JPH08145585A - 非共沸混合冷媒用伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 - Google Patents
非共沸混合冷媒用伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器Info
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- JPH08145585A JPH08145585A JP28945694A JP28945694A JPH08145585A JP H08145585 A JPH08145585 A JP H08145585A JP 28945694 A JP28945694 A JP 28945694A JP 28945694 A JP28945694 A JP 28945694A JP H08145585 A JPH08145585 A JP H08145585A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、非共沸混合冷媒に対して、溝内の渦
の渦度を増大させ濃度境界層を薄くすることで、高い伝
熱性能を持つ伝熱管、及びそれを用いた熱交換器を提供
することを目的とする。 【構成】非共沸混合冷媒が流れる伝熱管内面に管軸に対
して４５度以上の角度を持つ溝を設けることで、溝内に
渦度の大きな渦を発生させ、濃度境界層を薄くする。 【効果】管軸に対して４５度以上の大きな角度を有する
溝内において、渦の渦度を増大させ、非共沸混合冷媒内
に生じる濃度分布の不均一を低減し、高い伝熱性能を持
つ非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することができる。
又、この伝熱管を用いることにより、高い伝熱性能を有
する非共沸混合冷媒用熱交換器を提供することができ
る。
の渦度を増大させ濃度境界層を薄くすることで、高い伝
熱性能を持つ伝熱管、及びそれを用いた熱交換器を提供
することを目的とする。 【構成】非共沸混合冷媒が流れる伝熱管内面に管軸に対
して４５度以上の角度を持つ溝を設けることで、溝内に
渦度の大きな渦を発生させ、濃度境界層を薄くする。 【効果】管軸に対して４５度以上の大きな角度を有する
溝内において、渦の渦度を増大させ、非共沸混合冷媒内
に生じる濃度分布の不均一を低減し、高い伝熱性能を持
つ非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することができる。
又、この伝熱管を用いることにより、高い伝熱性能を有
する非共沸混合冷媒用熱交換器を提供することができ
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非共沸混合冷媒を作動
流体とする冷凍機、空調機に用いられる熱交換器に係
り、特にクロスフィンチュ−ブ形熱交換器の凝縮器ある
いは蒸発器、あるいはそれに用いられるのに好適な伝熱
管に関する。
流体とする冷凍機、空調機に用いられる熱交換器に係
り、特にクロスフィンチュ−ブ形熱交換器の凝縮器ある
いは蒸発器、あるいはそれに用いられるのに好適な伝熱
管に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＨＣＦＣ−２２などの単一冷媒を作動流
体として用いる従来の冷凍機、空調機の熱交換器用伝熱
管としては、平滑管のほかに、図２に示すようなねじり
角度が０〜２５度の溝を持った内面らせん溝付き管が用
いられていた。
体として用いる従来の冷凍機、空調機の熱交換器用伝熱
管としては、平滑管のほかに、図２に示すようなねじり
角度が０〜２５度の溝を持った内面らせん溝付き管が用
いられていた。
【０００３】また、単一冷媒用を対象とした伝熱管とし
て、特開昭５９−８４０９３号公報などに記載されてい
るように、管軸との角度が９０度のリング溝付き管が提
案されている。
て、特開昭５９−８４０９３号公報などに記載されてい
るように、管軸との角度が９０度のリング溝付き管が提
案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のシングル溝を持
った内面らせん溝付き管は、単一冷媒に対しては、優れ
た伝熱性能を示す。しかし、ＨＣＦＣ−２２の代替冷媒
として有力視されているＨＦＣ系の２種あるいは３種の
非共沸混合冷媒に対しては、単一冷媒を用いた時ほどの
効果が得られない。図８は、従来の内面らせん溝付き管
を用いた時の凝縮熱伝達率の性能比較を示しているが、
曲線ａが単一冷媒に対する実験結果であり、曲線ｂが、
非共沸混合冷媒に対する結果である。明らかに、非共沸
混合冷媒を用いた時の凝縮熱伝達率は、単一冷媒の時の
熱伝達率より低下している。図８に示す場合の非共沸混
合冷媒としては、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦ
Ｃ−１３４ａを各々３０、１０、６０ｗｔ％ずつ混合し
たものを用いた。
った内面らせん溝付き管は、単一冷媒に対しては、優れ
た伝熱性能を示す。しかし、ＨＣＦＣ−２２の代替冷媒
として有力視されているＨＦＣ系の２種あるいは３種の
非共沸混合冷媒に対しては、単一冷媒を用いた時ほどの
効果が得られない。図８は、従来の内面らせん溝付き管
を用いた時の凝縮熱伝達率の性能比較を示しているが、
曲線ａが単一冷媒に対する実験結果であり、曲線ｂが、
非共沸混合冷媒に対する結果である。明らかに、非共沸
混合冷媒を用いた時の凝縮熱伝達率は、単一冷媒の時の
熱伝達率より低下している。図８に示す場合の非共沸混
合冷媒としては、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５、ＨＦ
Ｃ−１３４ａを各々３０、１０、６０ｗｔ％ずつ混合し
たものを用いた。
【０００５】本発明の第１の目的は、非共沸混合冷媒に
対して、高い伝熱性能を有する伝熱管を提供することで
ある。
対して、高い伝熱性能を有する伝熱管を提供することで
ある。
【０００６】本発明の第２の目的は、非共沸混合冷媒に
対して、高い伝熱性能を有する熱交換器を提供すること
である。
対して、高い伝熱性能を有する熱交換器を提供すること
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明の伝熱管は、非共沸混合冷媒を用いた冷
凍サイクルの凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管
において、該伝熱管内面に設けた溝が管軸に対して４５
度以上の大きな角度で配置されていることを特徴とする
ものである。
るため、本発明の伝熱管は、非共沸混合冷媒を用いた冷
凍サイクルの凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管
において、該伝熱管内面に設けた溝が管軸に対して４５
度以上の大きな角度で配置されていることを特徴とする
ものである。
【０００８】又、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル
の凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、
該伝熱管内面に設けた溝がシングルの一条ねじらせん溝
であって、溝と管軸の角度を４５度以上の大きな角度と
したことを特徴とするものである。
の凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、
該伝熱管内面に設けた溝がシングルの一条ねじらせん溝
であって、溝と管軸の角度を４５度以上の大きな角度と
したことを特徴とするものである。
【０００９】又、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクル
の凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、
該伝熱管内面に管軸方向に独立した溝を設けるととも
に、該溝と前記管軸の角度を４５度以上に設定したこと
を特徴とするものである。
の凝縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、
該伝熱管内面に管軸方向に独立した溝を設けるととも
に、該溝と前記管軸の角度を４５度以上に設定したこと
を特徴とするものである。
【００１０】本発明の第２の目的を達成するために、本
発明の熱交換器は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイク
ルの凝縮器あるいは蒸発器に適用される熱交換器おい
て、フィンをほぼ平行に配置するとともに、請求項１か
ら３のいずれかに記載の伝熱管を前記フィンに貫通して
構成したことを特徴とするものである。
発明の熱交換器は、非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイク
ルの凝縮器あるいは蒸発器に適用される熱交換器おい
て、フィンをほぼ平行に配置するとともに、請求項１か
ら３のいずれかに記載の伝熱管を前記フィンに貫通して
構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】上記のように構成しているので、非共沸混合冷
媒用の伝熱管内面に管軸に対して４５度以上の溝を設け
たことにより、溝内の渦の渦度を増大させることがで
き、溝内に蓄積する凝縮しにくいガスを撹拌することが
できる。その結果、非共沸混合冷媒内に生じる濃度分布
の不均一が低減し、非共沸混合冷媒に対して高い熱伝達
率を有する伝熱管を実現することができる。
媒用の伝熱管内面に管軸に対して４５度以上の溝を設け
たことにより、溝内の渦の渦度を増大させることがで
き、溝内に蓄積する凝縮しにくいガスを撹拌することが
できる。その結果、非共沸混合冷媒内に生じる濃度分布
