JPH1030893A

JPH1030893A - 熱交換器および伝熱管

Info

Publication number: JPH1030893A
Application number: JP18790696A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ozaki; 一憲尾崎; Takayuki Tamura; 貴之田村
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-03

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱管の下流側におけるデッドゾーンの発生
を抑制し、伝熱管の配置密度を高めて熱交換効率を高め
られる熱交換器および伝熱管を提供する。【解決手段】本体１が画成する第１熱媒の流路内に多
数の伝熱管２０を平行に配列し、これら伝熱管２０を通
して第２熱媒を流すことによりその加熱または冷却を行
う熱交換器であって、伝熱管２０の少なくとも一部は断
面楕円状に形成されている。伝熱管２０の表面にはディ
ンプル部２０Ａが形成されるとともに、伝熱管２０は、
その長径方向を第１熱媒の流れる方向に沿わせた状態で
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱媒の流路に多数
の伝熱管を配列し、これら伝熱管を通して流体を流すこ
とにより前記流体の加熱または冷却を行う熱交換器、お
よびそれに用いる伝熱管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の熱交換器の一例として、吸収式
冷却機（吸収式冷凍機や吸収式冷房機等を総称する）に
使用されるものがある。吸収式冷却機の熱交換器は、角
筒状の熱媒流路内に、例えば数１００本の伝熱管を流れ
に直交させて互いに平行に配列してなるものであり、熱
媒流路には、強制冷却された臭化リチウム溶液等の熱媒
を流す一方、伝熱管内には水を循環させ、伝熱管を通っ
て冷却された水を冷房や冷蔵、冷凍に使用するようにし
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
熱交換器において熱交換効率を高めるためには、伝熱管
と伝熱管の間隙を狭くして、伝熱管の配置密度を増すこ
とが望ましい。ところが伝熱管の配置間隔をある程度ま
で狭くすると、それ以上熱交換効率が向上しない現象が
見いだされた。

【０００４】そこで本発明者らはこの現象を詳細に検討
し、その結果、伝熱管の配置密度を高めると、隣接する
円形の伝熱管の下流側に流れが淀む箇所、いわゆるデッ
ドゾーンが生じ、伝熱効率を抑制するということを見い
だした。さらに、本発明者らは、伝熱管の断面形状を従
来の円形から楕円形状に変更すると、デッドゾーンが生
じにくくなる、もしくは小さくなることを発見した。本
発明は上記知見に基づいてなされたものであり、伝熱管
の下流側にデッドゾーンが生じることを抑制し、伝熱管
の配置密度を高め、ひいては熱交換効率を高められる熱
交換器および伝熱管を提供することを課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器
は、第１熱媒の流路に多数の伝熱管を配列し、これら伝
熱管を通して第２熱媒を流すことにより前記第２熱媒の
加熱または冷却を行う熱交換器であって、前記伝熱管の
少なくとも一部は断面楕円状に形成されていることを特
徴とする。また、本発明に係る伝熱管は、管状をなし少
なくとも一部の断面が楕円状に形成されていることを特
徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る熱交換器の
一実施形態を示す断面図である。この熱交換器は気密的
な箱状の本体１を有し、この本体１の天板部４には流入
口６が、底板部１６には流出口１８がそれぞれ形成され
ている。なお、箱状の本体１の代わりに、両端の塞がれ
た円筒状などの形状の本体１も採用できる。流入口６お
よび流出口１８は第１熱媒循環装置（図示略）に接続さ
れており、流入口６から流出口１８へ向けて第１熱媒を
連続的に流すことにより、本体１内では上方から下方へ
向かう流れが生じるようになっている。流入口６と伝熱
管２０との間、および流出口１８と伝熱管２０の間に
は、それぞれ異物捕捉用のスクリーン２２が張られてい
る。

【０００７】なお、本発明の熱交換器は冷却のためだけ
ではなく、加熱のために使用することもできる。第１熱
媒としては、一般に臭化リチウム溶液等が使用される
が、これに限定されるものではなく、水や各種溶媒、フ
ロン、溶融金属など従来から使用されているいかなる種
類の熱媒も使用可能である。

