JP7164557B2 - 沸騰型伝熱管 - Google Patents
沸騰型伝熱管 Download PDFInfo
- Publication number
- JP7164557B2 JP7164557B2 JP2020029780A JP2020029780A JP7164557B2 JP 7164557 B2 JP7164557 B2 JP 7164557B2 JP 2020029780 A JP2020029780 A JP 2020029780A JP 2020029780 A JP2020029780 A JP 2020029780A JP 7164557 B2 JP7164557 B2 JP 7164557B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- tube
- boiling
- circumferential direction
- transfer tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Description
管外周面から径方向外側に突出して周方向に沿って環状又はらせん状に配列された複数列のフィンを備え、
前記フィンは、前記管外周面に立設された脚部と、前記脚部の径方向外側の先端が互いに管軸方向の逆向きに延びる一対の張出部とをそれぞれ有し、
管軸方向に隣り合う前記フィン同士の間で、互いに接近するように張り出した一方の前記フィンの張出部と他方の前記フィンの張出部とによって、周方向に連続する空洞部が画成され、
前記空洞部を画成する一対の前記張出部には、径方向内側に窪んで前記張出部同士を連結させる凹部が、周方向に沿った複数箇所に設けられている沸騰型伝熱管。
<第1構成例>
図1は本発明に係る沸騰型伝熱管の一部断面斜視図、図2は沸騰型伝熱管の外周面における一部拡大平面図、図3は図2のIII-III線断面を示す断面図である。
沸騰型伝熱管100は、一方向に連続する金属製の管材であって、管外周面に周方向に沿った複数列のフィン11と、管内周面に複数列のリブ13とを備える。また、沸騰型伝熱管100は、管内周面のリブ13を省略して平滑な円筒内面としてもよい。
空洞部17の周方向Tに沿った少なくとも一部には、空洞部17を画成する一対の張出部11b,11c同士が径方向内側に窪む凹部19が設けられる。凹部19は、例えば、ディスク27を押し当てて張出部11b,11cを径方向内側に変形させることで形成される。これにより、張出部11b,11c同士が連結して空洞部17としての閉空間を形成する。凹部19の最低高さH1は、フィン11の高さH2より小さくなる。このような凹部19が、周方向に沿って複数箇所に分断して配置される(図2参照)。なお、フィン11の脚部11a、張出部11b,11cの形成方法の詳細については、例えば、特開平7-151485号公報等を参照されたい。
図5は、液体冷媒内に配置された沸騰型伝熱管100の管軸方向に直交する断面図である。
上記構成の沸騰型伝熱管100を、蒸発器中の液体冷媒21内に、管軸方向を水平にして配置し、沸騰型伝熱管100内に加熱水23を供給する。すると、液体冷媒21が加熱されて、沸騰型伝熱管100の管外周面15で蒸発泡25が発生する。発生した蒸発泡25は、図5に矢印で示すように、管外周面15の下側から上側に向けて周面に沿って移動して、沸騰型伝熱管100の上側から液体冷媒21の液面に向かう。また、一部の蒸発泡25は、図3に示すフィン11の張出部11b,11c同士の隙間から液面に向かう。
空洞部17の内部は、液体冷媒21が流入し、液体冷媒21で満たされている。沸騰型伝熱管100の管内に加熱用の加熱水23が供給されると、フィン11A,11Bは空洞部17内の液体冷媒21を加熱する。このとき、空洞部17に面するフィン11A,11Bの内側面33に沿って液体冷媒21の加熱層21aが形成される。
図7に示すように、空洞部17は、管軸方向の断面形状が周方向に沿って変化し、凹部19が形成された狭小部では、他の周方向位置よりも空洞部17の断面積が小さくなる。よって、空洞部17を流動する液体冷媒21の流れFの流路は、狭小部で窄まり、狭小部では流動抵抗の増加によって流速が低下(流速V2<V1)する。このため、狭小部の流動方向手前側の空洞部17内では、加熱層21aの液体冷媒21が、そのままの位置で加熱され続ける。その結果、空洞部17の内側面33から液体冷媒21への単位時間当たりの伝熱量が小さい場合でも、加熱層21aの液体冷媒21への入熱が蓄積されることで、蒸発泡を発生させやすくなる。
図8は、第2構成例の沸騰型伝熱管の外周面における一部拡大平面図である。
第2構成例の沸騰型伝熱管100は、凹部19Aが平面視細長状に形成され、その長軸方向が管軸方向Axから傾斜していること以外は第1構成例と同様である。そのため、以降の説明においては同一の部材又は同一の部位については同一の符号を付与することで、その説明を簡単化又は省略する。
図9は、沸騰型伝熱管の伝熱性能の評価に使用した試験装置の概略図である。
試験装置は、ステンレス鋼製シェルアンドチューブ熱交換器の凝縮器53及び蒸発器55が配管で接続されており、冷媒が温度差により自然循環するサーモサイフォン型の熱交換器である。凝縮器53及び蒸発器55は、内径が333mm、長さが974mmのタンクである。蒸発器55の中央に、供試管54が3本設置されており、この供試管54の測定有効長は974mmである。タンク56内には加熱水が貯留されている。ここで、タンク56内の加熱水は、タンク56内の冷却コイル59により冷却されている。このタンク56から供給された加熱水は、ヒータ57にて加熱される。ヒータ57により加熱されることにより、供試管54に供給される加熱水は一定温度に制御される。この加熱水は供試管54の一方の端部である入口から供試管内部に供給される。供試管54の他端の出口から排出された加熱水は、タンク56に返戻される。蒸発器55内には液体冷媒が充填されており、供試管54はこの蒸発器55内の液体冷媒中に浸漬される。そして、供試管54内部の加熱水により加熱された液体冷媒は蒸発し、冷媒蒸気となって、凝縮器53に供給される。
