JP2005526945A - 熱交換器のための可逆に使用可能な溝付チューブ - Google Patents

Abstract

溝付の金属チューブ（１）であって、外径がＤｅであり、前記チューブが、頂角α、高さＨ、根元幅Ｌ_Ｎおよびねじれ角βのＮ個のねじれリブ（２）により内部に溝を付けており、二つの連続したリブが、ピッチＰがＬ_Ｒ＋Ｌ_Ｎに等しい幅Ｌ_Ｒの概して平底の溝（３）により隔てられた溝付の金属チューブにおいて、
ａ）外径Ｄｅが４ｍｍ〜２０ｍｍであること、
ｂ）リブの数量Ｎが特に直径Ｄｅの関数として４６〜９８の範囲にあること、
ｃ）リブ高さＨが特に直径Ｄｅの関数として０．１８ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲にあること、
ｄ）頂角αが１５°〜３０°の範囲にあること、および
ｅ）ねじれ角βが１８°〜３５°の範囲にあることを特徴とするチューブ。
これらのチューブにより、蒸発と凝縮において、同時に高い熱交換効率と低圧力損失を得ることができる。

Description

本発明は、熱交換器チューブ、そして特に蒸発／凝縮においてならびに可逆に使用可能なモードで作動する熱交換器に関する。

熱交換器において、使用される溝付チューブの形状を開示している多数の文書が知られている。

例えば特許文献１に言及することができるが、この文書は三角形かあるいは台形の溝付チューブを開示しており、この溝は以下の特徴を有している。

−Ｈ／Ｄｉ率は０．０２〜０．０３であり、Ｈは溝の深さ（あるいはリブの高さ）を表わし、Ｄｉは溝付チューブの内径を表わしていること。

−チューブ軸線に対するねじれ角は７°〜３０°であること。

−Ｓ／Ｈ率は０．１５〜０．４０であり、Ｓは溝の断面積を表わしていること。

−リブの頂角αは３０°〜６０°であること。

これらのチューブの特性は相遷移流体（phase transition fluid）に向いており、このチューブ性能は流体が蒸発した場合、および流体が凝縮した場合に明瞭に分析される。

特許文献２には、Ｈが０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍで、角度βが４°〜１５°である、Ｖ字型の溝付チューブが開示されている。

類似のチューブは特許文献３に記載されている。

特許文献４には、Ｈが０．０２ｍｍ〜０．２ｍｍ、ピッチＰが０．１〜０．５ｍｍ、角度βが４°〜１５°である、Ｖ字型かあるいはＵ字型の溝付チューブが開示されている。

特許文献５には、上記のチューブに類似のＶ字型かあるいはＵ字型の溝付チューブが開示されている。

特許文献６には、高さＨが０．１５〜０．２５ｍｍ、ピッチＰが０．５６ｍｍ、頂角α（この文書においてθとして表わされている角度）がほぼ７３°に等しく、角度βが３０°で、平均肉厚が０．４４ｍｍである、台形型溝と三角形型リブを有したチューブが開示されている。

特許文献７と特許文献８には、高さＨが０．１〜０．６ｍｍ、ピッチＰが０．２〜０．６ｍｍ、頂角αが５０°〜１００°で、ねじれ角βが１６°〜３５°である、Ｖ字型溝と三角形型のリブを有したチューブが開示されている。

特許文献９には、溝深さＨが０．２〜０．５ｍｍ、ピッチＰが０．３〜１．５ｍｍで、平均溝幅が少なくとも平均リブ幅に等しい、台形型溝とリブを備えたチューブが開示されている。一例において、ピッチＰは０．７０であり、ねじれ角βは１０°である。

最後に、特許文献１０には、チューブの圧着後の改善された性能と熱交換器における組立体を得るために、ほぼ平坦な底面の溝を備え、高さＨが様々で、ねじれ角βが５°〜５０°で、頂角αが３０°〜６０°であるリブを有した溝付チューブが開示されている。

一般的に、チューブ（Ｈ，Ｐ，α，β，溝とリブの形状等）を規定する手段の組合せの選択の結果である、チューブの技術的かつ経済的な性能は、以下に関する四つの必要条件を満たさねばならない。

