(57)【要約】【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。【選択図】        図１
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【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】
2011226762.tif 000005
（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。
【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】
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【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】
2011226762.tif 000004
【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
【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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