JP2004176969A

JP2004176969A - 吸収式ヒートポンプ

Info

Publication number: JP2004176969A
Application number: JP2002342260A
Authority: JP
Inventors: Sumio Yagyu; 寿美夫柳生; Yuji Fukuyama; 雄二福山; Norio Obata; 法夫尾畠
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】蒸発器１４や吸収器１５の伝熱管群１４ａ，１５ａに対して上部から滴下された冷媒等を有効に伝熱に寄与させて、伝熱管群１４ａ，１５ａに対する伝熱効率を向上させるために、冷媒等が伝熱管群１４ａ，１５ａの各管に対して均一に濡れる状態にする。
【解決手段】蒸発器１４と吸収器１５の少なくとも一方において、内部に設置された伝熱管群１４ａ，１５ａのうち上側に位置する上部管群と下側に位置する下部管群の間に、メッシュが形成された整流板１６，１７をその整流板の下面が下部管群の伝熱管１４ａ，１５ａの上面と接触もしくは微小間隙を開ける状態で配置した。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は蒸発器、吸収器、再生器及び凝縮器を備えた吸収式ヒートポンプに関し、詳しくは、蒸発器及び吸収器の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸収式ヒートポンプにおいては、例えば図６に示すように、冷媒蒸気が通過可能な仕切り部２３を間にして蒸発器と吸収器が隣接配置され、蒸発器では凝縮器で凝縮された冷媒Ｒを、吸収器では再生器で濃縮再生された吸収液Ｌｃ（例えば、ＬｉＢｒ水溶液）を上方からスプレー噴射方式などにより夫々の伝熱管群１４ａ，１５ａへ滴下している。そして、蒸発器では冷媒Ｒの蒸発熱により伝熱管１４ａ内を流れる熱媒を冷却し、吸収器では蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収液に吸収させ、冷媒蒸気を吸収して濃度が低くなった吸収液Ｌａを再生器に送出している（これを第１の従来技術とする）。また、別の吸収式ヒートポンプの技術として、蒸発器及び吸収器内を上下２段に分割して、上段部の伝熱管群を流れてきた冷媒等を上下の境界箇所に設けた受け皿にいったん収容した後、その受け皿の底部に開けた滴下孔から下段部の伝熱管群に滴下させるようにした構造が開示されている（これを第２の従来技術とする）（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１７９９７５号公報（第２−８頁、図１〜図７）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記第１の従来技術では、冷媒や吸収液が伝熱管群に滴下する際、伝熱管群と周囲の壁との間には少なからずデッドスペースが存在するため、滴下状況によってはそのデッドスペースへ冷媒等が流れ込み、伝熱管に当ることなく下部の液溜りまで落下して、伝熱に寄与しない場合があった。さらに、冷媒等が伝熱管をつたって流れていても、伝熱管の端部等においては濡れていない部分があり、濡れ方が不均一な場合もあった。その結果、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率が低下して、吸収式ヒートポンプの性能の低下を招くおそれがあった。
また、上記第２の従来技術では、上段部の伝熱管群と周囲の壁との間のデッドスペースに流れ込んだ冷媒等を受け皿に集めて、下段部の伝熱管群に滴下させているので、冷媒等が伝熱管に全く当らずに落下するということはないが、伝熱管に対する冷媒等の濡れ方で不均一が発生するおそれはあった。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、蒸発器や吸収器の伝熱管群に対して上部から滴下された冷媒等を有効に伝熱に寄与させて、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率を向上させるために、冷媒等が伝熱管群の各管に対して均一に濡れる状態にすることにある。
さらには、伝熱管群と周囲の壁との間のデッドスペースに流れ込んだ冷媒等を伝熱管群の方に戻して、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率の一層の向上を実現させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するための吸収式ヒートポンプの請求項１に係る発明の特徴は、前記蒸発器と前記吸収器の少なくとも一方において、内部に設置された伝熱管群のうち上側に位置する上部管群と下側に位置する下部管群の間に、メッシュが形成された整流板をその整流板の下面が前記下部管群の伝熱管の上面と接触もしくは微小間隙を開ける状態で配置した点にある。
