(57)【要約】【課題】液膜破断を防ぎつつ薄液膜化と流量確保とを実現して吸収器の高性能化並びに小型化を図ること。【解決手段】吸収器５は、吸収剤溶液６１及び冷媒蒸気６２を吸収管５１内に導いて冷媒蒸気６２を吸収剤溶液６１に吸収すると共にその吸収熱を吸収管外に放熱するものであり、吸収剤溶液６１を吸収管５１に導くための溶液導入部５３と、冷媒蒸気６２を吸収管５１に導くための冷媒蒸気導入管５３とを備える。この吸収器５では、冷媒蒸気導入管５５の外面と吸収管５１の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部５６が形成され、溶液縮流部５６の入口側が溶液導入部５３内と連通され、吸収剤溶液６１の圧力で溶液縮流部５６から吸収管５１の内壁に沿って吸収剤溶液６１Ａが環状に噴出されるように構成されている。【選択図】図２
2007085570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収剤溶液及び冷媒蒸気を吸収管内に導いて前記冷媒蒸気を前記吸収剤溶液に吸収すると共にその吸収熱を前記吸収管外に放熱する吸収器において、
前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導くための冷媒蒸気導入管とを備え、
前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部内と連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成した
ことを特徴とする吸収器。
【請求項２】
請求項１に記載の吸収器において、前記吸収管の内面にらせん状の溝を形成したことを特徴とする吸収器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の吸収器において、前記冷媒蒸気導入管の内面にらせん状の溝を形成したことを特徴とする吸収器。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の吸収器において、前記吸収管の外面に複数の拡大フィンを設けたことを特徴とする吸収器。
【請求項５】
請求項１から請求項４に記載の吸収器を備えたことを特徴とする吸収冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収器およびこれを備えた吸収冷凍機に係り、特に燃料または排熱を利用して冷房を行う吸収冷凍機及びこれに用いる吸収器に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の吸収冷凍機に用いられる吸収器としては、特開平４−１１６３５２号公報（特許文献１）の図５に示されたものがある。この特許文献１の図５に係る説明では、次のように開示されている。空冷吸収器は、上部ヘツダ及び下部ヘツダとそれに接合された複数本の伝熱管（吸収管）、この伝熱管の外側に嵌合された複数枚の空冷フィンから構成されている。前記伝熱管の内側には微細なフィンが設けられて吸収液（吸収剤溶液）の内熱・物質移動を促進する。上部ヘツダには伝熱管内に濃い吸収液を流下させる液散布装置及び吸収液を伝熱管群に分配する溶液ダクトが配置されている。蒸発器で発生した冷媒蒸気は上部ヘツダより伝熱管内に導かれて、溶液ダクト及び液散布装置により伝熱管の内側を流下させられる濃い吸収液に吸収される。その際の吸収熱は伝熱管及び空冷フィンを介して冷却空気に放熱する。
【０００３】
【特許文献１】特開平４−１１６３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の特許文献１の吸収器では、伝熱管の内側を重力により流下される吸収液（流下液膜）を用いているため、高性能化しようとして流下液膜の薄液膜化を図ると、液膜流量が低下してしまう、また、液膜破断（ドライパッチ（乾き面））が生じやすい、などの問題が発生する。このため、必要な溶液流量を確保しようとすると、流路幅が広がってしまうこととなり、吸収器が大型のものとなってしまうという課題があった。また、特許文献１では、伝熱管の内側に微細なフィンを設けて吸収液の内熱・物質移動を促進することが記載されているが、伝熱面の微細なフィンのみの伝熱促進によるコンパクト化には限界がある。
【０００５】
本発明の目的は、液膜破断を防ぎつつ薄液膜化と流量確保とを実現することで、吸収器の高性能化並びに小型化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を達成するために、本発明は、吸収剤溶液及び冷媒蒸気を吸収管内に導いて前記冷媒蒸気を前記吸収剤溶液に吸収すると共にその吸収熱を前記吸収管外に放熱する吸収器において、前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導くための冷媒蒸気導入管とを備え、前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部内と連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成したことにある。
