JPH0441276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は管壁内面に多数の波状ワイヤフインを
固着し、管内熱媒の凝縮・蒸発作用の向上を図つ
た伝熱管に関するものである。

（従来の技術） 冷凍および空調等の産業分野においては、熱交
換器が多く用いられているが、この熱交換器の効
率は使用する伝熱管の性能に大きく左右されるた
め、冷凍機、空調機等の性能向上を図るために
は、伝熱管の性能向上が急務である。

ところで、最近需要増加が著しい熱ポンプ機能
を備えた冷凍装置にあつては、季節に応じて冷媒
配管の流路を切り替え、室内外に設置される２個
の熱交換器を凝縮器および蒸発器として交互に切
替え使用することが行われるため、このような熱
交換器に使用される伝熱管としては、同一管内に
おいて凝縮および蒸発いずれの場合もバランス良
く、効率的に行えることが性能上の重要な要素と
なる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、従来の熱交換器に使用されている高
性能伝熱管と称されるものは、その利用目的から
凝縮もしくは蒸発のいずれか一方の効率を高める
改良に重点が置かれているため、性能が偏つたも
のとなつており、前記熱ポンプ機能を備えた冷凍
装置の熱交換器に用いても充分な効率向上を望め
ないのが実情である。

なお、冷凍装置の技術分野からは、稍々外れる
が、熱媒の凝縮・蒸発を同一管内で行うものにヒ
ートパイプがある。

このヒートパイプは、一般に密閉された伝熱管
容器（コンテナともいう）の内面にウイツクと呼
ばれる多孔質物質、例えば金網、ファイバー、フ
エルトメタル等を内張りすると共に、容器内に
水、フロン、アルコールなどの蒸発性液体を前記
ウイツクに含浸させた状態で封入して構成したも
ので、前記蒸発性液体がウイツクの作用により容
器内で盛んに蒸発・凝縮をくり返し行い、容器両
端間の熱移動を効率良く、しかも急速に行えるこ
とが知られており、従つて、これらヒートパイプ
の構造が熱交換器の伝熱管に適用すれば、蒸発・
凝縮共にすぐれた伝熱管を製造出来る筈である。

しかしながら、従来より提案されているこの種
のヒートパイプのウイツクは伝熱管容器内に単に
挿入されたものに過ぎず、例えば、実開昭57−
175888号公報に開示されているヒートパイプで
は、容器内面の溝に接する如く螺旋帯状のウイツ
クを挿入し、該ウイツクを中心部に挿入した板状
の支持ウイツクで支えて容器内面に押し付ける
か、もしくは、実開昭58−27666号公報に開示さ
れている如く小径コイル状のコイル素線を更に大
径コイル状に巻いてなる多重コイルのウイツク
を、その外方への復元力を利用して容器（コンテ
ナ）の内面に弾圧保持すること等が行われている
が、これらはいずれもウイツクを確実に管内壁に
接合し得るものではなく、単に接触させているの
みであつて密着性に乏しく、そのためウイツクと
伝熱管容器との熱伝達の面で稍々難があり、ま
た、前者の如く伝熱管容器内に管内流路を横切る
支持ウイツクを収設したものは、管内流体の流動
抵抗が著しく増加し、却つて効率ダウンの原因に
なる恐れがある。

このように、従来のヒートパイプでは、そのウ
イツクの取付構造に問題があり、これをそのまま
熱交換器用の伝熱管に適用することは効率および
製造の面から見て多くの問題を残している。

本発明はかかる従来の伝熱管が有していた性能
上の問題に着目してなされたもので、伝熱管の内
面にロウ材層を介して波状ワイヤフインを多数本
溶接固着することにより、ヒートパイプのウイツ
クに相当するものを形成し、管内における凝縮・
蒸発両方の効率向上を達成すると共に、波状ワイ
ヤフインと伝熱管との間の熱伝達率を高め、もつ
て前記問題点を総合的に解消せんとするものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の構成を第１
図および第２図について説明する。

本発明の伝熱管１は、その内面１ａ全周に亘
り、管軸方向に沿つて平行に配列された多数本の
波状ワイヤフイン２を具備しており、各波状ワイ
ヤフイン２は、前記伝熱管１の内面に対し、ハン
ダ等の比較的熱伝導率の高いロウ材層３を介して
溶接固着されている。

なお、上記伝熱管１の内面１ａに溶接固着され
る波状ワイヤフイン２の素線の太さ、配列ピツ
チ、フイン高さ、波形ピツチ等の寸法的要素は、
該波状ワイヤフイン２の集合体が管内流体の凝縮
および蒸発を効率良く行うウイツク４を形成する
上から、線径ｄが0.1〜0.6mm、フイン高さをＨ、
伝熱管内径をＤとするとき、Ｈ／Ｄが0.05以下、
周方向ピツチPrが前記線径ｄに対し1.3〜3d、波
形ピツチPwがフイン高さＨに対し１〜3Hである
ことが効果的である。

