JP2004257599A - 高温再生器及びそれを用いた吸収式冷温水機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の高温再生器では、全体の容積に対して伝熱面積が制限され、ボイラーとしての熱交換効率が低下し、かつ、熱交換量が制限されてしまうため、大型大容量の吸収式冷温水機には適用が難しいと言う課題がある。
【解決手段】二つの異径同心円状に配置させた伝熱管のうち、外側の同心円上に位置する伝熱管の全てもしくは一部の管において、その伝熱管とボイラーの断熱側壁との間にも燃焼ガスを流す。またこれら伝熱管の外壁には、熱交換量を増大させるためのフィンを必要に応じて設けておく。さらに外側の同心円上に位置する伝熱管のうち片側加熱となりうる伝熱管においては、溶液の流れを乱すための攪拌具を設ける。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸収冷温水機に用いられる高温再生器に係り、特に、貫流式高温再生器およびそれを用いた吸収式冷温水機に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来の吸収冷温水機に用いられる貫流式高温再生器として、特許文献１に記載のものがある。これには、遮熱手段は、円周状に配列された複数の伝熱管を覆い、かつそれぞれの伝熱管と接する筒状の内側仕切と、内側仕切と同心状に設けられそれぞれの伝熱管を介してそれぞれの伝熱管に接する筒状の外側仕切とよりなり、内側仕切に複数の流通穴が格子状の配列で穿設されるものとする。また外側仕切の外周は断熱材により被覆され、排ガスヘッダのバーナとの間の壁は排ガスシール材に覆われている構成が開示されている。
【特許文献１】
特開平１１−３０４２８９号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構成は、伝熱管を１列とした基本構造である。このため、再生器全体の容積に対して伝熱面積が制限されてしまい、ボイラーとしての熱交換効率が低下するという問題がある。また、熱交換量が制限されてしまうため、大型大容量の吸収式冷温水機には適用が難しいと言う課題がある。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、伝熱管の本数及び伝熱面積を確保しつつ、燃焼ガスの流れの調整と伝熱管内の冷媒溶液としてＬｉＢｒ溶液の流れを必要に応じて乱すことにより、熱交換効率が高く且つ、伝熱面積の局所温度上昇及びそれに伴う腐食を軽減できる高温再生器、及びその高温再生器を用いたエネルギー効率の高い吸収式冷温水機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
二つの異径同心円状に配置した伝熱管のうち、外側の同心円上に位置する伝熱管の全てもしくは一部の管において、その伝熱管とボイラーの断熱側壁との間にも燃焼ガスを流す。またこれら伝熱管の外壁には熱交換量を増大させるためのフィンを必要に応じて設けておく。さらに外側の同心円上に位置する伝熱管のうち片側加熱となりうる伝熱管においては、溶液の流れを乱すための攪拌具を設ける。これにより、十分な伝熱面積を確保できるため、熱交換効率を高くすることができる。さらに片側加熱の伝熱管の本数を極力減らして、その管内の溶液流れを乱して熱伝達率を向上させることができるため、伝熱面の局所温度上昇およびそれに伴う伝熱面腐食を軽減することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の高温再生器を組み込んだ吸収式冷温水機の一例として２重効用吸収冷温水機の系統図を示す。
【０００７】
本装置は、吸収器２２からの希溶液が溶液ポンプ２８により加圧されて低温熱交換器２６、及び高温熱交換器２７を介して高温再生器２０に供給される。高温再生器２０では溶液が燃焼ガスにより加熱されて高濃度の溶液と冷媒蒸気となり気液分離器２４を介して冷媒蒸気は低温再生器２５に送られ冷媒液となり、凝縮器２３に供給される。気液分離器２４で分離された濃溶液は高温熱交換器２７に送られ、吸収器２２から送られてきた溶液（低温熱交換器２６を介して送られてきた溶液）と熱交換した後、低温再生器２５からの濃溶液と混合されて低温熱交換器２６へ送られる。低温熱交換器２６で熱交換した濃溶液は吸収器２２へ送られ、冷却水配管に散布されて蒸発器２１からの冷媒蒸気を吸収して希溶液となり高温再生器２０へ溶液ポンプ２８で加圧されて送られる。また、凝縮器２３では、低温再生器２５で発生した冷媒蒸気が送られてきて、吸収器を介して送られてきた冷却水と熱交換して冷媒液となり、高温再生器２０で発生して低温再生器２５で熱交換した冷媒液と一緒になり、蒸発器２１に送られる。蒸発器２１では冷媒ポンプ２９により送出された冷媒液が冷水配管に散布され冷媒蒸気となり、吸収器２２に送られる。本発明は、溶液から冷媒蒸気と濃溶液を生成する高温再生器２０に関すものである。
