JPS6064194A

JPS6064194A - 伝熱管

Info

Publication number: JPS6064194A
Application number: JP17261083A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Nosetani; 野世溪　精; Iwao Takeda; 竹田　岩男; Hiromi Hashimoto; 橋本　博實
Original assignee: Sumitomo Light Metal Industries Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Sumitomo Light Metal Industries Ltd
Priority date: 1983-09-19
Filing date: 1983-09-19
Publication date: 1985-04-12
Also published as: JPH0351997B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、管外面に管周方向の外面フィンが所定ピッチ
で一体的に形成された伝熱管に係り、特に管外面におけ
る伝熱特性を向上させ得る伝熱管に関するものである。

従来、熱交換器などに用いられる伝熱管は、凝縮促進用
と蒸発促進用との２種類のものが製作され、もしくは考
案されてきた。一般に、凝縮促進用の伝熱管は多数の外
面フィンを管周方向に備えたものが一般的であり、また
蒸発促進用の伝熱管は管外周面に管外部に連通ずる多数
の空洞部を備えて、沸騰機能を高めるような構造が一般
的である。そして、凝縮器等には専ら凝縮促進用の伝熱
管が用いられ、蒸発器等には蒸発促進用の伝熱管が用い
られるのが普通であるが、例えば、ヒートポンプ式熱交
換器のように、一つの伝熱管で＃縮と蒸発とが同時に起
こるような伝熱装置においては、上述の機能別の伝熱管
を適用することは望ましくない。いずれのタイプの伝熱
管を用いたとしても、凝縮機能あるいは蒸発機能のどち
らかが充分に果たされないこととなるからである。

ここにおいて、本発明は、そのような事情に基づいて為
されたものであり、その目的とするところは、凝縮機能
と蒸発機能との双方の機能を備えた伝熱管を提供するこ
とにある。

このような目的を達成するために、本発明にあっては、
管外面に管周方向の外面フィンを所定ピッチで一体的に
形成する一方、その外面フィンの間が管周方向に延びる
溝部とされた伝熱管において、該溝部の底部に、その長
さ方向に所定の間隔をおいて複数の凹所を形成する一方
、上記外面フィンに、該溝部の底部に達しない深さでフ
ィン長さ方向に所定の間隔をもって谷部を設け、かつ該
谷部の底部部分を上記溝部の側に突出せしめることによ
り、その溝部に狭窄部を形成するようにしたのである。

このようにすれば、外面フィンおよびそのフィンに形成
された谷部が凝縮性能を向上させ、また狭窄部の存在に
基づき有効な沸騰作用、ひいては蒸発性能の向上を図る
ことができる。さらに、溝部の底部に形成された凹所が
、主として蒸発機能を更に助長することに寄与し、その
ような構造の有機的な組合せにより、凝縮性能と蒸発性
能との双方の機能を満足する伝熱管を提供することが可
能となったのである。

以下、本発明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第１図は、本発明に従う伝熱管の一例を示す一部切欠斜
視図であり、そこにおいて２は、銅、銅合金あるいはア
ルミニウム若しくはアルミニウム合金等の熱伝達率のよ
い金属からなる伝熱管である。この伝熱管２の管外周面
には、管材料からなる螺旋状の外面フィン４が所定ピッ
チで一体に設けられている。その結果、それら外面フィ
ン４の間が管周方向に螺旋状に延びる溝部６とされてい
る。

この外面フィン４は、第３図から明らかなように、その
高さ方向における先端側に向かう程厚さが漸次薄くなる
突条形態で形成されている。また、それら外面フィン４
には、フィン長さ方向に所定の間隔をもって谷部８が設
けられており、その谷部８の形成によって、外面フィン
４が、溝部６の底部には達しない深さでほぼ■字形に切
り欠がれた形態となっているのである。

そして、外面フィン４において谷部８が形成されていな
い残された部分が山部１ｏとされており、それら山部Ｉ
Ｏと谷部８とが、フィン長さ方向において交互に形成さ
れ、かつ隣り合う外面フィン４の山部１０同士および谷
部８同士が、外面フィン４とほぼ直角な方向において対
応する位置関係を有するようにされている。また、かか
る山部１０は、はぼ四角錐台形状を有しており、かつ、
溝部６に臨む側の両側面が溝部６の側に向かって湾曲状
に凹となっている。

