(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収式熱交換器に伝熱管の管軸方向を水平にして組み込まれる吸収器用伝熱管において、管内面に螺旋状に延びるように設けられた複数個の螺旋状リブと、管外面に相互に独立して形成された複数個の突起と、を有し、前記突起の上面は、管内面のリブ成形部に整合する領域が管内面のリブ非成形部に整合する領域よりも低く、前記突起間の管外面は管内面の前記リブ成形部に整合する領域が凹んでいて螺旋状に延びる凹部を形成していると共に、前記突起はその稜線部が管軸方向に張り出していることを特徴とする吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項２】
前記突起の上面と底部との面積比（Ａ）が０．２５≦Ａ≦０．４０であることを特徴とする請求項１に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項３】
管軸直角断面において、前記突起の上面における凹部のピッチ（Ｐ）が５．７５ｍｍ≦P≦６．７５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項４】
前記管外面の凹部が管軸方向に対してなす角度（θ）が３０°≦θ≦５０°であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項５】
前記突起の管軸方向のピッチ（ＰＦ）が０．６２ｍｍ≦ＰＦ≦１．３３ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項６】
前記突起の管周方向のピッチ（ＰＲ）が０．５０ｍｍ≦ＰＲ≦１．２０ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【請求項７】
前記突起間に挟まれた空間の断面積（ＡＦ２）に対する前記突起の前記稜線部の張り出し部の面積（ＡＦ１）の比（ＡＦ）が０．０５≦ＡＦ≦０．６５であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は吸収式冷凍機及び吸収式冷温水機等の吸収式熱交換器の吸収器に使用され、外表面に凹凸を有して吸収性能を向上させた吸収器用伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、吸収式冷凍機等の吸収式熱交換器では、器内を真空に保持し、冷媒を低温で蒸発し、その蒸発潜熱により冷水を取り出しその冷水を空調等に使用する。
【０００３】
吸収器と蒸発器は一体の胴内に納められており、蒸発を連続的に得るために、蒸発器にて発生してきた冷媒蒸気を吸収器の伝熱管表面に散布される吸収液に吸収され、胴内を一定の真空度に維持している。従って、吸収式冷凍機及び吸収式冷温水機の冷凍能力を向上させるためには、蒸発器における冷媒蒸気の発生量を増加させると共に、吸収量、即ち吸収能力を増加させる必要がある。吸収能力の増加については、伝熱管の性能向上が最も有効な手段であり、このため、管外面に、管軸方向に延びる溝部と山部とを設け、山部を円弧状の湾曲形状とし、この山部に対して、円周方向に凹部を設けて独立したフィンを成形した伝熱管が提案されている（特開平９−１１３０６６号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の伝熱管は、管外面の凹部が３乃至２５個／管周であるため、管円周方向には、吸収液の濡れ広がり性は良いものの、反面管軸方向には濡れ広がり性が悪く、蒸発器より発生した水蒸気を伝熱管表面で吸収する前に、伝熱管の吸収液が離脱してしまい、性能が低下するという欠点がある。
