JPH0522838B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸収式冷凍機などにおける吸収器用濡
壁式伝熱管に係り、詳しくは、管軸にほぼ平行な
断続突起が形成された伝熱管に関するものであ
る。これは、例えば吸収式冷凍機の吸収器に使用
される多段状の水平管群を有する濡壁式の伝熱管
に適用される。

〔従来の技術〕

吸収冷凍機などでは、機内を循環する吸収液の
濃度変化により冷水をとり出すことができるよう
になつている。例えば一重効用型の吸収式冷凍機
では、従来からよく知られているように、胴内に
蒸発器、吸収器、再生器、凝縮器が設けられてい
る。

上記した蒸発器には、その内部に蒸発器管が配
置され、高真空下で蒸発器管の外面に流下された
冷媒液に蒸発潜熱を奪われて、蒸発器管内を流れ
る冷水を冷却するようになつている。その冷水は
冷房を必要とする室に設置された所定の熱交換器
に送出され、受熱して昇温した冷水は冷温水ポン
プによつて蒸発器管へ戻される。

一方、吸収器には、その内部に濡壁式の伝熱管
である吸収器管が配置され、蒸発器で発生した冷
媒蒸気を吸収器管内を流れる冷却水で冷却するこ
とにより、散布された吸収液に吸収させると共に
胴内を高い真空に保持するようになつている。

凝縮器には、その内部に凝縮器管が配置され、
再生器で蒸発した冷媒蒸気を、凝縮器管内を流れ
る冷却水で冷却凝縮するようにしている。

再生器は吸収器から供給される吸収液を再生器
管内を流通する加熱用の蒸気などで加熱濃縮し、
吸収液から冷媒を分離蒸発させる。なお、この再
生器での加熱を促進するために、吸収液と再生器
との間に熱交換器が設置されている。この熱交換
器においては、吸収器から再生器へ向かう吸収液
が、再生器で加熱濃縮された後吸収器内で散布す
るために送液される高温吸収液と熱交換されるよ
うになつている。

上記の吸収器管と凝縮器管とは一般に連通され
ており、冷却水が吸収器を通過した後に凝縮器へ
供給される。その冷却水はクーリングタワーなど
で降温され、冷却水ポンプを介して吸収器管へ戻
される。

ところで、吸収器管としての濡壁式の伝熱管に
は、上記したように、散布装置などから散布され
た吸収液を冷却して冷媒蒸気を吸収しやすくする
ために、冷却水が流通される。吸収冷凍機におい
ては、真空タンクなどの容器内に形成された吸収
器に、そのような伝熱管が容器の軸方向に多数配
置され、散布装置から吸収液が散布されると、管
周に付着した吸収液が管内の冷却水で冷却され
る。吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に吸収熱が発
生するが、その熱は伝熱管内の冷却水に持ち去ら
れ、冷媒の吸収が促進される。

その際、吸収液に微量のアルコールが添加され
ていると、吸収液の濃度差により生じる液の対流
撹拌効果（以下、マランゴニ効果という）が促進
され、その結果として、冷媒蒸気の吸収作用もよ
り一層促進される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来の水平管群を有する濡壁式の吸
収器では、吸収器管として平滑管が使用されるこ
とが多い。例えば、その外径は20mm程度、肉厚が
１〜３mm程度のものである。このような平滑管で
は、吸収液が管周を下方に向けて移動する際の抵
抗が小さいので、伝熱面に付着した吸収液は管軸
方向に十分広がることなく管上面から管周方向へ
流下する。このため、伝熱管表面上での液膜の滞
留時間が短く、吸収に必要な気液の接触時間が十
分に確保されない。また、液膜の管軸方向への広
がりが少ないので、液膜厚さの不均一が大きく、
管表面上では濡れないところが生じ、吸収性能が
低下する。

