JPH071131B2 - 空冷吸収式冷温水機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無機、塩類吸収溶液を用い、冷媒蒸気吸収時
に発生する吸収液を直接空気冷却する空冷吸収冷温水機
に係り、吸収器・蒸発器を多段化させて熱交換を理想的
にする好適な空冷吸収式冷温水機に関する。

〔従来の技術〕

従来の空気吸収式冷温水機においては、特開昭61−2091
70号公報に示されるように、吸収器・蒸発器は二重管構
造で、外管が吸収管でその外側に空気冷却ファンを設け
ている。内面には濃溶液が膜状に流れ落ちて冷媒蒸気を
吸収している。蒸発管は吸収管の内側に位置し、その外
面を冷媒が膜状に流れ落ち、蒸発管内部を流れる冷水よ
り熱を奪い蒸発する。高温再生器、低温再生器を経て、
濃縮された濃溶液は熱交換器で冷却され、吸収器上部で
各吸収管に等分配され散布される。散布された濃溶液は
冷媒蒸気を吸収して稀溶液となり、稀溶液溜めに、落下
して集められ、溶液ポンプにより熱交換器を経由して高
温再生器に導かれる。冷媒蒸気の吸収により発生する熱
熱は、吸収管外面に設けられた、フィンを介して冷却風
によって奪い去られる。

一方、特開昭62−202972号公報によると、第５図に示さ
れるように、吸収器は複数の吸収段に分けられ、冷却風
が順次通過するように配置されている。各吸収段はそれ
ぞれ吸収液散布装置と、吸収液受皿とが設けられてい
る。濃溶液はまず冷却風出口に最も近い吸収段の受皿に
供給され、受皿にある吸収液と混合される。混合された
吸収液は、その段の吸収管群にポンプにより導入され、
吸収管内を冷媒蒸気を吸収しつつ落下し、もとの受皿に
戻る。吸収液の一部は次の段に供給され、同様の過程を
繰り返して順次上段の吸収段に運ばれ、除々に濃度を薄
くしていく。冷却風入口に最も近い吸収段では、吸収に
より稀溶液となった吸収液の一部がポンプにより熱交換
器を経て再生器に運ばれ、濃溶液となり再度循環する。

吸収器の冷却媒体に外気を用いる空冷式の吸収温水機の
場合、空気側の伝熱が悪いために大きな伝熱面積、ある
いは吸収温度と冷却温度との間に大きな温度差が必要と
なる。また、ファン動力の制限より、大量の外気が導入
できないと、冷却風の出口温度差が大きくなるため、一
層高い吸収温度が必要となる。一般的には、吸収液の濃
度を高くして高い吸収温度を保っているが、その場合、
濃度を高くすることによる晶析の危検性が大きくなり、
晶析温度が高い吸収液の開発や、新しい熱交換方法の工
夫が必要であった。

特開昭61−209170号公報では、二重管構造の採用により
非常にコンパクトな吸収器・蒸発器の実現が可能とな
り、また冷媒蒸気の流入抵抗による圧力損失が少ない等
の利点がある。しかしながら、冷却風との熱交換につい
ては理想的とは言えない。つまり、濃溶度は高温ですべ
ての吸収段の吸収管に分配され、それぞれの吸収管を出
る時は、稀溶液となって比較的低温になっている。しか
し冷却風は同温度で吸収管全域に対して直角に当たるた
め、吸収管上部では温度差が大きくて吸収能力も大き
く、下部では温度差が小さくて、吸収能力に大きな違い
が発生する。また、蒸発器についても、冷水の流速をあ
る程度大きくする必要から、直列に接続の必要があっ
た。このため、蒸発能力についても、冷水入口側付近の
蒸発管と出口付近の蒸発管では蒸発能力が異なり、同一
冷媒量の供給によって無効な冷媒の発生が起きる可能性
がある。

特開昭62−202992号公報においては、熱交換方法に工夫
がなされている。吸収器は多段に分けて配置され、上段
から下段に吸収液濃度が除々に低くなっているため、吸
収温度も除々に低くなっている。一方、冷却風は吸収器
の下段側より低温で供給され、除々に暖められて上段側
より出ていく。そのため、冷却風と吸収器とは向流熱交
換に近い形となり、効率のよい熱交換が可能となる。ま
た、それぞれの吸収段の吸収液は、その吸収段を溶液循
環比とは無関係に大きくすることができる。これは吸収
管の漏れ性を向上させることができると共に、若干の液
膜伝熱係数を向上させる可能性がある。しかし一方で、
吸収段で、吸収液散布器に運ばれる吸収液の濃度は、供
給量を多くすればする程薄くなり、吸収温度も低下して
しまうため、吸収温度差のメリットを充分に生かしてい
るとは言えない。また、冷媒蒸気は別に設けられた蒸発
器101より吸収器上部に供給され、吸収管内を下がって
いくが管径が一定であるため、吸収管上下で蒸気流速に
差が出て管内に圧力分布を発生する恐れがある。

