JPH01291073A - 吸収器用伝熱管 - 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、吸収冷凍機、吸収冷温水機あるいは吸収し−
トボンブなどの吸収冷凍サイクルを用いる熱交換器機に
用いられる伝熱管に関するものである。

［従来の技術］ 吸収冷凍機、吸収冷温水機、吸収し−トボンプなどの吸
収冷凍サイクルを用いる機器に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、吸収剤−冷媒としてわが国で最
も多く使用されているリチウムブロマイド（Ｌｉ　Ｂｒ
　）−水系を用いるものにおいては、伝熱管外面に上部
から高濃度のＬｉ　Ｂｒ水溶液を薄膜状に流下し、蒸発
器で発生した冷媒の水蒸気を当該吸収液で吸収すると同
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
うに動作させるのが通常である。

吸収は、蒸発器での蒸発圧力と伝熱管表面に流下される
吸収液の飽和蒸気圧との圧力差によって生じ、この圧力
差が大きければ吸収能力は向上する。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。

一方、伝熱管の外表面における挙動を見ると、吸収液内
へ凝縮した水が拡散する物質移動と、熱の発生並びにこ
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
至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主流を占めてきた。つま
り、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、吸収能力の面か
ら判断すれば、熱移動の向上もさることながら、物質移
動の性能向上がより重要である・現在、吸収冷凍サイク
ルを用いるａｔ器においては、吸収冷温水機が全体の９
０％近くを占めている。ここでの吸収器では、これまで
主に伝熱管が水平に配置されてきた。しかし、最近では
、吸収器の高性能化のために、縦形配列が注目されてい
るし、別途吸収し−トボンブにおいてはほとんどが縦形
配列となっている。この場合、装置の高さが高くなると
いう欠点はあるが、吸収器内においてローレンツサイク
ル化が可能となり伝熱効率が向上すること、あるいは縦
形配列特有の溶液流下時の波動現象により吸収能力が向
上するという利点がある。

［発明が解決しようとする課題］ 現状の溶液流下方式は薄膜状に溶液を流す方式であり、
さらに伝熱抵抗を減少させ機器の効率向上を図るためよ
り一層薄膜化しようという傾向に進みつつある。しかし
、先に述べたように、吸収能力向上に対しては伝熱を促
進させることよりも物質移動の促進を図らなければなら
ない。

一方、Ｌｉ　Ｂｒ−水系の吸収剤−冷媒を用いる機器で
は吸収溶液にｎ−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
させようとする方法がとられている。このような吸収器
は、機器の性能を左右する重要なコンポーネントであり
、今後機器の小形・高効率化を図る上で吸収器をより・
−層高性能化することは大きな課題である。

本発明の目的は、上記したような実情にかんがみ、熱移
動と共に物質移動をより効果的に進展させ、吸収能力を
格段に向上させることのできる伝熱管を提供しようとす
るものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、吸収器における伝熱管の管体表面での吸収液
の長手方向移動に対してこれを遮り得る方向に多数のフ
ィンを形成し、当該フィンには前記長手方向に対し部分
的通路となり得る複数の切欠きを設けたものである。

し作用］ 上記伝熱管を垂直方向に配置し、その表面に吸収液を流
下させると、吸収液は流下中に多数のフィンにより強制
的に乱流化され、この乱流により吸収液と冷媒とが激し
く攪拌されて迅速な物質移動による吸収能力の飛躍的な
向上が実現される。

［実施例］ 以下に、本発明について実施例を参照し説明する。

本発明者らの研究によれば、伝熱管の管表面上の溶液々
膜内においては、吸収した冷ａ液の深さ方向への移動は
、拡散だけではあまり進まず、液膜表面での濃度は吸収
により速かに低下することがわかった。一方、吸収熱の
移動はこの冷媒液の移動よりも速いのであり、物質移動
が吸収の律速条件を左右することは明らかである１発明
者らは液膜内で対流が生ずれば、溶液表面の濃度低下は
改善され、さらに熱移動も促進されて、吸収能力が向上
するであろうことに着目した。

吸収器内における伝熱管の表面を流れる吸収液の流量は
少量であり、そのままでは前記のように対流は余り起ら
ない、そこで、従来より界面活性剤を添加しマランゴニ
対流を発生させようとする試みがなされてはいるが、そ
れのみでは最近の産業界の要望に対し十分な性能を発揮
し得るような吸収器は期待できない。

本発明は、上記従来の界面活性剤を用いる消極的方策に
対し、伝熱管表面を流下する吸収液に積極的な乱流を生
じさせ、それによって機械的に激しい対流を発生させる
ことに着目するものである。

第１図は、かかる積極的な乱流を発生せしめるべく案出
された本発明に係る伝熱管１の外観を示す部分見取図で
あり、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

