JPH0510960U - シエル・アンド・チユーブ式吸収凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器にお
いて、混合熱媒蒸気の凝縮液又は希釈液に境界層が発達
することを阻止して、混合熱媒蒸気の吸収凝縮を促進さ
せる。 【構成】 伝熱管７によって形成される伝熱面で混合熱
媒蒸気を吸収凝縮させるシェル・アンド・チューブ式吸
収凝縮器において、混合熱媒蒸気の流路をせばめるバッ
フルを兼ねた多孔のトレー１０を設けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、混合熱媒を作動流体としたボイラプラント、海洋温度差プラント、 ヒートポンプ、吸収式冷凍機などに用いられるシェル・アンド・チューブ式吸収 凝縮器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

図７及び図８にそれぞれ伝熱管７を水平および垂直に配置した従来のシェル・ アンド・チューブ式吸収凝縮器を示す。

【０００３】 図７及び図８において、１は吸収凝縮器のシェル、２は蒸気入口管、３は凝縮 液（又は凝縮液と蒸気）出口管、４は冷媒入口管、５は冷媒出口管、６は管板、 ７は伝熱管、８は管板６とシェル１の間に形成される冷媒室である。

【０００４】 これらのシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器では、蒸気入口管２よりシェ ル１に入った熱媒である混合熱媒蒸気は、伝熱管７を介して下記の冷媒によって 冷却されて、伝熱管７表面で吸収凝縮（又は、一部吸収凝縮）し、凝縮液（又は 、一部凝縮液と蒸気）となり、凝縮液出口管３より出る。一方、冷媒入口管４よ り冷媒室８に入った冷媒は、伝熱管７内を流れる間に前記混合蒸気と熱交し、冷 媒室８を経て冷媒出口管５より流出する。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

図９（ａ），（ｂ）は、それぞれシェル・アンド・チューブ式の吸収凝縮器に おける蒸気側伝熱面近傍の蒸気の濃度と温度分布を示す概念図である。この吸収 凝縮器における凝縮のメカニズムは、混合熱媒蒸気のうち沸点の高い方の熱媒蒸 気が伝熱面で冷やされて先に凝縮し、これに沸点の低い方の熱媒蒸気が吸収凝縮 される。これによって、図９（ａ），（ｂ）に示すように、濃度と温度の境界層 が生じ、これらが発達するほど伝熱が阻害されることとなる。

【０００６】 一方シェル・アンド・チューブ式吸収冷凍機の冷媒側は、通常伝熱の良好な管 内の強制対流による乱流熱伝達になるよう設計されている。

【０００７】 従って、従来のシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器の伝熱は蒸気側の熱伝 達の良否に大きく依存しているが、以上の理由により伝熱は一般に良好ではない 。

【０００８】 また、前記シェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器においては、熱媒蒸気の吸 収凝縮を促進するために、希釈液を投入する場合もあるが、この希釈液について も、凝縮液におけると同様な前記のような問題点が発生する。

【０００９】 本考案は、従来のシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器の以上の問題点を解 決しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本考案は、伝熱管によって形成される伝熱面において混合熱媒蒸気を吸収凝縮 させるシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器において、混合熱媒蒸気の流路を せばめるバッフルを兼ねた多孔のトレーを設けた。

【００１１】

【作用】

本考案では、バッフルを兼ねたトレーによって混合熱媒蒸気の流路がせばめら れ、混合熱媒蒸気の流れが制御され、伝熱管上の混合熱媒蒸気側の伝熱面上の濃 度と温度の境界層の発達を妨げる。このようにして、混合熱媒蒸気と冷媒との間 で効率よい熱交換が行われ、混合熱媒蒸気の効果的な吸収凝縮が実現されること になる。

【００１２】 また、凝縮液又は希釈液はトレイに収容され、このトレイに収容された凝縮液 又は希釈液の液位によって、混合熱媒蒸気がトレイを吹抜けることが防止され、 混合熱媒蒸気の流れの制御が確実に行なわれる。

【００１３】 なお、本考案においては、混合熱媒蒸気の吹抜けを防止するように前記の収容 された凝縮液又は希釈液の液位を確保できるように、トレイの孔の孔径、数及び 分布が設定される。

【００１４】

【実施例】

本考案の第１の実施例を、図１によって説明する。１は熱交換器のシェルであ り、その両側には管板６で仕切られた冷媒室８，８が設けられており、この冷媒 室８，８間に複数の水平の伝熱管７が、上下方向及び水平方向に互いに間隔をお いて配置されている。一方の冷媒室８の下部には冷媒入口管４が接続され、他方 の冷媒室８の上部には冷媒出口管５が接続されている。

