JP3769338B2 - 吸収器用伝熱管及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、吸収式冷凍機や吸収式ヒートポンプ等の吸収器内に水平に配管される吸収器用伝熱管及びその製造方法に係り、特に単位長さ当たりの伝熱管質量を平滑管並みに抑えつつ、優れた熱交換効率を実現する吸収器用伝熱管並びにそれを製造する方法に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
一般に、上述の如き吸収式冷凍機や吸収式ヒートポンプ等の吸収器に用いられる伝熱管としては、内外面が平滑な円形断面の平滑管が採用されている。ところが、かかる平滑管は、その伝熱性能が低いために、吸収器の高性能化や小型化の要求に対処することが困難であった。また、このような平滑管では、管外周面を管周方向に流下せしめられる吸収液膜の幅が、表面張力により、下方に行くに従って狭くなってしまうところから、有効な熱交換作用を発揮せしめるために必要な濡れ面積が確保され難いと共に、管外表面に渇き面が生じ易く、吸収液の水蒸気吸収率、延いては伝熱性能が低下してしまうという問題もあった。
【０００３】
そこで、そのような問題の解消を図るものとして、例えば実開平２−８９２７０号公報、特開平２−１７６３７８号公報等に示される如き構成の伝熱管が、提案されるに至っている。即ち、その提案された伝熱管は、その管外表面において管長方向に延びる複数の山部及びその山部間に形成された谷部が、管周方向に連続した湾曲面形状をもって形成されると共に、前記谷部の曲率半径が、山部の曲率半径よりも大きなものとされているのである。
【０００４】
そして、そのような伝熱管にあっては、吸収器内において、水平方向に配置して用いられた場合に、管外表面に滴下乃至は散布された吸収液が、山部よりも曲率半径の大きい谷部へスムーズに流れることによって、谷部での吸収液の入れ換えがスムーズとなり、伝熱管の全周に亘って均一に流れたりすることにより、また山部で発生したマランゴニ対流（吸収液に含まれる界面活性剤の液膜表面の濃度分布による表面張力差に起因する張力対流）と谷部で発生したマランゴニ対流とが互いに干渉し合って、長手方向、即ち管軸方向に大きな撹乱作用が発生せしめられたりすることにより、管外表面での熱交換が促進され得て、以てその熱交換効率が向上せしめられているのである。
【０００５】
しかしながら、かくの如き構造とされた伝熱管は、平滑管よりも伝熱性能が改善されるものの、伝熱面積が平滑管と同程度であるために、更なる性能向上を図ることが基本的に困難であるという問題を内在するものであった。
【０００６】
一方、特公平７−１１１２８７号公報には、管外表面において、長手方向に延びる複数の溝と、該溝間に設けられた微細なピッチの多数のフィンとを有する吸収器用伝熱管が明らかにされている。そして、そのような構造の伝熱管にあっては、管外表面において、長手方向に延びる、深さの深い複数の溝によって、滴下された吸収液が活発に攪拌されると同時に、管軸方向への流れを発生させ、以て吸収液の広がりを生じさせ、また溝間の多数のフィンによって、伝熱面積を増加させると共に、表面での吸収液の濡れ性を向上せしめて、有効伝熱面積が大幅に増加するとされている。
【０００７】
而して、そのような構造の伝熱管は、上記の特公平７−１１１２８７号公報に開示の具体例からして、通常のローフィン管に管軸方向の溝を形成せしめてなる形態のものと推測され、そこでは、伝熱面積が少なく見積もっても数倍まで増大するにも拘わらず、伝熱性能は１．４倍にしかならないという問題があったのである。しかも、そのような構造の伝熱管は、ローフィン管をベースとしているために、単位長さ当たりの質量が、少なく見積もっても、２倍程度まで増大し、伝熱性能の向上率を上回る素材のコストアップを招くという問題も、内在するものであったのである。
【０００８】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景として為されたものであって、その解決課題とするところは、伝熱面積増大率に見合う伝熱性能向上率を有すると共に、単位長さ当たりの質量が平滑管並みで、素材コストが増加しない吸収器用伝熱管を提供することにある。
【０００９】
【解決手段】
