JP4821397B2 - 空冷吸収式冷凍装置の吸収器 - Google Patents

Description

本願発明は、間接空冷方式を採用した空冷吸収式冷凍装置の吸収器の構造に関するものである。

従来の一般的な空冷吸収式冷凍装置の吸収器は、例えば図７に示すように、吸収器３０を、多数の伝熱フィン９，９・・・を備えた複数本の伝熱管３ａ，３ａ・・・（溶液流入口３ｃ，３ｃ・・・）と、吸収溶液分配トレイ１１とから構成し、溶液循環路１３に設けた冷媒循環ポンプＰを介して吸収器３０の伝熱管３ａ，３ａ・・・内の冷媒通路３ｂ，３ｂ・・・に吸収溶液を流し、同溶液通路３ｂ，３ｂ・・・部分で蒸発器側からの冷媒蒸気を吸収させながら、吸収溶液を伝熱管３ａ，３ａ外周のファンＦの冷却風により冷却される空冷フィン９，９・・・で冷却する直接空冷方式であり、吸収器３０では、冷媒蒸気の吸収と吸収溶液の冷却とを同時に行うための気液界面の拡大が重要であるため、小型化への制約が大きい。

例えば、吸収溶液分配トレイ１１を含めた上下吸収器ヘッダー部分でのスペース、蒸気圧損考慮のための大口径管の使用、冷媒蒸気の流速制限に起因して蒸発器との連絡管が太くなる等である。

また、コスト的にも、溶接による接続箇所があるため、小型機では割高となる。

これに対して、例えば図８に示すように、溶液ポンプＰにより溶液循環路１２を介して筒状の吸収器３０内に流入する吸収溶液を伝熱管１５ａ，１５ａ・・・、伝熱フィン１７，１７・・・、上下ヘッダ１６ｂ，１６ａ、ファンＦ等よりなる空冷式の冷却器１５にて過冷却することによって、吸収器３０内では単に冷媒蒸気のみを吸収させ、吸収熱は同過冷却された吸収溶液の顕熱で取り去るだけの間接（溶液分離冷却）空冷方式があり、同方式では、冷却手段が不要となるだけ吸収器３０部分が小型化されるので、小型の空冷吸収器では有利である。

そこで、従来例の中には、そのような特徴を活用し、吸収溶液噴霧方式（図８の符号１４参照）による冷媒蒸気の吸収方法を採用した空冷吸収式冷凍装置の吸収器がある（特許文献１参照）。

特開平７−９８１６３号公報（明細書１−８頁、図１−１２）

しかし、同噴霧方式では吸収液噴霧ノズル１４の目詰まりや、溶液ポンプの吐出ヘッド増大による消費電力の増加等の問題がある。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、吸収器の冷却方式を、上記吸収器に流入する吸収溶液を空冷冷却器にて過冷却した溶液の顕熱で取り去るだけの間接空冷方式とする一方、吸収器の吸収部に液膜流下式のプレート構造を採用するとともに、その上部にプレートに吸収溶液を均等に分配するための吸収溶液分配トレイを設け、当該プレートの両面に上記過冷却後の吸収溶液を液膜状態で流すことによって、冷媒蒸気の吸収を促進させるようにした高効率かつ小型、低コストの空冷吸収器を提供することを目的とするものである。

本願発明は、同目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 第１の課題解決手段
この発明の第１の課題解決手段は、吸収器に入る吸収溶液を空冷冷却器にて過冷却し、蒸発器と一体で本体ケーシング内に収められた吸収器内で、蒸発器で蒸発させた冷媒蒸気を単に吸収させるだけで、吸収時に発生する吸収熱を過冷却された吸収溶液の顕熱で間接的に冷却する間接空冷方式を採用した吸収器を備えた空冷吸収式冷凍装置において、前記蒸発器および前記吸収器の各々上部に、冷媒および吸収溶液を均等に分配するための冷媒分配トレイおよび吸収溶液分配トレイを各々設けるとともに、前記蒸発器を、内部に被冷却体通路を形成したプレート熱交換器として、表面に冷媒を流下させて蒸発させることで内部の被冷却流体を冷却するように構成する一方、前記吸収器を、１枚の平面プレートの両面を溶液が液膜状態で流下するように構成したことを特徴としている。

このような構成によれば、吸収器を伝熱管ではなく１枚の平面プレートよりなるプレート部材で構成していることから、蒸発器との一体化も可能となり、小型化、低コスト化が可能となる。

また、同１枚の平面プレートの両面を吸収溶液が液膜状態で流下する液膜流下構造を採用しているから、従来例のような吸収溶液噴霧ノズルを使用するものと異なって、目詰まりや、溶液ポンプの吐出ヘッドの増大等がなく、消費電力も少ない。

