媒体が流れる。複数の伝熱管９の内部を流れる熱媒体に、溶液への気相冷媒の吸収に伴う吸収熱が放熱される。

複数の第二伝熱管９は、例えば、複数段及び複数列をなす第二伝熱管群９ｇを形成している。第二伝熱管群９ｇにおいて、重力方向に複数段が形成され、重力方向と第二伝熱管９の長手方向（Ｙ軸方向）とに垂直な方向（Ｘ軸方向）に複数列が形成されている。第二伝熱管９の長手方向に沿って第二伝熱管群９ｇを見たときに、複数の第二伝熱管９は、格子状に配置されている。換言すると、第二伝熱管群９ｇの複数列において同一の水平面上に複数の第二伝熱管９が並んでいる。第二伝熱管９の長手方向に沿って第二伝熱管群９ｇを見たときに、複数の第二伝熱管９は、千鳥状に配置されていてもよい。換言すると、第二伝熱管群９ｇの隣り合う２つの列の一方の第二伝熱管９の中心軸を含む水平面が、その２つの列の他方の第二伝熱管９の中心軸を含む水平面と重力方向にずれている。この場合、第二伝熱管群９ｇにおける段数は奇数であってもよい。

第二伝熱管９の内面及び外面の少なくとも一方には、溝が形成されていてもよい。

図１に示す通り、熱交換ユニット１ａは、例えば、シェル５と、第一散布トレイ６と、第二散布トレイ８とをさらに備えている。

シェル５は、例えば、断熱性及び耐圧性を有している。シェル５は、液相冷媒、溶液、又はこれらの双方を貯留するとともに、液相冷媒、溶液、及び、気相冷媒を外気（大気中の空気）から隔離する。蒸発器２ａは、典型的には、シェル５及び複数の第一伝熱管７によって、シェルアンドチューブ式熱交換器として構成されている。吸収器３は、典型的には、シェル５及び複数の第二伝熱管９によって、シェルアンドチューブ式熱交換器として構成されている。

第一散布トレイ６は、例えば、ステンレス製の薄板で構成されている。第一散布トレイ６は、第一伝熱管群７ｇの上方に配置されている。第一散布トレイ６には、液相冷媒が貯留される。第一散布トレイ６の下部には、穴が形成されている。第一散布トレイ６に貯留された液相冷媒は、重力の作用により、第一散布トレイ６の下部の穴を通過して、第一伝熱管群７ｇに向かって滴下される。

第二散布トレイ８は、例えば、ステンレス製の薄板で構成されている。第二散布トレイ８は、第二伝熱管群９ｇの上方に配置されている。第二散布トレイ８には、溶液が貯留される。第二散布トレイ８の下部には、穴が形成されている。第二散布トレイ８に貯留された溶液は、重力の作用により、第二散布トレイ８の下部の穴を通過して、第二伝熱管群９ｇに向かって滴下される。

第一板１０及び第二板１２のそれぞれは、例えば、ステンレス製の薄板で構成されている。蒸発器２ａから流入路１５の入口１５ａに到達した冷媒の流れは、第一板１０に衝突し、第一板１０に沿って、水平面に対する第一板１０の傾斜角度に対応する方向に導かれる。このとき、冷媒の流れに液相冷媒が含まれる場合、第一板１０の表面に液相冷媒が付着する。これにより、液相冷媒が吸収器３に導かれにくい。

図２に示す通り、エリミネータ４ａは、例えば、堰部材１１をさらに備えている。堰部材１１は、例えば、ステンレス製の薄板で構成されている。堰部材１１は、例えば、第一板１０に接合されている。堰部材１１は、例えば、流入路１５と流出路１７との間に配置されている。堰部材１１は、第一板１０の表面に付着した液相冷媒を堰き止める。これにより、液相冷媒が吸収器３に導かれにくい。堰部材１１によって堰き止められた液相冷媒は、重力の作用により、蒸発器２ａに向かって第一板１０に沿って流下する。

熱交換ユニット１ａの動作の一例を説明する。夜間等の所定期間、熱交換ユニット１ａが放置された場合、熱交換ユニット１ａの内部は、熱交換ユニット１ａが置かれた環境の温度及び圧力にほぼ保たれている。例えば、熱交換ユニット１ａが置かれた環境の温度が２５℃のとき、熱交換ユニット１ａの内部の温度は約２５℃に保たれている。

熱交換ユニット１ａの運転が開始されると、複数の第一伝熱管７の内部には、蒸発器２の外部から吸熱した熱媒体が流れる。例えば、約１２℃の熱媒体が第一伝熱管７に流入する。一方、第一伝熱管７の外面の周りには第一散布トレイ６から約２５℃の液相冷媒が供給される。

