JP2017067362A - Heat transfer pipe, manufacturing method thereof, and heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、伝熱管及びその製造方法、並びに伝熱管を用いた熱交換器に関する。 Embodiments described herein relate generally to a heat transfer tube, a manufacturing method thereof, and a heat exchanger using the heat transfer tube.
母管の外表面にフィンを取り付けた伝熱管は広く知られている。 Heat transfer tubes with fins attached to the outer surface of the mother tube are widely known.
例えば、この伝熱管の外側に熱源側流体(高温側流体)を流し、母管内に受熱側流体(低温側流体)を流すことで、熱源側流体から受熱側流体への熱の移動が行われる。 For example, heat is transferred from the heat source side fluid to the heat receiving side fluid by flowing the heat source side fluid (high temperature side fluid) outside the heat transfer tube and flowing the heat receiving side fluid (low temperature side fluid) inside the mother tube. .
図10は従来の伝熱管10を模式的に示す部分縦断面図である。図11は従来の伝熱管10内外の径方向温度分布を模式的に示す図である。
FIG. 10 is a partial longitudinal sectional view schematically showing a conventional
図10に示すように、母管11は例えば金属製の円管であり、母管11の外表面にフィン12が取り付けられている。フィン12は円環状に形成され、フィン12の根元13は母管11の外表面に、例えば全周溶接によって溶接されている。フィン12は、母管11の軸方向(図10の上下方向)に垂直な面に沿って、根元13から先端14に広がっている。
As shown in FIG. 10, the
フィン12は、通常母管11の軸方向に互いに所定の間隔をあけて多数が並んで配置される。この伝熱管10の外側に熱源側流体15が流され、母管11内に受熱側流体16が流される。
A large number of
このとき、伝熱管10の径方向温度部分布を模式的に示すと、図11の曲線Xのようになる。フィン12の先端14の外側に温度(バルク温度)Taの熱源側流体15が流れている。また、母管11内を温度(バルク温度)Teの受熱側流体16が流れている。熱源側流体15の温度Taは受熱側流体16の温度Teよりも高く、熱源側流体15から受熱側流体16に向かって熱が移動する。
At this time, when the radial direction temperature part distribution of the
図11の曲線Xに示すように、熱源側流体15の温度Taは、フィン12の先端14の温度Tb、フィン12の根元13の温度Tc、母管11の内表面温度Td、受熱側流体16の温度Teの順を経て、順次低下する。
11, the temperature Ta of the heat
このとき、フィン12同士の間隔が狭いため、熱源側流体15はフィン12の根元13まで十分に入り込まないことや、フィン12に使われる材料の熱伝導率の影響を受ける。流体温度Taの熱源側流体15は、フィン12の先端14との対流熱伝達によって温度Tbとなる。そして、フィン12の先端14から根元13への熱伝導とフィン12表面での対流熱伝達によってフィン12の根元13は、温度Tcに低下する。母管11の厚み方向の熱伝導によってさらに低下した温度Tdと受熱側流体16の温度Teとの温度差と対流や沸騰の熱伝達によって、受熱側流体16は熱を受け取る。なお、この温度低下を抑えるために、一般的にはフィン12の根元13と母管11との接合は母管11の円周方向の全周溶接により行われ、接触熱抵抗を抑えている。
At this time, since the distance between the
ところで、母管11の内面の温度Tdと受熱側流体16の温度Teとの温度差は、受熱側流体16が受け取る伝熱量に相関がある。例えば、フィン12を長く形成するとフィン12の根元13の温度Tcが低下し、これに伴って母管11の内面の温度Tdと受熱側流体16の温度Teとの温度差が小さくなるため、受熱側流体16の受け取る伝熱量はフィン12を長く形成したことによる伝熱面積の拡大による効果よりも少ない伝熱量の増加に留まってしまう。そのため、このフィン12の長さ方向の温度低下を抑えるために、これまではフィン12は十分に長くすることができなかった。
By the way, the temperature difference between the temperature Td of the inner surface of the
本発明の実施形態の目的は、上記課題を解決するためのものであって、高温の熱源側流体中に配置された伝熱管におけるフィンの径方向の温度低下を抑えて、熱源側流体から母管内の低温の受熱側流体への熱の移動を促進することにある。 An object of an embodiment of the present invention is to solve the above-described problem, and suppresses a temperature decrease in the radial direction of the fin in a heat transfer tube disposed in a high-temperature heat-source-side fluid so that the heat-source-side fluid The object is to promote the transfer of heat to the low temperature heat receiving fluid in the tube.
