JP4703340B2

JP4703340B2 - フィンチューブ

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Publication number: JP4703340B2
Application number: JP2005281486A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2005-09-28
Filing date: 2005-09-28
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: JP2007093073A

Description

本発明は、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、食品の鮮度を保って保存する冷凍冷蔵庫、化学設備の反応塔等に広く使用されるフィンチューブに係るものである。

従来より、上記の如く自動車の油冷却管等に用いられるフィンチューブとして、特許文献１に示す発明の如く、管部材の外周面に長尺な一定幅の板材を螺旋状に巻き付けてフィン部材を形成しているものが知られているが、このようなフィン部材は表面が平滑であるため、更に放熱性を高めるためには、より広い表面積が必要となっていた。また、このように形成したフィン部材の表面に流れる流体が整流されるため、このフィン部材の表面に存在する境界層が厚くなり、放熱による熱交換機能を十分発揮することが困難であった。

そこで、特許文献２に示す如く、複数個のピン状のフィン部材を一定間隔で配設した固定帯を管材の表面に螺旋状に巻き付けて、管材にピン状のフィン部材を突設したものが公知となっている。このピン状のフィン部材は、先端部を固定帯から突出させるとともに、基端部を管材の表面に接触させて設けられている。このように、管材の表面にピン状のフィン部材を配設することにより、表面積を広げるとともに、フィン部材の表面に流れる流体に乱流を生じさせて境界層を剥離し、放熱による熱交換機能を高めることを目的としている。
特開平０９−４２５７３号公報特開２００３−２１４７９２号公報

しかしながら、この特許文献２に示す如きフィン部材は、複数個のピン状のフィン部材を個別に形成しなければならず、また、このようなピン状のフィン部材を一本ずつ管材に配設しなければならないため、製造に手間がかかるとともに、製造コストが高くつくものであった。また、このようなピン状のフィン部材は、各々のピン毎に管材表面への接触の度合いにバラつきが生じやすいものとなっていたため、各ピン毎の放熱性に差が生じ、熱伝達効率が安定しないものとなっていた。

本発明は上記の如き課題を解決しようとするものであって、製造が容易かつ製造コストが低廉で、放熱性を高めるのに十分な表面積を有するとともに多数の長いエッヂを形成し、放熱を安定して効率良く行うことができるフィン部材を配設したフィンチューブを得ようとするものである。

本発明は上述の如き課題を解決するため、一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材の外側部をベルト材の一面に固定してフィン部材を形成し、このフィン部材のベルト材の他面を管部材の外周面に面接触させ、フィン部材を管部材の外周面に巻き回して固定したものである。

また、フィン部材は、管部材の外周面に螺旋状に巻き回したものであっても良い。

また、フィン部材は、管部材の外周面に環状に巻き回すとともに、管部材の軸方向に間隔を設けて複数個配設したものであっても良い。

また、管部材は、外周面に螺旋状の凹溝を設け、この凹溝内にフィン部材のベルト材を配設したものであっても良い。

また、管部材は、外周面に環状の凹溝を軸方向に間隔を設けて複数箇所に形成し、この凹溝内にフィン部材のベルト材を配設したものであっても良い。

また、螺旋部材は、巻回形状を扁平としたものであっても良い。

また、螺旋部材は、ろう付け、溶接、又は接着によりベルト材の一面に固定したものであっても良い。

また、フィン部材は、管部材の外周面にベルト材の他面を密接して管部材に配設したものであっても良い。

また、フィン部材は、管部材の外周面にベルト材の他面をろう付け、溶接、または接着により固定して管部材に配設したものであっても良い。

また、フィン部材は、螺旋部材のベルト材配置側の内側部に、内側ベルト材を配置したものであっても良い。

また、フィン部材は、螺旋部材のベルト材配置側の内側部に、内側線材を配置したものであっても良い。

本発明は上述の如く構成したものであって、一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材の外側部をベルト材の一面に固定してフィン部材を形成することにより、フィン部材の表面積を容易に広くすることができる。また、多数の長いエッヂが形成されて、管外側の流体の流れに大きな乱れや渦を発生させて境界層を剥離されるものとなる。そのため、上記の広い表面積と多数の長いエッヂとにより放熱性を高めることが可能となる。

また、螺旋部材の外側部をベルト材の一面に固定するとともに他面を管部材の外周面に面接触させ、フィン部材を管部材の外周面に巻き回して固定することにより、管部材からの熱がフィン部材全体に広く均一に伝達され、放熱を安定して効率良く行うことができる。また、管部材にフィン部材を容易に配設することができるため、上記の如く放熱性を高めることができるフィン部材を設けたフィンチューブの製造を容易なものとするとともに、製造コストを低廉なものとすることが可能となる。