【００１５】 熱交換器シェル１の上部の冷媒出口管５を設けた冷媒室８寄りには熱媒蒸気入 口管２が接続され、熱交換器のシェル１の下部の冷媒入口管４を設けた冷媒室８ 寄りには凝縮液出口管３が接続されている。

【００１６】 また、熱交換器のシェル１内には、互いに間隔をおいて、シェル１の上壁より 下壁近くまで延び、及びシェル１の下壁より上壁近くまで延びる上下方向に配置 された複数のバッフル９が設けられており、これらバッフル９によって、図１中 矢印に示すように、熱媒入口管２よりシェル１内に流入した混合熱媒蒸気は上方 から下方へ、下方から上方へと順次上下方向の流れを繰り返し凝縮液出口管３へ 至る流路が形成されている。

【００１７】 また更に、熱交換器のシェル１の下部には、前記熱媒蒸気の流路の全域にわた って、トレー１０が設けられている。このトレー１０は多孔板によって構成され 、孔の孔径、数及び分布は、トレー１０内に収容される凝縮液又は希釈液の液位 が混合熱媒蒸気の吹抜けを防止するように選定されている。かつ、このトレー１ ０は、前記熱交換器のシェル１の上壁から下壁近くまで下方へ延びるバッフル９ との間に、せばめられた混合熱媒蒸気の流路を形成している。

【００１８】 本実施例では、伝熱管７内を流れる冷媒との熱交換によって、混合熱媒蒸気が 伝熱管の面上で吸収凝縮して凝縮液となるが、混合熱媒蒸気の流速は、トレー１ ０とバッフル９、及びバッフル９と熱交換器のシェル１間に形成されるせばめら れた流路によって大きくされると共にその流れが乱され、伝熱管７上の凝縮液の 境界層を乱してその発達を防止して伝熱が促進され、混合熱媒蒸気の吸収凝縮が 効果的に行われる。

【００１９】 また、伝熱管７より凝縮液が落下してトレー１０内に収容されるが、その液位 によって混合熱媒蒸気がトレー１０を吹抜けることが防止され、前記したような 混合熱媒蒸気の流れの制御が確実に行われる。

【００２０】 また更に、本実施例では、伝熱管７内を水平方向に流れる冷媒に対して、混合 熱媒蒸気は冷媒の出口側から入口側へ向って下方へ次いで上方へと順次繰り返し て流れることによって、全体として見ると、実質的には、冷媒と混合熱媒蒸気が 対向流として流れるものと見なすことができ、両者間の熱交換が活発に行われる ことになり、混合熱媒蒸気の吸収凝縮が促進される。

【００２１】 また更に、混合熱媒蒸気の凝縮によって、下流側ほどその蒸気量が減少するの で、図１に示すように、下流側のバッフル９の間隔をせまくして混合熱媒蒸気の 流路を下流側ほどせまくすることによって、混合熱媒蒸気の流速を維持して、熱 交換を効率よく行い、かつ、凝縮液の境界層の発達を阻止することができる。

【００２２】 本考案の第２の実施例を、図２によって説明する。本実施例は前記第１の実施 例と同様に伝熱管７が水平に配置された吸収凝縮器に係るものであって、以下に 説明する点が第１の実施例と相違する。

【００２３】 熱交換器のシェル１の両側に設けられた冷媒室８内には、図示するように互い に高さの異なった位置に仕切板８′が設けられ、熱交換器のシェル１の下部の冷 媒入口管４から流入する冷媒は、矢印に示すように、複数の伝熱管７内を一方向 から逆方向へ、また逆方向から一方向へと順次流れた上、熱交換器のシェル１の 上部の冷媒出口管５から排出されるようになっている。

【００２４】 前記熱交換器のシェル１内のやや上部寄りと下部には、冷媒出口管５を設けた 冷媒室８より水平にシェル１内を延びる２個のトレー１０が配置され、同２個の トレー１０の中間に冷媒入口管４を設けた冷媒室８より水平にシェル内を延びる １個のトレー１０が配置され、これらトレーは図に示すように、反対側の冷媒室 ８近くまで延びて、両者間に混合熱媒蒸気のせばめられた流路を形成すると共に 、図中矢印で示す混合熱媒蒸気の流れを伝熱管７内の冷媒の流れと対向流になる ようにしている。前記各トレー１０は、前記第１の実施例と同様な多孔板によっ て構成される。

