JP3788887B2 - 吸収器用伝熱管 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は吸収式冷凍機及び吸収式冷温水機等の吸収器に使用される吸収器用伝熱管に関し、特に、吸収伝熱性能の向上を図った吸収器用伝熱管に関する。
【0002】
【従来の技術】
吸収式冷凍機は臭化リチウム(LiBr)を吸収液とし、水を冷媒として使用し、臭化リチウムの強い吸湿力で冷凍機内の水蒸気を吸収して冷凍機内の圧力を低下させ、冷媒である水を低い温度で蒸発させることにより、空調等に使用する冷水を作るものである。
【0003】
この吸収式冷凍機の吸収器内には、多数の伝熱管が水平に設置され、管内に水を通水し、管外に吸収液を流下させて、両者間で熱交換を行っている。この吸収液は低流速、即ち層流の状態で流下するため、吸収液に界面活性剤を投入し、水蒸気吸収時に発生するマランゴニ対流によって、吸収液の攪乱を増進させ、吸収効率を増加させている。
【0004】
そして、このような吸収器に使用される吸収器用伝熱管としては、吸収器の高性能化及び小型化のために平滑管から高性能の非平滑形状の伝熱管が使用されてきている。非平滑形状の伝熱管は、例えば、特開平2−176378号公報に提案されている。この公報に記載された従来の伝熱管には、管軸に対して傾斜する方向に延びる山部と谷部とが管外面に設けられており、山部と谷部とにより連続した湾曲形状が形成されている。
【0005】
この従来の伝熱管によれば、平滑管と比して、吸収液が山部を乗り越えて管周方向に沿って流下する際に、吸収液に攪乱及び乱流が生じやすくなり、伝熱性能が向上した。
【0006】
また、より優れた伝熱性能を得ることを目的とした吸収用伝熱管が提案されている(特開平7−167530号公報)。この公報に記載された従来の伝熱管には、上述の伝熱管と同様に山部及び谷部が管外面に設けられている。そして、山部及び谷部の曲率半径等がより適切に規定されている。
【0007】
この従来の伝熱管によれば、吸収液の液膜が適度に山部に形成されると共に、吸収液が適度に谷部に滞留するため、特開平2−176378号公報に記載された従来の伝熱管よりも高い伝熱性能が得られた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平2−176378号公報に記載された従来の伝熱管においては、吸収液が山部から谷部へ流下する際に、谷部において急激に収縮し管外面に濡れ拡がる前に流れ落ちてしまうという問題点がある。
【0009】
また、特開平7−167530号公報に記載された伝熱管は、所期の目的は達成したものの、水蒸気が吸収されて希釈化された吸収液が伝熱管の外表面に残るため、良好な伝熱性能を維持するためには、伝熱管上に散布される吸収液の流量を多くする必要がある。吸収式冷凍機においては、冷凍能力当たりの吸収液流量が設計的に決まっているため、このように吸収液の流量を上げるためには、吸収器伝熱管の配列の段数を上げる必要、即ち、列数を減らす必要がある。従って、吸収液流量を多くすることは、吸収器の高さを高くすること、即ち、冷凍機の高さを高くすることにつながるという問題点がある。
【0010】
また、上述の伝熱管は、吸収式冷凍機の高効率化に伴う吸収液流量(循環量)の低流量化に対して不利なものであるという問題点もある。
【0011】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、吸収伝熱性能が優れ冷却効率を向上させることができる吸収器用伝熱管を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る吸収器用伝熱管は、管軸方向に延びるn個(nは自然数)の山部と、隣り合う前記山部間に設けられ管軸方向に延びるn個の谷部と、隣り合う前記山部と前記谷部とを連結し管軸方向に延びる平板形状の(2×n)個の傾斜部と、を有する吸収器用伝熱管において、前記山部の頂部における管外面の曲率半径をR1、前記谷部の底部における管外面の曲率半径をR2、前記谷部の管内面までの深さをd、前記各山部の頂部に接する円の直径をD、前記傾斜部の管軸方向と直交する方向の幅をL、(π×D/n)で与えられる前記山部のピッチをPとしたとき、d/Pは0.10乃至0.29、dは0.70乃至1.65(mm)、R2/dは0.54乃至1.86、R1/dは0.66乃至2.29、Lは0.65乃至0.73(mm)であることを特徴とする。
【0013】
本発明においては、山部、谷部及びそれらの間に設けられた傾斜部の形状が適切に規定されているので、液膜流量が低い場合であっても、吸収液の攪乱(マランゴニ対流)が促進され、吸収液が広く濡れ広がる。従って、吸収伝熱性能が著しく向上する。
【0014】
なお、谷部の管内面までの深さとは、隣り合う2個の山部に接する面とその山部間に設けられている谷部の底部における管内面との間隔をいう。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例に係る吸収器用伝熱管について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明の実施例に係る吸収器用伝熱管の管軸直交断面を示す断面図であり、図2はその断面の一部を拡大して示す断面図である。本実施例の吸収器用伝熱管1においては、管軸方向に平行に延び湾曲した板形状を有する山部2と谷部3とが管周方向に夫々8個設けられている。そして、隣り合う山部2と谷部3とは平板形状の傾斜部4により連結されている。
