JP7254307B2 - heat transfer tube - Google Patents

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JP7254307B2 JP2020037191A JP2020037191A JP7254307B2 JP 7254307 B2 JP7254307 B2 JP 7254307B2 JP 2020037191 A JP2020037191 A JP 2020037191A JP 2020037191 A JP2020037191 A JP 2020037191A JP 7254307 B2 JP7254307 B2 JP 7254307B2
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、管外の流体(自然冷媒、フロン冷媒、水等)の保有熱又は管外の物体(土壌熱等の固体物質等)の保有熱若しくはソーラーパネル等の輻射熱と、管内を流れる流体(水、ブライン等)とを熱交換させる伝熱管に関する。本発明は、特に、管内の流体が単相流で、低流速域での使用に適した管内単相流用伝熱管に関する。 The present invention uses the potential heat of a fluid outside the pipe (natural refrigerant, Freon refrigerant, water, etc.), the potential heat of an object outside the pipe (solid substances such as soil heat, etc.), or the radiant heat of a solar panel, etc., and the fluid flowing inside the pipe. (water, brine, etc.). The present invention particularly relates to an in-tube single-phase flow heat transfer tube suitable for use in a low-velocity region where the fluid in the tube is a single-phase flow.

管内単相流用伝熱管の具体的な用途としては、(a)ヒートポンプ給湯器(例えば、エコキュート(登録商標))に使用される水-冷媒熱交換器に使用される伝熱管、(b)ガス給湯器内にて使用される水-水の二重管式熱交換器に使用される伝熱管、(c)太陽熱温水器のソーラーパネル内に設置されている温水配管、(d)地中に埋め込んで使用する土壌熱-水熱交換器配管用伝熱管がある。 Specific uses of in-pipe single-phase flow heat transfer tubes include (a) heat transfer tubes used in water-refrigerant heat exchangers used in heat pump water heaters (e.g., EcoCute (registered trademark)), (b) gas Heat transfer tubes used in water-water double-tube heat exchangers used in water heaters, (c) hot water pipes installed in solar panels of solar water heaters, (d) underground There is a heat transfer tube for soil heat-water heat exchanger piping that is embedded and used.

管内外の流体間で熱交換させる機器は、省エネ化の取り組みがなされており、熱交換器単体での高性能化を図るとともに、熱媒体の搬送動力の低減による省エネ化が図られている。熱媒体の流体を熱交換器内に送るために、通常ポンプが使用されている。熱媒体の搬送動力の低減策としては、搬送流体の流量を低減させることにより、ポンプ運転動力を低減させる方法が採用されている。 Efforts are being made to save energy in equipment that exchanges heat between fluids inside and outside pipes, and efforts are being made to improve the performance of the heat exchanger itself and to save energy by reducing the power required to transport the heat medium. A pump is commonly used to drive the heat transfer fluid through the heat exchanger. As a measure for reducing the power for conveying the heat medium, a method of reducing the pump operating power by reducing the flow rate of the carrier fluid is adopted.

また、熱交換器内において、長時間かけて流体を高温にさせる機器があり、その事例として代表的なものに、ヒートポンプ給湯器がある。このヒートポンプ給湯器は、水道水の給水口より直接熱交換器内に流体である水を送り込み、熱交換器内において長時間かけて流体を高温にさせる。そのため、ヒートポンプ給湯器では、管内の水の速度が低く設定され、水の圧力もポンプ等での搬送力に比較して低く設定されている。その結果、ヒートポンプ給湯器では、管内を通過する水の速度が遅くなり、管内のレイノルズ数は2000以下で使用されることが多い。この低レイノルズ数領域では、管内の水は層流域になり、層流域での熱伝達率は、乱流状態と比較して低下する。そのため、使用する伝熱管自体の性能を向上させることにより、対応せざるを得ない。 In addition, there is a device that heats a fluid to a high temperature over a long period of time in a heat exchanger, and a representative example is a heat pump water heater. This heat pump water heater feeds water, which is a fluid, directly into the heat exchanger from a tap water supply port, and raises the temperature of the fluid in the heat exchanger over a long period of time. Therefore, in the heat pump water heater, the speed of the water in the pipe is set low, and the pressure of the water is also set low compared to the conveying power of the pump or the like. As a result, heat pump water heaters are often used with a Reynolds number of 2000 or less in the pipe because the speed of water passing through the pipe is low. In this low Reynolds number region, the water in the tube becomes a laminar flow area and the heat transfer coefficient in the laminar flow area is reduced compared to the turbulent flow condition. Therefore, it has to be dealt with by improving the performance of the heat transfer tubes themselves.

現状使用されている代表的な伝熱管としては、特許文献1、2に記載されたコルゲート管がある。コルゲート管は、管の内面及び外面に深い凹凸を形成するコルゲート溝をらせん状に備えるものである。なお、特許文献2においては、コルゲート溝の他に、コルゲート溝間に管内面に突出する突起が形成されている。そして、コルゲート管においては、このコルゲート溝として形成された凹凸および突起により、管内の流体が層流域にて流れる場合でも乱流の形成を促進して熱伝達率の向上を図っている。 Typical heat transfer tubes currently in use include corrugated tubes described in Patent Documents 1 and 2. A corrugated pipe has spiral corrugated grooves that form deep unevenness on the inner and outer surfaces of the pipe. In addition, in Patent Document 2, in addition to the corrugated grooves, projections are formed between the corrugated grooves so as to protrude from the inner surface of the pipe. In the corrugated pipe, the irregularities and projections formed as corrugated grooves promote the formation of turbulence even when the fluid in the pipe flows in a laminar flow region, thereby improving the heat transfer coefficient.

特開2007-218486号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-218486 WO2008/029639号公報WO2008/029639

しかしながら、管内に流体を流したときに特許文献1、2のコルゲート管では、コルゲート溝間の管内壁面近傍に溝間を対流する副流が形成される。この副流は、コルゲート溝のピッチが小さいため、管中央部を流れる主流とは合流せずに、管内壁面近傍に留まって速度境界層および温度境界層となりやすい。この境界層は、流体間の熱交換を阻害するという問題点がある。また、特許文献2ではコルゲート溝間に突起が形成されているが、この突起もコルゲート溝のピッチ幅に対して小さいため、副流は突起に衝突せずに対流しやすい。そのため、特許文献2では、主流と副流を合流させるような流れを突起で形成しにくく、境界層の形成を抑制できない。特に、コルゲート管内の流体の流速が低流速域であると、境界層の形成が顕著なものとなる。 However, in the corrugated pipes of Patent Literatures 1 and 2, when a fluid is caused to flow inside the pipe, a side flow that convects between the corrugated grooves is formed near the inner wall surface of the pipe. Since the pitch of the corrugated grooves is small, this secondary flow tends to remain near the inner wall surface of the pipe without joining with the main flow flowing through the center of the pipe, forming a velocity boundary layer and a temperature boundary layer. This boundary layer has the problem of impeding heat exchange between fluids. Further, in Patent Document 2, projections are formed between the corrugated grooves, but these projections are also smaller than the pitch width of the corrugated grooves, so that the side flow is likely to convect without colliding with the projections. Therefore, in Patent Document 2, it is difficult to form a flow that merges the main stream and the side stream with the projections, and the formation of the boundary layer cannot be suppressed. In particular, when the flow velocity of the fluid inside the corrugated pipe is in a low flow velocity region, the formation of the boundary layer becomes remarkable.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、管内の流体の流速が低流速域であっても、境界層の形成が抑制でき、熱伝達率を向上させることができる伝熱管を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of such problems, and provides a heat transfer tube that can suppress the formation of a boundary layer and improve the heat transfer coefficient even when the flow velocity of the fluid in the tube is low. The task is to provide

本発明に係る伝熱管は、溝部が所定の螺旋周期で螺旋状に形成されたコルゲート管からなり、前記コルゲート管の全長にわたる前記溝部の間に、管軸方向に沿って複数形成された凹部を備え、前記凹部は、管外面から管内面に向かって凹むように形成されると共に、前記凹部は、管軸方向の長さが、前記溝部の溝ピッチ幅の50~90%であり、管内部を流れる流体のレイノルズ数は、2000以下であることを特徴とする。 A heat transfer tube according to the present invention comprises a corrugated tube in which grooves are formed spirally at a predetermined spiral period, and a plurality of recesses are formed along the tube axial direction between the grooves extending over the entire length of the corrugated tube. In addition, the recess is formed so as to be recessed from the outer surface of the pipe toward the inner surface of the pipe, and the length of the recess in the pipe axial direction is 50 to 90% of the groove pitch width of the groove. The Reynolds number of the fluid flowing inside is 2000 or less .