そして、このような山部１０と谷部８とが連続する形態
が、管外面に接触せしめられる所定の流体に対する接触
面積を増加させ、凝縮性能を高めることに有効となるの
である。また、外面フィン４に４１着する凝縮後の流体
が外面フィン４の表面に厚い液膜を作ることが避けられ
て、外面フィン４からの凝縮液の離脱を促進する効果も
得られるのである。

なお、谷部８は、上述のように、伝熱管溝部６の底部に
達しない深さで形成されているが、第４図に示される谷
部８の深さ：ｈ１は、外面フィン４の高さをり、とすれ
ば、ｈふ／ｈチー１／４〜３／４程度の範囲が望ましく
、概ね１／２程度が好適と言える。また、谷部８のフィ
ン長さ方向におけるピッチＰｉ　（第２図参照）は、伝
熱管２の外径が例えば２０ｍｍ前後で、外面フィン４の
高さが例えば１〜３真園前後の場合、Ｐｉ’０．５ｍｍ
〜２龍程度が望ましい範囲ということができる。そのよ
うな範囲に拘泥するわけではないが、谷部のピッチＰｉ
があまりに小さいと谷部８の形成に困難を来し、また、
あまりに大きいと管外面の接触面積を充分に増大させ得
す、凝縮性能を高める効果が小さくなるからである。

また、かかる谷部８の底部部分は、両側に位置する溝部
６の側にそれぞれ突出させられている。

すなわち、谷部８の底部を構成する外面フィン４の両側
壁部がそれぞれ側方に突出せしめられて、突出部１２が
形成されているのである。そして、溝部６を隔てて隣り
合う谷部８の突出部１２同士が、それらの突出端部にお
いて互いに近接させられ、それによって、第２図に示さ
れるように溝部６の長さ方向において溝幅を狭くする狭
窄部■４が形成されることとなる。また、かかる狭窄部
１４によって、溝部６は、いわば溝長手方向において複
数の空洞部１６に分断されたような格好とされているの
である。

ところで、このような狭窄部１４は、谷部８が通常ロー
レット加工により形成されるところから、谷部８の形成
のために外面フィン４の外周部（先端部）にローレソＩ
・掛はローラを押圧し、そこを押しつぶして塑性変形さ
せる際に、外面フィン４を構成する管材料を溝部６の側
に押し出すように移動させることによって、通常は谷部
８の形成と同時に、かかる突出部１２、ひいては狭窄部
１４が形成されることとなるのである。そして、溝部６
の長手方向において隣り合う狭窄部１４の間に形成され
ている一種の空洞部１６が、沸騰作用の核として有効に
機能し、伝熱管２の管外面における蒸発機能の促進に寄
与するのである。

なお、狭窄部１４の隙間：Ｘは、外面フィン４のピンチ
をＰｆとし、また谷部形成前の外面フィン４の厚さをＬ
とすれば、概ね次のような範囲、すなわち０≦Ｘ≦（Ｐ＋　ｔ）／２の範囲を満足するように定めることが望ましいと言える
。言い換えれば、狭窄部１４を形成する突出部１２同士
が実質的に隙間のない状態で突き合わされ、当接した状
態でも良いのであり、また、ある程度当接部１２同士が
離れた状態とする場合には、谷部形成前における溝部６
の溝幅の１／２以下程度に狭窄部１４の隙間を設定する
ことが好適となるのである。狭窄部１４の隙間があまり
に大きいと沸騰作用の核となるような空洞部１６を一形
成し難くなるからである。

一方、溝部６の底部には、第１図に示されるように、溝
長手方向に所定の間隔をおいて複数の凹所（ディンプル
）１８が形成されている。この凹所１８は、それ自体が
主に沸騰作用の核となり得、管外面における蒸発機能の
促進に寄与し得るものであるが、溝部６の長手方向にお
いて互いに隣り合う狭窄部１４の間に位置するように形
成すれば、あるいは凹所１８の、溝長手方向における両
端部が狭窄部１４にそれぞれ対応する部位に位置し、か
つ適数の狭窄部１４にまたがって形成するようにすれば
、狭窄部１４間に形成された空洞部１６が更に深さ方向
に奥行きを持つこととなるため、核沸騰作用が一層促進
されるようになるのである。

