JP2015045482A - 管内単相流用伝熱管 - Google Patents

管内単相流用伝熱管 Download PDF

Info

Publication number
JP2015045482A
JP2015045482A JP2013177986A JP2013177986A JP2015045482A JP 2015045482 A JP2015045482 A JP 2015045482A JP 2013177986 A JP2013177986 A JP 2013177986A JP 2013177986 A JP2013177986 A JP 2013177986A JP 2015045482 A JP2015045482 A JP 2015045482A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
pipe
heat transfer
fluid
flow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013177986A
Other languages
English (en)
Inventor
宏行 高橋
Hiroyuki Takahashi
宏行 高橋
順広 井上
Nobuhiro Inoue
順広 井上
岩本 秀樹
Hideki Iwamoto
秀樹 岩本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobelco and Materials Copper Tube Ltd
Original Assignee
Kobelco and Materials Copper Tube Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kobelco and Materials Copper Tube Ltd filed Critical Kobelco and Materials Copper Tube Ltd
Priority to JP2013177986A priority Critical patent/JP2015045482A/ja
Priority to DE201410216920 priority patent/DE102014216920A1/de
Priority to CN201410426194.1A priority patent/CN104422327A/zh
Priority to KR20140112990A priority patent/KR20150026937A/ko
Publication of JP2015045482A publication Critical patent/JP2015045482A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/42Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
    • F28F1/424Means comprising outside portions integral with inside portions
    • F28F1/426Means comprising outside portions integral with inside portions the outside portions and the inside portions forming parts of complementary shape, e.g. concave and convex
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/08Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of metal
    • F28F21/081Heat exchange elements made from metals or metal alloys
    • F28F21/085Heat exchange elements made from metals or metal alloys from copper or copper alloys
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2200/00Prediction; Simulation; Testing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2210/00Heat exchange conduits
    • F28F2210/06Heat exchange conduits having walls comprising obliquely extending corrugations, e.g. in the form of threads

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

【課題】管内の冷媒の流速が低流速域で、乱流を促進することなく、熱伝達率を向上させると共に、管内流体の圧力損失を低減することができる管内単相流用伝熱管を提供する。
【解決手段】管内単相流用伝熱管は、管外面に溝が螺旋状に形成されたコルゲート管からなる。そして、管内に単相流流体を流し、この単相流流体と、管外の流体、物質又は輻射熱との間で、熱交換を行う。この管内単相流用伝熱管は、管外径ODが6乃至20mm、管内径IDが5乃至19mmであり、前記溝の管軸方向におけるピッチPcが、15乃至25mmである。また、この管内単相流用伝熱管において、管材質は銅又は銅合金製であることが好ましい。また、前記コルゲート溝の深さをDcとしたとき、Dc/IDが、0.051乃至0.097であることが好ましい。
【選択図】図7