また、吸収器の上部に、吸収溶液を均等に分配するための吸収溶液分配トレイを設けるとともに、前記蒸発器を、内部に被冷却体通路を形成したプレート熱交換器として、表面に冷媒を流下させて蒸発させることで内部の被冷却流体を冷却するように構成して、フラットなプレート面に均一に吸収溶液が流されるようにしているため、より均一な液膜化による吸収効率向上、冷却部不要による可及的な小型化を図ることができる。

さらに、吸収溶液冷却用の空冷冷却器には、汎用の伝熱管や熱交換器が使用できるため、大きくコストが低下する。

（２） 第２の課題解決手段
この発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、平面プレート部は、コルゲーションタイプの平面プレートよりなっている。

このような構成によれば、平面プレートとして効果的に液膜化が図られることはもちろん、液膜部の面積拡大により、より有効に吸収性能を向上させることができる。

（３） 第３の課題解決手段
この発明の第３の課題解決手段は、上記第１又は第２の課題解決手段の構成において、平面プレートのプレート部の表面に、液膜拡散手段を設けて構成されている。

このような構成によれば、プレート部表面の液膜を有効に拡散させ、下部側への流下を可及的に均一することができる。その結果、より有効に吸収性能を向上させることができる。

この液膜拡散手段としては、例えばプレート部の表面にディンプルや凹凸の溝を付けたり、さらに金網等を取り付けることなどが考えられる。

（４） 第４の課題解決手段
この発明の第４の課題解決手段は、上記第２の課題解決手段の構成において、コルゲーションタイプの平面プレートのプレート部には、多数の穴が設けられている。

このような構成によれば、平面部での吸収液の液膜化と多数の穴を介した液滴化とが可能となり、それらの両方で冷媒蒸気の吸収性能を一層大きく向上させることができる。

この場合、穴あきプレートとしては、例えばパンチングプレートやエキスパンドメタルなどの採用が可能であり、そのようにすると、容易に加工製作することができる。

以上の結果、本願発明によると、冷媒蒸気吸収性能の高い吸収器を低コスト、かつコンパクトに提供することが可能となるという効果がある。

また、１枚の平面プレートの両面を吸収溶液が液膜状態で流下する液膜流下構造を採用しているから、従来例のような吸収溶液噴霧ノズルを使用するものと異なって、目詰まりや、溶液ポンプの吐出ヘッドの増大等がなく、消費電力も少ないという効果もある。

また、吸収器の上部に、吸収溶液を均等に分配するための吸収溶液分配トレイを設けるとともに、前記蒸発器を、内部に被冷却体通路を形成したプレート熱交換器として、表面に冷媒を流下させて蒸発させることで内部の被冷却流体を冷却するように構成して、フラットなプレート面に均一に吸収溶液が流されるようにしているため、より均一な液膜化による吸収効率向上、冷却部不要による可及的な小型化を図ることができるという効果もある。

さらに、吸収溶液冷却用の空冷冷却器には、汎用の伝熱管や熱交換器が使用できるため、大きくコストが低下するという効果もある。

（最良の実施の形態１）
図１〜図３は、本願発明の最良の実施の形態１に係る空冷吸収式冷凍装置の吸収器の構成を示している。

先ず図１は、同吸収器３に対して蒸発器２を箱型の本体ケーシング４内に一体化した吸収器および蒸発器ユニット１部分の構成を箱型の本体ケーシング４の一部を切り欠いて示している。

この実施の形態の場合、吸収器３に入るＬｉＢｒ吸収溶液を図示しない空冷冷却器（図８参照）にて過冷却し、蒸発器２と一体で本体ケーシング１内に収められた吸収器３内で、蒸発器２で蒸発させた冷媒蒸気を単に吸収させるだけで、吸収時に発生する吸収熱を過冷却された吸収溶液の顕熱で間接的に冷却する間接（溶液分離冷却）空冷方式が採用されている。

そして、蒸発器２、吸収器３の各々上部には、図２、図３に示すように、冷媒、吸収溶液を均等に分配するための冷媒分配トレイ５、吸収溶液分配トレイ６を各々設け、蒸発器２は内部に被冷却体通路２１ａを形成した菱形構造のプレート熱交換器２１，２１・・・とし、表面に冷媒を液膜で流下させて蒸発させることで内部の被冷却流体（冷水等）を冷却するようになっている一方、吸収器３は単一の平面プレート３１，３１・・・の両面を溶液が液膜状態で垂直に流下することで、冷媒蒸気の吸収をより効果的に促進させるようになっている。

なお、図１中の７は希溶液の出口、８ａは冷水の入り口、８ｂは冷水の出口を示している。

このような構成によれば、吸収器３の吸収部を伝熱管ではなくプレート部材で構成することができるようになり、蒸発器２との一体化も可能となり、小型化、低コスト化が可能となる。

