JPH0346758B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は海水淡水化装置や吸収式冷凍機、化
学プロセス装置等の蒸発器として使用される水平
管外流下液膜式蒸発器及び沸騰促進伝熱管に関す
る。

［発明の技術的背景とその問題点］ 水平管外流下液膜式蒸発器は、その原理だけを
説明すると、第１１図のように蒸発室内に伝熱管
１０１が上下複数水平に配置されたもので、この
伝熱管１０１内部に加熱流体Ａを流し、伝熱管１
０１の上方から作動媒体Ｆを供給し、伝熱管１０
１外面に沿つて作動媒体Ｆを膜状に流下させつつ
蒸発させるようにしたものである。したがつて満
液式蒸発器のように作動媒体の静水頭による蒸発
抑制がないため、作動媒体の蒸発圧力が低い低温
熱源用蒸発器に適している。従つてこれまでにも
海水淡水化装置や吸収式冷凍機、化学プロセス装
置等の蒸発器として使用されており、また最近で
は海洋温度差等を利用した低温度差発電プラント
や、ヒートポンプ装置の蒸発器としてもその採用
が広く検討されている。

ところでこの種の蒸発器の伝熱管１０１には従
来から管体の外周に伝熱面を広くするための螺旋
状フインを設けたいわゆるローフイン管が使用さ
れていた。そして更に最近では、より高い性能を
有する蒸発器を実現するために満液式蒸発器用に
開発された沸騰促進伝熱管を水平管外流下液膜式
蒸発器の伝熱管として採用することが考えられて
いる。

このような伝熱管は例えば第１２図に示される
ようなもので、管軸方向に複数の溝１０３を有す
る管体１０５の外面に多数の孔１０７を有する多
孔材１０９を嵌合させたもので、多孔材１０９で
覆われた溝１０３は微小な空間を形成し、又孔１
０７はこの空間を外部へ連通させる。従つて第１
図のように作動媒体Ｆが伝熱管１０１の外面に沿
つて膜状に流下するとき溝１０３で構成される空
間が安定な沸騰気泡核として作用し、極めて高い
沸騰伝熱特性が得られ、蒸発器として極めて高い
性能を得ることが理論的に可能となる。

しかしながらこの種の伝熱管１０１を水平管外
流下液膜式蒸発器にそのまま使用しても次のよう
な欠点の出る恐れがあり、現実には伝熱管１０１
のもつている高い沸騰伝熱特性を十分に発揮させ
ることが出来ない恐れがあつた。すなわちこの種
の伝熱管１０１の管外表面には多数の孔１０７あ
るいはこれに類似したものが形成されており、伝
熱管１０１の外面に付着した作動媒体Ｆの管軸方
向への液分散効果が極めて悪い。このため第１１
図のように蒸発室上部の図示しない液分散装置に
よつて最上段の伝熱管１０１に作動媒体Ｆが管軸
方向へほぼ均一に振りかけられても、下段へ行く
にしたがつて作動媒体Ｆの液膜の厚さが管軸方向
に不均一になり、乾いた部分として、いわゆるド
ライアウト１１１が生じてしまうものとなる。こ
のドライアウト１１１の部分は伝熱に寄与しない
ため伝熱管１０１全体で実質的な伝熱面積が減少
してしまい、これを補うために必要な伝熱管１０
１の数が多くなり、高い沸騰伝熱特性を有する伝
熱管１０１を使用しながら蒸発器をそれほど小型
にすることが出来ない恐れがあつた。また、この
ような蒸発器の性能はドライアウト１１１の面積
の大小に大きく左右されるため装置性能の信頼性
も低くなる恐れがあつた。

