JPS624638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は種々の熱交換器、例えば凝縮器あるい
は復水器などに使用される伝熱管に関するもので
ある。

一般に蒸気の如き作動流体を循環させる動力を
発生せしめる発電プラントや、物質を精製する化
学プラントや、物質を回収する工場等において
は、蒸気を液体にする凝縮器が使用されている。

従来、この種のプラントに使用されている凝縮
器の伝熱管は平滑な面を有するものや、円管外面
に管の長さ方向にわたつて垂直に又は螺旋状にフ
インをつけたフイン管を水平の管群に使用したも
のが多かつた。しかし、これらの管の表面に蒸気
が凝縮した場合の凝縮熱伝達係数はそれほど大き
くなく、このために所望の凝縮量を得るためには
非常に多くの伝熱面を要していた。その理由は次
の事実による。即ち、伝熱管の凝縮熱貫流係数を
大きく左右する因子は一般にその伝熱管の金属材
料固有の熱伝導率の大小や、冷却媒体側の熱伝達
状況などよりも、伝熱管に凝縮する液膜の熱伝達
性が悪いことによる熱伝達阻害作用にある事が知
られて居る。従つて、これらの熱伝達阻害要因で
ある凝縮液膜を薄くして伝達性能を向上せしめ、
伝熱管の所要数量を小にし設備コストや設置面積
等を減少せしめようとする試みが種々提案されて
いる。たとえば、伝熱管の内面および外面、また
は片面のみに、伝熱管の長さ方向に沿つて平行に
多数の縦縞をつけたフルーテツド管が開発されて
いる。たとえば特公昭44―5528号公報に記載のも
のがその一例である。この種の伝熱管は、凝縮量
が少ない場合には、従来の平滑な表面の伝熱管
や、フインを設けた伝熱管よりも性能が良い。し
かし、凝縮量が多くなると、凝縮液が膜になるた
め、特に伝熱管の下方部においてはその膜が厚く
なるため、伝熱管の表面に縦縞を設けた意味が減
殺され、凝縮の性能が著しく低下する欠点があ
る。そのため、フルーテツド管を凝縮量の多い凝
縮器に使用する場合には、従来の平滑管やフイン
管と同様に種々の工夫を必要とする。このため、
その製作に多くの工数を要する欠点がある。

また、最近、コルゲート管と称する表面に右ネ
ジ方向に傾斜溝を形成した伝熱管が開発されてい
る。たとえば特公昭47―27166号公報に記載のも
のが公知である。このコルゲート管は、溝の傾斜
角度が６゜〜９゜即ち外径25.4mmの管でピツチ８
〜12mmの範囲の既存の管を水平に配置して使用す
る場合には多少効率が良いが、コルゲート管を垂
直に配置した場合には、従来の平滑管の効率とさ
して差がなく、性能が低下する欠点がある。

また、伝熱管の表面に格子状の微細な溝を形成
したものも提案されている。特開昭51―24965号
公報を参照のこと。この場合は、溝が微細である
のみならず、溝と溝との間隔が高密度であり、伝
熱面積に難点がある。

本発明の目的は、前述のような従来技術にみら
れる諸欠点を解消して、伝熱管を垂直に配置した
場合においても著しく効率の良い伝熱管を提供す
ることにある。

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施例
を説明する。

まず第１図および第２図に示した本発明による
伝熱管を説明する。伝熱管１の外表面には左ネジ
の方向に傾斜した細長い傾斜溝２が形成してあ
る。この実施例においては、傾斜溝２は多数のピ
ツチにわたつて連続して形成してある。傾斜溝２
の間隔は必要に応じて伝熱管１の位置により変化
させてもよい。例えば、伝熱管１を垂直配置した
とき、その下方部における間隔が長くなるように
構成できる。また、傾斜溝２は、所定の傾斜角度
Ａで左ネジの方向に形成されているため、360゜
のどの視点から見た場合でも、伝熱管１を垂直に
配置したとき、傾斜溝２は右下りに傾斜してい
る。