そして、そのような課題を解決するために、本発明は、請求項１に記載せる如く、管外表面において管軸方向に延びる、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈する山部の複数が、管周方向において、隣接する山部間に谷部を形成しつつ、配設されると共に、それら山部及び谷部に対応するように管内面に凹凸が形成されてなる構造を有し、かかる管外表面に吸収液を滴下乃至は散布する一方、管内の冷却流体によって、管外の吸収液を冷却するようにした吸収器用伝熱管において、前記各山部に対して、管軸方向の底部断面形態が管径方向内方に凹陥したＵ字状乃至は円弧状の湾曲面形状を呈し且つ管周方向の底部断面形態が管径方向外方に突出した円弧状の湾曲面形状を呈する、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成すると共に、該凹部の管周方向における両端部をそれぞれ漸次幅狭に形成して収束するように構成し、そして該山部に設けられる凹部によって、該凹部に対応する管内面部位が管内に突出せしめられる一方、該凹部間に位置する前記フィンに対応した管内面部位に凹所が形成されるようにしたことを特徴とする吸収器用伝熱管を、その要旨とするものである。
【００１０】
すなわち、このような本発明に従う構造とされた伝熱管では、管外表面に付着したＬｉＢｒ水溶液等の吸収液が、谷部を伝わって管軸方向に向かって効果的に流延せしめられると共に、各山部を越えて、管周方向に流下せしめられるようになる。そして、その際に、各山部は、円弧状の湾曲面形状をもって形成されているところから、伝熱管の表面に付着した吸収液が、それら山部を越えて、管周方向において、スムーズに流下せしめられ得、山部表面の濡れ状態が有利に維持されて、所謂渇き面の発生による伝熱性能の低下が効果的に防止され得ると共に、山部を越えて吸収液が流下せしめられる際、傾斜角度の変化等によって、吸収液に攪乱・対流現象が効果的に惹起され得、吸収液の濃度の濃い部分が外面に良好に晒されて、水蒸気の吸収作用が向上せしめられ得ることとなった。
【００１１】
また、かかる伝熱管では、その外表面に形成された前記山部や谷部において、吸収液の液膜の厚さに比例して、強さの異なるマランゴニ対流が、山部や谷部に沿って生ぜしめられているのであるが、山部における吸収液の液膜の厚さと谷部における吸収液の液膜の厚さとが、大きく異なっているところから、山部において発生するマランゴニ対流の強さと谷部において発生するマランゴニ対流の強さが大きく異なることとなる。そして、それら強さの異なるマランゴニ対流が互いに干渉することにより、吸収液が強く攪乱されるのである。
【００１２】
しかも、本発明に従う吸収器用伝熱管では、山部に対して、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に所定間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成しているのであるが、そのような凹部の管周方向の底部断面形態が管径方向内方に凹陥したＵ字状乃至は円弧状の湾曲面形状を呈し、また管周方向の底部断面形態が管径方向外方に突出した円弧状の湾曲面形状を呈するように構成され、且つ該凹部の管周方向における両端部が、それぞれ漸次幅狭に形成されて収束するように構成されているところから、吸収液が伝熱管の外表面を流下せしめられる場合において、そのような凹部の特異な形状によって、管周方向への吸収液の供給が制限される一方、管軸方向への吸収液の供給が効果的に促進され得ることとなるのであり、これにて管軸方向への吸収液の広がりが、従来のフィン付き管に比べてスムーズとなり、以てマランゴニ対流による攪乱効果及び凹部への液膜の衝突による攪乱効果にて、一層の伝熱促進効果が実現されることとなるのである。
【００１３】
なお、かかる本発明に従う吸収器用伝熱管の好ましい態様によれば、前記凹部が、前記谷部の底部に達しないように、該底部よりも上方に形成され、その管周方向における両端部が、それぞれ、前記山部の側面において収束せしめられる構成が採用される。特に、このような構成を採用することによって、フィン間の凹部に沿った管周方向の吸収液の流れよりも、谷部に沿った管軸方向の吸収液の流れが促進されることとなるところから、吸収液が管軸方向へよりスムーズに移動することとなるのである。
【００１４】
また、本発明に従う吸収器用伝熱管の別の好ましい態様によれば、前記山部及び谷部が、引き抜き加工にて形成されている一方、前記凹部が転造加工によって形成され、以て目的とする伝熱管の形状が有利に実現されることとなる。
【００１５】
さらに、本発明に従う吸収器用伝熱管の好ましい態様の他の一つによれば、前記谷部の底部には、それぞれ管軸方向に延びる溝部が、管周方向において不連続面で連接する断面形状をもって設けられることとなる。そして、そのような管軸方向に延びる溝部の形成によって、当該溝部の形成部位において、吸収液の液膜の厚さが管周方向に不連続に変化せしめられ、以て山部及び谷部のそれぞれにおいて発生するマランゴニ対流の干渉作用が、より大きなものとされるのである。しかも、かかる溝部が谷部に形成されているところから、山部における吸収液の液膜の厚さと溝部における吸収液の液膜の厚さとの差が、より一層大きなものとなるのであって、それ故に、通常運転時のように、吸収液が所定量滴下しているときに、マランゴニ対流が効果的に発生せしめられるのみならず、起動時等の吸収液の滴下量が少ないときにも、有利に液膜の厚さが生ぜしめられて、有効なマランゴニ対流による攪乱作用が発揮され得るのであり、ひいては伝熱性能がより一層向上せしめられ得るのである。なお、この溝部は、深さが浅いために吸収液の入れ代わりには全く支障を来すことがなく、伝熱管の外表面での吸収液の管周方向への移動は、速やかに行なわれることとなる。