一方ドライアウト１１１を見込んで大量の作動
媒体Ｆを供給すればドライアウト１１１の発生を
防止することは可能である。しかしながら、この
場合には蒸発室下部に溜る作動媒体Ｆの量が極め
て多くなり、この溜つた作動媒体Ｆを再循環させ
るために使う再循環ポンプの所要動力も極めて大
きなものとなり、ヒートポンプ装置等に適用した
場合に成績係数の低下をまた、低温度差発電プラ
ントにおいては正味発電量の減少を招く恐れがあ
つた。

［発明の目的］ この発明は上記の問題点に鑑み創案されたもの
で、作動媒体の供給量を増加させずにドライアウ
トの発生を抑制し、高性能で信頼性が高く、且つ
小型化が可能な水平管外流下液膜式蒸発器及びこ
れに用いられる沸騰促進伝熱管の提供を目的とす
る。

［発明の概要］ 上記目的を達成するために第１の発明は、表層
部に管内外から区画された空間を有すると共に、
この空間を管外へ連通させる前記空間に比較して
小さな連通部を有する沸騰促進伝熱管を蒸発室内
に上下複数水平に配置し、この沸騰促進伝熱管内
部に加熱流体を流し、沸騰促進伝熱管の上方から
作動媒体を供給し、沸騰促進伝熱管外面に沿つて
作動媒体を膜状に流下させつつ蒸発させるように
した水平管外流下液膜式蒸発器において、前記複
数の沸騰促進伝熱管の内の少なくとも必要とする
ものの外面の少なくとも上部に作動媒体を管軸方
向へ拡散案内させる案内条を管軸方向略全体に渡
つて設ける構成とした。

また第２の発明は、表層部に管内外から区画さ
れた空間を有すると共に、この空間を管外へ連通
させる前記空間に比較して小さな連通部を有する
沸騰促進伝熱管において、外面に作動媒体を管軸
方向へ拡散案内する案内条を管軸方向略全体に渡
つて備える構成とした。

［発明の効果］ 第１の発明の構成によれば、外面の少なくとも
上部に管軸方向略全体にわたつて設けた案内条に
よつて沸騰促進伝熱管外面の作動媒体を管軸方向
へ拡散案内することが出来るため、ドライアウト
の発生を抑制することが出来る。このため表層部
の空間を沸騰気泡核として使用して高い沸騰伝熱
特性を有する沸騰促進伝熱管全体を有効に利用
し、装置の高性能化を図ることが出来ると共に、
小型化を図ることも出来る。また、ドライアウト
の発生を抑制することが出来るため、性能がドラ
イアウトの面積の大小に左右されることがなく、
装置の信頼性も高くなる。更に作動媒体の供給量
を増加させる必要がないために蒸発室下部に溜つ
た作動媒体を再循環する再循環ポンプ等の所要動
力を小さくすることができ、ヒートポンプ装置等
に使用した場合に成績係数の向上を計ることも出
来る。また第２の発明の構成によればこの沸騰促
進伝熱管を使用することにより上記の作用効果を
実現することが可能となる。

［発明の実施例］ 以下この発明の実施例を説明する。

第１図は水平管外流下液膜式蒸発器の全体断面
図を示し、第２図は第１図−線矢視断面図を
示す。第３図は第１図の水平管外流下液膜式蒸発
器で用いられている沸騰促進伝熱管を示し、第４
図は沸騰促進伝熱管の要部拡大斜視図を示してい
る。また第５図は第１図の水平管外流下液膜式蒸
発器における作動媒体の流下状態を示している。

まず、この水平管外流下液膜式蒸発器１は円筒
状のシエル３で外殻が構成され、このシエル３の
軸心線が水平となるように設置されている。この
シエル３の内部は両端部において端板５ａ，５ｂ
で区画され、中央部に円柱状の蒸発室７、左右両
端部に加熱流体Ａの取入室９と取出室１１が形成
されている。