実験によれば、フレオンガスR₁₁₃の場合、傾斜
溝２の水平面に対する傾斜角Ａはたとえば32゜前
後に設定し、ピツチＰは伝熱管１の外径Ｄが25.4
mmの場合に50mm前後に設定した時、望ましい結果
が得られた。また、水の場合は、フレオンガス
R₁₁₃の場合に比較して伝熱性能上望ましい傾斜角
度が大巾に小さくなることが判明した。傾斜溝２
の深さは使用状況によつて相当に相違するが、１
〜３mmにした場合に比較的好ましい結果が得られ
た。傾斜溝２の形状は凝縮液が伝熱面からそれら
の傾斜溝２内に引き込まれやすいように伝熱面と
傾斜溝の上端とのつながり部は角のない様にし、
凝縮液が流れやすいように傾斜溝の断面形状は円
弧や楕円弧にするのが好ましい。

前述の伝熱管の作用について説明する。一般的
に言つて、蒸気が垂直配置の平滑な円管外周面上
で凝縮する場合には、凝縮液は上方より下方に向
つて徐々に厚さを増す。伝熱管の下方に行くにし
たがつて凝縮熱伝達係数が小さくなる。そして、
伝熱管の外周面に形成された凝縮液は、凝縮量が
多くなると、伝熱管の外周面を左ネジの方向に旋
回しながら流下する性質を有する。これは流動す
る凝縮気体雰囲気や伝熱管表面の凝縮液体がその
表面張力や伝熱管材料の有する性質並びにフアン
デルワールス・力の影響を受けつつ凝縮，凝集の
後、伝熱管壁を自然流下する時、地球自転による
コリオリの力などの影響によるベクトル力を受け
る事が原因であると考えられる。伝熱管の表面に
形成された凝縮液の流下にはこのような性質があ
るため、従来の伝熱管のように伝熱管表面に縦縞
や右ネジの方向の傾斜溝を形成した場合には、凝
縮液の流下がスムーズに行なわれず、その結果、
凝縮液が伝熱表面上にかたまりとなつて流れるこ
とが多く、凝縮の熱伝達係数を悪化させていた。
本発明は、この事実に着目し、凝縮液膜や液滴が
上記の如く左巻き流下の傾向を有することを勘案
の上、凝縮液をより速やかに流下させ、或は旋回
流速をより大にして遠心力などで飛び散らせて除
去して伝熱性能を高める方法を提案したものであ
る。すなわち本発明のように、伝熱管１の表面１
ａに左ネジの方向に傾斜した傾斜溝を形成する
と、伝熱管１の表面１ａに凝縮した液の流下の性
質に合致し、凝縮液がスムーズに流下することに
なる。すなわち、伝熱管１の表面１ａに凝縮した
液はまず傾斜溝２に流れ込み、しかる後その傾斜
溝２に沿つてスムーズに流下する。そのような凝
縮液の流れは下方に行くにしたがつて速くなり、
ついには傾斜溝２より飛び散る。したがつて伝熱
管１の全長にわたつて凝縮膜の厚さは一定値以下
の薄さに抑制されるのである。また、伝熱管１の
表面１ａから傾斜溝２に向けて凝縮液の表面張力
によつて凝縮液が引つぱり込まれるので、その意
味からも、表面１ａにおける凝縮が促進される。
そのため、従来のように膜状凝縮ではなく、伝熱
管１の表面１ａには滴状凝縮に似た現象が生じ
る。このため第１図および第２図に示した伝熱管
１においては凝縮熱伝達係数は従来の平滑な円管
状の伝熱管に比較して著しく高くなつた。

図には示してないが、伝熱管１の長さ方向に沿
つて縦縞を形成することができる。

第３図は本発明による伝熱管の他の実施例を示
す。この例においては、所定の幅Ｗにわたつて傾
斜溝２が存在しない平滑な外表面の部分３が設け
てある。この幅Ｗにわたつて設けた平滑な外表面
の部分３を除けば、第１図および第２図に示した
実施例と事実上同一の形状になつているので、そ
れらの形状については説明を省略する。この平滑
な外表面の部分３は、たとえば立形の凝縮器にお
いて、内部に多数平行して垂直方向に配置した伝
熱管の途中に、これらの平滑な外表面の部分３を
設け、そこに仕切板を配置する際に利用すること
ができる。

