(57)【要約】【課題】伝熱性能が良く且つ構造が単純な再生器及びそのような再生器を備える吸収冷凍機を提供する。を提供する。【解決手段】吸収冷凍機に備えられる、吸収液の濃度を高める再生器１であって、吸収液を加熱する加熱用流体６１ｗが中空側を通る、ほぼ垂直に且つほぼ平行に所定の間隔をあけて配列された複数の中空プレート２０と、中空プレート２０同士を連結し、加熱用流体６１ｗを複数の中空プレート２０に供給する連結通路２１と、中空プレート２０を収納し、中空プレート２０の下部が吸収液で浸るように吸収液を溜めるシェル３とを備える再生器。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収冷凍機に備えられる、吸収液の濃度を高める再生器であって；
吸収液を加熱する加熱用流体が中空側を通る、ほぼ垂直に且つほぼ平行に所定の間隔をあけて配列された複数の中空プレートと；
前記中空プレート同士を連結し、前記加熱用流体を前記複数の中空プレートに供給する連結通路と；
前記中空プレートを収納し、該中空プレートの下部が吸収液で浸るように吸収液を溜めるシェルとを備える；
再生器。
【請求項２】
沸騰した吸収液が前記中空プレート同士の間を垂直方向上方に吹き上げられるように、前記中空プレート同士の間に垂直方向に延びる空間が形成された、請求項１に記載の再生器。
【請求項３】
沸騰した吸収液が前記中空プレート同士の間を垂直方向上方に吹き上げられるように、前記中空プレート同士の間に充填された充填材を備える、請求項１または請求項２に記載の再生器。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の再生器と；
前記再生器で加熱されて発生した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器と；
前記凝縮器で凝縮した冷媒を受け入れて蒸発させる蒸発器と；
前記再生器で濃度が高められた吸収液を受け入れて、前記蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収する吸収器とを備える；
吸収冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸収冷凍機の再生器及び吸収冷凍機に関し、特に伝熱性能が良く且つ構造が単純な再生器及びそのような再生器を備える吸収冷凍機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吸収冷凍機の再生器としては、図５の（ａ）に示すような満液式や（ｂ）に示すような潅水式が用いられてきた（例えば、特許文献１参照）。再生器では、吸収液を加熱して冷媒を蒸発させることによりその濃度を高める。満液式では液溜に溜められた吸収液を、内部に加熱媒体が流れる伝熱チューブ群で加熱する。潅水式では伝熱チューブの表面に吸収液を散布して表面に液膜を形成し、液が流れ落ちる間に吸収液を加熱する。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５６−４８７８１号公報（第５図）
【０００４】
【特許文献２】
特開平７−８３５３４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような従来の再生器では、満液式の場合は管群が溶液に浸っているために液高による蒸発の阻害があるという問題があった。すなわち、液の深いところでは液柱による圧力のため、液の表面に比べて蒸発しにくい。また、流下液膜式の場合は、伝熱性能は良いが液散布機構を必要とし構造が複雑になるという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、吸収冷凍機の再生器で、伝熱性能が良く且つ構造が単純な再生器及びそのような再生器を備える吸収冷凍機を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による再生器は、例えば図１に示されるように、吸収冷凍機に備えられる、吸収液の濃度を高める再生器１であって；吸収液を加熱する加熱用流体６１ｗが中空側を通る、ほぼ垂直に且つほぼ平行に所定の間隔をあけて配列された複数の中空プレート２０と；中空プレート２０同士を連結し、加熱用流体６１ｗを複数の中空プレート２０に供給する連結通路２１と；中空プレート２０を収納し、中空プレート２０の下部が吸収液で浸るように吸収液を溜めるシェル３とを備える。
