JPH109789A - 熱交換管 - Google Patents

熱交換管

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Publication number
JPH109789A
JPH109789A JP9075990A JP7599097A JPH109789A JP H109789 A JPH109789 A JP H109789A JP 9075990 A JP9075990 A JP 9075990A JP 7599097 A JP7599097 A JP 7599097A JP H109789 A JPH109789 A JP H109789A
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JP
Japan
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rib
heat exchange
exchange tube
primary
ribs
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Application number
JP9075990A
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English (en)
Inventor
Ulrich Naumann
ウルリッヒ・ナウマン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KM Europa Metal AG
Original Assignee
KM Europa Metal AG
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/04Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by preventing the formation of continuous films of condensate on heat-exchange surfaces, e.g. by promoting droplet formation
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)
  • Branch Pipes, Bends, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通路の流量が非常に多く、蒸発出力または凝
縮出力が相変わらず良好である、内面構造を有する熱交
換器用の熱交換管を提供する。 【解決手段】 熱交換管1は滑らかな外面2と構造を有
する内面3を備えている。この内面3は管縦軸線6に対
して90°ではない角度をなして延びる、傾斜した側面
を備えた一次リブおよび二次リブと、この一次リブと二
次リブによって側方を画成された通路と、一次リブと二
次リブに成形された窪みによって形成されている。二次
リブの半径方向長さは一次リブの半径方向長さよりも短
い。窪みは三角形に形成されている。窪みの中心縦平面
は管縦軸線6に対して90°ではない角度をなして配置
されている。一次リブと二次リブの頂部は丸められてい
る。一次リブと二次リブの側面と通路底面の間には丸め
られた溝部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造を有する内面
を備え、この内面が管縦軸線に対して90°と異なる角
度をなして延びる、傾斜した側面を備えたリブと、この
リブによって側方を画成された通路と、リブを横方向に
貫通する窪みによって形成され、この窪みが管縦軸線に
対して90°と異なる角度をなして延びる同様に傾斜し
た側面を備えている、熱交換器のための熱交換管に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の熱交換管はヨーロッパ特許出願
公開第0692694号公報に技術水準として記載され
ている。この場合、リブと、リブによって側方を画成さ
れた通路はそれぞれ、台形の横断面を有する。リブの側
面は平らに形成されている。側面と通路底面との間の接
続部は鋭角に形成されている。この鋭角の接続部は更
に、リブの側面と平らな頭面との間にも設けられてい
る。リブの横断面積は通路の横断面積の約半分である。
互いに平行なリブは、管縦軸線に対して90°ではない
角度で延びている。すべてのリブは同じ半径方向長さ
(高さ)を有する。
【0003】リブを横方向に貫通する窪みは同様に、管
軸線に対して90°ではない角度をなして延びている。
窪みの側面は凸形に湾曲している。側面と窪みの平らな
底との間の接続部と、1個のリブの隣接する2つの窪み
の間のリブ範囲の平らな頭面と側面との間の接続部は、