【０００７】
係る本発明のより好ましい具体的な構成例は次の通りである。
（１）前記吸収管の内面にらせん状の溝を形成したこと。
（２）前記冷媒蒸気導入管の内面にらせん状の溝を形成したこと。
（３）前記吸収管の外面に複数の拡大フィンを設けたこと。
（４）上述の吸収器を備えた吸収冷凍機。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、吸収剤溶液及び冷媒蒸気を吸収管内に導いて前記冷媒蒸気を前記吸収剤溶液に吸収すると共にその吸収熱を前記吸収管外に放熱する吸収器において、前記吸収剤溶液を前記吸収管に導くための溶液導入部と、前記冷媒蒸気を前記吸収管に導く冷媒蒸気導入管とを備え、前記冷媒蒸気導入管の外面と前記吸収管の入口部の内面とが僅かな間隙を有するように形成して溶液縮流部とすると共に、前記溶液縮流部の入口側を前記溶液導入部に連通し、前記吸収剤溶液の圧力で前記溶液縮流部から前記吸収管の内壁に沿って前記吸収剤溶液を環状に噴出するように構成しているので、大流量の溶液を極めて薄い液膜として流すことができる。また、吸収剤溶液は、溶液噴出部において大きな運動エネルギーを有するため、その静圧が低下して冷媒蒸気を有効に吸引することができると共に、吸収剤溶液と冷媒蒸気との流れが下流部で馴染んで応力バランスが取られることにより溶液噴出部での過剰な運動エネルギーの一部が静圧上昇として回収される。さらには、吸収剤溶液と冷媒蒸気とが管内二相流として吸収管内面を流れるので、従来の重力による流下液膜式吸収管で問題となっていた液膜破断（ドライパッチ（乾き面））の発生を抑制することができる。これらにより、本発明では、従来の重力のみに頼っていた場合に比べて大幅に流量を増加することができ、液膜破断を防ぎつつ薄液膜化と流量の増大化の両立が可能となり、吸収器の高性能化並びに小型化を図ることができる。
【０００９】
また、前記好ましい構成例（１）によれば、吸収管の内面にらせん状の溝を形成しているため、吸収管内に環状に噴射された吸収剤溶液を旋回流させることができ、その遠心力によって液膜をさらに薄くすることができる。さらには、吸収管の溝付き面は拡大フィンとしても作用するため、通過する吸収剤溶液の体積に対して伝熱面積が増大し、実質的に液膜厚さを薄くする効果がある。このため、大きな伝熱促進効果が得られる。
【００１０】
また、前記好ましい構成例（２）によれば、前記冷媒蒸気導入管の内面にらせん状の溝を形成してあるので、冷媒蒸気も旋回流となって吸収器に流入する。このため吸収器での旋回流れをより効果的に発生させることができ、一層の吸収促進を図ることができる。
【００１１】
また、前記好ましい構成例（３）によれば、吸収管の外面に拡大フィンを設けているので、周囲の空気によって直接冷却することが可能である。空冷吸収器が実現でき、一層の小型コンパクト化が達成される。
【００１２】
また、前記好ましい構成例（４）によれば、吸収冷凍機に上述した吸収器を用いているので、非常に高性能かつ小型な吸収冷凍機を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図３を用いて説明する。
【００１４】
まず、本発明の第１実施形態の吸収冷凍機の全体に関して図１を参照しながら説明する。図１は本発明の第１実施形態の吸収冷凍機のサイクル構成図である。
【００１５】
図１において、１は高温再生器、２は低温再生器、３は凝縮器、４は蒸発器、５は吸収器、７は高温熱交換器、９は溶液ポンプ、１０は冷媒ポンプ、１１は冷水、１２は温水熱交換器、１３は温水、１７は液熱交換器、１９は溶液ポンプ、２１は低温再生器２を加熱した高温再生器１の冷媒の減圧手段である。
【００１６】
本実施形態の吸収冷凍機の冷房サイクルについて説明する。
【００１７】
冷房運転時において、高温再生器１は器内の吸収剤溶液を外部熱源により加熱して冷媒蒸気を発生させて凝縮する。発生した冷媒蒸気は蒸気ダクトを介して低温再生器２内の熱交換器内に導入され、低温再生器２内の吸収剤溶液を加熱して自身は凝縮液化して管及び減圧手段２１を経由して凝縮器３に導入される。
【００１８】
高温熱交換器７は高温再生器１で生成された濃溶液と高温再生器１に流入する希溶液とを熱交換させる。低温再生器２は高温再生器１で発生した冷媒蒸気の凝縮潜熱を加熱源として器内の吸収剤溶液を加熱して冷媒蒸気を発生させて濃溶液を生成する。凝縮器３は低温再生器２で発生した冷媒蒸気を器内に導いて伝熱管群内を通過する冷却水３９で冷却して凝縮液化させるとともに、高温再生器１で発生した冷媒蒸気が低温再生器２の熱交換器内で凝縮液化した冷媒を減圧手段２１を介して凝縮器３内に導いて、伝熱管群内を通過する冷却水３９でさらに冷却する。