そのようなことを解消し、吸収液の流動や液膜
に撹乱を与えて冷却効果を助長しようとしたもの
の一例として、実公昭46−6708号公報に記載され
た伝熱管がある。これは、平滑管の外面に、管軸
方向に独立した幾つかの広くて浅い凹面部を形成
し、管表面に全体として凹凸が生じるようにして
いる。その凹面部は相互に千鳥配置とされるなど
して、付着した液が管表面を下方へ流動する際
に、その液膜内の流れが凹凸面で撹乱されるよう
に配慮されている。

しかし、凹部以外は平面的であり、上面に滴下
された液が管周に沿つて垂れる流動現象が依然と
して多く、伝熱管表面上の凹部以外では、液膜の
滞留時間が短いために吸収に必要な気液接触時間
が短くなる。したがつて、凹部以外では吸収性能
が低下する欠点がある。

上述と異なる伝熱管として、実開昭57−100161
号公報には、管軸に傾斜した複数の螺旋状の連続
突起を管周に形成させたものが提案されている。
これは、管周方向の流動抵抗を大きくしているも
のの、管軸方向にも螺旋溝に応じた流動抵抗が付
加される。したがつて、液膜の管軸方向への広が
りは十分でなく、液膜厚さにも不均一が生じる。
滞留時間も平滑管に比べて若干改善されるが依然
として短いことに変わりがない。

このため、吸収に必要な気液接触時間が十分に
確保されず、同時に、液の濃度差により生じるマ
ランゴニ効果も小さくなる。したがつて、全体と
しての吸収性能は、平滑管よりも若干改善される
が十分とは言えず、さらに大幅な改善を施す余地
が残されている。

さらに、例えば特開昭55−14425号公報には、
伝熱管の表面に、その管軸に平行した連続突起を
形成した例が開示されている。これによれば、突
起の存在で実質的に熱交換面積を広くし、それに
よつて伝熱管外の高温濃溶液からの受熱量の拡大
を図り、伝熱管内を流れる低温稀溶液の温度上昇
を高めることができる。すなわち、この熱交換作
用は前述した再生器と吸収器との間に配置される
吸収式冷凍機の胴外の熱交換器内で行われる。し
たがつて、上記した連続突起は伝熱管の表面面積
の増大を図るように機能させれば充分なものとな
つている。

なお、実開昭54−39649号公報にも連続突起部
を備えた伝熱管が記載されている。しかし、その
伝熱管は管軸が垂直方向に配置され、凝縮器管と
して使用されるものであつて、伝熱管の内部を流
通する冷却水によつて周囲の蒸気を凝縮させ、そ
れを連続突起部間の谷間に集まる性質を利用し
て、その谷間を流下させ、連続突起部では依然と
して気相との接触を可能にし、凝縮性能を高めよ
うとするものである。

ところで、上記した連続突起部を有する伝熱管
を吸収器管として使用した場合には、その伝熱管
が水平に配置されることから、散布された吸収液
は伝熱面上で液膜を形成するが、その頂部の連続
突起部間に溜まつてしまう。伝熱管表面には上下
方向の流路は確保されていないため、その溜まつ
た吸収液が多くなると、連続突起部を越えてオー
バーフローしながら下部へ流れる。

そのオーバーフローした吸収液の液膜が厚くな
りすぎるので、伝熱管での冷媒蒸気の吸収性能は
低下する。しかも、谷間での吸収液の滞留時間が
長くなりすぎる傾向にあり、吸収性能は一層低下
する。また、流下する吸収液は伝熱管の直下に辿
りつくことなく、下半部に存在する連続突起部に
到達した時点でそれに阻まれ、ただちに直下に位
置する他の伝熱管の表面に滴下することになる。。