Description

本発明は、管外の流体(自然冷媒、フロン冷媒、水等)の保有熱又は管外の物体(土壌熱等の固体物質等)の保有熱若しくはソーラーパネル等の輻射熱と、管内を流れる単相流流体(水、ブライン等)とを熱交換させる管内単相流伝熱管に関し、特に、管内の流体が低流速域、即ち、低レイノルズ数Re域(Reが3000以下)で乱流が増大することなく、熱伝達率を向上させるとともに、管内流体の圧力損失を低減させて、低流速域での使用に適した管内単相流用伝熱管に関する。
管内単相流用伝熱管は、 管外面に1本の溝を螺旋状に形成したコルゲート管であり、銅又は銅合金管からなる。この管内単相流用伝熱管の具体的な用途としては、(a)ヒートポンプ給湯器(例えば、エコキュート)に使用される水―冷媒熱交換器に使用される伝熱管、(b)ガス給湯器内にて使用される水―水の二重管式熱交換器に使用される伝熱管、(c)太陽熱温水器のソーラーパネル内に設置されている温水配管、(d)地中に埋め込んで使用する土壌熱−水熱交換器配管用伝熱管がある。
管内外の流体間で熱交換させる機器は、省エネ化の取り組みがなされており、熱交換器単体での高性能化を図るとともに、熱媒体の搬送動力の低減による省エネ化を図るべく、取り組まれている。熱媒体の搬送動力の低減としては、通常は、熱媒体の流体を熱交換器内に送るためにポンプが使用されているが、搬送動力の低減策として、搬送流体の流量を低減させることにより、ポンプ運転動力を低減させる方法が採用されている。
また、熱交換器内において、長時間かけて流体を高温にさせる機器があり、その事例として代表的なものに、ヒートポンプ給湯器がある。このヒートポンプ給湯器は、水道水の給水口より直接熱交換器内に流体である水を送り込み、熱交換器内において長時間かけて流体を高温にさせるため、管内の流体の速度を低く設定していること、またこの水道水の圧力はポンプ等での搬送力に比較して低く、その結果、管内を通過する流体の速度が遅くなり、管内のレイノルズ数Reは3000以下で使用されることが多い。この低レイノルズ数領域では、管内の流体は層流域になり、層流域での熱伝達率は、乱流状態と比較して低下するため、使用する伝熱管自体の性能を向上させることにより、対応せざるを得ない。
現状使用されている代表的な伝熱管として、平滑管、内面溝付管(特許文献1)、コルゲート管(特許文献2,3)がある。
特開2006−242553号公報 特開2007−218486号公報 WO2008/029639号公報
しかしながら、平滑管は、文字どおり、内面及び外面に溝等がないものであり、管表面が平滑面である。このように、流体と接触する面が平滑であると、管内に流体を流したときに、管壁面に速度境界層及び温度境界層が形成され、その境界層が流体間の熱交換を阻害する。
内面溝付管は、管内にらせん状の突起を多数設け、乱流を促進させて管壁面での速度境界層及び温度境界層の形成を抑制させるものである。しかしながら、管内面に多数の溝を設けたことにより、伝熱管の重量が増加し、これにより使用材料が増加して、コストが増大するという問題点がある・
コルゲート管は、管の内面及び外面に深い凹凸をらせん状に、かつ小ピッチにて形成したものである。例えば、特許文献2のコルゲート管のコルゲートピッチは、3乃至10mmであり、特許文献3のコルゲート管のコルゲートピッチは10mmである。なお、特許文献3においては、コルゲート溝の他に、突起が形成されており、この突起がコルゲート溝内に15mmのピッチで形成されているので、管内面の突出部は、10mmよりも小さくなる。
そして、コルゲート管においては、このコルゲート溝として形成された凹凸により、管内の流体が層流域にて流れる場合でも、乱流が促進されて熱伝達率が向上する。これは、管外の流体も同様である。しかしながら、らせん状に深い凹凸を小ピッチに形成して乱流を促進させたことにより、管内流体の圧力損失が増大する。また、搬送動力が増加し、また管内にスケール等の堆積物が滞留することにより、極端な場合には、管内を閉塞させてしまうという問題点がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、管内の流体の流速が低流速域で、乱流を促進することなく、熱伝達率を向上させると共に、管内流体の圧力損失を低減することができる管内単相流用伝熱管を提供することを目的とする。
