JP2731624B2

JP2731624B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP2731624B2
Application number: JP28469090A
Authority: JP
Inventors: 清慥桝川; 緑 ▲こう▼田
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1998-03-25
Anticipated expiration: 2013-03-25
Also published as: JPH04158192A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、空調装置や電気冷蔵庫等に使用される熱交
換装置に係わり、特に、使用時の騒音を低減するための
改良に関する。

「従来の技術」第15図は、空調装置や電気冷蔵庫等において一般的に
使用されている熱交換装置を示す部分正面図である。

図中符号１はＵ字状の伝熱管であり、一対の平行な直
線部1Aとこれら直線部1Aの一端側をつなぐ曲線部1Bとを
有する。

隣接する各伝熱管１の開口端は、短いＵ字状の接続管
２により接続され、これら伝熱管１および接続管２によ
って、両端が開口する１本の流路が構成されている。ま
た、伝熱管１の直線部1Aには、薄い金属板製の冷却フィ
ン４が垂直かつ一定間隔毎に多数枚固定されている。

冷却フィン４を固定するには、接続管２を接続する前
の状態で、冷却フィン４に形成されている挿通孔（図示
略）に各伝熱管１の直線部1Aを通す。次いで、直線部1A
の開口端からそれぞれ拡管プラグを直線部1A内に押し込
み、直線部1Aの外径を広げて各冷却フィン４を固定す
る。冷却フィン４の固定が完了したら、接続管２を固定
して製品を得る。

ところで、従来の熱交換装置では、伝熱管１として内
面が平滑な金属管を使用していたが、最近では、金属管
の内面に転造加工や引抜加工により螺旋状または直線状
の伝熱溝を多数形成したものが使用され始めている。こ
のような伝熱溝付き伝熱管によれば、以下のような効果
が得られる。

この伝熱管を凝縮管として使用した場合には、凝縮管
内を流れる熱媒体の蒸気を伝熱溝の間の突条部により乱
流にし、さらに突条部を凝縮核として熱媒蒸気の凝縮効
果を高め、液化を促進する。また、凝縮した熱媒液体
を、伝熱溝内における表面張力によって効率的に伝熱管
の長手方向に流し、還流効果を増す。

蒸発管として使用した場合には、伝熱溝のエッジが気
泡を発するための蒸発核となり、沸騰を促進して、伝熱
管内に供給される熱媒液体の気化効率が向上する。ま
た、伝熱溝内における表面張力によって、熱媒液体が伝
熱管の長手方向に流れ、伝熱管の内面に均一に分散され
る。

「発明が解決しようとする課題」ところで、このような伝熱溝が形成された伝熱管を使
用した熱交換装置では、内面平滑の伝熱管ではあまり問
題にならかった新たな騒音問題が生じることが判明し
た。この種の伝熱溝付きの伝熱管を、特に冷媒の蒸発部
として使用した場合には、伝熱管１の内部を流れる冷媒
が曲線部1Bで意外に大きな流液音を発生し、装置全体と
しては無視できない騒音量に達するのである。

そこで、本発明者らは騒音発生のメカニズムについて
詳細な検討を試み、次のような知見を得るに至った。

第16図はその説明図である。なお、この図では伝熱管
１の内面溝を略してある。直線部1A内を流れる冷媒は、
曲線部1Bにさしかかると伝熱溝の影響により幅の広がっ
た流れとなる。そして、この幅の広い流れが曲線部1Bの
内周側壁面に沿って流れ落ち、伝熱管１内を仕切る幕状
の液流６が形成される。一方、伝熱管１内を冷媒ととも
に流れる冷媒蒸気は、幕状の液流６に一旦阻まれたう
え、断続的に液流６を破って下流側へと流れ、その際に
音を発生する。この騒音が各曲線部1Bで断続的に発生す
るため、装置全体では無視しえない騒音量になるのであ
る。

「課題を解決するための手段」本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
伝熱管の曲線部の内面に、この曲線部の軸線方向へ延
び、伝熱溝よりも幅の大きい液流溝を周方向に間隔をあ
けて複数本形成したことを特徴とする。

なお、伝熱管の内面に形成される前記伝熱溝は、互い
に一定角度で交差する２種の螺旋溝から構成されていて
もよい。

「作用」本発明の熱交換装置では、伝熱管の曲線部内におい
て、伝熱溝とともにそれよりも幅の広い流液溝が複数形
成されているため、冷媒は主に流液溝のそれぞれに沿っ
て分かれて流れ、伝熱管内を塞ぐ一様な幕状の流れを形
成することがない。

