JP2016524122A

JP2016524122A - 伝熱管

Info

Publication number: JP2016524122A
Application number: JP2016526550A
Authority: JP
Inventors: イエンピーンラーン、
Original assignee: Luvata Espoo Oy
Current assignee: Luvata Espoo Oy
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2016-08-12
Also published as: EP3022509A1; US20160138877A1; CN104296583A; MX369866B; US9891009B2; CA2915173A1; CN104296583B; WO2015007645A1; KR20160034288A; MX2015018004A

Abstract

内面に任意のパターンの溝が設けられている伝熱管。パターンには、それぞれ形状の異なる第１フィン(10)および第２フィン(20)が含まれ、第１フィンは一体形成された茎部および頭部から成り、茎部は内面から内面を離れる方向に伸び、頭部は茎部から内面を離れる方向に伸びる。管の横断面において、頭部の周方向幅は茎部の周方向幅よりも大きい。

Description

本発明は、伝熱管に関するものであり、とくに、内面に２種類のフィンを備えた内溝付きの伝熱管に関する。

背景

継ぎ目のない管、とりわけ銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料からなる管を熱交換器にて使用し、熱伝達流体を循環させて熱を伝達する。このような管は内側に溝が設けられているため、内面の面積が拡大して熱伝達流体と管の内面との間の熱交換面積が広がり、また、溝によって乱れが発生して、熱交換効率が向上する。

内側が平滑な管の代わりに内溝付きの管を熱交換器に使用することにより、熱交換効率が大幅に向上し、その結果、エネルギーを節約できて、環境保全になる。従来の内溝付き管は、効率が向上するものの、最大熱交換能力に限界があり、ある種の大型の電力設備においては熱放散基準を満たすことができない。

本発明は、熱交換効率が改善された内溝付き管を提供することを目的とする。

本発明は伝熱管に関するものであり、管の内面には任意のパターンの溝が設けられ、このパターンはそれぞれ形状の異なる第１フィンおよび第２フィンを含み、第１フィンは一体形成された茎部および頭部を備え、茎部は内面から離れる方向に伸び、頭部は茎部から内面を離れる方向に伸び、管の横断面において頭部の周方向幅が茎部の周方向幅よりも大きい。

本内溝付き伝熱管は、熱伝達面積を拡大して細管駆動機能を高めることで、熱伝達能力および熱伝達効率を向上させる。

上記の包括的な説明ならびに以下の詳細な説明はいずれも具体例であって、例示を目的としているにすぎず、請求項に記載の発明を限定するものではないことは理解されるであろう。

添付の図面は、明細書に組み込まれてその一部を構成するものであり、本発明のいくつかの実施例を示し、明細書の記載とともに本発明の原理を説明するものである。
本願開示の一実施例による内溝付き管の長手方向の断面図を示す。本願開示の一実施例による内溝付き管の横断方向の断面図を示す。本願開示の別の実施例による内溝付き管の横断方向の断面図を示す。

詳細な説明

図１は、本願開示の一実施例による内溝付き管１の長手方向の断面図を示す。無垢のビレットを絞り加工し、貫通ロッドを形成して中空構造体を作成したため、管には継ぎ目がない（これに対し、溶接管は、金属板を圧延して、金属板の２つの縁部を溶接して作成される）。ただし、管は溶接管でもよい。管の内面は任意のパターンの溝が形成されている。図１に示す管は内側に筋が入っているが、すなわち、内面に溝が設けられていてらせんねじ様になっているが、内面の溝は任意の適切なパターンにできることは当業者には周知のことであり、例えば、管の長手方向軸に沿って延びる複数の畝でもよく、または管の内面がらせん状であってもよい。

図２は、本願開示の一実施例による内溝付き管１の横断方向の断面図を示す。図２に示す管１は、丸い断面を有している。当業者には理解の及ぶことであるが、管の断面は、板状、矩形、または特定の用途に適した他の形状もあり得る。図２に示す管１は、外径Do、内径Di、および壁厚tを有する。

