JPH07190548A - 吸収式冷凍機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 蒸発器、吸収器、再生器、精留塔および凝縮
器を有するアンモニア吸収式冷凍機において、蒸発器、
吸収器、再生器、精留塔および凝縮器の内、少なくとも
いずれか、互いに再生器４に設けられる熱交換部31を、
複数個平行に配置された平板状の隔壁32と、これら隔壁
32間に形成される各流体通路33と、これら各流体通路33
に配置された波形状のフィン34とから構成したものであ
る。 【効果】 熱交換部の構造として、プレートフィン式の
構造を採用したので、従来のシェルアンドチューブ式の
ものよりも、伝熱面積が非常に広くなり、したがって同
一伝熱量の装置を構成する場合、熱交換部をコンパクト
にすることができるので、刺激臭があるアンモニア水溶
液の保有容量を、著しく減らすことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、吸収液としてアンモニ
ア水溶液を使用した吸収式冷凍機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、吸収液としてアンモニア水溶液を
使用した吸収式冷凍機としては、例えば特開昭６１−２
１１６７３号公報に開示されたものがある。

【０００３】この吸収式冷凍機は、アンモニアを蒸発さ
せる蒸発器と、この蒸発器で蒸発されたアンモニアガス
をアンモニア水溶液に吸収するための吸収器と、この吸
収器でアンモニアを吸収したアンモニア水溶液を加熱し
てアンモニアガスを得る再生器と、この再生器で得られ
たアンモニアガスに付随する水分を除去するための精留
塔と、この精留塔からのアンモニアガスを凝縮させる凝
縮器とを有している。

【０００４】そして、この吸収式冷凍機では、アンモニ
アを冷媒として使用して蒸発器で被冷却流体を冷却し、
吸収器でアンモニアガスをアンモニア水溶液に吸収した
際に発生する熱を、冷却流体で冷却するものである。

【０００５】ところで、上記蒸発器、吸収器、再生器お
よび凝縮器においては、熱交換が行われるが、この熱交
換部には、シェルアンドチューブ式の熱交換構造が採用
されていた。

【０００６】このシェルアンドチューブ式の熱交換構造
によると、熱交換を行うための管の直径は、16〜32mm程
度のものが使用されるとともに、正方形ピッチでもって
等間隔で多数配列されたものであった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このように、蒸発器、
吸収器、再生器および凝縮器における熱交換部の構造
が、シェルアンドチューブ式であるため、伝熱管の充填
率が悪く、したがってアンモニアなどの毒性を有する溶
液を扱う場合、所定の伝熱量を得るためには、その溶液
保有量が多くなってしまうという欠点があった。

【０００８】さらに、シェルアンドチューブ式では、本
体寸法が大きくなり、特に高さが高くなり、建屋に入れ
るのに不都合が生じていた。そこで、本発明は上記問題
を解消し得る吸収式冷凍機を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の手段は、蒸発器、吸収器、再生器、
精留塔および凝縮器を有するとともに、冷媒としてアン
モニアを使用するとともに、吸収液としてアンモニア水
を使用する吸収式冷凍機において、上記蒸発器、吸収
器、再生器、精留塔および凝縮器の内、少なくともいず
れかに設けられる熱交換部を、複数個平行に配置された
平板状の隔壁と、これら隔壁間に形成される各流体通路
と、これら各流体通路または１つ置きの流体通路に配置
された波形状のフィンとから構成した吸収式冷凍機であ
る。

【００１０】また、上記課題を解決するため、本発明の
第２の手段は、上記第１の手段において、流体通路に配
置される波形状のフィンを、波の形成方向と平行な幅方
向で所定間隔置きに切断して小フィンとなし、かつ各隣
接する小フィンを、波の形成方向において、その位相が
互いにずれるように配置した吸収式冷凍機である。

【００１１】さらに、上記課題を解決するため、本発明
の第３の手段は、上記第１の手段において、再生器の熱
交換部を、複数個の隔壁と、これら各隔壁間に形成され
る各流体通路に配置される波形状のフィンとから構成す
るとともに、隣接する各流体通路におけるフィンの波の
配置方向を互いに直交させ、波が水平方向で屈曲するフ
ィンが設けられた第１流体通路に濃アンモニア水溶液を
供給させるとともに、波が鉛直方向で屈曲するフィンが
設けられた第２流体通路に加熱流体を供給させるように
なし、かつこの第２流体通路の上部に、濃アンモニア水
溶液を供給する供給通路部を形成するとともに、この供
給通路部に対応する隔壁に、供給通路部に供給された濃
アンモニア水溶液を、第１流体通路内にほぼ均等に供給
するための供給口を複数個形成した吸収式冷凍機であ
る。

