JPH11132683A

JPH11132683A - 吸収冷温水機

Info

Publication number: JPH11132683A
Application number: JP29670497A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Kawamura; 浩伸川村; Akira Nishiguchi; 章西口; Tomihisa Ouchi; 富久大内; Mitsuyuki Uchimura; 満幸内村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-10-29
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1999-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】吸収冷温水機の例えば蒸発器の熱交換器に搭載
される伝熱管において、伝熱管の外側伝熱面の濡れ性の
向上とともに、コスト低減を図ることができる吸収冷温
水機を提供する。【解決手段】伝熱管１の外側伝熱面の軸方向に複数の溝
を加工する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空気調和装置等に
用いられる吸収冷温水機に係り、特に伝熱管の外側伝熱
面の濡れ面積を向上させるようにした吸収冷温水機に関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸収冷温水機は、冷房運転時において、
吸収器で低濃度となった溶液が高温再生器と低温再生器
に送られる。低濃度の溶液は、加熱源により高温再生器
で加熱することで分離された冷媒蒸気と、低温再生器で
高温再生器からの冷媒蒸気で加熱することにより分離さ
れる冷媒蒸気とが、凝縮器に導かれ凝縮器の熱交換器内
を流れる冷却水で冷却され液化凝縮し、液化凝縮した冷
媒が蒸発器内の熱交換器に散布することで、熱交換器内
を流れる水と熱交換して蒸発気化する。このときの蒸発
潜熱を利用して水を冷やしている。

【０００３】したがって、吸収冷温水機の蒸発器のよう
に散布装置から冷媒が散布されるような熱交換器で熱交
換を効率良く行うためには、散布された冷媒が熱交換器
を構成する伝熱管の外側伝熱面を、常に冷媒で濡れてい
る状態にする必要がある。

【０００４】例えば、特開平9−61015号公報の技術で
は、縦型円筒状に巻いた銅パイプの外側伝熱面に、同一
角度に傾斜した多条の斜溝を、傾斜溝同士が交差するよ
うに両方向に冷間鍛造で加工したものがある。

【０００５】また、特開平8−210729 号公報の技術で
は、平面を伝熱面とした熱交換器の外側伝熱面に複数の
溝を形成し、複数の溝は交差するように配置されるよう
にエッチングで加工されたものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
9−61015号公報の技術に関しては、銅パイプの外側伝熱
面に設ける同一角度に傾斜した多条の斜溝が、傾斜溝同
士を交差させるために、一方向の斜溝を転造した後に、
続いて他方向の斜溝を転造も必要となるため、コスト高
となってしまう。

【０００７】特開平8−210729 号公報の技術に関して
は、伝熱管ではなく平面を伝熱面とした場合であるが、
エッチング加工により複数の溝が交差するように加工さ
れるため、エッチング加工のための前処理等が必要とな
る。また、プレートタイプに関する内容であり、伝熱管
への展開となると、エッチング加工された平板をシーム
溶接等の工程が必要となるので、さらにコスト高となっ
てしまう。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決するためになされたもので、その目的は、吸収冷温
水機を構成する蒸発器，吸収器，凝縮器，低温再生器の
各熱交換器において、熱交換器内を流れる媒体と熱交換
器外側伝熱面を流下する媒体との熱交換を効率的に行う
ために、熱交換器を構成する伝熱管の外側伝熱面の濡れ
性の向上を低コストで実現できる吸収冷温水機を提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は、高温再生
器，低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器，高温熱交換
器，低温熱交換器を動作的に配管で接続した吸収冷温水
機において、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器の少
なくとも１つは、伝熱管の外側伝熱面に、複数の溝を伝
熱管の軸方向に設けたことにより達成される。

【００１０】また、伝熱管の軸方向に設けた溝は、溝幅
を０.１〜０.５mmとするとともに、伝熱管の外側の円周
の２〜７割が溝となるように配置することにより達成さ
れる。

【００１１】また、伝熱管の軸方向に設けた溝の深さ
は、伝熱管の外径と内径の半径の差の１／２以下とする
ことにより達成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
により説明する。先ず図７のサイクルフロー図により吸
収冷温水機の構成と動作について説明する。吸収冷温水
機は、高温再生器１０１，低温再生器１０２，凝縮器１
０３，蒸発器１０４，吸収器１０５，低温熱交換器１０
６，高温熱交換器１０７の７つの熱交換器要素と吸収溶
液を循環するための溶液ポンプ８とこれらを結ぶ配管か
ら構成されている。

