JPH0968396A

JPH0968396A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH0968396A
Application number: JP8157916A
Authority: JP
Inventors: Naoki Shikazono; 直毅鹿園; Masaaki Ito; 正昭伊藤; Mari Uchida; 麻理内田; Toshihiko Fukushima; 敏彦福島
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1997-03-11
Anticipated expiration: 2016-06-19
Also published as: JP3292043B2

Abstract

(57)【要約】【課題】凝縮・沸騰熱伝達の伝熱性能を向上できるとと
もに高精度かつ容易に加工することができるフィン付き
伝熱管を提供する。【解決手段】伝熱管１００は、内面に複数のフィン２が
螺旋状に連続して形成され、隣接するフィン２，２の間
に螺旋状の溝１が形成されている。それぞれのフィン２
は、伝熱管１００の内面４と平行な横断面の輪郭が凹凸
形状あるいは略波形をなす上部領域２Ｕと、伝熱管１０
０の内面４と平行な横断面の輪郭が略直線状をなす下部
領域２Ｌとから構成されている。また、上部領域２Ｕに
おいて、フィン先端の、伝熱管１００の内面４と平行な
縦断面における凹凸形状の曲率半径Ｒ１が、内面４と直
角な横断面における凸形状の曲率半径Ｒ２に対して、Ｒ
１≒Ｒ２となるように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば冷凍・空調
機に用いられる熱交換器に係わり、特に、伝熱促進のた
めのフィンを内面又は外面に備えたフィン付き伝熱管及
びフィン付き薄膜伝熱面並びに熱交換器並びに冷凍・空
調機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、フィンを内面に備えたフィン付き
伝熱管において、単一冷媒を用いた凝縮・蒸発熱伝達に
おける伝熱促進のための加工をフィン側面等に施した公
知技術として、例えば、以下の２つがある。

【０００３】特開昭６３−６１８９６号公報この公知技術は、小径伝熱管の内面に螺旋状又は管軸方
向に連続するフィンを形成するとともに、そのフィン側
壁を管軸方向に対して波形状とし、凝縮熱伝達にあって
は主として伝熱面積の増大、蒸発熱伝達にあっては主と
して濡れ面積の増大により、単一冷媒における伝熱性能
の向上を図るものである。

【０００４】特開昭６２−１０２０９３号公報この公知技術は、伝熱管の内面に螺旋状に連続するフィ
ンを形成し、そのフィンの側面に溝の深さ方向へ延びる
副溝を一定ピッチで設けることにより、単一冷媒におけ
る伝熱性能の向上を図るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記公知技術は、上
記したように、フィン頂部及び底部を含むフィン全体が
管軸方向に対して波打つように形成され、フィンとフィ
ンとの間の溝も全体として波打つように形成されている
ため、有効伝熱面積が減少し、かえって伝熱性能が悪く
なると云う問題がある。

【０００６】一方、上記公知技術は、上記したように
フィンの頂部を直線状とし、フィン側面に上部から底部
へと副溝を設ける構造として、伝熱面積を拡大するとい
うものであるが、思ったより伝熱性能向上を図ることが
できないと云う問題があった。

【０００７】本発明の目的は、凝縮・沸騰熱伝達の伝熱
性能を向上しうる熱交換器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は、伝熱管の内
面及び外面のうちいずれか一方の面に複数のフィンが形
成された熱交換器において、前記フィンのそれぞれは、
このフィンの頂部を含む第１の部分と、このフィンの根
元を含む第２の部分とを有し、前記第１の部分は、その
稜線が凹凸形状あるいは略波形をなすようにし、前記第
２の部分は、前記フィンが形成されたいずれか一方の面
と平行な切断面のフィン長手方向の輪郭が略直線状をな
すようにすることにより達成される。

【０００９】さて、簡単に本発明の作用を説明する。上
記公知技術に記載の伝熱管では、凝縮熱伝達において
は、フィンとフィンとの間の溝の下部は液で満たされる
こととなり、蒸気相は存在しない。このため、溝の下部
を波打たせても伝熱面積を増大してことによる伝熱性能
向上効果をあまり期待することができない。また、蒸発
熱伝達においては、溝内を流れる冷媒流を毛細管現象で
フィンの上部まで引き上げることで濡れ面積を増大させ
ているが、溝の下部に関しては、特に下部を波打った形
状としなくても、溝自体の毛細管現象及び気液界面の剪
断力により液で自ずと満たされることになる。さらに、
このようにフィン下部を波打たせると、溝内の液の流れ
を妨げ、凝縮では液の流下、蒸発では液の供給を阻害
し、むしろ伝熱性能の低下をもたらす恐れがある。

【００１０】また、上記公知技術について、凝縮熱伝
達において、熱伝達に最も寄与するのは液膜が最も薄い
フィンの頂部近傍であるが、このフィン頂部近傍は直線
状であって伝熱面積が拡大しないので、伝熱性能向上が
あまり得られない。また副溝はフィン側面上部から下部
に至るまで設けられるが、上述したようにフィンとフィ
ンとの間の溝の下部は液で満たされておりフィン側面下
部の副溝では伝熱面積増大による伝熱性能向上効果をあ
まり期待することができない。また、蒸発熱伝達におい
ては、溝内を流れる冷媒流を毛細管現象でフィンの上部
まで引き上げることで濡れ面積を増大させているが、上
記公知技術と同様、溝の下部に関しては、特に副溝を
介して誘導しなくても、主溝自体の毛細管現象と気液界
面の剪断力によって、自ずと液で満たされることとな
る。しかも、却って液の流れを阻害する要因となってし
まう。

【００１１】これに対して、本発明では、フィン上部の
み波を打たせる形状としたので、凝縮熱伝達時には、表
面張力が効果的に働き、フィン頂部の凸部に溜まった液
をフィン下部に引き下ろす力が作用するので、フィン上
部の乾いている面積（伝熱に寄与する薄膜領域）が増大
し、フィン全体の有効伝熱面積を結果的に増大させるこ
とができるので、伝熱性能を向上させることができる。

【００１２】また、蒸発熱伝達時には、フィン上部に形
成された凹部が、フィン下部を流れる液を毛細管現象に
よってフィン頂部に引き上げるように作用するので、伝
熱管内面の濡れ面積を増大させることができ、有効伝熱
面積が増大し伝熱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を図面
を参照しつつ説明する。なお、構造の明確化のために一
部の斜視図に陰影を付している。

【００１４】本発明の第１の実施の形態を図１〜図１６
により説明する。

【００１５】本実施の形態によるフィン付き伝熱管の構
造を図１及び図２に示す。図２は、フィン付き伝熱管の
横断面図であり、図１は、フィン付き伝熱管の詳細構造
を表す部分拡大横断面図である。

【００１６】図２及び図１において、伝熱管１００は、
内面に複数のフィン２が螺旋状に連続して形成され、隣
接するフィン２，２の間に螺旋状の溝１が形成されてい
る。それぞれのフィン２は、伝熱管１００の内面４と平
行な横断面のフィンの長手方向の輪郭が凹凸形状あるい
は略波形をなす上部領域２Ｕと、伝熱管１００の内面４
と平行な横断面の輪郭が略直線状をなす下部領域２Ｌと
から構成されている。また、上部領域２Ｕにおいて、フ
ィン先端の、伝熱管１００の内面４と平行な横断面にお
ける凹凸形状の曲率半径Ｒ１が、内面４と直角な横断面
における凸形状の曲率半径Ｒ２に対して、Ｒ１≧Ｒ２と
なるように構成されている。

