JPH0218459Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、大径の外胴内に多数の小径の伝熱管
を千鳥状あるいは碁盤目状に配設し、外胴内に送
給される凝縮性ガス冷媒を伝熱管内を流れる冷却
冷媒と熱交換させて凝縮させるようにしたシエル
型の凝縮器に関するものである。

第１図には従来のシエル型凝縮器の断面が示さ
れているが、この従来の凝縮器は外胴１内に断面
円形の多数の伝熱管３，３…を相互に平行に配設
している。

この凝縮器では外胴１内に送給される凝縮性ガ
ス冷媒は多数の伝熱管３の表面で凝縮して第２図
に示すように液滴ｄとなつて該伝熱管３の表面に
付着する。又、この液滴ｄは重力によつて伝熱管
３の外面上を滑り落ちるとき液滴相互が結合して
成長しながら伝熱管３の下端から大粒液滴Ｄとな
つて落下する。

このように伝熱管３の外面には小滴状又は膜状
となつた凝縮液が付着するが、この凝縮液は伝熱
管３と凝縮性ガス冷媒Ｇとの間の伝熱を阻害する
要因となるため、凝縮器において凝縮能力を高め
るためには各伝熱管３の表面からの凝縮液の離脱
を促進させる必要がある。

伝熱管３上に付着した凝縮液の流動状況を第２
図を参照して説明すると、管壁の傾斜が緩やかな
ところでは凝縮液の流動は緩慢で、これに対して
管壁の傾斜が大きいところでは流動速度が大きく
なる。即ち、伝熱管の管壁に付着した凝縮液滴ｄ
には第２図において符号ｗで示す如く重力が作用
するが、この重力ｗのうち管壁に平行な分力w₁
が凝縮液滴ｄと管壁との間の接着力及び摩擦力に
抗して液滴ｄを管壁に沿つて移動させる力とな
る。この分力w₁はwcosθで表わされ、管壁の傾
斜が大きいところ（管壁接線と鉛直線との間の角
度θが小さいところ）程大きくなり、従つて凝縮
液滴ｄの流下速度が大きくなる。

又、伝熱管３の管壁に沿つて流下する凝縮液滴
は伝熱管３の下側周面４に集合して大粒の集合液
滴Ｄとなつて付着し、該集合液滴Ｄの重量が伝熱
管下側周面との間の接着力に打ち勝つまで成長す
ると、集合液滴Ｄは伝熱管３から離脱して落下す
る。この場合、伝熱管下側周面における集合液滴
Ｄの接触面積Ｓが大きいと伝熱管３と凝縮性ガス
冷媒Ｇとの間の熱交換を妨げることになるから、
この管液接触面積Ｓはできるだけ小さい方がよ
い。

一方、伝熱管上において凝縮し、液滴となつて
滴下する凝縮液滴が、該伝熱管３と凝縮性ガス冷
媒Ｇとの間の熱交換作用に与える影響は上述の通
りであるが、この他に、多数の伝熱管３が千鳥状
又は碁盤目状に配設されるシエル型凝縮器におい
ては各伝熱管相互間における影響も無視できな
い。即ち、各伝熱管の配列状態が、例えば上段の
伝熱管と下段の伝熱管とが上下方向において完全
重合するように設定されていると、上段の伝熱管
上において凝縮し、大粒の集合液滴に成長した
後、該上側伝熱管３から離脱落下する液滴は、順
次下段側の伝熱管３上に滴下しながら下方へ移動
してゆくため、下段側の伝熱管は自己の表面上で
凝縮する凝縮液滴のみならず上段側から滴下する
液滴によつてもその熱交換作用が阻害されること
となる。従つて、伝熱管３と凝縮性ガス冷媒Ｇと
の間の熱交換作用を向上させるという点において
は、上段側の伝熱管３から落下する液滴が下段側
の伝熱管３上に滴下してその表面に付着するのを
できるだけ抑制した方がよい。

本考案は、伝熱管上の凝縮液滴ｄの流下の促進
と伝熱管下側周面における集合液滴Ｄの接触面積
Ｓの狭小化を図つて伝熱管３からの凝縮液滴の離
脱を促進せしめるとともに、上段側の伝熱管３か
ら下段側の伝熱管３への凝縮液滴の滴下をできる
だけ少なくすることにより該凝縮液滴による伝熱
管３と凝縮性ガス冷媒Ｇとの間の伝熱阻害を抑制
し、もつて伝熱管と凝縮性ガス冷媒との間の熱伝
達率を向上させることを目的としてなされたもの
で、外筒内に、多数の伝熱管をそれぞれその管軸
を水平にししかも相互に水平方向及び鉛直方向の
二方向において同列に並ぶような千鳥状又は碁盤
目状に配設し、前記各伝熱管内に冷却冷媒を、外
胴内に凝縮性ガス冷媒をそれぞれ流通せしめる如
くなしたシエル型凝縮器において、前記各伝熱管
を少なくとも一つの尖鋭周面を管軸方向に連続し
て持つ断面偏平形状に形成するとともに、該各伝
熱管を、その長径線が鉛直線に対して傾斜し且つ
上記尖鋭周面を下向きとした状態でしかも上段側
の伝熱管の尖鋭周面から滴下する凝縮液滴の滴下
線を下段側の伝熱管の中心線に対して水平方向に
偏位させた状態で配設したことを特徴とするもの
である。