【００１３】冷房運転の動作について説明する。冷房運
転時には、外部熱源により加熱された高温再生器１０１
の溶液を濃縮して発生した冷媒蒸気は、低温再生器１０
２内の熱交換器１０２ａに導かれて低温再生器１０２の
溶液を加熱濃縮し冷媒蒸気を発生させて凝縮液化し凝縮
器１０３に流入する。低温再生器１０２で発生した冷媒
蒸気は凝縮器１０３に導かれ熱交換器１０３ａ内に通水
される冷却水で冷却されて凝縮液化し、高温再生器１０
１からの冷媒とともに蒸発器１０４に送られる。

【００１４】蒸発器１０４の液冷媒は、蒸発器１０４内
の熱交換器１０４ａに散布され、熱交換器１０４ａ内を
流れる水と熱交換して蒸発気化し、吸収器１０５に流入
する。その際の蒸発潜熱により冷房作用を発揮する。吸
収器１０５では、高温再生器１０１および低温再生器１
０２で濃縮された濃溶液が吸収器１０５内の熱交換器１
０５ａに散布され、熱交換器１０５ａ内を流れる冷却水
で冷却されて蒸発器１０４からの冷媒蒸気を吸収して希
溶液を生成する。

【００１５】吸収器１０５の希溶液は溶液ポンプ１０８
により低温熱交換器１０６を経由して二分され、一方は
低温再生器１０２に供給され、他方はさらに高温熱交換
器１０７を経由して高温再生器１０１に供給される。以
上のように冷房サイクルが構成される。

【００１６】暖房運転の動作を冷房運転との違いについ
て説明する。暖房運転時には、冷却水を吸収器１０５お
よび凝縮器１０３に通水しないため、凝縮器１０３にお
いて低温再生器１０２から導かれた冷媒蒸気は凝縮液化
せず高温のまま蒸発器１０４に送られる。また、冷暖切
替弁１１０を開くことにより、高温再生器１０１から高
温の溶液と冷媒蒸気が直接吸収器１０５に導かれる。吸
収器１０５では冷却されず冷媒蒸気が蒸発器１０４に送
られ、凝縮器１０３からの冷媒蒸気とともに、蒸発器１
０４内の熱交換器１０４ａ内を流れる温水を加熱する。
以上のように暖房サイクルが構成される。

【００１７】図１は、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸
収器の熱交換器要素の、本発明に関する熱交換器を構成
する伝熱管の一実施の形態を示すもので、複数の溝を有
する伝熱管１、伝熱管１の外側伝熱面に複数の溝２を設
けている。複数の溝２は、伝熱管１の軸方向に配置され
るとともに、円周方向に同じ間隔で規則的に配置され
る。

【００１８】次に、図２により図１に示す伝熱管１に設
けた複数の溝２の詳細について説明する。図２は、図１
に示す伝熱管１のＡＡ断面を拡大した一部分を示す図で
ある。Ｈは伝熱管１の全肉厚、ｈは伝熱管１に加工され
た溝２の深さ、ｔは伝熱管１に加工された溝２の底面か
らの底肉厚、Ｗは伝熱管１に加工された溝２の幅を示
す。複数の溝２は、伝熱管１の管軸方向に規則的に加工
され、設計条件により伝熱管１の管外円周の２〜７割が
溝２となるように溝２の数が決定する。溝深さｈは、伝
熱管１の全肉厚Ｈの１／２以下とし、溝幅Ｗは、０.１
〜０.５mmとする。

【００１９】また、溝深さｈを伝熱管１の全肉厚Ｈの１
／２以下としたが、具体的には0.1〜０.３mm が有効な
溝深さｈとなる。それは、コスト低減の点からは、溝深
さｈを０.１〜０.３mmと小さくすることで加工費を低減
するとともに、溝深さｈを０.１〜０.３mmと小さくする
ことで伝熱管１の底肉厚ｔを強度や腐食しろ等の点から
十分に確保しつつも、加工前の伝熱管１の肉厚を薄くで
き、さらに加工後の伝熱管１の単位長さ当たりの重さを
小さくするためである。

【００２０】次に、上記本実施の形態の伝熱管１を蒸発
器の熱交換器に搭載した場合の濡れ性について説明す
る。蒸発器の場合、伝熱管１の外側伝熱面に冷媒が散布
されると、冷媒は複数の伝熱管１の外側伝熱面において
蒸発気化しながら流下し、伝熱管１の内側を流れる水と
熱交換する。このとき、蒸発器の熱交換器に上記本実施
の形態の伝熱管１を搭載することより、散布装置から散
布された冷媒は、伝熱管１の溝２に入り毛細管現象によ
り伝熱管１の軸方向に拡がり、濡れ性が向上し、伝熱管
１の外側伝熱面を有効に利用することができる。

