説明

吸収式冷温水機

【課題】 蒸発器と吸収器の大きさを増大させることなく、熱及び物質伝達の効率を高めることができる伝熱管の配列を有する吸収式冷温水機を提供する。
【解決手段】 本発明の吸収式冷温水機は、複数の行と列をなす束構造からなる蒸発器または吸収器の伝熱管を含み、2行×2列をなす隣接した4本の伝熱管の中心を連結した四角形断面の面積を伝熱管の径の二乗で割った値が1.1ないし2.3である伝熱管の配列を有する。このような伝熱管の配列によれば、蒸発器及び吸収器での熱伝逹及び物質伝達の効率を最適化し、その結果、吸収式冷温水機の性能を向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、吸収式冷温水機に係り、特に、吸収式冷温水機の蒸発器及び吸収器に設置される伝熱管の配列構造に関する。
【背景技術】
【0002】
吸収式冷温水機は、冷媒蒸気の液体溶解度が温度や圧力によって変わることを利用するものであって、冷媒としては水が使用され、蒸発された冷媒を回収するための吸収液としては、臭化リチウム(LiBr)などが使用される。
【0003】
一般に、吸収式冷温水機は、稀吸収液を外部の熱源にて加熱、濃縮して冷媒蒸気と中間吸収液を得る高温再生器と、上記高温再生器で生成された中間吸収液を該高温再生器で生成された冷媒蒸気にて加熱して再び冷媒を蒸発分離する低温再生器と、上記低温再生器で生成された冷媒蒸気を凝縮するとともに、低温再生器で凝縮された冷媒液と混合する凝縮器と、上記凝縮器から供給される冷媒液を蒸発させて冷媒蒸気を得る蒸発器と、上記蒸発器で生成された冷媒蒸気を低温再生器から供給される農濃吸収液に吸収して稀吸収液を得る吸収器と、上記高温及び低温再生器から吸収器へと循環する吸収溶液から顕熱を回収して省エネルギーを図る低温及び高温熱交換器と、これらを接続する配管類と、冷媒ポンプと溶液ポンプとで構成される(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
蒸発器には、その内部の上段に冷媒液を散布するための散布装置(トレイ)が設置され、トレイの下方には冷水が通る伝熱管(冷水管)が設置される。トレイから散布された冷媒液は、冷水管を垂れ落ちながら冷水管の内部を流動する冷水との熱伝逹によって気化される。吸収器には、その内部の上段に吸収液を散布するための散布装置(トレイ)が設置され、トレイの下方には冷却水が通る伝熱管(冷却水管)が設置される。トレイから散布された吸収液(濃吸収液)は、冷却水管を垂れ落ちながら冷却水管の内部を通る冷却水によって冷却される。蒸発器で気化された冷媒蒸気は吸収器に流入され、冷却された吸収液に吸収される。
【0005】
吸収式冷温水機の効率を向上させるためには、蒸発器と吸収器での熱及び物質伝達の効率を高めることが必要である。熱及び物質伝達の効率を高めるためには、冷媒と吸収液が伝熱管の表面上に落ちた際の拡散性に優れている必要があり、このために伝熱管の配列を最適化する必要がある。
【特許文献1】日本特開2000−205689号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明の目的は、蒸発器と吸収器の大きさを増大させることなく、熱及び物質伝達の効率を高めることができる伝熱管の配列を有する吸収式冷温水機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記のような本発明の目的を達成するための本発明の一実施形態による吸収式冷温水機は、複数の行と列をなす束構造からなる蒸発器または吸収器の伝熱管を含み、次式で表される設計因子F1の値が1.6ないし2.7であることを特徴とする。
【0008】
【数1】

