JP3811909B2 - 伝熱管およびそれを用いた熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍・空調装置に用いられる熱交換器と、その熱交換器の蒸発管および凝縮管として主に使用される伝熱管とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えばハイドロクロロフルオロカーボン類であるＨＣＦＣ−２２などの冷媒を作動流体とする従来の冷凍・空調装置の熱交換器に用いられる伝熱管としては、管内周面に複数の突条が螺旋状に形成された螺旋溝付管、または、管内周面に螺旋方向が異なる２つの突条が２つ組み合わされて螺旋状に複数形成された溝付管（以下、ダブル溝付管という）などがある。
【０００３】
図８は冷凍・空調装置に用いられる熱交換器の模式図、図９は熱交換器に用いられている従来の伝熱管の斜視図、その斜視図のＣ−Ｃ１展開図および斜視図Ｄ部分の拡大断面図である。図において、１１はほぼ中間点においてＵ字状に折り曲げられた（折り曲げ部１１ｃ）螺旋溝付管１１ａまたはダブル溝付管１１ｂである伝熱管、１２は縦に所定間隔をおいて平行に複数枚配列されたフィンで、伝熱管１１はフィン１２に対して垂直にかつ隣接して設置され、各フィン１２を貫通している。１３は隣接する伝熱管１１の端部を結合するＵ字型ベンドで、伝熱管１１、フィン１２およびベンド１３によって熱交換器１が構成されている。そして、冷媒は伝熱管１１およびベンド１３の内部を流れてフィン１２間を流れる空気との間で熱交換し、伝熱管１１内においては冷媒の蒸発あるいは凝縮の相変化が起こる。
【０００４】
また、伝熱管１１である螺旋溝付管１１ａは、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、その管内周面に複数の突条１４が管軸方向に対して螺旋状に多数形成されており、伝熱管１１であるダブル溝付管１１ｂは、図９（ｄ），（ｅ）に示すように、管内周面に螺旋方向が異なる２つの突条１６が２つ組み合わされて管内周全体でほぼＷ字状になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成されている。そして、螺旋溝付管１１ａおよびダブル溝付管１１ｂは、造管および溶接加工を経て形成され、図９（ｂ），（ｄ）に示すように、造管加工前の平板状の伝熱面（造管加工後の管内周面）において溝加工を施した後、伝熱面の両端部１８ａ，１８ｂを溶接して平板状から管状に造管する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の熱交換器１においては、その伝熱管１１である螺旋溝付管１１ａまたはダブル溝付管１１ｂ内を流れる冷媒とフィン１２間を流れる空気との間で熱交換されるとき、蒸発熱および凝縮熱が発生するが、これらの熱の伝達率は大きければ大きいほど螺旋溝付管１１ａまたはダブル溝付管１１ｂである伝熱管１１の伝熱性能が高くなることになる。
【０００６】
図１０および図１１は螺旋溝付管１１ａとダブル溝付管１１ｂの平均蒸発熱伝達率および平均凝縮熱伝達率を示す線図で、曲線ａが螺旋溝付管１１ａ、曲線ｂがダブル溝付管１１ｂを示している。図１０，１１から明らかなように、螺旋溝付管１１ａは、質量速度の大きな高流量域あるいは質量速度の小さな低流量域のいずれでも蒸発熱伝達率および凝縮熱伝達率がダブル溝付管１１ｂに比べて低くなっており、螺旋溝付管１１ａとダブル溝付管１１ｂとではダブル溝付管１１ｂを伝熱管１１として用いることが好ましいことがわかる。しかしながら、ダブル溝付管１１ｂは、質量速度の大きな高流量域では螺旋溝付管１１ａよりも大きな熱伝達率を示すものの、質量速度の小さな低流量域では螺旋溝付管１１ａとほぼ等しい熱伝達率まで低下してしまう。この傾向は単一冷媒や混合冷媒に関わらず同様である。なお、図１１においてダブル溝付管１１ｂの凝縮熱伝達率が低流量域においても螺旋溝付管１１ａより大きな値を示すのは、図９（ｃ），（ｅ）に示すように、この場合のダブル溝付管１１ｂの突条１６が螺旋溝付管１１ａの突条１４に比べて凝縮に有利な高くて細い形状であるためである。
【０００７】
