JPS6219689A - 非共沸混合媒体用蒸発器 - Google Patents

非共沸混合媒体用蒸発器

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JPS6219689A
JPS6219689A JP15696885A JP15696885A JPS6219689A JP S6219689 A JPS6219689 A JP S6219689A JP 15696885 A JP15696885 A JP 15696885A JP 15696885 A JP15696885 A JP 15696885A JP S6219689 A JPS6219689 A JP S6219689A
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JP
Japan
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medium
evaporator
tube bundle
heat transfer
heat
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Pending
Application number
JP15696885A
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English (en)
Inventor
Yoshio Koyama
小山 由夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPS6219689A publication Critical patent/JPS6219689A/ja
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  • Details Of Heat-Exchange And Heat-Transfer (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は複数の伝熱管を有するシェルアンドチューブ型
の非共沸混合媒体用蒸発器に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
本明細書における「蒸発器」の用語はヒートポンプ装置
などで用いられる狭義の蒸発器に限定されることなく、
石油精製プラント、一般化学工業プラントなどで使用さ
れるところの液体物質を蒸発させる機能を持った熱交換
器の一種である装置も含めて指称する。
ここで、非共沸混合媒体を蒸発させるための蒸発器がど
のような形で使われるかを理解するために、例としてヒ
ートポンプ装置の場合について説明する。第5図は非共
沸混合媒体を用いたヒートポンプ装置のサイクル構成図
であり、装置の高効率化を実現できるため最近特に注目
されているものである。同図中9は圧縮機、10は凝縮
器、11は膨張弁、12は蒸発器で各装置はパイプPを
介して非共沸混合媒体が封入されている。
圧縮機9で圧縮された媒体は、凝縮器lOで高温水とし
て外部に供給される被加熱流体Hと熱交換され、高圧状
態で凝縮する。
液化された媒体は膨張弁11で減圧されて蒸発器12に
導かれ、ここで媒体は工場温排水などの低温熱源流体り
によって加熱されて低圧状態で蒸発し、再び圧縮機9へ
供給される。第5図のヒートポンプ装置内に封入されて
いる非共沸混合媒体は沸点の異なる2種類以上の媒体を
混合させたもので、気相と液相の組成が異なり、一定圧
力のもとで蒸発、凝縮させた場合でもその相変化過程で
温度変化を生じるような媒体である。
さて、以上に説明したヒートポンプ装置では凝縮器10
と蒸発器12という2つの熱交換器が使用されるが、そ
のうち前者の凝縮器10については熱交換過程の温度差
による不可逆損失の低減を目的として媒体と被加熱流体
Hとが対向して流れる二相流型の熱交換器が使用される
。一方、後者の蒸発器12については工場温排水などの
低温の熱源流体りが大量に存在する場合には必ずしも二
相流型にする必要がないため、蒸発器内での媒体の圧力
損失を生じない浸漬型の満液式蒸発器が非共沸混合媒体
用蒸発器として使用される。
この型の蒸発器12は古くから単−成分媒体用の蒸発器
として広く使用されてきたものであり、例えば第6図、
第7図に示す如く構成されている。
すなわち、細心を水平方向にして配置した円筒形の外殻
4の左側開口および右側開口を蓋体13a13bによっ
てそれぞれ閉塞させて蒸発室lを形成し、この蒸発室1
の下部および上部には単数あるいは複数2の媒体供給口
14(第6図では2個)および蒸気取出口15(第6図
では2個)が配設されている。前記蒸発室l内には複数
本の伝熱管16からなる伝熱管束2が上記蓋体13a、
13bを貫通する形で水平に配備されている。前記伝熱
管束2の一端開口側、つまりは前記蓋体13Hの左側に
は熱源流体りの取入室17aが設けられ、伝熱管束2の
他端開口側、つまりは前記蓋体13bの右側には熱源流
体りの取出室17bが設けられている。これらの取入室
17aおよび取出室17bは伝熱管束2を介して連通し
ており、熱源流体りはこの取入室17aから伝熱管束2
を構成する伝熱管16内に導入され、その後上記取出口
17bより外部へ導出されるものとなっている。
しかして、媒体供給口14を介して蒸発室l内に非共沸