前記蒸発室７の上部には作動媒体Ｆを蒸発室７
内に供給する液入口１３と、蒸発室７内で発生し
た蒸気を外部に取出す蒸気出口１５とが設けら
れ、下部には液出口１７が設けられている。この
液出口１７は図示しない再循環ポンプを介して前
記液入口１３側に接続され、液出口１７から再循
環ポンプで再循環された作動媒体Ｆが液入口１３
から新たに供給されようとする作動媒体Ｆに合流
されるよう構成されている。前記取入室９は加熱
流体Ａを取入れる取入口１９を備え、また取出室
１１は加熱流体Ａを取出す取出口２１を備えてい
る。

上記端板５ａ，５ｂ間には蒸発室７内に位置す
る沸騰促進伝熱管２３が配置されている。この沸
騰促進伝熱管２３は両端が端板５ａ，５ｂを貫通
する形で端板５ａ，５ｂに支持され、内部が取入
室９及び取出室１１に連通されている。沸騰促進
伝熱管２３は水平に配置されていると共に、上下
方向及び幅方向に複数備えられている。これら沸
騰促進伝熱管２３の配置は第２図に示すように上
段の沸騰促進伝熱管２３相互間に下段の沸騰促進
伝熱管２３が位置するようになされている。これ
ら沸騰促進伝熱管２３の上部には液分散装置２５
が配置されている。この液分散装置２５は板状の
もので多数の孔２５ａが形成されたものである。

前記沸騰促進伝熱管２３の具体的な構成は第３
図、第４図に示す。すなわちこの沸騰促進伝熱管
２３は管軸方向に複数の溝２７を有する管体２９
の外周に、多数の孔３１を有する多孔材３３が密
接状態で嵌合されたものである。従つて溝２７は
多孔材３３で閉塞されて微小な空間を構成してい
る。従つて沸騰促進伝熱管２３は表層部に管内外
から区画された空間を有する構成となつている。
また、多孔材３３の孔３１は空間を管外へ連通さ
せる連通部を構成しており、この孔３１は前記溝
２７で構成される空間に比較して小さく構成され
ている。

そして沸騰促進伝熱管２３の外面としての多孔
材３３の外面には管軸方向に沿つた凹状の案内条
３５が設けられている。この案内条３５は多孔材
３３の上下と左右両側に等間隔に計６本形成され
ているもので、溝２７内へ押し潰して構成された
ものである。このように案内条３５が溝２７内へ
押し潰されて構成された場合、管体２９に対する
多孔材３３の周方向への位置決めが確実なものと
なる。尚、この案内条３５の設置箇所、数、及び
形態等は特に限定されるものではなく沸騰促進伝
熱管２３の上部あるいは下部に一つだけ設けるよ
うにすることも出来るし、また凹状でなく凸状に
構成することも出来る。多孔材３３の溝２７に対
向する部分に管軸方向へ長孔を形成し、溝２７自
体を案内条３５に利用することもできる。更に多
孔材３３の表面に管軸方向に沿つて線材を固着す
ることにより構成することも出来る。また案内条
３５は複数の沸騰促進伝熱管２３の全てに設ける
必要はなく、下方の沸騰促進伝熱管２３等ドライ
アウトが発生し易く作動媒体を管軸方向へ拡散案
内することを必要とする沸騰促進伝熱管にのみ設
けることもできる。前記管体２９と多孔材３３と
の端部は溶接によつて固着され、この溶接によつ
て溝２７の端部も閉塞されている。

次に作用について述べる。

まず、取入口１９から取入室９に取入れられた
加熱流体Ａは各伝熱管２３の管体２９内部を流
れ、取出室１１に至つて取出口２１から流出す
る。一方作動媒体Ｆは液入口１３から蒸発室７内
に供給され、液分散装置２５上で均平される。均
平された作動媒体Ｆは液分散装置２５の各孔２５
ａから分散状態で最上段の伝熱管２３に管軸方向
へ均一に振り掛けられる。

