(57)【要約】【課題】伝熱管上の冷媒の濡れを確保して伝熱管の熱交換性能をより向上する。【解決手段】管状に形成されて管外面にて流下液膜を沸騰蒸発するように構成された流下液膜式蒸発器用伝熱管において、前記伝熱管の外面の円周方向に環状または螺旋状に連続して形成された複数のフィンと、前記各フィンの先端部が隣のフィンに近接するよう前記伝熱管の管軸方向と略平行に折り曲げられ、該折り曲げられた先端部で前記隣のフィンとの間に隙間を設けて形成される複数の空洞部と、を備える。【選択図】    図１
2012167854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状に形成されて管外面にて流下液膜を沸騰蒸発するように構成された流下液膜式蒸発器用伝熱管において、
前記伝熱管の外面の円周方向に環状または螺旋状に連続して形成された複数のフィンと、
前記各フィンの先端部が隣のフィンに近接するよう前記伝熱管の管軸方向と略平行に折り曲げられ、該折り曲げられた先端部で前記隣のフィンとの間に隙間を設けて形成される複数の空洞部と、
を備えた流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項２】
前記フィンの先端部に当該フィンの連続方向に沿って所定間隔で切欠き部が形成され、
前記空洞部は、前記先端部に形成された切欠き部と、前記切欠き部が形成されていない先端部と前記隣のフィンとの間に形成される前記隙間とによって外部に連通されるよう構成され、
前記伝熱管の管軸方向にて隣り合う前記空洞部同士の配置ピッチは０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記空洞部の深さは０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である請求項１に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項３】
前記切欠き部は、前記フィンの先端部に溝付きロールを押圧することにより形成されている請求項２に記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項４】
前記先端部と前記隣のフィンとの間に形成される前記隙間が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である請求項１ないし３のいずれかに記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項５】
前記フィンが、前記伝熱管の外面をバイトにより削り起こして形成されている請求項１ないし４のいずれかに記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項６】
前記空洞部は、平ロールを前記フィンに押圧して前記フィンの先端部を折り曲げることにより形成されている請求項１ないし５のいずれかに記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項７】
前記伝熱管の内面に螺旋状のリブが設けられている請求項１ないし６のいずれかに記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管。
【請求項８】
流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機において、
前記流下液膜式蒸発器は、請求項１ないし７のいずれかに記載の流下液膜式蒸発器用伝熱管が多数列配置されてなる伝熱管群と、該伝熱管群の上部に設置された液冷媒散布装置とを有し、該液冷散布装置から散布される液冷媒が流下しながら前記伝熱管群の外面に液膜を形成し、各伝熱管上で沸騰蒸発を行って各伝熱管内部を流動する熱源媒体と熱交換を行うよう構成されているターボ冷凍機。
【請求項９】
