JPH11159913A - 吸収式冷凍機用再生器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱管の壁温が異常に上昇するのを防止し
て、腐食や晶析を生じさせないようにする。それによ
り、長寿命化とコンパクト化を可能とした吸収式冷凍機
用再生器を得る。また、熱源としてのバーナーの低ＮＯ
_x 、低未燃分燃焼をも可能とする吸収式冷凍機用再生器
を得る。 【解決手段】 吸収式冷凍機用再生器Ａは伝熱室２内に
多数の伝熱管７１、７２を有しており、希釈された吸収
溶液は多数の伝熱管の中のバーナー３に近接する第１の
伝熱管群７１のみを通して伝熱室内に導入され、しかる
後、他の伝熱管群７２に案内されるようされる。そし
て、前記バーナー３に近接する第１の伝熱管群７１の入
り口部分をキャビティ構造ａとし、サブクール領域で第
１の伝熱管群７１に入り込む希釈吸収溶液のサブクール
沸騰を促進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は吸収式冷凍機用再生器に
関し、特に、バーナーに近接する伝熱管群の壁温が異常
昇温しないようにし、それにより、伝熱管に腐食が発生
するのを防止するようにした吸収式冷凍機用再生器に関
する。

【０００２】

【従来の技術】冷媒として水を用い、吸収溶液として臭
化リチウム溶液のような吸湿性の高い物質を用いた吸収
式冷凍機は知られている。図７は、吸収式冷凍機で用い
られる再生器Ａの一例を示す断面図であり、本体ケーシ
ング１は内部に伝熱室２を有し、伝熱室２の一方の側端
部には加熱源としてのバーナー３が火炎をほぼ水平方向
に伝熱室２内に噴射するように取り付けられており、伝
熱室２の他方側端部には燃焼ガス排気用の煙突４が配置
される。伝熱室２の下部には下部吸収溶液溜まり５が、
また、上部には上部吸収溶液溜まり６が設けられ、上下
の吸収溶液溜まり５、６は、バーナー３の火炎に接しな
い位置において伝熱室２内にほぼ垂直方向に配置された
複数本の伝熱管７により連通されている。下部吸収溶液
溜まり５は配管８を介して吸収式冷凍機の吸収器（不図
示）に連通しており、冷媒を吸収して希釈した吸収溶液
が吸収器から下部吸収溶液溜まり５に送給される（特開
平５−１８７７４０号公報等参照）。吸収溶液は送給圧
及びバーナー３の火炎と燃焼ガスによる加熱による対流
により、複数の伝熱管７内をほぼ均等に上昇して上部吸
収溶液溜まり６に達する。吸収溶液に吸収された冷媒は
バーナー３の加熱によって蒸気化し、気化した冷媒は凝
縮器（不図示）に送られ液化した後に蒸発器（不図示）
へ送られる。また、冷媒の気化により濃縮された吸収溶
液は配管９から吸収器に送給され、再び冷媒の吸収を行
う。

【０００３】他の形式の吸収式冷凍機用再生器として、
図８に示すように、伝熱管群を２つに分け、冷媒を吸収
して希釈した吸収溶液をバーナーに近接する伝熱管群７
１を通して伝熱室２内に導入し、そこを通過した後の吸
収溶液を下流側に位置する伝熱管群７に案内するように
したものも知られている（例えば、特開平９−３３１３
３号公報等参照）。従来、バーナーに近接した位置に伝
熱管を配置すると、その伝熱管群は燃焼火炎に直接接す
ることとなり、熱流束が非常に高く伝熱管の内壁及び吸
収溶液の温度が上昇して、伝熱管の腐食及び晶析（水等
の溶媒が過剰蒸発して溶質（吸収溶液）の量が当該溶媒
に対する溶解度を越えてしまい、溶質が結晶となって析
出する現象）を生じさせることから、伝熱管の有効寿命
が短縮し、結果として再生器そのものの有効使用期間を
短縮していた。