つまり、ダブル溝付管１１ｂにおいては、図９（ｄ），（ｅ）に示すように、高流量域では突条１６間の溝部１７に沿って流れる冷媒の液膜の速度が速いため、隣接する螺旋方向が異なる溝部１７ａ，１７ｂとの交差部１７ｃで液膜同志が衝突して伝熱促進に寄与する乱れが発生するが、低流量域では液膜の速度が遅くなりこのような液膜の衝突効果が小さくなるため、熱伝達率が低下してしまうという問題があった。また、螺旋溝付管１１ａにおいては、図９（ｂ），（ｃ）に示すように、突条１４間の溝部１５で螺旋溝付管１１ａの底部の液膜を頂部へ引き上げようとする毛細管力が生じ、これが伝熱を促進する。すなわち、冷媒の蒸発では毛細管力によって引き上げられた冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大して熱伝達率が促進され、凝縮では毛細管力によって引き上げられた冷媒の液膜で埋もれない突条１４の先端部１４ａで非常に高い凝縮熱伝達率が得られる。しかしながら、ダブル溝付管１１ｂにおいては隣接する螺旋方向が異なる溝部１７ａ，１７ｂとの交差部１７ｃで溝幅Ｇ２が他の部分より大きくなるため、この交差部１７ｃで毛細管力が非常に小さくなり、高い熱伝達率を示す領域が減少して熱伝達率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、全流量域に渡って高い熱伝達率が得られる伝熱性能の向上した伝熱管およびそれを用いた熱交換器を提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成し、突条を、山頂角が１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成した先端部と、管内周面と突条側面とのなす角が３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成した軸部とにより構成したものである。
【００１０】
また、突条の断面形状を、先端山形状、ほぼ菱形状またはほぼ矢印状としたものである。
【００１１】
本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に、複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、熱交換器に設置したときの底部および頂部に突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に設けて２つの突条部を形成し、突条部の一方の螺旋方向を他方の突条部の螺旋方向と異なるようにしたものである。
【００１６】
本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に、螺旋方向が異なる２つの突条をこの突条間の溝部の幅が熱交換器に設置したときの底部で最大、頂部で最小になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成したものである。
【００１７】
また、管軸方向のあらかじめ設定された間隔毎に突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直または螺旋状に設けて複数の突条部を形成したものである。
【００１８】
本発明に係る熱交換器は、フィンおよび伝熱管を備えこの伝熱管内に冷媒を流して外部空気と熱交換する熱交換器において、上述の伝熱管を少なくとも一部に用いたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
図１は本発明の第１の実施形態の一部を示す斜視図、図２はそのＢ部分の拡大断面図である。図において、２は図８で説明した熱交換器１に用いられる伝熱管で、管内周面に複数の突条３が管軸方向に対して螺旋状に形成されている。また、突条３は、図２に示すように、山頂角θが１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成された先端部３ａと、管内周面と突条側面とのなす角αが３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成された軸部３ｂとから構成され、突条３の高さＨは、伝熱管２の管内径Ｒが７ｍｍ〜１３ｍｍの範囲内にあるとき０．１５ｍｍ以上管半径ｒ以内になるように形成されている。そして、伝熱管２は、図８に示すように、そのほぼ中間部においてＵ字状に折り曲げられ（折り曲げ部２ａ）、フィン１２に対して垂直にかつ隣接して設置されて各フィン１２を貫通し、隣接する伝熱管２の端部をベンド１３によって結合させて熱交換器１を構成する。
【００２０】
