JP3331518B2 - 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器 - Google Patents
内面フィン付き伝熱管及び熱交換器Info
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- JP3331518B2 JP3331518B2 JP00372997A JP372997A JP3331518B2 JP 3331518 B2 JP3331518 B2 JP 3331518B2 JP 00372997 A JP00372997 A JP 00372997A JP 372997 A JP372997 A JP 372997A JP 3331518 B2 JP3331518 B2 JP 3331518B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
- F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷凍・空調
機に用いられる熱交換器に係わり、特に、伝熱促進のた
めのフィンを内面に備えたフィン付き伝熱管及びそれを
用いた熱交換器並びに冷凍・空調機に関する。
機に用いられる熱交換器に係わり、特に、伝熱促進のた
めのフィンを内面に備えたフィン付き伝熱管及びそれを
用いた熱交換器並びに冷凍・空調機に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、フィンを内面に備えたフィン付き
伝熱管において、機械拡管時のフィンの変形を防止する
ための公知技術として、例えば、以下の２つがある。
伝熱管において、機械拡管時のフィンの変形を防止する
ための公知技術として、例えば、以下の２つがある。
【０００３】特開平４−３２７７９２号公報 この公知技術は、すべての内面フィンが一定のねじり角
度を有している螺旋状連続フィン付き管において、フィ
ン内径側端部の平坦部の幅を０．０６〜０．１mmにする
ことによって、拡管工程におけるフィン先端の変形防止
を図るものである。
度を有している螺旋状連続フィン付き管において、フィ
ン内径側端部の平坦部の幅を０．０６〜０．１mmにする
ことによって、拡管工程におけるフィン先端の変形防止
を図るものである。
【０００４】特開平８−１２８７９３号公報 この公知技術は、伝熱管の内面に螺旋状に連続するフィ
ンを有するフィン付き管において、内径側端部の幅が広
いフィンと、先端部の幅が狭いフィンとを形成すること
により、拡管工程におけるフィン内径側端部の変形防止
を図るものである。
ンを有するフィン付き管において、内径側端部の幅が広
いフィンと、先端部の幅が狭いフィンとを形成すること
により、拡管工程におけるフィン内径側端部の変形防止
を図るものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
知技術においては以下の問題点が存在する。すなわち、
公知技術においては、連続した螺旋フィン付き管につ
いては、機械拡管時の変形を防止するための有力な根拠
を与えるが、本発明で対象としている、フィン内径側先
端に微細な凹凸を有する形状については、なんら示唆を
与えるものではない。特に、連続フィンを断続フィンに
変えた場合に、どのような考えで平坦部の形状を決定し
たら良いかという点に関しては、なんら言及されていな
い。
知技術においては以下の問題点が存在する。すなわち、
公知技術においては、連続した螺旋フィン付き管につ
いては、機械拡管時の変形を防止するための有力な根拠
を与えるが、本発明で対象としている、フィン内径側先
端に微細な凹凸を有する形状については、なんら示唆を
与えるものではない。特に、連続フィンを断続フィンに
変えた場合に、どのような考えで平坦部の形状を決定し
たら良いかという点に関しては、なんら言及されていな
い。
【０００６】一方、公知技術は、やはり連続したフィ
ン付き伝熱管に関する発明であるが、幅の広いフィンと
幅の狭いフィンという２種類のフィンを、断続フィンに
適用する場合に、１次フィンを２種類にするか、あるい
は微細な２次フィンを２種類にするかが不明である。
ン付き伝熱管に関する発明であるが、幅の広いフィンと
幅の狭いフィンという２種類のフィンを、断続フィンに
適用する場合に、１次フィンを２種類にするか、あるい
は微細な２次フィンを２種類にするかが不明である。
【０００７】本発明の目的は、凝縮・沸騰熱伝達の伝熱
性能を向上できるとともに、機械拡管によって伝熱管を
伝熱管外部のフィンその他の部材と密着させる時に、伝
熱管内部に設けられた微細な断続フィンの変形を防止す
ることができるフィン付き伝熱管及び熱交換器並びに冷
凍・空調機を提供することである。
性能を向上できるとともに、機械拡管によって伝熱管を
伝熱管外部のフィンその他の部材と密着させる時に、伝
熱管内部に設けられた微細な断続フィンの変形を防止す
ることができるフィン付き伝熱管及び熱交換器並びに冷
凍・空調機を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の手段は、伝熱管内面に設けられた連続
フィンの内径側端部に凹凸を設けた内面フィン付き伝熱
管において、この凹凸の凸部頂上をほぼ平坦にし、フィ
ンの長手方向に沿う面での該凸部の断面形状が台形もし
くは長方形であることを特徴とする。
の本発明の第１の手段は、伝熱管内面に設けられた連続
フィンの内径側端部に凹凸を設けた内面フィン付き伝熱
管において、この凹凸の凸部頂上をほぼ平坦にし、フィ
ンの長手方向に沿う面での該凸部の断面形状が台形もし
くは長方形であることを特徴とする。
【０００９】上記目的を達成するための本発明の第２の
手段は、内面フィンの内径側端部に凹凸を設けた内面フ
ィン付き伝熱管において、この凹凸の頂上部をほぼ平坦
な矩形にし、フィンの長手方向に沿う面での該凸部の断
面形状が台形もしくは長方形であることを特徴とする。
手段は、内面フィンの内径側端部に凹凸を設けた内面フ
ィン付き伝熱管において、この凹凸の頂上部をほぼ平坦
な矩形にし、フィンの長手方向に沿う面での該凸部の断
面形状が台形もしくは長方形であることを特徴とする。
【００１０】上記目的を達成するための本発明の第３の
手段は、内面フィンの上部に凹凸を設けた内面フィン付
き伝熱管において、この凹凸の頂上部を、内面フィン内
接円筒の曲率に沿って、わずかにへこませた矩形にし、
フィンの長手方向に沿う面での該凸部の断面形状が台形
もしくは長方形であることを特徴とする。
手段は、内面フィンの上部に凹凸を設けた内面フィン付
き伝熱管において、この凹凸の頂上部を、内面フィン内
接円筒の曲率に沿って、わずかにへこませた矩形にし、
フィンの長手方向に沿う面での該凸部の断面形状が台形
もしくは長方形であることを特徴とする。
【００１１】また、前記フィン付き伝熱管において、前
記フィン先端矩形部の縦横比（１次フィンに平行方向長
さ／１次フィンに垂直方向長さ）はほぼ１であることが
好ましい。
記フィン先端矩形部の縦横比（１次フィンに平行方向長
さ／１次フィンに垂直方向長さ）はほぼ１であることが
好ましい。
【００１２】また前記フィン付き伝熱管において、前記
フィン先端矩形部の各辺の寸法は、１００μｍ以下であ
ることが好ましい。
フィン先端矩形部の各辺の寸法は、１００μｍ以下であ
ることが好ましい。
【００１３】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、上記フィン付き伝熱管を備えたクロスフィンチ
ューブ形熱交換器が提供される。
よれば、上記フィン付き伝熱管を備えたクロスフィンチ
ューブ形熱交換器が提供される。
【００１４】また上記目的を達成するために、本発明に
よれば、少なくとも凝縮器及び蒸発器を含む複数の熱交
換器を備えた冷凍・空調機において、前記複数の熱交換
器のうち少なくとも１つが、上記熱交換器であることを
特徴とする冷凍・空調機が提供される。
よれば、少なくとも凝縮器及び蒸発器を含む複数の熱交
換器を備えた冷凍・空調機において、前記複数の熱交換
器のうち少なくとも１つが、上記熱交換器であることを
特徴とする冷凍・空調機が提供される。
【００１５】伝熱管内面のフィン上部（内径側端部）に
