JPH07190555A - 冷凍装置用吸収器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 各伝熱管の性能が効率的に発揮されることに
より、複数本の伝熱管からなる管群全体として優れた伝
熱性能が発揮される冷凍装置用吸収器の提供。 【構成】 管外表面を管長手方向に延びる溝部が複数条
形成された伝熱管の複数本を、各々水平方向に延びる状
態で相互に鉛直方向に所定間隔を隔てて配設するに際し
て、伝熱管における溝部の溝深さおよび溝ピッチの少な
くとも何れか一方が、上段から下段に向かって全体とし
て減少するように各伝熱管を配管した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、水平方向に延びる複数本の伝熱
管が鉛直方向に所定距離を隔てて配設された管群を内部
に備えてなる、吸収式冷凍機や吸収式ヒートポンプ等の
冷凍装置用吸収器に関するものである。

【０００２】

【背景技術】吸収式冷凍機や吸収式ヒートポンプ等の冷
凍装置用吸収器は、一般に、複数本の伝熱管を水平方向
に延びる状態で、密閉容器内に並列的に配置してなる構
造とされており、それら伝熱管内に冷却水等の冷却媒体
が流通される一方、それら伝熱管の外面にＬｉＢｒ等の
吸収剤の溶液（吸収液）が滴下され、伝熱管外周面を流
下せしめられることにより、吸収液の吸収熱が冷却媒体
で運び去られるようになっている。

【０００３】そして、このような吸収器を構成する伝熱
管としては、従来から、内外面が平滑な円筒形状を呈す
る平滑管が使用されてきたが、伝熱性能が低く、要求さ
れる吸収器の高性能化や小型化を充分に達成することが
難しかった。

【０００４】そこで、本願出願人は、先に、実開平２−
８９２７０号公報、特開平２−１７６３７８号公報等に
おいて、管外表面を管長手方向に延びる溝部が管周方向
に湾曲面形状をもって複数条形成されてなる伝熱管を明
らかにした。このような伝熱管では、溝部による吸収液
の管軸方向への流動性向上効果と、隣接する溝部間に形
成される山部による吸収液の管周方向流下時の攪乱およ
び乱流効果等により、伝熱性能の大幅な向上が達成され
るのであり、それ故、かくの如き溝部が形成された伝熱
管を用いて吸収器を構成することにより、伝熱性能の大
幅な向上が図られ得るのである。

【０００５】ところが、かくの如き溝部を有する伝熱管
を用いて構成された吸収器について、伝熱性能の更なる
向上を図るべく、本発明者らが多数の実験等を行って検
討を加えたところ、同一形状の伝熱管であっても配設位
置、特に鉛直方向での配設位置の違いによって、伝熱管
表面における吸収液の拡がり方が異なり、そのために、
各伝熱管の有する性能が全ての伝熱管で充分に発揮され
ているとは言い難いということが明らかとなった。

【０００６】

【解決課題】ここにおいて、本発明は、上述の如き事情
を背景として為されたものであって、その解決課題とす
るところは、管軸方向に延びる溝部が複数条形成された
伝熱管を用いて冷凍装置用吸収器を構成するに際して、
何れの位置に配設された伝熱管においても、それぞれの
有する性能が効率的に発揮されるようにすることによ
り、それら複数本の伝熱管からなる管群全体として発揮
される伝熱性能の更なる向上を実現することにある。

【０００７】そして、このような課題を解決するため
に、本発明者らが鋭意検討を加えたところ、前述の如
き、伝熱管の配設位置の違いによって生ずる伝熱管表面
における吸収液の拡がり方の相違は、主として、鉛直上
方から下方に向かって流下する吸収液の濃度が水蒸気の
吸収に伴って低下することに起因しているであろうこと
が明らかとなった。即ち、上段部分に位置する伝熱管の
表面には高濃度・高粘性で比重の大きい吸収液が流下さ
せられるために、管軸方向への液膜の拡がりが不十分で
管軸方向での液膜の揺動が活発でなく、重力による液膜
の流下速度も大きい傾向が見られる一方、下段部分に位
置する伝熱管の表面には低濃度・低粘性で比重の小さい
吸収液が流下せしめられるために、液膜は管軸方向全体
に拡がるものの溝内における吸収液の保持量が多く、管
軸方向での液膜の揺動が活発でない傾向が認められた。