前記液冷媒散布装置は、これから散布される前記液冷媒の散布量が調整し得るよう構成されている請求項８に記載のターボ冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流下液膜式蒸発器に組み込まれ、伝熱管上に未蒸発の液冷媒を流下させながら熱源媒体との間で熱交換を行わせるのに適した流下液膜式蒸発器用伝熱管、及びそれを用いたターボ冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、比較的大容量の冷凍サイクルに用いられる蒸発器として、満液式蒸発器と流下液膜式蒸発器とが知られている。
【０００３】
満液式蒸発器では、伝熱管が液冷媒に浸されるように多くの液冷媒を封入する必要がある。また熱負荷によって伝熱性能が著しく変化してしまうため、低熱負荷時の性能は、著しく低下してしまう。また、ヘッド圧分の負荷が加わるため、低圧冷媒では、この分のロスが生じる。一方、流下液膜式蒸発器では、冷媒を散布させるためのポンプが必要であり、ポンプ動力が増えること、さらに伝熱管上の冷媒の濡れを確保することが極めて重要であり、普及のネックとなっている。
【０００４】
そこで、このネックを解消するために、流下液膜式蒸発器用の伝熱管が種々検討されている。例えば、伝熱管の外面に多数の突起やフィンを形成したもの（特許文献１参照）、さらに一歩すすめて伝熱管の外面に空洞部を形成したもの（特許文献２参照）等が提案されている。特に、特許文献２では、背の低い第１のフィンと、背の高い第２のフィンとを伝熱管の外面に交互に形成した上で、背の高い方の第２のフィンの先端部を折り曲げて第１のフィンの先端部に近接させ、第１のフィンと第２のフィンとの間に流入口（隙間）が設けられた空洞部を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−６１０８０号公報（図２、図５、図６）
【特許文献２】特開２００５−１２１２３８号公報（図１〜図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
流下液膜式蒸発器では、冷媒を散布させるためにポンプ、散布器、及びポンプを運転させるための動力が必要となり、ＣＯＰ（成績係数）の低下を招くほか、機器のコストアップに繋がる。このポンプの動力分以上に熱交換器の性能を向上させることができれば、満液式の場合と同様のＣＯＰが得ることができる。さらに、冷媒封入量の削減は、今後の環境問題を考えるとその意義は大きく、機器のコストアップ以上の効果をもたらす。
【０００７】
しかしながら、伝熱管の外面に突起やフィンを形成した特許文献１のものでは、熱交換性能が十分でない。また伝熱管の外面に空洞部を形成した特許文献２ものは、高さの異なる一対のフィンを形成し、背の高い方のフィンのみを折り曲げたりして空洞部を形成しているので、構造が複雑で形成方法も容易でない。したがって、これらを流下液膜式蒸発器用伝熱管に適用したり、ターボ冷凍機に採用したりするには、なお改善の余地があった。
【０００８】
本発明の目的は、構造が簡単で形成も容易な流下液膜式蒸発器用伝熱管、及びそれを用いた高性能のターボ冷凍機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施の形態によれば、管状に形成されて管外面にて流下液膜を沸騰蒸発するように構成された流下液膜式蒸発器用伝熱管において、
前記伝熱管の外面の円周方向に環状または螺旋状に連続して形成された複数のフィンと、
前記各フィンの先端部が隣のフィンに近接するよう前記伝熱管の管軸方向と略平行に折り曲げられ、該折り曲げられた先端部で前記隣のフィンとの間に隙間を設けて形成される複数の空洞部と、
を備えた流下液膜式蒸発器用伝熱管が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、構造が簡単で形成も容易な流下液膜式蒸発器用伝熱管、及びそれを用いた高性能のターボ冷凍機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る液膜式蒸発器用伝熱管の管外面形状を示す部分説明図であって、（ａ）は斜視断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る流下液膜式蒸発器用伝熱管の製造工程を示す説明図であって、（ａ）はフィン形成工程図、（ｂ）は切欠き部形成工程図、（ｃ）は空洞部形成工程図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る流下液膜式蒸発器用伝熱管を評価するための蒸発性能評価方法を実施する蒸発性能評価装置の概略構成図である。
