JPH02638B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、凝縮伝熱管に関し、海洋温度差発電
用熱交換器、排熱利用低熱落差発電用熱交換器、
吸収式冷凍機、ヒートポンプなどに利用できるも
のである。 従来の技術 近年、海洋温度差発電、火力発電所や原子力発
電所の排熱利用低熱落差発電、地熱々水利用発
電、各種産業排熱利用低熱落差発電などクローズ
ドランキンサイクルによる発電技術の開発がすゝ
められている。このようなシステムでは、低沸点
媒体を循環させて、蒸発と凝縮を繰り返すことに
より発電するのであるが、効率をよくするために
は凝縮器および蒸発器の高性能化が必要である。
特に、所内動力としてのポンプ動力をできるだけ
小さくする必要があることから、水側熱伝達率の
高性能化には限度があることを考慮すると、作動
流体側の熱伝達率の高性能化が必須の技術とな
る。 従来、凝縮熱伝達の高性能化には、第６図に示
すような、縦溝付き（フルテツド）管が考えら
れ、形状の最適化などが行われている。このフル
テツド管は、凝縮液を第７図に示す谷部ａに引き
込み、凸部ｂでは凝縮液膜は薄くなるものの、軸
方向に凝縮液が累積していくので、軸方向の大き
な液膜分布を生じ、長尺管とするに従つて性能が
低下する。それを改善するため、途中にドレン排
除板を付けることが試みられている。これはある
程度の効果はあるものの製作工程が複雑であり、
また、排除した凝縮液が再び管にふりかゝつてし
まうなど十分とはいない。また、水平管について
は、ハイフイン、ローフインなど各種形状のもの
が提案されているが、低熱落差発電の中の凝縮器
は、大型化するため凝縮液が水平管より落下し、
次々に下段の凝縮伝熱面上に累積していくため、
全体としての性能が低下してしまうという欠点が
ある。 発明が解決しようとする問題点 本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み
て、これを解決するためになされたもので、凝縮
液膜の薄膜化及び凝縮液の迅速な排除を効率的に
行なう構造を有する新規な高性能たて型凝縮伝熱
管を提供することを目的とする。 問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明では、微細
なたて溝を有する伝熱管即ちフルテツド管に、該
たて溝より深くカツトした傾斜溝を適当なピツチ
で開発し、かつ、該傾斜溝に沿つて排除さた凝縮
液をまとめて鉛直方向に排除するドレンガターを
１乃至複数個開設し、さらに、該ドレンガターに
よつて分断されている前記傾斜溝の下流側に当る
該ドレンガターの側縁に沿つてドレンバーを設け
て構成したことを特徴とする。 実施例 以下、本発明の詳細を図示する実施例に従つて
順次説明する。 第１図において、凝縮伝熱管１は四つの要素か
ら構成されている。 その第一要素は、第６図と同様に、微細なたて
溝２を有すること（フラテツド管）である。第２
図はその断面を示す。 第二要素は、フルテツド管の大きな欠点である
軸方向の液膜分布を解消するため、傾斜溝３が適
当なピツチｐで設けられ、前記たて溝部２で凝縮
した凝縮液をすばやく該傾斜溝３に流し、液膜の
累積を防ぐようになつていることである。したが
つて、第２図に示すように、フルテツド管谷部２
ａの深さより該傾斜溝３は深く堀る必要があり、
第３図のａ及びｂに示す断面形状などのような再
びその凝縮液がたて溝２に入らないような構造が
望ましい。 第三要素は、前記傾斜溝３に流れ込んだ凝縮液
を軸方向に流れ込むドレンガター４を設けている
ことである。該ドレンガター４は円周方向に１個
所乃至複数個所に設けることができるが、多く設
けると伝熱面積が低下するため、第２図に示すよ
うに溝巾ｌは十分この点を考慮して計画する必要
がある。 第四要素は、ドレンバー５を前記ドレンガター
４によつて分断される前記傾斜溝３の下流側に当
る該ドレンガターー４の側縁４ａに沿つて設けた
ことである。該ドレンガター５はその傾斜溝３か
ら凝縮液が流れ込むため、たて型で用いると、下
方部では相当液膜が厚くなる。従つて、該凝縮液
が次のピツチの傾斜溝３へ流れ込むのを防止する
ために、前述のようにドレンバー５を設けてい
る。 こゝで、ドレンバー５の巾ｈおよび形状を適当
に選ぶことによつて、凝縮液をドレンガター４内
に効率的に引き込むとともに、ドレンガター４の
巾ｌを小さくし、凝縮伝熱管１の有効面積を減ら
さないこと、並びに、ドレンバー５に沿つて凝縮
液を流下させ、該伝熱管１より速やかに凝縮液を
引離す役割をしている。該ドレンバー５には、金
属プレート、多孔質プレート、高分子材料等の薄
いプレートなどを利用できる。作動流体蒸気流に