続いて第３図以下の図面を参照して本考案の好
適ないくつかの実施例を説明すると、第３図、第
４図、第５図にはそれぞれ本考案実施例のシエル
型凝縮器で使用可能な偏平伝熱管の断面形状が示
されている。

第３図に示す偏平伝熱管３は長軸方向両端に尖
鋭周面３ａ，３ａをもつ惰円形状の断面を有して
おり、一方の尖鋭周面３ａを下向きにした状態で
しかもその長径線ｌ（長軸に相当する）を鉛直線
Ｌに対して角度αだけ傾斜させた状態で外胴１内
に装着される。

第４図に示す偏平伝熱管３は卵形の断面形状を
有しており、尖鋭周面３ａを下向きにし且つその
長径線ｌ（即ち、尖鋭周面３ａとこれに対向する
円弧周面３ｃを結ぶ直線のうち、最大長のもの）
を鉛直線Ｌに対して角度αだけ傾斜させた状態で
外胴１内に装着される。

第５図に示す偏平伝熱管３は涙滴形（テイアド
ロツプ形）の断面形状を有しており、同じく尖鋭
周面３ａを下向きにし且つその長径線ｌを鉛直線
Ｌに対して角度αだけ傾斜させた状態で外胴１内
に装着される。

尖鋭周面３ａを下向きにし且つその長径線ｌを
鉛直線Ｌに対して傾斜させて配置した場合の偏平
伝熱管３上における凝縮液の流下状況を第３図に
示す惰円形伝熱管３を例として説明すると、この
伝熱管３は偏平であつてしかも尖鋭周面３ａが下
向きになるように配置されているため、両側壁３
ｂ部分は垂直に近くなり、該両側壁３ｂ部分に付
着した凝縮液滴ｄは壁面に沿つて流下するに要す
る分力w₁（＝wcosθ）が凝縮液滴ｄの重量ｗに近
くなる（角度θが小さいため）。

又、偏平伝熱管３の下側にある尖鋭周面３ａに
付着した集合液滴Ｄは伝熱管壁面との接触面積Ｓ
が狭小なため第１図に示す円形管の場合に比し
て、該集合液滴Ｄによる伝熱管３とガス状流体Ｇ
の間の伝熱阻害は小さくなる。

さらに、この場合、尖鋭周面３ａの中心点が伝
熱管３の中心を通る鉛直線Ｌよりも水平方向にズ
レるため、該尖鋭周面３ａに集合して成長したの
ち滴下する集合液滴Ｄの滴下線は上記鉛直線Ｌよ
りも左右方向にズレることとなる。従つて、上下
方向に並ぶ各伝熱管３，３…を相互に上下方向に
同列状に配置しても該伝熱管３はそれより上段側
の伝熱管３からの滴下線に対して必然的に左右方
向に偏位するため、それだけ上段側の伝熱管３か
ら滴下する集合液滴Ｄが下段側の伝熱管３の表面
に付着するのが可及的に減少せしめられることと
なる。

第２図及び第３図において符号Ｚで示す範囲は
角度θが45゜より小さくなる範囲の上下方向長さ
を示しているが、第２図の円形伝熱管３の場合は
このＺは伝熱管３の高さ（直径）Ｙに対して約
0.71倍、第３図の楕円形伝熱管３の場合はこのＺ
は伝熱管３の高さＹの約0.79倍である（但し短径
Ｘ：長径Ｙ＝１：1.7、傾斜角α＝30゜とした時）。

このように第３図の惰円形伝熱管３は凝縮液滴
ｄが流下し易い壁面長さの比率が第２図の円形伝
熱管３よりも大きく、それだけ壁面に付着した凝
縮液の液はけが良好となる。

このような液はけ促進作用は第４図の卵形伝熱
管及び第５図の涙滴形伝熱管についても同様であ
る。

第６図及び第７図は外胴１内における偏平伝熱
管３のいくつかの配置例を示している。尚、これ
らの各図面では第３図に示す惰円形伝熱管を使用
しているが、該惰円形伝熱管にかえて第４図の卵
形伝熱管又は第５図の涙滴形伝熱管を使用するこ
とは任意である。