本発明の実施例１を図１及び図２に於いて説明すると、(１)は螺旋部材(４)とベルト材(５)とで形成したフィン部材であって、図１に示す如く、管部材(２)の外周面に螺旋状に配設している。本実施例１を更に詳細に説明すると、本実施例１のフィン部材(１)は、一本の線材(３)を螺旋状に巻回して形成した扁平な螺旋部材(４)と、薄板状で長尺なベルト材(５)とで形成したものであって、ベルト材(５)の一面(１１)に螺旋部材(４)の外側部(６)を一端から他端まで連続してろう付け固定している。

尚、上記螺旋部材(４)は、巻回形状を図２に示す如く長円状とするとともに、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム基合金、銅、銅基合金、好ましくは表面処理を施した鉄等の線材(３)にて形成されたものである。また、ベルト材(５)も上記螺旋部材(４)と同様にステンレス、アルミニウム、アルミニウム基合金、銅、銅基合金、好ましくは表面処理を施した鉄等で形成されたものである。

そして、上記の如く螺旋部材(４)とベルト材(５)とで形成したフィン部材(１)を、ベルト材(５)の他面(１２)を管部材(２)の外周面に面接触させた状態で引っ張りながら、図１に示す如く、外径及び内径を一端から他端まで同一径とした管部材(２)の外周面に螺旋状に巻回して、ろう付けなどの特別な固着手段を用いずに密接する。そして、このように管部材(２)にフィン部材(１)を巻き回すことにより、螺旋部材(４)により形成されたピン状片(７)が管部材(２)の外周面に螺旋状に複数個配設されるものとなる。

また、フィン部材(１)の他面(１２)と管部材(２)の外周面とを面接触させてフィン部材(１)を管部材(２)に配置しているため、管部材(２)からの熱がベルト材(５)を介して全てのピン状片(７)に広く伝達されるものとなり、フィン部材(１)全体からの放熱を安定して効率良く行うことが可能となる。また、このようにフィン部材(１)を管部材(２)に巻き回すのみで、図２に示す如く管部材(２)の表面にフィン部材(１)を密着固定することができるため、ろう付けや接着を必要とすることなく、フィンチューブの製造を容易なものとするとともに、製造コストを低廉なものとすることが可能となる。

また、管部材(２)の外周面に複数個配設されたピン状片(７)の存在によって、フィン部材(１)の表面積が広くなるとともに、多数の長いエッヂが形成される。そのため、エッヂ効果によって、管外側の流体の流れに大きな乱れや渦を発生させることにより境界層を剥離させることができ、広い表面積とエッヂ効果によって放熱性を高めることが可能となる。

また、前記実施例１では、外径及び内径を一端から他端まで同一径とした管部材(２)にフィン部材(１)を螺旋状に巻回しているが、本発明の実施例２では、管部材(２)の外周面に凹溝(８)を螺旋状に凹設し、この凹溝(８)内にフィン部材(１)のベルト材(５)を配置してフィン部材(１)を管部材(２)に巻回している。本実施例２を更に詳細に説明すると、図３に示す如く、管部材(２)の外周面にはベルト材(５)よりも若干幅広で底部(１０)が平坦な断面略コ字型の凹溝(８)を、各周毎に一定の間隔を設けて配置している。

また、凹溝(８)の底部(１０)を平坦としているため、ベルト材(５)の他面(１２)を凹溝(８)の底部(１０)に面接触させてフィン部材(１)を管部材(２)に配置することができる。そのため、管部材(２)からの熱がベルト材(５)を介して全てのピン状片(７)に確実に伝達されるものとなり、フィン部材(１)全体からの放熱を効率良く行うことができるとともに、フィン部材(１)を管部材(２)の軸方向に移動しにくいものとし、フィン部材(１)を管部材(２)に安定して配置することができる。また、管部材(２)に凹溝(８)を形成することにより管内に凹凸が生じることから、管部材(２)の管内側の流体に対して乱流化を生じさせることが可能となる。

また、上記実施例１及び２では、フィン部材(１)のベルト材(５)の他面(１２)を管部材(２)の外周面に、ろう付けなどの特別な固着手段を用いずに密接してフィン部材(１)を管部材(２)に巻回しているが、本発明の実施例３では図４に示す如く、ベルト材(５)の他面(１２)と管部材(２)の外周面との接触部をろう付けにより固定している。

