JP2006242529A

JP2006242529A - 伝熱管

Info

Publication number: JP2006242529A
Application number: JP2005061977A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Yokoyama; 昭一横山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2005-03-07
Publication date: 2006-09-14
Also published as: CN1831462A; CN100533045C

Abstract

【課題】伝熱性能の向上を目的に、伝熱管の外径は６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍと大きいまま、実質的に伝熱管の内径を１．２ｍｍ〜５．０ｍｍまで細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる構成の熱交換器用伝熱管の提供を目的とする。
【解決手段】伝熱管の外径は６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍであるが、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径を１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとすることによって、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、冷凍庫などの熱交換器に用いられる伝熱管に関するものである。

従来、この種の熱交換器用伝熱管として、特許文献１や特許文献２に記載されている断面台形状の螺旋溝を形成した内面溝付き管が広く用いられている。図４は、特許文献１や特許文献２に記載されている従来の内面溝付伝熱管の一部縦断面図である。図５は図４のＡ―Ａに沿う断面の一部拡大図である。

従来の内面溝付伝熱管１０１は、銅管などの金属管１０２の内面に、断面が台形状の連続螺旋溝１０３（螺旋角α）を形成したものであるが、この伝熱管１０１の管内熱伝達率の向上については、特許文献１に記載されているように、溝間に形成される山形突起部（フィン）１０４の高さ（Ｈ）を高く、フィン１０４の頂角（γ）を小さくして、伝熱面積を大きくする方が良好である。

さらに、特許文献２では、伝熱性能と加工性を考慮して、フィン１０４の頂角（γ）を１０〜３０°溝深さ（Ｈ）を管内径（Ｄｉ）との比でＨ／Ｄｉ＝０．０４〜０．０５とするなど寸法諸元の最適化がはかられている。
特公平４−２１１１７号公報特許第２９１２８２６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、内面溝付き伝熱管内面の伝熱面積は、螺旋溝を有しない平滑管の伝熱面積に比べて１．５〜２．５倍程度であるため、その流体直径Ｄ（Ｄ＝４×流路面積／濡れ縁長さ）はあまり小さくなく、例えば、外径Ｄｏ＝７ｍｍ、底肉厚Ｔｆ＝０．２５ｍｍの平滑管の流体直径が４×｛π×（７−２×０．２５）²／４｝／｛π×（７−２×０．２５）｝＝６．５０ｍｍであるのに対し、この内面に溝付き加工した伝熱管で内面の伝熱面積すなわち濡れ縁長さを平滑管の２．５倍にした場合でも、その流体直径は４×｛π×（７−２×０．２５）²／４｝／｛２．５×π×（７−２×０．２５）｝＝２．６０ｍｍである。しかし、伝熱管を細径化するなどにより、流体直径をより小さくする方が、優れた性能を得ることができることが知られており、熱交換器を高性能化し、小型化するには、さらに大幅に流体直径を小さくすることができる技術が必要とされている。

本発明は、上記課題を解決するもので、伝熱管の外径は大きいまま、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得る伝熱管を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するため、伝熱管の外径は６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍであるが、内部に軸直角断面の流路面積をあまり減らさず、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径が１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとなるようにするもので、この構成によって、伝熱管の外径は大きいまま、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる。

本発明の伝熱管によれば、伝熱管の外径は６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍであるが、内部に軸直角断面の流路面積をあまり減らさず、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径を１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとするので、伝熱管の外径を変えずに、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる。

第１の発明は、内部を流通する冷媒などの流体と、外側の流体などとの間で熱交換する熱交換器に用いられる伝熱管で、断面の外側形状が略円形で、外径が６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍで、内部に軸直角断面の流路面積をあまり減らさず、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径が１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとなるようにした伝熱管である。

第２の発明は、内部の伝熱面積を拡大する前記形態として、内部に前記伝熱管の内面と連結され、断面が略円形の流路形状を複数有する伝熱管である。

第３の発明は、内部の伝熱面積を拡大する前記形態として、内部に少なくとも１つの、前記伝熱管に対し同心円状の断面が略円形の流路形状を有し、前記略円形の流路形状の外周と、前記略円形の流路形状の隣接外側の前記略円形の流路形状または前記伝熱管の内周との間を複数のリブで連結した伝熱管である。