このように構成した熱交換器１において、伝熱管２およびベンド１３の内部に冷媒を流すと、その冷媒とフィン１２間を流れる空気との間で熱交換が行われ、伝熱管２内においては冷媒の凝縮および蒸発の相変化が起こる。そして、冷媒の凝縮では、突条３の先端部３ａで凝縮した冷媒が先端部３ａから流れ落ち、軸部３ｂを伝って突条３間の溝部４に流れ込む。この時、軸部３ｂの側面と管内周面とのなす角αが３０度〜９０度の範囲内であるため、冷媒は溝部４内に容易に流れ込み、突条３の先端部３ａが冷媒の液膜に埋もれない状態が維持されて、冷媒と伝熱管２の外部空気とが熱交換される。また、冷媒の蒸発では、凝縮の場合と同様に冷媒が先端部３ａから流れ落ち、軸部３ｂを伝って突条３間の溝部４に流れ込む。この時、軸部３ｂの側面と管内周面とのなす角αが３０度〜９０度の範囲内であるため、図９に示した従来の伝熱管１１の突条１４，１６の場合と比較して突条３間の溝部４内に冷媒が保持されやすくなり、沸騰が促進されるとともに冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大し、冷媒は蒸発しつつ冷媒と伝熱管２の外部空気との間で熱交換される。
【００２１】
このように、伝熱管２の突条３の先端部３ａをその山頂角θが１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成し、突条３の軸部３ｂをその側面と管内周面とのなす角αが３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成したので、熱交換時において伝熱管２での冷媒の凝縮では、突条３の先端部３ａで凝縮した冷媒は先端部３ａから流れ落ちて突条３間の溝部４内に容易に流れ込み、先端部３ａが冷媒の液膜に埋もれない状態が維持されて常に高い凝縮熱伝達率が得られ、伝熱性能を向上させることができる。また、冷媒の蒸発では、冷媒が突条３間の溝部４内で保持されて沸騰が促進されるとともに、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積を増大させることができ、伝熱性能が向上した伝熱管２を得ることができる。
【００２２】
ここで、突条３の先端部３ａの山頂角θを６０度を越えた大きさに形成すると、先端部３ａで凝縮した冷媒が突条３間の溝部４内に流れにくくなるため先端部３ａにとどまってしまい、先端部３ａが冷媒の液膜に埋もれてしまって高い凝縮熱伝達率が得られない。また、突条３の軸部３ｂの側面と管内周面とのなす角αを９０度を越えた大きさに形成すると、溝部４内に冷媒が保持されにくくなり、３０度より小さく形成すると、冷媒が溝部４内に流れ込みにくくなるため、毛細管力が小さくなって有効伝熱面積が減少し、高い蒸発熱伝達率が得られない。したがって、山頂角θは１０度〜６０度の範囲内が好ましく、軸部３ｂの側面と管内周面とのなす角αは３０度〜９０度の範囲内が好ましい。
【００２３】
なお、上述の実施形態では伝熱管２の突条３を山頂角θが１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成された先端部３ａと、側面と管内周面とのなす角αが３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成された軸部３ｂにより構成し、突条３の断面形状を先端山形状に形成した場合を示したが、図３（ａ）に示すように、突条３の断面形状がほぼ菱形状になるように形成してもよく、図３（ｂ）に示すように、突条の断面形状がほぼ矢印状になるように形成してもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【００２４】
実施形態２．
図４は本発明の第２の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図およびＡ−Ａ断面図で、この実施形態は、第１の実施形態の伝熱管２（図１参照）において、管内周面に複数の突条３を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、熱交換器１に設置したときの底部および頂部に突条３が形成されていない平滑部５をあらかじめ設定された幅で管軸方向に設けて２つの突条部６Ａ，６Ｂを形成し、一方の突条部６Ａの螺旋方向を他方の突条部６Ｂの螺旋方向と異なるように構成したものである。
【００２５】
