JPH04263792A - 熱交換器用伝熱管 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器用伝熱管、特に
凝縮時の熱交換効率の低下を改善した、内面にフィンを
有する熱交換器用伝熱管に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷暖房装置等における熱交換器は、伝熱
管に熱媒体となる液体（以下、冷媒と言う）を通し、冷
媒の蒸発または凝縮を行わせるものである。ヒートポン
プ式冷暖房装置では、熱交換器の伝熱管に熱媒体となる
液体（以下、冷媒と言う）を流す方向により、冷媒の蒸
発と凝縮をそれぞれ行わせ、１台の装置で冷房と暖房の
目的を達することができるものである。

【０００３】従来、冷暖房装置等の熱交換器には伝熱管
として、図４に示すように、伝熱管４１の内面に、螺旋
状に一様な高さのフィン４２を設けて、それらの間に一
様な深さの溝４３を形成したものが広く用いられている
。このような内面溝付伝熱管は、平滑管に比し熱交換効
率が高い。その理由は、管内面の表面積すなわち熱媒体
用液体との接触面積が平滑面より大きいことと、管内面
の環状の凹凸のために、冷媒液が管内面付近でよく攪拌
され、乱流を生じて、管と液体との間の熱交換が促進さ
れることによる。さらに、管内で液状の冷媒を蒸発させ
て管外の媒体を冷却する場合には、管内に流れる冷媒液
がフィンに沿ってかき上げられることにより、管内面が
広範囲にわたり冷媒液で濡らされ、管と液体との接触面
を増大させる効果をもつ。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
内面のフィンの高さが一定である従来の伝熱管によると
、管内で冷媒を凝縮させる場合に、冷媒を蒸発させる場
合のような顕著な熱交換効率の向上が得られない。その
理由は、管内で凝縮して管の下側を流れる冷媒液がフィ
ンに沿ってかき上げられ、管内面の広い範囲が冷媒液で
濡らされるため、冷媒蒸気と伝熱管内面との直接の接触
が妨げられることによる。従って、本発明の目的は、冷
媒の蒸発および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた熱
交換効率を有する、熱交換器用伝熱管を提供することで
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では、冷媒の蒸発
および凝縮いずれの過程に用いてもすぐれた熱交換効率
を有する、熱交換器用伝熱管を提供するため、伝熱管内
面に設けるフィンを、管軸方向に形成された２つ以上の
フィンの群から成るようにし、群を構成するフィンの高
さが冷媒の流れの方向に順次大きくなるようにした。

【０００６】群を構成するフィンの数は、２個以上何個
でもよいが、フィンの最大と最小の高さの差は有限であ
り、余り多くすると高さの差を小さくせねばならないの
で、効果が小さくなる。群を構成するフィンの数は１０
個以下が好ましい。

【０００７】複数のフィン群は管軸上で離れて存在して
もよいが、フィン群の少なくとも一部は、群が２つ以上
連続していることが好ましい。フィン群の間が離れてい
る場合、それらの間には、例えば高さの等しいフィンを
配列してもよい。フィンの全てが上記のフィン群で構成
されていることが、特に好ましい。複数のフィン群が異
なる構成をもつこともできるが、製造する上では、同じ
構成をもつことが好ましい。

【０００８】フィンは螺旋状でもよく、その場合フィン
が管軸となす角度は４５°から１３５°の範囲内とする
ことが好ましい。螺旋状のフィンが管軸となす角度とは
、フィンが管の内周上の管軸に平行な直線（母線）とな
す角度を意味する。この角度が９０°の場合には、内周
に沿った環状となる。

