JPH0147715B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、浸管型直焚高温再生器に係り、特に
吸収冷凍サイクルに使用される浸管型直焚高温再
生器（以下、再生器と称す）に関する。

この種の再生器は、吸収式冷凍サイクルの蒸発
器で発生した冷媒蒸気を吸収した希リチウムブロ
マイド（以下LiBrと称す）溶液を加熱濃縮し、
濃縮LiBr液と冷媒蒸気を得るためのものである。

第１図及び第２図は従来の再生器の構造を示す
図である。図において１０は再生器本体であつ
て、１２は燃焼室１４を画成する炉筒、１６はバ
ーナ、１８，２０は燃焼室１４内にほぼ垂直に配
置された溶液管、２２は炉筒１２の側壁に取り付
けられた高温燃焼ガス案内用のバツフル、２４は
煙突である。また、溶液管２０は溶液管１８より
もガス流下方向下流側に配置されたものであり、
この溶液管２０には伝熱用のフイン２１が設けら
れている。

バーナ１６でガス、灯油等を燃焼して得られた
高温燃焼ガス２６は、炉筒１２内を水平に直進
し、平滑溶液管１８とフイン付溶液管２０の周り
を流過して熱交換した後、煙突２４より排出され
る。一方、LiBr溶液２８は、炉筒１２と溶液管
１８，２０の管内で加熱沸騰されて濃縮される。

このような構造の再生器は、直焚式であるため
小型コンパクトであるという長所を有するが、反
面、高温の燃焼ガスを直接再生器内へ送るため、
均一な加熱がむずかしく、温度の局部的な上昇を
生じやすいという欠点がある。この温度の局部的
な上昇は、次のような理由から、吸収液として腐
食作用が大であるLiBr液を使用する吸収式冷凍
サイクルの再生器にとつては非常に重要な問題で
ある。

即ち再生器においては、一般に液温を約160℃
に加熱し、LiBr濃度が60〜65％になるように
LiBr溶液を濃縮する。第３図はLiBr溶液の濃度
と金属に対する腐食速度の関係を示すグラフであ
り、図中ａ，ｂはLiBr濃度がそれぞれ65％、62
％のLiBr溶液が静止状態の場合、ｃはLiBr濃度
が65％のLiBr溶液が流動状態の場合を示す。こ
の図よりLiBr濃度が60〜65％のLiBr溶液は特に
静止状態の場合、165〜175℃になると急激に金属
に対する腐食速度が増すことが明らかである。従
つて、LiBr濃度が60〜65％となる再生器におい
て、局部的に液温が160℃以上になつたり、液流
動が停滞する領域において、著しく腐食が発生す
ることになる。

上記の理由から、再生器においては、液温の局
部上昇を避け、均一温度にして、一定温度（例え
ば160℃）以下に保持し、また液停滞域の発生に
よる局部的な液の濃縮を防止するため、液を均一
に流動させることにより、局部的な腐食の発生を
防止できると共に、再生器の限界温度、濃度が上
げられるため冷凍サイクルの熱効率も向上する。

そこで、発明者らは、実機の再生器の溶液管の
管内壁の腐食状況を種々調べた結果、どの機種で
も管上部に比べ管下部の腐食が大きく、特に管最
下部より百数十mmの所が特に激しい事を発見し
た。

この事実をもとに、管内におけるLiBr液の沸
騰流動状況を把握するため、単管の加熱装置を用
い管内の壁温分布を測定した。その結果を第４図
に示す。第４図ｂは、熱負荷ｑ（kcal／m²ｈ）を
パラメータにした管軸方向ｘの、管内壁温度T_W
と液温T_Lの差△T_Wの分布を示し、第４図ａはこ
の温度分布から推定したLiBr液の管内沸騰流動
状況を示す。図中Ｆは沸騰領域、Ｍは未沸騰領域
を表わす。

温度分布（第４図ｂ）では、管下部より百数十
mmの所に、壁温の極大値（max）があり、熱負
荷により、極大値は増大するが、その位置は変化
しないことを発見した。

これは、低圧下で高比重の液体が沸騰する場合
に起こる特異な現象で、液深（液の自由界面から
の深さ）が大きくなるにつれ、雰囲気圧力が低い
ことと、液比重が大きいことから、液圧が無視で
きなくなり、飽和温度（その液圧で沸騰可能な温
度）が高くなり、同一液温でも、管上部（液深
小）で沸騰しても、管下部（液深大）では沸騰し
ない現象が起こるためと推定される。

そのため、LiBr液は、管下部では未沸騰のま
ま、管内を上昇し、飽和温度に達した管内壁面近
傍の液より沸騰が開始し、次第に液全体が飽和温
度になつて均一飽和沸騰になる。

