JPH06201286A

JPH06201286A - 伝熱管

Info

Publication number: JPH06201286A
Application number: JP5242286A
Authority: JP
Inventors: Robert H L Chiang; エイチ．エル．チアングロバート
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1992-10-02
Filing date: 1993-09-29
Publication date: 1994-07-19
Also published as: MX9305803A; BR9303895A; CN1087162A; EP0591094A1; KR940009564A

Abstract

(57)【要約】【目的】内的に強調された伝熱管において高い伝熱効
率を得ると共に、最小限の壁材料で適切な管破壊強度及
び管の受け入れ可能な流体流特性を保証する。【構成】管の伝熱性能を高めるための内部リブ１４を
有する伝熱管１０。これらのリブ１４は、その横断面が
実質的に三角形または矩形であるが、リブ１４の臨界パ
ラメータに対して特定の範囲の値を持つ。好適な実施例
においては、これらのリブ１４は、管の内周囲に均等に
配分されていると共に、その管は銅または銅合金から作
られている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管内の流体と管外の流
体との間で熱を伝達するための熱交換器において使用さ
れる管に関する。さらに詳細には、本発明は、管の伝熱
効率を改善するために管内面にリブを有する熱交換器用
の管に関する。そのような管は、空調機、冷凍機などの
システムの熱交換器に使用するのに適している。

【０００２】

【従来の技術】伝熱管の設計者たちは、ずっと以前か
ら、表面に強調を有する管の伝熱効率は、滑らかな壁面
の管よりも優れているということを認識していた。リ
ブ、フィン、皮膜及び挿入物など非常に様々な表面強調
が、管の内外表面の両面に設けられてきた。ほとんどす
べての設計に共通することは、管の伝熱面積を増大させ
ようとしていることである。また、ほとんどの設計は、
流体混合を促進し、管表面における境界層を破壊するた
めに、管を通して、すなわち管上を流れている流体内に
乱流を起こさせることを試みている。

【０００３】空調や冷凍システム、及び液体冷却エンジ
ンにおいて使用される流体−空気熱交換器においては、
例えば、板状フィンを用いることによって、配管のほと
んどがその外面に強調が加えられている。内面強調を持
っている公称外径２０ｍｍ（４分の３インチ）の熱交換
器配管においては、その強調は、普通、内面上に配置さ
れた、ら旋状のパターンになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】管内面のら旋状リブ強
調により、２つのやり方で管の伝熱効率が増大させられ
る。第１に、管壁に工作を施しリブを形成することによ
り、管の伝熱面積が増大させられる。第２に、リブが管
の内側を流れる流体内の乱流を促進させる。その乱流は
管の内面上で薄層をなす境界層を無くし、伝熱の厚みを
最小にする。前記のものが、内的に強調された伝熱管の
効率を最適化する際の唯一の操作要素であれば、仕事は
簡単である。管の単位長さ当たり最大可能なリブ数を、
単に管に詰め込むだけで良い。ら旋リブ強調において、
このことは、最大可能なリブら旋角を用いることを意味
する。

【０００５】しかし、それが簡単であるということでは
ない。フィン密度及びフィン高さを大きくすることによ
って、管流体の流れ抵抗が大きくなる。流れ抵抗が大き
くなればなるほど、管による圧力損失が大きくなり、管
内に所定の流速を発生させるために、大きなポンプ力を
必要とする。リブ密度及びその高さの増大もまた、管壁
の材料内容物の増大を必要とする。これは、リブを形成
するために必要な材料を与えるためであり、また、最小
の効果的壁厚を維持し、管の適切な破壊強度を保証する
ためでもある。

【０００６】本発明の目的は、内的に強調された伝熱管
において高い伝熱効率を得ると共に、最小限の壁材料で
適切な管破壊強度及び管の受け入れ可能な流体流特性を
保証することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、その内面にら
旋状リブを有する伝熱管において、この目的を達成す
る。リブら旋角、リブ高さ及びリブ密度の範囲は、伝熱
効率を最適化すると共に、適切な強度及び流体流れを与
えるように選択された。

【０００８】管は、適当な形成プロセスによって適切な
材料から作られ得るが、特に、内部強調が最初に金属ス
トリップの一面にロール打ち出しされ、その後そのスト
リップを環状形にロール形成し、その後そのロール形成
したストリップを管内にシーム溶接するプロセスにおい
て、銅または銅合金から製造されるのが良い。管がこの
方法を用いて製造される場合には、ら旋状の溝は管の内
周囲全体に連続していない。シーム溶接の近傍に強調を
含まない領域ができる。この非強調領域の効果は、管の
性能に関して無視し得るものである。