すなわち、吸収器と冷却風の温度差に違いがあり理想的
でないとともに、冷水と冷媒蒸気との温度差が管によっ
て異なり、蒸発能力に差が出る。また蒸発器が別体に設
けられることで、冷媒蒸気の流入抵抗の増加と機器容積
の大型化の問題がある。そして従来例はともに、濃溶液
の濃度を高くとする必要があって晶析の危険性が増大す
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の空冷吸収式冷温水機にあっては、吸収器・蒸発器
内の冷水と冷媒蒸気との温度差が理想的でなく、溶液濃
度を高くするため晶析の危険性があり、また、蒸発器が
別体のために冷媒蒸気の流入抵抗の増加や、機器が大型
化する問題点があった。

本発明の目的は、多段化した吸収器・蒸発器のそれぞれ
の吸収段の内部圧力を独立させて外部流体と内部流体と
の温度を適正化し、コンパクトな吸収器・蒸発器を備え
た空気吸収式冷温水機を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

目的を達成するために、本発明に係る空冷吸収式冷温水
機は、再生器、凝縮器、吸収器・蒸発器及び熱交換器を
連通して冷媒及び吸収溶液をポンプにより循環し、蒸発
器で冷媒を蒸発させて該蒸発器の被冷却媒体流路を通過
する被冷却媒体から蒸発熱を奪って冷却し、吸収器に濃
溶液を供給して蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収させ、
この吸収熱を空冷除去する空冷吸収式冷温水機におい
て、前記吸収器・蒸発器を複数に分割してそれぞれ独立
した吸収・蒸発段を構成させ、それらの内部圧力をそれ
ぞれ独立させるとともに、それぞれの吸収・蒸発段に
は、吸収溶液・冷媒の散布装置が配設され、前記被冷却
媒体流路は被冷却媒体が各段の蒸発器を順次通過するよ
うに構成され、前記濃溶液はまず、被冷却媒体が最初に
導入される蒸発器のある吸収・蒸発段の吸収器に供給さ
れ、該吸収・蒸発段を通過して冷媒蒸気を吸収した濃溶
液が、該吸収・蒸発段の被冷却媒体の下流にある吸収・
蒸発段の吸収器に順次供給されるように構成され、かつ
冷却空気は最も下流の被冷却媒体が通過する吸収・蒸発
段にまず導入され、該吸収・蒸発段を通過した冷却空気
が順次上流側の被冷却媒体が通過する吸収・蒸発段に流
れるように構成されていることを特徴とする。

〔作用〕

本発明によれば、吸収剤濃度の高い吸収液が供給される
吸収段と蒸発温度の高い蒸発段が組み合わされ、順次吸
収剤濃度が次に高い吸収液が供給される吸収段と蒸発温
度が次に高い蒸発段が組み合わされるので、吸収温度幅
が高温側に広くなり、吸収器を冷却する冷却風の出口温
度を高く設定できる。

〔実施例〕

本発明の実施例を第1,2,4図を参照しながら説明する。

第１図に示されるように、再生器（高温再生器１、低温
再生器５）、凝縮器（空気凝縮器８）、吸収器・蒸発器
100及び熱交換器（低温熱交換器６、高温熱交換器７）
を連通して冷媒及び吸収溶液をポンプ43により循環し、
吸収器・蒸発器100を垂直二重管に形成し吸収器に濃溶
液を供給して蒸発器で蒸発した冷媒蒸発を吸収させ、こ
の吸収熱を空冷除去する空気吸収式冷温水機において、
吸収器・蒸発器100を複数の吸収段10〜13に分割し、そ
れぞれの吸収段に冷媒を配分する冷媒散布管60を配設
し、それぞれの吸収段10〜13の内部圧力を独立させるよ
うに構成されており、それぞれの吸収段10〜13は仕切板
31〜33によって仕切られている。

