JP2002372390A

JP2002372390A - 流下液膜式蒸発器用伝熱管

Info

Publication number: JP2002372390A
Application number: JP2001177516A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Tada; 義男多田; Chikara Saeki; 主税佐伯; 宏行 ▲高▼橋; Hiroyuki Takahashi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2002-12-26
Also published as: CN1391080A; US6655451B2; CN1228603C; US20030089489A1

Abstract

(57)【要約】【課題】管外面における冷媒の濡れ拡がり性、特に、
管軸方向に沿った冷媒の濡れ拡がり性を向上させ、伝熱
性能の向上を図った流下液膜式蒸発器用伝熱管を提供す
る。【解決手段】伝熱管本体１の外表面１ａに３種類の突
起２、３及び４を形成する。複数個の突起２乃至４は夫
々螺旋状に相互に平行な方向に沿って配列され、突起群
２ａ乃至４ａを構成する。突起群２ａ乃至４ａは各１群
ずつ設けられている。突起２乃至４の間隔Ｐ２乃至Ｐ４
は、０．３５ｍｍ≦Ｐ４＜Ｐ３＜Ｐ２≦０．９５ｍｍと
し、突起２乃至４の高さｈ２乃至ｈ４は、０．１ｍｍ≦
ｈ４＜ｈ３＜ｈ２≦０．５ｍｍとする。また、管軸方向
における突起群２ａ乃至４ａの配列間隔は、夫々０．７
２乃至１．１２ｍｍとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管外面に冷媒を流
下して管外面に液膜を形成し、この冷媒を蒸発させるこ
とにより管内を通流する流体との間で熱交換を行う流下
液膜式蒸発器用伝熱管に関する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷温水機は、吸収液（例えば、臭
化リチウム水溶液）に冷媒（例えば水）の蒸気を吸収さ
せる吸収器と、前記吸収液から前記冷媒の蒸気を取出す
再生器と、この取り出された前記冷媒を凝縮させる凝縮
器と、凝縮された冷媒を蒸発させて熱交換を行う蒸発器
とを備えた冷凍サイクルシステムである。吸収式冷温水
機はフロン等の温暖化係数が高い冷媒を使用しないこと
が特徴である。

【０００３】特に、近時、環境問題が重要視されるよう
になっているため、熱交換性能は良好だが温暖化係数が
高いフロン冷媒を使用することなく高い熱効率を得られ
る吸収式冷温水機は、環境に優しい大型建築物用冷凍サ
イクル及び地域冷暖房システムとして開発及び普及が急
速に進んでいる。これに伴い、吸収式冷温水機の最重要
部を担う伝熱管の高性能化の要求が益々強くなってい
る。

【０００４】吸収式冷温水機等の流下液膜式蒸発器で
は、内部の圧力を低く維持した筐体内に多数の伝熱管を
その管軸方向が水平になるように設け、この伝熱管の外
面に冷媒（例えば水）を流下させて、この冷媒と管内を
通流する流体（例えば水）との間で熱交換させ、管内の
流体を冷却している。伝熱管に接触した冷媒は、伝熱管
表面を濡れ拡がる。このとき、この伝熱管を収納してい
る筐体内の圧力が低く維持されているため、冷媒が蒸発
して伝熱管の外表面から熱を奪うことにより、伝熱管内
部の流体を冷却する。

【０００５】伝熱性能が良好な伝熱管を得るためには、
冷媒と伝熱管との接触面積、即ち、伝熱面の面積を可及
的に増大させることが必要である。このため、伝熱管の
外表面における冷媒の濡れ拡がり性を向上させることが
必要である。

【０００６】このような流下液膜式蒸発器用伝熱管とし
て、管外面に螺旋状に配列された複数の突起を有する伝
熱管が特開平１０−３１８６９１号公報において開示さ
れている。この伝熱管は、管本体と、この管本体の外面
に設けられ管軸方向に直交又は傾斜する方向に延びるフ
ィンと、このフィンに交差する方向に延びフィンを切り
欠く切欠部とを有し、切欠部の深さはフィンの高さと実
質的に同一になっており、切欠部に切り欠かれたフィン
が複数の突起を形成している。なお、この突起の高さは
０．２乃至０．４ｍｍ、間隔は０．５乃至０．９ｍｍで
ある。これにより、外面に突起が形成されていない平滑
管と比較して冷媒の濡れ拡がり性が向上すると共に、管
外面の表面積が増加するため、ある程度伝熱性能を向上
させることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の技術には以下に示すような問題点がある。特開平１
０−３１８６９１号公報に開示された流下液膜式蒸発器
用伝熱管においては、管外面の表面積は増加するもの
の、管外面における冷媒の濡れ拡がり性がなお不十分で
ある。このため、複数の伝熱管が、その管軸方向が水平
になるように多段に配設された蒸発器において、最上段
の伝熱管外表面の管頂部に流下された冷媒は、伝熱管の
管軸方向に濡れ拡がる前に伝熱管の管周方向に沿って落
下しやすい。これにより、伝熱管の管頂部に流下された
冷媒は、管周方向に沿ってほぼ垂直に流れ落ち、管頂部
の冷媒が流下された位置のほぼ直下に相当する管底部の
位置において次段の伝熱管へと滴下される。従って、次
段以下の伝熱管においても、管外面における冷媒が濡れ
拡がるパターンが決まってしまい、上段に配設された伝
熱管から次段に配設された伝熱管へ冷媒が滴下する位置
が常に同じになってしまう。この結果、蒸発器内に配設
された伝熱管の外表面において、常に冷媒に濡れない領
域が発生する。このような領域は、冷媒と管内の水との
間の熱交換に寄与しないため、伝熱管の伝熱性能が低下
する。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、管外面における冷媒の濡れ拡がり性、特
に、管軸方向に沿った冷媒の濡れ拡がり性を向上させ、
伝熱性能の向上を図った流下液膜式蒸発器用伝熱管を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る流下液膜式
蒸発器用伝熱管は、管外に滴下された液体が形成する液
膜と管内を流れる液体との間の熱交換を行う流下液膜式
伝熱管において、管本体と、管外面に形成された複数個
の独立した四角錐台形又は四角錐形の突起と、管内面に
凸状に形成され螺旋状に延びるリブと、を有し、前記突
起は複数群の突起群に分類され、各突起群においては、
相互に同一の形状を有する複数の突起がこの突起間の間
隔が同一間隔になるように螺旋状に配列されており、前
記各突起群は突起の配列方向が相互に平行になるように
設けられ、少なくとも１の突起群を構成する突起の形状
又は間隔は、他の突起群を構成する突起の形状又は間隔
と異なることを特徴とする。