【０００８】

【解決手段】本発明は、このようにして得られた新たな
知見に基づいて為されたものであって、その特徴とする
ところは、管外表面を管長手方向に延びる溝部が、管周
方向に湾曲面形状をもって複数条形成されてなる伝熱管
の複数本を、各々水平方向に延びる状態で相互に鉛直方
向に所定間隔を隔てて配設してなる冷凍装置用吸収器に
おいて、前記伝熱管における前記溝部の溝深さおよび溝
ピッチの少なくとも何れか一方が、上段から下段に向か
って全体として減少するように各伝熱管を配管したこと
を、その特徴とするものである。

【０００９】そして、かくの如き冷凍装置用吸収器にお
いて、前記複数本の伝熱管としては、例えば、溝ピッチ
が同一のものが用いられ、それら各伝熱管の溝部の溝深
さが上段から下段に向かって全体として減少するように
配管されることとなる。

【００１０】或いはまた、前記複数本の伝熱管として
は、例えば、溝部の溝深さが同一のものが用いられ、そ
れら各伝熱管の溝ピッチが上段から下段に向かって全体
として減少するように配管されることとなる。

【００１１】

【発明の具体的構成・作用】このような本発明に係る冷
凍装置用吸収器においては、図１及び図２に例示されて
いるように、管外表面を管長手方向に延びる溝部１０が
管周方向に湾曲面形状をもって複数条形成されて、隣接
位置する溝部１０，１０間に山部１２が形成された伝熱
管１４が採用される。なお、図示された例示の伝熱管１
４においては、各溝部１０が管軸方向に直線状に形成さ
れているが、それら溝部を管軸方向に対して所定のねじ
れ角を有する螺旋状をもって形成することも可能であ
る。

【００１２】また、このような伝熱管１４は、実開平２
−８９２７０号公報や特開平２−１７６３７８号公報等
に開示されているように、例えば、素管として銅や銅合
金等からなる平滑円筒管を用い、ダイスによる抽伸加工
を施すことによって製造される。更に、その製造に際
し、一体筒状構造のダイスに代えて、周方向に複数に分
割された構造の分割ダイスを用いることにより、軸方向
に部分的に平滑部を残すことも可能であり、或いはま
た、素管内にプラグを挿入して縮管量を規制するように
しても良い。

【００１３】そして、このように複数条の溝部１０と山
部１２が管周方向に交互に形成された伝熱管１４は、そ
の複数本が、従来構造の吸収器と同様、吸収液が滴下さ
れる密閉容器内において、各々水平方向に延びる状態で
相互に鉛直上下方向に所定距離を隔てて配設されて冷却
媒体の流路に接続されることによって組み付けられる。
それにより、上方から滴下される吸収液が、上段に配設
された伝熱管１４の表面をつたって流下し、順次、下方
の伝熱管１４の表面に滴下されて、各伝熱管１４におい
て吸収液と冷却媒体との間で熱交換が行われることとな
る。

【００１４】ここにおいて、伝熱管１４としては、溝部
１０の溝深さ：ｄおよび溝ピッチ（管周方向に隣接位置
する溝部１０，１０の周方向間隔）：ｐの少なくとも何
れか一方が相異なるものの複数本が用いられ、かかる溝
部１０の溝深さ：ｄおよび溝ピッチ：ｐの少なくとも何
れか一方が、上段から下段に向かって全体として減少す
るように配管される。なお、伝熱管１４の管径は特に限
定されるものではないが、一般的な吸収器においては、
外径が１２〜１９mmのものが用いられる。

【００１５】具体的には、例えば、伝熱管１４として
は、溝ピッチ：ｐが同一で、溝深さ：ｄが互いに異なる
複数本が用いられ、かかる溝深さ：ｄが上段から下段に
向かって全体として減少するように、各伝熱管１４が配
管される。なお、伝熱管１４は、鉛直方向に配列された
複数本の管群全体として、上段から下段に向かって溝深
さ：ｄが減少していれば良く、同一の溝深さ：ｄの伝熱
管１４が数段に亘って上下方向に隣接配置されていても
良い。

【００１６】或いはまた、伝熱管１４としては、溝深
さ：ｄが同一で、溝ピッチ：ｐが異なる複数本が用いら
れ、かかる溝ピッチ：ｐが上段から下段に向かって全体
として減少するように、各伝熱管１４が配管される。な
お、ここにおける溝ピッチ：ｐも、管群全体として上段
から下段に向かって減少していれば良く、同一の溝ピッ
チ：ｐの伝熱管１４が数段に亘って上下方向に隣接配置
されていても良い。