このようにLiBr液が管内を上昇中に、管下部
に未沸騰ゾーンが発生することから、管下部では
発生気泡による液の撹拌はなく、管壁からの伝熱
が悪いため、壁温が急激に上昇する。液が上昇す
るに従がい、壁面近傍より沸騰が開始し、発生し
た気泡により、液が撹拌されて伝熱が促進される
ため、壁温が次第に減少していく。それにより、
温度分布で、壁面近傍より沸騰が開始する位置
に、壁温の極大値が生じる。

また、熱負荷によつて、極大の位置が変化しな
いのは、管内の液流動は、発生蒸気泡の気泡ポン
プ作用で起こるため、熱負荷が大きくなるに従が
い、液輸送量もふえるため、全体では、ほぼ同様
の温度上昇になるためであると推定される。

以上の事から、再生器のごとく高比重のLiBr
液を低圧下で管内沸騰させ、その発生気泡によつ
て液を流動させる場合は、管内の液流動は管下部
で未沸騰（対流）ゾーンができるため、管下部よ
り百数十mmの位置に管内壁温の極大値が生ずるこ
とから、このゾーンは気泡による液撹拌がないた
め、液温の局部上昇が起こると同時に、液停滞が
起こり、腐食が発生しやすい事を発見した。

本発明の目的は、上記した従来の直焚高温再生
器に特有に起こる、局部的な温度上昇と液流動不
良による腐食を解消した新規な直焚高温再生器を
提供することにある。

この目的を達成するために、第１の発明は溶液
管下部周囲の燃焼室内に、燃焼ガスよりも低温の
ガスを導入して溶液管下部の温度上昇△Ｔを小さ
くするようにしたものである。

即ち、△Ｔは一般に次式で表わされるが、 △Ｔ＝Ｑ／（ｈ・Ａ） ………(1) △Ｔ：温度上昇（℃） Ｑ：伝熱量（kcal／
ｈ） ｈ：熱伝達率（kcal／m²ｈ℃） Ａ：伝熱面積
（m²） この第１の発明は、管下部のみ燃焼ガス温度を
低くしＱを下げて、△Ｔを小さくするようにした
ものである。

また第２の発明は、溶液管下部の内周面に気泡
核形成用手段を設けて、溶液管内下部における沸
騰を促進し、発生した水蒸気泡の撹拌作用によつ
て、温度境界層の発達を防止し、熱伝達率（上記
(1)式におけるｈ）を増大させ、温度上昇（同、△
Ｔ）を小さくするようにしたものである。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

第５図は第１の発明の実施例の構成図である。
この実施例は、最も高温の燃焼ガス２６が通り、
最も熱の伝わる量Ｑが多い管群前面の管下部（Ａ
部）から、バーナ１６へ供給する空気５０の一部
を導入して、高温の燃焼ガス２６を混合冷却させ
て、溶液管１８の軸方向に温度分布をもたせて、
管下部のガス温を低くして、そこを伝わる熱量Ｑ
を局所的に下げるようにしたものである。

第６図は、第５図の実施例におけるガス温Ｔと
伝熱量Ｑの管軸方向分布の一例を表わす線図であ
つて、実線は実施例に係り、破線は従来例に係
る。第６図に示される様に、本実施例において
は、溶液管下部において、ＴとＱが低下されてい
る。

第７図及び第８図は、第１の発明の他の実施例
の構成図であつて、混合冷却に用いるガスとし
て、管群出口の比較的低温の燃焼排ガス６０を採
用したものである。この場合、燃焼排ガス６０の
還流路を溶液中を通すことにより、ガスがより低
温まで溶液で冷却され、高温燃焼ガスの混合冷却
効果を増すと共に、燃焼排ガスの熱エネルギーを
溶液の予熱源として利用できる効果もある。

また、冷却空気の導入位置は、燃焼ガス温度が
高いか、もしくは伝熱量Ｑの最も大きい所であり
従つて、第８図のごとく、燃焼ガス上流部（Ａ
部）と溶液管が平滑管１８よりフイン付管２０に
変つて急激に熱量Ｑが増大する位置（Ｂ部）に導
入するのが効果的である。第９図は、第８図の実
施例におけるガス温Ｔと伝熱量Ｑのガス流れ方向
の分布の一例を表わす線図である。

次に、第１０図ないし第１４図を参照して第２
の発明の実施例を説明する。

第２の発明は、要するに第１０図に示されるよ
うに、溶液管１８又は２０下部１００の内周面に
気泡核形成手段を設けるようにしたものである。
この気泡核形成手段としては各種のものが採用可
能である。