最上段の伝熱管２３に振り掛けられた作動媒体
Ｆは第５図に示すように各伝熱管２３の外面に沿
つて膜状に流下する。この時各伝熱管２３では管
軸方向の案内条３５の作用によつて管軸方向への
分散作用が強められる。この場合伝熱管２３の上
部の案内条３５は振り掛けられた作動媒体Ｆを自
からの管軸方向へ分散するために作用し、また下
部の案内条３５は作動媒体Ｆを管軸方向に分散し
て次段の伝熱管２３に振り掛ける作用をなすもの
である。また、伝熱管２３側面の案内条３５はほ
ぼこれらの中間の作用をなすものである。従つて
作動媒体Ｆは全ての伝熱管２３において均一の液
膜として流下するため、下方の伝熱管２３におい
てもドライアウトの発生が抑制される。そしてこ
のような状態で作動媒体Ｆが流下するため全ての
伝熱管２３の表面を伝熱面として有効に利用する
ことが出来、空間としての溝２７を沸騰気泡核と
した高い沸騰伝熱特性を得ることが出来る。この
ような高い沸騰伝熱特性のもとで膜状に流下する
作動媒体Ｆは管体２９の内部を流れる加熱流体Ａ
によつて効果的に蒸発され、その蒸気は蒸気出口
１５から取出されると共に、未蒸発の作動媒体Ｆ
は蒸発室７内の下部に溜り、液出口１７から図外
の再循環ポンプにより液入口１３側の新たに供給
される作動媒体Ｆに合流される。

このようにこの水平管外流下液膜式蒸発器１で
はドライアウトの発生による実質的な伝熱面積の
減少がなく、沸騰促進伝熱管２３の高い沸騰伝熱
特性を十分に生かすことができるため、装置を高
性能化することが出来ると共に小型化することが
出来る。また、装置の性能がドライアウトの面積
に左右されることがなく、高い信頼性を得ること
が出来る。更にドライアウトの発生を防止するた
めに、供給する作動媒体Ｆを増加させる必要がな
く、再循環ポンプの所要動力も小さくすることが
出来る。従つてこの水平管外流下液膜式蒸発器１
をヒートポンプ装置等に利用した場合には成績係
数の向上を図ることが出来るし、また低温度差発
電プラントにあつては正味発電量を増加させるこ
とができる。

第６図、第７図は他の沸騰促進伝熱管３７を示
すもので、この沸騰促進伝熱管３７は鋸刃状螺旋
フイン３９を切削加工で鋤き起して管体２９の外
面に形成した後、各フイン３９を管軸方向に折り
曲げて孔４１を有する円周方向螺旋状の空間４３
を形成し、この伝熱管３７の上部に管軸方向に沿
つて押し潰した凹状の案内条４５を形成したもの
である。凹状の案内条４５は伝熱管３７の上部に
設けるものに限らず、下部あるいは側部に設ける
ことが出来ることは勿論である。そしてこの沸騰
促進伝熱管３７においても上記とほぼ同様な効果
が得られる他、次のような効果がある。すなわち
孔４１を有する螺旋状の空間４３が設けられてい
る伝熱管を水平管外流下液膜式蒸発器１に使用す
ると、伝熱管の上部に振り掛けられた作動媒体Ｆ
が伝熱管の上部の孔４１から空間４３内に侵入
し、管体２９外面全体に行渡つてしまう。このた
め伝熱管の壁面過熱度が小さい場合に伝熱管の沸
騰伝熱特性が低下してしまう恐れがある。しかし
この第６図、第７図に示す沸騰促進伝熱管３７に
あつては、伝熱管３７の上部の孔４１が潰され閉
塞されているため、作動媒体Ｆの空間４３内への
侵入をかなりの程度防ぐことが出来、これによつ
て壁面過熱度が小さい場合にも高い沸騰伝熱特性
を得ることが出来る。

第８図は第６図に示した沸騰促進伝熱管３７の
案内条４５の形状を変えたもので、案内条４５に
代えて案内条４７が微細な複数の溝で構成された
ものである。この場合は管軸方向の液分散作用が
更に向上する。