上記課題を解決するために、本実施形態に係る伝熱管は、熱源側流体内に配置されて前記熱源側流体よりも低温の受熱側流体に熱を伝えるための伝熱管であって、前記受熱側流体が内部を流通する母管と、前記母管の外表面に接触して取り付けられる根元から前記母管の径方向外側に向かって延びるフィンと、を備え、前記フィンは、フィン基材部と、このフィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材からなり、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面にコーティングされ、熱輻射波長の電磁波を共鳴させるキャビティを多数設けたマイクロキャビティ層と、を有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a heat transfer tube according to the present embodiment is a heat transfer tube that is disposed in a heat source side fluid and transfers heat to a heat receiving side fluid that is lower in temperature than the heat source side fluid, and the heat receiving tube A main pipe through which a side fluid circulates, and a fin extending in a radial direction of the main pipe from a root attached in contact with an outer surface of the main pipe, the fin being a fin base portion And a high emissivity material having a higher heat emissivity than the fin base part, coated on at least the surface of the fin base part extending in the radial direction of the mother pipe, and resonating electromagnetic waves having a heat radiation wavelength. And a microcavity layer provided with a large number of cavities.
本実施形態に係る伝熱管は、熱源側流体内に配置されて前記熱源側流体よりも低温の受熱側流体に熱を伝えるための伝熱管であって、前記受熱側流体が内部を流通する母管と、前記母管の外表面に接触して取り付けられる根元から前記母管の径方向外側に向かって延びるフィンと、を備え、前記フィンは、フィン基材部と、このフィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材からなり、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面にコーティングされ、全体が鋸歯形状に形成されかつ前記母管側に向いた面が傾斜面に形成された鋸歯形状層と、を有することを特徴とする。 The heat transfer tube according to the present embodiment is a heat transfer tube that is disposed in the heat source side fluid and transfers heat to the heat receiving side fluid that is lower in temperature than the heat source side fluid, and the heat receiving side fluid circulates inside the heat transfer tube. And a fin extending from the base attached in contact with the outer surface of the mother pipe toward the radially outer side of the mother pipe. The fin includes a fin base portion and a fin base portion. Is made of a high emissivity material having a high heat emissivity, coated at least on the surface of the fin base portion extending in the radial direction of the mother pipe, and formed entirely in a sawtooth shape and facing the mother pipe side. And a sawtooth-shaped layer having a surface formed on an inclined surface.
本実施形態に係る熱交換器は、前記実施形態の伝熱管を有することを特徴とする。 The heat exchanger according to this embodiment includes the heat transfer tube of the above embodiment.
