JPH037877B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、凝縮伝熱管に関し、海洋温度差発電
用熱交換器、排熱利用低熱落差発電用熱交換器、
吸収式冷凍機、ヒートポンプなどに利用できるも
のである。 従来の技術 近年、海洋温度差発電、火力発電所や原子力発
電所の排熱利用低熱落差発電などクローズドラン
キンサイクルによる発電技術の開発がすすめられ
ている。このようなシステムでは、低沸点媒体を
循環させて、蒸発と凝縮を繰り返すことにより発
電するのであるが、効率をよくするためには凝縮
器および蒸発器の高性能化が必要である。特に所
内動力としてのポンプ動力をできるだけ小さくす
る必要があることから、水側熱伝達率の高性能化
には限度があることを考慮すると、作動流体側の
熱伝達率の高性能化が必須の技術となる。 従来、凝縮熱伝達の高性能化には、第７図に示
すような、縦溝付き（フルテツド）管が考えら
れ、形状の最適化などが行なわれている。このフ
ルテツド管は、凝縮液を第８図に示す谷部ａに引
き込み、凸部ｂでは凝縮液膜は薄くなるものの軸
方向に凝縮液が累積していくので、軸方向の大き
な液膜分布を生じ、長尺管とするに従つて性能が
低下する。それを改善するため、途中にドレン排
除板を付けることが試みられている。これはある
程度の効果はあるものの製作工程が複雑であり、
また、排除した凝縮液が再び管にふりかゝつてし
まうなど十分とはいえない。また、水平管につい
ては、ハイフイン、ローフインなど各種形状のも
のが提案されているが、低熱落差発電の中の凝縮
器は、大型化するため凝縮液が水平管より落下
し、次々に下段の凝縮伝熱面上に累積していくた
め、全体としての性能が低下してしまうという欠
点がある。 発明が解決しようとする問題点 本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み
て、これを解決するためになされたもので、凝縮
液膜の薄膜化及び凝縮液の迅速な排除を効率的に
行なう構造を有する新規な高性能たて型凝縮伝熱
管を提供することを目的とする。 問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明では、微細
なたて溝を有する伝熱管即ちフルテツド管に、た
て溝より深くカツトしたねじ溝を刻設し、該ねじ
溝に沿つて排除された凝縮液を、まとめて鉛直方
向に排除するドレンガターを１乃至複数個設け、
該ドレンガターによつて分断される前記ねじ溝の
下流側に当る該ドレンガターの側縁に沿つててド
レンバーを設けて構成したことを特徴とする。 実施例 以下、本発明の詳細を図示する実施例を参照し
ながら説明する。 第１図において、凝縮伝熱管１は四つの要素か
ら構成されている。 その第一要素は、第７図と同様に、微細なたて
溝２を有すること（フルテツド管）である。第２
図にその断面を示す。 第二要素は、フルテツド管の大きな欠点である
軸方向の液膜分布を解消するため、第３図に示す
ように、リード角θで、ねじ加工によりカツトさ
れたねじ溝３を刻設している点である。ねじの山
数は一本当りの熱負荷によつて適当に選択できる
が、例えば、10000Kcal／m²ｈの熱負荷で７条ね
じ（７山／12.4mm）などが選ばれる。このように
ねじ溝３を刻設することによつて、ねじ山のピツ
チｐ（第３図）の間で凝縮した液はすみやかにね
じ溝３に流れ込んで、該ねじ溝３に沿つて、すば
やく排出されるようにする。したがつて、ねじ溝
３の深さδ₂は、微細なたて溝２の深さδ₁（第４図）
に比べδ₂＞δ₁となるよう設定されねばならない。 第三要素は、前記ねじ溝３（第１図）に流れ込
んだ凝縮液を軸方向に流し込むドレンガター４を
設けていることである。該ドレンガター４は円周
方向に１個所乃至複数個所に設けることができる
が、多く設けると伝熱面積が低下するため、第２
図に示すように、溝巾ｌは十分この点を考慮して
計画する必要がある。 第四要素は、ドレンバー５を前記ドレンガター
４によつて分断される前記ねじ溝３の下流側に当
る該ドレンガター４の側縁４ａに沿つて設けたこ
とである。該ドレンガター４はねじ溝３から凝縮
液が流れ込むため、たて型で用いると、下方部で
は相当液膜が厚くなる。したがつて、該ドレンガ
ター４をオーバーフローしてねじ溝３へ流れ込み
を防止するため、前述のようにドレンバー５を設
けているのである。 こゝでドレンバー５の巾ｈおよび形状を適当に
選ぶことによつて、凝縮液をドレンガター４内に
効率的に引込むとともに、該ドレンガター４の巾
ｌを小さくし、凝縮伝熱管１の有効面積を減らさ