【００１２】

【作用】上記の構成によると、蒸発器、吸収器、再生
器、精留塔および凝縮器の内、少なくともいずれかの機
器における熱交換部の構造として、プレートフィン式の
構造を採用したので、例えばシェルアンドチューブ式の
ものよりも、単位体積当たりの伝熱面積が非常に広くな
り、したがって同一伝熱量の装置を構成する場合、熱交
換部をコンパクトにすることができ、したがって刺激臭
のあるアンモニア水溶液の保有容量を、著しく減らすこ
とができる。

【００１３】また、フィンを所定幅にするとともに、こ
の所定幅にされた小フィンを、交互にその位相がずれる
ように配置することにより、熱交換用流体の流下経路を
蛇行させることができるので、２種類の流体の接触を十
分に行わせて、熱交換率を向上させることができる。

【００１４】さらに、再生器の熱交換部において、濃ア
ンモニア水溶液を第１流体通路に供給する供給口を、隔
壁にほぼ均等に複数個形成したので、濃アンモニア水溶
液を第１流体通路内に、分散させて供給することがで
き、したがって濃アンモニア水溶液の加熱効率を向上さ
せることができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を図１〜図３に
基づき説明する。まず、図１に基づき、冷媒としてアン
モニアを使用するとともに、吸収液としてアンモニア水
溶液を使用するアンモニア吸収式冷凍機（以下、単に吸
収式冷凍機という）の概略構成を説明する。

【００１６】すなわち、本実施例に係る吸収式冷凍機１
は、アンモニア液を蒸発させてアンモニアガスを得るた
めの蒸発器２と、この蒸発器２で蒸発されたアンモニア
ガスを濃度が薄い希アンモニア水溶液に吸収するための
吸収器３と、この吸収器３でアンモニアガスを吸収して
アンモニア濃度が濃くなった濃アンモニア水溶液を加熱
してアンモニアガスを分離してアンモニアを再生する再
生器４と、この再生器４で分離されたアンモニアガスに
付随する水分を凝縮器（後述する）から導入されるアン
モニア液により除去するための精留塔５と、この精留塔
５で水分が除去されたアンモニアガスを凝縮させるため
の凝縮器６とが設けられ、またこれら各機器の容器本体
内には、プレートフィン式の熱交換部がそれぞれ配置さ
れている。

【００１７】また、上記吸収式冷凍機１には、蒸発器２
からのアンモニアガスを吸収器３に移送するための第１
アンモニアガス移送管１１と、吸収器３内の濃アンモニ
ア水溶液を再生器４に移送するための濃アンモニア水溶
液移送管１２と、再生器４からのアンモニアガスを精留
塔５に移送するための第２アンモニアガス移送管１３
と、精留塔５からのアンモニアガスを凝縮器６に移送す
るための第３アンモニアガス移送管１４と、凝縮器６か
らのアンモニア液を蒸発器２に移送するためのアンモニ
ア液移送管１５と、このアンモニア液移送管１５内のア
ンモニア液の一部を上記精留塔５内に戻すためのアンモ
ニア液戻し管１６と、再生器４でアンモニアが蒸発され
て濃度が薄くなった希アンモニア水溶液を吸収器３に移
送する希アンモニア水溶液移送管１７と、蒸発器２の底
部に溜ったアンモニア液をその上部に再循環させるアン
モニア液循環管１８と、このアンモニア液の一部を必要
に応じて吸収器３に供給するアンモニア液バイパス管１
９と、蒸発器２内の熱交換部に被冷却流体（ブラインと
もいう）を供給するための被冷却流体供給配管２１と、
再生器４内の熱交換部に加熱流体として、例えばスチー
ムを供給するための加熱流体供給配管２２と、吸収器３
および凝縮器６内の各熱交換部に順次冷却流体として、
例えば冷却水を供給するための冷却流体供給配管２３と
が設けられている。

【００１８】さらに、上記吸収式冷凍機１には、希アン
モニア水溶液移送管１７と濃アンモニア水溶液移送管１
２との間に設けられた第１熱交換器（溶液熱交換器）７
と、第１アンモニアガス移送管１１とアンモニア液移送
管１５との間に設けられた第２熱交換器（液ガス熱交換
器）８が設けられている。