このように構成したこの実施形態においても、第１の実施形態で説明した場合と同様に、熱交換器１に設置された伝熱管２およびベンド１３の内部に図４の矢印Ｘの方向（管軸方向）に冷媒を流すと、冷媒は伝熱管２の底部から頂部に向かって突条３間の溝部４に沿いかつ左右両側に旋回流を形成しながら流れて、フィン１２間を流れる空気との間で熱交換が行われ、伝熱管２内においては冷媒の凝縮および蒸発の相変化が起こる。冷媒の凝縮では、突条３の先端部３ａで凝縮した冷媒が先端部３ａから流れ落ち、軸部３ｂを伝って突条３間の溝部４に流れ込んで溜まるとともに、平滑部５で多量に保持されて、冷媒と伝熱管２の外部空気とが熱交換される。そして、旋回流によって溝部４に挟まれた冷媒の液膜は頂部に引き上げられて底部の液膜を薄くする。また、冷媒の蒸発では、凝縮の場合と同様に冷媒が先端部３ａから流れ落ち、軸部３ｂを伝って突条３間の溝部４に流れ込んで平滑部５に多量に保持されるとともに、溝部４に挟まれた冷媒の液膜は頂部に引き上げられて底部の液膜を薄くし、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積を増大して冷媒と伝熱管２の外部空気が熱交換される。
【００２６】
ところで、伝熱管２の造管工程は、通常、伝熱管２のＵ字曲げ加工→フィン１２への挿入→ベンド１３の取り付けの順に行われるため、伝熱管２はそのＵ字曲げ部２ａ（図８参照）を中心に底部と頂部が逆転することになる。しかしながら、この実施形態に係る伝熱管２は底部と頂部の２個所に平滑部５を設けているので、底部と頂部が逆転して設置されても常に伝熱管２の底部と頂部には平滑部５が位置し、この平滑部５に多量の冷媒が保持される。
【００２７】
このように、管内周面に複数の突条３を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、底部および頂部に平滑部５を管軸方向に設けて２つの突条部６Ａ，６Ｂを形成し、一方の突条部６Ａの螺旋方向を他方の突条部６Ｂの螺旋方向と異なるように構成したので、底部から頂部に向かう冷媒の旋回流が溝部４に沿って左右両側に形成され、突条３間の溝部４に挟まれた冷媒の液膜が頂部へ引き上げられ易くなる。これにより、冷媒の蒸発では、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大して熱伝達率が促進され、凝縮の場合も底部の液膜が薄くなって突条３の先端部３ａの冷媒の液膜により埋もれていない領域が増加し、高い凝縮熱伝達率が得られて伝熱性能を向上することができる。また、凝縮の場合、底部に設けた平滑部５に多量の冷媒が保持されるので、側部では突条３間の溝部４の液膜が薄くなって突条３の先端部３ａの液膜により埋もれていない領域が増加し、高い凝縮熱伝達率を得ることができる。
【００２８】
実施形態３．
図５は本発明の第３の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図で、この実施形態は、第１の実施形態のＡ−Ａ１で展開した伝熱管２において、管内周面に複数の突条３を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、突条３が形成されていない平滑部５をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直に設けて複数の突条部６を形成し、各突条部６を、突条３の先端部３ａによって形成された突条先端線の延長線７が隣接する突条部６の突条３間の溝部４に位置するように形成したものである。
【００２９】
このように構成したこの実施形態においても、第１の実施形態で説明した場合と同様に、熱交換器１に設置された伝熱管２およびベンド１３の内部に図５の矢印Ｘの方向（管軸方向）に冷媒を流すと、冷媒は突条３間の溝部４に沿って旋回流を形成しながら流れてフィン１２間を流れる空気との間で熱交換が行われ、伝熱管２内においては冷媒の凝縮および蒸発の相変化が起こる。この時、突条部６を流れる冷媒は各突条３において伝熱抵抗である温度境界層８を形成する。この温度境界層８は高い熱伝達率を得るために薄くする必要があるが、突条部６の入口６ａでは非常に薄くなっているものの突条３に沿って流れるにしたがって連続的に発達して厚くなる（以下、前縁効果という）。そして、１つの突条部６を通過する間に充分発達した冷媒の温度境界層８は平滑部５を経て次の突条部６に流入される。この時、各突条部６は突条先端線の延長線７が隣接する突条部６の突条３間の溝部４に位置するように形成されているので、次の突条部６に流れる冷媒はその入口６ａ付近で混合して乱れ、各突条３で発達した冷媒の温度境界層８は破壊される。