【００２５】 本実施例では、伝熱管７内を流れる冷媒との熱交換によって、混合熱媒蒸気が 伝熱管７の面上で吸収凝縮して凝縮液となるが、混合熱媒蒸気の流速は、トレー １０によって形成されるせばめられた流路によって大きくされ、伝熱管７上の凝 縮液の境界層を乱してその発達を防止し、伝熱が促進されて混合熱媒蒸気の吸収 凝縮が活溌に行われる。

【００２６】 また、凝縮液は、トレー１０に収容されて下方の伝熱管７上に均一に分散して 落下することによって、伝熱管７上に凝縮液の存在しない部分が発生せず、混合 熱媒蒸気の吸収凝縮を促進にすることができる。

【００２７】 更に、トレー１０内の凝縮液の液位によって、混合熱媒蒸気のトレー１０を横 切る吹込けが防止され、前記の混合熱媒蒸気の流れの制御が確実に行なわれる。

【００２８】 また更に、本実施例では、前記のように、冷媒と混合熱媒蒸気が対向流をなし て流れるために、両者間の熱交換が効率よく行われ、混合熱媒蒸気の吸収凝縮が 促進される。

【００２９】 以上に加えて、混合熱媒蒸気の凝縮によって、下流側ほどその蒸気量が減少す るので、図２に示すように、熱交換器のシェル１内の混合熱媒蒸気の流路を下流 側ほど狭くすることによって、混合熱媒蒸気の流速を維持して凝縮液の境界層の 発達を阻止することができる。

【００３０】 本考案の第３の実施例を、図３によって説明する。本実施例は、前記第２の実 施例における伝熱管７とトレー１０との関係を９０°だけ異らせてトレー１０を 伝熱管７に直交するようにしたものであって、前記第２の実施例と同様な作用及 び効果を奏することができる。

【００３１】 本考案の第４の実施例を、図４によって説明する。本実施例は、熱交換器のシ ェル１の上部と下部に冷媒室８を設け、両冷媒室８，８間を上下方向の複数の伝 熱管７で接続し、かつ、下方の冷媒室８に冷媒入口管４を、上方の冷媒室８に冷 媒出口管５を、それぞれ接続して、図中矢印に示すように、冷媒を下方から上方 へ向って伝熱管７内を流すようにしている。

【００３２】 熱交換器のシェル１の一側の上部に熱媒蒸気入口管２が接続され熱交換器のシ ェル１の他側の下部に凝縮液出口管３が接続されている。また、熱交換器のシェ ル１の一方の側壁から他方の側壁近くまで、他方の側壁から一方の側壁近くまで 、互いに上下方向に間隔をおいて複数のトレー１０が交互に設けられていて、各 トレー１０の端部と対向する熱交換器のシェル１との間にはせばめられた流路が 形成されており、熱媒蒸気入口管２よりシェル１内へ流入した混合熱媒蒸気は、 矢印で示すように、図２の右側から左側へ、次いで左側から右側へと繰り返して 流れて凝縮出口管３へ向って流れるようになっている。前記トレー１０は、前記 第１及び第２の実施例と同様に多孔板で構成されている。

【００３３】 本実施例における冷媒と混合熱媒蒸気との流れは、前記第１の実施例における 流れをそれぞれ９０°変更したものに相当し、第１の実施例と同様に両者間に効 率のよい熱交換が行われて混合熱媒蒸気の吸収凝縮が促進される。

【００３４】 また、トレー１０と熱交換器シェル１の側壁との間にせばめられた混合熱媒蒸 気の流路が形成され、第１の実施例と同様に凝縮液の境界層の発達を促進して伝 熱を促進することができる。

【００３５】 これに加えて、伝熱管７上で形成された凝縮液は、トレー１０の各々に収容さ れた上、トレー１０の下面の全領域から下方へ全散して落下することによって、 下方の全伝熱管７の面を濡らし、伝熱管７上に凝縮液の存在しない部分が発生せ ず、従って混合熱媒蒸気の吸収凝縮を促進することができる。

【００３６】 また、トレー１０内の凝縮液の液位によって、混合熱媒蒸気のトレー１０を横 切る吹抜けが防止され、混合熱媒蒸気の流れの制御を確実にすることができる。

【００３７】 本考案の第５の実施例を、図５によって説明する。本実施例は、熱交換器シェ ル１の上部と下部にそれぞれ冷媒室８を設け、冷媒入口管４を下方の冷媒室８の 図５における右側に接続し、冷媒出口管５を上方の冷媒室８の図５における左側 に接続している。両冷媒室８，８間は、上下方向の複数の伝熱管７によって接続 され、また両冷媒室８内に冷媒仕切板１１を設けることによって、矢印に示すよ うに、冷媒は伝熱管７内を上方へ向い、次いで下方へ向って流れる流れを繰り返 すようになっている。