図15に示すように、管外蒸発熱伝達率h0は、熱流束が30kW/m2以上の場合に試験例5が試験例6より低くなるが、その場合でも20kW/(m2K)以上に維持されている。また、試験例3,4,5は、低熱流束時における減少も抑えられている。
(1) 管外周面から径方向外側に突出して周方向に沿って環状又はらせん状に配列された複数列のフィンを備え、
前記フィンは、前記管外周面に立設された脚部と、前記脚部の径方向外側の先端が互いに管軸方向の逆向きに延びる一対の張出部とをそれぞれ有し、
管軸方向に隣り合う前記フィン同士の間で、互いに接近するように張り出した一方の前記フィンの張出部と他方の前記フィンの張出部とによって、周方向に連続する空洞部が画成され、
前記空洞部を画成する一対の前記張出部には、径方向内側に窪んで前記張出部同士を連結させる凹部が、周方向に沿った複数箇所に設けられている沸騰型伝熱管。
この沸騰型伝熱管によれば、一対の張出部によって画成される空洞部に、径方向内側に窪んで張出部同士を連結させる凹部が、周方向に沿った複数箇所に狭小部を形成して配置される。そして、空洞部の各狭小部で区切られた小区画のそれぞれで、液体冷媒の周方向移動が抑制されることで、各小区画内の液体冷媒の加熱が促進される。このように、空洞部内の周方向に沿った複数箇所で局所的に液体冷媒が加熱され、蒸発泡が効率よく発生するようになる。
この沸騰型伝熱管によれば、凸部が空洞部を流れる液体冷媒を攪拌して、液体冷媒の流れを乱流にできる。これにより、空洞部内の液体冷媒の新液交代を促進させて、熱交換効率を更に向上させることができる。
この沸騰型伝熱管によれば、空洞部を流れる液体冷媒の流速を効率よく低下させ、凹部により形成される狭小部同士の間で、液体冷媒の加熱を促進できる。
この沸騰型伝熱管によれば、空洞部を流れる液体冷媒の凹部における流動抵抗を低減させ、凹部により形成される狭小部同士の間での液体冷媒の加熱と、空洞部内での液体冷媒の流動とを良好にバランスさせることができる。
この沸騰型伝熱管によれば、閉空間が形成されることで管軸方向断面の断面積が凹部の形成位置で他の周位置よりも小さくなり、液体冷媒の流れが窄められる。これにより、液体冷媒の流れが抑制されて同じ位置で加熱されやすくなり、蒸発泡の発生が促進される。
この沸騰型伝熱管によれば、凹部により形成される狭小部同士の間の小区画が、それぞれ周方向に均一となり、同じ条件で液体冷媒が加熱される。これにより、液体冷媒が周方向に均一に加熱されて、ムラの少ない熱交換が行える。
この沸騰型伝熱管によれば、管内周面にリブが設けられることで、管内を流れる液との接触面積が増加して、伝熱効率を向上できる。
前記フィンは、前記管外周面に立設された脚部と、前記脚部の径方向外側の先端が互いに管軸方向の逆向きに延びる一対の張出部とをそれぞれ有し、
管軸方向に隣り合う前記フィン同士の間で、互いに接近するように張り出した一方の前記フィンの張出部と他方の前記フィンの張出部とによって、周方向に連続する空洞部が画成され、
前記空洞部は、周方向において断面積が増減するように画成される沸騰型伝熱管。
この沸騰型伝熱管によれば、一対の張出部によって画成される空洞部は、周方向において連続し、かつ、周方向における断面積が増減するように画成される。そして、周方向における断面積が増減することにより、空洞部は狭小部とそれ以外の部分にて構成され、各狭小部で区切られた小区画のそれぞれで、液体冷媒の周方向移動が抑制されることで、各小区画内の液体冷媒の加熱が促進される。このように、空洞部内の周方向に沿った複数箇所で局所的に液体冷媒が加熱され、蒸発泡が効率よく発生するようになる。
11a 脚部
11b,11c 張出部
13 リブ
15 管外周面
17 空洞部
19,19A 凹部
21 液体冷媒
23 加熱水
25 蒸発泡
31 凸部
33 内側面
35 小区画
52 伝熱管
53 凝縮器
54 供試管
55 蒸発器
Claims (7)
- 管外周面から径方向外側に突出して周方向に沿って環状又はらせん状に配列された複数列のフィンを備え、
前記フィンは、前記管外周面に立設された脚部と、前記脚部の径方向外側の先端が互いに管軸方向の逆向きに延びる一対の張出部とをそれぞれ有し、
前記管軸方向に隣り合う前記フィン同士の間で、互いに接近するように張り出した一方の前記フィンの張出部と他方の前記フィンの張出部とによって、周方向に連続する空洞部が画成され、
前記空洞部を画成する一対の前記張出部には、張出部同士が非連結にて前記空洞部の内外を連通する隙間を有する開口部と、径方向内側に窪む凹部、及び前記凹部が形成される部位で前記空洞部を径方向内側に突出させる凸部をそれぞれ有して前記張出部同士を連結させる箇所とが、前記周方向に沿って交互に複数設けられ、
前記箇所は、前記凹部の周方向位置における前記管軸方向の断面の断面積が他の周方向位置における前記断面積より小さい狭小部であり、
前記空洞部は、前記狭小部によって前記周方向に沿って複数の小区画に区切られている、
沸騰型伝熱管。 - 前記空洞部の前記断面積は、前記狭小部の領域で前記周方向に沿って連続的に増減する、
