JPH10153360A - 内面溝付伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管内壁に形成された条溝を流れる凝縮液冷媒
を途中で管中心側へ飛散せしめることにより、条溝内で
の液冷媒膜厚の成長を防止し、もって高い伝熱性能（換
言すれば、凝縮性能）を発揮し得るようにする。 【解決手段】 管内面に管軸方向に対して所定のリード
角αをもって連続する多数の条溝１，１・・を形成して
なる内面溝付伝熱管において、前記各条溝１における１
周期において前記リード角αとは異なるリード角βを有
する異形部２を形成して、凝縮器として作用させた場合
における条溝１内での液膜厚の成長を抑制し得るように
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、熱交換器に用い
られる内面溝付伝熱管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器に用いられる伝熱管は、伝熱管
内外を流通する流体間で熱の授受を行うものであり、そ
の伝熱性能を向上させるための工夫が従来から種々試み
られてきている。

【０００３】例えば、図１２ないし図１４に示すよう
に、管内面に管軸方向に対して所定のリード角αをもっ
て螺旋状に連続する多数の三角形状の条溝１，１・・を
形成して、管内熱伝達率を向上させるようにした内面溝
付伝熱管がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記構成の
内面溝付伝熱管を凝縮器用として用いた場合、管内を流
通する冷媒の乾き度が入口側から出口側に向かうに従っ
て低下していき、前記各条溝１内を環状流となった冷媒
のうちの凝縮液冷媒が流れて行くが、この凝縮液冷媒の
膜厚Ｘが、図１５に示すように、下流側にいくに従って
厚くなっていく。すると、管内壁と冷媒気液界面との間
の熱抵抗が増大し、凝縮性能を低下させてしまうという
問題がある。

【０００５】本願発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、管内壁に形成された条溝を流れる凝縮液冷媒を途
中で管中心側へ飛散せしめることにより、条溝内での液
冷媒膜厚の成長を抑制し、もって高い伝熱性能（換言す
れば、凝縮性能）を発揮し得るようにすることを目的と
するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願発明の第１の基本構
成では、上記課題を解決するための手段として、管内面
に管軸方向に対して所定のリード角αをもって連続する
多数の条溝１，１・・を形成してなる内面溝付伝熱管に
おいて、前記各条溝１における１周期において前記リー
ド角αとは異なるリード角βを有する異形部２を形成し
ている。

【０００７】上記のように構成したことにより、凝縮器
として作用させた場合に、入口側から出口側に向かうに
したがってガス冷媒が順次凝縮液化されて液冷媒になる
が、その際、ガス冷媒は管中心側を流れ、液冷媒は管壁
側（即ち、条溝１内）を流れる。そこで、各条溝１につ
いて見ると、該条溝１を流れている液冷媒は、その途中
に形成されているリード角の異なる異形部２において溝
側壁に衝突して管中心側へ飛散し、ガス冷媒とともに流
れることとなる。従って、条溝１における液膜が厚く成
長することがなくなり、高い伝熱性能を得ることができ
る。なお、前記異形部２の長さを短くすれば、蒸発器と
して作用させた場合に、低流量域で液冷媒が条溝１に沿
って流れることが可能になり、ドライアウトによる蒸発
能力の低下を防止できる。

【０００８】本願発明の第１の基本構成において、前記
各条溝１を螺旋状に連続するものとした場合、条溝１に
沿って液冷媒がスムーズに流れることとなり、管全体で
の伝熱性能が向上する。

【０００９】また、前記リード角βを鋭角とした場合、
凝縮器として作用させた場合に液冷媒を管中心側への飛
散させる効果は小さくなるものの、蒸発器として作用さ
せた場合に液冷媒をスムーズに流す効果は増大する。

【００１０】また、前記リード角βを直角とした場合、
凝縮器として作用させた場合に液冷媒を管中心側への飛
散させる効果が大きくなるが、蒸発器として作用させた
場合に液冷媒をスムーズに流すには、異形部２を短くし
なければならない。