【０００８】
図２に、本発明の一実施例の高温再生器の全体構成を示す。図３に図２の横断面を示す。本実施例はバーナー１、溶液入口ヘッダ２、出口溶液ヘッダ３、排ガス煙道４、内側の伝熱管５群と外側の伝熱管６群、充分に断熱された側壁７から構成されている。図２に示すように伝熱管群は、バーナー（燃焼ガス噴出口）１を中心として、異なる径の円周上に２重に設けられている。すなわち、燃焼ガス噴出口側とその外側の２つの円周状に配置している。
【０００９】
本実施例では、外側の伝熱管６のうち、排ガス煙道４側の左右各９本の伝熱管６の外側にはフィンを設けてある。それ以外の伝熱管６の外側同士は仕切具１０で埋められている。内側の伝熱管５は、排ガス煙道４の反対側に位置する複数の伝熱管５の間は隙間が開いた状態（スリット部９を設けた状態）とし、残りの伝熱管５同士の隙間は仕切具１０で埋められている。このように、内側伝熱管５のスリット部９に対向する外側伝熱管６の一部を仕切具１０で埋めることにより、高温の燃焼ガスが高温再生器内壁７に直接当たらないようにして、高温再生器内壁７の劣化を防止すると共に、高温の燃焼ガス流が伝熱管５と伝熱管６の間をスムーズに流すことができるようにしている。
【００１０】
吸収器２２からの希溶液は、溶液入口ヘッダ２から流入され、外側及び内側の伝熱管５、６群に一様に分配される。希溶液は伝熱管５、６内を溶液出口ヘッダ３に向かって上昇する間に、伝熱管５、６周囲の燃焼ガスと熱交換する。熱交換した希溶液の一部は気化して冷媒蒸気となり、残りの溶液は濃溶液となる。これらの冷媒蒸気と濃溶液は、溶液出口ヘッダ３から図１に示す気液分離器２４へ送られ、冷媒蒸気と、濃溶液に分離される。バーナー１からの燃焼ガスは、中心軸が同心円上にある内側の伝熱管５群とその隙間をふさぐように設けられた仕切具１０で形成される筒状空間に、下向きに噴き出される。この筒状の空間で伝熱管５と熱交換した燃焼ガスは、仕切具１０のない一部の伝熱管隙間（スリット部９）を通って、仕切具１０を設けた伝熱管６にぶつかり、外側伝熱管内側の伝熱管５群と外側の伝熱管６群で形成される環状部へと流れていく。
【００１１】
すなわち、図３の断面図に示したごとく、スリット部９の中央に位置する外側伝熱管６と排ガス煙道４に向かって左右各５本までの伝熱管６隙間は仕切具１０が設けられている。このため、排ガスは外側の仕切具を設けた伝熱管部で円周方向の力が付勢されて、内側と外側の伝熱管５、６の間である環状部を流れていく。排ガス煙道４側の外側伝熱管６のうちの左右それぞれ６本は、フィン８が設けてある。このため燃焼ガスは内側伝熱管５群と外側伝熱管６群とで形成される環状部と、外側伝熱管６群と高温再生器内壁とで形成される環状部に分岐されて流れることになる。
【００１２】
従って、内側伝熱管５のスリット部９に対向する外側伝熱管６から排ガス煙道４に向かって左右各６本目以降の外側伝熱管６（フィン８を設けた伝熱管６）は全周囲が加熱される。このため、外側伝熱管６の全てを片側加熱（ガス煙道に対向する部分を除いて全ての伝熱管を仕切具で埋めた構成）とした場合に比べて熱交換効率を向上させることができる。これに伴って、各伝熱管における熱流束を小さくできるため、伝熱管内を流れる溶液と伝熱管内壁との温度差が小さくなり、腐食及びガスの発生を抑えることができる。また外側伝熱管６に設けるフィン８は、内側伝熱管５と外側伝熱管６で形成される環状部と、外側伝熱管６と高温再生器内壁７で形成される第２の環状部、及び隣り合う外側伝熱管６隙間を流れるより多くの燃焼ガスと接触させることが望ましい。このため、できる限り、高温再生器中心側から高温再生器内壁７に向かって広がる擬似台形（上辺と下辺は弧を描く）であることが望ましい。
【００１３】