【００１６】
更にまた、本発明に係る吸収器用伝熱管によれば、前記山部に設けられる凹部によって、該凹部に対応する管内面部位が管内に突出せしめられる一方、該凹部間に位置する前記フィンに対応した管内面部位が凹所を構成するように形成されることによって、管内面には、山部に対応する部位において、管軸方向に凹凸部が形成されることとなり、以て管内を流れる冷却流体の乱流を促進し、その結果として、総括熱伝達係数（熱通過率）を効果的に向上せしめ得るのである。
【００１７】
そして、本発明は、また、かくの如き本発明に従う吸収器用伝熱管を有利に製造するために、管外表面に吸収液を滴下乃至は散布する一方、管内の冷却流体によって、管外の吸収液を冷却するようにした吸収器用伝熱管を製造する方法において、（ａ）管外表面において管軸方向に延びる、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈する山部の複数が、管周方向において、隣接する山部間に谷部を形成しつつ、配設されると共に、それら山部及び谷部に対応するように管内面に凹凸が形成されてなる構造を有する山形形状連設管を、円筒状素管の引き抜き加工によって形成する第一の工程と、（ｂ）かかる得られた山形形状連設管に対する転造加工によって、該山形形状連設管の前記山部に対して、管軸方向の底部断面形態が管径方向内方に凹陥したＵ字状乃至は円弧状の湾曲面形状を呈し且つ管周方向の底部断面形態が管径方向外方に突出した円弧状の湾曲面形状を呈する、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成すると共に、該凹部の管周方向における両端部をそれぞれ漸次幅狭に形成して収束するように構成し、そして該山部に設けられる凹部によって、該凹部に対応する管内面部位が管内に突出せしめられる一方、該凹部間に位置する前記フィンに対応した管内面部位に凹所が形成されるようにする第二の工程とを、含むことを特徴とする吸収器用伝熱管の製造方法をも、その要旨とするものである。
【００１８】
このような本発明に従う吸収器用伝熱管の製造方法によれば、第一工程で引き抜きによる溝加工（山形加工）を円筒状素管に対して施し、更に第二工程で転造によるフィン加工を実施しているために、各山部に対して形成されるフィン間において、バリが発生するようなことが全くなく、目的とする伝熱管形状が容易に実現され得るのである。また、そうして形成されたフィンにおいては、フィンの両端に向かって徐々にフィン高さが減少し、且つ転造加工にて形成される凹部においては、その両端に向かってそれぞれ徐々に幅が狭まった形状となり、収束せしめられることとなるのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
ところで、かくの如き吸収器用伝熱管においては、管外表面において管軸方向に延びる山部が、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈するように形成され、そしてその複数が、管周方向に連設されて、管外表面を流下せしめられる吸収液の管周および管軸方向への流れが容易となるようになっているが、かかる山部の管周方向における数は、特に限定されるものではなく、伝熱管の直径の大きさ等を考慮して、適宜に選定されることとなる。なお、この山部の数は、少な過ぎると伝熱性能が充分に得られず、また、多過ぎると加工性が悪くなるところから、一般に山部ピッチ（原管外径基準の管周長さ／山部の数）で表現すると、３〜９ｍｍ程度とされ、そして、そのような山部の数を実現するために、山部の曲率半径は０．５〜５．０ｍｍ程度とされる。
【００２０】
また、前記山部間に形成される谷部は、山部の形状によって、その形状が規定されることとなるが、何れにしても、そのような谷部は、山部に続く管壁にて構成されて、該山部と概ね等しい厚さにおいて形成され（従って、それら山部及び谷部に対応するように管内面に凹凸が形成され）、更に、谷部の深さとしては、通常、０．３〜１．２ｍｍ程度となるようにされる。けだし、谷部が深過ぎる場合には、加工性が悪くなると共に、伝熱管の管路断面積が減少して、管内の圧力損失が大きくなるからである。なお、ここにおいて、谷部の深さとは、谷部の底面（谷部の底部に溝部を設ける場合には、溝部の底面）から、該谷部を挟んだ両側に隣接位置する山部の頂点に接する直線に下ろした垂線の長さのことを意味している。
【００２１】
