【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、吸収式冷温水機の高温再生器及びこの高温再生器を用いる吸収式冷温水機に関する。 【０００２】 【従来の技術】吸収式冷温水機の高温再生器としては例えば特開昭 58-198661号公報に記載のものがある。 具体的には高温再生器は外筒と内筒とから構成され、外筒と内筒との間に溶液を保持し、内筒の一部が溶液を加熱するための燃焼器の燃焼室となっており、その下流部の内筒内にほぼ垂直に溶液管群が設置されている。 燃焼器からの燃焼ガスが周囲を溶液で囲まれた燃焼室壁面を加熱した後、内筒内にほぼ垂直に設置された溶液管群の間を通って管群を外部から加熱する構成となっている。 熱伝達を向上するために管群はちどり配列に配置されたり、
燃焼ガスの下流部ではフィン管が用いられたりしている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】高温再生器で加熱沸騰させる臭化リチウム水溶液は、高温において腐食性が強くなるために、伝熱面温度を一定値以上に上げることができない。 このため上記のような従来例においては、伝熱管の燃焼ガス流に対する前面と背面で熱負荷が異なるので、前面の最も熱負荷が高く伝熱面温度が高温になる点を基準にして伝熱設計を行っている。 この場合、伝熱管背面では燃焼ガスがよどんだ状態になるので熱負荷が小さくなり、全体として伝熱面積が多く必要となり、高温再生器が大形化するという問題点があった。 逆に、全体の平均熱負荷を上げようとすると、伝熱管の前面で局部過熱が発生して伝熱面の腐食が進行するという問題点があった。 特にちどりに配列された伝熱管群においては、１列目の管と管の隙間で加速された燃焼ガスが２列目の管の先端にぶつかるので、その部分が過熱して腐食が進行する。 【０００４】本発明は、高温再生器の伝熱面の局部過熱を防止することによって腐食が発生せず、又小形化が図れる吸収式冷温水機の高温再生器及び吸収式冷温水機を提供することを目的とする。 【０００５】 【課題を解決するための手段】上記目的は、外筒と内筒との間に溶液を保持する液室を形成し、内筒内部は溶液を加熱する燃焼室とする吸収式冷温水機の高温再生器において、前記燃焼室の下流に前記内筒の上下の液室に連通し燃焼ガスと交差するように断面が流れ方向に扁平な溶液管を配置することによって、達成される。 【０００６】上記目的は、高温再生器、低温再生器、凝縮器、蒸発器、吸収器を接続して冷凍サイクルを構成する吸収式冷温水機において、外筒と内筒との間に溶液を保持する液室を形成し、内筒内部は溶液を加熱する燃焼室とし、前記燃焼室の下流に前記内筒の上下の液室に連通し燃焼ガスと交差するように断面が流れ方向に扁平な溶液管を配置する高温再生器を備えることによって、達成される。 【０００７】 【作用】溶液管が燃焼ガスの流れに方向に扁平な形状をしているので、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がなく、また伝熱面熱流束が一様に変化して局部過熱が発生しにくいので伝熱面の腐食の進行を防止することができる。 【０００８】 【実施例】図１は本発明の実施例の高温再生器の切欠き斜視図であり、図２は図１の高温再生器の垂直断面図であり、図３は図１の水平断面図である。 高温再生器１は外筒１０１と内筒１０２、複数の溶液管１０３、バーナ１０４、溶液流入管１０５、気液分離板１０６からなっている。 内筒１０２は外筒１０１の内部にあり、両者の間には溶液１０９が保持されて、内筒１０２はこの溶液１０９に没している。 バーナ１０４は内筒１０２に貫通して外筒１０１の側面に取り付けられており、内筒１０
２の内部が燃焼室１１１となっている。 前記外筒１０１