（作用） 上記の構成を備えた本発明の伝熱管１は、管内
にフロン等の冷媒を通過させ、冷凍装置の凝縮器
又は蒸発器を構成する伝熱管として用いるとき、
各波状ワイヤフイン２は、その配列方向が管軸０
と平行であり、伝熱管１内部の冷媒の流れを妨げ
ず、液状冷媒又は気体冷媒の移動を円滑ならしめ
ると共に、各波状ワイヤフイン２は、その集合体
によつてウイツク４を形成しているため、冷媒の
蒸発・凝縮を促進し、熱交換器を凝縮器、蒸発器
いずれに使用した場合でも偏りのない優れた性能
を発揮する。更に、各波状ワイヤフイン２は伝熱
管１の内面に溶接固着されているため、伝熱管１
との間の熱伝達率を高く維持し、フインとしての
機能を充分に発揮して熱交換を効率よく行うこと
が出来る。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳
細に説明する。

第１図は本発明に係る伝熱管の側面図、第２図
は同伝熱管の正断面図である。

これらの図において、１は高純度の銅パイプな
どからなる伝熱管であつて、該伝熱管１は、その
内面１ａにおいて、全周に亘り管軸０と平行をな
して内周等間隔に配列された多数本の波状ワイヤ
フイン２を具備しており、各波状ワイヤフイン２
は、前記伝熱管１の内面１ａに対し、ハンダの如
き熱伝導率の高いロウ材層３を介して溶接固着さ
れ、これら波状ワイヤフイン２の集合体によつて
前記伝熱管１の内壁面に蒸発・凝縮を促進するた
めのウイツク４が形成されている。

前記波状ワイヤフイン２は、その素線として熱
伝導の良好な銅線やアルミ線が使用され、その線
径ｄ、フイン高さＨ、伝熱管周方向のフインピツ
チPr、波形ピツチPwを所定の範囲値に設定する
ことにより、管内流体の凝縮・蒸発両方に適した
条件を保有させることが出来るが、通常は、製造
の難易度、製造コストならびに製品価格等を考慮
して下記(イ)〜(ニ)の寸法範囲とするのが好ましい。

線径ｄ：ｄ＝0.1〜0.6mm ……(イ) フイン高さＨ：Ｈ＝（２〜４）ｄ ……(ロ) 周方向フインピツチPr：Pr＝（1.3〜３）ｄ
……(ハ) 波形ピツチPw：Pw＝（１〜３）Ｈ ……(ニ) 例えば、波状ワイヤフイン２の素線として加工
の容易さおよび製品コスト等を勘案して線径0.2
mmの銅線を使用し、フイン高さＨを0.6mm、フイ
ンピツチPrを0.32mm、波形ピツチPwを1.08mmと
した場合、波状ワイヤフイン２の集合体により構
成されるウイツク４は約80メツシユ程度となる。

これは、ウイツクの性能において、蒸発機能の
面から沸騰核の生成が盛んで、かつ、液滴が毛管
現象により管内壁にくまなく行き渡り、液滴を充
分に保持するとされる30〜300メツシユの範囲に
含まれている。

また、凝縮の面から見れば、ワイヤフイン２の
素線として極力細い銅線を使用しているため、そ
の表面の液膜が薄くなり、液切れが良くなるた
め、凝縮熱伝達が向上し、凝縮性能を高く維持す
ることが出来る。

なお、波状フインワイヤ２のフイン高さＨとし
ては、蒸気流の抵抗の面からむやみに大きくする
ことは避けるべきであり、特に伝熱管１の内径Ｄ
に対し、Ｈ／Ｄが0.05を越えると急速に抵抗が増
加する。

上記本発明の内面フイン付伝熱管の製造手段と
しては、銅パイプからなる伝熱管１の内面１ａに
予めハンダ等によるメツキ処理を施して薄いロウ
材層３を形成し、これに波形に折り曲げ形成した
波状ワイヤフイン２を治具等により保持し管軸０
と平行に整列させて前記ロウ材層３に押圧接触さ
せ、伝熱管１の外面より熱を加えてロウ材層３を
一時的に融解し、即座に冷却して波状ワイヤフイ
ン２をそのＵ字状屈曲部の底面のみにおいて伝熱
管１の内面に溶接固着する。なお、伝熱管１内面
に対するハンダメツキ処理および波状ワイヤフイ
ン２の溶接工程においては、いずれも、伝熱管１
内に水素などの還元ガスを通過させ、還元雰囲気
の中で行うのが酸化による熱伝達率の低下を防止
する上に好ましい。