さらに、本発明に係る吸収器用伝熱管は、前記各山部に対して、管周方向に延びる凹部を管軸方向に所定間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成したことを、一つの特徴とするものであるが、管横断面におけるフィンの形状は、それらが凹部の形成されていない山部部分により構成されているところから、山部部分と同一、即ち湾曲面形状を呈している。一方、管縦断面におけるフィンの形状は、その両側に位置する凹部の断面形状によって規定されることとなる。
【００２２】
ところで、そのようなフィンの管縦断面形状を規定する凹部は、本発明にあっては、管軸方向の底部縦断面形態及び管周方向の底部縦断面形態の何れもが曲面形状を呈するように、且つ管周方向における両端部がそれぞれ漸次狭幅となって、収束するように、形成されるものであるところから、かかる凹部の断面形状としては、吸収液の凹部への適当な侵入性を発揮させるように、フィンの高さ、フィン間隔、フィン先端の距離等の条件を満たしつつ、Ｕ字形状や円弧状の湾曲面形状とされるのである。
【００２３】
なお、かかる山部に形成されるフィンの高さは、低過ぎると、吸収液と伝熱管との接触面積の増大効果が期待出来ず、一方、高過ぎると、フィンが、管外周に形成された液膜を分断する恐れがあるところから、通常、０．３〜１．５ｍｍ程度とされ、特に管軸方向への液膜拡張を促進するためには、谷部の底部まで凹部の底部が達しないように構成されていることが望ましい。そして、ここで言うフィン高さとは、隣接位置するフィンの頂部を結ぶ直線に、その間の凹部の底面から下ろした垂線の長さを意味している。
【００２４】
また、フィンの間隔は、０．９〜４．０ｍｍ程度とされる。けだし、このフィンの間隔が小さ過ぎると、比較的低濃度の場合であっても、吸収液がフィン間の凹部に侵入し難かったり、凹部に侵入した吸収液が滞留し易かったりするところから、好ましくないからであり、またフィンの間隔が大き過ぎると、伝熱面積を増大させる効果が得られなくなるからである。なお、ここにおいて、フィンの間隔とは、或るフィンの所定の位置と、その隣のフィンの前記所定の位置に対応する位置の管軸方向における距離のことを意味している。
【００２５】
さらに、フィンの先端間の距離は、低濃度から高濃度の広い濃度範囲の吸収液が凹部に侵入し易く、凹部での吸収液の不必要な滞留を防止することを考慮すると、０．４５〜３．０ｍｍ程度とされるのが適当である。なお、ここで言うフィンの先端間の距離とは、隣り合うフィンの向かい合う側面頂部（先端）を結ぶ直線の長さのことを意味している。
【００２６】
ところで、本発明に係る吸収器用伝熱管は、管軸方向の断面（管縦断面）における山部に相当する管内面の形状が、凹部の断面形状によって規定され、管外面の形状を反転した様相を呈していることを、その望ましい特徴の一つとするものである。つまり、管外面の凹部は、管内面では凸部乃至は突起を、また該凹部に挟まれたフィン部は、管内面では凹所を構成することになるのである。このような特徴的構成は、請求項５に示される如く、第一工程で引き抜き加工を、そして第二工程で転造加工を施すことにより、容易に実現され得るものであって、例えば、その逆の工程では、実現され得ないのである。そして、管外面に形成されるフィンは、折り曲げられたような形態を呈するため、肉厚の増加は殆どなく、伝熱管の単位長さ当たりの質量は、ベースとなる溝付き管（山形形状連設管）や平滑管と略同等に保たれるのである。また、管内面に形成される凹凸部は、管内を流れる冷却流体の乱流を促進し、その結果として、総括熱伝達係数（熱通過率）を向上せしめることとなる。
【００２７】
また、本発明に係る吸収器用伝熱管においては、吸収液の攪乱作用をより大ならしめるために、谷部の底部に、溝部を形成することが好ましいが、そのような溝部は、山部及び谷部と、管周方向において不連続面で連接するように形成される。なお、ここで言う不連続面で連接するとは、山部及び谷部の外周曲面と、溝部の外周曲面とが、管軸方向に垂直な断面において、共通接線を持たない交点で管周方向に接続されていることを意味するものである。
【００２８】
そして、そのような溝部の断面形状は、特に限定されるものではなく、円弧状、Ｕ字状、Ｖ字状、コ字状或いは台形形状等の各種の形状が適宜に採用され得るのであるが、その内部への吸収液の不必要な滞留を防止するために、その深さは０．０１〜０．１５ｍｍ程度に設定される。
【００２９】
さらに、かくの如き吸収器用伝熱管を構成する材料としては、公知の各種の材料が用いられ得るが、より伝熱性能の優れた伝熱管を得るためには、伝熱性の優れた材料、例えば銅や銅合金等が用いられることが望ましい。また、得られる伝熱管の管径は、通常、６．３５ｍｍ〜２５．４ｍｍ程度とされる。
【００３０】
