JPH0289997A - 蒸発・凝縮用伝熱管 - Google Patents

蒸発・凝縮用伝熱管

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JPH0289997A
JPH0289997A JP23777088A JP23777088A JPH0289997A JP H0289997 A JPH0289997 A JP H0289997A JP 23777088 A JP23777088 A JP 23777088A JP 23777088 A JP23777088 A JP 23777088A JP H0289997 A JPH0289997 A JP H0289997A
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heat exchanger
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孝行 吉田
Kazuhide Yunai
和秀 勇内
Masao Fujii
雅雄 藤井
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28F13/18Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 コノ発明は、ヒートポンプ式冷暖房装置などく使用され
る熱交換器に関し、特に蒸発・凝縮用伝熱管に関するも
のである。
〔従来の技術〕
従来、ヒートポンプ式冷暖房装置などに使用される熱交
換器としては、 @10図、第11図に示すように、ア
ルミフィン(1)と伝熱管(2)よりなるプレートフィ
ンチューブ熱交換器(3)がよく用いられており、伝熱
管(2)内にはR−22,R−11などのフロン系冷媒
が流れ、アルミフィン(1)間を通過する空気との間で
熱交換作用が行われる。そして。
このようなヒートポンプ式冷暖房装置においては。
1つの熱交換器(3)が、冬季の暖房時には凝縮器とし
て動作し、夏季の冷房時には蒸発器として動作するよう
に使用されるため、1つの熱交換器(3)の伝熱管(2
)内において、冬場は凝縮伝熱が、また夏場には蒸発伝
熱が行われることになる。このようにして使用される従
来の伝熱管(2)内の蒸発熱伝達特性の改善策としては
1例えば特公昭61−23065  号公報に示される
ようなアルミニウム系焼結金属板を利用した多孔質層を
有する伝熱管の製造方法が知られている。この製造方法
によれば第12図、第13図に示すように、伝熱管(2
)の壁面に合金用結合材を介してアルミニウム系焼結多
孔質板を金属的に接着し、伝熱’gf (21壁面全体
に多孔質層(4)を形成し、多孔質層(4)内に形成さ
れる空隙中に冷媒蒸気が捕捉され、それが気泡核となっ
て気泡を促進することで啄めて良好な蒸発熱伝達特性を
有するように改善している。また、 [多孔質伝熱面の
核沸騰熱伝達特性、J K関する公知文献としては「日
本機械学会論文集(B編)50巻451号(昭59−3
)Jがあり、この文献の第818頁においては1粒子径
のそろった球形の金属粒子を、電気メツキ皮膜で伝熱管
壁面のすべての平滑面上に固着する方法で多孔質層(4
)を形成することで高性能な気泡核沸騰熱伝達特性が得
られることが示されている。
また、伝熱管(2)内の凝縮熱伝達特性を改善する方法
としては、第14図、第15図に示すように伝熱管(2
)内壁面(2a)K溝(5)を形成することにより伝熱
面積の増大をはかる方法、あるいは、「日本機械学会論
文集(B編)51巻467号(昭6O−7)J第243
6頁に記載された第16図、第17図に示すように、凝
縮伝熱管(2)の外壁面(2b) K鋼線からなる1本
の細@ (63を全体に巻き付けることで凝縮熱伝達特
性を改善したものが知られていさて、前述したようI/
c、ヒートポンプ式冷暖房装置で使用される熱交換器の
伝熱管線、蒸発・凝縮熱伝達特性の両者が同時に改善さ
れることが要求されている。ところが、前述の第12図
、第13図に示される多孔質層(4)を有する伝熱管(
21の場合、これを凝縮器として用いると、凝縮液が多
孔質層(4)の空隙中にその毛管力によシ保持され液切
れが悪いために、その液膜が熱抵抗となることから凝縮
熱伝達特性Fi第第1固 伝熱管(21の内壁面(2a)K溝(5)を付したもの
と比較した場合には.その伝達特性はや\劣っている。