【００１０】本発明においては、少なくとも１の突起群
を構成する突起の形状又は間隔を、他の突起群を構成す
る突起の形状又は間隔に対して異ならせている。これに
より、各突起群における冷媒の表面張力の大きさが相互
に異なるようになり、１の突起群から他の突起群へ向か
う冷媒の流れが発生する。この結果、冷媒が管軸方向に
濡れ拡がりやすくなり、伝熱面の面積が増大する。ま
た、次段の伝熱管へ冷媒が滴下する位置が変動するよう
になり、次段の伝熱管における伝熱面の面積も増大す
る。

【００１１】また、前記突起群は３群設けられ、前記３
群の突起群は、第１の突起により構成される第１の突起
群と、第２の突起により構成される第２の突起群と、第
３の突起により構成される第３の突起群と、が管軸方向
にこの順に配列されて構成され、前記第１の突起の高さ
は前記第２の突起の高さと同一であると共に前記第３の
突起の高さよりも高く、前記第１の突起の間隔は前記第
２の突起の間隔と同一であると共に前記第３の突起の間
隔よりも長くてもよい。これにより、突起の高さが高い
第１及び第２の突起群から、突起の高さが低い第３の突
起群へ向かう冷媒の流れが発生し、冷媒の濡れ拡がり性
が向上する。また、次段の伝熱管へ冷媒が滴下する位置
が変動する。

【００１２】又は、前記突起群は３群設けられ、前記３
群の突起群は、第１の突起により構成される第１の突起
群と、第２の突起により構成される第２の突起群と、第
３の突起により構成される第３の突起群と、が管軸方向
にこの順に配列されて構成され、前記第１の突起の高さ
は前記第２の突起の高さと同一であると共に前記第３の
突起の高さよりも低く、前記第１の突起の間隔は前記第
２の突起の間隔と同一であると共に前記第３の突起の間
隔よりも短くてもよい。これにより、突起の高さが高い
第３の突起群から、突起の高さが低い第１及び第２の突
起群へ向かう冷媒の流れが発生し、冷媒の濡れ拡がり性
が向上する。また、次段の伝熱管へ冷媒が滴下する位置
が変動する。

【００１３】又は、前記突起群は３群設けられ、前記３
群の突起群は、第１の突起により構成される第１の突起
群と、第２の突起により構成される第２の突起群と、第
３の突起により構成される第３の突起群と、が管軸方向
にこの順に配列されて構成され、前記第１の突起の高さ
は前記第２の突起の高さよりも高く、前記第２の突起の
高さは前記第３の突起の高さよりも高く、前記第１の突
起の間隔は前記第２の突起の間隔よりも長く、前記第２
の突起の間隔は前記第３の突起の間隔よりも長くてもよ
い。これにより、突起の高さが最も高い第１の突起群か
ら第２の突起群を経由して突起の高さが最も低い第３の
突起群へと向かう冷媒の流れが発生し、冷媒の濡れ拡が
り性が向上する。また、次段の伝熱管へ冷媒が滴下する
位置が変動する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本実施例
に係る流下液膜式蒸発器用伝熱管（以下、伝熱管とい
う）の構成を示す部分図である。図２は本実施例に係る
伝熱管の構成を示す管軸方向に平行な断面図である。図
１に示すように、本実施例に係る伝熱管においては、銅
又は銅合金からなる伝熱管本体１が設けられ、伝熱管本
体１の外表面１ａには３種類の突起２、３及び４が形成
されている。複数個の突起２が伝熱管本体１の外表面１
ａにおいて螺旋状に配列され、突起群２ａを構成してい
る。同様に、複数個の突起３が螺旋状配列されて突起群
３ａを構成し、複数個の突起４が螺旋状に配列されて突
起群４ａを構成している。伝熱管本体１の外表面１ａに
おいて、突起群２ａ乃至４ａは各１群ずつ設けられてい
る。突起群２ａ乃至４ａにおいて、夫々突起２乃至４が
配列された方向は相互に平行であり、管軸に直交する方
向（管軸直交方向）に対して傾斜している。即ち、例え
ば突起群２ａにおいて、管頂部の出発点から突起２が配
列された方向に沿って管外周を１周して再び管頂部に到
達すると、この到達点と前記出発点は管軸方向に互いに
ずれた位置にあり、両者の間には突起群３ａ及び４ａが
１群ずつ存在する。管軸方向における突起群２ａ、３ａ
及び４ａの配列間隔（Ｌ）は、夫々０．７２乃至１．１
２ｍｍである。

