JPH10176897A

JPH10176897A - 水平型凝縮器

Info

Publication number: JPH10176897A
Application number: JP35344496A
Authority: JP
Inventors: Soichiro Tsujimoto; 聡一郎辻本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1996-12-16
Filing date: 1996-12-16
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱管に付着する凝縮液による凝縮特性の低
下が起こりにくい凝縮器を実現する。【解決手段】凝縮器１は、容器２内に配置された伝熱
管３を有している。伝熱管３は、一連の管状の部材から
なり、連結部７により互いに連結されかつ縦方向に間隔
を設けて配列された、水平方向に延びる複数の主部６を
有している。このような連結管３は、外周面が撥水層を
有しており、水蒸気等の凝縮性気体は、当該外周面に触
れて凝縮すると、外周面が撥水性のため速やかに滴状に
なって落下する。伝熱管３の下部側の主部６で形成され
た凝縮液は、上方から落下してくる凝縮液と衝突し、連
絡管３の外周面が撥水性のため伝熱管３から効率的に払
い落される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、凝縮器、特に、凝
縮性気体を冷却して凝縮させるための水平型凝縮器に関
する。

【０００２】

【従来の技術とその課題】吸収式および圧縮式の冷凍
機、復水器、電機冷蔵庫、ヒートポンプ式電気暖房機な
どに用いられる凝縮器は、通常、水蒸気などの凝縮性気
体を冷却するための伝熱管を備えている。この伝熱管
は、主に、熱伝導性が高い材料、例えば銅を用いて形成
された管状の部材であり、冷却水などの冷却材が内部を
循環し得るように構成されている。このような伝熱管
は、その外周面が内部を循環する冷却材により冷却され
る。この結果、凝縮性気体は、当該外周面に触れた際に
冷却され、そこで凝縮される。

【０００３】ところで、上述のような伝熱管では、凝縮
性気体が凝縮して形成される凝縮液が膜状になって外周
面に付着する場合が多い。伝熱管の外周面に付着した凝
縮液は、伝熱管と凝縮性気体との間の熱伝達を妨げ、伝
熱管による凝縮性気体の凝縮特性を低下させる原因とな
る。特に、伝熱管が横方向に延びかつ間隔を設けて縦方
向に多段に配置されているような凝縮器の場合は、下段
側の伝熱管の表面に付着する凝縮液の膜厚が上段側の伝
熱管から滴下する凝縮液のために増大し易いので、下段
側の伝熱管は、付着した凝縮液により伝熱抵抗が増大
し、凝縮特性が著しく低下する。

【０００４】本発明の目的は、伝熱管に付着する凝縮液
による凝縮特性の低下が起こりにくい凝縮器を実現する
ことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る水平型凝縮
器は、凝縮性気体を冷却して凝縮させるためのものであ
る。この水平型凝縮器は、凝縮性気体を冷却して凝縮さ
せるための、外周面に撥水層を有する伝熱管を備えてい
る。当該伝熱管は、横方向に延びかつ間隔を設けて縦方
向に多段に設けられている。このような凝縮器におい
て、伝熱管が有する撥水層は、例えば、撥水性高分子が
金属マトリックスに分散配合された薄膜である。

【０００６】本発明に係る他の水平型凝縮器は、凝縮性
気体を冷却して凝縮させるためのものである。この水平
型凝縮器は、凝縮性気体を冷却して凝縮させるための、
外周面に撥水層を有する一連の伝熱管を備えている。当
該伝熱管は、水平方向に延びかつ縦方向に間隔を設けて
互いに平行に配置された複数の主部と、互いに隣接し合
う主部間を連結するための連結部とを有している。

【０００７】本発明に係るさらに他の水平型凝縮器は、
凝縮性気体を冷却して凝縮させるための水平型凝縮器で
ある。この水平型凝縮器は、凝縮性気体を冷却して凝縮
させるための、外周面に撥水層を有する一連の伝熱管を
備えている。当該伝熱管は、軸線が垂直方向のコイル状
に形成されている。

