JP2000337786A - 熱交換器の伝熱管 - Google Patents

熱交換器の伝熱管

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JP2000337786A
JP2000337786A JP11148805A JP14880599A JP2000337786A JP 2000337786 A JP2000337786 A JP 2000337786A JP 11148805 A JP11148805 A JP 11148805A JP 14880599 A JP14880599 A JP 14880599A JP 2000337786 A JP2000337786 A JP 2000337786A
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JP
Japan
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tube
heat transfer
wall
heat exchanger
transfer tube
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JP11148805A
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English (en)
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Ryuji Ozawa
隆二 小澤
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TEIGU KK
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TEIGU KK
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/08Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器の伝熱管の伝熱性能、耐蝕性、強
度、曲げ加工性を向上させる。 【解決手段】 伝熱管の管壁をチタン製とする。螺旋状
の山形部と谷形部とを備えた波形管を伝熱管として用い
得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器の伝熱
管、詳しくは、二重管型、多管型(モジュール型)、セ
ット型、投げ込み型といった様々なタイプの熱交換器に
対し、コイル式やストレート式といった様々な形態で採
用することのできる熱交換器の伝熱管に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、熱交換器の伝熱管には、耐錆性や
耐腐蝕性などを考慮してステンレス製や銅製の金属管が
用いられ、また、その金属管には、外表面が平坦な管が
用いられていた。一方、多管型熱交換器のようにハウジ
ングの中に収容した伝熱管によって曲り管路を形成させ
る必要がある場合には、上記のような管を用いて製作し
たストレート管とU字形管とを組み合わせたり、上記の
ような管をあらかじめ螺旋状に曲げ加工した螺旋管を用
いたりしていた。また、活魚用の海水槽に設置される投
げ込み型熱交換器の伝熱管としても、上記と同様の伝熱
管が用いられていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のような伝熱管、
すなわち、外表面が平坦なステンレス製の金属管によっ
て形成された伝熱管はその管壁が伝熱壁として作用す
る。そのため、伝熱管の内部通路によって形成された管
路を流れる流体(以下「内部流体」という)とその伝熱
管の外側を流れる流体(以下「外部流体」という)との
間で熱交換を行わせる機能を持っている。
【0004】このような伝熱管において、従来のように
管壁の外表面が平坦になっていると、伝熱管の管壁の外
表面に接する部分での外部流体の抵抗が小さくなって熱
伝導率を低下させる傾向があり、そのことが伝熱性能を
高める上での障害になるという問題があった。
【0005】また、従来のように伝熱管にステンレス製
の金属管を用いると、普通鋼に比べて耐蝕性や強度に優
れるものの、近時では、より優れた耐蝕性や強度を持つ
伝熱管を用いることが要求される場合も多々あり、その
ような要求に十分に応え得るような伝熱管の出現が待望
されている。
【0006】さらに、従来のように伝熱管にステンレス
製の金属管を用いると、ステンレス製の金属管が硬くて
曲りにくいために形状選択の自由度が低下する。そのた
め、形状選択の自由度が高くて容易に様々な形を形作る
ことができるような伝熱管の出現が待望されている。
【0007】本発明は以上の問題や事情の下でなされた
ものであり、従来に比べて伝熱性能が顕著に高まる熱交
換器の伝熱管を提供することを目的とする。
【0008】また、本発明は、耐蝕性や強度の点でステ
ンレス製の伝熱管に比べて優れた熱交換器の伝熱管を提
供することを目的とする。
【0009】さらに、本発明は、様々な形を容易に形作
ることができるようになる熱交換器の伝熱管を提供する
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器の
伝熱管は、伝熱壁としての管壁が金属製であり、かつ、
その管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形成されて
いる、というものである。
【0011】この伝熱管によると、波形の管壁に備わっ
