| 【発明の名称】 |
溶液冷却吸収器伝熱管 |
| 【発明者】 |
【氏名】設 楽 敦
【氏名】松 前 和 則
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| 【要約】 |
【課題】稀溶液の吸収器内における熱交換加熱を溶液冷却吸収器伝熱管の強度を犠牲にすることなく、効率よく行う吸収冷温水機の吸収器の提供。
【解決手段】 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 溶液冷却吸収器の内部に設けられ、その内部を稀溶液が流れ、当該稀溶液と前記吸収器内部を滴下する濃溶液との間で熱交換を行う溶液冷却吸収器伝熱管において、前記溶液冷却吸収器に設けられている吸収器伝熱管の内部を流れる冷却水の流速と、溶液冷却吸収器伝熱管の内部を流れる稀溶液の流速とが実質的に等しくなる様に、断面積が設定されていることを特徴とする溶液冷却吸収器伝熱管。
【請求項２】 溶液冷却吸収器伝熱管内を流れる稀溶液の流量をＦｓ、吸収器伝熱管を流れる冷却水の流量をＦｃｏ、吸収器伝熱管の本数をＮ、溶液冷却吸収器伝熱管の本数をＮ１、吸収器伝熱管のパス数をＰ、溶液冷却吸収器伝熱管のパス数をＰ１、吸収器伝熱管１本の流路断面積をＡ、溶液冷却吸収器伝熱管１本の流路断面積をＡ１とした場合に、０．８５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）≦（Ａ１／Ａ）≦１．１５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）
である請求項１の溶液冷却吸収器伝熱管。
【請求項３】 吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管内壁に凹凸が形成されている請求項１、２のいずれかの溶液冷却吸収器伝熱管。
【請求項４】 吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管の中心部に長手方向へ延在する軸部を設けて、環状流路を形成した請求項１、２のいずれかの溶液冷却吸収器伝熱管。
【請求項５】 吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管内部の流路は複数区画に仕切られている請求項１、２のいずれかの溶液冷却吸収器伝熱管。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、管の外部の流体と管の内部を流れる流体との間で熱交換を行う伝熱管に関する。より詳細には、本発明は、吸収冷温水機で用いられる吸収器であって、冷媒を吸収した稀溶液を吸収器内で熱交換して予熱するタイプの吸収器（溶液冷却吸収器）で好適に用いられる伝熱管、すなわち溶液冷却吸収器伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】吸収式冷温水機においては、吸収器と再生器とを含む吸収溶液循環系の効率向上のために、吸収器内において稀溶液を加熱（予熱）する事を行っている。そして当該加熱は、図１で示す様に、入口コネクタ３と出口コネクタ４とを連結する吸収器伝熱管６で、所謂「吸収熱」（潜熱）によって加熱することで行っていた。即ち、伝熱管６ａ内を流れる低温の稀溶液Ｒｂと、管６ａ外部とで熱交換していた。
【０００３】ここで、吸収器１の有効幅寸法Ｌは、主として冷却水流量により決定されていたので、一般的に伝熱管外径に対して長寸である。そして従来は、伝熱管６ａとしては、伝熱管６ａにかかる液滴脈動、冷媒蒸気および液化冷媒の脈動および熱負加等による外内力に耐える標準寸法管を使用していた。即ち図９に示す管断面の管外径Ｄｏと標準内径Ｄｉとにより決定される管厚ｔによって、強度的充足が図られていた。しかし、この様な従来の伝熱管によって、所定の稀溶液量を流すと、流量に対して流路面積Ｓａが大きくなり過ぎ、流速ｖが低速となり、管内を流れる稀溶液と管外部の熱量との間の熱伝達率が低く抑えられてしまい、稀溶液Ｒｂの昇温（すなわち予熱）が好適に行われない、という問題が存在する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来技術に鑑みて提案されたもので、稀溶液の吸収器内における熱交換加熱を伝熱管の強度を確保しつつ、熱効率を向上することが出来て、しかも、吸収冷温水機の吸収器やその他で適用可能な伝熱管の提供を目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の溶液冷却吸収器伝熱管は、溶液冷却吸収器の内部に設けられ、その内部を稀溶液が流れ、当該稀溶液と前記吸収器内部を滴下する濃溶液との間で熱交換を行う溶液冷却吸収器伝熱管において、前記溶液冷却吸収器に設けられている吸収器伝熱管の内部を流れる冷却水の流速と、溶液冷却吸収器伝熱管の内部を流れる稀溶液の流速とが実質的に等しくなる様に、断面積が設定されている。