鋭角に形成されている。窪みの深さはリブの半径方向長
さよりも小さい。すべての窪みは同じ深さに形成されて
いる。窪みを形成する際、リブによって変形した材料が
窪みの端面側で通路内に押しやられる。
【0004】この公知の熱交換管の製作は好ましくは、
先ず最初に圧延プロセスで、後の内面の構造が金属帯状
体の片側に形成され、続いて金属帯は内面に構造を有す
るスリット付管に成形され、その後スリットエッジが溶
接される。平らな頭面とリブの平らな側面に基づいて、
熱交換管の実際の使用時に、凝縮を遅らす裂けにくい凝
縮液フィルムが形成されることになる。それによって、
断熱特性を有する遮断層が形成される。そして、蒸発の
ために、わずかなエッジが蒸気泡の核として供される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の根底をなす課
題は上記技術水準から出発して、通路の流量が非常に多
く、リブ重量が減少すると共に蒸発出力または凝縮出力
が相変わらず良好であるという利点をもたらす、内面構
造を有する熱交換管を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の解決策は、周方
向に並んで延びる2個のリブのうち、一次リブが隣の二
次リブよりも大きな半径方向長さを有することにある。
周方向に並ぶ一次リブと二次リブの一つおきのリブが、
隣接する二次リブまたは一次リブと異なる半径方向長さ
(高さ)を有することにより、高い一次リブと低い二次
リブが交互に形成される。この形状は通路内の流れ抵抗
を少しだけ減少する。それにもかかわらず、通路内の適
当な個所に強い乱流を生じる。この乱流は流動液体から
管壁への熱伝達を高める。内部実験で、一次リブと二次
リブの高さが交互に代わることにより、熱交換の出力が
大幅に上昇することが判った。
【0007】請求項2の実施形では、すべての一次リブ
とすべての二次リブがそれぞれ、同じ半径方向長さを有
する。すなわち、すべての一次リブは同じ高さを有し、
すべての二次リブは同じ高さを有する。請求項3の特徴
に従い、一次リブと二次リブが管縦軸線に対して同じ角
度をなして延びていてもよい。
【0008】これに対して、請求項4に従って二次リブ
が管縦軸線に対して一次リブと異なる角度で延びていて
もよい。内部実験により、請求項5の特徴に従って一次
リブが管縦軸線に対して、20<α<90°の角度をな
して延びるべきであることが判った。一次リブは好まし
くは管縦軸線に対して20〜40°の角度をなして延び
ている。
【0009】二次リブについても、内部実験で、請求項
6に従って二次リブが管縦軸線に対して、20<α<9
0°の角度をなして延びるべきであることが判った。こ
の場合、二次リブは好ましくは管縦軸線に対して20〜
40°の角度をなして延びている。請求項7の特徴は、
特に熱交換管によって動く工具を用いて拡げることによ
って、例えば熱交換器の薄板内に熱交換管を挿入する際
に、一次リブと二次リブの丸められた頂部ほとんど偏平
にならないという利点がある。これにより、裂けにくい
凝縮液フィルムが形成されにくい。
【0010】請求項8の特徴は、熱交換管内を流れる液
体と熱交換管の壁の間の熱交換を最適化する働きをす
る。請求項9の特徴によってリブの輪郭が細くなる。そ
の場合、一次リブと二次リブのそれぞれの側面がなす角
度は20〜40°、特に25°である。熱伝達を一層改
善するための、本発明による基本思想の他の有利な実施
形は、請求項10の特徴である。この場合、一次リブが
管縦軸線に対して特別な角度をなして設けられ、周方向
において交互に並ぶ二次リブが低いときに、二次リブの
半径方向長さに対する、隣接する2個の一次リブの中心
縦軸線の間隔の比が特に重要であることが判った。この
比は15:1〜8:1、特に10:1である。
【0011】これに関連して、請求項11に従い、隣接
する2個の一次リブの中心縦軸線の間隔が約0.8〜
2.0mmであると合目的であることが判った。一次リ
ブの半径方向長さは請求項12に従い、0.15〜0.
40mmであると有利である。一次リブと二次リブの間
の通路内での流れ状態の一層の改善は請求項13に従
い、二次リブの半径方向長さに対する、一次リブの半径
方向長さの比が約3:1であることによって達成され
る。
【0012】二次リブに対する一次リブの横断面積の比
は、きわめて良好な熱伝達を達成するために重要であ
る。請求項14の特徴によれば、二次リブの面積に対す
る一次リブの面積の比は、約15:1〜5:1、特に
8:1〜6:1である。上述のように、二次リブは管縦
軸線に対して一次リブと同じ角度をなして延びていても
よい。しかし、二次リブが管中心軸線に対して一次リブ
と異なる角度をなして延びていると、請求項15の実施
形に相応して、隣接する2個の二次ウェブの間の間隔が
最大で10mmであることが有利である。
