JPH01134180A - 吸収器用伝熱管 - Google Patents
吸収器用伝熱管Info
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Cooling, Air Intake And Gas Exhaust, And Fuel Tank Arrangements In Propulsion Units (AREA)
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。
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］
本発明は吸収式冷凍機、吸収式ヒートポンプ等の吸収器
に使用される伝熱管の改良に関するものである。
に使用される伝熱管の改良に関するものである。
［従来の技術と問題点］
吸収式冷凍機、吸収式ヒートポンプ等において使用され
る吸収器は、密閉容器内に、水平あるいは垂直に多数の
伝熱管を配置して構成される。この場合、伝熱管の外側
には吸収液、例えばＬｉ Ｂｒ水溶液（濃度約６０質量
％）が滴下散布され、蒸発器で発生した冷媒の水蒸気を
吸収させると同時に、吸収時の潜熱を管内を流れる冷却
水により取去るように動作させるものである。
る吸収器は、密閉容器内に、水平あるいは垂直に多数の
伝熱管を配置して構成される。この場合、伝熱管の外側
には吸収液、例えばＬｉ Ｂｒ水溶液（濃度約６０質量
％）が滴下散布され、蒸発器で発生した冷媒の水蒸気を
吸収させると同時に、吸収時の潜熱を管内を流れる冷却
水により取去るように動作させるものである。
吸収は蒸発器での蒸発圧力と、伝熱管の表面に滴下され
た吸収液の飽和蒸気圧との圧力差によって生じ、この圧
力差が大きければ能力は向上する。
た吸収液の飽和蒸気圧との圧力差によって生じ、この圧
力差が大きければ能力は向上する。
また、吸収液は温度が低いほど、あるいは濃度が高いほ
ど飽和蒸気圧が低く、圧力差が大きくなって吸収能力の
向上に寄与する。
ど飽和蒸気圧が低く、圧力差が大きくなって吸収能力の
向上に寄与する。
一方、伝熱管の外表面における挙動をみると、吸収液内
へ凝縮した水が拡散する物質移動と、熱の発生ならびに
これの除去のための熱移動とが混在し、きわめて複雑な
様相を呈しており、その現象については未だ十分な解明
に到っていないのが現状であって、これに使用される伝
熱管についても、平滑管がこれまでの主流を占めてきた
。
へ凝縮した水が拡散する物質移動と、熱の発生ならびに
これの除去のための熱移動とが混在し、きわめて複雑な
様相を呈しており、その現象については未だ十分な解明
に到っていないのが現状であって、これに使用される伝
熱管についても、平滑管がこれまでの主流を占めてきた
。
伝熱管の性能を向上せしめるには、上記物質移動と熱移
動の両面での向上が要求されるが、吸収能力の上からす
れば、熱移動の向上もさることながら物質移動の性能向
上が大切なことは埋の当然である。
動の両面での向上が要求されるが、吸収能力の上からす
れば、熱移動の向上もさることながら物質移動の性能向
上が大切なことは埋の当然である。
今日の吸収器内での伝熱管の配置は水平配置が主流をな
し、水平管群に上方から吸収液を滴下散布する方式がと
られている。この際、管表面を流れる吸収液は薄膜状と
なり、さらに伝熱抵抗を減少させ機器の効率向上を図ろ
うとする知見から、より一層薄膜化しようという方向に
進みつつある。
し、水平管群に上方から吸収液を滴下散布する方式がと
られている。この際、管表面を流れる吸収液は薄膜状と
なり、さらに伝熱抵抗を減少させ機器の効率向上を図ろ
うとする知見から、より一層薄膜化しようという方向に
進みつつある。
しかし、現状の薄膜流下方式においても、前述の通り伝
熱を促進させることよりも物質移動の促進を図らなけれ
ば吸収性能の飛躍的向上は望めない。
熱を促進させることよりも物質移動の促進を図らなけれ