【０００８】
このように構成すると、吸収液を加熱する加熱用流体が中空側を通る、ほぼ垂直に且つほぼ平行に所定の間隔をあけて配列された複数の中空プレートを備えるので、中空側を通る加熱用流体により中空プレートに接触する吸収液を加熱することができ、中空プレート同士を連結し、加熱用流体を複数の中空プレートに供給する連結通路を備えるので、各中空プレートに加熱用流体を供給することができ、中空プレートを収納し、中空プレートの下部が吸収液で浸るように吸収液を溜めるシェルを備えるので、下部の吸収液を加熱して濃縮することができる。
【０００９】
また請求項２に記載のように、請求項１に記載の再生器では、沸騰した吸収液が中空プレート２０同士の間を垂直方向上方に吹き上げられるように、中空プレート２０同士の間に垂直方向に延びる空間が形成されるようにしてもよい。
【００１０】
このように構成すると、沸騰した吸収液が中空プレート同士の間を垂直方向上方に吹き上げられるように、中空プレート同士の間に垂直方向に延びる空間が形成されるので、溶液は空間内を気泡ポンプ効果によって持ち上げられる。
【００１１】
また請求項３に記載のように、請求項１または請求項２に記載の再生器では、沸騰した吸収液が中空プレート２０同士の間を垂直方向上方に吹き上げられるように、中空プレート２０同士の間に充填された充填材を備えるようにしてもよい。
【００１２】
このように構成すると、充填材の間を沸騰した吸収液が上方に吹き上げられる。
【００１３】
また中空プレート２０の中空内に充填材を有するようにしてもよい。このときは、該充填材は、伝熱を助ける伝熱フィンとして作用する他に、中空プレートの機械的補強、加熱流体の流れ分布の均一化を助ける。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項４に係る発明による吸収冷凍機は、例えば図２に示されるように、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の再生器Ｇと；再生器Ｇで加熱されて発生した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器Ｃと；凝縮器Ｃで凝縮した冷媒を受け入れて蒸発させる蒸発器Ｅと；再生器Ｇで濃度が高められた吸収液を受け入れて、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収する吸収器Ａとを備える。
【００１５】
このように構成すると、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の再生器Ｇを備えるので、熱通過率の高い再生器を備える吸収冷凍機を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号あるいは類似符号を付し、重複した説明は省略する。
【００１７】
図１の模式的断面図、斜視図を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。（ａ）は、本発明の第１の実施の形態の再生器１の一部破断の正面図である。再生器１は熱交換器の一種である。再生器１は、狭い間隔をもって並べられた複数のプレート２０と接続管２１とを含んで構成されるプレート群２と、それを収容するシェル３を備えている。
【００１８】
プレート２０は水平面にほぼ垂直に、言い換えればほぼ鉛直方向に立てて配列されている。接続管２１はほぼ水平方向に配置され、プレート２０を貫通している。
シェル３には被加熱流体である吸収液（適宜「溶液」ともいう）の供給口３０と蒸気排出口３１、およびプレート群２に加熱流体である温水乃至水蒸気を供給・排出するための接続口２２ａ、２２ｂが設けてある。ここでは、供給口３０はシェル３の底部に、蒸気排出口３１は、シェル３の上部に形成されている。また接続口２２ａは加熱流体の入口であり、矩形のプレート２０の上隅に、接続口２２ｂは加熱流体の出口であり、矩形のプレート２０の前記接続口２２ａとは対角線上の反対側である下隅に形成されている（（ｂ）参照）。
【００１９】