対する配慮からドレンバー５は、例えば、上端部
を狭く、下端部にいくに従つて広くしていくとい
つた形状も考えられる。 発明の効果 次に、以上の基本的構造を有する凝縮伝熱管１
の効果を説明するため、実験例に従つて説明す
る。先ず、第４図は実験装置系統概念図を示した
ものである。同図において、たて型凝縮器６はそ
の内部にインナーシエル７を有し、蒸気を上部か
ら導く構造となつている。本発明の凝縮伝熱管１
は当該凝縮器６の中央に配位し、内部冷却流体を
直列に流すことができるように、該凝縮器６の外
部で接続できる構造となつている。ここで８は液
溜タンク、９は蒸発器、１０は循環ポンプであ
る。 この実験装置において、先ず、作動流体蒸気は
ライン１１から凝縮器６に流入し、インナーシエ
ル７により蒸気の流れが整流されたのち、凝縮伝
熱管１の表面で凝縮する。凝縮液はライン１２か
ら液溜タンク８に集められ、循環ポンプ１０によ
り、ライン１３から蒸発器９に送られ、再び蒸気
となつて循環される。 前記凝縮伝熱管１内部には、蒸気温度より低い
流体がライン１４から流入し、ライン１５から系
外に戻される。こゝで、内部冷却流体の流量、比
熱、出入の温度差から、該凝縮伝熱管１の交換熱
量を算出することができる。 また、蒸発器９では、シエルアンドチユーブタ
イプの熱交換器が用いられ、蒸気温度より高い流
体をライン１６から流し、ライン１７から出す構
造となつており、凝縮器６と同様、加熱流体の流
量、比熱、出入の温度差から、蒸気量を算出する
ことができる。 さて、この実験装置を用いて、本発明の凝縮伝
熱管の凝縮伝熱性能を測定した。 供試凝縮伝熱管は、本発明の凝縮伝熱管Ａと、
フルテツド管Ｂ、表面に加工されていない普通の
ベア（平滑）管Ｃの３本について測定された。 各管Ａ，Ｂ，Ｃの仕様は一例として次の通りで
ある。

【表】 実験は、作動蒸気流体として、フロン２２（Ｒ
―22）を用い、凝縮器冷却流体５〜10℃の冷水
を、蒸発器加熱流体は28〜35℃の温水を用いて実
験した。 実験結果を第５図に示す。同図において、横軸
は実表面積規準（凸部、凹部の面積を計算する）
のヒートフラツクス（Kca／m²ｈ）で、たて軸は
実表面積規準の凝縮熱伝達率α_c（Kcal／／m²ｈ
℃）を示したものである。 この結果、本発明の凝縮伝熱管Ａに於いては、
平滑管Ｃに対し、４〜５倍の熱伝達率を達成し
た。また、該伝熱管Ａは平滑管Ｃの約1.9倍の表
面積を有しているので、平滑管Ｃ規準では実に８
〜10倍近い性能があると考えられる。また、フル
テツド管Ｂに於いて、ヒートフラツクスの低い領
域では凝縮熱伝達率α_cは高いものの、１本当りの
凝縮量が増える10000Kcal／m²ｈ以上の領域（実
際の利用範囲）で、急速に熱伝達率α_cが低下し、
軸方向に大きな液膜分布が形成されていることが
推定される。従つて、4m以上の長尺管になると
その影響が大きく現われるため採用がむづかし
い。 その点、本発明の凝縮伝熱管Ａは高いヒートフ
ラツクスに於いても、高い伝熱性能の維持がみら
れ、長尺管でも十分性能が発揮できるものと考え
られる。なお、フルテツド管の凸凹部形状、ドレ
ンガターの巾、傾斜溝の巾、形状、ドレンバーの
高さ、形状は温度、熱流束等の条件に適合した最
適形状を選ぶことができる。 本発明によつて、高性能な凝縮熱伝達が得られ
るから、伝熱管の本数を減らすことができ、例え
ば、海洋温度差発電のように低温度差発電システ
ムでは、凝縮伝熱管を平滑管の2/1以下にするこ
とが可能で、配管のひきまわし、格納容器の寸法
の減少など全体システムコストの低減化にも大き
く貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の凝縮伝熱管の正面図、第２図
は第１図の―線断面図、第３図ａ及びｂは第
１図の―線縦断拡大図、第４図は同上凝縮伝
熱管の実験装置系統概念図、第５図は実験結果を
ヒートフラツクスと凝縮熱伝達率との関係で表し
たグラフ、第６図は従来の凝縮伝熱管の正面図、
第７図は第６図の―線断面図である。 １……凝縮伝熱管、２……たて溝、３……傾斜
溝、４……ドレンガター、５……ドレンバー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 微細なたて溝を有する伝熱管即ちフルテツド
   管に、該たて溝より深くカツトした傾斜溝を適当
   なピツチで開設し、かつ、該傾斜溝に沿つて排除
   された凝縮液をまとめて鉛直方向に排除するドレ
   ンガターを１乃至複数個開設し、さらに、該ドレ
   ンガターによつて分断されている前記傾斜溝の下
   流側に当る該ドレンガターの側縁に沿つてドレン
   バーを設けて構成した凝縮伝熱管。