逆に第14図,第15図に示した溝(5)付の伝熱管(
2)を蒸発器として用いた場合,伝熱面積の増大分につ
いては蒸発熱伝達特性が改善されるが,第12図,第1
3図に示した多孔質層(4)を有する伝熱管(2)と比
較するとその特性はかなり悪いものとなっており.蒸発
・凝縮熱伝達特性の両方を同時に改善することができな
いという問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので,1つの熱交換器用伝熱管で同時に蒸発および
凝縮熱伝達特性を改善し,かつ量産性の向上を可能にし
た蒸発・凝縮用伝熱管を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る蒸発・凝縮用伝熱管は,管の内壁面に転
造によυ複数の溝を形成すると共に,電気鍍金により該
溝間の突起部に電析金属を付着させ,該溝間の開口部が
相対的に狭められ,該溝部が空孔(以下狭口空孔と呼ぶ
)を形成するように構成したものである。
〔作用〕
この発明における伝熱管は,溝間に狭口空孔を有するた
め伝熱管を蒸発器として使用した場合。
狭口空孔中に冷媒蒸気が捕捉され,それが気泡核となっ
て発泡を促進することで蒸発熱伝達特性を良好なものと
し,逆に伝熱管を凝縮器として使用する場合には.狭口
空孔で伝熱面積を増大できると共に毛管力によシ溝部の
凝縮液膜を薄くし熱抵抗を軽減することで凝縮伝熱特性
を改善できる。
〔実施例〕
以下,この発明の蒸発・凝縮用伝熱管の第1の実施例を
第1図〜第5図について説明する。
図において,(1)は伝熱管,(21は転造された溝部
(3)は頂部.(4)は電気鍍金により析出した電析金
属。
(5)は溝部(2)と頂部(3)、電析金J!1(4)
により構成された狭口空孔である。また、電析金属(4
)、狭口空孔(5)は、あらかじめ転造された溝部(2
)、頂部(3)に沿って伝熱管の長手方向に連続的に形
成されている。
以上のように構成されたこの発明の実施例の蒸発熱伝達
特性は前記狭口空孔(5)が形成されている箇所からは
,上述の従来と同様に発泡が促進され。
発生・離脱する気泡周囲の冷媒液の撹乱効果により熱伝
達特性が極めて良好なものとなる。
次に,上記この発明に係る実施例の凝縮熱伝達特性につ
いて考察するに.第4図に示すような従来の溝加工のみ
の伝熱管の場合,頂部(3)の凝縮液(6)に浸されて
いない箇所の凝縮熱伝達率は非常例高いが,溝部(2)
のように凝縮液(61に浸されている箇所が大部分であ
り,この箇所の凝縮熱伝達率が冷媒液の熱抵抗のため著
しく低い。この凝縮液の液膜厚さをδとすると,この箇
所の凝縮熱伝達率りは。
h:に/δ     ・・・・・・ (1)の関係式が
成立する。ここでKは冷媒液の熱伝導率である。
この発明の実施例による伝熱管(IIKよれば、電析金
属+4)の形状が不規則な凸凹形状となっており。
場合によっては電析金属(4)自身で多孔質状になって
いるため1毛管力が発生し、第5図に示すようKm部(
2)の凝縮液(6)が電析金属(4)に引き寄せられる
ため、前記凝縮液(6)の液膜厚さδが薄くなシ。
上記の関係式(4)Kより伝熱特性が改善される。この
ような効果は、上述した管外壁面に1本の細線を巻き付
は比実験によって立証されている。(「日本機械学会論
文集」51巻467号(昭和6O−7)P、2436 
 r細線巻き付けによる水平管外体積力対流凝縮の伝熱
促進」参照) 第6図はこの発明の第2の実施例を示すもので。
この場合は、前記電析金属(4)自身が多孔質層を形成
している場合である。この実施例においては。
電析金fi (4)があらかじめ転造された溝部(2)
、頂部121 K沿って伝熱管11+の長手方向に間隔
りで位置し。
該溝部(21から電析金1lE(41までの高さをHと
している。
以上のように構成されたこの発明の第2の実施例の蒸発
熱伝達特性は、前記電析金g(41が多孔層を形成して
いるため1発泡が促進され1発生・離脱する気泡周囲の
冷媒液の撹乱効果により熱伝達特性が極めて良好なもの
となる。
上記発生・離脱する気泡の撹乱効果は、I!!ね冷媒液
の気泡径dの2倍程度と考えられることから第6図で示
す間隔り、つまり溝部(21のピッチは。
その2倍以下、すなわち L≦4d      ・・・・・・ (2)であれば、
狭口空孔(5)のない箇所での熱伝達率の低下はほとん