したがって、幕状の流れに起因するガス流路の閉塞が
生じず、ガス流路の断続的な開閉に伴う騒音が大幅に低
減できる。

「実施例」第１図ないし第４図は、本発明に係わる熱交換装置の
一実施例を示す図である。

この熱交換装置は、一対の平行な直線部10Aおよび曲
線部10Bからなる複数の伝熱管10と、これら伝熱管10の
隣接する端部を接続するＵ字状の接続管16（第３図参
照）と、各直線部10Aに垂直に固定された多数の冷却フ
ィン（図示略）から主構成されている。

伝熱管10の内面には、第１図および第２図に示すよう
に、直線部10Aおよび曲線部10Bの全長に亙って、互いに
平行な細かい螺旋状の螺旋溝（伝熱溝）12が多数形成さ
れている。これら螺旋溝12の寸法は伝熱管10の内径によ
っても異なるが、例えば外径10mm程度の汎用伝熱管に適
用する場合には、溝底幅が0.5〜0.30mm、好ましくは0.2
0〜0.25mm、深さが0.10〜0.30mm、好ましくは0.16〜0.2
0mmとされる。この範囲であれば、伝熱性能が最も高く
なる。

また、伝熱管10の内面には、直線部10Aおよび曲線部1
0Bの全長に亙って、伝熱管10の軸線方向に延びる流液溝
14が周方向等間隔をあけて複数（この例では４本）形成
されている。これら流液溝14の本数は伝熱管10の内径に
応じて決定されるべきで、実際には４〜８程度が好適で
ある。

流液溝14の幅は螺旋溝12よりも大きく、好ましくは伝
熱管10の内径の３〜30％とされる。３％未満ではこの流
液溝14を流れる冷媒量が減り、効果が薄れる。また30％
より大では流液溝14が広すぎ、冷媒の流れが広がって、
幕状の流れが形成されるおそれが生じる。

流液溝14の深さは、螺旋溝12と同等または若干深い程
度とされ、流液溝14の底面は平滑となっている。

このような伝熱管10を製造するには、大別して２通り
の方法がある。１つは、金属管の内面に引き抜き加工等
により螺旋溝12を形成した後、さらに引き抜き加工によ
り金属管の内面に直線状の流液溝14を形成する。これに
より、流液溝14を形成した部分では螺旋溝12が潰され
る。

もう一つは、電縫加工を用いる方法である。すなわ
ち、一定幅で長尺の平らな金属板条材の表面に、板条材
の長手方向に対して傾斜した多数の平行溝を圧延により
形成した後、この板条材の表面に、長手方向に延びる流
液溝14を形成する。そして、この板条材を電縫管装置に
かけて、管状に丸めたうえ、突き合わせ縁を溶接して伝
熱管を製造する。

いずれの場合も、得られた真っ直ぐな伝熱管を成形装
置にかけてＵ字状に曲げ、図示のような伝熱管10とす
る。

一方、第３図および第４図は、接続管16を示すもの
で、この実施例では、接続管16の内部にも４本の流液溝
20が形成されている。螺旋溝は形成されていない。流液
溝20の寸法等は前記流液溝14と同様でよい。

接続管16の両端には拡径した筒部18が形成され、これ
ら筒部18内に伝熱管10の各直線部10Aがそれぞれ挿入さ
れ、ろう付け等の手段により固定されている。

上記構成からなる熱交換装置によれば、伝熱管10の曲
線部10B内に、螺旋溝12よりも幅が広く、しかも軸線方
向に沿って延びる流液溝14が複数形成されているため、
冷媒は幅の広い流液溝14のそれぞれに沿って分かれて流
れ、曲線部10B内を塞ぐ一様な幕状の流れを形成するこ
とがない。したがって、上記幕状の流れによるガス流路
の閉塞が生じず、幕状の流れにより進行を阻止されたガ
ス流が幕状の流れを断続的に突破する際に生じる騒音が
大幅に低減できる。

また、この例では、直線部10Aの内部にも流液溝14が
形成されているため、螺旋溝12による伝熱性能向上効果
を確保しつつ、直線部10A内での冷媒の軸線方向への輸
送性を高めることができ、その分、熱交換効率が高めら
れる。