【００２１】そこで、伝熱管１の軸方向に加工される溝
２が、伝熱管１の外側伝熱面の濡れ性に大きく寄与する
ことから、伝熱管１の軸方向に加工される溝２の数が５
０本で性能不足となった場合には、伝熱管１の軸方向に
加工される溝２の数を増やし、例えば１００本とする。
これにより、伝熱管１の外側円周に対する溝２の割合が
倍になるため、溝２の数に比例して伝熱管１の外側伝熱
面の濡れ面積を増加させることができ、伝熱管１の外側
伝熱面を流下する冷媒と伝熱管１の内側を流れる水との
熱交換がより一層効率良く行われ、伝熱性能の向上が期
待でき性能不足を解消することができる。

【００２２】しかし、伝熱管１の外側伝熱面に配置する
複数の溝２を、上記本実施の形態の溝幅Ｗ，溝深さｈ、
および伝熱管１の外側円周に対する溝２の割合の範囲外
の寸法にすると以下の原因により、伝熱管１の外側伝熱
面を流下する冷媒と伝熱管１の内側を流れる水との熱交
換が、十分に行われず高い性能を得ることができない。

【００２３】図３と図４は、厚さ１mmの銅板に溝を切削
により加工し、溝の深さと幅をパラメータとして、溝加
工部の面には水を滴下し、裏側からヒータにより加熱し
たときの実験結果である。図３は溝深さと幅の寸法を同
じにして変化させたときの、水の蒸発量を示した図であ
る。図４は溝深さを一定にして、溝幅の寸法を変化させ
た場合の水の蒸発量を示した図である。

【００２４】図３に示す実験結果から、溝深さと幅が
０.３mm 付近で蒸発量のピークがあることがわかる。ま
た、溝深さと幅が０.１mm未満の場合と０.５mmを超えた
場合には、水の蒸発量が大幅に減少して０に近い値とな
っている。

【００２５】したがって、水の蒸発量がピークとなる溝
深さと幅０.３mm 付近を対称に、溝深さと幅が０.１mm
未満で０.５mmを超えると水の蒸発量の減少率が大きく
なるので、水の蒸発に関して溝深さと幅が同じ場合に
は、０.１〜０.５mmの範囲が有効な溝寸法となる。

【００２６】次に、図４の実験結果から、溝深さを０.
１mm一定とした場合、溝幅を０.１mmより大きく０.２mm
付近にすることで水の蒸発量が増加することがわか
る。しかし、溝幅を０.２mm 以上にすると水の蒸発量が
減少していく結果となった。溝深さが０.３mmの場合
も、溝深さ０.１mmの場合と同様の傾向を示している
が、溝幅が溝深さと同じ０.３mm 付近で水の蒸発量がピ
ークとなり、溝深さより大きい溝幅０.４mm で減少して
いる。

【００２７】したがって、溝深さが０.３mm 以下の範囲
において、溝幅を溝深さより若干大きくすることで、溝
深さと幅が同じ場合より水の蒸発量を増加させることが
できる。

【００２８】ここで、水の蒸発量が多いということは、
伝熱性能が高いということを示している。

【００２９】以上から、実験結果および溝を加工するた
めの裕度を考慮して、溝の寸法に関しては、溝深さが
０.１〜０.３mm、溝幅が０.１〜０.５mmまでが伝熱性能
の向上には有効な寸法となる。

【００３０】次に、図３と図４の実験結果から、溝深さ
ｈと伝熱性能について説明する。伝熱管１の溝２の溝深
さｈの寸法を０.３mm を超えて設定すると、溝２に入っ
た冷媒の液膜も溝深さｈと同様に０.３mm を超えて、厚
い液膜を形成する。液膜が０.３mm を超えて厚くなる
と、厚い液膜が熱抵抗となるため、冷媒の蒸発が促進さ
れず図３に示す通り水の蒸発量が低下する。すなわち、
熱交換に寄与しない無効冷媒が生じ、伝熱管１の外側伝
熱面が良好に濡れていても高い性能を得ることができな
くなる。

【００３１】逆に、伝熱管１の溝２の溝深さｈの寸法を
０.１mm 未満で設定すると、溝２に入った冷媒の液膜も
溝深さｈと同様に０.１mm 未満となり、薄い液膜を形成
する。液膜が０.１mm 未満で薄くなると、溝２で冷媒が
流れる流路面積が小さく蒸発量に対して冷媒が供給不足
となり、常に乾いている伝熱面ができることから、液膜
が厚くなりすぎる場合と同様に、蒸発できない冷媒が無
効冷媒となり熱交換に寄与しないため、高い性能を得る
ことができなくなる。