ここで、冷却水の流速と稀溶液の流速とが「実質的に等しい」とは、稀溶液の流速が冷却水の流速に対して±１５％の範囲内にあることを意味している。稀溶液の流速があまりに遅いと、稀溶液と溶液冷却吸収器伝熱管外部の熱量との間の熱伝達率が低く抑えられてしまい、稀溶液の昇温（すなわち予熱）が好適に行われない。一方、稀溶液の流速があまりに早い場合には、溶液冷却吸収器伝熱管の断面積が小さくなり過ぎることとなり、溶液冷却吸収器伝熱管として必要な程度の強度を確保出来なくなってしまう。±１５％の範囲内は、上述した２つの条件（熱伝達率の向上、管強度の確保）を同時に満たす数値として、設定されているのである。
【０００６】ここで、冷却水の流速と稀溶液の流速とが「実質的に等しい」とは、稀溶液の流速が冷却水の流速に対して±１５％の範囲内にあることを意味している。その意味においても、本発明の実施に際しては、溶液冷却吸収器伝熱管内を流れる稀溶液の流量をＦｓ、吸収器伝熱管を流れる冷却水の流量をＦｃｏ、吸収器伝熱管の本数をＮ、溶液冷却吸収器伝熱管の本数をＮ１、吸収器伝熱管のパス数をＰ、溶液冷却吸収器伝熱管のパス数をＰ１、吸収器伝熱管１本の流路断面積をＡ、溶液冷却吸収器伝熱管１本の流路断面積をＡ１とした場合に、０．８５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）≦（Ａ１／Ａ）≦１．１５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）
であるのが好ましい。
【０００７】また、吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管内壁に凹凸が形成されているのが好ましい。
【０００８】さらに、吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管の中心部に長手方向へ延在する軸部を設けて、環状流路を形成しているのが好ましい。
【０００９】そして、吸収器内で稀溶液が加熱されるタイプの吸収器の伝熱管として用いられ、管内部の流路は複数区画に仕切られているのが好ましい。
【００１０】そして、本発明を吸収冷温水機の吸収器に適用した場合には、吸収器内で稀溶液が加熱される吸収冷温水機の吸収器において、該吸収器に管外径に対する管内径の比率が極めて低い吸収器伝熱管を装着されているのが好ましい。
【００１１】かかる構成を具備する本発明の溶液冷却吸収器伝熱管は、溶液冷却吸収器に設けられている吸収器伝熱管の内部を流れる冷却水の流速と、溶液冷却吸収器伝熱管の内部を流れる稀溶液の流速とが実質的に等しくなる様に、断面積が設定されているので、必要な強度を保持しつつ、伝熱管を流れる稀溶液の流速を早くして、熱伝達率が高くする事が出来る。その結果、稀溶液の昇温或いは予熱を促進する事が出来る。
【００１２】また、上述した様に断面積が設定されている結果、本発明による溶液冷却吸収器伝熱管の肉厚は従来の溶液冷却吸収器伝熱管に比較して、極めて厚くなる。そして、溶液冷却吸収器伝熱管の肉厚が厚くなる結果、必要な強度を保持しつつ、流路断面積を小さくして、稀溶液の流速を早くすることが出来るのである。
【００１３】本発明において、管内径に山型の凹凸を形成すれば、山形の凹凸によって流れが乱され、熱伝達が一層高くなって稀溶液の昇温が一層高くなる。
【００１４】また、該溶液冷却吸収器に、軸心に軸を設けて環状流路を形成した溶液冷却吸収器伝熱管が装着されている様に構成すれば、環状流路の伝熱壁面が大となって熱伝達率が高くなる。ここで、前記環状流路の壁面に山形の凹凸が形成すれば、山形の凹凸によって流れが乱され、熱伝達率が一層高くなって稀溶液の昇温が一層高くなる。