設けられた凹凸形状は、凝縮熱伝達において、フィン全
体の有効伝熱面積を増大させることができるとともに、
フィン内径側先端（以下、フィン先端という）に形成さ
れ伝熱に最も寄与する薄い液膜領域を増大させ、かつ液
膜をさらに薄くすることができるので、伝熱性能を向上
させることができる。一方、蒸発熱伝達においては、毛
細管現象を利用してフィン先端凹部に液体を引き上げ、
伝熱管内面の濡れ面積を増大させることができるので、
伝熱性能を向上させることができる。
設けられた凹凸形状は、凝縮熱伝達において、フィン全
体の有効伝熱面積を増大させることができるとともに、
フィン内径側先端（以下、フィン先端という）に形成さ
れ伝熱に最も寄与する薄い液膜領域を増大させ、かつ液
膜をさらに薄くすることができるので、伝熱性能を向上
させることができる。一方、蒸発熱伝達においては、毛
細管現象を利用してフィン先端凹部に液体を引き上げ、
伝熱管内面の濡れ面積を増大させることができるので、
伝熱性能を向上させることができる。
【００１６】以上述べてきたように、断続フィン（フィ
ン先端に凹凸を断続的に形成した形状のフィン）は、連
続フィン（フィン先端に凹凸が形成されていない形状の
フィン）に比べて、高い性能を示す。しかしながら、断
続フィンには特有の欠点がある。
ン先端に凹凸を断続的に形成した形状のフィン）は、連
続フィン（フィン先端に凹凸が形成されていない形状の
フィン）に比べて、高い性能を示す。しかしながら、断
続フィンには特有の欠点がある。
【００１７】フィン付き伝熱管を図３に示すようなクロ
スフィン形空調用熱交換器として組み立てるためには、
フィン１００６と伝熱管１００を密着させなければなら
ない。その方法としては、図４に示すように、伝熱管１
００内部に、伝熱管内径（内面フィン内径）よりやや直
径の大きな拡管ヘッド４０と呼ばれる先端が砲弾型にな
った棒を挿入し伝熱管１００の外径を大きくしてフィン
１００６と密着させることが行われている。この拡管方
法を機械拡管と呼んでいる。機械拡管をする場合に、従
来の連続フィン付き伝熱管１５０を拡管する場合と、断
続フィン付き伝熱管を拡管する場合の作用の違いについ
て考察すると、フィン先端に設けられた凹凸は、伝熱管
とフィンとを密着させるために、伝熱管内部に拡管ヘッ
ドを挿入する際、つぶれ易いという欠点があった。
スフィン形空調用熱交換器として組み立てるためには、
フィン１００６と伝熱管１００を密着させなければなら
ない。その方法としては、図４に示すように、伝熱管１
００内部に、伝熱管内径（内面フィン内径）よりやや直
径の大きな拡管ヘッド４０と呼ばれる先端が砲弾型にな
った棒を挿入し伝熱管１００の外径を大きくしてフィン
１００６と密着させることが行われている。この拡管方
法を機械拡管と呼んでいる。機械拡管をする場合に、従
来の連続フィン付き伝熱管１５０を拡管する場合と、断
続フィン付き伝熱管を拡管する場合の作用の違いについ
て考察すると、フィン先端に設けられた凹凸は、伝熱管
とフィンとを密着させるために、伝熱管内部に拡管ヘッ
ドを挿入する際、つぶれ易いという欠点があった。
【００１８】そこで、本発明の内面フィン付き伝熱管に
おいては、機械拡管の際に、比較的大きな面積の矩形状
平坦部で拡管ヘッドから内面フィンに加わる力を受け持
つことにより、機械拡管による内面フィンの変形を防止
することができ、その結果微細な凹凸を有する内面フィ
ン付き伝熱管本来の高い伝熱性能を維持することができ
る。
おいては、機械拡管の際に、比較的大きな面積の矩形状
平坦部で拡管ヘッドから内面フィンに加わる力を受け持
つことにより、機械拡管による内面フィンの変形を防止
することができ、その結果微細な凹凸を有する内面フィ
ン付き伝熱管本来の高い伝熱性能を維持することができ
る。
【００１９】以上により、伝熱管外部のフィン１００６
と伝熱管を密着させるために、機械拡管方式を採用した
場合でも、内面フィンの変形を最小限に防止することが
でき、その結果微細な凹凸を有する断続フィン特有の高
い伝熱性能を維持する内面フィン付き伝熱管を得ること
ができる。
と伝熱管を密着させるために、機械拡管方式を採用した
場合でも、内面フィンの変形を最小限に防止することが
でき、その結果微細な凹凸を有する断続フィン特有の高
い伝熱性能を維持する内面フィン付き伝熱管を得ること
ができる。
【００２０】また、フィン先端矩形部が、伝熱管の内面
フィンの内径側先端に内接する円筒の曲率に一致したわ
ずかな凹面になっているということは、拡管ヘッドの外
周の曲率にほぼ一致していることを意味し、フィン先端
の変形が最も小さくなる。
フィンの内径側先端に内接する円筒の曲率に一致したわ
ずかな凹面になっているということは、拡管ヘッドの外
周の曲率にほぼ一致していることを意味し、フィン先端
の変形が最も小さくなる。
【００２１】また、フィン先端矩形部の縦横比（１次フ
ィンの長手方向に平行な方向の長さ／１次フィンの長手
方向にに垂直な方向の長さ）が１であるということは、
フィン先端部に形成される凝縮液膜が１次フィンに垂直
方向にも平行方向にも引っ張られることを意味し、３次
元フィンの効果が最も良く発揮される形状であり、高性
能な微細な凹凸を設けた内面フィン付き管を得ることが
できる。
ィンの長手方向に平行な方向の長さ／１次フィンの長手
方向にに垂直な方向の長さ）が１であるということは、
フィン先端部に形成される凝縮液膜が１次フィンに垂直
方向にも平行方向にも引っ張られることを意味し、３次
元フィンの効果が最も良く発揮される形状であり、高性
能な微細な凹凸を設けた内面フィン付き管を得ることが
できる。
【００２２】また、内面フィン先端矩形部の各辺の寸法
を１００μｍ以下とすることにより、フィン先端部の液
膜厚さを薄くし、平坦部を設けたことによる性能面への
悪影響（平坦部により液膜が厚くなり、伝熱性能が低下
する）を最小限に抑えている。これにより、高性能な微
細な凹凸を設けた内面フィン付き伝熱管を得ることがで
きる。
を１００μｍ以下とすることにより、フィン先端部の液
膜厚さを薄くし、平坦部を設けたことによる性能面への
悪影響（平坦部により液膜が厚くなり、伝熱性能が低下
する）を最小限に抑えている。これにより、高性能な微
細な凹凸を設けた内面フィン付き伝熱管を得ることがで
きる。
【００２３】また、本発明の内面フィン付き伝熱管を複
数個備えたクロスフィンチューブ形熱交換器において
も、内面フィン付き伝熱管による冷媒側伝熱性能の向上
作用に基づき、熱通過率を向上することができる。
数個備えたクロスフィンチューブ形熱交換器において
も、内面フィン付き伝熱管による冷媒側伝熱性能の向上
作用に基づき、熱通過率を向上することができる。
【００２４】また、本発明のフィン付き伝熱管を備えた
熱交換器を蒸発器又は凝縮器として備えた冷凍・空調機
においても、熱交換器の熱通過率向上作用に基づき、動
作係数の向上作用を得ることができる。よって効率の高
い、コンパクトな冷凍・空調機を実現することができ
る。
熱交換器を蒸発器又は凝縮器として備えた冷凍・空調機
においても、熱交換器の熱通過率向上作用に基づき、動
作係数の向上作用を得ることができる。よって効率の高
い、コンパクトな冷凍・空調機を実現することができ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ説明する。なお、構造の明確化のために一部の
斜視図に陰影を付している。
照しつつ説明する。なお、構造の明確化のために一部の
斜視図に陰影を付している。
【００２６】本発明の第１の実施例を図１〜図８により
説明する。本実施例による内面フィン付き伝熱管（以
下、フィン付き伝熱管という）の構造を図１及び図２に
示す。図１は、本実施例のフィン付き伝熱管の部分斜視
図であり、図２は、フィン付き伝熱管のフィン先端の詳
細構造を表す部分拡大図である。
説明する。本実施例による内面フィン付き伝熱管（以
下、フィン付き伝熱管という）の構造を図１及び図２に
示す。図１は、本実施例のフィン付き伝熱管の部分斜視
図であり、図２は、フィン付き伝熱管のフィン先端の詳
細構造を表す部分拡大図である。
【００２７】本実施例のフィン付き伝熱管１００の内面
には、図１に示すように多数条の１次フィン１０１が設
けられている。この１次フィンの内径側端部（以下先端
部という）には、微細な凹凸が設けられている。フィン