【００１９】なお、これら熱交換器７，８は、上記吸収
サイクルの系内での熱回収を行うためのものであり、上
記各機器２〜６と同様にそれぞれ熱交換部が設けられて
いる。

【００２０】ここで、概略的な冷凍サイクルについて説
明しておく。すなわち、凝縮器６から供給された冷媒と
してのアンモニア液が蒸発器２に送られ、ここで減圧さ
れて蒸発する。この時、蒸発器２内の熱交換部に供給さ
れている被冷却流体（ブライン）から熱を奪い、被冷却
流体を冷却する。

【００２１】そして、蒸発器２で発生したアンモニアガ
スは吸収器３内に入り、ここで希アンモニア水溶液に吸
収されて発熱する。この熱は、冷却水により冷却され
る。次に、吸収器３でアンモニアガスを吸収してその濃
度が濃くなった濃アンモニア水溶液は、再生器４内に送
られ、ここでスチームにより加熱されてアンモニアが蒸
発される。すなわち、濃アンモニア水溶液からアンモニ
アが分離されて再生が行われる。

【００２２】再生器４で分離されたアンモニアガスは精
留塔５内に入り、ここで凝縮器６で既に凝縮されたアン
モニア液の一部が導入されてアンモニアガスと接触さ
れ、アンモニアガスに含まれている水分が、アンモニア
液に同伴して除去される。

【００２３】この水分が除去されたアンモニアガスは、
凝縮器６に送られ、ここで吸収器３を通過した冷却水に
より冷却されて凝縮が行われる。そして、凝縮されたア
ンモニア液は、第２熱交換器８でその熱をアンモニアガ
スに与えた後、蒸発器２内に供給される。なお、第１熱
交換器７内では、希アンモニア水溶液の持つ熱が濃アン
モニア水溶液側に与えられる。

【００２４】上記の吸収サイクルが連続して行われて、
被冷却流体の冷却が行われる。次に、上記各機器２〜８
に設けられる熱交換部の構造を、図面に基づき説明す
る。

【００２５】上記各機器２〜８における熱交換部はプレ
ートフィン式のものが使用されている。例えば、再生器
４における熱交換部に着目して説明すると、図２に示す
ように、この熱交換部３１は、複数個平行に配置された
平板状の隔壁３２と、これら各隔壁３２間に形成される
各流体通路３３と、これら各流体通路３３内に配置され
た波形状のフィン３４とから構成され、また各流体通路
３３の内、交互に、すなわち一つ置きの流体通路３３内
に配置されるフィン３４の方向は、互いに直交するよう
にされている。

【００２６】すなわち、濃アンモニア水溶液が供給管部
１２ａを介して供給される第１流体通路３３Ａに配置さ
れる第１フィン３４Ａは、波の屈曲方向が水平方向とな
るように配置されるとともに、スチームが供給される第
２流体通路３３Ｂに配置される第２フィン３４Ｂは、波
の屈曲方向が上下方向となるようにされている。

【００２７】具体的に説明すれば、濃アンモニア水溶液
は鉛直方向で流下されるとともに、スチームは水平方向
で通過される。このように、熱交換部３１をプレートフ
ィン式にすることにより、従来のシェルアンドチューブ
式のものよりも、単位体積当たりの伝熱面積が１０倍以
上に増加し、したがって同一熱量を熱交換する場合に
は、アンモニア水溶液の保有量を、大幅に、例えば１／
４程度に減少させることができる。

【００２８】図２においては、各流体通路３３における
各フィン３４の波の屈曲方向を幅全体に亘って同一とし
て図示したが、例えばその流体の出す方向に応じて、途
中で波の屈曲方向を変化させてもよい。

【００２９】すなわち、図３に示すように、再生器４の
第２流体通路３３ＢにおけるスチームＢの流れ方向を、
水平方向から下方に変化させるようにしてもよい。この
場合、第２フィン３４Ｂの波の屈曲方向は、その途中で
９０度変更される。

【００３０】また、図２および図３において、隔壁３２
間に形成される各流体通路３３内全てにフィンをそれぞ
れ配置したが、例えば機器に応じて、フィン３４を一つ
置きでもって流体通路３３内に配置してもよい。

【００３１】さらに、場合によっては、各流体通路３３
内に設けられるフィン３４の波の屈曲方向を水平方向に
するとともに、交互に設けられる第１流体通路３３Ａと
第２流体通路３３Ｂとに供給する流体の流す向きを、互
いに逆方向となるようにしてもよい。

