JPH06323778A

JPH06323778A - 沸騰用伝熱管

Info

Publication number: JPH06323778A
Application number: JP11067893A
Authority: JP
Inventors: 宏行 ▲高▼橋; Hiroyuki Takahashi
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1993-05-12
Filing date: 1993-05-12
Publication date: 1994-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】従来に比して伝熱性能が高く、熱交換器の高
性能化、小型化及び軽量化が可能な沸騰用伝熱管を提供
する。【構成】管本体５の外周面下には空洞３が設けられて
おり、この空洞３は細孔２を介して外部に連絡されてい
る。この細孔２の開口面積は、０．１５乃至０．２５ｍ
ｍ² に設定されている。また、管本体の外周面にはフィ
ン６が突出して設けられている。このフィン６の高さｔ
は０．３０乃至０．５０ｍｍに設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、その外周面下に空洞が
設けられておりこの空洞内に侵入した冷媒を沸騰させる
ことにより冷媒に効率的に熱を伝達する沸騰用伝熱管に
関し、特に大型冷凍機（ターボ冷凍機及び吸収式冷凍機
等）の蒸発器の伝熱管として好適の沸騰用伝熱管に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱交換効率が優れた伝熱管とし
て、伝熱面積を増大させるためにその外周面から突出し
管軸方向に直交又は傾斜する方向に延びる放熱フィン
（ローフィン）が設けられたローフィンチューブがあ
る。また、このローフィンチューブに比してより一層伝
熱効率が優れた伝熱管として、沸騰用伝熱管がある。

【０００３】図１０は、従来の沸騰用伝熱管の一例を示
す模式図である（特開昭５３−２５３７９号）。管壁２
５から突出し周方向に延出して設けられた突出部２１は
中央部で折り曲げられ、隣接する突出部２１の中央部に
接触することにより突出部２１で囲まれた空洞２３を形
成している。また、突出部２１の先端部には空洞２３と
外部とを連絡する細孔２２が形成されている。

【０００４】一方、図１１は従来の沸騰用伝熱管の他の
例を示す模式図である。管壁３５にはブロック状の突起
３１が形成されており、この突起３１の上部は圧縮され
て側方に導出されブロック状突起３１の周囲の格子状の
溝の上部を略塞いで、空洞３３を形成している。空洞３
３の上部には細い間隙３４が設けられており、この間隙
３４を介して空洞３３と外部とが連絡している。また、
突起３１の表面にはローレット加工が施されて微細な凹
凸が設けられている（ＵＳＰ４２１６８２６）。

【０００５】この種の伝熱管は、冷媒を沸騰させて伝熱
面から冷媒の気化に伴う気化熱を奪うため、伝熱効率が
高い。即ち、空洞２３，３３内に侵入した冷媒は、周囲
の壁面から熱が伝達されて沸騰する。冷媒の沸騰により
発生した蒸気泡は、空洞２３，３３内を満たす大きさま
で成長すると、微細な孔２２又は間隙３４を通って伝熱
管から離脱する。このとき、蒸気泡の一部は空洞２３，
３３内に残留し、この残留した蒸気泡の一部が核となっ
て再び蒸気泡が成長するため、蒸気泡の離脱から次の気
泡発生までの時間が短く、伝熱管からの蒸気泡発生が速
やかに行われる。このため、沸騰用伝熱管においては、
伝熱管とこの伝熱管に接触する冷媒との温度差が５℃以
下と小さい場合でも大きな伝熱量を確保できる。なお、
細孔２２又は間隙３４の大きさ又は幅を調整することに
より、残留気泡の量を調整することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の沸騰用伝熱管においては、比較的良好な伝熱性
能を得ることができるものの、満足できるものではない
という問題点がある。即ち、近時、熱交換器のより一層
の高性能化、小型化及び軽量化が要望されており、沸騰
用伝熱管に対しても更に優れた伝熱性能が要求されてい
る。

