JPH10232067A

JPH10232067A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH10232067A
Application number: JP9035051A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Otomi; 和昭大冨; Minoru Ono; 実小野; Hironobu Taira; 広信平; Yoshinobu Sato; 吉伸佐藤; Tatsuo Nishida; 竜夫西田
Original assignee: NAKAMURA JIKOU KK
Current assignee: NAKAMURA JIKOU KK
Priority date: 1997-02-19
Filing date: 1997-02-19
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】吸収式冷凍機に使用して好適な熱交換器であ
って、プレート型で熱交換効率が高く、小型、低コスト
化を実現する。【解決手段】軸に対して平行若しくは傾斜した多数の
連続又は断続する凹凸条２を有する部分とその上下両端
に凹凸条のない部分を備えた薄肉金属からなる筒状部材
を扁平に変形させた形状の伝熱管１を複数枚、並列に配
置する。凹凸条を有する部分は伝熱面部４を構成し、そ
の内部では凸部同士が交差して接触し、外部表面は微細
な凹凸３を有する粗面となっている。凹凸条のない部分
のうち、下側部分を第１媒体分配部６、上側部分を第１
媒体集合部８とする。第１媒体集合部８には、伝熱面部
４に第２の媒体を散布する第２媒体分配部９を設け、散
布された第２媒体は、微細な凹凸３に沿って横方向に広
がり、伝熱面部４の全表面を均一に濡らしながら流下す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に係り、
特に、吸収冷凍機における蒸発器や吸収器に用いて好適
な熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】まず、吸収冷凍機の一般的構成につい
て、図４を用いて説明する。21は真空容器であり、蒸発
器22、吸収器23、凝縮器24及び低温再生器25が内蔵され
ている。26はポンプ、27は低温熱交換器、28は高温熱交
換器、29は高温再生器、30は分離器である。

【０００３】次に、上記構成の吸収冷凍機の動作につい
て説明する。蒸発器22で蒸発した冷媒(水)蒸気が吸収器
23で液化し、薄くなった低濃度溶液(例えばＬiＢr水溶
液)は、ポンプ26により送られ、低温熱交換器27、高温
熱交換器28で順次熱回収して温度を高め、高温再生器29
に供給される。高温再生器29の加熱源により加熱された
低濃度溶液は、分離器30で濃度を高めた中濃度溶液と冷
媒蒸気とに分離される。

【０００４】中濃度溶液は、高温熱交換器28で低濃度溶
液と熱交換して温度を下げ、低温再生器25に送られ、分
離器30から送られた高温の冷媒蒸気で再加熱されて冷媒
蒸気を発生し、高濃度溶液となる。低温再生器25で蒸発
した冷媒蒸気は凝縮器24に流れ、冷却水により冷却され
て液化する。液化した冷媒は蒸発器22に送られて散布さ
れ、蒸発する際に熱を奪うことにより冷水を得る。

【０００５】一方、低温再生器25で加熱され、低温熱交
換器27で低温の低濃度溶液と熱交換された高濃度溶液は
吸収器23に送られて散布され、冷却水で冷されることに
より、蒸発器22から流れ込んだ冷媒蒸気の熱を奪い液化
する。以上の吸収冷凍機の動作に基いて、蒸発器22で得
られた冷水を冷房等に利用するものである。

【０００６】ここで、蒸発器22や吸収器23は、水路を流
れる冷水や冷却水と、その水路に散布する冷媒液や溶液
との間で熱交換を行って蒸発や液化を行うものであり、
従って、効率のよい熱交換器が要求される。本願発明
は、このような熱交換器を対象とするものである。

【０００７】従来、吸収式冷凍機の蒸発器、吸収器、凝
縮器、低温再生器等の熱交換器は、多数の直管で構成さ
れたシェルアンドチューブ型か、大径パイプをコイル状
に連続曲げした螺旋型のものが使用されていた。しか
し、広い伝熱面を持つプレート型にすると、小型化が可
能になり、かつコスト低減を図ることができるため、幾
つか提案されている。

【０００８】例えば、特開平５−18634号公報に記載さ
れたものは、一枚の薄板を連続的に折り曲げて蛇腹フィ
ンを形成し、その山部と谷部とからなる室の両端部にシ
ール板をろう付けして構成するものである。しかし、薄
板の表面の濡性が悪いため、熱交換効率が非常に低いと
いう問題があった。