と内筒１０２とで液室１１２を形成し、燃焼室１１１の下流に内筒１０２の上下の液室１１２を連通する複数の溶液管１０３が設置され、内部は溶液１０９で満たされている。 溶液管１０３は水平断面が長円形（もしくは扁平形）をしており、長円形の直線部が平行になるように複数本一列に配列されている。 溶液管１０３と溶液管１
０３の間は燃焼ガス通路となっている。 また、外筒１０
１の内部で溶液１０９の上方には溶液流入管１０５、気液分離板１０６が設置され、外筒１０１の側面には溶液流出孔１０７、上面には冷媒蒸気流出孔１０８が設けられている。 フロートボックス１１０は溶液流出孔１０７
により外筒１０１と連通しており、溶液流入管１０５はフロートボックス１１０内を通って外筒１０１内につながっている。 フロートボックス１１０内の溶液流入管１
０５の途中にフロート弁が設けられており、フロートボックス内の液面高さに応じて高温再生器１に送り込む溶液流量を調節する。 【０００９】バーナ１０４からの燃焼ガスは、内筒１０
２の壁面を通して主に輻射伝熱により溶液１０９を加熱した後、隣合う溶液管１０３の平板面で挟まれた流路を通過しつつ、対流伝熱により溶液管１０３内の溶液１０
９を加熱して、外へ放出される。 加熱された溶液１０９
は沸騰して冷媒蒸気を発生し、発生した冷媒蒸気は上昇流となって溶液管１０３内や外筒１０１と内筒１０２の間の流路を上昇し、液面上にでて気液分離板１０６を迂回して、冷媒蒸気流出孔１０８から出ていく。 一方、溶液は溶液流入管１０５を通って高温再生器１内に導かれ、高温再生器１内で加熱沸騰して濃度の濃くなった溶液は、溶液流出孔１０７からフロートボックス１１０へ送られる。 溶液はフロートボックス内１１０に一旦溜められて液面を形成した後出ていく。 【００１０】以上説明したように本実施例によれば、燃焼ガスと溶液との熱交換を行う伝熱面が平板であるために、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がないので、平均熱流束を高くとることができ、高温再生器の小形化を図ることができる。 また、伝熱面が平板であるので局部加熱が発生しにくく、伝熱面の局部腐食を防止することができる。 【００１１】なお、溶液管１０３は円形のパイプを変形させることにより、容易に製作できる。 【００１２】次に、本発明の他の実施例を図４、図５、
図６を用いて説明する。 図４は高温再生器の切欠き斜視図であり、図５、図６は溶液管の水平断面図又は側面図を示す。 溶液管１０３は図１の実施例と同様に高温再生器の内筒１０２の内部にほぼ平行に複数本設置される。
溶液管１０３は水平断面が長円形をしており、その平板面には複数の伝熱フィン１２１が水平に設置されている。 伝熱フィン１２１は燃焼ガスの流れに沿って上流から下流に向かってフィン高さが高くなり、途中から一定の高さとなるようなフィン形状をしている。 その他の構成は図１の実施例と同様である。 【００１３】以上説明したような本実施例によれば、燃焼ガスと溶液との熱交換を行う伝熱面が平板であるために、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がないので、平均熱流束を高くとることができ、高温再生器の小形化を図ることができる。 また、伝熱面が平板であるので局部加熱が発生しにくく、伝熱面の局部腐食を防止することができる。 また、溶液管の平板面に設置した伝熱フィンは、燃焼ガスの流れに沿ってフィン高さを変化させているので、熱流束の均一化を図ることができ、腐食の進行を抑えながら平均熱流束を高くとることができ、さらに高温再生器１の小形化を図ることができる。 【００１４】次に、本発明の更に他の実施例を図７、図８を用いて説明する。 図７、図８は溶液管の水平断面図又は側面図を示す。 溶液管１０３は図１の実施例と同様に高温再生器の内筒１０２の内部にほぼ平行に複数本設置される。 溶液管１０３は水平断面が長円形をしており、その平板面には伝熱フィン１２１が水平に設置されている。 伝熱フィン１２１は燃焼ガスの流れ方向に３部分に分割されており、一番上流のフィン１２１ａは上流から下流に向かってフィン高さが高くなるような形状をしている。 また、分割された下流側のフィン１２１ｂ、