【０００８】

【作用】本発明に係る水平型凝縮器では、伝熱管の外周
面において、凝縮性気体が冷却されて凝縮する。この際
に形成される凝縮液は、伝熱管の外周面が撥水層を有す
るため速やかに液滴状になり、伝熱管から落下し易い。
特に、多段に設けられた伝熱管のうち、下段側の伝熱管
の外周面で形成された凝縮液は、伝熱管の表面が撥水性
のため上段側の伝熱管から落下してくる凝縮液が衝突し
て払い落され易いので、伝熱管に残留しにくい。この結
果、伝熱管は、凝縮液の付着による伝熱抵抗の増大が起
こりにくく、凝縮性気体の凝縮特性を良好に維持するこ
とができる。

【０００９】本発明に係る他の水平型凝縮器では、伝熱
管の外周面において、凝縮性気体が冷却されて凝縮す
る。この際に形成される凝縮液は、伝熱管の外周面が撥
水層を有するため速やかに液滴状になり、伝熱管から落
下し易い。特に、伝熱管を構成する、互いに平行に配置
された複数の主部のうち、下方の主部の外周面で形成さ
れた凝縮液は、上方の主部から落下してくる凝縮液が衝
突して払い落され易いので、伝熱管に残留しにくい。こ
の結果、伝熱管は、凝縮液の付着による伝熱抵抗の増大
が起こりにくく、凝縮性気体の凝縮特性を良好に維持す
ることができる。

【００１０】本発明に係るさらに他の水平型凝縮器で
は、伝熱管の外周面において、凝縮性気体が冷却されて
凝縮する。この際に形成される凝縮液は、伝熱管の外周
面が撥水層を有するため速やかに液滴状になり、伝熱管
から落下し易い。特に、軸線が垂直方向のコイル状に形
成されている伝熱管では、下部の外周面で形成された凝
縮液は、上部の外周面から落下してくる凝縮液が衝突し
て払い落され易いので、伝熱管に残留しにくい。この結
果、伝熱管は、凝縮液の付着による伝熱抵抗の増大が起
こりにくく、凝縮性気体の凝縮特性を良好に維持するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施の一形態に
係る凝縮器を示す。図において、凝縮器１は、容器２
と、伝熱管３とを主に備えている。

【００１２】容器２は、上部に水蒸気などの凝縮性気体
を導入するための導入口４を有しており、また、凝縮性
気体の凝縮により得られる凝縮液を排出するための排出
口５が底部に形成されている。

【００１３】伝熱管３は、容器２内に配置された一連の
管状の部材からなり、水平方向に延びる複数の主部６を
有している。複数の主部６は、容器２内において、縦方
向（上下方向）に一定の間隔を設けて互いに平行に配列
されている。隣接し合う主部６間は、連結部７により相
互に連結されている。このような伝熱管３は、一方の端
部３ａが容器２の下部から外部に延びており、また、他
方の端部３ｂが容器２の上部から外部に延びている。

【００１４】なお、伝熱管３は、主部６を５つ以上有し
ているのが好ましい。主部６が５つ未満の場合は、後述
するような作用に従って、伝熱管３表面の凝縮液が効率
的に落下しにくい場合がある。また、主部６間の間隔Ｘ
は、通常、２〜５０ｍｍに設定するのが好ましく、３〜
２０ｍｍに設定するのがより好ましい。この間隔が２ｍ
ｍ未満の場合は、凝縮液が上下の主部６間で橋渡し状態
になり、落下しにくくなる場合がある。逆に、５０ｍｍ
を超えると、主部６の密度が小さくなるため、凝縮器１
が大型化してしまう。

【００１５】上述の伝熱管３は、例えば銅などの熱伝導
率が高い金属材料からなり、図２（図１のＩＩ−ＩＩ断
面図）に示すように、内部に冷却水などの冷却材を循環
させるための流路８を有している。また、伝熱管３の外
周面には、撥水層９が形成されている。なお、理解の便
のため、図２では撥水層９の厚さを強調している。

