JPH05106989A - 伝熱チユーブ - Google Patents

伝熱チユーブ

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Publication number
JPH05106989A
JPH05106989A JP4085858A JP8585892A JPH05106989A JP H05106989 A JPH05106989 A JP H05106989A JP 4085858 A JP4085858 A JP 4085858A JP 8585892 A JP8585892 A JP 8585892A JP H05106989 A JPH05106989 A JP H05106989A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tube
heat transfer
rib
transfer tube
ribs
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.)
Pending
Application number
JP4085858A
Other languages
English (en)
Inventor
Robert H Chaing
エイチ.チヤン ロバート
Jack L Esformes
エル.エスフオームズ ジヤツク
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carrier Corp
Original Assignee
Carrier Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Carrier Corp filed Critical Carrier Corp
Publication of JPH05106989A publication Critical patent/JPH05106989A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Tubes (AREA)
  • Rigid Containers With Two Or More Constituent Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 内壁面に凹凸を有するチューブにおいて、高
い伝熱効率を達成するとともに、チューブ内の流路抵抗
を減少させる。 【構成】 内壁面にリブ14及び溝13を有し、そのリ
ブ14は断面ほぼ三角形状あるいは矩形状に形成するこ
とができるが、リブ14及び溝13の臨界パラメータの
値を特定の範囲にする。従来技術の凹凸を有するチュー
ブとは異なりリブは螺旋状ではなく、チューブ内を流れ
る流体の流路抵抗を最少限にするためにチューブの長手
軸にほぼ平行に延びている。好適実施例においては、リ
ブはチューブの内周面に亘って均等に広がっており、チ
ューブは銅または銅合金からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にチューブの内部
を流れる流体と外部を流れる流体との間に熱を伝える熱
交換器に用いられるチューブに係り、特に伝熱特性を向
上させるために内壁面にリブを設けた伝熱チューブに関
する。このチューブは空調機、冷蔵庫等の装置の熱交換
に用いられる。
【0002】
【従来の技術】伝熱チューブの設計者たちは、内壁面に
凹凸を有するチューブの伝熱特性が内壁面が滑らかなチ
ューブよりも優れているということを長い間認識してき
た。例えば、リブ、フィン、コーティング、挿入物など
の様々の種類の内壁面の凹凸が、チューブの内壁面及び
外壁面の双方に適用されてきた。内壁面の凹凸の設計に
ほとんど共通することは、チューブの伝熱面積の増大を
図ることである。また、ほとんどの設計では、チューブ
の表面における流体の混合を促進するとともに境界層を
破壊するために、チューブ内外を流れる流体の乱流の促
進を図っている。
【0003】空調機、冷蔵庫及び水冷エンジンのラジエ
ータにおける液体と空気との熱交換では、例えば、チュ
ーブの外壁面にプレート状のフィンを設けることがしば
しば行われる。外径が20mm(3/4インチ)以下の
チューブを用いた熱交換器において、チューブの内壁面
に凹凸を形成する場合に通常の設計として用いられるの
は、チューブの内壁面に螺旋状のリブを形成するパタ−
ンである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来技術に共通のチュ
ーブ内壁面に形成された螺旋状のリブの凹凸は、チュー
ブの伝熱面積を増大し、チューブ内の乱流を促進するこ