各プレート２０は、（ｂ）の斜視図に示すように、実質的に同サイズで勝手反対に形成された矩形の板２０ａと板２０ｂを袋状に貼り合わせて構成されている。板２０ａと板２０ｂとの間には中空部が形成されるので、プレート２０は本発明の中空プレートを構成していることになる。図中右上隅に加熱流体供給用接続管２１ｃを貫通するための孔２０ｃが形成され、左下隅に加熱流体排出用接続管２１ｄを貫通するための孔２０ｄが形成されている。孔２０ｃ側からプレート２０の内側に加熱流体を供給し、孔２０ｄ側から加熱流体を排出するように構成されている。なお接続管２１ｃと２１ｄとを区別して説明する必要のないときは、単に接続管２１という。
【００２０】
接続管２１ｃ、２１ｄには、複数のプレート２０の並べられた前記狭い間隔と同じ間隔で複数の孔が明けられており、その孔がプレート２０内（板２０ａと板２０ｂとの間）に開口するように構成されている（（ａ）の部分断面部分を参照）。プレート２０、接続管２１ｃ、２１ｄは、オーステナイト系のステンレス鋼（例えばＪＩＳ３１６Ａ）で作られている。また、接続管２１ｃ、２１ｄとプレート２０とは銅ロウなどによって接着されている。
【００２１】
上記のような構成において、接続管２１ｃを通して供給される加熱流体は接続管２１ｃの前記孔から各プレート２０の内部に流入し、接続管２１ｄの前記孔を通過して接続管２１ｄを経由して排出される。加熱流体が水蒸気のときは特に上隅の孔を貫通する接続管２１ｃから供給され、下隅の孔を貫通する接続管２１ｄから凝縮液として排出されるように構成するのがよいが、過熱流体が温水のときは下隅の接続管２１ｄから供給され、上隅の穴を貫通する接続管２１ｃから排出されるように構成してもよい。
【００２２】
前記加熱流体が板２０ａおよび板２０ｂを介してプレートの外側にある被加熱流体である吸収液を加熱する。板２０ａおよび板２０ｂの表面は、機械的強度確保および伝熱性能向上のために突起または波状に絞り加工するとよい。
【００２３】
（ｃ）の平面図（鉛直方向上方から見た図）に示すように、各プレート２０の間には、充填材としての波板２０ｄが挟まれていて、これらは銅ロウなどによって接着されている。波板２０ｄとプレート２０とが、本発明の垂直方向に延びる空間を形成している。波板２０ｄの材料は板２０ａ、２０ｂと同材質とするのがよい。前記のように、板２０ａと板２０ｂ、および接続管２１ｃ、２１ｄなどの各々の部品は銅ロウ付けなどにより接着されている。
【００２４】
次に、熱交換器１の機能について説明する。加熱流体である水蒸気や温水は接続口２２ａからプレート群２に供給され、接続管２１ｃを通って各プレート２０に分配され、被加熱流体である吸収液を加熱した後、再び接続管２１ｄに集合して接続口２２ｂから排出される。
【００２５】
一方、被加熱流体である吸収液は希溶液として供給口３０から流入してシェル３内に溜まり、その液面４はプレート群２の下方の一部が吸収液に浸かるような位置となっている。シェル３の内部に溜まった吸収液は、プレート２０の内部を流れる加熱流体によって加熱され沸騰し、発生した冷媒蒸気の噴出エネルギーによって吸収液の一部が気泡ポンプのように複数のプレート２０同士の間の波板２０ｄによって仕切られた鉛直方向に形成された空間内を持ち上げられて、吸収液の液面４（沸騰していないとした状態の液面高さ）より上部のプレート伝熱面を濡らす。プレート２０の上部に持ち上げられた吸収液は、プレート２０の内部に供給されている加熱流体によってさらに加熱されて蒸発し、蒸発した蒸気はシェル３の上部に形成された蒸気排出口３１から排出される。
【００２６】
図２のフロー図を参照して、第１の実施の形態の再生器を構成要素として備える本発明の第２の実施の形態である吸収冷凍機５を説明する。本図の吸収冷凍機は、単効用の吸収冷凍機５であり、冷媒を蒸発して冷水を冷却する蒸発器Ｅ、蒸発器Ｅで蒸発した冷媒蒸気を吸収する吸収器Ａ、吸収器Ａで冷媒蒸気を吸収して低濃度になった希溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させ再生する再生器Ｇ、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気を凝縮する凝縮器Ｃ、吸収器Ａから再生器Ｇに送られる希溶液と再生器Ｇから吸収器Ａに送られる濃溶液との間で熱交換させる溶液熱交換器５０、吸収器Ａから再生器Ｇに溶液を送る溶液ポンプ５１、凝縮器Ｃから蒸発器Ｅに冷媒液を戻す冷媒配管５２、再生器Ｇから吸収器Ａに濃溶液を送る濃溶液配管５３、吸収器Ａから再生器Ｇに希溶液を送る希溶液配管５４、吸収器Ａに冷却水５５ｗを供給し又戻す冷却水配管５５、凝縮器Ｃに冷却水５６ｗを供給し又戻す冷却水配管５６を含んで構成されている。