このような場合に、伝熱管内を流通する冷却水
で吸収液を冷却することができる時間が短くな
り、熱交換率の低下によつて吸収効果が低下す
る。それのみならず、上方の伝熱管から滴下した
吸収液が下方の伝熱管の頂部に落ちるとは限ら
ず、その側面に落ちた場合には、その伝熱管にお
ける吸収液の冷却は著しく低下する。したがつ
て、その伝熱管での冷媒蒸気の吸収効果も低下す
ることになる。すなわち、各伝熱管における有効
伝熱面積の減少による吸収性能の低下は避けられ
ない。

このように、上述のいずれの例においても、伝
熱管表面に付着した吸収液の伝熱面滞留時間が長
くならず、また、液膜の広がりが少なく液膜厚さ
も不均一となる。さらには、マランゴニ効果が十
分に発揮されずに液の撹拌が弱く、その結果、液
膜内の上層と下層の入れ替わりも頻繁になされな
い。したがつて、液膜内の濃液と冷媒蒸気との接
触が、表面部で冷媒蒸気を吸収してすでに稀液と
なつた吸収液で阻害されることにもなり、吸収器
における冷媒蒸気の吸収効果が十分に発揮されな
い問題がある。

本発明は上述した問題に鑑みなされたもので、
その目的は、冷媒蒸気を吸収する吸収液を、ほぼ
水平に設置された伝熱管の表面にできるだけ長く
滞留させ、かつ、管周のみならず管軸方向へも均
質に拡散させることにより、伝熱管の有する全表
面を活用して吸収液の冷却をすることができると
共に、吸収液がマランゴニ対流により管表面で撹
乱されかつ液膜の均一な広がりを助長し、液膜内
での吸収液の混合も促進することができ、冷媒蒸
気の吸収性能を大幅に向上させることができる吸
収式冷凍機などにおける吸収器用濡壁式伝熱管を
提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、吸収式冷凍機などの蒸発器からきた
冷媒蒸気の漂う吸収器内に濡壁式伝熱管が多段状
に水平に配置され、その濡壁式伝熱管内に冷却水
を流通させると共に、その濡壁式伝熱管に再生器
で濃縮された吸収液を散布し、その散布された吸
収液を前記冷却水によつて冷却することにより、
冷媒蒸気を吸収液に吸収させやすくした吸収器用
濡壁式伝熱管に適用される。

その特徴とするところは、第１図ａおよびｂを
参照して、上記濡壁式伝熱管１には、その管軸１
ａにほぼ平行に延びる断続突起５が濡壁式伝熱管
１の外周囲に多数形成される。その断続突起５が
隣り合う列で位置をずらせて配置されることによ
り、断続突起５と管軸方向に隣り合う断続突起５
との間に平坦部６が形成されると共に、断続突起
５と管周方向に隣り合う断続突起５との間に溝部
９が形成される。そして、上記の平坦部６は、管
周方向の下方側に位置する断続突起５のほぼ中央
に配設されていることである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、管軸にほぼ平行で断続的に延
びる突起を伝熱管の外周囲に多数形成し、管軸方
向に比べて管周方向の流動抵抗を大きくしたの
で、吸収液の濃度差によるマランゴニ対流が主と
して管軸方向に激しく生じ、吸収液の混合が促進
される。断続突起を境界として形成される溝部や
平坦部を介して液膜が管表面全体に広がり、全体
がよく濡れ、液膜厚さの不均一を極めて小さくで
きる。したがつて、液膜の管表面での滞留時間が
長くなり、吸収に必要な気液接触時間を十分に確
保することができる。散布装置もしくは上段の伝
熱管から滴下した液滴は、水面に広がる波紋のよ
うに伝熱面上の液膜を乱し、吸収液の混合がさら
によくなる。伝熱管に付着した吸収液は断続突起
を避けるようにして平坦部をジグザグ移動し、伝
熱管の直下面まで到達することができ、滞留状態
の長期化や、その伝熱管から滴下する吸収液を下
方の伝熱管の頂部へ落として、その伝熱管におい
ても断続突起によつて形成された溝部で吸収液の
滞留時間を長く確保し、これらの現象によつて、
吸収性能が際立つて向上される。