の不均一が低減し、非共沸混合冷媒に対して高い熱伝達
率を有する伝熱管を実現することができる。
【００１２】即ち、伝熱管内面に管軸に対して大きな角
度を有する溝を設けたことにより、溝内に主流とのせん
断力によって駆動される強い循環渦を発生させ、非共沸
混合冷媒ガスの対流による熱及び物質移動を促進させ
る。その結果、非共沸混合冷媒に対して高い伝熱性能を
有する伝熱管を実現することができる。
度を有する溝を設けたことにより、溝内に主流とのせん
断力によって駆動される強い循環渦を発生させ、非共沸
混合冷媒ガスの対流による熱及び物質移動を促進させ
る。その結果、非共沸混合冷媒に対して高い伝熱性能を
有する伝熱管を実現することができる。
【００１３】又、熱交換器に上述した伝熱管を用いるこ
とにより、高い冷媒側熱伝達率を有する非共沸混合冷媒
用の熱交換器を実現することができる。
とにより、高い冷媒側熱伝達率を有する非共沸混合冷媒
用の熱交換器を実現することができる。
【００１４】
【実施例】本発明の一実施例を図１から図８により説明
する。図１は、本実施例のクロスフィンチューブ形熱交
換器の一部分を示す斜視図、図２は、は従来のらせん溝
付き管の縦断面図、図３は、熱交換器に用いられている
伝熱管の横断面図、図４は従来のらせん溝付き管の縦断
面図、図５は、従来のらせん溝付き管の一部を示す横断
面図、図６は、非共沸混合冷媒の気液平衡線図、図７
は、本実施例の伝熱管の非共沸混合冷媒の速度ベクトル
を示す伝熱管の縦断面図、図８は単一冷媒と非共沸混合
冷媒の性能比較図である。
する。図１は、本実施例のクロスフィンチューブ形熱交
換器の一部分を示す斜視図、図２は、は従来のらせん溝
付き管の縦断面図、図３は、熱交換器に用いられている
伝熱管の横断面図、図４は従来のらせん溝付き管の縦断
面図、図５は、従来のらせん溝付き管の一部を示す横断
面図、図６は、非共沸混合冷媒の気液平衡線図、図７
は、本実施例の伝熱管の非共沸混合冷媒の速度ベクトル
を示す伝熱管の縦断面図、図８は単一冷媒と非共沸混合
冷媒の性能比較図である。
【００１５】図１は熱交換器の一部分を示しているが、
本実施例の熱交換器は、ほぼ平行に複数のフィン８が配
置され、このフィン８を貫通して伝熱管９が複数本挿入
されている。フィン８の表面には、伝熱管９の間にフィ
ン８を切り起こして形成されるルーバ１０が設けられて
おり、図示しないファンにより、矢印７で示すようにフ
ィン８に平行な方向から送風された空気が、フィン８及
びルーバ１０を流れる。一方、伝熱管９内は、非共沸混
合冷媒が流れ、空気と熱交換を行う。
本実施例の熱交換器は、ほぼ平行に複数のフィン８が配
置され、このフィン８を貫通して伝熱管９が複数本挿入
されている。フィン８の表面には、伝熱管９の間にフィ
ン８を切り起こして形成されるルーバ１０が設けられて
おり、図示しないファンにより、矢印７で示すようにフ
ィン８に平行な方向から送風された空気が、フィン８及
びルーバ１０を流れる。一方、伝熱管９内は、非共沸混
合冷媒が流れ、空気と熱交換を行う。
【００１６】図３に示すように、伝熱管９の管壁４に
は、管軸との角度を４５度以上に設定された溝１が設け
られている。この溝１は、溝１内に主流とのせん断力で
渦が発生する程度の深さに形成されている。
は、管軸との角度を４５度以上に設定された溝１が設け
られている。この溝１は、溝１内に主流とのせん断力で
渦が発生する程度の深さに形成されている。
【００１７】ここで、本実施例の伝熱管の作用・効果を
説明する前に、通常の内面らせん溝付き管について図
４、図５により説明する。図４に示すように、管壁４に
は、らせん状に溝１１が設けられており、一般には、管
内径は６〜１０ｍｍ、溝深さは０．１〜０．３ｍｍ、溝
ピッチは０．１〜０．３ｍｍ、らせん溝１１の角度は０
〜２５度であり、溝１ａの形状は台形、フィン先端角度
は３０〜４０度に形成されている。このらせん溝付き管
内を、例えばＨＦＣー３２とＨＦＣー１３４ａの２種類
の混合冷媒が流れて凝縮する場合を考える。
説明する前に、通常の内面らせん溝付き管について図
４、図５により説明する。図４に示すように、管壁４に
は、らせん状に溝１１が設けられており、一般には、管
内径は６〜１０ｍｍ、溝深さは０．１〜０．３ｍｍ、溝
ピッチは０．１〜０．３ｍｍ、らせん溝１１の角度は０
〜２５度であり、溝１ａの形状は台形、フィン先端角度
は３０〜４０度に形成されている。このらせん溝付き管
内を、例えばＨＦＣー３２とＨＦＣー１３４ａの２種類
の混合冷媒が流れて凝縮する場合を考える。
【００１８】横軸に一方の冷媒、ここではＨＦＣ−１３
４ａのモル濃度をとり、縦軸には温度をとった非共沸混
合冷媒の気液平衡線図である図６に示す曲線イは、露点
曲線と呼ばれ、沸騰を開始する温度を表す。曲線イより
上側では、非共沸混合冷媒は気体の状態にある。又、曲
線ロは、沸点曲線と呼ばれ、この曲線ロより下側では、
非共沸混合冷媒は液体の状態にある。ＨＦＣー３２のモ
ル濃度が、Ｃの状態にある非共沸混合冷媒が気体の状態
