JPH06159860A - 吸収器用伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水頭損失を低く抑えつつ、優れた伝熱性能を
確保できると共に、製造が容易で、製造コストの低減等
が図られ得る吸収器用伝熱管を提供すること。 【構成】 管外表面を長手方向に延びる山部４を、管周
方向に湾曲面形状をもって複数条形成すると共に、それ
ら隣接する山部４と山部４の間の谷部６に、それぞれ、
長手方向に延びる溝部８を、管周方向に不連続面で連接
する断面形状をもって設ける一方、谷部６の深さ：ｄを
０．１〜１．０mmとすると共に、該谷部６の深さ：ｄと
山部４の管周方向のピッチ：ｐとの比：ｄ／ｐを０．０
３〜０．０５とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、吸収式冷凍機や吸収式ヒートポ
ンプなどの吸収器内に配管される伝熱管に関するもので
ある。

【０００２】

【背景技術】この種の伝熱管としては、一般に、内外面
が平滑な円形断面の平滑管が採用されているが、かかる
平滑管の伝熱性能は低く、吸収器の高性能化や小型化の
要求に、対処することが難しかった。

【０００３】そこで、本願出願人は、先に、特願昭６３
−３３０７０９号（特開平２−１７６３７８号）におい
て、管外表面を長手方向に延びる複数の山部と谷部を、
管周方向に連続した湾曲面形状をもって交互に形成し、
且つ谷部の深さ：ｄを０．５〜１．５mmとすると共に、
該谷部の深さ：ｄと山部の管周方向でのピッチ：ｐとの
比：ｄ／ｐを０．１〜０．５としてなる吸収器用伝熱管
を、明らかにした。

【０００４】このような伝熱管においては、水平方向に
配置して用いた場合に、管外面に滴下乃至は散布された
吸収液に対して、谷部による管軸方向への流動性向上作
用と、山部による管周方向流下時の攪乱，対流作用とが
発揮されると共に、吸収液の谷部への必要以上の滞留が
防止されるのであり、平滑管に比べて、伝熱性能の向上
が図られ得るのである。

【０００５】ところが、かくの如き構造とされた伝熱管
は、優れた伝熱性能を発揮し得るものの、製造コストが
高く、しかも加工速度が遅いという問題があった。即
ち、このような伝熱管は、一般に、目的とする管外周面
形状のダイスを用いて、円形断面の被加工管を引抜き加
工することによって製造されることとなるが、上述の如
き谷部の深さ：ｄおよび谷部の深さと山部のピッチとの
比：ｄ／ｐの条件を満足しようとすると、通常のφ１６
mmの径のもので、管周方向に１２程の山数となり、ダイ
スのみを用いた空引きでは目的とする管形状を安定して
得ることが困難で、管内周面形状を保持するためのプラ
グが必要となるために、製造設備が複雑となると共に、
加工速度を余り上げることができなかったのである。

【０００６】一方、製造の簡略化による製造コストの低
減と加工速度の向上を図るためには、谷部の深さと山部
のピッチとの比：ｄ／ｐを小さくして、管周方向の山数
を少なくすることが有効であるが、そうすると、伝熱性
能の低下が問題となるのであり、また、伝熱性能の低下
を軽減するために谷部の深さ：ｄを大きくすると、今度
は管路断面積の減少によって冷却水の水頭損失が大きく
なり、冷却水ポンプの容量不足等の問題が惹起されるこ
ととなる。

【０００７】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
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、水頭損失を低く抑えつつ、優れた伝熱性能
を確保することができると共に、製造が容易で、製造コ
ストの低減および加工速度の向上が有利に図られ得る、
新規な構造の吸収器用伝熱管を提供することにある。

【０００８】

【解決手段】そして、かかる課題を解決するために、本
発明は、管外表面に吸収液が滴下または散布され、管内
の冷却水によって管外の吸収液を冷却する吸収器用伝熱
管において、管外表面を長手方向に延びる山部を、管周
方向に湾曲面形状をもって複数条形成すると共に、それ
ら隣接する山部と山部の間の谷部に、それぞれ、長手方
向に延びる溝部を、管周方向に不連続面で連接する断面
形状をもって設ける一方、前記谷部の深さ：ｄを０．１
〜１．０mmとすると共に、該谷部の深さ：ｄと前記山部
の管周方向のピッチ：ｐとの比：ｄ／ｐを０．０３〜
０．０５とした吸収器用伝熱管を、その特徴とするもの
である。

