JPH0758148B2

JPH0758148B2 - 吸収冷凍機

Info

Publication number: JPH0758148B2
Application number: JP23868791A
Authority: JP
Inventors: 哲男川越; 孝男千葉
Original assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Current assignee: Shin Nippon Air Technologies Co Ltd
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1991-08-26
Publication date: 1995-06-21
Anticipated expiration: 2010-06-21
Also published as: JPH0552446A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、効率を改善し省エネル
ギーを図って省力化できるようにした吸収冷凍機に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】吸収冷凍機と同じようなサイクルを用い
て低温度の熱エネルギーを汲み上げて利用するものとし
て吸収式ヒートポンプがあるが、ここでは吸収冷凍機を
例に挙げて説明する。

【０００３】図６に従来の代表的な二重効用形吸収冷凍
機が示されている。この冷凍機は、蒸発器２１、吸収器
２２、再生器２３、２４、凝縮器２５の四つから構成さ
れ、その他に散布器２６、溶液ポンプ２７、熱交換器２
８、分離器２９などが付属する。

【０００４】ここで、蒸発器２１は図７に示すような構
造の熱交換器で構成されており、冷媒３０が散布器２６
を経て送られてくると、冷媒３０が熱交換器を通して冷
媒受皿３２に受容される過程で蒸発潜熱を奪って蒸発を
行って冷媒蒸気３１となるので、蒸発器管３３内には冷
水３４が得られる。３５はエリミネータ、３６は冷媒ポ
ンプである。

【０００５】この蒸発した冷媒は吸収器２２側に吸収さ
れる。吸収器２２は図８に示すような構造の熱交換器で
構成されており、吸収濃溶液３７が吸収液散布器３９を
経て送られてくると、濃溶液３７が冷媒蒸気３１を吸収
していく。４０は吸収器管、４１は吸収液溜り、４２は
エリミネータ、４３は吸収液ポンプである。

【０００６】この吸収で吸収溶液は希溶液３８に希釈さ
れると共に発熱昇温するが、熱交換器で冷却されながら
溶液ポンプ２７で熱交換器２８を経由して再生器２３→
分離器２９→再生器２４に運ばれ、冷媒と濃縮吸収溶液
に加熱分離される。

【０００７】分離された冷媒は凝縮器２５を経て再び蒸
発器２１へ、また、吸収濃溶液３７は吸収器２２に送ら
れて閉サイクルを構成する。ここで、吸収器２２及び凝
縮器２５の熱交換器には冷却水が、また、蒸発器２１の
熱交換器には冷水が循環している。

【０００８】以上の例における吸収冷凍機は、一般に
は、冷媒として水、また、吸収溶液としてはＬiＢr水溶
液が用いられている。これら水及びＬiＢr水溶液の飽和
温度は同一圧力（Ｐ）の下では、それぞれ水：ＴＬiＢr水溶液：Ｔ＋ΔＴとなり、ＬiＢr水溶液の飽和温度はＬiＢr（塩）を溶解
したことによる沸点上昇があり、ΔＴだけ高くなる。よ
って、両者が平衡状態を維持するにはＬiＢr水溶液の温
度を水よりΔＴだけ高温に保つ必要がある。

【０００９】ここで、逆にＬiＢr水溶液を冷却水で冷却
すると、ＬiＢr水溶液の温度は低下し、同一圧力条件
（Ｐ）が保てなくなり、ＬiＢr水溶液側はΔＰだけ圧力
低下が起き、このΔＰを補うために蒸発器側から水蒸気
が吸収器側に流れ込み、蒸発器１においては蒸発が続
き、周りより蒸発潜熱を奪い冷水が得られることにな
る。

【００１０】また、吸収器側に流れ込んだ水蒸気はＬi
Ｂr水溶液に吸い込まれていき、ここで吸収冷凍サイク
ルが構成される。このサイクルが連続するように諸機器
を配置したものが吸収冷凍機である。

