JP3219811B2 - 内面溝付伝熱管 - Google Patents
内面溝付伝熱管Info
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- JP3219811B2 JP3219811B2 JP32799991A JP32799991A JP3219811B2 JP 3219811 B2 JP3219811 B2 JP 3219811B2 JP 32799991 A JP32799991 A JP 32799991A JP 32799991 A JP32799991 A JP 32799991A JP 3219811 B2 JP3219811 B2 JP 3219811B2
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- transfer tube
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は内面溝付伝熱管に関し、
より詳しくは、空気調和機、冷凍機等の熱交換器の中で
管内流体が相変化する用途に適した内面螺旋溝付伝熱管
の改良に関するものである。
より詳しくは、空気調和機、冷凍機等の熱交換器の中で
管内流体が相変化する用途に適した内面螺旋溝付伝熱管
の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、内面溝付伝熱管は、管内面に溝
を連続的且つ螺旋状に設けられており、フィン部の形状
としては、三角形、台形、半円形などがある。例えば、
特開昭６２−１４２９９５号公報には、フィン部が台形
の内面溝付管であって、管の最小内径Ｄi、フィン高さ
ｈ、溝ねじれ角γ、フィン部山頂角α、溝部断面積ｓに
おいて、ｈ／Ｄi、γ、α、ｓ／ｈをパラメーターとし
て管内熱伝達性能が最適となる範囲にした伝熱管が提案
されている。
を連続的且つ螺旋状に設けられており、フィン部の形状
としては、三角形、台形、半円形などがある。例えば、
特開昭６２−１４２９９５号公報には、フィン部が台形
の内面溝付管であって、管の最小内径Ｄi、フィン高さ
ｈ、溝ねじれ角γ、フィン部山頂角α、溝部断面積ｓに
おいて、ｈ／Ｄi、γ、α、ｓ／ｈをパラメーターとし
て管内熱伝達性能が最適となる範囲にした伝熱管が提案
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、フィン部形
状及び溝部形状は、伝熱性能、フィン加工成形性、伝熱
管の重量と密接な関係がある。
状及び溝部形状は、伝熱性能、フィン加工成形性、伝熱
管の重量と密接な関係がある。
【０００４】すなわち、伝熱性能に関しては、内表面積
の増大、毛細管現象による液の保有及び濡れ面積の増
大、乱流効果、突起部における液膜を薄くする効果、螺
旋角度を持たせることにより旋回力を生じさせ濡れ面積
を増大させる効果、等が影響する。管内二相流における
液の流れの形態は乾き度により異なることは知られてい
る。例えば、管内液体を蒸発させる場合、内面溝付管の
性能が十分発揮されるのは、アニューラーウェイビーフ
ローからアニューラーフローに遷移している間で管内面
が液で十分濡れた状態になっている。この場合、溝部は
液膜で覆われ、その液膜の薄い部分で蒸発が促進され
る。凝縮の場合においては、凝縮した液が溝を伝わり下
部へ流れるが、その排出作用が良好なほど、伝熱面上に
形成された液膜は薄くなり、伝熱性能は向上する。伝熱
管の重量については、フィン部面積が小さいほど、同底
肉厚寸法で小さくなるが、一般にスリムなフィン形状に
おいては、山頂角が小さく、またフィン高さが高い形状
ほど、溝成形性が悪いことが知られている。
の増大、毛細管現象による液の保有及び濡れ面積の増
大、乱流効果、突起部における液膜を薄くする効果、螺
旋角度を持たせることにより旋回力を生じさせ濡れ面積
を増大させる効果、等が影響する。管内二相流における
液の流れの形態は乾き度により異なることは知られてい
る。例えば、管内液体を蒸発させる場合、内面溝付管の
性能が十分発揮されるのは、アニューラーウェイビーフ
ローからアニューラーフローに遷移している間で管内面
が液で十分濡れた状態になっている。この場合、溝部は