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、伝熱性能が向上し、熱交換器の軽量化及び
小型化が可能な沸騰用伝熱管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】本発明に係る沸騰用伝熱
管は、管本体と、この管本体の外周面下に設けられ管軸
方向に直交又は傾斜して延びる空洞と、この空洞に沿っ
て設けられ前記空洞の内部空間と外部とを連絡する複数
の開口部と、前記管本体から外側に突出して設けられた
フィンとを有し、前記開口部の各開口面積は０．１５乃
至０．２５ｍｍ² であり、前記フィンの高さは０．３０
乃至０．５０ｍｍであることを特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明に係る沸騰用伝熱管は、管本体の外周面
下に設けられた空洞が管軸方向に直交又は傾斜して延び
ており、この空洞の内部空間は空洞に沿って所定のピッ
チで設けられた複数の開口部を介して外部と連絡してい
る。また、本発明に係る沸騰用伝熱管には、前記管本体
から外側に突出するフィンが設けられている。このフィ
ンから放出される熱により、伝熱管の周囲の冷媒は加熱
されて温度が上昇する。一方、空洞内では、周囲の空洞
壁面から熱が伝達されるために伝熱効率が高く、空洞内
に侵入した冷媒は容易に沸騰して蒸気泡が活発に発生す
る。この蒸気泡は、ある程度の大きさにまで成長する
と、前記開口部を通って伝熱管から離脱するが、蒸気泡
の一部は小さな蒸気泡となって空洞内に残留する。そし
て、空洞内には、前記伝熱管から離脱した蒸気泡に対応
する量の冷媒が侵入する。この空洞内に新たに侵入する
冷媒は、前記フィンにより加熱されて温度が上昇してい
るために少ない熱量で沸騰温度に到達する。従って、前
記空洞内に残留した蒸気泡を核として、蒸気泡が急速に
成長する。このようにして、蒸気泡の成長及び離脱を繰
り返すことにより、伝熱管から冷却媒体に熱が伝達され
る。

【００１０】本発明においては、上述の如く、フィンに
よって伝熱管の周囲の冷媒の温度を上昇させることによ
り、空洞内での冷媒の沸騰を促進する。従って、本発明
に係る沸騰用伝熱管は、従来の沸騰用伝熱管に比して、
伝熱効率がより一層向上する。

【００１１】なお、前記複数の開口部の各開口面積が
０．１５ｍｍ² 未満であると、空洞内からの蒸気泡の離
脱が困難になり、空洞内に蒸気泡が溜まってこれが熱抵
抗となり、伝熱効率が低下する。また、前記開口部の各
開口面積が０．２５ｍｍ² を超えると、空洞内で成長し
た蒸気泡が開口部を介して完全に離脱してしまい、蒸気
泡成長の核となる蒸気泡が空洞内に残留しないため、蒸
気泡が成長し離脱するまでの時間が長くなり、伝熱効率
が低下する。従って、前記複数の開口部の各開口面積は
０．１５乃至０．２５ｍｍ² であることが必要である。

【００１２】また、前記フィンの高さが０．３０ｍｍ未
満であると、フィンから放出される熱量が少なく、伝熱
管の周囲の冷媒の温度を上昇させるという効果を十分に
得ることができない。また、フィンの高さが０．５０ｍ
ｍを超えると、フィンから放出される熱量が過剰にな
り、管周面の温度が低下し、その結果空洞内での沸騰が
抑制されて、伝熱効率が低下する。従って、フィンの高
さは０．３０ｍｍ乃至０．５０ｍｍであることが必要で
ある。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例について、添付の図面
を参照して説明する。

【００１４】図１は、本発明の実施例に係る沸騰用伝熱
管の外周面に設けられた空洞及びフィンを示す模式図で
ある。管本体５の外周面下には、空洞３が管本体５の軸
方向に直交又は傾斜して設けられている。この空洞３
は、断面がＴ字型でありその頂部が管本体５の外周面を
構成するＴ字フィン１と、このＴ字フィン１間に配設さ
れ管本体５の外周面から突出し管本体５の軸方向に直交
又は傾斜する方向に延びるフィン６とにより囲まれてお
り、Ｔ字フィン１の頂部に一定の間隔で穿設された細孔
２（開口部）を介して外部空間と連絡している。この細
孔２の一つ当たりの開口面積は、０．１５乃至０．２５
ｍｍ² に設定されている。また、フィン６の高さｔ（即
ち、管本体５から露出した部分の高さ）は、０．３０乃
至０．５０ｍｍに設定されている。

【００１５】このように構成された本実施例に係る沸騰
用伝熱管において、空洞３内に侵入した冷媒には空洞３
を囲む各壁面から熱が伝達され、空洞３内で冷媒が沸騰
して蒸気泡が発生する。この蒸気泡は、ある程度の大き
さにまで成長すると、細孔２を通り伝熱管から離脱す
る。このとき、前記蒸気泡の一部分が分離して、空洞３
内に残留する。

【００１６】一方、伝熱管の周囲の冷媒は、フィン６か
ら放散される熱により加熱されて温度が上昇している。
そして、前記伝熱管から離脱した蒸気泡に対応して、伝
熱管の周囲の冷媒が細孔２を介して空洞３内に侵入す
る。この空洞３内に侵入した冷媒は、フィン６により加
熱されて温度が高くなっているために沸騰しやすく、空
洞３内に残留している蒸気泡を核として新たな蒸気泡が
速やかに成長する。このようにして、冷媒の沸騰、蒸気
泡の成長及び蒸気泡の離脱を繰り返し、伝熱管から冷媒
の気化に伴う気化熱が放出される。

