JP2005121238A - Heat transfer tube for boiling - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ターボ冷凍機やスクリュー冷凍機などの大型冷凍機の蒸発器に組み込まれ、冷媒中に浸漬されて冷媒を加熱沸騰する沸騰用伝熱管に関し、特に、熱交換器の高性能化および小型化を実現することができる沸騰用伝熱管に関する。 The present invention relates to a heat transfer tube for boiling which is incorporated in an evaporator of a large-scale refrigerator such as a turbo refrigerator or a screw refrigerator and is immersed in the refrigerant to heat and boil the refrigerant. The present invention relates to a heat transfer tube for boiling that can be downsized.
従来、沸騰用伝熱管として、伝熱面の形状の異なるのものが種々提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。 Conventionally, various heat transfer tubes having different heat transfer surface shapes have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
図4は、特許文献1に示された沸騰用伝熱管を示す。この沸騰用伝熱管30は、管本体31の上面に立設したフィン32と、フィン先端部32Aを折曲して隣接するフィン32との間で連続して形成した空洞33と、空洞33の所定間隔毎に形成され、外部と接続された穴34とを備える。穴34と表面35の総面積の比は、2〜50%である。この沸騰用伝熱管30によれば、空洞33は、穴34から流入する冷媒の沸騰を促進する作用を有し、穴34の面積を変えることにより、空洞33内に残存する気泡を確保して伝熱効率を向上させることができる。
FIG. 4 shows the heat transfer tube for boiling shown in Patent Document 1. The heat transfer tube 30 for boiling includes a
図5は、特許文献2に示された沸騰用伝熱管を示す。この沸騰用伝熱管40は、管本体41の上面に立設したフィンの先端部を圧縮変形してブロック状突起42を形成し、ブロック状突起42により管周方向に沿って延びる空洞43を形成し、空洞43と外部とを連通する幅0.13mm以下の間隙部44と、空洞43と直交する軸方向に浅く形成された空洞43Aと、空洞43Aと外部とを連通する幅0.13mm以下の間隙部44Aとを備える。この沸騰用伝熱管40によれば、空洞43、43Aは、流入される冷媒の沸騰を促進する作用を有しており、空洞43、43Aにおいて気泡となった冷媒は、間隙部44,44Aから排出される。この間隙部44,44Aの幅を0.13mm以下にすることにより、空洞43,43A内に残留する気泡を確保して伝熱効率を向上させることができる。
FIG. 5 shows the heat transfer tube for boiling shown in
図6は、特許文献3に示された沸騰用伝熱管を示す。この沸騰用伝熱管50は、管本体51の上面に立設したフィン52と、先端部54Aがフィン52に当設したT字状フィン54と、フィン52とT字状フィン54とにより管長手方向に形成された空洞53と、T字状フィン54の先端部54Aに形成され、空洞53と外部とが接続された開口55とを備える。この沸騰用伝熱管50によれば、フィン52により沸騰用伝熱管50の周囲の冷媒が加熱されるため、空洞53内に浸入する際の冷媒の温度を高くすることができ、空洞53内において気泡の成長速度が速くなる。したがって、伝熱効率が高くなり小型化が可能になる。
しかし、特許文献1に記載された沸騰用伝熱管によると、空洞における核沸騰は良好となるが、穴から排出される気泡や、空洞に入る前の冷媒は加熱されにくいため、伝熱性能の向上を図ることが困難である。また、冷媒が空洞に入ってくる穴と、気泡が排出される穴が同一であるため、冷媒の流入と気泡の排出がスムースに行われないおそれがある。 However, according to the heat transfer tube for boiling described in Patent Document 1, the nucleate boiling in the cavity is good, but the bubbles discharged from the holes and the refrigerant before entering the cavity are not easily heated. It is difficult to improve. Further, since the hole through which the refrigerant enters the cavity and the hole through which the bubbles are discharged are the same, there is a possibility that the inflow of the refrigerant and the discharge of the bubbles may not be performed smoothly.