以上のような高温再生器を図１に示す吸収式冷温水機に用いれば、燃焼ガス温度を低くできるため、燃料消費量が少なくてすみ、吸収式冷温水機全体の効率を向上させることができる。本実施例におけるフィン８は、伝熱管の軸方向に対して等間隔で取り付けてあるが、冷媒であるＬｉＢｒ溶液は、濃度が高くなるに従って沸騰熱伝達率が悪くなる。このため、必要に応じて、溶液出口ヘッダ３に近づくにつれて間隔が狭くなるフィン８配置とすることが望ましい。また、燃焼ガス温度の低い排ガス煙道４付近の外側伝熱管６のフィン８間隔を狭くし、それよりも上流側の伝熱管６のフィン８間隔を広くとれば、それぞれの伝熱管６における熱交換量差を小さくすることができ、各伝熱管５、６出口の溶液濃度差を軽減でき、安定性を向上することができる。それに加えて、製造コストも低くでき、さらには燃焼ガスの圧力損失も小さくすることができる。
【００１４】
また外側伝熱管６群の内で仕切具１０が設けられている伝熱管（片側加熱伝熱管）においては、必要に応じて図４に示すような構造の伝熱管６を用いることが望ましい。すなわち、図に示すように、伝熱管６内部にＬｉＢｒ溶液の流れを乱すための攪拌具１１を設けた構成とすると良い。このような構成とすることにより、加熱面側の溶液と非加熱面側の溶液を常に混合することができる。これにより加熱面の温度上昇を抑えることができる。
【００１５】
図５は、外側伝熱管６群の内で、フィン８を設けた伝熱管６の変形例を示したものである。本図に示した外側伝熱管６は、フィン８が外側伝熱管６の断面円に対して角度θもしくは角度φをもって取付けられた構成となっている。これらの外側伝熱管６を高温再生器内に配置するときには、本図に示すように角度θのものと角度φのものを交互に配置する。このような構成及び配置とすることにより、円周方向の燃焼ガスの流れに乱れを生じさせることができ、伝熱管隙間の燃焼ガスの乱れも増大させることができる。これにより熱交換効率を向上させることができる。また角度φもしくは角度θを持った伝熱管のみを並べた場合でも、燃焼ガスは常にフィンに対して相対的に角度をもって接触する。このため、燃焼ガスは各伝熱管を通過毎に流れが乱されて伝熱管隙間への流れも促進される。これにより熱交換効率を向上させることができる。
【００１６】
図６はフィンを設けた外側伝熱管の他の変形例を示したものである。本図に示した外側伝熱管６は、内側の伝熱管５に面する外壁に３枚の多孔板のフィン８を、高温再生器内壁に面する伝熱管５の外壁に３枚の多孔板のフィン８を管軸にほぼ平行となるように固定した構成としたものである。なお、本構成では燃焼ガスの流れ方向に重なり合う多孔板のフィン８の孔は、一致しないようにずらした構成としている。このような構成とすることにより、燃焼ガスの流れを乱すことができると共に、フィン８の枚数を低減でき、製造コストを低く抑えることができる。また多孔板のフィン８の枚数並びにその孔の数は、高温再生器の外径や伝熱管の径で最適値が異なるため、本実施例の限りではない。
【００１７】
図７は、図３に示した実施例の変形例を示したものである。本実施例は外側の伝熱管６群のうち、フィン８のないものとフィン８のあるものが異なる円周上に来るように配置した。さらに、フィン８のある伝熱管６は、フィン８の無い伝熱管６が形成する円周よりも内側に位置するものと外側に位置するものとにより構成されている。すなわち、フィンを設けた外側伝熱管６を、フィンの無い伝熱管６の円周に沿って千鳥配列となるように構成したものである。この構成とすることで、内側の伝熱管５群と仕切具１０を設けた外側伝熱管６とで形成された環状部を通過してきた燃焼ガスは、最初のフィン８付き伝熱管においてその内側と外側の流れに別れる。しかし、次の伝熱管６が異なる円周上に有るため、伝熱管６自体が燃焼ガスの流れに対して障害物となり、燃焼ガスの流れを乱す。この構成とすることにより、燃焼ガスの乱れを促進し、熱交換効率をより向上させることができる。
【００１８】
図８は本発明における他の実施例を示したものである。本実施例はバーナー１、溶液入口ヘッダ２（図では省略）、出口溶液ヘッダ３（図では省略）、排ガス煙道４、内側の伝熱管５群と外側の伝熱管６群、充分に断熱された側壁７及び案内具１２から構成されている。本実施例では内側伝熱管５は図３の内側伝熱管と同じ構成である。外側伝熱管６には全てフィン８が設けてあり、かつ外側伝熱管６の排ガス煙道４に対向する部分を除いて、仕切具１０で隣り合う伝熱管が隙間無く連結されている。外側伝熱管６の排ガス煙道４に対向する部分はスリットが開けられ、そこに案内具１２を設けた構成としている。