【００１７】上記構成の伝熱管１００内を、単一冷媒
（例えばＨＣＦＣ−２２）あるいは非共沸混合冷媒（例
えばＨＦＣ−３２及びＨＦＣ−１３４ａの２種混合冷
媒）等の液体又はガスが流れ、凝縮熱伝達あるいは沸騰
熱伝達により伝熱管１００外部と熱交換を行う。

【００１８】次に、本実施の形態の作用を説明する。◆
本実施の形態の比較例として、クロスインチューブ型熱
交換器に用いられる、従来技術によるフィン付き伝熱管
（内面らせん溝付き伝熱管）１５０の横断面図を図３に
示す。図３において、伝熱管１５０は、内面に複数のフ
ィン１５２が螺旋状に連続して形成され、隣接するフィ
ン１５２，１５２の間に螺旋状の溝１５１が形成されて
いる。そしてそれぞれのフィン１５２は、伝熱管１００
の内面４と平行な横断面の輪郭が略直線状となってい
る。

【００１９】また、伝熱管１５０の管内径は６〜１０ｍ
ｍ、溝深さは０．１〜０．３ｍｍ、溝ピッチは０．２〜
０．６ｍｍ、らせん溝角度（溝のねじり角度）が０〜２
５度、溝形状は台形、フィン先端角度は３０〜４０度と
なっている。

【００２０】ここで、このようなフィン付き伝熱管１５
０内を単一冷媒あるいは擬似共沸混合冷媒が流れ、凝縮
及び蒸発熱伝達を行う場合の挙動について以下説明す
る。伝熱管１５０内を冷媒は気液二相流で流れ、流量が
小さい範囲では図４に示す様に重い液１５３が管の底部
を、軽い蒸気が管の上部を分離する層状流として流れて
いる。このような層状流の液面からある高さにある管壁
の濡れ具合について考える。図５は、図４の縦断面図
で、管壁のらせん溝の中を液１５４が毛細管現象によっ
て液面高さＨより上に引き上げられている様子を示す。

【００２１】図６は、従来のらせん溝付き伝熱管の溝の
中にたまる液の様子を示す。溝内の気液界面は、局率半
径Ｒ３の円弧状のフィン先端部に接する局率半径Ｒ４の
円弧として近似できる。これは、微細な溝内では表面張
力の影響が卓越するためである。液膜の薄い領域ｈ２
を、図７に示すようにフィン先端部Ａからフィン側面と
気液界面が１５度（π／１２）をなす点Ｂまでの距離と
定義すると、ｈ２は式１で表される。◆

【００２２】

【数１】 ◆

【００２３】ここで、θはフィン頂角、ｐ１はフィンピ
ッチ、ｈ１はフィン高さである。例えば、管径７ｍｍ、
６０条、フィン高さｈ１＝０．２ｍｍ、フィン頂角４０
度、Ｒ３＝０．０４ｍｍの場合、薄液膜域の高さｈ２は
約０．０５９ｍｍとなる。管径７ｍｍ、５７条、フィン
高さｈ１＝０．２５ｍｍ、フィン頂角１５度、Ｒ３＝
０．０３５ｍｍの場合、ｈ２は約０．０６７ｍｍとな
る。したがって、液膜が薄い領域は、フィン先端からフ
ィン高さのおよそ３０％程度の領域であることがわか
る。

【００２４】このフィン先端部領域には非常に薄い液膜
が形成され、この効果により高い凝縮熱伝達率が達成さ
れる。これは表面張力の効果、即ちΔＰ＝σ／Ｒ３で示
されるようにフィン頂部の液膜内の圧力がその周囲の気
相の圧力に比べ高くなり、フィン間の溝に溜まった液は
凹面状になるので気相圧力に比べて低くなり、この結果
フィン頂部の液は圧力差によってフィン間の溝に排出さ
れるためである。また、蒸発時にも、この位置よりフィ
ン根元側の流れが阻害されなければ、液枯れすることな
く液が管頂部まで供給され、高い蒸発熱伝達率が達成さ
れる。従来から凝縮熱伝達率を向上させるためには、伝
熱面の３次元化が有効であることが知られているが、内
面のフィンを完全に分断してしまうと、蒸発時には上に
述べた様に液の流れが阻害され、ヒートポンプに適用さ
れる伝熱管としては適さなくなる。

【００２５】続いて、フィン付き伝熱管１５０内を非共
沸混合冷媒が流れ、凝縮熱伝達を行う場合の挙動につい
て以下説明する。◆まず非共沸混合冷媒として、ＨＦＣ
−３２及びＨＦＣ−１３４ａの２種混合冷媒を例に取
り、その気液平衡線図を図８に示す。横軸は、ＨＦＣ−
３２のモル濃度をとり、縦軸には温度をとっている。図
８において、露点曲線イは凝縮を開始する温度を表して
おり、これよりも図上上方にあるときは、非共沸混合冷
媒が蒸気の状態である。また沸点曲線ロは沸騰を開始す
る温度を表しており、これよりも図上下方にあるとき
は、非共沸混合冷媒が液体の状態である。

【００２６】いま例えば、ＨＦＣ−３２のモル濃度がＣ
である非共沸混合冷媒が、蒸気の状態Ｃ１からしだいに
冷却されて、液体の状態になる過程を考える。状態Ｃ１
の蒸気が冷やされて、温度Ｔ２の状態Ｃ２までくると、
露点温度に到達し、凝縮が始まる。そして、さらに温度
が下がって、温度Ｔ３を過ぎ、温度Ｔ４の状態Ｃ４に至
って凝縮が完了する。このように、非共沸混合冷媒で
は、凝縮温度が一定ではなくある範囲にわたって変化す
る。

【００２７】また、非共沸混合冷媒では、凝縮する液体
冷媒の濃度が、蒸気のまま残っている冷媒の濃度と異な
る。すなわち、上記の過程で温度がＴ３のとき、ＨＦＣ
−３２濃度はＣ（すなわち状態Ｃ３）にはならず、ＨＦ
Ｃ−３２濃度がＢ（すなわち状態Ｂ３）である凝縮液と
ＨＦＣ−３２濃度がＤ（すなわち状態Ｄ３）である蒸気
とに分かれる。これは、ＨＦＣ−３２がＨＦＣ−１３４
ａに比べて凝縮しにくく、凝縮面の液体はＨＦＣ−３２
濃度が低くＨＦＣ−１３４ａの濃度が高くなり、取り残
された蒸気はＨＦＣ−３２の濃度が高くＨＦＣ−１３４
ａの濃度が低くなるからである。

【００２８】このような凝縮挙動の結果、気液界面近傍
には、蒸気側のＨＦＣ−３２の濃度が高い領域（以下適
宜、濃度境界層という）と、液体側のＨＦＣ−３２の濃
度が低い領域との濃度分布が生じる。