また、特許文献2に記載された沸騰用伝熱管によると、軸方向に設けられた空洞から管周方向の空洞への冷媒の流入は圧損が大きく円滑でなく、伝熱性能の向上を図るのが困難である。また、管周方向の空洞と軸方向の空洞との交差部が大きく開いており、核沸騰が生じている管周方向の空洞に軸方向の空洞から冷媒が―部流入するため、核沸騰がこの部分で阻害されやすくなる。
Moreover, according to the heat transfer tube for boiling described in
また、特許文献3に記載された沸騰用伝熱管によると、フィンにより沸騰用伝熱管の周囲の冷媒が加熱されるため、空洞内に流入する冷媒の温度が高くなるので、伝熱効率が高くなるが、フィンが突出しているため、沸騰用伝熱管が大型化する。また、冷媒が空洞に入ってくる開口と、気泡が排出される開口が同一であるため、冷媒の流入と気泡の排出がスムースに行われないおそれがある。
Moreover, according to the heat transfer tube for boiling described in
従って、本発明の目的は、核沸騰を促進させ、冷媒の流入と気泡の排出をスムースにして伝熱性能を向上させた沸騰用伝熱管を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a heat transfer tube for boiling which promotes nucleate boiling and improves heat transfer performance by smoothly flowing in refrigerant and discharging bubbles.
本発明は、上記の目的を達成するため、内部に加熱媒体が流れる管本体と、前記管本体の外周面に設けられた複数の第1のフィンと、前記複数の第1のフィンと所定間隔を隔てて前記管本体の外周面に設けられ、前記複数の第1のフィンと組み合わされることにより冷媒を流入する流入口を有する空洞が形成され、前記空洞内に流入した前記冷媒が前記加熱媒体によって沸騰したときの気泡を外部に排出する複数の排出口が形成された複数の第2のフィンとを備えることを特徴とする沸騰管用伝熱管を提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a tube main body through which a heating medium flows, a plurality of first fins provided on an outer peripheral surface of the tube main body, and a predetermined distance from the plurality of first fins. A cavity having an inflow port through which a refrigerant flows is formed by being combined with the plurality of first fins and formed on the outer peripheral surface of the tube main body with a gap therebetween, and the refrigerant flowing into the cavity is the heating medium And a plurality of second fins formed with a plurality of discharge ports for discharging bubbles when boiled to the outside.
本発明の実施の形態では、複数の第2のフィンは、それらの先端部に切欠きが形成されており、前記先端部を複数の第1のフィン側に折曲し、前記複数の第1のフィンの先端部との間に流入口を形成し、空洞と外部を連絡する複数の排出口を形成することが好ましい。 In the embodiment of the present invention, the plurality of second fins have notches formed at the tip portions thereof, the tip portions are bent toward the plurality of first fins, and the plurality of first fins. It is preferable to form an inflow port between the tip of each fin and a plurality of discharge ports that communicate the cavity with the outside.
本発明の実施の形態では、排出口は、加熱媒体によって沸騰させられて外部に排出される冷媒の気泡のサイズに応じたサイズを有し、流入口は、前記冷媒を空洞内に流入し、前記気泡の前記外部への流出を防ぐように、前記排出口のサイズより小なるサイズを有することが好ましい。 In the embodiment of the present invention, the discharge port has a size corresponding to the size of the bubbles of the refrigerant boiled by the heating medium and discharged to the outside, and the inflow port flows the refrigerant into the cavity, It is preferable to have a size smaller than the size of the outlet so as to prevent the bubbles from flowing out to the outside.
本発明の実施の形態では、流入口は、0.02〜0.2mmの間隔を有することが好ましい。 In the embodiment of the present invention, the inlets preferably have a distance of 0.02 to 0.2 mm.
本発明の実施の形態では、複数の空洞は、その間隔が0.1〜0.8mmであることが好ましい。 In the embodiment of the present invention, the interval between the plurality of cavities is preferably 0.1 to 0.8 mm.