【００３２】次に、本発明の第２の実施例を図４〜図７
に基づき説明する。上記実施例においては、各流体通路
に配置されるフィンの波が連続するように配置したが、
例えばフィンをその幅方向で短くするとともに、交互に
波の山部（または谷部）の位置（位相）をずらすように
してもよい。

【００３３】すなわち、図４に示すように、吸収器３に
おける熱交換部４１として説明すると、希アンモニア水
溶液がその供給管部１７ａから流下されるとともにアン
モニアガスも一緒に流される第１流体通路４２Ａに配置
されるフィン４３は、その幅方向で短くされた小フィン
４３ａが多数並設されるとともに、一つ置きに設けられ
たる小フィン４３ａの波のピッチが半分ずれるように、
波の山部（または谷部）の位置が、すなわち波の位相が
上下方向でずらして設けられている。

【００３４】なお、冷却水が通過される第２流体通路４
２Ｂには、フィンが設けられていない。このような構造
とすることにより、図５に示すように、第１流体通路４
２Ａに流下される希アンモニア水溶液が、上部から下部
にかつ水平方向に蛇行するように複雑な経路で流れるた
め、アンモニアガスとの接触が良好となり、アンモニア
ガスの吸収効率が向上する。

【００３５】また、上記実施例においては、波の屈曲方
向を上下方向として説明したが、例えば図６に示す再生
器４の熱交換部５１のように、供給管部１２ａから濃ア
ンモニア水溶液を流下させる第１流体通路５２Ａに設け
られるフィン５３の幅を狭くし、この狭くされた小フィ
ン５３ａにおける波の屈曲方向を水平方向としてもよ
い。

【００３６】さらに、図６においては、濃アンモニア水
溶液を流下させる第１流体通路５２Ａだけに、フィン５
３を配置したが、例えば図７に示すように、第１および
第２流体通路５２Ａ，５２Ｂの両方に、上記と同様のフ
ィン５３を配置するようにしてもよい。

【００３７】次に、本発明の第３の実施例を図８に基づ
き説明する。上記第１の実施例においては、熱交換を行
うための２種類の流体の内、一方の流体を、流体通路の
上方に設けられた供給管部から落下させるようにした
が、本第３の実施例においては、流体通路を構成する隔
壁部から供給するようにしたものである。

【００３８】すなわち、図８に示すように、再生器４の
熱交換部６１が、複数個の隔壁６２と、これら各隔壁６
２間に形成される各流体通路６３に配置される波形状の
フィン６４とから構成されるとともに、隣接する各流体
通路６３におけるフィン６４の波の配置方向が互いに直
交させられている。

【００３９】また、波が水平方向で屈曲する第１フィン
６４Ａが設けられた第１流体通路６３Ａに希アンモニア
水溶液が流下されるとともに、波が鉛直方向で屈曲する
第２フィン６４Ｂが設けられた第２流体通路６３Ｂにス
チームが供給される。

【００４０】そして、さらに第２流体通路６３Ｂの上部
には、複数個の仕切部材（サイドシールともいう）６５
が水平方向で挿入されて濃アンモニア水溶液の供給通路
部６６が形成されている。

【００４１】そして、この供給通路部６６に対応する隔
壁６２には、第１流体通路６３Ａ側に開口する流体の供
給口６７が、所定間隔置きに（均等に）複数個形成され
ている。なお、仕切部材６５を複数個設けたのは、シー
ルおよび補強用のためである。

【００４２】したがって、再生器４内に濃アンモニア水
溶液が供給されると、この濃アンモニア水溶液は供給通
路部６６に導かれて、各供給口６７から、第１流体通路
６３Ａ内に均等に分散供給される。

【００４３】すなわち、濃アンモニア水溶液の加熱効率
が向上される。なお、上記各実施例においては、熱交換
部の構造を、再生器４または吸収器３について適用した
場合について説明したが、勿論、これら各実施例におけ
る熱交換部の構造は、他の機器における熱交換部に適用
し得るものであり、またこのプレートフィン式のもの
と、シェルアンドチューブ式のものとを併用することも
できる。

【００４４】また、上記各熱交換部における、フィンの
隔壁への取付は、ろう付けにより行われる。

【００４５】

【発明の効果】以上のように本発明の構成によると、冷
媒としてアンモニアを使用するとともに、吸収液として
アンモニア水溶液を使用する吸収式冷凍機において、蒸
発器、吸収器、再生器、精留塔および凝縮器の内、少な
くともいずれかの機器における熱交換部の構造として、
プレートフィン式の構造を採用したので、従来のシェル
アンドチューブ式のものよりも、熱交換器単位体積当た
りの伝熱面積が非常に広くなり、したがって同一伝熱量
の装置を構成する場合、熱交換部をコンパクトにするこ
とができ、したがって刺激臭があるアンモニア水溶液の
保有容量を、著しく減らすことができる。また、装置自
体の大きさを小さくすることができ、特に高さを低くす
ることができるので、据付スペースが小さくて済み、例
えば輸送する場合に有利となる。