【０００９】

【作用】内面と、内径（Ｄ_i）と、長手方向軸（ａ_γ）
と、前記内面上に形成された複数個のリブ及び溝とを有
し、前記側部間の頂点角（β）と、高さ（Ｈ_R）と、前
記長手方向軸に関する傾斜角（α）を有する伝熱管にお
いて、前記傾斜角を３０度から４５度の間とし、前記管
内径に対する前記リブ高さの比を０．０１８から０．０
３の間にし、前記底部の幅（Ｗ_R）を０．１２７ｍｍか
ら０．２５４ｍｍの間とし、前記頂点角を０度から６０
度の間にし、前記管の内周の長さ（πＤ_i）当たりのリ
ブ数をセンチメートル（ｃｍ）当たり１０から２４の間
にあるように構成することにより、高い伝熱効率が得ら
れると共に、最小限の壁材料で適切な管破壊強度及び管
の受け入れ可能な流体流特性が保証される。

【００１０】

【実施例】図１は、断面を図解的に示した図であって、
本発明が具体化されている熱交換器管を示している。図
１において、熱交換器管１０は、その内面の実質的に全
体にわたって延びている表面強調を有する。

【００１１】図２は、熱交換器管１０の横断面の立面図
である。ここでは、簡単化のために、軸方向表面強調の
リブ１４（図１）が１つだけ示されている。しかし、本
発明の強調においては、全てが互いに平行である複数個
のリブ１４が、管の壁１３から外方へ延びている。リブ
１４は、管の長手方向軸ａ_γから角度αで傾斜してい
る。リブ間の管の内面から測定される、管の内径は、Ｄ
_iである。

【００１２】図３は、本発明の熱交換器管１０の壁１３
の一部分の断面図であって、管内面上のリブ強調を詳細
に示している。複数個のリブ１４が内側（管１０の中心
方向）に延びている。リブ１４のそれぞれは、底部幅Ｗ
_R及び高さＨ_Rを有する。フィン頂点角βは、平面が延長
されるときに、リブ１４の第１及び第２側部１７及び１
８の平面の交点において形成される角度である。リブ１
４間には複数個の溝１５が形成されている。

【００１３】図３に示されたリブは、その断面が台形で
ある。リブの大きさ、管で使用される金属の工作特性、
及びリブを形成する際に用いられる製造方法のため、鋭
い端部の台形うねを作ることは、不可能ではないが困難
である。例えば、ストリップ供給材上にリブをロール打
ち出しする間、打ち出しローラの溝に金属が完全に充填
されず、形成されるリブは、図４及び図５に示されたも
のに近い横断面を持つ。頂点角によって、リブ横断面
は、図４に示される如く、実質的に三角形であるか、図
５に示される如く、実質的に三角形であるか、図５に示
される如く、実質的に矩形となる。リブが三角形断面と
なるか矩形断面になるかは、形成時の主観的要素がある
が、１５°よりも小さな頂点角を有するリブが、矩形断
面を与えるものとして考慮され得る。一方、１５°より
も大きい頂点角は、三角形断面を有するリブを作り出
す。

【００１４】受け入れ可能な流体流れ抵抗と両立する最
適な伝熱性能に対して、本発明を具体化しかつ２０ｍｍ
（４分の３インチ）よりも小さい公称外径を有する管
は、次のパラメータを持つリブの内部強調を備える。