そして、上述の如き本発明に従う吸収器用伝熱管は、基本的には、実開平２−８９２７０号公報、特開平２−１７６３７８号公報、特開平７−２４５２２号公報等に開示されているような公知の手法に従って、先ず、本発明にて規定される所定の山形形状連設管を得、次いで、目的とする吸収器用伝熱管を与えるように転造加工を施すことにより、山部にのみ凹部を設け、以て該凹部間の山部部分をフィンとして構成することによって、製造されることとなる。
【００３１】
勿論、上記の山形形状連設管を得るために、特に、本発明にあっては、所定の円筒状素管を冷間で引き抜き加工する手法が、好適に採用されることとなるが、その他、所定組成の銅パイプ等を用いた熱間押出加工等によって、目的とする山形形状連設管を得ることも可能である。
【００３２】
また、本発明に従う吸収器用伝熱管における各谷部に形成される溝部は、山部及び谷部に対して、不連続面を介して連接される構成であるところから、上述の如き製造手法において、通常の異径管加工技術を併せて用いることにより、容易に製造することが可能であり、形状の安定性にも極めて優れたものとなる。
【００３３】
なお、本発明に従う吸収器用伝熱管の外表面に形成される山部及び谷部は、上記に示される如く、管軸方向に直線的に形成されるものに何等限定されるものではなく、管軸方向に螺旋状に形成されたものであっても、何等差し支えない。尤も、その際、山部及び谷部の管軸方向に対する捩れ角が余り大きくなると、山部を越えて流下する吸収液量が減少して、伝熱性能が低下するところから、かかる捩れ角は、一般に、１５°以下に設定することが望ましい。
【００３４】
また、そのような螺旋状の山部及び谷部を有する伝熱管にあっては、螺旋状の谷部と山部を有するダイスを用いることにより、又は被加工管たる円筒管とダイスとを相対回転させつつ、引き抜き加工等を行なうことにより、先ず、螺旋状に山部と谷部を形成した加工管を得て、次いでこれに、所定の凹部を形成するように転造加工を施すことにより、容易に製造することが出来る。
【００３５】
【実施例】
以下に、本発明をより一層具体的に明らかにするために、本発明の実施例を示すこととするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。また、本発明には、以下の実施例の他にも、更には上記した具体的記述以外にも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等を加え得るものであることが、理解されるべきである。
【００３６】
先ず、図１乃至図３には、本発明の一実施例に係る吸収器用伝熱管２が示されている。この伝熱管２は、Ｃ１２２０（ＪＩＳ Ｈ３３００）材質のリン脱酸銅管（外径：１６ｍｍφ、肉厚：０．６ｍｍ）を円筒状素管として用い、それに対して、ダイスを用いた冷間の引き抜き加工を施して、管軸方向に延びる山部と谷部を備えた山形形状連設管を形成した後、通常のフィンチューブの製造に際して採用される転造加工手法と同様な、転造ディスクを用いた転造加工を実施して、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に所定間隔を隔てて、山部に設けることにより、得られたものである。
【００３７】
より詳細には、図２に示されるように、直径：ｄが１６ｍｍφの伝熱管２の管外表面には、湾曲面形状の山部４、更には該山部４の隣接するものの間に形成された谷部６が、管周方向に交互に位置せしめられており、そしてそれら山部４及び谷部６は、管軸方向に直線的に延びている。なお、かかる谷部６の深さ：Ｄ₁ は、０．５ｍｍに形成されている。また、山部４には、管軸方向に所定の間隔を隔てて、管周方向に延びる凹部８が設けられており、該凹部８間の山部部分が、それぞれ、独立したフィン１０として構成されている。更に、谷部６の底部には、山部４及び谷部６と不連続な面を介して接続される溝部１２が、０．０３ｍｍの深さ（Ｄ₂ ）において設けられている。しかも、かかる溝部１２が、山部４ではなくて、谷部６に設けられているところから、山部４と谷部６とにおける液膜の厚さの差、ひいてはマランゴニ対流の強さの差が、より一層大きくされる構成となっているのである。
【００３８】
また、図３には、伝熱管２の縦断面の要部拡大説明図が示されている。即ち、山部４に対して、凹部８が直交して延びるように設けられており、該凹部８間の山部部分が、フィン１０として構成されているのである。そして、かかるフィン１０の縦断面における断面形状が、全体的に曲面形状とされる一方、フィンの高さ：Ｆは０．８ｍｍ、フィンの間隔：Ｐは２．０ｍｍ、フィン先端間の距離：Ｗは０．９ｍｍに形成されている。そして、フィン１０は、全体的に曲面形状を呈しているために、吸収液の管軸方向への拡がりを妨げることが少なく、管周方向への液膜の形成及び流下がスムーズとなるという特徴を発揮する。
【００３９】