本実施形態に係る伝熱管の製造方法は、母管と、前記母管の径方向外側に向かって延びるフィン基材部と、前記フィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材からなり前記フィン基材部及び前記母管の表面を覆い、熱輻射波長の電磁波を共鳴させるキャビティを多数設けたマイクロキャビティ層と、を備える伝熱管の製造方法であって、前記フィン基材部の根元を前記母管の外周面に全周隅肉溶接により前記母管に前記フィン基材部を固定する溶接工程と、前記溶接工程の後に、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面及び前記母管の表面に、前記フィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材をコーティングすることによって、前記マイクロキャビティ層を形成するマイクロキャビティ層形成工程と、を有することを特徴とする。 The method of manufacturing a heat transfer tube according to the present embodiment includes a mother pipe, a fin base part extending toward the radially outer side of the mother pipe, and a high emissivity material having a higher heat emissivity than the fin base part. A method of manufacturing a heat transfer tube, comprising: a microcavity layer that covers a surface of the fin base portion and the mother pipe and includes a plurality of cavities that resonate electromagnetic waves having a heat radiation wavelength. A welding step of fixing the fin base portion to the mother pipe by whole circumference fillet welding to the outer peripheral surface of the mother pipe, and after the welding step, at least the fin base portion of the mother pipe A microcavity layer forming step of forming the microcavity layer by coating a surface extending in a radial direction and a surface of the mother pipe with a high emissivity material having a higher emissivity of heat than the fin base portion; Have The features.
本発明の実施形態によれば、熱源側流体から母管内の低温の受熱側流体への熱の移動が促進される。 According to the embodiment of the present invention, heat transfer from the heat source side fluid to the low temperature heat receiving side fluid in the mother pipe is promoted.
以下、本実施形態に係る伝熱管及びその製造方法、並びに熱交換器について、図面を参照して説明する。ここで、上記従来技術との間で、互いに同一又は類似の部分については共通の符号を付して、重複説明は省略する。 Hereinafter, a heat transfer tube, a manufacturing method thereof, and a heat exchanger according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. Here, parts that are the same as or similar to those in the prior art are given the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted.
[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係る熱交換器を模式的に示す外観図である。図2は第1実施形態に係る伝熱管を模式的に示す部分縦断面図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an external view schematically showing a heat exchanger according to the first embodiment. FIG. 2 is a partial longitudinal sectional view schematically showing the heat transfer tube according to the first embodiment.
図1に示すように、第1実施形態に係る熱交換器20は、高温の熱源側流体15内に配置され、入口ヘッダ21と、出口ヘッダ22と、入口ヘッダ21と出口ヘッダ22とを連絡する複数の伝熱管10とを有する。複数の伝熱管10は、互いに並行に配置されている。入口ヘッダ21には、低温の受熱側流体16を供給するための受熱側流体入口部23が配置されている。出口ヘッダ22には、受熱側流体16を排出するための受熱側流体出口部24が配置されている。
As shown in FIG. 1, the
各伝熱管10は、1本の母管11と、この母管11の外表面に取り付けられた多数のフィン12とを備えている。母管11は、例えば高熱伝導率の金属からなる円管である。フィン12は、中央に円形の開口が形成された円板状すなわち円環状であって、高熱伝導率の金属からなる。図2に示すように、フィン12は、母管11の軸方向に垂直な平面に沿って、根元13から先端14に広がっている。フィン12は、母管11の軸方向に互いに所定の間隔をあけて多数が並んで配置されている。
Each
フィン12の根元13は、母管11の外表面に溶接されている。フィン12と母管11との溶接部は、例えば、フィン12の根元13と母管11の外表面との全周隅肉溶接による。これにより、熱伝導によってフィン12から母管11へ熱が伝えられる。
The
図2に示すように、本実施形態のフィン12は、機械的強度を担うフィン基材部30と、このフィン基材部30の両面及び母管11の外表面を覆うマイクロキャビティ層31とを有する。このマイクロキャビティ層31は、少なくともフィン基材部30よりも熱の放射(輻射)率が高い高放射率材料からなる。マイクロキャビティ層31は、セラミックスやカーボンを分散させた樹脂材をプリントするか、あるいはフォトリソグラフィによって形成される。
As shown in FIG. 2, the
マイクロキャビティ層31は、フィン12のフィン基材部30表面に熱輻射波長オーダー(数μm〜数十μm)の周期的微細構造を有する。すなわち、マイクロキャビティ層31は、フィン基材部30の両面及び母管11の外表面に断面矩形状のキャビティ32が多数点在して形成されている。マイクロキャビティ層31は、図3に示すように、多数のキャビティ32内において平行であって互いに対向する対向壁32aが形成されている。
The
受熱側流体16は、例えば水蒸気や混合ガス等の気体もしくは、水や油、フロン等の液体を用いることができる。熱源側流体15は受熱側流体16よりも高い温度で、例えば、水蒸気や混合ガス等の気体もしくは、水や油、フロン等の液体を用いることができる。
As the heat receiving
次に、第1実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the first embodiment will be described.
