JPH08303905A - 混合冷媒用伝熱管とその製造方法 - Google Patents

混合冷媒用伝熱管とその製造方法

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JPH08303905A
JPH08303905A JP11423895A JP11423895A JPH08303905A JP H08303905 A JPH08303905 A JP H08303905A JP 11423895 A JP11423895 A JP 11423895A JP 11423895 A JP11423895 A JP 11423895A JP H08303905 A JPH08303905 A JP H08303905A
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JP
Japan
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heat transfer
transfer tube
mixed refrigerant
tube
roll
Prior art date
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JP11423895A
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English (en)
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Masaaki Ito
正昭 伊藤
Mari Uchida
麻理 内田
Naoki Shikazono
直毅 鹿園
Tadao Otani
忠男 大谷
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】分割型ロールを用いて、条にオフセットフィン
を加工し、その条を丸めて溶接することにより製造され
た伝熱管。また、この伝熱管を用いたクロスフィンチュ
ーブ形熱交換器、および冷凍・空調機。 【効果】管内面に設けたオフセットフィンにより、混合
冷媒内に生じる濃度境界層を更新させ、拡散抵抗を低減
させるとともに、伝熱面積を拡大させることにより、高
い伝熱性能を持つ混合冷媒用伝熱管を提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、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の伝熱管およ
びその製造方法に関する。
【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
管は、平滑管のほかに、図3に示すようなねじり角度が
一種類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、二種類の溝が交差するクロス溝付き
管は、単一冷媒を対象として、特開平3−234302 号公報
が、提案されている。
【0004】更に、一枚の板を丸めて筒状にし、その合
わせ目を溶接して伝熱管を作る方法に関しては、特開平
4−203796 号公報がある。
【0005】
【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系の二種あるいは三種の混合冷
媒に対しては、単一冷媒ほどの効果が得られない。
【0006】本発明の目的は、混合冷媒に対して、高い
伝熱性能を有する伝熱管およびその製造方法、それを用
いた熱交換器を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、管内面
の蒸気流中あるいは液膜中に突き出した内面オフセット
フィンによって、その先端から新たな濃度境界層を発達
させることにより、拡散抵抗を低減させ、高い熱伝達率
を有することを特徴とする混合冷媒用伝熱管が提供され
る。
【0008】さらに、内面オフセットフィンと内面オフ
セットフィンとの間に狭い幅の溝を設けた混合冷媒用伝
熱管が提供される。
【0009】さらに、上述した伝熱管を溶接管で製作す
る際の、溝付き条を加工するのに好適な分割型ローラが
提供される。
【0010】さらに、上述した伝熱管を用いたクロスフ
ィンチューブ形の混合冷媒用熱交換器が提供される。
【0011】さらに、本発明の混合冷媒用伝熱管をクロ
スフィンチューブ形熱交換器に組み立てる場合の拡管方
式が提供される。
【0012】さらに、本発明の熱交換器を、蒸発器ある
いは凝縮器として用いた混合冷媒用冷凍・空調機が提供
される。
【0013】
【作用】本発明によれば、管内面の蒸気流中あるいは液
膜中に突き出した内面オフセットフィンによって、その
先端から新たな濃度境界層を発達させることにより、拡
散抵抗を低減させ、その結果、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。
【0014】更に、本発明によれば、内面オフセットフ
ィンと内面オフセットフィンとの間に狭い幅の溝を設け
たことにより、管内を流れる混合冷媒の流動抵抗を減少
させ、圧力損失を小さくするとともに、管内伝熱面積を
増加させることにより、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。
【0015】更に、本発明によれば、分割型ローラを用
いてオフセットフィンを加工した条を作ることができ、
この条を丸めて溶接することにより内面オフセットフィ
ン伝熱管を製造することができる。
【0016】更に、本発明によれば、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混合冷
媒用熱交換器を実現することができる。
【0017】また、この熱交換器を用いることにより、
効率の高い、コンパクトな混合冷媒用冷凍・空調機を実
現することができる。