【０００４】前記特開平９−３３１３３号公報に記載さ
れるような形式の再生器の場合には、希釈した吸収溶液
は、バーナー３に近接した位置に配置される伝熱管群７
１を通って上部吸収溶液溜まり６に強制的に送給され、
上部吸収溶液溜まりに滞留した吸収溶液は戻り流路（不
図示）を通って下部吸収溶液溜まり５に流下し、さら
に、自然対流により下流の伝熱管７を通って再び上部吸
収溶液溜まり６に上昇するようにされており、そのため
に、伝熱管群７１内部の吸収溶液の温度を効果的に低下
させることができ、腐食や晶析を防止することを可能と
している。その結果、再生器をコンパクトに設計するこ
とができ、さらに、燃焼ガスの低ＮＯ_x 、低ＣＯ化を達
成しながら長期にわたり安定した運転が可能となる。な
お、図８において、３５は、伝熱管群７１の下端開口側
を下部吸収溶液溜まり５の空間から隔離するための枠体
であり、３６は、伝熱管群７１から噴出する吸収溶液の
上方への飛散を遮蔽するための遮蔽体である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、吸収式
冷凍機用再生器についての研究と実験を継続して行って
きているが、その過程において、図８に示す形式の再生
器を実機で用いたときに、特に、吸収溶液としてＬｉＢ
ｒ（臭化リチウム）水溶液を用いた場合に、バーナーに
近接する伝熱管群の入り口付近での壁温が急上昇し、腐
食の危険が生じうる経験した。この状態が継続すると再
生器の寿命は短くなり、実機としての使用は好ましくな
い。本発明は、希釈された吸収溶液が先ずバーナーに近
接する伝熱管群を通して伝熱室内に導入され、しかる
後、他の伝熱管群に案内されるようになっている形式の
再生器において生じる恐れのある上記のような不都合を
解消した再生器を得ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべ
く、さらに実験と研究を行った。実験は、実機と実質的
に同じ条件で運転可能な吸収式冷凍機の実験装置を用意
し、また、実機から得られた経験から吸収溶液入り口の
サブクール度を１０〜２５℃として、試供流体として水
とＬｉＢｒ水溶液の比較、伝熱管材質として従来用いら
れている鉄と耐蝕性のあるＳＵＳ３０４との比較を行っ
た。実験で得られた、伝熱管入り口からの距離と温度と
の関係を図４〜図６に示す。

【０００７】図４は、伝熱管材質はＳＵＳであり、試供
流体は水の場合である。この場合には、水は飽和温度以
下で流入するにもかかわらず、伝熱管の壁温は一定であ
り温度上昇は起こっていない。図５は、伝熱管材質はＳ
ＵＳであり、試供流体はＬｉＢｒ水溶液の場合である。
この場合には、ＬｉＢｒ水溶液のサブクール領域での伝
熱管の壁温は異常に上昇しており、飽和温度に達した後
もまだある程度の昇温を示している。このことは、良好
な伝熱媒体である水の場合には問題はないが、ＬｉＢｒ
水溶液ではサブクール領域での伝熱性能が劣るため、す
なわち、ＬｉＢｒ水溶液ではサブクール沸騰が起きにく
く、沸騰開始するための過熱度が水よりも必要となり壁
面温度が上昇しているものと思われた。

【０００８】そこで、伝熱管材質は鉄であり、試供流体
がＬｉＢｒ水溶液の場合について実験したところ、図６
に示すように、伝熱管の壁温はほぼ一定でありサブクー
ル領域での伝熱性能低下は見られなかった。これは、鉄
の方が表面性状が粗く、沸騰核となるキャビィテイが表
面に多く存在し、サブクール沸騰の開始点が速くなった
結果、伝熱性能が改善されたものと解された。

【０００９】上記のことは、吸収式冷凍機用再生器にお
いて、希釈吸収溶液が流入する伝熱管の入り口部に、サ
ブクール領域にある吸収溶液のサブクール沸騰を促進す
るような手段を施しておけば、伝熱性能が改善され、伝
熱管の壁面の急激な温度上昇は抑制できることを示して
いる。本発明は上記の知見に基づくものであり、伝熱室
内に多数の伝熱管を有し、希釈された吸収溶液は前記多
数の伝熱管の中のバーナーに近接する伝熱管群を通して
伝熱室内に導入され、しかる後、他の伝熱管群に案内さ
れるようになっている形式の吸収式冷凍機用再生器にお
いて、前記バーナーに近接する伝熱管群における少なく
とも吸収溶液の入り口部分に吸収溶液の沸騰を促進する
ためにキャビティ構造を形成することを特徴とする。