【図４】蒸発性能評価方法によって得られる評価結果の一具体例を示す説明図であり、実施例の流下液膜式蒸発器用伝熱管を流下式と満液式とに共通使用したときの熱流束と蒸発熱伝達率との関係を示す図である。
【図５】蒸発性能評価方法によって得られる評価結果の一具体例を示す説明図であり、実施例と比較例とにおける熱流束と蒸発熱伝達率との関係を示す図である。
【図６】比較例の流下液膜式蒸発器用伝熱管の管外面形状を示す説明図であって、（ａ）は突起状フィンを有する比較例１、（ｂ）は直線状フィンを有する比較例２、（ｃ）は螺旋状フィンを有する比較例３の斜視図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る流下液膜式蒸発器を備えたターボ冷凍機の一例を示す模式図である。
【図８】一般的な満液式蒸発器を備えた冷凍機の構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
【００１３】
＜第一の実施の形態＞
［流下液膜式蒸発器用伝熱管］
図１は、本発明の一実施の形態による流下液膜式蒸発器用伝熱管の管外面形状を示す部分説明図である。
【００１４】
流下液膜式蒸発器用伝熱管は、管状に形成されて、伝熱管の周囲を未蒸発の液冷媒が流下しながら伝熱管上に液膜を形成し、伝熱管上で沸騰蒸発を行って伝熱管内部を流動する熱源媒体と熱交換を行う機能を有する。
【００１５】
このような機能を有する流下液膜式蒸発器用伝熱管は、表面にフィンから構成される空洞部を備える。フィンは、伝熱管の外面の管周方向に環状または螺旋状に連続して複数形成される。空洞部は、前記各フィンの先端部が隣のフィンに近接するよう前記伝熱管の管軸方向と略平行に折り曲げられ、折り曲げられた先端部と隣のフィンとの間に隙間が設けられるように複数形成される。前記フィンの先端部に当該フィンの連続方向に沿って所定
間隔で切欠き部が形成され、前記空洞部は、前記先端部に形成された切欠き部と先端部と隣のフィンとの間に形成される隙間とによって外部に連通されるよう構成される。
【００１６】
実施の形態によっては、フィン及び空洞部は伝熱管を加工することによって形成される。
図１に示す実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管では、例えば銅製の伝熱管本体３０の伝熱素面（加工前は平滑面である。）を加工することによって、以下に述べる伝熱管外面形状を有する。
【００１７】
複数のフィン３１は、伝熱管本体３０の外面を切削加工で削り起こして形成されている。削り起こして形成されていることにより、伝熱管本体３０の外周面に相当する管外面には、当該管外面の周方向（図中矢印参照）へ環状あるいは螺旋状に連続するフィン３１が、隆起した状態に形成されている。また、フィン３１は、削り起こして形成されているため、その先端部３１ａはテーパ状に形成された鋭利なものとなる。後に折り曲げられるフィン３１には、当該フィン３１の先端部３１ａから基端部３１ｂに向けて形成された谷状の切欠き部３６が、当該フィン３１の連続方向に沿って所定間隔で配されている。フィン３１間の切欠き部３６の配列は、管軸方向と平行になるようにしてもよいが、図示するように管軸方向に対してずらすようにしてもよい。
【００１８】
複数の空洞部３８は、各フィン３１を折り曲げることによって管周方向に環状に連続して複数形成される。各空洞部３８は、折り曲げられたフィン３１の内周面３８ａと、折り曲げられた隣接するフィン３１の背面３８ｂと、削り起こしによって新たに露出された伝熱管外面３８ｃとによって形成されている。折り曲げられたフィン３１の先端部３１ａは新たな伝熱面となり、折り曲げられていないフィン３１の基端部３１ｂは伝熱壁を構成する。フィン３１の折り曲げは、各フィン３１の先端部３１ａを前記伝熱管本体３０の管軸方向と平行になるよう実行される。各フィン３１の先端部３１ａは隣のフィン３１と近接するよう折り曲げられて、この折り曲げられた先端部３１ａと前記隣のフィン３１との間に隙間３７が形成されている。空洞部３８は、この隙間３７と前述した切欠き部３６とによって外部に連通されるよう構成されている。空洞部３８が、切欠き部３６と、先端部３１ａと隣のフィン３１との間に形成される隙間３７とによって外部に連通されるよう構成されていると、液冷媒の空洞部３８内への誘導、及び蒸気泡の空洞部３８外への放出が容易になる。