もっとも、凹所１８は、上述のようにそれ自体が沸騰作
用の核となり得るから、狭窄部１４と特別の位置関係を
有しないで溝部６の長さ方向に所定のピンチで形成され
ても蒸発機能の向上に寄与することとなる。

かかる凹所１８の大きさは、伝熱管２の管外径が例えば
２０龍前後で、外面フィン厚さが０．２〜０、４１ｍ、
またフィン高さが１〜３龍で溝部６のピンチが０．５〜
１．３　ａｍ程度であるとすれば、凹所１８の深さが０
．２〜１．０１■程度、また長さが０．５〜５ｆｉ程度
が好適な範囲となる。

なお、凹所１８の形成によって、その位置に対応する管
内面が凹所１８にほぼ対応する範囲で内側に突出せしめ
られて突部が形成されるようにしてもよく、他方、管内
面にはそのような突部が形成されないで、管外面の溝部
６に上記のような凹所１８だけが存在するようにしても
よい。

そして、凹所１８の形成は、例えば鋸歯状ディスクを用
い、かかる鋸歯状ディスクの鋸歯を伝熱管２の溝部６に
押し付けることにより、比較的容易に行うことができる
が、管内面側に芯部材としてのダイスを挿入しておけば
、管内面には突部が形成されず、溝部６に凹所１８のみ
が形成される結果となり、また、管内面に挿入されるダ
イスを鋸歯状ディスクの鋸歯から管軸方向においてずら
しておけば、溝部６の鋸歯によって押圧される部−分が
凹所１８となる一方、そこの管壁が管内側に押しやられ
て上述のような突部が併せて形成されることとなるので
ある。ただし、凹所１８の形成は、外面フィン４を形成
した後、谷部８および狭窄部１４を形成するのに先立っ
て行うことが望ましい。

例えば、目的とする伝熱管を与える素管の外周面に対し
て所定のフィン形成ディスクを押圧せしめることにより
、外面フィン４を転造形成する−方、そのフィン形成デ
ィスクの外面フィン形成方向における下流側に、上述の
ような鋸歯状ディスクを配置し、形成された外面フィン
間の溝部６の底部にがかる鋸歯状ディスクの鋸歯を押圧
せしめることにより、該鋸歯による押圧部分を陥没させ
るようにする。さらに、そのような鋸歯状ディスクの下
流側に、所定のローレット掛はローラを配置し、そのロ
ーラにより外面フィン４の外周部を所定間隔で押し付け
て、谷部８および狭窄部１４を形成することが好適とな
る。

なお、谷部８および狭窄部■４の形成に際して、外面フ
ィン４の外周部を複数ピッチにわたって同時に押圧する
ローレット掛はローラを用いる代わりに、外面フィン４
の幅とほぼ等しい幅を存する谷部形成ディスク（歯車状
のディスク）を用い、そのディスクを外面フィン４の外
周部にフィン螺旋方向に沿って１ピツチずつ押し付ける
ことにより、谷部８等を形成してもよい。

以上のような伝熱管２にあっては、山部ｌＯと谷部８と
を有する外面フィン４が、主に管外面における凝縮機能
を促進し、また溝部６における狭窄部１４間の空間（空
洞部１６）ならびに溝部６に形成された凹所１Ｂが、主
に核沸騰機能の促進、ひいては管外面における蒸発機能
を促進し、一つの伝熱管でありながら、凝縮性能説蒸発
性能との二つの機能を共に良好に満足させることができ
るのである。従って、管外面において凝縮と蒸発との二
つの挙動が同時に、あるいは時間的なずれをおいて生じ
ることとなるような用途、例えばヒートポンプ式熱交換
器等における伝熱管に特に有効に用いることができるの
である。

ところで、上記実施例においては、谷部８や山部１０が
管軸方向において略対向した位置に配置された構成とな
っているが、第５図に示されるように、互いに隣り合う
外面フィン４の谷部８をフィン長手方向においてやや位
置がずれるように設にしても何等差支えないのである。

また、第６図に示されるように、隣り合う外面フィンの
山部１０と谷部８とが互い違いの位置関係を有するよう
に構成し、谷部８の突出部１２を山部１０の側壁面中央
に向かって突出せしめることにより、それら突出部１２
と山部１０側壁部とによって狭窄部１４が構成されるよ
うにすることも可能である。