加えて、吸収器３において、第二伝熱管９の内部には、吸収器３の外部において放熱した熱媒体が流れる。例えば、約３２℃の熱媒体が第二伝熱管９に流入する。第二伝熱管９の外面の周りには、第二散布トレイ８から高濃度の溶液が供給される。供給される溶液における臭化リチウムの濃度は、例えば６３重量％である。

吸収器３において、高濃度の溶液に気相冷媒が吸収されることにより、吸収器３の圧力が低下し、蒸発器２ａに存在する気相冷媒がエリミネータ４ａを通過して、吸収器３に導かれる。これにより、蒸発器２ａの内部の圧力が低下し、約２５℃の液相冷媒が蒸発して蒸発器２ａの内部の温度が低下する。これらのプロセスが連続的に進行することにより、第一伝熱管７の外面の周りに供給される液相冷媒の温度は約６℃に低下する。このため、第一伝熱管７の内部を流れる熱媒体が冷却される。定常状態における。第一伝熱管７の内部を流れる熱媒体の出口の温度は約７℃である。この約７℃の熱媒体は、例えば、空調又は産業用プロセスにおける冷却に利用可能である。

上記の通り、摩擦部材１３ａによって、蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに抵抗が生じる。これにより、エリミネータ４ａの流入路１５に流入する気相冷媒の流速が低下し、液相冷媒と気相冷媒との間の相対速度が低下する。このため、蒸発器２ａにおいて浮遊している液滴又は蒸発器２ａの第一伝熱管７の周りの液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータ４ａを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。

熱交換ユニット１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、熱交換ユニット１ａは、図３に示す熱交換ユニット１ｂ、図５に示す熱交換ユニット１ｃ、又は図８に示す熱交換ユニット１ｄのように変更されてもよい。熱交換ユニット１ｂ、１ｃ、及び１ｄは、特に説明する部分を除き、熱交換ユニット１ａと同様に構成されている。熱交換ユニット１ａの構成要素と同一又は対応する熱交換ユニット１ｂ、１ｃ、及び１ｄ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。熱交換ユニット１ａに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、熱交換ユニット１ｂ、１ｃ、及び１ｄにも当てはまる。

図３は、熱交換ユニット１ｂの断面図である。熱交換ユニット１ｂは、エリミネータ４ａに代えて、エリミネータ４ｂを備えている。図４は、エリミネータ４ｂの断面図である。エリミネータ４ｂにおいて、摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、第一流入路１５ｆと複数の第一伝熱管７との間の空間及び第二流入路１５ｓと複数の第一伝熱管７との間の空間の少なくとも１つに配置されている。第一流入路１５ｆは、複数段の流入路１５において最下段に位置する流入路１５である。第二流入路１５ｓは、最下段の１つ上の段に位置する流入路１５である。

蒸発器２ａの底部には、液相冷媒が貯留される場合がある。貯留された液相冷媒の液面が高いと、蒸発器２ａの内部を浮遊している液滴又は第一伝熱管７の周りの液相冷媒に加えて、蒸発器２ａに貯留されている液相冷媒を気相冷媒が同伴する可能性が高まる。しかし、熱交換ユニット１ｂによれば、摩擦部材１３ａが上記の様に配置されているので、蒸発器２ａに貯留されている液相冷媒を気相冷媒が同伴させる力が小さくなり、エリミネータ４ｂを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。熱交換ユニット１ｂのエリミネータ４ｂは、例えば、蒸発器２ａに貯留されている液相冷媒の液面が高い定格条件又は高負荷条件においても、蒸発器２aから気相冷媒とともに流入する液滴を適切に分離できる。このような条件は、例えば、吸収器３に高濃度の溶液が貯留され、かつ、蒸発器２ａに多量の液相冷媒が貯留されている場合に成り立ちうる。

熱交換ユニット１ｂにおいて蒸発器２ａが散布式の蒸発器である場合、典型的には、重力方向の下側の第一伝熱管７における液膜が薄くなり、蒸発熱伝達率が高くなりやすい。この場合、エリミネータ４ｂの下段領域に流入する冷媒量が多くなりやすい。エリミネータ４ｂによれば、蒸発器２ａが散布式の蒸発器である場合に、蒸発器２ａから気相冷媒とともに流入する液滴を適切に分離できる。

熱交換ユニット１ｂにおいて、例えば、摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、第一流入路１５ｆと複数の第一伝熱管７との間の空間及び第二流入路１５ｓと複数の第一伝熱管７との間の空間に配置されている。摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、第一流入路１５ｆと複数の第一伝熱管７との間の空間のみに配置されていてもよいし、第二流入路１５ｓと複数の第一伝熱管７との間の空間のみに配置されていてもよい。