管１の内面は任意のパターンの溝が形成されていて、パターンには第１フィン10および第２フィン20が含まれる。第１フィン10および第２フィン20は、それぞれ管の長手方向に対して斜めに伸びて、管の内面に内側の筋を形成する。内側の筋と管の長手方向軸との間の角度は0度〜60度であり、好適には2度〜45度である。第１フィン10および第２フィン20の横断面はそれぞれ、管の長手方向に沿って一定である。

第１フィン10および第２フィン20の形状は異なり、第１フィン10は茎部102（すなわち隆起部）および茎部102と一体形成された頭部101を備える。茎部102は内面から内面を離れる方向に伸び、頭部101は茎部102から内面を離れる方向に伸びている。管の横断面において、頭部101の周方向幅W1は茎部102の周方向幅W2よりも大きい。第１フィン10の半径方向におけるフィン高さはH1であり、頭部101の高さは茎部102の高さ以下である。好適には、頭部101の円周方向の幅W1は、頭部が内面から離れる方向に延伸するにつれて増大するか、もしくは、まず頭部が内面から離れる方向に延伸するにつれて増大し、それから頭部の先端に向かって減少する。茎部102の円周方向における幅W2は、茎部が内面から離れる方向に延伸しても一定であってよい。

図２に示すように、第１フィン10の歯末角はα1である。第１フィン10の歯元は、第１角部11が曲線に推移して管１の内面に滑らかに続いている。第１角部11の曲率はR1である。例えば、H1は0.05mm〜0.30mmでよく、R1は0〜0.15mmでよい。

第２フィン20の半径方向の高さはH2であり、その高さは第１フィン10の高さH1よりも低い。好適には、第２フィン20の高さH2は、第１フィン10の高さH1の３分の１または２分の１である。第２フィン20の頂部の幅、つまり歯末幅は、第２フィン20の底部の幅、つまり歯元幅よりも狭い。好適には、第２フィン20の円周方向の幅は、第２フィン20が内面から離れる方向に延伸するにつれて減少する。図２に示すように、第２フィン20の歯末角はα2であり、その角度は5度〜60度である。第２フィン20の歯元は、第２角部21が曲線に推移して管１の内面に滑らかに続いている。第２角部21の曲率はR2である。例えば、H2は0.005mmからH１の間でよく、R2は0〜0.15mmでよい。

図２に示す実施例では、第１フィン10の円周方向のフィンの数N1は、第２フィン20の円周方向のフィンの数N2と同じである。第１フィン10および第２フィン20は、交互に配置される。第１フィン10のフィン高H1は第２フィン20のフィン高H2よりも高い。例えば、フィン高H2は0.005mmからフィン高H1の間である。

交互に配置された第１フィン10および第２フィン20により管の内面の面積が拡大し、熱伝達流体と管の内面の間の熱伝達面積も拡大するため、熱伝達効率が高くなる。また、第１フィン10０と第２フィン20の間のくぼみ形状によって管の細管効果が向上し、細管駆動機能が強力になるため、熱伝達能力が向上する。

図３は、本願開示の別の実施例による内溝付き管1’の横断面図を示す。先述の実施例と同様に、管1’の内面の内側の筋も第１フィン10’および第２フィン20’を含む。本実施例は、第１フィン10’の円周方向のフィンの数N1が第２フィン20'の円周方向のフィンの数N2の２倍である点が先述の実施例と異なる。それぞれ２つの第１フィン10’と１つの第２フィン20’が交互に配置されている。しかしながら、第１フィン10’の円周方向のフィンの数N1は第２フィン20’の円周方向のフィンの数N2の任意の整数倍にでき、第２フィンは第１フィンと間隔をあけて設けられることは、当業者の理解の及ぶところであろう。あるいは、第１フィンおよび第２フィンが交互に配置されていれば、第１フィン10’の円周方向のフィンの数N1を第２フィン20’の円周方向のフィンの数の整数倍にしなくてもよい。

さらに、第１フィン10は、歯末幅が第１フィンの高さの半分あたりの幅よりも広ければ、図２および図３に示す形状に限定されない。例えば、第１フィン10はほぼ逆台形でもよいであろう。第２フィン20は、歯末幅が歯元幅よりも狭ければ、図２および図３に示す形状に限定されない。例えば、第２フィン20はほぼ台形でもよいであろう。これらの場合、第２フィン20の高さは、第１フィン10の高さよりも低くすべきである。