【０００５】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、管軸方向への濡れ広がり性が向上した吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る吸収式熱交換器の吸収器用伝熱管は、吸収式熱交換器に伝熱管の管軸方向を水平にして組み込まれる吸収器用伝熱管において、管内面に螺旋状に延びるように設けられた複数個の螺旋状リブと、管外面に相互に独立して形成された複数個の突起と、を有し、前記突起の上面は、管内面のリブ成形部に整合する領域が管内面のリブ非成形部に整合する領域よりも低く、前記突起間の管外面は管内面の前記リブ成形部に整合する領域が凹んでいて螺旋状に延びる凹部を形成していると共に、前記突起はその稜線部が管軸方向に張り出していることを特徴とする。
【０００７】
本発明においては、管外面に相互に独立して設けた突起をその稜線部が管軸方向に張り出すように形成したので、管転方向に対向する突起間の間隙が管周方向に変化し、この突起間に挟まれた空間の大きさが変化する。このため、伝熱管外面に滴下又は散布された溶液が管周方向に流れにくくなり、管軸方向へ流れやすくなるため、管軸方向の溶液の濡れ広がり性が向上する。
【０００８】
この伝熱管は通常銅又は銅合金管であるが、アルミニウム又はアルミニウム合金管、鋼管等を使用することもできる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施例に係る吸収器用伝熱管を部分的に示す斜視図、図２は管軸を含む平面による断面図、図５は管軸に直交する断面図である。伝熱管１はその内面に管軸方向に捩れの方向に螺旋状に延びる複数本のリブ２が形成されており、外面にはリブ２に整合する領域に、同様に螺旋状に延びる凹部３が形成されている。そして、伝熱管１の管外面には、相互に独立した突起４が形成されている。この突起４は、基本的には図４に示すように、四角錐台状をなしているが、その管軸方向に平行の両側面が管軸方向に張り出して張り出し部５を形成している。そして、この突起４の上面は管外面の凹部３（ひいては、管内面のリブ２）に整合する領域にて低くなるように凹んでおり、凹部６を形成している。
【００１０】
このように構成された吸収器用伝熱管においては、管外面に相互に独立して設けた突起４をその稜線部を管軸方向に張り出すように形成して張り出し部５を設けたので、管円周方向の突起間に挟まれた空間が凹凸状になる。このため、伝熱管外面に滴下又は散布された溶液が管軸方向へ流れやすくなり、溶液の濡れ広がり性が向上する。従来この種の伝熱管の肉厚は、管径１５．８８ｍｍでは１．２ｍｍ程度以上であったが、本実施例においては管加工方法を改良し、肉厚を０．７５ｍｍ以下にしている。これにより、管内面の螺旋状のリブ２、即ち、管内に突出する突起の部分に整合する管外面の領域が凹部３として現れる。この凹部３が発生することにより、管外周面の管円周方向への流体の流れが凹部３がないものに比べて遅くなり、かつ管軸方向への濡れ広がりが促進される。
【００１１】
この場合に、基本的に四角錐台上をなす独立した突起４の上面と底部との面積比Ａが０．２５未満のときは、フィン上面の面積が減少し、伝熱管に滴下又は散布された溶液が突起間に挟まれた空間に流れ込みやすくなり、マランゴニ対流が阻止される。また、面積比Ａが０．４０を超えるときは、突起間の空間が狭くなり、この空間へ吸収液が流れなくなり、伝熱性能が低下する。このため、突起上面と底部との面積比Ａは０．２５乃至０．４０とすることが好ましい。
【００１２】
また、図５に示すように、管軸直角断面において、突起４の外面における周長としての凹部６のピッチＰが５．７５ｍｍ未満の場合、管円周方向への溶液の流れが遅くなる反面、管外面における液膜が厚くなり、伝熱性能が低下する。一方、ピッチＰが６．７５ｍｍを超えると、管円周方向への溶液の流れが速くなり、濡れ広がり性が低下する。このため、凹部６のピッチＰは５．７５乃至６．７５ｍｍとすることが好ましい。
【００１３】
管外面の凹部３の管軸に対してなす角度θが３０°未満であると、管円周方向への溶液の流れが遅くなり、伝熱性能が低下する。また、５０°を超えると、管円周方向への流れが速くなり、濡れ広がり性が低下する。このため、θは３０乃至５０°とすることが好ましい。
【００１４】