【００３２】また、溝幅Ｗに関しては、０.１mm未満に
なると、溝深さｈが例えば０.３mm付近に設定した場合
に、液膜が０.３mmと厚くなって、０.３mmの溝深さｈで
保持する冷媒量に比べて蒸発面である溝幅Ｗが小さすぎ
るため、蒸発が促進されず、図４に示すように水の蒸発
量が低下する。逆に溝幅Ｗが０.５mm を超えると、伝熱
管１の外側伝熱面を流下している冷媒を保持することが
できないため、毛細管現象による伝熱管１の外側伝熱面
の濡れ性を向上させることができず、溝２が濡れ性向上
の有効な手段とならない。

【００３３】また、伝熱管１の外側円周に対する溝２の
割合が２割未満の場合を考える。例えば管外径１６mmの
伝熱管１に溝幅Ｗが０.１５mm 、溝２の本数を５０本と
すると、伝熱管１の外側円周に対する溝２の割合が約１
５％となるが、このような場合には、伝熱管１の溝２で
保持できる冷媒量が少なくなりすぎて、高い性能を得る
ことができない。

【００３４】逆に、伝熱管１の外側円周に対する溝２の
割合が７割を超える場合を考える。例えば管外径１６mm
の伝熱管１に溝幅Ｗが０.３mm 、溝２の本数を１２０本
とすると、伝熱管１の外側円周に対する溝２の割合が約
７２％となるが、このような場合には、溝２同士の間の
未加工部の寸法が約０.１mm と小さくなりすぎて加工が
困難となるため、図２に示すような溝２の形状に加工す
ることができなくなる。

【００３５】このように、上記の本実施の形態のように
伝熱管１の軸方向に配置される複数の溝２は、溝幅Ｗを
０.１mm〜０.５mm、溝深さｈを０.１〜０.３mm、伝熱管
１の円周に対する溝２の割合を２〜７割であることが、
伝熱管１の外側伝熱面の濡れ性の向上とともにコスト低
減を図るための有効な手段となる。

【００３６】次に、図５により伝熱管１の外側伝熱面を
流下する冷媒の流れについて説明する。散布装置（図示
せず）から散布された液滴３は、１本目の伝熱管１に散
布される。１本目の伝熱管１に散布された液滴３は、ま
ず伝熱管１の液滴３が散布された箇所で溝２に入り、毛
細管現象で伝熱管１の軸方向に展開するとともに、伝熱
管１の外側伝熱面を流下する。流下する冷媒は、それぞ
れ通過する溝２において伝熱管１の軸方向に毛細管現象
を利用して拡がり、伝熱管１の外側伝熱面の濡れ性を向
上させ、図５に示すように濡れ面積４が形成され１本目
の伝熱管１の外側伝熱面を良好に濡らすことができる。

【００３７】２本目においては、１本目の伝熱管１の外
側伝熱面を良好に濡らすことで、１本目の伝熱管１の下
端から複数の冷媒の液滴が左右に揺れながら、不規則に
２本目へ冷媒が滴下され、滴下された冷媒は１本目と同
様に、それぞれ冷媒が滴下された箇所から伝熱管１の軸
方向に拡がりながら流下するので、伝熱管１の外側伝熱
面を良好に濡らすことができる。

【００３８】してがって、３本目以降に関しても、２本
目の場合と同様に冷媒を滴下する側の伝熱管１の外側伝
熱面が良好に濡れることで、冷媒の複数の液滴が左右に
揺れながら、不規則に冷媒を滴下される側の伝熱管１へ
冷媒が滴下され、滴下された冷媒は冷媒を滴下する側の
伝熱管１と同様に、それぞれ冷媒が滴下された箇所から
伝熱管１の軸方向に拡がりながら流下するので、伝熱管
１の外側伝熱面を良好に濡らすことができる。

【００３９】図５は、説明の都合上濡れ面積４の範囲が
限定されているが、実際には設計条件に合わせて散布箇
所のピッチを適切に設定することで、隣接する冷媒の散
布箇所が、濡れ面積４の切れ目付近同士で重なり合うよ
うになるので、伝熱管１の外側伝熱面の軸方向全域にわ
たって良好に濡らすことができる。