とにより、チューブの伝熱性能を向上するという目的を
達成することにおいて、少なからず成功してきた。
【0005】しかしながら、螺旋状のリブはまたチュー
ブ内の液体の流れに対する抵抗を増大させる。高い流路
抵抗は、螺旋状の凹凸を有するチューブを用いた熱交換
における圧力損失を増大させ、そのような熱交換が行わ
れるシステム内に一定の流量を提供するために大きなポ
ンプ動力を必要とする。そのような圧力損失の影響を低
減するため、多数の平行な流路を有する熱交換器が生産
されてきた。しかし、熱交換器の流路の数が増大するに
つれ、システムが複雑化すると共にコストが増大する。
【0006】圧縮ガス空調機あるいは冷蔵庫において、
熱交換器を流れる冷媒は冷却飽和温度またはそれに近い
温度である。もしコンプレッサの吸引圧力が一定に保た
れるならば、より高い冷却圧力勾配がエバポレータ内に
より高い冷却温度勾配をもたらし、それゆえエバポレー
タ内により高い冷媒温度をもたらす。エバポレータ内の
冷却圧力勾配を減少させることにより、エバポレータ内
の冷媒温度が低下し、その結果エバポレータにおける冷
媒と空気との温度差を増大させる。この媒体間の温度差
は伝熱率を増大することに役立ち、それゆえエバポレー
タの効率を増大させる。同様の効果は、コンデンサにお
ける冷却圧力勾配を減少させることにより達成される。
【0007】本発明は上記の事情を考慮して為されたも
ので、内壁面に凹凸を有するチューブにおいて高い伝熱
効率を達成するとともに、チューブ内の流路抵抗を減少
させることができる伝熱チューブを提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は内壁面と、内径と、長手軸と、前記内壁面
に形成された複数のリブ及び溝とを有し、前記各リブは
基部と、一対の対向する面と、高さと、前記長手軸に対
して傾斜する角度とを有してなる伝熱チューブにおい
て、前記傾斜角度は零度(0゜)、すなわち前記リブが
ほぼ前記長手軸に平行の状態、から4度(4゜)の間で
あり、前記チューブの内径に対するリブの高さの割合が
0.02から0.04の間であることを特徴とする伝熱
チューブを提供する。好適実施例においては、前記伝熱
チューブは銅または銅合金からなる。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係る伝熱チューブの一実施例
を添付図面を参照して説明する。
【0010】図1は本発明の一実施例に係る伝熱チュー
ブの一部を切り欠いて示す構成図である。図1におい
て、伝熱チューブ10は、ほぼ内壁面全体に亘って形成
された軸線方向に延びる多数の凹凸12を有する。
【0011】図2は伝熱チューブ10の縦断面図であ
る。軸線方向に延びる表面上の凹凸12(図1)のうち
1つのリブ14のみが明確に示されているが、本発明の
凹凸においては、互いに平行な複数のリブ14がチュー
ブ10の壁13に形成されている。リブ14は長手方向
の軸aTから角度αだけ傾斜している。チューブ10は
リブ14の間の内壁面から測った内径がDiである。
【0012】図3は伝熱チューブ10の壁13の一部を
拡大して示す横断面図であり、チューブ10の内壁面に
形成されたリブ状の凹凸を詳細に示している。チューブ
10の内方へ延びているのは、複数のリブ14である。
各リブ14は基部幅Wf、高さHfを有する。フィン先端
角度βは、リブ14を形成する両方の平面17,18を
延長したときにその交点が成す角度である。リブ14の
間に形成されたものは、複数の溝15であり、各溝15
はそれぞれ基部幅Wdを有している。
【0013】図3に示されたリブ14は、断面が台形に
形成されている。リブ14の寸法が小さいため、チュー
ブ13内の金属加工性及びリブ14を形成する加工工程
は困難なものである。もし困難であれば、先端が鋭角の
台形形状の凸状を形成しても良い。金属素材上にリブ1
4を圧延エンボス加工するときに、エンボスローラの溝
に素材が十分に満たされず、形成されたリブ14は図4
及び図5に示すような断面形状を有する。先端の角度に
より、リブ14の断面形状は図4に示すようにほぼ三角
形状でもよいし、図5に示すようにほぼ矩形状でもよ
い。リブ14の端部が三角形状の断面を有するか矩形状
の断面を有するかを決定する際には主観的な要因があ
る。しかし、15゜より小さい先端角度を有するリブ1
4はほとんど矩形状の先端形状になり、15゜より大き
い先端角度を有するリブ14は三角形状の先端形状を形
成する。
【0014】最少の流路抵抗で最適の伝熱密度を得るた
め、20mm(3/4インチ)以下の外径を有する本実
施例の伝熱チューブは、次のパラメータにより決定され
るほぼ長手軸方向に延びるリブからなる内壁面の凹凸を
有する。