また、従来例のような吸収溶液噴霧ノズル（図８中の１４参照）を使用するものと異なって、目詰まりや、溶液ポンプの吐出ヘッドの増大等がなく、消費電力も少ない。

また、吸収溶液冷却用の空冷冷却器は、汎用の伝熱管や熱交換器が使用できるため（図８の構成参照）、大きくコストが低下する。

また、吸収器３の吸収部はフラットな平面プレート３１，３１・・・よりなっている。

このような構成によると、液膜化による吸収効率向上、冷却部不要による可及的な小型化を図ることができる。

それらの結果、冷媒蒸気吸収性能の高い吸収器を低コスト、かつコンパクトに提供することが可能となる。

（変形例１）
なお、以上のように構成した場合において、上記フラットな平面プレート３１，３１・・・の表面には、液膜を有効に拡散させ、その下部への流下状態をできるだけ均一化にするように、例えばディンプルや凹凸の溝を付けたり、さらに金網等を取り付けることもできる。

（最良の実施の形態２）
次に図４および図５は、本願発明の最良の実施の形態２に係る空冷吸収式冷凍装置の吸収器の構造を示している。

この実施の形態は、上記最良の実施の形態１の構成における吸収器３の各平面プレート３１，３１・・・を、例えば図４に示すような上下方向に所定の長さのコルゲーション構造に曲成するとともに、その表面３１ａ，３１ａ・・・に多数の穴３２，３２・・・を設け、平面部を上方側から下方側に流下する液膜化された吸収溶液をさらに多数の穴３２，３２・・・を介して効果的に液滴化させながら順次上段から下段に流下させるようにしたことを特徴とするものである。

このような構成によると、液膜形成のためのプレート部の面積が大きく拡大され、液膜面積が大きく拡大されるとともに、それらの広い範囲で上段側から下段側への液滴化が生じ、それらの両方の作用で冷媒蒸気の吸収性能が一段と大きく向上する。

（変形例１）
なお、以上のように構成した場合においても、上記多数の穴３２，３２・・・を有するコルゲーション構造の平面プレート３１，３１・・・の表面に、液膜を拡散させ、その下部への流下状態をできるだけ均一化にするように、例えばディンプルや凹凸の溝を付けたり、さらに金網等を取り付けることができる。

（変形例２）
また、以上のように、吸収器３の平面プレート３１，３１・・・を、多数の穴３２，３２・・・を備えたコルゲーション構造のものに形成した場合において、例えば図６に示すように、上記吸収器３と蒸発器４は横方向に並設して一体化することもできる。

このような構成によっても、上記図４のものと全く同様の作用効果を実現することができる。

本願発明の最良の実施の形態１に係る空冷吸収式冷凍装置の蒸発器および吸収器部分の構成を示す一部切欠斜視図である。 同装置の蒸発器部分の縦断面図である。 同装置の吸収器部分の縦断面図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る空冷吸収式冷凍装置の蒸発器および吸収器部分の構成を示す斜視図である。 同装置の吸収器およびトレイ部分の構成を示す斜視図である。 同装置の変形例２に係る蒸発器および吸収器部分の斜視図である。 従来一般の空冷吸収式冷凍装置の空冷吸収器の構成を示す図である。 従来の空冷吸収式冷凍装置の間接空冷方式の吸収器の構成を示す図である。

１は蒸発器および吸収器ユニット、２は蒸発器、３は吸収器、４は本体ケーシング、５は冷媒分配トレイ、６は吸収溶液分配トレイ、２１は蒸発器用プレート式熱交換器、２１ａは被冷却体通路、３１は吸収器用平面プレートである。

Claims (4)

1. 吸収器に入る吸収溶液を空冷冷却器にて過冷却し、蒸発器と一体で本体ケーシング内に収められた吸収器内で、蒸発器で蒸発させた冷媒蒸気を単に吸収させるだけで、吸収時に発生する吸収熱を過冷却された吸収溶液の顕熱で間接的に冷却する間接空冷方式を採用した吸収器を備えた空冷吸収式冷凍装置において、前記蒸発器および前記吸収器の各々上部には、冷媒および吸収溶液を均等に分配するための冷媒分配トレイおよび吸収溶液分配トレイを各々設けるとともに、前記蒸発器を、内部に被冷却体通路を形成したプレート熱交換器として、表面に冷媒を流下させて蒸発させることで内部の被冷却流体を冷却するように構成する一方、前記吸収器を、１枚の平面プレートの両面を溶液が液膜状態で流下するように構成したことを特徴とする空冷吸収式冷凍装置の吸収器。
2. 前記平面プレートは、コルゲーションタイプの平面プレートよりなっていることを特徴とする請求項１記載の空冷吸収式冷凍装置の吸収器。
3. 前記平面プレートのプレート部表面に、液膜拡散手段を設けて構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の空冷吸収式冷凍装置の吸収器。
4. 前記コルゲーションタイプの平面プレートのプレート部に、多数の穴が設けられていることを特徴とする請求項２記載の空冷吸収式冷凍装置の吸収器。

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