請求項1に記載の沸騰型伝熱管。 - 前記凹部は、平面視細長状に形成され、その長軸方向が前記管軸方向と平行又は垂直である請求項1に記載の沸騰型伝熱管。
- 前記凹部は、平面視細長状に形成され、その長軸方向が前記管軸方向から傾斜している請求項1に記載の沸騰型伝熱管。
- 前記空洞部を画成する一対の前記張出部は、前記凹部の形成位置における前記管軸方向の断面で閉空間を形成する請求項1~4のいずれか1項に記載の沸騰型伝熱管。
- 前記凹部は、前記周方向に一定間隔で配置されている請求項1~5のいずれか1項に記載の沸騰型伝熱管。
- 管内周面から径方向内側に突出して形成され、前記周方向に沿って環状又はらせん状に配列された複数列のリブを備える請求項1~6のいずれか1項に記載の沸騰型伝熱管。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020029780A JP7164557B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 沸騰型伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020029780A JP7164557B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 沸騰型伝熱管 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021134952A JP2021134952A (ja) | 2021-09-13 |
JP7164557B2 true JP7164557B2 (ja) | 2022-11-01 |
Family
ID=77660822
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020029780A Active JP7164557B2 (ja) | 2020-02-25 | 2020-02-25 | 沸騰型伝熱管 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7164557B2 (ja) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005164126A (ja) | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Hitachi Cable Ltd | 沸騰用伝熱管及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5939214B2 (ja) * | 1978-01-27 | 1984-09-21 | 株式会社神戸製鋼所 | 伝熱管の製造方法 |
JPS5942486U (ja) * | 1982-09-08 | 1984-03-19 | 株式会社神戸製鋼所 | 沸騰型熱交換器用伝熱管 |
JP2788793B2 (ja) * | 1991-01-14 | 1998-08-20 | 古河電気工業株式会社 | 伝熱管 |
US5697430A (en) * | 1995-04-04 | 1997-12-16 | Wolverine Tube, Inc. | Heat transfer tubes and methods of fabrication thereof |
-
2020
- 2020-02-25 JP JP2020029780A patent/JP7164557B2/ja active Active
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005164126A (ja) | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Hitachi Cable Ltd | 沸騰用伝熱管及びその製造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021134952A (ja) | 2021-09-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vicente et al. | Heat transfer and pressure drop for low Reynolds turbulent flow in helically dimpled tubes | |
Al-Badri et al. | The influence of fin structure and fin density on the condensation heat transfer of R134a on single finned tubes and in tube bundles | |
Belyaev et al. | An experimental study of flow boiling in minichannels at high reduced pressure | |
JP2007212091A (ja) | シェルアンドチューブ型凝縮器 | |
Kukulka et al. | Comparison of condensation and evaporation heat transfer on the outside of smooth and enhanced 1EHT tubes | |
Vaisi et al. | Condensation heat transfer performance in multi-fluid compact heat exchangers with wavy and strip fins | |