【0016】
そして、山部2の頂部における管外面の曲率半径をR1、谷部3の底部における管外の面曲率半径をR2、谷部3の管内面までの深さをd、各山部2の頂部に接する円の直径をD、傾斜部4の管軸方向と直交する方向の幅をLとしたとき、P=(π×D/8)で与えられる山部ピッチPに対する谷部深さdの比d/Pが0.10乃至0.29、dが0.70乃至1.65(mm)、R2/dが0.54乃至1.86、R1/dが0.66乃至2.29、Lが0.3乃至1.7(mm)である。
【0017】
このように構成された本実施例の吸収器用伝熱管1においては、滴下された吸収液はマランゴニ対流によって攪乱されると共に、管外表面に大きく濡れ拡がる。また、吸収液が濡れ拡がる前に流れ落ちてしまうことも防止されている。これにより、高い伝熱性能が得られる。
【0018】
次に、本発明に係る吸収器用伝熱管の形状を規定する数値限定理由について説明する。
【0019】
山部のピッチPに対する深さdの比d/P:0.10乃至0.29
山部及び谷部の数をn個とすると、山部のピッチPはP=πD/nで与えられる。そして、比d/Pが0.10未満であると、吸収液の攪乱効果が小さく伝熱性能が低下する。一方、比d/Pが0.29を越えると、吸収液の濡れ拡がりが小さく伝熱性能が低下する。従って、山部のピッチPに対する深さdの比d/Pは0.10乃至0.29とする。
【0020】
谷部の深さd:0.70乃至1.65(mm)
谷部の深さdが0.70(mm)未満であると、滴下した吸収液が流れ落ちやすくなって伝熱性能が低下する。一方、谷部の深さdが1.65(mm)を越えると、谷部での吸収液の滞留時間が長くなって液膜が厚くなりすぎ、この液膜による熱抵抗が大きくなるため、伝熱性能が低下する。従って、谷部の深さd刃0.70乃至1.65(mm)とする。
【0021】
谷部の底部の曲率半径R 2 と谷部の深さdとの比R 2 /d:0.54乃至1.86
比R2/dが0.54未満であると、谷部での吸収液の滞留時間が長くなって液膜が厚くなりすぎ、この液膜による熱抵抗が大きくなるため、伝熱性能が低下する。一方、比R2/dが1.86を越えると、谷部に溜まった吸収液が山部を乗り越えずに伝熱管から離脱(ドロップアウト)してしまうため、伝熱性能が低下する。従って、谷部の底部の曲率半径R2と谷部の深さdとの比R2/dは0.54乃至1.86とする。
【0022】
山部の頂部の曲率半径R 1 と谷部の深さdとの比R 1 /d:0.66乃至2.29
比R1/dが0.66未満であると、谷部に溜まった吸収液が山部を乗り越えずに伝熱管から離脱(ドロップアウト)してしまうため、伝熱性能が低下する。一方、比R1/dが2.29を越えると、滴下した吸収液が流れ落ちやすくなって伝熱性能が低下する。従って、山部の頂部の曲率半径R1と谷部の深さdとの比R1/dは0.66乃至2.29とする。
【0023】
傾斜部の幅L:0.3乃至1.7(mm)
傾斜部の管軸方向と直交する方向の幅Lが0.3(mm)未満であると、吸収液が山部から谷部へ流下する際に、谷部において急激に収縮し管外面に濡れ拡がる前に流れ落ちてしまう。一方、傾斜部の幅Lが1.7(mm)を越えると、谷部での吸収液の滞留時間が長くなって液膜が厚くなりすぎ、この液膜による熱抵抗が大きくなるため、伝熱性能が低下する。従って、傾斜部の管軸方向と直交する方向の幅Lは0.3乃至1.7(mm)とする。
【0024】
なお、本発明において、吸収器用伝熱管の材質は特に限定されるものではなく、例えば、銅、銅合金、チタン、鋼、ステンレス製等である。
【0025】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、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。
【0026】
先ず、下記表1に示す形状のリン脱酸銅管(C1201;JIS H3300)を、その管外面を凸状の工具により押し込み、この状態で抽伸加工して外表面に管軸方向に平行に延びる山部及び谷部を形成して下記表2及び3に示す形状の供試管を作製した。
【0027】
【表1】
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
そして、本発明の実施例及び比較例の吸収式冷凍機の吸収器用伝熱管の伝熱性能を測定した。図3は伝熱性能の測定に使用した試験装置を示す模式図である。供試管は1列×6段とした。蒸発部23の供試管群の上部には冷媒の入口13が、供試管群の下部には蒸発部内を流れる冷媒の出口14が設置されている。この冷媒の出口14から排出された冷媒は配管25aを介して冷媒ポンプ21に送り込まれ、更に冷媒はこの冷媒ポンプ21により配管25bを介して冷媒の入口13に運ばれる。また、この供試管群の下側端部は供試管内に流す冷水の入口11に連結され、上側端部は冷水の出口12に連結されている。このとき、蒸発部23を通過する冷水のパス数は4パスとした。更に、蒸発部23の上部には、測定装置内の圧力を測定するためのデジタルマノメータ20がバルブ19bを介して設けられている。