本発明に係る伝熱管によれば、溝部の間に所定の長さの凹部が形成されるため、溝部に沿って流れる2次流としての副流が、管内壁面から突出する凹部に衝突して3次流としての反流が形成される。この3次流が、1次流に2次流を合流させるように働くため、管内壁面に境界層が形成されることが抑制される。その結果、流体間の熱交換が阻害されないため、伝熱管の熱伝達率が向上する。 According to the heat transfer tube of the present invention, since the recesses of a predetermined length are formed between the grooves, the secondary flow flowing along the grooves collides with the recesses protruding from the inner wall surface of the tube. A countercurrent is formed as a tertiary flow. Since this tertiary flow acts to join the secondary flow to the primary flow, formation of a boundary layer on the inner wall surface of the pipe is suppressed. As a result, the heat exchange between the fluids is not hindered, so the heat transfer coefficient of the heat transfer tubes is improved.

本発明に係る伝熱管は、前記凹部が、前記螺旋周期の2周期中に複数形成されていることが好ましい。
本発明に係る伝熱管によれば、螺旋周期の2周期中に複数の凹部が形成されるため、管内面に形成される凹部の数が増加する。それにより、凹部によって形成される3次流の形成が促進される。その結果、3次流によって2次流が1次流にさらに合流し易くなり、伝熱管の熱伝達率がさらに向上する。
In the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that a plurality of recesses are formed in two cycles of the spiral cycle.
According to the heat transfer tube of the present invention, since a plurality of recesses are formed in two helical cycles, the number of recesses formed on the inner surface of the tube increases. Thereby, formation of the tertiary flow formed by the recess is promoted. As a result, the tertiary flow makes it easier for the secondary flow to join the primary flow, further improving the heat transfer coefficient of the heat transfer tube.

本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、同一直線上に形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、管周方向で互いに360度離れた位置に形成されていることが好ましい。
本発明に係る伝熱管によれば、複数の凹部が同一直線上に形成され、すなわち、360度離れた位置に形成されるため、1周期毎に管周方向の同一位置に凹部が形成される。その結果、伝熱管の製造において凹部の形成が容易となり、製造コストが低下する。
In the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of concave portions formed in two cycles is formed on the same straight line.
Further, in the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of recesses formed in two cycles is formed at positions separated from each other by 360 degrees in the tube circumferential direction.
According to the heat transfer tube of the present invention, the plurality of recesses are formed on the same straight line, that is, formed at positions separated by 360 degrees, so that the recesses are formed at the same position in the pipe circumferential direction for each cycle. . As a result, it becomes easier to form the recesses in the manufacture of the heat transfer tube, and the manufacturing cost is reduced.

本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、異なる直線上に形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、管周方向で互いに180度離れた位置に形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、管周方向で互いに240度または120度離れた位置に形成されていることが好ましい。
また、本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれが、管周方向で互いに270度または90度離れた位置に形成されていることが好ましい。
In the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of concave portions formed in two cycles is formed on different straight lines.
Further, in the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of concave portions formed in two cycles is formed at positions separated from each other by 180 degrees in the tube circumferential direction.
Further, in the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of recesses formed in two cycles is formed at positions separated from each other by 240 degrees or 120 degrees in the tube circumferential direction.
Further, in the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that each of the plurality of concave portions formed in two cycles is formed at positions separated from each other by 270 degrees or 90 degrees in the tube circumferential direction.

本発明に係る伝熱管によれば、2周期中に複数形成されている凹部が異なる直線上に形成されている。また、その凹部のそれぞれが管周方向で互いに所定角度離れた位置に形成されている。それにより、管全長にわたって形成される凹部のそれぞれが、管軸に直交する管側面視において互いに所定角度離れた位置に形成される。そして、管内面に形成される凹部の配置が、管周方向で均等になる。その結果、凹部によって形成される3次流によって、2次流が1次流にさらに合流し易くなり、伝熱管の熱伝達率がさらに向上する。 According to the heat transfer tube of the present invention, the plurality of concave portions formed in two cycles are formed on different straight lines. Further, the recesses are formed at positions separated from each other by a predetermined angle in the circumferential direction of the tube. Thereby, the recesses formed over the entire length of the pipe are formed at positions separated from each other by a predetermined angle when viewed from the side of the pipe orthogonal to the pipe axis. Then, the arrangement of the concave portions formed on the inner surface of the pipe becomes uniform in the circumferential direction of the pipe. As a result, the tertiary flow formed by the recess makes it easier for the secondary flow to join the primary flow, further improving the heat transfer coefficient of the heat transfer tube.

本発明に係る伝熱管は、前記凹部が、前記螺旋周期の1周期毎に形成されていることが好ましい。
本発明に係る伝熱管によれば、凹部が螺旋周期の1周期毎に形成されているため、管内面に形成される凹部の数が増加する。それにより、凹部によって形成される3次流の形成が促進される。その結果、3次流によって2次流が1次流にさらに合流し易くなり、伝熱管の熱伝達率がさらに向上する。
In the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that the concave portion is formed for each spiral period.
According to the heat transfer tube of the present invention, since the recesses are formed for each spiral period, the number of recesses formed on the inner surface of the tube increases. Thereby, formation of the tertiary flow formed by the recess is promoted. As a result, the tertiary flow makes it easier for the secondary flow to join the primary flow, further improving the heat transfer coefficient of the heat transfer tube.

本発明に係る伝熱管は、前記凹部が、予め設定された前記螺旋周期の間隔をあけて形成されていることが好ましい。
本発明に係る伝熱管によれば、螺旋周期の所定間隔をあけて凹部が形成されているため、管内面に形成される凹部の配置が、管周方向で均等になる。その結果、凹部によって形成される3次流によって、2次流が1次流にさらに合流し易くなり、伝熱管の熱伝達率がさらに向上する。
本発明に係る伝熱管は、管内部を流れる流体のレイノルズ数が2000以下の場合、流体を供給するポンプの圧力を低下させることができ、ポンプ運転動力が低減する。
In the heat transfer tube according to the present invention, it is preferable that the concave portions are formed at intervals of the predetermined spiral period.
According to the heat transfer tube of the present invention, since the recesses are formed at predetermined intervals of the spiral period, the arrangement of the recesses formed on the inner surface of the tube becomes uniform in the circumferential direction of the tube. As a result, the tertiary flow formed by the recess makes it easier for the secondary flow to join the primary flow, further improving the heat transfer coefficient of the heat transfer tube.
The heat transfer tube according to the present invention can reduce the pressure of the pump that supplies the fluid when the Reynolds number of the fluid flowing inside the tube is 2000 or less, thereby reducing the pump driving power.

本発明に係る伝熱管は、境界層の形成が抑制でき、熱伝達率が向上する。また、本発明に係る伝熱管は、低流速域で好適であるため、流体を供給するポンプの運転動力を低下させることができ、省エネ化が図れる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION The heat exchanger tube which concerns on this invention can suppress formation of a boundary layer, and a heat transfer coefficient improves. Moreover, since the heat transfer tube according to the present invention is suitable for a low flow velocity region, it is possible to reduce the driving power of the pump that supplies the fluid, thereby saving energy.