【００１６】撥水層９は、撥水性高分子の粒子が金属マ
トリックスに分散配合された薄膜のめっき層からなる。
ここで、撥水性高分子としては、例えば、フッ素を含有
するもの、鎖状脂肪酸およびシリコーン樹脂などが好ま
しく用いられるが、特に、フッ素を含有するものを用い
るのが好ましい。フッ素を含有する撥水性高分子として
は、例えば、４フッ化エチレン重合体（ＰＴＦＥ），テ
トラフルオロエチレン−フルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体（ＰＦＡ）およびテトラフルオロエチレン−
ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などのフ
ッ素系樹脂、フッ化ピッチ並びにフッ化黒鉛なを挙げる
ことができる。なお、このような撥水性高分子の粒子の
平均粒径は、５μｍ以下、特に２μｍ以下が好ましい。
当該平均粒径が５μｍを超える場合は、撥水性高分子の
粒子が金属マトリックス中に均一に分散しにくい場合が
あり、また、撥水性高分子の粒子が撥水層９から脱落し
やすい場合がある。

【００１７】一方、金属マトリックスを構成する金属と
しては、伝熱管３を構成する銅との付着強度および熱伝
導率が高く、しかも比較的安価であることから、例えば
ニッケルが好ましく用いられる。

【００１８】金属マトリックス中における撥水性高分子
の粒子の含有量は、通常、１０〜５０容量％、特に１５
〜４０容量％が好ましい。この含有量が１０容量％未満
の場合は、撥水層９に十分な撥水性を付与するのが困難
な場合がある。この結果、撥水層９の表面で形成される
凝縮液が速やかに液滴状になりにくくなり、伝熱管３の
熱伝導率が低下して凝縮性気体の冷却効率を低下させる
おそれがある。逆に、撥水性高分子の粒子の含有量が５
０容量％を超えると、伝熱管３を構成する金属材料と撥
水層９との付着性が低下し、撥水層９が伝熱管３から剥
離し易くなる場合がある。また、撥水層９の熱伝導率が
低下し、凝縮性気体の冷却効率を低下させるおそれがあ
る。

【００１９】上述の撥水層９の膜厚は、５０μｍ以下、
特に１０μｍ以下でありかつ撥水性高分子の粒子の平均
粒径以上に設定するのが好ましい。この膜厚が５０μｍ
を超える場合は、金属マトリックス中における撥水性高
分子の粒子の一様性が低下して撥水層９の緻密さが損な
われ、結果的に撥水層９の熱伝導率が低下するおそれが
ある。また、そうでない場合であっても、伝熱抵抗が膜
厚に比例して大きくなるため、撥水層９そのものの伝熱
抵抗が無視できなくなる。逆に、膜厚が撥水性高分子の
粒子の平均粒径未満の場合は、撥水性高分子の粒子が撥
水層９から脱離し易くなる。

【００２０】なお、撥水層９は、例えば、湿式法により
形成することができる。具体的には、上述の撥水性高分
子の粉末と金属マトリックスを構成する金属の溶液とを
混合しためっき浴を用い、伝熱管３を構成する金属材料
製の管の外周面に電解めっきまたは無電解めっきを適用
することにより形成することができる。

【００２１】次に、上述の凝縮器１の作用について説明
する。先ず、凝縮器１の伝熱管３には、端部３ａ側から
端部３ｂ側に向けて、冷却水などの冷却材が連続的に供
給される。これにより、伝熱管３は、内部から冷却さ
れ、撥水層９の外周面の温度が低下する。この状態で、
導入口４を介して容器２内に水蒸気などの凝縮性気体を
導入すると、当該凝縮性気体は、容器２内で拡散し、伝
熱管３に触れて冷却される。これにより、凝縮性気体は
凝縮され、伝熱管３の外周面で凝縮液になる。この際、
凝縮液は、伝熱管３の外周面が上述のような撥水層９か
らなるため速やかに滴状になり、伝熱管３から速やかに
落下する。