【００１９】
凝縮器３で生成された液冷媒は位置のヘツド差または液輸送手段により導管及びＵ字液シール等による減圧手段２４を経由して蒸発器４に導入され、蒸発器４内の伝熱管群上に冷媒ポンプ１０によって散布されて、伝熱管内を流れる冷水１１と熱交換して蒸発気化する。この際の冷媒蒸発潜熱により冷水１１が冷却されて冷房能力を発揮する。
【００２０】
蒸発器４で蒸発気化した冷媒蒸気は吸収器５に導かれる。吸収器５では、再生室１５及び高温再生器１及び低温再生器２で生成された濃い吸収剤溶液が混合した濃溶液が溶液ポンプ１９によって吸収器５内に供給され、該濃溶液は吸収器５の外部を通過する空気または冷却水で冷却されるとともに蒸発器４からの冷媒蒸気を吸収して希釈され、希溶液を生成する。
【００２１】
吸収器５で生成された希溶液は、溶液ポンプ９により液熱交換器１７に送られて予熱され、一部は低温再生器２へ、また残りは高温熱交換器７を経由して高温再生器１へと輸送される。高温再生器１で生成された濃溶液は高温熱交換器７を経由して低温再生器２で生成された濃溶液と混合され、濃溶液となって、溶液ポンプ１９により液熱交換器１７を経由して吸収器５に供給される。液熱交換器１７は吸収器５に送る濃溶液と低温再生器２及び高温再生器１に送る希溶液とを熱交換させて吸収器５の溶液顕熱分の放熱量を削減するとともに低温再生器２及び高温再生器１に送る希溶液を予熱して、低温再生器２及び高温再生器１での冷媒蒸気発生量を増大させる効果がある。
【００２２】
次に、暖房サイクルについて説明する。暖房時は、高温再生器１で発生した高温冷媒蒸気を温水熱交換器１２に導き、凝縮させて伝熱管群内を流れる温水１３を加熱し、これによって暖房能力を得る。温水熱交換器１２で凝縮液化した液冷媒はＵ字液シールを経由して高温再生器１内に戻される。以上のように暖房サイクルが構成されている。
【００２３】
なお、高温再生器１及び低温再生器２で生成される濃溶液及び濃溶液は、吸収剤に例えば臭化リチウムを用い、冷媒に水を用いた吸収剤溶液である。
【００２４】
次に、本実施形態の吸収器５に関して図２及び図３を参照しながら説明する。図２は本発明の第１実施形態の吸収器における吸収剤溶液及び冷媒蒸気の導入部部分の断面図、図３は図２の吸収器における要部拡大説明図である。
【００２５】
吸収器５は、冷媒蒸気６２を吸収剤溶液６１に吸収するための吸収管５１と、吸収管５１の外部に設けられた冷却管（図示せず）と、再生器１、２から供給される濃溶液である吸収剤溶液６１を吸収管５１に導くための溶液導入部５３と、溶液導入部５３の入口パイプ５４と、冷媒蒸気６２を吸収管５１に導くための冷媒蒸気導入管５５とを備えている。
【００２６】
吸収管５１は、金属製の円筒パイプで構成され、その入口部５１ａが溶液導入部５３内に挿入されている。冷媒蒸気導入管５５は、金属製の円筒パイプで構成され、その中央部５５ａが吸収管５１の反対側から溶液導入部５３を貫通して吸収管５１側に延び、その端部５５ｂが吸収管５１の入口部５１ａに挿入されている。ここで、冷媒蒸気導入管５５の流出側端部５５ｂの外面と吸収管５１の入口部５１ａの内面とが僅かな間隙を有するように形成されて溶液縮流部５６としている。この溶液縮流部５６は環状の小さな断面積を有する。溶液縮流部５６の入口側は溶液導入部５３内に連通され、溶液縮流部５６の出口側は吸収管５１内に連通されている。吸収管５１の入口部５１ａは溶液導入部５３の一側の側面に支持され、冷媒蒸気導入管５５は溶液導入部５３の他側の側面に支持されている。
【００２７】
再生器１、２からの高圧の吸収剤溶液６１は、入口パイプ５４を通して溶液導入部５３内に供給され、吸収管５１内面と冷媒蒸気導入管５５の外面とで構成される小さい断面積を有する溶液縮流部５６を通り、図２及び図３に示すように吸収管５１の内壁へ沿って噴出され、環状の薄液膜流れ６１Ａとなる。通常、吸収管５１の外側は冷却水によって冷却され、吸収管５１では吸収熱７が放出される。冷媒蒸気６２が薄液膜流れ６１Ａに吸収されるため、冷媒蒸気６２が冷媒蒸気導入管５５から吸収管５１内に吸引される。本実施形態によれば、大流量の吸収剤溶液６１を極めて薄い薄液膜流れ６１Ａとして流すことができる。このため、従来の重力のみに頼っていた場合に比べ大幅に流量が増加し、薄液膜化と流量の増大化の両立が可能となる。
【００２８】
溶液縮流部５６からの噴出部において、吸収剤溶液６１Ａが大きな運動エネルギーを有するためにその静圧が低下し、図３の矢印で示すように冷媒蒸気６２Ａを有効に吸引することができる。吸収管５１の下流部では、吸収剤溶液６１Ａと冷媒蒸気６２Ａの流れは応力バランスが取られて馴染むので、噴出部での過剰な運動エネルギーの一部が静圧上昇として回収される。
【００２９】