【０００９】この欠点を改善するようにした、特開平６
−11209号公報に記載されたものは、蛇腹フィンと側板
とで形成された密閉室の外側フィン間に、エキスパンド
メタルを織金網でサンドイッチした網状体を挿入して冷
媒液あるいは溶液の濡性を持たせたというものである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、蛇腹のプレート上に網状体をろう付け接合
することで濡性の改善はできるが、ろう付けでは、ろう
の量が多いと織金網の毛細管力でろうが吸われるため、
ろう付け後の毛細管力が確保できないところがでるとい
う問題がある。また、薄板を折り曲げ後に網状体をろう
付けするにはそれに必要な治具を用意し、かつろう溜り
のできないろう付け姿勢が必要である。

【００１１】また、熱交換後の冷媒蒸気等の生成物の排
出量も制約を受け、冷媒の供給を増加しても蒸発の促進
が妨げられるので、設計の自由度がなくなる。さらに、
冷却水側の熱伝達率を向上させるには、冷却水の流速を
高める必要があるが、流速を高めると圧力損失が大きく
なり、冷却水のポンプ容量が大きくなって効率の低下を
招く。同様に、エキスパンドメタル等のインナーフィン
を入れても、圧力損失が大きくなる。

【００１２】本発明は、このような従来技術の問題点を
解決するもので、プレート型で熱交換効率が高く、小
型、低コスト化が実現できる、吸収式冷凍機に使用して
好適な熱交換器を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、まず、自然流下液膜の熱伝達率の向上と冷却水の管
内側熱伝達率の向上を図ることが必要である。それに
は、垂直な伝熱プレート表面に薄い液膜を均一に形成さ
せ、熱抵抗を極力小さく保ち、かつ流下を促進しなが
ら、冷媒又は高濃度溶液の多量な供給を可能にすること
である。さらに、管内側の熱伝達率の向上を、圧力損失
をあまり高めないで実現することが望ましい。

【００１４】そこで、本発明の熱交換器は、軸に対して
平行若しくは傾斜した多数の連続又は断続する凹凸条を
有する部分とその上下両端に凹凸条のない部分を備えた
薄肉金属からなる筒状部材を扁平に変形させた形状の伝
熱管を複数枚、一定の間隔を介して並列に配置し、前記
伝熱管における前記凹凸条を有する部分は、その内部で
互いに対向する凸部同士が線状に又は交差して接触し、
外部表面には微細な凹凸を有する粗面になった伝熱面部
を構成し、前記凹凸条のない部分は、下部が第１媒体の
導入管に接続された第１媒体分配部、上部が前記伝熱面
部の内部を通った第１の媒体の排出管に接続された第１
媒体集合部を構成し、前記第１媒体集合部には、微細な
凹凸を有する前記伝熱面部の外部表面を均一に濡らすよ
うに第２の媒体を散布する第２媒体分配部を備えた構成
とする。

【００１５】上記構成によれば、伝熱面部の外部表面に
形成した微細な凹凸は、例えば深さが0.1mm以上で板厚
より浅く、そのピッチは0.2mm以上で毛細管力が作用す
る程度で構成し、媒体の流れ方向に対して横方向に形成
する。従って、散布手段によりその外部表面に散布され
た第２の媒体(冷媒又は溶液)は、垂直に落下しないで微
細な凹凸に沿って横方向に、毛細管力により均一な厚さ
に釣り合うように広がる。このため、蒸発、吸収又は熱
交換が活発に起こる。さらに、第２の媒体の供給量を増
やすと、軸に対して平行若しくは傾斜した多数の連続又
は断続する凹凸条に沿って流れ、下表面へと導かれる
が、このとき、微細な凹凸の毛細管力により、凹条から
凸条へと広がり、その結果、熱交換器の全表面を濡らす
ようになり、自然流下液膜の熱伝達率が著しく向上す
る。

【００１６】前記第２の媒体の自然流下とは逆に、熱交
換器内部では、下側から第１の媒体(冷却水)を導入し上
部から取り出す対向流とし、この管内流路は凹凸条の互
いに対向する凸部同士が交差して接触しているので、低
流速でも容易に渦による乱流が発生し、管内側熱伝達率
の向上を図ることができる。

【００１７】伝熱面部の内部で互いに対向して接触する
凸部同士を溶接又はろう付けにより接合することによっ
て、構造的に堅牢な熱交換器となる。また、伝熱面部の
外部表面の微細な凹凸に代えて、酸化被膜処理を施して
も、表面濡性を得ることができる。

【００１８】また、第２の媒体を散布する第２媒体分配
部は、複数の各伝熱管の第１媒体集合部からシール部で
仕切られた部分を貫通する第２媒体導入管と、前記仕切
られた部分に設けられ第２媒体導入管から流入した第２
の媒体を受ける受け部と、この受け部に溜った第２の媒
体を毛細管現象で伝熱面部の外部表面に取り出す複数の
Ｕ字細管とから構成する。このＵ字細管は、長手方向に
Ｕ溝を設けたステンレス板を、前記Ｕ溝を内側にしてＵ
形に折り曲げ、酸化被膜処理を施して形成することがで
きる。