【００１９】
このような伝熱管外面形状を有することで、流下液膜式蒸発器用伝熱管の管外面には、その管周方向に連続して形成された空洞部３８が、その管軸方向に複数個所定ピッチで並ぶ。その空洞部３８の上端部の管周方向に隙間３７が配される。さらに複数の切欠き部３６が各空洞部３８の連続方向に沿って所定間隔で配され、これらの切欠き部３６は各空洞部３８間でずれていくように配されていることになる。この場合において、先端部３１ａで構成される空洞部３８の新たな伝熱面は、テーパ面を有するだけで凹凸部や溝を有さず、平滑面で構成される。したがって、１つのフィンから空洞部を形成する本実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管は、高さの異なる一対のフィンから空洞部を形成するものと比べて、構造が簡単で形成も容易になる。
【００２０】
また、本実施の形態で説明する流下液膜式蒸発器用伝熱管は、上述した構造を有することに加えて、前記伝熱管本体３０の内面に螺旋状のリブ４５が設けられている。リブ４５の形成手法は、特に限定されることはなく、公知の手法を用いて行えばよい。そのため、ここでは、リブ４５の形成手法に関する詳細な説明を省略する。このようなリブ４５を管内面に有する流下液膜式蒸発器用伝熱管では、当該リブ４５がない場合に比べて、流下液膜式蒸発器用伝熱管と伝熱管内を流れる熱源媒体との間の熱伝達効率が向上する。したがって、熱源媒体との熱伝達効率向上を通じて、流下液膜式蒸発器用伝熱管における蒸発性
能（熱伝達性能）の向上に寄与することになる。
【００２１】
上述したような構成の流下液膜式蒸発器用伝熱管において、伝熱管本体３０の周囲を流下する液冷媒は伝熱管本体３０上で加熱される。その加熱された液冷媒は、切欠き部３６、隙間３７から空洞部３８内へと誘導され、その空洞部３８内で核沸騰を起こす。そこで、発生した沸騰核は、空洞部３８内に停滞し、蒸気泡が発達して大きくなり、切欠き部３６、隙間３７から空洞部３８外へと放出される。流下する液冷媒が、空洞部３８外へ放出された蒸気泡に代わって空洞部３８内へと誘導されていくため、伝熱管本体３０上で液冷媒がドライアウトするのを防止できる。したがって、伝熱管本体３０上の冷媒の濡れが確保され、伝熱管本体３０の熱交換性能をより向上できる。
【００２２】
なお、満液式蒸発器用伝熱管の場合も同様に、伝熱管内部を流れる熱源媒体によって加熱されるわけであるが、満液式蒸発器用伝熱管では液冷媒の充填量が多く、この加熱に必要なエネルギーは流下式の倍以上となるため好ましくないことは上述した通りである。
【００２３】
図１に示す実施の形態では、具体例には、前記伝熱管の管軸方向にて隣り合う前記空洞部３８同士の配置ピッチＰは０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記空洞部３８の深さＤは０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。管軸方向の空洞部３８同士の配置ピッチＰは、０．４ｍｍよりも狭すぎると沸騰領域が減少してしまい、逆に０．８ｍｍよりも広すぎると伝熱壁となる基端部３１ｂとしてのフィン３１からの熱伝達が悪くなるため、空洞部３８同士の配置ピッチＰは０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が好ましい。また、空洞部３８の深さＤは、０．２ｍｍよりも浅すぎると沸騰核を停滞させておくことが困難となり、逆に０．８ｍｍよりも深すぎると伝熱壁（基端部３１ｂ）からの熱伝達が悪くなるため、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が好ましい。
【００２４】