【００１０】バーナーに近接する伝熱管群の吸収溶液入
り口部にキャビティ構造を形成することにより、サブク
ール領域にある吸収溶液のサブクール沸騰が促進され、
伝熱性能の低下が生じないことから、伝熱管群の壁温の
上昇を阻止することができ、長い実機としての使用に適
した寿命の吸収式冷凍機用再生器が得られる。なお、本
発明で「キャビティ構造」というのは、熱交換技術分野
において、核沸騰の気泡発生には微小ではあるが有限の
大きさの核が必要であり、伝熱面上の切り欠きやくぼみ
等のいわゆるキャビティに捕獲された蒸気が核となるこ
とは知られているが、このような現象を引き起こすこと
のできる「キャビティ」の構造を総称するものであり、
例えば、伝熱管の内表面に金属の粒子を焼結あるいは熔
射して得られた多孔質構造、あるいは、伝熱管の内表面
にサンドブラストを施して得られた構造、等であってよ
い。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施例により本発明をより
詳細に説明する。図１は本発明による吸収式冷凍機用再
生器の一実施の形態の断面図であり、図２はバーナーに
近接する伝熱管群の吸収溶液入り口部に形成されるキャ
ビティ構造を拡大して説明する図であり、図３は吸収式
冷凍機用再生器の他の実施の形態の断面図である。

【００１２】図１に示す吸収式冷凍機用再生器Ａは、図
８に基づき先に説明した従来知られた再生器とほぼ同様
の構成であり、同じ部材には同じ符号を付して、その詳
細な説明は省略する。図示されるように、伝熱管群は、
バーナーに近接する第１の伝熱管群７１とそれより下流
側に位置する第２の伝熱管群７２に分かれており、本発
明の再生器において、第１の伝熱管群７１が伝熱室２内
に位置する部分における下流側部分には、その内面に、
図２に示すように、多数のキャビティ構造ａが形成され
る。キャビティ構造ａは任意であり、前記したように、
伝熱管の内表面に金属の粒子を焼結あるいは熔射して得
られた多孔質構造、あるいは、伝熱管の内表面にサンド
ブラストを施して得られた構造、等であってよい。

【００１３】吸収式冷凍機の運転時に、冷媒を吸収して
希釈した吸収溶液は、配管８から吸収溶液入口ヘッダー
の機能を果たす方形枠体３５を通って前記第１の伝熱管
群７１を上昇し、上部吸収溶液溜まり６に強制的に送給
される。吸収溶液は第１の伝熱管群７１を上昇する過程
で強い熱流束の下に晒されるが、本発明において、第１
の伝熱管群７１における吸収溶液の入り口部に多数のキ
ャビティ構造ａが形成されるために、もしＬｉＢｒ水溶
液のような希釈吸収溶液がサブクール領域で第１の伝熱
管群７１に入り込む場合でも、容易にサブクール沸騰を
生起させることができる。それにより、伝熱性能低下を
起こすことなく、高い熱流束は有効に吸収される。その
結果、伝熱管群７１の壁温が急激に上昇することはな
く、伝熱管に腐食や晶析を発生するのは効果的に阻止さ
れて、実機に使用した場合での再生器の有効寿命を長く
することができる。

【００１４】第１の伝熱管群７１から噴出する吸収溶液
は上方の遮蔽板３６により飛散が抑制されながら、上部
吸収溶液溜まり６の全面に広がり、戻り流路（不図示）
を流下して下部吸収溶液溜まり５に達し、そこから第２
の吸収溶液上昇流路を構成する第２の伝熱管群７２を通
って、再び、上部吸収溶液溜まり６に戻ってくる。この
吸収溶液の循環系は図８に示す従来のものと同様であ
る。

【００１５】上記のとおりであり、本発明による吸収式
冷凍機用再生器によれば、伝熱室２の内部のほぼ全域に
伝熱管７１、７２を配置しても、従来の再生器のように
バーナーに近接した伝熱管群７１に腐食や晶析が発生す
ることはない。従って、同じ能力を持つ再生器全体を、
従来よりもコンパクトに設計することが可能となり、寿
命の短縮傾向も生じない。さらに、火炎温度の低下及び
燃焼ガスの高温場における対流時間の低下から、低ＮＯ
_x 燃焼が可能となり、また、未燃分の発生も抑制され
る。