【０００８】本体１の図中左右壁面は互いに平行な一対
の隔壁２で構成され、これら隔壁２には、図２に示すよ
うに、そのほぼ全面に亘って多数の開口部２Ａが互いに
一定間隔を空けて形成されている。各隔壁２の開口部２
Ａは互いに対向しあい、対をなす開口部２Ａにそれぞれ
伝熱管２０の両端が差し込まれることにより、伝熱管２
０が水平に支持されている。これにより本体１内には、
互いに平行に多数（例えば数百本）の伝熱管２０が一定
間隔を空けて配列されている。

【０００９】それぞれの隔壁２の外側には、図１に示す
ように、伝熱管２０の内部に通じる導入室８および導出
室１２が設けられている。導入室８には流入口１０が、
導出室１２には流出口１４がそれぞれ形成され、これら
流入口１０および流出口１４は、図示しない第２熱媒の
循環装置に接続されて、流入口１０から入った第２熱媒
は伝熱管２０を通って流出口１４から流出するようにな
っている。第２熱媒としては、一般に水などが使用され
るが、本発明はそれに限定されず、従来使用されている
いかなる熱媒も使用可能である。

【００１０】この例では、流入口１０が導入室８の下
側、流出口１４が導出室１２の上側に形成されている
が、逆でもよいし同じ高さでもよい。また、必要であれ
ば、各伝熱管２０にそれぞれ別個に第２熱媒が循環され
るようにしてもよい。

【００１１】この実施形態の主たる特徴は、図４（断面
拡大図）に示すように、伝熱管２０の断面形状が楕円形
状にされ、しかも、図２に示すように全ての伝熱管２０
はその長径方向を上下方向へ向けて配置されていること
にある。伝熱管２０の長径寸法は、その短径寸法の例え
ば１．１〜５．０倍、より好ましくは１．３〜３．０倍
とされるが、この範囲に限定されることはない。伝熱管
２０の長さや径、厚さ等は熱交換器の用途に合わせて設
定され、限定されることはないが、例えば一般的な吸熱
式冷却機に適用する場合には、長径寸法が１５〜３０ｍ
ｍ程度とされる。伝熱管２０の材質は銅または銅合金が
一般に使用されるが、必要に応じては他の材質を使用す
ることも可能である。

【００１２】この実施形態の伝熱管２０の外周面には、
図３および図４に示すように、凹球面状をなす多数のデ
ィンプル部２０Ａが形成され、伝熱管２０の内周面では
凸となっている。ディンプル部２０Ａは外に向けて凸で
あってもよいし、一部が凸で他が凹であってもよい。こ
の例では、平面視したディンプル部２０Ａの形状が円形
であるが、これは楕円形または角形であってもよいし、
細長い直線状であってもよい。楕円形状もしくは細長い
直線状にした場合には、ディンプル部２０Ａの長手方向
を伝熱管２０の軸線方向に向けると、本体１内を流れる
熱媒に対するディンプル部２０Ａの乱流発生効果が高め
られる。ただし、円周方向に向けることもできるし、必
要に応じては、ディンプル部２０Ａを形成しない構成も
可能である。伝熱管２０の外周面または内周面に螺旋状
等の溝または突条を形成してもよい。

【００１３】伝熱管２０には、図４に示すように、ディ
ンプル部２０Ａが形成されていない帯状をなす平滑部２
０Ｂと、この平滑部２０Ｂの中心に沿って伝熱管軸線方
向へ延びる溶接部２０Ｃが形成されている。このような
平滑部２０Ｂおよび溶接部２０Ｃが形成されているの
は、この実施形態の伝熱管２０は、電縫加工で製造され
たものだからである。すなわち、この伝熱管２０は、走
行する金属条材に連続的にプレス加工を施してディンプ
ル部２０Ａを形成した後、この金属条材を多数のフォー
ミングロールによって徐々に管状に丸めていき、両側縁
を高周波加熱しながら突き合わせ、溶接を行うことによ
り製造されている。この溶接過程で、溶接部２０Ｃの高
周波加熱を安定して行うために、溶接部２０Ｃの両側に
一定幅の平滑部２０Ｂを設ける必要がある。