【００２２】ここで、伝熱管３の主部６から落下した凝
縮液は、当該主部６の下方に位置する他の主部６に衝突
する。この際、当該他の主部６に付着している凝縮液
は、落下して来た凝縮液により払い落され、より速やか
に主部６から落下し得る。すなわち、下方に位置する主
部６に付着した凝縮液は、上方の主部６から落下する凝
縮液により効率的に払い落されることになる。

【００２３】以上の結果、伝熱管３の外周面からは凝縮
液が効率的に除去されることになるので、当該外周面
は、凝縮液が付着しにくくなり、凝縮性気体と直接接触
し易い状態に保たれる。したがって、伝熱管３は、凝縮
液により熱伝導性が損なわれにくくなり（言い替える
と、凝縮液の付着による伝熱抵抗の増大が起こりにくく
なり）、凝縮性気体の凝縮効率を良好に維持することが
できる。

【００２４】なお、伝熱管３から落下した凝縮液は、容
器２の排出口５から外部に排出される。

【００２５】〔他の実施の形態〕（１）上述の実施の形態に係る凝縮器１では、複数の主
部６と、主部６間を連結する連結部７とにより一連の伝
熱管３を構成したが、本発明はこれに限定されない。例
えば、伝熱管３は、このように一連に構成されている必
要はなく、横方向に延びかつ互いに独立した複数本（好
ましくは３本以上）の伝熱管３を縦方向に間隔を設けて
配置した場合も本発明を同様に実施することができる。

【００２６】（２）図３を参照して、さらに他の実施の
形態に係る凝縮器を説明する。この凝縮器１０は、上述
の実施の形態に係る凝縮器１と同様に構成された容器２
を備えており、当該容器２内に配置されたコイル状の伝
熱管１３を備えている。

【００２７】コイル状の伝熱管１３は、図３および図４
（伝熱管１３の平面図）に示すように、上述の実施の形
態に係る凝縮器１に採用された伝熱管３と同様の管状部
材を右回りの円筒状に巻いて構成されたものであり、上
述の伝熱管３における撥水層９と同様の撥水層が外周面
に形成されている（図示せず）。このような伝熱管１３
は、軸線Ｃが垂直方向になるよう起立した状態で容器２
内に配置されており、一方の端部１３ａが容器２の下部
から外部に延びており、他方の端部１３ｂが容器２の上
部から外部に延びている。

【００２８】なお、このような伝熱管１３は、３重以上
に巻かれたコイル状に構成されているのが好ましい。３
重未満に巻かれたコイル状の場合は、本発明により得ら
れる効果が小さくなる。また、コイルを構成する管と管
との間隔Ｙ（図３）は、２〜２０ｍｍ程度に設定されて
いるのが好ましく、３〜２０ｍｍ程度に設定されている
のがより好ましい。この間隔が２ｍｍ未満の場合は、凝
縮液がコイル間で橋渡し状態になり、落下しにくくなる
場合がある。逆に、２０ｍｍを超える場合は、伝熱管１
３の密度が小さくなるため、凝縮器１０が大型化してし
まう。

【００２９】このような凝縮器１０では、伝熱管１３の
端部１３ａ側から端部１３ｂ側に向けて、冷却水などの
冷却材が連続的に供給される。これにより、伝熱管１３
は、内部から冷却され、外周面に設けられた撥水層の温
度が低下する。この状態で、導入口４を介して容器２内
に水蒸気などの凝縮性気体を導入すると、当該凝縮性気
体は、容器２内で拡散し、伝熱管１３に触れて冷却され
る。これにより、凝縮性気体は凝縮され、伝熱管１３の
外周面で凝縮液になる。この際、凝縮液は、伝熱管３の
外周面が上述のような撥水層からなるため速やかに滴状
になり、伝熱管１３から速やかに落下する。