図1に示すように、受熱側流体16は、受熱側流体入口部23から入口ヘッダ21に流入し、入口ヘッダ21から複数の伝熱管10の母管11内に分岐して流れる。この時、伝熱管10の外側を流れる熱源側流体15から伝熱管10内の受熱側流体16に熱が伝達される。ここで熱を受け取った受熱側流体16は、出口ヘッダ22を経て受熱側流体出口部24から流出する。
As shown in FIG. 1, the heat receiving
図4は図2の伝熱管における熱の流れを1次元モデルにより模式的に示す部分斜視図である。このモデルにおける熱収支の考え方を以下に示す。伝熱管10の外側に通風される熱源側流体15の熱は伝熱管10のフィン12へ伝熱される。その熱の一部はフィン12の先端14から根元13(フィン12と母管11の接合部)への熱伝導によって母管11へ伝熱し、その他はフィン12から母管11の外表面へ輻射により伝熱される。母管11の外表面から内表面へは固体壁内の熱伝導によって伝熱され、母管11の内表面から母管11内の受熱側流体16へは沸騰や対流で伝熱される。ただし、フィンの長さに比べて母管の管壁厚さは小さいので、母管11の管壁の厚さは無視し、母管11の管壁の内外の温度は等しいとして取り扱うものとする。
FIG. 4 is a partial perspective view schematically showing a heat flow in the heat transfer tube of FIG. 2 by a one-dimensional model. The concept of heat balance in this model is shown below. The heat of the heat
(1) 高温ガス(熱源側流体)15からフィン先端14への対流による伝熱量[W]:Qconv2,Qconv3
Qconv2=Qconv3=hf×Af×(Tg−Tt)
ただし、
hf:フィン先端の強制対流熱伝達率[W/m2K]、
Af:フィン先端の面積(フィン断面積の1/2)=df×(1/2)×Yf[m2]、
Tg:高温ガス温度[℃]、
Tt:フィン先端温度[℃]、
df:フィンの厚さ[m]、
Yf:母管及びフィンの幅[m]
(2) フィン先端14からフィン根元13への熱伝導による伝熱量[W]:Qcond2,Qcond3
Qcond2=Qcond3=λf×Af/Xf×(Tt−Tw)
ただし、
λf:フィンの熱伝導率[W/mK]、
Xf:フィン長さ[m]、
Tw:管壁温度[℃]
(3) 相対するフィン12同士の輻射(放射)による伝熱量[W]:Qrad1
フィン12表面に垂直な方向に相対するフィン12同士は等温とし、輻射による伝熱は行われないものとする。
(1) Amount of heat transfer by convection from the hot gas (heat source side fluid) 15 to the fin tip 14 [W]: Qconv2, Qconv3
Qconv2 = Qconv3 = hf × Af × (Tg−Tt)
However,
hf: forced convection heat transfer coefficient at the tip of the fin [W / m 2 K],
Af: Fin tip area (1/2 of fin cross-sectional area) = df × (1/2) × Yf [m 2 ],
Tg: high temperature gas temperature [° C.]