【0013】請求項16では、少なくとも通路の底面が
ざらざらしている。しかし、一次リブと二次リブのすべ
ての表面がざらざらしていてもよい。このざらざらは微
小凹凸である。このような凹凸は熱交換管が適当な熱交
換器に組み込まれているときに、特に冷媒の凝縮と蒸発
の際に有効である。微小凹凸は大きなリブ表面積に基づ
いて、効果的な蒸発にとって有利な多数の突起、エッ
ジ、尖端および凹部を気泡核として準備することを可能
にし、その際多量の材料を必要としない。
【0014】更に、請求項17に従って、窪みの深さが
一次リブまたは二次リブの半径方向長さに一致している
と有利である。隣接する一次リブまたは二次リブに形成
された窪みは好ましくは互いに同軸に延びている。本発
明による熱交換管の製作は、請求項18の特徴に従っ
て、窪みの横断面が、隣接する2つの窪みを分離するリ
ブ範囲の横断面にほぼ一致していることによって容易に
なる。
【0015】これに関連して請求項19に従い、窪みと
リブ範囲が三角形の横断面を有していると有利である。
この場合、請求項20に従って、窪みの凹形の底面はリ
ブ範囲の頂部よりもきつく湾曲している。本発明による
熱交換管は有利な用途では、請求項21の特徴に従っ
て、銅または銅合金で作られていると有利である。熱交
換管は横断面が円形でも楕円形でもよい。円形の熱交換
管は好ましくは約6〜20mmの外径を有する。
【0016】他の用途では、請求項22に従って、熱交
換管はアルミニウムまたはアルミニウム合金であるいは
請求項23に従って鉄または鉄合金で作られている。
【0017】
【発明の実施の形態】図1において、冷媒を凝縮および
蒸発するための図示していない熱交換器用の縦シーム溶
接された熱交換管の一部が1で示してある。熱交換管1
は酸素を含まない、リン脱酸化された銅(SF−Cu、
軟質)からなっている。この管の外径Dは9.52mm
である。
【0018】外側横断面と内側横断面が円形のこの熱交
換管1は、滑らかな外面2と、構造を持った(構造化さ
れた)内面3を備えている。熱交換管1の製作は、図示
していない、両側が平らなSF−Cu製薄板帯状体によ
って行われる。薄板帯状体は1回のエンボス加工(ロー
ルエンボス加工)工程を受ける。このようにして成形さ
れた薄板帯状体4の一方の側は滑らかなままであり(熱
交換管1の後の外面2)、他方の側は図2,3,4に示
すように、構造を持った面である(熱交換管1の後の内
面3)。溶接に役立つ、薄板帯状体4のエッジ範囲5
(図2)だけが構造を持っていない。エンボス加工の後
で、薄板帯状体4はスリット付管に成形され、そして縦
シーム溶接され、所定の長さに分割される。
【0019】熱交換管1の内面3の構造(図2〜6参
照)は、熱交換管1の縦軸線6に対して25°の角度α
をなして延びる平行な一次リブ7(図2〜5)を備えて
いる。この一次リブは傾斜した側面8(図3〜5)を有
する。一次リブ7の両側面がなす角度βは本実施の形態
では25°であり、隣接する2個の一次リブ7の中心縦
平面MLEの間隔Aは1.0mmである(図5)。一次
リブの高さH(半径方向の長さ)は0.30mmである
(図5)。一次リブ7を連結する熱交換管1の壁9は
0.30mmの厚さを有する(図5)。
【0020】それぞれの視線方向を示すために、図3,
4には、熱交換管の縦軸線6が記入してある。更に、図
3,4から、一次リブ7の頂部10が平らに形成されて
いることが判る。側面8と通路13の平らな底面12と
の間の溝部(接続部)10は丸められている(図5)。
一次リブ7の横断面積は一次リブ7の間の通路13の横
断面積よりもはるかに小さい。
【0021】図2〜5は更に、互いに隣接する2個の一
次リブ7の間で、高さ(半径方向長さ)H1の小さな二
次リブ14が延びていることを示している。二次リブ1
4の高さH1は0.10mmである。二次リブ14の頂
部15も丸められている。二次リブ14の側面17と通
路13の底面12の間の溝部(接続部)16は同様に丸
められている。側面と側面のなす角度βは、一次リブ7
の角度βと同様に25°である。
【0022】二次リブ14は管軸線6に対して、一次リ
ブ7と同じ角度αをなして延びている。平行な二次リブ
14の間隔A1は平行な一次リブ7の間隔Aに等しい
(図2)。図3〜6に示すように、各々の一次リブ7は
縦断面で見て、互いに平行に延びる横断面が三角形の窪
み18を備えている。これに関連して図2に示すよう
に、隣接する一次リブ7の窪み18は、管縦軸線6に対
して35°の角度γをなして一直線に並べて配置されて
いる。一次リブ7の中心縦平面MLEと窪み18の中心
縦平面MLE1とがなす角度δは60°である。縦方向
において1個の一次リブ7に隣接する2つの窪み18の
間隔A2は0.4mmである(図2,6)。
【0023】窪み18は一次リブ7の高さHに等しい深
さTを有する。窪み18の側面19は平らに形成されて
いる。窪み18の間には台形のリブ範囲20が形成され