Ｃ１から次第に冷却されて、液の状態になる過程を考え
る。Ｃ１の状態の蒸気が冷却されて温度Ｔ２になると、
露点温度に到達し、凝縮が始まり、温度がＴ３より低下
し、温度Ｔ４に至って凝縮が完了する。
４ａのモル濃度をとり、縦軸には温度をとった非共沸混
合冷媒の気液平衡線図である図６に示す曲線イは、露点
曲線と呼ばれ、沸騰を開始する温度を表す。曲線イより
上側では、非共沸混合冷媒は気体の状態にある。又、曲
線ロは、沸点曲線と呼ばれ、この曲線ロより下側では、
非共沸混合冷媒は液体の状態にある。ＨＦＣー３２のモ
ル濃度が、Ｃの状態にある非共沸混合冷媒が気体の状態
Ｃ１から次第に冷却されて、液の状態になる過程を考え
る。Ｃ１の状態の蒸気が冷却されて温度Ｔ２になると、
露点温度に到達し、凝縮が始まり、温度がＴ３より低下
し、温度Ｔ４に至って凝縮が完了する。
【００１９】このように、非共沸混合冷媒では、凝縮温
度が一定でなく、ある範囲を変化する特徴があり、又、
凝縮する液の濃度とそのまま残る蒸気の濃度が、異なる
特徴がある。すなわち、図６に示すように、温度がＴ３
のときＨＦＣー３２の濃度はＣ３とならないで、濃度Ｂ
３の凝縮液と濃度Ｄ３の蒸気とに分かれてしまう。この
ような特性を有する非共沸混合冷媒を、図４に示すらせ
ん溝付き管内を流した場合、凝縮性能は低下する。
度が一定でなく、ある範囲を変化する特徴があり、又、
凝縮する液の濃度とそのまま残る蒸気の濃度が、異なる
特徴がある。すなわち、図６に示すように、温度がＴ３
のときＨＦＣー３２の濃度はＣ３とならないで、濃度Ｂ
３の凝縮液と濃度Ｄ３の蒸気とに分かれてしまう。この
ような特性を有する非共沸混合冷媒を、図４に示すらせ
ん溝付き管内を流した場合、凝縮性能は低下する。
【００２０】この理由は、次のように説明できる。ＨＦ
Ｃー３２は、ＨＦＣ１３４ａに比べ、凝縮しにくい性質
を有している。このため、凝縮面では、ＨＦＣ１３４ａ
の濃度の高い液が凝縮し、ＨＦＣー３２の濃度の高い蒸
気が取り残される。その結果、気液界面には濃度分布が
生じ、特に蒸気側のＨＦＣー３２の濃度が高い領域（こ
れを以下濃度境界層という）は、管中心部に存在する濃
度Ｃの蒸気の凝縮を阻害する作用をするので、凝縮性能
が低下する。らせん溝付き管では、図４に示すように、
管壁４近くの冷媒ガスは、らせん溝１１、溝と溝との間
の尾根１２に導かれてらせん溝１１の方向に流れる。非
共沸混合冷媒の場合には、比較的凝縮しやすい冷媒と比
較的凝縮しにくい冷媒が混在するので、比較的凝縮しや
すい冷媒が、先に凝縮して液体になり、比較的凝縮しに
くい冷媒は、ガスのまま残って、濃度境界層を形成す
る。図４に示すように、内面らせん溝付き管内の濃度境
界層１３は、らせん溝１１に沿って形成される。図５に
示すように、濃度境界層１３は連続して形成されるた
め、図４に示すように次第に厚くなり、比較的凝縮しや
すい冷媒は管壁４に拡散するのを妨げる働きをする。特
に図５に示すように、低温、低速である溝部において不
凝縮ガスの蓄積が顕著となり、凝縮するガスの拡散抵抗
層となり、気体の凝縮を阻害し、非共沸混合冷媒の熱伝
達率が低下する。
Ｃー３２は、ＨＦＣ１３４ａに比べ、凝縮しにくい性質
を有している。このため、凝縮面では、ＨＦＣ１３４ａ
の濃度の高い液が凝縮し、ＨＦＣー３２の濃度の高い蒸
気が取り残される。その結果、気液界面には濃度分布が
生じ、特に蒸気側のＨＦＣー３２の濃度が高い領域（こ
れを以下濃度境界層という）は、管中心部に存在する濃
度Ｃの蒸気の凝縮を阻害する作用をするので、凝縮性能
が低下する。らせん溝付き管では、図４に示すように、
管壁４近くの冷媒ガスは、らせん溝１１、溝と溝との間
の尾根１２に導かれてらせん溝１１の方向に流れる。非
共沸混合冷媒の場合には、比較的凝縮しやすい冷媒と比
較的凝縮しにくい冷媒が混在するので、比較的凝縮しや
すい冷媒が、先に凝縮して液体になり、比較的凝縮しに
くい冷媒は、ガスのまま残って、濃度境界層を形成す
る。図４に示すように、内面らせん溝付き管内の濃度境
界層１３は、らせん溝１１に沿って形成される。図５に
示すように、濃度境界層１３は連続して形成されるた
め、図４に示すように次第に厚くなり、比較的凝縮しや
すい冷媒は管壁４に拡散するのを妨げる働きをする。特
に図５に示すように、低温、低速である溝部において不
凝縮ガスの蓄積が顕著となり、凝縮するガスの拡散抵抗
層となり、気体の凝縮を阻害し、非共沸混合冷媒の熱伝
達率が低下する。
【００２１】本実施例では、図３に示すように、伝熱管
９の管壁４には、管軸との角度を４５度以上に形成した
溝１が設けられており、この溝１は、溝内に主流とのせ
ん断力で渦が発生する程度の深さに形成されているの
で、以下に述べる理由により、特に溝内の濃度境界層１
３を薄くすることができる。すなわち、伝熱管９の内面
の溝１と管軸との角度を４５度以上に設定しているの
で、溝内に主流とのせん断力で強い渦６を発生させ、流
体を撹拌することができる。
９の管壁４には、管軸との角度を４５度以上に形成した