【００２９】このようにして濃度境界層が生じる様子を
図９及び図１０により説明する。図９は、伝熱管１５０
の水平縦断面図であり、図１０は図９中Ｘ−Ｘ断面によ
る部分横断面図である。図９及び図１０において、管壁
近くの非共沸混合冷媒ガスの流れ１６０は、フィン１５
２、及びフィン１５２，１５２間の螺旋状の溝１５１に
導かれて、螺旋方向に流れる。このとき、非共沸混合冷
媒のうち比較的凝縮しやすいＨＦＣ−１３４ａが伝熱管
１５０内面で先に凝縮して液体になり液膜１６３を形成
する。その一方、比較的凝縮しにくいＨＦＣ−３２は蒸
気相のまま残り、液膜１６３の上にフィン１５２に沿っ
て濃度境界層１６２を形成する。

【００３０】この濃度境界層１６２は、連続しているこ
とから流れ方向に次第に厚くなり、ＨＦＣ−１３４ａが
管壁に拡散するのを妨げるとともに、伝熱管１５０中心
部に存在する濃度Ｃの蒸気の凝縮を阻害する働きをす
る。これにより、伝熱管１５０における非共沸混合冷媒
の凝縮伝熱性能は、単一冷媒の凝縮伝熱性能より低下す
る。このことを図１１により説明する。

【００３１】図１１は、伝熱管１５０に対し、単一冷媒
を用いた場合の平均凝縮熱伝達率と、非共沸混合冷媒を
用いた場合の平均熱凝縮伝達率の測定結果を比較して示
したものである。ここで、単一冷媒としては、ＨＣＦＣ
−２２を用い、また非共沸混合冷媒としては、ＨＦＣ−
３２，ＨＦＣ−１２５，ＨＦＣ−１３４ａを各々３０，
１０，６０ｗｔ％ずつ混合したものを用い、横軸には質
量速度をとった。

【００３２】図１１において、曲線ａが単一冷媒におけ
る平均凝縮熱伝達率を表し、曲線ｂが非共沸混合冷媒に
おける平均凝縮熱伝達率を表している。図示のように、
伝熱管１５０においては、非共沸混合冷媒の凝縮熱伝達
率は、単一冷媒の熱伝達率より低下することがわかる。

【００３３】以上のような単一冷媒、擬似共沸混合冷媒
あるいは非共沸混合冷媒における従来のフィン付き伝熱
管１５０に対する本実施の形態のフィン付き伝熱管１０
０の作用を、凝縮熱伝達と蒸発熱伝達とに分けて図１２
〜図１５により説明する。

【００３４】（１）上部領域２Ｕにおける凝縮熱伝達向
上作用。◆ 本実施の形態の伝熱管１００に備えられたフィン２の端
部近傍の斜視図を図１２に、凝縮熱伝達時における挙動
を表す図１２中XIII−XIII縦断面図を図１３に示す。図
１２及び図１３において、本実施の形態のフィン付き伝
熱管１００では、フィン２上部に設けられた断面波形状
の上部領域２Ｕが凹部２Ｕb・凸部２Ｕaを形成すること
により、フィン２先端の伝熱に最も寄与する薄い液膜１
３を凸部２Ｕaによってさらに薄くし、かつその薄い液
膜領域１３が存在する領域も増大させることができるの
で、伝熱性能を向上させることができる。また、非共沸
混合冷媒の場合、図１３に示されるように、上部領域２
Ｕの凸部２Ｕaから生じる剥離渦１６によって蒸気流を
攪伴し、濃度境界層１６２（図９及び図１０参照）を薄
くすることができるので、非共沸混合冷媒ガスの熱及び
物質移動を増大させることができる。

【００３５】従来のフィン先端部での表面張力による液
膜駆動力は、ΔＰ＝σ／Ｒ２で表されるように曲率半径
Ｒ２のみで記述される。しかし、本実施の形態において
は、曲率半径がＲ２の部分に加えてＲ１の部分も存在す
るのでΔＰ＝σ／Ｒ２＋σ／Ｒ１で液膜駆動力が記述さ
れ、このため、凸部領域２Ｕａの曲率半径Ｒ１の効果が
加わることで、フィン頂部に存在する液をフィン下部に
引き下ろす力が従来よりも強くなる。このため、熱抵抗
の原因となる液膜が薄くなり凝縮熱伝達率が高くなる。
またこのとき、上部領域２Ｕにおいて、（フィン先端の
凹凸波形の曲率半径Ｒ１）≒（凸形状の曲率半径Ｒ２）
となるように構成されている。曲率半径Ｒ１が大きいと
従来の如き形状に近づき表面張力による効果が薄れ、ま
た、曲率半径Ｒ１が小さすぎると従来のフィンに単に傷
を付けたに等しい形状となってしまいこれもやはり表面
張力効果が薄れることとなる。従って、表面張力が働く
範囲内で、概ねフィン先端の曲率半径Ｒ２に近い値とす
ることが望ましい。これは、後述する蒸発時にも適用さ
れるものである。また、換言すると、フィン先端の曲率
半径Ｒ１の直径ｂ（２Ｒ１＝ｂ、フィンが台形状をして
いるものであれば短辺の長さｂ）の略ピッチで凹部と凸
部が交互に繰り返される波形とすることが望ましい。こ
れにより、凹部２Ｕbにおいて液膜がフィン先端から下
方へと排出されにくくなってフィン先端部が厚い液膜に
覆われるのを防止することができる。

【００３６】このような凝縮熱伝達向上効果をさらに具
体的に図１４及び図１５により説明する。本実施の形態
によるフィン付き伝熱管１００と、上述した従来のフィ
ン付き伝熱管１５０のそれぞれに対し、単一冷媒（ＨＣ
ＦＣ−２２）を流した場合、及び非共沸混合冷媒（ＨＦ
Ｃ−３２，ＨＦＣ−１２５，ＨＦＣ−１３４ａを各々３
０，１０，６０ｗｔ％ずつ混合したもの）を流した場合
の凝縮熱伝達率を測定した結果を図１４に比較して示
す。

【００３７】図１４において、曲線ｂ１が従来の伝熱管
１５０に単一冷媒を流した場合、曲線ｂ２が従来の伝熱
管１５０に非共沸混合冷媒を流した場合であり、また曲
線ａ１が本実施の形態の伝熱管１００に単一冷媒を流し
た場合、曲線ａ２が本実施の形態の伝熱管１００に非共
沸混合冷媒を流した場合であり、横軸には乾き度をとっ
て示したものである。

【００３８】図１４に示されるように、本実施の形態の
伝熱管１００は、従来の伝熱管１５０に対して、単一冷
媒の場合でも、非共沸混合冷媒の場合でも、広い乾き度
の範囲で熱伝達率が向上することがわかる。また、曲線
ａ２と曲線ｂ１とが比較的近接していることから、本実
施の形態の伝熱管１００に非共沸混合冷媒を用いた場合
は、従来の伝熱管１５０に単一冷媒を流した場合に近い
凝縮熱伝達率を得ることができることがわかる。