また、前記切欠き部３６が形成されていない先端部３１ａと前記隣のフィン３１との間に形成される前記隙間３７の幅Ｇは０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。隙間３７の幅Ｇは、０．０５ｍｍよりも狭すぎると液冷媒流入の抵抗となり、０．５ｍｍよりも広すぎると液冷媒を空洞部３８内に残存させることができなくなるため０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。
【００２５】
［流下液膜式蒸発器用伝熱管の製造方法］
上述した実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管は、図２に示す方法によって製造することができる。
【００２６】
まず、図２（ａ）に示すように、外面が平滑で、内面に溝加工を施してある伝熱管本体３０を用意し、刃先角が６０°のバイト３２を使用し、所定の切込角度、切込量、また形成されるフィン３１の間隔が所定寸法となるように、バイト３２を円周方向に回転させるとともに、伝熱管本体３０を管軸方向に移動させ、フィン３１を削り起こした。ここでは、バイト３２の切込角度を２４°とし、バイト３２の切込量を０．２０ｍｍとした。また、管軸方向の空洞部３８の配置ピッチＰが、０．５ｍｍとなるようにバイト３２の回転速度、伝熱管本体３０の送り速度を調整した。
【００２７】
次に、図２（ｂ）に示すように、溝付きロール３４を円周方向に回転させるとともに、伝熱管を管軸方向に移動させ、フィン３１を溝付きロール３４で押圧して先端部３１ａに深さが０．２ｍｍの切欠き部３６を管軸方向に対して４５°にて形成した。
【００２８】
さらに図２（ｃ）に示すように、平ロール３５を円周方向に回転させるとともに、伝熱管を管軸方向に移動させ、フィン３１を平ロール３５で押圧して隙間３７を有する空洞部３８を形成した。ここでは、空洞部３８の深さＤが０．５ｍｍ、前記隙間３７の幅Ｇが０
．１ｍｍとなるように平ロール３５の押し込む量を調整した。
【００２９】
このように本実施の形態による流下液膜式蒸発器用伝熱管の製造方法によれば、バイトによる削り起こしによりフィンを形成し、溝付きロールにより切欠き部を形成し、平ロールにより空洞部を形成するという３つの工程を実行するだけで、本実施の形態の伝熱管外面形状を有する流下液膜式蒸発器用伝熱管を簡単に作成することができる。
【００３０】
［蒸発性能評価装置］
こうして得られた実施例の伝熱管（供試管８）を図３に示す蒸発性能評価装置により、伝熱性能を評価した。この評価装置は、長さ３００（ｍｍ）のＳＵＳ製シェルからなる蒸発器６及び凝縮器５を配管７で接続した構造となっている。
【００３１】
蒸発器６には、供試管８が垂直方向に５本設置され、その上部に散布管９を設置している。蒸発器６下部には、下段に配置された供試管８に触れない程度に液冷媒１１を充填した。蒸発器６下部には導管１２が接続され、蒸発器６内に充填された液冷媒１１は、この導管１２を通り、ポンプ１３によって蒸発器６内に配置された散布管９へと供給され、供試管８に液冷媒を散布する構造となっている。また、ポンプ１３はインバータを介して駆動するようになっており、ポンプ吐出量の調整はインバータによって実施し、ポンプ１３と散布管９の間に配置した流量計１４によって、その散布量をモニタする。
【００３２】
供試管８の蒸発性能評価は、供試管８内に熱源媒体としての温水を入口から出口へと通水し、この温水の出入口温度は、測温計の一例である白金測温抵抗体１５ａ、１５ｂにより測定される。温水の流量は、電磁流量計１６により測定される。
【００３３】
前記散布管９にはφ１．５（ｍｍ）の孔が、管軸方向に１５（ｍｍ）間隔で設けられており、ここから液冷媒が供試管８上に散布され、さらに供試管８の外表面では、管内に通水された温水によって液冷媒が加熱され液冷媒が蒸発を始めガス冷媒となる。
【００３４】
凝縮器５には、凝縮促進伝熱管１０が水平方向に５本設置されている。これらの凝縮促進伝熱管１０には、ブラインが、入口側から出口側へ向けて流れるように構成されている。このブラインによって、凝縮促進伝熱管１０の管外面が冷媒蒸気の飽和温度以下に冷却されることになる。ブラインの出入口温度は、測温計の一例である白金測温抵抗体１５ｃ、１５ｄによって測定される。また、凝縮器５には、径内の圧力を測定する圧力計１７が接続されている。
【００３５】
蒸発器６から配管７を通って凝縮器５へ上昇してきたガス冷媒は、凝縮器５で凝縮液化され、配管７を下降して蒸発器６に回収される構造となっている。
