| 【発明の名称】 |
水冷吸収式冷凍装置の吸収器 |
| 【発明者】 |
【氏名】安尾 晃一
【氏名】川端 克宏
【氏名】谷本 啓介
【氏名】武居 俊孝
【氏名】山本 忠彦
【氏名】石黒 貴也
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| 【要約】 |
【課題】冷凍負荷に応じて吸収液の容量制御を行い、溶液流量低下時にも伝熱面積を有効に使用可能にして、成績係数ＣＯＰの落ち込みを回避する。
【解決手段】吸収器１１は多管式であり、胴体１２内に複数の伝熱管１６が配置されて伝熱管群１３を形成する。胴体１２の上部にはスプレーノズル１４が配置され、伝熱管群１３の上方から吸収液１５を散布する。伝熱管群１３の最上部にはエキスパンドメタル１８が設けられ、散布される吸収液１５を分散させて、吸収液１５の流量が少なくなってスプレー角が小さくなっても、各伝熱管１６に吸収液１５を均一に分配させ、伝熱性能の低下を避けてＣＯＰを維持する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 冷却水を流通させる伝熱管群（１３，３３）の上方から吸収液（１５）をスプレー散布し、吸収液（１５）に蒸発器（１７）で蒸発した冷媒を吸収させる水冷吸収式冷凍装置の吸収器（１１，３１）において、伝熱管群（１３，３３）の最上部に、上方からスプレー散布される吸収液（１５）を、伝熱管群（１３，３３）の配置範囲に分散させて流下させる分散板（１８）を備えることを特徴とする水冷吸収式冷凍装置の吸収器。
【請求項２】 前記冷媒はアンモニアであり、前記伝熱管群（１３，３３）を構成する伝熱管（１６，３６）は、鉄鋼またはステンレス鋼で形成されることを特徴とする請求項１記載の水冷吸収式冷凍装置の吸収器。
【請求項３】 前記分散板（１８）は、エキスパンドメタルで形成されることを特徴とする請求項１または２記載の水冷吸収式冷凍装置の吸収器。
【請求項４】 前記伝熱管群（３３）は、軸線方向が平行な複数の伝熱管（３６）と、該軸線方向に間隔をあけて配置され、該複数の伝熱管（３６）が貫通して接合される複数のフィン（３７）とを備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水冷吸収式冷凍装置の吸収器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、蒸発器で冷媒を蒸発させて冷凍を行い、蒸発した冷媒を冷却水で冷却しながら吸収液に吸収させる水冷吸収式冷凍装置の吸収器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、図９（ａ）に示すような吸収器（１）がアンモニア吸収式冷凍装置に使用されている。吸収器（１）としては、胴体（２）内に冷却水が流通する伝熱管群（３）が配置され、伝熱管群（３）の上方からスプレーノズル（４）で吸収液（５）をスプレー散布する構成が一般的である。伝熱管群（３）は、複数の伝熱管（６）が間隔をあけて配置され、スプレーノズル（４）から散布される吸収液（５）が伝熱管（６）の表面を濡らし、蒸発器（７）で蒸発した冷媒を吸収する。冷媒が吸収液（５）に吸収される際には吸収熱が発生する。発生した吸収熱は、伝熱管（６）内を流れる冷却水に伝達され、熱交換が行われて吸収器（１）外へ持ち去られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】図９（ａ）に示すような吸収器（１）を用いるアンモニア吸収式冷凍装置では、冷凍負荷に応じた吸収液の容量制御が行われる。冷凍負荷が小さくなると、吸収液（５）の溶液流量が低下する。溶液流量が低下すると、スプレーノズル（４）からスプレー散布される吸収液（５）の拡がり角が小さくなり、伝熱管群（３）内の両端部側の伝熱管（６ａ）は吸収液（５）で濡れにくくなり、伝熱性能が極端に低下し、成績係数ＣＯＰが低下してしまう。