【００１５】また、図１に示すように、突起群２ａにお
ける突起２の間隔をＰ２、突起群３ａにおける突起３の
間隔をＰ３、突起群４ａにおける突起４の間隔をＰ４と
すると、間隔Ｐ２は間隔Ｐ３よりも長く、間隔Ｐ３は間
隔Ｐ４よりも長い。また、間隔Ｐ２乃至Ｐ４は０．３５
乃至０．９５ｍｍである。即ち、０．３５ｍｍ≦Ｐ４＜
Ｐ３＜Ｐ２≦０．９５ｍｍの不等式が成立する。

【００１６】更に、突起２の上面２ｂの面積をＳ２、突
起３の上面３ｂの面積をＳ３、突起４の上面４ｂの面積
をＳ４とすると、Ｓ４＜Ｓ３＜Ｓ２が成立する。本実施
例においては、（Ｓ３／Ｓ２）比及び（Ｓ４／Ｓ３）比
は０．３以上１．０未満である。

【００１７】また、図２に示すように、突起２乃至４の
高さを夫々ｈ２乃至ｈ４とすると、ｈ２乃至ｈ４は０．
１乃至０．５ｍｍである。また、ｈ２はｈ３より大き
く、ｈ３はｈ４より大きい。即ち、０．１ｍｍ≦ｈ４＜
ｈ３＜ｈ２≦０．５ｍｍの不等式が成立する。また、本
実施例においては、（ｈ４／ｈ２）比及び（ｈ３／ｈ
２）比は０．６以上１．０未満である。

【００１８】一方、図１及び図２に示すように、伝熱管
本体１の内表面１ｂにおいては、螺旋状に延びるリブ５
が設けられている。リブ５の高さは０．１５乃至０．４
５ｍｍであり、伝熱管本体１の内表面１ｂにおける管軸
に平行な直線とリブ５が延びる方向とがなす角度θは２
０乃至４５°である。

【００１９】本実施例の伝熱管においては、外表面１ａ
において、突起２乃至４の高さ及び間隔が異なるため、
高さが高い突起２からなる突起群２ａより、突起群３ａ
を経由して高さが低い突起４からなる突起群４ａに向か
う方向に冷媒が流れる。このため、冷媒の濡れ拡がり性
が向上すると共に、冷媒が滴下する位置が常に変動す
る。また、リブ５が設けられているため、管内を流通す
る水が管頂部まで濡れ拡がる。この結果、良好な伝熱性
能を得ることができる。

【００２０】以下、本発明の各構成要件における数値限
定理由について説明する。

【００２１】突起の間隔：０．３５乃至０．９５ｍｍ各突起群における突起の間隔が０．３５ｍｍ未満では、
冷媒の表面張力による突起間への冷媒の引き込みが少な
くなるため、突起上における冷媒の膜厚が厚くなり、冷
媒の濡れ拡がり性が低下する。一方、前記間隔が０．９
５ｍｍを超えると、突起の数が減少するため、伝熱管の
外表面の面積が減少すると共に、冷媒の濡れ拡がり性も
低下する。従って、前記間隔は０．３５乃至０．９５ｍ
ｍであることが好ましい。より好ましくは０．５乃至
０．９ｍｍである。

【００２２】突起の高さ：０．１乃至０．５ｍｍ突起の高さが０．１ｍｍ未満では、冷媒の表面張力によ
り突起間に引き込まれる冷媒量が少なくなるため、突起
上における冷媒の膜厚が厚くなり、冷媒の濡れ拡がり性
が低下する。また、伝熱管の外表面の面積が減少する。
一方、突起の高さが０．５ｍｍを超えると、突起間にお
ける冷媒の膜厚が厚くなると共に、冷媒が突起を乗り越
え難くなり、冷媒の濡れ拡がり性が低下する。従って、
突起の高さは０．１乃至０．５ｍｍであることが好まし
い。より好ましくは０．２乃至０．４ｍｍである。

【００２３】管軸方向における前記突起群の配列間隔：
０．７２より大きく１．１２ｍｍ未満管軸方向における前記突起群の配列間隔が０．７２ｍｍ
以下では、突起間の間隙に冷媒が流れにくくなり、伝熱
管の外表面における冷媒の濡れ拡がり性が低下し、伝熱
管の伝熱性能が低下する。一方、配列間隔が１．１２ｍ
ｍ以上では、突起間の間隔において冷媒が流れやすくな
り過ぎ、管軸方向への冷媒の濡れ拡がりが妨げられる。
この結果、伝熱性能が低下する。従って、配列間隔は
０．７２より大きく１．１２ｍｍ未満であることが好ま
しい。また、加工上の観点からも、配列間隔は０．７２
より大きく１．１２ｍｍ未満であることが好ましい。