この薄液膜部６１Ａでは、液膜厚さが非常に薄くなり、吸収時の熱・物質移動が格段に促進される。また、速度も非常に大きくできるので、流れが乱され、一層の吸収促進が図られる。半径方向の応力バランスがとられる下流側においても、通常の環状気液二相流と同様に、そこでの乾き度に応じた薄液膜が管内壁に構成される。この場合でも、重力のみで駆動される流下液膜よりも薄液膜化を実現できる。また、従来の重力による流下液膜式熱交換器で問題となっていたドライパッチ（乾き面）の発生を抑制できる。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。図４は本発明の第２実施形態の吸収器の要部断面図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００３０】
この第２実施形態では、吸収管５１の内面にらせん状の溝５９を形成すると共に、冷媒蒸気導入管５５の内面にらせん状の溝６０を形成している。両らせん状の溝５９、６０は、同一方向に且つ同一ピッチで形成されている。
【００３１】
この第２実施形態によれば、吸収管５１の内面にらせん状の溝５９を形成しているため、吸収管５９内に環状に噴射された吸収剤溶液６１Ａを旋回流させることができ、その遠心力によって液膜をさらに薄くすることができる。さらには、吸収管５１の溝付き面は拡大フィンとしても作用するため、通過する吸収剤溶液６１Ａの体積に対して伝熱面積が増大し、実質的に液膜厚さを薄くする効果がある。このため、大きな伝熱促進効果が得られる。
【００３２】
また、この第２実施形態によれば、冷媒蒸気導入管５５の内面にらせん状の溝６０を形成してあるので、冷媒蒸気６２も旋回流となって吸収器５１に流入する。このため吸収器５１での旋回流れをより効果的に発生させることができ、一層の吸収促進を図ることができる。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を用いて説明する。図５は本発明の第３実施形態の吸収器の斜視図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第１または第２実施形態と相違するものであり、その他の点については第１または第２実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。
【００３３】
この第３実施形態では、複数の吸収管５１を縦に設置すると共に、吸収管５１の外面に複数の拡大フィン５２を設けている。拡大フィン５２は複数の吸収管５１にまたがって水平に設けられている。
【００３４】
この第３実施形態によれば、吸収管５１外面に拡大フィン１０を設けているので、周囲の空気６３によって直接吸収器５を冷却することが可能である。空冷吸収器が実現でき、一層の小型コンパクト化が達成される。
【００３５】
また、この第３実施形態によれば、吸収管５１が重力方向に延びるように設置されているので、吸収剤溶液６１Ａの流れに重力が加わることとなり、より一層流量の増大を図ることができる。
【００３６】
なお、本発明では、供給される吸収剤溶液６１の圧力を駆動力としているので、例えば、アンモニア、フロン類、アルコール類、ジメチルエーテル、プロパン、ブタンといった大気圧以上で蒸発吸収がおこる高圧冷媒を用いることによって、吸収管５１を水平または垂直の何れとすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の吸収冷凍機の構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態の吸収器における吸収剤溶液及び冷媒蒸気の導入部部分の断面図である。
【図３】図２の吸収器における要部拡大説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態の吸収器の要部断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態の吸収器の斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…高温再生器、２…低温再生器、３…凝縮器、４…蒸発器、５…吸収器、７…高温熱交換器、９…溶液ポンプ、１０…冷媒ポンプ、１１…冷水、１２…温水熱交換器、１３…温水、１７…液熱交換器、１９…溶液ポンプ、２１…減圧手段、５１…吸収管、５２…拡大フィン、５３…溶液導入部、５４…入口パイプ、５５…冷媒蒸気導入管、５６…溶液縮流部、６１…吸収剤溶液、６１Ａ…薄液膜流れ、６２…冷媒蒸気、６３…空気。
【図１】
2007085570.tif 000003
【図２】
2007085570.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007085570.tif 000006
【図５】
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