本発明の第1実施形態の係る伝熱管の構成を示す斜視図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a perspective view which shows the structure of the heat exchanger tube which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1のII-II線での管側面視における断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1 and viewed from the side of the pipe; 図1のIII-III線での断面図であって、管内部の流体の流れを模式的に示すものである。FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line III-III of FIG. 1, schematically showing the flow of fluid inside the pipe. 本発明の第2実施形態に係る伝熱管の構成を示す正面図である。FIG. 5 is a front view showing the configuration of a heat transfer tube according to a second embodiment of the present invention; 図4のVA-VA線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VA-VA of FIG. 4, showing the arrangement of recesses in a pipe side view, omitting the illustration of grooves and the like. 図4のVB-VB線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line VB-VB in FIG. 4, showing the arrangement of recesses in a pipe side view, omitting the illustration of grooves and the like. 本発明の第3実施形態に係る伝熱管の構成を示す正面図であって、伝熱管の背面側に形成された凹部は簡略化して示すものである。FIG. 8 is a front view showing the configuration of a heat transfer tube according to a third embodiment of the present invention, in which recesses formed on the back side of the heat transfer tube are shown in a simplified manner. 図6のVIIA-VIIA線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The VIIA-VIIA line in FIG. 6 shows the arrangement of the recesses in a side view of the tube, omitting the description of the grooves and the like. 図6のVIIB-VIIB線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The line VIIB-VIIB in FIG. 6 shows the arrangement of the recesses in a side view of the pipe, omitting the illustration of the grooves and the like. 図6のVIIC-VIIC線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VIIC-VIIC in FIG. 6, showing the arrangement of recesses in a tube side view, omitting the illustration of grooves and the like. 本発明の第3実施形態に係る伝熱管の他の構成を示す正面図であって、伝熱管の背面側に形成された凹部は簡略化して示すものである。FIG. 11 is a front view showing another configuration of the heat transfer tube according to the third embodiment of the present invention, in which the concave portion formed on the back side of the heat transfer tube is simply shown. 図8のIXA-IXA線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The line IXA-IXA in FIG. 8 shows the arrangement of the recesses in a side view of the tube, omitting the description of the grooves and the like. 図8のIXB-IXB線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The IXB-IXB line in FIG. 8 shows the arrangement of the concave portions as viewed from the side of the tube, omitting the illustration of grooves and the like. 図8のIXC-IXC線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IXC-IXC of FIG. 8, showing the arrangement of recesses in a side view of the tube, omitting the illustration of grooves and the like. 本発明の第4実施形態に係る伝熱管の構成を示す正面図であって、伝熱管の背面側に形成された凹部は簡略化して示すものである。FIG. 11 is a front view showing the configuration of a heat transfer tube according to a fourth embodiment of the present invention, in which recesses formed on the back side of the heat transfer tube are shown in a simplified manner. 図10のXIA-XIA線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The line XIA-XIA in FIG. 10 shows the arrangement of the recesses in the side view of the pipe, omitting the description of the grooves and the like. 図10のXIB-XIB線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The XIB-XIB line in FIG. 10 shows the arrangement of the recesses in the side view of the tube, omitting the description of the grooves and the like. 図10のXIC-XIC線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XIC-XIC in FIG. 10, showing the arrangement of recesses in a tube side view, omitting the illustration of grooves and the like. 図10のXID-XID線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 11 is a cross-sectional view taken along the XID-XID line in FIG. 10, showing the arrangement of recesses in a pipe side view, omitting the illustration of grooves and the like. 本発明の第4実施形態に係る伝熱管の他の構成を示す正面図である。FIG. 11 is a front view showing another configuration of the heat transfer tube according to the fourth embodiment of the present invention; 図12のXIIIA-XIIIA線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The XIIIA-XIIIA line in FIG. 12 shows the arrangement of the recesses in the side view of the pipe, omitting the description of the grooves and the like. 図12のXIIIB-XIIIB線であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。The line XIIIB-XIIIB in FIG. 12 shows the arrangement of the recesses in a side view of the tube, omitting the description of the grooves and the like. 図12のXIIIC-XIIIC線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIIIC-XIIIC of FIG. 12, showing the arrangement of the recesses in a side view of the pipe, omitting the illustration of grooves and the like. 図12のXIIID-XIIID線での断面図であって、管側面視における凹部の配置を溝部等の記載は省略して示すものである。FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line XIIID-XIIID in FIG. 12, showing the arrangement of recesses in a side view of the tube, omitting the illustration of grooves and the like. 伝熱管の熱伝達率を測定する試験装置を模式的に示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram schematically showing a testing device for measuring heat transfer coefficients of heat transfer tubes. レイノルズ数Reと熱伝達率Nuとの関係を示すグラフ図である。4 is a graph showing the relationship between Reynolds number Re and heat transfer coefficient Nu. FIG.

本発明の実施形態に係る伝熱管ついて、具体的に説明する。
伝熱管は、管内の流体、好ましくは単相流流体と、管外の熱媒体との間で熱交換を行うものである。伝熱管の管内には、水及びブライン等の単相流流体が流れる。一方、管外の熱媒体は、本発明の伝熱管を使用する分野により異なる。本発明の伝熱管の使用分野が、ヒートポンプ給湯器のように水-冷媒熱交換器の場合には、管外面に自然冷媒又はフロン冷媒が流れる。そして、使用分野が、ガス給湯器のように水-水熱交換器に使用される二重管式熱交換器の場合は、管外にも水等の単相流流体が流れる。また、他の技術分野においても、例えば、太陽熱温水器のソーラーパネルの温水配管に本発明の伝熱管を使用する場合は、太陽が出す輻射線等の電磁波が管外面に吸収されて生じる輻射熱が伝熱管に作用する。また、本発明の伝熱管を地中に埋め込んで、土壌と管外面とが接触する水-土壌熱交換器の分野に伝熱管を使用する場合は、土壌に蓄積された熱と管外面との間で熱交換が生じる。なお、管内を流れる単相流流体の流速を表すレイノズル数は、2000以下が好ましい。レイノズル数が2000以下であると、管内に供給される流体の流量が低減され、流体を供給するポンプ運転動力を低減できるため、機器の省電力化が図れる。
A heat transfer tube according to an embodiment of the present invention will be specifically described.
A heat transfer tube exchanges heat between a fluid inside the tube, preferably a single-phase fluid, and a heat medium outside the tube. Single-phase fluids such as water and brine flow through the tubes of the heat transfer tubes. On the other hand, the heat medium outside the tube differs depending on the field in which the heat transfer tube of the present invention is used. When the heat transfer tube of the present invention is used in a water-refrigerant heat exchanger such as a heat pump water heater, a natural refrigerant or Freon refrigerant flows on the outer surface of the tube. In the case where the field of use is a double-pipe heat exchanger used as a water-water heat exchanger such as a gas water heater, a single-phase flow fluid such as water also flows outside the pipes. Also in other technical fields, for example, when the heat transfer tube of the present invention is used for hot water piping of a solar panel of a solar water heater, radiant heat generated by absorption of electromagnetic waves such as radiation emitted by the sun on the outer surface of the tube is Act on heat transfer tubes. Further, when the heat transfer tube of the present invention is buried in the ground and used in the field of a water-soil heat exchanger in which the soil and the outer surface of the tube are in contact, the heat accumulated in the soil and the outer surface of the tube A heat exchange occurs between them. The Reynolds number, which indicates the flow velocity of the single-phase fluid flowing through the pipe, is preferably 2000 or less. When the Reynolds number is 2000 or less, the flow rate of the fluid supplied into the pipe is reduced, and the driving power of the pump for supplying the fluid can be reduced, so that the power consumption of the equipment can be reduced.