本発明の沸騰用伝熱管によれば、気泡を外部に排出する開口と、冷媒を空洞に導入する流入口を形成したため、気泡を排出することによる冷媒の流入が気泡により阻害されないので、核沸騰が促進され、空洞内の冷媒および気泡の流れがスムースとなり、冷媒の伝熱性能が向上し、熱交換器の高性能化および小型化を実現することができる。 According to the heat transfer tube for boiling of the present invention, since the opening for discharging the bubbles to the outside and the inlet for introducing the refrigerant into the cavity are formed, the inflow of the refrigerant by discharging the bubbles is not hindered by the bubbles. Is promoted, the flow of the refrigerant and bubbles in the cavity is smooth, the heat transfer performance of the refrigerant is improved, and the high performance and miniaturization of the heat exchanger can be realized.
本発明の沸騰管用伝熱管によれば、複数の第2のフィンの先端部部を複数の第1のフィン側に折曲すれば流入口と流出口を形成することができるため、容易に沸騰用伝熱管を形成することができる。 According to the heat transfer tube for a boiling tube of the present invention, since the inlet and outlet can be formed by bending the tip portions of the plurality of second fins toward the plurality of first fins, A heat transfer tube can be formed.
本発明の沸騰用伝熱管によれば、排出口は、加熱媒体によって沸騰させられて外部に排出される冷媒の気泡のサイズに応じたサイズを有し、流入口は、前記冷媒を空洞内に流入し、前記気泡の前記外部への流出を防ぐように、前記排出口のサイズより小なるサイズを有することとしたため、空洞内の冷媒および気泡の流れがスムースとなり、冷媒の伝熱性能が向上するので、熱交換器の高性能化および小型化を実現することができる。 According to the heat transfer tube for boiling of the present invention, the discharge port has a size corresponding to the size of the bubbles of the refrigerant boiled by the heating medium and discharged to the outside, and the inflow port puts the refrigerant in the cavity. In order to prevent inflow and outflow of the bubbles to the outside, the size is smaller than the size of the discharge port, so that the flow of refrigerant and bubbles in the cavity is smooth, improving the heat transfer performance of the refrigerant Therefore, it is possible to realize high performance and miniaturization of the heat exchanger.
本発明の沸騰用伝熱管によれば、流入口が0.02〜0.2mmの間隙を有するため、冷媒の気泡はこの流入口から外部に出ることができないので、冷媒の流入個所と気泡の排出個所を異ならせることができる。 According to the heat transfer tube for boiling of the present invention, since the inflow port has a gap of 0.02 to 0.2 mm, the bubbles of the refrigerant cannot come out of the inflow port. The discharge point can be made different.
本発明の沸騰用伝熱管によれば、複数の空洞の間隔を0.1〜0.8mmとしたため、空洞内に冷媒を容易に流入させることができる。 According to the heat transfer tube for boiling of the present invention, since the interval between the plurality of cavities is 0.1 to 0.8 mm, the refrigerant can easily flow into the cavities.
図1は、本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管を示す。沸騰用伝熱管1は、管本体2と、管本体2の外周面から立設した第1のフィン3と、管本体2の外周面に形成され、第1のフィン3の先端部3Aを覆うようにその先端部が折曲されている第2のフィン4とを備える。
FIG. 1 shows a heat transfer tube for boiling according to an embodiment of the present invention. The boiling heat transfer tube 1 is formed on the tube
第1のフィン3と第2のフィン4と管本体2により管周方向に連続する空洞5が形成される。第1のフィン3の先端部3Aと第2のフィン4の先端部4Aは、先細に形成され、両者の間に流入口6が形成されている。第2のフィン4の先端4Aは、所定間隔で切り欠かれて排出口7が形成されている。排出口7は、隣り合う第2のフィンに形成された排出口7とそれぞれ半ピッチずらしてある。
