JPS60256798A - 伝熱管 - Google Patents
伝熱管Info
- Publication number
- JPS60256798A JPS60256798A JP11295084A JP11295084A JPS60256798A JP S60256798 A JPS60256798 A JP S60256798A JP 11295084 A JP11295084 A JP 11295084A JP 11295084 A JP11295084 A JP 11295084A JP S60256798 A JPS60256798 A JP S60256798A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tube
- heat transfer
- flow
- section
- cross
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/08—Tubular elements crimped or corrugated in longitudinal section
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は熱交換器に用いられる伝熱管に係るものであり
、特に管内側伝熱性能を向上させるのに好適な管断面あ
るいは管全体の形状を有する伝熱管に関する。
、特に管内側伝熱性能を向上させるのに好適な管断面あ
るいは管全体の形状を有する伝熱管に関する。
従来、伝熱性能を向上させる目的で管表面を凹凸波状に
変させたり、あるいは特開昭５６−１３７０９５号公報
に記載の例のように、管表面にら旋状にひだを形成した
伝熱管が用いられてきた。これらの伝熱管においては、
管軸方向に管断面積が変化したり、あるいは管断面形状
が変化することにより流れに乱れが惹起され、性能向上
の一因となっていた。しかるにこの種の伝熱管において
は、断面形状が円形に近く、流れは周方向への回転流と
はなりにくく、回転流による熱伝達の増大及び流れの回
転に伴う乱れの発生も僅少である。また上述した従来の
伝熱管においては、管表面の変形に伴い管の圧力損失が
著しく増大するという欠点を有する。特に、ら旋状にひ
だを形成した管については、ひだ内部を流体が流れにく
いため、全体の流れが阻害され、この欠点が大きく現れ
る。したがって上記の伝熱管を熱交換器に使用した場合
には、伝熱性能が向上するものの圧力損失も増大するた
め、全体としての性能向上が阻害される。
変させたり、あるいは特開昭５６−１３７０９５号公報
に記載の例のように、管表面にら旋状にひだを形成した
伝熱管が用いられてきた。これらの伝熱管においては、
管軸方向に管断面積が変化したり、あるいは管断面形状
が変化することにより流れに乱れが惹起され、性能向上
の一因となっていた。しかるにこの種の伝熱管において
は、断面形状が円形に近く、流れは周方向への回転流と
はなりにくく、回転流による熱伝達の増大及び流れの回
転に伴う乱れの発生も僅少である。また上述した従来の
伝熱管においては、管表面の変形に伴い管の圧力損失が
著しく増大するという欠点を有する。特に、ら旋状にひ
だを形成した管については、ひだ内部を流体が流れにく
いため、全体の流れが阻害され、この欠点が大きく現れ
る。したがって上記の伝熱管を熱交換器に使用した場合
には、伝熱性能が向上するものの圧力損失も増大するた
め、全体としての性能向上が阻害される。
一方、より回転流を生じやすくするために、特開明４８
−６０３４０号公報の例のように楕円形断面を有する管
を等間隔ごとに等角度ずつ位相をずらせて形成した伝熱
管がある。管断面形状は、各断面に対応して、変化する
が、回転流に伴う伝熱性能向上について、定性的、定量
的な記述は見当らない。
−６０３４０号公報の例のように楕円形断面を有する管
を等間隔ごとに等角度ずつ位相をずらせて形成した伝熱
管がある。管断面形状は、各断面に対応して、変化する