【００１１】また、前記リード角βを鈍角とした場合、
凝縮器として作用させた場合に液冷媒を管中心側への飛
散させる効果が大きくなるため、異形部２を短くするこ
とができ、蒸発器として作用させた場合にも液冷媒をス
ムーズに流すことが可能となる。

【００１２】前記異形部２（例えば、リード角が同一の
もの、あるいは相異するもの）を複数形成した場合、各
条溝１における液冷媒と異形部２の溝側壁との衝突回数
が増加することとなり、液膜の成長をより一層抑制する
ことができる。

【００１３】本願発明の第２の基本構成では、上記課題
を解決するための手段として、管内面の管軸方向に対し
てのリード角α，α′が管内周方向に対して互いに逆向
きとなり且つ管軸方向に対して同一方向に延びる条溝
１，１′と、該条溝１，１′の先端を結ぶ周方向条溝３
とを有して構成している。

【００１４】このように構成したことにより、凝縮器と
して作用させた場合に、入口側から出口側に向かうにし
たがってガス冷媒が順次凝縮液化されて液冷媒になる
が、その際、ガス冷媒は管中心側を流れ、液冷媒は管壁
側（即ち、条溝内）を流れる。そこで、各条溝１，１′
について見ると、該条溝１，１′を流れている液冷媒
は、各条溝１，１′を結ぶ周方向条溝３において溝側壁
に衝突して管中心側へ飛散し、ガス冷媒とともに流れる
こととなる。従って、条溝１，１′における液膜が厚く
成長することがなくなり、高い伝熱性能を得ることがで
きる。

【００１５】本願発明の第２の基本構成において、前記
条溝１，１′および周方向条溝３の組み合わせで形成さ
れるパターンを、管内周方向に複数連続して形成した場
合、管径が大きくなっても、条溝１，１′における液膜
成長を有効に抑制できる。

【００１６】本願発明の第３の基本構成では、上記課題
を解決するための手段として、管内面の管軸方向に対し
てのリードα′が管内周方向に対して互いに同一となり
且つ管軸方向に対して同一方向に延びる二つの条溝
１′，１′と、該条溝１′，１′に挟まれ、これらの条
溝１′，１′と管内周方向に対して逆向きのリード角α
を有し且つ管軸方向に対して同一方向に延びる中間条溝
１と、該中間条溝１の先端と前記二つの条溝１′，１′
の先端のうち近い方とを結ぶ第１周方向条溝４と、前記
中間条溝１の後端と前記二つの条溝１′，１′の後端の
うち近い方とを結ぶ第２周方向条溝４′とを有して構成
している。

【００１７】このように構成したことにより、凝縮器と
して作用させた場合に、入口側から出口側に向かうにし
たがってガス冷媒が順次凝縮液化されて液冷媒になる
が、その際、ガス冷媒は管中心側を流れ、液冷媒は管壁
側（即ち、条溝１，１′内）を流れる。そこで、各条溝
１，１′について見ると、条溝１，１′を流れている液
冷媒は、各条溝を結ぶ第１および第２周方向条溝４，
４′において溝側壁に衝突して管中心側へ飛散し、ガス
冷媒とともに流れることとなる。従って、条溝１，１′
における液膜が厚く成長することがなくなり、高い伝熱
性能を得ることができる。しかも、条溝１に対して反対
位置に周方向条溝４，４′が形成されているため、冷媒
流通方向を逆向きとしても同一の能力を発揮できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、本
願発明の幾つかの好適な実施の形態について詳述する。