The
図2は、本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管の製造工程を示す。まず、図2(a)に示すように、外周面が平滑な管1Aを準備し、刃先角が60°の第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bを所定の切込角度、所定の切込量、および形成されるフィン3,4の間隔が所定の寸法ととなるように、第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bを管軸方向および管周方向にずらして配置する。第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bを管本体2に衝接し管1Aの周方向に回転させるとともに、管1Aを軸方向に移動させ、第1のフィン3および第2のフィン4を鋤起こす。このとき、異なる高さの第1および第2のフィン3,4を形成するためにそれぞれの第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bの切込量を調節する必要があるので、第1のバイト10Aの切込量を0.10mm、第2のバイト10Bの切込量を0.25mmとした。また、管軸方向の空洞の間隔が、0.3mmとなるように第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bの回転速度、管1Aの送り速度を調整した。これによって形成されるフィン3,4は、第1のバイト10Aおよび第2のバイト10Bにより鋤起こされるため、先端部が先細に形成された鋭利なものとなる。
FIG. 2 shows a manufacturing process of the heat transfer tube for boiling according to the embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 2A, a tube 1A having a smooth outer peripheral surface is prepared, and a first cutting tool 10A and a
次に、図2(b)に示すように、溝付きロール11を第2のフィン4に0.2mm押し付けながら回転させるとともに、管1Aを管軸方向に移動させ、第2のフィン4に三角形状の複数の切欠き4Aを形成した。
Next, as shown in FIG. 2B, the grooved roll 11 is rotated while being pressed against the
次に、図2(c)に示すように、平ロール12を回転させるとともに、管1Aを管軸方向に移動させ、第2のフィン4の途中を第1のフィン3側に折り曲げて、管軸方向に連続する空洞5を形成した。このとき、第2のフィン4の先端部4Aと第1のフィン3の先端部3Aとにより管軸方向に連続する流入口6を形成した。形成された流入口6は、第2のフィン4の先端部4Aの先端と第1のフィン3の先端部の先端の間隔は、狭すぎると空洞5への冷媒の流入が困難となり、広すぎると空洞5へ過剰に冷媒が流入し核沸騰を阻害するので、0.02〜0.2mmとした。また、第1のフィン3の先端部3Aを第2のフィン4の先端部が覆うように折り曲げる量を調整した。
Next, as shown in FIG. 2C, the
管軸方向の空洞5の間隔は、短すぎると冷媒の流入が困難となり、逆に広すぎると空洞5での核沸騰領域が減少してしまうため、0.1mm〜0.8mmが好ましい。
If the interval between the
図3は、本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管1の要部拡大図である。図3を参照して本実施の形態の動作を説明する。本発明による沸騰用伝熱管1は、管周方向に連続する空洞5が管軸に対し直交あるいは傾斜して延びており、この空洞5の内部空間は、空洞5に沿って所定の間隔で設けられた複数の排出口7と、空洞5を形成するフィン間の流入口6により外部と繋がっている。
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of the heat transfer tube 1 for boiling according to the embodiment of the present invention. The operation of this embodiment will be described with reference to FIG. In the heat transfer tube 1 for boiling according to the present invention, a
沸騰用伝熱管1を冷媒中に浸し、空洞5内にフロン等の冷媒が充満した状態で管本体2内に加熱媒体を流すと、加熱媒体により管本体2が加熱され、管本体2から第1のフィン3および第2のフィン4に熱を伝導する。これら第1および第2のフィン3,4は、その近傍の冷媒に熱を伝達し、冷媒の温度を上昇させる。―方、空洞5内では、第1および第2のフィン3,4および管本体2の冷媒と接する面から加熱され、冷媒は沸騰して気泡13が活発に発生する。この気泡13は、ある程度の大きさまで成長すると、第1および第2のフィン3,4から離脱し、複数の排出口7を通って冷媒中に移動する。気泡13は、通常、流入口6の間隔より大きいため、流入口6からは排出されず、先細の第2のフィンの先端部4Aに沿って排出口7に集まり、排出口7から排出される。その際、空洞5を形成する先細の第2のフィンの先端部4Aによって、気泡13の離脱が助長される。また、気泡13の一部は小さな気泡13aとなって空洞5内に残留する。そして、空洞5内には、離脱した気泡13に対応する量の冷媒が流入口6から流入する。この空洞5に新たに流入する冷媒は、空洞5を形成する第1および第2のフィン3,4により加熱されて温度が上昇している状態で流入口6から空洞5に切れ目なく流入するため、少ない熱量で沸騰温度に到達する。したがって、空洞5内に残留した気泡13aを核として、気泡13が急速に成長する。
When the heat transfer tube 1 for boiling is immersed in the refrigerant, and the heating medium is flowed into the