混合媒体7(ヒートポンプ装置では気液二相状態)を供
給して前記伝熱管束2を媒体液中に浸らせると共に伝熱
管束2の各伝熱’i16内に熱源流体りを通流せしめる
と蒸発室1内の非共沸混合媒体液5は上記熱源流体りに
よって加熱され、沸騰蒸発する。発生した非共沸混合媒
体の蒸気18は蒸発室lの上部に設けられている前記蒸
気取出口15から外部へ取出され、かくして蒸発器とし
ての機能を発揮する。
しかしながら、このような蒸発器12においては伝熱管
束2の一部(第7図に一点鎖線にで囲って示す)に媒体
液の自然循環渦19が発生するため、その部分に外部よ
り供給された非共沸混合媒体が到達しに<<、蒸発室1
内に媒体の組成分布、温度分布が発生し易かった。その
媒体の組成分布、温度分布の発生は結果として蒸発器1
2の熱交換性能の低下を櫂なうための蒸発器12の大型
化や、ヒートポンプ装置内での媒体組成の偏りによる装
置特性の変化などを引起すため、非共沸混合媒体用蒸発
器の技術上の重要な問題になっていた。
ここで、蒸発室1内における媒体の温度分布、組成分布
の発生とその影響について2成分(AとB)からなる非
共沸混合媒体を例にとって説明する。第8図はその混合
媒体の一定圧力P=Poに量分率を意味する。Xム二〇
(B成分のみ)におけるtB1X人=1(A成分のみ)
におけるtAはそれぞれB成分とA成分の圧力POにお
ける飽和温度であり、図では人の方が飽和温度が低い、
つまりは蒸発し易いようになっている。図にはX人=0
;t=宜B、X*=1 ; t=tムの2点を通る2本
の曲線が描かれている。上の曲線Mは気相線とよばれ、
下の曲線Nは液相線と言う。平衡状態では気相線より上
の領域では混合媒体は蒸気のみ、また液相線より下の領
域では液体しか存在し得ない。両曲線の間の領域は液体
、気体の共存領域である。
ここで為第8図中に点iで示される二相状態0非共沸混
合媒体(媒体温度ti、A$、分の重量分率XA i)
が第6図、第7図に示した蒸発器12に供給され、熱源
流体りによって加熱された場合を想定する。もし、仮に
その混合媒体が蒸発室l内に均一に分散供給され、蒸発
器12内で撹拌が十分になされているとすると蒸発室l
内の媒体液5はほぼ第8図中の点aで示される状態、す
なわちA成分重量分率がXA L、媒体温度がtr、に
なり、蒸発器からは点すで示される蒸気が外部に取出さ
れる。しかしながら、実際の蒸発器12にあっては第7
図に示す如く伝熱管束2の左右上部付近(一点鎖iKで
囲った部分)に媒体液の自然循環渦19が発生し、その
箇所に成分XAiの媒体が到達しにくくなり、蒸発し易
いA成分の3ttf分率が小さくなった媒体液が存在す
る。例えば第8図の点Cで示されるような状態であり、
A成分のその媒体温度tI′は第8図よりわかるように
媒体が十分撹拌された場合に得られる媒体温度tLされ
ている伝熱管16が伝熱にあまり寄与しなくなり、伝熱
管16の表面全部を有効に利用できなくなる。そのため
、従来の非共沸混合媒体用の蒸発器12にあっては伝熱
管16の本数を増やしたりして伝熱面積を余分に取らな
ければならず1その結果蒸発器12自体が大型のものに
なってしまった。
また、蒸発器12内に媒体の組成分布が発生すると前述
の熱交換性能の低下とは別の意味で易だ都合の悪いこと
が生じる。すなわち、その分布の度合を定量的に予測す
ることが極めて困難であるため、その蒸発器12を例え
ばヒートポンプ装置などのシステムに組込んだ場合、媒
体組成の偏在のために実際に装置内を循環する媒体の組
成を把握できなσ1、つまりは装置特性を正確に予測で
きないという問題があった。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは蒸発器内の媒体の組成分布を解消し、熱
交換性能の良好な非共沸混合媒体用蒸発器を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
本発明は媒体が供給される蒸発室内に複数の伝熱管から
なる伝熱管束を配設し、前記伝熱管内に熱源流体を通流
して前記媒体を加熱沸騰せしめる蒸発器において、前記
蒸発室内の前記伝熱管束の長手方向に沿って前記伝熱管
束の側面を囲う形に少なくとも2枚以上の整流板を配設
し、前記蒸発室の外殻と前記整流板との間に前記媒体の
再循環流路を確保することのできるものである。
〔発明の効果〕
本発明によれば、従来の蒸発器で生じていた媒体の組成
分布を解消し、蒸発器の熱交換性能を向上させることが
できる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の詳細を図示の実施例を参照して説明する
。第1図、第2図は本発明の第1の実施例である非共沸
混合媒体用蒸発器の概略構成を示す図である。同実施例
の構成は先に従来例で示した蒸発器12と略同−の構成
となっており、第6図、第7図に示した蒸発器12と同
一の部分には同一符号を付し、ここでの説明は省略する
第1図、第2図に示した本発明の@lの実施例である非
共沸混合媒体用蒸発器20が先に第6図、第7図で説明
した従来の非共沸混合媒体用蒸発器12と異なる点は蒸
発室1内の伝熱管束2の長手方向に沿って伝熱管束2の
側面を囲う形に2板の整流板3を配設し、蒸発室1の外
殻4と整流板3との間に媒体液5の再循環流路6を確保
したことにある。この整流板3の設置により、従来の蒸