【００２７】
再生器Ｇは、既に説明した図１の再生器１のように構成されている。吸収冷凍機５には、加熱流体としての温水や水蒸気を供給する加熱流体供給源としての排温水源６が、温水配管６１により接続されている。また、吸収冷凍機５で作られた冷水を供給する冷凍負荷としての室内空調機７が、冷水配管７１により接続されている。
【００２８】
単効用の吸収冷凍機５のサイクルについて説明する。蒸発器Ｅで冷水配管７１を通して供給される冷水７１ｗから熱を奪い蒸発した冷媒蒸気は、吸収器Ａにて冷却水配管５５を通して供給される冷却水５５ｗで冷却されている溶液に吸収される。冷媒を吸収して吸収剤の濃度が低下した希溶液は、希溶液配管５４に挿入配置された溶液ポンプ５１によって溶液熱交換器５０に送られ、そこで再生器Ｇから戻る高温の濃溶液と熱交換し、昇温して再生器Ｇに入る。再生器Ｇでは温水配管６１を通して供給される温水６１ｗによって溶液が加熱され、冷媒蒸気を放出して濃縮される。この濃溶液は濃溶液配管５３を通して溶液熱交換器５０に送られ、ここで熱回収され温度が低下して吸収器Ａに戻る。一方、再生器Ｇで発生した冷媒蒸気は、凝縮器Ｃで冷却水配管５６を通して供給される冷却水５６ｗに冷却され凝縮する。凝縮した冷媒液は冷媒配管５２を通して蒸発器Ｅに戻り、サイクルを一巡する。
【００２９】
吸収冷凍機５の再生器Ｇでは、温水や蒸気などによって溶液を加熱沸騰させて溶液を煮詰め、濃度の高い溶液を作る。この再生器Ｇに本発明の実施の形態である熱交換器を適用した場合、上述の気泡ポンプ効果によってプレート２０が溶液で一様に濡らされるため、従来技術で用いられている溶液散布機構が不要になる。
【００３０】
図３の模式的平面図を参照して、本発明の第３の実施の形態である再生器を説明する。機器の構成は第１の実施の形態とほぼ同じであるが、以下の点が異なっている。
本図はプレート群２を上方から見た図、いわば上面図である。本実施の形態では、図示のように、複数のプレート２０同士の間に第１の実施の形態で説明した波板２０ｄを挟む代わりに、充填材としてのフィン２０ｆを挟み、プレート２０とフィン２０ｆとは相互にロウ付けされている。プレート２０とフィン２０ｆとは、鉛直方向に形成された縦長の空間を形成するので、溶液が沸騰して発生した蒸気と溶液の２層流は、プレート２０とフィン２０ｆとの間の前記空間内を気泡ポンプ効果によって持ち上げられる。この作用は第１の実施の形態と同様である。
【００３１】
図４の模式的平面図を参照して、本発明の第４の実施の形態である再生器を説明する。機器の構成は第１の実施の形態とほぼ同じであるが、以下の点が異なっている。
本図はプレート群２を上方から見た図、いわば上面図である。本実施の形態では、図示のように、複数のプレート２０同士の間に第１の実施の形態で説明した波板２０ｄを挟む代わりに、プレート２０自身を波板状に加工して、複数のプレート２０は相互にロウ付けされている。波板状のプレート２０同士の間には、ほぼ鉛直方向に形成された縦長の空間２０ｇが形成される。したがって、溶液が沸騰して発生した蒸気と溶液の２層流は、波板状に加工されたプレート２０同士の間の前記空間２０ｇ内を気泡ポンプ効果によって持ち上げられる。この作用は第１の実施の形態と同様である。
【００３２】
プレート２０の内部、いわば板２０ａと板２０ｂとの間に形成された中空部に不図示の充填材を充填してもよい。その充填材は、波板２０ｅやフィン２０ｅのようなものとすればよい。このように構成すると、加熱流体とプレート２０との伝熱が促進されるだけでなく、板２０ａ、２０ｂの物理的な補強ともなる。充填材の材料は、板２０ａ、２０ｂと同じ材質とするのが好ましい。
【００３３】