【００１９】第１媒体集合部と第２媒体分配部との間の
シール部、あるいは第１媒体分配部と外部との間のシー
ル部は、内部で互いに対向する凸部同士をろう付けして
形成する。この場合、溶融したろうが流れ易く、ろう材
の不足により強度的に弱くなる可能性がある。そこで、
ろう付け部に断面が略Ｕ字型若しくは皿状のろう溜り部
を設けた構成とする。

【００２０】さらに、第１媒体分配部と第１媒体導入管
との間、あるいは第１媒体集合部と第１媒体排出管との
間は、繋ぎ管により連結され、かつ、第１媒体分配部と
繋ぎ管及び第１媒体集合部と繋ぎ管とは、断面が円形又
は楕円形の繋ぎ管とそれが挿入されるように円形又は楕
円形に成形された第１媒体分配部及び第１媒体集合部と
の間でそれぞれろう付けする。その場合、第１媒体分配
部及び第１媒体集合部を円形又は楕円形に成形する際
に、互いに対向する面が合する部分に楔形内面が形成さ
れるが、繋ぎ管の方が円形外面のままであると、そこに
略三角形状の大きな隙間ができ、ろうが流れてしまう、
そこで、楔形内面に対応して、繋ぎ管の胴部に同形状の
楔形突起を形成するようにする。これにより、ろう付け
部分の全周にわたってろう付けに適した隙間が形成さ
れ、確実なろう付けが行われる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明
の一実施の形態における熱交換器を示したもので、１は
伝熱管であり、薄肉金属からなる筒状部材を扁平に変形
させた形状を有し、第１の媒体(例えば冷却水)の通路を
形成している。熱交換器は、ここでは、このような伝熱
管１を複数枚、一定の間隔を介して面と面を対向させて
並列配置している。

【００２２】この伝熱管１はそれぞれ、第１の媒体の流
れ方向(下から上へ)に対して多数の連続又は断続する凹
凸条を有する部分とその上下両端に凹凸条のない部分を
備えており、凹凸条を有する部分は、その内部で互いに
対向する凸部同士が交差して接触し、外部表面には微細
な凹凸３を有する粗面になった伝熱面部４を構成し、ま
た凹凸条のない部分は、下部が、外部との間にシール部
16が設けられ、第１の媒体の導入管５と繋ぎ管17により
接続された第１媒体分配部６、上部が、外部との間にシ
ール部18が設けられ、伝熱面部４の内部を通った第１の
媒体の排出管７と繋ぎ管19により接続された第１媒体集
合部８を構成している。さらに、第１媒体集合部８に
は、シール部18により仕切られて、微細な凹凸３を有す
る伝熱面部４の外部表面を均一に濡らすように第２の媒
体を散布する第２媒体分配部９が設けられている。

【００２３】上記のような、軸方向に対して平行若しく
は傾斜した多数の連続又は断続する凹凸条を有する薄肉
金属からなる筒状部材の製造方法については、本発明者
らが先に提案した「熱交換器の伝熱管、伝熱管の製造方
法並びに伝熱管の製造装置：特願平８−114806号」に詳
細に記載してある。

【００２４】図２は、図１のＸ−Ｘ断面を示したもの
で、伝熱面部４の内部で互いに対向して接触する凸部同
士は溶接又はろう付け11により接合されており、十分な
機械的強度を確保している。また、第２媒体分配部９
は、第１媒体集合部８からシール部18(ここでは溶接又
はろう付けによる)で仕切られた部分を貫通する第２媒
体の導入管12と、前記仕切られた部分に設けられ、第２
媒体導入管12から流入した第２の媒体を受ける受け部13
と、この受け部13に溜った第２の媒体を毛細管現象で伝
熱面部４の外部表面に取り出す複数のＵ字細管14とから
なっている。Ｕ字細管14としては、例えば、長手方向に
Ｕ溝を設けたステンレス板を、Ｕ溝を内側にしてＵ形に
折り曲げ、酸化被膜処理を施して作製する。

【００２５】なお、伝熱面部４の外部表面に形成した微
細な凹凸に代えて、酸化被膜処理を施しても表面濡性を
得ることができる。図２における符号15は、受け部13に
おける液面制御用の孔である。