本発明に係る管内単相流用伝熱管は、管外面に溝が螺旋状に形成されたコルゲート管からなり、管内に単相流流体を流し、この単相流流体と、管外の流体との間で、熱交換を行う管内単相流用伝熱管において、
管外径ODが6乃至20mm、管内径IDが5乃至19mmであり、
前記溝の管軸方向におけるピッチPcが、15乃至25mmであることを特徴とする。この単相流用伝熱管は、銅又は銅合金製であることが好ましい。
この管内単相流用伝熱管において、前記コルゲート溝の深さをDcとしたとき、Dc/IDが、0.051乃至0.097であることが好ましい。
本発明の管内単相流用伝熱管は、前記単相流流体のレイノルズ数Reが3000以下の低レイノルズ数の場合に、特に、好適である。
本発明においては、コルゲート管を構成する溝のピッチ(コルゲートピッチ)が、15乃至25mmと、従来よりも長い。そして、管外面の前記溝により管内面には突起が形成されるが、この突起間に形成された凹部の長さが長くなる。そうすると、低レイノルズ数の領域では、流速が遅く、層流状態となるが、この低流速の場合に、溝のピッチを大きくすると、管内を流れる単相流流体の主流(管中央部を通る流体)と、前記凹部内で対流している単相流流体の副流とが合流しやすくなり、伝熱性能が向上する。このため、低レイノルズ数領域でも、高い伝熱性能を達成できる。また、低レイノルズ数領域であるから、管内流体の圧力損失は十分に小さい。
本発明の実施形態のコルゲート管を示す縦断面図である。 (a)、(b)は流速が遅い場合の流体の流れを示す模式図である。 (a)、(b)は流速が速い場合の流体の流れを示す模式図である。 熱伝達係数及び摩擦係数等を測定する試験装置を示す図である。 コルゲート溝ピッチPcによる流体への影響を示すグラフ図である。 Dc/IDによる流体への影響を示すグラフ図である。 レイノルズ数Reと圧力損失との関係を示すグラフ図である。 レイノルズ数Reと熱伝達係数との関係を示すグラフ図である。
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は、本発明の実施形態に係るコルゲート管からなる管内単相流用伝熱管を示す縦断面図である。コルゲート管1は、平滑管の外面に、先端が先鋭な工具を押し当て、この状態で、例えば、管を回転させつつ管軸方向に移動させる等して、工具により1本の螺旋の溝2を管外面に形成することにより、コルゲート溝2を形成したものである。管内面には、管外面に溝2を形成することにより、突起3が形成され、更に、管内面には、この突起3間に、凹部4が形成される。なお、図1において、ODは管外径、IDは管内径、管肉厚はδ、コルゲート溝ピッチはPc、コルゲート溝の深さはDcで示す。また、コルゲート管の材質は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、チタン等の熱が伝導する金属材料からなり、特に、銅又は銅合金のような熱伝導率が良好なものであれば、なお好適である。
図2及び図3は、溝ピッチPcと、管内部の単相流流体の流れとの関係を示す模式図である。図2は、流速が遅い(レイノルズ数Reが小さい)場合、図3は、流速が速い(レイノルズ数Reが大きい)場合を示す。なお、図2及び図3は、図1に示すコルゲート管の形状を模式的に示したものであり、実際には、これらの図に示すような角形の溝は形成されない。図3に示すように、流速が速い場合は、流体間の剪断力が大きく、図3(a)に示すように、溝ピッチPcが小さい場合でも、凹部4内の流体が凹部4内で十分に対流が形成され、拡散されて、主流と合流するため、伝熱効率が高い。一方、コルゲート溝のピッチPcが大きいと、図3(b)に示すように、主流からの流体が凹部4内に入り込み、凹部4内を流れるため、凹部4の両隅部でのみ対流拡散が生じることになり、凹部4の全体で流体の対流拡散が生じることがないので、伝熱効率が低下する。
これに対し、管内部の単相流流体の流速が遅い場合は、図2に示すように、管内の主流と、凹部4内の副流(対流)との間の剪断力が小さい。このため、図2(a)に示すように、コルゲート溝ピッチPcが小さい場合は、副流は、凹部4内で弱い対流を形成するが、この対流(副流)は主流と合流せず、凹部4内に留まりやすい。このため、流速が遅く、コルゲート溝ピッチPcが小さい場合は、伝熱効率が低い。
一方、図2(b)に示すように、管内の単相流流体の流速が小さい場合でも、コルゲート溝ピッチPcが大きい場合は、凹部4内の流体と主流とが接触する部分の面積が十分に大きいため、主流による剪断力が小さくても、凹部4内で対流した流体が主流と合流するため、伝熱効率が高い。
このように、本発明者等は、低レイノルズ数の流速が遅い場合には,コルゲート溝ピッチPcが大きい方が、伝熱効率が高いことを見出し、本発明を完成されたものである。そして、本発明は、単相流流体が低レイノルズ数で流速が遅い条件下でも、コルゲート溝ピッチPcを15mm以上とすることにより、乱流を促進させることなく、伝熱効率を高めることができることを、後述のごとく実証したものである。また、本発明においては、乱流が促進されないので、管内流体の圧力損失が増大して搬送動力が増加するようなことがなく、管内にスケール等の堆積物が滞留し、管内を閉塞させてしまこともない。
次に、本発明のコルゲート管からなる単相流用伝熱管の構成について説明する。
先ず、例えば、伝熱管の外径ODは、6乃至20mm、内径IDは、5乃至19mmである。管内には、水及びブライン等の単相流流体が流れる。一方、管外の熱媒体は、本発明の伝熱管を使用する分野により異なる。本発明の伝熱管の使用分野が、ヒートポンプ給湯器のように水−冷媒熱交換器の場合には、管外面に自然冷媒又はフロン冷媒が流れ、使用分野が、ガス給湯器のように水−水熱交換器に使用される二重管式熱交換器の場合は、管外にも水等の単相流体が流れる。また、他の技術分野においても、例えば、太陽熱温水器のソーラーパネルの温水配管に本発明の伝熱管を使用する場合は、輻射線等の電磁波が管外面に吸収されて生じる輻射熱が伝熱管に作用する。また、本発明の伝熱管を地中に埋め込んで、土壌と管外面とが接触する水−土壌熱交換器の分野に伝熱管を使用する場合は、土壌に蓄積された熱と管外面との間で熱交換が生じる。
このようにして、これらの管内の流体と管外の流体又は物質との間で、熱交換をする。このような用途に使用される単相流用伝熱管としては、外径及び内径が、例えば、上記範囲である。また、本発明は、管内を流れる単相流流体のレイノルズ数Reは3000以下であることが好ましい。好ましくは、この管内を流れる単相流流体のレイノルズ数Reは2000以下である。本発明の伝熱管は、このような低レイノルズ数の流体に適している。
コルゲート溝ピッチPcは、15乃至25mmである。コルゲート溝ピッチPcを上記範囲にすることにより、管内部を通流する流体を乱流化することなく、凹部4内の流体と管中心部の主流とが接触する面積を大きくすることができる。これにより、低レイノルズ数域で、管内流速が低く、主流による剪断力が小さい場合でも、凹部4間で対流した副流の流体が主流と合流しやすくなり、伝熱性能が向上する。コルゲート溝ピッチPcが15mmよりも小さくなると、凹部4内の流体と、管中心部の主流とが接触する面積が小さくなり、凹部4内で対流した流体が、主流と合流することなく、凹部4内に滞留することにより、伝熱性能が低下する。また、凹部4内の流体の乱流化が促進され、圧力損失が増大する。一方,コルゲート溝ピッチPcが25mmより大きくなると、凹部4内の流体と管中心部を流れる主流との接触面積は大きくなるものの、凹部4内の流体の対流が弱くなるため、伝熱性能が低下する。従って、コルゲート溝ピッチPcは、15乃至25mmとする。
コルゲート溝の深さをDcとすると、Dc/IDを0.051乃至0.097とする。Dc/IDを0.051乃至0.097の範囲内とすることにより、凹部4内の流体が、乱流化することなく、かつ、対流が阻害されることなく、管中心部を流れる主流と接触する。この凹部4内で対流する副流と、主流とが接触することにより、両者が合流し、伝熱性能が向上する。