【００２４】リブの高さ：０．１５乃至０．４５ｍｍ伝熱管においては、リブの高さが高いほうが伝熱性能が
向上するが、リブの高さが０．１５ｍｍ未満ではその効
果が十分ではない。一方、リブの高さが０．４５ｍｍを
超えると、伝熱性能の向上効果が小さくなると共に、管
内を流通する水の圧力損失が大きくなる。従って、リブ
の高さは０．１５乃至０．４５ｍｍであることが好まし
い。

【００２５】リブが延びる方向と管軸方向とのなす角
度：２０乃至４５° リブが延びる方向と管軸方向とのなす角度（リード角）
が大きいほうが伝熱性能が向上するが、リード角が２０
°未満では、その効果が十分ではない。一方、リード角
が４５°を超えると、管内を流通する水の圧力損失が大
きくなる。従って、前記角度は２０乃至４５°であるこ
とが好ましい。

【００２６】次に、本実施例に係る伝熱管の製造方法に
ついて説明する。図３は本実施例に係る伝熱管の製造方
法を示す断面図である。銅又は銅合金からなる素管６の
外表面に３個のディスク７を配置する。ディスク７は素
管６の中心軸から見て例えば１２０°間隔で配置する。
なお、図３においては、ディスク７は２個しか示されて
いない、各ディスク７には素管６にフィン８を形成する
例えば１０枚のディスク刃９と、フィン８から独立した
突起を形成する１枚のディスク刃１０が設けられてい
る。ディスク７はアーパ１１により軸支され、公転せず
に自転するようになっている。また、素管６の内部には
内面溝付マンドレル１２が挿入されている。内面溝付マ
ンドレル１２の外表面には溝１３が形成されている。

【００２７】図３に示すように、素管６が抽伸方向に引
き抜かれると共に、３個のディスク７及び内面溝付マン
ドレル１２が自転する。これにより、各ディスク７のデ
ィスク刃９が素管６の外表面に押圧され、３条のフィン
８を形成する。更に、各ディスク７のディスク刃１０が
夫々フィン８に押圧され、フィン８に切り込みを形成す
る。これにより、３条のフィン８から、夫々１列に配列
された３群の突起群が形成される。また、内面溝付マン
ドレル１２が素管６の内面を押圧し、螺旋状に延びるリ
ブ５を形成する。このようにして、本実施例に係る伝熱
管が製造される。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例の効果について、その
特許請求の範囲から外れる比較例と比較して具体的に説
明する。先ず、後述する各試験例において共通する試験
方法について説明する。先ず、伝熱管の伝熱性能とし
て、伝熱管の総括伝熱係数を測定する方法について説明
する。図４は、本発明の実施例及び比較例に係る伝熱管
の性能評価試験に使用した試験装置の構成を示す模式図
である。

【００２９】図４に示すように、この試験装置において
は、チャンバ１４が設けられ、チャンバ１４の内部は仕
切１５により蒸発器１４ａ及び吸収器１４ｂの２室に分
割されている。なお、仕切１５の上部は蒸気が流通する
ことができる。蒸発器１４ａにおいては、４本の伝熱管
１６が管軸が水平且つ相互に平行になるように垂直方向
に１列に配置されている。これらの伝熱管１６は直列に
連結され、この連結された伝熱管１６の下方に位置する
一端が冷水入口１７に連結され、上方に位置する他端が
冷水出口１８に連結されている。また、伝熱管１６の直
上には冷媒を流下する冷媒入口１９が設けられている。
更に、蒸発器１４ａの下部には冷媒出口２０が設けられ
ている。冷媒出口２０は冷媒ポンプ２１を介して冷媒入
口１９に連結されている。

【００３０】また、吸収器１４ｂにおいても、蒸発器１
４ａと同様に４本の伝熱管１６が直列に連結され、その
一端が冷水入口２２に連結され、他端が冷水出口２３に
連結されている。また、連結された伝熱管１６の直上に
はＬｉＢｒ水溶液入口２４が設けられている。更に、吸
収器１４ｂの下部にはＬｉＢｒ水溶液出口２５が設けら
れている。ＬｉＢｒ水溶液出口２５はＬｉＢｒ水溶液ポ
ンプ２６及びＬｉＢｒ水溶液から水を分離する再生器３
３を介してＬｉＢｒ水溶液入口２４に連結されている。
なお、チャンバ１４にはデジタルマノメータ２７とチャ
ンバ１４内のガスを排出するバルブ２８が設けられてい
る。