ている。このリブ範囲の頂部21は平らである。窪み1
8の底22は丸められている(図6)。図3に示すよう
に、二次リブ14は同様に、一次リブ7の窪み18の配
置構造および形状に対応する窪み23を備えている。従
って、窪み23についてはこれ以上説明しない。
【0024】通路13の少なくとも底面12は図示して
いない微小凹凸を備えている。この微小凹凸はエンボス
加工時に一緒に形成される。図1に示した熱交換管1は
構造を持った内面3に基づいて、滑らか内面を有する熱
交換管24だけでなく、内側に簡単に細溝をつけた熱交
換管25(市販のVプロフィル)と比べてもはるかに良
好な熱伝達率(熱貫流率)K′(W/m2 K)を有する
(図7)。
【0025】この事実は比較実験に基づいて作成された
図7のグラフから容易に判る。この比較実験は次のよう
に行われた。異なる内管を備えた同軸型凝縮器の性能比較 運転条件: 冷媒 R22 (内管を通る) 凝縮温度 = 45°C 凝縮液過冷却 = 5 K 冷却媒体 水:入口温度 = 35°C 管寸法: 同軸外管 42×1.5mm 内側の同じ単一管 9.52×0.30mm 一連の測定のための管の種類: (1)本発明による内部プロフィルを有する管 (25) 普通のVプロフィル (24) 滑らかな管
【図面の簡単な説明】
【図1】熱交換管の一部の斜視図である。
【図2】図1の熱交換管を形成するための構造を持った
薄板帯状体部分の平面図である。
【図3】図2のIII部分の斜視図である。
【図4】図3と異なる方向から見た図2のIII部分の
斜視図である。
【図5】図2のIV−IV線に沿った拡大垂直横断面図
である。
【図6】図2のV−V線に沿った拡大垂直横断面図であ
る。
【図7】異なる内管を備えた同軸型凝縮器の出力を比較
して示すグラフである。
【符号の説明】 1 熱交換管 2 熱交換管1の外面 3 熱交換管1の内面 4 薄板帯状体 5 薄板帯状体4のエッジ範囲 6 管縦軸線 7 一次リブ 8 一次リブ7の側面 9 熱交換管1の壁 10 一次リブ7の頂部 11 側面8と底面12の間の溝部 12 通路13の底面 13 通路 14 二次リブ 15 二次リブ14の頂部 16 側面17と底面12の間の溝部 17 二次リブ14の側面 18 一次リブ7の窪み 19 窪み18の側面 20 リブ範囲 21 リブ範囲20の頂部 22 窪み18の底 23 二次リブ14の窪み 24 滑らかな熱交換管 25 溝付き熱交換管 α 一次リブ7または二次リブ14と管縦
軸線6の間の角度 β 一次リブ7と二次リブ14の側面角度 γ 窪み18と縦軸線6の間の角度 δ MLEと,MLE1の間の角度 A 一次リブ7の間隔 A1 二次リブ14の間隔 A2 窪み18の間隔 D 熱交換管1の直径 D1 壁9の厚さ H 一次リブ7の高さ H1 二次リブ14の高さ MLE 一次リブ7の中心縦平面 MLE1 窪み18の中心縦平面 T 窪みの深さ

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造を有する内面(3)を備え、この内
    面が管縦軸線(6)に対して90°と異なる角度(α)
    をなして延びる、傾斜した側面(8,17)を備えたリ
    ブ(7,14)と、このリブ(7,14)によって側方
    を画成された通路(13)と、リブ(7,14)を横方
    向に貫通する窪み(18,23)によって形成され、こ
    の窪みが管縦軸線(6)に対して90°ではない角度
    (γ)をなして延びる同様に傾斜した側面(19)を備
    えている、熱交換器のための熱交換管において、周方向
    に並んで延びる2個のリブ(7,14)のうち、一次リ
    ブ(7)が隣の二次リブ(14)よりも大きな半径方向
    長さ(H)を有することを特徴とする熱交換管。
  2. 【請求項2】 すべての一次リブ(7)とすべての二次
    リブ(14)がそれぞれ、同じ半径方向長さ(Hまたは
    H1)を有することを特徴とする請求項1記載の熱交換
    管。
  3. 【請求項3】 一次リブ(7)と二次リブ(14)が管
    縦軸線(6)に対して同じ角度(α)をなして延びてい
    ることを特徴とする請求項1または2記載の熱交換管。
  4. 【請求項4】 二次リブ(14)が管縦軸線(6)に対
    して一次リブ(7)と異なる角度で延びていることを特
    徴とする請求項1または2記載の熱交換管。
  5. 【請求項5】 一次リブ(7)が管縦軸線(6)に対し
    て、20<α<90°、好ましくは20〜40°の角度
    をなして延びていることを特徴とする請求項1〜4のい
    ずれか一つに記載の熱交換管。
  6. 【請求項6】 二次リブ(14)が管縦軸線(6)に対
    して、20<α<90°、好ましくは20〜40°の角
    度をなして延びていることを特徴とする請求項1〜4の