の凸部の頂面（以下頂部という）を１０２とし、フィン
の凹部の底面（以下、谷部という）を１０３とする。本
実施例の特徴は、図１、２に示すように、フィン頂部１
０２が、ほぼ平坦な矩形状になっていることである。
には、図１に示すように多数条の１次フィン１０１が設
けられている。この１次フィンの内径側端部（以下先端
部という）には、微細な凹凸が設けられている。フィン
の凸部の頂面（以下頂部という）を１０２とし、フィン
の凹部の底面（以下、谷部という）を１０３とする。本
実施例の特徴は、図１、２に示すように、フィン頂部１
０２が、ほぼ平坦な矩形状になっていることである。
【００２８】本実施例の伝熱管１００の大略の寸法を示
すと、管内径は３〜１０ｍｍ、１次フィン１０１の高さ
は０．１〜０．３ｍｍ、１次フィンのピッチは０．２〜
０．６ｍｍ、１次フィンのらせん角度（溝のねじり角
度）は０〜２５度、１次フィンの間の溝形状は台形、１
次フィンの先端角度αは１０〜４０度となっている。こ
の１次フィンの先端部に微細な２次溝を設けるが、２次
溝の中心線は１次溝中心線にほぼ直角とし、２次溝の深
さは０．０２〜０．１ｍｍとし、２次溝のピッチは０．
０４〜０．１５ｍｍとする。フィン頂部１０２はほぼ平
坦な矩形状となり、その各辺の寸法は、０．１ｍｍ（１
００μｍ）以下となっている。そして、２次溝の形状
は、１次フィンをその長手方向中心線を含み伝熱管の壁
面に垂直な面で切ったときの、凸部の断面が台形となる
ようにしてある。これは必ずしも台形でなく長方形でも
よいが、少なくともフィン頂部１０２が谷部１０３にか
ぶさるような形状にするのは避ける。
すと、管内径は３〜１０ｍｍ、１次フィン１０１の高さ
は０．１〜０．３ｍｍ、１次フィンのピッチは０．２〜
０．６ｍｍ、１次フィンのらせん角度（溝のねじり角
度）は０〜２５度、１次フィンの間の溝形状は台形、１
次フィンの先端角度αは１０〜４０度となっている。こ
の１次フィンの先端部に微細な２次溝を設けるが、２次
溝の中心線は１次溝中心線にほぼ直角とし、２次溝の深
さは０．０２〜０．１ｍｍとし、２次溝のピッチは０．
０４〜０．１５ｍｍとする。フィン頂部１０２はほぼ平
坦な矩形状となり、その各辺の寸法は、０．１ｍｍ（１
００μｍ）以下となっている。そして、２次溝の形状
は、１次フィンをその長手方向中心線を含み伝熱管の壁
面に垂直な面で切ったときの、凸部の断面が台形となる
ようにしてある。これは必ずしも台形でなく長方形でも
よいが、少なくともフィン頂部１０２が谷部１０３にか
ぶさるような形状にするのは避ける。
【００２９】次に、本実施例の作用を説明する。上記構
成の伝熱管１００内を、単一冷媒（例えばＨＣＦＣ−２
２）、疑似共沸混合冷媒（例えばＨＦＣ−３２とＨＦＣ
−１２５の２種混合冷媒）あるいは非共沸混合冷媒（例
えばＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５及びＨＦＣ−１３４
ａの３種混合冷媒）等の液体又はガスが流れ、凝縮熱伝
達あるいは沸騰熱伝達により伝熱管１００外部と熱交換
を行う。
成の伝熱管１００内を、単一冷媒（例えばＨＣＦＣ−２
２）、疑似共沸混合冷媒（例えばＨＦＣ−３２とＨＦＣ
−１２５の２種混合冷媒）あるいは非共沸混合冷媒（例
えばＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５及びＨＦＣ−１３４
ａの３種混合冷媒）等の液体又はガスが流れ、凝縮熱伝
達あるいは沸騰熱伝達により伝熱管１００外部と熱交換
を行う。
【００３０】本実施例の比較例として、クロスインチュ
ーブ形熱交換器に用いられる、従来技術によるフィン付
き伝熱管（内面らせん溝付き伝熱管）１５０の横断面図
を図５の（ａ）に示す。図５の（ａ）において、伝熱管
１５０は、内面に複数のフィン１５２が螺旋状に連続し
て形成され、隣接するフィン１５２，１５２の間に螺旋
状の溝１５１が形成されている。また伝熱管１５０の管
内径は３〜１０ｍｍ、溝深さは０．１〜０．３ｍｍ、溝
ピッチは０．２〜０．６ｍｍ、らせん溝角度（溝のねじ
り角度）が０〜２５度、溝形状は台形、フィン先端角度
は１０〜４０度となっている。
ーブ形熱交換器に用いられる、従来技術によるフィン付
き伝熱管（内面らせん溝付き伝熱管）１５０の横断面図
を図５の（ａ）に示す。図５の（ａ）において、伝熱管
１５０は、内面に複数のフィン１５２が螺旋状に連続し
て形成され、隣接するフィン１５２，１５２の間に螺旋
状の溝１５１が形成されている。また伝熱管１５０の管
内径は３〜１０ｍｍ、溝深さは０．１〜０．３ｍｍ、溝
ピッチは０．２〜０．６ｍｍ、らせん溝角度（溝のねじ
り角度）が０〜２５度、溝形状は台形、フィン先端角度
は１０〜４０度となっている。
【００３１】ここで、このようなフィン付き伝熱管１５
０内を機械拡管する場合の、フィンの変形について考察
する。フィン付き伝熱管を図３に示すようなクロスフィ
ン形空調用熱交換器として組み立てるためには、フィン
と伝熱管を密着させなければならない。その方法として
は、図４に示すように、伝熱管内部に、伝熱管の内面フ
ィン内径よりやや直径の大きな拡管ヘッドと呼ばれる先
端が砲弾型になった棒を挿入し伝熱管の外径を大きくし
てフィンと密着させることが行われている。この拡管方
法を機械拡管と呼んでいる。機械拡管をする場合に、拡
管に必要な力をＦとする。Ｆは、拡管ヘッドから、拡管
ヘッドとフィン先端の接触部を介して、伝熱管の管壁に
伝えられる。拡管ヘッド４０とフィン先端の接触部の面
積をＡとする。Ｆ／Ａが、フィン先端部に働く応力であ
る。Ｆ／Ａが、フィン先端部の降伏応力より小さければ
フィン先端部は塑性変形しないが、Ｆ／Ａが、フィン先
端部の降伏応力より大きいとフィン先端部は塑性変形す
る。どこまで塑性変形するかというと、塑性変形により
Ａが大きくなって、Ｆ／Ａがフィン先端部の降伏応力に
等しくなるまで変形する。従って、拡管後のフィン先端
部は、拡管ヘッド４０の曲率と同じ曲率で、ある一定の
幅ｂを有している。この様子を図５の（ｂ）に示す。図
５の（ａ）は拡管前のフィン形状を示し、図５の（ｂ）
は、拡管後のフィン形状を示している。フィン先端部が
変形した時の、押し出されたり、削られたりしたバリ
は、フィンが連続であるため、あまり周囲にはみ出るこ
となく、図５の（ｂ）に示すように、単に頂上が滑らか
な平滑面になるに過ぎなかった。この結果、従来の連続
フィンでは、機械拡管による変形が、大きな問題になる
ことはなかった。
０内を機械拡管する場合の、フィンの変形について考察
する。フィン付き伝熱管を図３に示すようなクロスフィ
ン形空調用熱交換器として組み立てるためには、フィン
と伝熱管を密着させなければならない。その方法として
は、図４に示すように、伝熱管内部に、伝熱管の内面フ
ィン内径よりやや直径の大きな拡管ヘッドと呼ばれる先
端が砲弾型になった棒を挿入し伝熱管の外径を大きくし
てフィンと密着させることが行われている。この拡管方
法を機械拡管と呼んでいる。機械拡管をする場合に、拡
管に必要な力をＦとする。Ｆは、拡管ヘッドから、拡管
ヘッドとフィン先端の接触部を介して、伝熱管の管壁に
伝えられる。拡管ヘッド４０とフィン先端の接触部の面
積をＡとする。Ｆ／Ａが、フィン先端部に働く応力であ
る。Ｆ／Ａが、フィン先端部の降伏応力より小さければ
フィン先端部は塑性変形しないが、Ｆ／Ａが、フィン先
端部の降伏応力より大きいとフィン先端部は塑性変形す
る。どこまで塑性変形するかというと、塑性変形により
Ａが大きくなって、Ｆ／Ａがフィン先端部の降伏応力に
等しくなるまで変形する。従って、拡管後のフィン先端
部は、拡管ヘッド４０の曲率と同じ曲率で、ある一定の
幅ｂを有している。この様子を図５の（ｂ）に示す。図
５の（ａ）は拡管前のフィン形状を示し、図５の（ｂ）
は、拡管後のフィン形状を示している。フィン先端部が
変形した時の、押し出されたり、削られたりしたバリ
は、フィンが連続であるため、あまり周囲にはみ出るこ
となく、図５の（ｂ）に示すように、単に頂上が滑らか
な平滑面になるに過ぎなかった。この結果、従来の連続
フィンでは、機械拡管による変形が、大きな問題になる
ことはなかった。
【００３２】しかし、本発明が対象としているフィン先
端に凹凸がある断続フィンについては、変形の様相が異