第４の発明は、内部の伝熱面積を拡大する前記形態により、独立した流路が生じることがないよう、内部の伝熱面積を拡大する前記形態に切り欠き部を有する伝熱管である。

第５の発明は、内部の伝熱面積を拡大する前記形態を、前記伝熱管の軸方向に螺旋状にねじった伝熱管である。

第６の発明は、内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒のいずれかまたはそれらの混合冷媒を使用する伝熱管である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器用伝熱管の断面図、図２は、本発明の実施の形態１における熱交換器用伝熱管の一部を切り欠いた斜視図である。

図１、図２において、本発明の実施の形態1における熱交換器用伝熱管１は、外径Ｄｏ１が６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ、具体的には例えば８．０ｍｍで、底肉厚Ｔｆ１が０．２６ｍｍである。伝熱管１は内部に、伝熱管１の内面と連結され、断面が略円形の流路形状を複数有する。具体的には外径Ｄｏ２が約３．１ｍｍ、肉厚Ｔｆ２が０．１ｍｍの断面形状が略円形の流路２が４つ形成され、断面形状が略円形の流路２の外周は伝熱管１の内周に接して連結されている。（図１に示すように、半径Ｒの円の内側に４つの半径ｒの円がお互いに接している場合、Ｒ＝（１＋√２）ｒの関係が成り立つ。）断面形状が略円形の４つの流路２は図２に示すように、伝熱管１の軸方向に螺旋状にねじられている。

このとき、前記伝熱管１の伝熱面積（＝濡れ縁長さ×伝熱管長さ）は断面形状が略円形の流路２を有しないときに比べて、〔２×４×π×３．１＋π×(８−２×０．２６)〕／〔π×(８−２×０．２６)〕≒４．３と、３〜５倍の範囲にあり、流体直径ＤはＤ＝４×流路の断面積／濡れ縁長さ≒π×(８−２×０．２６)²／〔２×４×π×３．１＋π×(８−２×０．２６)〕≒１．７３ｍｍで、１．２ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に設定されている。

以上のように構成された熱交換器用伝熱管において、外径Ｄｏ１が８．０ｍｍで、底肉厚Ｔｆ１が０．２６ｍｍの伝熱管１は、内部に外径Ｄｏ２が約３．１ｍｍ、肉厚Ｔｆ２が０．１ｍｍの断面形状が略円形の流路２が４つ形成され、断面形状が略円形の流路２の外周は伝熱管１の内周に接して連結されているので、前記伝熱管１の伝熱面積は断面形状が略円形の流路２を有しないときに比べて、４．３倍と、３〜５倍の範囲にあり、流体直径ＤはＤ≒１．７３ｍｍで、１．２ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に設定されていることにより、伝熱管１の外径は８．０ｍｍのまま、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる。

また、断面形状が略円形の４つの流路２は、伝熱管１の軸方向に螺旋状にねじられているので、内部を流通する冷媒を旋回させることができ、伝熱性能を向上させることができる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における熱交換器用伝熱管の断面図である。

図３において、本発明の実施の形態２における熱交換器用伝熱管１１は、外径Ｄｏ１が６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ、具体的には例えば７．０ｍｍで、底肉厚Ｔｆ１が０．２５ｍｍである。伝熱管１１は内部に、少なくとも１つの、本発明の実施の形態２で具体的には１つの伝熱管１１に対し同心円状の断面が略円形で外径Ｄｏ２が４．０ｍｍ、肉厚Ｔｆ２が０．１５ｍｍの流路形状１２を有し、略円形の流路形状１２の外周と、伝熱管１１の内周との間を複数のリブ１３、本発明の実施の形態２で具体的には８つのリブ１３で連結されている。また、略円形の流路形状１２には、切り欠き部１４が形成され、伝熱管１１の内部に独立した流路が生じることがなく、連通された状態になっている。

このとき、前記伝熱管１１の伝熱面積（＝濡れ縁長さ×伝熱管長さ）は断面形状が略円形の流路１２を有しないときに比べて、〔π×(７−２×０．２５) ＋２×８×（７−２×０．２５−４）／２＋２×π×４〕／〔π×(７−２×０．２５)〕≒４．２と、３〜５倍の範囲にあり、流体直径ＤはＤ＝４×流路の断面積／濡れ縁長さ≒π×(７−２×０．２５)²／〔π×(７−２×０．２５) ＋２×８×（７−２×０．２５−４）／２＋２×π×４〕≒１．５５ｍｍで、１．２ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に設定されている。