【0015】a.リブの軸は、製作誤差が4゜までの偏
差を認めるならば、チューブの長手軸方向にほぼ平行で
ある。あるいは、角度αは次の通りである。
【0016】
【数1】
【0017】b.チューブの内径に対するリブの高さの
割合は、0.02から0.04の間である。あるいは、
その割合は、次の通りである。
【0018】
【数2】
【0019】c.リブの先端角度は、0゜(すなわち、
リブがほぼ矩形状である)から40゜の間である。ある
いは、先端角度βは次の通りである。
【0020】
【数3】
【0021】d.リブがチューブの内壁とつながってい
るリブの基部の幅は、0.076mmから0.23mm
(0.003から0.009インチ)の間である。ある
いは、基部の幅Wfは次の通りである。
【0022】
【数4】
【0023】e.溝の幅(あるいは隣のリブの基部との
距離)は、0.18mmから0.56mm(0.007
から0.022インチ)の間である。あるいは溝の幅W
dは次の通りである。
【0024】
【数5】
【0025】一定のチューブにおけるリブ及び溝の数は
チューブの内径Diの関数であるということを意味す
る。
【0026】本実施例のリブ及び溝は、絞り加工、マン
ドレルの挿入、機械加工など適当な加工工程により伝熱
チューブの内壁面に形成することができる。最新式のオ
−トメーション化された高速加工工程を用いて、シ−ム
溶接されたチューブを製造する場合に効果的な方法は、
金属板を円筒状に加工する前にその金属板の一方の面に
圧延エンボス加工により凹凸パターンの加工を施し、そ
の後シーム溶接によりチューブ形状に加工する方法であ
る。
【0027】リブはチューブの内周面に亘って等しい間
隔で広がっている。しかし、僅かの間隔の変化は許容で
きる。もし、チューブが圧延エンボス加工、ロール成
形、シーム溶接により製造されるならば、製造工程の特
性により、チューブの内周面の残りの部分に存在する凹
凸形状が形成されない領域が、完成されたチューブの溶
接線に沿って存在するか、あるいは他の部分と異なった
形状の凹凸形状を有する領域が溶接線に沿って存在す
る。この異なった形状の領域は、チューブの温度特性あ
るいは液体フロー特性にそれほど不利な影響を与えな
い。
【0028】その伝熱特性、加工特性、比較的妥当なコ
スト、腐食抵抗特性のため、本実施例のチューブを製造
するための最も優れた材料は、銅または適当な銅合金で
ある。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は上記の構
成を有するから、内壁面に凹凸を有する伝熱チューブに
おいて高い伝熱効率を達成するとともに、チューブ内の
流路抵抗を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る伝熱チューブを一部を
切り欠いて示す構成図である。
【図2】前記実施例に係る伝熱チューブを示す縦断面図
である。
【図3】前記実施例に係る伝熱チューブの壁の構造を示
す拡大断面図である。
【図4】前記実施例の伝熱チューブの内壁面に形成され
たリブの形状の一例を示す拡大断面図である。
【図5】前記実施例の伝熱チューブの内壁面に形成され
たリブの形状の他の例を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
10…伝熱チューブ 12…凹凸 13…壁 14…リブ 15…溝 17…面 18…面
【手続補正書】
【提出日】平成4年7月6日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0014
【補正方法】変更
【補正内容】
【0014】最少の流路抵抗で最適の伝熱密度を得るた
め、また金属板のロール成形とシーム溶接により最も実
用的且つ経済的に製造できる9.5mm(3/8イン
チ)以下の外径を有する本実施例の伝熱チューブは、次
のパラメータにより決定されるほぼ長手軸方向に延びる
リブからなる内壁面の凹凸を有する。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】b.チューブの内径に対するリブの高さの
割合は、最大リブ高さである0.23mm(0.009
インチ)に対して、0.02から0.04の間である。
あるいは、その割合は、次の通りである。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0018
【補正方法】変更
【補正内容】
【0018】
【数2】H/D=0.02〜0.04 (最大H=0.23mm(0.009インチ)に対し
て)
【手続補正5】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0026
【補正方法】変更