第３図は、このような内面フイン付伝熱管の製
造装置の一例を略示したもので、１は伝熱管１を
挿入可能な内径を有するシールド管、１２は該シ
ールド管１１の外周に配設された加熱器、１３は
該加熱器１２と隣接して設けられた冷却器、１４
は前記シールド管１１の内部に複数収設され、一
端を該シールド管１１の側蓋１５に固着したロツ
ド１６により串刺し状に支持されたフインガイド
であつて、該フインガイド１４は、第４図に示す
如く、外周に波状ワイヤフイン２の線径より僅か
に広幅のスプライン状ガイド溝１７をワイヤフイ
ン本数に相当する数だけ刻設した構造を有してお
り、ボビン１８から引き出され、ワイヤフイン成
形ギヤ１９，１９′を備えた成形ユニツト２０を
通過して波状に折曲形成され、前記側蓋１５の孔
２１を通じてシールド管１１内に案内された多数
本の波状ワイヤフイン２をシールド管１１に予め
挿入された伝熱管１の内面１ａに沿つて案内する
ようになつている。２２は伝熱管１の一端を把持
して設けた伝熱管ホルダー、２３は該伝熱管ホル
ダー２２を伝熱管１１の管軸方向に移動させる摺
動ロツド、２３はワイヤフイン２を案内するプー
リを夫々示しており、前記フインガイド１４に案
内された各波状ワイヤフイン２の末端部は、前記
伝熱管ホルダー２２の中心孔２２ａに束ねて挿入
され、止めねじ２４により該伝熱管ホルダー２２
に締結されている。

上記構成の製造装置においては、伝熱管１の内
面１ａに予めハンダメツキ処理が施されているこ
とから、伝熱管１を摺動ロツド２３により矢印Ｘ
方向に摺動させながら、加熱器１２によりシール
ド管１１の外部より伝熱管１を加熱して内面のロ
ウ材層３を融解し、これを移動途中に設けられた
冷却器１３によりシールド管１１の外部から冷却
して伝熱管１と波状ワイヤフイン２との溶接を行
う。従つて、伝熱管１を、その管軸方向に移動さ
せながら順次長手方向に溶接を行えば、各波状ワ
イヤフイン２は、フインガイド１４に案内され、
フインピツチPrを正しく維持しながら、伝熱管
１の内面１ａに溶接されることになる。

かくして製造された伝熱管は、これを冷凍装置
の凝縮器蒸発器兼用の熱交換器の伝熱管として使
用したとき、伝熱管１内面に溶接した多数本の波
状ワイヤフイン２によりウイツク４が形成されて
いることから、冷媒の凝縮および蒸発の両面にお
いてすぐれた性能を発揮すると共に、各波状ワイ
ヤフイン２は、夫々伝熱管１に溶接されているこ
とから伝熱管１と熱伝達率が高く維持され、フイ
ンとしての機能を充分に発揮することが出来る。

なお、上記実施例においては、伝熱管１の内面
１ａにのみ波状ワイヤフイン２を取付けた場合を
示したが、本発明の伝熱管をエロフイン型あるい
はクロスフイン型熱交換器に使用する場合は、伝
熱管１の外面に別途平面フインや波状ワイヤフイ
ンが適宜取付けられる。

（発明の効果） 以上述べた如く本発明の内面フイン付伝熱管
は、所要のワイヤ線径、フイン高さ、ならびに周
方向ピツチ、波形ピツチをもつて内面全周に亘つ
て多数本の波状ワイヤフインを管軸方向に沿つて
平行に配列し、各波状ワイヤフインを内面に熱伝
達率の高いロウ材層を介して溶接固着せしめ、波
状ワイヤフインにより内面に冷媒の凝縮および蒸
発を促進するウイツクを形成したものであるか
ら、波状ワイヤフインが冷媒を液膜状態に保持し
て蒸発を促し、かつ、ワイヤフインを細く、その
表面の液膜を薄くすることによつて凝縮を促し、
もつて、凝縮および蒸発の両方において優れた性
能を発揮し、熱交換器の効率向上、ひいては冷凍
装置全体の効率向上に大いに寄与するものであ
る。

しかも、本発明によれば各波状ワイヤフインが
伝熱管の内面に溶接固着されているため、ウイツ
クの安定性にすぐれ、また、従来のヒートパイプ
の如き支持部材を必要としないため、管軸方向に
配列されていることと相俟つて冷媒の流動を妨げ
る恐れがなく、各種熱交換器の伝熱管として広く
利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明内面フイン付伝熱管の一例を示
す側断面図、第２図は同伝熱管の正断面図、第３
図は本発明内面フイン付伝熱管の製造装置の一例
を示す概要図、第４図は第３図における−拡
大断面図である。 １……伝熱管、１ａ……内面、２……波状ワイ
ヤフイン、３……ロウ材層、４……ウイツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 伝熱管の内面全周に、その管軸方向に沿い線
   径d0.1〜0.6mmの多数本の波状ワイヤフインがフ
   イン高さをＨ、伝熱管の内径をＤとするとき、Ｈ
   ＝（２〜４）ｄで、Ｈ／Ｄが0.05以下であるフイ
   ン高さをもつて周方向フインピツチPrがワイヤ
   フイン線径ｄに対し（1.3〜３）ｄ、波形ピツチ
   Pwがフイン高さＨに対し（１〜３）Ｈで平行配
   列状態をなして熱伝導率の高いロウ材層を介して
   溶接固着されてなることを特徴とする内面フイン
   付伝熱管。 ２ 波状ワイヤフインの集合体により伝熱管内面
   にウイツクが形成され、該ウイツクが管内熱媒の
   凝縮および蒸発を促進する特許請求の範囲第１項
   記載の内面フイン付伝熱管。