‐第一に、熱伝達（熱交換効率（heat exchange coefficient））に関する特徴であり、この分野においては、溝付チューブは溝なしチューブに比べてきわめて優れているので、同等の熱交換において、必要とする溝付チューブの長さが溝なしチューブよりも短いこと。

‐第二に、圧力損失に関する特徴であり、圧力損失が小さいこと、低出力であること、サイズが小型であることおよび低コストのポンプあるいは圧縮機の使用が可能であること。

‐さらに、チューブの機械的特性に関する、一般的に使用される合金のタイプあるいは平均チューブ厚さに関する特徴であり、それにより単位長さ当たりのチューブの重量が決まり、従ってチューブのコストプライスに影響を及ぼすこと。

‐最後に、チューブの工業的な実現性とチューブ製造者にとってのコストプライスを決定する生産性。
欧州特許出願第０１４８６０９号明細書 特願昭５７−５８００８８号明細書 特願昭５７−５８０９４号明細書 特願昭５２−３８６６３号明細書 米国特許第４，０４４，７９７号明細書 実開昭５５−１８０１８６号明細書 米国特許第４，５４５，４２８号明細書 米国特許第４，４８０，６８４号明細書 特公昭６２‐２５９５９号明細書 欧州特許７０１６８０号明細書

第一に、従来技術の結果であるように、溝付チューブに関する多数のかつ極めて広範囲の開示があり、これらの開示は一般的に熱交換と圧力損失の減少を最適化することを目的とすることを示している。

第二に、これらの開示は各々順番にしばしば広範囲の可能性を有しており、パラメータは、一般に比較的広範囲の値により定義されている。

最後に、これらの開示は、特定された場合、一般的に冷却回路内で蒸発するかあるいは凝縮する冷却液との交換に関し、この冷却液は様々な蒸発および凝縮の挙動を有している。現在まで、これらの開示は凝縮あるいは蒸発のどちらかにおける熱交換器の運転のための溝付チューブに関する。

当業者はこのような広い範囲の時折矛盾したデータから、従来技術の真髄を抽出する際、重要な問題にすでに直面することは明らかである。

しかしながら、図１に示したような三角刑のリブを有した、典型的な営業的に有用なチューブが、以下のような特徴を一般的に備えていることを当業者は知っている。

外径Ｄｅ＝１２ｍｍ，リブ高さＨ＝０．２５ｍｍ，チューブ壁厚さＴｆ＝０．３５ｍｍ，リブ数量Ｎ＝６５，ねじれ角β＝１５°，頂角α＝５５°
市場の要求に合わせために、本発明の目的は、可逆に使用可能な熱交換器用のチューブ、すなわち蒸発および凝縮の両方において、相遷移冷却液と共に使用されるチューブあるいは熱交換器、すなわち、例えば空調ユニットとしての冷却用の、あるいは例えば一般的に空気あるいは二次流体の加熱手段としての加熱用のチューブに関する。

さらに特に本発明は、冷却液の蒸発モードと凝縮モードにおける熱性能間において優れた折衷案を付与するだけでなく、さらに本来蒸発と凝縮の両方による高い性能を示す。

したがって、出願人は蒸発と凝縮による、単位メートル当たり比較的軽重量でかつ熱交換性能が高い、チューブと経済的な熱交換器に到達したのである。

本発明によれば、溝付の金属チューブであって、溝の底部において厚さがＴｆであり、外径がＤｅであり、一般的に蒸発あるいは凝縮において、あるいは可逆に使用可能なモードで作動し、かつ相遷移冷却液を使用する熱交換器の製造を目的としており、前記チューブが頂角α、高さＨ、根元幅Ｌ_Ｎおよびねじれ角βのＮ個のリブにより内部に溝を付けられており、二つの連続したリブが、ピッチＰがＬ_Ｒ＋Ｌ_Ｎに等しい幅Ｌ_Ｒの概して平底の溝により隔てられた溝付の金属チューブにおいて、
蒸発あるいは凝縮用の特定のチューブに関して付加的コストをかけずに、
蒸発と凝縮の両方において、同時に高い熱交換効率を得るために、および低圧力損失と可能な限りの軽量のチューブを得るために、
ａ）外径Ｄｅが４ｍｍ〜２０ｍｍであること、
ｂ）リブの数量Ｎが特に直径Ｄｅの関数として４６〜９８の範囲にあること、
ｃ）リブ高さＨが特に直径Ｄｅの関数として０．１８ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲にあること、
ｄ）頂角αが１５°〜３０°の範囲にあること、および
ｅ）ねじれ角βが１８°〜３５°の範囲にある
ことを特徴とする。