【0018】
【実施例】図2はクロスフィンチューブ形熱交換器の部
分斜視図である。多数の平行に並んだフィン7を貫通し
て、伝熱管8が挿入されている。フィン7の表面にはル
ーバと呼ばれる多数の切り起こしが設けられている。
【0019】図3は図2のクロスフィンチューブ形熱交
換器に用いられている通常の内面らせん溝付き管であ
る。管内径は6〜10mm、溝深さは0.1〜0.3mm、溝
ピッチは0.1〜0.3mm、らせん溝角度は0〜25度、
溝形状は台形,フィン先端角度は30〜40度のものが
一般的である。この溝付き管内を混合冷媒(例えば、H
FC−32,HFC−134aの二種混合冷媒など)が
流れて、凝縮あるいは蒸発する。
【0020】図4はクロス溝付き管を溶接管で作る場合
の、条に溝加工する工程を示す図である。コイルから引
き出された条は溝付きロール1と平滑ロール2の間に挟
まれてシングル溝が加工され、次の溝付きロールと平滑
ロールの間で副溝が加工され、クロス溝が形成される。
【0021】図5に溝付きロール1の詳細を示す。ロー
ル表面には一方向の溝3がカッターによって設けられて
いる。5は軸受部である。
【0022】図6は図5のロールによって加工された溝
付き条を示す。この溝付き条の内面を混合冷媒が流れる
場合には比較的凝縮しやすい冷媒と、比較的凝縮しにく
い冷媒が存在するので、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6に示すよう
に、内面らせん溝付き管内の濃度境界層11はらせん溝
10に沿って形成される。シングル溝の場合、フィンが
連続して形成されるので、濃度境界層は厚くなり、その
ため比較的凝縮しやすい冷媒が管壁に拡散するのを妨げ
る働きをする。その結果、内面らせん溝付き管内におけ
る混合冷媒の凝縮熱伝達率が低下すると考えられる。
【0023】混合冷媒の凝縮熱伝達率を改善するために
は濃度境界層を分断する必要がある。その一方法とし
て、管内面にオフセットフィンを設けることが考えられ
る。管内面にオフセットフィンを設けるためのロールに
ついて説明する。
【0024】先ず、図7に示すように、シングル溝を加
工したロールを軸に垂直方向に(輪切りに)切断する。
切断は溝加工の前でも後でも良い。分割したロールの間
にスペーサ4を図8のように、嵌め込む。この時、分割
ロールを少しの角度だけ回転させて、隣り合う溝あるい
はフィンがお互いに食い違う位置にくるようにする。こ
のロールを固定し一体化して、オフセットフィン加工用
のロールとする。
【0025】図9には図8のロールで加工される条の形
状を示す。混合冷媒の濃度境界層11は各オフセットフ
ィン12から更新されるために、平均して薄くなり、そ
の結果濃度の拡散抵抗は低減され、高い凝縮熱伝達率を
得ることができる。
【0026】図10,図11は別の実施例で、分割ロー
ルの溝方向を、左右対称とすることにより、条の変形を
防止したものである。
【0027】ここで、スペーサ4の役割について触れて
おく。スペーサ4の役割の一つは図9の副溝13をつけ
ることにより、オフセットフィン同士の重なりによる流
路抵抗の増大を防ぐことである。二つ目の役割はスペー
サによって、各分割ロールの端面の欠けるのを防ぐこと
である。このように、スペーサは重要な役割を果たして
いるが、その幅はできるかぎり小さくすべきである。と
いうのは副溝13の幅が大きくなると、管内伝熱面積が
減少し、その結果熱伝達率の低下を招くからである。
【0028】このようにオフセットフィンを伝熱管内面
に配置したので、各オフセットフィンの先端から濃度境
界層が新しくされ、従って、濃度の拡散抵抗は低減さ
れ、高い物質伝達率が得られる。これらの結果、本発明
の伝熱管は混合冷媒の凝縮に対して高い性能を示す。
【0029】以上、主に凝縮を例にとって述べてきた
が、本発明は蒸発の場合にも同様の効果を発揮する。す
なわち、本発明によれば、混合冷媒の液に生じる濃度境
界層がオフセットフィンによって分断され、しかも、こ
のオフセットフィンによって濃度境界層が更新されるの
で、蒸発の場合にも高い熱伝達率を得ることができる。
【0030】表1は本発明を取り入れた内面オフセット
フィン伝熱管の寸法仕様の一例である。
【0031】
【表1】
【0032】一次溝のピッチを0.4mmとし、二次溝
(副溝)の幅δは0.2mmとした。
【0033】次に、この伝熱管を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
ィンチューブ形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7に伝熱管8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9が設けられることが多い。空気は6の方向から流入
し、フィン間を流れる。本発明の伝熱管はこのようなク
ロスフィンチューブ形熱交換器の伝熱管として好適であ
る。
【0034】また、本発明の伝熱管を、図2に示すよう
なクロスフィンチューブ形熱交換器に組み立てる場合、
伝熱管とフィンを密着させる必要があるが、従来は伝熱
管をマンドレルで機械拡管することが多かった。しか
し、本発明の伝熱管は複雑な形状をしているので、機械
拡管による変形のため、性能が大幅に低下することが懸
念される。そこで、本発明の伝熱管を拡管するためには
液圧拡管を用いることが望ましい。
【0035】次に、本発明の熱交換器を、混合冷媒を用
いた空調機に適用した結果について述べる。図12は非
共沸混合冷媒を用いたヒートポンプ式冷凍サイクルであ
る。室内熱交換器は冷房時には蒸発器として働き、暖房
時には凝縮器として働く。室外熱交換器は冷房時には凝
縮器として働き、暖房時には蒸発器として働く。室内熱
交換器,室外熱交換器の両方に、従来伝熱管あるいは本
発明伝熱管を用いた場合の性能の比較を図13に示す。
動作係数(COP)とは冷房能力あるいは暖房能力を、