【００３０】
このように、管内周面に複数の突条３を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、平滑部５をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直に設けて複数の突条部６を形成し、各突条部６を突条先端線の延長線７が隣接する突条部６の突条３間の溝部４に位置するように形成しているので、冷媒の蒸発では、冷媒が突条３間の溝部４内に保持され毛細管力が大きくなり、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大して熱伝達率が促進され、凝縮の場合も平滑部５に多量の冷媒が保持されて突条３の先端部３ａの冷媒の液膜により埋もれていない領域が増加し、高い凝縮熱伝達率が得られて伝熱性能を向上することができる。また、前縁効果によって各突条３で発達し厚くなった冷媒の温度境界層８は、次の突条部６の入口６ａ付近で冷媒が混合してその流れに乱れが生じることによって破壊され、次の突条部６では薄くなるため、高い熱伝達率が得られて伝達性能の向上した伝熱管２を得ることができる。
【００３１】
なお、上述の実施形態では各突条部６の螺旋方向を同一にした場合を示したが、図６に示すように、各突条部６のうち少なくとも１つの突条部６の螺旋方向を他の突条部と異なるように構成してもよく、さらに平滑部５を省略したものとしてもよい。これらの場合、各突条部６で形成された冷媒の流れが異なるため、次の突条部６の入口６ａ付近で流れの乱れが生じ、各突条３で形成された温度境界層８が破壊されて熱伝達率の促進を図ることができる。また、図６に示す伝熱管２において、各突条部６を突条先端線の延長線７が隣接する突条部６の突条３間の溝部４に位置するように形成してもよく、この場合も同様の効果を奏する。さらに、平滑部５を管軸方向に対して螺旋状に設けてもよく、この場合も同様に効果を奏する。
【００３２】
実施形態４．
図７は本発明の第４の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図で、この実施形態は、第１の実施形態のＡ−Ａ１で展開した伝熱管２において、管内周面に螺旋方向が異なる２つの突条３Ａ，３Ｂを突条３間の溝部４の幅Ｇ１が熱交換器１に設置したときの底部で最大、頂部で最小になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成し、管軸方向のあらかじめ設定された間隔毎に突条３が形成されていない平滑部５をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直に設けて複数の突条部６を形成したものである。なお、伝熱管２はその造管工程のＵ字曲げ加工時において、伝熱管２のＵ字曲げ部２ａを中心に底部と頂部が逆転するが、各伝熱管２はベンド１３によってそれぞれ結合されたときに底部と頂部は元の位置にもどるため、この伝熱管２を熱交換器１全体に用いることができる。
【００３３】
このように構成したこの実施形態においても、第１の実施形態で説明した場合と同様に、熱交換器１に設置された伝熱管２およびベンド１３の内部に図７の矢印Ｘの方向（管軸方向）に冷媒を流すと、冷媒は伝熱管２の底部から頂部に向かって突条３間の溝部４に沿いかつ左右両側に旋回流を形成しながら流れ、フィン１２間を流れる空気との間で熱交換が行われる。伝熱管２内においては冷媒の凝縮および蒸発の相変化が起こる。この時、突条３間の溝部４の冷媒の液膜は、その重力と底部から頂部に引き上げる毛細管力とがつり合う高さまで引き上げられる。この毛細管力は溝部４の幅Ｇ１が小さいほど大きくなり、底部から頂部に向かうほど大きな毛細管力が生じる。また、各突条３では冷媒の温度境界層８が形成されるが、冷媒は平滑部５と突条部６の入口６ａ付近で混合して流れが乱れ、発達した冷媒の温度境界層８が破壊される。
【００３４】