【００２６】次に、本実施の形態における動作を説明す
る。第１媒体(冷却水)は第１媒体導入管５より、複数並
列に配置された繋ぎ管17を経て、伝熱管１の各第１媒体
分配部６に流入、分配され、軸に対して傾斜して配され
た凹凸条２の間隙部を縫って伝熱面部４をそれぞれ上昇
する。伝熱面部４を通った第１媒体は、各伝熱管１の第
１媒体集合部８から、それぞれ繋ぎ管19を経て第１媒体
排出管７に集められ、排出される。

【００２７】一方、第２媒体(冷媒又は溶液)は、第２媒
体導入管12から各伝熱管１の第２媒体分配部９の受け部
13に流入する。受け部13に第２媒体が溜ると、複数配列
したＵ字細管14の毛細管現象により、自動的に外部に流
出し、伝熱面部４に散布される。

【００２８】伝熱面部４では、散布された第２の媒体
が、微細な凹凸３に沿って横方向に、毛細管力により均
一な厚さに釣り合うように広がり、さらに、斜めに形成
した凹条に沿って流下し、かつ裏面にも回り、さらに、
微細な凹凸の毛細管力により、凹条から凸条へと広がっ
て伝熱面部４の全表面を均一に濡らすようになる。この
第２媒体の自然流下の過程において、伝熱面部４の内部
を流れる第１媒体により冷却され、第１媒体と第２媒体
間の効率のよい熱交換が行われる。

【００２９】以上のように構成された本実施の形態にお
いては、垂直な伝熱管の表面に薄い液膜を均一に形成さ
せ、熱抵抗を極力小さく保ち、かつ流下を促進しなが
ら、冷媒又は高濃度溶液の多量な供給を可能にし、さら
に、管内側の熱伝達率の向上を、圧力損失をあまり高め
ないで実現することができる。

【００３０】図３は、図１のＹ−Ｙ断面、即ち、第１媒
体集合部８と繋ぎ管19との接合部及び第１媒体集合部８
と第２媒体分配部９との間のシール部18を示したもので
あり、特に、この部分をろう付けで接合する場合を示し
ている。

【００３１】一般に、複数枚の伝熱管を、１本の第１媒
体排出管が(第２媒体導入管と同様に)貫通するように構
成することも考えられる。この場合、伝熱管の貫通する
部分にはバーリング加工を施して、通した排出管との間
でろう付けするが、複数枚の伝熱管内を流す媒体の量を
１本の排出管に集めるため、排出管の管径が大きくな
り、それだけ伝熱面積を犠牲にすることになる。また、
この場合、バーナーによる手ろう付けでは火口が回らな
いので、炉中で一度に過熱する必要があり、コスト高に
なる欠点がある。

【００３２】そこで、本実施の形態では、断面が円形又
は楕円形に形成された繋ぎ管19を、それと同形状に成形
された各伝熱管１の第１媒体集合部８に挿入してろう付
けを行うようにする。従って、繋ぎ管19の管径は１本の
伝熱管に流れる媒体の量に対応させて、小さくて良いの
で、伝熱面積を最大限活用できる。

【００３３】その場合、第１媒体集合部を円形又は楕円
形に成形する際に、互いに対向する面が合する部分に、
少なくとも２ｔＲ(ｔは板厚)の湾曲部が形成され、楔形
内面８aができる。これに挿入する繋ぎ管19の方が円形
外面のままであると、そこに略三角形状の大きな隙間が
でき、ろうが流れてしまう、そこで、楔形内面８aに対
応して、繋ぎ管19の胴部にも同形状の楔形突起19aを形
成するようにする。これにより、ろう付け部分の全周に
わたってろう付けに適した隙間が形成され、確実なろう
付けが行われる。

【００３４】また、シール部18について見ると、内部で
互いに対向する凸部同士をろう付けして形成する。この
場合、溶融したろうが流れ易く、ろう材の不足により強
度的に弱くなる可能性がある。そこで、ろう付け部に断
面が略Ｕ字型若しくは皿状のろう溜り部を設ける。そし
て、凸部同士の間にろう材を挾み、ろう溜り部に溶融ろ
うが溜る姿勢で上下を簡易治具で押さえ、炉中で過熱す
る。このようにすると、溶融ろうの流れを防止し、信頼
性の高いろう付けができる。

【００３５】なお、第１媒体集合部８と繋ぎ管19及びシ
ール部18について説明したが、第１媒体分配部６と繋ぎ
管17及びシール部16のろう付けについても同様である。