【００１７】そして、好ましくは、溝ピッチ：ｐが、１
mm≦ｎ≦１０mmの範囲内で設定されると共に、溝深さ：
ｄが、０．３mm≦ｄ≦０．９mmの範囲内で設定される。
けだし、溝ピッチが１mmより小さいと溝部１０の形成が
困難となるからであり、一方、溝ピッチが１０mmより大
きいと管内の圧力損失が増大するために実用に適さなく
なるからである。また、溝深さが０．３mmより小さい
と、伝熱管表面を管周方向に流下する吸収液に及ぼされ
る山部１２による攪乱効果が小さくなって伝熱性能が低
下するために実用に適さなくなるからであり、一方、溝
深さが０．９mmより大きいと管内の圧力損失が増大する
ために実用に適さなくなるからである。

【００１８】また、より好ましくは、溝ピッチ：ｐと溝
深さ：ｄの比：ｐ／ｄが、３≦ｐ／ｄ≦２０となるよう
に設定される。けだし、ｐ／ｄの値が３より小さいと、
吸収液が溝部１０内に滞留し易くなって伝熱性能が低下
するからであり、一方、ｐ／ｄの値が２０より大きい
と、伝熱管表面を管周方向に流下する吸収液に及ぼされ
る山部１２による攪乱効果が小さくなって伝熱性能が低
下するからである。

【００１９】さらに、特に、前述の如く、溝ピッチ：ｐ
が同一で、溝深さ：ｄが互いに異なる複数本の伝熱管１
４によって吸収器の管群を構成する場合には、溝ピッ
チ：ｐが、２mm≦ｐ≦７mmとなるように設定することが
一層望ましい。けだし、全ての伝熱管１４として溝ピッ
チが７より大きいものを使用すると、管群全体での圧力
損失が大きくなって実用に適さないからであり、一方、
全ての伝熱管１４として溝ピッチが２より小さいものを
使用すると、管群全体での伝熱性能が低下するために実
用に適さないからである。その際、より好ましくは、ｐ
／ｄが、４≦ｐ／ｄ≦２０となるように設定される。

【００２０】また、溝深さ：ｄが同一で、溝ピッチ：ｐ
が互いに異なる複数本の伝熱管１４によって吸収器の管
群を構成する場合には、溝深さ：ｄが、０．５mm≦ｄ≦
０．７mmとなるように設定することが一層望ましい。け
だし、全ての伝熱管１４として溝深さが０．５mmより小
さいものを使用すると、管群全体での伝熱性能が低下す
るために実用に適さないからであり、一方、全ての伝熱
管１４として溝深さが０．７mmより大きいものを使用す
ると管群全体での管内圧力損失が大きくなって実用に適
さないからである。その際、より好ましくは、ｐ／ｄ
が、３≦ｐ／ｄ≦１７となるように設定される。

【００２１】このように、複数条の溝部１２を有する伝
熱管１４が用いられた冷凍装置用吸収器においては、上
方より滴下される吸収液が、上段の伝熱管から下段の伝
熱管に向かって順次各伝熱管表面を流下せしめられる
際、溝部１０を伝わって管長手方向に拡げられると共
に、管周方向の流れに対して山部１２による攪乱作用が
加えられることとなるが、特に、本発明に従う構造とさ
れた冷凍装置用吸収器においては、溝部１０の溝深さ：
ｄおよび溝ピッチ：ｐの少なくともいずれか一方が、上
段から下段に向かって全体として減少するように、複数
の伝熱管１４が配管されていることから、何れの伝熱管
１４においても、吸収液に対して及ぼされる溝部１０に
よる拡張作用や山部１２による攪乱作用などが、効率的
に且つ安定して発揮され得るのであり、その結果、管群
全体として優れた伝熱性能が発揮され得るのである。

【００２２】すなわち、吸収器内において伝熱管表面を
流下する吸収液は、水蒸気の吸収によって、下流側（伝
熱管の下段側）に行くに従って吸収剤の濃度が低下する
ために、上段部分に配管された伝熱管には、高濃度・高
粘性で比重の大きい吸収液が流下せしめられる一方、下
段部分に配管された伝熱管には、低濃度・低粘性で比重
の小さい吸収液が流下せしめられることとなる。

【００２３】そこにおいて、本発明に従う構造の冷凍装
置用吸収器においては、溝部１０の溝深さ：ｄ及び／又
は溝ピッチ：ｐが比較的大きい伝熱管が上段部分に配管
されていることから、上段部分の伝熱管では、一つ当た
りの溝部１０内における吸収液保持量が有利に確保され
得るのであり、それ故、高濃度・高粘性の吸収液も溝部
１０内を管長手方向に有利に広げられると共に、比重が
大きい吸収液の管周方向における液膜流下速度が抑えら
れる結果、上段部分に配管された伝熱管においても濡れ
面積が有利に確保され得て優れた伝熱性能が発揮され得
るのである。