本発明の調査研究の結果、出願人は手段と上記特徴の全ての組合せを出すことにより問題を解決することに成功した。

上記特徴により、本発明によるチューブの応用の対象分野においてチューブの外径Ｄｅの範囲が定義された。

溝の数量Ｎに関する、したがって対応するピッチＰに関するｂにおける特徴により、この数量が比較的多いことが特定される。フィンバッテリーを備えた出願人の試験により、この溝の数量が熱交換器の熱的性能に大きく影響を及ぼすことがわかった。

このようにして、例えばチューブ直径Ｄｅ９．５２ｍｍの場合：
−数量Ｎが４６未満の場合、熱交換器の性能が著しく落ちることが認められた。

−数量Ｎの上限に関して、それは事実本来技術的かつ実用的であり、それと共に溝付チューブに関する技術的製造の見込みに依存する。したがって、この上限はチューブ直径Ｄｅと共に変化しかつ増加する。

リブの数量Ｎが９８個であると、蒸留と凝縮における、熱交換器の熱性能が確実に高くなることが直径Ｄｅが１２ｍｍのチューブに関して認められている。

ｃにおける特徴に関して、およびリブの高さＨあるいは溝の深さに関して、Ｈの限界は以下の観測の結果である。

−Ｈの値が０．４０ｍｍより大きい場合、十分高いリブを作るのが容易でなく、かつ圧力損失も認められるので、技術的実現の可能性が低いことが認められた。

−Ｈの値が０．２０ｍｍ未満の場合、熱交換性能が過度に減少しかつ不十分になることが認められた。

前記高さＨはチューブ直径と共に変化し、直径の大きいチューブは選択的に高いリブを有している。

頂角αに関するｄにおける特徴により、この角度が比較的狭い範囲（１５°から３０°）内で、かつ比較的低い角度αでもって選択しなければならないことが規定されている。

第一に、低角度αは圧力損失を低減し、かつメートル当たりのチューブ重量を軽減するには、熱伝達性能を改善することが好ましい。最小角αは台形のリブにより得られる。

しかしながら、その下限は高い生産効率を維持するための、本来本発明による溝付チューブの製造に関する。

頂角βに関するｅにおける特徴により、この角度が本発明の課題を解決するには最低でも１８°に等しく、かつ特に特定の冷却液、例えば冷却液Ｒ１３４ａを用いた圧力損失のかなりの増加により、最大でも３５°に等しくなければならない。

溝底部におけるチューブの厚さＴｆに関して、同時に十分な機械的特性、特に内圧への抵抗、最大物質保全、および最適化された材料コスト、さらに単位メートル当たりの最低可能重量を得るために、それは直径Ｄｅの関数として変化する。この厚さＴｆは直径Ｄｅが９．５５ｍｍの場合０．２８ｍｍであり、直径Ｄｅが１２．７ｍｍの場合は０．３５ｍｍである。

蒸発と凝縮における高い熱交換効率と低圧力損失と可能な限りの軽量チューブとを同時に得るために、これら全ての手段により、特に相遷移冷却液を用いた熱交換器に適した特定のチューブの選択を規定することが可能である。

本発明による実施形態を以下に図を用いて詳しく説明する。

図２ａ〜２ｃに示す本発明の実施形態によれば、前記リブが高さＨ１＝Ｈで、Ｈ２＝ａ．Ｈ１である連続したリブを形成しており、ａが０．６〜０．９であって、好ましくは０．７０〜０．８５であり、ａの値が図２ａ〜２ｃにおいては０．７５の近傍にある。

一般的に、およびこれらの図に示すように、前記連続したリブが、概して平坦な溝底部により隔てられた、高さＨ１と高さＨ２の交互のリブである。

しかしながら、図３に示すように、本発明による溝付チューブは、必ずしも図２ａ〜２ｃにおけるような差別化された高さのこのような交互のリブを構成するわけではなく、
リブはほぼ同じ高さであってもよい。