１２１ｃほどフィンピッチが小さくなっている。 また、
それぞれのフィンは、高さ方向の位置が上流側のフィンの高さとできるだけ一致しないように工夫されている。
その他の構成は、図１の実施例と同様である。 なお、内筒１０２と溶液管１０３の組立は、内筒の上下に溶液流路の形状にあわせた切れ込みを入れ、この切れ込みの開口側からあらかじめフィンを設置された溶液流路を挿入して上下を接合することにより、溶液流路の外面に設置されたフィンの干渉なく容易に組み立てることができる。 【００１５】以上説明したような本実施例によれば、燃焼ガスと溶液との熱交換を行う伝熱面が平板であるために、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がないので、平均熱流束を高くとることができ、高温再生器の小形化を図ることができる。 また、伝熱面が平板であるので局部加熱が発生しにくく、伝熱面の局部腐食を防止することができる。 また、溶液管の平板面に設置した伝熱フィンは、燃焼ガスの流れに沿ってフィン高さとフィンピッチを変化させているので、熱流束の均一化を図ることができ、腐食の進行を抑えながら平均熱流束を高くとることができ、さらに高温再生器の小形化を図ることができる。 【００１６】次に、本発明の更に他の実施例を図９、図１０を用いて説明する。 図９、図１０は溶液管の水平断面図又は側面図を示す。 溶液管１０３は図１の実施例と同様に高温再生器の内筒１０２の内部にほぼ平行に複数本設置される。 溶液管１０３は水平断面は上流側が長円形をしており、下流側は長方形となっており、その平板面には伝熱フィン１２１が水平に設置されている。 伝熱フィン１２１は燃焼ガスの流れ方向に３部分に分割されており、一番上流のフィン１２１ａは上流から下流に向かってフィン高さが高くなるような形状をしている。 また、分割された下流側のフィン１２１ｂ、１２１ｃほどフィンピッチが小さくなっている。 また、それぞれのフィンは、高さ方向の位置が上流側のフィンの高さとできるだけ一致しないように工夫されている。 その他の構成は図１の実施例と同様である。 【００１７】以上説明したように本実施例によれば、燃焼ガスと溶液との熱交換を行う伝熱面が平板であるために、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がないので、平均熱流束を高くとることができ、高温再生器１
の小形化を図ることができる。 また、伝熱面が平板であるので局部加熱が発生しにくく、伝熱面の局部腐食を防止することができる。 また、溶液管の平板面に設置した伝熱フィンは、燃焼ガスの流れに沿ってフィン高さとフィンピッチを変化させているので、熱流束の均一化を図ることができ、腐食の進行を抑えながら平均熱流束を高くとることができ、さらに高温再生器１の小形化を図ることができる。 また、本実施例においては溶液管の下流側の断面形状が長方形となっているので、燃焼ガス流路の後端までフィンを取り付けることができ、伝熱面積を有効に利用でき小形化を図れるとともに、むだな溶液部分を減らすことができるので、原価低減も図れるという効果がある。 また、内筒の後端部分が直線状になるので外筒との組立、接合が容易になるという効果もある。 【００１８】以上の実施例においては、内筒の上下をつなぐ溶液管１０３は水平断面が長円形のパイプとなっているが、図１１に示すように平面で構成された角パイプや平板の加工により細長い流路を形成しても同様の効果が得られる。 また、図１２、図１３に示すように、溶液管１０３を燃焼ガスの流れ方向に複数列配置してもよい。 【００１９】また、溶液管に取り付けられたフィンの高さは分割された部分ごとに高さが異なっていてもよい。