Dc/IDが0.051よりも小さい場合は、凹部4内の流体の対流が阻害され、管中心部の主流と凹部4内の副流(対流)とが接触して合流しても、伝熱性能が向上しにくい。また、Dc/IDが0.097より大きい場合は、凹部4内の流体の対流が阻害されにくくなるものの、溝深さDcが深くなりすぎ、管中心部の主流流体の乱流化が促進されて、圧力損失が増大する。従って、Dc/IDは0.051乃至0.097とする。
なお、コルゲート溝2は、1本の螺旋状の条により形成されている。この場合,溝ねじれ角は、管の外径OD、コルゲート溝のピッチPc、条数が決まれば一義的に決まる。例えば、この溝ねじれ角は54°である。また、伝熱管1の肉厚δは、例えば、0.613mmである。
なお、本発明においては、管軸方向にみて、凹部4内に管軸と平行な平坦部を形成することができる。これにより、管内を流れる単相流流体の乱流化を抑制することができると共に、凹部4内の流体と、管中心部の主流とが接触する面において、凹部4内で対流している副流と、主流とが、より一層合流しやすくなり、伝熱性能が向上する。この平坦部の管軸方向の長さLfは、コルゲート溝のピッチPcの0.40乃至0.80倍とすることが好ましい。即ち、Lfは0.40Pc乃至0.80Pcとすることが好ましい。
以下、本発明の効果を実証するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とについて説明する。
まず、単相流流体の伝熱性能の試験方法について説明する。図4はこの試験装置を示す模式図である。本試験装置においては、加熱側及び給湯側の双方に水を媒体として使用した。熱交換槽13内には加熱水が貯留されており、この加熱水は、加熱水タンク21から、配管22aを介して供給され、配管22bを介して、加熱水タンク21に戻される。熱交換槽13内には、伝熱管15が水平に配置されており、この伝熱管15内には、給湯水タンク11から、給湯水が、配管12aを介して供給され、伝熱管15を通流した後、配管12bを介して、給湯水タンク11に返戻される。加熱水タンク21は、加熱水の温度が、恒温循環装置24により、一定温度(32℃,37℃又は42℃)になるように、制御される。また、給湯水タンク11は、給湯水の温度が、恒温循環装置18により、20℃に一定に制御される。
給湯水は混合器20a、20bを介して、伝熱管15に出入りするが、この伝熱管15への給湯水の出入口温度は、この伝熱管の出入口に設置した混合器20a、20bにおいて、白金測温抵抗体を使用して、測定することができる。給湯水の流量は、バルブ25により、一定流量になるように、段階的に調節する。また、熱交換槽13内の伝熱管15の平均温度は、温度変化に伴う電気抵抗値の変化により測定することができる。そして、この伝熱管15の出入口に設置した圧力タップの圧力を配管16により差圧変換器17に導き、差圧変換器17を、50kPa,10kPa,又は1kPaに切り替えて測定する。なお、熱交換槽13内は撹拌器14により撹拌され、給湯水タンク11内は撹拌器19により撹拌され、加熱水タンク21内は撹拌器23により加熱されて、水の温度の均一化が図られている。
冷却水の熱交換量Qsは、給湯水流量をW、定圧比熱をcp、給湯出口温度をTsout、給湯入口温度をTsinとして、下記数式1により求めることができる。また、熱伝達係数αiは、熱流束をqi、電圧降下により求めた管平均温度をTwi、管の熱伝導を考慮して修正した管内壁面温度をTwm、給湯水の出入口温度の算術平均温度をTsnとして、下記数式2により求めることができる。但し、qi、Twi、Tsnは、夫々下記数式3,4,5により求めることができる。なお、Lは有効伝熱長さ,diは最大内径、doは外径、λは銅の熱伝達率、δは肉厚を表す。そして、管内ヌッセルト数Nui及びレイノルズ数Reは、下記数式6及び数式7により求まる。但し、ρは給湯水の密度、viは給湯水の流速、μは給湯水の粘性である。そして、ΔPを圧力損失、xを試験区間の長さとして、摩擦係数fiは下記数式8により求まる。
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
Figure 2015045482
本発明の第1実施例として、伝熱管の形状寸法の相違による圧力損失及び熱伝達係数についての影響について説明する。各試験伝熱管の形状寸法を下記表1に示す.