このように、管内周面に螺旋方向が異なる２つの突条３Ａ，３Ｂを突条３間の溝部４の幅Ｇ１が熱交換器１に設置したときの底部で最大、頂部で最小になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成しているので、毛細管力が頂部に向かうにしたがって大きくなり、冷媒の蒸発では伝熱に寄与する有効伝熱面積が増大して熱伝達率が促進され、冷媒の凝縮でも高い凝縮熱伝達率が得られる突条３の先端部３ａの冷媒の液膜により埋もれていない領域が増加して伝熱性能を向上させることができる。また、管軸方向のあらかじめ設定された間隔毎にあらかじめ設定された幅の平滑部５を管軸方向に対して垂直に設けて複数の突条部６を形成しているので、前縁効果によって発達し厚くなった冷媒の温度境界層８は、平滑部５および次の突条部６の入口６ａ付近で混合された冷媒の流れの乱れによって破壊され、次の突条部６では薄くなるため、高い熱伝達率が得られて伝達性能の向上した伝熱管２を得ることができる。
【００３５】
さらに、熱交換器１を蒸発器として用いた場合、乾き度の大きな領域では冷媒の流動状態が環状流または半環状流となり、薄い液膜が管内周面全域に渡って形成されるので大きな熱伝達率が得られるが、乾き度の小さな領域では流動状態が分離流となり易く、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が減少して熱伝達率が低下する。このような場合、特に乾き度の小さな蒸発器の上流部に上述した伝熱管２を適用すると、毛細管力が増大し、伝熱に寄与する有効伝熱面積が増加して熱伝達率の促進が得られる。
【００３６】
なお、上述の実施形態では平滑部５を管軸方向に対して垂直に設けた場合を示したが、管軸方向に対して螺旋状に設けてもよく、平滑部５を省略してもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【００３７】
また、上述の第２〜第４の実施形態では伝熱管２の管内周面に設けた突条３を図２に示した形状で構成した場合を示したが、突条３の形状はこれに限定するものではなく、例えば図３（ａ），（ｂ）に示したものでもよく、また、図９に示した従来の突条１４，１６としてもよい。これらの場合も同様の効果を奏する。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成し、突条を、山頂角が１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成した先端部と、管内周面と突条側面とのなす角度が３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成した軸部とにより構成し、突条の断面形状を、先端山形状、ほぼ菱形状またはほぼ矢印状としたので、伝熱管内に冷媒を流して外部空気との熱交換が行われると、冷媒の凝縮では突条間の溝部に冷媒が容易に流れ込んで突条の先端部が冷媒の液膜によって埋もれない状態が維持され、常に高い凝縮熱伝達率を得ることができるとともに、冷媒の蒸発では突条間の溝部に冷媒が保持されやすくなって沸騰が促進され、冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大して伝熱性能の向上した伝熱管を得ることができる。
【００３９】
本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に、複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、熱交換器に設置したときの底部および頂部に突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に設けて２つの突条部を形成し、突条部の一方の螺旋方向を他方の突条部の螺旋方向と異なるようにしたので、伝熱管内に冷媒を流して外部空気との熱交換が行われると、伝熱管の底部から頂部に向かう旋回流が形成され、突条間の溝部の冷媒の液膜が頂部へ引き上げられやすくなり、冷媒の蒸発では冷媒と管内周面が接する有効伝熱面積が増大して高い熱伝達率が得られ、冷媒の凝縮でも底部の冷媒の液膜が薄くなって伝熱性能の向上した伝熱管を得ることができる。
【００４２】
本発明に係る熱交換器用伝熱管は、管内周面に、螺旋方向が異なる２つの突条をこの突条間の溝部の幅が熱交換器に設置したときの底部で最大、頂部で最小になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成したので、伝熱管の頂部に向かうにしたがって毛細管力が大きくなり、冷媒の蒸発では伝熱に寄与する有効伝熱面積が増大して熱伝達率が促進され、冷媒の凝縮でも突条の先端部の冷媒の液膜により埋もれていない領域が増加して伝熱性能を向上させることができる。
【００４３】