【００３９】また、本実施の形態によるフィン付き伝熱
管１００と、上述した従来のフィン付き伝熱管１５０の
それぞれに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を流した
場合、及び非共沸混合冷媒（ＨＦＣ−３２，ＨＦＣ−１
２５，ＨＦＣ−１３４ａを各々３０，１０，６０ｗｔ％
ずつ混合したもの）を流した場合の平均凝縮熱伝達率の
質量速度に対する依存性を図１５に比較して示す。図１
５において、曲線ｂ３が従来の伝熱管１５０に単一冷媒
を流した場合、曲線ｂ４が従来の伝熱管１５０に非共沸
混合冷媒を流した場合であり、また曲線ａ３が本実施の
形態の伝熱管１００に単一冷媒を流した場合、曲線ａ４
が本実施の形態の伝熱管１００に非共沸混合冷媒を流し
た場合であり、横軸には質量速度をとって示したもので
ある。

【００４０】図１５に示されるように、本実施の形態の
伝熱管１００は、従来の伝熱管１５０に対して、単一冷
媒の場合でも、非共沸混合冷媒の場合でも、広い質量速
度の範囲で平均熱伝達率が向上することがわかる。

【００４１】（２）上部領域２Ｕにおける蒸発熱伝達向
上作用。◆ 本実施の形態の伝熱管１００の蒸発熱伝達時における挙
動を表す、フィン２の端部近傍の斜視図を図１６ａに示
す。本実施の形態のフィン付き伝熱管１００では、フィ
ン２の上部領域２Ｕの凹部２Ｕbによる毛細管現象を利
用して、冷媒液１７をフィン２先端に向かって引き上
げ、伝熱管内面の濡れ面積を増大させることができるの
で、伝熱性能を向上させることができる。

【００４２】特に管内蒸発の場合は、管外蒸発で支配的
な核沸騰とともに気液界面からの薄膜蒸発も非常に重要
となる。薄膜蒸発の場合は、非常に薄い液膜で覆われた
領域が増加するほど蒸発性能が高いが、本実施例がその
液膜の薄い領域を増加させる理由について以下説明す
る。図１６ｂに示すように液相の圧力が気相の圧力より
高い場合には液は排出され、逆に液相の圧力が気相の圧
力よりも低いと液を吸引するので、液で覆われた領域と
乾いた領域の境界線近くの液膜内の圧力はほぼ気相圧力
に近いと考えてよい。従来のフィンではフィン先端に沿
って仮に液が存在したとしても、そこでの圧力はΔＰ＝
σ／Ｒ２だけ表面張力の効果によって気相圧力よりも高
くなるので、液は排出されいずれその領域は乾いてしま
う。従って、図３１ａのように濡れた領域と乾いた領域
の境界線はフィン先端から一定の距離に存在し、液膜の
非常に薄くなる領域はその境界線近くのごく限られた範
囲となる。本実施例のように、フィン上部に曲率半径Ｒ
１（フィンが台形形状をしているものであれば短辺の長
さｂの１／２）の凹部領域２Ｕｂが存在すると、そこで
の液膜内圧力と気相圧力との差はΔＰ＝σ／Ｒ２−σ／
Ｒ１しかない。Ｒ１≒Ｒ２の場合には、もともとのフィ
ン凸形状の曲率半径Ｒ２と表面張力の効果が打ち消し合
いΔＰ≒０となり、液で覆われた領域と乾いた領域の境
界線は図３１ｂに示すようにフィン先端にまで到達する
ことになる。この乾いた領域と濡れた領域の境界線近く
の液相は非常に薄い液膜を形成するので、図３１ｂ中で
ハッチングを施したフィン上部凹部領域２Ｕｂの領域で
は液膜は薄くなり、局所的に薄膜蒸発の効果が非常に高
まることになる。凹部領域２Ｕｂの曲率半径がさらに小
さく、即ちＲ１＜Ｒ２となると、液を引き込む効果が強
まりそこでの液膜が厚くなるので、逆に薄膜蒸発の効果
は弱くなってしまう。また、凝縮時を考えてもＲ１が小
さい場合にはそこで液を保持することになり、フィン先
端部での凝縮に有効な伝熱面積が液あふれによって減少
してしまうという問題点もある。従って換言すると、本
発明の伝熱面を管内蒸発面として用いる場合にも、フィ
ン先端の曲率半径Ｒ１の直径ｂ（２Ｒ１＝ｂ、フィンが
台形形状をしているものであれば短辺の長さｂ）の略ピ
ッチで凹部と凸部が交互に繰り返される波形とすること
が望ましい。これにより、フィン先端においてその凹部
２Ｕｂに非常に薄い液膜が形成されるので、蒸発熱伝達
率を向上させることができる。

【００４３】（３）下部領域２Ｌによる作用。◆ 一方、図１２に戻り、ここにおいて、本実施の形態の伝
熱管１００のフィン２の下部領域２Ｌの縦断面形状は略
直線状であり凹凸部となっていない。しかし、凝縮熱伝
達ではフィン２下部領域２Ｌは液で満たされてしまうの
で伝熱面積増大による伝熱性能向上効果にほとんど関係
なく、また蒸発熱伝達ではフィン２下部領域２Ｌの冷媒
流は、主溝の毛細管現象によってすでに液で満たされる
ので、凝縮と同様に伝熱性能向上効果にほとんど関係が
ない。すなわち、伝熱性能の面では、フィン２の下部領
域２Ｌが波形断面でないことによる性能の低下は生じな
い。それどころか、溝の下部領域２Ｌに凹凸が存在する
と、溝内の液の流れを妨害し、凝縮時には凝縮液の流下
を妨げ、蒸発時には管頂部への液の供給を妨げることに
なり、伝熱性能を低下させてしまう。したがって、溝の
下部領域２Ｌは抵抗の少ない略直線状がよい。

【００４４】一方、加工の面から見ると、下部領域２Ｌ
の縦断面形状が略直線状であり凹凸形状あるいは波形断
面となっていないことにより、フィン２への加工を行う
ときに、フィン２上部の厚さの薄い上部領域２Ｕのみを
加工すれば足りるので、フィン２の上部領域及び下部領
域の全体を波形状に加工する従来に比し、精度のよい加
工を容易に行うことができる。

【００４５】したがって、以上（１）〜（３）で説明し
たように、本実施の形態のフィン付き伝熱管１００によ
れば、伝熱性能を向上できるとともに高精度かつ容易に
加工することができる。なお、従来溝付管において液膜
の薄い領域がフィン頂部からフィン高さの約３０％の高
さであったことから、フィン上部領域は、フィン２の高
さの３０％以内でよい。

【００４６】上記第１の実施の形態においては、フィン
２の上下の波形の位相が揃っている場合を示したが、こ
れに限られず、上下の面で波形の位相が揃っていなくて
もよい。これらの場合も同様の効果を得る。また、上記
第１の実施の形態においては、フィン２上部領域２Ｕの
波形の形状が凹凸形状あるいは略波形であったが、これ
に限られず、略三角形状や、独立突起や、あるいはラン
ダムな凹凸形状であってもよく、これらの場合も同様の
効果を得る。さらに、上記第１の実施の形態において
は、伝熱管１００内面にフィン２が螺旋状に形成されて
いたが、これに限られず、例えばリング状に形成する場
合も考えられる。