Figure 2015045482
上記表1において、STは平滑管、HTは内面溝付管、CT1〜CT7は、コルゲート管である。そして、CT5は、コルゲート溝ピッチPc及びコルゲート溝深さと内径との比Dc/IDが本願請求項2の範囲を満たす実施例である。CT7は、コルゲート溝ピッチPcが本願請求項1の範囲を満たすが、コルゲート溝深さと内径との比Dc/IDが本願請求項3の範囲から外れる実施例である。CT1〜CT4、CT6は、本発明の請求項1の範囲から外れる比較例である。
図7は、これらの伝熱管の圧力損失を示し、図8は、熱伝達係数を示す。図7は、低レイノルズ数域のみの圧力損失を示している。平滑管(ST)は、圧力損失が低いが、熱伝達率も低い傾向を示している。本発明の実施例のコルゲート管CT7を、同程度の溝深さDcである比較例のCT1及びCT2と比較すると、実施例管CT7は、比較例管CT1及びCT2に対して、圧力損失が低く、低レイノルズ数域における熱伝達率が、比較例管CT3及びCT4と比較して、より高くなる。
また、本発明の実施例のコルゲート管CT5を、同程度の溝深さDcである比較例管CT3及びCT4と比較した。図8に示すように、実施例管CT5は、先ず、比較例管CT4と比較して、レイノルズ数3000以下の領域にて、熱伝達率が同程度又は高くなり、圧力損失は全レイノルズ数域において低くなる。また、実施例管CT5は、比較例管CT3と比較して、レイノルズ数1000〜1500において実施例管CT5の圧力損失の方が比較例管CT3よりも若干高くなる傾向が見られるものの、レイノルズ数2000以下の領域にて、実施例管CT5は、比較例管CT3よりも、熱伝達率が高い。
このように、3000以下の低レイノルズ数域においては、本発明の実施例CT7の圧力損失が低く、熱伝達係数も高いという結果が得られた。更に,本発明の本発明の実施例CT5も圧力損失が低く、熱伝達係数もより高いという結果が得られた。
次に、本発明の第2実施例として、コルゲート溝ピッチPcの相違による摩擦係数及び熱伝達係数の影響について説明する。図5(a)、(b)は、摩擦係数fi及び管内ヌッセルト数Nui(熱伝達係数)と、コルゲート溝ピッチPcとの関係を示すグラフ図である。コルゲート溝ピッチPcは、27.1mm、25.1mm、21.7mm、17.0mm、15.1mm、13.5mm、8.1mm、5.6mmである。管外径は12.7mm、管内レイノルズ数Reは1000であり、Dc/IDは0.085と一定である。この図5(a)に示すように、コルゲート溝ピッチPcが15乃至25mmの範囲で、摩擦係数fiが一定値をとる。また、この範囲で、図5(b)に示すように、熱伝達係数(管内ヌッセルト数)が最も高い値をとる。しかし、コルゲート溝ピッチPcが15mm未満になると、摩擦係数は上昇するが、熱伝達係数は大きく低下する。このように、コルゲート溝ピッチPcが15乃至25mmの範囲で、熱伝達係数が高い。
次に、本発明の第3実施例として、コルゲート溝深さDcの相違による摩擦係数及び熱伝達係数の影響について説明する。図6(a)、(b)は、摩擦係数fi及び管内ヌッセルト数Nui(熱伝達係数)と、Dc/IDとの関係を示すグラフ図である。Dc/IDは、0.101、0.097,0.085、0.072、0.051、0.045、0.035である。管外径は12.7mm、管内レイノルズ数Reは1000であり、コルゲート溝ピッチPcは25mmと一定である。この図6(a)に示すように、Dc/IDが0.051乃至0.097の範囲で、摩擦係数が高く、一定であり、Dc/IDが0.051より小さくなると、摩擦係数が小さくなる。また、この範囲で、図6(b)に示すように、熱伝達係数(管内ヌッセルト数)が高く、一定になる。Dc/IDが0.097を超えた場合は、熱伝達係数は若干大きくなるものの、摩擦係数が大きくなりすぎて、圧力損失が大きくなる。
本発明は、低レイノルズ数の流体が流れる用途の伝熱管として、この低レイノルズ数の範囲で、圧力損失が低いと共に、熱伝達係数が高いため、極めて有益である。
1:伝熱管、2:コルゲート溝、3:突起、4:凹部、15:伝熱管

