JPH109789A - 熱交換管 - Google Patents

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。