JP2004003733A

JP2004003733A - 伝熱管及び熱交換器、伝熱管の製造方法

Info

Publication number: JP2004003733A
Application number: JP2002159408A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Aoki; 青木　泰高; Yoshinori Watanabe; 渡辺　吉典; Akira Yoshikoshi; 吉越　明
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2002-05-31
Publication date: 2004-01-08

Abstract

【課題】高流量における溝付伝熱管の性能向上を図りながらも、低流量時における伝熱管性能の向上がなされた溝付伝熱管及び該伝熱管を有した熱交換器を提供すること。
【解決手段】管内面に並行して延びる複数の突条３が形成され、該複数の突条３間が冷媒の液体成分の流路とされた伝熱管１において、溝４内に、該溝の深さ寸法より小とされた微小突起、又は微小突条８が該溝４の延びる方向へ向けて形成され、該微小突条８の側方に毛管作用促進用の微小溝９を備えてなるものである。また、前記伝熱管１において、前記溝４及び微小溝９が、旋回しながら軸方向へ延びる螺旋溝を備えてなるものであり、前記微小溝９の高さが、溝高さの１／４より小さい溝を備えてなるものである。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管内面に複数の溝を備えた伝熱管及び該伝熱管を備えた熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器に用いられる伝熱管は、その内部において熱交換媒体を流通させて熱交換に供するものであるが、近年その内面に冷媒の液体成分の通路となる溝を設けたものが広く用いられている。この種の溝が設けられた伝熱管においては、冷媒の気体成分が伝熱管内部の空間部を流通し、液体成分が溝内を流通することによって冷媒の流通が促進されるようになっている。
【０００３】
このような伝熱管の従来の例を図７、図８に示す。これらの図に示す伝熱管１は、円形の断面輪郭を持って一方向に延びる管体である。図７に示すように、断面が円形に形成された主壁部２の内面には、周方向の一定間隔おきに複数の突条３が形成されており、各突条３間には溝４が形成されている。突条３は、伝熱管１の軸方向に向けて旋回しつつ、前方へ延びるように螺旋状に形成されたものである。
【０００４】
上記伝熱管１において、その内部に冷媒５が流通する場合には、その気体成分が空間部を流通し、液体成分が主壁部２の内面に沿って流通する。この場合、冷媒５が低流量の場合には、冷媒５が気体成分と液体成分とでそれぞれ上下に分離した流れとなり、気液界面に働く蒸気流のせん断力と溝４の毛管作用によって、伝熱管１底部における冷媒５の液体成分の一部が突条３間の溝４内を上昇して、図７のような冷媒５における液体成分の分布をとる。このような溝４が冷媒５の液体成分で埋もれている領域では、主として伝熱面積の増大及び平均液膜が薄くなることにより伝熱促進される。さらに、一見冷媒５の液体成分が存在しないように見える領域の一部においても、冷媒５の液体成分が溝４内を上昇し、溝４内で薄い液膜を形成するために熱伝達率が向上する。（図８参照）
【０００５】
また、冷媒５が高流量の場合には、管内面上に環状液膜が形成され、溝４が液膜で覆われるため、伝熱促進は主として伝熱面積増大及び平均液膜が薄くなることの効果により蒸発熱伝達が向上する。そのため、溝高さを高く、リード角を大きく、溝頂角を小さく、溝数を増やすことにより伝熱面積の増大を図り、上記の効果を得ようとしてきた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の伝熱管においては、低流量かつ低乾き度領域において、管内の冷媒における液体成分の量が多く、該液体成分によって管底部の溝が埋もれてしまい、蒸気流のせん断力による液冷媒の溝に沿って引き上げられる効果が小さい。また、低流量かつ低乾き度においては、管内面の全てが膜状に形成された冷媒の液体成分に覆われることはなく管頂部の伝熱が極めて悪い。従って、このような低流量かつ低乾き度の場合、とくに蒸発時の管内熱伝達率が低く、伝熱管、及びこの伝熱管を用いた熱交換器の伝熱性能が低いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、高流量における溝付伝熱管の性能向上を図りながらも、低流量時における伝熱管性能の向上がなされた溝付伝熱管及び該伝熱管を有した熱交換器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、管内面に並行して延びる複数の突条が形成され、該突条間が溝となった伝熱管において、前記溝に、前記突条よりも低い微小突起が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の伝熱管において、前記微小突起が、前記溝の延びる方向へ向けて形成された微小突条とされ、該微小突条の側方が、毛管作用を促進させる微小溝とされていることを特徴とする。
【００１０】