Tt: fin tip temperature [° C.]
df: fin thickness [m],
Yf: width of mother pipe and fin [m]
(2) Heat transfer amount [W] by heat conduction from the
Qcond2 = Qcond3 = λf × Af / Xf × (Tt−Tw)
However,
λf: thermal conductivity of the fin [W / mK],
Xf: fin length [m],
Tw: Tube wall temperature [° C]
(3) Heat transfer amount [W] by radiation (radiation) between opposing fins 12: Qrad1
It is assumed that the
(4) フィン12から母管11の管壁への輻射による伝熱量[W]:Qrad2,Qrad3
Qrad2=Qrad3=σ×εf×F×Arad×(Tt+273.15)4−(Tw+273.15)4)×K
ただし、
σ:ステファン・ボルツマン定数[W/m2K4]、
εf:フィンの放射率[−]、
F:フィンから管壁への形態係数=1(フィンから管壁への放射は閉空間とする)、
Arad:フィンの輻射伝熱面積=Xf×Yf[m2]、
K:フィンの温度分布に起因する伝熱量の低減係数
(5) 母管11の管壁から管内の水への沸騰による伝熱量[W]:Qb
Qb=hb×Ab×(Tw−Tsat)
ただし、
hb:沸騰もしくは対流熱伝達率[W/m2K]、
Ab:沸騰もしくは対流伝熱面積=(dp+df×(1/2)×2)×Yf[m2]、
Tsat:管内の水の飽和温度[℃]
(6) 熱収支
Qconv2+Qconv3
=Qcond2+Qcond3+Qrad2+Qrad3=Qb
(4) Heat transfer amount [W] by radiation from the
Qrad2 = Qrad3 = σ × εf × F × Arad × (Tt + 273.15) 4 − (Tw + 273.15) 4 ) × K
However,
σ: Stefan-Boltzmann constant [W / m 2 K 4 ],
εf: fin emissivity [−],
F: form factor from fin to tube wall = 1 (radiation from fin to tube wall is closed space),
Arad: Radiation heat transfer area of fin = Xf × Yf [m 2 ],
K: Reduction coefficient of heat transfer due to fin temperature distribution (5) Heat transfer due to boiling from wall of
Qb = hb × Ab × (Tw−Tsat)
However,
hb: boiling or convective heat transfer coefficient [W / m 2 K],
Ab: Boiling or convection heat transfer area = (dp + df × (1/2) × 2) × Yf [m 2 ],
Tsat: saturation temperature of water in the tube [° C.]
(6) Heat balance Qconv2 + Qconv3
= Qcond2 + Qcond3 + Qrad2 + Qrad3 = Qb
フィン先端14から母管11への伝熱経路において、従来のフィンではフィンの放射率が低く、伝熱量全体に占めるQrad2とQrad3は小さく、Qcond2とQcond3が多くを占めていた。ここで、フィンの放射率εfを向上させ、Qrad2とQrad3の伝熱量を増加させると、管壁温度を上昇させ、母管11と受熱側流体16との温度差を拡大することができる。
In the heat transfer path from the
このように本実施形態によれば、フィン12のフィン基材部30の両面及び母管11の外表面にマイクロキャビティ層31を形成したことにより、図3に示すようにキャビティ32内では、互いに対向する対向壁32aによって熱輻射波長の電磁波の共鳴が起こり、紫外域の波長に比べて赤外域の波長を主に利用することができる。そのため、マイクロキャビティ層31を形成しない図10に示す単純な平滑面のフィン12に比べて高い放射率が得られる。そのため、フィン12から母管11への輻射による伝熱量(Qrad2とQrad3)が増加して、母管11の温度が上昇する。これにより、受熱側流体16が受け取る伝熱量を増加させることができる。
As described above, according to the present embodiment, the microcavity layers 31 are formed on both surfaces of the
特に、フィン12の表面にマイクロキャビティ層31を形成したことにより、平滑なフィンよりも放射率が向上する。これにより、熱源側流体15から受熱側流体16に伝熱される際に、フィン12から母管11への輻射による伝熱量(Qrad2とQrad3)が増加して母管11の温度が上昇するため、受熱側流体16が受け取る伝熱量を増加させることができる。
In particular, since the
なお、本実施形態では、電磁波を共鳴させるためのキャビティ32の形状を上記のように断面矩形状に形成したが、これに限らず、断面曲線波形状であってもよい。このように形成した場合でもキャビティ32内では、電磁波を共鳴させるため、少なくとも一部に互いに対向する対向壁32aを有することが必要である。
In this embodiment, the shape of the
また、キャビティ32は、平面形状が円又は角形の溝であってもよく、同心円状に多数溝状に形成されたものでもよい。さらに、フィン基材部30及び母管11の外表面にマイクロキャビティ層31を形成したが、マイクロキャビティ層31は、少なくともフィン基材部30に形成すればよい。