図２に示すように、突起４の管軸方向のピッチＰＦが０．６２ｍｍ未満であると、突起４間の空間が狭くなり、この空間へ吸収液が流れなくなり、伝熱性能が低下する。また、ピッチＰＦが１．３３ｍｍを超えると、突起４間の空間が広くなり過ぎ、管軸方向への濡れ広がり性が低下し、伝熱性能が低下する。このため、突起４の管軸方向のピッチＰＦは０．６２乃至１．３３ｍｍとすることが好ましい。
【００１５】
一方、図５に示すように、突起の管周方向のピッチＰＲが０．５０ｍｍ未満であると、管軸方向への濡れ広がり性が低下し、伝熱性能が低下する。また、ピッチＰＲが１．２０ｍｍを超えると、伝熱管１に滴下又は散布された溶液が管周方向に流れやすくなり、濡れ広がり性が低下する。
【００１６】
そして、図４に示すように、突起４間の空間の面積ＡＦ２に対する突起の稜線部の張り出し部５の面積ＡＦ１の比ＡＦ（＝ＡＦ１／ＡＦ２）が０．０５未満であると、伝熱管に滴下又は散布された溶液が管周方向に流れやすくなり、濡れ広がりが低下する。また、面積比ＡＦが０．６５を超えると、伝熱管に滴下又は散布された溶液が突起間へ流れなくなり、濡れ広がり性が低下する。このため、面積比ＡＦは０．０５乃至０．６５とすることが好ましい。
【００１７】
【実施例】
次に、上述の数値範囲の効果を実証するための実施例について、本発明の特許請求の範囲請求項２乃至７の範囲から外れる比較例と比較して示す。下記表１及び表２は管外面及び内面の形状寸法を示し、表１は実施例、表２は比較例である。
【００１８】
【表１】
0003992833.tif 000002
【００１９】
【表２】
0003992833.tif 000003
【００２０】
図６はこれらの伝熱管の性能評価試験に供した試験装置を示す。チャンバ９内を仕切り９ａにより蒸発器及び吸収器の２室に分割し、各室に伝熱管１０を水平にして同数配置し、夫々直列に連結する。なお、仕切り９ａの上部は蒸気が通流することができる。そして、一方の蒸発器においては、冷水入口１１から伝熱管１０内に冷水を導入し、上端部の伝熱管１０の冷水出口１２からこの冷水を排出する。また、これらの伝熱管１０の上方には、冷媒を室内に導入する冷媒入口１３が設けられており、この冷媒入口１３から冷媒を伝熱管１０上に流下するようになっている。また、冷媒ポンプ２１はチャンバ内に溜まった冷媒を冷媒出口１４から冷媒入口１３まで汲み上げるものである。他方、吸収器においては、下端部の伝熱管１０に冷却水入口１７から冷却水を導入し、上端部の伝熱管１０から冷却水出口１８を介して冷却水を排出する。そして、これらの伝熱管１０の上方には、ＬｉＢｒ水溶液を室内に導入するＬｉＢｒ水溶液入口１５が設けられており、この水溶液入口１５から水溶液を伝熱管１０上に流下するようになっている。また、チャンバ９の底部に溜まったＬｉＢｒ水溶液はＬｉＢｒ水溶液出口１６からポンプ２２により排出される。なお、チャンバ９にはデジタルマノメータ２０とチャンバ内のガスを排出するバルブ１９が設けられている。
【００２１】
蒸発器において、蒸発することにより伝熱管内を通流する冷水を冷却した冷媒は、その一部が液化してチャンバの底部に溜まり、残部は仕切り９ａの上部を介して吸収器内に入る。そして、冷媒は吸収器内の伝熱管１０上に流下するＬｉＢｒ水溶液に吸収される。
【００２２】
試験条件は以下のとおりである。
器内圧力              ：６．０  （ｍｍＨｇ）
ＬｉＢｒ溶液入口濃度  ：６３    （ｗｔ／％）
ＬｉＢｒ溶液入口温度  ：４６    （℃）
冷却水流速            ：１．５０（ｍ／ｓ）
冷却水入口温度        ：３２．０（℃）
液膜流量              ：０．０１７〜０．０３５（ｋｇ／ｍｓ）
界面活性剤            ：２エチルヘキサノール添加
管配列                ：１列×６段（段ピッチ２６ｍｍ）
パス数                ：６パス
【００２３】
但し、冷却水流量は管端部（原管部）の断面積を基準として設定した。また、液膜流量は管片側を流下する吸収液量とした。得られた測定値から下記数式に従って総括伝熱係数Ｋ0を算出した。
【００２４】
【数１】
Ｋ0＝Ｑa／（ΔＴm・Ａo）
