特許 7550698 吸収器および空調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-05

(45)【発行日】2024-09-13

(54)【発明の名称】吸収器および空調システム

(51)【国際特許分類】

   F25B 29/00 20060101AFI20240906BHJP

   F28F 1/32 20060101ALI20240906BHJP

   F25B 37/00 20060101ALI20240906BHJP

【ＦＩ】

F25B29/00 421

F28F1/32 W

F25B37/00

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021060734

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022156845

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-11-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000000284

【氏名又は名称】大阪瓦斯株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001818

【氏名又は名称】弁理士法人Ｒ＆Ｃ

(72)【発明者】

【氏名】若林 努

(72)【発明者】

【氏名】服部 沙織

(72)【発明者】

【氏名】八橋 元

(72)【発明者】

【氏名】井上 修行

(72)【発明者】

【氏名】井汲 米造

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 潔

【審査官】森山 拓哉

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－２７７１０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１９０５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１０１９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０３０８６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－０８５０７１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国特許出願公開第１０９６３１３９２（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１７６１０１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】実開昭５８－１１９０６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００８－１４５６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２５Ｂ ２９／００

Ｆ２５Ｂ ３７／００

Ｆ２８Ｄ １／０４

Ｆ２８Ｄ １／０４７

Ｆ２８Ｄ １／０５３

Ｆ２８Ｆ １／０２

Ｆ２８Ｆ １／３２

Ｆ２８Ｆ １／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

扁平多穴伝熱管と、
前記扁平多穴伝熱管の一端側において前記扁平多穴伝熱管と流体連通する吸収液供給部と、
前記吸収液供給部に流体連通する冷媒供給管と、を備える吸収器であって、
前記扁平多穴伝熱管は、伝熱管本体と、前記伝熱管本体の内側を複数の流路に区分する隔壁部材と、を有し、
前記一端側において、前記隔壁部材が前記伝熱管本体より引退して設けられている部分が存在する吸収器。

【請求項2】

前記扁平多穴伝熱管は、前記扁平多穴伝熱管の面方向が前記冷媒供給管の長手方向と交差する配置で、前記冷媒供給管の長手方向に間隔を空けて並べて複数配置され、
複数の前記扁平多穴伝熱管のうちの、前記冷媒供給管の上流側に設けられている少なくとも一つの前記扁平多穴伝熱管は、過冷却器として構成されている請求項１に記載の吸収器。

【請求項3】

前記一端側において前記隔壁部材が前記伝熱管本体より引退する長さの前記伝熱管本体の幅に対する割合は、０.２～２.０である請求項１または２に記載の吸収器。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一項に記載の吸収器を備える空調システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、吸収器および空調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、空調機における冷却システムとして、吸収サイクルが用いられている。吸収サイクルでは、低圧下で冷媒を蒸発させることによって、冷却対象を冷却する。このとき、低圧下での冷媒の蒸発を可能にするため、冷媒が吸収器において吸収液に吸収される。

【0003】

吸収器の性能を向上するべく、吸収器における熱交換の効率を高める種々の検討が行われている。たとえば、特開２００６－１６２１５４号公報（特許文献１）には、伝熱プレートが積層された積層プレート式吸収器が開示されている。特許文献１の技術によれば、吸収器の小型化と高性能化とを両立しうる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００６－１６２１５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、特許文献１の技術においては、空冷条件で使用される扁平多穴伝熱管は想定されておらず、複数ある各々の扁平多穴伝熱管の入口部分で、位置による冷媒蒸気の偏りが生じ、これによって吸収器の性能が低下する場合があった。

【0006】

そこで、空冷条件で使用される扁平多穴伝熱管を用いた吸収器において、各々の扁平多穴伝熱管の入口部分で、位置による冷媒蒸気の偏りを抑制できる吸収器および空調システムの実現が求められる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る吸収器の特徴構成は、扁平多穴伝熱管と、前記扁平多穴伝熱管の一端側において前記扁平多穴伝熱管と流体連通する吸収液供給部と、前記吸収液供給部に流体連通する冷媒供給管と、を備える吸収器であって、前記扁平多穴伝熱管は、伝熱管本体と、前記伝熱管本体の内側を複数の流路に区分する隔壁部材と、を有し、前記一端側において、前記隔壁部材が前記伝熱管本体より引退して設けられている部分が存在する点にある。