<第1実施形態>
本発明の第1実施形態に係る伝熱管について、図面を参照して説明する。
図1~図3に示すように、伝熱管1は、管外面から管内面に向かって凹むように溝部3が所定の螺旋周期で螺旋状に形成されたコルゲート管2からなり、コルゲート管2の全長にわたる螺旋状の溝部3の間に、管軸方向に沿って複数形成された凹部4を備え、凹部4は管外面から管内面に向かって凹むように形成されている。そして、伝熱管1は、凹部4の管軸方向の長さLdが、溝部3の溝ピッチ幅Pcに対する割合で特定されている。また、伝熱管1は、凹部4が、溝部3の螺旋周期の1周期毎に形成され、2周期中に複数形成されている。また、伝熱管1は、2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の同一直線上に形成されている。また、伝熱管1は、凹部4が予め設定された螺旋周期の間隔をあけて形成されている。
<First embodiment>
A heat transfer tube according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 to 3, the heat transfer tube 1 is composed of a corrugated tube 2 in which grooves 3 are spirally formed with a predetermined spiral period so as to be recessed from the outer surface of the tube toward the inner surface of the tube. A plurality of recesses 4 are formed along the tube axial direction between the spiral grooves 3 extending over the entire length, and the recesses 4 are formed so as to be recessed from the tube outer surface toward the tube inner surface. In the heat transfer tube 1 , the length Ld of the concave portion 4 in the tube axis direction is specified as a ratio to the groove pitch width Pc of the groove portion 3 . Further, in the heat transfer tube 1, the concave portion 4 is formed for each spiral cycle of the groove portion 3, and a plurality of concave portions 4 are formed in two cycles. Further, in the heat transfer tube 1, the length directions of the plurality of concave portions 4 formed in two cycles are formed on the same straight line when viewed from the front of the tube. Moreover, the heat transfer tube 1 is formed so that the concave portions 4 are spaced apart by a predetermined spiral period.

例えば、伝熱管1は、凹部4が螺旋周期の2周期中に2個形成され、1周期毎に1個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1は、2周期中に2個形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な1つの直線上に形成されている。また、伝熱管1は、凹部4のそれぞれが管周方向で互いに360度離れた位置に形成されている。また、伝熱管1は、凹部4が螺旋周期の1周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1, two recesses 4 are formed in two spiral cycles, and one recess 4 is formed in each cycle. Further, in the heat transfer tube 1, the length directions of the two concave portions 4 formed in two cycles are formed on one straight line parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube. In the heat transfer tube 1, the concave portions 4 are formed at positions separated from each other by 360 degrees in the tube circumferential direction. In the heat transfer tube 1, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of one spiral period.

伝熱管1の各構成について、具体的に説明する
(コルゲート管)
コルゲート管2は、管本体部の管外面に螺旋状の溝部3が形成されたものである。そして、管本体部の材質は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、チタン等の熱が伝導する金属材料からなり、特に、銅または銅合金のような熱伝導率が良好なものであれば、なお好適である。また、コルゲート管2の管本体部の寸法は、伝熱管の使用分野によって適宜設定されるが、例えば、管外径は6~20mm、管内径は5~19mmである。
Each configuration of the heat transfer tube 1 will be specifically described (corrugated tube)
The corrugated pipe 2 has a helical groove 3 formed on the outer surface of the pipe main body. The material of the pipe main body is made of a metal material that conducts heat, such as copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy, iron, stainless steel, and titanium. Anything is more preferable. The dimensions of the tube main body of the corrugated tube 2 are appropriately set according to the field of use of the heat transfer tube.

(溝部)
溝部3は、管本体部である平滑管の外面に、先端が先鋭な工具を押し当て、この状態で、例えば、管を回転させつつ管軸方向に工具を移動させることによって、管全長で螺旋状に1本形成された溝である。図2、図3に示すように、溝部3の形成によって、コルゲート管2の管内壁面には突起が形成され、この突起に沿って管内壁面の近傍を螺旋状に流れる流体の副流F2が生成される。
(groove)
The groove portion 3 is formed by pressing a tool with a sharp tip against the outer surface of the smooth tube, which is the tube main body, and in this state, for example, rotating the tube and moving the tool in the axial direction of the tube. It is a groove formed in a single shape. As shown in FIGS. 2 and 3, by forming the grooves 3, protrusions are formed on the inner wall surface of the corrugated tube 2, and along the protrusions, a side flow F2 of the fluid flowing spirally near the inner wall surface of the tube is generated. be done.

溝部3の溝ピッチ幅Pcは、15~25mmであることが好ましい。溝ピッチ幅Pcが15mm以上であると、副流F2が衝突して流体の反流F31を生成する所定長さ以上の凹部4を溝部3の間に形成できる。また、溝ピッチ幅Pcが25mm以下であると、凹部4によって管中心部を流れる流体の主流F1の乱流化が促進されることがなく、圧力損失を抑制することができる。 A groove pitch width Pc of the groove portion 3 is preferably 15 to 25 mm. When the groove pitch width Pc is 15 mm or more, the recesses 4 having a predetermined length or longer can be formed between the grooves 3 so that the side flow F2 collides with them to generate the counterflow F31 of the fluid. Further, when the groove pitch width Pc is 25 mm or less, the turbulence of the main flow F1 of the fluid flowing through the central portion of the pipe is not promoted by the recesses 4, and the pressure loss can be suppressed.

溝部3の溝深さDcは、0.6~1.2mmであることが好ましい。溝深さDcが0.6mm以上であると、副流F2の生成が促進される。また、溝深さDcが1.2mm以下であると、溝部3によって管中心部の主流F1の乱流化が促進されることがなく、圧力損失を抑制することができる。 A groove depth Dc of the groove portion 3 is preferably 0.6 to 1.2 mm. When the groove depth Dc is 0.6 mm or more, the generation of the side flow F2 is promoted. Further, when the groove depth Dc is 1.2 mm or less, the grooves 3 do not promote the turbulence of the main flow F1 at the center of the pipe, and the pressure loss can be suppressed.

なお、溝部3は、1本の螺旋状の条により形成されている。この場合,溝ねじれ角θは、管外径、溝ピッチ幅Pc、条数が決まれば一義的に決まる。例えば、この溝ねじれ角θは48~65度である。また、溝部3の溝幅Wcは、例えば、1.7~5.5mmである。 In addition, the groove portion 3 is formed by a single spiral line. In this case, the groove helix angle .theta. is uniquely determined when the pipe outer diameter, groove pitch width Pc, and the number of grooves are determined. For example, this groove twist angle θ is 48 to 65 degrees. A groove width Wc of the groove portion 3 is, for example, 1.7 to 5.5 mm.

(凹部)
凹部4は、コルゲート管2の外面の所定位置に、先端が先鋭な工具を押し当てることによって形成される。図2、図3に示すように、凹部4の形成によって、コルゲート管2の管内壁面には突起が形成される。
(recess)
The recess 4 is formed by pressing a tool with a sharp tip against a predetermined position on the outer surface of the corrugated pipe 2 . As shown in FIGS. 2 and 3, the formation of the recesses 4 forms protrusions on the inner wall surface of the corrugated tube 2 .

図1に示すように、凹部4の管軸方向の長さLdは、溝ピッチ幅Pcの50~90%とする。凹部4の長さLdが溝ピッチ幅Pcの50%以上であると、副流F2が凹部4に衝突して反流F31を生成するため、前記した反流F31~F34による流体の撹拌によって主流F1に副流F2が合流して、境界層が生成されなくなる。また、凹部4の長さLdが溝ピッチ幅Pcの90%以下であると、凹部4によって主流F1の乱流化が促進されることがなく、圧力損失を抑制することができる。 As shown in FIG. 1, the axial length Ld of the concave portion 4 is 50 to 90% of the groove pitch width Pc. When the length Ld of the recesses 4 is 50% or more of the groove pitch width Pc, the side flow F2 collides with the recesses 4 to generate a counterflow F31. The side flow F2 joins F1 and no boundary layer is generated. Further, when the length Ld of the recesses 4 is 90% or less of the groove pitch width Pc, the turbulence of the main flow F1 is not promoted by the recesses 4, and the pressure loss can be suppressed.

図2に示すように、凹部4の管径方向の深さDdは、管外径の6~20%であることが好ましい。凹部4の深さDdが管外径の6%以上であると、副流F2が凹部4に衝突しやすく、反流F31~F34が生成しやすい。また、凹部4の深さDdが管外径の20%以下であると、凹部4によって主流F1の乱流化が促進されることがなく、圧力損失を抑制しやすい。 As shown in FIG. 2, the depth Dd of the concave portion 4 in the tube radial direction is preferably 6 to 20% of the tube outer diameter. When the depth Dd of the recess 4 is 6% or more of the tube outer diameter, the side flow F2 is likely to collide with the recess 4, and counterflows F31 to F34 are likely to be generated. Further, when the depth Dd of the recess 4 is 20% or less of the outer diameter of the pipe, the recess 4 does not promote turbulence of the main flow F1, and pressure loss can be easily suppressed.