【００１４】この実施形態では、平滑部２０Ｂの位置が
伝熱管２０の長径方向にほぼ一致しており、溶接部２０
Ｃおよび平滑部２０Ｂを下流側へ向けて全ての伝熱管２
０が配置されている。伝熱管２０の下流側外周面ではデ
ィンプル部２０Ａの効果が乏しくなるため、ディンプル
部２０Ａがなくても熱交換効率に与える影響が小さい。
したがって、平滑部２０Ｂを下流側へ向けて配置した方
が、他の方向へ向けるよりも熱交換効率を高めることが
可能である。また、この種の熱交換器では、長期使用に
伴い伝熱管２０の内周面の底にゴミが溜まることがある
が、上記の向きで伝熱管２０を配置した場合、ゴミは平
滑部２０Ｂ上に溜まるため、伝熱管２０内にブラシ等を
差し込んでゴミを掻き出すことが容易で、メンテナンス
に適するいう利点もある。

【００１５】上記構成からなる熱交換器によれば、図５
に示すように伝熱管２０の断面を楕円形にしたものであ
るから、伝熱管２０の配置密度を高めた場合にも、隣接
する伝熱管２０の下流側に流れが淀む箇所、いわゆるデ
ッドゾーンが生じにくく、生じたとしてもその容積が小
さくて済む。したがって、デッドゾーンが形成されるこ
とによる伝熱効率の低下が少ない分、伝熱管２０の配置
密度を高めることができ、従来の断面円形の伝熱管を使
用した場合に比して、熱交換効率の向上もしくは熱交換
器の小型化が図れる。

【００１６】また、伝熱管２０の断面形状を楕円形にす
ることにより、伝熱管２０の流路断面積当たりの伝熱管
２０の外面積および内面積が増大するため、第１熱媒お
よび第２熱媒と伝熱管２０との接触効率が増大し、この
点からも熱交換効率を向上する効果が得られる。さら
に、伝熱管２０の断面を楕円状にし、楕円の長径を上下
方向に合わせているので、伝熱管２０の上下方向への撓
み剛性を高めることができ、この熱交換器を製造するた
めに伝熱管２０を通す作業が行いやすくなるという利点
も有する。

【００１７】なお、伝熱管２０の配置は、図５に示すよ
うにその長径方向を第１熱媒の流れの向きに完全に一致
させなくてもよく、例えば図６に示すように、伝熱管２
０の長径方向を伝熱管２０の水平に並ぶ一列毎に、交互
に左右へ傾斜させてもよい。傾斜角度α，βは限定され
ないが、好ましくは５〜３０゜とされる。このような場
合、伝熱管２０の左右を流れる流速が不均衡になるの
で、伝熱管２０の下流側には攪乱が生じ、第１熱媒が攪
拌されるために、デッドゾーンが発生しにくい。また、
交互に逆側へ傾斜させているから、第１熱媒の流れ全体
としては不均衡が相殺できる利点がある。ただし、全て
の伝熱管２０を同方向へ傾斜させた構成も実施可能であ
るし、数列毎に伝熱管２０の傾斜の向きを逆にする構成
も可能である。

【００１８】図７の実施形態は、伝熱管２０の断面形状
を一端側で曲率半径が大きく、他端側で相対的に曲率半
径が小さい、いわゆる卵型（もしくは涙滴型）にし、か
つ、伝熱管２０の曲率半径の小さい、すなわち断面の尖
っている側を下流側または上流側へ向けて配列したこと
を特徴としている。伝熱管２０の尖っている側を下に向
けて配置した場合には、伝熱管２０の左右側面に沿った
流れが伝熱管２０の下方近傍で勢い良く合流し、この部
分を攪乱するため、デッドゾーンを縮小する効果が高め
られる。一方、伝熱管２０の断面の尖っている側を上流
側に向けて配置した場合にも、伝熱管２０の下方で攪乱
効果を得ることができる。