    いずれか一つに記載の熱交換管。
  7. 【請求項7】 一次リブ(7)と二次リブ(14)が丸
    められた頂部(10,15)と平らな側面(8,17)
    を備えていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか
    一つに記載の熱交換管。
  8. 【請求項8】 一次リブ(7)の側面(8)が丸められ
    た溝部(11)を介して通路(13)の底面(12)に
    接続し、二次リブ(14)の側面(17)が丸められた
    溝部(16)を介して通路(13)の底面(12)に接
    続していることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一
    つに記載の熱交換管。
  9. 【請求項9】 一次リブ(7)と二次リブ(14)のそ
    れぞれの側面がなす角度(β)が20〜40°、特に2
    5°であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一
    つに記載の熱交換管。
  10. 【請求項10】 二次リブ(14)の半径方向長さ(H
    1)に対する、隣接する2個の一次リブ(7)の中心縦
    軸線(MLE)の間隔(A)の比が、15:1〜8:
    1、特に10:1であることを特徴とする請求項1〜9
    のいずれか一つに記載の熱交換管。
  11. 【請求項11】 隣接する2個の一次リブ(7)の中心
    縦軸線(MLE)の間隔(A)が約0.8〜2.0mm
    であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つ
    に記載の熱交換管。
  12. 【請求項12】 一次リブ(7)の半径方向長さ(H)
    が0.15〜0.40mmであることを特徴とする請求
    項1〜11のいずれか一つに記載の熱交換管。
  13. 【請求項13】 二次リブ(14)の半径方向長さ(H
    1)に対する、一次リブ(7)の半径方向長さ(H)の
    比が約3:1であることを特徴とする請求項1〜12の
    いずれか一つに記載の熱交換管。
  14. 【請求項14】 横断面で見て、二次リブ(14)の面
    積に対する一次リブ(7)の面積の比が、約15:1〜
    5:1、特に8:1〜6:1であることを特徴とする請
    求項1〜13のいずれか一つに記載の熱交換器。
  15. 【請求項15】 一次リブ(7)と二次リブ(14)が
    管中心軸線(6)に対して異なる角度をなして延びてお
    り、隣接する2個の二次ウェブ(14)の間の間隔(A
    1)が最大で10mmであることを特徴とする請求項1
    〜14のいずれか一つに記載の熱交換管。
  16. 【請求項16】 少なくとも通路(13)の底面(1
    2)がざらざらしていることを特徴とする請求項1〜1
    5のいずれか一つに記載の熱交換管。
  17. 【請求項17】 窪み(18,23)の深さ(T)が一
    次リブ(7)または二次リブ(14)の半径方向長さ
    (H)に一致していることを特徴とする請求項1〜16
    のいずれか一つに記載の熱交換管。
  18. 【請求項18】 窪み(18,23)の横断面が、隣接
    する2つの窪み(18,23)を分離するリブ範囲(2
    0)の横断面にほぼ一致していることを特徴とする請求
    項1〜17のいずれか一つに記載の熱交換管。
  19. 【請求項19】 窪み(18,23)とリブ範囲(2
    0)が三角形の横断面を有することを特徴とする請求項
    1〜18のいずれか一つに記載の熱交換管。
  20. 【請求項20】 窪み(18,23)の底面(22)が
    リブ範囲(20)の頂部(21)よりもきつく湾曲して
    いることを特徴とする請求項1〜19のいずれか一つに
    記載の熱交換管。
  21. 【請求項21】 銅または銅合金で作られていることを
    特徴とする請求項1〜20のいずれか一つに記載の熱交
    換管。
  22. 【請求項22】 アルミニウムまたはアルミニウム合金
    で作られていることを特徴とする請求項1〜20のいず
    れか一つに記載の熱交換管。
  23. 【請求項23】 鉄または鉄合金で作られていることを
    特徴とする請求項1〜20のいずれか一つに記載の熱交
    換管。
JP9075990A 1996-03-28 1997-03-27 熱交換管 Pending JPH109789A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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