伝熱管１の管体表面には、その長手方向に対してほぼ直
交する方向に多数のフィン２．２が形成され、かつフィ
ン２．２には複数の切欠き３．３が形成されている。

上記のように構成される伝熱管１を垂直方向に設置し、
当該伝熱管１の外表面に吸収液を流下させれば、前記フ
ィン２，２によりその流れるこ抵抗が生じ、吸収液は流
下しながら激しい撹拌状態となって強制的な乱流が発生
する。切欠き３，３は、フィン２．２により吸収液を全
面的に堰き止めず一部が当該切欠き３．３より流れ出る
ようにして部分的通路を形成することで、流下する吸収
液の流路を複雑化させ、乱流効果を大きくするものであ
る。そしてまた、上記のような表面形状を有せしめるこ
とは、伝熱管の外表面の面積を増大させ伝熱面積を増大
させる一石二鳥の効果をも有する。

第３図は、上記のように構成される伝熱管１の性能を測
定するための性能測定装置の概要を示す説明図である。

１０は測定用吸収器であり、当該吸収器１０内に測定用
伝熱管１を垂直に配置し、冷却水５０を図中矢印のよう
に流す、１１は蒸発器であり、ここではヒータ２０を用
いて水４０を水蒸気４１に代え蒸発を擬している。１２
は吸収液であるＬｉ　Ｂｒ濃溶液３０のタンク、１３は
前記濃溶液３０を伝熱管１の外表面に流下させるための
ディストリビュータ、１４は伝熱管１の表面において冷
媒である水蒸気４１を吸収し稀溶液３１となった吸収液
を貯溜するタンク、１５および１７は密度計、１６は流
量計、１８はそれぞれ温度測定用熱伝対、１９は温度調
整用ヒータ、２１は圧力計である。

実施例 外径１９．０５閣、内径１４．５ｎｕｎの管体の管外面
に高さ１．６ｍのフィンを管の長手方向に１．３開間隔
で形成し、各フィン２には深さ０．５開の切欠きをフィ
ンの円周方向に３ｇ間隔で形成して、本発明に係る伝熱
管１を作製した。

上記伝熱管１の１本を有効長１ｍとして第３図に示す性
能測定装置の吸収器１０内に組み込んで性能測定試験を
行なった。

本装置の器内を完全に脱気し垂直に配置した伝熱管の表
面に上部から一定濃度と一定温度の■、ｉＢｒ水溶液（
４０℃、５８質量％）３０を流下させ、蒸発器１１で発
生した水蒸気４１を吸収させた。この際、水蒸気４１の
蒸発圧力が９．２ｎ＋＋＋＋Ｈ（Ｊで一定となるように
、蒸発器１１の水４０内の加熱し−タの入力を調整する
一方、伝熱管１内には流速１ｍ／ｓｅｃの定速で温度２
８℃に保った冷却水５０を流した。また、ＬｉＢｒＪ溶
液３０にはｎ−オクチルアルコールを重量比で２５０　
ｐｐＨ添加しな。

上記の測定装置における伝熱管１の性能評価は、蒸発器
１１におけるヒータ２０への入力値の変化により行なっ
た。すなわち、伝熱管１の性能がよければヒータ２０へ
の入力が大きくなり、そのことは冷凍能力の増大と同じ
ことを意味するからである。

上記により本実施例に係る伝熱管の性能測定を行なった
結果、同外径の平滑管に比べ、ヒータ入力が液膜流］Ｌ
ｒ＝０．１〜０．４ｋｒ／１１ｇにおいて約１．５倍向
上した。ここに、液膜流ｆｉｔｒとは伝熱管１本当りの
吸収溶液質量流量を管外周で割った値である。

以上のように本発明に係る伝熱管が従来例に比べ約１，
５倍の性能向上を示したのは、フィン形成による吸収液
の強制的な乱流化とそれに伴う撹拌により物質移動が顕
著に起り、冷媒の吸収が大巾に促進されたためとみるこ
とができ、同時に伝熱面積の拡大効果が有効に作用した
ためと考えられる。

［発明の効果］ 以上詳記した通り、本発明によれば吸収器用伝熱管にお
ける熱及び物質移動の大ｒｐな向上による吸収能力の向
上を実現することができ、これを用いる吸収冷凍機、吸
収冷温水機、吸収し−トボンブなどの吸収器の性能を向
上させ得るばかりでなく、機器の小形化、高効率化に大
きく貢献できる意義はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る伝熱管の実施例を示す部分見取図
、第２図は第１図のＡ　−Ａ断面図、第３図は伝熱管の
性能測定装置の概略を示す説明図である。 １：伝熱管、 ２：フィン、 ３：切欠き、 １０：吸収器、 １１：蒸発器、 １２：濃溶液タンク、 １３：ディストリビュータ、 １４：稀溶液タンク、 ３０：ＬｉＢｒ濃溶液、 ３１：ＬｉＢｒ稀溶液、 ４０：水、 ４１：水蒸気、 ５０：冷却水。 代理人　　弁理士　　佐　藤　不二雄 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）管体表面での吸収液の長手方向移動に対してこれ
   を遮り得る方向に多数のフィンを形成し、当該フィンに
   は前記長手方向に対し部分的通路となり得る複数の切欠
   きを設けてなる吸収器用伝熱管。