JPH09303987A - 熱交換器用伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 伝熱管を凝縮器に用いると蒸気冷媒の凝縮に
よって厚膜が形成されて凝縮性能が低下し、蒸発器に用
いると液冷媒中の冷凍機油の濃度が増大する。この結果
液冷媒の液上げ効果が減少し、伝熱管の蒸発性能が大幅
に低下する。 【解決手段】 管の内面の円周方向に溝１０１を設けた
伝熱管１００であって、溝１０１に沿って突堤状のフィ
ン１０２がジグザグ形に設けられる。フィン１０２に
は、同一軸方向に向けて少なくとも１つの翼体が形成さ
れるように、折り曲げフィン１０４が所定間隔に設けら
れている。フィン１０２は、蒸発器として動作するとき
には主に冷凍機油を管内の周方向に移動させ、凝縮器と
して動作するときには主に凝縮液を周方向に移動させる
ように作用する。更に、折り曲げフィン１０４は、冷凍
機油及び凝縮液を管後端に向けて速やかに排出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空調機器等に用い
られる熱交換器用伝熱管に係り、特に、内面溝を有する
熱交換器用伝熱管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば冷暖房装置等における熱交換器
は、伝熱管内に冷媒を流し、この冷媒を蒸発又は凝縮さ
せて冷房又は暖房を行うために用いられる。特に、ヒー
トポンプの冷暖房装置においては、冷媒が流れる方向に
応じて冷房と暖房が行えるので、１台の熱交換器で冷房
と暖房が行えるという特徴がある。

【０００３】このような熱交換器に用いられる伝熱管と
して、従来より、管内面の長手方向に連続した螺旋状の
溝及び突起が設けられた内面溝付管が用いられている。
この内面溝付管は管内面の表面積、すなわち熱媒体用液
体との接触面積が平滑面より大きいこと、特に、管内面
が環状の凹凸のために冷媒液が良く攪拌され、乱流作用
によって熱交換が促進され、内面溝を有しない平滑管に
比べ、熱交換効率が高くなるという利点がある。

【０００４】また、最近では、伝熱面積を更に高めるた
め、突起の高さ（もしくは溝の深さ）を大きくしたり、
突起（もしくは溝）のピッチ或いは突起の頂角を小さく
すると共に溝を台形状にすることが行われている。図１
２は従来の熱交換器用伝熱管の一例を示す断面図であ
る。円筒形の伝熱管２００の内面には、転造装置を用い
て螺旋溝２０１が連続的に設けられ、この螺旋溝間には
三角形の山形の突起２０２が形成されている。

【０００５】このように、螺旋溝２０１を設けたことに
より、凝縮熱伝達率を向上させることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の熱交換
器用伝熱管によれば、かかる伝熱管を凝縮器に用いた場
合、図１３（長さ方向の断面図）及び図１４（径方向の
断面図）に示すように、矢印Ｂ方向に送られる蒸気冷媒
２０３の凝縮によって生じた凝縮液２０４（蒸発器とし
て機能するときには液冷媒２０５になる）が溝２０１に
沿って下降する。更に、凝縮液２０４が矢印Ｄ方向に回
転しながら凝縮器の後端部に送られることになり、伝熱
管２００の内面全体に凝縮液２０４による均一で厚い膜
が形成される。このような凝縮液２０４による厚膜が形
成されると、転流方向（矢印Ｂ方向）に供給される蒸気
冷媒２０３の熱抵抗が増大し、凝縮性能を低下させる。

【０００７】一方、伝熱管２００を蒸発器に用いた場
合、螺旋溝２０１に沿って矢印Ｃ方向に回転しながら矢
印Ａ方向に流れる液冷媒２０５の蒸発が進行するにつ
れ、液冷媒２０５中の冷凍機油２０６の濃度が増大す
る。これによって液冷媒２０５の液上げ効果が減少し、
伝熱管２００の蒸発性能が大幅に低下する。また、伝熱
管２００の後端の過熱域においては、図１５に示すよう
に、管内面に冷凍機油２０６による油膜が形成され、更
に蒸発性能が低下する。この油膜は冷凍機油２０６の粘
度が高いほど蒸発過程の初期段階から発生し、かつ油膜
の膜厚も大きくなる。

