JPH01291074A - 縦形吸収器用伝熱管 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、吸収冷凍機、吸収冷温水機あるいは吸収し−
トポンプなどの吸収冷凍サイクルを用いる熱交換器機に
おける縦形吸収器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−トボングなどの吸
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（１，、，１
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末だ十分な解明に
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機器においては、吸収
冷温水機が全体の９０％近くを占めていいる。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−トボンプにお
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一
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縦形吸収器用伝熱管を提
供しようとするものである。

［課題を解決するための手段１ 本発明は、管体の表面に吸収液が流れる第１の方向とこ
れに交差する第２の方向にそれぞれ複数の溝を形成した
ものである。

［作Ｊ’ＪＮ 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、吸収液は下方に流れる。その際、当該表面に互
いに交差し合うような多数の清が形成されていると、前
記吸収液の流れに抵抗を与え、吸収液は流下中に強制的
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。

Ｃ実施例３ 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、吸収した冷媒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６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６ 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　］ｙｒ面図である。

伝熱管１の管体表面には、吸収液の流下方向である長手
方向に第１の講２，２が、そして前記長手方向と交差す
る円周方向に第２の消３，３が多数形成されている。

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、前記消
２，２および講３，３によりその流れに抵抗が生じ、吸
収液は流下しなめ＄ら激しい攪拌状態仁なって強制的な
乱流が発生する。

上記乱流化は、第１および第２の清の深さを同じくぜず
、第２の清３，３を吸収液の流下方向である第１の清２
，２よりも深く形成することにより一層顕著にみられる
ことが実験により確められた。

さらに、第２の講３，３を形成する場合において、例え
ば管外からの押し込み加工によって当該講を形成し、消
３．３の形成と同時に第４図に示すように第２の湧３，
３と相対する管内面側に突起４．４を形成するようにす
れば、管内における冷却水の熱伝達性能を向上せしめ、
伝熱管としての性能をより一層向上させることができる
ことも実験により確認された。

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転対、１９は温度調
整用ヒータ、２１は圧力計である。

実施例 外径１．９．０５ｍｍ、内径１６．０ｍｍの管体の管外
面に、管長手方向に平行に連続する深さ０．３ｍｔ＋の
消２，２を６０条形成し、さらに等円周方向に連続する
深さ０．５關の清３，３を長手方向において５關間隔と
なるように形成した。

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ＬｉＢｒ水溶液（４
０℃、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９．２ｎｍＨｇで一定となるように、蒸発器１
１の水４０内の加熱し−タの入力を調整する一方、伝熱
管ｌ内には流速１ｒｎ／ｓｅｃの定速で温度２８℃に保
った冷却水５０を流した。また、ＬｉＢｒ濃溶液３０に
はｎ−オクチルアルコールを重量比で２５　Ｏｏ回添加
した。

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におけるし−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量ｒ
’　＝　０　、　１〜０　、４　ｋｇ／　１１３ニオイ
テ約１．４倍向上した。ここに、液膜流量「とは伝熱管
１本当りの吸収７Ｂ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．
４倍の性能向上を示したのは、第１および第２の溝形成
による吸収液の強制的な乱流化とそれに伴う攪拌により
物質移動が顕著に起り、冷媒の吸収が大ｒＩＪに促進さ
れたためとみることができ、同時に清面形成による伝熱
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くお
ける熱及び物質移動の大ｒｊｊ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−トポンプなどの吸収器の性能を
向上させ得るばかりでなく、機器の小形化および高効率
化に大きく貢猷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、第４図は本発明に係る
伝熱管の別な実施例を示す一部断面を有する部分見取図
である。 １：伝熱管、 ２：長手方向の第１の講、 ３：円周方向の第２の清、 ４：突起、 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 ｌｓ１図 第４図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）管体の表面に、吸収液が流れる第１の方向とこれ
   に交差する第２の方向にそれぞれ複数の溝を形成してな
   る縦形吸収器用伝熱管。
2. （２）第２の方向における溝の深さを吸収液の流下方向
   である第１の方向における溝よりも深く構成してなる請
   求項１記載の伝熱管。
3. （３）第２の方向の溝に相対する管内面側に突起を形成
   してなる請求項１または２記載の伝熱管。