なる。先ず、凹凸があるために、拡管ヘッドとフィン先
端との接触面積は、凹凸がない場合のほぼ半分になる。
この事実を図６を用いて説明する。拡管ヘッドが伝熱管
内面に当たる長さ（伝熱管軸方向長さ）をＬとすると、
Ｌの範囲内にある接触面積は、従来の連続フィンの場合
は図６の（ａ）の斜線部で示すように各内面フィンごと
に連続しているが、本発明の対象である凹凸のある断続
フィンの場合には、図６の（ｂ）の斜線部に示すように
とぎれとぎれになり、フィン幅ｂが等しければ、従来連
続フィンの場合にくらべ接触面積は半分になってしま
う。
端に凹凸がある断続フィンについては、変形の様相が異
なる。先ず、凹凸があるために、拡管ヘッドとフィン先
端との接触面積は、凹凸がない場合のほぼ半分になる。
この事実を図６を用いて説明する。拡管ヘッドが伝熱管
内面に当たる長さ（伝熱管軸方向長さ）をＬとすると、
Ｌの範囲内にある接触面積は、従来の連続フィンの場合
は図６の（ａ）の斜線部で示すように各内面フィンごと
に連続しているが、本発明の対象である凹凸のある断続
フィンの場合には、図６の（ｂ）の斜線部に示すように
とぎれとぎれになり、フィン幅ｂが等しければ、従来連
続フィンの場合にくらべ接触面積は半分になってしま
う。
【００３３】従って、拡管ヘッドとフィン先端との接触
面積Ａが、Ｆ／Ａが内面フィンの降伏応力以下となる大
きさに到達するためには、かなり変形しなければならな
い。しかも、変形によって押し出されたり、削られたり
したバリは、フィン先端の凹部を埋め立てるのに使われ
る。その結果、機械拡管後のフィン先端の凹凸はほとん
ど無くなり、従来の連続フィン付き伝熱管とほとんど変
わらないほど、性能が低下してしまう。この様子を図７
に示す。図７の（ａ）は、従来の連続フィンと同じ１次
フィン形状で、断続フィンを製作した場合の、拡管前の
フィン形状である。フィン先端は、丸みを帯びた先細形
状となっている。この伝熱管を機械拡管した後の形状を
図７の（ｂ）に示す。断続フィンの先端部は大きくつぶ
れ、つぶされたフィン材料が、フィンの両側にはみ出す
だけでなく、後ろに続く溝の部分を埋めてしまい、断続
フィンが連続フィンのようになってしまう。
面積Ａが、Ｆ／Ａが内面フィンの降伏応力以下となる大
きさに到達するためには、かなり変形しなければならな
い。しかも、変形によって押し出されたり、削られたり
したバリは、フィン先端の凹部を埋め立てるのに使われ
る。その結果、機械拡管後のフィン先端の凹凸はほとん
ど無くなり、従来の連続フィン付き伝熱管とほとんど変
わらないほど、性能が低下してしまう。この様子を図７
に示す。図７の（ａ）は、従来の連続フィンと同じ１次
フィン形状で、断続フィンを製作した場合の、拡管前の
フィン形状である。フィン先端は、丸みを帯びた先細形
状となっている。この伝熱管を機械拡管した後の形状を
図７の（ｂ）に示す。断続フィンの先端部は大きくつぶ
れ、つぶされたフィン材料が、フィンの両側にはみ出す
だけでなく、後ろに続く溝の部分を埋めてしまい、断続
フィンが連続フィンのようになってしまう。
【００３４】その結果、拡管後の性能は大きく低下して
しまう。図８には、単一冷媒ＨＣＦＣ−２２で測定した
凝縮熱伝達率の変化を示す。図８中の棒グラフａが図７
の（ａ）に示した拡管前の伝熱管の性能であり、棒グラ
フｂが図７の（ｂ）に示した拡管後の伝熱管の性能であ
る。棒グラフｂの性能は、同じフィン高さを有する従来
連続フィンとほとんど変わり無く、断続フィンの効果が
失われていることが判った。
しまう。図８には、単一冷媒ＨＣＦＣ−２２で測定した
凝縮熱伝達率の変化を示す。図８中の棒グラフａが図７
の（ａ）に示した拡管前の伝熱管の性能であり、棒グラ
フｂが図７の（ｂ）に示した拡管後の伝熱管の性能であ
る。棒グラフｂの性能は、同じフィン高さを有する従来
連続フィンとほとんど変わり無く、断続フィンの効果が
失われていることが判った。
【００３５】本発明は、これを防止するためになされた
もので、その方法は、第１に、拡管ヘッドとフィン先端
の接触面積を初めから大きなものとすること、第２に、
バリの量を減らして凹部を確保することである。
もので、その方法は、第１に、拡管ヘッドとフィン先端
の接触面積を初めから大きなものとすること、第２に、
バリの量を減らして凹部を確保することである。
【００３６】そこで、本発明では、図２に示すように、
断続フィンの凸部の頂部１０２を拡管前に、ほぼ平坦な
矩形状にしておくことにより、拡管力を受ける面積Ａを
大きくするとともに、変形によるバリの量を減らして、
性能低下を防止した。頂部１０２の形を矩形にした理由
は、２次溝の幅が一定の時、２次溝を１次フィンに垂直
に設けることにより、頂部に細い突出した鋭角部分がで
きるのを避けられるからである。なお、１次フィンの形
状を伝熱管軸線に対して螺旋状に配置し、２次溝をその
軸線が伝熱管軸線に対して垂直になるように形成した
り、１次フィンの形状を伝熱管軸線に対して平行に配置
し、２次溝をその軸線が伝熱管軸線に対して傾斜するよ
うに形成したりすることで、頂部１０２の各辺がなす角
度が９０度以外の角度になっても、頂部１０２の面積
は、１次フィンの形状，ピッチ、２次溝の幅，ピッチが
同じなら前記矩形の場合と同じであり、これらの場合
も、頂部１０２の形状は矩形に含めてあるとして、以下
の説明を進める。
断続フィンの凸部の頂部１０２を拡管前に、ほぼ平坦な
矩形状にしておくことにより、拡管力を受ける面積Ａを
大きくするとともに、変形によるバリの量を減らして、
性能低下を防止した。頂部１０２の形を矩形にした理由
は、２次溝の幅が一定の時、２次溝を１次フィンに垂直
に設けることにより、頂部に細い突出した鋭角部分がで
きるのを避けられるからである。なお、１次フィンの形
状を伝熱管軸線に対して螺旋状に配置し、２次溝をその
軸線が伝熱管軸線に対して垂直になるように形成した
り、１次フィンの形状を伝熱管軸線に対して平行に配置
し、２次溝をその軸線が伝熱管軸線に対して傾斜するよ
うに形成したりすることで、頂部１０２の各辺がなす角
度が９０度以外の角度になっても、頂部１０２の面積
は、１次フィンの形状，ピッチ、２次溝の幅，ピッチが
同じなら前記矩形の場合と同じであり、これらの場合
も、頂部１０２の形状は矩形に含めてあるとして、以下
の説明を進める。
【００３７】原理的には、図６の（ａ）で示した斜線部
の面積に等しい面積が、断続フィンの拡管前に確保でき
るならば（すなわち、図６の（ｂ）の斜線部が図６の
（ａ）の斜線部と等しければ）、拡管によるフィン先端
部の変形はほとんど無いと予想される（従来連続フィン
の場合には拡管による性能低下はみられない）。
の面積に等しい面積が、断続フィンの拡管前に確保でき
るならば（すなわち、図６の（ｂ）の斜線部が図６の
（ａ）の斜線部と等しければ）、拡管によるフィン先端
部の変形はほとんど無いと予想される（従来連続フィン
の場合には拡管による性能低下はみられない）。
【００３８】次に本発明の伝熱管の製造方法について説
明する。
明する。
【００３９】現在のところ、図７の（ａ）に示す２次溝
付伝熱管は、板を丸めて溶接する方法で作っている。す
なわち、薄板の上に、外周面に１次フィン形状を溝状に
形成した第１のロール（第１ロール）を押しつけながら
ころがして、１次フィンを立てる。次に、別のロール
（第２ロール）を押しつけながらころがして、１次フィ
ンの先端に微細な溝を成形する。加工した面を内側にし
て、薄板を丸め、合わせ目を溶接し、溶接部のバリをと
ると完成である。この時のフィンの頂部は、図７の
（ａ）に示すように、曲率を持った半円状になってい
る。
付伝熱管は、板を丸めて溶接する方法で作っている。す
なわち、薄板の上に、外周面に１次フィン形状を溝状に
形成した第１のロール（第１ロール）を押しつけながら
ころがして、１次フィンを立てる。次に、別のロール
（第２ロール）を押しつけながらころがして、１次フィ
ンの先端に微細な溝を成形する。加工した面を内側にし
て、薄板を丸め、合わせ目を溶接し、溶接部のバリをと
ると完成である。この時のフィンの頂部は、図７の
（ａ）に示すように、曲率を持った半円状になってい
る。
【００４０】では、本発明のように、頂上が平らな微細
２次溝はどのようにしたらつくれるか？２つの方法があ
る。第１の方法は、第１ロールで立てる１次フィンを、
