熱交換系統の効率運用①

熱交換器の高効率運用

• 評価基準
  成績係数に因り評価、下記に因り上昇
  • 高蒸発温度
  • 低凝縮温度

• 選定制約
  設置規模に因り適正伝熱面積を選定

蒸発器の性能

• 前提条件
  • ピストン押しのけ量が一定
  • 乾き飽和蒸気における圧縮機への流入冷媒蒸気の保有比エンタルピ

• 循環冷媒の保有熱量
  • Φ_C[kW/s]:圧縮機への流入冷媒の保有熱量
  • V[m³/s]:ピストン押しのけ量
  • η_V:体積効率、圧縮機への理論流入･実流入量比
  • v₁[m³/kg]:比体積
  • h₁:[kg/s]:蒸発器の流路入口における冷媒の保有比エンタルピー
  • h₄[kg/s]:蒸発器の流路出口における冷媒の保有比エンタルピー
    算出式:
    

• 特性
  蒸発温度の低下に対し所要能力が低減

乾式蒸発器固有の性能

• 循環冷媒の保有熱量
  • Φ_E[kW/s]:
  • K[kW/m²K]:空気側伝熱面積基準の熱通過率
  • Δt_m[K]:冷媒･空気間の算術平均温度差
    • t_a1[℃]:冷却大気の蒸発器入口温度
    • t_a2[℃]:冷却大気の蒸発器出口温度
    • t_O[℃]:冷媒の蒸発温度
      算出式:
      
  • K[kW/m²K]:空気伝熱面積基準の熱通過率
    • m:有効内外面伝熱面積比
    • α_a[kW/m²K]:空気側の熱伝達率
    • α_r[kW/m²K]:冷媒側の熱伝達率
      算出式:
      
  • A[m²]:空気側伝熱面積
  • Δt[K]:冷却大気の蒸発器入口温度･冷媒の蒸発温度差
    算出式:
    
  • K'[kW/m²K]:特定要素の温度差における熱通過率
    算出式:
    
            

• 特徴
  • 熱通過率における特徴
    下記に因り算術平均温度差はほぼ一定
    • 冷媒側単位時間毎における熱流束密度の上昇に対しα_rが上昇
    • 空気冷却側における低排熱特性
  • 循環冷媒の保有熱量における特徴
    • 空気･冷媒の温度差増加に対し冷却能力が上昇
    • 一定冷却温度に対し蒸発温度･外気温度の平衡に因り保持

凝縮器の性能

• 凝縮器における凝縮負荷
  • Φ_k[kW/s]:凝縮負荷
  • t_k[℃]:凝縮温度
  • t_w1[℃]:冷却水入口温度
  • t_w2[℃]:冷却水出口温度
  • c_w[J/kgK]:冷却水比熱
  • q_mw[kg/s]:冷却水流量
    算出式:
    
           

• 特徴
  算術平均温度差の増加に対し下記遷移に因り性能低下を誘引
  • 凝縮作用が一時上昇
  • 液体冷媒が増加
    冷媒側に下記を誘引
    • 熱伝導抵抗が上昇
    • 冷媒側の熱伝達率が若干低下
    • 凝縮温度が上昇