【００１５】さらに、本発明の溶液冷却吸収器伝熱管の管軸心に沿って十字状リブが設ければ、流路が分割されて小流路となり、壁面摩擦が増加して熱伝達率が高くなる。ここで、内径壁面に山形の凹凸が形成すれば、内径壁面の山形凹凸によって熱伝達率が一層高くなる。
【００１６】そして本発明の溶液冷却吸収器伝熱管の管軸心に対して２重の不連続な環状流路を形成した吸収器伝熱管が装着すれば、不連続な環状流路によって伝熱面積および摩擦壁面が多くなって、熱伝達率が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図示の実施形態は、吸収冷温水機の吸収器内で稀溶液の予熱を行うタイプの吸収器（溶液冷却吸収器）の伝熱管（溶液冷却吸収器伝熱管）に本発明を適用したものであり、従来技術の説明の際に使用した各部材の名称、符号は重複して使用する。
【００１８】図１において、吸収器１は、冷媒Ｖａを吸収する機能部材を包囲する箱体２と、箱体２から出た稀溶液（以降稀溶液と略記する）Ｒｂを加熱する管等の部材で主要部が構成されている。
【００１９】箱体２の上板２ａに、図示しない再生器から濃縮された吸収溶液（以下、「濃溶液」と記載する）Ｌｂを導く濃溶液管４が接続されている。そして、箱体２内に入った濃溶液Ｌｂが、箱体２内で散布され、濃溶液Ｌｂの液滴Ｄｂとなって滴下するよう構成されている。そして、滴下する液滴Ｄｂが、図示しない蒸発器から導かれる冷媒蒸気Ｖａａの気化体を吸収する。
【００２０】また、箱体２の両側板２ｃ、２ｃ間に水平にかつ、平行に、稀釈液Ｒｂを流過させながら箱体２内から熱をうけて加熱させる複数の（図では５本の）伝熱管６（溶液冷却吸収器伝熱管）が設けられている。溶液冷却吸収器伝熱管６の伝熱有効長さＬは前記従来技術で説明の長さに等しくなっている。その５本の溶液冷却吸収器伝熱管６のそれぞれに入口コネクタ３と出口コネクタ４が装着され箱体２の外部に連結されている。なお、図１の複雑化を防ぐために、入口コネクタ３および出口コネクタ４の図示は、最上段の溶液冷却吸収器伝熱管１本にとどめ他は省略している。
【００２１】また、底部板２ｂに箱体２の底部に蓄留した稀溶液Ｒｂを外部に導く稀溶液管１０の一端が装着され、その他端は前記入口コネクタ３に通じている。また、出口コネクタ４は、加熱稀溶液管１３の一端に接続され、その他端は再生器に接続されている。
【００２２】そして、吸収器伝熱管（以下、「溶液冷却吸収器伝熱管」と記載する）６は、図２に示すように、外径Ｄｏが前記従来技術で説明の伝熱管６ａと同一であり、内径Ｄ１は前記Ｄｉより極めて小径な流路Ｐ１に形成されている。
【００２３】そして、溶液冷却吸収器伝熱管６の断面積は、溶液冷却吸収器１に設けられている吸収器伝熱管（吸収器１を冷却する冷却水が流れる管路）の内部を流れる冷却水の流速と、溶液冷却吸収器伝熱管６の内部を流れる稀溶液の流速とが実質的に等しくなる様に、断面積が設定されている。換言すれば、吸収器伝熱管の内部を流れる冷却水の流速に対して、溶液冷却吸収器伝熱管６の内部を流れる稀溶液の流速は±１５％の範囲内となる様に、溶液冷却吸収器伝熱管６の断面積が設定されている。
【００２４】より具体的には、溶液冷却吸収器伝熱管６内を流れる稀溶液の流量をＦｓ、吸収器１を冷却する冷却水が流れる管路（吸収器伝熱管）を流れる冷却水の流量をＦｃｏ、前記管路（吸収器伝熱管）の本数をＮ、溶液冷却吸収器伝熱管６の本数をＮ１、前記管路（吸収器伝熱管）のパス数をＰ、溶液冷却吸収器伝熱管６のパス数をＰ１、前記管路（吸収器伝熱管）の流路断面積をＡ、溶液冷却吸収器伝熱管６の流路断面積をＡ１とした場合に、０．８５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）≦（Ａ１／Ａ）≦１．１５・（Ｆｓ・Ｎ・Ｐ１）／（Ｆｃｏ・Ｎ１・Ｐ）
となるように設定されている。
【００２５】従って、この溶液冷却吸収器伝熱管６は、従来の伝熱管６ａに比較して強度が減少することは無く、流路断面積Ａ１が従来の伝熱管６ａに比較して小さくなる。そのため、同量の稀溶液流量に対して、溶液冷却吸収器伝熱管６内の溶液流過速度が、吸収器１を冷却する冷却水の流速と等しくなる。この稀溶液流速は、従来技術の稀溶液流速に比較して速くなっている。
【００２６】また、図示しない冷却水配管が箱体２内を巡って冷媒Ｖａの液化熱を排出するよう設けられている。
【００２７】次に、上記構成の吸収器１の作用を説明する。再生器で濃縮された濃溶液Ｌｂは濃溶液管４から箱体２の上部に注入され、箱体２の上部で拡散され液滴Ｄｂとなって箱体２内を滴下する。濃溶液Ｌｂは滴下中に蒸留器から導入された冷媒Ｖａを吸収して徐々に稀釈され底部板２ｂ上に蓄留する。