初めから頂上が平らな台形状のフィンにし、次いで従来
と同様に、第２ロールで１次フィンの先端に微細な溝を
成形する方法である。これを実現するためには、第１ロ
ールの溝底を平らにするとともに、ロールの押しつけ力
を増して、薄板の材料が十分にロールの溝部に入るよう
にする必要がある。
２次溝はどのようにしたらつくれるか？２つの方法があ
る。第１の方法は、第１ロールで立てる１次フィンを、
初めから頂上が平らな台形状のフィンにし、次いで従来
と同様に、第２ロールで１次フィンの先端に微細な溝を
成形する方法である。これを実現するためには、第１ロ
ールの溝底を平らにするとともに、ロールの押しつけ力
を増して、薄板の材料が十分にロールの溝部に入るよう
にする必要がある。
【００４１】第２の方法は、１次フィンの形成は従来と
同じ方法でおこない、第２ロールで微細２次溝を形成す
る時、押しつけ力を強くし、１次フィンの先端を平らに
つぶしながら、２次溝を加工する方法である。この時、
１次フィンの高さは、現在よりも高くする必要がある。
また、第２ロールの凹部の底を平らにする必要がある。
できうるならば、頂上の平坦部は、加工硬化をおこし
て、強度が増し、つぶれにくくなっていることが望まし
い。
同じ方法でおこない、第２ロールで微細２次溝を形成す
る時、押しつけ力を強くし、１次フィンの先端を平らに
つぶしながら、２次溝を加工する方法である。この時、
１次フィンの高さは、現在よりも高くする必要がある。
また、第２ロールの凹部の底を平らにする必要がある。
できうるならば、頂上の平坦部は、加工硬化をおこし
て、強度が増し、つぶれにくくなっていることが望まし
い。
【００４２】前記第１の方法において、第１ロールでフ
ィン頂部の形状を平らにする代わりに、フィン頂部の形
状が、内面フィンの内径面に内接する円筒の曲率にほぼ
等しい曲率のくぼみを持つ面となるように、第１ロール
表面の溝形状を形成しておいてもよい。同様に、第２の
方法において、第２ロールで１次フィンに形成された凹
凸の凸部の頂部を第２ロールで平らにつぶす代わりに、
凸部の頂部が、内面フィンの内径面に内接する円筒の曲
率にほぼ等しい曲率のくぼみを持つ面となるように、第
２ロール表面の形状を形成しておいてもよい。
ィン頂部の形状を平らにする代わりに、フィン頂部の形
状が、内面フィンの内径面に内接する円筒の曲率にほぼ
等しい曲率のくぼみを持つ面となるように、第１ロール
表面の溝形状を形成しておいてもよい。同様に、第２の
方法において、第２ロールで１次フィンに形成された凹
凸の凸部の頂部を第２ロールで平らにつぶす代わりに、
凸部の頂部が、内面フィンの内径面に内接する円筒の曲
率にほぼ等しい曲率のくぼみを持つ面となるように、第
２ロール表面の形状を形成しておいてもよい。
【００４３】本発明の第２の実施例を図９により説明す
る。本実施例は、フィンの先端部の形状が異なる伝熱管
の例である。すなわち、フィンの頂部をほぼ平らではな
く、初めから拡管ヘッドの形状に一致させて伝熱管のフ
ィン先端部に内接する円筒にほぼ等しい曲率を有する凹
面形状としたものである。その他の構造は、第１の実施
例とほぼ同様である。本実施例によっても、第１の実施
例と同様の効果が得られる。
る。本実施例は、フィンの先端部の形状が異なる伝熱管
の例である。すなわち、フィンの頂部をほぼ平らではな
く、初めから拡管ヘッドの形状に一致させて伝熱管のフ
ィン先端部に内接する円筒にほぼ等しい曲率を有する凹
面形状としたものである。その他の構造は、第１の実施
例とほぼ同様である。本実施例によっても、第１の実施
例と同様の効果が得られる。
【００４４】本発明の第３の実施例を図１０により説明
する。本実施例は、フィンの頂部の形状を第１の実施例
よりさらに限定した例である。図１０に示すように、平
らな矩形の頂部の、１次フィンに平行方向の長さをａと
し、それに垂直方向の長さをｂとした時、ａ／ｂをほぼ
１としたことを特徴としている。このような構造にする
ことによって、１次フィンに平行方向にも垂直方向に
も、凝縮液膜が流れ落ちやすく、高い性能が確保でき
る。その他の構造は、第１の実施例とほぼ同様である。
本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果を得る
ことができる。
する。本実施例は、フィンの頂部の形状を第１の実施例
よりさらに限定した例である。図１０に示すように、平
らな矩形の頂部の、１次フィンに平行方向の長さをａと
し、それに垂直方向の長さをｂとした時、ａ／ｂをほぼ
１としたことを特徴としている。このような構造にする
ことによって、１次フィンに平行方向にも垂直方向に
も、凝縮液膜が流れ落ちやすく、高い性能が確保でき
る。その他の構造は、第１の実施例とほぼ同様である。
本実施例によっても、第１の実施例と同様の効果を得る
ことができる。
【００４５】本発明の第４の実施例を、同じ図１０を使
って説明する。本実施例は、フィンの頂部の形状を第１
の実施例よりさらに限定した伝熱管の実施例である。す
なわち、１次フィンに平行方向の頂部の長さａも、垂直
方向の長さｂもともに０．１ｍｍ以下すなわち１００μ
ｍ以下にしたことを特徴としている。このようにするこ
とにより、表面張力と毛細管現象を利用した微細２次溝
の効果が維持され、高い伝熱性能が得られる。その他の
構造は前記第１の実施例とほぼ同様であり、第１の実施
例と同様の効果を得ることができる。発明者らは寸法
ａ，ｂを１００μｍ以下の値で種々に変えてテストした
が、５０μｍ程度でも微細２次溝の効果が維持されるこ
とを確認できた。
って説明する。本実施例は、フィンの頂部の形状を第１
の実施例よりさらに限定した伝熱管の実施例である。す
なわち、１次フィンに平行方向の頂部の長さａも、垂直
方向の長さｂもともに０．１ｍｍ以下すなわち１００μ
ｍ以下にしたことを特徴としている。このようにするこ
とにより、表面張力と毛細管現象を利用した微細２次溝
の効果が維持され、高い伝熱性能が得られる。その他の
構造は前記第１の実施例とほぼ同様であり、第１の実施
例と同様の効果を得ることができる。発明者らは寸法
ａ，ｂを１００μｍ以下の値で種々に変えてテストした
が、５０μｍ程度でも微細２次溝の効果が維持されるこ
とを確認できた。
【００４６】更に別の実施例を図１１、図１２により説
明する。図１１は、１次フィンの幅を２種類にした場合
である。幅広１次フィンの先端部の幅ｂ１は、幅狭１次
フィンの先端部の幅ｂ２より大きくとることができる。
幅広１次フィンは、拡管には強いが、性能が低い。これ
に対し、幅狭１次フィンは、拡管には弱いが、性能は高
い。幅広１次フィンと幅狭１次フィンの割合を最適値に
することにより、拡管変形が少なく、性能の高い伝熱管
を得ることができる。１次フィンの幅は、２種類に限ら
ず、３種類以上に増やすことも可能である。その時の基
本的な設計指針は、平坦部（頂部）の面積の総和Ａが、
Ｆ／σ（σ：降伏応力）に近い値になることである。
明する。図１１は、１次フィンの幅を２種類にした場合
である。幅広１次フィンの先端部の幅ｂ１は、幅狭１次
フィンの先端部の幅ｂ２より大きくとることができる。
幅広１次フィンは、拡管には強いが、性能が低い。これ
に対し、幅狭１次フィンは、拡管には弱いが、性能は高
い。幅広１次フィンと幅狭１次フィンの割合を最適値に
することにより、拡管変形が少なく、性能の高い伝熱管
を得ることができる。１次フィンの幅は、２種類に限ら
ず、３種類以上に増やすことも可能である。その時の基
本的な設計指針は、平坦部（頂部）の面積の総和Ａが、
Ｆ／σ（σ：降伏応力）に近い値になることである。
【００４７】図１２は、２次フィンの長さ（頂部１０２
の長さ）をａ１，ａ２の２種類に変えた場合の実施例で
ある。ａ１＞ａ２と仮定する。長さがａ１である頂部の
割合が多いと、拡管には強くなるが性能は悪くなる。一
方、長さがａ２である頂部の割合が多くなると、拡管に
は弱いが性能は良くなる。長さがａ１である頂部の数と
長さがａ２である頂部の数を最適と思われる比率に設定
する。その時の基本的な設計指針は、平坦部（頂部）の
面積の総和Ａが、Ｆ／σに近い値になることである。こ
の場合にも、２次フィンの長さは２種類に限らず、３種
類以上に増やすことができる。
の長さ）をａ１，ａ２の２種類に変えた場合の実施例で