ている山形部や谷形部によって外部流体の乱流化が促進
されると同時に、外部流体の流れ抵抗が大きくなり、そ
れらが相乗して熱伝導率が高くなり、伝熱性能が向上す
る。また、管壁に接する部分での外部流体の乱流化が促
進されることにより、伝熱面が外部流体によってセルフ
クリーニングされるようになり、そのことが、伝熱面へ
の水垢、油膜、汚れ等の付着を抑えて高い伝熱性能の維
持に役立つようになる。
【0012】管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形
成されているような伝熱管は、金属管の管壁に波形加工
を施すことによって容易に製作することが可能である。
そのような加工によって製作された伝熱管は、管壁が軸
線方向に延びる波形に形成されているので、管壁の外表
面だけでなく内表面も波形に形作られ、伝熱管自体に可
撓性ないし柔軟性が具備される。そのため、U字形や螺
旋形といった様々な形に容易に曲げ加工することができ
るようになり、形状選択の自由度が大幅に向上し、ひい
ては当該伝熱管を採用した熱交換器の小形化・コンパク
ト化や高性能化に役立つようになる。また、管壁が波形
であると、その管壁の変形によって振動を吸収する機能
を発揮するので、たとえば車載用熱交換器や船舶の熱交
換器のように振動の影響を受ける熱交換器の伝熱管とし
て好適に用い得る。特に、管壁に螺旋状の山形部及び谷
形部が備わった波形管を伝熱管として用いると、外部流
体の乱流化が著しく促進されて伝熱性能が顕著に向上す
る。
【0013】本発明に係る熱交換器の伝熱管は、上記管
壁がチタン製であることが望ましい。
【0014】チタン(チタニウム)は、ステンレス鋼に
比べてはるかに軽量であるため、チタン製の伝熱管を用
いることによって、上記した熱交換器の小形化・コンパ
クト化や高性能化をいっそう顕著に促進することができ
るようになる。
【0015】また、チタンは白金並みの耐蝕性を示す。
そのため、海水、海塩粒子、凍結防止材としての塩化カ
ルシウム、亜硫酸ガス、硫化水素、アンモニアガス、湿
潤塩素ガスといった腐蝕性ガス、硝酸、硫酸、クロム
酸、王水といった酸、苛性ソーダ、水酸化アンモニウム
といったアルカリ液などに対して優れた耐蝕性を発揮す
る。その上、応力腐蝕、孔蝕、隙間腐蝕、接触腐蝕とい
った問題を生じない。このことから、チタン製の伝熱管
は、上掲の腐蝕性ガス、酸、アルカリ液を取り扱う熱交
換器の伝熱管として好適に採用される。
【0016】さらに、チタンは有害な金属イオンを溶出
せず、また、表面滑性にも優れているので、活魚や貝類
の海水槽に設置される伝熱管として用いると、藻や水垢
などの不純物が付着しにくく、魚貝類の病気発生が少な
くなり、清掃などのメンテナンスの軽減化にも寄与す
る。
【0017】
【発明の実施の形態】図1〜図4に本発明の伝熱管を採
用することが可能な熱交換器などを説明的に例示してあ
る。
【0018】図1は二重管型熱交換器を示しており、流
体出入口11,12を有する外管1と、その外管1の内
部に同心状に配備された内管2とを有し、内管2も流体
出入口21,22を有する。この二重管型熱交換器にお
いては、内管2に本発明に係る伝熱管が好適に採用され
る。なお、二重管形熱交換器では、外管1と内管2との
両方に波形管を採用すれば、曲げ加工性を具備させるこ
とが可能である。
【0019】図2は伝熱管エレメントを示しており、こ
のエレメントのコイル部31や、そのコイル部31の末
端のストレート部32,33などに本発明に係る伝熱管
が好適に採用される。
【0020】図3は投げ込み型熱交換器の伝熱管を示し
ており、この伝熱管は、蛇行部41やその蛇行部41の
末端のストレート部42,43などに本発明に係る伝熱
管が好適に採用される。
【0021】図4は多管型熱交換器を示しており、流体
出入口51,52を有するハウジング5の内部に、多数
本の細管53…を配備し、それらの細管53…の端部開
口をハンジング5の両端の室54,55に連通させたも
のであり、室54,55に流体出入口56,57が設け
られている。この多管型熱交換器においては、細管53
に本発明に係る伝熱管が好適に採用される。
【0022】図5に本発明に係る伝熱管6の要部を一部
破断して示してある。この伝熱管6は、伝熱壁としての
管壁61が金属製であり、かつ、その管壁61が螺旋状
の山形部mと谷形部vとを備えた波形管でなる。この伝
熱管6において、外表面62は軸線方向に延びる波形に
なっている。管壁に用い得る金属には、ステンレス、
銅、チタンのほか、それらの合金などを選択することが
可能である。
【0023】図5に示したような伝熱管6は、金属管の
管壁に波形加工を施すことによって容易に製作すること
が可能である。そのような加工によって製作された伝熱
管6は、同図のように管壁61が軸線方向に延びる波形
になって、管壁の外表面62だけでなく、内表面63も
波形になる。
【0024】この伝熱管6によると、波形の管壁61に
備わっている螺旋状の山形部mや谷形部vによって外部
流体の乱流化が促進される。また、管壁61の外表面に
よって形成される伝熱面の面積(伝熱面積)も、その外
表面が平坦面である場合に比べて格段に大きくなる。し
たがって、それらが相乗して熱伝導率が高くなり、優れ
た伝熱性能を発揮する。さらに、上記のように外部流体
の乱流化が促進されると、外表面61によって形成され
る伝熱面が外部流体によってセルフクリーニングされる
ようになるので、伝熱面への水垢、油膜、汚れ等の付着
が抑えられて高い伝熱性能が長期に亘って維持され、必
要なメンテナンス回数が減少する。
【0025】さらに、図5の伝熱管6のように、金属製