【００３１】蒸発器１４ａにおいては、冷水入口１７か
ら伝熱管１６内に冷水を導入し、冷水出口１８からこの
冷水を排出する。また、冷媒入口１９により最上段の伝
熱管１６の外表面に冷媒を流下する。なお、冷媒には水
を使用した。流下された冷媒は最上段の伝熱管１６の外
表面を伝わって次段の伝熱管１６の外表面に滴下され
る。このようにして、冷媒は多段に配設された伝熱管１
６の外表面を順に伝わる。この過程において、冷媒は伝
熱管１６内の冷水と熱交換を行い、一部が液体のまま最
下段の伝熱管１６から蒸発器１４ａの底部に落下し、残
部が蒸発して仕切１５の上部より吸収器１４ｂに導入さ
れる。蒸発器１４ａの底部に落下した冷媒は冷媒出口２
０から蒸発器１４ａの外部に汲み出され、冷媒ポンプ２
１により冷媒入口１９まで汲み上げられ、再度伝熱管１
６の外表面に流下される。

【００３２】吸収器１４ｂにおいては、冷水入口２２か
ら伝熱管１６内に冷水が供給され、この冷水が冷水出口
２３から排出される。また、ＬｉＢｒ水溶液入口２４か
ら伝熱管１６の外表面にＬｉＢｒ水溶液を流下する。Ｌ
ｉＢｒ水溶液が伝熱管１６の外表面を伝わる過程におい
て、蒸発器１４ａから導入された冷媒を吸収する。な
お、ＬｉＢｒ水溶液の濃度は、ＬｉＢｒ水溶液入口２４
においては約６３質量％である。これは、ＬｉＢｒ水溶
液は濃度が６３質量％よりも高いと結晶化してしまうか
らである。ＬｉＢｒ水溶液は滴下される過程において冷
媒（水）を吸収するため、ＬｉＢｒ水溶液出口２５付近
においては、ＬｉＢｒ水溶液の濃度は５５乃至６０質量
％になる。吸収器１４ｂの底部に落下したＬｉＢｒ水溶
液は、ＬｉＢｒ水溶液出口２５を介してＬｉＢｒ水溶液
ポンプ２６により再生器３３に供給され、その後、Ｌｉ
Ｂｒ水溶液入口２４に汲み上げられる。

【００３３】図４に示す試験装置により、各伝熱管の伝
熱性能を評価した。試験条件を表１に示す。表１に示す
条件において得られた各測定値から、下記数式１乃至４
に基づいて、総括伝熱係数Ｋ_０を算出した。但し、Ｋ_０
は総括伝熱係数（ｋｃａｌ／ｍ^２ｈｋ）、Ｑは蒸発器の
冷凍能力（ｋｃａｌ／ｈ）、ΔＴ_ｍは対数平均温度差
（℃）、Ａ_０は伝熱管の管端部における基準外表面積
（ｍ^２）、Ｇは冷水流量（ｋｇ／ｈ）、Ｃ_ｐは冷水の比
熱（ｋｃａｌ／ｋｇ／Ｋ）、Ｔ_ｉｎは冷水入口温度
（℃）、Ｔ_ｏｕｔは冷水出口温度（℃）、Ｔ_ｅは冷媒の
蒸発温度（℃）、Ｄ_０は伝熱管の管端部の外径（ｍ）、
Ｌは伝熱管の有効長さ（ｍ）、Ｎは伝熱管の本数であ
る。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【数１】

【００３６】

【数２】

【００３７】

【数３】

【００３８】

【数４】

【００３９】次に、伝熱管の濡れ拡がり性の評価方法に
ついて説明する。図５は伝熱管の濡れ拡がり性を測定す
る試験装置の構成を示す模式図である。図５に示すよう
に、この試験装置においては、水平に保持された伝熱管
２９と、この伝熱管２９の外表面にインクで着色した水
３２を滴下するピペット３０が設けられている。ピペッ
ト３０には調製つまみ３１が設けられ、ピペット３０の
先端は伝熱管２９の管軸方向中央部における管頂部から
１０ｍｍ上方に配置されている。先ず、伝熱管２９の表
面の脱脂を十分に行うため、伝熱管２９の外表面をアセ
トンにより５分間超音波洗浄を行った。次に、伝熱管２
９を水平に設置し、調製つまみ３１を調製することによ
り、インクで着色した水３２を１ミリリットル、ピペッ
ト３０から伝熱管２９の外表面に滴下した。

【００４０】その後、伝熱管２９の外表面における水３
２の濡れ拡がり性を評価した。図６は、伝熱管２９にお
ける濡れ拡がり性の測定位置を示す管軸直交断面の模式
図である。位置１は管頂部、位置５は管底部、位置２乃
至４は位置１から位置５の間に上から順に等間隔に配置
された位置である。図６に示す伝熱管の管周方向に沿っ
て等間隔に配列した５ヶ所の位置において、水３２の管
軸方向の濡れ拡がり長さを測定した。

【００４１】また、供試材には、前述の実施例に示すよ
うな管外表面において３種類の突起（突起Ａ、Ｂ、Ｃ）
が夫々螺旋状に配列された伝熱管、２種類の突起（突起
Ａ、Ｂ、Ｂ）が夫々螺旋状に配列された伝熱管、１種類
の突起が螺旋状に配列された伝熱管、及び管の外周面に
突起が形成されていない平滑管を使用した。各突起Ａ、
Ｂ、Ｃの高さ及び螺旋方向の間隔（ピッチ）を表２に示
す。また、これらの伝熱管の素管外径は１６ｍｍ、溝加
工後の伝熱管の外径は１５．４ｍｍ、肉厚は０．５４ｍ
ｍ、管軸方向における突起群の配列間隔は０．９７ｍ
ｍ、リブの高さは０．３０ｍｍ、リブのリード角は４３
°とした。