【００４７】次に、これまで説明した図１に示す実施の
形態である伝熱管１００の製造方法について簡単に説明
する。本実施の形態においては、いわゆる電縫管方式で
製造される。即ち、まず、略板状の部材に第１のプレス
加工によりフィン母材２を立設して形成し、この加工さ
れたフィン母材２の上部に上述のような波形凹凸形状を
第２のプレスによって上部領域２Ｕを形成する。この時
フィン母材２の下部はそのまま残して下部領域２Ｌとし
ておく。

【００４８】第２のプレス加工を一つのフィン母材２を
例にとって説明する。この第２のプレスは、フィン母材
にフィン母材の頂部から嵌合させて押し込むことでフィ
ン上部に波形が形成される。第２のプレスの型の半周期
は、奥に行くほど波形を保って肉厚になりこれで波の半
周期を形成する。隣接する半周期の型は、前者の型とフ
ィンを介して反対側のフィン上部を押圧することで波の
半周期を形成するようになっている。これらの型がフィ
ンの左右に交互に連続して並ぶようにして第２のプレス
の型を作成し、上部から押圧することで、フィン断面か
ら見て、肥大側の型はフィン上部を右側に押し出すよう
に、右側の方はフィン上部を左側に押し出すように動作
し、これにより、図１に示されるようなフィンの立面に
直角方向の波が形成される。全てのフィンに波（凹凸）
が形成された略板状部材の板幅方向両端を溶接により接
合して円管状の伝熱管２を形成する。

【００４９】本発明の第２の実施の形態を図１７ａ及び
１７ｂを用いて説明する。上記した第１の実施の形態
は、フィンに付加したフィン上部の凹凸形状又は波形形
状が、フィン縦断面にほぼ直角なものであったが、この
考え方と同様に、フィン縦断面方向に凹凸形状又は波形
形状を付加しても伝熱性能が向上する。図１７は、伝熱
管２００の要部であり、フィン２０２近傍斜視図である
（第１の実施の形態の図１２相当）。フィン２０２の上
部領域２０２Ｕは、伝熱管２００の内面２０４に平行な
縦断面の形状が略直線状をなすフィン母材２１２に対し
プレスによる押し込みあるいは切り込み２１８を入れる
ことによって形成されている。即ち、この場合の伝熱管
２００の製造方法は、いわゆる電縫管方式で行われ、ま
ず略板状の部材にフィン母材２１２を立設して形成し、
このフィン母材２１２の上部に上述したようなプレスに
よる押し込みあるいは切り込み加工で上部領域２０２Ｕ
を形成すると共に、フィン母材２１２の下部はそのまま
残して下部領域２０２Ｌとする。この略板状部材の板幅
方向両端を接合して円管状の伝熱管２００とする。その
他の構造は、第１の実施の形態とほぼ同様である。

【００５０】第１の実施の形態と同様、本実施の形態に
おいても、凹凸形状又は波形形状の凸部において、凝縮
時に、液をフィン管の溝に引き下ろす作用があり、凝縮
時に熱伝達向上効果がある。さらに、凹部ににおいて、
フィン管の溝に存在する液を上部領域２０２Ｕに引き上
げる作用があり、蒸発時に熱伝達を向上する効果があ
る。なお、第１の実施の形態と異なる点は凹凸形状又は
波形形状の振幅が直角方向であるか水平方向であるかだ
けであるので、そのピッチは、第１の実施の形態と同様
の考え方で決められる。

【００５１】また、図１７ａは、上部領域２０２Ｕの側
面まで溝を掘っているが、その製造は第１の実施の形態
と比較すると易しいものの、フィン側面を加工すること
は困難である。この点を解決したものが図１７ｂであ
り、プレスによって切り込みを入れるだけであるので、
比較的簡単に製造可能である。◆なお、上記のような電
縫管方式の製造方法は、前述した第１の実施の形態の伝
熱管１００にも適用できることは言うまでもない。

【００５２】本発明の第３の実施の形態を図１８により
説明する。本実施の形態は、フィンの形状が異なる伝熱
管の実施の形態である。本実施の形態の伝熱管３００の
要部である、フィン３０２端部近傍の斜視図を図１８に
示す。図１８は、第１の実施の形態の図１２、第２の実
施の形態の図１７にほぼ相当する図である。

【００５３】図１８において、本実施の形態が第１の実
施の形態と異なる点は、フィン３０２上部領域の凹凸波
形が略三角形状となっていることと、フィン３０２の側
面の稜線３０２ａが、伝熱管３００の内面３０４に直角
でなく傾斜していることである。その他の構造は、第１
の実施の形態とほぼ同様である。本実施の形態によって
も、第１の実施の形態と同様の効果を得る。

【００５４】またこれに加え、凝縮熱伝達の際には、流
れ方向に対し稜線３０２ａの傾斜がフィン３０２先端か
ら根元へ向かうような方向（図示Ｒ方向）に冷媒を流せ
ば、フィン３０２先端に形成される液膜の排出を促進で
き、さらに伝熱性能を向上することができる。また沸騰
熱伝達の際には、流れ方向に対し稜線の傾斜がフィン３
０２根元から先端へ向かうような方向（図示Ｌ方向）に
冷媒を流せば、気液界面に働くせん断力により濡れ面積
の拡大を促進でき、さらに伝熱性能を向上することがで
きる。

【００５５】本発明の第４の実施の形態を図１９により
説明する。本実施の形態は、フィンの形状が異なる伝熱
管の実施の形態である。本実施の形態の伝熱管４００の
要部である、フィン４０２端部近傍の斜視図を図１９に
示す。図１９は、第１の実施の形態の図１２、第２の実
施の形態の図１７、第３の実施の形態の図１８にほぼ相
当する図である。図１９において、本実施の形態が第１
の実施の形態と異なる点は、フィン４０２上部領域４０
２Ｕの凹凸形が角度の異なる複数の切り込み４１８ａ及
び４１８ｂにより３次元的な独立突起形状となっている
ことである。

【００５６】このように、多数の、しかも曲率半径の小
さな独立突起が形成されるため、凝縮液膜の排出が更に
促進される。その結果、凝縮熱伝達率は、さらに向上す
る。その他の構造は、第１の実施の形態とほぼ同様であ
る。

【００５７】本発明の第５の実施の形態を図２０により
説明する。本実施の形態は、フィンの形状が異なる伝熱
管の実施の形態である。本実施の形態の伝熱管５００の
要部である、フィン５０２端部近傍の斜視図を図２０に
示す。図２０は、第１の実施の形態の図１２、第２の実
施の形態の図１７、第３の実施の形態の図１８、第４の
実施の形態の図１９にほぼ相当する図である。

【００５８】図２０において、本実施の形態が第１の実
施の形態と異なる点は、フィン５０２上部領域５０２Ｕ
の凹凸波形がランダムな粗さとなっていることである。
すなわち、この場合の伝熱管５００の製造方法は、いわ
ゆる電縫管方式で行われ、まず一様な粗さを有する部材
にフィン母材５１２をプレス加工により形成すること
で、フィン先端にのみ粗さを保持することができる。そ
の後、この略板状部材の板幅方向両端を接合して円管状
の伝熱管５００とする。本実施の形態においては、フィ
ン先端の凹凸を素材のときに形成しているので、製作が
容易で、安価にできるという利点がある。その他の構造
および効果は、第１の実施の形態とほぼ同様である。