【００４０】なお、上記本実施の形態の伝熱管１に加工
する複数の溝２の形状に関しては、図２に示す溝２の形
状に特に限定されたものでなく、図２に示す溝深さｈ，
溝幅Ｗの寸法が上記本発明の範囲内であれば、加工方法
や加工治具等により図６に示すような形状に変更して
も、本実施の形態とほぼ同様の動作と効果を得ることが
できる。

【００４１】また、加工方法に関しては、図２と図６に
示す溝２の形状であるとともに、溝２は伝熱管１の軸方
向のみの加工であり加工が容易であることから、転造や
切削加工など特に限定はなく、加工方法によらず図２及
び図６に示す形状となれば本実施の形態のような同様の
動作と効果を得ることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
蒸発器の熱交換器に複数の溝２を軸方向に加工した伝熱
管１を搭載することにより、散布装置から散布された冷
媒が、伝熱管１の溝２において毛細管現象を利用して軸
方向に拡がりながら流下するので、伝熱管１の外側伝熱
面の濡れ性を向上させることができる。その結果、伝熱
管１の伝熱面積を有効に利用することができ、伝熱管１
の外側伝熱面を流下する冷媒と伝熱管１の内側を流れる
水との熱交換が効率良く行われる。

【００４３】さらに、伝熱管１へ加工する溝２の寸法を
小さく抑えるとともに、軸方向のみへの加工とすること
で、コスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる伝熱管の一実施の形態を示す図
である。

【図２】図１の伝熱管の断面拡大図である。

【図３】銅板に溝を加工したときの溝の寸法をパラメー
タとしたときの水の蒸発量を示す特性図である。

【図４】図３の実験データとパラメータを変えた他の特
性図である。

【図５】伝熱管の外側伝熱面を流下する冷媒の状況を示
す図である。

【図６】図２の変形例を示す部分断面図である。

【図７】本発明の実施例である吸収冷温水機のサイクル
フロー図である。

【符号の説明】

１…伝熱管、２…溝、ｈ…溝深さ、Ｗ…溝幅。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者内村満幸茨城県土浦市神立町603番地株式会社日立製作所土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発
器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配
管で接続し、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器の少
なくとも１つは伝熱管の外側伝熱面に互いに平行な複数
の溝を伝熱管の軸方向に設けた吸収冷温水機において、前記伝熱管の外側伝熱面の溝の断面形状は矩形形状であ
るとともに、前記溝の溝幅が０.１mm〜０.５mmであり、
前記伝熱管の外側伝熱面の２割〜７割が前記溝となるよ
うに配置し、前記伝熱管に設けた前記溝の深さを前記伝
熱管の外径と内径の差の１／２以下としたことを特徴と
する吸収冷温水機。
【請求項２】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発
器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配
管で接続し、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器の少
なくとも１つは伝熱管の外側伝熱面に互いに平行な複数
の溝を伝熱管の軸方向に設けた吸収冷温水機において、前記伝熱管の外側伝熱面の溝の断面形状は半円形状であ
るとともに、前記溝の溝幅が０.１mm〜０.５mmであり、
前記伝熱管の外側伝熱面の２割〜７割が前記溝となるよ
うに配置し、前記伝熱管に設けた前記溝の深さを前記伝
熱管の外径と内径の差の１／２以下としたことを特徴と
する吸収冷温水機。
【請求項３】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発
器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配
管で接続し、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器の少
なくとも１つは伝熱管の外側伝熱面に互いに平行な複数
の溝を伝熱管の軸方向に設けた吸収冷温水機において、前記伝熱管の外側伝熱面の溝の断面形状は台形形状であ
るとともに、前記溝の溝幅が０.１mm〜０.５mmであり、
前記伝熱管の外側伝熱面の２割〜７割が前記溝となるよ
うに配置し、前記伝熱管に設けた前記溝の深さを前記伝
熱管の外径と内径の差の１／２以下としたことを特徴と
する吸収冷温水機。
【請求項４】高温再生器，低温再生器，凝縮器，蒸発
器，吸収器，高温熱交換器，低温熱交換器を動作的に配
管で接続し、低温再生器，凝縮器，蒸発器，吸収器の少
なくとも１つは伝熱管の外側伝熱面に互いに平行な複数
の溝を伝熱管の軸方向に設けた吸収冷温水機において、前記伝熱管の外側伝熱面の溝の断面形状は三角形状であ
るとともに、前記溝の溝幅が０.１mm〜０.５mmであり、
前記伝熱管の外側伝熱面の２割〜７割が前記溝となるよ
うに配置し、前記伝熱管に設けた前記溝の深さを前記伝
熱管の外径と内径の差の１／２以下としたことを特徴と
する吸収冷温水機。