【０００９】

【発明の具体的構成・作用】このような本発明に従う構
造とされた伝熱管では、管外表面に付着されたＬｉＢｒ
水溶液等の吸収液が、谷部を伝わって管軸方向に向って
効果的に流動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。

【００１０】そして、その際、各山部は湾曲面形状をも
って形成されていることから、伝熱管の表面に付着され
た吸収液が、それら山部を越えて管周方向にスムーズに
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、いわゆる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、水蒸気の吸収作用の
向上が図られ得ることとなる。

【００１１】また、かかる伝熱管には、その谷部におい
て、管周方向に不連続面を介して連接している溝部が形
成されており、この溝部の形成部位において、伝熱管表
面を流下する吸収液の液膜厚が、不連続的に変化せしめ
られるようになっている。なお、管周方向に不連続面を
介して連接するとは、山部および谷部の外周曲面と、溝
部の外周面とが、管軸に直角な断面において、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い
う。

【００１２】また、かかる溝部の断面形状は、特に限定
されるものではなく、円弧形やＵ字形，Ｖ字形，コ字形
など、各種の形状が採用され得るが、その内部への吸収
液の不必要な滞留を防止するために、その深さを０．０
５〜０．１５mmに設定することが望ましい。

【００１３】すなわち、かくの如き、谷部に設けられた
溝部によって、管表面を流下せしめられる吸収液の液膜
厚が、管周方向に不連続に変化せしめられるのであり、
それによって、かかる吸収液に対し、山部および谷部に
沿って生ぜしめられるマランゴニー対流（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）の強さが、それら山部と谷部で大
きく異ならしめられる。そして、その結果、山部で発生
するマランゴニー対流と谷部で発生するマランゴニー対
流が強く干渉し合い、管軸方向に大きな攪乱作用が生ぜ
しめられるために、管外表面での熱交換が大いに促進さ
れ、以て熱交換効率の大幅な向上が図られ得るのであ
る。

【００１４】しかも、かかる溝部は、谷部に形成されて
いるから、山部における吸収液の液膜厚と溝部における
吸収液の液膜厚の差が、一層大きくなるのであり、それ
故、吸収液が通常運転時のように所定量滴下していると
きに強いマランゴニー対流が発生するだけでなく、起動
時などで滴下量が少ないときにも液膜厚差が有利に生ぜ
しめられて、有効なマランゴニー対流による効果が発揮
されるといった利点もある。

【００１５】さらに、本発明に係る伝熱管においては、
谷部の深さ：ｄが、０．１〜１．０mmに設定される。こ
こにおいて、谷部の深さ：ｄとは、谷部に形成された溝
部の底面から、該谷部を挟んだ両側に隣接位置する山部
に接する直線に下ろした垂線の長さをいう（図２参
照）。

【００１６】また、本発明に係る伝熱管においては、か
かる谷部の深さ：ｄと山部の管周方向のピッチ：ｐとの
比：ｄ／ｐが、０．０３〜０．０５mmに設定される。こ
こにおいて、山部の管周方向のピッチ：ｐとは、隣接位
置する両山部における頂部間の周方向距離をいう（図２
参照）。

【００１７】すなわち、このように谷部の深さ：ｄが
０．１〜１．０mmに、谷部の深さと山部の管周方向のピ
ッチとの比：ｄ／ｐが０．０３〜０．０５に、それぞれ
限定された、本発明に係る伝熱管にあっては、管周方向
における山部の数が少なく設定されるのであり、それ
故、所要組成の円筒形銅パイプ等を被加工材とし、ダイ
スのみを用いた空引きの引抜き加工など、平滑管と同
様、通常の簡略な異径管加工技術によって容易に、且つ
優れた生産性をもって製造することができるのである。

【００１８】そして、かくの如く、管周方向の山部の数
を少なくしたにも拘わらず、かかる伝熱管においては、
谷部に形成された前記溝部による伝熱性能の大幅な向上
効果によって、伝熱性能の低下が効果的に回避され得、
優れた伝熱性能が発揮され得るのである。なお、かかる
溝部も、上述の山部および谷部の形成と同時に、形成す
ることが可能である。

【００１９】しかも、かかる伝熱管にあっては、谷部の
深さ：ｄが、１．０mm以下に設定されていることから、
伝熱管断面積の減少に起因する冷却水の水頭損失の増大
が防止され得るのであり、それ故、冷却水ポンプの容量
不足等の問題が惹起されるようなこともない。