一般的に直径Ｄｅが９．５２ｍｍのチューブの場合、以下の事柄を有する。

−Ｈが０．１８ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であること。

−および／または、Ｎが７５未満であり、好ましくは６４〜７０の範囲であること。

同様に、Ｄｅが少なくとも９．５５ｍｍに等しい場合、以下の事柄を有する。

−Ｈが０．２５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲であること。

−Ｎが７０〜９８の範囲であること。

頂角αに関して、頂角αの好ましい範囲は、２０°〜２８°であって、さらに制限された２２°〜２５°の範囲により、技術的な性能に関する必要条件と、バッテリーフィンへのその取付けを考慮したチューブの膨張に関連した必要条件との間の最善の折衷案が得られる。

ねじれ角βに関して、ねじれ角βの好ましい範囲は、２２°〜３０°であって、さらに制限された２５°〜２８°により、技術的な性能に関する必要条件と、圧力損失に関連した必要条件との間の最善の折衷案が得られる。この角度は内径Ｄｉと共に変化する。β／Ｄｉ比は２．４０°／ｍｍより大きいことが有利であり、好ましくは３°／ｍｍより大きいことが有利である。

前記リブは幅Ｌ_Ｎの基部と先端部とを備えた“台形”タイプの輪郭を有し、側縁部により結合されており、これらの側縁部は図２ｃに示すように側縁部の間の前記頂角αを形成しているのが好ましい。前記先端部が、おおよそ平坦な中央部分を備え、概して前記基部に対して平行であるが、前記基部に関して勾配をつけることもできる。

いずれの場合においても、台形の短辺を形成している前記リブの前記先端部は、丸縁部を備えているか、あるいは備えておらず、言い換えれば微小な曲率半径を有しており、前記縁部は前記側縁部に合わせて前記先端部の結合部を形成している。

前記丸縁部が、図２ａ〜２ｃに示すように、一般的に４０μｍ〜１１０μｍの範囲の、好ましくは５０μｍ〜８０μｍの範囲の曲率半径を備えている。曲率半径の前記範囲は、チューブの熱的性能とチューブの実現性との間の折衷案に相当しており、工具は磨耗しやすい小さい曲率半径を有するチューブを製造するようになっている。

縁部が丸くない場合、図３に示すように、曲率半径は一般的に５０μｍより小さく、かつさらに２０μｍよりも小さい。

本発明によれば、前記溝の平坦な底部幅Ｌ_Ｒと前記リブの基部幅Ｌ_Ｎが、Ｌ_Ｒ＝ｂ．Ｌ_Ｎであるようになっており、ｂが、単位メートル当たり、比較的軽量のチューブを得るために、１〜２の範囲に、好ましくは１．１〜１．８の範囲にある。

一般的に、および図２ａ〜２ｃ、および図３に示すように、前記リブと前記溝の前記平坦な底部は、５０μｍ未満の、好ましくは２０μｍの曲率半径で接続されている。この場合，チューブの内壁から、冷却液液体フィルムの良好な分離が現れ、このことは熱交換に有利である。

本発明によるチューブは、軸方向の溝が無くても、少なくとも３．１に等しいカバリーニ因子を備えている。チューブは少なくとも３．５に等しい、好ましくは少なくとも４．０に等しいカバリーニ因子（Cavallini factor）を備えているのが有利である。

交換効率評価モデル（the exchange coefficient evaluation model）に関連したカバリーニ因子Ｒｘ２∧２（Ｒｘ．Ｒｘ）は、以下に等しい純粋に幾何学因子である。

[[2.N.H(1‐Sin(α/2))/(π.Di.Cos(α/2))+1]/Cosβ] ∧2
カバリーニ因子をさらに増やすために、および図１１に示すように、さらに本発明によるチューブは、軸方向の溝３０を備え、この溝は丸い先端部を有するほぼ三角形の輪郭を備えた前記リブ切欠きを作り出しており、前記先端部が２５°〜６５°の範囲にある角度γを備え、前記下部すなわち先端部が、前記溝の底部から０ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲の間隔ｈにて隔てられている。