また、上流と下流のフィンの取付け位置は、ずらした方が伝熱性能が高くなるという効果がある。 【００２０】図１４は、本発明の実施例の吸収式冷温水機を用いた吸収式空調システムである。 【００２１】図に示すように吸収式冷温水機は、高温再生器１、低温再生器２、凝縮器３、蒸発器４、吸収器５、低温熱交換器６、高温熱交換器７、溶液循環ポンプ８、冷媒ポンプ９、加熱用のバーナ１０４、低温再生器３内に吸収器１からの溶液を散布する散布装置１０、低温再生器２内に配置し高温再生器１で発生した冷媒蒸気を凝縮して管外を流下する溶液と熱交換する伝熱管１
１、この伝熱管１１を凝縮器３に導く配管の途中に設けられた絞り１２、凝縮器３の底部に設けられた冷媒タンク１３、凝縮器３からＵ字シール、絞り１５を介して液冷媒を蒸発器４に導く冷媒液管１４、弁１７を介して凝縮器の気相部と蒸発器を結び、途中にＵシール部を持つ冷媒蒸気管１６、冷媒ポンプ９の吐出と冷媒散布装置２
０とをフロート弁１９を介して連結する冷媒管１８、蒸発器４の下部に配置した冷媒タンク２１、凝縮器３の冷媒タンク１３と、蒸発器４及び吸収器５の上部に設けられた冷媒受け２４とを、冷媒ブロー弁２２を介して結ぶ冷媒ブロー管２３、冷媒蒸気管１６のＵシールの底部と気泡ポンプの気泡吹出し部２６を結ぶ冷媒配管２５、気泡ポンプの気泡吹出し部２６の上部に配置し冷媒受け２
４に上部を開口した気泡ポンプの揚液管２７、冷媒管１
８の途中から分岐して気泡ポンプの気泡吹出し部２６へ接続する冷媒管２８と、低温熱交換器６とエジェクタポンプ３０を結ぶ溶液戻り管２９、溶液ポンプ８から低温熱交換器６へ溶液を送る配管の途中から分岐してエジェクタポンプ３０へ溶液を送る溶液管３１、エジェクタポンプ３０から溶液を溶液散布装置３３へ導く溶液管３２
と、吸収器５の下部に設けられた溶液トレイ３４、溶液トレイ３４と吸収器下部の溶液タンク３５を結ぶ溶液管３６、冷媒受け２４からの冷媒を溶液トレイ３４へ散布する冷媒散布管３７と蒸発器４内に設置された蒸発伝熱管５１と室内機５２の間を冷温水ポンプ５３により冷温水を循環させる冷温水配管５４、吸収器１内に設置された吸収伝熱管５５と凝縮器４内に設置された凝縮伝熱管５６と冷却塔５７の間を冷却水ポンプ５８により冷却水を循環させる冷却水配管５９から構成されている。 【００２２】冷房運転時にシステムは次のように動作する。 冷房運転時には弁１７及び弁２２は閉となっている。 【００２３】吸収器５の下部にある溶液タンク３５の溶液は、溶液循環ポンプ８により低温熱交換器６に送られた後、一部は高温熱交換器７を通って高温再生器１へ送られ、残りは低温再生器２へ送られて散布装置１０から散布される。 高温再生器１に送られた溶液はバーナ１０
４に加熱されて沸騰し冷媒蒸気を発生する。 発生した冷媒蒸気は低温再生器２に送られて伝熱管１１の管内で凝縮した後、絞り１２を通って凝縮器３へ送られる。 この時の凝縮熱は、散布装置１０から散布されて伝熱管１１
の管外を流下する溶液を加熱して、再び冷媒蒸気を発生させる。 発生した冷媒蒸気は凝縮器３へ送られ、凝縮伝熱管５６内を流れる冷却水により冷却されて凝縮し、高温再生器からの冷媒と合流して冷媒タンク１３に溜められる。 一方、高温再生器１で冷媒蒸気を発生して濃縮された濃溶液は、高温再生器１から溢れてフロートボックス１１０を経由して高温熱交換器７に送られる。 高温熱交換器７で吸収器からの希溶液と熱交換して温度を下げた後、低温再生器２からの濃溶液と合流する。 合流した濃溶液は、低温熱交換器６で吸収器１からの希溶液と熱交換してさらに温度を下げ、エジェクタポンプ３０によって溶液戻り管２９及び溶液管３２を通って溶液散布装置３３へ送られ、吸収器５内に散布される。 散布された濃溶液は、吸収伝熱管５５内を流れる冷却水により冷却されつつ蒸発器４からの冷媒蒸気を吸収して濃度が薄くなり、溶液トレイ３４で集められ溶液管３６を通って溶液タンク３５に戻る。 