〔実施例〕

以下に、本発明をその実施例に基づいて、詳細
に説明する。

第１図ａおよび第１図ｂは本発明の吸収器用伝
熱管１の一実施例における外観図で、濡壁式で内
部に冷却水が流通するようになつている。この伝
熱管は、外径が例えば20mm程度、肉厚が２mm前後
であり、第４図に示すように、散布装置２の下方
に水平管群３を形成して配置される。

例えば、臭化リチウム水溶液から水が蒸発や凝
縮を繰り返す間に発生する熱の授受により、冷水
を得ることができるようになつている吸収冷凍機
においては、容器内に形成された吸収器の個所
に、濡壁式伝熱管１が設けられる。

散布装置２は吸収器を形成する空間の上部に設
置され、再生器などで凝縮された濃吸収液が散布
され、その液滴が容器の軸と平行に設置されてい
る伝熱管１の表面を伝つて下方の液溜めに落ちる
ようになつている。このような濡壁式の伝熱管１
は、その断面配置として千鳥形などが採用され、
上段の伝熱管から滴下した液が下段の伝熱管に落
下して付着するように比較的密接して多段状に並
べられている。

この伝熱管１の表面には、第１図ａおよび第１
図ｂに示すように、その管軸１ａにほぼ平行で断
続的に延びる突起５が、管の外周囲で全円周にわ
たつて多数形成され、その断続突起５が隣り合う
列で位置をずらせて配置されている。その断続突
起５は、管外径が例えば20mm程度の場合、0.2〜
1.5mm程度の高さを有していれば十分である。し
かし、その寸法の大小は散布される液量や密度に
より適宜選択すればよい。

一方、その断続突起５の幅は概ね高さに等しい
が、突起の断面形が三角状や鋸歯状であつてり、
また丸みを有している場合には、液の挙動を勘案
して各部の寸法を定めればよい。なお、断続突起
５は管軸１ａに対して是非平行でなければならな
いと言うものではないが、管表面に付着した液の
流れ落ちが少なく、吸収液の滞留時間を十分に確
保することができ、所期の目的を達成することが
できる程度の傾斜であれば許容される。

第２図ａおよび第２図ｂから第３図ａおよび第
３図ｂまでは異なる形状の断続突起５が設けられ
た実施例で、管軸１ａ（第１図参照）にほぼ平行
に設けられている。この場合においても、その突
起の高さや幅の決定は上述の実施例の場合と同様
である。

各断続突起５は図示するように一直線状に配列
されていてもよいが、軸方向に隣り合う断続突起
５，５が管周方向に多少ずれていても差し支えな
い。なお、管軸方向で隣り合う二つの断続突起
５，５の間に生じる平坦部６が、他の平坦部と同
一円周上にあると、液がその平坦部６を次々と流
下し、管軸方向への広がりが起こらなくなるの
で、平坦部６の管周方向には必ず他の断続突起５
が存在するように構成しておく。そのようにして
おくと、吸収液は断続突起５を避けてジグザグに
流下することになり、伝熱管表面での吸収液の冷
却効率が向上し、冷媒蒸気の吸収率もよくなる。

すなわち、断続突起５と管軸方向に隣り合う他
の断続突起５との間には平坦部６が形成される
が、それと共に、断続突起５と管周方向に隣り合
う他の断続突起５との間に溝部９が形成される。
そして、平坦部６は、管周方向の下方側に位置す
る他の断続突起５のほぼ中央に配設され、溝部９
のほぼ中央に連なつた恰好とされている。

このような実施例にあつては、以下に説明する
ようにして、吸収性能を向上させることができ
る。

第４図に示すように、散布装置２から臭化リチ
ウムの濃液７が散布されると、多数配置されてい
る伝熱管１のうち上部に位置するものの上面に滴
下する。液は管軸方向にほぼ平行な断続突起５に
よつて流動が阻まれ、その位置で一時的に滞留す
る。その後に管軸方向へ移動することになり、直
ちに管周方向に流れ落ちるのが阻止される。