上記記載では、添付の図面を参照して様々な好適な実施例について述べた。しかしながら、別の様々な改良または変更を行ってもよく、以下に記載する特許請求の範囲に規定する発明のより広い範囲から逸脱せずに別の実施例を実現してもよいことは明らかであろう。したがって、明細書および図面は限定的なものではなく、例示的なものであることに留意されたい。

当業者であれば、本願明細書およびここに開示した事項の実践を考慮すれば、本開示の他の実施形態も明らかであろう。本願明細書および実施例は、以下の特許請求の範囲で述べる本来の発明の範囲および発明の精神に基づいた、例示的なものに過ぎないことを示している。

Claims

内面に任意のパターンの溝が設けられ、該パターンはそれぞれ形状の異なる第１フィン(10)および第２フィン(20)を含み、該第１フィン(10)は一体形成された茎部(102)および頭部(101)を含み、該茎部(102)は前記内面から該内面を離れる方向に伸び、前記頭部(101)は前記茎部(102)から前記内面を離れる方向に伸びる伝熱管において、
該管の長手方向軸に対する横断面において、前記頭部(101)の周方向幅が前記茎部(102)の周方向幅よりも大きいことを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、該管の横断面において、前記第１フィン(10)の半径方向のフィン高さは前記第２フィン(20)のフィン高さよりも高いことを特徴とする伝熱管。
請求項２に記載の管において、前記第２フィン(20)の高さは前記第１フィン(10)の高さの３分の１または２分の１であることを特徴とする伝熱管。
請求項２に記載の管において、前記第１フィン(10)の円周方向のフィンの数は前記第２フィン(20)の円周方向のフィンの数の整数倍であり、該第２フィン(20)は該第１フィン(10)と間隔をあけて設けられていることを特徴とする伝熱管。
請求項４に記載の管において、前記第１フィン(10)の円周方向のフィンの数は前記第２フィン(20)の円周方向のフィンの数と同じであり、該第１フィン(10)および該第２フィン(20)は交互に配置されていることを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、該管の横断面において、前記頭部(101)の半径方向の高さは前記茎部(102)の高さ以下であることを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、該管の横断面において、前記頭部(101)の円周方向の幅は、該頭部(101)が前記内面から離れる方向に延伸するにつれて増大するか、あるいは、まず該頭部(101)が該内面から離れる方向に延伸するにつれて増大し、それから前記頭部(101)の先端に向かって減少することを特徴とする伝熱管。
請求項７に記載の管において、該管の横断面において、前記茎部の円周方向の幅は茎部が前記内面から離れる方向に延伸しても一定であることを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、該管の横断面において、前記第２フィン(20)の円周方向の幅は該第２フィン(20)が前記内面から離れる方向に延伸するにつれて減少することを特徴とする伝熱管。
請求項９に記載の管において、前記第１フィン(10)の歯末角は5度〜60度であることを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、前記第１フィン(10)の歯元および前記第２フィン(20)の歯元は、それぞれ第１角部(11)および第２角部(21)が曲線に推移して前記管の前記内面に滑らかに続いていることを特徴とする伝熱管。
請求項１に記載の管において、前記第１フィン(10)および前記第２フィン(20)はそれぞれ、該管の長手方向に対し斜めに延伸して、該管の前記内面に内側の筋を形成することを特徴とする管。
請求項１２に記載の管において、前記第１フィン(10)および前記第２フィン(20)はそれぞれ、該管の長手方向に沿って一定の横断面を有することを特徴とする管。
請求項１２に記載の管において、前記内側の筋と該管の長手方向軸との間の角度は0度〜60度であることを特徴とする管。
請求項１４に記載の管において、前記内側の筋と該管の長手方向軸との間の角度は2度〜45度であることを特徴とする管。
請求項１ないし１５のいずれかに記載の管において、該管は継ぎ目がないことを特徴とする管。