Jung et al. | Condensation heat transfer coefficients of enhanced tubes with alternative refrigerants for CFC11 and CFC12 | |
Ho et al. | Forced convection condensation of R134a in three-dimensional conical pin fin tubes | |
Li et al. | R410A flow condensation inside two dimensional micro-fin tubes and three dimensional dimple tubes | |
Gorgy et al. | Convective boiling of R-134a on enhanced-tube bundles | |
Tang et al. | Visualization of flow patterns during condensation in dimpled surface tubes of different materials | |
Lee et al. | Boiling flow patterns and dry-out characteristics of R-1234ze (E) in a plate heat exchanger | |
Ma et al. | R410A and R32 condensation heat transfer and flow patterns inside horizontal micro-fin and 3-D enhanced tubes | |
JP6738593B2 (ja) | 沸騰型伝熱管 | |
JP7164557B2 (ja) | 沸騰型伝熱管 | |
Jha et al. | Enhanced cooling in compact helical tube cross-flow heat exchanger through higher area density and flow tortuosity | |
Liu et al. | An experimental investigation on the effects of air on filmwise condensation of PF-5060 dielectric fluid on plain and finned tube bundles | |
Li et al. | Condensation heat transfer and pressure drop characteristics inside smooth and enhanced tubes with R410A and R32 | |
Chang et al. | Thermal performance improvement with scale imprints over boiling surface of two-phase loop thermosyphon at sub-atmospheric conditions | |
Ren et al. | Pre-CHF boiling heat transfer performance on tube bundles with or without enhanced surfaces-a review | |
Li et al. | Evaporation flow patterns and heat transfer in copper and stainless steel three-dimensional dimpled tubes | |
JP2003287392A (ja) | 沸騰型伝熱管 | |
Chang et al. | Experimental investigation on flow boiling heat transfer characteristics of water and circumferential wall temperature inhomogeneity in a helically coiled tube | |
JP6807476B2 (ja) | 沸騰型伝熱管 | |
Kalawa et al. | Progress in design of adsorption refrigeration systems. Evaporators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210906 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220715 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220726 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220914 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20221004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221020 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7164557 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |