JP5255249B2

JP5255249B2 - 内面フィン付伝熱管

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Publication number: JP5255249B2
Application number: JP2007233481A
Authority: JP
Inventors: 弘太郎釣
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 2007-09-10
Filing date: 2007-09-10
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2027-09-10
Also published as: JP2009063270A

Description

この発明は、例えば、冷凍機や空調機などの熱交換器に使用される内面フィン付伝熱管に関する。

従来から、家庭用空調機（エアコン）、業務用空調機（パッケージエアコン）、冷蔵庫、冷凍機、自動販売機、又は給湯機等に、フロン系冷媒を圧縮機によって複数の熱交換器を循環させるヒートポンプ式の熱サイクル機器が多く用いられてきた。しかし、フロン系冷媒は、オゾン層破壊や地球温暖化の要因となるため、最近では自然冷媒と呼ばれる、例えば二酸化炭素や炭化水素系の冷媒について研究開発が進められている。特に二酸化炭素は、ヒートポンプ給湯機として実用化が進んでいる。

そのような状況において、ヒートポンプ式熱サイクル機器において冷媒を蒸発させる蒸発器について熱伝達率を高めるための提案がされている（特許文献１参照）。この蒸発器は、内面に突起部（内面フィン）を備えたチューブ（管）を備え、チューブの平均内直径と通路長さの関係を所定範囲内とすることで冷媒とチューブとの熱伝達率を向上、すなわち伝熱性能を向上させている。

しかし、冷媒として二酸化炭素を用い、二酸化炭素冷媒に圧縮機等の冷凍機油が混入した場合、この冷凍機油によって二酸化炭素冷媒の圧力損失が増加して、二酸化炭素冷媒の蒸発性能が低下する。したがって、十分な伝熱性能を得ることができないという問題があった。そこで特許文献２の内面溝付伝熱管は二酸化炭素冷媒に含有する冷凍機油含有量に応じた内面フィン形状を設定している。

これにより、冷凍機油が二酸化炭素冷媒に混入した場合であっても伝熱性能の低下を抑制することができる。しかし、一旦、内面溝付管を設置すると、二酸化炭素冷媒に含有する冷凍機油の含有量に応じて内面フィン形状を変化させることはできず、満足できるものではなかった。

特開２００３−３４３９４２号公報特開２００６−６４３１１号公報

この発明は、冷媒中に冷凍機油が混入した場合であっても、伝熱性能の低下を抑制する内面フィン付伝熱管を提供することを目的とする。

この発明は、管内面に複数の内面フィンを有し、管内部に、冷凍機油が混入した二酸化炭素冷媒の通過を許容する内面フィン付伝熱管であって、前記内面フィンを、第１内面フィンと、該第１内面フィンより頂角を小さく形成した第２内面フィンとで構成し、前記第１内面フィンの間に少なくとも１つの前記第２内面フィンを形成し、前記第１内面フィンの頂角を１８〜４０度の範囲に設定するとともに、前記第２内面フィンの頂角を８〜３０度の範囲に設定し、前記第１内面フィンの頂角と前記第２内面フィンの頂角との角度差を１０〜３２度の範囲に設定し、前記第１内面フィンの高さを、前記第２内面フィンの高さより高く形成し、前記第１内面フィンの高さを、０．１５〜０．３０ｍｍの範囲に設定するとともに、前記第２内面フィンの高さを、０．１０〜０．２０ｍｍの範囲に設定し、前記内面フィンの底部と管内面との隅角部を所定の曲率半径の断面円弧形状で構成し、前記第１内面フィンの前記曲率半径を、前記第２内面フィンの前記曲率半径より０．０１〜０．１ｍｍの範囲で大きく形成した内面フィン付伝熱管であることを特徴とする。

この発明の内面フィン付伝熱管のように、管内面に備えた複数の内面フィンを、第１内面フィンと、該第１内面フィンより頂角を小さく形成した第２内面フィンとで構成し、前記第１内面フィンの頂角と前記第２内面フィンの頂角との角度差を１０〜３２度の範囲に設定したことにより、冷媒中に混在する冷凍機油が頂角が小さい第２内面フィンの隅角部を流れ易くすることができる。