第６図の凝縮器では惰円形伝熱管３の長径線ｌ
を鉛直線に対して適宜角度αだけ傾斜させる一
方、その傾斜の方向が上段の伝熱管と直下段の伝
熱管とで相互に逆向になるようにしている。又、
上段の伝熱管３は直下段の隣接する２つの伝熱管
３，３の間に位置するように配置されるととも
に、２段下の伝熱管３と同一鉛直線上に配置され
るようにしている。又、同一鉛直線上にある奇数
段の伝熱管３，３…に共通の鉛直接線Ｖと偶数段
の伝熱管３，３…に共通の鉛直接線V′との間に
は僅かな間隔ｔが存するようにされている。従つ
て、伝熱管３内に水等の冷却冷媒を、外胴１内に
凝縮性ガス冷媒をそれぞれ流通させた場合、上段
の伝熱管３から滴下する集合液滴Ｄができるだけ
下段の伝熱管３に接触しないようにすることがで
きる。又、各段の伝熱管３は同一水平線上に並ぶ
ように配置されている。

第７図の凝縮器では各惰円形伝熱管３，３…
を、それぞれその長径線ｌを鉛直線Ｌに対して角
度αだけ同一方向に傾斜させた状態でしかも各段
各列の伝熱管がそれぞれ同一鉛直線上及び同一水
平線上にあるように碁盤目状に配置している。従
つて、この場合にも下段の伝熱管３は上段の伝熱
管３の滴下線に対して水平方向に偏位することと
なり、集合液滴Ｄは伝熱管３の側端部を落下、集
合液滴Ｄと伝熱管３の接触が可及的に防止され、
この点で伝熱性能を向上させることができる。

尚、本考案を実施するにあたつては、偏平伝熱
管をそのまま使用してもよいが、該偏平伝熱管に
フインを付設したり、あるいはローフイン付とし
たり、さらには多数の伝熱管に共通の板状フイン
を装着したりして伝熱効果を向上させることもで
きる。

続いて本考案の効果について説明すると本考案
は、外胴内に、多数の伝熱管をそれぞれその管軸
を水平にししかも相互に水平方向及び鉛直方向の
両方向において同列に並ぶような千鳥状又は碁盤
目状に多数配設し、前記各伝熱管内に冷却冷媒
を、外胴内に凝縮性ガス冷媒をそれぞれ流通せし
める如くなしたシエル型凝縮器において、前記各
伝熱管を少なくとも一つの尖鋭周面を管軸方向に
連続して持つ断面偏平形状に形成するとともに、
該各伝熱管を、その長径線が鉛直線に対して傾斜
し且つ上記尖鋭周面を下向きとした状態でしかも
上段側の伝熱管の尖鋭周面から滴下する凝縮液滴
の滴下線を下段側の伝熱管の中心線に対して水平
方向に偏位させた状態で配設したことを特徴とす
るものである。

従つて、本考案のシエル型凝縮器によれば、 (1) 少なくとも一つの尖鋭周面を有する伝熱管を
その長径線が鉛直線に対して傾斜し且つその尖
鋭周面を下向にして配置しているため、伝熱管
上の凝縮液滴の流下促進と伝熱管下側周面にお
ける集合液滴の接触面積の狭小化を図れるとい
う各伝熱管個々の要因と、 (2) 上記各伝熱管を、上段側の伝熱管から滴下す
る凝縮液滴の滴下線に対して下段側の伝熱管を
水平方向に偏位させて配置しているため、各伝
熱管の表面上を流下する凝縮液滴の量をできる
だけ少なくして該凝縮液滴による伝熱阻害作用
を可及的に抑制することができるという各伝熱
管相互間における要因、 との相乗作用により伝熱管とガス冷媒との間の
熱伝達率がより一層向上せしめられるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のシエル型凝縮器の断面図、第２
図は第１図の凝縮器で使用されている伝熱管の断
面図、第３図、第４図、第５図はそれぞれ本考案
の実施例の凝縮器で使用可能な偏平伝熱管の断面
図、第６図、第７図はそれぞれ第３図に示す偏平
伝熱管の配列説明図である。 １……外胴、３……伝熱管、３ａ……尖鋭周
面。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 外胴１内に、多数の伝熱管３をそれぞれその管
   軸を水平にししかも相互に水平方向及び鉛直方向
   の両方向において同列に並ぶような千鳥状又は碁
   盤目状に配設し、前記各伝熱管３内に冷却冷媒
   を、外胴１内に凝縮性ガス冷媒をそれぞれ流通せ
   しめる如くなしたシエル型凝縮器において、前記
   各伝熱管３を少なくとも一つの尖鋭周面３ａを管
   軸方向に連続して持つ断面偏平形状に形成すると
   ともに、該各伝熱管３を、その長径線が鉛直線に
   対して傾斜し且つ上記尖鋭周面３ａを下向きとし
   た状態でしかも上段側の伝熱管３の尖鋭周面３ａ
   から滴下する凝縮液滴の滴下線を下段側の伝熱管
   ３の中心線に対して水平方向に偏位させた状態で
   配設したことを特徴とするシエル型凝縮器。