【００２８】蓄留した稀溶液Ｒｂは、底部板２ｂから稀溶液管１０を介して、入口コネクタ３から溶液冷却吸収器伝熱管６に流入し、内径Ｄ１の流路Ｐ１を流れて、管外の熱を受熱して昇温し、出口コネクタ４から加熱稀溶液管１３を介して再生器に流入する。ここで、溶液冷却吸収器伝熱管６内での稀溶液Ｒｂの流過速度は、流路面積Ａ１に反比例するので従来の伝熱管６ａに比較して極めて早くなり、従って熱伝達率を向上することが実現される。
【００２９】図３は、別の溶液冷却吸収器伝熱管１６を示している。外径Ｄｏおよび流路面積Ａ１は、前記実施形態の図２と同じで、管内壁Ｐ２に山形の凹凸Ｔ２が形成されている。従って、強度は同じで、しかし壁面凹凸Ｔ２のために稀溶液Ｒｂの流過速度は前記実施形態の溶液冷却吸収器伝熱管６と同速でも管内に流れの大きな乱れが生じ、熱伝達率が大きくなるよう形成されている。
【００３０】図４は、流路面積Ｓ４は前記実施形態の溶液冷却吸収器伝熱管６、１６と等しく、流路形状を環状にした溶液冷却吸収器伝熱管２６を示している。管厚ｔ６を薄くして熱伝達率を上げると共に、強度は芯軸Ｄ４で補うよう形成されている。図５は、流路面積Ｓ４は前記各実施形態と等しくし、流路形状を環状にし、環状流路Ｑの壁面に山形の凹凸Ｔ６を形成した溶液冷却吸収器伝熱管３６を示している。前記図４に対し凹凸Ｔ６による流れの大きな乱れが生じ、熱伝達が大きくなるよう形成されている。
【００３１】図６は、管内に十字型リブＣｒを設けた溶液冷却吸収器伝熱管４６を示している。４分割の流路面積の合計Ｓ５は前記実施形態と同一であり、強度はより以上に大きく形成されている。流路面積Ｓ５は同一でも流れの摩擦壁面が大きく流れが乱れて熱伝達率が大きくなるよう形成されている。
【００３２】図７は、管内に十字型リブＣｓを設けた溶液冷却吸収器伝熱管５６を示している。管内壁面Ｄ９に山形の凹凸Ｔ９が形成されて前記図６の実施形態より熱伝達率が大きくなるよう形成されている。
【００３３】また、図８は、変形２重管状の溶液冷却吸収器伝熱管６６を示している。流路面積Ｓ７は前記各実施形態と同一であるが、流れの摩擦壁面が大きく、熱伝達率が大きくなるよう形成されている。
【００３４】図２〜図８で示す溶液冷却吸収器伝熱管の各々は、いずれも従来の伝熱管６ａに比較して、管強度が劣化すること無く、熱伝達率が大きくなって、その内部を流れる稀溶液が昇温する温度も高くなる。
【００３５】
【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１） 稀溶液を加熱する溶液冷却吸収器伝熱管内を流れる稀溶液の流速が早くなり、熱伝達率が高くなって稀溶液が昇温し、吸収溶液循環系の熱効率を向上する。
（２） 内径に凹凸を形成することにより、流れが乱れ熱伝熱率はさらに高くなる。
（３） 溶液冷却吸収器伝熱管の流路を環状にすれば、伝熱面積が大きくなり熱伝達率が高くなる。
（４） 溶液冷却吸収器伝熱管の流路を複数区画に分割すれば、摩擦面が大きくなって流れが乱れ、熱伝達率が高くなる。
（５） 溶液冷却吸収器伝熱管を不連続な環状流路で形成すれば、熱伝達および摩擦壁の面積が大きくなって熱伝達率が高くなる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２０２６２
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年３月１１日（１９９９．３．１１） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７１６９６
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 敏忠 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２５７９８６（Ｐ２０００−２５７９８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月２２日（２０００．９．２２） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−６４３７０ |
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