第９図は更に他の沸騰促進伝熱管４８を示すも
ので管体４９の外面に転造によりフイン成形を行
なつた後、変形加工を施すことにより空間５１と
この空間に比較して小さな連通部としての間隙部
５３を形成し、更にその表面を押し潰して管軸方
向の案内条５５を設けたものである。従つて上記
の各沸騰促進伝熱管と同様の効果が得られる他、
塑性変形によつて案内条５５の部分の間隙部５３
が狭められるため、案内条５５を伝熱管４８の上
部に設ければ、第６図のものと同様に、伝熱管４
８上部における空間５１への作動媒体Ｆの侵入を
防ぐことが出来、伝熱管４８の壁面過熱度が小さ
い場合にも高い伝熱特性を得ることが出来る。
尚、上記案内条５５を塑性加工する場合に管体４
９の内面が半径方向へ変形する程に行なわれてい
るが、案内条５５をそれ程深くしなくても良い場
合には外表面だけ塑性変形させることも出来る。

第１０図は更に他の沸騰促進伝熱管５７を示す
もので管体５９の表面にアルミニウム等の金属粉
末を焼結させて多孔質層６１を構成し、多孔質層
６１の表面を押し潰して管軸方向の案内条６３を
形成したものである。この場合多孔質層６１の表
面の多孔が連通部を構成し、多孔質層内部のそれ
ぞれの孔の連続が空間を構成している。従つて上
記沸騰促進伝熱管とほぼ同様の効果が得られる
他、空間及び連通部を焼結によつて簡単に得られ
る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明の実施例にかかる水平管外流
下液膜式蒸発器の断面図、第２図は第１図−
線矢視断面図、第３図は沸騰促進伝熱管の斜視
図、第４図は要部の拡大斜視図、第５図は作動媒
体の流下状態を示す斜視図、第６図は他の沸騰促
進伝熱管の実施例を示す斜視図、第７図は同要部
の拡大斜視図、第８図は第６図の沸騰促進伝熱管
の案内条の形状を変えた沸騰促進伝熱管の斜視
図、第９図は更に他の沸騰促進伝熱管の部分拡大
斜視図、第１０図は更に他の沸騰促進伝熱管の部
分拡大斜視図、第１１図は従来の水平管外流下液
膜式蒸発器における作動媒体の流下状態を示す斜
視図、第１２図は従来の沸騰促進伝熱管の一例を
示す斜視図である。 １……水平管外流下液膜式蒸発器、７……蒸発
室、２３，３７，４８，５７……沸騰促進伝熱
管、２７……溝（空間）、３１，４１……孔（連
通部）、３５，４５，４７，５５，６３……案内
条、４３，５１……空間、５３……間隙部（連通
部）、Ａ……加熱流体、Ｆ……作動媒体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 表層部に管内外から区画された空間を有する
   と共に、この空間を管外へ連通させるために前記
   空間に比較して小さな連通部を有する沸騰促進伝
   熱管を蒸発室内に上下複数水平に配置し、この沸
   騰促進伝熱管内部に加熱流体を流し、沸騰促進伝
   熱管の上方から作動媒体を供給し、沸騰促進伝熱
   管外面に沿つて作動媒体を膜状に流下させつつ蒸
   発させるようにした水平管外流下液膜式蒸発器に
   おいて、前記複数の沸騰促進伝熱管の内の少なく
   とも必要とするものの外面の少なくとも上部に作
   動媒体を管軸方向へ拡散案内するための案内条を
   管軸方向略全体に渡つて設けたことを特徴とする
   水平管外流下液膜式蒸発器。 ２ 表層部に管内外から区画された空間を有する
   と共に、この空間を管外へ連通させるために前記
   空間に比較して小さな連通部を有する沸騰促進伝
   熱管において、外面に作動媒体を管軸方向へ拡散
   案内するための案内条を備えたことを特徴とする
   沸騰促進伝熱管。