【００２０】また、それに加えて、谷部の深さ：ｄが、
０．１mm以上に設定されていることから、山部を越えて
管外周面を管周方向に流下する吸収液に対して、有効な
攪乱、対流効果が発揮され得るのであり、更に、かかる
谷部の深さ：ｄが、１．０mm以下に設定されていること
から、谷部および溝部内への吸収液の必要以上の滞留が
回避されると共に、渇き面の発生が防止されて、優れた
伝熱性能が安定して発揮され得るのである。

【００２１】ところで、上述の如き山部および谷部は、
伝熱管の管軸方向に直線的に形成されるものに限定され
るものでなく、管軸方向に螺旋状に形成することも可能
である。なお、その際、山部および谷部の、管軸に対す
る捩れ角が余り大きくなると、山部を越えて流下する吸
収液量が減少するために、一般に、１５°以下に設定す
ることが望ましい。

【００２２】なお、このような螺旋状の山部および谷部
を有する伝熱管は、被加工管たる円筒管とダイスとを、
相対回転させつつ、引抜き加工等を行なうことにより、
製造することができる。

【００２３】

【実施例】以下、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が、本発明がかかる実
施例の記載によって何らの制限をも受けるものではな
く、本発明が、その趣旨を逸脱しない範囲内において、
他の態様によっても実施され得ることが、理解されるべ
きである。

【００２４】先ず、図１及び図２には、本発明の一実施
例である吸収器用伝熱管２が示されている。この伝熱管
２は、ＪＩＳ Ｈ３３００の銅管（外径：φ１６mm，肉
厚：０．６mm）を、ダイスを用いた冷間の空引き加工に
よって引抜き加工したものである。そして、その管外面
には、管軸方向に直線的に延びる山部４および谷部６
が、それぞれ、管周方向に６個づつ形成されている。ま
た、各谷部６の底部には、それぞれ、該谷部６に沿って
延びる溝部８が形成されている。

【００２５】なお、かかる山部４は、Ｒ１＝４mmの曲率
半径を有する円弧形状とされており、ｐ＝８．２５mmの
ピッチをもって、形成されている。また、谷部６は、ｄ
＝０．３３mmの深さで、形成されていると共に、かかる
谷部６の底部に形成された溝部８は、曲率半径Ｒ２＝
０．５mmの円弧形断面形状をもって、深さ：ｈ＝０．０
５mmで形成されている。

【００２６】つまり、本実施例の伝熱管２では、谷部の
深さ：ｄと山部の管周方向のピッチ：ｐとの比：ｄ／ｐ
が、０．０４０に設定されているのである。

【００２７】また、かくの如き本実施例の伝熱管２と比
較するために、谷部の深さ：ｄと山部の管周方向のピッ
チ：ｐとの比：ｄ／ｐを本発明の範囲外に設定した３種
類の伝熱管（比較例１，２，３）を、それぞれ製造、準
備すると共に、一般的な平滑管（比較例４）および特開
平２−１７６３７８号に記載の構造とされた多数条の山
部を有する伝熱管（比較例５）を準備した。これら比較
例としての伝熱管の諸元を、本実施例のものと共に、下
記［表１］に記載する。なお、同表中、管端部とは、伝
熱管を吸収器へ組付けるために管軸方向両端部に設けら
れた円筒状部分をいう。

【００２８】

【表１】

【００２９】そして、本実施例構造の伝熱管２を、有効
長（管端部を除く長さ）：５００mmとして、一列５段の
３５mmピッチで実験用の吸収器に水平にセットし、伝熱
管２の下側のものから５パスで冷却媒体としての冷却水
を流通させる一方、２５０ppm のオクチルアルコールが
添加された吸収液としてのＬｉＢｒ水溶液を、直径：２
mmの滴下穴から最上段の伝熱管２の管外面に滴下して、
かかる構造の伝熱管２について、管外熱伝達率を求め
た。なお、かかる実験では、吸収器へ伝熱管をセットす
るに際し、上より１，３，５段目のものについては谷部
６を鉛直上下方向に位置せしめると共に、同２，４段目
のものについては山部４を鉛直上下方向に位置せしめ
て、隣接位置する伝熱管２，２の谷部６と山部４を鉛直
上下方向に対向位置させた。その他、それ以外の主要実
験条件を、下記［表２］に記載する。

