JPH0726771B2 - 縦形吸収器用伝熱管 - Google Patents

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ヒー
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、吸収ヒートポンプなどの吸
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（LiBr）−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LiBr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、別途吸収ヒートポンプにお
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、LiBr−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
い界面攪乱を生じさせ、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］ 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。

［作用］ 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溝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。

［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。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、吸収液の流下方向である長手
方向に第１の溝2,2が、そして前記長手方向と交差する
円周方向に第２の溝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、前記溝
2,2および溝3,3によりその流れに抵抗が生じ、吸収液は
流下しながら激しい攪拌状態と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の溝の深さを同じくせ
ず、第２の溝3,3を吸収液の流下方向である第１の溝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の溝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溝を形成し、溝3,
3の形成と同時に第４図に示すように第２の溝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
LiBr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留するタンク、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19.05mm、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0.3mmの溝2,2を60条形成し、さ
らに管円周方向に連続する深さ0.5mmの溝3,3を長手方向
において5mm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（40℃.5
8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9.2mmHg
で一定となるように、蒸発器11の水40内の加熱ヒータの
入力を調整する一方、伝熱管１内には流速1m/secの低速
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250ppm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量Γ
＝0.1〜0.4kg/msにおいて約1.4倍向上した。ここに、液
膜流量Γ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1.4
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、冷媒の吸収が大巾に促進されたた
めとみることができ、同時に溝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にお
ける熱及び物質移動の大巾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、吸収ヒートポンプなどの吸収器の性能を向上
させ得るばなりでなく、機器の小形化および高効率化に
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、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の溝、3:円周方向の第２の
溝、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:Li
Br濃溶液、31:LiBr稀溶液、40:水、41:水蒸気、50:冷却
水。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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。