【００１９】図８の実施形態は、図７に示した断面卵形
の伝熱管２０を、その長径方向が交互に左右へ傾くよう
に配置したものである。この実施形態によれば、伝熱管
２０の左右側面に沿った流れが伝熱管２０の下方近傍で
勢い良く合流し、この部分を攪乱する効果と、伝熱管２
０の左右を流れる流速を不均衡にして伝熱管２０の下流
側に乱流を生じる効果とを相乗させることができ、いっ
そうデッドゾーンの縮小が図れる。

【００２０】図９の実施形態は、伝熱管２０の左右の側
面を平行にしたものである。この場合には伝熱管２０が
平たくなるので、伝熱管２０によって第１熱媒の流れの
向きを規制する作用が強くなる。したがって、本体１の
各部の伝熱管２０をそれぞれ適当な向きにあわせること
により、本体１内の各部での流速を調整することが容易
になる。

【００２１】図１０の実施形態は、伝熱管２０の両端部
３４を除く中央部３２のみを断面楕円状にし、一定幅の
両端部３４は断面円形のままにしたことを特徴とする。
この場合、隔壁２に形成する開口部２Ａの形状も円形の
ままで済むため、開口部２Ａの形成に要するコストが安
くなり、しかも伝熱管２０の挿入固定が容易に行えると
いう利点を有する。また、開口部２Ａを円形に形成する
ことにより、伝熱管２０の取付向きを伝熱管２０毎に自
由に設定することが可能になる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る熱交
換器および伝熱管によれば、伝熱管の断面を楕円形にし
たことにより、伝熱管の配置密度を高めた場合にも、隣
接しあう伝熱管の下流側に流れが淀む箇所、いわゆるデ
ッドゾーンが生じにくく、生じたとしてもその容積が小
さくて済む。したがって、デッドゾーンが形成されるこ
とによる伝熱効率の低下が少ない分、伝熱管の配置密度
を高めることができ、従来の断面円形の伝熱管を使用し
た場合に比して伝熱効率の向上が図れる。

【００２３】また、伝熱管の断面形状を楕円状にするこ
とにより、伝熱管の流路断面積当たりの伝熱管の外面積
および内面積が増大するため、第１熱媒および第２熱媒
と伝熱管との接触効率が増大し、この点からも熱交換効
率を高める効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器の一実施形態を示す縦断
面図である。

【図２】同熱交換器の要部の側面図である。

【図３】同熱交換器に使用される伝熱管の一実施形態を
示す平面図である。

【図４】同伝熱管の断面拡大図である。

【図５】同熱交換器の作用を示す概略図である。

【図６】本発明に係る熱交換器および伝熱管の他の実施
形態を示す概略図である。

【図７】本発明に係る熱交換器および伝熱管の他の実施
形態を示す概略図である。

【図８】本発明に係る熱交換器および伝熱管の他の実施
形態を示す概略図である。

【図９】本発明に係る熱交換器および伝熱管の他の実施
形態を示す概略図である。

【図１０】本発明に係る熱交換器および伝熱管の他の実
施形態を示す一部破断した正面図である。

【符号の説明】

１本体２隔壁２Ａ開口部４天板部６流入口８導入室１０流入口１２導出室１４流出口１６底板部１８流出口２０伝熱管２０Ａディンプル部２０Ｂ平滑部２０Ｃ溶接部２２スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１熱媒の流路に多数の伝熱管を配列
し、これら伝熱管を通して第２熱媒を流すことにより前
記第２熱媒の加熱または冷却を行う熱交換器であって、
前記伝熱管の少なくとも一部は断面楕円状に形成されて
いることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】前記伝熱管の外面および内面の少なくと
も一方には凹凸が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。
【請求項３】前記伝熱管は、その長径方向を前記流路
内における前記第１熱媒の流れる方向に沿わせた状態で
配置されていることを特徴とする請求項１または２記載
の熱交換器。
【請求項４】前記伝熱管の両端部は断面円形に形成さ
れ、これら両端部が隔壁に形成された円形の開口部を貫
通して支持されていることを特徴とする請求項１〜３の
いずれかに記載の熱交換器。
【請求項５】管状をなし少なくとも一部の断面が楕円
状に形成された伝熱管。