【００１１】低温度の熱エネルギーを汲み上げる効率を
高めるには、汲み上げの働きをする冷媒蒸気の発生効率
及び発生した冷媒蒸気を吸収する効率を高める必要があ
る。これら効率は蒸発器及び吸収器の熱交換器の性能に
左右されるので、従来の吸収冷凍機には次のような問題
がある。１．小容量のクラスでは冷媒、吸収溶液の循環量が少な
いために、蒸発器や吸収器の熱交換器の伝熱管が一様に
濡れにくくなるなどの理由から蒸発器や吸収器の性能が
低下する。２．その結果、小容量の吸収冷凍機の商品化が遅れてい
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このような傾向を示す
吸収冷凍機には解決すべき課題がいくつか残されている
が、本発明が解決しようとする課題は次のものである。課題１熱交換器の伝熱管の単位容積当りの表面積を可及的大き
くし、小形化を図る。課題２熱交換器の伝熱管の濡れ性を改善する。課題３上記改善により中小容量クラスの吸収冷凍機の商品化を
可能とする。

【００１３】中小クラスの吸収冷凍機の商品化は各研究
機関等において研究開発が進められているが、まだ所望
の目標を達成していない。本発明は上記課題の解決と中
小容量の吸収冷凍機の商品化により、その普及を図り、
最近急増傾向を示している冷房負荷に基因する電力の夏
場のピークを抑制し、電力負荷の平準化対策に寄与する
ことなどを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の如き課題
を解決するために、次の三つの手段を用いている。 (1) 小容量のものに適合した小形の熱交換器を開発する
ために、細孔のない中空糸を伝熱管とする新形の熱交換
器を採用する。 (2) 伝熱管の濡れ性を改善するために、多数の伝熱管を
密に組み合わせた伝熱管群を造り、伝熱管の周りに細隙
を設け、この細隙に働く毛細管現象を利用した。 (3) 上記伝熱管群の構成において、伝熱管の配列方向を
冷媒或は吸収溶液の散布方向に合わせて、冷媒或は吸収
溶液の伝熱管群への拡がりを図った。

【００１５】

【作用】以下、これら手段の作用について説明する。１．中空糸採用による伝熱面積の拡大本発明では熱交換器の小形化、高性能を図るために、伝
熱管を細分割して単位容積当りの伝熱面積の拡大を図っ
ている。その手段として、多数の細孔のない中空糸を伝
熱管に用いている。

【００１６】一般には、伝熱管をｎ本に細分割するとき
伝熱管の断面積一定の条件で、その伝熱面積は平方根ｎ
倍に増大できる。従って、内径１４mmのものを５mmのも
のに分割する例で示すと、分割本数：（１４／５）²≒８伝熱面積拡大率：平方根８≒２．８（倍）となる。しかし、伝熱管を数mmのものに細分割して伝熱
面積を拡大する方法は、多数の伝熱管を端板にまとめる
工作上の困難性から実用化は進んでいない。

【００１７】本発明では数mmの伝熱管として中空糸１
（通常、中空糸には平均径で0.1μm程度以下の無数の細
孔が設けてあり、この細孔を用いて膜分離の機能がある
が、ここで用いる中空糸にはこの細孔のない特殊なもの
である。）を用いる。中空糸１を用いると、図４に示す
ように、多数の伝熱管１を端板に気密・水密に固定する
には、接着性樹脂でポッテイングして硬化させ、その
後、中空糸１の端末を樹脂ごと切断する方法等で容易に
できる。８はケース、９は結合剤、１０は接着剤、１１
はカバー、１２は注入口である。

【００１８】また、伝熱管にプラスチック材で造られた
中空糸１を用いると、従来の銅管に比し、熱伝導性の劣
るものになる。この劣化による熱伝達率の低下は中空糸
１の膜厚を0.1mmとしたとき、高々４０％に過ぎない。
この低下は中空糸１を多数用いることによる伝熱面積拡
大平方根ｎ倍で十分にカバーできる。この結果、熱交換
器の小形化が図れる。