請求項１及び２に係る伝熱管によれば、伝熱面積の増大を図ると共に、冷媒が低流量で、周方向に向かって全体に冷媒の液体成分が行き渡らないときにおいても、複数の微小突起、又は微小突条を設けることによって、突条による毛管作用よりも強い毛管作用を微小突起、又は微小突条間に生じさせ、濡れ面積を増大させることができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、２記載の伝熱管において、前記溝および微小溝が、旋回しながら軸方向へ延びる螺旋状であることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る伝熱管によれば、管内面に螺旋状の突起部または螺旋状の溝部を備える伝熱管において、伝熱面積の増大を図ると共に毛管作用の効果の増大を図り、そのことによって伝熱管の底部に溜まった冷媒の液体成分を、より管頂部方向へ上昇させることができるので、伝熱面積を増大させ、さらに、冷媒の平均液膜厚さを薄くすることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項２から３のいずれかに記載の伝熱管において、前記微小溝の深さが、前記溝の深さの１／１０から１／４であることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る伝熱管によれば、この範囲における高さで微小溝を設けることで、従来の溝付伝熱管よりも強い毛管作用を得ることができる。
【００１５】
請求項５に係る発明は、熱交換器が、請求項１から５のいずれかに記載の伝熱管を備えてなることを特徴とする。
【００１６】
この発明に係る熱交換器によれば、熱交換器内部における伝熱管の伝熱面積を増大させることができ、毛管作用を強めて冷媒を管頂部へ引き上げ、平均液膜厚さを薄くすることができる。
【００１７】
請求項６に係る発明は、管内面に並行して延びる複数の突条を有し、該突条間の溝には該突条よりも低い微小突条を有する伝熱管の製造方法であって、
前記突条および前記微小突条を、伝熱管の押し出しまたは引き抜き成形時に同時に形成することを特徴とする。
【００１８】
この発明に係る伝熱管の製造方法によれば、突条および微小突条を、伝熱管の押し出しまたは引き抜き成形時に同時に形成することで、別途工程を設けることなく、微小突条間の微小溝を容易に形成することができる。
【００１９】
請求項７に係る発明は、管内面に並行して延びる複数の突条を有し、該突条間の溝には該突条よりも低い微小突起を有する伝熱管の製造方法であって、
前記溝にブラスト加工を施して前記微小突起を形成することを特徴とする。
【００２０】
この発明に係る伝熱管の製造方法によれば、ブラスト加工によって突起部間表面に凹凸を付けることで、溝内面に微小溝をまんべんなく容易に設けることができ、伝熱面積の増大を図ると共に、さらに、溝幅が極めて微細なために、毛管現象の効果が大となり、冷媒による濡れ面積を増大させ、平均液膜厚さを薄くすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１から図３はこの発明の一実施形態を示す図であって、図１は伝熱管要部の断面図であり、図２は伝熱管要部の一部を切り欠いた平面図である。図３はこの発明による伝熱管を備えた熱交換器の斜視図である。
図３において、熱交換器６は、伝熱管１を使用した一実施の形態であり、蛇行して配置された伝熱管１と複数枚のプレート状のフィン７を備えている。伝熱管１とフィン７はそれぞれ直交しており、伝熱管１がフィン７を貫くようになっている。
【００２２】
伝熱管１は、円形の断面輪郭を持って一方向に延びる管体であり、その断面の構成の詳細が図１に示されている。図１に示すように、断面が円形に形成された主壁部２の内面には、周方向の一定間隔おきに複数の突条３が形成されている。その突条３は、図２に示すように伝熱管１の軸方向に向けて旋回しつつ前方へ延びるように螺旋状に形成されたものである。伝熱管１は、押し出しまたは引き抜き加工によって形成されたものである。
【００２３】
また、溝４の内面、即ち主壁部２の内面であって突条３間の内面には微小突条８が形成されている。この微小突条８は、突条３と同様に図２に示すように伝熱管１の長手方向へ向けて螺旋状に設けられている。これら突条３および微小突条８は、伝熱管の押し出しまたは引き抜き成形時に伝熱管１と同時に形成されたものである。微小突条８の主壁部２内面からの高さは、突条３の高さ寸法より小に設定されている。具体的にはこの実施の形態においては、例えば、伝熱管１の外径を６〜８ｍｍとすると、突条３の高さは０．１５〜０．２０ｍｍで、溝４内部の微小突条８の高さは突条３の高さの１／４以下である。特に、突条３の高さが０．２ｍｍのとき、微小突条８の高さは０．０５ｍｍ以下とされている。この微小突条８の側方には冷媒５の液体成分による毛管作用促進用の微小溝９が形成されている。
【００２４】
この実施の形態においては、微小溝９の深さ寸法は溝４の深さ寸法の１／１０から１／４の寸法であることが望ましい。微小溝９の深さ寸法が溝４の深さ寸法の１／４を超えると、毛管作用が有効に得られず、また、１／１０を下回ると冷媒５の液体成分の収容量が小となり、いずれにしろ熱伝達率の向上が期待できず、良好な熱交換効率が得られない。
【００２５】
次に、上記の構成からなる熱交換器６の作用について説明する。まず、図３に示すように、熱交換器６内部の伝熱管１の一端に流入した冷媒５は、伝熱管１内を進行し、この伝熱管１及びフィン７を介して外気との熱交換を行なった後その他端側へと流出する。この場合、伝熱管１内の冷媒５は気液二相流であり、冷媒５の液体成分は重力により伝熱管１内部の底部を流れることになる。