溝１が設けられており、この溝１は、溝内に主流とのせ
ん断力で渦が発生する程度の深さに形成されているの
で、以下に述べる理由により、特に溝内の濃度境界層１
３を薄くすることができる。すなわち、伝熱管９の内面
の溝１と管軸との角度を４５度以上に設定しているの
で、溝内に主流とのせん断力で強い渦６を発生させ、流
体を撹拌することができる。
【００２２】図７に示すように、らせん溝間の突起上の
速度１４ａは、流体をらせん溝に沿って駆動する成分１
４ｂと、溝内の溝方向に軸を持つ渦を駆動する成分１４
ｃとに分解できる。らせん溝の角度θが小さい場合は、
溝内の渦を駆動する成分１４ｃは小さいが、θが４５度
以上になると、溝に沿って流体を駆動する成分１４ｂよ
りも、渦を駆動する成分１４ｃが大きくなる。その結
果、本実施例の伝熱管は図３に示すように、らせん溝内
に大きな渦度を持つ渦６を有し、濃度境界層５を薄くす
ることができる。このため、溝部内での熱及び物質移動
が促進される。この溝部に形成された渦は、主流とのせ
ん断力によって駆動されるため、主流に対し大きな角度
の溝を有する伝熱管が有効である。以上説明したよう
に、本実施例の伝熱管は非共沸混合冷媒の凝縮に対して
高い性能を示す。
速度１４ａは、流体をらせん溝に沿って駆動する成分１
４ｂと、溝内の溝方向に軸を持つ渦を駆動する成分１４
ｃとに分解できる。らせん溝の角度θが小さい場合は、
溝内の渦を駆動する成分１４ｃは小さいが、θが４５度
以上になると、溝に沿って流体を駆動する成分１４ｂよ
りも、渦を駆動する成分１４ｃが大きくなる。その結
果、本実施例の伝熱管は図３に示すように、らせん溝内
に大きな渦度を持つ渦６を有し、濃度境界層５を薄くす
ることができる。このため、溝部内での熱及び物質移動
が促進される。この溝部に形成された渦は、主流とのせ
ん断力によって駆動されるため、主流に対し大きな角度
の溝を有する伝熱管が有効である。以上説明したよう
に、本実施例の伝熱管は非共沸混合冷媒の凝縮に対して
高い性能を示す。
【００２３】以上、主に凝縮を例にとって述べてきた
が、本実施例の伝熱管は、蒸発の場合にも同様の効果を
発揮する。すなわち、非共沸混合冷媒の凝縮液に生じる
濃度境界層が剥離渦によって撹拌され薄くなるので、蒸
発の場合にも高い熱伝達率を得ることができる。
が、本実施例の伝熱管は、蒸発の場合にも同様の効果を
発揮する。すなわち、非共沸混合冷媒の凝縮液に生じる
濃度境界層が剥離渦によって撹拌され薄くなるので、蒸
発の場合にも高い熱伝達率を得ることができる。
【００２４】このような管軸と４５度以上の角度を有す
る溝を持つ伝熱管の生産方法としては、多条ねじのらせ
ん溝を４５度以上の角度で作ればよいが、図９に示すよ
うに、溝を一条ねじらせん溝としても有効に作用する。
この理由としては、一条ねじの場合、溝のピッチと管内
径によって決定される溝と管軸の角度は、大きく設定で
きることによる。また、電縫管を用いる場合には、あら
かじめ溝を彫った平板を、その溝に対して４５度以上の
大きな角度の軸を中心に丸め、溶接することも可能であ
る。この場合、溶接部では溝は不連続になるが、図１０
に示すように、管軸に垂直なリング溝の他に、図１１に
示すように電縫管溶接線に対して対称な溝を有する伝熱
管、あるいは図１２に示すように溶接線をはさんで管軸
との角度が異なる溝を有する伝熱管等、らせん溝以外の
溝形状を有する伝熱管を製作することができる。
る溝を持つ伝熱管の生産方法としては、多条ねじのらせ
ん溝を４５度以上の角度で作ればよいが、図９に示すよ
うに、溝を一条ねじらせん溝としても有効に作用する。
この理由としては、一条ねじの場合、溝のピッチと管内
径によって決定される溝と管軸の角度は、大きく設定で
きることによる。また、電縫管を用いる場合には、あら
かじめ溝を彫った平板を、その溝に対して４５度以上の
大きな角度の軸を中心に丸め、溶接することも可能であ
る。この場合、溶接部では溝は不連続になるが、図１０
に示すように、管軸に垂直なリング溝の他に、図１１に
示すように電縫管溶接線に対して対称な溝を有する伝熱
管、あるいは図１２に示すように溶接線をはさんで管軸
との角度が異なる溝を有する伝熱管等、らせん溝以外の
溝形状を有する伝熱管を製作することができる。
【００２５】図１３は、混合冷媒の乾き度を横軸にし、
局所熱伝達率を縦軸にして、各種伝熱管の性能を比較し
た図である。曲線ａ２は、従来のらせん溝付き管に単一
冷媒ＨＣＦＣ−２２を流した場合、曲線ｂ２は、従来の
らせん溝付き管に非共沸混合冷媒を流した場合、曲線ｃ
２は、本実施例の伝熱管である管軸との角度θが９０度
のリング溝付き伝熱管に非共沸混合冷媒を流した場合を
示している。曲線ｃ２は、曲線ｂ２より、熱伝達率が高
くなっており、非共沸混合冷媒に適用した場合、単一冷
媒ＨＣＦＣ−２２を流した場合に近い熱伝達率を得るこ
とができる。
局所熱伝達率を縦軸にして、各種伝熱管の性能を比較し
た図である。曲線ａ２は、従来のらせん溝付き管に単一
冷媒ＨＣＦＣ−２２を流した場合、曲線ｂ２は、従来の