【０００８】このように、凝縮器及び蒸発器における伝
熱管の性能低下により、熱交換器が必要とする伝熱管の
長さが増大し、熱交換器のコストアップ及び大型化を招
くことは避けられない。そこで本発明は、管内の凝縮性
能及び蒸発性能を高めることのできる熱交換器用伝熱管
を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明は、金属管の内面の円周方向に溝を設け
た伝熱管において、前記溝に沿って設けられた突堤状の
フィンと、前記フィンに所定間隔に設けられた、前記フ
ィンを一方向に折り曲げて形成した折り曲げフィンとを
備えた構成にしている。

【００１０】この構成によれば、突堤状のフィンは、蒸
発器として動作するときには主に冷凍機油を管内の周方
向に移動させ、凝縮器として動作するときには主に凝縮
液を周方向に移動させるように機能する。そして、折り
曲げフィンは、冷凍機油及び凝縮液が管後端に向けて速
やかに排出させる。これにより、伝熱管の蒸発性能及び
凝縮性能を著しく向上させることができる。

【００１１】前記突堤状のフィンは、ジグザグ形に形成
することができる。この構成によれば、突堤状のフィン
は管軸方向に対して傾斜面を持つことになり、冷凍機油
や凝縮液は周方向へ容易に移動する。したがって、冷凍
機油や凝縮液が内壁面に厚膜が形成されるのを防止で
き、蒸発性能及び凝縮性能が低下するのが防止される。

【００１２】前記折り曲げフィンは、管軸方向から見て
Ｖ字状の開口部を有するように形成することができる。
この構成によれば、折り曲げフィンにおけるＶ字形の開
口部は、冷凍機油及び凝縮液が管後端に向けて排出する
ための通路を形成し、冷凍機油及び凝縮液を管後端に向
けて速やかに排出させる。したがって、伝熱管の蒸発性
能及び凝縮性能を向上させることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を基に説明する。図１は本発明による熱交換器用
伝熱管の第１の実施の形態を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は長さ方向の断面図である。伝熱管１００は、管
の長さ方向に一定間隔に溝１０１が設けられ、この溝１
０１に沿ってジグザグ状（或いは波形）にフィン１０２
が設けられている。フィン１０２は途中に１つのフィン
反転部１０３（曲げ反転部）が設けられている。そし
て、図２に示すように、フィン１０２の相互間には折り
曲げフィン１０４が設けられている。フィン１０２は折
り曲げフィン１０４に対して対称形をなしている。

【００１４】また、折り曲げフィン１０４は蝶の羽形又
は蝶ネクタイ形の突起を有する様に曲げ加工が施されて
おり、中心部の折曲開始部１０５を境に左右対称形を成
し、管中心方向に突出している。そして、図１の（ａ）
のように、管軸方向から見たフィン１０２が突堤状であ
るのに対し、折り曲げフィン１０４はＶ字形を成してい
る。図３に示すように、折り曲げフィン１０４は矢印Ａ
方向の流れの向きに折り曲げ加工が施されている。した
がって、矢印Ａ方向の流れに対しては大きな抵抗とはな
らないが、矢印Ｂ方向の流れに対しては蒸気冷媒の流れ
を乱すように作用する。

【００１５】このような構成におけるフィン１０２及び
折り曲げフィン１０４の作用について、図３及び図４の
説明図を参照して説明する。蒸発時においては、伝熱管
１００の内部で液冷媒１０６を蒸発させる場合、液冷媒
１０６を折り曲げフィン１０４の曲げ方向、すなわちＡ
方向から流される。このとき、フィン１０２が周方向に
ジグザグ状（或いは波形）に形成されているため、液冷
媒１０６はフィン反転部１０３からフィン１０２に沿っ
て矢印Ｅ方向に流れる。また、折り曲げフィン１０４の
軸断面がＶ字形であるため、冷媒循環量の少ない時は少
なく、冷媒循環量の多い時は多くなるように、液冷媒１
０６が折曲部から矢印Ｆ方向に流れ、フィン間の液膜が
均一化される。この結果、蒸発が促進する。