さらに、伝熱管２の管内面には、山部４に相当する部位において、突起１４と凹所１６とが、管軸方向に交互に配列されている。即ち、そのような突起１４は、山部４に設けられる凹部８によって、それに対応する管内面部位が管内に突出せしめられることによって形成されているのであり、一方、該凹部８間に位置するフィン１０に対応した管内面部位が、凹所１６を形成しているのである。そして、これら突起１４と凹所１６にて構成される凹凸構造により、管内を流れる冷却流体（水）の乱流が促進され、結果として伝熱性能が促進されることとなるのであり、またフィン１０形成部位における肉厚（管壁厚さ）増加を有効に抑制し得ることとなるところから、その単位重量を平滑管並みに抑えることが可能となるのである。
【００４０】
なお、このような構造の伝熱管２は、前述の如く、所定の円筒状素管を用い、それに公知の引き抜き加工及び転造加工を順次施すことによって、容易に製造され得るものである。即ち、先ず、管外表面において管軸方向に延びる、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈する山部４の複数が、管周方向において隣接する山部４間に谷部６を形成しつつ、配設されると共に、それら山部４及び谷部６が、実質的に同様な厚さの肉厚（管壁）にて構成されてなる構造を有する山形形状連設管２０が、通常の冷間引き抜き加工によって製造され、次いで、その得られた山形形状連設管２０に対して、図４に示される如く、転造ディスク２２を用いた転造加工が施されるのである。かかる図４においては、複数枚の転造ディスク２２が同軸的に配置されて一体的に回転駆動せしめられる転造ディスク群の３組が、１２０°の位相差を持って、転造加工されるべき山形形状連設管２０の周りに配置され、それら転造ディスク群の回転駆動により、各転造ディスク２２が押し付けられて、山形形状連設管２０の山部４に対する転造加工が実施されるようになっている。
【００４１】
図５には、そのような転造加工による一つの山部４に対する凹部８の形成、換言すればフィン１０の形成形態が示されている。なお、この図５において、その左方には、管軸に直角な方向の断面形態における山部４の転造加工形態が示されており、またその右方には、かかる左方の転造形態を右側から見た状態が示されている。また、転造加工の進行は、（ａ）から始まり、（ｄ）にて終了することとなるが、凹部８（フィン１０）は、一つの転造ディスク２２にて実現されるものではなく、よく知られている如く、各転造ディスク群を構成する、それぞれの転造ディスク２２の押圧にて、漸次形成されることとなる。そして、かかる図５の右方の図に示される如く、フィン１０は、転造加工の進行に伴ない、転造ディスク２２間において、その高さを漸次増大しつつ（半径方向外方へ成長しつつ）、形成されることとなるのである。
【００４２】
そして、このような転造加工により、図６に示される如く、山形形状連設管２０の各山部４には、それぞれ、管軸方向に、凹部８と所定高さのフィン１０とが交互に形成され、以て目的とする伝熱管２が完成されるのであるが、そのような転造加工にて形成される凹部８は、図５及び図６、更には図７に拡大して示されるように、その管軸方向の底部断面形態及び管周方向の底部断面形態の何れもが曲面形状、特に円弧状の湾曲面形状を呈する構造のものとされているのであり、しかも、そのような凹部８の管周方向における両端部は、その上方から見た図である図７（ｂ）から明らかな如く、それぞれ、漸次狭幅に形成されて、収束するように構成されているのである。このように、フィン１０間の凹部８の管周方向における端部の間隔が、その先端、換言すれば谷部６に近い程、狭幅とされて、収束せしめられていることによって、流下された吸収液の管周方向への供給が制限されつつ、管軸方向への吸収液の拡がりが、従来のフィン付き管に比べてスムーズとなり、以てマランゴニ対流による攪乱効果及び凹部８への液膜の衝突による攪乱効果にて、一層の伝熱促進効果が得られることとなるのである。
【００４３】
なお、かくの如き凹部８は、谷部６の底部に達しないように、該底部よりも上方に形成され、その管周方向における両端部が、それぞれ、山部４の側面において、収束せしめられるように構成されていることが望ましく、これによって、谷部６に沿った管軸方向の吸収液の流れが、更に効果的に促進されるのである。
【００４４】
ところで、かくの如き構成の伝熱管２は、一般には、図８に示されるように、吸収式冷凍機の吸収器３０の内部に、略水平な姿勢で鉛直方向に複数本並列するように配管され、そして、該伝熱管２内に流通せしめられる冷却流体たる冷却水によって、管外表面の吸収液が冷却されるようになっているのである。即ち、先ず、この伝熱管２に、その上方に設けられたトレイ３２の吸収液滴下孔３４から、界面活性剤を含んだ臭化リチウム水溶液等の吸収液３６が滴下又は散布せしめられる。そして、この滴下された吸収液３６は、高濃度であるために、吸収器内に存在する水蒸気を吸収しながら、伝熱管２の外表面をスムーズに流下するのであり、その際に発生する熱を、伝熱管２の内側に通される冷却水に伝熱することにより冷却されることとなる。