【０００４】図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すような吸収器（１）で、吸収液（５）の溶液流量低下がＣＯＰの低下に至る因果関係を示す。ステップｓ１で、低負荷時には、容量制御のために、溶液流量が低下する。ステップｓ２では、吸収液（５）の溶液流量低下に伴って、スプレー拡がり角も減少する。ステップｓ３では、スプレー拡がり角の減少に伴って、伝熱管群（３）の両端部側の伝熱管（６ａ）が濡れにくくなる。ステップｓ４では、両端部側の伝熱管（６ａ）が濡れにくくなっていることに伴って、伝熱管群（３）全体としての有効伝熱面積の減少が生じる。ステップｓ５では、有効伝熱面積の減少に伴って、吸収器（１）としての吸収性能が大幅に低下する。ステップｓ６では、冷凍に必要な能力を維持するため、冷媒蒸気の発生量を増大させる必要が生じ、吸収液（５）が均一に伝熱管群（３）に分配されるときよりも、一旦ガス状の冷媒を吸収した吸収液から冷媒を分離して発生させるための発生器への燃料、たとえばガスのインプットが増加する。ステップｓ７では、ガスインプットなどの入力エネルギの増加に伴って、冷凍装置から冷熱が供給される冷凍負荷と入力エネルギとの比である成績係数ＣＯＰが低下する。
【０００５】アンモニア吸収器の吸収器（１）では、吸収液（５）がアンモニア水溶液であるので、伝熱管（６）としては銅管を使用することができず、鉄鋼管やステンレス鋼管を用いる。しかし、鉄鋼管やステンレス鋼管では、銅管のように異形管となるような加工を行うことができず、直管の状態で用いる必要がある。このような事情も、ステンレス管群（３）での伝熱性能を悪くし、多くの伝熱管（６）を用いて伝熱管群（３）を形成することが必要となって、装置の大形化を招いてしまう。
【０００６】本発明の目的は、容量制御による吸収液の流量低下時にも、伝熱管群での熱交換を有効に行うことができ、成績係数の低下が少ない水冷吸収式冷凍装置の吸収器を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷却水を流通させる伝熱管群（１３，３３）の上方から吸収液（１５）をスプレー散布し、吸収液（１５）に蒸発器（１７）で蒸発した冷媒を吸収させる水冷吸収式冷凍装置の吸収器（１１，３１）において、伝熱管群（１３，３３）の最上部に、上方からスプレー散布される吸収液（１５）を、伝熱管群（１３，３３）の配置範囲に分散させて流下させる分散板（１８）を備えることを特徴とする水冷吸収式冷凍装置の吸収器である。
【０００８】本発明に従えば、冷却水を流通させて蒸発器（１７）で蒸発した冷媒を吸収する吸収液（１５）を冷却する伝熱管群（１３，３３）の最上部には、上方からスプレー散布される吸収液（１５）を伝熱管群（１３，３３）の配置範囲に分散させて流下させる分散板（１８）が備えられる。分散板（１８）が備えられるので、冷凍負荷が低下し、容量制御によって吸収液（１５）の流量が低下してスプレー散布の拡がり角が減少しても、分散板（１８）の表面に散布される吸収液（１５）が分散板（１８）に沿って拡がり、伝熱管群（１３，３３）の配置範囲に流下させることができるので、拡がり角の減少による有効伝熱面積の低下を防ぎ、ＣＯＰの低下を回避することができる。
【０００９】また本発明で前記冷媒はアンモニアであり、前記伝熱管群（１３，３３）を構成する伝熱管（１６，３６）は、鉄鋼またはステンレス鋼で形成されることを特徴とする。
【００１０】本発明に従えば、冷媒はアンモニアであるので、伝熱管（１６，３６）には腐食のために銅管を使用することができない。伝熱管群（１３，３３）を構成する伝熱管（１６，３６）として鉄鋼またはステンレス鋼を使用するので、アンモニアによる腐食は少なくなるけれども、銅管に比較して異形管への加工が困難となり、熱伝導率も低下する。このため、多くの伝熱管（６）を必要とし、管群（３）が大形化するので、均一な散布が困難になる。しかし、伝熱管群（１３，３３）の最上部に分散板（１８）を配置して各伝熱管（１６，３６）に吸収液（１５）を均等に散布することができるので、伝熱管群（１３，３３）として有効な伝熱性能を維持し、吸収液（１５）の冷却を行うことができる。