【００３０】ここで、伝熱管１３は軸線が垂直方向にな
るように起立して配置されているので、伝熱管１３の上
部から落下した凝縮液は、伝熱管１３の下部の外周面で
凝縮した凝縮液に衝突し、当該凝縮液を払い落す。した
がって、伝熱管１３の下部に付着した凝縮液は、伝熱管
１３の上部から落下する凝縮液により効率的に払い落さ
れることになる。

【００３１】以上の結果、伝熱管１３の外周面からは凝
縮液が効率的に除去されることになるので、当該外周面
は、凝縮液が付着しにくくなり、凝縮性気体と直接接触
し易い状態に保たれる。したがって、伝熱管１３は、凝
縮液により熱伝導性が損なわれにくくなり（言い替える
と、凝縮液の付着による伝熱抵抗の増大が起こりにくく
なり）、凝縮性気体の凝縮効率を良好に維持することが
できる。

【００３２】（３）上述の各種の実施の形態では、伝熱
管３，１３の外周面に配置された撥水層９を、撥水性高
分子の粒子が金属マトリックスに分散配合された薄膜の
めっき層により構成したが、本発明はこれに限定されな
い。すなわち、撥水層９は、伝熱管３，１３の外周面に
撥水性を付与することができる材料を用いて形成されて
いればよく、例えば、上述のようなめっき層以外に、フ
ッ素系樹脂、鎖状脂肪酸およびシリコーン樹脂などの撥
水性非金属材料、或いは、金、銀、クロム、ロジウムお
よびパラジウムなどの撥水性金属材料を用いて形成され
たコーティング層であってもよい。

【００３３】

【実施例】製造例１（伝熱管１の製造）硫酸ニッケル３５０ｇ／ｌ、塩化ニッケル４５ｇ／ｌお
よびホウ酸４０ｇ／ｌからなるニッケルめっき浴を用意
した。これに、コールタールから得られたフッ化ピッチ
（ＦＰ）微粒子（平均粒径＝０．３μｍ）５０重量部、
ダイキン工業株式会社製のテトラフルオロエチレン−ヘ
キサフルオロプロピレン共重合体樹脂（ＦＥＰ）微粒子
（平均粒径＝０．２〜０．３μｍ）５０重量部およびＦ
Ｐ１ｇに対して３０ｍｇの割合でありかつＦＥＰ１ｇに
対して６５ｍｇの割合で添加された界面活性剤（大日本
インキ化学株式会社製の商品名”メガファックＦ１５
０”）を含む混合物を、ＦＰ：ＦＥＰ：ニッケル＝１
５：１５：７０の割合（重量割合）になるよう上述のめ
っき浴に添加した。

【００３４】次に、外径が１６ｍｍ、内径が１４ｍｍお
よび１本の有効長が１００ｍｍの銅管を用意し、この銅
管の外周面に上述のめっき浴を用いて電解めっき処理を
施した。この際、銅管を負極に設定し、液温＝４５±５
℃、ｐＨ＝３．８〜４．２および電流密度＝３Ａ／ｄｍ
² の条件が維持されるようにめっき浴をスクリュー撹拌
しながらめっきの膜厚が２μｍになるように調整した。
その後、銅管をさらに熱処理し、外周面がめっきされた
伝熱管１を得た。

【００３５】製造例２（伝熱管２の製造）ダイキン工業株式会社製の４フッ化エチレン共重合体
（ＰＴＦＥ）微粒子（平均粒径＝０．３μｍ）を、ＰＴ
ＦＥ：ニッケル＝３０：７０の割合（重量割合）になる
よう製造例１で用意したニッケルめっき浴に添加した。
また、製造例１で用いたものと同じ界面活性剤を、ＰＴ
ＦＥ１ｇに対して３０ｍｇの割合で同ニッケルめっき浴
に添加した。