以上のように構成された熱交換器用伝熱管において、外径Ｄｏ１が７．０ｍｍで、底肉厚Ｔｆ１が０．２５ｍｍの伝熱管１１は、内部に外径Ｄｏ２が４．０ｍｍ、肉厚Ｔｆ２が０．１５ｍｍの断面形状が略円形の流路１２が伝熱管１１と同心円状に形成され、略円形の流路形状１２の外周と、伝熱管１２の内周との間は８つのリブ１３で連結されているので、前記伝熱管１１の伝熱面積は断面形状が略円形の流路１２を有しないときに比べて、４．２倍と、３〜５倍の範囲にあり、流体直径ＤはＤ≒１．５５ｍｍで、１．２ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲に設定されていることにより、伝熱管１１の外径は７．０ｍｍのまま、伝熱管を実質的に内径１．５５ｍｍまで大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができる。

さらに、略円形の流路形状１２には、切り欠き部１４が形成され、伝熱管１１の内部に独立した流路が生じることがなく、連通された状態になっているので、内部を流通する冷媒が混合攪拌され、伝熱促進が図れるとともに、熱交換の熱抵抗となる冷媒液を排出されることにより、伝熱性能を向上させることができる。

なお、実施の形態１においても実施の形態２と同様に断面が略円形の流路形状２に切り欠き部を設けても良いものであり、伝熱管１の内部に独立した流路が生じることがなく、
連通された状態になっているので、内部を流通する冷媒が混合攪拌され、伝熱促進が図れるとともに、熱交換の熱抵抗となる冷媒液を排出されることにより、伝熱性能を向上させることができる。

さらに、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に略円形の流路形状１２を、伝熱管１１の軸方向に螺旋状にねじる構成としてもよいもので、内部を流通する冷媒を旋回させることができ、伝熱性能を向上させることができる。

また、本発明の実施の形態１および本発明の実施の形態２の熱交換器用伝熱管１、１１の内部を流通させる冷媒としては、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒のいずれか、またはそれらの混合冷媒を使用するので、環境に配慮した商品とすることができる。

本発明にかかる熱交換器用伝熱管は、伝熱管の外径は６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍであるが、内部に軸直角断面の流路面積をあまり減らさず、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径が１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとなるようにするもので、この構成によって、伝熱管の外径は大きいまま、実質的に伝熱管を大幅に細径化したのと同様の高い伝熱性能を得ることができるので、ルームエアコン、パッケージエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、冷凍庫などの熱交換器に用いられる伝熱管として有用である。

本発明の実施の形態１における熱交換器用伝熱管の断面図本発明の実施の形態１における熱交換器用伝熱管を一部切り欠いた斜視図本発明の実施の形態２における熱交換器用伝熱管の断面図従来の内面溝付き伝熱管の一部縦断面図図４のＡ―Ａに沿う一部拡大断面図

符号の説明

１熱交換器用伝熱管
２断面が略円形の流路形状
１１熱交換器用伝熱管
１２断面が略円形の流路形状
１３リブ
１４断面が略円形の流路形状１２に設けられた切り欠き部

Claims

内部を流通する冷媒などの流体と、外側の流体などとの間で熱交換する熱交換器に用いられる伝熱管で、断面の外側形状が略円形で、外径が６．０ｍｍ〜１５．０ｍｍで、内部に軸直角断面の流路面積をあまり減らさず、伝熱面積を平滑管の３〜５倍程度に拡大する形態を有し、流体直径が１．２ｍｍ〜５．０ｍｍとなるようにしたことを特徴とする伝熱管。
内部の伝熱面積を拡大する前記形態として、内部に前記伝熱管の内面と連結され、断面が略円形の流路形状を複数有することを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
内部の伝熱面積を拡大する前記形態として、内部に少なくとも１つの、前記伝熱管に対し同心円状の断面が略円形の流路形状を有し、前記略円形の流路形状の外周と、前記略円形の流路形状の隣接外側の前記略円形の流路形状または前記伝熱管の内周との間を複数のリブで連結したことを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
内部の伝熱面積を拡大する前記形態により、独立した流路が生じることがないよう、内部の伝熱面積を拡大する前記形態に切り欠き部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱管。
内部の伝熱面積を拡大する前記形態を、前記伝熱管の軸方向に螺旋状にねじったことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の伝熱管。
内部を流通させる冷媒として、ＨＦＣ冷媒またはＨＣ冷媒またはＣＯ２冷媒のいずれかまたはそれらの混合冷媒を使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の伝熱管。