【0009】
(上記式中、A1は2行×2列をなす隣接した4本の伝熱管の中心を連結した四角形断面の面積を示し、Dは伝熱管の径を示す。)
また、上記吸収式冷温水機は、上記四角形断面の面積が300mm2ないし600mm2であり、上記四角形断面の面積から上記伝熱管の断面の面積を引いた値が200mm2ないし450mm2である伝熱管の配列を有する。
【発明の効果】
【0010】
本発明の一実施形態によれば、蒸発器及び吸収器での熱及び物質伝達の効率を最適化し、その結果、吸収式冷温水機の性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一実施形態にかかる吸収式冷温水機の蒸発器と吸収器を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる伝熱管の配列を示す断面図である。
【図3】本発明の一実施形態にかかる伝熱管の配列を示す断面図である。
【図4】液膜厚さと熱及び物質伝達の効率との関係について、実験した結果を示すグラフである。
【図5】面積A1と液膜厚さとの関係についての実験した結果を示すグラフである。
【図6】面積A2と液膜厚さとの関係についての実験した結果を示すグラフである。
【図7】設計因子F1と熱及び物質伝達の効率との関係についての実験した結果を示すグラフである。
【図8】設計因子F1と液膜厚さとの関係についての実験した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。
【0013】
図1に示すように、本発明の一実施形態による吸収式冷温水機は、蒸発器10と、吸収器20を具備する。
【0014】
上記蒸発器10には、その内部の上段に冷媒液を散布するための散布装置(トレイ)11が設置され、トレイ11の下方には冷水が通る伝熱管(冷水管)12が設置される。上記トレイ11から散布された冷媒液は、伝熱管12を垂れ落ちながら伝熱管12の内部を流動する冷水との熱伝逹によって気化される。上記吸収器20には、その内部の上段に吸収液を散布するための散布装置(トレイ)21が設置され、上記トレイ21の下方には冷却水が通る伝熱管(冷却水管)22が設置される。上記トレイ21から散布された吸収液(濃吸収液)は、伝熱管22を垂れ落ちながら伝熱管22の内部を流動する冷却水によって冷却される。上記蒸発器10で気化された冷媒蒸気は吸収器20に流入され、冷却された吸収液に吸収される。
【0015】
上記蒸発器10及び吸収器20の伝熱管12、22は、それぞれ複数の行と列をなす束構造を有する。
【0016】
図2及び図3は、本発明の一実施形態による伝熱管の配列を示す断面図であって、4本の伝熱管12、22が2行×2列の配列をなすことを示している。
【0017】
上記蒸発器10及び吸収器20では、伝熱管12、22の配列構造に応じて熱及び物質伝達の効率が大きく変わる。熱及び物質伝達の効率に影響を及ぼす主要因子としては、伝熱管の径D、伝熱管間の水平間隔LH、及び垂直間隔LV、伝熱管間の面積A1またはA2などが挙げられる。これら因子のそれぞれ、またはこれらの組み合わせによって熱及び物質伝達の効率を最適化できる伝熱管配列の設計因子を得ることができる。
【0018】
(設計因子A1
先ず、2行×2列をなす隣接した4本の伝熱管の中心を連結した四角形断面の面積A1(図2参照)が設計因子として考えられる。面積A1は、伝熱管間の水平間隔LHと垂直間隔LVとの積で表すことができる。
【0019】
図4及び図5の実験結果から、上記面積A1が300mm2ないし600mm2であるときに、蒸発器10及び吸収器20での熱及び物質伝達の効率が最適化することが分かった。
【0020】
具体的に、伝熱管上に滴下する液体の液膜厚さは、面積A1によって変わり得る。図4に示すように、液膜厚さが設計値に近接するほど、すなわち液膜厚さが設計値の100%に近いほど、熱及び物質伝達の効率が向上し、液膜厚さが設計値よりも厚い場合(図4において100%を超過する場合)や設計値より薄い場合(図4において100%未満の場合)には、熱及び物質伝達の効率が低くなることが分かる。また、図5に示すように、面積A1が約300〜600mm2である場合に、液膜厚さが設計値の100%を維持することが分かる。
【0021】
(設計因子A2
次いで、上記四角形断面の面積A1から伝熱管の断面の面積πD2を引いた面積A2(図3参照)が設計因子として考えられる。
【0022】
伝熱管上に滴下する液体の液膜厚さは、面積A2によっても変わり得、前述したように、液膜厚さが設計値の100%に近いほど熱及び物質伝達の効率が高くなる。図6に示すように、実験から面積A2が約200〜450mm2である場合に、液膜厚さが設計値の100%を維持することが分かる。
【0023】
(設計因子F1
また、伝熱管の面積と伝熱管間の面積との比が設計因子として考えられる。具体的に、本実施形態では、4本の伝熱管の中心を連結した四角形断面の面積A1を伝熱管の直Dの二乗で割った値F1が設計因子として考えられる。これを式で表すと、次の式のように表すことができる。
【0024】
【数2】