【００１９】２．伝熱管群による伝熱管濡れ性の改善吸収冷凍機の容量が小さくなると、冷媒、吸収溶液の循
環量も減ってくるが、従来の熱交換器の構造はその割に
は小さく出来ない。そのために、中小容量機においては
熱交換器の伝熱管を一様に濡らすことが難しい。

【００２０】この問題は減圧下（１０mmHg以下）では表
面張力が増大する傾向にあり、表面張力の増大は濡れ性
を阻害し、問題を大きくする。

【００２１】本発明では、中空糸を伝熱管としてその多
数を断面占有率で４０％程度に密に組み合わせて伝熱管
群を構築し、各伝熱管の周りに細隙を設ける。この細隙
に働く毛細管現象で伝熱管に一様に冷媒、吸収溶液が行
き届くようにして、伝熱管の濡れ性の改善を図ってい
る。

【００２２】また、毛細管現象は表面張力が大きい程強
くなるので、図５に示すように、この効果は水よりも表
面張力の大きいＬiＢr水溶液の方が大きくなる。

【００２３】また、中空糸材に親水性のものを選んで伝
熱管の濡れ性を改善することができる。

【００２４】また、前述の如く、中空糸の採用で熱交換
器を小形に造れるので、冷媒、吸収溶液の循環量が少な
くなっても伝熱管を一様に濡らすことが容易になる。

【００２５】３．伝熱管群の伝熱管配列方法による濡れ
性の改善吸収冷凍機においては、蒸発器、吸収器の熱交換器の伝
熱管の配列方向は、図７、図８に示すように、通常は横
方向で、冷媒或は吸収溶液の散布方向と直角方向であ
る。

【００２６】本発明では、伝熱管として中空糸１を密度
高く配列するので、その配列方向が横方向では、熱交換
器上部から散布される冷媒、吸収溶液が下方の伝熱管群
へ一様に拡がるのに支障となる。

【００２７】本発明では伝熱管１の配列を縦方向とす
る。この配列により伝熱管周りの細隙は縦方向となり、
前述の毛細管現象により下方の伝熱管にも一様に冷媒、
吸収溶液が行き届くようになる。

【００２８】この結果、伝熱管１を隙間狭く密に配列
し、単位容積当りの伝熱面積を高め、熱交換器の小形化
を図っても、伝熱管を一様に濡らすことができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明一実施例を図面を参照しながら
説明する。図１は伝熱管群４からなる熱交換器５の代表
例を示している。伝熱管群４は図２に示すような所定の
長さの中空糸１（内径数mm以下、肉厚0.1mm以下）によ
る伝熱管ユニット３の１０個を密に組み合わせて構成し
た例を示す。

【００３０】この構成の各伝熱管ユニット３の中空糸１
の端末２は、それぞれ接続フランジ７により一ケ所に結
集され、図３に示すように、ポッテイング加工により気
密、水密に結合され、それぞれの水配管に接合できる。

【００３１】また、各伝熱管ユニット３は伝熱管群４の
構成に際し、予め結束され、横断面で中空糸１の占有率
が約４０％程度に密に組み合わされている。そして、中
空糸１間には細隙６が形成されている。

【００３２】この結果、単位容積当りの伝熱面積は従来
のものと比較して４倍程度広いものが得られる。

【００３３】この熱交換器５を用いた蒸発器では熱交換
器の上方より冷媒（水）のスプレー散布が行われる。散
布された水は伝熱管（中空糸）１の周りの細隙６に働く
毛細管現象で伝熱管群４の横方向、縦方向に隅なく拡が
り、その表面を濡らしながら薄膜流となって落下してい
く。

【００３４】他方、蒸発器の置かれた雰囲気は約６mmHg
の減圧下であり、伝熱管１内部には約１３℃の冷水が循
環している。ここで、前記薄膜流は冷水から蒸発潜熱を
奪って蒸発する。