【補正内容】
【0026】本実施例のリブ及び溝は、絞り加工、マン
ドレルの挿入、機械加工など適当な加工工程により伝熱
チューブの内壁面に形成することができる。しかしなが
ら、これらの工程は比較的大きなフィン高さを備えた比
較的小さな径のチューブを実用的且つ経済的に製造する
ことが困難である。最新式のオートメーション化された
高速加工工程を用いて、比較的小さな径、即ち外径9.
5mm(3/8インチ)以下のシーム溶接されたチュー
ブを製造する場合において、リブと溝を形成する効果的
な方法は、金属板を円筒状に加工する前にその金属板の
一方の面に圧延エンボス加工により凹凸パターンの加工
を施し、その後シーム溶接によりチューブ形状に加工す
る方法である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内壁面と、内径と、長手軸と、前記内壁
    面に形成された複数のリブ及び溝とを有し、 前記各リブは基部と、一対の対向する面と、高さと、前
    記長手軸に対して傾斜する角度とを有してなる伝熱チュ
    ーブにおいて、 前記傾斜角度は零度(0゜)、すなわち前記リブがほぼ
    前記長手軸に平行の状態から4度(4゜)の間であり、
    前記チューブの内径に対するリブの高さの割合が0.0
    2から0.04の間である、ことを特徴とする伝熱チュ
    ーブ。
  2. 【請求項2】 前記リブの基部の幅は、0.076から
    0.23mm(0.003から0.009インチ)であ
    ることを特徴とする請求項1に記載の伝熱チューブ。
  3. 【請求項3】 相隣接するリブの基部の間の距離が0.
    076から0.23mm(0.003から0.009イ
    ンチ)であることを特徴とする請求項1に記載の伝熱チ
    ューブ。
  4. 【請求項4】 前記リブは断面がほぼ三角形状であり、
    対向する面が先端においてなす角度が15度から40度
    の間であることを特徴とする請求項1に記載の伝熱チュ
    ーブ。
  5. 【請求項5】 前記リブは断面がほぼ矩形状であり、対
    向する面が先端においてなす角度が15度以下であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載の伝熱チューブ。
  6. 【請求項6】 前記リブはチューブ内壁面の内周に亘っ
    てほぼ等しい間隔で設けられたことを特徴とする請求項
    1に記載の伝熱チューブ。
JP4085858A 1991-04-08 1992-04-08 伝熱チユーブ Pending JPH05106989A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US68128091A 1991-04-08 1991-04-08
US681,280 1991-04-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05106989A true JPH05106989A (ja) 1993-04-27

Family

ID=24734590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4085858A Pending JPH05106989A (ja) 1991-04-08 1992-04-08 伝熱チユーブ

Country Status (6)

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JP (1) JPH05106989A (ja)
KR (1) KR920020179A (ja)
AR (1) AR246347A1 (ja)
BR (1) BR9201247A (ja)
IT (1) IT1254752B (ja)
MX (1) MX9201574A (ja)

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Publication number Publication date
ITMI920765A0 (it) 1992-03-31
IT1254752B (it) 1995-10-11
AR246347A1 (es) 1994-07-29
ITMI920765A1 (it) 1993-10-01
BR9201247A (pt) 1992-12-01
MX9201574A (es) 1992-10-01
KR920020179A (ko) 1992-11-20

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Effective date: 19950912