が、回転流に伴う伝熱性能向上について、定性的、定量
的な記述は見当らない。
一方、管を偏平にした伝熱管も知られている。
例えば特公昭５Ｉ −４０６４５号公報の例では内部に
ひれを有する偏平管について記載されているが、流れを
周方向に回転させるための手段は講じられていない。同
公報の第１８図に示された実施例では、軸方向の回りに
回転する管形状が示されているが、同公報にも記載され
ているようにこれは強度を増すためのものであり、伝熱
性能向上の点から検討されたものではない。
ひれを有する偏平管について記載されているが、流れを
周方向に回転させるための手段は講じられていない。同
公報の第１８図に示された実施例では、軸方向の回りに
回転する管形状が示されているが、同公報にも記載され
ているようにこれは強度を増すためのものであり、伝熱
性能向上の点から検討されたものではない。
本発明の目的は、従来の伝熱管に比べてより回転流が生
じやすく、したがって流れが乱されやすく、さらにより
伝熱面積が大きく、したがって、伝熱量の大きな伝熱管
を提供することにある。
じやすく、したがって流れが乱されやすく、さらにより
伝熱面積が大きく、したがって、伝熱量の大きな伝熱管
を提供することにある。
本発明の伝熱管は、流路が矩形あるいはそれに類似した
断面を有し、その断面形状が管の軸方向に順次回転する
ことを特徴とする。
断面を有し、その断面形状が管の軸方向に順次回転する
ことを特徴とする。
乞
本発明の伝熱管は第１図に示す。伝熱管１の管軸方向Ｚ
には、管の内外表面ＩＡ、ＩＢが周期的に凹凸を繰り返
す。管内表面ＩＢの縦断面はいずれの位置でも矩形であ
る。−例として断面形状が正方形の場合を取り上げれば
、第２．３．４図に示すように管軸Ｚ方向に断面は順次
回転してゆく。
には、管の内外表面ＩＡ、ＩＢが周期的に凹凸を繰り返
す。管内表面ＩＢの縦断面はいずれの位置でも矩形であ
る。−例として断面形状が正方形の場合を取り上げれば
、第２．３．４図に示すように管軸Ｚ方向に断面は順次
回転してゆく。
なお第２．３．４図はそれぞれ第１図のＡＡ’ 。
ＢＢ’ 、ＣＣ’断面における断面図である。ＩＣは管
内表面の内接円である。ここで、管軸Ｏと内壁上の一点
りとの距離０を考えると、第５図の本発明に係る正方形
断面の場合と、第６図に示した ゛前記特開昭５６−１
３７０９５号のら旋状ひだ付管の場合５．（ とでは距＊Ωの管軸Ｚ方向の変化はそれぞれ第７６図、
第８図のようになる。すなわち正方形断面の場合には、
第７図のように距離ＱはＺ方向に滑らかに変化し、流れ
は、矢印で示すように管壁に沿って流れ方向に加速、減
速を繰り返し乱れが大きくなると共に、周方向、半径方
向の流れが誘起されるために、回転流となりやすい。一
方第６図に示した従来のら旋状ひだ付管では、第８図に
示すように距離Ωはほぼ一定でありひだ部２付近のみで
急激に変化する。したがって流れの加速、減速は生じに
くく、周方向、半径方向の速度が誘起されにくいため回
転流とはなりにくい。このように本発明に係る実施例で
は回転流が得ら九やすく、伝熱性能が向上する。また本
発明に係る実施例では、第６図のら旋状ひだ付管に見ら
れるひだ部２に伴う狭い流路が存在しないため、圧力損
失は低減し、伝熱管として好適である。
内表面の内接円である。ここで、管軸Ｏと内壁上の一点
りとの距離０を考えると、第５図の本発明に係る正方形
断面の場合と、第６図に示した ゛前記特開昭５６−１
３７０９５号のら旋状ひだ付管の場合５．（ とでは距＊Ωの管軸Ｚ方向の変化はそれぞれ第７６図、
第８図のようになる。すなわち正方形断面の場合には、
第７図のように距離ＱはＺ方向に滑らかに変化し、流れ
は、矢印で示すように管壁に沿って流れ方向に加速、減
速を繰り返し乱れが大きくなると共に、周方向、半径方
向の流れが誘起されるために、回転流となりやすい。一
方第６図に示した従来のら旋状ひだ付管では、第８図に
示すように距離Ωはほぼ一定でありひだ部２付近のみで