【０００７】
すなわち、この構成によれば、蒸発器と吸収器の少なくとも一方の内部に設置された伝熱管群の上部管群を伝って落下してきた冷媒や吸収液が、上部管群と下部管群の間に配置した整流板に達すると、整流板に形成されたメッシュに触れた冷媒等がメッシュの隙間に浸透して、伝熱管群の端部等の流れの悪い箇所にも流れて広がるため、滴下範囲を横方向に均一に広げることができる。さらに、メッシュで広げられ保持された冷媒等が、整流板の下面に接触もしくは微小間隙を開ける状態で配置された下部管群の伝熱管の上面に伝って落下するため、孔等による場合の点による滴下から線あるいは面による滴下が可能となる。
【０００８】
従って、例えば前記第２の従来技術のように滴下孔付きの板状の受け皿で冷媒等を受けるものでは、液量や板の傾斜等によって液が偏った状態で滴下されるおそれがあるのに対して、本発明のメッシュを備えた整流板では浸透作用によって液が迅速かつ均一に広がり、冷媒等が伝熱管群の各管に対して均一に濡れる状態で滴下することができる。これにより、蒸発器や吸収器の伝熱管群に対して上部から滴下された冷媒等を有効に伝熱に寄与させて、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率を向上させることが可能となる。
【０００９】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明に加えて、前記伝熱管群と周囲の壁との間に、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群の端に位置する斜板を配置した点にある。
【００１０】
すなわち、この構成によれば、上方から滴下された冷媒液等が伝熱管群と周囲の壁との間のデッドスペースに流れ込んだ場合に、そのデッドスペースに配置した斜板によって受止められるとともに、壁側から内側に向かって高さが低くなった斜板によって、壁側から内側端部の伝熱管群の端の位置まで戻される。これにより、デッドスペースに流れ込んだ冷媒等を内側に戻して伝熱管群に当てて伝熱に有効に寄与させ、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率の一層の向上を実現することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１又は２に係る発明に加えて、前記伝熱管群の上方から冷媒液又は溶液を落下供給する液供給部と周囲の壁との間に、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群の端に位置する斜板を配置した点にある。
【００１２】
すなわち、この構成によれば、伝熱管群の上方から冷媒液又は溶液を落下供給する液供給部の横側方に飛散した冷媒液等が液供給部と周囲の壁との間のデッドスペースに流れ込んだ場合に、そのデッドスペースに配置した斜板によって受止められるとともに、壁側から内側に向かって高さが低くなった斜板によって、壁側から内側端部の伝熱管群の端の位置まで戻される。これにより、上記液供給部から横側方に飛散した冷媒液等を伝熱管群に当てて伝熱に有効に寄与させ、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率の一層の向上を実現することができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項２又は３に係る発明の実施に好適な実施形態を特定するものであり、その特徴は、前記斜板の内側端部を前記整流板の周縁部に連なるように接続した点にある。
【００１４】
すなわち、この構成によれば、斜板によって受止められ斜板の内側端部に戻された冷媒液等が、斜板の内側端部に連なるように接続された整流板の周縁部にスムーズに移行して、整流板の全体に広がるので、上記斜板で戻された冷媒液等を伝熱管群の端部の伝熱管のみでなく、全体の管群に触れる状態にして、蒸発器での蒸発効率及び吸収器での吸収効率を一層向上させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を適用した吸収式冷温水機（吸収式ヒートポンプの一例）を備えたガスタービン・コージェネレーションシステムを示し、１はガスタービン、２はガスタービン１の出力軸１ａに連結した圧縮機であり、この圧縮機２により吸気路３から燃焼用空気Ａを吸入して、その吸入した燃焼用空気Ａを送気路４を通じガスタービン１の燃焼器５に加圧供給し、この燃焼器５で燃料路６からの供給燃料Ｆを燃焼させることによりガスタービン１の運転を継続する。
【００１６】
７は排ガス路８へ送出されたガスタービン１の排ガスＥと送気路４の燃焼用空気Ａとを熱交換させて燃焼用空気Ａを予熱する再生熱交換器であり、この再生熱交換器７による空気予熱により、所要のタービン作動温度を得るのに要する燃料量を低減してガスタービン１の燃料消費量を節減する。
９は圧縮機２とともにガスタービン１の出力軸１ａに連結した発電機であり、ガスタービン１の発生動力により発電機９を駆動することでコージェネレーションシステムとしての電力出力（タービン出力Ｇ）を得る。
【００１７】
一方、１０は二重効用型の吸収式冷温水機であり、この吸収式冷温水機１０の高温再生器１１において吸収液Ｌａを加熱する加熱管１１ａを再生熱交換器７よりも下流側で排ガス路８に介装して、この加熱管１１ａに対し再生熱交換器７を通過した後のタービン排ガスＥを熱源熱媒として供給する構成にし、これにより、再生熱交換器７を通過した後のタービン排ガスＥの保有熱を駆動熱源として吸収式冷温水機１０を運転することで、コージェネレーションシステムとしての熱出力を得る。
【００１８】
１２は高温再生器１１において加熱管１１ａによる加熱で冷媒Ｒを蒸発分離させた後の中濃度吸収液Ｌｂを導入する低温再生器、１２ａは高温再生器１１で発生した冷媒蒸気Ｒを熱源熱媒とする低温再生器用の加熱管であり、この加熱管１２ａによる低温再生器１２での吸収液加熱により低温再生器１２において中濃度吸収液Ｌｂから更に冷媒蒸気Ｒを発生させる。
【００１９】
１３は低温再生器１２で発生した冷媒蒸気Ｒ及び低温再生器１２の加熱管１２ａを通過した冷媒Ｒを冷却器１３ａの通過冷却水Ｃにより冷却して凝縮させる凝縮器であり、１４は凝縮器１３から送られる液冷媒Ｒを低圧雰囲気下で蒸発させて、出力熱交換器を構成する伝熱管１４ａにおける通過水Ｗをそれからの気化熱奪取により冷却する蒸発器であり、１５は冷却用の伝熱管１５ａの通過冷却水Ｃによる冷却下において低温再生器１２から送られる濃吸収液Ｌｃに蒸発器１４での蒸発冷媒Ｒを吸収させる吸収器である。そして、上記蒸発器１４により通過水Ｗを冷却して冷熱出力Ｑを得る。
【００２０】
また、１６ａは吸収器１５から高温再生器１１に戻す希吸収液Ｌａを低温再生器１２から吸収器１５に送る濃吸収液Ｌｃと熱交換させて予熱する低温熱交換器であり、１６ｂは低温熱交換器１６ａで予熱した希吸収液Ｌａを高温再生器１１から低温再生器１２に送る中濃度吸収液Ｌｂによりさらに予熱する高温熱交換器であり、ｐ１は冷媒循環ポンプ、ｐ２は吸収液循環ポンプである。
【００２１】
そして、この吸収式冷温水機１０では、高温熱交換器１６ｂで予熱した希吸収液Ｌａを高温再生器１１に戻す前段で、その希吸収液Ｌａを加熱管１１ａから送出されるタービン排ガスＥと熱交換させてさらに高温に予熱する最終予熱用の予熱熱交換器１６ｃを設けてあり、これにより、加熱管１１ａの出口におけるタービン排ガスＥの温度を高く設定して高温再生器１１における冷媒Ｒの蒸発温度（蒸発圧力）を高く確保しながらも、予熱熱交換器１６ｃでの希吸収液Ｌａの予熱により冷凍機全体としてのタービン排ガスＥからの取り入れ熱量を大きく確保して、未利用のままで機外へ排出するタービン排ガスＥの残存熱量を効果的に低減するようにしている。
なお、吸収式冷温水機１０の温水発生運転では、高温再生器１１において加熱管１１ａにより加熱した冷媒Ｒを短絡的に蒸発器１４に導いて、その加熱冷媒Ｒにより伝熱管１４ａにおける通過水Ｗを加熱する。これにより、蒸発器１４により通過水Ｗを加熱する温熱出力Ｑが得られる。
【００２２】
次に、前記蒸発器１４と前記吸収器１５の構造について説明すると、図２に示すように、蒸発器１４と吸収器１５において、内部に設置された伝熱管群１４ａ，１５ａのうち上側に位置する上部管群と下側に位置する下部管群の間に、メッシュが形成された整流板１６，１７をその整流板１６，１７の下面が前記下部管群の伝熱管の上面と接触もしくは微少間隙を開ける状態で配置している。
具体的には、伝熱管群１４ａ，１５ａを上下３群に分けて、一番上の管群１４ａ１，１５ａ１が上から２番目の管群１４ａ２，１５ａ２との関係では上部管群になるとともに、上から２番目の管群１４ａ２，１５ａ２が下部管群になり、また、上から２番目の管群１４ａ２，１５ａ２が上から３番目の管群１４ａ３，１５ａ３との関係では上部管群になるとともに、上から３番目の管群１４ａ３，１５ａ３が下部管群になる。ただし、伝熱管群１４ａ，１５ａの上部管群及び下部管群への群分けは適宜変更することができ、例えば、上記３群の各群内で上下方向に並ぶ各管の間に、さらに整流板１６，１７を配置する構成も可能である。
【００２３】
なお、上記蒸発器１４と吸収器１５は、蒸発器１４で蒸発した冷媒蒸気を吸収器１５に通過させる通過開口を備えた仕切り部２３で仕切られている。また、図では、伝熱管群１４ａ，１５ａを構成する各伝熱管が格子状に配列されたものを示すが、上下左右で隣接する各伝熱管同士の位置を半ピッチずらせた千鳥状に配列してもよい。
【００２４】