【００１９】第１の実施の形態 図１には、本願発明の第１の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００２０】この伝熱管は、基本的には従来技術の項に
おいて示したものと同様に、管内面に管軸方向に対して
所定のリード角αをもって螺旋状に連続する多数の三角
形状の条溝１，１・・を形成して構成されているが、該
各条溝１には、１周期においてリード角の異なる（即
ち、リード角βを有する）異形部２が１個形成されてい
る。この場合、α＜＜β＜９０°とされている。なお、
この内面溝付伝熱管は、長手両端１ａ，１ａを順次溶接
することにより管形状とする電縫管とされている。

【００２１】上記のように構成された内面溝付伝熱管を
凝縮器として作用させた場合には、入口側から出口側に
向かうにしたがってガス冷媒が順次凝縮液化されて液冷
媒になるが、その際、ガス冷媒は管中心側を流れ、液冷
媒は管壁側（即ち、条溝１内）を流れる。そこで、各条
溝１について見ると、条溝１を流れている液冷媒は、そ
の途中に形成されているリード角の異なる（即ち、リー
ド角βを有する）異形部２において溝側壁に衝突して管
中心側へ飛散し、ガス冷媒とともに流れることとなる。
従って、条溝１における液膜が厚く成長することがなく
なり、高い伝熱性能（換言すれば、高い凝縮性能）を得
ることができる。なお、前記異形部２を短くすれば、蒸
発器として作用させた場合に、低流量域で液冷媒が条溝
１に沿って流れることが可能になり、ドライアウトによ
る蒸発能力の低下を防止できる。

【００２２】第２の実施の形態 図２には、本願発明の第２の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００２３】この場合、一つの条溝１には、リード角β
を有する二つの異形部２，２が形成されている。この場
合にも、α＜＜β＜９０°とされている。このようにす
ると、各条溝１における液冷媒と異形部２の溝側壁との
衝突回数が増加することとなり、液膜の成長をより一層
抑制することができる。その他の構成および作用効果は
第１の実施の形態におけると同様なので説明を省略す
る。

【００２４】第３の実施の形態 図３には、本願発明の第３の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００２５】この場合、一つの条溝１には、リード角β
（β＝９０°＞＞α）の異形部２が１個形成されてい
る。このようにすると、第１の実施の形態のものに比べ
て管内流通抵抗は増大するが、条溝１を流れる液冷媒が
確実に異形部３の溝側壁と衝突することとなり、液膜成
長抑制効果は大きくなる。なお、蒸発器として作用させ
た場合に液冷媒をスムーズに流すには、異形部２を短く
しなければならない。その他の構成および作用効果は第
１の実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

【００２６】第４の実施の形態 図４には、本願発明の第４の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００２７】この場合、一つの条溝１には、リード角β
（β＝９０°＞＞α）の二つの異形部２，２が形成され
ている。このようにすると、第２の実施の形態のものに
比べて管内流通抵抗は増大するが、条溝１を流れる液冷
媒が二つの異形部２，２の溝側壁と確実に衝突すること
となり、液膜の成長をより一層抑制することができる。
その他の構成および作用効果は第１の実施の形態におけ
ると同様なので説明を省略する。

【００２８】第５の実施の形態 図５には、本願発明の第５の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００２９】この場合、一つの条溝１には、リード角β
（β＝９０°＞＞α）の異形部２とリード角β（α＜＜
β＜９０°）の異形部２とが形成されている。このよう
にすると、条溝１を流れる液冷媒が確実に異形部２，２
の溝側壁と衝突することとなり、衝突回数の増加によ
り、液膜の成長をより一層抑制することができるととも
に、リード角β（β＝９０°）の異形部２を２個形成す
る場合に比べて管内流通抵抗を小さく抑えることができ
る。その他の構成および作用効果は第１の実施の形態に
おけると同様なので説明を省略する。