の管壁61が波形になっていると、伝熱管6自体に可撓
性ないし柔軟性が具備されるので、U字形や螺旋形とい
った様々な形に少ない力で容易に曲げ加工することがで
きる。したがって、熱交換器のハウジングの内部での設
置スペースが狭くて済むような形の伝熱管6を形作るこ
とが容易になり、そのことが、熱交換器の小形化・コン
パクト化や高性能化を促進することに顕著に寄与する。
また、管壁61が波形であると、その管壁61の変形に
よって振動が吸収されるので、車載用熱交換器や船舶の
熱交換器といった振動の影響を受ける熱交換器の伝熱管
としても好適に採用することができる。
【0026】以上のように、上記したような伝熱管6は
伝熱性能や曲げ加工性などにおいてきわめて好ましいも
のである。それに加えて、管壁61をチタン製とするこ
とにより、いっそう好ましい性質を持つようになる。
【0027】すなわち、チタンの軽量性によって伝熱管
6、ひいては熱交換器自体の軽量化が促進される。ま
た、チタンに備わっている白金並みの耐蝕性により、上
水、海水、酸やアルカリ液、腐蝕性ガスなどを取り扱う
熱交換器の伝熱管としても好適に採用することができ
る。そのほか、チタンは有害な金属イオンを溶出せず、
また、表面滑性にも優れている。そのため、たとえば、
海水槽の周囲に、直径10〜20mの曲率半径で曲げて
コイル状にしたチタン製の伝熱管6をはりめぐらせてお
いても、藻や水垢などの不純物が付着しにくく、魚貝類
の病気発生が少なくなり、清掃などのメンテナンスの軽
減化にも寄与する。
【0028】伝熱管6の管壁61を波形に形成する場
合、その波形は、図6のように、膨出リング状の多数の
山形部m…をリング状の谷形部vを挟んで軸線方向に連
続させることによって形成されているものであってもよ
い。
【0029】
【発明の効果】本発明に係る熱交換器の伝熱管は、外部
流体の乱流化促進作用やセルフクリーニング作用、伝熱
面積の増大化などによって優れた伝熱性能が長期に亘っ
て保たれるようになる。特に、螺旋状の山形部と谷形部
とを有する波形管によって形成された伝熱管は、外部流
体の乱流化作用が顕著に発揮されて高い伝熱性能を発揮
する。また、管壁を波形にして可撓性を具備させたもの
では、U字形や螺旋形といった様々な形を簡単な曲げ加
工によって容易に得ることができるようになるので、多
管型熱交換器などにおいては、その小形化・コンパクト
化、高性能化を促進しやすいだけでなく、伝熱管が振動
吸収機能を持つに至る。さらに、管壁をチタン製とした
ものでは、チタンの軽量性、チタンの持つ耐蝕性、機械
的強度といった優れた特性によって、軽量で耐久性に優
れた伝熱管が得られる。
【0030】したがって、本発明に係る伝熱管を用いた
熱交換器は、工業用熱交換器としてだけでなく、活魚の
海水槽に対しても好適に適用することが可能になる。ま
た、本発明に係る伝熱管は、冒頭に掲げた二重管型、多
管型、セット型、投げ込み型といった様々なタイプの熱
交換器に対し、コイル式やストレート式といった様々な
形態で採用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】二重管型熱交換器の説明図である。
【図2】伝熱管エレメントの説明図である。
【図3】投げ込み型熱交換器の伝熱管の説明図である。
【図4】多管型熱交換器の説明図である。
【図5】本発明に係る伝熱管の要部を一部破断した側面
図である。
【図6】他の伝熱管の外観を示した側面図である。
【符号の説明】
6 伝熱管 61 管壁 62 外表面 m 山形部 v 谷形部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伝熱壁としての管壁が金属製であり、か
    つ、その管壁の外表面が軸線方向に延びる波形に形成さ
    れていることを特徴とする熱交換器の伝熱管。
  2. 【請求項2】 管壁に螺旋状の山形部及び谷形部が備わ
    った波形管でなる請求項1に記載した熱交換器の伝熱
    管。
  3. 【請求項3】 上記管壁がチタン製である請求項1又は
    請求項2に記載した熱交換器の伝熱管。
JP11148805A 1999-05-27 1999-05-27 熱交換器の伝熱管 Pending JP2000337786A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2087786A1 (de) * 2008-02-04 2009-08-12 Mik International Ag Beheizbare Bodenplatte für einen Stallboden
WO2016020833A1 (en) * 2014-08-04 2016-02-11 Officine Metallurgiche G. Cornaglia S.P.A. Unit for feeding a reducing solution from the tank to the exhaust duct of an engine

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US10358962B2 (en) 2014-08-04 2019-07-23 Officine Metallurgiche G. Cornaglia, S.P.A. Unit for feeding a reducing solution from the tank to the exhaust duct of an engine

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