どない。上記(1)式でdはで与えられる。(「伝熱概
論」、甲藤好部著、養賢堂出版、P306.式1S−S
) ここで、φは、気泡離脱時の接触角。
0は1表面張力。
ρt、ρrFi、液体、気体の密度。
gは重力加速度である。
更Kまた。ヒートポンプの蒸発器においては。
圧縮機への液戻りを防止するために9通常蒸発器出口の
冷媒は過熱蒸気となっている。この過熱蒸気の流れてい
る伝熱管内では、蒸気の単相対流伝熱であることから、
蒸発熱伝達に比べ、その熱伝達率は極めて低い。しかる
に、この発明の実施例による伝熱管(1)における狭口
空孔(5)群は乱流促進体として作用するため、この過
熱領域においても熱伝達特性の改善が充分なされること
になる。この乱流促進体としての効果は、第6図の溝部
(2)から電析金属(4)の高さをHとした場合10≦
L/H≦20  ・・・・・・ (4)の間で、その熱
伝達率が最大値をとることが実験的に確められている。
凝縮熱伝達特性については、第1の実施例と同様な効果
を有することFi言うまでもない。
第7図〜第9図はこの発明の第3の実施例を示すもので
、この実施例では、伝熱管(11の内壁面にあらかじめ
転造する複数の溝(21を伝熱管+11の管軸に対し平
行に形成し、電気値金により頂部(31K電析金属(4
)を付着させたものである。第8図では。
伝熱管11+の長手方向に沿って間隔りで電析金属(4
)が付着している。また、第9図に示すrうに、溝部(
2)の間隔P、海溝部2)から電析金属(4)の頂部ま
での高さIIについても上述の関係式+21. tel
、 +41で示される範囲で規制されている。ここでP
は式(2)中のLに対応する。
このように溝部(2)を伝熱管の管軸と平行に構成する
こと凝縮液(6)の流れ方向(第9図C方向)となす角
度が0度であり、凝縮液(6)の排出が容易となる。そ
の結果、凝縮液(6)の液膜厚さδがより薄くなり、上
述の関係式(11Kより、凝縮熱伝達率がさらに向上す
る。
なお、この発明の上記実施例においては、伝熱管の長手
方向に間隔りで電析金属が付着した例について説明した
が、伝熱管の長手方向に連続的に電析金属を付着させた
場合も同様な効果が期待できるのは勿論である。
また、この発明の第4の実施例は6重力方向に対して管
の下半分にのみ電気鍍金により溝間の突起部に電析金属
を付着させたものでこの方法でも上記実砲例と同様の効
果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のようンこ、この発明によれば、管内壁面に。
溝を形成された伝熱管において前記溝間の突起部に電析
金属を付着させた構成したので、蒸発・凝縮熱伝達特性
を同時に向上させることができると共に、蒸発器用、#
縮器用と二種類分けて製作する必要がなく、一種類のみ
の製作で適用可能となるので、置屋性向上など経済的価
値が極めて大きいという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の第1の実施例を示す伝熱管の断面図
、第2図は第1図のn−n線断面図、第3図は第1図の
部分拡大図、第4図、@5図は。 凝縮性能について説明する伝熱管部分断面図、第6図は
本発明の第2の実施例を示す横断面図、第1図は本発明
の第3の実施例を示す伝熱管の断面図、第8図f′i第
T図の壇一種線断面図、第9図は凝縮性能を説明する部
分拡大図、第10図は従来のプレートフィンチューブ熱
交換器を示す概略正面図、第11図は同側面図5第12
図は従来の伝熱管の構成を示す管内壁面に多孔質層が形
成された状態の横断面図、第13図は同じく縦断面図。 第14図は従来の凝縮管を示す横断面図、第15図は同
側面図5第16図は従来の凝縮管を示す横断面図、第1
T図は同縦断面図である。 図において、(I)は伝熱管、(2)は溝部、(3)は
頂部。 (4)は電析金属である。 なお1図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内壁面に形成された溝、この溝間の突起部に付着形成さ
    れた電析金属を備えた蒸発・凝縮用伝熱管。
JP63237770A 1988-09-22 1988-09-22 蒸発・凝縮用伝熱管 Expired - Fee Related JP2548605B2 (ja)

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