【００３０】

【表２】

【００３１】また、本実施例の伝熱管２と比較するため
に、比較例４の平滑管と、比較例５の従来管とについ
て、それぞれ同様な実験を行ない、管外熱伝達率を求め
た。その結果を、本実施例の伝熱管２についての結果と
共に、図３に示す。

【００３２】かかる図３に示された結果から、本実施例
の伝熱管２は、平滑管（比較例４）に対して４０％程度
高く、従来の多数条の山部を有する伝熱管（比較例５）
と略同等の管外熱伝達率を発揮し得ることが、明らかで
ある。

【００３３】さらに、それぞれ管長が２０００mmとされ
た本実施例の伝熱管２と比較例４の平滑管を直列的に配
管し、その内部に冷却水をポンプで循環させた場合の伝
熱管２の水頭損失（圧力損失）を、比較例４の平滑管の
水頭損失に対する比（水頭損失比）として測定した。な
お、かかる実験に際しての主要条件を、下記［表３］に
記載する。

【００３４】

【表３】

【００３５】また、本実施例の伝熱管２と比較するため
に、比較例１，２，３，５の伝熱管について、それぞれ
同様な実験を行ない、比較例４の平滑管に対する水頭損
失比を測定した。その結果を、本実施例の伝熱管２につ
いての結果と共に、図４に示す。

【００３６】かかる図４に示された結果から、伝熱管に
おける谷部の深さ：ｄと山部の管周方向のピッチ：ｐと
の比：ｄ／ｐと、水頭損失比との関係は、本発明の限定
条件の近傍では略比例関係にあることが認められると共
に、本実施例の伝熱管２にあっては、従来の多数条の山
部を有する伝熱管（比較例５）よりも小さな水頭損失に
抑えられ得、従来の冷却水ポンプで充分に使用可能なこ
とが、明らかである。

【００３７】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
に従う構造とされた伝熱管においては、谷部に形成され
た溝部により、管外表面の山部と谷部とに強さの異なる
マランゴニー対流が発生して強く干渉し合うので、管外
表面での熱交換率が向上して、熱交換効率が大幅に向上
せしめられ得るのであり、それ故、谷部の深さ：ｄが
０．１〜１．０mmで、谷部の深さと山部の管周方向のピ
ッチとの比：ｄ／ｐが０．０３〜０．０５とされて、谷
部の深さが比較的小さく、且つ山部の数が少なく設定さ
れているにも拘わらず、良好なる熱交換効率が発揮され
得るのである。

【００３８】すなわち、かかる伝熱管にあっては、溝部
による熱交換効率の向上効果により、山部の数を少なく
設定するに際し、熱交換効率の確保のために谷部の深さ
を著しく深くする必要がないのであり、谷部の深さの増
加に伴う管路断面積の減少に起因する冷却水の水頭損失
の増大が、効果的に回避され得るのである。

【００３９】そして、それ故、本発明に従う構造とされ
た伝熱管においては、優れた熱交換効率と低い水頭損失
を確保しつつ、山部の数の減少等による形状の簡略化が
達成され得るのであり、それによって、製造の容易化と
加工速度の向上、更に形状安定性の向上が、何れも、有
利に図られ得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての伝熱管を示す斜視図
である。

【図２】図１に示された伝熱管の断面図である。

【図３】図１に示された実施例の伝熱管について管外熱
伝達率を測定・演算した結果を、比較例と共に示すグラ
フである。

【図４】図１に示された実施例の伝熱管について平滑管
の水頭損失を基準とした水頭損失比を測定した結果を、
比較例と共に示すグラフである。

【符号の説明】

２ 伝熱管 ４ 山部 ６ 谷部 ８ 溝部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古川 雅裕 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内 (72)発明者 吉井 一寛 大阪府守口市京阪本通２丁目18番地 三洋 電機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管外表面に吸収液が滴下または散布さ
   れ、管内の冷却水によって管外の吸収液を冷却する吸収
   器用伝熱管であって、 管外表面を長手方向に延びる山部を、管周方向に湾曲面
   形状をもって複数条形成すると共に、それら隣接する山
   部と山部の間の谷部に、それぞれ、長手方向に延びる溝
   部を、管周方向に不連続面で連接する断面形状をもって
   設ける一方、前記谷部の深さ：ｄを０．１〜１．０mmと
   すると共に、該谷部の深さ：ｄと前記山部の管周方向の
   ピッチ：ｐとの比：ｄ／ｐを０．０３〜０．０５とした
   ことを特徴とする吸収器用伝熱管。