【００３５】また、この熱交換器５を用いた吸収器では
熱交換器５の上方より吸収溶液のトレー散布を受ける。
この散布された吸収溶液は伝熱管群４の細隙６に働く毛
細管現象により、伝熱管群４の横方向、縦方向に隅なく
拡がり、伝熱管（中空糸）１の表面を濡らしながら薄膜
流となって落下していく。また、伝熱管１の内部には約
３０℃の冷却水が循環しているので、この吸収溶液の薄
膜流は冷却されながら落下していくことになる。

【００３６】一方、吸収器の置かれた雰囲気は、蒸発器
で発生した蒸気で充満されているので、伝熱管１上を落
下していく吸収溶液薄膜流は水蒸気を吸収しながら落下
していく。

【００３７】この吸収で薄膜流の表層は発熱昇温し、吸
収能力は低下するが、同時に下層では前記の冷却を受け
ているので、この薄膜流内部では熱的要因に基づく流れ
の擾乱が起こり、表層の吸収能力の低下した部分が下層
の吸収能力の残存する部分と置換され、吸収能力が回復
する。以上で吸収効率の高いものが得られる。

【００３８】

【発明の効果】本発明により次のような効果が生まれ
る。単位容積当りの伝熱面積を従来より数倍高くできるの
で、吸収冷凍機の小容量化にバランスして熱交換器の小
形化が図れる。上記熱交換器の小形化により、吸収冷凍機の小容量化
による冷媒、吸収溶液の循環量の減少に対しても、伝熱
管の濡れ性の良いものが得られる。熱交換器の伝熱管の周りに細隙を設けて、毛細管現象
を利用して伝熱管の濡れ性を改善できる。また、伝熱管（中空糸）の材料を親水性のものにして伝
熱管の濡れ性を改善できる。以上の効果を総合すると、
従来、中小容量の吸収冷凍機の商品化を阻害していた要
因がほぼ取り除かれたことになる。また、これらの効果
は吸収式ヒートポンプにそのまま適用できるものであ
る。（参考資料）中空糸を伝熱管に用いることにより、単位
容積当りの伝熱面積をどの程度拡大できるかを、吸収冷
凍機３ＲＴ（10,000Kcal／H）の吸収器用、蒸発器用の
伝熱面積について検討した一例を表１に示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例の中空糸の伝熱管群で構成した
熱交換器を示す斜視図である。

【図２】本発明一実施例に使用される中空糸を用いた伝
熱管ユニットの構造を示す正面図である。

【図３】本発明一実施例に使用されるポッテイング加工
による伝熱管群の中空糸端末の接続態様を示す断面図で
ある。

【図４】本発明一実施例の中空糸の端末のポッテイング
加工組立方法を示す断面図である。

【図５】ＬiＢr水溶液の表面張力を示すグラフである。

【図６】従来の代表的二重効用型吸収冷凍機を示す構成
図である。

【図７】従来の蒸発器の構造を示す構成図である。

【図８】従来の吸収器の構造を示す構成図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸収式ヒートポンプを含む吸収冷凍機の
構成要素である吸収器、蒸発器などにおいて、少なくと
も吸収器、蒸発器を構成する熱交換器の伝熱管に、細孔
のない中空糸を用いたことを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項２】吸収式ヒートポンプを含む吸収冷凍機の
構成要素である少なくとも吸収器、蒸発器を構成する熱
交換器の伝熱管において、中空糸で伝熱管ユニットを造
り、この伝熱管ユニットを多数密に組み合わせて伝熱管
群であるモジュールを構成し、伝熱管の周りに細隙を設
けたことを特徴とする吸収冷凍機。
【請求項３】吸収式ヒートポンプを含む吸収冷凍機の
構成要素である少なくとも吸収器、蒸発器を構成する熱
交換器の伝熱管において、中空糸で伝熱管ユニットを造
り、この伝熱管ユニットを多数密に組み合わせた伝熱管
群を構成し、該伝熱管の配列方向を冷媒或は吸収溶液の
散布方向に合わせたことを特徴とする吸収冷凍機。