ある。ａ１＞ａ２と仮定する。長さがａ１である頂部の
割合が多いと、拡管には強くなるが性能は悪くなる。一
方、長さがａ２である頂部の割合が多くなると、拡管に
は弱いが性能は良くなる。長さがａ１である頂部の数と
長さがａ２である頂部の数を最適と思われる比率に設定
する。その時の基本的な設計指針は、平坦部（頂部）の
面積の総和Ａが、Ｆ／σに近い値になることである。こ
の場合にも、２次フィンの長さは２種類に限らず、３種
類以上に増やすことができる。
【００４８】更に、１次フィンの幅と２次フィンの長さ
の両方を変化させたものを組み合わせることも可能であ
る。その時の基本的な設計指針は、やはり、平坦部の面
積の総和Ａが、Ｆ／σに近い値になることである。
の両方を変化させたものを組み合わせることも可能であ
る。その時の基本的な設計指針は、やはり、平坦部の面
積の総和Ａが、Ｆ／σに近い値になることである。
【００４９】本発明の第５の実施例を図３により説明す
る。本実施例は、第１の実施例の伝熱管１００を備えて
構成された熱交換器である。第１の実施例と同等の部材
には同一の符号を付してある。図３は本実施例の熱交換
器１０００の概略構造を表す部分斜視図である。図３に
示す熱交換器１０００は、クロスフィンチューブ形熱交
換器と呼ばれるものであり、多数の平行に置かれた平行
フィン１００６と、この平行フィン１００６に貫通挿入
されている第１の実施例に示す伝熱管１００とを含んで
構成されている。平行フィン１００６の表面には、空気
側熱伝達率を向上させるために、ルーバ１００８が設け
られている。伝熱管１００は、特に詳細構造を図示しな
いが、第１の実施例において説明したように、内面に形
成されているそれぞれのフィンが、先端に凹凸を持つ断
続フィンとなっており、しかもその頂部がほぼ平らな矩
形となるように構成されている。
る。本実施例は、第１の実施例の伝熱管１００を備えて
構成された熱交換器である。第１の実施例と同等の部材
には同一の符号を付してある。図３は本実施例の熱交換
器１０００の概略構造を表す部分斜視図である。図３に
示す熱交換器１０００は、クロスフィンチューブ形熱交
換器と呼ばれるものであり、多数の平行に置かれた平行
フィン１００６と、この平行フィン１００６に貫通挿入
されている第１の実施例に示す伝熱管１００とを含んで
構成されている。平行フィン１００６の表面には、空気
側熱伝達率を向上させるために、ルーバ１００８が設け
られている。伝熱管１００は、特に詳細構造を図示しな
いが、第１の実施例において説明したように、内面に形
成されているそれぞれのフィンが、先端に凹凸を持つ断
続フィンとなっており、しかもその頂部がほぼ平らな矩
形となるように構成されている。
【００５０】上記構成の熱交換器において、空気流１０
０５が、伝熱管１００の管軸と直角な方向から流入して
複数の平行フィン１００６の間を流れ、この空気流１０
０５は、伝熱管１００内を流れる冷媒によって、平行フ
ィン１００６を介して、冷却される。
０５が、伝熱管１００の管軸と直角な方向から流入して
複数の平行フィン１００６の間を流れ、この空気流１０
０５は、伝熱管１００内を流れる冷媒によって、平行フ
ィン１００６を介して、冷却される。
【００５１】本実施例の熱交換器１０００によれば、第
１の実施例の内面フィン付き伝熱管１００の冷媒側伝熱
性能の向上作用に基づき、熱交換器の総合伝熱性能を表
す指標である熱通過率を向上することができる。なおこ
の熱通過率には、空気側熱伝達率、冷媒側熱伝達率及び
接触熱抵抗などが含まれている。熱交換器１０００のこ
の熱通過率向上効果を具体的に図１３により説明する。
１の実施例の内面フィン付き伝熱管１００の冷媒側伝熱
性能の向上作用に基づき、熱交換器の総合伝熱性能を表
す指標である熱通過率を向上することができる。なおこ
の熱通過率には、空気側熱伝達率、冷媒側熱伝達率及び
接触熱抵抗などが含まれている。熱交換器１０００のこ
の熱通過率向上効果を具体的に図１３により説明する。
【００５２】図１３は、フィン付き伝熱管１００を備え
た本実施例による熱交換器１０００と、前述した従来の
フィン付き伝熱管１５０（図５の（ａ）参照）を備えた
熱交換器のそれぞれに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２
２）を流した場合、及び非共沸混合冷媒を流した場合の
熱通過率を推定した結果を比較して概念的に示すもので
ある。
た本実施例による熱交換器１０００と、前述した従来の
フィン付き伝熱管１５０（図５の（ａ）参照）を備えた
熱交換器のそれぞれに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２
２）を流した場合、及び非共沸混合冷媒を流した場合の
熱通過率を推定した結果を比較して概念的に示すもので
ある。
【００５３】図１３において、曲線ｂ５が従来の熱交換
器に単一冷媒を流した場合、曲線ｂ６が従来の熱交換器
に非共沸混合冷媒を流した場合であり、また曲線ａ５が
本実施例の熱交換器１０００に単一冷媒を流した場合、
曲線ａ６が本実施例の熱交換器１０００に非共沸混合冷
媒を流した場合であり、横軸に空気流速を、縦軸に熱通
過率をとって表している。
器に単一冷媒を流した場合、曲線ｂ６が従来の熱交換器
に非共沸混合冷媒を流した場合であり、また曲線ａ５が
本実施例の熱交換器１０００に単一冷媒を流した場合、
曲線ａ６が本実施例の熱交換器１０００に非共沸混合冷
媒を流した場合であり、横軸に空気流速を、縦軸に熱通
過率をとって表している。
【００５４】図１３に示されるように、本実施例の熱交
換器１０００は、単一冷媒の場合でも非共沸混合冷媒の
場合でも、従来の熱交換器に対し広い空気流速の範囲で
熱通過率が向上することがわかる。
換器１０００は、単一冷媒の場合でも非共沸混合冷媒の
場合でも、従来の熱交換器に対し広い空気流速の範囲で
熱通過率が向上することがわかる。
【００５５】また、曲線ａ６と曲線ｂ５とが比較的近接
していることから、本実施例の熱交換器１０００に非共
沸混合冷媒を用いた場合は、従来の熱交換器に単一冷媒
を流した場合に近い熱通過率を得ることができることが
わかる。したがって、第１の実施例の伝熱管１００は非
共沸混合冷媒用熱交換器の伝熱管として極めて優れてい
ることがわかる。
していることから、本実施例の熱交換器１０００に非共
沸混合冷媒を用いた場合は、従来の熱交換器に単一冷媒
を流した場合に近い熱通過率を得ることができることが
わかる。したがって、第１の実施例の伝熱管１００は非
共沸混合冷媒用熱交換器の伝熱管として極めて優れてい
ることがわかる。
【００５６】なお、上記第５の実施例の熱交換器１００
０は、伝熱管として第１の実施例の伝熱管１００を備え
ていたが、これに限られず、第２〜第４の実施例の伝熱
管でもよい。これらの場合も同様の効果を得る。
０は、伝熱管として第１の実施例の伝熱管１００を備え
ていたが、これに限られず、第２〜第４の実施例の伝熱
管でもよい。これらの場合も同様の効果を得る。
【００５７】本発明の第６の実施例を図１４により説明
する。図１４に示す実施例は、第５の実施例の熱交換器
１０００を備えた空調機である。第５の実施例と同等の
部材には同一の符号を付してある。
する。図１４に示す実施例は、第５の実施例の熱交換器
１０００を備えた空調機である。第５の実施例と同等の
部材には同一の符号を付してある。
【００５８】図１４は、本実施例の空調機１１００の全
体構造を表す系統概念図である。図１４において、空調
機１１００は、非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ式
冷凍サイクルを構成しており、室内に配置される室内熱
交換器１１２６と、室外に配置される室外熱交換器１１
２４と、これらに接続される圧縮機１１２２と、冷・暖
房における冷媒の流れを切り換える四方弁１１２３と、
膨張弁１１２５とを含んで構成されている。
体構造を表す系統概念図である。図１４において、空調
機１１００は、非共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ式
冷凍サイクルを構成しており、室内に配置される室内熱
交換器１１２６と、室外に配置される室外熱交換器１１
２４と、これらに接続される圧縮機１１２２と、冷・暖