【００１５】ａ．リブと管の長手方向軸間の角度は、３
０度から４５度の間にあるべきである。すなわち、３０
°≦α≦４５° ｂ．管の内径に対するリブ高さの比は、０．０１８から
０．０３の間にあるべきである。すなわち、０．０１８
≦Ｈ_R／Ｄ_i≦０．０３ｃ．リブ頂点角は、０度（すなわち、リブが実質的に矩
形である）から６０度の間にあるべきである。すなわ
ち、０°≦β≦６０° ｄ．リブが管の内壁に結合するところのリブ底部の幅
は、０．１２７ｍｍから０．２５４ｍｍ（０．００５イ
ンチから０．０１インチ）の間にあるべきである。すな
わち、０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）≦Ｗ_R≦
０．２５４ｍｍ（０．０１インチ）ｅ．管の内周の長さ（πＤ_i）当たりのリブ数は、ｃｍ
当たり１０から２４リブ（インチ当たり２５から６０）
の間にあるべきである。すなわち、１０／ｃｍ（２５／
インチ）≦リブ／πＤ_i長さ≦２４／ｃｍ（６０／イン
チ）本発明のリブ及び溝は、例えば、線引き、マンドレル挿
入、機械加工などの適切なプロセスによって伝熱管の内
面に形成され得る。最近の自動化高速プロセスを用いる
シーム溶接配管の製造においては、ストリップが円形横
断面にロール形成され、管内にシーム溶接される前に、
金属ストリップの一面にロール打ち出しによって、強調
パターンを加えることが、効果的な方法である。図６
は、その表面の１つに打ち出された強調を有する金属ス
トリップ２０を示している。ストリップ２０の各端に沿
って、最終的な管において溶接部となる強調されない領
域２２が残される。

【００１６】リブは、管の内周回りに等しい間隔で配分
されるべきであるが、間隔が多少ずれても問題はない。
管がロール打ち出し、ロール形成及びシーム溶接によっ
て作られる場合、製造方法の性質により、管内周の残部
回りに存在する強調構造を欠くか、または異なる強調構
造を有するかの領域が、完成した管の溶接線に沿って存
在するようになる。

【００１７】図７は、管１０の壁１３の一部分の横断面
を示している。この実施例においては溶接部３１がリブ
を含んでいない。この異なる構造の領域は、管の熱的す
なわち流体流れ性能にいかなる方法でも悪影響を与えな
い。

【００１８】これらの伝熱特性、作業能力、さらに比較
的優れた経済性及び耐腐食特性のため、本発明を具体化
する配管を作るための優れた材料は、銅または銅合金が
ある。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、内的に強調された伝熱
管において、高い伝熱効率が得られる。また、最小限の
壁材料で適切な管破壊強度及び管の受け入れ可能な流体
流特性が保証される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝熱管の断面図である。

【図２】本発明の伝熱管の横断面の立面図である。

【図３】本発明の伝熱管の壁の一部分の横断面図であ
る。

【図４】本発明の伝熱管の１つの実施例の壁部分の横断
面図である。

【図５】本発明の伝熱管の他の実施例の壁部分の横断面
図である。

【図６】本発明の伝熱管を製造するために使用される打
ち出しストリップの一部分の等角図である。

【図７】ロール形成し、シーム溶接したストリップから
製造されるときの、管の非強調溶接部を示している図で
あって、本発明の伝熱管の壁の一部分の横断面図であ
る。

【符号の説明】

１０…伝熱管１１…表面強調１３…壁１４…リブ１５…溝１７，１８…側部２０…金属ストリップ２１…強調パターン２２…非強調領域３１…溶接部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１．内面と、内径（Ｄ_i）と、長手方向
軸（ａ_γ）と、前記内面上に形成された複数個のリブ及
び溝とを有し、前記側部間の頂点角（β）と、高さ（Ｈ
_R）と、前記長手方向軸に関する傾斜角（α）を有する
伝熱管であって、前記傾斜角が、３０度から４５度の間にあり、前記管内径に対する前記リブの高さの比が、０．０１８
から０．０３の間にあり、前記底部の幅（Ｗ_R）が、０．１２７ｍｍから０．２５
４ｍｍの間にあり、前記頂点角が０度から６０度の間にあり、前記管の内周の長さ（πＤ_i）当たりのリブ数が、セン
チメートル当たり１０から２４の間にあることを特徴と
する伝熱管。
【請求項２】前記リブの横断面が、実質的に三角形で
あって、前記リブの対抗側部間の頂点角が、１５度から
４０度の間にあることを特徴とする請求項１に記載の伝
熱管。
【請求項３】前記リブの横断面が、実質的に矩形であ
って、前記リブの対抗側部間の頂点角が、１５度よりも
小さいことを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項４】前記リブが、前記伝熱管の内面回りに実
質的に等しい間隔で配置されていることを特徴とする請
求項１に記載の伝熱管。
【請求項５】前記伝熱管が、実質的に銅から構成され
る材料から作られていることを特徴とする請求項１に記
載の伝熱管。
【請求項６】前記伝熱管が、実質的に銅合金から構成
される材料から作られていることを特徴とする請求項１
に記載の伝熱管。