【０００９】

【作用】本発明においては、伝熱管内面のフィンが、管
軸方向に形成された２つ以上のフィンの群から成るよう
にし、群を構成するフィンの高さが冷媒の流れの方向に
順次大きくなるようにしたことにより、フィンによる管
内面の表面積の増大と、冷媒液の攪拌促進の二つの効果
は勿論、管内で冷媒の蒸気を凝縮させて管外の媒体を加
熱する場合には、各フィン群を構成するフィンのうち下
流側のフィンが、より上流のフィンより高いため、その
頂部、特に上流側の側面が、冷媒蒸気の流れによく接触
するだけでなく、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、
冷媒蒸気の流れの動圧により薄くなるため、熱伝達が容
易に行われる効果が生ずる。また、複数のフィン群が連
続している場合には、上流のフィン群を構成するフィン
のうち最も下流のフィンと、その直ぐ下流のフィン、す
なわち下流のフィン群の中の最も上流のフィンとの間で
、フィンの高さが急に低くなるので、この部分で冷媒蒸
気が乱流を生じ、よく攪拌されるため、熱伝達が促進さ
れる。その結果、管内で冷媒を凝縮させる場合に、高い
熱交換効率を得ることができる。

【００１０】管内で冷媒を蒸発させて管外の媒体を冷却
する場合にも、管内を流れる冷媒液がフィンの間の溝に
沿って管内面の円周方向にかき上げられるため、管と冷
媒液との接触面が増大し、高い熱交換効率が得られる。 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

【００１１】

【実施例１】本発明による伝熱管の一例を図１および図
２に示す。伝熱管１の内面には、内周に沿った環状の隆
起部として、フィン１１，１２，１３が設けられており
、図２に示すようにそれらの断面は台形である。これら
のフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の流れの上流から下
流へ向かって順に、等間隔に設けられており、高さが順
に大きくなっている。さらに下流側には同様のフィン２
１，２２，２３が設けられている。フィン２１，２２，
２３の高さの関係はフィン１１，１２，１３と同じであ
る。一方、フィン１１の上流にはフィン０３が設けられ
ている。フィン０３とフィン１１、フィン０３とフィン
１１の間隔は、フィン１１と１２等の間隔と同じである
。図示を省略するが、フィン０３の上流およびフィン２
３より下流には、同様な３個ずつのフィンの組合せが、
反復して設けられている。

【００１２】具体的には、伝熱管１の内径は８．９ｍｍ
、各フィンの頂部の幅は０．０３ｍｍ、各フィンの間隔
は０．５ｍｍ、フィン１１，２１等の高さは０．１５ｍ
ｍ、フィン１２，２２等の高さは０．２ｍｍ、フィン０
３，１３，２３等の高さは０．２５ｍｍである。

【００１３】この伝熱管の動作は以下に述べる通りであ
る。伝熱管１内で冷媒蒸気４を凝縮させて管外の媒体を
加熱する場合、フィン０３を越えた冷媒蒸気４は、フィ
ン０３の下流側に乱流４ａを生じながら、フィン１１の
側面１１ａに当たり、その一部が冷却されて凝縮する。 溝３１でも冷媒の一部が冷却されて凝縮する。フィン１
１を越えた冷媒蒸気４の流れの主な部分はフィン１２の
側面の頂部に近い部分１２ａに当たり、一部が冷却され
て凝縮する。同様にしてフィン１２を越えた冷媒蒸気４
は、主にフィン１３の側面の頂部に近い部分１３ａで冷
却され、凝縮する。フィン１３を越えた冷媒蒸気４につ
いても、上記と同様にフィン２１，２２，２３で冷却さ
れ、凝縮する。冷媒の一部は、溝３２および３３で冷却
され、凝縮する。

【００１４】このように、図１に示す本発明の伝熱管１
内で冷媒蒸気４を凝縮させると、各フィン群を構成する
フィンのうち下流側のフィンが上流側のフィンより高く
されているため、その頂部、特に上流側の側面１２ａ，
１３ａが、冷媒蒸気４の流れによく接触するだけでなく
、この部分では凝縮した冷媒の液膜が、冷媒蒸気の流れ
の動圧により薄くなり、熱伝達が容易に行われる。また
、フィン群１１，１２，１３の下流にフィン群２１，２
２，２３が連続していて、上流のフィン群の最も下流の
フィン１３と、その直ぐ下流のフィン２１、すなわち下
流側のフィン群の最も上流のフィンとの間で、フィンの
高さが急に低くなるので、この部分で冷媒蒸気４は乱流
４ａを生じ、よく攪拌されるため、冷媒蒸気４から伝熱
管１への熱伝達が促進される。その結果、管内で冷媒を
凝縮させる場合にも、高い熱交換効率を得ることができ
た。