したがつて、滴下したばかりの吸収能力の高い
液は、断続突起５より上側の溝部９において冷媒
蒸気を吸収するに充分な時間停滞する。先に滴下
して幾らかを吸収した液は後から滴下する液によ
つて押しやられ、断続突起５に沿つて管軸１ａ方
向に広がる。このようにして、一つの断続突起５
の近傍において液膜の滞留時間を長くとることが
でき、吸収に必要な気液接触時間を十分確保する
ことができる。

断続突起５が第１図ａ，ｂから第３図ａ，ｂま
でのように断続的であるので、平坦部６が存在す
る個所まで管軸方向へ流れた時点で、その平坦部
６を通つて下方の断続突起５により形成される溝
部９に移行する。この断続突起５の近傍において
も同じ挙動が起こり、そして、液膜厚さが均一化
されると同時に、前述のように吸収液の濃度差に
より生じるマランゴニ対流が、流動抵抗の小さい
管軸１ａの方向に発生し、吸収液がよく混合され
る。

さらに、吸収液が伝熱管表面で流動していると
きに、上から液が滴下されると、滞留または流動
している吸収液が撹乱される。その際、波紋が広
がるように液膜が動き、その液膜がさらに広が
る。そのとき液膜が乱され、膜内の濃度の異なる
吸収液が層内で上下に入れ替わり、混合がよくな
る。この液の混合現象は、液が断続突起５の間の
平坦部６で曲がるときに突起端部で受ける流れの
乱れによつても生じる。したがつて、上述したよ
うに断続突起５により液膜の伝熱面上の滞留時間
が増加すると共に、液の混合が促進されるため、
吸収液濃度の均一化を図ることができる。

もちろん、付着している液膜が管表面全体に広
がり、しかも、その厚みが不均一となるのが避け
られるので、より一層吸収作用が高まる。なお、
平坦部６を伝わつた吸収液は、伝熱管の下面まで
到達することができる。したがつて、冷却水によ
る吸収液の冷却時間も長くなる。また、伝熱管の
直下面に到達した後滴下するがその下方に位置す
る伝熱管の頂部に吸収液を落とすことができ、そ
の下方の伝熱管においても同様な吸収液の確実な
冷却とそれに伴う冷媒蒸気の吸収作用を十分に発
揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の吸収器用濡壁式伝熱管の一
実施例の端面図、第１図ｂはその正面図、第２図
ａ，ｂから第３図ａ，ｂまでは異なる実施例、第
４図は濡壁式伝熱管の設置図である。 １…伝熱管（濡壁式伝熱管）、１ａ…管軸、５
…断続突起、６…平坦部、７…濃液（濃吸収液）、
９…溝部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸収式冷凍機などの蒸発器からきた冷媒蒸気
   の漂う吸収器内に濡壁式伝熱管が多段状に水平に
   配置され、その濡壁式伝熱管内に冷却水を流通さ
   せると共に、その濡壁式伝熱管に再生器で濃縮さ
   れた吸収液を散布し、その散布された吸収液を前
   記冷却水によつて冷却することにより、冷媒蒸気
   を吸収液に吸収させやすくした吸収器用濡壁式伝
   熱管において、 上記濡壁式伝熱管には、その管軸にほぼ平行に
   延びる断続突起が濡壁式伝熱管の外周囲に多数形
   成され、 その断続突起が隣り合う列で位置をずらせて配
   置されることにより、断続突起と管軸方向に隣り
   合う断続突起との間に平坦部が形成されると共
   に、断続突起と管周方向に隣り合う断続突起との
   間に溝部が形成され、 前記平坦部は、管周方向の下方側に位置する断
   続突起のほぼ中央に配設されていることを特徴と
   する吸収式冷凍機などにおける吸収器用濡壁式伝
   熱管。