【００３０】第６の実施の形態 図６には、本願発明の第６の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００３１】この場合、一つの条溝１には、リード角β
（β＞９０°＞＞α）の異形部２が１個形成されてい
る。このようにすると、凝縮器として作用させた場合に
液冷媒を管中心側への飛散させる効果が大きくなるた
め、異形部２を大幅に短くすることができ、蒸発器とし
て作用させた場合にも、低流量域で液冷媒を条溝１に沿
ってスムーズに流すことが可能となり、ドライアウトに
よる蒸発能力の低下を防止できる。その他の構成および
作用効果は第１の実施の形態におけると同様なので説明
を省略する。

【００３２】第７の実施の形態 図７には、本願発明の第７の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００３３】この場合、一つの条溝１には、リード角β
（β＞９０°＞＞α）の二つの異形部２，２が形成され
ている。このようにすると、第６の実施の形態のものに
比べて管内流通抵抗は増大するが、条溝１を流れる液冷
媒が二つの異形部２，２の溝側壁と確実に衝突すること
となり、液膜の成長をより一層抑制することができる。
その他の構成および作用効果は第１の実施の形態におけ
ると同様なので説明を省略する。

【００３４】第８の実施の形態 図８には、本願発明の第８の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００３５】この場合、管内面の管軸方向に対してのリ
ード角α，α′が管内周方向に対して互いに逆向きとな
り且つ管軸方向に対して同一方向に延びる条溝１，１′
と、該条溝１，１′の先端を結ぶ周方向条溝３とを有し
ている。該周方向条溝３のリード角βは、α＜＜β＜９
０°とされている。なお、前記条溝１，１′および周方
向条溝３の組み合わせパターンは、管長手方向に所定間
隔で多数形成されている。

【００３６】上記のように構成された内面溝付伝熱管を
凝縮器として作用させた場合には、入口側から出口側に
向かうにしたがってガス冷媒が順次凝縮液化されて液冷
媒になるが、その際、ガス冷媒は管中心側を流れ、液冷
媒は管壁側（即ち、条溝１，１′内）を流れる。そこ
で、各条溝１，１′について見ると、条溝１，１′を流
れている液冷媒は、その先端を結ぶリード角βの周方向
条溝３において溝側壁に衝突して管中心側へ飛散し、ガ
ス冷媒とともに流れることとなる。従って、条溝１，
１′における液膜が厚く成長することがなくなり、高い
伝熱性能（換言すれば、高い凝縮性能）を得ることがで
きる。

【００３７】第９の実施の形態 図９には、本願発明の第９の実施の形態にかかる内面溝
付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００３８】この場合、第８の実施の形態における周方
向条溝３のリード角βが９０°とされている。このよう
にすると、条溝１，１′を流れる液冷媒が確実に周方向
条溝３の溝側壁と衝突することとなり、液膜成長抑制効
果は大きくなる。その他の構成および作用効果は第８の
実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

【００３９】第１０の実施の形態 図１０には、本願発明の第１０の実施の形態にかかる内
面溝付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００４０】この場合、第８あるいは第９の実施の形態
における条溝１，１′および周方向条溝３の組み合わせ
で形成されるパターンを、管内周方向に複数（例えば、
２個）連続して形成している。このようにすると、管径
が大きくなっても、条溝１，１′における液膜成長を有
効に抑制できる。その他の構成および作用効果は第８の
実施の形態におけると同様なので説明を省略する。