【００１７】本実施例においては、フィン６により伝熱
管の周囲の冷媒が加熱されるため、空洞内に侵入する冷
媒の温度が高く、図１０，１１に示す従来の沸騰用伝熱
管に比して、空洞内において蒸気泡が成長する速度が速
い。従って、本実施例に係る沸騰用伝熱管は、従来の沸
騰用伝熱管に比して伝熱効率が高く、熱交換器のより一
層の軽量化及び小型化が可能になる。

【００１８】図２は、本実施例に係る沸騰用伝熱管の製
造方法を示す模式的断面図である。材料となる原管とし
ては、例えばりん脱酸銅からなるストレート管を使用す
る。

【００１９】先ず、加工すべき管１３の内側にマンドレ
ル１２を配置し、管１３の外側に複数のフィン形成用デ
ィスクからなるディスク群７、歯車ディスク８、半割り
ディスク９及び平面ディスク１０が同一の回転軸１１に
取り付けられた加工用治具を配置する。図３に示すよう
に、この加工用治具は、例えば３組設けられており、各
治具は管１３の周面を３等配する位置で管周面に接触す
るように配置されている。管１３は、これらの治具に対
して相対的に回転しつつ、軸方向に移動する。

【００２０】ディスク群７は、通常のローフィンチュー
ブの製造に使用されるものと同一である。歯車ディスク
８は、図４（ａ），（ｂ）に夫々正面図及び側面図を示
すように、周面に断面形状が略三角形の凹凸が設けられ
いる。半割りディスク９は、図５（ａ），（ｂ）に夫々
正面図及び側面図を示すように、円周部分に周方向に延
出する刃が設けられている。平面ディスク１０は、図６
（ａ），（ｂ）に夫々正面図及び側面図を示すように、
円筒状の部材である。

【００２１】図２のようにストレートチューブであった
管１３は、例えば、図中矢印で示す方向へ回転しながら
徐々に送り込まれ、先ず、ローフィン成形用のディスク
群７により成形されて、縮径されると共にその外周に多
重螺旋構造のフィンが形成され、ローフィンチューブ形
状に加工される。次に、歯車ディスク８によって管１３
の外周に設けられたフィンが１枚おきに押し潰されて、
短寸化されると共に頂部に切り込みが設けられる。次い
で、この短寸化されたフィンは半割りディスク９で先端
部を半割りされ、続く平面ディスク１０により押し潰さ
れて、その頂部が平坦化されてＴ字状に成形される。こ
のＴ字状に成形されたフィンの頂部両縁は隣接するフィ
ンに接し、Ｔ字フィンとその両側のフィンとにより囲ま
れた２つの空洞が形成される。この場合に、前述の歯車
ディスク８によって形成された切り込み部分が空洞上部
の細孔となる。このようにして、本実施例に係る伝熱管
が完成する。

【００２２】次に、本発明の実施例に係る沸騰用伝熱管
を実際に製造し、その性能を調べた結果について、従来
例と比較して説明する。

【００２３】下記表１に示す外径及び肉厚のりん脱酸銅
管を加工して、図１に示す構造の沸騰用伝熱管（実施
例）、図１０に示す構造の沸騰用伝熱管（従来例１）、
図１１に示す構造の沸騰用伝熱管（従来例２）及びロー
フィンチューブ（従来例３）の各伝熱管を得た。各伝熱
管のフィン数（従来例１，２については突出部２１又は
ブロック状突起３１の数）、フィンの高さ（実施例につ
いては管本体から露出した部分のフィンの高さ）及び開
口部の開口面積を表１に併せて示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】これらの伝熱管の伝熱性能を評価するため
に、過熱度ΔＴ（伝熱管と冷媒との伝熱面における温度
差）と熱流束ｑとの関係を調べた。但し、冷媒として
は、フロンＲ−１２３（蒸発温度；３４．８５℃、蒸発
圧力０．１３０２２ＭＰａ）を使用した。図７は、横軸
に過熱度をとり、縦軸に熱流束をとって、実施例及び従
来例の各伝熱管の伝熱性能を調べた結果を示すグラフ図
である。この図７から明らかなように、ローフィンチュ
ーブである従来例３は、過熱度が小さいときには伝熱性
能が著しく低下する。従来例１，２は、過熱度が５℃以
下と小さいときでも比較的良好な伝熱性能を示すが、十
分であるとはいえない。一方、実施例の沸騰用伝熱管
は、過熱度が５℃以下と小さいときでも従来例１，２に
比して熱流束値が大きく、極めて優れた伝熱性能を示し
た。