【００１１】また本発明で前記分散板（１８）は、エキスパンドメタルで形成されることを特徴とする。
【００１２】本発明に従えば、エキスパンドメタルで形成される分散板（１８）を使用するので、エキスパンドメタルの有する凹凸と切れ目を拡げた孔あきの構造とを利用して、上方から散布される吸収液（１５）の液滴の移動範囲を広げ、かつ伝熱管（１６，３６）の表面への流下を効率的に行わせることができる。
【００１３】また本発明で前記伝熱管群（３３）は、軸線方向が平行な複数の伝熱管（３６）と、該軸線方向に間隔をあけて配置され、該複数の伝熱管（３６）が貫通して接合される複数のフィン（３７）とを備えることを特徴とする。
【００１４】本発明に従えば、伝熱管群（３３）は、複数の伝熱管（３６）が軸線方向が相互に平行となるように配列され、軸線方向に間隔をあけて配置される複数のフィン（３７）を貫通し、貫通部分が接合されて形成される。伝熱管（３６）がフィン（３７）に接合されるので、管外の伝熱面積が飛躍的に増加し、冷媒を吸収液（１５）に吸収する際に発生する吸収熱に対する伝熱性能が向上し、小形の伝熱管群（３３）でも充分な吸収性能を発揮して、装置の小形化を図ることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す。吸収器（１１）は、アンモニア吸収式冷凍装置で、冷媒であるアンモニアを吸収液であるアンモニアの稀溶液に吸収させる。吸収器（１１）は、多管式の熱交換器としての構造を有し、気密な胴体（１２）内に、冷却水が流れる伝熱管群（１３）が配置され、胴体（１２）の最上部にはスプレーノズル（１４）が配置される。スプレーノズル（１４）からは、伝熱管群（１３）に対して吸収液（１５）がスプレー散布される。吸収液（１５）は、伝熱管群（１３）を構成する伝熱管（１６）の表面を濡らし、蒸発器（１７）で蒸発した冷媒を吸収する際に発生する吸収熱を冷却水に吸収させる。伝熱管群（１３）の最上部には、分散板であるエキスパンドメタル（１８）が配置される。
【００１６】図２、図３および図４は、エキスパンドメタル（１８）によって図１に示すようにスプレー散布される吸収液（１５）が伝熱管群（１３）の全体に均一に分配される液滴挙動を示す。図２は、伝熱管（１６）の最上部に載置されるエキスパンドメタル（１８）の表面に、スプレー散布される吸収液（１５）の噴霧液滴（２０）が衝突し、飛散液滴（２１）がランダムに飛び散る状態を示す。図３は、エキスパンドメタル（１８）の表面上に存在する液滴に、図２の噴霧液滴（２０）または飛散液滴（２１）が衝突して合体し、エキスパンドメタル（１８）上を移動する移動液滴（２２）となる状態を示す。なお、エキスパンドメタル（１８）の切れ目のピッチＰ１，Ｐ２は、数ｍｍ程度である。図４は、エキスパンドメタル（１８）の伝熱管（１６）近傍に移動する移動液滴（２２）がエキスパンドメタル（１８）と伝熱管（１６）との接触部分で毛管力および重力によって伝熱管（１６）の外周面に沿って流れ落ちる状態を示す。なお、伝熱管（１６）の配管ピッチＰ３は、数ｍｍ程度である。
【００１７】エキスパンドメタル（１８）の表面に衝突する噴霧液滴（２０）が、エキスパンドメタル（１８）の表面に沿って拡がってから伝熱管（１６）側に流出するので、スプレー散布される吸収液（１５）の流量が少なくなっても、噴霧液滴（２０）がエキスパンドメタル（１８）の表面に衝突する際に、図２に示すようにランダムに拡がって飛散液滴（２１）が生じ、図３に示すようにエキスパンドメタル（１８）表面に捕えられると、移動液滴（２２）として図３に示すようにエキスパンドメタル（１８）上を移動する。図４に示すように、エキスパンドメタル（１８）上を移動する移動液滴（２２）が伝熱管（１６）の近傍で、滞留し、液滴の大きさがある程度以上になると重力によって落下し、各伝熱管（１６）に吸収液（１５）が均一に分配される。