Further, the
さらに、マイクロキャビティ層31として黒色酸化皮膜を用いる場合は、黒色に着色することにより放射率が向上する。
Furthermore, when a black oxide film is used as the
[第2実施形態]
図5は第2実施形態に係る伝熱管を模式的に示す部分縦断面図である。図6は比較例の伝熱管のフィンにおける電磁波の放射方向を模式的に示す説明図である。図7は第2実施形態に係る伝熱管のフィンにおける電磁波の放射方向を模式的に示す説明図である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view schematically showing a heat transfer tube according to the second embodiment. FIG. 6 is an explanatory view schematically showing the radiation direction of electromagnetic waves in the fins of the heat transfer tube of the comparative example. FIG. 7 is an explanatory view schematically showing the radiation direction of electromagnetic waves in the fins of the heat transfer tube according to the second embodiment.
なお、本実施形態は、前記第1実施形態の変形例であって、前記第1実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して、重複説明を省略する。 Note that this embodiment is a modification of the first embodiment, and the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図5に示すように、本実施形態のフィン12は、機械的強度を担うフィン基材部30と、このフィン基材部30の両面及び母管11の外表面を覆う鋸歯形状層33とを有する。
As shown in FIG. 5, the
この鋸歯形状層33は、鋸歯形状の凹凸が多数形成され、図7に示すように母管11側に向かって徐々に低くなるように傾斜した傾斜面34aと、この傾斜面34aに連続してフィン基材部30に対して垂直に形成された垂直面34bと、この垂直面34bと傾斜面34aとの間に形成されてフィン基材部30に対して平行に形成された平行面34cとを有する。傾斜面34aは、垂直面34b及び平行面34cと比べて面積が大きい。
The saw-tooth shaped
鋸歯形状層33は、少なくともフィン基材部30よりも熱の放射(輻射)率が高い高放射率材料からなる。鋸歯形状層33は、セラミックスやカーボンを分散させた樹脂材をプリントするか、あるいはフォトリソグラフィによって形成される。
The sawtooth-shaped
本実施形態では、図1に示すように鋸歯形状層33で覆った高放射率の伝熱管10と、受熱側流体入口部23と、入口ヘッダ21と、出口ヘッダ22と、受熱側流体出口部24とから熱交換器20を構成する。
In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a high emissivity
次に、第2実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of the second embodiment will be described.
図6に示すフィン基材部30だけで水平な平滑面に比べて、本実施形態のように鋸歯形状層33を形成した表面では、図7に示す傾斜面34aから放射される電磁波の強度(放射率)が高くなる。そのため、フィン12から母管11の方向へ向かう輻射伝熱量を高くすることができる。ここで、図6及び図7では、矢印の線が太いほど放射率が高いことを示している。
Compared to a horizontal smooth surface only with the
このように本実施形態によれば、高温の熱源側流体15から鋸歯形状層33で覆った高放射率の伝熱管10を経て受熱側流体16に伝熱される際に、高放射率のフィン12から母管11への輻射による伝熱量(Qrad2とQrad3)が増加して母管11の温度が上昇する。これにより、受熱側流体16が受け取る伝熱量を増加させることができる。
As described above, according to the present embodiment, when heat is transferred from the high-temperature heat
なお、本実施形態の鋸歯形状層33は、傾斜面34aに連続して垂直面34bを形成するようにしたが、これに限らず垂直面34bを傾斜面に形成するようにしてもよい。この場合には、フィン12から母管11の方向へ向かう輻射伝熱量を高くするため、傾斜面34aの角度を相対的に小さくする必要がある。
In addition, although the sawtooth-shaped
[第3実施形態]
図8は第3実施形態に係る伝熱管を模式的に示す部分縦断面図である。図9は第3実施形態に係る伝熱管のフィンの作用を模式的に示す説明図である。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a partial longitudinal sectional view schematically showing a heat transfer tube according to the third embodiment. FIG. 9 is an explanatory view schematically showing the action of the fins of the heat transfer tube according to the third embodiment.