【００４２】

【表２】

【００４３】試験例１実施例として、管外表面において３種類の突起が夫々螺
旋状に配列された伝熱管（以下、実施例Ｎｏ．１とす
る）及び２種類の突起が夫々螺旋状に配列された伝熱管
（以下、実施例Ｎｏ．２とする）を用意した。また、比
較例として、管外表面に１種類の突起が螺旋状に配列さ
れた３種類の伝熱管（以下、比較例Ｎｏ．３乃至５とす
る）を用意した。更に、管の外周面に突起が形成されて
いない平滑管（以下、比較例Ｎｏ．６とする）も用意し
た。実施例Ｎｏ．１及び２並びに比較例Ｎｏ．３乃至６
について、濡れ拡がり性及び総括伝熱係数を評価した。
濡れ拡がり性の評価結果を表３並びに図７及び図８に示
す。図７及び図８は、横軸に測定位置をとり、縦軸に濡
れ拡がり長さをとって伝熱管の外面形状と濡れ拡がり性
との関係を示すグラフ図である。また、総括伝熱係数の
評価結果を表４並びに図９及び１０に示す。図９及び１
０は、横軸に冷媒量をとり縦軸に総括伝熱係数をとっ
て、伝熱管の外面形状と総括伝熱係数との関係を示すグ
ラフ図である。なお、表３及び４に示す突起「Ａ、Ｂ、
Ｃ」とは、突起Ａ乃至Ｃが１列ずつ配列されている外面
形状を示し、突起「Ａ、Ｂ、Ｂ」とは、突起Ａが１列に
配列され、その隣に突起Ｂが２列配列されている外面形
状を示す。

【００４４】

【表３】

【００４５】

【表４】

【００４６】表３並びに図７及び図８に示すように、実
施例Ｎｏ．１及び２の伝熱管の濡れ拡がり性は、比較例
Ｎｏ．３、４及び６と比較して良好であった。また、表
４並びに図９及び図１０に示すように、実施例Ｎｏ．１
及び２の伝熱管の総括伝熱係数は、比較例Ｎｏ．３乃至
６と比較して良好であった。実施例Ｎｏ．１及び２の濡
れ拡がり性は比較例Ｎｏ．５の濡れ拡がり性とほぼ同等
であったが、総括伝熱係数については、実施例Ｎｏ．１
及び２は比較例Ｎｏ．５と比較して優れていた。特に、
冷媒量が少ない場合（０．７５ｋｇ／ｍ／ｍｉｎ）にお
いて、実施例Ｎｏ．１及び２の総括伝熱係数は比較例Ｎ
ｏ．５の総括伝熱係数よりも高かった。

【００４７】試験例２管外表面において３種類の突起が夫々螺旋状に配列され
た伝熱管であって、突起の高さ及び間隔が相互に異なる
５種類の伝熱管を用意した。これらの伝熱管の外径、突
起の高さ及び螺旋方向の間隔（ピッチ）を表５に示す。
表５に示す伝熱管の濡れ拡がり性を評価した。評価結果
を表６及び図１１に示す。図１１は、横軸に測定位置を
とり縦軸に濡れ拡がり性をとって、伝熱管の外面形状と
濡れ拡がり性との関係を示すグラフ図である。また、こ
れらの伝熱管の肉厚は０．５４ｍｍ、管軸方向における
突起群の配列間隔は０．９７ｍｍ、リブの高さは０．３
０ｍｍ、リブのリード角は４３°とした。

【００４８】

【表５】

【００４９】

【表６】

【００５０】表５及び６並びに図１１に示すように、実
施例Ｎｏ．７は、突起の高さが０．１乃至０．５ｍｍで
あり、突起の間隔が０．３５乃至０．９５ｍｍであるた
め、濡れ拡がり性が良好であった。これに対して、実施
例Ｎｏ．８は突起の高さｈ３が０．０９ｍｍと低いた
め、実施例Ｎｏ．７よりは濡れ拡がり性が劣っていた。
実施例Ｎｏ．９は突起の高さｈ１が０．５１ｍｍと高い
ため、実施例Ｎｏ．７よりは濡れ拡がり性が劣ってい
た。実施例Ｎｏ．１０は突起の間隔の最小値が０．３４
ｍｍと小さいため、実施例Ｎｏ．７よりは濡れ拡がり性
が劣っていた。また、実施例Ｎｏ．１１は突起の間隔の
最大値が０．９６ｍｍと大きいため、実施例Ｎｏ．７と
比較して濡れ拡がり性が劣っていた。実施例Ｎｏ．７
は、特に図６に示す測定位置５における濡れ拡がり性が
実施例Ｎｏ．８乃至１１と比較して良好であった。実施
例Ｎｏ．７においては、冷媒が管外表面において全体的
に濡れ拡がっているため、熱交換に大きく寄与し、高い
伝熱性能を示す。一方、実施例Ｎｏ．８乃至１１は、実
施例Ｎｏ．７と比較すると濡れ拡がり性が劣り、管表面
に乾き部分が生じるため熱交換に寄与しない部分が発生
する。