液膜で覆われ、その液膜の薄い部分で蒸発が促進され
る。凝縮の場合においては、凝縮した液が溝を伝わり下
部へ流れるが、その排出作用が良好なほど、伝熱面上に
形成された液膜は薄くなり、伝熱性能は向上する。伝熱
管の重量については、フィン部面積が小さいほど、同底
肉厚寸法で小さくなるが、一般にスリムなフィン形状に
おいては、山頂角が小さく、またフィン高さが高い形状
ほど、溝成形性が悪いことが知られている。
【０００５】近年、熱交換器の小型高性能化のニーズは
伝熱管の更なる高性能化を促していて、加工困難な領域
にまで改善が及ぼうとしている。例えば、内面溝付管の
伝熱性能を上げるためには、フィン高さを高くし内表面
積を増大させる形状改善が行われているが、フィン部の
山頂角が大きくフィン先端曲率の大きい形状において
は、フィンを高くすると溝底部が相対的に小さくなり、
液の排出効果が阻害される。また、伝熱管の重量が増大
すると熱交換器の重量アップ、コストアップにつながる
という問題があり、この問題を解決するためにフィン山
頂角を小さくスリムな形状にした場合、メタルフローが
悪く、十分にフィンが成形されないという問題が起こ
る。具体的には、溝付工具の溝は狭く深くなり、材料を
充満させるために従来の形状に比較して大きな加圧力が
必要となるが、加圧力を高めると抽伸負荷も増大し、材
料の流れが溝方向ではなく管軸方向へ流れ、その結果、
十分な形状を得ることができない。
伝熱管の更なる高性能化を促していて、加工困難な領域
にまで改善が及ぼうとしている。例えば、内面溝付管の
伝熱性能を上げるためには、フィン高さを高くし内表面
積を増大させる形状改善が行われているが、フィン部の
山頂角が大きくフィン先端曲率の大きい形状において
は、フィンを高くすると溝底部が相対的に小さくなり、
液の排出効果が阻害される。また、伝熱管の重量が増大
すると熱交換器の重量アップ、コストアップにつながる
という問題があり、この問題を解決するためにフィン山
頂角を小さくスリムな形状にした場合、メタルフローが
悪く、十分にフィンが成形されないという問題が起こ
る。具体的には、溝付工具の溝は狭く深くなり、材料を
充満させるために従来の形状に比較して大きな加圧力が
必要となるが、加圧力を高めると抽伸負荷も増大し、材
料の流れが溝方向ではなく管軸方向へ流れ、その結果、
十分な形状を得ることができない。
【０００６】また、最近の環境保全の観点から、熱交換
器のフロンや有機溶媒による洗浄を廃止する傾向があ
る。そのため、管内面に残留する油の低減化が求めら
れ、溝成形加工油の低粘度化が引き起こされている。こ
のことが、フィンの成形性、安定加工性(管長手方向で
の形状変化)を更に悪化させている。
器のフロンや有機溶媒による洗浄を廃止する傾向があ
る。そのため、管内面に残留する油の低減化が求めら
れ、溝成形加工油の低粘度化が引き起こされている。こ
のことが、フィンの成形性、安定加工性(管長手方向で
の形状変化)を更に悪化させている。
【０００７】このような事情のもとでは、前述の従来の
内面溝付伝熱管では、フィン形状が台形又は半円形であ
り、充分に対応できない。
内面溝付伝熱管では、フィン形状が台形又は半円形であ
り、充分に対応できない。
【０００８】本発明は、上記の熱交換器の小型高性能
化、洗浄廃止等の要請に応えるべくなされたものであっ
て、その目的は、生産性を低下させずに製造し得るハイ
フィン高性能伝熱管を提供することにある。
化、洗浄廃止等の要請に応えるべくなされたものであっ
て、その目的は、生産性を低下させずに製造し得るハイ
フィン高性能伝熱管を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、これらの問
題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スリムな
フィン形状にした場合でも、溝底部とフィン部斜面直線
部との間に適当な曲率を設けることで、変形時のメタル
フローを改善し、更には溝底部における液膜厚を小さく
して伝熱性能を高めることができることを見い出し、こ
こに本発明を完成したものである。