ば吸収性能の飛躍的向上は望めない。
そのため、最近、伝熱面積を増加させると同時に吸収液
の薄膜化を図る目的で、ローフインチューブ等のフィン
付き管を使用する試みがなされているが、それによる伝
熱面積の増加に見合うまでの吸収能力の向上には至って
いない。
の薄膜化を図る目的で、ローフインチューブ等のフィン
付き管を使用する試みがなされているが、それによる伝
熱面積の増加に見合うまでの吸収能力の向上には至って
いない。
また、実機においては吸収液にローオクチルアルコール
やジエチルヘキサノール等の界面活性剤が微量添加され
ており、これにより吸収時に溶液中においていわゆるマ
ランゴニ効果に基く激しい界面撹乱を生じさせ、吸収能
力を飛躍的に向上せしめようとする方法がとられている
。
やジエチルヘキサノール等の界面活性剤が微量添加され
ており、これにより吸収時に溶液中においていわゆるマ
ランゴニ効果に基く激しい界面撹乱を生じさせ、吸収能
力を飛躍的に向上せしめようとする方法がとられている
。
吸収器は、機器の性能を左右する重要なコンポーネント
であるため、今後機器の小形化、高性能化を図る上で吸
収器を高性能化することは大きな課題である。
であるため、今後機器の小形化、高性能化を図る上で吸
収器を高性能化することは大きな課題である。
従って、そのための伝熱管の高性能化が重要なポイント
であり、特に吸収過程における物質移動の促進を図り得
る伝熱管の案出ならびにそれに対しての前記界面活性剤
の果す顕著な役割の解明およびそれに基く管形状の選定
が望まれる。
であり、特に吸収過程における物質移動の促進を図り得
る伝熱管の案出ならびにそれに対しての前記界面活性剤
の果す顕著な役割の解明およびそれに基く管形状の選定
が望まれる。
［発明の目的］
本発明は、上記のような実情にかんがみてなされたもの
であり。とくに界面活性剤を添加したことにともなう伝
熱管表面での挙動に対し最適条件となり得る表°面形状
を有する新規な吸収器用伝熱管を提供しようとするもの
である。
であり。とくに界面活性剤を添加したことにともなう伝
熱管表面での挙動に対し最適条件となり得る表°面形状
を有する新規な吸収器用伝熱管を提供しようとするもの
である。
Ｕ発明の概要］
すなわち、本発明の要旨とするところは、伝熱管の外面
に長手方向に延びる複数の溝と、該溝間に微細なピッチ
の多数のフィンを形成し、かつこれら溝およびフィンの
構成に最適条件を規定したものであり、それにより吸収
器における吸収効果を従来例に比較して飛躍的に向上せ
しめ得る伝熱管を市場に供給し得るものである。
に長手方向に延びる複数の溝と、該溝間に微細なピッチ
の多数のフィンを形成し、かつこれら溝およびフィンの
構成に最適条件を規定したものであり、それにより吸収
器における吸収効果を従来例に比較して飛躍的に向上せ
しめ得る伝熱管を市場に供給し得るものである。
［実施例］
以下に、本発明について実施例に基いて説明する。
発明者等は、伝熱性能と共に物質移動性能について詳細
な研究実験を重ねた。その結果、伝熱管表面上の吸収液
膜内で対流が発生すると、熱と共にとくに物質移動が大
巾に促進されることがわがっな。伝熱管表面上の溶液は
冷媒蒸気と接する面では冷媒蒸気を吸収して低濃度とな
るが、液膜の深さ方向への移動は拡散だけではあまり進
展しない。そこでこの溶液中に対流を発生せしめれば液
膜内での攪拌が発生し、冷媒は深さ方向へ進展し、溶液
表面だけが低濃度化して吸収を抑止することがなくなり
、物質移動性能が大巾に向上する。
な研究実験を重ねた。その結果、伝熱管表面上の吸収液
膜内で対流が発生すると、熱と共にとくに物質移動が大
巾に促進されることがわがっな。伝熱管表面上の溶液は
冷媒蒸気と接する面では冷媒蒸気を吸収して低濃度とな
るが、液膜の深さ方向への移動は拡散だけではあまり進
展しない。そこでこの溶液中に対流を発生せしめれば液
膜内での攪拌が発生し、冷媒は深さ方向へ進展し、溶液
表面だけが低濃度化して吸収を抑止することがなくなり
、物質移動性能が大巾に向上する。
一方、冷媒−吸収剤として水＝Ｌｉ Ｂｒ系等を用いる
場合には吸収溶液中に界面活性剤を添加するが、この添
加により水蒸気が吸収された場合に溶液表面の界面張力
に変化が生じ、激しいマランゴニ対流が発生する。それ
によって、界面活性剤を添加しない場合に比べ、吸収能
力が大巾に向上する。
場合には吸収溶液中に界面活性剤を添加するが、この添
加により水蒸気が吸収された場合に溶液表面の界面張力
に変化が生じ、激しいマランゴニ対流が発生する。それ
によって、界面活性剤を添加しない場合に比べ、吸収能
力が大巾に向上する。
本発明は、この界面活性剤による対流現象に着目し、こ
の対流が生じた際に溶液をより一層強制攪拌し得る伝熱
管の表面形状の最適構成を見出したものである。
の対流が生じた際に溶液をより一層強制攪拌し得る伝熱
管の表面形状の最適構成を見出したものである。
本発明に係る伝熱管によれば、管表面上の長毛方向に深
さの大きい複数の平行溝を設けたが、これにより滴下さ
れた溶液が活発に攪拌されると同時に管軸方向への流れ
を発生させ溶液の広がりを生じさせることがわかった。
さの大きい複数の平行溝を設けたが、これにより滴下さ
れた溶液が活発に攪拌されると同時に管軸方向への流れ
を発生させ溶液の広がりを生じさせることがわかった。
さらに、千行渭間に多数のフィンを設けたが、これによ
り伝熱面積を増加させると共に、フィン寸法の最適化に
より表面での溶液の濡れ性を向上させ有効伝熱面が大巾
に増加することがわかった。また、さらに、界面活性剤
により発生するマランゴニ対流に対しても、平行溝によ
り溶液が管軸方向に自由に移動でき、対流がより活発に
作用することも判明した。しかして、上記溝ならびにフ
ィンの効果をより確実なものとするには、それなりの最
適形状ないし寸法のあることも、幾多の実験により明ら
かとなった。
り伝熱面積を増加させると共に、フィン寸法の最適化に
より表面での溶液の濡れ性を向上させ有効伝熱面が大巾
に増加することがわかった。また、さらに、界面活性剤
により発生するマランゴニ対流に対しても、平行溝によ
り溶液が管軸方向に自由に移動でき、対流がより活発に
作用することも判明した。しかして、上記溝ならびにフ
ィンの効果をより確実なものとするには、それなりの最
適形状ないし寸法のあることも、幾多の実験により明ら
かとなった。
第１図は、本発明に係る伝導管１の具体例を示す横断面
図であり、第２図はその説明正面図である。図示例は、
常用サイズ（外径１９！１ｕ１１＞の伝熱管用鋼管を用
い、その表面に円周上等分に溝数Ｎ、溝深さＶなる平行
溝２，２を形成し、さらに溝２゜２間にフィン高さｈｆ
、フィンピッチｐｒなる微細なフィン３．３を形成し
たものであるが、これの吸収性能に及ぼす効果を調べる
ために、溝数Ｎ、講深さＶ、フィン高さｈｆ−フィンピ
ッチｐｆをさまざまに変えた供試材を準備し、性能測定
を行なった。
図であり、第２図はその説明正面図である。図示例は、
常用サイズ（外径１９！１ｕ１１＞の伝熱管用鋼管を用
い、その表面に円周上等分に溝数Ｎ、溝深さＶなる平行
溝２，２を形成し、さらに溝２゜２間にフィン高さｈｆ
、フィンピッチｐｒなる微細なフィン３．３を形成し
たものであるが、これの吸収性能に及ぼす効果を調べる
ために、溝数Ｎ、講深さＶ、フィン高さｈｆ−フィンピ
ッチｐｆをさまざまに変えた供試材を準備し、性能測定
を行なった。
この性能測定は、第３図に示すような吸収器を模した性
能測定装置４に２４本の供試伝熱管を有効長３００ｍｍ
で３列８段に組込んで行なった。
能測定装置４に２４本の供試伝熱管を有効長３００ｍｍ
で３列８段に組込んで行なった。
実験は、濃度５８質量％、温度４０℃のしｉＢｒ水溶液
よりなる吸収溶液６を滴下管７゜７のノズル７ａ 、７
ａから滴下し、吸収器用伝熱管１．１内に２８℃、流速
１ ｍ ／ ＳｅＣの冷却水８を流す一方、蒸発器部１
０内の冷却用伝熱管１１゜１１に水（冷媒）１２を滴下
管１５．１５のノズルＬ５ａ、１５ａより滴下し、蒸発
温度が１０℃で一定となるよう蒸発器部１０の伝熱管１
１゜１１内へ流す水１３の流量をコントロールした。
よりなる吸収溶液６を滴下管７゜７のノズル７ａ 、７
ａから滴下し、吸収器用伝熱管１．１内に２８℃、流速
１ ｍ ／ ＳｅＣの冷却水８を流す一方、蒸発器部１
０内の冷却用伝熱管１１゜１１に水（冷媒）１２を滴下
管１５．１５のノズルＬ５ａ、１５ａより滴下し、蒸発
温度が１０℃で一定となるよう蒸発器部１０の伝熱管１
１゜１１内へ流す水１３の流量をコントロールした。
なお、第３図中９は冷媒蒸気を吸収した低濃度の吸収液
である。
である。
この実験方法では、吸収器部５の伝熱性能、物質移動性
能が良ければ、水蒸気１４の吸収量が多くなり、蒸発器
部１０での水１３の冷却能力が向上する。また・、はじ
めの実験では、管形状の効果のみを調べるために界面活
性剤の添加は行なわず測定した。
能が良ければ、水蒸気１４の吸収量が多くなり、蒸発器
部１０での水１３の冷却能力が向上する。また・、はじ
めの実験では、管形状の効果のみを調べるために界面活
性剤の添加は行なわず測定した。
第４図にフィンピッチと冷凍能力との関係を、第５図に
フィン高さ、平行溝深さと冷凍能力との関係を、さらに
第６図に平行溝数と冷凍能力の関係をそれぞれ示す。尚
、各値ともＬｒ Ｂｒ水溶液液膜流量（管片側を流れる
単位長さ当りの質量流量「）が０．ＯＬ６ｋｇ／ｍＳ一
定の場合における数値を示すものである。
フィン高さ、平行溝深さと冷凍能力との関係を、さらに
第６図に平行溝数と冷凍能力の関係をそれぞれ示す。尚
、各値ともＬｒ Ｂｒ水溶液液膜流量（管片側を流れる
単位長さ当りの質量流量「）が０．ＯＬ６ｋｇ／ｍＳ一
定の場合における数値を示すものである。
上記において、溝そのものの巾は他の因子はど大きな影
響を示さないが、ここでは約１．５〜２Ｉの溝巾としな
。
響を示さないが、ここでは約１．５〜２Ｉの溝巾としな
。
第４図かられかるように、フィンピッチは１．５間以上
になると性能低下がはっきりとする。
になると性能低下がはっきりとする。
これは溶液の濡れ性を決めるパラメータであり、０゜４
°〜１．５■の範囲が良好であることがわかる。
°〜１．５■の範囲が良好であることがわかる。
また、第５図からフィン高さと溝深さの間には一種の相
対関係があることがわかる。すなわち、溝深さはフィン
高さと同じかあるいは大きくしなければ溶液の攪拌があ
まり作用せず性能低下をまねく。さらにフィン高さは低
いと伝熱面積の減少、高いと濡れ性の低下となり性能が
低下する。したがって、両者の関係を考慮すると、フィ
ン高さは０．５〜１．５ｍｍ、溝深さは０．５〜２Ｉｒ
ａｎが適当であることがわかる。
対関係があることがわかる。すなわち、溝深さはフィン
高さと同じかあるいは大きくしなければ溶液の攪拌があ
まり作用せず性能低下をまねく。さらにフィン高さは低
いと伝熱面積の減少、高いと濡れ性の低下となり性能が
低下する。したがって、両者の関係を考慮すると、フィ
ン高さは０．５〜１．５ｍｍ、溝深さは０．５〜２Ｉｒ
ａｎが適当であることがわかる。
そしてまた、溝数も性能に深い関係があり、溝数は少な
いと溶液の攪拌効果が小さく、多いと伝熱面積の低下と
なり性能が低下する。第６図から１０条〜２０条が良好
であることがわかり、このことから円周方向の溝間隔は
３〜６ｍｍが適当であることがわかる。
いと溶液の攪拌効果が小さく、多いと伝熱面積の低下と
なり性能が低下する。第６図から１０条〜２０条が良好
であることがわかり、このことから円周方向の溝間隔は
３〜６ｍｍが適当であることがわかる。
さらにまた、本発明に係る伝熱管が水平配置されること
を考慮すれば、管軸と溝のなす角度が大きいことは好ま
しくなく、管軸に対する溝の角度は一１０゜〜＋１０°
程度にとどめることが望ましい。
を考慮すれば、管軸と溝のなす角度が大きいことは好ま