高温再生器１及び低温再生器５で濃縮されて気液分離器
２で分離され高温熱交換器７で降温された濃溶液は、濃
度液導入管50で空冷ファン９で駆動される冷却風の吸収
器・蒸発器からの出口に最も近い吸収段10に導かれて吸
収段10の吸収管内面を膜状に流れ落ち、冷媒散布管60か
ら流入して内側の蒸発管20内を流れる冷水から熱を奪い
蒸発した冷媒蒸気を吸収し、溶液溜めに落下する。冷媒
蒸気を吸収する時に発生する熱は吸収管外側に設けられ
たフィンを介して外気によって奪い去られる。冷媒蒸気
吸収によって濃度が薄くなった吸収液は、ポンプ40〜42
により吸収液導入管51〜53を経由して次段に供給され、
吸収管内で冷媒蒸気を吸収しさらに薄くなって落下す
る。各吸収段で同様の操作を繰り返した後、冷却風入口
に最も近い吸収段13で吸収液は最も濃度の低い稀溶液と
なり、ポンプ43により熱交換器７及び６を通過して、高
温再生器１に運ばれて再度循環する。空冷凝縮器８で凝
縮した液冷媒は冷媒散布管60より各蒸発管20〜23に滴下
される。液冷媒の蒸発器入口にはフラッシュ蒸発を防ぐ
トラップが必要となるが、第１図では省略してある。蒸
発管20〜23の内部は冷水Ｃが冷却風出口側の蒸発管20か
ら入り、各吸収段10〜13に設けてある蒸発管21〜23を順
次直列に流れ、冷媒蒸発に熱を奪われ低温になった後、
冷却風入口側の蒸発管23から出て、ファンコイル等の空
調器に送られる。そしてそれぞれの吸収段10〜13の間は
仕切板31〜33により隔てられている。

次に本実施例の作用を説明する。

吸収器・蒸発器は、二重管構造のコンパクトなユニット
で二段以上の多段吸収過程を構成し、冷却風の温度変化
に応じて吸収段も配列されているため、向流熱交換に近
い熱交換形態を取る。吸収液はそれぞれの吸収管を１パ
スするのみであって流量は少ないが、吸収管の上下にお
ける温度変化が大きく、吸収管上部の温度がポンプで循
環量を増やす場合に比べ高く計画することができて有利
である。また流量が少ないための漏れれ性と吸収液膜の
伝熱係数の悪化は、吸収管内面の特殊加工と、界面活性
剤の使用により解決される。この発明の最大の特徴は、
吸収器の多段化のみならず、蒸発器の多段化にある。吸
収段は仕切板によってそれぞれ独立しているため、その
吸収段独自の内部圧力を持つことができる。つまり、冷
媒の蒸発温度は各蒸発管まわりの溶液温度及び冷水温度
に応じて変えることができて、二重管式吸収器・蒸発器
によってコンパクト化が達成される。

第２図は吸収器・蒸発器部分の状態の温度Ｔと圧力Ｐと
の関係がグラフ化して示され、図は吸収器・蒸発器が三
段ある場合である。Ｉは最も冷却風出口側に近い吸収段
であって、冷却風温度が上がって来ているため、高い吸
収温度が必要となってくるが、これは冷媒の温度を高く
することによって達成できる。この吸収段の蒸発器では
空調器から戻りの高い冷水温度を利用して、蒸発温度を
高く取ることができる。IIは次の吸収段で、冷水温度の
下がり具合に応じて、若干蒸発温度を下げることができ
るが従来より高めに設定できる。IIIは冷却風入口側の
吸収段であって、従来と同レベルの温度における吸収、
蒸発が起きる。合計の吸収温度はＢに示されるように、
大きな温度差が得られることになり、空冷式には有利と
なる。Ａは従来の吸収器の温度差である。また、吸収ラ
インが階段状になることにより、晶析ラインとの間に余
裕ができ、吸収器における晶析の危険性が少なくなる。
また蒸発器の蒸発温度に温度差をつけることができると
いうことは、空冷凝縮器から出てくる過熱状態の冷媒の
冷却による非可逆損失が減少でき、サイクル効率の改善
にも寄与する。

本発明の参考例を第３図に示す。

図示の参考例は、横に配列していた吸収段を縦に配列し
たことを特徴とし、各段の吸収管は冷却風の温度変化の
影響を受けないように配列されている。濃縮液導入管50
により運ばれた濃溶液は、各吸収段に等分配される目的
の吸収液トレイ35より吸収管15に入り、冷媒蒸気を吸収
して吸収液受け80に落下し、次の吸収液トレイ36に導か
れて、同様の作用を繰返し、最終的に稀溶液となって、
吸収液受け82に至り、ポンプ43により再循環される。冷
媒は冷媒散布管60により蒸発管20に滴下され蒸発する
が、蒸発し切れない冷媒は、冷媒受け70に溜って次の蒸
発器に滴下され、最終段では完全に蒸発するように設定
されている。冷却風は縦の各段に設けられているファン
91〜93により駆動され、吸収熱を取り去っている。