【００１８】本実施形態の吸収器（１１）は、アンモニアを冷媒として、アンモニア水溶液を吸収液（１５）として吸収させる。アンモニア水溶液が吸収液（１５）となるので、腐食しやすい銅管などは伝熱管（１６）として使用することができない。伝熱管（１６）としては、鉄鋼管やステンレス鋼管を使用する。これらの鉄系材料で形成される伝熱管（１６）は、銅管などに比較すると硬質となるので、銅管のように異形管に加工することはできず、基本的に直管のまま使用する。エキスパンドメタル（１８）としても同様な鉄系材料を用いる。
【００１９】図５は、アンモニア吸収式冷凍装置で冷凍負荷に応じて冷凍サイクル内を循環する吸収液（１５）の流量制御を行う際に、溶液流量と伝熱管群での吸収性能を表す管群平均管外吸収性能との関係を示す。伝熱管群（１３）のすべての伝熱管（１６）に均一に吸収液（１５）が均一に分配される際には、破線で示すように直線状の性能曲線が得られる。図９（ａ）に示すような吸収器（１）では、一点鎖線で示すように、定格の負荷すなわち冷凍負荷が１００％のときのみ均一分配時の性能曲線と一致し、溶液流量が低下すると有効伝熱面積が低下するので、性能曲線は大きく低下する。本実施形態の性能曲線は、実線で示すように、溶液流量が０．５程度まで低下しても、均一分配時の性能曲線からの性能低下はほとんど生じていないことが分かる。
【００２０】図６は、本発明の実施の他の形態としての吸収器（３１）の概略的な構成を示す。図６（ａ）は正面側から見た状態、図６（ｂ）は側面側から断面を見た状態をそれぞれ示す。本実施形態で、図１の実施形態に対応する部分には同一の参照符を付し、重複する説明を省略する。吸収器（３１）では、胴体（３２）内に伝熱管群（３３）を収納し、胴体（３２）上部のスプレーノズル（１４）から吸収液（１５）をスプレー散布する。伝熱管群（３３）の最上部には、図１の実施形態と同様に、散布される吸収液（１５）を伝熱管群（３３）に均一に分散させるためのエキスパンドメタル（１８）が配置される。伝熱管群（３３）は、胴体（１２）軸線方向の両側を封止する管板（３４，３５）の間を連結する複数の直管状の伝熱管（３６）によって構成される。複数の伝熱管（３６）は、放熱用のフィン（３７）を貫通している。フィン（３７）は、伝熱管（３６）の軸線方向に間隔をあけて複数枚配置される。各伝熱管（３６）は、各管板（３４，３５）を貫通して開口し、伝熱管（３６）の開口部は、水室（３８，３９）内にそれぞれ連通している。一方の水室（３８）では、冷却水の供給口と排出口とが設けられる。
【００２１】本実施形態の伝熱管群（３３）は、空冷チラー、エアコンなどに使用されるクロスフィンコイルと同様な構造を有する。伝熱管（３６）には鉄鋼管やステンレス鋼管を使用し、フィン（３７）も鉄鋼やステンレス鋼を材料にして形成する。これらの材料は、冷媒となるアンモニアに対する耐食性が良好である。フィン（３７）には、予め伝熱管（３６）が貫通する貫通孔をあけておき、貫通孔に伝熱管（３６）を貫通させた後、伝熱管（３６）の内部に高圧力の流体を導入する等、伝熱管（３６）の管径を拡げる拡管処理を行い、伝熱管（３６）のフィン（３７）への貫通部分を機械的に接合する。伝熱管群（３３）はフィン（３７）を有するので、伝熱管（３６）の管外での伝熱面積が飛躍的に増加し、吸収器（３１）としての吸収性能を向上させて、吸収器（３１）を小形化することができる。