【００５９】本発明の第６の実施の形態を図２１により
説明する。本実施の形態は、フィンが分断されている伝
熱管の実施の形態である。本実施の形態の伝熱管６００
の縦断面図を図２１及び図２２に示す。図２１におい
て、フィン６０２は先端部は第１〜５の実施の形態の様
な加工が施され、かつ、らせん角が大きくかつピッチも
大きい２次溝により分断されている。このらせん角が大
きく、かつピッチも大きい２次溝は、凝縮時には凝縮液
の流下を容易にし、また、蒸発時には管頂部への液の供
給を容易にすることができる。

【００６０】このらせん角が大きく、かつピッチも大き
い２次溝は、溝を横切る液の流れを実現させるためのも
ので、凝縮の際には管上部からの液の流下を容易にし、
液が溝内であふれ伝熱性能が低下するのを防ぐことがで
きる。一方蒸発の場合は、液枯れを起こしそうな領域へ
即座に液を供給することが可能となり、伝熱性能が向上
する。なお、この２次溝は溝を横切る重力方向の流れを
つくるためのものであるから、そのらせん角は水平管の
場合、管軸方向に対して９０度に近いことが望ましい。
従って、β２＝９０°±２０°が望ましい。また、この
２次溝は、らせん角β１の１次溝が一周する間に２０条
程度設けてあれば十分なので、ｐ２≧（πｄｉ／ｔａｎ
β１）／２０となるように設ければよい。ここでｄｉは
最大内径である。例えばｄｉ＝６．５ｍｍの場合、ｐ２
≧２．８ｍｍとなる。これ以上２次溝のピッチを小さく
すると主溝に沿う流れが阻害されるので、伝熱性能が低
下してしまう。

【００６１】また、この２次溝は上に述べたように液が
溝を容易に横切れるようにするためのものであるから、
なるべく深いことが望ましい。即ち、図２２ではフィン
根元まで２次溝が彫られている場合を示したが、２次溝
はフィン高さｈ１の少なくとも５０％以上の深さが必要
である。

【００６２】本発明の第７の実施の形態を図２３により
説明する。本実施の形態は、フィンを外面に形成した伝
熱管の実施の形態である。本実施の形態の伝熱管７００
の要部である、フィン７０２端部近傍の構造を表す側面
図を図２３に示す。図２３において、伝熱管７００は、
冷媒が管外面に凝縮するいわゆるシェルアンドチューブ
形熱交換器に使用されるものであり、外面に複数のフィ
ン７０２がリング状に連続して形成されている。それぞ
れのフィン７０２は、第１の実施の形態のフィン２と類
似の構造となっており、伝熱管７００の外面７０４と平
行な横断面の輪郭が凹凸形状あるいは略波形をなす上部
領域７０２Ｕと、伝熱管７００の外面７０４と平行な横
断面の形状が略直線状をなす下部領域７０２Ｌとから構
成されている。また、上部領域７０２Ｕにおいて、フィ
ン先端の、伝熱管７００の外面７０４と平行な横断面に
おける凹凸波形の曲率半径が、外面７０４と直角な横断
面における凸形状の曲率半径と同程度（第１の実施の形
態と同様の考え方）となるように構成されている。

【００６３】本実施の形態のフィン付き伝熱管７００に
おいても、第１〜第６の実施の形態のフィン付き伝熱管
１００〜６００と同様、伝熱管７００の外面７０４と平
行な横断面の輪郭が略波形あるいは凹凸形状をなす上部
領域７０２Ｕによって凝縮・蒸発熱伝達性能を向上する
ことができ、このとき外面７０４と平行な横断面の輪郭
が略直線状をなす下部領域７０２Ｌによって上部領域７
０２Ｕの伝熱性能向上を低下させることがなく、フィン
７０２全体として高精度かつ容易な加工が可能となる。

【００６４】なお、上記第７の実施の形態においては、
フィン７０２が第１の実施の形態のフィン２と類似の形
状をしていたが、これに限られず、第２〜６の実施の形
態のフィンと類似の形状としてもよい。これらの場合も
同様の効果を得る。

【００６５】本発明の第８の実施の形態を図２４により
説明する。本実施の形態は、コンピュータ冷却に使用さ
れる薄膜伝熱面の実施の形態である。本実施の形態の要
部である、薄膜伝熱面８００に備えられたフィン８０２
の端部近傍の斜視図を図２４に示す。図２４において、
薄膜伝熱面８００は、平板状の基板部材８０１と、この
基板部材８０２に立設された複数のフィン８０２とから
構成される。それぞれのフィン８０２は、図１２に示し
たフィン２と類似の構造をしており、基板部材８０１と
平行な横断面の輪郭が凹凸形状あるいは略波形をなす上
部領域８０２Ｕと、基板部材８０１と平行な横断面の輪
郭が略直線状をなす下部領域８０２Ｌとから構成されて
いる。また、上部領域８０２Ｕにおいて、フィン先端
の、基板部材８０１と平行な横断面における凹凸波形の
曲率半径が、基板部材８０１と直角な横断面における凸
形状の曲率半径と同程度（第１の実施の形態と同様の考
え方）となっている。なお、この場合のフィン８０２
は、第１の実施の形態のフィン２と異なり、螺旋状でな
く直線状に配列されている。

【００６６】本実施の形態の薄膜伝熱面８００において
も、第１〜第７の実施の形態のフィン付き伝熱管１００
〜７００と同様、基板部材８０１と平行な横断面の輪郭
が略波形をなす上部領域８０２Ｕによって凝縮・蒸発熱
伝達性能を向上することができ、このとき基板部材８０
１と平行な横断面の形状が略直線状をなす下部領域８０
２Ｌによって上部領域８０２Ｕの伝熱性能向上効果を低
下させることがなく、フィン８０２全体として高精度か
つ容易な加工が可能となる。

【００６７】なお、上記第８の実施の形態においては、
フィン８０２が図１２のフィン２と類似の形状をしてい
たが、これに限られず、図１のフィン２、若しくは第２
〜第６の実施の形態のフィンと類似の形状としてもよ
い。これらの場合も同様の効果を得る。

【００６８】本発明の第９の実施の形態を図２５及び図
２６により説明する。本実施の形態は、第１の実施の形
態の伝熱管１００を備えた熱交換器の実施の形態であ
る。第１の実施の形態と同等の部材には同一の符号を付
す。本実施の形態による熱交換器９００の概略構造を表
す部分斜視図を図２５に示す。図２５において、熱交換
器９００は、クロスフィンチューブ型熱交換器と呼ばれ
るものであり、多数の平行に置かれた平行フィン９０６
に、第１の実施の形態による伝熱管１００が貫通挿入さ
れている。平行フィン９０６の表面には、空気側熱伝達
率を向上させるために、ルーバ９０８が設けられてい
る。

【００６９】伝熱管１００は、特に詳細構造を図示しな
いが、第１の実施の形態において説明したように、内面
に形成されているそれぞれのフィンが、内面と平行な縦
断面の形状が凹凸形状あるいは略波形をなす上部領域
と、内面と平行な縦断面の形状が略直線状をなす下部領
域とから構成されており、かつ、フィン先端の凹凸波形
の曲率半径が凸形状の曲率半径以上となるように構成さ
れている。