以上のように本発明実施の形態によれば、再生器を、プレート群とそれを収める容器とを含んで構成し、溶液の液面をプレートの一部が浸る程度にする。溶液はプレートの中を通る熱媒により熱せられ、発生した冷媒蒸気の噴出エネルギーの気泡ポンプ効果によって、溶液がプレート間に持ち上げられ、溶液面より上部のプレート伝熱面を溶液で濡らす効果が得られる。これによって、溶液に浸っていないプレート上部に液膜を形成することができるため、伝熱性能の向上が期待できる。
【００３４】
また、溶液が沸騰する際のスプラッシュ効果が鉛直方向に延びる空間により促進されているので、スプラッシュ効果によって溶液が跳ね上げられる高さが十分となり、伝熱部を浸す溶液量を多くすることができる。このように、本発明の実施の形態によれば、液高の影響が小さく、また溶液を溜める量が少ないので、循環する溶液量を減らすこともできる。溶液量が少なくて済めば、溶液のコスト上有利になり又取り扱いが容易になる他、吸収冷凍機の起動時間を短縮することができる。
【００３５】
プレートとプレートの間に、充填するのは波板やフィンに限らず、例えばコイルであってもよい。このような構造としても、溶液の持ち上げ効果を増すことができる。
【００３６】
以上の実施の形態では、プレート２０は、プレート２０とは別体の接続管２１で接続されるものとして説明したが、これに限らず、接続管２１はプレート２０と一体に形成してもよい。例えば、板２０ａの孔２０ｃの周囲を円筒状に突出するように例えばプレスで打ち出す。板２０ｂの孔２０ｃの周囲を板２０ａの前記円筒状突出部と対応させて円筒状に突出するように打ち出す。孔２０ｄについても同様にする。このようにして作った板２０ａと２０ｂとを合わせて組み立て、円筒状突出部同士をロウ付け等で接合する。複数の板２０ａ、２０ｂのセットをこのようにして組み立てれば、円筒状の突出部が全体として接続管を構成する。
【００３７】
以上のような再生器は、伝熱性能が良く且つ構造が単純であるので、例えば家庭用の吸収冷凍機のような小型で性能の良い吸収冷凍機に適している。
【００３８】
吸収冷凍機５の作動媒体は、典型的には臭化リチウムを吸収剤とし水を冷媒とするものであるが、これに限らず、水を吸収剤としアンモニアを冷媒とするものであってもいいし、その他の吸収剤と冷媒を用いてもよい。
以上の実施の形態では、吸収冷凍機５は、単効用として説明したが、これに限らず例えば多重効用吸収冷凍機、多段吸収サイクル吸収冷凍機であってもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、吸収液を加熱する加熱用流体が中空側を通る、ほぼ垂直に且つほぼ平行に所定の間隔をあけて配列された複数の中空プレートを備えるので、中空側を通る加熱用流体により中空プレートに接触する吸収液を加熱することができ、中空プレート同士を連結し、加熱用流体を複数の中空プレートに供給する連結通路を備えるので、各中空プレートに加熱用流体を供給することができ、中空プレートを収納し、中空プレートの下部が吸収液で浸るように吸収液を溜めるシェルを備えるので、下部の吸収液を加熱して濃縮することができ、結果として伝熱性能が良く且つ構造が単純な再生器及びそのような再生器を備える吸収冷凍機を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である再生器の構造を示す一部断面正面図、斜視図、拡大平面図である。
【図２】図１に示す再生器を備える、本発明の第２の実施の形態である吸収冷凍機のフロー図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である再生器の構造を示す平面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態である再生器の構造を示す平面図である。
【図５】従来の再生器の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  再生器
２  プレート群
３  シェル
６  温水源
７  室内空調機
２０  プレート
２０ａ、２０ｂ  板
２１ｃ、２１ｄ  接続管
２２ａ、２２ｂ  接続口
３０  溶液供給口
３１  蒸気排出口
５０  溶液熱交換器
５１  溶液ポンプ
Ａ  吸収器
Ｃ  凝縮器
Ｅ  蒸発器
Ｇ  再生器
【図１】
2004211978.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004211978.tif 000007