なお、凹部4の管周方向の幅Wdは、凹部4の形成作業のしやすさ、主流F1の乱流促進を抑制できる大きさであること等を考慮して、適宜設定される。例えば、凹部4の幅Wdは管周長さの11~26%であることが好ましい。 The width Wd of the concave portion 4 in the pipe circumferential direction is appropriately set in consideration of the ease of forming the concave portion 4 and the size that can suppress the promotion of turbulent flow in the main flow F1. For example, the width Wd of the recess 4 is preferably 11 to 26% of the pipe circumference.

図3に示すように、伝熱管1の管内面に流体が供給されると、凹部4によって形成される突起に、管内壁面近傍を螺旋状に流れる流体の副流F2が衝突して、管中心部を流れる流体の主流F1とは反対方向に流れる流体の反流F31が生成される。反流F31は、凹部4の底面に沿って流れ、溝部3に衝突して、溝部3に沿って副流F2とは反対方向に流れる反流F32となる。反流F32は、管内壁面に衝突して、管内壁面に沿って反流F31とは反対方向に流れる反流F33となる。反流F33は、溝部3に衝突して、溝部3に沿って反流F32とは反対方向に流れる反流F34となる。反流F34は、再び凹部4によって形成される突起に衝突して反流F31となる。このように凹部4によって形成される突起によって、反流F31~F34が繰り返し生成されることによって、管内壁面近傍の流体が撹拌され、主流F1に副流F2が合流する。その結果、管内壁面近傍に境界層が生成されなくなり、流体間の熱交換が向上するため、伝熱管1の熱伝達率が高くなる。 As shown in FIG. 3, when a fluid is supplied to the inner surface of the heat transfer tube 1, a secondary flow F2 of the fluid spiraling near the inner wall surface of the tube collides with the projections formed by the recesses 4, A counter-flow F31 of fluid flowing in the opposite direction to the main flow F1 of fluid flowing through the section is generated. The counterflow F31 flows along the bottom surface of the recess 4, collides with the groove 3, and becomes a counterflow F32 that flows along the groove 3 in the direction opposite to the side flow F2. The counterflow F32 collides with the inner wall surface of the pipe and becomes a countercurrent F33 that flows along the inner wall surface of the pipe in the direction opposite to the counterflow F31. The countercurrent F33 collides with the groove 3 and becomes a countercurrent F34 that flows along the groove 3 in the opposite direction to the countercurrent F32. The counterflow F34 again collides with the protrusion formed by the recess 4 and becomes a counterflow F31. The projections formed by the concave portions 4 in this way repeatedly generate the counterflows F31 to F34, thereby stirring the fluid near the inner wall surface of the pipe and joining the main flow F1 with the side flow F2. As a result, no boundary layer is generated near the inner wall surface of the tube, and heat exchange between fluids is improved, so that the heat transfer coefficient of the heat transfer tube 1 is increased.

<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係る伝熱管について、図面を参照して説明する。
図4~図5Bに示すように、本発明の第2実施形態に係る伝熱管1Aは、溝部3の螺旋周期の2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な2つの直線上に形成されていること以外は、第1実施形態1の伝熱管1(図1参照)と同一構成を備える。
<Second embodiment>
A heat transfer tube according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 4 to 5B, in the heat transfer tube 1A according to the second embodiment of the present invention, the length direction of each of the plurality of concave portions 4 formed in two spiral cycles of the groove portion 3 is aligned with the tube front surface. It has the same configuration as the heat transfer tube 1 (see FIG. 1) of the first embodiment 1 except that it is formed on two straight lines parallel to the visible tube axis.

例えば、伝熱管1Aは、凹部4が螺旋周期の2周期中に4個形成され、1周期毎に2個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1Aは、2周期中に4個形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な2つの直線上に形成されている。また、伝熱管1Aは、2周期中に形成されている凹部4のそれぞれが、管周方向で互いに180度離れた位置に形成されている。また、伝熱管1Aは、凹部4が螺旋周期の1/2周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。また、伝熱管1Aは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4のそれぞれが、管側面視において管周方向で互いに180度離れた位置に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1A, four concave portions 4 are formed in two spiral cycles, and two concave portions 4 are formed in each cycle. Further, in the heat transfer tube 1A, the length directions of the four concave portions 4 formed in two cycles are formed on two straight lines parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube. Further, in the heat transfer tube 1A, the concave portions 4 formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 180 degrees in the tube circumferential direction. Further, in the heat transfer tube 1A, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of 1/2 of the spiral period. In the heat transfer tube 1A, a plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions separated from each other by 180 degrees in the tube circumferential direction when viewed from the side of the tube.

伝熱管1Aは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を均等に2分割する位置に形成されている。伝熱管1Aは、図示しないが、複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を不均等に分割する2箇所に形成されていてもよい。例えば、伝熱管1Aは、2箇所目の凹部4が、1箇所目の凹部4から管周方向に90度離れた位置に形成されていてもよい。 In the heat transfer tube 1A, a plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions that equally divide the tube circumference into two when viewed from the side of the tube. In the heat transfer tube 1A, although not shown, a plurality of recesses 4 may be formed at two locations that unequally divide the circumference of the tube when viewed from the side of the tube. For example, in the heat transfer tube 1A, the second concave portion 4 may be formed at a position separated from the first concave portion 4 by 90 degrees in the pipe circumferential direction.

<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係る伝熱管について、図面を参照して説明する。
図6~図7Cに示すように、本発明の第3実施形態に係る伝熱管1Bは、溝部3の螺旋周期の2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な3つの直線上に形成されていること以外は、第2実施形態の伝熱管1A(図4~図5B参照)と同一構成を備える。
<Third Embodiment>
A heat transfer tube according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 6 to 7C, in the heat transfer tube 1B according to the third embodiment of the present invention, the length direction of each of the plurality of recesses 4 formed in two cycles of the spiral cycle of the groove portion 3 is aligned with the tube front surface. It has the same configuration as the heat transfer tube 1A of the second embodiment (see FIGS. 4 to 5B) except that it is formed on three straight lines parallel to the visual tube axis.

例えば、伝熱管1Bは、凹部4が螺旋周期の2周期中に3個形成され、1周期毎に1個または2個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1Bは、2周期中に3個形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な3つの直線上に形成されている。また、伝熱管1Bは、2周期中に形成されている凹部4のそれぞれが螺旋進行方向(図では時計方向)において、管周方向で互いに240度離れた位置に形成されている。また、伝熱管1Bは、凹部4が螺旋周期の2/3周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。また、伝熱管1Bは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4のそれぞれが、管側面視において管周方向で互いに120度離れた位置に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1B, three concave portions 4 are formed in two spiral cycles, and one or two concave portions 4 are formed in each cycle. Also, in the heat transfer tube 1B, the length directions of the three concave portions 4 formed in two cycles are formed on three straight lines parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube. Further, in the heat transfer tube 1B, the concave portions 4 formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 240 degrees in the circumferential direction of the tube in the spiral advancing direction (clockwise direction in the drawing). Further, in the heat transfer tube 1B, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of ⅔ of the spiral period. In the heat transfer tube 1B, the plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions separated from each other by 120 degrees in the tube circumferential direction when viewed from the side of the tube.

また、本発明の第3実施形態に係る伝熱管の他の構成について、図面を参照して説明する。
図8~図9Cに示すように、他の構成の伝熱管1Cは、溝部3の螺旋周期の2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれが、螺旋進行方向(図では時計方向)において、管周方向で互いに120度離れた位置に形成されていること以外は、第3実施形態の伝熱管1B(図6~図7C参照)と同一構成を備える。
Another configuration of the heat transfer tube according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 8 to 9C, in the heat transfer tube 1C having another configuration, each of the plurality of recesses 4 formed in two cycles of the spiral cycle of the groove portion 3 is arranged in the spiral advancing direction (clockwise in the figure), It has the same configuration as the heat transfer tube 1B of the third embodiment (see FIGS. 6 to 7C) except that they are formed at positions separated from each other by 120 degrees in the tube circumferential direction.