【００３８】 熱交換器のシェル１の図５における右側の上部には、熱媒蒸気入口管２が接続 され、左側の下部には凝縮液出口管３が接続されている。同シェル１内には、シ ェル１の上壁から下方へ下壁近くまで延びるバッフル９と、シェル１の下壁から 上方へ上壁近くまで延びるバッフル９が交互に複数個設けられ、各バッフル９と 対向するシェル１の上壁又は下壁間にはせばめられた混合熱媒蒸気の流路が形成 されており、熱媒蒸気入口管２より流入した混合熱媒蒸気は、矢印に示すように 、シェル１内を下方へ、次いで上方へと繰返して凝縮液出口管３へ向って流れる ようになっている。

【００３９】 また、熱交換器のシェル１の下部には、下方へ向って延びるバッフル９の下端 と間隔をおいて水平に配置され、かつ、シェル１の図５における右側の側壁から 最左側のバッフル９まで延びるトレー１０が設けられている。同トレー１０は、 前記第１ないし第３実施例におけると同様な多孔板で構成される。

【００４０】 本実施例においては、混合熱媒蒸気と冷媒は、図５に示すように対向して流れ 、両者間の伝熱は活溌に行われ、伝熱管７上における混合熱媒蒸気の吸収凝縮が 促進される。

【００４１】 トレー１０に収容された凝縮液は、同トレー１０内で液位を保ち、混合熱媒蒸 気の吹抜けが防止される。従って、混合熱媒蒸気は、トレー１０とバッフル９、 及び熱交換器シェル１の上壁とバッフル９によって形成されるせばめられた流路 を高い流速で流れると共にその流れが乱され、伝熱管７上の凝縮液の境界層を乱 してその発達を阻止する。これによって、混合熱媒蒸気の吸収凝縮を促進するこ とができる。

【００４２】 また、混合熱媒蒸気の凝縮によって、下流ほどその蒸気量が減少するので、図 ５に示すように、下流側のバッフル９の間隔をせまくして、混合熱媒蒸気の流路 を下流側ほどせまくすることによって、混合熱媒蒸気の流速を維持して、熱交換 を効率よく行い、かつ、凝縮液の境界層の発達を阻止することができる。

【００４３】 本考案の第６の実施例を、図６によって説明する。本実施例は、前記第５の実 施例において、バッフル９を多孔のトレー１０に代えたものであって、前記第５ の実施例と同様な作用及び効果を奏することができる。

【００４４】 なお、前記各実施例においては、混合熱媒蒸気の吸収凝縮の結果生ずる凝縮液 について説明したが、熱交換器シェル１内に混合熱媒蒸気に加えて希釈液を投入 する場合にも、同様な作用及び効果を奏することができる。

【００４５】

【考案の効果】

本考案のシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器においては、混合熱媒蒸気の 流路をせばめるバッフルを兼ねた多孔のトレーを設けているために、混合熱媒蒸 気の流速を高めて凝縮液又は希釈液の境界層の発達を阻止し、これによって混合 熱媒蒸気の吸収凝縮を促進することができ、また、混合熱媒蒸気がトレーを吹き 抜けることを防止することによって混合熱媒蒸気の流れを確実に制御して混合熱 媒蒸気の吸収凝縮を確実に行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例の縦断正面図である。

【図２】本考案の第２の実施例の縦断正面図である。

【図３】本考案の第３の実施例の縦断側面図である。

【図４】本考案の第４の実施例の縦断正面図である。

【図５】本考案の第５の実施例の縦断正面図である。

【図６】本考案の第６の実施例の横断面図である。

【図７】従来のシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器
の一例の縦断面図である。

【図８】従来のシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器
の他の例の縦断面図である。

【図９】吸収凝縮器の蒸気側伝熱面近傍の蒸気の濃度と
温度分布の概念図である。

【符号の説明】

１ 熱交換器のシェル ２ 蒸気入口管 ３ 凝縮液出口管 ４ 冷媒入口管 ５ 冷媒出口管 ６ 管板 ７ 伝熱管 ８ 冷媒室 ９ バッフル １０ トレー １１ 冷媒仕切板

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 【請求項１】 伝熱管によって形成される伝熱面におい
   て混合熱媒蒸気を吸収凝縮させるシェル・アンド・チュ
   ーブ式吸収凝縮器において、混合熱媒蒸気の流路をせば
   めるバッフルを兼ねた多孔のトレーを設けたことを特徴
   とするシェル・アンド・チューブ式吸収凝縮器。