急激に変化する。したがって流れの加速、減速は生じに
くく、周方向、半径方向の速度が誘起されにくいため回
転流とはなりにくい。このように本発明に係る実施例で
は回転流が得ら九やすく、伝熱性能が向上する。また本
発明に係る実施例では、第６図のら旋状ひだ付管に見ら
れるひだ部２に伴う狭い流路が存在しないため、圧力損
失は低減し、伝熱管として好適である。
一般に、断面積が同一の場合には管の周囲長さは円形断
面の場合が最少であり、したがって伝熱面積も最小とな
る。換言すれば、断面形状を円から他のものに変えるこ
とにより、伝熱面積が増加し全体的な伝熱性能が向上す
る。この点を明らかにするために、断面積が同一の〜条
件下で、断面形状の変化による伝熱量の違いについて、
層流熱伝達の理論値より計算した結果を第９図に示す。
面の場合が最少であり、したがって伝熱面積も最小とな
る。換言すれば、断面形状を円から他のものに変えるこ
とにより、伝熱面積が増加し全体的な伝熱性能が向上す
る。この点を明らかにするために、断面積が同一の〜条
件下で、断面形状の変化による伝熱量の違いについて、
層流熱伝達の理論値より計算した結果を第９図に示す。
なお、管の断面は、゛管軸方向に回転しないものとする
。図の縦軸は円管を基準とした場合の、楕円管及び矩形
管の伝熱量の比の値、横軸は断面のアスペクト比α”で
ある。ここにα”＝ ２ ｂ ／ ２ ａで、２ａは楕
円の長袖または矩形の長辺の長さ、２ｂは楕円の短軸ま
たは矩形の短辺の長さである。いずれのα”についても
、円管に対する比の値は１を越えており、また楕円形断
面の管よりも長方形断面のものが優れているのがわかる
。このように円あるいは楕円形断面の管よりも、長方形
の断面の管を用いる方が、伝熱量は増加する。
。図の縦軸は円管を基準とした場合の、楕円管及び矩形
管の伝熱量の比の値、横軸は断面のアスペクト比α”で
ある。ここにα”＝ ２ ｂ ／ ２ ａで、２ａは楕
円の長袖または矩形の長辺の長さ、２ｂは楕円の短軸ま
たは矩形の短辺の長さである。いずれのα”についても
、円管に対する比の値は１を越えており、また楕円形断
面の管よりも長方形断面のものが優れているのがわかる
。このように円あるいは楕円形断面の管よりも、長方形
の断面の管を用いる方が、伝熱量は増加する。
また断面形状を矩形にすることにより、円形断面の場合
には存在しない、管中心から角部に向う二次流が生じる
。この二次流れは、流体と壁との熱交換を助長する因子
となる。
には存在しない、管中心から角部に向う二次流が生じる
。この二次流れは、流体と壁との熱交換を助長する因子
となる。
本発明に係る他の実施例として、第１０図に示すように
長方形断面のものがあるが、同一の管で、管軸方向に管
の断面後、断面の長辺と短辺との比、回転の方向、回転
ピッチ等を変化させてもよい。
長方形断面のものがあるが、同一の管で、管軸方向に管
の断面後、断面の長辺と短辺との比、回転の方向、回転
ピッチ等を変化させてもよい。
本発明に係る実施例として、さらに管内壁面を加工した
管がある。−例として長方形断面の場合に管内壁面に突
起３を設けた場合を第１１図に示す。また第１２図のよ
うに管内壁に溝部４を加工してもよく、さらに突起と溝
部を組合せてもよい。
管がある。−例として長方形断面の場合に管内壁面に突
起３を設けた場合を第１１図に示す。また第１２図のよ
うに管内壁に溝部４を加工してもよく、さらに突起と溝
部を組合せてもよい。
本発明に係る実施例として管内部にねじった形状を有す
る板を挿入し、流れを撹乱させ、また伝熱面積を増加さ
せても良い。さらに挿入する板の表面に加工を施すこと
により、伝熱を促進させても良い。そのような−例を第
１３図〜第１６図に示す。ここのねじれ板５は一例とし
て本発明によるねじり管６の対角位置に設置され、前記
板５上には乱れを惹起し、ねじり板上の温度環境界層を
寸断して熱伝達を増大させるための一加工例である穴７
を設けである。
る板を挿入し、流れを撹乱させ、また伝熱面積を増加さ