軸方向で溝付ホイールを通過させることにより、一度前記リブが形成されると、このような軸方向の溝が得られる。

本発明による溝付チューブは、銅および銅合金、あるいはアルミニウムおよびアルミニウム合金でできている。これらのチューブは、一般的にチューブに溝を付けることにより、あるいはもし適用可能であるなら、金属ストリップに平坦な溝を付けて、その後溶接されたチューブを形成することによっても得られる。

さらに本発明は、本発明によるチューブを使用した熱交換器にも関する。

前記熱交換器は、前記チューブのある部分で前記チューブと接触している熱交換フィンを備えており、この場合、前記フィンと前記チューブとの間の最大間隔は、接触していな部分では、０．０１ｍｍ未満であり、好ましくは０．００５ｍｍ未満である。

さらに本発明は、可逆に使用可能な空調ユニットあるいは冷却器としての多管熱交換器のための、本発明による、チューブおよび熱交換器の使用にも関する。

実施例
Ｉ−チューブの製造
試験は外径が８．０ｍｍかあるいは９．５２ｍｍの銅のチューブに関して行われた。

本発明によるチューブ“Ｅ”は、
従来技術による凝縮用の、大きいねじれ角β（少なくとも２０°と同等）を備えた、比較上のチューブ“Ｓ”あるいは平滑な“Ｃ”，“Ｄ”と協働して、
および
従来技術による蒸発用の、大きい頂角α（少なくとも４０°と同等）と小さいねじれ角β（１８°以下）を備えた、比較上のチューブ“Ａ”および“Ｂ”と協働して、
図２ａ〜２ｃによれば、８．０ｍｍの直径Ｄｅに対して、および図３によれば９．５２ｍｍの直径Ｄｅに対して製造された。

チューブＥ，Ａ，Ｂ，Ｃは、平滑な銅チューブ‐チューブＳに溝を付けることにより製造されたが、その一方で、チューブＤは金属ストリップに浅い溝を付けて、その後溶接されたチューブを形成することにより製造された。

多数の試験が外形Ｄｅが９．５２ｍｍである銅チューブに関して行われた。これらのチューブは以下の特徴を示す。

＊チューブ軸線に関して−２０°の角度で傾斜した第二の溝により隔てられたねじれ角βが、２０°に等しい７２個の主リブ。溝の深さは主リブの高さにほぼ等しい。
多くの試験が外径Ｄｅが８．０ｍｍの銅製チューブに関して行われた。これらのチューブは以下の特徴を示す。

ＩＩ − バッテリーあるいは交換器の製造：
フィン付バッテリーはフィンカラー内でチューブを置き換えることにより、かつ円錐形のマンドレルを使用したチューブを膨張させてカラーの縁部に対するチューブを押すことにより、これらのチューブを使用して図８に従って製造された。これらのバッテリーは、密度が１２フィン／インチで、バッテリーが１６個×３列のチューブを備え、冷却液がＲ２２であって、寸法が４００ｍｍ×４００ｍｍ×６５ｍｍのユニットを形成している。

ＩＩＩ − 得られた結果
図４〜７、および図９〜１０は、本発明の様々な結果を表わしている。

ＩＩＩ−１ チューブに関して得られた結果：
ａ） Ｄｅが９．５２ｍｍに等しいチューブに関する冷却液Ｒ２２を用いた凝縮で得られた結果：

＊３５０ｋｇ／ｍ²．ｓに等しい流体流量Ｇに関する熱交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）。

測定条件：温度３０℃、チューブ長６ｍ、流体流量Ｇは３５０ｋｇ／ｍ²．ｓに等しい。
・ ＊単位Ｐａ／ｍ、３５０ｋｇ／ｍ²．ｓに等しい流体流量に関して測定。

Ｂ）Ｄｅが８．００ｍｍに等しいチューブに関して、冷却液Ｒ２２を用いた蒸留で得られた結果：

＊２００ｋｇ／ｍ²．ｓに等しい流体流量Ｇに関する熱交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）。

測定条件：温度０℃、チューブ長３ｍ、フラックス１０〜１２ｋＷ／ｍ²．Ｋ、蒸気滴定濃度（vapour titre）０．２〜０．９、流体流量Ｇ２００ｋｇ／ｍ²．ｓ。
・ ＊単位Ｐａ／ｍ、２００ｋｇ／ｍ²．ｓの流体流量に関して測定。