Claims (4)

  1. 管外面に溝が螺旋状に形成されたコルゲート管からなり、
    管内に単相流流体を流し、この単相流流体と、管外の流体、物質又は輻射熱との間で、熱交換を行う管内単相流用伝熱管において、
    管外径ODが6乃至20mm、管内径IDが5乃至19mmであり、
    前記溝の管軸方向におけるピッチPcが、15乃至25mmであることを特徴とする管内単相流用伝熱管。
  2. 前記コルゲート管の材質が、銅又は銅合金からなることを特徴とする請求項1に記載の管内単相流用伝熱管。
  3. 前記コルゲート溝の深さをDcとしたとき、Dc/IDが、0.051乃至0.097であることを特徴とする請求項1又は2に記載の管内単相流用伝熱管。
  4. 前記単相流流体のレイノルズ数Reが3000以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の管内単相流用伝熱管。
JP2013177986A 2013-08-29 2013-08-29 管内単相流用伝熱管 Pending JP2015045482A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013177986A JP2015045482A (ja) 2013-08-29 2013-08-29 管内単相流用伝熱管
DE201410216920 DE102014216920A1 (de) 2013-08-29 2014-08-26 Wärmeübertragungsrohre für eine Einphasenströmung
CN201410426194.1A CN104422327A (zh) 2013-08-29 2014-08-26 管内单相流用导热管
KR20140112990A KR20150026937A (ko) 2013-08-29 2014-08-28 관내 단상류용 전열관