【００５１】試験例３管外表面において３種類の突起が夫々螺旋状に配列され
た伝熱管であって、管軸方向における突起群の配列間隔
（配列ピッチ）が相互に異なる５種類の伝熱管を用意し
た。これらの伝熱管の濡れ拡がり性を評価した。評価結
果を表７及び図１２に示す。図１２は、横軸に測定位置
をとり縦軸に濡れ拡がり性をとって、伝熱管の外面形状
と濡れ拡がり性との関係を示すグラフ図である。また、
これらの伝熱管の素管外径は１６ｍｍ、溝加工後の伝熱
管の外径は１５．４ｍｍ、肉厚は０．５４ｍｍ、突起の
間隔は夫々０．４９ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．７１ｍ
ｍ、突起の高さは夫々０．３９ｍｍ、０．３６ｍｍ、
０，２９ｍｍ、リブの高さは０．３０ｍｍ、リブのリー
ド角は４３°とした。

【００５２】

【表７】

【００５３】表７及び図１２に示すように、実施例Ｎ
ｏ．１２、１５及び１６は、配列間隔が０．７２ｍｍよ
り大きく１．１２ｍｍ未満であったため、実施例１３及
び１４と比較して濡れ拡がり性が良好であった。実施例
１３及び１４においては、実施例Ｎｏ．１２、１５及び
１６と比較して濡れ拡がり性がやや劣ったため、冷媒の
膜厚がやや厚くなり、伝熱性能が若干低下した。

【００５４】試験例４管外表面において３種類の突起が夫々螺旋状に配列され
た伝熱管であって、管内面におけるリブの高さが相互に
異なる７種類の伝熱管を用意し、これらの伝熱管の総括
伝熱係数及び冷媒の圧力損失を評価した。評価結果を表
８及び図１３に示す。図１３は、横軸にリブの高さをと
り縦軸に総括伝熱係数をとって、伝熱管のリブの高さと
総括伝熱係数との関係を示すグラフ図である。また、こ
れらの伝熱管の素管外径は１６ｍｍ、溝加工後の伝熱管
の外径は１５．４ｍｍ、肉厚は０．５４ｍｍ、管軸方向
における突起群の配列間隔は０．９７ｍｍ、螺旋方向の
突起の間隔は夫々０．４９ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．７
１ｍｍ、突起の高さは夫々０．３９ｍｍ、０．３６ｍ
ｍ、０．２９ｍｍ、リブのリード角は４３°、冷媒の流
速は１，５ｍ／秒とした。

【００５５】

【表８】

【００５６】表８及び図１３に示すように、伝熱管の総
括伝熱係数はリブの高さが高いほど増加した。特に、リ
ブの高さが約０．１５ｍｍ以上の範囲において総括伝熱
係数が大きく増加し、約０．４ｍｍでその効果が飽和し
た。一方、リブが高くなるほど冷媒の圧力損失が増加
し、特に、リブの高さが０．４５ｍｍ以上になると、冷
媒の圧力損失は極めて大きくなった。

【００５７】試験例５管外表面において３種類の突起が夫々螺旋状に配列され
た伝熱管であって、管内面におけるリブが延びる方向と
管軸に平行な方向とがなす角度（リブ角度）が相互に異
なる７種類の伝熱管を用意し、これらの伝熱管における
冷媒の圧力損失を測定した。測定結果を表９及び図１４
に示す。図１４は、横軸にリブ角度をとり縦軸に冷媒の
圧力損失をとって、伝熱管のリブ角度と冷媒の圧力損失
との関係を示すグラフ図である。また、これらの伝熱管
の素管外径は１６ｍｍ、溝加工後の伝熱管の外径は１
５．４ｍｍ、肉厚は０．４５ｍｍ、管軸方向における突
起群の配列間隔は０．９７ｍｍ、螺旋方向の突起の間隔
は０．６０ｍｍ、突起の高さは０．３０ｍｍ、リブの高
さは０．２０ｍｍとした。

【００５８】

【表９】

【００５９】表９及び図１４に示すように、リブ角度の
増加に伴って冷媒の圧力損失が大きくなった。特に、リ
ブ角度が４５°を超えると、冷媒の圧力損失が極めて大
きくなった。一方、リブ角度が２０°以上になると、リ
ブ角度の増加に伴って伝熱性能が向上した。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
管外面における冷媒の濡れ拡がり性、特に、管軸方向に
沿った冷媒の濡れ拡がり性が良好で、伝熱性能が高い流
下液膜式蒸発器用伝熱管を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る流下液膜式蒸発器用伝熱
管の構成を示す部分図である。