【００３６】
［供試管の蒸発性能評価］
具体的に以下の条件により、供試管８の蒸発性能を評価した。
【００３７】
まず、蒸発器６内に供試管８をセットし、系内を真空引きした後に、液冷媒となるＲ１３４ａを封入した。
【００３８】
次に供試管８内に入口温度が所定の温度となるように調整された熱源媒体としての温水を、流速が１．５（ｍ／ｓ）となるように流量を調整し通水する。その後、ポンプ１３を回転させ、液冷媒散布装置を構成する散布管９から液冷媒１１を供試管８に散布させる。
【００３９】
その後、圧力計１７の指示値が、例えば冷媒の飽和温度５℃となるように、凝縮器５内の凝縮促進伝熱管１０内に流すブラインの温度及び流量をコントロールした。
【００４０】
蒸発器６内において、散布管９から液冷媒が散布されると、供試管８の管内を流れる温水によって当該供試管８の管外面が液冷媒の気化温度以上に加熱され、当該供試管４０の管外面に接触した液冷媒が蒸発してガス状になる。
【００４１】
評価工程では、蒸発工程において供試管８が液冷媒を蒸発する際の当該供試管８の管外面における熱伝達率を測定する。熱伝達率の測定手法は、特に限定されることはなく、公知の手法を用いて行えばよい。そのため、ここでは、測定手法に関する詳細な説明を省略する。
【００４２】
図４は本実施例による流下液膜式蒸発器用伝熱管を、流下液膜式蒸発器と満液式蒸発器とに共通使用した場合の伝熱性能の関係を示した図である。図５は、本実施例の流下液膜式蒸発器用伝熱管と比較例による満液式蒸発器用伝熱管とについて、冷媒散布量と蒸発熱伝達率の関係を比較した図である。なお。満液式蒸発器と流下液膜式蒸発器とについては後述する（図７、図８参照）。
【００４３】
図４から明らかなように、実施例による流下液膜式蒸発器用伝熱管は、満液式蒸発器で用いられていた沸騰促進管よりも高い伝熱性能を示し、低熱負荷時（低熱流速時）においても高い伝熱性能が得られる。また、高熱負荷時（高熱流速時）においても、満液式同様の伝熱性能を確保できる。
【００４４】
また、図５から、実施例による流下液膜式蒸発器用伝熱管は、比較例１、２及び３の各伝熱管の場合と比べて高い伝熱性能を示す。ここで、比較例１、２及び３は、それぞれ表面に多数の突起を加工した伝熱管（図６（ａ））、伝熱管長手方向にフィンを有する伝熱管（図６（ｂ））、螺旋状にフィンを有する伝熱管（図６（ｃ））を意味する。実施例による流下液膜式蒸発器用伝熱管は、また、満液式蒸発器では困難な伝熱性能の制御を、冷媒散布量を変えることで、実行することが可能となる。したがって、液冷媒散布装置から散布される液冷媒の散布量を調整し得るよう構成すると、当該流下液膜式蒸発器用伝熱管に適した熱交換を行わせることができるので、汎用性や柔軟性などを十分に確保することが可能となる。
【００４５】
［第一の実施の形態の効果］
本発明の実施の形態によれば、以下に挙げる一つまたはそれ以上の効果を有する。
（１）本発明の一実施の形態によれば、流下液膜式蒸発器用伝熱管において、前記伝熱管の外面の円周方向に環状または螺旋状に連続して形成された複数のフィンと、前記各フィンの先端部が隣のフィンに近接するよう前記伝熱管の管軸方向と平行に折り曲げられ、該折り曲げられた先端部で前記隣のフィンとの間に隙間を設けて形成される複数の空洞部と、を備えた流下液膜式蒸発器用伝熱管が提供される。このように構成することによって、伝熱管の周囲を流下する液冷媒は伝熱管上で加熱され、その加熱された液冷媒は、隙間から空洞部内へと誘導され、その空洞部内で核沸騰を起こす。そこで、発生した沸騰核は、空洞部内に停滞し、蒸気泡が発達して大きくなり、隙間から空洞部外へと放出される。流下する液冷媒が、空洞部外へ放出された蒸気泡に代わって空洞部内へと誘導されていくため、伝熱管上で液冷媒がドライアウトするのを防止できる。したがって、伝熱管上の冷媒の濡れが確保され、伝熱管の熱交換性能をより向上できる。また、各フィンを折り曲げて空洞部を形成する本実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管は、フィンを１つ置きに折り曲げて空洞部を形成するものと比べて、構造が簡単で形成も容易になる。
【００４６】