詳しくは、頂角を小さく形成した第２内面フィンの底部と管内面とで構成する隅角部の角度は頂角を大きく形成した第１内面フィンの隅角部の角度より小さくなる。これにより、例えば、二酸化炭素等の冷媒よりも表面張力の大きな冷凍機油が優先的に、第２内面フィンの隅角部を流れることとなる。

そのため、頂角の大きな第１内面フィン、特にその頂部は、冷凍機油に覆われることなく、冷媒である二酸化炭素と接触熱交換することができる。したがって、全ての内面フィンの頂角を同じ大きさ形成した内面フィン付伝熱管と比較して伝熱性能を向上することができる。

また、前記第１内面フィンの頂角と前記第２内面フィンの頂角との角度差を１０〜３２度の範囲に設定したことにより、上述したような２種類の内面フィンの形状差による伝熱性能の効果を得ることができる。詳しくは、内面フィン頂角の差が１０度未満では２種類の内面フィンの形状差による伝熱性能への効果が認められず、３２度以上であれば第１内面フィンの頂角が大きくなりすぎ、１つあたりの内面フィンのサイズが大きくなり、内面積を拡大するための内面フィンを多数形成できず、伝熱性能が低下することとなる。

この発明の内面フィン付伝熱管のように、前記第１内面フィンの頂角を１８〜４０度の範囲に設定し、前記第２内面フィンの頂角を８〜３０度の範囲に設定することによって、第１内面フィンの頂角が大きくなりすぎることを防止し、多数の内面フィンを形成して、内面フィン付伝熱管の伝熱性能が向上することができる。また、１つあたりの内面フィンのサイズが大きくなることにより、材料の使用量が増加し、内面フィン付伝熱管の重量及びコストの増加を防止することができる。

また、頂角が８度未満の内面フィンを加工することは加工技術的に困難であり、第２内面フィンの頂角を８度以上に設定することで確実な内面フィンの形状を形成することができる。

この発明の内面フィン付伝熱管のように、前記第１内面フィンの高さを、前記第２内面フィンの高さより高く形成したことにより、内面フィン付伝熱管の伝熱性能を確実に向上するとともに、冷媒の流れに対する圧力損失の増加を抑制し、冷媒を流すための圧縮機の負荷の増大を抑制することができる。

この発明の内面フィン付伝熱管のように、第１内面フィン２１の高さＨ１を０．１５以上に設定することにより、伝熱性能を十分に向上することができ、第１内面フィン２１の高さＨ１を０．３０ｍｍ以下に設定することにより、ＣＯ２冷媒の流れに対して圧力損失と呼ばれる抵抗が増えず、ＣＯ２冷媒を流すための圧縮機の負荷が増大することを防ぐことができる。

また、第２内面フィン２２の高さＨ２を０．１０ｍｍ以上に設定することにより、第２内面フィン２２全体が冷凍機油５０に覆われることにより、伝熱性能が低下することを防ぐことができる。

また、この発明の内面フィン付伝熱管のように、前記内面フィンの底部と管内面との隅角部を曲面形状で構成したことにより、冷凍機油の大きな表面張力によって、より優先的に冷凍機油を第２内面フィンの隅角部に流すことができる。したがって、第１内面フィン、特にその頂部は、冷凍機油に覆われることなく、冷媒と接触熱交換することができ、伝熱性能をさらに向上することができる。

特に、前記隅角部を所定の曲率半径の断面円弧形状で構成し、前記第１内面フィンの前記曲率半径を、前記第２内面フィンの前記曲率半径より０．０１〜０．１ｍｍの範囲で大きく形成することによって、さらに優先的に冷凍機油を第２内面フィンの隅角部に流すことができる。
したがって、第１内面フィンは冷媒である二酸化炭素と接触熱交換することができ、伝熱性能をさらに向上することができる。

上記内面フィン付伝熱管は、内面に後述する螺旋状の内面フィンを備えた銅製の伝熱管であることを含む。
上記内面フィンは、管内面において螺旋状に形成され、管の軸中心に向かって突出し、頂部が曲線形状で形成された断面略三角形状或いは略台形状の螺旋帯状凸部であることを含む。