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013177986A JP2015045482A (ja) 2013-08-29 2013-08-29 管内単相流用伝熱管

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015045482A true JP2015045482A (ja) 2015-03-12

Family

ID=52671109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013177986A Pending JP2015045482A (ja) 2013-08-29 2013-08-29 管内単相流用伝熱管

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2015045482A (ja)
KR (1) KR20150026937A (ja)
CN (1) CN104422327A (ja)
DE (1) DE102014216920A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019021345A1 (ja) * 2017-07-24 2019-01-31 三菱電機株式会社 熱交換器及び冷凍サイクル装置

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105066476A (zh) * 2015-08-12 2015-11-18 哈尔滨工业大学(威海) 一种具有强化传热和降低热变形的波节管式太阳能吸热器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61280395A (ja) * 1985-06-03 1986-12-10 Sanyo Electric Co Ltd 伝熱管
JPH0320577A (ja) * 1989-06-16 1991-01-29 Sanyo Electric Co Ltd 蒸発器用伝熱管
CN2602332Y (zh) * 2003-03-06 2004-02-04 宁波广厦热力成套设备有限公司 螺旋波纹换热管
JP2011185467A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Hitachi Cable Ltd 伝熱管及び熱交換器
JP2012077917A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Hitachi Cable Ltd 内面溝付コルゲート管、及び熱交換器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2462335Y (zh) * 2001-01-18 2001-11-28 吴文生 波纹螺旋换热管
JP4615422B2 (ja) 2005-02-03 2011-01-19 古河電気工業株式会社 伝熱管、給湯用熱交換器およびヒートポンプ給湯器
JP2007218486A (ja) 2006-02-15 2007-08-30 Hitachi Cable Ltd 熱交換器用伝熱管及びこれを用いた熱交換器
CN1924507A (zh) * 2006-09-08 2007-03-07 清华大学 用于热水器的螺旋槽换热管
JP5861224B2 (ja) 2012-02-03 2016-02-16 大道産業株式会社 インク乾燥方法及びインク乾燥装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61280395A (ja) * 1985-06-03 1986-12-10 Sanyo Electric Co Ltd 伝熱管
JPH0320577A (ja) * 1989-06-16 1991-01-29 Sanyo Electric Co Ltd 蒸発器用伝熱管
CN2602332Y (zh) * 2003-03-06 2004-02-04 宁波广厦热力成套设备有限公司 螺旋波纹换热管
JP2011185467A (ja) * 2010-03-05 2011-09-22 Hitachi Cable Ltd 伝熱管及び熱交換器
JP2012077917A (ja) * 2010-09-30 2012-04-19 Hitachi Cable Ltd 内面溝付コルゲート管、及び熱交換器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019021345A1 (ja) * 2017-07-24 2019-01-31 三菱電機株式会社 熱交換器及び冷凍サイクル装置
JPWO2019021345A1 (ja) * 2017-07-24 2020-01-09 三菱電機株式会社 熱交換器及び冷凍サイクル装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102014216920A1 (de) 2015-04-16
CN104422327A (zh) 2015-03-18
KR20150026937A (ko) 2015-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lu et al. Transition and turbulent convective heat transfer of molten salt in spirally grooved tube
Yang et al. Experimental study on convective heat transfer and flow resistance characteristics of water flow in twisted elliptical tubes
Aroonrat et al. Heat transfer and single-phase flow in internally grooved tubes
Nakhchi et al. Experimental investigation of performance improvement of double-pipe heat exchangers with novel perforated elliptic turbulators
Dizaji et al. Experimental studies on heat transfer and pressure drop characteristics for new arrangements of corrugated tubes in a double pipe heat exchanger
Pethkool et al. Turbulent heat transfer enhancement in a heat exchanger using helically corrugated tube
Murugesan et al. Turbulent heat transfer and pressure drop in tube fitted with square-cut twisted tape
Promvonge Thermal performance in square-duct heat exchanger with quadruple V-finned twisted tapes
Huminic et al. Heat transfer and flow characteristics of conventional fluids and nanofluids in curved tubes: A review
Meng et al. Experimental study on convective heat transfer in alternating elliptical axis tubes
Suresh et al. A comparison of thermal characteristics of Al2O3/water and CuO/water nanofluids in transition flow through a straight circular duct fitted with helical screw tape inserts
Feizabadi et al. Experimental evaluation of thermal performance and entropy generation inside a twisted U-tube equipped with twisted-tape inserts
Man et al. The experimental study on the heat transfer and friction factor characteristics in tube with a new kind of twisted tape insert
Dong et al. Experimental research on heat transfer and flow resistance properties in spiral twisted tube heat exchanger
Mozafari et al. Condensation and pressure drop characteristics of R600a in a helical tube-in-tube heat exchanger at different inclination angles
Kathait et al. Thermo-hydraulic performance of a heat exchanger tube with discrete corrugations
Du et al. Laminar thermal and fluid flow characteristics in tubes with sinusoidal ribs
Xiao et al. Investigations on heat transfer characteristic of molten salt flow in helical annular duct
Nagarajan et al. Studies on heat transfer and friction factor characteristics of turbulent flow through a micro-finned tube fitted with left–right inserts
Poongavanam et al. Effect of shot peening on enhancing the heat transfer performance of a tubular heat exchanger
Chen et al. Experimental investigation of subcooled flow boiling heat transfer in helical coils
Chen An experimental investigation of nucleate boiling heat transfer from an enhanced cylindrical surface
Chuwattanakul et al. Aerothermal performance evaluation of a tube mounted with broken V-ribbed twisted tape: Effect of forward/backward arrangement
Keawkamrop et al. An experimental investigation of the air-side performance of crimped spiral fin-and-tube heat exchangers with a small tube diameter
MageshBabu et al. Enhancing the thermal performance of AL2O3/DI water nanofluids in micro-fin tube equipped with straight and left-right twisted tapes in turbulent flow regime

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150731

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20151210

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151215

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160113

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160614