ないこと、並びにドレンバー５に沿つて凝縮液を
流下させ、該伝熱管１より速やかに凝縮液を引離
す役割をしている。該ドレンバー５には、金属プ
レート、多孔質プレート、高分子材料等の薄いプ
レートなどを使用できる。作動流体蒸気流に対す
る配慮からドレンバー５は、例えば、上端部を狭
く、下端部にいくに従つて広くしていくといつた
形状も考えられる。 発明の効果 次に、以上の基本的構造を有する凝縮伝熱管１
の効果を説明するため、実験例に従つて説明す
る。先ず、第５図は実験装置系統概念図を示した
ものである。同図において、たて型凝縮器６は内
部にインナーシエル７を有し、蒸気を上部から導
く構造となつている。本発明の凝縮伝熱管１は当
該凝縮器６の中央に配位し、内部冷却流体を直列
に流すことができるように、該凝縮器６の外部で
接続できる構造となつている。こゝで、８は液溜
タンク、９は蒸発器、１０は循環ポンプである。 この実験装置において、先ず、作動流体蒸気は
ライン１１から凝縮器６に流入し、インナーシエ
ル７により蒸気の流れが整流されたのち、凝縮伝
熱管１の表面で凝縮する。凝縮液はライン１２か
ら液留タンク８に集められ、循環ポンプ１０によ
りライン１３から蒸発器９に送られ、再び蒸気と
なつて循環される。 前記凝縮伝熱管１内部には、蒸気温度により低
い流体がライン１４から流入し、ライン１５から
系外に戻される。こゝで内部冷却流体の流量、比
熱、出入の温度差から、凝縮伝熱管１の交換熱量
を算出することができる。 また、蒸発器９では、シエルアンドチユーブタ
イプの熱交換器が用いられ、蒸気温度より高い流
体をライン１６から流し、ライン１７から出す構
造となつており、凝縮器６と同様、加熱流体の流
量、比熱、出入の温度差から、蒸気量を算出する
ことができる。 さて、この実験装置を用いて、本発明の凝縮伝
熱管１の凝縮伝熱性能を測定した。 供試伝熱管は、本発明の凝縮伝熱管Ａと、フル
テツド管Ｂ、平滑管Ｃの３本について測定した。 実験に用いた伝熱管の仕様は次の通りである。

【表】 実験は、作動蒸気流体としてフロン−22（Ｒ−
22）を用い、凝縮器冷却流体として５〜10℃の冷
水を、蒸発器加熱体は28〜35℃の温水を用いて実
験した。 実験結果を第６図に示す。同図において、横軸
は21.5mmφの平滑管規準のヒートフラツクス、た
て軸は21.5mmφ平滑管外表面積規準の凝縮熱伝達
率αcを示したものである。 この結果、本発明の凝縮伝熱管Ａにおいては、
平滑管Ｃに対し、８〜10倍の熱伝達率を達成し
た。また、フルテツド管Ｂにおいて、ヒートフラ
ツクスの低い領域では凝縮熱伝達率αcは高いも
のの、１本当りの凝縮量が増えるヒートフラツク
スの高い領域では熱伝達率αcが低下し、軸方向
に伝熱管Ａよりも厚い液膜が形成されることが推
定される。したがつて、４ｍ以上の長尺管になる
とその影響が大きく現われることが予想され採用
がむつかしい。 その点、本発明の凝縮伝熱管Ａは高いヒートフ
ラツクスに於いても、高い伝熱性能の維持がみら
れ、長尺管でも十分性能が発揮できるものと考え
られる。なお、微細なたて溝部の形状・ドレンガ
ターの巾、ねじ溝の山数・形状、ドレンバーの高
さ・形状等は温度、熱流束等の条件に適合した最
適形状を選ぶことができる。 本発明によつて、高性能な凝縮熱伝達が得られ
るから、伝熱管の本数を減らすことができ、例え
ば、海洋温度差発電のように低温度差発電システ
ムでは、凝縮伝熱管を平滑管の1/2以下にするこ
とが可能で、配管のひきまわし、格納容器の寸法
の減少など全体システムコストの低減化にも大き
く貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の凝縮伝熱管の正面図、第２図
は第１図の−線断面図、第３図は第１図の
−線断面図、第４図は第２図の部分拡大図、第
５図は同上凝縮伝熱管の実験装置系統概念図、第
６図は実験結果をヒートフラツクスと凝縮熱伝達
率との関係で表したグラフ、第７図は従来の凝縮
伝熱管の正面図、第８図は第７図の−線断面
図である。 １……凝縮伝熱管、２……たて溝、３……ねじ
溝、４……ドレンガター、５……ドレンバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微細なたて溝を有する伝熱管即ちフルテツド
   管に、たて溝より深くカツトしたねじ溝を刻設
   し、該ねじ溝に沿つて排除された凝縮液を、まと
   めて鉛直方向に排除するドレンガターを１乃至複
   数個設け、該ドレンガターによつて分断される前
   記ねじ溝の下流側に当る該ドレンガターの側縁に
   沿つてドレンバーを設けて構成した凝縮伝熱管。