【００１９】
即ち、本実施例においてバーナー１からの燃焼ガスは、図２の実施例と同様に中心軸が同心円上にある内側の伝熱管５群とその隙間をふさぐように設けられた仕切具１０で形成される筒状空間を、下向きに噴出される。この筒状の空間で伝熱管５と熱交換した燃焼ガスは、仕切具１０のない一部の内側伝熱管隙間（スリット部９）を通って、内側の伝熱管５群と外側の伝熱管６群で形成される第１環状部へと流れて行く。この第１環状部はスリット部９と高温再生器の中心を挟んで反対側に設けた案内具１２まで達しており、案内具１２において折り返された燃焼ガスは、外側伝熱管６群と高温再生器の内壁７で形成される第２環状部へ導かれる。排ガス煙道４はスリット部９と同一方向に再生器の側壁７へ接続されているため、案内具１２で折り返された燃焼ガスは第２環状部をさらに半周分流れる。
【００２０】
この構成とすることにより、片側加熱となる伝熱管６をなくすことができ、より熱交換効率を向上させることができる。さらに、片側加熱による伝熱面の局所温度上昇及びそれに伴う伝熱面腐食を極力防止することができる。
【００２１】
図９は図８に用いた外側伝熱管６のうち案内具１２近くの伝熱管６の斜視図である。本図のようにすべての外側伝熱管６の隙間には仕切具１０が取り付けられるため、フィン８と仕切具１０が共に固定された構成となっている。スリット部９近傍の未だ燃焼ガス温度の高いところに位置する外側伝熱管６においては、フィン８取付部の温度上昇による信頼性低下の懸念から、第１環状部側にはフィン８を付けず、第２環状部側のみとするのが好ましい。
【００２２】
図１０は本発明における他の実施例を示したものである。本実施例は、外側伝熱管６の排ガス煙道４に通じる部分に可変ダンパ１３を設けた構成としたものである。即ち、バーナー１からの燃焼ガスは、図２の実施例と同様に中心軸が同心円上にある内側の伝熱管５群とその隙間をふさぐように設けられた仕切具１０で形成される筒状空間に下向きに噴出される。この筒状の空間で内側伝熱管５と熱交換した燃焼ガスは、仕切具１０のない一部の伝熱管隙間（スリット部９）を通って、内側の伝熱管５群と外側の伝熱管６群で形成される環状部へと流れていく。
この環状部はスリット部９と再生器の中心を挟んで反対側に設けた可変ダンパ１３まで達しており、可変ダンパ１３が状態（１）のときは、図において時計回りと反時計回りで環状部を流れてきた燃焼ガスは合流した後に、外側伝熱管６群と再生器の側壁７で形成される第２環状部へ導かれる。第２環状部を時計回りに周回した後、排ガス煙道４に達する。可変ダンパ１３が状態（２）のときは、時計回りと反時計回りで環状部を流れてきた燃焼ガスは、可変ダンパ１３に沿って排ガス煙道４へ導かれる。
【００２３】
このような構成とすることにより、定格燃焼時は可変ダンパ１３を状態（１）とすることにより、片側加熱となる伝熱管６をなくせるため、より熱交換効率を向上させることができ、片側加熱による伝熱面の局所温度上昇およびそれに伴う伝熱面腐食を極力防止することができる。さらに、急速冷房や負荷変化に対する過渡応答時など一時的に燃焼ガス温度が高くなる場合には、可変ダンパ１３を状態（２）とすることにより、再生器の側壁７ならびにフィン８部の異常温度上昇を防止することができるため、より信頼性を向上することができる。
【００２４】
以上の実施例の説明では、主にＬｉＢｒ溶液を用いた二重効用吸収式冷温水機に適用した場合について説明してきたが、他の吸収溶液や三重効用吸収式例温水機の高温再生器に適用した場合にも同様の効果が得られるのは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、二つの異径同心円状に配置した伝熱管のうち、外側の同心円上に位置する伝熱管の全てもしくは一部の管において、その伝熱管とボイラーの断熱側壁との間にも燃焼ガスを流す。また、これら伝熱管の外壁には、熱交換量を増大させるためのフィンを必要に応じて設けておく。さらに、外側の同心円上に位置する伝熱管のうち片側加熱となりうる伝熱管においては、溶液の流れを乱すための攪拌具を設ける。これにより、十分な伝熱面積を確保できるため、熱交換効率を高くすることができる。さらに、側加熱の伝熱管の本数を極力減らして、その管内の溶液流れを乱して熱伝達率を向上させることができるため、伝熱面の局所温度上昇およびそれに伴う伝熱面腐食を軽減することができる。さらに本発明の高温再生器を吸収式冷凍温水機に用いることによって、エネルギー効率の高い吸収式冷凍温水機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】２重効用吸収式冷温水機の系統図である。