全電気入力で割った値で定義される。縦軸の動作係数の
比とは従来熱交換器にHCFC−22を用いた時の動作
係数の値を基準として、三種混合冷媒(HFC−32,
HFC−125,HFC−134aを30,10,60
wt%ずつ混ぜ合わせたもの)に入れ替えた時の動作係
数の比(%)で表した。従来熱交換器をそのまま用いる
と、性能は低下してしまうが、本発明熱交換器を用いれ
ば、性能は低下しないことがわかる。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、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、管内面の蒸気流中あるいは液膜中に突き出したオ
フセットフィンによって、その先端から新たな濃度境界
層を発達させることにより、拡散抵抗を低減させ、高い
伝熱性能を有することを特徴とする混合冷媒用伝熱管を
提供することができる。
【0037】また、本発明によれば、分割型ロールを用
いて、条の表面にオフセットフィンを設け、且つオフセ
ットフィンとオフセットフィンとの間の隙間を小さくす
ることができ、伝熱面積を大きくとることができる。そ
の結果、高い熱伝達率を有する混合冷媒用伝熱管を提供
することができる。
【0038】また、本発明によれば、混合冷媒を用いた
冷凍サイクルでも、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混合冷媒用熱交換
器を提供することができる。
【0039】また、本発明熱交換器を用いることによ
り、動作係数(COP)の高い冷凍機,空調機を提供す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の分割型ロールを示す一実施例の正面
図。
【図2】クロスフィンチューブ形熱交換器の斜視図。
【図3】従来の伝熱管の斜視図。
【図4】ロールによる条へのクロス溝加工を示す説明
図。
【図5】従来のシングル溝加工用のロールの正面図。
【図6】従来のシングル溝伝熱管内面を示す展開図。
【図7】シングル溝加工用のロールを分割した説明図。
【図8】本発明の分割型ロールを示す第二実施例の正面
図。
【図9】本発明の分割型ロールにより加工された条の展
開図。
【図10】本発明の分割型ロールの第三実施例の正面
図。
【図11】本発明の分割型ロールの第四実施例の正面
図。
【図12】ヒートポンプ式冷凍サイクルの系統図。
【図13】従来空調機と本発明空調機の性能比較図。
【符号の説明】
3…一次溝、4…スペーサ、5…ロールの軸受部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鹿園 直毅 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 大谷 忠男 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】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、フィンの先端
    から新たな濃度境界層を発達させて拡散抵抗を低減させ
    るように、管内面の蒸気流中あるいは液膜中に突き出し
    た内面オフセットフィンを設けたことを特徴とする混合
    冷媒用伝熱管。
  2. 【請求項2】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、内面オフセッ
    トフィンと前記内面オフセットフィンの間に狭い幅の溝
    を設けたことを特徴とする混合冷媒用伝熱管。
  3. 【請求項3】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、内面オフセッ
    トフィンと前記内面オフセットフィンの間に狭い幅の溝
    を設け、前記溝を管軸に平行に設けたことを特徴とする
    混合冷媒用伝熱管。
  4. 【請求項4】伝熱管を溶接管で製造し、溝加工用のロー
    ルを軸に垂直に分割し、各分割ロールを適当な角度だけ
    回転させ、前記各分割ロールの間に幅の狭いスペーサを
    入れたロールを組み立て、一体構造としたロールを用い
    て、溝付き条を製作したことを特徴とする伝熱管の製造
    方法。
  5. 【請求項5】請求項1,2,3または4に記載の前記伝
    熱管を用いた混合冷媒用熱交換器。
  6. 【請求項6】請求項1,2,3または4に記載の前記伝
    熱管をクロスフィンチューブ形熱交換器に組み立てる場
    合、伝熱管内に液体の圧力を作用させて拡管し、フィン
    と密着させた混合冷媒用熱交換器。
  7. 【請求項7】混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝縮器あ
    るいは蒸発器に請求項5または6の熱交換器を用いた冷
    凍・空調機。
JP11423895A 1995-05-12 1995-05-12 混合冷媒用伝熱管とその製造方法 Pending JPH08303905A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2004046277A1 (ja) * 2002-11-15 2006-03-16 株式会社クボタ 螺旋状フィン付きクラッキングチューブ
CN100424460C (zh) * 2002-12-12 2008-10-08 住友轻金属工业株式会社 制造热交换器用交叉翅片管的方法和交叉翅片型热交换器

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JPWO2004046277A1 (ja) * 2002-11-15 2006-03-16 株式会社クボタ 螺旋状フィン付きクラッキングチューブ
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