（２）この場合、前記フィンが、前記伝熱管の外面をバイトなどの切削工具により削り起こして形成されていることが好ましい。転造加工によってもフィンを形成できるが、バイトによる削り起こしによってフィンを形成すると、伝熱管の外面に伝熱面を容易に形成で
きる。
【００４７】
（３）また、前記空洞部は、平ロールを前記フィンに押圧して前記フィンの先端部を折り曲げることにより形成されていることが好ましい。平ロールを使ってフィンの先端部を折り曲げることにより、伝熱管の外面に空洞部を容易に形成できる。
【００４８】
（４）また、前記フィンの先端部に当該フィンの連続方向に沿って所定間隔で切欠き部が形成され、前記空洞部は、前記先端部に形成された切欠き部と、前記切欠き部が形成されていない先端部と前記隣のフィンとの間に形成される隙間とによって外部に連通されるよう構成され、前記伝熱管の管軸方向にて隣り合う前記空洞部同士の配置ピッチは０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、前記空洞部の深さは０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であることが好ましい。このように空洞部が、切欠き部と、先端部と隣のフィンとの間に形成される隙間とによって外部に連通されるよう構成されていると、液冷媒の空洞部内への誘導、及び蒸気泡の空洞部外への放出が容易になる。この場合において、管軸方向の空洞部同士の配置ピッチは、０．４ｍｍよりも狭すぎると沸騰領域が減少してしまい、逆に０．８ｍｍよりも広すぎると伝熱壁となるフィンからの熱伝達が悪くなるため０．４ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が好ましい。また、空洞部の深さは、０．２ｍｍよりも浅すぎると沸騰核を停滞させておくことが困難となり、逆に０．８ｍｍよりも深すぎると伝熱壁からの熱伝達が悪くなるため、０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下が好ましい。
【００４９】
（５）また、前記切欠き部は、前記フィンの先端部に溝付きロールを押圧することにより形成されていることが好ましい。このように溝付きロールを使ってフィンの先端部を押圧することにより、空洞部に外部と連通する切欠き部を容易に形成できる。
【００５０】
（６）また、前記切欠き部が形成されていない先端部と前記隣のフィンとの間に形成される前記隙間が０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。前記隙間は、０．０５ｍｍよりも狭すぎると冷媒液流入の抵抗となり、０．５ｍｍよりも広すぎると冷媒液を空洞内に残存させることができなくなるため０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。
【００５１】
（７）また、前記伝熱管の内面に螺旋状のリブが設けられていることが好ましい。伝熱管の内面に螺旋状のリブが設けられていると、伝熱管内部を流動する熱源媒体の伝熱が促進される。
【００５２】
（８）上述した構成の一部または全てを備えた流下液膜式蒸発器用伝熱管によれば、低熱負荷時においても、極めて良好な伝熱性能が得られる。また、高熱負荷時においても、満液式同様の伝熱性能を確保できるため、ターボ冷凍機の高性能化が図れる。同時に、流下液膜式の熱交換器であるため、冷媒封入量の削減を図ることができる。
【００５３】
このほかにも、本実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管は、その要旨を逸脱しない範囲で種々様々変形実施可能なことは勿論である。例えば、実施の形態では、バイトによるフィンの削り起こしによって、伝熱面を形成したが、転造加工による方法でも伝熱面を形成できる。
【００５４】
＜第二の実施の形態＞
［流下液膜式蒸発器を用いた冷凍機］
図７に、上述した実施の形態の流下液膜式蒸発器用伝熱管を備えた冷凍機を示す。圧縮機１８から吐出されたガス冷媒が、凝縮器１９で凝縮液化し、次いで膨張弁または絞り弁２４で気液二相の状態となり、蒸発器２０下部に設けられた分配板２３を介して蒸発器２０に供給される構造となっている。蒸発器２０内部には、熱源媒体が流動する多数の流下