なお、本実施形態は、前記第1実施形態の変形例であって、前記第1実施形態と同一又は対応する部分には、同一の符号を付して、重複説明を省略する。 Note that this embodiment is a modification of the first embodiment, and the same or corresponding parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図8に示すように、本実施形態の各伝熱管10は、1本の母管11と、この母管11の外表面に取り付けられた多数のフィン17とを備えている。フィン17は、中央に円形の開口が形成された円板状すなわち円環状であって、高熱伝導率の金属からなる。フィン17は、母管11の軸方向に垂直な平面に沿って、根元13から先端14に広がっている。フィン17は、母管11の軸方向に互いに所定の間隔をあけて多数が並んで配置されている。
As shown in FIG. 8, each
フィン17の根元13は、母管11の外表面に溶接されている。フィン17と母管11との溶接部は、例えば、フィン17の根元13と母管11の外表面との全周隅肉溶接による。これにより、熱伝導によってフィン17から母管11へ熱が伝えられる。
The
本実施形態のフィン17は、先端14及びその近傍が母管11の軸方向、特に図8の上方向に向かって湾曲する湾曲部18が形成されている。フィン17の先端14は、上方を向いている。
The
フィン17は、母管11へフィン17を溶接する前に予めフィンに湾曲形成加工を施す他、母管11に平面のフィンを溶接した後に外力を加えてフィンに湾曲面を形成するかの手段によって形成される。
The
したがって、本実施形態では、フィン17に湾曲部18を形成したことにより、図6の平面状に形成されたフィンに比べ、図9に示す湾曲部18が形成されたフィン17の表面では、湾曲部18の曲面から放射される電磁波の強度(放射率)が高くなる。そのため、フィン17から母管11の方向へ向かう輻射伝熱量を高くすることができる。
Therefore, in the present embodiment, since the
ここで、湾曲部18の曲率は、放射される電磁波の強度(放射率)が最も高くなるように設定される。
Here, the curvature of the bending
なお、本実施形態では、湾曲部18を上方向に向かって湾曲するように形成したが、これに限らず下方向に向かって湾曲するように形成してもよい。また、フィン17に湾曲部18を形成した例について説明したが、これ以外にフィン17の先端14及びその近傍を直線状に折り曲げるように形成してもよい。この場合にも上方向又は下方向のいずれかに向かって折り曲げてもよい。
In the present embodiment, the bending
[その他の実施形態]
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
[Other Embodiments]
As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and combinations can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and gist of the invention.