【００３６】次に、製造例１で用いたものと同様の銅管
を用意し、この銅管に対して上述のめっき浴を用いて製
造例１と同様の条件でめっき処理を施した。その後、銅
管をさらに熱処理し、外周面がめっきされた伝熱管２を
得た。

【００３７】実施例１製造例１で得られた伝熱管１を水平に維持しつつ、縦方
向に１０ｍｍの間隔を設けながら３本平行に真空容器内
に並べて配置し、凝縮器を構成した。各伝熱管１には、
冷却水が独立して連続的に流れるように設定した。

【００３８】実施例２製造例１で得られた伝熱管１を６本用いた点を除き、実
施例１と同様に凝縮器を構成した。

【００３９】実施例３製造例２で得られた伝熱管２を３本用い、実施例１と同
様の凝縮器を構成した。

【００４０】実施例４製造例２で得られた伝熱管２を６本用い、実施例２と同
様の凝縮器を構成した。

【００４１】比較例１製造例１で利用した銅管（めっき処理されていないも
の）を伝熱管として３本用い、実施例１と同様の凝縮器
を構成した。

【００４２】比較例２製造例１で利用した銅管（めっき処理されていないも
の）を伝熱管として６本用い、実施例１と同様の凝縮器
を構成した。

【００４３】評価実施例１〜４および比較例１，２で得られた凝縮器につ
いて、真空容器内の真空度を０．０１Ｔｏｒｒ以下に設
定し、各伝熱管に冷却水を連続的に供給した。この状態
で、真空容器内に絶対圧力が１ｋｇ／ｃｍ² の純水蒸気
を導入した。これにより得られた凝縮水を真空容器の底
部に設置したトレイで受け、その凝縮水の量を天秤を用
いて測定し、各凝縮器の凝縮特性を調べた。結果を表１
に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】表１より、実施例の場合には、伝熱管の本
数が多い程、凝縮特性を示す総括伝熱係数が増大してい
ることが分かる。一方、比較例の場合は、伝熱管の本数
が多い程、凝縮特性を示す総括伝熱係数が逆に小さくな
っていることが分かる。このことより、実施例に係る凝
縮器では、伝熱管に付着する凝縮液による凝縮特性の低
下が起こりにくくなっていることが分かる。

【００４６】

【発明の効果】本発明の水平型凝縮器は、伝熱管の外周
面が撥水層を有し、しかも伝熱管が上述のように配置さ
れているので、伝熱管に付着する凝縮液による凝縮特性
の低下が起こりにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る凝縮器の縦断面
図。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。

【図３】本発明の他の実施の形態に係る凝縮器の縦断面
図。

【図４】前記他の実施の形態に係る凝縮器に採用された
伝熱管の平面図。

【符号の説明】

１，１０凝縮器３，１３伝熱管６主部７連結部９撥水層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凝縮性気体を冷却して凝縮させるための水
平型凝縮器であって、前記凝縮性気体を冷却して凝縮させるための、外周面に
撥水層を有する伝熱管を備え、前記伝熱管は、横方向に延びかつ間隔を設けて縦方向に
多段に設けられている、水平型凝縮器。
【請求項２】前記撥水層は、撥水性高分子が金属マトリ
ックスに分散配合された薄膜である、請求項１に記載の
水平型凝縮器。
【請求項３】凝縮性気体を冷却して凝縮させるための水
平型凝縮器であって、前記凝縮性気体を冷却して凝縮させるための、外周面に
撥水層を有する一連の伝熱管を備え、前記伝熱管は、水平方向に延びかつ縦方向に間隔を設け
て互いに平行に配置された複数の主部と、互いに隣接し
合う前記主部間を連結するための連結部とを有してい
る、水平型凝縮器。
【請求項４】凝縮性気体を冷却して凝縮させるための水
平型凝縮器であって、前記凝縮性気体を冷却して凝縮させるための、外周面に
撥水層を有する一連の伝熱管を備え、前記伝熱管は、軸線が垂直方向のコイル状に形成されて
いる、水平型凝縮器。