Ｃ） Ｄｅが９．５２ｍｍに等しいチューブに関する冷却液Ｒ４０７Ｃを用いた蒸留で得られた結果：

測定条件： 温度５℃、フラックス１２ｋＷ／ｍ²．Ｋ（図１０参照）
＊流体流量Ｇ１００ｋｇ／ｍ²．ｓで取られかつ平均蒸気滴定濃度が０．６の状態の熱交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）と圧力損失ｄＰ（Ｐａ／ｍ）
＊＊流体流量Ｇ２００ｋｇ／ｍ²．ｓで取られかつ平均蒸気滴定濃度が０．３の状態の熱交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）と圧力損失ｄＰ（Ｐａ／ｍ）
ＩＩＩ − ２ バッテリーに関して得られた結果：

＊２．５ｍ／ｓに等しいようにとられた正面空気速度に関する。
・ ＊１．５ｍ／ｓに等しいようにとられた正面空気速度に関する。

ＩＶ − 結論
これらの全結果により、本発明によるチューブと熱交換器あるいはチューブバッテリーが、蒸発と凝縮の両方において、従来技術の比較しうる製品に対して優れた特性を提供することがわかった。

結果として、驚くことに、本発明によるチューブは、蒸発および凝縮性能の良好な折衷案を備えているだけでなく、蒸留について使用され、かつ凝縮についても使用される従来技術のチューブに対して無条件で優れた能力を提供する。これは実際極めて興味深いことである。

さらに、メートル当たりの重量に関して、本発明による、チューブを用いて得られた値は、同じ直径と同じ厚さＴｆで取られた、従来技術によるチューブに対して、３．７％〜６．７％の範囲の増加に相当する。これは極めて重要であると考えられる。

最後に、本発明によるタイプＥのチューブは、平滑な溝無しの銅製チューブに高出力溝切りにより、一般的にはタイプＢのチューブに使用される溝レートと近似の溝レートで、すなわち少なくとも８０ｍ／分で、製造するのが有利である。

本発明の長所
本発明は多大なる長所を提供する。

第一に、本発明により得られるチューブとバッテリーは、高い固有の性能を提供する。

第二に、これらの性能は蒸発と凝縮の両条件において高く、それにより両分野に関して同じチューブを使用することができる。

さらに、チューブは比較的メートル当たりの重量が軽く、このことは実用の観点と経済的な観点の両方から見て極めて有利であり、結果として材料コストは比較的低い。

最後に、本発明によるチューブには、特定の製造手段を必要としない。チューブは標準的な設備を使用して、かつ特に標準的な生産率でもって製造することができる。

図１ａと１ｂは、本発明によるチューブを規定するために使用される様々なパラメータの意味を示す。
チューブの軸線に沿った部分断面における、溝付きチューブ１の部分図であり、巻付き角βを示す。 チューブの軸線に垂直な部分断面における、溝付きチューブ１の部分図である。連続した高さＨのリブ２を示しており、前記リブは形状がおよそ三角形で、基部幅Ｌ_Ｎで頂角がαであり、形状がおおよそ台形の溝３により隔てられており、その幅Ｌ_Ｒ，Ｌ_Ｎは二つのリブ溝の間隔である。前記チューブは厚さがＴｆ、外径がＤｅ、内径がＤｉそしてピッチＰがＬ_Ｒ＋Ｌ_Ｎに等しい。 直径がＤｅが８ｍｍであり、かつ厚さＴｆが０．２６ｍｍのチューブの部分断面図である。リブは異なる尺度で、高さＨ１とＨ２（＜Ｈ１）の台形のリブを交互に形成している。“２００μｍ”の尺度で溝３により隔てられた三つの完全なリブ２と二つの部分的リブを表わしている。 直径がＤｅが８ｍｍであり、かつ厚さＴｆが０．２６ｍｍのチューブの部分断面図である。リブは異なる尺度で、高さＨ１とＨ２（＜Ｈ１）の台形のリブを交互に形成している。“１００μｍ”の尺度で二つの完全なリブを表わしている。 直径がＤｅが８ｍｍであり、かつ厚さＴｆが０．２６ｍｍのチューブの部分断面図である。リブは異なる尺度で、高さＨ１とＨ２（＜Ｈ１）の台形のリブを交互に形成している。“５０μｍ”の尺度で一つのリブを表わしている。 本発明による直径がＤｅが９．５２ｍｍであり、かつ厚さＴｆが０．３０ｍｍのチューブの部分断面図である。 流体Ｒ２２に関する３０℃での凝縮において、Ｘ軸（ｋｇ／ｍ^２．ｓ）上の流体流れ率Ｇの関数として、Ｙ軸上で交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）を与える様々な曲線を示す。 流体Ｒ２２に関する０℃での蒸発において、Ｘ軸（ｋｇ／ｍ^２．ｓ）上の流体流れ率Ｇの関数として、Ｙ軸上で交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）を与える様々な曲線を示す。