【図２】本実施例に係る伝熱管の構成を示す管軸方向に
平行な断面図である。

【図３】本実施例に係る伝熱管の製造方法を示す断面図
である。

【図４】伝熱管の性能評価試験に使用した試験装置の構
成を示す模式図である。

【図５】伝熱管の濡れ拡がり性を測定する試験装置の構
成を示す模式図である。

【図６】伝熱管における濡れ拡がり性の測定位置を示す
管軸直交断面の模式図である。

【図７】横軸に測定位置をとり、縦軸に濡れ拡がり長さ
をとって伝熱管の外面形状と濡れ拡がり性との関係を示
すグラフ図である。

【図８】横軸に測定位置をとり、縦軸に濡れ拡がり長さ
をとって伝熱管の外面形状と濡れ拡がり性との関係を示
すグラフ図である。

【図９】横軸に冷媒量をとり縦軸に総括伝熱係数をとっ
て、伝熱管の外面形状と総括伝熱係数との関係を示すグ
ラフ図である。

【図１０】横軸に冷媒量をとり縦軸に総括伝熱係数をと
って、伝熱管の外面形状と総括伝熱係数との関係を示す
グラフ図である。

【図１１】横軸に測定位置をとり縦軸に濡れ拡がり性を
とって、伝熱管の外面形状と濡れ拡がり性との関係を示
すグラフ図である。

【図１２】横軸に測定位置をとり縦軸に濡れ拡がり性を
とって、伝熱管の外面形状と濡れ拡がり性との関係を示
すグラフ図である。

【図１３】横軸にリブの高さをとり縦軸に総括伝熱係数
をとって、伝熱管のリブの高さと総括伝熱係数との関係
を示すグラフ図である。

【図１４】横軸にリブ角度をとり縦軸に冷媒の圧力損失
をとって、伝熱管のリブ角度と冷媒の圧力損失との関係
を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１；伝熱管本体１ａ；外表面１ｂ；内表面２、３、４；突起２ａ、３ａ、４ａ；螺旋２ｂ、３ｂ、４ｂ；上面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３；間隔Ｌ；相互に隣り合う螺旋間の間隔ｈ１、ｈ２、ｈ３；突起２、３、４の高さ５；リブ６；素管７；ディスク８；フィン９、１０；ディスク刃１１；アーパ１２；内面溝付マンドレル１３；溝１４；チャンバ１４ａ；蒸発器１４ｂ；吸収器１５；仕切１６；伝熱管１７；冷水入口１８；冷水出口１９；冷媒入口２０；冷媒出口２１；冷媒ポンプ２２；冷水入口２３；冷水出口２４；ＬｉＢｒ水溶液入口２５；ＬｉＢｒ水溶液出口２６；ＬｉＢｒ水溶液ポンプ２７；デジタルマノメータ２８；バルブ２９；伝熱管３０；ピペット３１；調製つまみ３２；インクで着色した水３３；再生器

フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼橋宏行神奈川県秦野市平沢65番地株式会社神戸製鋼所秦野工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管外に滴下された液体が形成する液膜と
管内を流れる液体との間の熱交換を行う流下液膜式伝熱
管において、管本体と、管外面に形成された複数個の独
立した四角錐台形又は四角錐形の突起と、管内面に凸状
に形成され螺旋状に延びるリブと、を有し、前記突起は
複数群の突起群に分類され、各突起群においては、相互
に同一の形状を有する複数の突起がこの突起間の間隔が
同一間隔になるように螺旋状に配列されており、前記各
突起群は突起の配列方向が相互に平行になるように設け
られ、少なくとも１の突起群を構成する突起の形状又は
間隔は、他の突起群を構成する突起の形状又は間隔と異
なることを特徴とする流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項２】前記突起群は３群設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱
管。
【請求項３】前記３群の突起群は、第１の突起により
構成される第１の突起群と、第２の突起により構成され
る第２の突起群と、第３の突起により構成される第３の
突起群と、が管軸方向にこの順に配列されて構成され、
前記第１の突起の高さは前記第２の突起の高さと同一で
あると共に前記第３の突起の高さよりも高く、前記第１
の突起の間隔は前記第２の突起の間隔と同一であると共
に前記第３の突起の間隔よりも長いことを特徴とする請
求項２に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項４】前記３群の突起群は、第１の突起により
構成される第１の突起群と、第２の突起により構成され
る第２の突起群と、第３の突起が管軸方向にこの順に配
列されて構成される第３の突起群と、により構成され、
前記第１の突起の高さは前記第２の突起の高さと同一で
あると共に前記第３の突起の高さよりも低く、前記第１
の突起の間隔は前記第２の突起の間隔と同一であると共
に前記第３の突起の間隔よりも短いことを特徴とする請
求項２に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項５】前記３群の突起群は、第１の突起により
構成される第１の突起群と、第２の突起により構成され
る第２の突起群と、第３の突起により構成される第３の
突起群と、が管軸方向にこの順に配列されて構成され、
前記第１の突起の高さは前記第２の突起の高さよりも高
く、前記第２の突起の高さは前記第３の突起の高さより
も高く、前記第１の突起の間隔は前記第２の突起の間隔
よりも長く、前記第２の突起の間隔は前記第３の突起の
間隔よりも長いことを特徴とする請求項２に記載の流下
液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項６】前記各間隔が０．３５乃至０．９５ｍｍ
であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項
に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項７】前記各突起の高さが０．１乃至０．５ｍ
ｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１
項に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項８】管軸方向における前記突起群の配列間隔
が、０．７２乃至１．１２ｍｍであることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発
器用伝熱管。
【請求項９】前記リブの高さが０．１５乃至０．４５
ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか
１項に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項１０】前記リブが延びる方向と管軸方向との
なす角度が２０乃至４５°であることを特徴とする請求
項１乃至９のいずれか１項に記載の流下液膜式蒸発器用
伝熱管。