このようにフィン部材(１)と管部材(２)の外周面とをろう付けにて固定することにより、振動などが生じた場合でもフィン部材(１)が移動することなく、フィン部材(１)をより安定した状態で管部材(２)に配置することが可能となる。尚、本実施例３ではフィン部材(１)と管部材(２)とをろう付けにて固定しているが、他の異なる実施例では、溶接、接着などによって固定することも可能である。

また、上記実施例１〜３では、巻回形状を長円状とした螺旋部材(４)にてフィン部材(１)を形成しているが、本発明の実施例４では、図５に示す如く、巻回形状を長方形とした螺旋部材(４)にてフィン部材(１)を形成している。また、上記実施例１〜３では、フィン部材(１)を管部材(２)の外周面に螺旋状に巻回しているが、本実施例４では、フィン部材(１)を管部材(２)の外周面に環状に巻回している。

本実施例４を更に詳細に説明すると、巻回形状を長方形とした螺旋部材(４)の短辺側の外側部(６)を、ベルト材(５)の一面(１１)にろう付けにて固定している。この時、図５に示す如く、螺旋部材(４)の外側部(６)がベルト材(５)に線接触するため、螺旋部材(４)の外側部(６)がベルト材(５)の一面(１１)に点接触する実施例１〜３のフィン部材(１)と比較して、螺旋部材(４)とベルト材(５)との接触面積が広くなるとともに、管部材(２)の外周面にフィン部材(１)を安定した状態で配置することができる。そのため、管部材(２)からの熱が全てのピン状片(７)に確実に且つ広く伝達されるものとなり、フィン部材(１)全体からの放熱を効率よく行うことが可能となる。

そして、上記の如く形成したフィン部材(１)を管部材(２)に配置するには、まず螺旋部材(４)の一端と他端とを環状に繋ぎ合わせることにより環状のフィン部材(１)を形成した後、この環状のフィン部材(１)の開口部(１３)に、外径及び内径を一端から他端まで同一径とした管部材(２)を挿通する。

この時、環状のフィン部材(１)の開口部(１３)の直径を管部材(２)の外径よりもわずかに大径なものとし、管部材(２)をフィン部材(１)に挿通した際に管部材(２)の外周面にベルト材(５)の他面(１２)が面接触するとともに、多少の振動が生じた場合であってもフィン部材(１)が移動困難となるよう、フィン部材(１)を管部材(２)に、ろう付けなどの特別な固定手段を用いずに密接して配置している。尚、このようにフィン部材(１)を管部材(２)に配置した状態で、更に液圧バルジやメカニカル拡管等の方法によって管部材(２)を拡管することにより、この管部材(２)の外周面をベルト材(５)の他面に強く密着させるとより好ましい。

また、このような環状のフィン部材(１)を、管部材(２)の軸方向に一定の間隔を設けて複数個配設している。このように環状のフィン部材(１)を管部材(２)に配設することにより、ピン状片(７)が管部材(２)の外周面に環状に複数個配設されるものとなる。そのため、このピン状片(７)の存在によってフィン部材(１)の表面積が広くなるとともに、多数の長いエッヂが形成されて境界層を剥離させ、放熱性を高めることが可能となる。

尚、本実施例４では上記の如く、先に螺旋部材(４)の一端と他端とを環状に繋ぎ合わせて環状のフィン部材(１)を形成し、このフィン部材(１)を管部材(２)に配設しているが、他の異なる実施例においては、管部材(２)に螺旋部材(４)を環状に巻き回した後、この螺旋部材(４)の一端と他端とを繋ぎ合わせることにより、環状のフィン部材(１)を管部材(２)に配設することも可能である。しかしながら、本実施例の如く先に環状のフィン部材(１)を形成した後、このフィン部材(１)を管部材(２)に配置した方が作業上効率的である。

また、前記実施例４では、外径及び内径を一端から他端まで同一径とした管部材(２)にフィン部材(１)を環状に配置しているが、本発明の実施例５では図６に示す如く、管部材(２)の外周面に環状の凹溝(８)を所望の間隔に複数箇所設け、この凹溝(８)内にフィン部材(１)のベルト材(５)を配置してフィン部材(１)を管部材(２)に巻回している。そのため、フィン部材(１)が管部材(２)から軸方向に移動しにくいものとなり、フィン部材(１)を管部材(２)に安定して配置することができる。