題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、スリムな
フィン形状にした場合でも、溝底部とフィン部斜面直線
部との間に適当な曲率を設けることで、変形時のメタル
フローを改善し、更には溝底部における液膜厚を小さく
して伝熱性能を高めることができることを見い出し、こ
こに本発明を完成したものである。
【００１０】すなわち、本発明は、管内流体が相変化す
る用途に使用される内面溝付伝熱管において、管内面に
連続かつ螺旋状に溝を持ち、各溝は山頂曲線部とこれに
滑らかにつながる斜面直線部を有し、該斜面直線部と溝
底直線部が１．５≦ｈ／Ｒ≦４（ｈ：溝深さ）の関係を
満たす曲率半径Ｒの曲線で滑らかに連続しており、内面
溝付伝熱管の最小内径Ｄｉと溝深さｈが０．０３≦ｈ／
Ｄｉ≦０．０４の関係を満たし、フィン部管軸直角断面
で両側の該斜面直線部のなす角αが３５°≦α≦５０°
の範囲であることを特徴とする内面溝付伝熱管を要旨と
するものである。
る用途に使用される内面溝付伝熱管において、管内面に
連続かつ螺旋状に溝を持ち、各溝は山頂曲線部とこれに
滑らかにつながる斜面直線部を有し、該斜面直線部と溝
底直線部が１．５≦ｈ／Ｒ≦４（ｈ：溝深さ）の関係を
満たす曲率半径Ｒの曲線で滑らかに連続しており、内面
溝付伝熱管の最小内径Ｄｉと溝深さｈが０．０３≦ｈ／
Ｄｉ≦０．０４の関係を満たし、フィン部管軸直角断面
で両側の該斜面直線部のなす角αが３５°≦α≦５０°
の範囲であることを特徴とする内面溝付伝熱管を要旨と
するものである。
【００１１】以下に本発明を更に詳細に説明する。
【００１２】
【００１３】本発明の内面溝付伝熱管は、管内面に連続
かつ螺旋状に溝を持ち、各溝は山頂曲線部とこれに滑ら
かにつながる斜面直線部を有し、該斜面直線部と溝底直
線部が曲率半径Ｒの曲線で滑らかに連続している内面螺
旋溝付管であり、その管軸直角断面は、概ね、図１に示
すような形状を有している。
かつ螺旋状に溝を持ち、各溝は山頂曲線部とこれに滑ら
かにつながる斜面直線部を有し、該斜面直線部と溝底直
線部が曲率半径Ｒの曲線で滑らかに連続している内面螺
旋溝付管であり、その管軸直角断面は、概ね、図１に示
すような形状を有している。
【００１４】ここで、山頂曲線部とは山頂が直線でない
ことを意味している。斜面直線部とは斜面が直線状であ
る場合のほか、ほぼ直線状である場合も包含される。溝
底直線部とは互いに隣合う山のＲ部同士をつなぐ部分
で、管の外周面(常に或る曲率を有している)と平行な部
分を意味し、微視的には直線状と云えるので、直線部と
称する。
ことを意味している。斜面直線部とは斜面が直線状であ
る場合のほか、ほぼ直線状である場合も包含される。溝
底直線部とは互いに隣合う山のＲ部同士をつなぐ部分
で、管の外周面(常に或る曲率を有している)と平行な部
分を意味し、微視的には直線状と云えるので、直線部と
称する。
【００１５】但し、本発明では、内面溝付伝熱管とし
て、以下の条件を満たす形状寸法であることが必要であ
る。
て、以下の条件を満たす形状寸法であることが必要であ
る。
【００１６】ｈ／Ｄｉ： 溝付管の最小内径Ｄｉと溝深さｈとの比、ｈ／Ｄｉが
０．０３未満では、熱交換器の小型高性能化において十
分な伝熱性能が得られない。一方、０．０４を超える
と、溝底部に曲率を設けても成形性が悪く加工困難とな
り、また性能的にも飽和してしまい、十分な効果が得ら
れない。溝成形性が改善された形状においては、ｈ／Ｄ
ｉが０．０３以上のハイフィンにおいてもスリムなフィ
ンを形成することが可能であるが、伝熱性能の向上を望
むには０．０３２以上が好ましい。
０．０３未満では、熱交換器の小型高性能化において十
分な伝熱性能が得られない。一方、０．０４を超える
と、溝底部に曲率を設けても成形性が悪く加工困難とな
り、また性能的にも飽和してしまい、十分な効果が得ら
れない。溝成形性が改善された形状においては、ｈ／Ｄ
ｉが０．０３以上のハイフィンにおいてもスリムなフィ
ンを形成することが可能であるが、伝熱性能の向上を望
むには０．０３２以上が好ましい。
【００１７】α：フィン部管軸直角断面で両側の該斜
面直線部のなす角(山頂角)αが３５°未満では、成形性
が困難であるため、フィンの高い形状が得られず高性能