【００７０】上記構成において、空気流９０５が、伝熱
管１００の管軸と直角な方向から流入して複数の平行フ
ィン９０６の間を流れ、冷媒が管内を流れる伝熱管１０
０によって冷却される。

【００７１】本実施の形態の熱交換器９００によれば、
第１の実施の形態のフィン付き伝熱管１００の冷媒側伝
熱性能の向上作用に基づき、熱交換器の総合伝熱性能を
表す指標である熱通過率を向上することができる。なお
この熱通過率には、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。熱交換器９００のこの
熱通過率向上効果を具体的に図２６により説明する。

【００７２】フィン付き伝熱管１００を備えた本実施の
形態による熱交換器９００と、前述した従来のフィン付
き伝熱管１５０（図３参照）を備えた熱交換器のそれぞ
れに対し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を流した場合、
及び非共沸混合冷媒を流した場合の熱通過率を測定した
結果を図２６に比較して示す。

【００７３】図２６において、曲線ｂ５が従来の熱交換
器に単一冷媒を流した場合、曲線ｂ６が従来の熱交換器
に非共沸混合冷媒を流した場合であり、また曲線ａ５が
本実施の形態の熱交換器９００に単一冷媒を流した場
合、曲線ａ６が本実施の形態の熱交換器９００に非共沸
混合冷媒を流した場合であり、横軸に空気流速をとって
表している。

【００７４】図２６に示されるように、本実施の形態の
熱交換器９００は、単一冷媒の場合でも非共沸混合冷媒
の場合でも、従来の熱交換器に対し広い空気流速の範囲
で熱通過率が向上することがわかる。また、曲線ａ６と
曲線ｂ５とが比較的近接していることから、本実施の形
態の熱交換器９００に非共沸混合冷媒を用いた場合は、
従来の熱交換器に単一冷媒を流した場合に近い熱通過率
を得ることができることがわかる。したがって、第１の
実施の形態の伝熱管１００は非共沸混合冷媒用熱交換器
の伝熱管として極めて優れていることがわかる。

【００７５】なお、上記第９の実施の形態の熱交換器９
００は、伝熱管として第１の実施の形態の伝熱管１００
を備えていたが、これに限られず、第２〜第６の実施の
形態の伝熱管でもよい。これらの場合も同様の効果を得
る。

【００７６】本発明の第１０の実施の形態を図２７、図
２８及び図２９により説明する。本実施の形態は、第９
の実施の形態の熱交換器９００を備えた空調機の実施の
形態である。第１０の実施の形態と同等の部材には同一
の符号を付す。本実施の形態による空調機１０００の全
体構造を表す系統概念図を図２７に示す。図２７におい
て、空調機１０００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を構成しており、室内に配置され
る室内熱交換器１０２６と、室外に配置される室外熱交
換器１０２４と、これらに接続される圧縮機１０２２
と、冷・暖房における冷媒の流れを切り換える四方弁１
０２３と、膨張弁１０２５とを備えている。室内熱交換
器１０２６及び室外熱交換器１０２４はいずれも第１０
の実施の形態の熱交換器９００で構成されている。そし
て、四方弁１０２３が図示実線の位置に切り換えられて
いる冷房時には、室内熱交換器１０２６が蒸発器として
室外熱交換器１０２４は凝縮器として機能し、四方弁１
０２３が図示破線の位置に切り換えられている暖房時に
は、室内熱交換器１０２６が凝縮器として室外熱交換器
１０２４は蒸発器として機能する。

【００７７】本実施の形態の空調機１０００によれば、
第９の実施の形態の熱交換器９００の熱通過率向上作用
に基づき、冷房能力（あるいは暖房能力）を全電気入力
で除した値である動作係数（ＣＯＰ）の向上効果を得る
ことができる。この動作係数向上効果を具体的に図２８
により説明する。

【００７８】フィン付き伝熱管１００（図１参照）を備
えた熱交換器９００を室内熱交換器１０２６及び室外熱
交換器１０２４として用いる本実施の形態の空調機１０
００と、従来のフィン付き伝熱管１５０（図３参照）を
備えた熱交換器を室内熱交換器１０２６及び室外熱交換
器１０２４として用いる従来の空調機のそれぞれに対
し、単一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を用いた時の動作係数
を測定し、これらの値の比（％）を算出した結果を図２
８に比較して示す。図２８に示されるように、冷房時・
暖房時のいずれの場合でも、従来の空調機に比べ動作係
数が向上している。よって効率の高い、コンパクトな冷
凍・空調機を実現することができる。

【００７９】続いて、本実施の形態の空調機１０００
と、従来のフィン付き伝熱管１５０（図３参照）を備え
た熱交換器を室内熱交換器１０２６及び室外熱交換器１
０２４として用いる従来の空調機のそれぞれに対し、単
一冷媒（ＨＣＦＣ−２２）を用いた時の動作係数と、非
共沸混合冷媒（ＨＦＣ−３２，ＨＦＣ−１２５，ＨＦＣ
−１３４ａを３０，１０，６０ｗｔ％づつ混ぜ合わせた
もの）を用いた時の動作係数とを測定し、これらの値の
比（％）を算出した結果を図２９に比較して示す。

【００８０】図２９に示されるように、冷房時・暖房時
のいずれの場合でも、従来の空調機では、単一冷媒から
非共沸混合冷媒に入れ替えると動作係数（ＣＯＰ）の値
が約９３〜９５％程度に低下してしまうのに対し、本実
施の形態の空調機１０００は、単一冷媒から非共沸混合
冷媒に入れ替えても、動作係数は従来空調機の単一冷媒
を用いた場合に近い値を得ることができる。よって効率
の高い、コンパクトな非共沸混合冷媒用冷凍・空調機を
実現することができる。

【００８１】なお、上記第１０の実施の形態において
は、熱交換器９００を空調機に適用した実施の形態を説
明したが、冷凍機に対しても同様に適用可能であること
は言うまでもない。

【００８２】以上の実施の形態におけるフィンは、伝熱
管内を螺旋状に形成されているものであるが、以下に述
べるように内面フィンを松葉状に形成しても、上記した
実施の形態の効果を損なうものではない。

【００８３】図３０は、伝熱管２０００の展開図と拡大
図である。伝熱管２０００の内面フィン２００２は松葉
状に螺旋角が不連続に変化している。この内面フィン２
００２は、第１の実施の形態で説明した形状となってお
り、伝熱管２０００の内面２００４と平行な縦断面の形
状が凹凸形状あるいは略波形をなす上部領域２００２Ｕ
と伝熱管２０００の内面２００４と平行な縦断面の形状
が略直線状をなす下部領域２００２Ｌとを有する。ま
た、凹凸形状あるいは略波形形状のピッチは、第１の実
施の形態と同様の考え方で決める。

【００８４】

【発明の効果】本発明のフィン付き伝熱管によれば、伝
熱管内面のフィン上部に設けられた第１の部分の縦断面
形状が略波形あるいは凹凸形状となっているので、凝縮
・蒸発伝熱性能を向上できる。そしてこのときフィン下
部の第２の部分の縦断面形状は略直線状であることによ
る伝熱性能低下は生じない。したがって、第２の部分の
加工が不要な分、全体として高精度かつ容易な加工を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるフィン付き伝
熱管の詳細構造を表す部分拡大横断面図である。