一方、凝縮器３の下部の冷媒タンク１３に溜められた液冷媒は、冷媒タンク１３から溢れて冷媒液管１４、絞り１５を経由して蒸発器４に流入する。 蒸発器４では、下部に設けられた冷媒タンク２１の液冷媒が、冷媒ポンプ９により冷媒管１８、フロート弁１９を通って冷媒散布装置２０に送られ、蒸発器４内の蒸発伝熱管５１上に散布され、管群内を流れる冷水と熱交換して蒸発し、その結果冷水から蒸発潜熱を奪い冷凍作用が得られる。 蒸発した冷媒は、吸収器１へ流出して、吸収器１内を流下する濃溶液に吸収される。 【００２４】一方、冷却塔５７で冷却された冷却水は、
冷却水ポンプ５８により吸収器５に送られ吸収伝熱管５
５で吸収熱を奪って温度上昇し、次に凝縮器３に送られ凝縮伝熱管５６で凝縮熱を奪ってさらに温度上昇する。
その後冷却塔５７に戻って冷却される。 また、蒸発器４
内の蒸発伝熱管５１で冷却された冷水は冷温水ポンプ５
３で室内機５２に送られ、室内を冷房して温度上昇し、
再び蒸発器に戻る。 【００２５】冷房運転中に冷房負荷がなくなった場合には、吸収冷温水機停止信号が与えられ、冷温水ポンプ５
３、冷却水ポンプ５８、冷却塔５７、バーナ１０４がただちに停止し、冷媒ポンプ９も同時に停止するが、溶液ポンプ８はサイクル内の濃溶液を希釈するために一定時間運転を継続し、冷媒の凍結を防止するために冷媒ブロー弁２２を開いて冷媒タンク１３の冷媒を冷媒ブロー管２３、冷媒受け２４、冷媒散布管３７を通って溶液トレイ３４上の溶液に混合して希釈する。 溶液の濃度を低下させることにより溶液の冷媒蒸気吸収能力を低下させ、
冷媒及び冷温水の凍結を防止できる。 【００２６】一方、暖房運転時にシステムは次のように動作する。 暖房運転時には弁１７及び弁２２は開となっており、冷却水ポンプ５８を停止し吸収器１内の吸収伝熱管５５及び凝縮器４内の凝縮伝熱管５６に冷却水は流さない。 また、冷媒ポンプ９は停止とする。 【００２７】吸収器１の下部にある溶液タンク２４の溶液は、溶液循環ポンプ８により低温熱交換器６に送られた後、一部は高温熱交換器７を通って高温再生器１へ送られ、残りは低温再生器２へ送られて散布装置１０から散布される。 高温再生器１に送られた溶液はバーナ１０
４に加熱沸騰されて冷媒蒸気を発生する。 発生した冷媒蒸気は低温再生器２に送られて伝熱管１１の管内で凝縮した後、絞り１２を通って凝縮器３へ送られる。 この時の凝縮熱は、散布装置１０から散布されて伝熱管１１の管外を流下する溶液を加熱して、再び冷媒蒸気を発生させる。 発生した冷媒蒸気は凝縮器３へ送られるが、凝縮器３内に設けられた管群内に冷却水が流されていないので、凝縮液化せず、弁１７、冷媒蒸気管１６を経由して蒸発器５に送られる。 また、冷媒蒸気の一部は冷媒蒸気管１６のＵシール部から冷媒管２５、気泡ポンプの気泡吹出し部２６、揚液管２７を通って冷媒受け２４へ送られ、冷媒散布管３７から吸収器１の溶液トレイ３４上へ送られる。 また、高温再生器からの液冷媒は、冷媒ブロー管２３、冷媒ブロー弁２２を経由して蒸発器４へ送られる蒸発器４では凝縮器からの冷媒蒸気が、蒸発伝熱管５１を流れる温水と熱交換して凝縮液化し、この時の凝縮潜熱により温水を加熱して暖房能力を発生する。 凝縮液化した液冷媒は冷媒タンク２１に溜められ、冷媒管１
８から分岐した冷媒管２８を通って気泡ポンプの気泡吹き出し部２６へ送られ、気泡ポンプの作用により揚液管２７を上昇して冷媒受け２４へ流入し、冷媒散布管３７
から吸収器５の溶液トレイ３４上へ送られる。 一方、高温再生器１で冷媒蒸気を発生して濃縮された濃溶液は、