【００１６】なお、第１の伝熱管群７１の内面に形成す
るキャビティ構造ａは、その全長にわたって形成しても
よいが、一旦サブクール沸騰が生起すれば、それ以降の
内周面は平坦であっても沸騰は継続する。そのために、
長くとも入り口から全長の１／３程度の距離までにキャ
ビティを形成すれば、実機としては充分に機能を奏する
ことができる。

【００１７】図３は他の実施の形態を示している。この
再生器は、前記した吸収溶液入口ヘッダーの機能を果た
す方形枠体３５の形状において、図１の再生器と異なっ
ている。すなわち、この方形枠体３５の周囲には所定の
間隔で多数のスリット７４が形成されており、起動時等
において、下部吸収溶液溜まり５の吸収溶液が前記スリ
ット７４から流入し、第１の伝熱管群７１を自然対流に
より上昇する。すなわち、作動当初での熱流束は自然対
流により循環する吸収溶液により吸収され、通常運転時
には、第１の伝熱管群７１にポンプ圧による強制対流と
自然対流との双方による吸収溶液を循環させて、熱流束
を吸収する。この場合でも、第１の伝熱管群７１の入り
口部分に多数のキャビティ構造ａを形成しておくことに
より、伝熱管群７１の壁温の温度上昇を確実に阻止する
ことができ、実機に使用した場合での再生器の有効寿命
を長くすることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、バーナー火炎ら接する
伝熱管の壁温が異常に上昇するのを確実に阻止すること
が可能となり、従来の再生器と同じ能力を持つ再生器
を、寿命の短縮をもたらすことなく、コンパクトに設計
することが可能となる。さらに、バーナーの低ＮＯ_x 燃
焼が可能となり、また未燃分の発生も抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による吸収式冷凍機用再生器の一実施の
形態の断面図。

【図２】バーナーに近接する伝熱管群の吸収溶液入り口
部に形成されるキャビティ構造を拡大して説明する図。

【図３】吸収式冷凍機用再生器の他の実施の形態の断面
図。

【図４】実験で得られた、伝熱管入り口からの距離と温
度との関係を示すグラフ。

【図５】実験で得られた、伝熱管入り口からの距離と温
度との関係を示すグラフ。

【図６】実験で得られた、伝熱管入り口からの距離と温
度との関係を示すグラフ。

【図７】従来の吸収式冷凍機用再生器を示す断面図。

【図８】従来の他の吸収式冷凍機用再生器を示す断面
図。

【符合の説明】

Ａ…吸収式冷凍機用再生器、１…本体ケーシング、２…
伝熱室、３…バーナー、７１…第１の伝熱管（群）、７
２…第２の伝熱管（群）、５…下部吸収溶液溜まり、６
…上部吸収溶液溜まり、３５…吸収溶液入口ヘッダーと
しての方形枠体、ａ…バーナーに近接する伝熱管群の吸
収溶液入り口部に形成されるキャビティ構造

フロントページの続き (72)発明者 鹿沼 仁志 大阪府守口市京阪本通２−５−５ 三洋電 機株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収して希
   釈された吸収溶液を加熱濃縮する吸収式冷凍機用再生器
   であって、該吸収式冷凍機用再生器は伝熱室内に多数の
   伝熱管を有しており、該希釈された吸収溶液は該多数の
   伝熱管の中のバーナーに近接する伝熱管群を通して伝熱
   室内に導入され、しかる後、他の伝熱管群に案内される
   ようになっており、かつ、前記バーナーに近接する伝熱
   管群における少なくとも吸収溶液の入り口部分には吸収
   溶液の沸騰を促進するためにキャビティ構造が形成され
   ていることを特徴とする吸収式冷凍機用再生器。
2. 【請求項２】 前記キャビティ構造は、伝熱管の内表面
   に金属の粒子を焼結あるいは熔射して得られた多孔質構
   造であることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機
   用再生器。
3. 【請求項３】 前記キャビティ構造は、伝熱管の内表面
   にサンドブラストを施して得られたものであることを特
   徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機用再生器。