【００４５】
具体的には、図９及び図１０に示されるように、伝熱管２の上方に位置する吸収液滴下孔（図示せず）から滴下される吸収液３６は、先ず、吸収器３０内の上部に配置せしめられた伝熱管２の外表面を、谷部６、山部４・・・・谷部６と、管周方向に谷部６と山部４とを交互に経由して流下していく。そして、このとき、山部４或いは谷部６のそれぞれにおいて、吸収液３６の液膜の厚さに応じたマランゴニ対流が生じるのであるが、各山部４における吸収液の液膜の厚さは、谷部６における吸収液の液膜の厚さに比べて、かなり薄いために、山部４において管軸方向に比較的弱いマランゴニ対流が生じ、一方、谷部６においては、管軸方向に比較的強いマランゴニ対流が生じるようになる。そして、それら山部４と谷部６のそれぞれで発生したマランゴニ対流が干渉し合うことにより、吸収液３６の管軸方向の攪乱作用が著しく向上せしめられるのである。
【００４６】
しかも、本発明に従う吸収器用伝熱管２にあっては、図１０にも示されるように、吸収液３６がフィン１０間の凹部８に侵入して、伝熱管２と吸収液３６との接触面積が有利に増大せしめられるのである。従って、本発明に従う吸収器用伝熱管２を用いることによって、伝熱性能が著しく向上せしめられ得ることとなるのである。
【００４７】
また、本発明に従う構成の伝熱管２にあっては、前記谷部６の底部に溝部１２が形成されることより、液膜の厚さが、各谷部６において、より大きくなるように構成されているところから、通常運転時のように、吸収液３６が所定量滴下しているときに、強いマランゴニ対流が発生するだけでなく、起動時等のように、滴下量が少ないときにも、溝部１２に吸収液３６が集まって、所定の厚さを与え得るのであって、そしてそれによって、マランゴニ対流の強さを有利に高めることが出来、ひいては伝熱性能を効果的に向上せしめ得るのである。なお、かかる溝部１２の深さは、０．０３ｍｍと小さく設定されており、その深さが小さなものであるために、吸収液３６の交換には問題がなく、伝熱管２の外表面での吸収液３６の管周方向への移動は速やかに行なわれる。それ故に、かくの如き構成の伝熱管２においては、従来から用いられている伝熱管と比較すると、溝部１２に相当する吸収液３６を増加させるだけで、熱交換効率を効果的に向上せしめることが出来るのである。
【００４８】
なお、本発明に従う吸収器用伝熱管は、上記の如き構成に何等限定されるものではなく、例えば、フィン１０の縦断面の形状が、図１１或いは図１２に示される如き形状のものでも、何等差し支えない。因みに、図１１に示される伝熱管では、その山部４に所定間隔をもって設けられるフィン１０の縦断面形状において、フィン先端が平面であり、また図１２に示される伝熱管では、その山部４に形成されるフィン１０の縦断面形状において、フィン先端の幅を極力小さくした形状とされているのであるが、そのような構造の伝熱管であっても、前記した伝熱管２と同様に優れた吸収液の攪乱作用が得られるのである。
【００４９】
ところで、上記に例示の伝熱管２を用いた吸収器において、その実機運転条件（吸収器内圧力＝６．６ｍｍＨｇ、吸収液濃度＝６３．５ｍａｓｓ％、吸収液液膜流量＝１．０ｌ／ｍｉｎ・ｍ）下における伝熱管性能を測定した結果、本発明に従う伝熱管２の総括熱伝達係数は、ベースとなる山形形状連設管２０の１．２倍程度、更には従来の吸収器用伝熱管である平滑管の１．５倍程度であった。また、かかる伝熱管２の実質伝熱面積は、それら山形形状連設管２０及び平滑管の１．２倍程度であるところより、伝熱管２においては、その伝熱面積の増大率に等しい伝熱促進率が得られることが確認された。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明に係る吸収器用伝熱管にあっては、吸収液の濃度の高低に拘わらず、フィン間の凹部の形状を曲面形状としたことにより、かかる凹部への吸収液の供給が効果的に行なわれ得て、無駄な滞留を防ぎ、適当な厚みの液膜が形成されることとなるところから、伝熱管と吸収液との接触面積が有利に増大せしめられ得て、伝熱性能が効果的に向上せしめられるのである。しかも、凹部の幅は、その管周方向の両端部において、漸次狭幅となり、最終的に収束するように構成されているところから、谷部に沿った吸収液の管軸方向への拡がりやマランゴニ対流を殆ど妨げることがなく、強い吸収液の攪乱作用が発揮され得て、伝熱性能が向上せしめられることとなる。また、山部においても、間欠的に谷部から連続した吸収液の液膜が形成されるために、吸収液の管軸方向への拡がりやマランゴニ対流が発生し、そして、山部と谷部とでそれぞれ発生するマランゴニ対流が干渉することによって、より強い吸収液の攪乱作用が発揮され得て、伝熱性能が一層向上せしめられ得るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る吸収器用伝熱管の一例を示す斜視説明図である。