【００４１】第１１の実施の形態 図１１には、本願発明の第１１の実施の形態にかかる内
面溝付伝熱管の部分展開図が示されている。

【００４２】この場合、管内面の管軸方向に対してのリ
ードα′が管内周方向に対して互いに同一となり且つ管
軸方向に対して同一方向に延びる二つの条溝１′，１′
と、該条溝１′，１′に挟まれ、これらの条溝１′，
１′と管内周方向に対して逆向きのリード角αを有し且
つ管軸方向に対して同一方向に延びる中間条溝１と、該
中間条溝１の先端と前記二つの条溝１′，１′の先端の
うち近い方とを結ぶ第１周方向条溝４と、前記中間条溝
１の後端と前記二つの条溝１′，１′の後端のうち近い
方とを結ぶ第２周方向条溝４′とを有して構成してい
る。このようにすると、凝縮器として作用させた場合
に、入口側から出口側に向かうにしたがってガス冷媒が
順次凝縮液化されて液冷媒になるが、その際、ガス冷媒
は管中心側を流れ、液冷媒は管壁側（即ち、条溝１，
１′内）を流れる。そこで、各条溝１，１′について見
ると、条溝１，１′を流れている液冷媒は、各条溝を結
ぶ第１および第２周方向条溝４，４′において溝側壁に
衝突して管中心側へ飛散し、ガス冷媒とともに流れるこ
ととなる。従って、条溝１，１′における液膜が厚く成
長することがなくなり、高い伝熱性能を得ることができ
る。しかも、条溝１に対して反対位置に周方向条溝４，
４′が形成されているため、冷媒流通方向を逆向きとし
ても同一の能力を発揮できる。

【００４３】

【発明の効果】本願発明の第１の基本構成によれば、管
内面に管軸方向に対して所定のリード角αをもって連続
する多数の条溝１，１・・を形成してなる内面溝付伝熱
管において、前記各条溝１における１周期において前記
リード角αとは異なるリード角βを有する異形部２を形
成して、凝縮器として作用させた場合に、条溝１内を流
れる液冷媒が、異形部２において溝側壁に衝突して管中
心側へ飛散してガス冷媒とともに流れるようにしている
ので、条溝１における液膜が厚く成長することがなくな
り、高い伝熱性能（換言すれば、高い凝縮性能）を得る
ことができるという優れた効果がある。なお、前記異形
部２の長さを短くすれば、蒸発器として作用させた場合
に、低流量域で液冷媒が条溝１に沿って流れることが可
能になり、ドライアウトによる蒸発能力の低下を防止で
きる。

【００４４】本願発明の第２の基本構成によれば、管内
面の管軸方向に対してのリード角α，α′が管内周方向
に対して互いに逆向きとなり且つ管軸方向に対して同一
方向に延びる条溝１，１′と、該条溝１，１′の先端を
結ぶ周方向条溝３とを有して構成し、凝縮器として作用
させた場合に、条溝１，１′を流れる液冷媒が、各条溝
１，１′を結ぶ周方向条溝３において溝側壁に衝突して
管中心側へ飛散してガス冷媒とともに流れるようにして
いるので、条溝１，１′における液膜が厚く成長するこ
とがなくなり、高い伝熱性能（換言すれば、高い凝縮性
能）を得ることができるという優れた効果がある。

【００４５】本願発明の第３の基本構成によれば、管内
面の管軸方向に対してのリードα′が管内周方向に対し
て互いに同一となり且つ管軸方向に対して同一方向に延
びる二つの条溝１′，１′と、該条溝１′，１′に挟ま
れ、これらの条溝１′，１′と管内周方向に対して逆向
きのリード角αを有し且つ管軸方向に対して同一方向に
延びる中間条溝１と、該中間条溝１の先端と前記二つの
条溝１′，１′の先端のうち近い方とを結ぶ第１周方向
条溝４と、前記中間条溝１の後端と前記二つの条溝
１′，１′の後端のうち近い方とを結ぶ第２周方向条溝
４′とを有して構成し、凝縮器として作用させた場合
に、条溝１，１′を結ぶ第１および第２周方向条溝４，
４′において溝側壁に衝突して管中心側へ飛散してガス
冷媒とともに流れるようにしているので、条溝１，１′
における液膜が厚く成長することがなくなり、高い伝熱
性能（換言すれば、高い凝縮性能）を得ることができる
という優れた効果がある。しかも、条溝１に対して反対
位置に第１および第２周方向条溝４，４′が形成されて
いるため、冷媒流通方向を逆向きとしても同一の能力を
発揮できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の第１の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図２】本願発明の第２の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図３】本願発明の第３の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図４】本願発明の第４の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図５】本願発明の第５の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図６】本願発明の第６の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図７】本願発明の第７の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図８】本願発明の第８の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図９】本願発明の第９の実施の形態にかかる内面溝付
伝熱管の部分展開図である。