【0031】
一方、吸収部24の伝熱管群の上部には吸収部内を流れるLiBr水溶液の入口15が、伝熱管群の下部にはLiBr水溶液の出口16が設置されている。更に、このLiBr水溶液の出口16は配管25cを介してLiBr水溶液ポンプ22に連結されており、LiBr水溶液はLiBr水溶液ポンプ22により系外へと排出される。また、この伝熱管群の下側端部は伝熱管内に流す冷却水の入口17に連結され、上側端部は冷却水の出口18に連結されている。また、吸収部24の上部には、測定装置内を真空にするためのバルブ19aが取り付けられており、この配管は真空ポンプ(図示せず)に連結されている。
【0032】
蒸発性能の測定は下記のようにして行った。先ず、吸収部24の伝熱管内に冷却水の入口17から1.50m/sの流速で32.0℃の冷却水を流し、伝熱管外にはLiBr水溶液を入口温度46℃、入口濃度63重量%にて入口15より散布した。一方、蒸発部23の伝熱管外には、一定流量の冷媒を冷媒の入口13より滴下し、伝熱管内には冷水の入口11から一定温度の冷水を流し、測定装置内の圧力が6.0mmHgになるように冷水流量を調節した。
【0033】
なお、LiBr溶液には界面活性剤として2エチルヘキサノールを添加した。
【0034】
図4及び図5は横軸に液膜流量をとり、縦軸に総括伝熱係数をとって両者の関係を示すグラフ図である。図4に示すように、実施例1乃至4においては、山部の頂部の曲率半径R1、谷部の底部の曲率半径R2、谷部の深さd及び傾斜部の管軸方向と直交する方向の幅Lの値が適切に規定されているので、総括伝熱係数が高く、特に、低液膜流量域において顕著である。
【0035】
一方、比較例5乃至16においては、d/P、d、R1/d、R2/d又はLの値のいずれかが本発明範囲の上限を超えているか、又は下限未満であるので、図4及び図5に示すように、総括伝熱係数が低かった。
【0036】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、山部、谷部及び傾斜部の形状を適切に規定しているので、吸収液の攪乱を促進することができる。このため、吸収液の濡れ広がりを高め、吸収伝熱性能を向上させることができ、これを使用した熱交換器を高性能化及び小型化することができる。更に、使用材料を低減し、低い吸収液循環量を採用する高効率吸収式冷凍機において高い伝熱性能を発揮できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る吸収器用伝熱管の管軸直交断面を示す断面図である。
【図2】本発明の実施例に係る吸収器用伝熱管の管軸直交断面の一部を拡大して示す断面図である。
【図3】伝熱性能の測定に使用した試験装置を示す模式図である。
【図4】液膜流量と総括伝熱係数との関係(実施例1〜4、比較例5〜10)を示すグラフ図である。
【図5】液膜流量と総括伝熱係数との関係(比較例11〜16)を示すグラフ図である。
【符号の説明】
1;吸収器用伝熱管
2;山部
3;谷部
4;傾斜部
Claims (1)
- 管軸方向に延びるn個(nは自然数)の山部と、隣り合う前記山部間に設けられ管軸方向に延びるn個の谷部と、隣り合う前記山部と前記谷部とを連結し管軸方向に延びる平板形状の(2×n)個の傾斜部と、を有する吸収器用伝熱管において、前記山部の頂部における管外面の曲率半径をR1、前記谷部の底部における管外面の曲率半径をR2、前記谷部の管内面までの深さをd、前記各山部の頂部に接する円の直径をD、前記傾斜部の管軸方向と直交する方向の幅をL、(π×D/n)で与えられる前記山部のピッチをPとしたとき、d/Pは0.10乃至0.29、dは0.70乃至1.65(mm)、R2/dは0.54乃至1.86、R1/dは0.66乃至2.29、Lは0.65乃至0.73(mm)であることを特徴とする吸収器用伝熱管。
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JP17125599A JP3788887B2 (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 吸収器用伝熱管 |
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ID=15919942
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JP17125599A Expired - Lifetime JP3788887B2 (ja) | 1999-06-17 | 1999-06-17 | 吸収器用伝熱管 |
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Country | Link |
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-
1999
- 1999-06-17 JP JP17125599A patent/JP3788887B2/ja not_active Expired - Lifetime
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