【0025】
図7は、F1と熱及び物質伝達の効率%との関係について実験した結果を示すグラフであり、図8は、F1と液膜厚さとの関係について実験した結果を示すグラフである。図7及び図8に示すように、F1が1.6ないし2.7であるときに、蒸発器10及び吸収器20での熱及び物質伝達の効率が最適化することが分かる。
【0026】
以上のような設計因子A1、A2、F1によって蒸発器10及び吸収器20の性能が変わる理由は、冷媒または吸収液が滴下しながら蒸発器10と吸収器20の伝熱管12、22上を半径方向と長さ方向に流動するが、この際の液膜の厚さが熱及び物質伝達の効率を決める上で非常に重要な役割を果たすようになり、このような液膜厚さが上記設計因子A1、A2、F1によって決められるためである。
【0027】
設計因子A1、A2、F1によって蒸発器10及び吸収器20の性能が変わる別の理由は、蒸発器10から吸収器20への冷媒の流れが伝熱管12、22の配列によって変わるためである。蒸発器10で蒸発した冷媒の吸収器20への移動は、蒸発器10と吸収器20との圧力差によって行われ、通常、蒸発器10が吸収器20よりも1torr程度圧力が高いため冷媒蒸気が移動可能になる。このことから、伝熱管12、22間の間隔が狭過ぎると、冷媒蒸気の流れが滑らかにならないことで、冷媒蒸気が蒸発器10から吸収器20に移動してから吸収器20で散布される吸収液に吸収されにくくなり、冷温水機の性能低下を引き起こす。一方、伝熱管12、22間の間隔が広過ぎると、製品の大きさが大きくなるという短所がある。特に、伝熱管間の垂直間隔が広過ぎると、液滴が伝熱管上に滴下する際に周囲に弾き飛ばされることで液滴が小さくなる現象が生じ、究極的には熱交換性能を低下させ得る。これを防止するために垂直間隔を減らすと、上下の伝熱管上を流れる液滴が互いに連結されて液膜厚さを厚くすることで熱交換性能を低下させ得る。このことから、伝熱管の配列は非常に重要な因子である。特に、伝熱管の配列は、使用される伝熱管の径に応じて好適な配列を選択することが重要である。
【0028】
以上、本発明の特定の好適な実施形態について図示し説明した。しかし、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者ならば誰でも種々の変形実施が可能であろう。
【符号の説明】
【0029】
10…蒸発器
20…吸収器
11,21…トレイ
12,22…伝熱管

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の行と列をなす束構造からなる蒸発器または吸収器の伝熱管を含む吸収式冷温水機であって、
次式で表される設計因子F1の値が1.6ないし2.7であることを特徴とする吸収式冷温水機。

【数3】

(前記式中、A1は2行×2列をなす隣接した4本の伝熱管の中心を連結した四角形断面の面積を示し、Dは伝熱管の径を示す。)
【請求項2】
前記四角形断面の面積A1が300mm2ないし600mm2であることを特徴とする請求項1に記載の吸収式冷温水機。
【請求項3】
前記四角形断面の面積A1から前記伝熱管の断面の面積πD2を引いた面積A2が200mm2ないし450mm2であることを特徴とする請求項2に記載の吸収式冷温水機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2011−226762(P2011−226762A)
【公開日】平成23年11月10日(2011.11.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−260391(P2010−260391)
【出願日】平成22年11月22日(2010.11.22)
【出願人】(502032105)エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド (2,269)
【Fターム(参考)】