【００３６】実施の形態では、伝熱面部に、軸に対して
傾斜した連続の凹凸条を有する場合を示したが、軸に対
して平行で、また断続した凹凸条であってもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による熱交
換器は、外部表面に微細な凹凸を有すると共に軸に対し
て平行あるいは傾斜した、若しくはジグザグ形状の多数
の連続又は断続する凹凸条を有する薄肉金属の筒状部材
を扁平に変形させた形状の伝熱管を用いたプレート型で
り、２枚の金属板の両側縁部をろう付け等で接合するタ
イプとは異なり、凹凸条が縁部を介して表裏に連続して
いるため、散布された媒体は凹条に沿って流下しかつ縁
部を回って裏面へも流れ、伝熱面部全表面を濡らすの
で、熱交換効率が非常に高く、かつ、小型、低コスト化
を実現することができ、吸収式冷凍機に使用して極めて
好適な熱交換器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における熱交換器の構成
図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ断面図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ断面図である。

【図４】吸収冷凍機の構成図である。

【符号の説明】

１…伝熱管、２…凹凸条、３…微細な凹凸、４…
伝熱面部、５…第１媒体導入管、６…第１媒体分配
部、７…第１媒体排出管、８…第１媒体集合部、
８a…楔形内面、９…第２媒体分配部、 11…溶接又
はろう付け、12…第２媒体導入管、 13…受け部、 14
…Ｕ字細管、 16，18…シール部、17，19…繋ぎ管、
19a…楔形突起。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤吉伸東京都中央区築地３丁目10番10号株式会社中村自工内 (72)発明者西田竜夫東京都中央区築地３丁目10番10号株式会社中村自工内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸方向に対して平行あるいは傾斜した、
若しくはジグザグ形状の多数の連続又は断続する凹凸条
を有する部分とその上下両端に凹凸条のない部分を備え
た薄肉金属からなる筒状部材を扁平に変形させた形状の
伝熱管を複数枚、一定の間隔を介して並列に配置し、前記伝熱管における前記凹凸条を有する部分は、その内
部で互いに対向する凸部同士が線状に又は交差して接触
し、外部表面には微細な凹凸を有する粗面になった伝熱
面部を構成し、前記凹凸条のない部分は、下部が第１媒
体の導入管に接続された第１媒体分配部、上部が前記伝
熱面部の内部を通った第１の媒体の排出管に接続された
第１媒体集合部を構成し、前記第１媒体集合部には、微細な凹凸を有する前記伝熱
面部の外部表面を均一に濡らすように第２の媒体を散布
する第２媒体分配部を備えていることを特徴とする熱交
換器。
【請求項２】伝熱面部の内部で互いに対向して接触す
る凸部同士が溶接又はろう付けにより接合されているこ
とを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】微細な凹凸に代えて、伝熱面部の外部表
面に酸化被膜処理が施されていることを特徴とする請求
項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】第２の媒体を散布する第２媒体分配部
は、複数の各伝熱管の第１媒体集合部からシール部で仕
切られた部分を貫通する第２媒体導入管と、前記仕切ら
れた部分に設けられ前記第２媒体導入管から流入した第
２の媒体を受ける受け部と、該受け部に溜った第２の媒
体を毛細管現象で伝熱面部の外部表面に取り出す複数の
Ｕ字細管とからなることを特徴とする請求項１，２又は
３記載の熱交換器。
【請求項５】Ｕ字細管は、長手方向にＵ溝を設けたス
テンレス板を、前記Ｕ溝を内側にしてＵ形に折り曲げ、
酸化被膜処理が施されていることを特徴とする請求項４
記載の熱交換器。
【請求項６】第１媒体集合部と第２媒体分配部との間
のシール部及び、又は第１媒体分配部と外部との間のシ
ール部は、内部で互いに対向する凸部同士がろう付けさ
れており、そのろう付け部には断面が略Ｕ字型若しくは
皿状のろう溜り部が設けられていることを特徴とする請
求項１又は４記載の熱交換器。
【請求項７】第１媒体分配部と第１媒体導入管との間
及び、又は第１媒体集合部と第１媒体排出管との間は繋
ぎ管により連結され、かつ、前記第１媒体分配部と繋ぎ
管、前記第１媒体集合部と繋ぎ管とは、断面が円形又は
楕円形の繋ぎ管とそれが挿入されるように円形又は楕円
形に成形された第１媒体分配部又は第１媒体集合部との
間でそれぞれろう付けされており、前記第１媒体分配部
又は第１媒体集合部が円形又は楕円形に成形される際に
互いに対向する面が合する部分に形成される楔形内面に
対応して、ろう付けに適した隙間が形成されるように、
前記繋ぎ管の胴部に楔形突起が設けられていることを特
徴とする請求項１記載の熱交換器。