さらに、この例では、接続管16の内面にも流液溝20が
形成されているから、接続管16内においても幕状の液流
によるガス流路閉塞が防止でき、その分の騒音が低減で
きる。

次に、第５図および第６図は、本発明の第２実施例を
示す図である。

この第２実施例の熱交換装置は、伝熱管10の内面に、
互いに交差する螺旋状の主溝22および副溝24をそれぞれ
多数形成したうえ、これら交差する溝22,24の上から流
液溝14を形成したことを特徴とする。他の構成は第１実
施例と同様である。

第６図ないし第11図に示すように、各主溝22と副溝24
との交差部同士の間では、各主溝22の開口幅が狭めら
れ、それぞれ細長い開口部を有する管状部26となってい
る。

金属管１は、銅、銅合金やアルミニウム等の従来から
使用されている材質で成形され、肉厚や径は用途に応じ
て決められる。また、この例では第５図に示すように、
伝熱管10の内面に、軸方向へ延びる平坦な帯状の溶接部
28が形成されている。これは後述するように、この伝熱
管10が電縫加工によって製造されるためであり、この溶
接部28も、効果は劣るが流液溝14と同様の作用を果た
す。

主溝22の断面形状は、変形前の状態ではＵ字状であ
る。このようにＵ字形に近いほうが、主溝22の開口幅を
狭めて管状に形成し易い。通常の伝熱管の場合、主溝22
の好ましい寸法範囲は以下の通りである。

主溝22の深さ:0.2〜0.3mm、主溝22の幅:0.2〜0.5mm、主溝22のピッチ:0.4〜1.5mm、主溝22の底部の断面角度:75°以上。

一方、副溝24は断面Ｖ字状に形成されている。副溝24
のピッチは、主溝22のピッチと同等でよいが、必ずしも
等しい必要はない。副溝24の寸法は、通常の伝熱管の場
合、以下の範囲であることが好ましい。

副溝24の深さ:0.05〜0.3mm、ピッチ:0.1〜1.5mm、Ｖ字の断面角度は45〜90°程度。

なお、主溝22と副溝24との交差角度は10〜60°、特に
30〜40°であることが望ましい。10〜60°の範囲を外れ
ると、管状部26の形成が困難になる。また、主溝22は伝
熱管10の軸方向に対して30°以内であることが望まし
い。これより大では伝熱管10の軸方向への熱媒液体の流
通が悪くなる。

次に第12図は、この伝熱管の製造方法を示す図であ
る。まず、伝熱管となる板条材10を、第１ロールR1およ
び第２ロールR2により連続的に圧延し、第１ロールR1に
より主溝22を、第２ロールR2により副溝24を順次形成し
た後、さらに第３ロールR3により流液溝14を形成する。

第１ロールR1の外周面には、第13図に示すように、主
溝22を形成するための断面コ字状の突条30がロールR1の
周方向に対して一定角度傾斜して多数形成されている。

一方、第２ロールR2の外周面には、第14図に示すよう
に断面Ｖ字状の突条32が多数平行に形成されている。こ
れら突条32はロールR2の周方向に対して第１ロールR1と
は逆の方向に傾斜している。

なお、第２ロールR2の突条32の間は、第14図中二点鎖
線34で示すように曲面状としてもよい。こうすれば副溝
24の形成時に、曲面34に沿って主溝22の側壁部が円滑に
変形し、主溝22の開口幅を狭める効果が増す。また、各
突条32の先端には、符号36に示すように幅の狭い平坦部
を形成してもよい。

第３ロールR3の外周面には、その周方向に向けて複数
の突条が形成されており、この第３ロールR3で板条材10
を圧延することにより、流液溝14が形成される。

３段階に圧延が終わったら、溝形成面を内面側に向け
た状態で板条材10を電縫装置に導入し、多段階に成形ロ
ールの間を通して、板条材10を幅方向に丸め、最終的に
板条材10の両側縁部を溶接して円管形に成形する。その
後、必要に応じて管の外周面の溶接部を整形したうえ、
ロール状に巻きとるか所定の長さで切断し、Ｕ字状に曲
げて伝熱管10を得る。なお、伝熱管10の製造方法は上記
方法に限定されず、引き抜き加工等により成形してもよ
い。