吸収段を縦配列することにより、吸収液の吸収段間の移
動を重力に任せ、ポンプの数を減らして良いが、各段は
それぞれ独立しているため、独自の圧力を保っている。
空冷ファンは各段の吸収能力に応じ、自由に風量を変え
られたため、省エネルギー効果もある。なお、動力消費
はファン91＞92＞93の順になる。

さらに、第４図は他の実施例を示す。縦の長い一本の吸
収管・蒸発管を用い、溶液トラップ45,46、冷媒トラッ
プ75,76により吸収管を隔絶し、多段化させたことが前
記の実施例と異なる。濃溶液導入管50により運ばれてき
た濃溶液は、各管に連通されている濃溶液トレイ55に入
り、吸収管15の内面を冷媒蒸気を吸収しつつ流れ、溶液
トラップ45に一旦溜り、下に流れていく。冷媒も同様に
冷媒散布管60により蒸発管20に膜状に流され、冷媒トラ
ップ75で一旦溜り、下に流れて行き、最終段で完全に蒸
発するように吸収器ユニット長さ、あるいは本数を調整
する。冷却風は吸収器ユニットの下部から入り、吸収管
外面に設けられた縦型フィンにより熱交換を行なって温
度が上がった後、上部でファンにより外気に放散させら
れる。

本実施例では、吸収液を吸収段間で移動させるポンプが
不要となる。また、吸収器に入る冷却風と吸収液とが完
全に向流熱交換を行なうことができる。

本発明によって、吸収器では、大きな温度差が得られる
ため、冷却風と、溶液との平均温度が高くでき、また、
向流熱交換に近い理想的な熱交換が行なえる。そして、
吸収器において吸収液は晶析ラインと操作ラインとの間
に余裕ができる。さらに、冷水と冷媒との熱交換も一定
の温度差に近くなって理想的な熱交換が可能となり、蒸
発温度を高くできることで、熱力学的なサイクル効率が
向上する。また、吸収器・蒸発器がコンパクトになり、
冷媒蒸気の圧力損失が少なくなる効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、冷却風出口側における冷却風温度を高
い値に設定することが可能になり、冷温水機の容量が同
一の場合、冷却風の風量を少なくすることができるとと
もに、吸収液の晶析が起きにくくなり、冷媒蒸気の圧力
損失が少なくなって吸収器・蒸発器がコンパクトな容積
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すフローチャート、第２
図は本発明の作用を説明するグラフ、第３図は本発明の
参考例を示すフローチャート、第４図は本発明の他の実
施例を示すフローチャート、第５図は従来の技術を示す
フローチャートである。 １……高温再生器、５……低温再生器、 ６……低温熱交換器、７……高温熱交換器、 ８……空冷凝縮器、10〜13……吸収段、 60……冷媒散布管、100……吸収器・蒸発器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】再生器、凝縮器、吸収器・蒸発器及び熱交
   換器を連通して冷媒及び吸収溶液をポンプにより循環
   し、蒸発器で冷媒を蒸発させて該蒸発器の被冷却媒体流
   路を通過する被冷却媒体から蒸発熱を奪って冷却し、吸
   収器に濃溶液を供給して蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸
   収させ、この吸収熱を空冷除去する空冷吸収式冷温水機
   において、前記吸収器・蒸発器を複数に分割してそれぞ
   れ独立した吸収・蒸発段を構成させ、それらの内部圧力
   をそれぞれ独立させるとともに、それぞれの吸収・蒸発
   段には、吸収溶液・冷媒の散布装置が配設され、前記被
   冷却媒体流路は被冷却媒体が各段の蒸発器を順次通過す
   るように構成され、前記濃溶液はまず、被冷却媒体が最
   初に導入される蒸発器のある吸収・蒸発段の吸収器に供
   給され、該吸収・蒸発段を通過して冷媒蒸気を吸収した
   濃溶液が、該吸収・蒸発段の被冷却媒体の下流にある吸
   収・蒸発段の吸収器に順次供給されるように構成され、
   かつ冷却空気は最も下流の被冷却媒体が通過する吸収・
   蒸発段にまず導入され、該吸収・蒸発段を通過した冷却
   空気が順次上流側の被冷却媒体が通過する吸収・蒸発段
   に流れるように構成されていることを特徴とする空冷吸
   収式冷温水機。