Ｑa＝Ｇa・Ｃp・（ＴWout−ＴWin）
ΔＴm＝（ＴLin−ＴWout）−（ＴLout−ＴWin）／ln｛（ＴLin−ＴWout）／（ＴLout−ＴWin）｝
Ａo＝π・Ｄo・Ｌ・Ｎ
但し、
Ｑa   ：吸収器の伝熱量      （ｋｃａｌ／時）
Ｇa   ：冷却水流量            （ｋｇ／ｈ）
Ｃp   ：冷却水比熱            （ｋｃａｌ／kg・℃）
ＴWin ：冷却水入口温度        （℃）
ＴWout：冷却水出口温度        （℃）
ΔＴm ：対数平均温度差        （℃）
Ｋo   ：総括伝熱係数          （ｋｃａｌ／ｍ2・ｈ・℃）
Ａo   ：原管部外径基準管外表面積（ｍ2）
Ｄo   ：原管部外径            （ｍ）
Ｌ    ：チューブ有効長        （ｍ）
Ｎ    ：チューブ本数          （本）
【００２５】
図７はこの数式１から求めた総括伝熱係数と、管外面の凹部３の管軸に対してなす角度θとの関係を示すグラフ図、図８は総括伝熱係数と、突起間に挟まれた空間の面積ＡＦ２に対する稜線部の張り出し部５の面積ＡＦ１の面積比ＡＦとの関係を示すグラフ図、図９は総括伝熱係数と、突起４の管円周方向のピッチＰＲとの関係を示すグラフ図、図１０は総括伝熱係数と、突起４の上面と底部との面積比Ａとの関係を示すグラフ図、図１１は総括伝熱係数と、管外面の凹部３の周長ピッチＰとの関係を示すグラフ図、図１２は管軸直交断面における突起４のピッチＰＦとの関係を示すグラフ図である。これらの図７乃至１２及び表１及び２に示すように、本発明の請求項２乃至７を満たす実施例１乃至１４の総括伝熱係数は比較例１乃至１７の総括伝熱係数より高いものであった。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、独立した突起の管軸方向に稜線部が張り出して張り出し部を形成し、管外面に凹部を設けることにより、管周方向及び管軸方向への濡れ広がり性が良くなり、吸収伝熱性能が向上する。これにより、機器の小型化、高性能化及び伝熱管構成材料の使用量の低減を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る吸収式伝熱管の一部を示す斜視図である。
【図２】同じくその管軸を含む面による断面図である。
【図３】面積比ＡＦを説明する図である。
【図４】突起の平面図である。
【図５】管軸に直交する方向の断面図である。
【図６】試験装置を示す図である。
【図７】総括伝熱係数と、管外面の凹部３の管軸に対してなす角度θとの関係を示すグラフ図である。
【図８】総括伝熱係数と、突起間に挟まれた空間の面積ＡＦ２に対する稜線部の張り出し部５の面積ＡＦ１の面積比ＡＦとの関係を示すグラフ図である。
【図９】総括伝熱係数と、突起４の管円周方向のピッチＰＲとの関係を示すグラフ図である。
【図１０】総括伝熱係数と、突起４の上面と底部との面積比Ａとの関係を示すグラフ図である。
【図１１】総括伝熱係数と、管外面の凹部３の周長ピッチＰとの関係を示すグラフ図である。
【図１２】総括伝熱係数と、管軸直交断面における突起４のピッチＰＦとの関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１：伝熱管
２：リブ
３：凹部
４：突起
５：張り出し部
６：凹部
【図１】
0003992833.tif 000004
【図２】
0003992833.tif 000005
【図３】
0003992833.tif 000006
【図４】
0003992833.tif 000007
【図５】
0003992833.tif 000008
【図６】
0003992833.tif 000009
【図７】
0003992833.tif 000010
【図８】
0003992833.tif 000011
【図９】
0003992833.tif 000012
【図１０】
0003992833.tif 000013
【図１１】
0003992833.tif 000014
【図１２】
0003992833.tif 000015