このような伝熱管10を使用した場合には、交差する溝
22,24によって冷媒の輸送力がいっそう増すため、曲線
部10B内で冷媒が曲線部10Bの内面に沿って一様に広がる
傾向が、単一螺旋溝の場合に比してさらに増す。このた
め、単純な螺旋溝を形成した伝熱管に比して、曲線部10
Bに沿って幕状の流れが生じやすく、騒音の問題が一層
顕著になることが考えられる。

しかし、この実施例では、流液溝14が曲線部10Bの内
面に形成されているから、交差溝22,24に沿って広がる
冷媒が各流液溝14にそれぞれ流れ込み、各流液溝14に沿
って複数の流れに分かれて曲線部10Bを通過する。した
がって、曲線部10B内のガス流路を閉塞させる幕状の流
れが生じにくく、この液流に起因する騒音が低減でき
る。

また、この実施例では、各主溝22に開口幅が相対的に
狭い管状部26が多数形成されているため、特にこの伝熱
管を熱交換器等の蒸発部に使用した場合には、内面平滑
な伝熱管の場合や、単純溝付きの伝熱管の場合に比し
て、各管状部26の内部に気泡が発生しやすい。このた
め、これら気泡が核となって蒸発を促進し、例えばフロ
ン等の熱媒液体の気化効率が格段に高められる。

また、管状部26が断続的に設けられているので、核主
溝22内に流れ込んだ熱媒液体は、管状部26の内面から表
面張力を受け、毛細管現象により主溝22に沿って速やか
に輸送される。このため、熱媒液体の輸送効率が、単純
溝付き伝熱管の場合に比して向上する。

さらに、単純溝付き伝熱管に比して伝熱管10の内面積
が増すうえ、各溝22,24のエッジが鋭利になるため表面
活性が高い。したがって、この点からも熱媒蒸気の凝縮
を促進し、液化効率が高められるという利点を有する。

なお、上記各実施例では、伝熱管の形状が断面円形で
あったが、本発明は円形に限らず、断面楕円形や偏平管
状等としても実施可能である。また、冷却フィンの形状
等は任意に変更してよいし、場合によっては冷却フィン
を設けない構成も可能である。

また、曲線部10Bの内面にのみ流液溝14を形成した構
成も可能であるし、接続管の内部には流液溝を設けなく
てもよい。

「発明の効果」以上説明したように、本発明に係わる熱交換装置によ
れば、伝熱管の曲線部内に、伝熱溝よりも幅が広く、し
かも軸線方向に沿って延びる流液溝が複数形成されてい
るため、冷媒は幅の広い流液溝のそれぞれに沿って分か
れて流れ、曲線部内を塞ぐ幕状の流れを形成することが
ない。したがって、上記幕状の流れによるガス流路の閉
塞が生じず、幕状の流れにより進行を阻止されたガス流
が幕状の流れを断続的に突破する際に生じる騒音が大幅
が低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の第１実施例の熱交換装置
の伝熱管を示す縦断面図およびII−II線視断面図、第３
図および第４図は、同実施例の接続管を示す縦断面図お
よびIV−IV線視断面図、第５図は本発明の第２実施例に
おける伝熱管の縦断面図、第６図は同伝熱管の内面の性
状を示す拡大図、第７図ないし第11図は、それぞれ第６
図中のＡ−Ａ〜Ｅ−Ｅ線断面図、第12図は第２実施例の
伝熱管の製造方法を示す説明図、第13図および第14図
は、同製造方法に使用される成形ロールの説明図であ
る。一方、第15図は一般的な熱交換装置を示す正面図、第16
図は従来技術の問題点を示す伝熱管の縦断面図である。 10…伝熱管、10A…直線部、10B…曲線部、12…螺旋溝
（伝熱溝）、14…流液溝、16…接続管、20…流液溝、2
2,24…交差する溝（伝熱溝）、26…管状部、28…溶接
部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の平行な直線部およびこれら直線部の
一端側同士をつなぐ曲線部とからなり、その内面には多
数の伝熱溝が形成された複数の伝熱管と、隣接する前記各伝熱管の開口端同士をそれぞれ接続して
連続した流路を形成する、屈曲した接続管とを具備する
熱交換装置において、前記各曲線部の内面には、この曲線部の軸線方向へ延
び、前記伝熱溝よりも幅の大きい流液溝が周方向に間隔
をあけて複数本形成されていることを特徴とする熱交換
装置。
【請求項２】前記伝熱溝は、互いに交差する２種の螺旋
溝によって構成されていることを特徴とする請求項１記
載の熱交換装置。