【図２】本発明の実施例を示す高温再生器の斜視図である。
【図３】図２に示した実施例の断面図である。
【図４】本発明に用いられる伝熱管の斜視図である。
【図５】本発明に用いられる他の伝熱管の斜視図である。
【図６】本発明に用いられる他の伝熱管の斜視図である。
【図７】図２に示した実施例の変形例を示す高温再生器の断面図である。
【図８】本発明の他の実施例を示す高温再生器の断面図である。
【図９】本発明に用いられる他の伝熱管の斜視図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す高温再生器の断面図である。
【符号の説明】
１…バーナー、２…溶液入口ヘッダ、３…溶液出口ヘッダ、４…排ガス煙道、５…内側伝熱管、６…外側伝熱管、７…再生器側壁、８…フィン、９…スリット部、１０…仕切具、１１…攪拌具、１２…案内具、１３…可変ダンパ。

Claims (11)

1. 二つの異径同心円状に複数本の伝熱管を配し、これら二つの伝熱管群で形成される環状部を燃焼ガスが円周方向に沿って流れる構造の貫流式の高温再生器において、外側に位置する伝熱管群と高温再生器内壁との隙間のすべてもしくは一部に、燃焼ガスを流す構造としたことを特徴とする高温再生器。
2. 請求項１記載の高温再生器において、外側の伝熱管群のうち、排ガス煙道付近に位置する伝熱管の外壁にフィンを設けたことを特徴とする高温再生器。
3. 請求項１及び２記載の高温再生器において、外側の伝熱管のフィン形状が、再生器中心側から高温再生器の内壁に向かって広がり且つ内側の伝熱管に面する辺ならびに高温再生器内壁に面する辺が弧を描く擬似台形であることを特徴とする高温再生器。
4. 請求項１〜３記載の高温再生器において、各伝熱管におけるフィンの間隔を内部を流れる流体下流側で広く、上流側で狭くしたことを特徴とする高温再生器。
5. 請求項１〜４に記載の高温再生器において、外側伝熱管に設けたフィンの間隔が燃焼ガスの上流側で広く、下流側で狭くなっていることを特徴とする高温再生器。
6. 請求項１〜５に記載の高温再生器において、伝熱管の全てもしくは一部に、その内部を流れる流体を乱すための攪拌手段を設けたことを特徴とする高温再生器
7. 請求項１〜６に記載の高温再生器において、外側伝熱管のうちフィンを設けた伝熱管を、仕切具で連結した伝熱管が配置された円周に対して千鳥状に配置させたことを特徴とする高温再生器。
8. 請求項１〜６に記載の高温再生器において、外側伝熱管と高温再生器側内壁で形成される環状部の少なくとも１箇所に案内具を設けて、内側伝熱管と外側伝熱管で形成される環状部を通過した燃焼ガスを前記外側伝熱管と高温再生器側内壁で形成された環状部に流す構造としたことを特徴とする高温再生器。
9. 請求項８に記載の高温再生器において、排ガス煙道内側に設けた案内具が可動でき、外側伝熱管と再生器側壁で形成される環状部を流れる燃焼ガス量を調節できる構造であることを特徴とする高温再生器。
10. 請求項１〜９に記載の高温再生器を、吸収式冷凍サイクル内に組み込んだことを特徴とする吸収式冷温水機。
11. 伝熱管内に一方側より希溶液を流通し、前記伝熱管の外側に他方側より燃焼ガスを噴出し、前記燃焼ガスにより前記希溶液を加熱して冷媒蒸気と濃溶液を生成する貫流式の高温再生器において、
    前記伝熱管を燃焼ガス噴出口を中心とし２つの異径同心円状に複数本配置し、前記燃焼ガス噴出口側の伝熱管のうち燃焼ガス煙道に対して反対側に位置する複数伝熱管の間にスリット部を残りの伝熱管の間を仕切具で埋め、その外側に配置された伝熱管群のうち前記スリット部に対向する位置の複数本の伝熱管の間を仕切具で埋め、残りの伝熱管にそれぞれフィンを設けた構成としたことを特徴とする高温再生器。

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