【図２】図１に示したフィン付き伝熱管の横断面図であ
る。

【図３】従来技術によるフィン付き伝熱管の横断面図で
ある。

【図４】従来技術によるフィン付き伝熱管の横断面図
と、管内の液の分布を示す図である。

【図５】従来技術によるフィン付き伝熱管の縦断面図
と、溝内の液の上昇を示す図である。

【図６】従来技術によるフィン付き伝熱管の溝断面拡大
図と、そこに生じる液の分布を示す図である。

【図７】従来技術によるフィン付き伝熱管の内面フィン
拡大図と、そこに生じる液の分布を示す図である。

【図８】ＨＦＣ−３２及びＨＦＣ−１３４ａの２種混合
冷媒の気液平衡線図である。

【図９】濃度境界層が生じる様子を表す伝熱管の水平縦
断面図である。

【図１０】図９中Ｘ−Ｘ断面による部分横断面図であ
る。

【図１１】図３に示した従来の伝熱管に対し、単一冷媒
を用いた場合の平均凝縮熱伝達率と、非共沸混合冷媒を
用いた場合の平均凝縮熱伝達率の測定結果を比較して示
した図である。

【図１２】図１に示された伝熱管に備えられたフィンの
端部近傍の斜視図である。

【図１３】図１２中XIII−XIII横断面図である。

【図１４】図１に示された伝熱管と、図３に示された従
来の伝熱管のそれぞれに対し、単一冷媒を流した場合、
及び非共沸混合冷媒を流した場合の凝縮熱伝達率を測定
した結果を比較して示した図である。

【図１５】図１に示された伝熱管と、図３に示された従
来の伝熱管のそれぞれに対し、単一冷媒を流した場合、
及び非共沸混合冷媒を流した場合の平均凝縮熱伝達率を
測定した結果を比較して示した図である。

【図１６】図１に示された伝熱管の沸騰熱伝達時におけ
る挙動を表す、フィンの端部近傍の斜視図である。

【図１７】本発明の第２の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン端部近傍の斜視図である。

【図１８】本発明の第３の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン端部近傍の斜視図である。

【図１９】本発明の第４の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン端部近傍の斜視図である。

【図２０】本発明の第５の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン端部近傍の斜視図である。

【図２１】本発明の第６の実施の形態の伝熱管の縦断面
図である。

【図２２】本発明の第６の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン部近傍の斜視図である。

【図２３】本発明の第７の実施の形態の伝熱管の要部で
ある、フィン端部近傍の構造を表す側面図である。

【図２４】本発明の第８の実施の形態の薄膜伝熱面の要
部である、フィンの端部近傍の斜視図である。

【図２５】本発明の第９の実施の形態による熱交換器の
概略構造を表す部分斜視図である。

【図２６】図１に示された伝熱管を備えた熱交換器と、
図３に示された従来の伝熱管を備えた熱交換器のそれぞ
れに対し、単一冷媒を流した場合、及び非共沸混合冷媒
を流した場合の熱通過率を測定した結果を比較して示し
た図である。

【図２７】本発明の第１０の実施の形態による空調機の
全体構造を表す系統概念図である。

【図２８】図１に示した伝熱管を備えた熱交換器を用い
る空調機と、図３に示した従来の伝熱管を備えた熱交換
器を用いる従来の空調機に対し、単一冷媒を用いた時の
動作係数の比を示す図である。

【図２９】図１に示した伝熱管を備えた熱交換器を用い
る空調機と、図３に示した従来の伝熱管を備えた熱交換
器を用いる従来の空調機に対し、単一冷媒・非共沸混合
冷媒を用いた時の動作係数の比を示す図である。

【図３０】伝熱管内部のフィン形状の他の実施の形態で
ある。

【図３１】蒸発時のフィン端部近傍の液相で濡れた領域
を示す図である。

【符号の説明】

１…溝、２…フィン、２Ｌ…下部領域（第２の部分）、
２Ｕ…上部領域（第１の部分）、２Ｕa…凸部、２Ｕb…
凹部、４…内面、１７…冷媒液、１００…伝熱管、２０
０…伝熱管、２０１…溝、２０２…フィン、２０２Ｌ…
下部領域（第２の部分）、２０２Ｕ…上部領域（第１の
部分）、２０４…内面、２１２…フィン母材、２１８…
切り込み、３００…伝熱管、３０２…フィン、３０２ａ
…稜線、３０４…内面、４００…伝熱管、４０１…溝、
４０２…フィン、４０２Ｌ…下部領域（第２の部分）、
４０２Ｕ…上部領域（第１の部分）、４０４…内面、４
１２…フィン母材、４１８ａ…第一の切り込み、４１８
ｂ…第二の切り込み、５００…伝熱管、５０１…溝、５
０２…フィン、５０２Ｌ…下部領域（第２の部分）、５
０２Ｕ…上部領域（第１の部分）、５０４…内面、６０
０…伝熱管、６０１ａ…主溝、６０１ｂ…２次溝、６０
２…フィン、７００…伝熱管、７０２…フィン、７０２
Ｌ…下部領域（第２の部分）、７０２Ｕ…上部領域（第
１の部分）、７０４…外面、８００…薄膜伝熱面、８０
１…基板部材、８０２…フィン、８０２Ｌ…下部領域
（第２の部分）、８０２Ｕ…上部領域（第１の部分）、
９００…熱交換器、９０５…空気流、９０６…フィン、
９０８…ルーバ、１０００…空調機、１０２２…圧縮
機、１０００…四方弁、１０２４…室外熱交換器、１０
２５…膨張弁、１０２６…室内熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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

【特許請求の範囲】

【請求項１】伝熱管の内面及び外面のうちいずれか一方
の面に複数のフィンが形成された熱交換器において、前
記フィンのそれぞれは、このフィンの頂部を含む第１の
部分と、このフィンの根元を含む第２の部分とを有し、
前記第１の部分は、その稜線が凹凸形状あるいは略波形
をなすようにしたものであり、前記第２の部分は、前記
フィンが形成されたいずれか一方の面と平行な切断面の
フィン長手方向の輪郭が略直線状をなすようにしたもの
である熱交換器。
【請求項２】第１項において、前記第１の部分の、稜線
に形成された凹凸形状あるいは略波形は、この凹凸形状
あるいは略波形の振幅方向が、前記伝熱管の一方の面に
沿う方向に形成されたものである熱交換器。
【請求項３】第１項において、前記第１の部分の、稜線
に形成された凹凸形状あるいは略波形は、この凹凸形状
あるいは略波形の振幅方向が、前記伝熱管の一方の面に
直角方向に形成されたものである熱交換器。
【請求項４】第１項において、前記第１の部分の、稜線
に形成された凹凸形状あるいは略波形は、ランダムな凹
凸により形成されたものである熱交換器。
【請求項５】第１項において、前記第１の部分の、稜線
に形成された凹凸形状あるいは略波形の振幅及び周期
は、前記フィンの横断面上部の寸法に基づいて決められ
るものである熱交換器。