図８に示されたバッテリー４はＤｅ＝９．５２ｍｍのチューブ１から形成されており，かつ寸法が４００ｍｍ×４００ｍｍ×６５ｍｍのユニットを形成していて、密度はフィン５が１２個／インチであり、バッテリー４が１６個の溝付チューブ１を三列備えており、冷却液はＲ２２である。
Ｙ軸上における、ｍ／ｓで表わされるフィン間で循環している前面空気速度のＸ軸上での関数として、チューブとフィンのバッテリー４のワットで測定された冷却交換容量を示す。バッテリー上における凝縮測定に関し、空気入口温度は２３．５℃であり、冷却液Ｒ２２の凝縮温度は３６℃である。 Ｙ軸上における、ｍ／ｓで表わされるフィン間で循環している前面空気速度のＸ軸上での関数として、チューブとフィンのバッテリー４のワットで測定された冷却交換容量を示す。同じバッテリーにおける蒸発測定に関し、空気入口温度は２６．５℃であり、冷却液Ｒ２２の蒸発温度は６℃である。

これらの曲線は図２ａ〜２ｃにおけるＥに関連した本発明によるチューブに、かつ“Ａ”，“Ｂ”および“Ｓ”に関連した従来技術によるチューブに対応しており、前記チューブは全て外径Ｄｅ＝８．００ｍｍである。実施例を参照のこと。
試験で使用されたフィン５を備えた、チューブ１のバッテリー４の概略斜視図である。 図７におけるバッテリーの蒸発冷却容量の利得を、図でＹ軸上に表わしている。試験された様々なチューブのためのカバリーニ因子の関数として、参照空気速度は１．２５ｍ／ｓである。ここで、平滑チューブＳとＥは本発明のチューブであり、チューブＡとＢは従来技術のチューブである。 Ｘ軸上の冷却材における蒸気の重量比の関数として、冷却剤Ｒ４０７Ｃを使用した蒸発でのチューブに関する熱交換効率Ｈｉ（Ｗ／ｍ²．Ｋ）をＹ軸上で図で表わしている。蒸発温度は５℃である。測定は図に示すように直径Ｄｅ＝９．５２ｍｍのチューブに関し、ＫＷ／ｍ²の熱流と、冷却剤Ｒ４０７Ｃの１００ｋｇ／ｍ^２．ｓあるいは２００ｋｇ／ｍ^２．ｓの質量流れ率に対して行った。 下側に概略図を伴った、軸上の逆の溝３０を備えた、本発明による溝付チューブの内側表面部分図である。

符号の説明

１ 溝付チューブ
２ リブ
３ 溝
３０ 軸方向の溝

Claims (21)