【００２４】しかも、本発明に従う構造の冷凍装置用吸
収器においては、溝部１０の溝深さ：ｄ及び／又は溝ピ
ッチ：ｐが比較的小さい伝熱管が下段部分に配管されて
いることから、下段部分の伝熱管では、一つ当たりの溝
部１０内における吸収液保持量が適当量に制限され得る
のであり、それ故、低濃度・低粘性の吸収液においても
溝部１０内を管長手方向に広げられる際に活発な揺動が
有利に生ぜしめられると共に、管周方向に流下する吸収
液に対しても適当な流下速度が与えられる結果、下段部
分に配管された伝熱管においても優れた伝熱性能が発揮
され得るのである。

【００２５】以下に、本発明をより具体的に明らかにす
るために、本発明に従う構造とされた吸収器の実験結果
を実施例として示すこととするが、本発明は、そのよう
な実施例の記載および上記発明の具体的構成の説明中に
挙げた具体例等によって限定的に解釈されるものでな
い。

【００２６】例えば、伝熱管における溝深さと溝ピッチ
の両方を、上段から下段に向かって、共に全体として減
少するように配管することも可能である。

【００２７】或いはまた、最下段部分において吸収液が
充分に低濃度となるような場合には、実開昭５７−１０
０１６１号公報等に開示されている如き、管外周面を管
長手方向に延びる多数の微細溝が形成された微細溝付管
を、本発明に従って配管された複数条の溝部が形成され
た複数本の伝熱管より下段部分に配管することも可能で
ある。即ち、充分に低濃度な吸収液であれば、そのよう
な微細溝付管を用いても有効な伝熱促進効果を得ること
ができるのであり、特に、管内圧力損失の低減も図られ
るという利点がある。

【００２８】その他、一々列挙はしないが、本発明は当
業者の知識に基づいて種々なる変更，修正，改良等を加
えた態様において実施され得るものであり、また、その
ような実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限り、何
れも、本発明の範囲内に含まれるものであることは、言
うまでもないところである。

【００２９】

【実施例】

〔実施例１〕ＪＩＳ Ｈ３３００の銅管（外径：φ１
５．８８mm，肉厚：０．６mm）を素管とし、ダイスを用
いた冷間の引抜加工によって、前記図１及び図２に示さ
れているのと同様、管軸方向に直線的に延びる溝部が管
周方向に連続した湾曲面形状をもって交互に形成されて
なる構造の伝熱管であって、溝深さが異なるものの複数
種を製造した。製造した伝熱管の諸元を下記［表１］に
示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】次いで、これらの伝熱管を、有効長：５０
０mmとして、一列５段の３５mmピッチで、実験用の吸収
器に水平にセットした。なお、かかる配管に際しては、
上記表１に示されているように、上段から下段に行くに
従って、順次、溝深さが小さくなるようにした。

【００３２】そして、伝熱管の下側のものから順次５パ
スで、冷却媒体としての冷却水を流通させる一方、２５
０ppm のオクチルアルコールが添加された吸収液として
のＬｉＢｒ水溶液を、直径：２mmの滴下穴から最上段の
伝熱管の管外表面に滴下して、かかる構造の吸収器にお
ける熱通過率を求め、平滑管（溝部が形成されていない
管）を用いた場合の熱通過率との比を算出した。その
他、それ以外の主要実験条件を、下記［表２］に示す。

【００３３】

【表２】

【００３４】また、本実施例の吸収器と比較するため
に、同一の吸収器に、上記実施例で第２段目に配管した
ものと同一形状の伝熱管（溝深さ：ｄ＝０．６mm一定，
溝ピッチ：ｐ＝４．１５７mm一定）を、１〜５段目の全
部に配管したものについて、同様な実験を行い、熱通過
率を求め、平滑管（溝部が形成されていない管）を用い
た場合の熱通過率との比を算出した。その結果を、実施
例の吸収器についての結果と共に、比較例として、図３
に示す。

【００３５】〔実施例２〕実施例１と同一の銅管を素管
とした同様な引抜加工によって、管軸方向に直線的に延
びる溝部が管周方向に連続した湾曲面形状をもって交互
に形成されてなる構造の伝熱管であって、溝ピッチが異
なるものの複数種を製造した。製造した伝熱管の諸元を
下記［表３］に示す。

【００３６】

【表３】

【００３７】次いで、これらの伝熱管を、実施例１と同
一の実験用吸収器にセットした。なお、かかる配管に際
しては、上記表３に示されているように、上段から下段
に行くに従って、順次、溝ピッチが小さくなるようにし
た。