【００２２】図７および図８は、図６に示す伝熱管群（３３）を一定数の伝熱管（３６）とフィン（３７）とでモジュール化して形成する状態を示す。図７（ａ）は伝熱管（３６）を一列に配置して形成する熱交モジュール（４１）を示す。図７（ｂ）は、伝熱管（３６）を二列に配置して形成する熱交モジュール（４２）を示す。図８（ａ１）は、図７（ａ）に示す一列仕様の熱交モジュール（４１）を複数個縦置状態で組合わせる例を示す。図８（ａ２）は、図７（ａ）の一列仕様の熱交モジュール（４１）を、複数個横置状態で組合わせる例を示す。図８（ｂ１）は、図７（ｂ）の二列仕様の熱交モジュール（４２）を複数個縦置状態で組合わせる例を示す。図８（ｂ２）は、図７（ｂ）の二列仕様の熱交モジュール（４２）を、複数個横置状態で組合わせる例を示す。図７および図８に示すようなモジュール構成で吸収器（３１）の伝熱管群（３３）を構成すれば、吸収器（３１）として要求される吸収性能に応じて熱交モジュール（４１，４２）を組合わせ、必要な吸収性能を有する伝熱管群（３３）を構成することができる。またこの組合わせの際に、図７（ａ）に示す一列仕様の熱交モジュール（４１）を図７（ｂ）に示す二列仕様の熱交モジュール（４２）とを組合わせることもできる。
【００２３】また、分散板として用いるエキスパンドメタル（１８）に代えて、パンチングメタルやメッシュなどを用いることもできる。
【００２４】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、伝熱管群（１３，３１）の上方からスプレー散布される吸収液（１５）を、伝熱管群（１３，３３）の最上部に備えられる分散板（１８）で伝熱管群（１３，３３）の配置範囲に分散させて流下させるので、スプレー散布される吸収液（１５）の流量が低下しても、伝熱管群（１３，３３）全体を有効に利用して吸収液（１５）の冷却を行うことができ、吸収性能の低下を防ぐことができる。冷凍負荷の低下に伴って吸収液（１５）の容量制御を行い、吸収液（１５）の流量が低下しても、吸収器（１１，３１）での吸収性能が低下しないので、吸収性能低下を補うために発生器への入熱の増加は不要となり、成績係数ＣＯＰの低下を回避することができる。
【００２５】また本発明によれば、冷媒のアンモニアで腐食しにくい鉄鋼管やステンレス鋼管を伝熱管（１６，３６）として伝熱管群（１３，３３）を形成しても、各伝熱管（１６，３６）に吸収液（１５）を均一に濡らすことができ、吸収性能を向上させ、また流量低下時の吸収性能の低下も防ぐことができる。
【００２６】また本発明によれば、エキスパンドメタルで分散板（１８）を形成するので、伝熱管群（１３，３３）に吸収液（１５）を均一に滴下させて、吸収性能の向上を図り、流量低下時の吸収性能低下を防ぐことができる。
【００２７】また本発明によれば、伝熱管群（３３）は、複数の伝熱管（３６）と、複数のフィン（３７）とを組合わせて構成されるので、伝熱管（３６）の管外での伝熱面積を飛躍的に増加させ、吸収性能の増加と、装置の小形化とを図ることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２８５３
【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年４月２３日（１９９９．４．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７５５５７
【弁理士】
【氏名又は名称】西教 圭一郎
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| 【公開番号】 |
特開２０００−３０４３７７（Ｐ２０００−３０４３７７Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年１１月２日（２０００．１１．２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１１７０６４ |
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