上記冷媒は、二酸化炭素、炭化水素又はフロン等の冷媒であることを含む。
上記頂角は、内面フィンの形成方向に直角な断面で得られる角度であり、内面フィンの一方の側面と他方の側面とで構成する内面フィンの頂部における角度である。
上記隅角部の曲率半径は、上記頂角と同様に、内面フィンの形成方向に直角な断面で得られる曲率半径である。

上記内面フィンの高さは、管中心から管内面の溝部分までの距離と、管中心から内面フィン頂部の先端までの距離の差であることを示す。
上記曲線形状は、断面円弧形状、緩和曲線形状、或いはクロソイド曲線形状であることを含む。

この発明によれば、冷媒中に冷凍機油が混入した場合であっても、伝熱性能の低下を抑制する内面フィン付伝熱管を提供することができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
本発明の内面フィン付伝熱管１は、管の中心軸を通る面における断面図である図１、管軸方向Ｌに直角な断面における断面図である図２（ａ）に示すように、管内部１１に二酸化炭素冷媒（以下において「ＣＯ２冷媒」という）の通過を許容し、管内面１０に複数の内面フィン２０（２１，２２）を備えている。

内面フィン２０に直交する面における断面の部分概要図によって内面フィン２０について説明する図３に示すように、内面フィン２０を、第１内面フィン２１と、第１内面フィン２１の頂角θ１より頂角θ２を小さく形成した第２内面フィン２２とで構成し、頂角θ１と頂角θ２との角度差を１０〜３２度の範囲内である１０度に設定している。

なお、頂角θは、図１に示す内面フィン２０の形成方向に対して直角方向の断面で得られる値であり、第１内面フィン２１の頂角θ１は１８〜４０度の範囲内である２５度に設定し、第２内面フィン２２の頂角θ２を８〜３０度の範囲内である１５度に設定している。

また、第１内面フィン２１の高さ（Ｈ１）を、第２内面フィン２２の高さ（Ｈ２）０．１５ｍｍより高い０．２２ｍｍに形成している。
さらに、前記内面フィン２０（２１，２２）の底部２０ａ（２１ａ，２２ａ）と管内面１０との隅角部３１，３２をともに曲率半径ｒが０．０３ｍｍの円弧形の曲線形状で構成している。

さらに詳述すると、内面フィン付伝熱管１はりん脱酸銅管で形成され、螺旋状の内面フィン２０を管内面１０に備えた伝熱管であり、管外径Ｄを７ｍｍ、肉厚ｔを０．４５ｍｍ、管軸方向Ｌに対する内面フィン２０の捩れ角度βを２０度に設定している。

また、管内面１０の全周にわたって第１内面フィン２１を８本（内面フィン数：Ｎ１）均等に配置し、隣合う第１内面フィン２１同士の間に均等に第２内面フィン２２を５本ずつ、すなわち管内面１０全周で４０本（内面フィン数：Ｎ２）配置している。なお、この配置において、第１内面フィン２１と第２内面フィン２２の内面フィン数の比Ｎ１／Ｎ２は０．２となる。

なお、内面フィン付伝熱管１は、上述したように、りん脱酸銅管を、図４に示す加工装置１００におけるフローティングプラグ１０１によって管内面１０に溝付き加工、すなわち内面フィン２０の形成加工を施すとともに、所望の管外径Ｄにダイス１０２にて抽伸を行って製作している。なお、本実施例においてりん脱酸銅管で内面フィン付伝熱管１を構成しているが、その他銅合金、金属材料で構成してもよい。

このように構成された内面フィン付伝熱管１は、ヒートポンプ給湯機の熱交換器に設置される。詳しくは、図５に示すように、軸方向に所定間隔に配置したアルミフィン３００の貫通装着孔３０１に内面フィン付伝熱管１を貫通させ、拡管プラグ２００によって内面フィン付伝熱管１の外径を管内部１１から押し広げ、内面フィン付伝熱管１外面と貫通装着孔３０１内面とを密着して熱交換器を形成する。この加工によって、第１内面フィン２１はわずかに傾いたり、わずかに押しつぶされる可能性がある。
また、管径が細い場合など拡管プラグ２００による拡管が困難な場合には、管内部１１に水を充填し、高圧をかけることにより拡管してアルミフィン３００に密着させて接着することもできる。

こうして熱交換器に設置された内面フィン付伝熱管１の管内部１１にはＣＯ２冷媒が通過する。なお、内面フィン付伝熱管１の外側、すなわちアルミフィン３００は液状のＣＯ２冷媒より温度の高い外気と接触しており、この外気とアルミフィン３００との接触により、ＣＯ２冷媒は外気温度を吸収して、すなわち熱交換して蒸発する。このようにして、ヒートポンプ給湯器は外気の熱を効率よく熱伝達することができる。

しかし、ＣＯ２冷媒中にコンプレッサ等の冷凍機油５０が混入した場合、この冷凍機油５０によって二酸化炭素冷媒の圧力損失が増加して、ＣＯ２冷媒の蒸発性能が低下し、十分な伝熱性能を得ることができなくなる。

これに対し、本実施例の内面フィン付伝熱管１は管内面１０に複数の内面フィン２０を備え、該内面フィン２０を、頂角θの角度差を１０度に設定した該第１内面フィン２１と、頂角θ１より頂角θ２を小さく形成した第２内面フィン２２とで構成したことにより、さらには、第１内面フィン２１の頂角θ１を２５度に設定し、第２内面フィン２２の頂角θ２を１５度に設定するとともに、第１内面フィン２１の高さ（Ｈ１）を、第２内面フィン２２の高さ（Ｈ２）０．１５ｍｍより高い０．２２ｍｍに形成したことにより、図３に示すように、第２内面フィン２２の底部２２ａと管内面１０とで構成された隅角部３２を冷凍機油５０が流れることとなる。

詳述すると、内面フィン付伝熱管１の内面フィン部分の拡大断面図である図２（ｂ）に示すように、第２内面フィン２２の頂角θ２は第１内面フィン２１の頂角θ１より小さく形成しているため、隅角部３２の角度ξ２が隅角部３１の角度ξ１より小さくなり、ＣＯ２冷媒よりも表面張力の大きな冷凍機油５０が優先的に、その隅角部３２を流れる。

これにより、頂角θ１を大きく形成した第１内面フィン２１、殊に第１内面フィン２１の頂部は、冷凍機油に覆われることなく、ＣＯ２冷媒と接触して効率よく熱交換することができる。したがって、内面フィン付伝熱管１は、ＣＯ２冷媒に冷凍機油５０が混入した場合であっても、伝熱性能の低下を防止することができる。

続いて、上記構成で構成した内面フィン付伝熱管１について実施した性能比較試験について説明する。なお、本試験において、内面フィン２０の内面フィン数Ｎ、フィン高さＨ、頂角θ、隅角部の曲率半径ｒをパラメータとして、以下の表１に示す実施例１〜１０までの１０種類の内面フィン付伝熱管１を作製するとともに、比較対照として比較例１〜３までの３種類の内面フィン付伝熱管を作製した。なお、比較例１は、図９に示すように、従来の内面フィン付伝熱管６０である。

本試験は、概略図である図６に示す伝熱性能評価装置４００により性能評価を行った。この伝熱性能評価装置４００におけるテストセクションは伝熱有効長さ４ｍの２重管構造となっており、外管側に冷媒よりも高温の水を流し、熱交換させて冷媒を蒸発させた結果を測定する。

なお、本試験において、冷媒には９９．９９％以上の二酸化炭素（Ｒ７４４）を、冷凍機油５０にはポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）を使用している。また、本試験における測定条件を以下の表２に示す。

また、試験結果であり、伝熱性能を示す管内熱伝達率αｉは、以下の式により求める。

ここで、Ｑ_Ｗは熱交換量、Ｇ_Ｗは管外を流れる水の質量流量、Δｈｗは測定区間の水入口／出口エンタルピ差を示す。

ここで、Ｋは熱通過率、ｄｏは伝熱管外径、ΔＴＬは測定区間の対数平均温度差、Ｌは測定長を示す。

ここで、α_０は管外熱伝達率、λｗは測定区間の水の熱伝導率、Ｄｅは水流路の相当直径、Ｄｉは二重管外管内径、Ｒｅは測定区間の水のレイノルズ数、Ｐｒは測定区間の水のプラントル数を示す。

ここで、α_ｉは比較対照となる管内熱伝達率、ｄｉは伝熱管最大内径を示す。

まず、最初に、内面フィン付伝熱管１の実施例１と比較例１において、ＣＯ２冷媒に含有する冷凍機油５０の濃度による伝熱性能の低下についての管内熱伝達率比を比較した。
なお、冷媒の循環サイクル内で冷媒をサンプリングし、冷媒中の冷凍機油質量濃度を測定したところ、オイルセパレーターを通過させた場合は０．１ｗｔ．％以下であり、オイルセパレーターを通過させない場合は２．７ｗｔ．％であったため、本試験においては、上記２種類の冷凍機油質量濃度のＣＯ２冷媒について比較した。

その結果、以下の表３に示すように、冷凍機油濃度０．１ｗｔ．％のときの、比較例１の管内熱伝達率αｉを１００として比較した場合、本試験による測定結果のグラフを示す図７からわかるように、従来の内面フィン付伝熱管６０である比較例１について、冷凍機油質量濃度が２．７ｗｔ．％の管内熱伝達率αｉは同０．１ｗｔ．％以下の時に比べて約５０％に低下したが、内面フィン付伝熱管１の実施例１の伝熱管の管内熱伝達率αｉは、冷凍機油質量濃度２．７ｗｔ．％でも同０．１ｗｔ．％以下の時に比べて２０〜３０％しか低下しないことが確認できた。

このことから、内面フィン付伝熱管６０の内面フィン部分の拡大断面図である図９（ｂ）に示すように、１種類の内面フィンが内面に等間隔で配置された従来の内面フィン付伝熱管６０と比べ、頂角θ及び高さＨが異なる２種類の内面フィン２０を有する内面フィン付伝熱管１を使用することによって、二酸化炭素を冷媒とする熱交換器で、ＣＯ２冷媒中に冷凍機油５０が混入しても、高い伝熱性能を維持できる。その結果、ヒートポンプ給湯機の小型化、高性能化、あるいはその他の熱サイクル機器に使用する小型化、高性能化に寄与することが確認できた。

続く試験において、上記表１に示す実施例１〜１０までの１０種類の内面フィン付伝熱管１と比較例２，３を比較し、内面フィン数Ｎ、フィン高さＨ、頂角θ、隅角部３１，３２の曲率半径ｒによる影響を確認した。
なお、後述する上記試験結果は、冷凍機油濃度２．７ｗｔ．％のときの、実施例１の内面フィン付伝熱管１の管内熱伝達率αｉを１００として比較している。

以下の表４に示すように、比較例２，３並びに内面フィン付伝熱管１の実施例１〜３の比較では、頂角の差「θ１−θ２」について検討した。その結果、頂角の差「θ１−θ２」を１０〜３０度の範囲内に設定した内面フィン付伝熱管１の実施例１〜３の管内熱伝達率比が比較例２，３より高く、有効であることが確認できた。

以下の表５に示すように、内面フィン付伝熱管１の実施例３，４，９の比較では、内面フィンの比「Ｎ１／Ｎ２」について検討した。実施例９は、管内熱伝達率αｉは高い値を示したが、熱交換器の製作試験を行ったところ、拡管プラグ２００（図５）による拡管ではアルミフィン３００とうまく接着できなかった。しかし、上述したような液圧による拡管では問題なく拡管し、アルミフィン３００と密着させて、接着することできた。一方、Ｎ１／Ｎ２が１．０より大きい場合は管の重量が大きくなる。これらの結果からＮ１／Ｎ２は０．２〜１．０が望ましいことが分かった。

以下の表６に示すように、内面フィン付伝熱管１の実施例４，５，１０の比較では、高さの差「Ｈ１−Ｈ２」について検討した。その結果、第１内面フィン２１と第２内面フィン２２の高さの差を小さく形成した実施例１０は管内熱伝達率αｉは低下することを確認した。その結果からＨ１−Ｈ２を０．０５ｍｍ以上確保することがより望ましいことが分かった。

以下の表７に示すように、隅角部３１の曲率半径ｒ１を隅角部３２の曲率半径ｒ２より大きく形成した内面フィン付伝熱管１の実施例６〜８の比較では、隅角部３１，３２の曲率半径ｒの影響について検討した。その結果、曲率半径ｒに差をつけるほうが、管内熱伝達率αｉがより向上することが確認できた。

上記試験結果を纏めると、第１内面フィン２１の頂角θ１と第２内面フィン２２の頂角θ２の差（θ１−θ２）が１０〜３０度の範囲に設定することが適していることがわかった。なぜならば、内面フィン２０の頂角θの差（θ１−θ２）が１０度未満では２種類の第１内面フィン２１と第２内面フィン２２の形状差による伝熱性能への効果が認められず、また、３０度より大きく形成すると管内熱伝達率αｉが低下する。

これは頂角θ１が余り大きくなりすぎ、すなわち第１内面フィン２１のサイズが大きくなり、内面フィン付伝熱管１の内面積を拡大するための内面フィン２０を多数形成できず、伝熱性能が低下するためである。また、第１内面フィン２１のサイズが大きくなることによって、材料を多く使用し、内面フィン付伝熱管１のコストおよび重量が増加することとなる。

したがって、第１内面フィン２１の頂角θ１を１８〜４０度の範囲内に設定し、第２内面フィン２２の頂角θ２を８〜３０度の範囲内に設定することがより望ましい。なお、頂角θが８度未満の内面フィン２０を図４に示す拡管プラグ２００で加工することは技術的に困難である。

また、第１内面フィン２１の内面フィン数Ｎ１と、第２内面フィン２２の内面フィン数Ｎ２との比がＮ１／Ｎ２＝０．２〜１．０の範囲に設定することがより望ましい。第１内面フィン２１の内面フィン数Ｎ１が少なすぎると、上記試験における実施例９のように、図５に示す熱交換器製作工程において、拡管プラグ２００（図５）による拡管ではアルミフィン３００とうまく接着できず、液圧による拡管等の異なる工程が必要となるためである。

また、内面フィン付伝熱管１の内面フィン数Ｎ１が多すぎると、２種類の形状を形成したことによる伝熱性能向上の効果が小さくなるとともに、内面フィン２０を形成のための材料を多く使用し、内面フィン付伝熱管１のコストおよび重量が増加することとなる。

なお、同じ形状の内面フィン２０（２１，２２）は周方向に均等に配置されることがより望ましい。これにより、図５に示す熱交換器製作工程において、内面フィン付伝熱管１をアルミフィン３００に均等且つ確実に密着させることができる。

また、第１内面フィン２１の高さＨ１と、第２内面フィン２２の高さＨ２の差Ｈ１−Ｈ２を０．０５ｍｍ以上に設定することがより望ましい。Ｈ１とＨ２の差Ｈ１−Ｈ２が０．０５ｍｍ未満であると２種類の形状を形成したことによる伝熱性能向上の効果が低減されるからである。

なお、上述したように内面フィン付伝熱管１は、図５に示すように、拡管プラグ２００によってアルミフィン３００に密着して熱交換器を形成する際に、第１内面フィン２１が傾いたり、押しつぶされる可能性があるが、Ｈ１とＨ２の差Ｈ１−Ｈ２を０．０５ｍｍ以上に設定することにより、２種類の形状を形成したことによる伝熱性能向上の効果を、熱交換器の製作後の伝熱性能においても維持することができる。

また、第１内面フィン２１の高さＨ１を０．１５〜０．３０ｍｍの範囲内に設定し、第２内面フィン２２の高さＨ２を０．１０〜０．２０ｍｍの範囲内に設定することがより望ましい。

第１内面フィン２１の高さＨ１が０．１５ｍｍ未満の場合、伝熱性能が十分に向上されず、高さＨ１が０．３０ｍｍより大きくなると、ＣＯ２冷媒の流れに対して圧力損失と呼ばれる抵抗が増して、ＣＯ２冷媒を流すための圧縮機の負荷が増大するからである。また、第２内面フィン２２の高さＨ２が０．０１ｍｍ未満の場合、第２内面フィン２２全体が冷凍機油５０に覆われ、伝熱性能が低下するためである。

また、隅角部３１の曲率半径ｒ１と隅角部３２の曲率半径ｒ２との差ｒ１−ｒ２を０．０１〜０．１０ｍｍ以上の範囲内に設定することがより望ましい。これは、高さＨ２が低く、頂角θ２を小さく形成した第２内面フィン２２の円弧形状の隅角部３２を冷凍機油５０が流れ、第１内面フィン２１、殊に、第１内面フィン２１の頂部は冷凍機油に覆われることなく、ＣＯ２冷媒と接触熱交換することによる伝熱性能の向上において、同じ曲率半径ｒの隅角部を形成するよりも、０．０１ｍｍの差をつけた曲率半径ｒの隅角部を形成することによって、さらに伝熱性能を向上することができる。

さらに、隅角部３１の曲率半径ｒ１と隅角部３２の曲率半径ｒ２との差ｒ１−ｒ２の上限を０．１ｍｍ以下に設定したことによって、頂角θ１の上限を４０度に設定したことと同じ理由により、すなわち、１つあたりの第１内面フィン２１のサイズが大きくなり、内面積を拡大するための内面フィンを多数形成できなくなることによって、性能が低下することを防止することができる。

なお、隅角部を曲率半径ｒの円弧形状で形成せずとも、図８（ａ）に示すように、隅角部をテーパ形状で形成してもよく、テーパ部３３（３３ａ，３３ｂ）の大きさに差を付けることにより、曲率半径ｒに差をつける効果と同じ効果を得ることができる。また、図８（ｂ）に示すように、隅角部を緩和曲線形状で形成してもよい。この場合も緩和曲線部３４（３４ａ，３４ｂ）の曲率に差を付けることにより、曲率半径ｒに差をつける効果と同じ効果を得ることができる。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の冷媒は、ＣＯ２冷媒に対応し、
以下同様に、
第１内面フィンの頂角は、θ１に対応し、
第２内面フィンの頂角は、θ２に対応し、
第１内面フィンの高さは、Ｈ１に対応し、
第２内面フィンの高さは、Ｈ２に対応し、
第１内面フィンの隅角部の曲率半径は、ｒ１に対応し、
第２内面フィンの隅角部の曲率半径は、ｒ２に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

管の中心軸を通る面における断面図。内面フィン付伝熱管についての説明図。内面フィンについて説明する説明図。加工装置の概略図。熱交換器の形成方法について説明する説明図。伝熱性能評価装置の概略図。本試験による測定結果のグラフ。隅角部の他の実施形態を説明する説明図。従来の内面フィン付伝熱管について説明する説明図。

１…内面フィン付伝熱管
１０…管内面
１１…管内部
２０…内面フィン
２０ａ，２１ａ，２２ａ…底部
２１…第１内面フィン
２２…第２内面フィン
３１，３２…隅角部
Ｈ１…第１内面フィンの高さ
Ｈ２…第２内面フィンの高さ
θ１…第１内面フィンの頂角
θ２…第２内面フィンの頂角
ｒ１…第１内面フィンの隅角部の曲率半径
ｒ２…第２内面フィンの隅角部の曲率半径

Claims

管内面に複数の内面フィンを有し、管内部に、冷凍機油が混入した二酸化炭素冷媒の通過を許容する内面フィン付伝熱管であって、
前記内面フィンを、
第１内面フィンと、該第１内面フィンより頂角を小さく形成した第２内面フィンとで構成し、
前記第１内面フィンの間に少なくとも１つの前記第２内面フィンを形成し、
前記第１内面フィンの頂角を１８〜４０度の範囲に設定するとともに、
前記第２内面フィンの頂角を８〜３０度の範囲に設定し、
前記第１内面フィンの頂角と前記第２内面フィンの頂角との角度差を１０〜３２度の範囲に設定し、
前記第１内面フィンの高さを、前記第２内面フィンの高さより高く形成し、
前記第１内面フィンの高さを、０．１５〜０．３０ｍｍの範囲に設定するとともに、
前記第２内面フィンの高さを、０．１０〜０．２０ｍｍの範囲に設定し、
前記内面フィンの底部と管内面との隅角部を所定の曲率半径の断面円弧形状で構成し、
前記第１内面フィンの前記曲率半径を、
前記第２内面フィンの前記曲率半径より０．０１〜０．１ｍｍの範囲で大きく形成した
内面フィン付伝熱管。