JP2008224065A - 伝熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の流れ方向の影響を考慮し、全体として冷媒圧力損失や蒸発能力、および蒸発能力を冷媒圧力損失で除した値がどのような傾向を示すか把握して形成された伝熱管を提供する。
【解決手段】伝熱管１１の形状を決める形状因子として、伝熱管の単位長のフィン回転数３３と伝熱管の条数１６、およびフィン高さ１４を用いることで、伝熱管を流れる冷媒が管壁からの受ける影響を考慮することができるので、冷媒圧力損失と蒸発能力が最適となった伝熱管１１を作ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は冷凍サイクルに用いる蒸発器の伝熱管に関するものである。

従来この種の伝熱管は、図８のような管の軸方向（長手方向）に垂直な断面を主体に伝熱管の諸特性が検討されて形状が構成され、製品となっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１６２１００号公報

しかしながら、前記従来の構成では、断面での伝熱管特性検討が中心となり、伝熱管の軸方向は別に検討していたので、伝熱管全体として、冷媒圧力損失や蒸発能力、および蒸発能力を冷媒圧力損失で除した値がどのような傾向を示すか把握しにくいという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、冷媒が流れる管の軸方向の効果を考慮した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に、本発明の伝熱管は形状を決める形状因子として、伝熱管の単位長当たりのフィン回転数と伝熱管の条数を用いることとしたものである。

これによって伝熱管の軸方向の形状を考慮することができるので、冷媒が管壁からの受ける影響を伝熱管形状検討に反映させることができる。

また、本発明の伝熱管の形状を決める形状因子として、伝熱管内径や伝熱管の円周周りのフィンピッチ、およびフィン高さを用いることで、冷媒が受ける管壁からの因子をより多く考慮するので、伝熱管の軸方向の特性把握の精度を上げることができる。

上記構成により、本発明の伝熱管は、冷媒圧力損失の減少と、蒸発能力を増加させることができる。

第１の発明は、蒸発器に用いる伝熱管の形状を決める形状因子として、伝熱管の単位長当たりのフィン回転数と伝熱管の条数を用いることより、冷媒が受ける管壁からの影響を反映させることができるので、高性能な伝熱管とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明に伝熱管内径と伝熱管の円周周りのフィンピッチを用いることにより冷媒流れに与える因子をより多く反映できるので、伝熱管の精度を高くすることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の伝熱管にフィン高さを用いることで、冷媒の流れの抵抗を考慮することができ、高性能の伝熱管を作ることができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の伝熱管について、形状因子を変化させることにより冷媒管圧力損失を減少させ、高効率の伝熱管を作ることができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の伝熱管について、形状因子を変化させることにより蒸発器の蒸発能力を増加させ、熱交換量の大きい伝熱管を作ることができる。

第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか１つの発明の伝熱管について、蒸発器の蒸発能力を冷媒管圧力損失で除した値を最大化させることにより、蒸発能力と冷媒管圧力損失が最適な組み合わせとなるため、最良の形状を有した伝熱管を作ることができる。

以下、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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における伝熱管を用いる冷凍サイクルの構成図であり、図２は、本発明の実施の形態１における伝熱管の断面図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１における伝熱管は、放熱器１、減圧手段２、蒸発器３および圧縮機４を環状に接続した冷凍サイクルで用いられる。

伝熱管１１は内径１２で、フィン１３が配置されている。フィン１３はフィン高さ１４を有し、伝熱管１１の円周周りに一定のフィンピッチ１５で配置されている。条数１６は、伝熱管の内径１２と伝熱管の円周周りのフィンピッチ１５をパラメータにすることができる。

図３は、同伝熱管の軸方向への縦断図を示すものである。軸方向に対して、フィン１３はねじれ角２１を有して螺旋状に回転している。

図４は、同伝熱管のフィン１３の１つに着目して、その軸方向への軌跡をフィン軌跡３１として示すものである。フィン１３が軸方向に対して回転し、ちょうど１回転した長さを１回転長さ３２とする。また、この１回転長さに対し、軸方向に単位長さ当たりのフィン１３の回転数を、単位長のフィン回転数３３とする。