らせん溝付き管に非共沸混合冷媒を流した場合、曲線ｃ
２は、本実施例の伝熱管である管軸との角度θが９０度
のリング溝付き伝熱管に非共沸混合冷媒を流した場合を
示している。曲線ｃ２は、曲線ｂ２より、熱伝達率が高
くなっており、非共沸混合冷媒に適用した場合、単一冷
媒ＨＣＦＣ−２２を流した場合に近い熱伝達率を得るこ
とができる。
【００２６】次に、この伝熱管を非共沸混合冷媒用熱交
換器に用いた場合の実施例について説明する。図２は、
クロスフィンチューブ型熱交換器と呼ばれるもので、多
数の平行に置かれたフィン８に伝熱管９が挿入されてい
る。フィンの表面には、空気側熱伝達率を向上させるた
めに、ルーバ１０が設けられる場合が多い。空気は、７
の方向から流入し、フィン間を流れる。熱交換器の総合
伝熱性能をあらわすものに熱通過率がある。熱通過率に
は、空気側熱伝達率、冷媒側熱伝達率及び接触抵抗など
が含まれている。図１４に空気流速を横軸、熱通過率を
縦軸にして各種熱交換器の性能を比較した。曲線ａ３
は、従来のらせん溝付き管に単一冷媒ＨＣＦＣ−２２を
流した場合、曲線ｂ３は、従来のらせん溝付き管に非共
沸混合冷媒を流した場合、そして、曲線ｃ３は、本発明
の管軸との角度θが９０度のリング溝付き伝熱管に非共
沸混合冷媒を流した場合を示している。曲線ｃ３は、曲
線ｂ３より、熱通過率が高くなっており、非共沸混合冷
媒に適用した場合、単一冷媒ＨＣＦＣ−２２を流した場
合に近い熱通過率を得ることができる。このように本実
施例の伝熱管は、非共沸混合冷媒用の熱交換器に適用し
ても高い性能を得ることができる。
換器に用いた場合の実施例について説明する。図２は、
クロスフィンチューブ型熱交換器と呼ばれるもので、多
数の平行に置かれたフィン８に伝熱管９が挿入されてい
る。フィンの表面には、空気側熱伝達率を向上させるた
めに、ルーバ１０が設けられる場合が多い。空気は、７
の方向から流入し、フィン間を流れる。熱交換器の総合
伝熱性能をあらわすものに熱通過率がある。熱通過率に
は、空気側熱伝達率、冷媒側熱伝達率及び接触抵抗など
が含まれている。図１４に空気流速を横軸、熱通過率を
縦軸にして各種熱交換器の性能を比較した。曲線ａ３
は、従来のらせん溝付き管に単一冷媒ＨＣＦＣ−２２を
流した場合、曲線ｂ３は、従来のらせん溝付き管に非共
沸混合冷媒を流した場合、そして、曲線ｃ３は、本発明
の管軸との角度θが９０度のリング溝付き伝熱管に非共
沸混合冷媒を流した場合を示している。曲線ｃ３は、曲
線ｂ３より、熱通過率が高くなっており、非共沸混合冷
媒に適用した場合、単一冷媒ＨＣＦＣ−２２を流した場
合に近い熱通過率を得ることができる。このように本実
施例の伝熱管は、非共沸混合冷媒用の熱交換器に適用し
ても高い性能を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、非共沸混合冷媒を用い
た冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される伝熱
管において、内面に設けた溝を管軸に対して４５度以上
の大きな角度で配置することで、溝内の渦の渦度を増大
させることにより、拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能
を達成することを特徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を
提供することができる。
た冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される伝熱
管において、内面に設けた溝を管軸に対して４５度以上
の大きな角度で配置することで、溝内の渦の渦度を増大
させることにより、拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能
を達成することを特徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を
提供することができる。
【００２８】また、本発明によれば、非共沸混合冷媒を
用いた冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される
伝熱管において、内面に設けた溝を一条ねじらせん溝と
することで、溝内の渦の渦度を増大させることにより、
拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能を達成することを特
徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することができ
る。
用いた冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される
伝熱管において、内面に設けた溝を一条ねじらせん溝と
することで、溝内の渦の渦度を増大させることにより、
拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能を達成することを特
徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することができ
る。
【００２９】また、本発明によれば、非共沸混合冷媒を
用いた冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される
伝熱管において、内面に管軸方向に独立したリング溝を
設けたことで、溝内の渦の渦度を増大させることによ
り、拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能を達成すること
を特徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することが
できる。図１２は、本発明の結果の一例で、曲線ｂ３は
従来のらせん溝付き管の実験結果、曲線ｃ３は本発明の
リング溝付き管の結果である。空気流速の広い範囲で熱
伝達率が向上していることが明かである。
用いた冷凍サイクルの凝縮器および蒸発器に使用される
伝熱管において、内面に管軸方向に独立したリング溝を
設けたことで、溝内の渦の渦度を増大させることによ
り、拡散抵抗を低減させ、高い伝熱性能を達成すること
を特徴とする非共沸混合冷媒用伝熱管を提供することが
できる。図１２は、本発明の結果の一例で、曲線ｂ３は
従来のらせん溝付き管の実験結果、曲線ｃ３は本発明の
リング溝付き管の結果である。空気流速の広い範囲で熱
伝達率が向上していることが明かである。
【００３０】さらに、本発明によれば、非共沸混合冷媒
を用いた冷凍サイクルにおいても、冷媒側熱伝達率を高
く維持することができるので、高い伝熱性能を有する非
共沸混合冷媒用熱交換器を提供することができる。
を用いた冷凍サイクルにおいても、冷媒側熱伝達率を高
く維持することができるので、高い伝熱性能を有する非
共沸混合冷媒用熱交換器を提供することができる。
【００３１】
【図１】クロスフィンチュ−ブ形熱交換器の斜視図であ
る。
る。
【図２】従来の伝熱管の横断面図である。
【図３】本発明の一実施例である伝熱管の縦断面図であ
る。
る。
【図４】従来の伝熱管における非共沸混合冷媒蒸気の濃
度境界層を示す図である。
度境界層を示す図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面から見た非共沸混合冷媒蒸気
の濃度境界層を示す図である。
の濃度境界層を示す図である。
【図６】非共沸混合冷媒の気液平衡線図である。
【図７】本実施例の伝熱管における非共沸混合冷媒蒸気
の速度ベクトルを示す図である。
の速度ベクトルを示す図である。
【図８】単一冷媒と非共沸混合冷媒の性能比較図であ
る。
る。
【図９】本実施例の一条ねじらせん溝付き伝熱管の斜視
図である。
図である。
【図１０】本実施例のリング溝付き伝熱管の斜視図であ
る。
る。
【図１１】本実施例の電縫管溶接線をはさんで対称な溝
を有する伝熱管の斜視図である。
を有する伝熱管の斜視図である。
【図１２】本実施例の電縫管溶接線をはさんで管軸との
角度が異なる溝を有する伝熱管の斜視図である。
角度が異なる溝を有する伝熱管の斜視図である。
【図１３】各種伝熱管の性能比較図である。
【図１４】各種熱交換器の性能比較図である。
１…本発明の伝熱管における内面溝、２…本発明の伝熱
管における内面突起、３ａ…冷媒入口、３ｂ…冷媒出
口、４…管壁、５…本発明の伝熱管の内面突起に沿う非
共沸混合冷媒蒸気の濃度境界層、６…本発明の伝熱管の
内面溝に沿う非共沸混合冷媒蒸気の流線、７…空気流、
８…フィン、９…伝熱管、１０…ル−バ、１１…従来の
伝熱管におけるらせん溝、１２…従来の伝熱管における
らせん突起、１３…従来の伝熱管のらせん突起に沿う非
共沸混合冷媒蒸気の濃度境界層、１４ａ…主流方向速度
成分、１４ｂ…溝方向に流体を駆動する速度成分、１４
ｃ…溝方向に軸を持つ渦を駆動する速度成分、１５…本
発明の伝熱管における一条ねじらせん溝、１６…本発明
の伝熱管におけるリング溝、１７…電縫管溶接線、１８
…本発明の伝熱管における電縫管溶接線をはさんで対称
な溝、１９…本発明の伝熱管における電縫管溶接線をは
さんで管軸と異なる角度を有する溝。
管における内面突起、３ａ…冷媒入口、３ｂ…冷媒出
口、４…管壁、５…本発明の伝熱管の内面突起に沿う非
共沸混合冷媒蒸気の濃度境界層、６…本発明の伝熱管の
内面溝に沿う非共沸混合冷媒蒸気の流線、７…空気流、
８…フィン、９…伝熱管、１０…ル−バ、１１…従来の
伝熱管におけるらせん溝、１２…従来の伝熱管における
らせん突起、１３…従来の伝熱管のらせん突起に沿う非
共沸混合冷媒蒸気の濃度境界層、１４ａ…主流方向速度
成分、１４ｂ…溝方向に流体を駆動する速度成分、１４
ｃ…溝方向に軸を持つ渦を駆動する速度成分、１５…本
発明の伝熱管における一条ねじらせん溝、１６…本発明
の伝熱管におけるリング溝、１７…電縫管溶接線、１８
…本発明の伝熱管における電縫管溶接線をはさんで対称