熱交換ユニット１ｂにおいて、摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、第一流入路１５ｆ及び第二流入路１５ｓの少なくとも１つに配置されていてもよい。この場合も、蒸発器２ａに貯留されている液相冷媒の液面が高い条件においても、蒸発器２ａから気相冷媒とともに流入する液滴を適切に分離できる。摩擦部材１３ａの少なくとも一部は、第一流入路１５ｆ及び第二流入路１５ｓに配置されていてもよいし、第一流入路１５ｆのみに配置されていてもよいし、第二流入路１５ｓのみに配置されていてもよい。

図５は、熱交換ユニット１ｃの断面図である。熱交換ユニット１ｃは、エリミネータ４ａに代えて、エリミネータ４ｃを備えている。図６は、エリミネータ４ｃの断面図である。エリミネータ４ｃは、摩擦部材１３ｂを備えている。摩擦部材１３ｂは、特に説明する部分を除き、摩擦部材１３ａと同様に構成せれている。エリミネータ４ｃにおいて、第一板１０は、流入路１５をなす第一平面１０ａを有する。図７は、摩擦部材１３ｂの配置を示す断面図である。摩擦部材１３ｂは、第一平面１０ａに平行な面Ｐｒと所定の角度θをなす第二平面１３ｆを有する。

熱交換ユニット１ｃによれば、摩擦部材１３ｂによって、蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに抵抗が生じることに加えて、第一平面１０ａに平行な面Ｐｒに沿って流れる冷媒の流れが摩擦部材１３ｂの第二平面１３ｆに衝突する。これにより、冷媒の流れから液相冷媒が分離され、エリミネータ４ｃを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。

例えば、起動過渡条件において、吸収器３に低濃度の溶液が貯留され、蒸発器２ａに少量の液相冷媒が貯留されており、蒸発器２ａに貯留された液相冷媒の液面が低くなる。このため、起動過渡条件において、蒸発器２ａの下部の空間を通過する冷媒量が多くなり、蒸発器２ａの内部を浮遊する液相冷媒の液滴を多量に含んだ気相冷媒がエリミネータ３ｃの下段領域に流入しやすい。熱交換ユニット１ｃによれば、エリミネータ４ｃは、起動過渡条件においても、蒸発器２ａから気相冷媒とともに流入する液滴を適切に分離できる。

角度θは、例えば、９０°未満でありうる。

第二平面１３ｆは、例えば、摩擦部材１３ｂの表面に含まれる平面において最大の面積を有する。この場合、摩擦部材１３ｂによって生じる、蒸発器２ａから吸収器３に向かう冷媒の流れに対する抵抗が大きくなりやすい。加えて、冷媒の流れが摩擦部材１３ｂの第二平面１３ｆに衝突して冷媒の流れから液相冷媒が分離されやすい。

図７に示す通り、第二平面１３ｆは、Ｘ軸方向において第一端１３ｈ及び第二端１３ｍを有する。第一端１３ｈは、第二端１３ｍよりも蒸発器２ａに近い。第二平面１３ｆは、例えば、第一端１３ｈから第二端１３ｍに向かって、摩擦部材１３ｂに対応する流入路１５をなす一対の第一板１０のうち下方の第一板１０に近づくように延びている。この場合、冷媒の流れが摩擦部材１３ｂの第二平面１３ｆに衝突することにより、より確実に冷媒の流れから液相冷媒が分離されやすい。

摩擦部材１３ｂは、第二平面１３ｆを有する限り特定の形状に限定されない。摩擦部材１３ｂのＹ軸に垂直な断面は、例えば、矩形状の断面を有する。摩擦部材１３ｂのＹ軸に垂直な断面は直線のみによって形成されていてもよいし、摩擦部材１３ｂのＹ軸に垂直な断面の一部は曲線によって形成されていてもよい。

図８は、熱交換ユニット１ｄの断面図である。熱交換ユニット１ｄは、特に説明する部分を除き、熱交換ユニット１ｃと同様に構成されている。熱交換ユニット１ｄは、蒸発器２ｂを備えている。蒸発器２ｂは、特に説明する部分を除き、蒸発器２ａと同様に構成されている。図８に示す通り、蒸発器２ｂは、第一散布トレイ６の代わりに、噴霧ノズル１４を備えている。