【００１６】また、油濃度の高い高乾き度域では液冷媒
１０６の蒸発によって生じた冷凍機油１０７を低乾き度
域における冷媒と同様にフィン１０２により効率良く収
液されるので、折曲部から管後端に速やかに排出される
ため、高乾き度域における油膜による蒸発性能の低下を
防止する。一方、凝縮時においては、伝熱管１００の内
部で蒸気冷媒１０８を折り曲げフィン１０４の曲げ方向
に対して反対方向、すなわち矢印Ｂ方向から流される。
このとき、蒸気冷媒１０８が凝縮して生じた液冷媒１０
６（凝縮液）はフィン１０２によって矢印Ｇ方向に流
れ、フィン間に収液される。また、フィン１０２はフィ
ン先端部１０９が鋭角で、軸線に対して螺旋角が大きい
ため、凝縮液（液冷媒１０６）はフィン先端部１０９か
ら滴状に離脱し、管後端に向かって矢印Ｂ方向に流れ
る。更に、凝縮が進行すると、フィン間の凝縮液（液冷
媒１０６）は折り曲げフィン１０４から矢印Ｈ方向に冷
媒循環量に応じた量が流れ、常にフィン間の凝縮液（液
冷媒１０６）による膜厚が薄膜化される。この結果、凝
縮性能の向上が図られる。管後端部の凝縮液（液冷媒１
０６）の多い、いわゆる過冷却域においては、凝縮液
（液冷媒１０６）がフィン１０２及び折り曲げフィン１
０４によって攪拌が促進され、凝縮性能が向上する。

【００１７】図５は本発明による熱交換器用伝熱管の第
２の実施の形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は長さ
方向の断面図である。この構成では、図１の構成におけ
る折り曲げフィン１０４と隣接のフィン１０２及びフィ
ン反転部１０３の曲げ方向を逆にしている。すなわち、
折り曲げフィン１０４の折曲開始部１０５に対する両側
の形状が、図１の構成を“逆Ｖ”形とすれば、図５では
“Ｖ”形になるようにしている。この構成による作用効
果は図１の構成と同じである。したがって、作用効果の
説明は省略する。

【００１８】図６は本発明による熱交換器用伝熱管の第
３の実施の形態を示す部分斜視図である。本例は、前後
（管軸方向における）のフィン１０２に対し、折り曲げ
フィン１０４を千鳥足状に形成したところに特徴があ
る。折り曲げフィン１０４は、フィン反転部１０３の４
個毎に配置されている。この構成によれば、折り曲げフ
ィン１０４が千鳥足状に設けられているため、フィン間
の液量を十分に確保することができる。

【００１９】図７は本発明による熱交換器用伝熱管の第
４の実施の形態における折り曲げフィン部の詳細構造を
示す展開図である。本例は、折り曲げフィン１０４の相
互を接続するフィン１１０が溝１０１に平行するように
構成されている。また、折り曲げフィン１０４の折曲開
始部１０５は溝１０１に接続している。このため、折り
曲げフィン１０４は鋭いＶ字形になる。このように、折
曲開始部１０５が溝１０１に接続され、フィン１１０が
平坦に構成された構造であるため、伝熱管の加工性が向
上する。しかも前記した各構成と同様に伝熱管１００の
蒸発性能及び凝縮性能を向上させることができる。

【００２０】図８は本発明による熱交換器用伝熱管の第
５の実施の形態における折り曲げフィン部の詳細構造を
示す展開図である。本例も図７の伝熱管と同様に折り曲
げフィン１０４の相互間を接続するフィン１１０が溝１
０１に平行するように構成されている。そして、図７の
伝熱管が、折り曲げフィン１０４を両側に折り曲げてい
たのに対し、本例では片側にのみ折り曲げた形状の折り
曲げフィン１１１にしている。この場合、折曲開始部１
０５は溝１０１に接続しており、また、フィン１１０の
端面は折曲開始部１０５から垂直に切断した形状になっ
ている。

【００２１】この図８の構成においてもフィン１１０の
上縁が平坦（溝１０１に平行）に構成され、折曲開始部
１０５が溝１０１に接続した構成であるため、伝熱管の
加工性を向上させることができる。加えて、伝熱管１０
０の蒸発性能及び凝縮性能を向上させることができる。
図９は本発明による熱交換器用伝熱管の第６の実施の形
態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は長さ方向の断面図
である。

【００２２】図１の構成の伝熱管のフィン１０２が、円
周方向にジグザグ形（或いは波形）の形状を有していた
のに対し、本例は、溝１０１に平行する円環状のフィン
１１２（高さｈ、最大厚みｘ）を設け、更に、フィン１
１２の複数箇所を図９の（ａ）のように、一定幅に切り
込みを入れ、図１０のように根元の近傍から９０度に同
一軸方向へ折り曲げ、折り曲げフィン１１３を形成して
いる。