【００３８】そして、実施例１と同一の条件下で、かか
る構造の吸収器における熱通過率を求め、平滑管（溝部
が形成されていない管）を用いた場合の熱通過率との比
を算出た。その結果を、前記実施例１で行った比較例の
実験結果と共に、図４に示す。

【００３９】これら図３及び図４に示された実施例１，
２の結果から、溝部の溝深さまたは溝数を考慮して伝熱
管を配管することにより、溝深さおよび溝数が同一の伝
熱管を用いた従来の吸収器に比べて、１０％程度もの伝
熱性能の向上が達成されることが認められる。しかも、
上記実施例１，２の場合には、最上段部位に配管された
伝熱管表面を流下する吸収液の濃度と最下段部位に配管
された伝熱管表面を流下する吸収液の濃度との差（吸収
器出入口濃度差）が１〜２重量％程度であったが、実機
では吸収器出入口濃度差が５重量％程度にもなることを
考慮すると、実機においては、溝部の溝深さまたは溝数
を考慮して伝熱管を配管することにより、より大きな伝
熱促進効果が発揮されるものと考えられる。

【００４０】なお、上記実施例における比較例の装置に
ついて観察したところ、１段目の伝熱管では吸収液の液
膜の管軸方向への広がりが充分でなく、２段目から３段
目になるに従って吸収液の液膜の管軸方向への揺動が活
発となる傾向が認められるが、４段目および５段目では
液膜が全体に広がっているものの溝に沿った管軸方向へ
の活発な揺動が見られず、上段部分および下段部分の伝
熱管においては何れも本来の伝熱性能が充分には発揮さ
れていなかった。なお、下段部分の伝熱管で活発な揺動
が見られないのは、比較的低い吸収液濃度に比べて、溝
一つ当たりの溶液保持量が多すぎるために管軸方向への
液膜の広がりを阻害しているものと考えられる。

【００４１】また、上記比較例装置では、何れも、管内
圧力損失が平滑管だけを用いた場合に比べて１．５〜
１．６倍程度とかなり高かったが、溝深さが比較的小さ
い伝熱管を下段部位に配管した実施例１の装置および溝
ピッチが比較的小さい伝熱管を下段部位に配管した実施
例２の装置においては、何れも、管内圧力損失の低減が
有利に図られ得ることが認められた。

【００４２】

【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
に従う構造とされた冷凍装置用吸収器においては、吸収
液の濃度および粘性が高い上段部分に配管された伝熱管
では、一つ当たりの溝部内における吸収液保持量が大き
くされて吸収液が管長手方向に有利に導かれる一方、吸
収液の濃度および粘性が低い下段部分に配管された伝熱
管では、一つ当たりの溝部内における吸収液保持量が適
当に制限されて吸収液に対して溝に沿った揺動が有利に
生ぜしめられるのであり、その結果、上段中段下段の何
れの部分に配管された伝熱管においても、吸収液に対し
て及ぼされる溝部による拡張作用や揺動作用などが効率
的に発揮され得て、管群全体として優れた伝熱性能が発
揮され得るのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷凍装置用吸収器に用いられる伝
熱管の一具体例を示す断面図である。

【図２】図１に示された伝熱管の斜視説明図である。

【図３】本発明の一実施例としての実験結果を比較例と
共に示すグラフである。

【図４】本発明の別の実施例としての実験結果を比較例
と共に示すグラフである。

【符号の説明】

１０ 溝部 １２ 山部 １４ 伝熱管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管外表面を管長手方向に延びる溝部が、
   管周方向に湾曲面形状をもって複数条形成されてなる伝
   熱管の複数本を、各々水平方向に延びる状態で相互に鉛
   直方向に所定間隔を隔てて配設してなる冷凍装置用吸収
   器において、 前記伝熱管における前記溝部の溝深さおよび溝ピッチの
   少なくとも何れか一方が、上段から下段に向かって全体
   として減少するように各伝熱管を配管したことを特徴と
   する冷凍装置用吸収器。
2. 【請求項２】 前記複数本の伝熱管として溝ピッチが同
   一のものを用い、それら各伝熱管の溝部の溝深さが上段
   から下段に向かって全体として減少するように配管した
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置用吸収器。
3. 【請求項３】 前記複数本の伝熱管として溝部の溝深さ
   が同一のものを用い、それら各伝熱管の溝ピッチが上段
   から下段に向かって全体として減少するように配管した
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷凍装置用吸収器。