が得られない。一方、５０°を超えると、フィン部断面
積が大きく重量が大きくなる。また溝部断面積が小さく
なり、液の排出性が悪くなる。
面直線部のなす角(山頂角)αが３５°未満では、成形性
が困難であるため、フィンの高い形状が得られず高性能
が得られない。一方、５０°を超えると、フィン部断面
積が大きく重量が大きくなる。また溝部断面積が小さく
なり、液の排出性が悪くなる。
【００１８】ｈ／Ｒ：溝深さｈと曲線の曲率半径Ｒと
の比、ｈ／Ｒが１.５未満においては、曲率Ｒが大きく
溝部断面積が減少し、また伝熱管重量が大きくなる。一
方、４を超えると溝部断面形状が台形となって曲率の効
果(溝成形性向上及び形状安定性)が十分に得られない。
の比、ｈ／Ｒが１.５未満においては、曲率Ｒが大きく
溝部断面積が減少し、また伝熱管重量が大きくなる。一
方、４を超えると溝部断面形状が台形となって曲率の効
果(溝成形性向上及び形状安定性)が十分に得られない。
【００１９】なお、溝のねじれ角γは、特に制限される
ものではないが、小さいと乱流効果、溝のかき上げ効果
が得られず、逆に大きすぎると圧損が大きくなり、十分
な性能が得られないので、通常は１０゜〜３０゜の範囲
であり、１８°が凝縮、蒸発性能のバランス上好まし
い。
ものではないが、小さいと乱流効果、溝のかき上げ効果
が得られず、逆に大きすぎると圧損が大きくなり、十分
な性能が得られないので、通常は１０゜〜３０゜の範囲
であり、１８°が凝縮、蒸発性能のバランス上好まし
い。
【００２０】次に本発明の実施例を示す。
【００２１】
【実施例】外径が約７mmφで、
【表１】 及び
【表２】 に示す様々な諸元の内面溝付伝熱管を製作し、伝熱性
能、成形性を調査した。
能、成形性を調査した。
【００２２】なお、性能試験は、図２に示す装置を使用
して行った。試験部は全長５０００mmの水冷向流二重管
式熱交換器を用い、供試管が二重管の中央部で外管の中
心に位置するように支持した。外管には外径１２.６９m
mφ、内径１１.４９mmφ、板厚０.６０mmｔ、長さ５０
００mmＬのものを用いた。供試管内にフロン(Ｒ-２２)
を、環状部に水を向流して熱交換を行わせた。蒸発試験
においては、冷媒が完全に蒸発し、所定の過熱度になる
ように水温を調整した。また、凝縮試験においても、冷
媒が完全に凝縮し、所定の過冷却度になるように水温を
調整した。
して行った。試験部は全長５０００mmの水冷向流二重管
式熱交換器を用い、供試管が二重管の中央部で外管の中
心に位置するように支持した。外管には外径１２.６９m
mφ、内径１１.４９mmφ、板厚０.６０mmｔ、長さ５０
００mmＬのものを用いた。供試管内にフロン(Ｒ-２２)
を、環状部に水を向流して熱交換を行わせた。蒸発試験
においては、冷媒が完全に蒸発し、所定の過熱度になる
ように水温を調整した。また、凝縮試験においても、冷
媒が完全に凝縮し、所定の過冷却度になるように水温を
調整した。
【００２３】また、性能試験条件を表３に示す。測定結
果に基づき、次式
果に基づき、次式
【数１】 で総括伝熱係数(ｋo)を算出した。ここで、Ｑ：伝熱量
(kcal／h)、Ａo：供試管外表面積(m2)、ΔＴm：対数平
均温度差(℃)であり、このΔＴmは、Ｔo：入口水温
(℃)、Ｔ2：出口水温(℃)、ｔs：蒸発温度又は凝縮温度
(℃)とすると、次式
(kcal／h)、Ａo：供試管外表面積(m2)、ΔＴm：対数平
均温度差(℃)であり、このΔＴmは、Ｔo：入口水温
(℃)、Ｔ2：出口水温(℃)、ｔs：蒸発温度又は凝縮温度
(℃)とすると、次式
【数２】 で表される。
【００２４】管内側及び管外側の各境膜伝熱係数は、Ｗ
illson−Ｐlotにより算出した。水側境膜伝熱係数(ｈo)
は次式
illson−Ｐlotにより算出した。水側境膜伝熱係数(ｈo)
は次式
【数３】 を仮定した。ここで、Ｃo：供試管外表面の形状に起因
する因子、ｋ：水熱伝導度、Ｄe：相当径(≡ｄi−Ｄ
o)、ｄi：外管内径、Ｄo：供試管外径、Ｒe：≡Ｄeｕ／
ν(ｕ：水流量、ν：水動粘度)、Ｐr：≡Ｃpμ／ｋ、
μ：水粘度、μw：水管壁温度における粘度である。
する因子、ｋ：水熱伝導度、Ｄe：相当径(≡ｄi−Ｄ