【図１０】本願発明の第１０の実施の形態にかかる内面
溝付伝熱管の部分展開図である。

【図１１】本願発明の第１１の実施の形態にかかる内面
溝付伝熱管の部分展開図である。

【図１２】一般の内面溝付伝熱管の斜視図である。

【図１３】一般の内面溝付伝熱管の部分展開図である。

【図１４】一般の内面溝付伝熱管の部分拡大断面図であ
る。

【図１５】一般の内面溝付伝熱管の条溝に沿った部分拡
大断面図である。

【符号の説明】

１，１′は条溝、２，は異形部、３は周方向条溝、４は
第１周方向条溝、４′は第２周方向条溝、α，α′βは
リード角。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蛭子 毅 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 中田 春男 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 奥山 和之 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管内面に管軸方向に対して所定のリード
   角（α）をもって連続する多数の条溝（１），（１）・
   ・を形成してなる内面溝付伝熱管であって、前記各条溝
   （１）における１周期において前記リード角（α）とは
   異なるリード角（β）を有する異形部（２）が形成され
   ていることを特徴とする内面溝付伝熱管。
2. 【請求項２】 前記各条溝（１）は螺旋状に連続するも
   のとされていることを特徴とする前記請求項１記載の内
   面溝付伝熱管。
3. 【請求項３】 前記リード角（β）は鋭角とされている
   ことを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれ
   か一項記載の内面溝付伝熱管。
4. 【請求項４】 前記リード角（β）は直角とされている
   ことを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれ
   か一項記載の内面溝付伝熱管。
5. 【請求項５】 前記リード角（β）は鈍角とされている
   ことを特徴とする前記請求項１および請求項２のいずれ
   か一項記載の内面溝付伝熱管。
6. 【請求項６】 前記異形部（２）は複数形成されてお
   り、それらのリード角（β）は同一とされていることを
   特徴とする前記請求項１ないし請求項５のいずれか一項
   記載の内面溝付伝熱管。
7. 【請求項７】 前記異形部（２）は複数形成されてお
   り、それらのリード角（β）は相異していることを特徴
   とする前記請求項１ないし請求項５のいずれか一項記載
   の内面溝付伝熱管。
8. 【請求項８】 管内面の管軸方向に対してのリード角
   （α），（α′）が管内周方向に対して互いに逆向きと
   なり且つ管軸方向に対して同一方向に延びる条溝
   （１），（１′）と、該条溝（１），（１′）の先端を
   結ぶ周方向条溝（３）とを有することを特徴とする内面
   溝付伝熱管。
9. 【請求項９】 前記条溝（１），（１′）および周方向
   条溝（３）の組み合わせで形成されるパターンを、管内
   周方向に複数連続して形成したことを特徴とする前記請
   求項８記載の内面溝付伝熱管。
10. 【請求項１０】 管内面の管軸方向に対してのリード
    （α′）が管内周方向に対して互いに同一となり且つ管
    軸方向に対して同一方向に延びる二つの条溝（１′），
    （１′）と、該条溝（１′），（１′）に挟まれ、これ
    らの条溝（１′），（１′）と管内周方向に対して逆向
    きのリード角（α）を有し且つ管軸方向に対して同一方
    向に延びる中間条溝（１）と、該中間条溝（１）の先端
    と前記二つの条溝（１′），（１′）の先端のうち近い
    方とを結ぶ第１周方向条溝（４）と、前記中間条溝
    （１）の後端と前記二つの条溝（１′），（１′）の後
    端のうち近い方とを結ぶ第２周方向条溝（４′）とを有
    することを特徴とする内面溝付伝熱管。