せても良い。さらに挿入する板の表面に加工を施すこと
により、伝熱を促進させても良い。そのような−例を第
１３図〜第１６図に示す。ここのねじれ板５は一例とし
て本発明によるねじり管６の対角位置に設置され、前記
板５上には乱れを惹起し、ねじり板上の温度環境界層を
寸断して熱伝達を増大させるための一加工例である穴７
を設けである。
本発明に係る実施例は、たとえば、矩形断面を有する管
をねじって製作することができる。また第１７図に示す
ように円管１の外表面を複数個のローラー１０Ａ、ＩＯ
Ｂ、ＩＯＣ：、１０Ｄ等で変形させると同時に、全体を
印矢方向に回転させながら管を引抜くことによっても製
作できる。
をねじって製作することができる。また第１７図に示す
ように円管１の外表面を複数個のローラー１０Ａ、ＩＯ
Ｂ、ＩＯＣ：、１０Ｄ等で変形させると同時に、全体を
印矢方向に回転させながら管を引抜くことによっても製
作できる。
本発明に係る実施例の内、断面が正方形である場合の鋼
管を用いて実験を行ったところ、円管と比較して第１８
図に示す熱伝達の増加が得られた。
管を用いて実験を行ったところ、円管と比較して第１８
図に示す熱伝達の増加が得られた。
ここに縦軸は円管に対するヌセルト数の増加率（％）、
横軸は矩形管のアスペクト比α”であり、管の回転のピ
ッチｐ（１１図参照）と水力直径ｄｅの比ｐ ／ ｄ
ｅをパラメータとして、レイノルズ数がＲｅ＝２Ｘ１０
’の場合の結果をプロットしである。図よりピッチのよ
り小さい管、またアスペクト比のより小さい管はど熱伝
達の増加が多いことがわかる。アスペクト比が１ ／
２．６ ｐ ／ｄ ｅ ＝ １２．８のものは円管に比
べて１７％の増加が得られた。
横軸は矩形管のアスペクト比α”であり、管の回転のピ
ッチｐ（１１図参照）と水力直径ｄｅの比ｐ ／ ｄ
ｅをパラメータとして、レイノルズ数がＲｅ＝２Ｘ１０
’の場合の結果をプロットしである。図よりピッチのよ
り小さい管、またアスペクト比のより小さい管はど熱伝
達の増加が多いことがわかる。アスペクト比が１ ／
２．６ ｐ ／ｄ ｅ ＝ １２．８のものは円管に比
べて１７％の増加が得られた。
また、管内断面を矩形にした場合、円管に比べて摩擦係
数はそれほど大きくならない。
数はそれほど大きくならない。
′″１°″＋Ｍ） 、 、ｈ
本発明によれば、伝熱性能を向上できかつ圧力 。
損失の高くない伝熱管を製作できる。繁下羊黍尊例壬＃
ト≠てｊせ餘・
ト≠てｊせ餘・
第１図は、本発明の一実施例になる伝熱管の縦断面図、
第２〜第４図は各々第１図のＡ−Ａ’ 。 Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面を示す図である。第５図〜第８
図は１本発明と従来例の動作を比較説明する図であり、
第５図、第６図は管の断面図、第７図、第８図は管内の
流れの状態を示す図である。 第９図は本発明と従来例の性能を比較した図、第１０図
〜第１２図は各々本発明の他の実施例の断面図、第１３
図は本発明の他の実施例になる伝熱管の斜視図、第１４
図〜第１６図は各々第１３図のＡ−Ａ’ 、Ｂ−Ｂ’
、Ｃ−Ｃ’断面を示す図である。第１７図は、本発明の
伝熱管の製法の一例を示す図、第１８図は本発明の特性
を示す図である。 ■ １ 図 第２図 ￥Ｅ３図 冨４図 ｒ 第 ５図 第１ ＋１１５ 第 ７ 図 第 ｇ 図 ３９図 第１０ 図 第 １１ 図 猶／Ｚ 図 不 ノ３ 図 第 １７ 図 不 ／８ 図 ＊ 、＃イＪ貧 ； ０ ０ζπ＝１． △ Ｊ、、”
＝ Ｉ／Ｌ５０ ｋ＝１７Ｚ６ ０ θ５１ 、ｆ／Ｉ而のア久へ６７ト比ｃ１５
第２〜第４図は各々第１図のＡ−Ａ’ 。 Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’断面を示す図である。第５図〜第８
図は１本発明と従来例の動作を比較説明する図であり、
第５図、第６図は管の断面図、第７図、第８図は管内の