噴霧ノズル１４は、例えば、圧力噴射型の噴霧ノズルである。この場合、噴霧ノズル１４のノズル入口まで加圧された液相冷媒がノズル内部の旋回機構により旋回力を与えられ、気相冷媒の空間に液相冷媒が噴射される。これにより、噴射された液相冷媒は、旋回速度による遠心力で円錐状に広がり、薄膜化及び液糸化の後、液滴群に分裂する。例えば、蒸発器２ｂにおいて、複数の噴霧ノズル１４が、第一伝熱管７の長手方向、及び、重力方向に沿って配置されている。噴霧ノズル１４から第一伝熱管群７ｇに向かって液相冷媒が噴射される。

熱交換ユニット１ｄによれば、摩擦部材１３ｂによって、蒸発器２ｂから吸収器３に向かう冷媒の流れに抵抗が生じる。加えて、摩擦部材１３ｂによって、第一平面１０ａに平行な面Ｐｒに沿って流れる冷媒の流れが摩擦部材１３ｂの第二平面１３ｆに衝突する。これにより、液相冷媒が分離され、エリミネータ４ｃを通過する液相冷媒の量が少なくなりやすい。このため、噴霧ノズル１４から液相冷媒が噴射されるので、蒸発器２ｂの内部に多量の液相冷媒の液滴が浮遊する。このように、熱交換ユニット１ｄが噴霧式の蒸発器２ｂを備える場合でも、蒸発器２ｂから気相冷媒とともに流入する液滴を適切に分離できる。

熱交換ユニット１ａ、１ｂ、１ｃ、又は１ｄを用いて、例えば、吸収式冷凍機を提供できる。図９は、熱交換ユニット１ａを備えた吸収式冷凍機１００を示す構成図である。吸収式冷凍機１００は、例えば、熱交換ユニット１ａに加えて、再生器６０、及び凝縮器７０を備えている。吸収式冷凍機１００は、熱交換ユニット１ａを備えているので、吸収器３に液相冷媒が供給されにくい。これにより、吸収器３において気相冷媒が適切に吸収されやすい。このため、吸収式冷凍機１００は、高い成績係数（ＣＯＰ）を発揮しやすい。

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。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に変更されてもよい。再生器６０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。

本開示の熱交換ユニットは、吸収式冷凍機に備えられ、ビルのセントラル空調システム及びプロセス冷却用のチラー等の用途にも適用できる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 熱交換ユニット
２ａ、２ｂ 蒸発器
３ 吸収器
４ａ、４ｂ、４ｃ エリミネータ
７ 第一伝熱管
１０ 第一板
１３ａ、１３ｂ 摩擦部材
１５ 流入路
１５ａ 入口
１５ｆ 第一流入路
１５ｓ 第二流入路
１００ 吸収式冷凍機

Claims (6)

1. 互いに平行に配置された複数の第一伝熱管を有し、気相冷媒を生成する蒸発器と、
   前記蒸発器で生成された前記気相冷媒が吸収される吸収器と、
   前記蒸発器と前記吸収器との間に配置され、前記蒸発器から前記吸収器に向かって流れる冷媒において前記気相冷媒と液相冷媒とを分離する、エリミネータと、を備え、
   前記エリミネータは、複数の第一板及び摩擦部材を有し、
   前記複数の第一板は、重力方向に互いに離れて配置され、前記蒸発器に向かって開口する入口をそれぞれ有する複数段の流入路を形成し、
   前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数の第一伝熱管と前記複数段の流入路との間の空間、前記複数段の流入路の少なくとも１つの流入路の入口、及び前記流入路の内部の少なくとも１つに配置されており、
   重力方向における前記摩擦部材の寸法は、重力方向における前記入口の大きさよりも小さい、
   熱交換ユニット。
2. 前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数段の前記流入路において最下段に位置する前記流入路である第一流入路及び前記最下段の１つ上の段に位置する前記流入路である第二流入路の少なくとも１つに配置されている、請求項１に記載の熱交換ユニット。
3. 前記摩擦部材の少なくとも一部は、前記複数段の前記流入路において最下段に位置する前記流入路である第一流入路と前記複数の第一伝熱管との間の空間及び前記最下段の１つ上の段に位置する前記流入路である第二流入路と前記複数の第一伝熱管との間の空間の少なくとも１つに配置されている、請求項１又は２に記載の熱交換ユニット。
4. 前記第一板は、前記流入路をなす第一平面を有し、
   前記摩擦部材は、前記第一平面に平行な面と所定の角度をなす第二平面を有する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の熱交換ユニット。
5. 前記第二平面は、前記摩擦部材の表面に含まれる平面において最大の面積を有する、請求項４に記載の熱交換ユニット。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の熱交換ユニットを備えた、吸収式冷凍機。

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