本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管1によれば、空洞5内から気泡13が排出する場所と空洞5内への冷媒の侵入する場所が異なる構成としたため、空洞5内に入ってきた冷媒が暖められ気泡13として空洞5から出ていくルートが形成されるため、空洞5内から気泡13が出て行くのと同時に暖められた冷媒が空洞5内に入ってきて核沸騰が促進され、空洞5内の冷媒および気泡13の流れがスムースとなるので、熱交換効率が向上するとともに、熱交換器の小型化を実現することができる。
According to the heat transfer tube 1 for boiling according to the embodiment of the present invention, the place where the
また、空洞5を管周方向に所定の間隔で形成しているため、熱交換器の上方に組み込まれた場合でも、空洞5間の第1および第2のフィン間には、下方の沸騰用伝熱管1によって発生した気泡13が侵入しにくく、冷媒の濡れは良好であるため、従来の沸騰用伝熱管と比較して、伝熱効率が一層向上する。
Further, since the
なお、切欠きの形状、すなわち、排出口7の形状は、図1〜図3において三角形としているが、矩形、円形等の形状であってもよい。また、空洞5を形成するための高い方のフィンを折り曲げる量は、低いフィンを覆わない程度であってもよい。
In addition, although the shape of a notch, ie, the shape of the
1 沸騰用伝熱管
1A 管
2 管本体
3,4 フィン
3A,4A 先端部
5 空洞
6 流入口
7 排出口
10A 第1のバイト
10B 第2のバイト
11 溝付きロール
12 平ロール
13 気泡
13a 残留気泡
30 沸騰用伝熱管
31 管本体
32 フィン
32A フィン先端部
33 空洞
34 穴
35 表面
40 沸騰用伝熱管
41 管本体
42 ブロック状突起
43,43A 空洞
44,44A 流入口
50 沸騰用伝熱管
51 管本体
52 フィン
53 空洞
54A 先端部
54 T字状フィン
55 開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Boiling heat transfer
Claims (5)
前記管本体の外周面に設けられた複数の第1のフィンと、
前記複数の第1のフィンと所定間隔を隔てて前記管本体の外周面に設けられ、前記複数の第1のフィンと組み合わされることにより冷媒を流入する流入口を有する空洞が形成され、前記空洞内に流入した前記冷媒が前記加熱媒体によって沸騰したときの気泡を外部に排出する複数の排出口が形成された複数の第2のフィンとを備えることを特徴とする沸騰管用伝熱管。 A tube body in which a heating medium flows;
A plurality of first fins provided on an outer peripheral surface of the tube body;
A cavity is formed on the outer peripheral surface of the tube main body with a predetermined distance from the plurality of first fins, and has an inflow port through which the refrigerant flows by being combined with the plurality of first fins. A heat transfer tube for a boiling tube, comprising: a plurality of second fins formed with a plurality of discharge ports for discharging bubbles when the refrigerant that has flowed into the water boiled by the heating medium.
前記空洞と前記外部を連絡する複数の排出口を形成したことを特徴とする請求項1記載の沸騰用伝熱管。 The plurality of second fins have notches formed at the tip portions thereof, the tip portions are bent toward the first fin side, and between the tip portions of the plurality of first fins. Forming an inlet to the
The heat transfer tube for boiling according to claim 1, wherein a plurality of discharge ports connecting the cavity and the outside are formed.
前記流入口は、前記冷媒を前記空洞内に流入し、前記気泡の前記外部への流出を防ぐように、前記排出口のサイズより小なるサイズを有することを特徴とする請求項1記載の沸騰管用伝熱管。 The discharge port has a size corresponding to the size of bubbles of the refrigerant that is boiled by the heating medium and discharged to the outside,
The boiling point according to claim 1, wherein the inlet has a size smaller than a size of the outlet so as to allow the refrigerant to flow into the cavity and prevent the bubbles from flowing out to the outside. Heat transfer tube for tube.
The heat transfer tube for boiling according to claim 3, wherein the plurality of cavities have an interval of 0.1 to 0.8 mm.
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