o)、ｄi：外管内径、Ｄo：供試管外径、Ｒe：≡Ｄeｕ／
ν(ｕ：水流量、ν：水動粘度)、Ｐr：≡Ｃpμ／ｋ、
μ：水粘度、μw：水管壁温度における粘度である。
【００２５】成形性は、
【表４】 に示す基準で評価した。
【００２６】試験結果を表１、表２に示す。本発明例
は、いずれもハイフィン高性能伝熱管であり、溝の成形
性も良好である。一部の供試管についての試験結果を図
３〜図５に整理した。図３及び図４は性能比として従来
例(▲印)を１として相対比で示した。なお、図５は山頂
角(α)４０度を基準として山頂角と管重量(単重比)の関
係を示したもので、山頂角をあまり大きくすると管重量
が重くなり、コストアップにつながる。
は、いずれもハイフィン高性能伝熱管であり、溝の成形
性も良好である。一部の供試管についての試験結果を図
３〜図５に整理した。図３及び図４は性能比として従来
例(▲印)を１として相対比で示した。なお、図５は山頂
角(α)４０度を基準として山頂角と管重量(単重比)の関
係を示したもので、山頂角をあまり大きくすると管重量
が重くなり、コストアップにつながる。
【００２７】また、表１、表２に示した溝の成形性につ
いて、ｈ／Ｄiとｈ／Ｒの関係で整理したものを
いて、ｈ／Ｄiとｈ／Ｒの関係で整理したものを
【表５】 に示す。本発明範囲内では良好な成形性を有するが、ｈ
／Ｄiとｈ／Ｒが共に大きい場合は成形性がやや困難に
なる傾向にある。
／Ｄiとｈ／Ｒが共に大きい場合は成形性がやや困難に
なる傾向にある。
【００２８】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
熱交換器の小型高性能化、洗浄レス工程に対応したハイ
フィン高性能伝熱管を生産性を低下させずに提供するこ
とができる。
熱交換器の小型高性能化、洗浄レス工程に対応したハイ
フィン高性能伝熱管を生産性を低下させずに提供するこ
とができる。
【図１】本発明の内面溝付伝熱管の管軸直角断面図であ
る。
る。
【図２】伝熱性能試験装置の概略を示す図である。
【図３】ｈ／Ｄiと蒸発性能比の関係を示す図である。
【図４】ｈ／Ｄiと凝縮性能比の関係を示す図である。
【図５】山頂角αと単重比の関係を示す図である。
Ｐ 動歪圧力検出器 ＰＤ 動歪差力検出器 Ｔ Ｐt温度センサー
【表３】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−142995（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−184（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 1/40
Claims (1)
- 【請求項１】 管内流体が相変化する用途に使用される
内面溝付伝熱管において、管内面に連続かつ螺旋状に溝
を持ち、各溝は山頂曲線部とこれに滑らかにつながる斜
面直線部を有し、該斜面直線部と溝底直線部が１．５≦
ｈ／Ｒ≦４（ｈ：溝深さ）の関係を満たす曲率半径Ｒの
曲線で滑らかに連続しており、内面溝付伝熱管の最小内
径Ｄｉと溝深さｈが０．０３≦ｈ／Ｄｉ≦０．０４の関
係を満たし、フィン部管軸直角断面で両側の該斜面直線
部のなす角αが３５°≦α≦５０°の範囲であることを
特徴とする内面溝付伝熱管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32799991A JP3219811B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 内面溝付伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32799991A JP3219811B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 内面溝付伝熱管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05141890A JPH05141890A (ja) | 1993-06-08 |