第１１図は、溶液管下部１００の内周面に、金
属を焼結させて、金属焼結層１０２を形成させ
て、層内の空隙を利用して、気泡２００の核の発
生を促進させるようにしたものである。また第１
２図は、溶液管下部１００の内周面に、機械加工
等によつて、微細な空間１０４を形成させたもの
である。さらに、第１３図は、溶液管下部１００
の内周面に細かい縦みぞ１０６を形成させたもの
である。また第１４図は、溶液管下部１００の内
周面に、テフロン膜１０８を貼設し、管内周面を
液にぬれにくくし、核の発生を促進するようにし
たものである。

なお、第１０図ないし第１４図に示される実施
例においては、溶液管下部１００内における溶液
の沸騰により、熱伝達率が均一になつて増大され
るという効果があり、そのため例えば熱効率が向
上し、伝熱面積を小さくでき装置も小型化しうる
という効果も奏される。

なお、種々の実験より、未沸騰ゾーンは、管径
及び管長をかえても、管下部より管長のほぼ1/3
の所に発生することが確認されており、従つて、
特にその部分のみを、沸騰促進構造にすることが
効果的である。

以上の通り本発明によれば溶液管下部における
極所的な過熱が解消され、腐食が防止される。ま
た、再生器の限界温度、濃度を上げることがで
き、冷凍サイクルの熱効率も向上する。

なお、本発明は、高温再生器にかぎらず、減圧
（真空）下もしくは、高比重液体を用いた、垂直
管型の管内蒸発構造を有する一般の蒸発器に用い
た場合も同様な効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の再生器の構成を表わす縦断面
図、第２図は第１図−線に沿う断面図、第３
図はLiBr溶液の腐食性を表わす線図、第４図ａ
はLiBr液の管内沸騰流動状況を示す図、第４図
ｂは（T_W−T_L）の管軸方向分布を表わす線図、
第５図は第１の発明の実施例に係る再生器の構成
を示す縦断面図、第６図は第５図の再生器におけ
るＴ及びＱの分布を表わす線図、第７図及び第８
図は第１の発明の他の実施例に係る再生器の構成
を示す縦断面図、第９図は第８図の実施例におけ
るＴ及びＱの分布を表わす線図、第１０図は第２
の発明の実施例の要部の構成を表わす断面図、第
１１図ないし第１４図は第２の発明の実施例に係
る再生器の溶液管構造を表わす断面図である。 １０……再生器本体、１２……炉筒、１４……
燃焼室、１８，２０……溶液管、２８……LiBr
溶液、１００……溶液管下部、１０２……金属焼
結層、１０８……テフロン膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数の溶液管が燃焼室内にほぼ垂直に配置さ
   れ、該溶液管内を上昇する溶液が該溶液管外を流
   通する燃焼ガスによつて加熱される浸管型直焚高
   温再生器において、該溶液管の下部周囲の燃焼室
   内に該燃焼ガスよりも低温のガスを導入して該溶
   液管下部の過熱を防止するよう構成したことを特
   徴とする浸管型直焚高温再生器。 ２ 燃焼ガスよりも低温のガスは、空気であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の浸管
   型直焚高温再生器。 ３ 燃焼ガスよりも低温のガスは、前記燃焼室か
   ら排出された燃焼排ガスであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の浸管型直焚高温再生
   器。 ４ 溶液管のうちガス流下方向下流側のものには
   伝熱用のフインが設けられており、燃焼ガスより
   も低温のガスは、いずれの溶液管よりも上流の部
   分と、フイン付溶液管の上流部と、から導入され
   るよう構成されていることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし第３項のいずれか１項に記載
   の浸管型直焚高温再生器。 ５ 多数の溶液管が燃焼室内にほぼ垂直に配置さ
   れ、該溶液管内を上昇する溶液が該溶液管外を流
   通する燃焼ガスによつて加熱される浸管型直焚高
   温再生器において、該溶液管の下部の内周面に気
   泡核形成用手段を設けて該溶液管下部の過熱を防
   止するよう構成したことを特徴とする浸管型直焚
   高温再生器。 ６ 気泡核形成用手段は、金属焼結層であること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の浸管型
   直焚高温再生器。 ７ 気泡核形成用手段は、微細な凹凸であること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の浸管型
   直焚高温再生器。 ８ 気泡核形成用手段は、テフロン膜であること
   を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の浸管型
   直焚高温再生器。 ９ 溶液管の底部より、該管長の1/3の部分につ
   いて気泡核形成用手段を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第５項ないし第８項のいずれか１
   項に記載の浸管型直焚高温再生器。