例えば、伝熱管1Cは、凹部4が螺旋周期の2周期中に6個形成され、1周期毎に3個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1Cは、凹部4が螺旋周期の1/3周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。また、伝熱管1Cでも、伝熱管1Bと同様に、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4のそれぞれが、管側面視において管周方向で互いに120度離れた位置に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1C, six concave portions 4 are formed in two spiral cycles, and three concave portions 4 are formed in each cycle. Further, in the heat transfer tube 1C, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of ⅓ of the spiral period. Also, in the heat transfer tube 1C, similarly to the heat transfer tube 1B, the plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions separated from each other by 120 degrees in the tube circumferential direction when viewed from the side of the tube. .

伝熱管1A、1Bは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を均等に3分割する位置に形成されている。伝熱管1A、1Bは、図示しないが、複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を不均等に分割する3箇所に形成されていてもよい。例えば、伝熱管1A、1Bは、2箇所目の凹部4が1箇所目の凹部4から螺旋進行方向において管周方向に90度離れた位置に形成され、3箇所目の凹部4が2箇所目の凹部4から螺旋進行方向において管周方向に120度離れた位置に形成されていてもよい。 In the heat transfer tubes 1A and 1B, a plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions that equally divide the tube circumference into three when viewed from the side of the tube. In the heat transfer tubes 1A and 1B, although not shown, a plurality of recesses 4 may be formed at three locations that unequally divide the tube circumference when viewed from the side of the tubes. For example, in the heat transfer tubes 1A and 1B, the second concave portion 4 is formed at a position separated from the first concave portion 4 by 90 degrees in the spiral traveling direction in the tube circumferential direction, and the third concave portion 4 is formed at the second place. may be formed at a position 120 degrees away from the recessed portion 4 in the spiral advancing direction in the pipe circumferential direction.

<第4実施形態>
本発明の第4実施形態に係る伝熱管について、図面を参照して説明する。
図10~図11Dに示すように、本発明の第4実施形態に係る伝熱管1Dは、溝部3の螺旋周期の2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれが、螺旋進行方向において管周方向で互いに270度離れた位置に形成されていること以外は、第3実施形態の伝熱管1B(図6~図7C参照)と同一構成を備える。
<Fourth Embodiment>
A heat transfer tube according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 10 to 11D, in the heat transfer tube 1D according to the fourth embodiment of the present invention, each of the plurality of concave portions 4 formed in two cycles of the spiral cycle of the groove portion 3 extends along the tube circumference in the spiral advancing direction. It has the same configuration as the heat transfer tube 1B of the third embodiment (see FIGS. 6 to 7C) except that they are formed at positions separated from each other by 270 degrees in direction.

例えば、伝熱管1Dは、凹部4が螺旋周期の2周期中に3個形成され、1周期毎に1個または2個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1Dは、2周期中に3個形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な3つの直線上に形成されている。また、伝熱管1Dは、凹部4のそれぞれが、螺旋進行方向において管周方向で互いに270度離れた位置に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1D, three concave portions 4 are formed in two spiral cycles, and one or two concave portions 4 are formed in each cycle. Also, in the heat transfer tube 1D, the length directions of the three concave portions 4 formed in two cycles are formed on three straight lines parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube. Further, in the heat transfer tube 1D, the concave portions 4 are formed at positions separated from each other by 270 degrees in the circumferential direction of the tube in the spiral advancing direction.

また、伝熱管1Dは、凹部4が螺旋周期の3周期中に4個形成され、3周期中に4個形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な4つの直線上に形成されている。また、伝熱管1Dは、凹部4のそれぞれが、螺旋進行方向において管周方向で互いに270度離れた位置に形成されている。 In addition, in the heat transfer tube 1D, four concave portions 4 are formed in three cycles of the spiral cycle, and the length direction of each of the four concave portions 4 formed in three cycles is It is formed on four parallel straight lines. Further, in the heat transfer tube 1D, the concave portions 4 are formed at positions separated from each other by 270 degrees in the circumferential direction of the tube in the spiral advancing direction.

また、伝熱管1Dは、凹部4が螺旋周期の3/4周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。そして、伝熱管1Dは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4のそれぞれが、管側面視において管周方向で互いに90度離れた位置に形成されている。 Further, in the heat transfer tube 1D, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of 3/4 of the spiral period. In the heat transfer tube 1D, a plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions separated from each other by 90 degrees in the tube circumferential direction when viewed from the side of the tube.

また、本発明の第4実施形態に係る伝熱管の他の構成について、図面を参照して説明する。
図12~図13Dに示すように、他の構成の伝熱管1Eは、溝部3の螺旋周期の2周期中に複数形成された凹部4のそれぞれの長さ方向が管正面視の管軸に対して平行な4つの直線上に形成されていること、凹部4のそれぞれが螺旋進行方向(図では時計方向)において管周方向で互いに90度離れた位置に形成されていること以外は、第4実施形態の伝熱管1D(図10~図11D参照)と同一構成を備える。
Another configuration of the heat transfer tube according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 12 to 13D, in the heat transfer tube 1E having another configuration, the length direction of each of the plurality of concave portions 4 formed in two cycles of the spiral cycle of the groove portion 3 is are formed on four straight lines parallel to each other, and each of the recesses 4 is formed at positions separated from each other by 90 degrees in the circumferential direction of the pipe in the spiral advancing direction (clockwise in the figure). It has the same configuration as the heat transfer tube 1D of the embodiment (see FIGS. 10 to 11D).

例えば、伝熱管1Eは、凹部4が螺旋周期の2周期中に8個形成され、1周期毎に4個の凹部4が形成されている。また、伝熱管1Eは、螺旋周期の2周期中に8個形成された凹部4のそれぞれが、螺旋進行方向(図では時計方向)において、管周方向で互いに90度離れた位置に形成されている。また、伝熱管1Eは、凹部4が螺旋周期の1/4周期の間隔をあけて管周方向に形成されている。また、伝熱管1Eでも、伝熱管1Dと同様に、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4のそれぞれが、管側面視において管周方向で互いに90度離れた位置に形成されている。 For example, in the heat transfer tube 1E, eight concave portions 4 are formed in two spiral cycles, and four concave portions 4 are formed in each cycle. Further, in the heat transfer tube 1E, the eight concave portions 4 formed in two cycles of the spiral cycle are formed at positions separated from each other by 90 degrees in the circumferential direction of the tube in the spiral advancing direction (clockwise direction in the figure). there is Further, in the heat transfer tube 1E, the concave portions 4 are formed in the tube circumferential direction at intervals of 1/4 of the spiral period. Also in the heat transfer tube 1E, similarly to the heat transfer tube 1D, the plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions separated from each other by 90 degrees in the tube circumferential direction when viewed from the side of the tube. .

伝熱管1D、1Eは、コルゲート管2の全長にわたって複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を均等に4分割する位置に形成されている。伝熱管1D、1Eは、図示しないが、複数形成されている凹部4が、管側面視において管周を不均等に分割する4箇所に形成されていてもよい。例えば、伝熱管1D、1Eは、2箇所目の凹部4が1箇所目の凹部4から螺旋進行方向において管周方向に45度離れた位置に形成され、2、3、4箇所目の凹部4が管周方向で互いに90度離れた位置に形成されていてもよい。 In the heat transfer tubes 1D and 1E, a plurality of recesses 4 formed over the entire length of the corrugated tube 2 are formed at positions that equally divide the tube circumference into four parts when viewed from the side of the tube. In the heat transfer tubes 1D and 1E, although not shown, a plurality of recesses 4 may be formed at four locations that unequally divide the circumference of the tube when viewed from the side of the tube. For example, in the heat transfer tubes 1D and 1E, the second recessed portion 4 is formed at a position 45 degrees apart from the first recessed portion 4 in the spiral traveling direction in the tube circumferential direction, and the second, third, and fourth recessed portions 4 may be formed at positions separated from each other by 90 degrees in the pipe circumferential direction.