房における冷媒の流れを切り換える四方弁１１２３と、
膨張弁１１２５とを含んで構成されている。
【００５９】室内熱交換器１１２６及び室外熱交換器１
１２４はいずれも第５の実施例の熱交換器１０００で構
成されている。そして、四方弁１１２３が図示実線の位
置に切り換えられている冷房時には、室内熱交換器１１
２６が蒸発器として、室外熱交換器１１２４は凝縮器と
して、それぞれ機能し、四方弁１１２３が図示破線の位
置に切り換えられている暖房時には、室内熱交換器１１
２６が凝縮器として、室外熱交換器１１２４は蒸発器と
して、それぞれ機能する。
１２４はいずれも第５の実施例の熱交換器１０００で構
成されている。そして、四方弁１１２３が図示実線の位
置に切り換えられている冷房時には、室内熱交換器１１
２６が蒸発器として、室外熱交換器１１２４は凝縮器と
して、それぞれ機能し、四方弁１１２３が図示破線の位
置に切り換えられている暖房時には、室内熱交換器１１
２６が凝縮器として、室外熱交換器１１２４は蒸発器と
して、それぞれ機能する。
【００６０】本実施例の空調機１１００によれば、第５
の実施例の熱交換器１０００の熱通過率向上作用に基づ
き、冷房能力（あるいは暖房能力）を全電気入力で除し
た値である動作係数（ＣＯＰ）の向上効果を得ることが
できる。この動作係数向上効果を具体的に図１５により
説明する。図１５は、内面フィン付き伝熱管１００（図
１参照）を備えた熱交換器１０００を室内熱交換器１１
２６及び室外熱交換器１１２４として用いる本実施例の
空調機１１００と、従来の内面フィン付き伝熱管１５０
（図５参照）を備えた熱交換器を室内熱交換器１１２６
及び室外熱交換器１１２４として用いる従来の空調機の
それそれに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を用いた
ときの動作係数を測定し、これらの値の比を算出した結
果を比較して示している。
の実施例の熱交換器１０００の熱通過率向上作用に基づ
き、冷房能力（あるいは暖房能力）を全電気入力で除し
た値である動作係数（ＣＯＰ）の向上効果を得ることが
できる。この動作係数向上効果を具体的に図１５により
説明する。図１５は、内面フィン付き伝熱管１００（図
１参照）を備えた熱交換器１０００を室内熱交換器１１
２６及び室外熱交換器１１２４として用いる本実施例の
空調機１１００と、従来の内面フィン付き伝熱管１５０
（図５参照）を備えた熱交換器を室内熱交換器１１２６
及び室外熱交換器１１２４として用いる従来の空調機の
それそれに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を用いた
ときの動作係数を測定し、これらの値の比を算出した結
果を比較して示している。
【００６１】図１５に示されるように、冷房時、暖房時
のいずれの場合でも、本発明の空調機の動作係数が従来
の空調機のものに比べ向上している。よって、本発明の
内面フィン付き伝熱管を用いることで効率の高い、コン
パクトな冷凍・空調機を得ることができることがわか
る。
のいずれの場合でも、本発明の空調機の動作係数が従来
の空調機のものに比べ向上している。よって、本発明の
内面フィン付き伝熱管を用いることで効率の高い、コン
パクトな冷凍・空調機を得ることができることがわか
る。
【００６２】なお、上記第６の実施例においては、熱交
換器１０００を単純な冷凍サイクルの空調機に適用した
実施例を説明したが、マルチエアコンあるいは冷凍機に
対しても同様に適用して効果が得られることはいうまで
もない。
換器１０００を単純な冷凍サイクルの空調機に適用した
実施例を説明したが、マルチエアコンあるいは冷凍機に
対しても同様に適用して効果が得られることはいうまで
もない。
【００６３】
【発明の効果】本発明の内面フィン付き伝熱管によれ
ば、伝熱管内面のフィンの内径側先端部に設けられた凹
凸形状の凸部の頂部をほぼ平坦な矩形としたので、機械
拡管時におけるフィンのつぶれを最小限に抑えることが
でき、その結果高い凝縮・蒸発伝熱性能を維持すること
ができる。
ば、伝熱管内面のフィンの内径側先端部に設けられた凹
凸形状の凸部の頂部をほぼ平坦な矩形としたので、機械
拡管時におけるフィンのつぶれを最小限に抑えることが
でき、その結果高い凝縮・蒸発伝熱性能を維持すること
ができる。
【図１】本発明の第１の実施例である内面フィン付き伝
熱管の構造を表す部分拡大斜視図である。
熱管の構造を表す部分拡大斜視図である。
【図２】図１に示した実施例のフィン詳細を示す斜視図
である。
である。
【図３】本発明の第５の実施例である熱交換器を示す部
分斜視図である。
分斜視図である。
【図４】本発明の内面フィン付き伝熱管を熱交換器に組
み込む際の機械拡管を説明する断面図である。
み込む際の機械拡管を説明する断面図である。
【図５】従来技術による内面フィン付き伝熱管の拡管前
と拡管後の状態を示す断面斜視図である。
と拡管後の状態を示す断面斜視図である。
【図６】拡管時に力を受けるフィン先端部の面積を示す
概念図である。
概念図である。
【図７】従来の断続内面フィン付き伝熱管の拡管前と拡
管後の状態を示す断面斜視図である。
管後の状態を示す断面斜視図である。
【図８】ＨＣＦＣ−２を用いて測定した従来の断続内面
フィン付き伝熱管の拡管前と拡管後の凝縮熱伝達率を比
較して示す図である。
フィン付き伝熱管の拡管前と拡管後の凝縮熱伝達率を比
較して示す図である。
【図９】本発明の第２の実施例である内面フィン付き伝
熱管の構造を表す部分拡大斜視図である。
熱管の構造を表す部分拡大斜視図である。
【図１０】本発明の第３、第４の実施例のフィン先端近
傍を示す斜視図である。
傍を示す斜視図である。
【図１１】本発明の内面フィン付き伝熱管の他の実施例
を示す断面斜視図である。
を示す断面斜視図である。
【図１２】本発明の内面フィン付き伝熱管の他の実施例
を示す断面斜視図である。
を示す断面斜視図である。
【図１３】図１に示された伝熱管を備えた熱交換器と、
図５に示された従来の伝熱管を備えた熱交換器の熱通過
率を比較して示す概念図である。
図５に示された従来の伝熱管を備えた熱交換器の熱通過
率を比較して示す概念図である。
【図１４】本発明の第６の実施例である空調機を示す系
統概念図である。
統概念図である。
【図１５】図１に示された伝熱管を備えた熱交換器を用
いる空調機と、図５に示された従来の伝熱管を備えた熱
交換器を用いる空調機の動作係数を比較して示す概念図
である。
いる空調機と、図５に示された従来の伝熱管を備えた熱
交換器を用いる空調機の動作係数を比較して示す概念図
である。
１００ 内面フィン付き伝熱管 １０１ １次フィン １０２ 頂部 １０３ 谷部 １５０ 伝熱管 １５１ 溝 １５２ フィン １０００ 熱交換器 １００５ 空気流 １００６ フィン １００８ ルーバ １１００ 空調機 １１２２ 圧縮機 １１２３ 四方弁 １１２４ 室外熱交換器 １１２５ 膨張弁 １１２６ 室内熱交換器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 弘 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 小暮 博志 栃木県下都賀郡大平町大字富田800番地 株式会社 日立製作所 冷熱事業部内 審査官 佐野 遵 (56)参考文献 特開 平８−75384（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−327792（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−190663（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−119192（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−18092（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−128793（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−61895（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−203382（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−179471（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 1/40 F25B 39/00 F28F 1/00 F28F 1/32