なお、上記第1実施形態及び第2実施形態は、上記第3実施形態とそれぞれ組み合わせて構成することができる。このように構成することで、母管11の方向へ向かう輻射伝熱量を一段と高くすることが可能となる。
In addition, the said 1st Embodiment and 2nd Embodiment can be comprised in combination with the said 3rd Embodiment, respectively. With this configuration, the amount of radiant heat transfer toward the
また、上記実施形態では、複数の互いに平行な母管11が入口ヘッダ21と出口ヘッダ22の間を連絡する構成としたが、他の例として、母管11を、螺旋状の曲管や蛇行する曲管としてもよい(図示せず)。
Moreover, in the said embodiment, although it was set as the structure which the some
10…伝熱管、11…母管、12…フィン、13…根元(フィン根元)、14…先端(フィン先端)、15…熱源側流体、16…受熱側流体、17…フィン、18…湾曲部、20…熱交換器、21…入口ヘッダ、22…出口ヘッダ、23…受熱側流体入口部、24…受熱側流体出口部、30…フィン基材部、31…マイクロキャビティ層、32…キャビティ、32a…対向壁、33…鋸歯形状層、34a…傾斜面、34b…垂直面、34c…平行面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記受熱側流体が内部を流通する母管と、
前記母管の外表面に接触して取り付けられる根元から前記母管の径方向外側に向かって延びるフィンと、を備え、
前記フィンは、フィン基材部と、このフィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材からなり、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面にコーティングされ、熱輻射波長の電磁波を共鳴させるキャビティを多数設けたマイクロキャビティ層と、を有することを特徴とする伝熱管。 A heat transfer pipe disposed in the heat source side fluid for transferring heat to the heat receiving side fluid having a temperature lower than that of the heat source side fluid,
A mother pipe through which the heat-receiving-side fluid circulates;
A fin extending in contact with the outer surface of the mother pipe and extending radially outward of the mother pipe from a root,
The fin is made of a fin base part and a high emissivity material having a higher heat emissivity than the fin base part, and is coated on at least a surface of the fin base part extending in the radial direction of the mother pipe. And a microcavity layer provided with a large number of cavities for resonating electromagnetic waves having a heat radiation wavelength.
前記受熱側流体が内部を流通する母管と、
前記母管の外表面に接触して取り付けられる根元から前記母管の径方向外側に向かって延びるフィンと、を備え、
前記フィンは、フィン基材部と、このフィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材からなり、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面にコーティングされ、全体が鋸歯形状に形成されかつ前記母管側に向いた面が傾斜面に形成された鋸歯形状層と、を有することを特徴とする伝熱管。 A heat transfer pipe disposed in the heat source side fluid for transferring heat to the heat receiving side fluid having a temperature lower than that of the heat source side fluid,
A mother pipe through which the heat-receiving-side fluid circulates;
A fin extending in contact with the outer surface of the mother pipe and extending radially outward of the mother pipe from a root,
The fin is made of a fin base part and a high emissivity material having a higher heat emissivity than the fin base part, and is coated on at least a surface of the fin base part extending in the radial direction of the mother pipe. And a sawtooth-shaped layer formed entirely in a sawtooth shape and having a surface facing the mother pipe side formed in an inclined surface.
前記フィン基材部の根元を前記母管の外周面に全周隅肉溶接により前記母管に前記フィン基材部を固定する溶接工程と、
前記溶接工程の後に、少なくとも前記フィン基材部の、前記母管の径方向に延びる面及び前記母管の表面に、前記フィン基材部よりも熱の放射率が高い高放射率材をコーティングすることによって、前記マイクロキャビティ層を形成するマイクロキャビティ層形成工程と、
を有することを特徴とする伝熱管の製造方法。 A main pipe, a fin base part extending toward the outer side in the radial direction of the main pipe, and a high emissivity material having higher heat emissivity than the fin base part, and the fin base part and the main pipe A microcavity layer covering a surface and provided with a plurality of cavities for resonating electromagnetic waves having a heat radiation wavelength, and a method of manufacturing a heat transfer tube,
A welding step of fixing the fin base portion to the mother pipe by welding the whole circumference of the base of the fin base portion to the outer peripheral surface of the mother pipe;
After the welding step, at least a surface of the fin base portion extending in the radial direction of the mother pipe and a surface of the mother pipe are coated with a high emissivity material having higher heat emissivity than the fin base portion. A microcavity layer forming step of forming the microcavity layer,
The manufacturing method of the heat exchanger tube characterized by having.
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CN114206640B (en) * | 2019-10-23 | 2024-03-08 | 株式会社Uacj | Heat transfer double pipe, inner pipe for heat transfer double pipe, and method for manufacturing same |
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