高温再生器１からフロートボックス１１０を経由して高温熱交換器７に送られる。 高温熱交換器７で吸収器からの希溶液と熱交換して温度を下げた後、低温再生器３からの濃溶液と合流する。 合流した濃溶液は、低温熱交換器６で吸収器５からの希溶液と熱交換してさらに温度を下げ、エジェクタポンプ３０によって溶液戻り管２９及び溶液管３２を通って溶液散布装置３３へ送られ、吸収器５内に散布される。 吸収伝熱管５５内には冷却水が流れていないので、散布された濃溶液は吸収伝熱管５５を流下し、溶液トレイ３４上で液冷媒と混合して、溶液管３６を通って溶液タンク３５に戻る。 【００２８】また、蒸発器５内の蒸発伝熱管５１で加熱された温水は冷温水ポンプ５３で室内機５２に送られ、
室内を暖房して温度低下し、再び蒸発器に戻る。 【００２９】本実施例によれば、高温再生器を小形化したことにより吸収式冷温水機の小形化が図れる。 【００３０】 【発明の効果】本発明によれば、燃焼ガスがよどんで熱負荷が小さくなる場所がなく、平均熱流束を高くとることができ、高温再生器の小形化が図れ、このためこの高温再生器を用いることにより吸収式冷温水機の小形化も図ることができる。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例の高温再生器の切欠き斜視図。 【図２】図１のものの垂直断面図。 【図３】図２のものの水平断面図。 【図４】本発明の他の実施例の高温再生器の切欠き斜視図。 【図５】図４の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図６】図４のものの側面図。 【図７】本発明の更に他の実施例の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図８】図７のものの側面図。 【図９】本発明の更に他の実施例の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図１０】図９のものの側面図。 【図１１】本発明の更に他の実施例の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図１２】本発明の更に他の実施例の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図１３】本発明の更に他の実施例の高温再生器に用いる溶液管の水平断面図。 【図１４】本発明の吸収式冷温水機を用いた吸収式空調システム。 【符号の説明】 １…高温再生器、２…低温再生器、３…凝縮器、４…蒸発器、５…吸収器、６…低温熱交換器、７…高温熱交換器、８…溶液循環ポンプ、９…冷媒ポンプ、１０…散布装置、１１…伝熱管、１２…絞り、１３…冷媒タンク、
１４…冷媒液管、１５…絞り、１６…冷媒蒸気管、１７
…弁、１８…冷媒管、１９…フロート弁、２０…冷媒散布装置、２１…冷媒タンク、２２…冷媒ブロー弁、２３
…冷媒ブロー管、２４…冷媒受け、２５…冷媒管、２６
…気泡ポンプの気泡吹出し部、２７…気泡ポンプの揚液管、２８…冷媒管、２９…溶液戻り管、３０…エジェクタポンプ、３２…溶液管、３３…溶液散布装置、３４…
溶液トレイ、３５…溶液タンク、３６…溶液管、３７…
冷媒散布管、５１…蒸発伝熱管、５２…室内機、５３…
冷温水ポンプ、５４…冷温水配管、５５…吸収伝熱管、
５６…凝縮伝熱管、５７…冷却塔、５８…冷却水ポンプ、５９…冷却水配管、２０１…外筒、２０２…内筒、
２０３…燃焼室、１０…バーナ、２０４…溶液流路、２
０５…燃焼ガス通路、２０６…溶液、２０７…溶液流入管、２０８…溶液流出孔、２０９…冷媒蒸気流出孔、２
１０…気液分離板、２１１…伝熱フィン、２１１ａ、２
１１ｂ、２１１ｃ…伝熱フィン ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 相沢 道彦 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 成瀬 孝夫 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 浦木 泰男 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 |