【００１５】

【実施例２】本発明による伝熱管の他の例を図３に示す
。伝熱管３０１の内面には螺旋状のフィン３１１，３１
２，３１３が等間隔に設けられており、それらの断面は
それぞれ実施例１のフィン１１，１２，１３と同じ台形
である。これらのフィンは、矢印で示す冷媒蒸気４の流
れの上流から下流へ向かって、高さが順に大きくなって
いる。フィンの管軸となす角度は５５°である。本例の
伝熱管において、フィン３１１，３１２，３１３は管周
に沿って管軸上の位置が変わるだけで、その作用は実施
例１のフィン１１，１２，１３等と同じである。ただし
、一つのフィンが一周すると、実施例１の場合の、下流
に位置する次の群のフィンとして作用する。例えば、フ
ィン１１と同じ作用をするフィン３１１は、一周すると
、フィン２１と同じ作用をする。

【００１６】比較のため、図４に示すように、実施例２
と同じ内径、肉厚の伝熱管４１の内面全体に、実施例２
のフィン３１２と同じ断面のフィン４２を設けた。これ
を従来例と呼ぶ。

【００１７】実施例２の、フィンの高さの異なるフィン
群を有する伝熱管３０１は、内面全体に高さの同じ螺旋
状フィン４２を有する従来例の伝熱管４１に比し、冷媒
蒸発、凝縮の場合とも約２０％高い熱交換効率を示した
。

【００１８】

【発明の効果】本発明の熱交換器用伝熱管によると、管
内で冷媒液を蒸発させる場合だけでなく、冷媒蒸気を凝
縮させる場合にもすぐれた伝熱性能を有するので、高い
熱交換効率が得られる。その結果、同じ熱交換能力を得
るために必要な熱交換器の大きさを、従来より小さくす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による熱交換器用伝熱管の一実
施例の、管軸に沿った断面図である。

【図２】図２は、本発明による熱交換器用伝熱管の一実
施例の、管軸に沿った部分断面図である。

【図３】図３は、本発明による熱交換器用伝熱管の他の
実施例の、管軸に沿った断面図である。

【図４】図４は従来の内面溝付伝熱管の管軸に沿った断
面図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　伝熱管 ０３，１１，１２，１３　　　　フィン２１，２２，２
３　　　　　　　　　　フィン１１ａ，１２ａ，１３ａ
　　　　フィン上流側側面２１ａ，２２ａ，２３ａ　　
　　フィン上流側側面４　　　　　　　　冷媒蒸気 ３１，３２，３３　　　　　　　　　　溝４１　　　　
　　伝熱管 ４２　　　　　　フィン ４３　　　　　　溝 ３０１　　　　伝熱管

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内面にフィンを有し、熱媒体となる液
   体またはその蒸気を通して、前記熱媒体の蒸発または凝
   縮を行わせる熱交換器用伝熱管において、前記フィンは
   、管軸方向に形成された２つ以上のフィンの群から成り
   、前記群は、冷媒の流れの方向に高さが順次大きくなる
   フィンで構成されることを特徴とする、熱交換器用伝熱
   管。
2. 【請求項２】　　前記フィンが、複数の前記群から成る
   、請求項１記載の熱交換器用伝熱管。
3. 【請求項３】　　前記群が、同一の構成を有する、請求
   項２記載の熱交換器用伝熱管。
4. 【請求項４】　　前記群の一部または全部が連続してい
   る、請求項２記載の熱交換器用伝熱管。
5. 【請求項５】　　前記群が２乃至１０個のフィンで構成
   される、請求項２記載の熱交換器用伝熱管。