また、上記実施例１〜５では、螺旋部材(４)をベルト材(５)の一面(１１)に固定してフィン部材(１)を形成し、このフィン部材(１)を管部材(２)の外周面に巻き回してフィンチューブを形成しているが、本発明の実施例６では、螺旋部材(４)をベルト材(５)の一面(１１)に固定することによりフィン部材(１)を形成して、このフィン部材(１)を管部材(２)の外周面に巻回し、更に、図７に示す如く、螺旋部材(４)のベルト材(５)配置側の内側部(１４)に内側ベルト材(１５)を配置している。この時、内側ベルト材(１５)の一面(１７)が、螺旋部材(４)の内側部(１４)に密着するよう環状に巻回しており、このように内側ベルト材(１５)の一面(１７)を螺旋部材(４)に密着させて巻回すことにより、ピン状片(７)が管部材(２)に強固に固定されるものとなるため、螺旋部材(４)を管部材(２)に、より安定して配置することが可能となる。

また、前記実施例６では螺旋部材(４)の内側部(１４)に内側ベルト材(１５)を配置しているが、本発明の実施例７では、螺旋部材(４)の内側部(１４)の両端に内側線材(１６)をそれぞれ環状に配置している。このように内側線材(１６)を螺旋部材(４)の内側部(１４)の両端に配置することにより、螺旋部材(４)を管部材(２)に、より安定して配置することが可能となる。

また、本実施例７及び上記実施例１〜６では、図９(ａ)に示す如く線材(３)の断面形状を円形としているが、他の異なる実施例においては、図９に示す如く、(ｂ)楕円形、(ｃ)正方形、(ｄ)三角形、(ｅ)菱形、(ｆ)星形等の如く任意の形状としても良い。また、本実施例７及び上記実施例４〜６では螺旋部材(４)の巻回形状を、図１０(ｃ)に示す如く長方形とし、上記実施例１〜３では図１０(ａ)に示す如く長円状としているが、他の異なる実施例では、図１０に示す如く、(ｂ)三角形、(ｄ)く字型、(ｅ)ひょうたん型等の如く任意の巻回形状としても良い。尚、前記実施例１〜６、及び本実施例７では放熱の場合について説明したが、吸熱の場合は熱の流れが逆になる。

本発明の実施例１を示すフィンチューブの断面図。実施例１のフィンチューブの部分端面図。本発明の実施例２を示すフィンチューブの端面図。本発明の実施例３を示すフィンチューブの部分端面図。本発明の実施例４を示すフィンチューブの断面図。本発明の実施例５を示すフィンチューブの断面図。本発明の実施例６を示すフィンチューブの部分端面図。本発明の実施例７を示すフィンチューブの部分端面図。本発明の実施例１〜７及び他の異なる実施例を示す線材の断面図。本発明の実施例１〜７及び他の異なる実施例を示す螺旋部材の巻回形状。

符号の説明

１フィン部材
２管部材
３線材
４螺旋部材
５ベルト材
６外側部
８凹溝
１１一面
１２他面
１４内側部
１５内側ベルト材
１６内側線材

Claims

一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材の外側部をベルト材の一面に固定してフィン部材を形成し、このフィン部材のベルト材の他面を管部材の外周面に面接触させ、フィン部材を管部材の外周面に巻き回して固定したことを特徴とするフィンチューブ。
フィン部材は、管部材の外周面に螺旋状に巻き回したことを特徴とする請求項１のフィンチューブ。
フィン部材は、管部材の外周面に環状に巻き回すとともに、管部材の軸方向に間隔を設けて複数個配設したことを特徴とする請求項１のフィンチューブ。
管部材は、外周面に螺旋状の凹溝を設け、この凹溝内にフィン部材のベルト材を配設したことを特徴とする請求項１または２のフィンチューブ。
管部材は、外周面に環状の凹溝を軸方向に間隔を設けて複数箇所に形成し、この凹溝内にフィン部材のベルト材を配設したことを特徴とする請求項１または３のフィンチューブ。
螺旋部材は、巻回形状を扁平としたことを特徴とする請求項１のフィンチューブ。
螺旋部材は、ろう付け、溶接、又は接着によりベルト材の一面に固定したことを特徴とする請求項１または６のフィンチューブ。
フィン部材は、管部材の外周面にベルト材の他面を密接して管部材に配設したことを特徴とする請求項１、２、または３のフィンチューブ。
フィン部材は、管部材の外周面にベルト材の他面をろう付け、溶接、または接着により固定して管部材に配設したことを特徴とする請求項１、２、または３のフィンチューブ。
フィン部材は、螺旋部材のベルト材配置側の内側部に、内側ベルト材を配置したことを特徴とする請求項１、２、３、８、または９のフィンチューブ。
フィン部材は、螺旋部材のベルト材配置側の内側部に、内側線材を配置したことを特徴とする請求項１、２、３、８、または９のフィンチューブ。