なお、第５図あるいは第６図に示されるように、互いに
隣り合う外面フィン４における山部１０と谷部８とを位
置をずらして設ける場合、先に触れたような谷部形成デ
ィスクを用い、かつその押圧歯のピッチを選ぶことによ
り、谷部１０と山部８との位置形態を適宜に選ぶことが
でき桑、。

さらに付言すれば、外面フィン４を管周方向においてＩ
ｌ！Ｉ旋状に連続して形成する以外に、管周方向におい
て管軸に対して同心的な円環状の外面フィンを所定間隔
で多数形成するようにしてもよい。

また、山部１０の形状は、前述のような四角錐台形状に
限られるものではなく、他の適宜の形状とすることも可
能である。また、谷部８をフィン長さ方向において比較
的大きな間隔をもって設ける場合には、山部と谷部とが
交互に位置するという形態にはならないが、そのような
形態をとっても本発明の利益は享受することができるの
である。

次に、本発明の効果を更に具体的に明らかにするために
、本発明に従う伝熱管に対し虎行った実験の実験データ
を以下に示す。ただし、かかるデータによって本発明が
限定的に解釈されるものでないことは言うまでもない。

この実験は、第１図および第２図に示されるような伝熱
管２について、螺旋状の外面フィン４が１９山／インチ
で形成された伝熱管Ｃと、２６１４／インチで形成され
た伝熱管りとを対象としたものであり、また比較のため
に、谷部８も凹所１８も形成されていない従来の伝熱管
について、螺旋状の外面フィンが１９山／インチ、およ
び２６山／インチで形成されたそれぞれの伝熱管Ａ、Ｂ
に対して同様な実験を行い、その結果を第１表に併せて
示した。

なお、それら実験に用いた伝熱管は、いずれも管外１￥
が１９．０５龍、有効長さ２０　Ｑ　Ｏ＊＊のものであ
り、更に本発明管ＣおよびＤについては、谷部８の深さ
と外面フィン４の高さとの比；ｈｔ／ｈ＋＃１／２であ
って、狭窄部１４間の隙間；Ｘ＃（Ｐ＋　ｔ）／４、か
つ蝮旋状外面フィン４のピッチＰｆ＃１ｍｍのものを取
り上げた。また、試験条件については第１表に併記され
ている。

かかる第１表に示す実験結果から明らかなように、本発
明管Ｃ，Ｄにあっては、管外面における凝縮性能および
蒸発性能をそれぞれ示す凝縮伝熱係数ならびに蒸発伝熱
係数が、いずれも従来管Ａ。

Ｂを上回っており、凝縮伝熱係数については従来管に比
べて約４０％〜８０％近く向上し、また蒸発伝熱係数に
ついては約８０％〜１００％を越える向上率を達成して
いることが理解されるのである。なお、外面フィンのピ
ンチが小さい程、狭窄部を形成した効果が得られること
が判り、また、ｈ九／　ｈ　＋が１／４〜３／４の範囲
において、それ程大きな差は見られなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う伝熱管の一具体例を示す一部切欠
き斜視図であり、第２図は第１図における平面図である
。第３図は、第２図における■−■断面図であり、第４
図は第２図におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。第５図お
よび第６図は、それぞれ本発明の別の実施例を示す部分
平面図であって、それぞれ第２図に対応する図である。２：伝熱管　４：外面フィン６：溝部　８：谷部１０：山部　１２：突出部１４：狭窄部　１６：空洞部１８：凹所第１図第５図　第６ＦＩＩＪ

Claims

【特許請求の範囲】

管外面に管周方向の外面フィンを所定ピンチで一体的に
形成する一方、該外面フィンの間が管周方向に延びる溝
部とされた伝熱管において、該溝部の底部に、その長さ
方向に所定の間隔をおいて複数の凹所を形成する一方、
前記外面フィンに、前記溝部の底部に達しない深さでフ
ィン長さ方向に所定の間隔をもって谷部を設け、かつ該
谷部の底部部分を前記溝部の側に突出せしめることによ
り該溝部に狭窄部を形成したことを特徴とする伝熱管。