な溝、１９…本発明の伝熱管における電縫管溶接線をは
さんで管軸と異なる角度を有する溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 光夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 福島 敏彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝
縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、該伝
熱管内面に設けた溝が管軸に対して４５度以上の大きな
角度で配置されていることを特徴とする非共沸混合冷媒
用の伝熱管。 - 【請求項２】非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝
縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、該伝
熱管内面に設けた溝がシングルの一条ねじらせん溝であ
って、溝と管軸の角度を４５度以上の大きな角度とした
ことを特徴とする非共沸混合冷媒用の伝熱管。 - 【請求項３】非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝
縮器あるいは蒸発器に使用される伝熱管において、該伝
熱管内面に管軸方向に独立した溝を設けるとともに、該
溝と前記管軸の角度を４５度以上に設定したことを特徴
とする非共沸混合冷媒用の伝熱管。 - 【請求項４】非共沸混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝
縮器あるいは蒸発器に適用される熱交換器おいて、フィ
ンをほぼ平行に配置するとともに、請求項１から３のい
ずれかに記載の伝熱管を前記フィンに貫通して構成した
ことを特徴とする非共沸混合冷媒用の熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28945694A JPH08145585A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 非共沸混合冷媒用伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28945694A JPH08145585A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 非共沸混合冷媒用伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08145585A true JPH08145585A (ja) | 1996-06-07 |
Family
ID=17743506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28945694A Pending JPH08145585A (ja) | 1994-11-24 | 1994-11-24 | 非共沸混合冷媒用伝熱管とその伝熱管を用いた熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08145585A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010133415A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | General Electric Co <Ge> | 中空通路 |
| CN110375568A (zh) * | 2018-04-13 | 2019-10-25 | 宏碁股份有限公司 | 循环散热模块 |
| US10996006B2 (en) | 2018-03-07 | 2021-05-04 | Acer Incorporated | Cycling heat dissipation module |
-
1994
- 1994-11-24 JP JP28945694A patent/JPH08145585A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010133415A (ja) * | 2008-12-08 | 2010-06-17 | General Electric Co <Ge> | 中空通路 |
| US10996006B2 (en) | 2018-03-07 | 2021-05-04 | Acer Incorporated | Cycling heat dissipation module |
| CN110375568A (zh) * | 2018-04-13 | 2019-10-25 | 宏碁股份有限公司 | 循环散热模块 |
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