<変形例>
本発明に係る伝熱管は、図示しないが、以下のような構成であってもよい。
本発明に係る伝熱管は、同一の長さLdを有する凹部4を複数形成しているが、長さLdが他の凹部4と比べて長い凹部4と、長さLdが他の凹部4と比べて短い凹部4とを混合して複数形成してもよい。
<Modification>
Although not shown, the heat transfer tube according to the present invention may have the following configuration.
In the heat transfer tube according to the present invention, a plurality of recesses 4 having the same length Ld are formed. A plurality of concave portions 4 may be formed by mixing them with the concave portions 4 which are relatively short.

本発明に係る伝熱管は、複数の凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な直線上に形成されている。伝熱管は、凹部4のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に対して平行な直線から管周方向に傾斜して形成された凹部4であってもよい。 In the heat transfer tube according to the present invention, the length direction of each of the plurality of recesses 4 is formed on a straight line parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube. The heat transfer tube may be recesses 4 formed such that the length direction of each of the recesses 4 is inclined in the tube circumferential direction from a straight line parallel to the tube axis in a front view of the tube.

本発明に係る伝熱管は、溝部3の螺旋周期の1周期毎に少なくとも1個の凹部4を形成して、複数周期にわたって連続して形成されているが、凹部4を形成しない周期を含めて複数周期にわたって凹部4を不連続に形成してもよい。 In the heat transfer tube according to the present invention, at least one concave portion 4 is formed in each helical cycle of the groove portion 3, and is continuously formed over a plurality of cycles. The concave portions 4 may be formed discontinuously over a plurality of cycles.

本発明に係る伝熱管は、2周期中に複数形成されている凹部のそれぞれの長さ方向が、管正面視の管軸に平行な5つ以上の直線上に形成されていてもよい。 In the heat transfer tube according to the present invention, the length directions of the plurality of concave portions formed in the two cycles may be formed on five or more straight lines parallel to the tube axis when viewed from the front of the tube.

本発明に係る伝熱管は、コルゲート管2に複数の溝部を形成してもよい。複数の溝部は、主溝部である溝部3と、溝部3による副流F2(図3参照)の形成を補助するように働く補助溝部とからなる。補助溝部は、管外面から管内面に向かって凹むように、管全長にわたって螺旋状に形成される。そして、補助溝部は、溝部3と交差するように形成してもよいし、溝部3と交差しないように形成してもよい。補助溝部の溝ピッチ幅Pc、溝深さDc、溝ねじれ角θ、溝幅Wcは、溝部3と同じであってもよいし、溝部3と異なってもよい。また、補助溝部の螺旋巻き方向は、管側面視において、溝部3と同方向であってもよいし、逆方向であってもよい。そして、補助溝部は、凹部4と交差するように形成してもよいし、凹部4と交差しないように形成してもよい。なお、複数の溝部をコルゲート管2に形成した場合であっても、凹部4の管軸方向の長さは、溝部3の溝ピッチ幅Pcに対する割合で特定される。 In the heat transfer tube according to the present invention, the corrugated tube 2 may have a plurality of grooves. The plurality of grooves are composed of grooves 3 which are main grooves and auxiliary grooves which act to assist the formation of sub-flows F2 (see FIG. 3) by the grooves 3 . The auxiliary groove is helically formed over the entire length of the pipe so as to be recessed from the outer surface of the pipe toward the inner surface of the pipe. The auxiliary groove may be formed so as to intersect with the groove 3 or may be formed so as not to intersect with the groove 3 . The groove pitch width Pc, groove depth Dc, groove twist angle θ, and groove width Wc of the auxiliary groove may be the same as or different from those of the groove 3 . Further, the spiral winding direction of the auxiliary groove portion may be the same as or opposite to that of the groove portion 3 when viewed from the side of the tube. The auxiliary groove may be formed so as to intersect the recess 4 or may be formed so as not to intersect the recess 4 . Note that even when a plurality of grooves are formed in the corrugated pipe 2 , the length of the recesses 4 in the pipe axis direction is specified as a ratio to the groove pitch width Pc of the grooves 3 .

以下、本発明の効果を実証するために、本発明の範囲に入る実施例と、本発明の範囲から外れる比較例とについて説明する。 In order to demonstrate the effects of the present invention, examples within the scope of the present invention and comparative examples outside the scope of the present invention will be described below.

まず、伝熱管の熱伝達率を測定する試験方法について説明する。図14はこの試験装置を示す模式図である。本試験装置においては、加熱側及び給湯側の双方に水を媒体として使用した。熱交換槽13内には加熱水が貯留されており、この加熱水は、加熱水タンク21から、配管22aを介して供給され、配管22bを介して、加熱水タンク21に戻される。熱交換槽13内には、伝熱管1が水平に配置されており、この伝熱管1内には、給湯水タンク11から、給湯水が、配管12aを介して供給され、伝熱管1を通流した後、配管12bを介して、給湯水タンク11に戻される。加熱水タンク21は、加熱水の温度が、恒温循環装置24により、一定温度(32℃,37℃又は42℃)になるように、制御される。また、給湯水タンク11は、給湯水の温度が、恒温循環装置18により、20℃に一定に制御される。 First, a test method for measuring the heat transfer coefficient of heat transfer tubes will be described. FIG. 14 is a schematic diagram showing this test apparatus. In this test apparatus, water was used as a medium on both the heating side and hot water supply side. Heated water is stored in the heat exchange tank 13, and this heated water is supplied from the heated water tank 21 through the pipe 22a and returned to the heated water tank 21 through the pipe 22b. A heat transfer tube 1 is horizontally arranged in the heat exchange tank 13, and hot water is supplied from a hot water supply tank 11 to the heat transfer tube 1 through a pipe 12a. After flowing, it is returned to the hot water tank 11 through the pipe 12b. The heating water tank 21 is controlled so that the temperature of the heating water is constant (32° C., 37° C. or 42° C.) by the constant temperature circulation device 24 . In addition, the temperature of the hot water supplied from the hot water supply tank 11 is controlled to be constant at 20° C. by the constant temperature circulation device 18 .

給湯水は混合器20a、20bを介して、伝熱管1に出入りするが、この伝熱管1への給湯水の出入口温度は、この伝熱管の出入口に設置した混合器20a、20bにおいて、白金測温抵抗体を使用して、測定することができる。給湯水の流量は、バルブ25により、一定流量になるように、段階的に調節する。また、熱交換槽13内の伝熱管1の平均温度は、温度変化に伴う電気抵抗値の変化により測定することができる。そして、この伝熱管1の出入口に設置した圧力タップの圧力を配管16により差圧変換器17に導き、差圧変換器17を、50kPa,10kPa,又は1kPaに切り替えて測定する。なお、熱交換槽13内は撹拌器14により撹拌され、給湯水タンク11内は撹拌器19により撹拌され、加熱水タンク21内は撹拌器23により撹拌されて、水の温度の均一化が図られている。 The hot water enters and exits the heat transfer tube 1 via the mixers 20a and 20b. It can be measured using a temperature resistor. The flow rate of the hot water supply is adjusted step by step by the valve 25 so as to keep the flow rate constant. Also, the average temperature of the heat transfer tubes 1 in the heat exchange tank 13 can be measured by the change in electrical resistance due to the temperature change. Then, the pressure of the pressure tap installed at the inlet and outlet of the heat transfer tube 1 is introduced to the differential pressure converter 17 through the pipe 16, and the differential pressure converter 17 is switched to 50 kPa, 10 kPa, or 1 kPa for measurement. The inside of the heat exchange tank 13 is stirred by the stirrer 14, the inside of the hot water supply tank 11 is stirred by the stirrer 19, and the inside of the heating water tank 21 is stirred by the stirrer 23, so that the temperature of the water is uniformed. It is