【0008】

この構成によれば、隔壁部材が扁平多穴伝熱管の一端側において伝熱管本体より引退して設けられていることによって、扁平多穴伝熱管の入口部分において自由空間が形成される。これによって、当該自由空間において冷媒が吸収液に均一に混合されうる。その結果、空冷条件で使用される扁平多穴伝熱管を用いた吸収器の性能向上が可能になる。

【0009】

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

【0010】

本発明に係る吸収器のさらなる特徴構成は、前記扁平多穴伝熱管は、前記扁平多穴伝熱管の面方向が前記冷媒供給管の長手方向と交差する配置で、前記冷媒供給管の長手方向に間隔を空けて並べて複数配置され、複数の前記扁平多穴伝熱管のうちの、前記冷媒供給管の上流側に設けられている少なくとも一つの前記扁平多穴伝熱管は、過冷却器として構成されている点にある。

【0011】

この構成によれば、吸収液のフラッシュ蒸気の発生による吸収液の偏りが防止されうる。

【0012】

本発明に係る吸収器のさらなる特徴構成は、前記一端側において前記隔壁部材が前記伝熱管本体より引退する長さの前記伝熱管本体の幅に対する割合は、０.２～２.０である点にある。

【0013】

この構成によれば、冷媒と吸収液とが混合されうる自由空間の大きさを適度に取ることができる。

【0014】

本発明に係る空調システムの特徴構成は、上記のいずれかの吸収器を備える点にある。

【0015】

この構成によれば、吸収器の冷却方式を空冷式とした空調システムを提供しうる。

【0016】

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】実施形態に係る空調システムのフロー図である。

【図2】実施形態に係る吸収器の断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線における断面図である。

【図4】隔壁部材の第一の変形例を示す図である。

【図5】隔壁部材の第二の変形例を示す図である。

【図6】隔壁部材の第三の変形例を示す図である。

【図7】吸収器の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明に係る吸収器および空調システムの実施形態について、図面を参照して説明する。以下では、本発明に係る吸収器を、カーエアコン用の空調システム１００に備えられた吸収器１に適用した例について説明する。

【0019】

〔空調システムの構成〕
本実施形態に係る空調システム１００は、吸収冷凍サイクルと圧縮冷凍サイクルとが、冷媒を共用する方式で融合された構成を有する。空調システム１００は、高圧段部１１０、低圧段部１２０、および気液分離装置１３０を有する（図１）。

【0020】

高圧段部１１０には、ポンプ１１１、溶液減圧装置１１２、溶液熱交換器１１３、再生器１１４、凝縮器１１５、および冷媒膨張装置１１６、および吸収器１が設けられている。

【0021】

低圧段部１２０には、冷媒膨張装置１２１、蒸発器１２２、および圧縮機１２３が設けられている。なお、圧縮機１２３はモータ１２４によって駆動される。ただし、圧縮機１２３はエンジンなどの動力によって駆動されてもよい。

【0022】

気液分離装置１３０は、高圧段部１１０と低圧段部１２０との境界に設けられており、高圧段部１１０においては冷媒膨張装置１１６の下流かつ吸収器１の上流の位置に設けられており、低圧段部１２０においては圧縮機１２３の下流かつ冷媒膨張装置１２１の上流に設けられている。

【0023】

本実施形態では、冷媒としてＨＦＯ系冷媒（たとえばＲ１２３４ｙｆ）を用いうるが、これらに限定されない。また、本実施形態では、吸収液としてエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテル、トリエチレングリコールブチルメチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、およびジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテートなどを用いうるが、これらに限定されない。

【0024】

〔空調システムの動作〕
空調システム１００が冷房動作する場合を記載する。蒸発器１２２において車内の空気の冷却が行われる。すなわち、蒸発器１２２において冷媒が車内の空気から熱を受け取り、冷媒が蒸発する。冷媒は圧縮機１２３において圧縮され過熱蒸気となり、気液分離装置１３０に導入される。

【0025】

後述するが、再生器１１４において冷媒を吸収した吸収液（強溶液）から分離された冷媒が、凝縮器１１５において凝縮される。凝縮された冷媒は、冷媒膨張装置１１６において減圧されて湿り蒸気となり、気液分離装置１３０に導入される。当該湿り蒸気の冷媒は、気液分離装置１３０において、圧縮機１２３において圧縮された前述の過熱蒸気の冷媒と混合されたのちに、飽和液と飽和蒸気に気液分離される。

【0026】

気液分離装置１３０において分離された冷媒の気体成分（飽和蒸気）は、高圧段部１１０を流通する。冷媒の気体成分は、吸収器１において吸収液に吸収される。本実施形態では吸収器１を空冷式としており、冷媒と吸収液との混合により生じる発熱は、空冷により取り除かれる。冷媒を吸収した吸収液（強溶液）は、ポンプ１１１によって昇圧されて溶液熱交換器１１３に至り、溶液熱交換器１１３において予熱された後に再生器１１４に至る。

【0027】

再生器１１４において、冷媒を吸収した吸収液（強溶液）が加熱される。このとき、冷媒と吸収液との沸点の違いにより、一部の冷媒が気化する。なお、加熱のエネルギーは、エンジンの排熱により賄われる。

【0028】

再生器１１４において一部の冷媒が分離された吸収液（弱溶液）は、溶液熱交換器１１３において冷却されたのちに、溶液減圧装置１１２において減圧されて吸収器１に戻る。

【0029】

再生器１１４において吸収液（強溶液）から分離された冷媒は、凝縮器１１５において凝縮される。前述したように、凝縮された冷媒は、冷媒膨張装置１１６において減圧されて湿り蒸気となり、気液分離装置１３０に導入される。

【0030】

ただし、車両の始動直後などのエンジンの排熱が少ない状況では、再生器１１４において冷媒を吸収した吸収液（強溶液）を加熱するためのエネルギーが不足する場合がある。この場合は、吸収器１、ポンプ１１１、溶液熱交換器１１３、および再生器１１４が設けられた経路に加えて、圧縮機１１７が設けられた経路も使用される。この場合、気液分離装置１３０において分離された冷媒の気体成分の一部が、圧縮機１１７で圧縮されて過熱蒸気となり、再生器１１４において吸収液（強溶液）から分離された冷媒とともに凝縮器１１５に導入される。なお、圧縮機１１７は、モータ１１８によって駆動される。ただし、圧縮機１１７はエンジンなどの動力によって駆動されてもよい。再生器１１４において冷媒を吸収した吸収液（強溶液）を加熱するためのエネルギーがほとんどない場合は、気液分離装置１３０において分離された冷媒の気体成分のすべてが、圧縮機１１７で圧縮されて過熱蒸気となり、凝縮器１１５に導入される。

【0031】

〔吸収器の構成〕
本実施形態に係る吸収器１は、扁平多穴伝熱管２と、吸収液供給部３と、冷媒供給管４と、フィン５と、を備える（図２、図３）。扁平多穴伝熱管２は、その一端側２ａにおいて吸収液供給部３と流体連通している。吸収液供給部３には、冷媒供給管４が収容されており、冷媒供給管４に設けられた開口部４１を介して吸収液供給部３と冷媒供給管４とが流体連通している。

【0032】

扁平多穴伝熱管２は複数設けられており、扁平多穴伝熱管２の面方向（図３のＹＺ平面方向）が冷媒供給管４の長手方向（図２のＸ方向）と交差（略直交）する配置で、冷媒供給管４の長手方向（図２のＸ方向）に間隔を空けて並べて配置されている。扁平多穴伝熱管２の面方向（図３のＹＺ平面方向）と直交する断面は、角丸四角形状に形成されている。また、扁平多穴伝熱管２の間には、コルゲート状のフィン５が設けられている。

【0033】

扁平多穴伝熱管２は、扁平形状の伝熱管本体２１の内側に、複数の隔壁部材２２が設けられた構造を有する（図３）。伝熱管本体２１の内側は、複数の隔壁部材２２によって複数の流路２３に区分される。なお、隔壁部材２２は、内部を流れる流体（冷媒と吸収液の混合物）の伝熱改良を図るフィンの役割をする。

【0034】

隔壁部材２２は、扁平多穴伝熱管２の面方向（図３のＹＺ平面方向）と交わる方向（図２のＸＺ平面方向）に面を有する平板状の形状を有し、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａにおいて伝熱管本体２１より引退して設けられている。これによって、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａには、隔壁部材２２によって区分されていない自由空間２４が形成される。扁平多穴伝熱管２の一端側２ａにおいて隔壁部材２２が伝熱管本体２１より引退する長さＬ（すなわち自由空間２４の長さＬ）の伝熱管本体２１の幅Ｗ（図３のＹ方向の幅Ｗ）に対する割合は、０.２～２.０である。

【0035】

複数の扁平多穴伝熱管２の流路は、他端側２ｂにおいて集約されて、ポンプ１１１に接続される。

【0036】

吸収液供給部３は、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａに吸収液を供給できるように構成されている。溶液減圧装置１１２において減圧された吸収液が、配管３１を介して吸収液供給部３に供給される。

【0037】

冷媒供給管４は、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａに冷媒を供給できるように構成されている。気液分離装置１３０において分離された冷媒の気体成分が、冷媒供給管４を経て吸収器１に供給される。冷媒供給管４と吸収液供給部３の配管３１とは二重管構造に形成されている。図３に示すように、冷媒供給管４は、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａの略中央（図３のＹ方向に沿う扁平多穴伝熱管２の幅の略中央）に相対して配置されている。また、冷媒供給管４は、吸収液供給部３の幅方向（図３のＹ方向）および高さ方向（図３のＺ軸方向）の略中央に配置されている。

【0038】

冷媒供給管４は、複数の開口部４１を有する。開口部４１が設けられている冷媒供給管４の長手方向の位置（図２のＸ方向）は、扁平多穴伝熱管２が設けられている位置と略一致している。

【0039】

冷媒供給管４を流通する冷媒は、開口部４１を通じて吸収液供給部３に流入し、ここで吸収液と混合される。本実施形態では、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａにおいて、伝熱管本体２１の内部に自由空間２４が形成されているため、自由空間２４において冷媒が吸収液中に十分に拡散しうる。これによって、複数の扁平多穴伝熱管２において、冷媒と吸収液とが十分に混合されやすく、かつ、吸収液中の冷媒の濃度が均一になりやすい。

【0040】

フィン５は、吸収器に用いられるフィンとして公知の材料により形成され、公知の形状を有する。フィン５は、たとえば銅製、アルミニウム製などでありうる。本実施形態では、吸収器１を冷却する方式として空冷式を採用しており、フィン５の隙間には、図２の紙面に直交する方向に空気が流通する。そして、フィン５および扁平多穴伝熱管２の表面において、扁平多穴伝熱管２の内側を流れる流体（冷媒と吸収液との混合物）と空気との間での熱交換が行われる。

【0041】

〔隔壁部材の変形例〕
以下では、隔壁部材２２の変形例について説明する。なお、いずれの変形例においても伝熱管本体２１の構造は上記の実施形態と同様である。

【0042】

図４に示す第一の変形例では、波板状に形成された隔壁部材２２Ａが用いられる。上記の実施形態では複数の隔壁部材２２が用いられているが、この変形例では、隔壁部材２２Ａは一体に形成されている。また、隔壁部材２２Ａには空孔２２１が設けられている。これによって、流路２３を流通する冷媒と吸収液との混合物の流れが複雑になり、冷媒と吸収液との混合が促進される。

【0043】

図５に示す第二の変形例では、平板状の隔壁部材２２Ｂが用いられる。隔壁部材２２Ｂには空孔２２２が設けられている。空孔２２２がもたらす作用効果は第一の変形例の空孔２２１と同様である。なお、図５では隔壁部材２２Ｂが一つのみ示されているが、隔壁部材２２Ｂが複数設けられてもよい。

【0044】

図６に示す第三の変形例では、オフセット構造の隔壁部材２２Ｃが用いられる。隔壁部材２２Ｃでは、波型部分２２３が互い違いに設けられており、これによって複雑な流路２３が形成される。

【0045】

〔吸収器の変形例〕
図７に示す変形例では、複数の扁平多穴伝熱管２のうち、最も冷媒供給管４の上流側（図７紙面左側）に位置する扁平多穴伝熱管２Ａが、過冷却器として構成されている。この変形例では、吸収液供給部３に吸収液を供給する配管３１が、吸収器１Ａの上部に接続されている。扁平多穴伝熱管２の他端側２ｂにおいて、扁平多穴伝熱管２Ａ（過冷却器）と他の扁平多穴伝熱管２との間に隔壁３２が設けられており、配管３１から導入された吸収液は、扁平多穴伝熱管２Ａ（過冷却器）を経由して吸収液供給部３に至る。すなわち、吸収液が吸収液供給部３に至る前に冷却されることになる。この変形例によれば、吸収液のフラッシュ蒸気の発生による吸収液の偏りが防止されうる。

【0046】

〔本実施形態の作用効果〕
従来の吸収器では、伝熱管における冷媒と吸収液との混合が不十分な場合があり、これによって、伝熱管内部に流通する流体の温度が十分に上がらない場合があった。そのため、当該流体を冷却する方式として空冷を採用することが難しい場合があった。本実施形態によれば、自由空間２４を設けてあることによって、冷媒と吸収液とが十分に混合されやすく、かつ、吸収液中の冷媒の濃度が均一になりやすいため、伝熱管内部に流通する流体の温度が空冷を採用可能な水準にまで上昇しうる。したがって、吸収器の冷却方式として空冷を採用できるようになった。

【0047】

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明に係る吸収器および空調システムのその他の実施形態について説明する。なお、以下のそれぞれの実施形態で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することも可能である。

【0048】

上記の実施形態では、吸収器１が、圧縮吸収サイクルとして構成されている空調システム１００に設けられている例について説明した。しかし、本発明に係る吸収器は、純粋な吸収サイクルに設けられていてもよい。

【0049】

上記の実施形態では高圧段部１１０に圧縮機１１７が設けられている構成を例として説明したが、本発明に係る空調システムは、圧縮機を有さないものであってもよい。

【0050】

上記の実施形態では、複数の扁平多穴伝熱管２の全てに自由空間が設けられている構成を例として説明した。しかし、本発明係る吸収器において複数の扁平伝熱管が設けられる場合において、一部の扁平多穴伝熱管においてのみ自由空間が設けられてもよい。すなわち、隔壁部材が伝熱管本体より引退して設けられている扁平多穴伝熱管と、隔壁部材が伝熱管本体より引退していない扁平多穴伝熱管とが混在していてもよい。

【0051】

上記の実施形態では、扁平多穴伝熱管２の一端側２ａにおいて隔壁部材２２が伝熱管本体２１より引退する長さＬの伝熱管本体２１の幅Ｗに対する割合が０.２～２.０である構成を例として説明した。しかし、本発明に係る吸収器において、伝熱管本体と隔壁部材との長さの関係は、隔壁部材が一端側において伝熱管本体より引退している限りにおいて限定されない。

【0052】

上記の実施形態では、すべての隔壁部材２２が伝熱管本体２１より引退している構成を例として説明した。しかし、本発明に係る吸収器において、扁平伝熱管の一端側において、隔壁部材が伝熱管本体より引退して設けられている部分が一部分でも存在すればよい。たとえば、上記の実施形態において、複数の隔壁部材２２の一部のみを伝熱管本体２１より引退させ、他の隔壁部材２２の長さを伝熱管本体２１の長さと略同一にしてもよい。なお、扁平伝熱管の一端側のうち、少なくとも冷媒供給管と相対する部分において隔壁部材が伝熱管本体より引退して設けられていることが好ましく、全ての隔壁部材が伝熱管本体より引退して設けられていることがより好ましい。

【0053】

その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の範囲はそれらによって限定されることはないと理解されるべきである。当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜改変が可能であることを容易に理解できるであろう。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変された別の実施形態も、当然、本発明の範囲に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0054】

本発明は、たとえば車載用の空調システムに利用できる。

【符号の説明】

【0055】

１ ：吸収器
２ ：扁平多穴伝熱管
２ａ ：扁平多穴伝熱管の一端側
２ｂ ：扁平多穴伝熱管の他端側
２１ ：伝熱管本体
２２ ：隔壁部材
２３ ：流路
２４ ：自由空間
３ ：吸収液供給部
３１ ：配管
４ ：冷媒供給管
４１ ：開口部
５ ：フィン
１００ ：空調システム
１１０ ：高圧段部
１１１ ：ポンプ
１１２ ：溶液減圧装置
１１３ ：溶液熱交換器
１１４ ：再生器
１１５ ：凝縮器
１１６ ：冷媒膨張装置
１１７ ：圧縮機
１１８ ：モータ
１２０ ：低圧段部
１２１ ：冷媒膨張装置
１２２ ：蒸発器
１２３ ：圧縮機
１２４ ：モータ
１３０ ：気液分離装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】