JPS61243288A - 吸収器用濡壁式伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は吸収器用濡壁式伝熱管に関し、詳しくは、管軸
にほぼ平行な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などの吸収器に使用さ
れる水平管群を有する濡壁式の伝熱管の分野で利用され
る。

〔従来技術〕

濡壁式の伝熱管は、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易くするために、冷却水が
流通されるようになっている。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、管周に付着した液が管内の冷
却水で冷却される。吸収液が冷媒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のである。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、冷媒の吸収作用
もより一層促進される。

ところで、従来の水平管群を有する濡壁式の吸収器では
、平滑管が使用されることが多く、例えば、その外径は
２０ｍｍ程度、肉厚が１〜３ｍｍ程度のものなどがある
。このような平滑管では、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、伝熱面に付着した液は管軸
方向に十分床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、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
くて浅い凹面部が形成され、管表面に全体として凹凸が
生じるようになっている。その凹面部は相互に千鳥配置
されるなどして、付着した液が管表面を下方に流動する
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っ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
。したがって、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、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。したがって、液膜
の管軸方向への広がりは十分でな（、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。したがって、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、さらに大幅な改善が施される余地が残されて
いる。

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なくて液の撹拌
が弱く、その結果、液膜内の上層と下層の入れ換わりも
頻繁になされない。したがって、液膜内の濃液と冷媒蒸
気との接触が表面部の稀液で阻害さることも多く、吸収
器における冷媒蒸気の吸収効果を十分に発揮させること
ができない問題がある。

〔発明の目的〕゛ 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、冷媒を吸収する吸収液を管表面においてできるだけ
長く滞留させ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
を助長でき、しかも、液膜内での吸収液の混合も促進す
ることができ、吸収性能を大幅に向上させることができ
る吸収器用濡壁式伝熱管を提供することである。

〔発明の構成〕

本発明の特徴とするところを、第１図を参照して説明す
ると、濡壁式の伝熱管１の管軸１ａにほぼ平行で連続的
または断続的に延びる突起４が、伝熱管１の外周囲に多
数形成されている吸収器用濡壁式伝熱管としたことであ
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（ｂ）は本発明の吸収器用伝熱管１
の一実施例外観図で、濡壁式で内部に冷却水が流通する
ようになっている。この伝熱管は、外径が例えば２０ｍ
ｍ程度、肉厚が２ｍｍ前後であり、第５図に示すように
、散布装置２の下方に水平管群３を有して配置される。

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
きるようになっ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、本発明の伝熱管が設けられ
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、
再生器などで濃縮された濃液が散布され、その液滴が容
器の軸と平行に設置されている伝熱管１の表面を伝って
下方の液溜めに落ちるようになっている。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（ｂ）に
示すように、その管軸１ａにほぼ平行で連続的に延びる
突起４が、管の外周囲で全円周にわたってもしくは上半
部などの部分的に多数形成されている。その突起４は、
管外径が例えば２０ｍｍ程度の場合、０．２〜１゜５ｍ
ｍ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され
ればよい。一方、その突起４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ったり、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、突起４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（ｂ）から第４ｆｆｌｆ３３および
（ｂ）までは異なる実施例で、管軸１ａにほぼ平行な突
起５が断続的に設けられている。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２つの突起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突起５が存在するよう
に構成しておくべきである。以上述べたこれらの突起に
より、伝熱面積は前述した径の伝熱管の場合、平滑管に
比べて約１０％増加されることになる。これによっても
伝熱効率がよくなり、内部を流過する冷却水による吸収
液の冷却効果が助長される。

このような実施例にあっては、以下に説明にするように
して、吸収性能を向上させることができる。

第５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
にほぼ平行な突起４の抵抗によって流動が阻まれ、直ち
に管周方向に流れ落ちるのが阻止される。したがって、
その液は突起に沿って管軸１ａ方向に広がり、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。また、同時に突起４が
第１図（ａｌおよび山）のように連続していると、周方
向に並ぶ２つの突起４．４の間の溝部８に滞留する。次
々と液滴が落下して溝部８内の液量が多くなると、その
溝から溢れた液は、突起４を越えて下側の突起との間の
溝部に移動する。突起が第２図（ａ）および（ｂ）から
第４図（ａ）および（ｂ）までのように断続的であれば
、平坦部６が存在する個所にまで広がった時点で、その
平坦部６を通って下方の突起５により形成される溝部９
に移行する。このようにして、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
内で上下に入れ換わり、混合がよくなる。

この液の混合現象は、液が突起４を越えて移行するとき
や、断続的突起５の場合の平坦部６で曲がるときに突起
端部で受ける流れの乱れによっても生じる。したがって
、上述したように突起４や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。その結果、本発明の吸収蒸気量と平滑管の
吸収蒸気量との比率は、第６図に示すように白丸の連続
突起の場合および黒丸の断続突起の場合、ともに約２倍
となる。

〔発明の効果〕

本発明は以上の実施例の詳細な説明から判るように、管
軸にほぼ平行で連続的または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、以下のような現象や作用
が助長される。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。

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。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。これらの
現象などにより、吸収性能が際立って向上され、従来の
平滑管に比べ吸収器を約２倍高性能化することが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌおよび（ｂｌは本発明の吸収器用濡壁式伝
熱管の一実施例、第２図（ａ）および（ｂ）から第４図
（ａ）および中）までは異なる実施例、第５図は濡壁式
伝熱管の設置図、第６図は吸収蒸気量の増加率を説明す
るグラフである。 １−伝熱管、１ａ−管軸、４，５・−突起。 特許出願人　　　　川崎重工業株式会社代理人　弁理士
　吉村　勝俊（ばか１名）第１図 ＠２図 （酌　　　　　　（ｂ） ｖＳ３図 （８）（ｂ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）管軸にほぼ平行で連続的または断続的に延びる突
   起が、伝熱管の外周囲に多数形成されていることを特徴
   とする吸収器用濡壁式伝熱管。