冷却水の熱交換量Qsは、給湯水流量をW、定圧比熱をcp、給湯出口温度をTsout、給湯入口温度をTsinとして、下式(1)により求めることができる。また、熱伝達係数αiは、熱流束をqi、電圧降下により求めた管平均温度をTwi、管の熱伝導を考慮して修正した管内壁面温度をTwm、給湯水の出入口温度の算術平均温度をTsmとして、下式(2)により求めることができる。但し、qi、Twi、Tsmは、夫々下式(3)、(4)、(5)により求めることができる。なお、Lは有効伝熱長さ,diは最大内径、doは外径、λは銅の熱伝達率、δは肉厚を表す。そして、伝熱管1の熱伝達率の指標である管内ヌッセルト数Nuiは、下式(6)により求まる。また、そのときの伝熱管1の管内を流れる流体の流速の指標であるレイノルズ数Reは、下式(7)により求まる。但し、ρは給湯水の密度、viは給湯水の流速、μは給湯水の粘性係数である。 The heat exchange amount Qs of the cooling water can be obtained by the following formula (1), where W is the hot water supply flow rate, cp is the constant pressure specific heat, Tsout is the hot water supply outlet temperature, and Tsin is the hot water supply inlet temperature. The heat transfer coefficient αi is the heat flux qi, the pipe average temperature obtained from the voltage drop Twi, the pipe inner wall temperature corrected in consideration of the heat conduction of the pipe Twm, and the arithmetic mean temperature of the inlet and outlet temperatures of the hot water supply. Tsm can be obtained by the following formula (2). However, qi, Twi, and Tsm can be obtained by the following equations (3), (4), and (5), respectively. Note that L is the effective heat transfer length, di is the maximum inner diameter, do is the outer diameter, λ is the heat transfer coefficient of copper, and δ is the wall thickness. Then, the in-tube Nusselt number Nui, which is an index of the heat transfer coefficient of the heat transfer tube 1, is obtained by the following equation (6). Further, the Reynolds number Re, which is an index of the flow velocity of the fluid flowing through the inside of the heat transfer tube 1 at that time, is obtained by the following equation (7). where ρ is the density of the hot water, vi is the flow velocity of the hot water, and μ is the viscosity coefficient of the hot water.

Figure 0007254307000001
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Figure 0007254307000002
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Figure 0007254307000003
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Figure 0007254307000006
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Figure 0007254307000007
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(実施例)
実施例の伝熱管として、図1~図3に示す伝熱管1を準備した。伝熱管1の各部の寸法は、以下の通りとした。
コルゲート管2の管外径:12.5mm
コルゲート管2の管内径:11.4mm
溝部3の条数:1つ
溝部3の溝ねじれ角θ:54度
溝部3の溝深さDc:0.9mm
溝部3の溝ピッチ幅Pc:20mm
凹部4の長さLd:15.5mm
凹部4の幅Wd:5.5mm
凹部4の深さDd:1.869mm
実施例の伝熱管1について、管内を流れる流体の流速(レイノズル数Re)と、熱伝達率(ヌッセルト数Nu)との関係を前記試験方法で測定した。その結果を図15に示す。
(Example)
A heat transfer tube 1 shown in FIGS. 1 to 3 was prepared as the heat transfer tube of the example. The dimensions of each part of the heat transfer tube 1 are as follows.
Tube outer diameter of corrugated tube 2: 12.5 mm
Tube inner diameter of corrugated tube 2: 11.4 mm
Number of grooves 3: 1 Groove torsion angle θ of groove 3: 54 degrees Groove depth Dc of groove 3: 0.9 mm
Groove pitch width Pc of groove portion 3: 20 mm
Length Ld of concave portion 4: 15.5 mm
Width Wd of recess 4: 5.5 mm
Depth Dd of recess 4: 1.869 mm
For the heat transfer tube 1 of the example, the relationship between the flow velocity (Reynolds number Re) of the fluid flowing through the tube and the heat transfer coefficient (Nusselt number Nu) was measured by the test method described above. The results are shown in FIG.

(比較例)
比較例の伝熱管として、凹部4が形成されていないこと以外は実施例と同様の伝熱管を準備した。比較例の伝熱管について、レイノズル数Reとヌッセルト数Nuとの関係を実施例と同様にして測定した。その結果を図15に示す。
(Comparative example)
As a heat transfer tube of a comparative example, a heat transfer tube similar to that of the example was prepared except that the concave portion 4 was not formed. For the heat transfer tube of the comparative example, the relationship between the Reynolds number Re and the Nusselt number Nu was measured in the same manner as in the example. The results are shown in FIG.

図15に示すように、実施例の伝熱管は、低レイノルズ数域において、比較例の伝熱管に比べて熱伝達率が高いという結果が得られた。特に、2000以下の低レイノルズ数域において、実施例の伝熱管は、比較例の伝熱管に比べて熱伝達率が高いという結果が得られた。 As shown in FIG. 15, the heat transfer tube of the example has a higher heat transfer coefficient than the heat transfer tube of the comparative example in the low Reynolds number region. In particular, in the low Reynolds number region of 2000 or less, the heat transfer tubes of the examples had higher heat transfer coefficients than the heat transfer tubes of the comparative example.

1、1A、1B、1C、1D、1E 伝熱管
2 コルゲート管
3 溝部
4 凹部
Pc 溝ピッチ幅
Wc 溝幅
Dc 溝深さ
θ 溝ねじれ角
Ld 長さ
Wd 幅
Dd 深さ
F1 主流
F2 副流
F31、F32、F33、F34 反流
1, 1A, 1B, 1C, 1D, 1E Heat transfer tube 2 Corrugated tube 3 Groove 4 Recess Pc Groove pitch width Wc Groove width Dc Groove depth θ Groove torsion angle Ld Length Wd Width Dd Depth F1 Main flow F2 Side flow F31, F32, F33, F34 Countercurrent

Claims (10)

溝部が所定の螺旋周期で螺旋状に形成されたコルゲート管からなり、
前記コルゲート管の全長にわたる前記溝部の間に、管軸方向に沿って複数形成された凹部を備え、
前記凹部は、管外面から管内面に向かって凹むように形成されると共に、
前記凹部は、管軸方向の長さが、前記溝部の溝ピッチ幅の50~90%であり、
管内部を流れる流体のレイノルズ数は、2000以下であることを特徴とする伝熱管。
Consists of a corrugated pipe in which the groove is spirally formed with a predetermined spiral period,
A plurality of recesses formed along the pipe axis direction between the grooves over the entire length of the corrugated pipe,
The recess is formed so as to be recessed from the outer surface of the tube toward the inner surface of the tube,
The recess has a length in the tube axis direction of 50 to 90% of the groove pitch width of the groove,
A heat transfer tube , wherein the Reynolds number of a fluid flowing inside the tube is 2000 or less .
前記凹部は、前記螺旋周期の2周期中に複数形成されていることを特徴とする請求項1に記載の伝熱管。 2. The heat transfer tube according to claim 1, wherein a plurality of said recesses are formed in two cycles of said spiral cycle. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、同一直線上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の伝熱管。 3. The heat transfer tube according to claim 1, wherein each of the plurality of concave portions formed in two cycles is formed on the same straight line. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、管周方向で互いに360度離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項3に記載の伝熱管。 4. The heat transfer tube according to claim 3, wherein the plurality of recesses formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 360 degrees in the tube circumferential direction. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、異なる直線上に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の伝熱管。 3. The heat transfer tube according to claim 1, wherein the plurality of recesses formed in two cycles are formed on different straight lines. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、管周方向で互いに180度離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の伝熱管。 6. The heat transfer tube according to claim 5, wherein the plurality of recesses formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 180 degrees in the tube circumferential direction. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、管周方向で互いに240度または120度離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の伝熱管。 6. The heat transfer tube according to claim 5, wherein the plurality of recesses formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 240 degrees or 120 degrees in the tube circumferential direction. 2周期中に複数形成されている前記凹部のそれぞれは、管周方向で互いに270度または90度離れた位置に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の伝熱管。 6. The heat transfer tube according to claim 5, wherein the plurality of recesses formed in two cycles are formed at positions separated from each other by 270 degrees or 90 degrees in the tube circumferential direction. 前記凹部は、前記螺旋周期の1周期毎に形成されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の伝熱管。 The heat transfer tube according to any one of claims 1 to 8, wherein the recess is formed for each spiral period. 前記凹部は、予め設定された前記螺旋周期の間隔をあけて形成されていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の伝熱管。 10. The heat transfer tube according to any one of claims 1 to 9, wherein the recesses are formed at intervals of the predetermined spiral period.
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