しくなく、管軸に対する溝の角度は一１０゜〜＋１０°
程度にとどめることが望ましい。
第７図は、以上の検討結果から得た最適条件に基いて加
工した本発明伝熱管と、比較例としてのローフインチュ
ーブおよび平滑管について性能測定を行なった結果を示
す線図である。図には、界面活性剤としてｎ−オクチル
アルコールを重量比で２５ 、Ｏｐ１３１１１添加した
場合（黒塗り）と添加しない場合の測定結果を対比デー
タとして示した。
工した本発明伝熱管と、比較例としてのローフインチュ
ーブおよび平滑管について性能測定を行なった結果を示
す線図である。図には、界面活性剤としてｎ−オクチル
アルコールを重量比で２５ 、Ｏｐ１３１１１添加した
場合（黒塗り）と添加しない場合の測定結果を対比デー
タとして示した。
第７図から明らかなように、界面活性剤を添加しない場
合において、本発明伝熱管は従来の平滑管に比べ冷凍能
力で約１．７倍という大巾な向上を示し、さらに同様な
加工形態よりなるローフインチューブに比べても約１．
４５倍の向上を示しており、本発明に規定する管形状に
よる効果が有効に作用していることがよくわかる。また
、界面活性剤を添加した場合では、冷凍能力は平滑管に
対し、約１．４倍、ローフインチューブに対し、約１．
２２倍となり、マランゴニ対流の効果も有効に作用され
ることがわかる。これは界面活性剤添加時の管表面での
溶液の可視化によっても確認された。すなわち、本発明
伝熱管は、吸収時、平行溝に沿った激しい溶液の動きを
観察できた。なお、界面活性剤を添加した場合、添加無
しの場合に比べ実質的な向上率において低下しているが
、これは本発明伝熱管の場合、実験条件から与えられる
最大冷凍能力の理論値にかなり近い値になっているため
であり、外周構造のみでなく管内面構造について溝や突
起の付いた加工面とすれば、冷凍能力をより一層向上せ
しめ得ることも、別な実験により確かめられている。
合において、本発明伝熱管は従来の平滑管に比べ冷凍能
力で約１．７倍という大巾な向上を示し、さらに同様な
加工形態よりなるローフインチューブに比べても約１．
４５倍の向上を示しており、本発明に規定する管形状に
よる効果が有効に作用していることがよくわかる。また
、界面活性剤を添加した場合では、冷凍能力は平滑管に
対し、約１．４倍、ローフインチューブに対し、約１．
２２倍となり、マランゴニ対流の効果も有効に作用され
ることがわかる。これは界面活性剤添加時の管表面での
溶液の可視化によっても確認された。すなわち、本発明
伝熱管は、吸収時、平行溝に沿った激しい溶液の動きを
観察できた。なお、界面活性剤を添加した場合、添加無
しの場合に比べ実質的な向上率において低下しているが
、これは本発明伝熱管の場合、実験条件から与えられる
最大冷凍能力の理論値にかなり近い値になっているため
であり、外周構造のみでなく管内面構造について溝や突
起の付いた加工面とすれば、冷凍能力をより一層向上せ
しめ得ることも、別な実験により確かめられている。
［発明の効果］
以上詳記の通り、本発明に係る伝熱管は、管形状による
溶液の攪拌、伝熱面積の増加等の効果と共に、界面活性
剤によるマランゴニ対流の促進効果をも発揮し、熱・物
質両面の伝達を大巾に向上させ得るものであり、これを
用いる吸収冷凍機、吸収ヒートポンプ等の吸収器の性能
を向上させ、機器のコンパクト化、高能率化に資するな
ど、その意義は高く評価さるべきものがある。
溶液の攪拌、伝熱面積の増加等の効果と共に、界面活性
剤によるマランゴニ対流の促進効果をも発揮し、熱・物
質両面の伝達を大巾に向上させ得るものであり、これを
用いる吸収冷凍機、吸収ヒートポンプ等の吸収器の性能
を向上させ、機器のコンパクト化、高能率化に資するな
ど、その意義は高く評価さるべきものがある。
第１図は本発明に係る伝熱管の実施例を示す横断面図、
第２図はその説明正面図、第３図は性能測定装置の概要
を示す説明図、第４から７図は性能測定結果を示す線図