【図２】図１に示される伝熱管の横断面説明図である。
【図３】図１に示される伝熱管における山部の縦断面拡大説明図である。
【図４】図１に示される伝熱管を製造するための転造加工の状態を示す管軸に直角な方向の断面説明図である。
【図５】転造ディスクを用いた一つの山部に対する転造加工の進行状態を示す加工説明図である。
【図６】転造加工前後の山部の横断面形状の詳細及び転造後のフィン形状の詳細を示す部分拡大説明図である。
【図７】転造加工にて山部に形成される凹部及びフィンの形態を示す説明図であって、（ａ）はその斜視説明図、（ｂ）は山部を上方から見た説明図、（ｃ）は山部を横方向から見た説明図である。
【図８】図１に示される伝熱管の複数本を吸収器内へ配設した状態の一例を示す説明図である。
【図９】図８に示される吸収器の、上部に配管される伝熱管の横断面説明図である。
【図１０】図９に示される吸収器の伝熱管山部の縦断面拡大説明図である。
【図１１】本発明に係る吸収器用伝熱管のフィン形状の異なる例を示す、図３と同様な伝熱管山部の縦断面拡大説明図である。
【図１２】本発明に係る吸収器用伝熱管のフィン形状の更に異なる例を示す、図３と同様な伝熱管山部の縦断面拡大説明図である。
【符号の説明】
２ 伝熱管
４ 山部
６ 谷部
８ 凹部
１０ フィン
１２ 溝部
２０ 山形形状連設管
３０ 吸収器
３２ トレイ
３４ 吸収液滴下孔
３６ 吸収液

Claims (5)

1. 管外表面において管軸方向に延びる、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈する山部の複数が、管周方向において、隣接する山部間に谷部を形成しつつ、配設されると共に、それら山部及び谷部に対応するように管内面に凹凸が形成されてなる構造を有し、かかる管外表面に吸収液を滴下乃至は散布する一方、管内の冷却流体によって、管外の吸収液を冷却するようにした吸収器用伝熱管において、
   前記各山部に対して、管軸方向の底部断面形態が管径方向内方に凹陥したＵ字状乃至は円弧状の湾曲面形状を呈し且つ管周方向の底部断面形態が管径方向外方に突出した円弧状の湾曲面形状を呈する、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成すると共に、該凹部の管周方向における両端部をそれぞれ漸次幅狭に形成して収束するように構成し、そして該山部に設けられる凹部によって、該凹部に対応する管内面部位が管内に突出せしめられる一方、該凹部間に位置する前記フィンに対応した管内面部位に凹所が形成されるようにしたことを特徴とする吸収器用伝熱管。
2. 前記凹部が前記谷部の底部に達しないように該底部よりも上方に形成され、その管周方向における両端部がそれぞれ前記山部の側面において収束せしめられている請求項１記載の吸収器用伝熱管。
3. 前記山部及び谷部が引き抜き加工にて形成されている一方、前記凹部が転造加工によって形成されている請求項１又は請求項２記載の吸収器用伝熱管。
4. 前記谷部の底部に、それぞれ管軸方向に延びる溝部が、管周方向において不連続面で連接する断面形状をもって設けられている請求項１乃至請求項３の何れかに記載の吸収器用伝熱管。
5. 管外表面に吸収液を滴下乃至は散布する一方、管内の冷却流体によって、管外の吸収液を冷却するようにした吸収器用伝熱管を製造する方法にして、
   管外表面において管軸方向に延びる、管周方向に円弧状の湾曲面形状を呈する山部の複数が、管周方向において、隣接する山部間に谷部を形成しつつ、配設されると共に、それら山部及び谷部に対応するように管内面に凹凸が形成されてなる構造を有する山形形状連設管を、円筒状素管の引き抜き加工によって形成する第一の工程と、
   かかる得られた山形形状連設管に対する転造加工によって、該山形形状連設管の前記山部に対して、管軸方向の底部断面形態が管径方向内方に凹陥したＵ字状乃至は円弧状の湾曲面形状を呈し且つ管周方向の底部断面形態が管径方向外方に突出した円弧状の湾曲面形状を呈する、管周方向に延びる凹部を、管軸方向に間隔を隔てて多数設けて、該凹部間の山部部分をそれぞれ独立したフィンとして構成すると共に、該凹部の管周方向における両端部をそれぞれ漸次幅狭に形成して収束するように構成し、そして該山部に設けられる凹部によって、該凹部に対応する管内面部位が管内に突出せしめられる一方、該凹部間に位置する前記フィンに対応した管内面部位に凹所が形成されるようにする第二の工程とを、
   含むことを特徴とする吸収器用伝熱管の製造方法。

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