流れの状態を示す図である。 第９図は本発明と従来例の性能を比較した図、第１０図
〜第１２図は各々本発明の他の実施例の断面図、第１３
図は本発明の他の実施例になる伝熱管の斜視図、第１４
図〜第１６図は各々第１３図のＡ−Ａ’ 、Ｂ−Ｂ’
、Ｃ−Ｃ’断面を示す図である。第１７図は、本発明の
伝熱管の製法の一例を示す図、第１８図は本発明の特性
を示す図である。 ■ １ 図 第２図 ￥Ｅ３図 冨４図 ｒ 第 ５図 第１ ＋１１５ 第 ７ 図 第 ｇ 図 ３９図 第１０ 図 第 １１ 図 猶／Ｚ 図 不 ノ３ 図 第 １７ 図 不 ／８ 図 ＊ 、＃イＪ貧 ； ０ ０ζπ＝１． △ Ｊ、、”
＝ Ｉ／Ｌ５０ ｋ＝１７Ｚ６ ０ θ５１ 、ｆ／Ｉ而のア久へ６７ト比ｃ１５
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、流路が矩形もしくは略矩形である断面形状を有し、
かつ管軸方向に前記断面が順次回転する形状を有するこ
とを特徴する伝熱管。 ２、特許請求の範囲第１項の伝熱管において、管内壁に
突起あるいは溝部を有することを特徴とする伝熱管。 ３、流路が矩形もしくは略矩形の断面形状を有し、かつ
管軸方向に前記断面が順次回転する形状を有し、さらに
、管内部にねじれた板を挿入したことを特徴とする伝熱
管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11295084A JPS60256798A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11295084A JPS60256798A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 伝熱管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60256798A true JPS60256798A (ja) | 1985-12-18 |
Family
ID=14599579
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11295084A Pending JPS60256798A (ja) | 1984-06-04 | 1984-06-04 | 伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60256798A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63178130U (ja) * | 1987-03-13 | 1988-11-17 | ||
| JPH0383768U (ja) * | 1989-12-11 | 1991-08-26 | ||
| WO2021117725A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 株式会社Uacj | 熱交換器用二重管 |
-
1984
- 1984-06-04 JP JP11295084A patent/JPS60256798A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63178130U (ja) * | 1987-03-13 | 1988-11-17 | ||
| JPH0383768U (ja) * | 1989-12-11 | 1991-08-26 | ||
| WO2021117725A1 (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-17 | 株式会社Uacj | 熱交換器用二重管 |
| JP2021096011A (ja) * | 2019-12-13 | 2021-06-24 | 株式会社Uacj | 熱交換器用二重管 |
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