1. 溝付の金属チューブ（１）であって、溝の底部において厚さがＴｆであり、外径がＤｅであり、概して、蒸発あるいは凝縮において、あるいは可逆に使用可能なモードで作動し、かつ相遷移冷却液を使用する熱交換器の製造を目的としており、前記チューブが、頂角α、高さＨ、根元幅Ｌ_Ｎおよびねじれ角βのＮ個のねじれリブ（２）により内部に溝を付けられており、二つの連続したリブが、ピッチＰがＬ_Ｒ＋Ｌ_Ｎに等しい幅Ｌ_Ｒの概して平底の溝（３）により隔てられた溝付の金属チューブにおいて、
   蒸発と凝縮の両方において、同時に高い熱交換効率を得るために、および低圧力損失と可能な限りの軽いチューブを得るために、
   ａ）外径Ｄｅが４ｍｍ〜２０ｍｍであること、
   ｂ）リブの数量Ｎが特に直径Ｄｅの関数として４６〜９８の範囲にあること、
   ｃ）リブ高さＨが特に直径Ｄｅの関数として０．１８ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲にあること、
   ｄ）頂角αが１５°〜３０°の範囲にあること、および
   ｅ）ねじれ角βが１８°〜３５°の範囲にある
   ことを特徴とするチューブ。
2. 前記リブが高さＨ１＝Ｈおよび高さＨ２＝ａ．Ｈ１のリブの連続を形成しており、ａが０．６〜０．９であることを特徴とする請求項１記載のチューブ。
3. 前記連続が概して平坦な溝底部により隔てられた高さＨ１のリブと高さＨ２の交互のリブであることを特徴とする請求項１または２に記載のチューブ。
4. Ｄｅが９．５５ｍｍに等しいか、それ未満である場合、これにより、
   −Ｈが０．１８ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲であり、選択的には０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲であること、
   −および／または、Ｎが７５未満であり、選択的には６４〜７０の範囲である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のチューブ。
5. Ｄｅが少なくとも９．５５ｍｍに等しい場合、これにより
   −Ｈが０．２５ｍｍ〜０．４０ｍｍの範囲であること、および
   −Ｎが７０〜９８の範囲である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のチューブ。
6. 頂角αが２０°〜２８°の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のチューブ。
7. 頂角αが２２°〜２５°の範囲であることを特徴とする請求項６記載のチューブ。
8. ねじれ角βが２２°〜３０°の範囲であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のチューブ。
9. ねじれ角βが２５°〜２８°の範囲であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のチューブ。
10. 前記リブが基部と先端部を備えた“台形”タイプの輪郭を有し、前記先端部がおおよそ平坦な中央部分を備え、概して前記基部に対して平行であるが、前記基部に関して勾配をつけることもできることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のチューブ。
11. 台形の短辺を形成している前記リブの前記先端部が、丸い縁部を備えていることを特徴とする請求項１０記載のチューブ。
12. 前記丸い先端部あるいは前記丸い縁部が、一般的に４０μｍ〜１１０μｍの範囲の、選択的には５０μｍ〜８０μｍの範囲の曲率半径を備えていることを特徴とする請求項１１に記載のチューブ。
13. 前記溝の平坦な基部幅Ｌ_Ｒと前記リブの基部幅Ｌ_Ｎが_、Ｌ_Ｒ＝ｂ．Ｌ_Ｎであるようになっており、“ｂ”が１〜２の範囲に、好ましくは１．１０〜１．８の範囲にあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載のチューブ。
14. 前記リブと前記溝の前記平坦な基部が、概して５０μｍ未満の、好ましくは２０μｍ未満の曲率半径で接続されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一つに記載のチューブ。
15. 少なくとも３．１に等しいカバリーニ因子を備えていることを特徴とする請求項１２記載のチューブ。
16. カバリーニ因子が少なくとも３．５に、かつ好ましくは少なくとも４．０に等しいことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つに記載のチューブ。
17. さらに軸方向の溝を備え、この溝が前記リブ内に、丸い先端部を有する概して三角形の輪郭を備えた切欠きを形成しており、前記先端部が２５°〜６５°の範囲にある角度γを備えており、前記下部すなわち先端部が前記溝底部から０ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲にある間隔ｈにて隔てられていることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか一つに記載のチューブ。
18. 銅および銅合金、あるいはアルミニウムおよびアルミニウム合金でできていることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか一つに記載のチューブ。
19. 概してチューブに溝を付けることにより、あるいはもし適用可能であるなら、金属ストリップに平坦な溝を付けて、その後溶接されたチューブを形成することにより得られるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載のチューブ。
20. 請求項１〜１９のいずれか一つに記載のチューブを使用した熱交換器。
21. 可逆に使用可能な空調ユニットおよび冷却器としての多管熱交換器のための、請求項１〜１９のいずれか一つに記載のチューブの使用および請求項２０または２１に記載の熱交換器。

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