また、管軸方向のあらかじめ設定された間隔毎に突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直または螺旋状に設けて複数の突条部を形成したので、前縁効果によって各突条で発達し厚くなった冷媒の温度境界層を平滑部および次の突条部の入口付近で混合された冷媒の流れの乱れによって破壊することができ、高い熱伝達率が得られて伝達性能の向上した伝熱管を得ることができる。
【００４４】
本発明に係る熱交換器は、フィンおよび伝熱管を備えこの伝熱管内に冷媒を流して外部空気と熱交換する熱交換器において、上述の伝熱管を少なくとも一部に用いたので、全流領域に渡って冷媒側の熱伝達率を高く維持することができ、伝熱性能の向上した熱交換器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態の一部を示す斜視図である。
【図２】 図１のＢ部分の拡大断面図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態に係る突条の他の変形例の拡大断面図である。
【図４】 本発明の第２の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図およびＡ−Ａ断面図である。
【図５】 本発明の第３の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図である。
【図６】 本発明の第３の実施形態の他の変形例の一部を示すＡ−Ａ１展開図である。
【図７】 本発明の第４の実施形態の一部を示すＡ−Ａ１展開図である。
【図８】 冷凍・空調装置に用いられる熱交換器の模式図である。
【図９】 熱交換器に用いられている従来の伝熱管の斜視図、その斜視図のＣ−Ｃ１展開図および斜視図Ｄ部分の拡大断面図である。
【図１０】 従来の螺旋溝付管とダブル溝付管の平均蒸発熱伝達率を示す線図である。
【図１１】 従来の螺旋溝付管とダブル溝付管の平均凝縮熱伝達率を示す線図である。
【符号の説明】
１ 熱交換器、２ 伝熱管、３，３Ａ，３Ｂ 突条、３ａ 先端部、３ｂ 軸部、４ 溝部、５ 平滑部、６，６Ａ，６Ｂ 突条部、７ 突条先端線の延長線、１２ フィン、１３ ベンド、θ 山頂角、α 管内周面と突条側面とのなす角。

Claims (7)

1. 管内周面に複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成し、前記突条を、山頂角が１０度〜６０度の範囲内で断面山形状に形成した先端部と、前記管内周面と突条側面とのなす角が３０度〜９０度の範囲内で断面矩形状に形成した軸部とにより構成したことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
2. 突条の断面形状を、先端山形状、ほぼ菱形状またはほぼ矢印状としたことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用伝熱管。
3. 管内周面に、複数の突条を管軸方向に対して螺旋状に形成するとともに、熱交換器に設置したときの底部および頂部に前記突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に設けて２つの突条部を形成し、該突条部の一方の螺旋方向を他方の突条部の螺旋方向と異なるようにしたことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
4. 管内周面に、螺旋方向が異なる２つの突条を該突条間の溝部の幅が熱交換器に設置したときの底部で最大、頂部で最小になるように管軸方向に対して螺旋状に複数形成したことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
5. 管軸方向のあらかじめ設定された間隔毎に前記突条が形成されていない平滑部をあらかじめ設定された幅で管軸方向に対して垂直または螺旋状に設けて複数の突条部を形成したことを特徴とする請求項４記載の熱交換器用伝熱管。
6. 突条を請求項１または２のいずれかに記載の形状に構成したことを特徴とする請求項３，４または５記載の熱交換器用伝熱管。
7. フィンおよび伝熱管を備え該伝熱管内に冷媒を流して外部空気と熱交換する熱交換器において、請求項１，２，３，４，５または６のいずれかに記載の伝熱管を少なくとも一部に用いたことを特徴とする熱交換器。

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