【００２６】
この動作において冷媒５は、伝熱管１内面に溝４が形成されていることによって、毛管作用によって管頂部へ向かって冷媒５の液体成分が持ち上げられる。このとき、図１において、溝４内部に微小溝９を設けることで、高流量時においては、冷媒５の液体成分が環状に分布し伝熱管１内面全体を濡らすことによって外気との間で熱伝達を行なう際に伝熱面積を増加させることができるとともに、低流量時においても伝熱面積を増大させるだけではなく、溝間幅が狭められることによって毛管作用による効果を強めることができる。
【００２７】
このときの冷媒５における液体成分の分布を図４、図５に示す。冷媒５の液膜厚さが微小溝９の高さよりも高いときは図４のように分布しており、強まった毛管作用により、これまで濡れていなかった管頂部に近い領域にも冷媒５が進行し、濡れるので、従来の図８よりも薄い冷媒５の液体成分が形成されている。また、冷媒５の液膜厚さが微小溝９の高さよりも低く、一見濡れていないように見える領域においても、図５のように冷媒５の液体成分が分布し、微小溝９の溝間に冷媒５が入り込み、伝熱管１内面において濡れ領域を増大させ、冷媒５の液体成分の厚さを薄くしている。
【００２８】
上述したように、この伝熱管１によれば伝熱面積を増大させることができるので伝熱効率を向上させることができる。また、低流量時において、毛管作用による効果を強めることによって、冷媒５の液体成分がさらに持ち上げられ、濡れ面積が増大するので伝熱面積が増大するだけでなく、液体成分の膜厚さが薄くなり伝熱効果が向上するので、熱伝達の効率が向上される。
【００２９】
図６は、この発明による伝熱管１による別の実施の形態を示すものである。この図６に示す実施の形態が上述した実施の形態と異なる点は、微小突起８Ａ及び微小溝９Ａの形状である。即ち、この実施の形態における微小突起８Ａ及び微小溝９Ａは、ブラスト加工により形成されたものである。
【００３０】
この実施の形態によれば、ブラスト加工において粒子を吹きつけることにより、微小突起８Ａ及び微小溝９Ａを容易に形成することができる。また、上記のものよりもさらに溝間幅が小さな微小溝９Ａが形成されるので、毛管作用の効果をさらに強めることができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１及び２に係る発明によれば、伝熱面積の増大を図ることができる。また、冷媒が低流量で、周方向に向かって全体に冷媒の液体成分が行き渡らないときにおいても、複数の微小突起、又は微小突条を設けることによって、突条による毛管作用よりも強い毛管作用を微小突起、又は微小突条間に生じさせ、濡れ面積を増大させることができるので、冷媒が低流量で伝熱管底部に溜まっている状態においても、さらに伝熱効率、及び熱伝達率を向上させることができる。
【００３２】
また、請求項３に係る発明によれば、伝熱面積の増大を図ると共に毛管作用の効果の増大を図り、そのことによって伝熱管の底部に溜まった冷媒の液体成分を、より管頂部方向へ上昇させることができる。また、伝熱面積を増大させ、さらに、冷媒の平均液膜厚さを薄くすることができるので、伝熱効率、及び熱伝達率を向上させることができる。
【００３３】
また、請求項４に係る発明によれば、前記微小溝の高さを、溝高さの１／１０から１／４の高さに設けることで、従来の溝付伝熱管よりも強い毛管作用を得ることができるので、従来の溝付伝熱管では冷媒の液体成分が引き上げられずに乾いている領域を濡らすことができ、その分冷媒の液体成分の厚さを薄くすることができ、伝熱面積を増大させ、熱伝達率を向上させることができるので、伝熱効率を向上させることができる。
【００３４】
請求項５に係る発明によれば、熱交換器内部における伝熱管の伝熱面積を増大させることができ、毛管作用を強めて冷媒を管頂部へ引き上げ、平均液膜厚さを薄くすることができるので、伝熱効率を向上させることができ、熱交換器の性能を向上させることができる
【００３５】
請求項６に係る発明によれば、突条および微小突条を、伝熱管の押し出しまたは引き抜き成形時に同時に形成することで、別途工程を設けることなく、微小突条間の微小溝を容易に形成することができる。
【００３６】
請求項７に係る発明によれば、ブラスト加工によって突起部間表面に凹凸を付けることで、溝内面に微小溝をまんべんなく容易に設けることができ、伝熱面積の増大を図ると共に、さらに、溝幅が微細なために、毛管現象の効果が大となり、冷媒による濡れ面積を増大させ、平均液膜厚さを薄くすることができるので、伝熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における伝熱管の正断面図である。
【図２】本発明における伝熱管を切り欠いた平面図である。
【図３】本発明における伝熱管の熱交換器への一実施例である。
【図４】本発明における伝熱管の溝部の拡大図である。
【図５】本発明における伝熱管の別の実施例における溝部の拡大図である。
【図６】本発明における伝熱管のさらに別の実施例における溝部の拡大図である。
【図７】従来例における伝熱管の正断面図である。
【図８】従来例における伝熱管の断面要部を拡大した正断面図である。
【符号の説明】
１　伝熱管
３　突条
４　溝部
６　熱交換器
８　微小突条
９　微小溝