| JP3219811B2 true JP3219811B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=18205377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32799991A Expired - Lifetime JP3219811B2 (ja) | 1991-11-15 | 1991-11-15 | 内面溝付伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3219811B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004230450A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Kobe Steel Ltd | 内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法 |
| WO2020089126A1 (en) | 2018-10-30 | 2020-05-07 | Byk-Chemie Gmbh | Ceramic slurry composition and process for producing stacked ceramic component |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6164370A (en) * | 1993-07-16 | 2000-12-26 | Olin Corporation | Enhanced heat exchange tube |
| JP2912826B2 (ja) * | 1994-08-04 | 1999-06-28 | 住友軽金属工業株式会社 | 内面溝付伝熱管 |
| DE19510124A1 (de) * | 1995-03-21 | 1996-09-26 | Km Europa Metal Ag | Austauscherrohr für einen Wärmeaustauscher |
| FR2837270B1 (fr) * | 2002-03-12 | 2004-10-01 | Trefimetaux | Tubes rainures a utilisation reversible pour echangeurs thermiques |
| JP2009186130A (ja) * | 2008-02-08 | 2009-08-20 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 内面フィン付放熱器用伝熱管 |
| JP6391138B2 (ja) * | 2012-12-27 | 2018-09-19 | 三菱アルミニウム株式会社 | 内面螺旋溝付管の製造方法 |
-
1991
- 1991-11-15 JP JP32799991A patent/JP3219811B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004230450A (ja) * | 2003-01-31 | 2004-08-19 | Kobe Steel Ltd | 内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法 |
| JP4511797B2 (ja) * | 2003-01-31 | 2010-07-28 | 株式会社コベルコ マテリアル銅管 | 内面溝付管及びその製造装置並びにその製造方法 |
| WO2020089126A1 (en) | 2018-10-30 | 2020-05-07 | Byk-Chemie Gmbh | Ceramic slurry composition and process for producing stacked ceramic component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05141890A (ja) | 1993-06-08 |
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