【００２６】次に、図１に示す構造の伝熱管において、
細孔２の開口面積と伝熱性能との関係を調べた。即ち、
歯先断面積が異なる種々の歯車ディスクを使用すること
により、細孔の開口面積が相互に異なる複数の伝熱管を
製造した。なお、これらの伝熱管は、細孔の開口面積以
外の寸法については表１の実施例の欄に示す伝熱管と同
一である。

【００２７】これらの伝熱管について、伝熱性能の指標
である管外側伝熱係数を測定した。なお、管外側伝熱係
数の測定には、冷媒としてフロンＲ−１２３を使用し
た。図８は、横軸に細孔の開口面積をとり、縦軸に管の
外周面の伝熱係数をとって、細孔の開口面積と伝熱性能
との関係を示すグラフ図である。この図８から明らかな
ように、細孔の開口面積と管外側伝熱係数との関係を示
す曲線は細孔の開口面積が０．１５乃至０．２５ｍｍ²
のときにピークを示す。即ち、図１に示す構造の伝熱管
においては、細孔の開口面積を０．１５乃至０．２５ｍ
ｍ² とすることにより、良好な伝熱性能を得ることがで
きる。

【００２８】次に、図１に示す構造の伝熱管において、
フィンの高さと伝熱性能との関係を調べた。即ち、図２
に示すディスク群７を調整してローフィンチューブの段
階でのフィンの高さを種々変化させることにより、管本
体から突出するフィンの高さが相互に異なる複数の伝熱
管を製造した。これらの伝熱管のフィン高さ以外の寸法
は、表１の実施例の欄に示す伝熱管と同一である。

【００２９】これらの伝熱管について、管外側伝熱係数
を測定した。なお、管の外周面の伝熱係数の測定には、
冷媒としてフロンＲ−１２３を使用した。図９は、横軸
にフィン高さをとり、縦軸に管の外周面の伝熱係数をと
って、フィン高さと伝熱性能との関係を示すグラフ図で
ある。この図９から明らかなように、フィン高さが０．
３０ｍｍ未満の場合は、伝熱性能が管の外周面にフィン
がないとき（即ち、図９においてフィン高さが０のと
き）と殆ど変わらず、フィン高さが０．５０ｍｍを超え
ると、伝熱性能が著しく低下する。従って、図１に示す
構造の伝熱管においては、フィン高さを０．３０ｍｍ乃
至０．５０ｍｍとすることが必要である。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る沸騰用
伝熱管は、管本体と、この空洞の内部空間と外部とを連
絡する開口部と、前記管本体から突出するフィンとが設
けられているから、前記フィンにより伝熱管の周囲の冷
媒が加熱され、温度が上昇した冷媒が前記空洞内に侵入
する。このため、本発明に係る沸騰用伝熱管は、従来の
沸騰用伝熱管に比して空洞内における冷媒の沸騰が促進
され、極めて良好な伝熱性能が得られる。従って、本発
明は、熱交換器の性能向上、小型化及び軽量化に極めて
有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る沸騰用伝熱管の空洞及び
フィンを示す模式図である。

【図２】本発明に係る沸騰用伝熱管の製造方法を示す模
式的断面図である。

【図３】本発明に係る沸騰用伝熱管の製造方法を示す軸
断面の模式的側面図である。

【図４】（ａ），（ｂ）は夫々フィン成形装置の歯車デ
ィスクを示す正面図及び側面図である。

【図５】（ａ），（ｂ）は夫々フィン成形装置の半割り
ディスクを示す正面図及び側面図である。

【図６】（ａ），（ｂ）は夫々フィン成形装置の平面デ
ィスクを示す正面図及び側面図である。

【図７】実施例及び従来例１，２，３の伝熱性能を示す
グラフ図である。

【図８】管の外周面の伝熱係数の細孔の開口面積に対す
る依存性を示すグラフ図である。

【図９】管の外周面の伝熱係数のローフィンの高さに対
する依存性を示すグラフ図である。

【図１０】従来の沸騰用伝熱管の一例を示す模式図であ
る。

【図１１】従来の沸騰用伝熱管の他の例を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１；Ｔ字フィン２，２２；細孔３，２３，３３；空洞５；管本体６；フィン７；ディスク群８；歯車ディスク９；半割りディスク１０；平面ディスク１１；回転軸１２；マンドレル１３；管２１；突出部２５，３５；管壁３１；突起３４；間隙

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管本体と、この管本体の外周面下に設け
られ管軸方向に直交又は傾斜して延びる空洞と、この空
洞に沿って設けられ前記空洞の内部空間と外部とを連絡
する複数の開口部と、前記管本体から外側に突出して設
けられたフィンとを有し、前記開口部の各開口面積は
０．１５乃至０．２５ｍｍ² であり、前記フィンの高さ
は０．３０乃至０．５０ｍｍであることを特徴とする沸
騰用伝熱管。