【００４６】また、上記プレートフィン式のフィンを所
定幅にするとともに、この所定幅にされた小フィンを、
その位相が交互にずれるように配置することにより、熱
交換用流体の流下経路を蛇行させることができるので、
２種類の流体の接触を十分に行わせて、熱交換率を向上
させることができる。

【００４７】さらに、再生器の熱交換部において、濃ア
ンモニア水溶液を第１流体通路に供給する供給口を、隔
壁にほぼ均等に複数個形成したので、濃アンモニア水溶
液を第１流体通路内に、分散させて供給することがで
き、したがって濃アンモニア水溶液の加熱効率を向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における吸収式冷凍機の概略全
体構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施例の吸収式冷凍機における
熱交換部の構造を示す斜視図である。

【図３】本発明の第１の実施例の吸収式冷凍機における
熱交換部の変形例の構造を示す斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施例の吸収式冷凍機における
熱交換部の構造を示す斜視図である。

【図５】同第２の実施例における熱交換部の作用を説明
する一部切欠要部正面図である。

【図６】同第２の実施例の再生器における熱交換部の変
形例の構造を示す斜視図である。

【図７】同第２の実施例の再生器における熱交換部の変
形例の構造を示す斜視図である。

【図８】本発明の第３の実施例の吸収式冷凍機における
熱交換部の構造を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 吸収式冷凍機 ２ 蒸発器 ３ 吸収器 ４ 再生器 ５ 精留塔 ６ 凝縮器 ７ 第１熱交換器 ８ 第２熱交換器 ３１ 熱交換部 ３２ 隔壁 ３３ 流体通路 ３４ フィン ４１ 熱交換部 ４２Ａ 第１流体通路 ４２Ｂ 第２流体通路 ４３ フィン ４３ａ 小フィン ５１ 熱交換部 ５２Ａ 第１流体通路 ５２Ｂ 第２流体通路 ５３ フィン ５３ａ 小フィン ６１ 熱交換部 ６２ 隔壁 ６３ 流体通路 ６４ フィン ６６ 供給通路部 ６７ 供給口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 孝治 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 大西 尚 大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 堀江 哲次 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 (72)発明者 岩田 克雄 兵庫県尼崎市扶桑町１番10号 住友精密工 業株式会社内 (72)発明者 古川 哲郎 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 越智 喜美雄 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内 (72)発明者 松田 光史 大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号 日立造船株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器、吸収器、再生器、精留塔および凝
   縮器を有するとともに、冷媒としてアンモニアを使用す
   るとともに、吸収液としてアンモニア水を使用する吸収
   式冷凍機において、上記蒸発器、吸収器、再生器、精留
   塔および凝縮器の内、少なくともいずれかに設けられる
   熱交換部を、複数個平行に配置された平板状の隔壁と、
   これら隔壁間に形成される各流体通路と、これら各流体
   通路または１つ置きの流体通路に配置された波形状のフ
   ィンとから構成したことを特徴とする吸収式冷凍機。
2. 【請求項２】流体通路に配置される波形状のフィンを、
   波の形成方向と平行な幅方向で所定間隔置きに切断して
   小フィンとなし、かつ各隣接する小フィンを、波の形成
   方向において、その位相が互いにずれるように配置した
   ことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機。
3. 【請求項３】再生器の熱交換部を、複数個の隔壁と、こ
   れら各隔壁間に形成される各流体通路に配置される波形
   状のフィンとから構成するとともに、隣接する各流体通
   路におけるフィンの波の配置方向を互いに直交させ、波
   が水平方向で屈曲するフィンが設けられた第１流体通路
   に濃アンモニア水溶液を供給させるとともに、波が鉛直
   方向で屈曲するフィンが設けられた第２流体通路に加熱
   流体を供給させるようになし、かつこの第２流体通路の
   上部に、濃アンモニア水溶液を供給する供給通路部を形
   成するとともに、この供給通路部に対応する隔壁に、供
   給通路部に供給された濃アンモニア水溶液を、第１流体
   通路内にほぼ均等に供給するための供給口を複数個形成
   したことを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機。