以上のように構成された伝熱管について、以下その動作、作用を説明する。

まず、冷媒が伝熱管１１の中を通るとき、ねじれ角２１の影響を受けて、伝熱管壁から摩擦を受ける。またこのとき、条数１６が多いほど、伝熱管壁からの摩擦は大きくなる。

そこで、伝熱管の単位長のフィン回転数３３と条数１６の積は、伝熱管を特徴づけるパラメータと考えることができる。この積を「形状因子」とする。また、フィン高さ１４も、冷媒が流れたときに伝熱管壁からの摩擦として作用するので、「形状因子＝単位長のフィン回転数３３×条数１６×フィン高さ１４」とも表される。以下、この３つの積を、形状因子として用いる。形状因子の単位はｍとなる。

図５は、６種類の伝熱管について形状因子と冷媒圧力損失の関係を示したものである。形状因子が大きくなるほど、冷媒が管壁から受ける摩擦が大きくなるため、冷媒圧力損失が増加している。蒸発器では、冷媒圧力損失が小さいほど有利なため、形状因子を変化させて冷媒圧力損失の小さな形状を選定することで、高性能の伝熱管ができる。

図６は、図５と同じ６種類の伝熱管を用いた、蒸発能力を冷媒管圧力で蒸発器の蒸発能力と形状因子との関係を示したものである。形状因子によって、冷媒圧力損失等の影響を受けて蒸発能力が変わっている。形状因子を変化させて蒸発能力を増加させることで、伝熱性能の優れた伝熱管ができる。

図７は、図５と図６を用いて、蒸発能力を冷媒圧力損失で除した値と形状因子との関係を示したものである。形状因子を変化させたとき、蒸発能力が高く、冷媒圧力損失が小さな伝熱管は図７では上方に位置するため、蒸発能力を冷媒管圧力損失で除した値を最大化させることにより、蒸発能力と冷媒管圧力損失が最適な組み合わせとなり、最良の形状を有した伝熱管を作ることができる。

以上のように、本発明にかかる伝熱管は、高性能な伝熱特性を有するので、ヒートポンプを用いた高効率な熱交換が必要な産業用機器・家庭用機器等の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における伝熱管を用いる冷凍サイクルの構成図 同伝熱管の断面図 同伝熱管の軸方向の縦断図 同伝熱管のフィンの軌跡を示す模式図 同伝熱管の形状因子と冷媒圧力損失の関係図 同伝熱管の形状因子と蒸発能力の関係図 同伝熱管の形状因子と蒸発能力／冷媒圧力損失の関係図 従来の伝熱管の断面図

符号の説明

１ 放熱器
２ 減圧手段
３ 蒸発器
４ 圧縮機
１１ 伝熱管
１２ 内径
１３ フィン
１４ フィン高さ
１５ フィンピッチ
１６ 条数
２１ ねじれ角
３１ フィン軌跡
３２ １回転長さ
３３ 単位長のフィン回転数

Claims (6)

1. 放熱器、減圧手段、蒸発器、圧縮機を順次接続した冷媒回路において、蒸発器に用いる伝熱管の形状を決める形状因子として、伝熱管の単位長当たりのフィン回転数と伝熱管の条数を用いることを特徴とした伝熱管。
2. 伝熱管の形状を決める形状因子として、伝熱管内径と伝熱管の円周周りのフィンピッチを用いることを特徴とした請求項１に記載の伝熱管。
3. 伝熱管の形状を決める形状因子として、フィン高さを用いることを特徴とした請求項１または２記載の伝熱管。
4. 形状因子を変化させて、冷媒管圧力損失を減少させることを特徴とした請求項１〜３のいずれか１項記載の伝熱管。
5. 形状因子を変化させて、蒸発器の蒸発能力を増加させることを特徴とした請求項１〜４のいずれか１項記載の伝熱管。
6. 形状因子を変化させて、蒸発器の蒸発能力を冷媒圧力損失で除した値を最大化させることを特徴とした請求項１〜５のいずれか１項記載の伝熱管。

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