である。 １：伝熱管、 ２：講、 ３：フィン。 代理人 弁理士 佐 藤 不二雄 第１図 第２図 第３図 Ｏρ、ダ Ｉ ／、ダ ２ｙｔ ＞
ｅ−ｔ９− ｒｔ （ｍｓ）６ｏ、５＋ｈｓｚ２−５ ７．１，１ＩＬｔ（、−） 第６図 （Ｘ ｔｏす ５１０１１；１０２５
第２図はその説明正面図、第３図は性能測定装置の概要
を示す説明図、第４から７図は性能測定結果を示す線図
である。 １：伝熱管、 ２：講、 ３：フィン。 代理人 弁理士 佐 藤 不二雄 第１図 第２図 第３図 Ｏρ、ダ Ｉ ／、ダ ２ｙｔ ＞
ｅ−ｔ９− ｒｔ （ｍｓ）６ｏ、５＋ｈｓｚ２−５ ７．１，１ＩＬｔ（、−） 第６図 （Ｘ ｔｏす ５１０１１；１０２５
Claims (3)
- （１）外側に吸収液が滴下され、内側に冷却水が流され
る吸収器用の伝熱管であり、外面には長手方向に延びる
複数の溝と、該溝間に設けられた微細なピッチの多数の
フィンとを有し、フィンの高さが０．５〜１．５ｍｍ、
フィンのピッチが０．４〜１．５ｍｍ、溝の深さが０．
５〜２ｍｍ、溝の円周方向における間隔が３〜６ｍｍと
なるようにそれぞれ構成されてなる吸収器用伝熱管。 - （２）溝の底面がフィン底とほぼ等しいか、それよりも
深く形成されてなる特許請求の範囲第１項記載の伝熱管
。 - （３）管軸に対する溝の角度が−１０゜〜＋１０゜の範
囲内である特許請求の範囲第１または２項記載の伝熱管
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62291268A JPH07111287B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 吸収器用伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62291268A JPH07111287B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 吸収器用伝熱管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01134180A true JPH01134180A (ja) | 1989-05-26 |
| JPH07111287B2 JPH07111287B2 (ja) | 1995-11-29 |
Family
ID=17766673
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62291268A Expired - Lifetime JPH07111287B2 (ja) | 1987-11-18 | 1987-11-18 | 吸収器用伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07111287B2 (ja) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5577555A (en) * | 1993-02-24 | 1996-11-26 | Hitachi, Ltd. | Heat exchanger |
| JP2009030913A (ja) * | 2007-07-30 | 2009-02-12 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 伝熱管 |
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-
1987
- 1987-11-18 JP JP62291268A patent/JPH07111287B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07111287B2 (ja) | 1995-11-29 |
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