Claims (9)
- 【請求項１】 内面フィンの上部に凹凸を設けた内面フ
ィン付き伝熱管において、この凹凸の頂上部の拡管を行
う前の形状を、内面フィン内接円筒の曲率に沿って、わ
ずかにへこませた矩形にし、フィンの長手方向に沿う面
での該凸部の断面形状が台形もしくは長方形であること
を特徴とする内面フィン付き伝熱管。 - 【請求項２】 請求項１記載の内面フィン付き伝熱管に
おいて、頂上矩形部の縦横比（１次フィンに沿った長さ
／１次フィンに垂直方向の長さ）をほぼ１にしたことを
特徴とする内面フィン付き伝熱管。 - 【請求項３】 請求項１記載の内面フィン付き伝熱管に
おいて、頂上矩形部の各辺の寸法を１００μｍ以下にし
たことを特徴とする内面フィン付き伝熱管。 - 【請求項４】 伝熱管内面に設けられた連続フィンの内
径側端部に凹凸を設けた内面フィン付伝熱管において、
複数種類の幅の一次フィンを設け、一次フィンの先端部
を平面に形成したことを特徴とする内面フィン付伝熱
管。 - 【請求項５】 伝熱管内面に設けられた連続フィンの内
径側端部に凹凸を設けた内面フィン付伝熱管において、
一次フィンの内径側端部に設けた凸部の頂部を長方形の
平面に形成すると共に、該平面の一次フィン方向の長さ
を複数種類の長さとしたことを特徴とする内面フィン付
伝熱管。 - 【請求項６】 請求項１記載の内面フィン付き伝熱管を
備えたクロスフィンチューブ形熱交換器。 - 【請求項７】 少なくとも凝縮器及び蒸発器を含む複数
の熱交換器を備えた冷凍・空調機において、前記複数の
熱交換器のうち少なくとも１つが、請求項６記載の熱交
換器であることを特徴とする冷凍・空調機。 - 【請求項８】 板材にフィン形状の溝を備えた第１ロー
ルを押しつけながら転がして１次フィンを形成し、次に
第２ロールにより１次フィンの上部に凹凸を設け、次い
で該板材を管状に成形して内面フィンの上部に凹凸を設
けた内面フィン付き伝熱管を製造する方法において、前
記第１ロールにより、頂部が内面フィンの内径に内接す
る円筒の曲率にほぼ等しい曲率のくぼみを持つ台形のフ
ィンを形成することを特徴とする内面フィン付き伝熱管
製造方法。 - 【請求項９】 板材にフィン形状の溝を備えた第１ロー
ルを押しつけながら転がして１次フィンを形成し、次に
第２ロールにより１次フィンの上部に凹凸を設け、次い
で該板材を管状に成形して内面フィンの上部に凹凸を設
けた内面フィン付き伝熱管を製造する方法において、前
記第２ロールにより１次フィンの上部に凹凸を設けると
同時に凸部となる１次フィンの上部を押しつけて頂部が
内面フィンの内径に内接する円筒の曲率にほぼ等しい曲
率のくぼみを持つ台形のフィンを形成することを特徴と
する内面フィン付き伝熱管製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00372997A JP3331518B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00372997A JP3331518B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10197184A JPH10197184A (ja) | 1998-07-31 |
| JP3331518B2 true JP3331518B2 (ja) | 2002-10-07 |
Family
ID=11565365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00372997A Expired - Fee Related JP3331518B2 (ja) | 1997-01-13 | 1997-01-13 | 内面フィン付き伝熱管及び熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3331518B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010100992A1 (ja) | 2009-03-06 | 2010-09-10 | 三菱重工業株式会社 | 太陽熱受熱器および太陽熱発電設備 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2001289586A (ja) * | 2000-04-07 | 2001-10-19 | Daikin Ind Ltd | 内面溝付伝熱管 |
| JP2002235991A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-23 | Nippon Alum Co Ltd | 独立フィンチューブ型熱交換器 |
| US7311137B2 (en) | 2002-06-10 | 2007-12-25 | Wolverine Tube, Inc. | Heat transfer tube including enhanced heat transfer surfaces |
| ATE412866T1 (de) * | 2002-06-10 | 2008-11-15 | Wolverine Tube Inc | Verfahren zur herstellung eines wärmetauscherrohres |
| US8573022B2 (en) | 2002-06-10 | 2013-11-05 | Wieland-Werke Ag | Method for making enhanced heat transfer surfaces |
| US20060112535A1 (en) | 2004-05-13 | 2006-06-01 | Petur Thors | Retractable finning tool and method of using |
| CA2601112C (en) | 2005-03-25 | 2011-12-13 | Wolverine Tube, Inc. | Tool for making enhanced heat transfer surfaces |
| JP2010133644A (ja) * | 2008-12-04 | 2010-06-17 | Hitachi Appliances Inc | 分配器 |
| JP2010243132A (ja) * | 2009-04-10 | 2010-10-28 | Hitachi Cable Ltd | 伝熱管及び熱交換器 |
| DE102009060395A1 (de) * | 2009-12-22 | 2011-06-30 | Wieland-Werke AG, 89079 | Wärmeübertragerrohr und Verfahren zur Herstellung eines Wämeübertragerrohrs |
| CN102679791B (zh) * | 2011-03-10 | 2015-09-23 | 卢瓦塔埃斯波公司 | 用于热交换器的传热管 |
| CN103851945B (zh) * | 2012-12-07 | 2017-05-24 | 诺而达奥托铜业（中山）有限公司 | 具有粗糙内表面的内螺纹管 |
-
1997
- 1997-01-13 JP JP00372997A patent/JP3331518B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010100992A1 (ja) | 2009-03-06 | 2010-09-10 | 三菱重工業株式会社 | 太陽熱受熱器および太陽熱発電設備 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10197184A (ja) | 1998-07-31 |
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