第４図および第５図は本発明による伝熱管のさ
らに他の実施例を示している。第５図は第４図に
示した伝熱管を約90゜だけ伝熱管の軸心を中心と
して回転させた状態を示している。この実施例に
おいては、左ネジの方向に傾斜した傾斜溝４，５
を半ピツチ毎に断続的に互いに独立して形成し、
それらを断続的な傾斜溝４，５を伝熱管１の長さ
方向に沿つた２本の長い縦溝６，７によつて連絡
している。このように縦溝６および７を設ける
と、傾斜溝４および５から旋回して流れてきた凝
縮液がこれらの縦溝６および７に集められ下方に
流下する。そのため極めて効果的に凝縮液が伝熱
管の下方に流下せられる。このような傾斜溝４お
よび５と２本の縦溝６および７との組合わせによ
り伝熱管１の表面１ａにおける凝縮性能は一層向
上する。なお、第４図および第５図に示した実施
例においても、第３図に示したように所定の箇所
に傾斜溝４，５および縦溝６，７がともに存在し
ない平滑な表面の部分を設けることができる。

図には示してないが、前述の表面１ａの部分
に、すなわち傾斜溝２，４，５の間の、伝熱管１
の外表面（幅Ｗの部分３を除く）に伝熱管１の長
さ方向に沿つた多数の縦縞を形成すると、伝熱効
果がさらに向上する。

また、伝熱管１の外表面に形成する傾斜溝２，
４，５の傾斜角度は凝縮液の種類により相違する
が、それらの凝縮液の流下する性質を考慮に入れ
て、それぞれ最適の傾斜角度を設定することによ
り、流下をスムーズにして流速を増し、凝縮液を
飛ばし、その結果、滴状凝縮に近似する熱伝達が
得られる。

本発明による伝熱管は以上のように構成されて
いるので、伝熱管の全体にわたつて凝縮液の厚い
膜が生じにくく、仮りに生じたとしても全体的に
非常に薄く維持される。そのため、本発明による
伝熱管は従来の平滑な表面の伝熱管や、右ネジ方
向に傾斜溝を形成した伝熱管に比較して著しく高
い伝熱効果を得ることができるものである。

本発明は前述の実施例に限定されるものではな
い。本発明の伝熱管は凝縮器に利用したとき特に
効果が大きいが、他の熱交換器に用いても充分な
効果を奏するものである。本発明の伝熱管は特に
立形にした多管式の凝縮器や熱交換器に用いる
と、効果的である。伝熱管は円管のみでなく楕円
管その他も含まれる。楕円管の場合、縦溝をほぼ
短径軸方向の外表面に形成するのが望ましい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による伝熱管の一例を示す正面
図、第２図は第１図に示した伝熱管のＸ―Ｘ断面
図、第３図は本発明による伝熱管の他の例を示す
正面図、第４図は本発明による伝熱管のさらに他
の例を示す正面図、第５図は第４図に示した伝熱
管をその軸心を中心として約90゜回転させた状態
を示す図である。 １…伝熱管、２…傾斜溝、３…伝熱管１の平滑
な表面の部分、４，５…傾斜溝、６，７…縦溝。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 凝縮器や復水器等に使用する伝熱管におい
   て、伝熱管の外表面に左ネジの方向に傾斜した傾
   斜溝を設け、傾斜溝の深さを１mm以上にするとと
   もに傾斜溝のピツチＰを伝熱管の外径Ｄとほぼ同
   等又はそれ以上にして傾斜溝と傾斜溝との間隔を
   広く構成したことを特徴とする伝熱管。 ２ 左ネジの方向に傾斜した前記傾斜溝を多数の
   ピツチにわたつて連続して形成した特許請求の範
   囲第１項に記載の伝熱管。 ３ 左ネジの方向に傾斜した前記傾斜溝を半ピツ
   チ毎に断続的に互いに独立して形成し、かつ、そ
   れらの断続的な傾斜溝を伝熱管の長さ方向に沿つ
   た２本の長い縦溝によつて連絡した特許請求の範
   囲第１項に記載の伝熱管。 ４ 前記傾斜溝が存在しない平滑な外表面の部分
   を所定の幅にわたつて設けた特許請求の範囲第１
   項，第２項又は第３項に記載の伝熱管。