発器12で発生していた伝熱管束2左右上部近傍の自然
循環渦19がなくなり媒体組成の不均一を解消すること
ができる。
その結果、伝熱管束2の全表面積を熱伝達に有効に使え
るため蒸発器の小型化が実現できる。またヒートポンプ
装置等の熱機器に本発明の蒸発器20を組込んだ場合に
は蒸発器20内に組成の異なる媒体の偏在がないことか
ら装置の性能予測が容易となる。
第3図、第4図は本発明の第2の実施例である非共沸混
合媒体用蒸発器の概略構成を示す図である。第3図、第
4図に示した第2の実施例が先に第1図、第2図を参照
して説明した第1の実施例と異なる点は外部から供給さ
れた非共沸混合媒体7を整流板3で囲まれた伝熱管束2
の下部に均一に分散させる表面に多数の孔21を有する
長方形状平板からなる媒体分散機構(この場合は分散板
8)を整流板3と媒体供給口14の間で蒸発室l内の下
部に固定配備したことにある。第4図に示す如くこの媒
体分散機構は外部から供給される媒体7が前記再循環流
路6へ直接流れ込まないように遮へい部22を整流板3
に狭まれた部分下部に設けた構造になっている。このよ
うな構造にすることによって先の実施例で説明した本発
明の作用効果はより優れたものとなり、高性能な非共沸
混合媒体用蒸発器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例の概略構成を示す断面
図、第2図は第1図の矢視X−X断面を示す断面図、第
3図は本発明の第二の実施例の概略構成を示す断面図、
第4図は第3図の矢視X −X断面を示す断面図、第5
図は非共沸混合媒体用蒸発器に関する従来技術を説明す
るためのヒートポンプ装置のサイクル構成図、第6図は
ヒートポンプ装置に使用される従来の非共沸混合媒体用
蒸発器の概略構成を示す断面図、第7図は第6図の矢視
X−x断面を示す図、第8図は、非共沸混合媒体の気液
平衡関係を示す状態線図である。 1・・・蒸発室、2・・・伝熱管束、3・・・整流板、
4・・・蒸発室の外殻、5・・・媒体液、6・・・再循
環流路、7・・・非共沸混合媒体、8・・・媒体分散機
構、L・・・熱源流体。 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同    竹 花 喜久男 第  2 図 第3図 第4図 第  5 図 第  6 図 第  7 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)媒体が供給される蒸発室の外殻内に複数の伝熱管
    からなる伝熱管束を配設し、前記伝熱管内に熱源流体を
    通流して前記媒体を加熱沸騰せしめる蒸発器において、
    前記伝熱管束の長手方向に沿つて、前記媒体の再循環流
    路を確保する整流板を配設したことを特徴とする非共沸
    混合媒体用蒸発器。
  2. (2)外殻を、外殻部と、この外殻部の中の蒸発室内に
    供給される媒体が伝熱管束の下部に略均一に分散させ、
    かつ整流板で確保した再循環流路に容易に流れ込まない
    よう、蒸発室内の下部に配備した媒体分散機構とで構成
    したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の非共
    沸混合媒体用蒸発器。
JP15696885A 1985-07-18 1985-07-18 非共沸混合媒体用蒸発器 Pending JPS6219689A (ja)

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JP15696885A JPS6219689A (ja) 1985-07-18 1985-07-18 非共沸混合媒体用蒸発器

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JP15696885A JPS6219689A (ja) 1985-07-18 1985-07-18 非共沸混合媒体用蒸発器

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JPS6219689A true JPS6219689A (ja) 1987-01-28

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ID=15639256

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JP15696885A Pending JPS6219689A (ja) 1985-07-18 1985-07-18 非共沸混合媒体用蒸発器

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015518953A (ja) * 2012-06-06 2015-07-06 リンデ アクチエンゲゼルシャフトLinde Aktiengesellschaft 伝熱器

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015518953A (ja) * 2012-06-06 2015-07-06 リンデ アクチエンゲゼルシャフトLinde Aktiengesellschaft 伝熱器

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