【００２３】この構造は、折り曲げフィン１０４の製作
が容易であり、加工に優れている。そして、伝熱管１０
０の蒸発性能及び凝縮性能も向上させることができる。
図１１は本発明による熱交換器用伝熱管の第７の実施の
形態における折り曲げフィン部の詳細構造を示す部分斜
視図である。本例は、図１における折り曲げフィン１０
４の相互間に縦溝１１４を溝１０１に交差する状態に設
けたところに特長がある。このように縦溝１１４を設け
たことにより、冷凍機油２０６の管軸方向への流れを良
くし、蒸発過熱域における蒸発性能の向上を図ることが
できる。

【００２４】なお、上記の各構成においては、折り曲げ
フィン１０４，１１１，１１３が三角形又は四角形であ
るとしたが、この形状に限定されるものではなく、加工
し易く、且つ、伝熱管の蒸発性能及び凝縮性能の向上に
支障を及ぼさない形状であれば、どの様な形状であって
もよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した通り、この発明は、伝熱管
の内面溝に沿って突堤状のフィンが設けられ、かつ伝熱
管の軸方向の一方に向けて少なくとも１つの翼体が形成
される様にして突堤状のフィンに所定間隔に折り曲げフ
ィンを設ける構成にしたので、伝熱管の蒸発性能及び凝
縮性能を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による熱交換器用伝熱管の第１の実施の
形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は長さ方向の断面
図である。

【図２】図１の熱交換器用伝熱管の折り曲げフィンの詳
細を示す展開図である。

【図３】本発明の熱交換器用伝熱管の作用効果を説明す
るための管における長さ方向の断面図である。

【図４】本発明の熱交換器用伝熱管の作用効果を説明す
るための管断面図である。

【図５】本発明による熱交換器用伝熱管の第２の実施の
形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は長さ方向の断面
図である。

【図６】本発明の熱交換器用伝熱管の第３の実施の形態
を示す部分斜視図である。

【図７】本発明による熱交換器用伝熱管の第４の実施の
形態における折り曲げフィン部の詳細構造を示す展開図
である。

【図８】本発明による熱交換器用伝熱管の第５の実施の
形態における折り曲げフィン部の詳細構造を示す展開図
である。

【図９】本発明による熱交換器用伝熱管の第６の実施の
形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は長さ方向の断面
図である。

【図１０】図９の伝熱管の折り曲げフィン部の加工前の
状態を示す断面図である。

【図１１】本発明による熱交換器用伝熱管の第７の実施
の形態における折り曲げフィン部の詳細構造を示す部分
斜視図である。

【図１２】従来の熱交換器用伝熱管の一例を示す断面図
である。

【図１３】従来の熱交換器用伝熱管を凝縮器に用いた場
合の蒸気冷媒及び凝縮液の流れを示す管長さ方向の断面
図である。

【図１４】従来の熱交換器用伝熱管を凝縮器に用いた場
合の液冷媒、冷凍機油の滞留を示す管径方向の断面図で
ある。

【図１５】伝熱管の後端の過熱域において、管内面に冷
凍油による油膜が形成された状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１００ 伝熱管 １０１ 溝 １０２，１１０，１１２ フィン １０３ フィン反転部 １０４，１１１，１１３ 折り曲げフィン １０５ 折曲開始部 １０６ 液冷媒 １０７ 冷凍機油 １０８ 蒸気冷媒 １１４ 縦溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 利彦 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (72)発明者 中島 博 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (72)発明者 沢田 篤 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属管の内面の円周方向に溝を設けた伝熱
   管において、 前記溝に沿って設けられた突堤状のフィンと、 前記フィンに所定間隔に設けられた前記フィンを一方向
   に折り曲げて形成した折り曲げフィンとを備えたことを
   特徴とする熱交換器用伝熱管。
2. 【請求項２】前記突堤状のフィンは、ジグザグ形に形成
   されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用
   伝熱管。
3. 【請求項３】前記折り曲げフィンは、管軸方向から見て
   Ｖ字状の開口部を有することを特徴とする熱交換器用伝
   熱管。