また、前記伝熱管群１４ａ，１５ａと周囲の壁２２との間に、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群１４ａ，１５ａの端に位置する斜板１８，１９を配置している。そして、上記斜板１８，１９の内側端部を前記整流板１６，１７の周縁部に連なるように接続している。尚、図２には、斜板１８，１９の内側端部が上から２番目の管群１４ａ２，１５ａ２と上から３番目の管群１４ａ３，１５ａ３との間の整流板１６，１７に連なるものを示す。
さらに、蒸発器１４において前記伝熱管群１４ａの上方から冷媒液を落下供給する液供給部としての冷媒スプレー噴射装置２０及び吸収器１５において前記伝熱管群１５ａの上方からＬｉＢｒ溶液（吸収液）を落下供給する液供給部としてのＬｉＢｒ溶液スプレー噴射装置２１の夫々と周囲の壁２２との間にも、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群１４ａ，１５ａの端に位置する斜板１８，１９を配置している。なお、上記液供給部は、スプレー噴射式の他に、底に滴下孔を開けたトレー（受け皿）式のものでもよい。
【００２５】
本実施形態では、蒸発器１４と吸収器１５を１つの壁体内に仕切り部２３で仕切って隣接設置しているため、斜板１８，１９のうち、仕切り部２３側の斜板１８，１９は、仕切り部２３との間のデッドスペースに流れ込んだ冷媒液等を伝熱管１４ａ，１５ａの方に戻す。この結果、斜板１８，１９は、蒸発器１４と吸収器１５との間での液の混入（吸収器１５の溶液が蒸発器１４に混入する、あるいは、蒸発器１４の冷媒が吸収器１５に混入すること）を防止する働きもする。
【００２６】
前記整流板１６，１７は、図３に示すように、中央のメッシュ部分１６ｂ，１７ｂと、これを保持する周囲の枠部分１６ａ，１７ａで構成される。なお、図３では、前記斜板１８，１９の内側端部が上記枠部分１６ａ，１７ａの縁部に接続されたものを示している。
【００２７】
図４に、上記整流板１６，１７と斜板１８，１９が一体に接続されたものを、上下３群の伝熱管群１４ａ，１５ａの間に配置した例を示す。なお、上記整流板１６，１７と斜板１８，１９を接続せず、分離状態で端部同士を近接配置するようにしてもよい。また、図５には、上記整流板１６，１７単体を、上下３群の伝熱管群１４ａ，１５ａの間に配置した例を示す。
【００２８】
上記整流板１６，１７と斜板１８，１９の材質としては、鋼材が使用される。ただし、強度及び腐食に問題が無ければ、樹脂材等で構成してもよい。また、整流板１６，１７のメッシュサイズは、冷媒や吸収液が通過できる範囲で種々のサイズを選択することができる。
【００２９】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を列記する。
上記実施形態では、蒸発器１４と吸収器１５の両方において、メッシュが形成された整流板１６，１７、及び、斜板１８，１９を配置したが、蒸発器１４と吸収器１５の少なくとも一方において、整流板１６，１７、及び、斜板１８，１９を配置するようにしてもよい。
【００３０】
上記実施形態では、蒸発器１４と吸収器１５を１つの壁体内に仕切り部２３で仕切って隣接設置したが、蒸発器１４と吸収器１５を別々の壁体内に配置して、蒸発器１４と吸収器１５を配管で接続するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した吸収式冷温水機を備えたガスタービン・コージェネレーションシステムの全体構成図
【図２】本発明に係る蒸発器と吸収器の構造を示す側面図
【図３】本発明に係る整流板及び斜板の構造を示す斜視図
【図４】本発明に係る蒸発器と吸収器の構造の変形例を示す側面図
【図５】本発明に係る蒸発器と吸収器の構造の変形例を示す側面図
【図６】従来例の蒸発器と吸収器の構造を示す側面図
【符号の説明】
１１，１２再生器
１４蒸発器
１４ａ伝熱管群
１５吸収器
１５ａ伝熱管群
１６整流板
１７整流板
１８斜板
１９斜板
２０液供給部
２１液供給部

Claims

蒸発器、吸収器、再生器及び凝縮器を備えた吸収式ヒートポンプであって、
前記蒸発器と前記吸収器の少なくとも一方において、内部に設置された伝熱管群のうち上側に位置する上部管群と下側に位置する下部管群の間に、メッシュが形成された整流板をその整流板の下面が前記下部管群の伝熱管の上面と接触もしくは微小間隙を開ける状態で配置した吸収式ヒートポンプ。
前記伝熱管群と周囲の壁との間に、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群の端に位置する斜板を配置した請求項１記載の吸収式ヒートポンプ。
前記伝熱管群の上方から冷媒液又は溶液を落下供給する液供給部と周囲の壁との間に、壁側から内側に向かって高さが低くなり且つ内側端部が前記伝熱管群の端に位置する斜板を配置した請求項１又は２記載の吸収式ヒートポンプ。
前記斜板の内側端部を前記整流板の周縁部に連なるように接続した請求項２又は３記載の吸収式ヒートポンプ。