Claims

管内面に並行して延びる複数の突条が形成され、該突条間が溝となった伝熱管において、
前記溝に、前記突条よりも低い微小突起が形成されていることを特徴とする伝熱管。
請求項１記載の伝熱管において、
前記微小突起が、前記溝の延びる方向へ向けて形成された微小突条とされ、該微小突条の側方が、毛管作用を促進させる微小溝とされていることを特徴とする伝熱管。
請求項２記載の伝熱管において、
前記溝および微小溝が、旋回しながら軸方向へ延びる螺旋状であることを特徴とする伝熱管。
請求項２から３のいずれかに記載の伝熱管において、
前記微小溝の深さが、前記溝の深さの１／１０から１／４であることを特徴とする伝熱管。
請求項１から４のいずれかに記載の伝熱管を備えてなることを特徴とする熱交換器。
管内面に並行して延びる複数の突条を有し、該突条間の溝には該突条よりも低い微小突条を有する伝熱管の製造方法であって、
前記突条および前記微小突条を、伝熱管の押し出しまたは引き抜き成形時に同時に形成することを特徴とする伝熱管の製造方法。
管内面に並行して延びる複数の突条を有し、該突条間の溝には該突条よりも低い微小突起を有する伝熱管の製造方法であって、
前記溝にブラスト加工を施して前記微小突起を形成することを特徴とする伝熱管の製造方法。