液膜式蒸発器用伝熱管２１が設置され、その上部には上昇するガス冷媒２６に随伴される液滴の圧縮機への流入を防止するためにエリミネータ２２が設けられている。
【００５５】
蒸発器２０に設置された多数の流下液膜式蒸発器用伝熱管２１の上部に散布管２９が設置され、この散布管２９と蒸発器２０下部に溜まった液冷媒２５とは導管２８で連結され、この導管２８に介設された循環ポンプ２７により液冷媒としてＲ１３４ａが供給される。循環ポンプ２７は、図示せぬインバータを介して駆動されるようになっており、そのインバータによってポンプ吐出量が調整される。また、循環ポンプ２７と散布管２９との間の導管２８の経路途中には、液冷媒２５の流量をモニタする流量計（図示せず）が配置されており、そのモニタ結果に基づきポンプ吐出量をフィードバック制御することで、散布管２９への液冷媒２５の供給量を調整し得るように構成されている。上述した散布管２９、導管２８、循環ポンプ２７、流量計で液冷媒散布装置が構成される。
【００５６】
また、散布管２９には、凝縮器１９から膨張弁または絞り弁２４を流出した気液二相状態の液冷媒２５が蒸発器２０下部へ供給され、蒸発器２０下部から循環される液冷媒とともに伝熱管２１上に散布される。
【００５７】
散布管２９からＲ１３４ａを散布する際には、その散布量が所望量となるように、ポンプ吐出量の制御を通じて散布管２９へのＲ１３４ａの供給量を調整する。このように散布管２９からのＲ１３４ａの散布量をコントロールすることで、流下液膜式蒸発器用伝熱管２１の管外面を覆うＲ１３４ａの量を調整するのである。
【００５８】
散布管２９から散布されて流下した液冷媒は、各伝熱管２１の外面に薄い液膜を形成しながら、供試管８内部を流動する熱源媒体との間で熱交換を行い、蒸発する。このような流下液膜式の蒸発器では、蒸発器内の冷媒量が熱負荷に応じた蒸発量の数倍程度でよいため、満液式の蒸発器と比較すると冷媒量は非常に少なくてすむ。したがって、ターボ冷凍機の冷媒封入量の削減を図ることができる。また、伝熱管上に未蒸発の液冷媒を流下させながら熱源媒体との間で熱交換を行わせるのに適した流下液膜式蒸発器用伝熱管を用いたターボ冷凍機を実現でき、しかも従来の満液式蒸発器用伝熱管以上に高性能なターボ冷凍機を提供することが可能になる。
【００５９】
［比較例としての満液式蒸発器］
満液式蒸発器を備えた冷凍機を図８に示す。冷凍サイクルの構成は流下式のそれと同様であるが、蒸発器２０内部には、熱源媒体が流動する多数の伝熱管２１が液冷媒２５に浸されるように設置されている。このような構造の満液式蒸発器は、伝熱管内部を流動する熱源媒体との間の熱交換を、伝熱管外面に活発に生じる沸騰熱伝達によって行うため、伝熱特性は優れている。その反面、蒸発器には伝熱管が液冷媒に浸されるように多くの液冷媒を封入する必要があった。
【００６０】
［第二の実施の形態の効果］
本実施の形態によれば、上述した流下液膜式蒸発器用伝熱管を多数列の伝熱管群として配置し、該伝熱管群の上部に設置された液冷媒散布装置から散布される液冷媒が流下しながら前記伝熱管群の外面に液膜を形成し、各伝熱管上で沸騰蒸発を行って各伝熱管内部を流動する熱源媒体と熱交換を行うよう構成された流下液膜式蒸発器を有するターボ冷凍機が提供される。このように上述した流下液膜式蒸発器用伝熱管を適用した流下液膜式蒸発器をターボ冷凍機に採用すると、液冷媒を散布させるために必要なポンプの動力分以上に熱交換機の性能を向上させることが可能となるので、満液式蒸発器を採用したターボ冷凍機と比べて、安価で高性能化を図ることができる。また、低熱負荷時においても良好な伝熱性能が得られ、高熱負荷時においても満液式同様の伝熱性能を確保できるため、ターボ冷凍機の高性能化が図れる。
【符号の説明】
【００６１】
３０    伝熱管本体
３１    フィン
３１ａ  先端部
３１ｂ  基端部
３２    バイト
３４    溝付きロール
３５    平ロール
３６    切欠き部
３７    隙間
３８    空洞部
４５    リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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