JPS61280390A - 熱交換器およびその製作方法 - Google Patents

熱交換器およびその製作方法

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JPS61280390A
JPS61280390A JP3439085A JP3439085A JPS61280390A JP S61280390 A JPS61280390 A JP S61280390A JP 3439085 A JP3439085 A JP 3439085A JP 3439085 A JP3439085 A JP 3439085A JP S61280390 A JPS61280390 A JP S61280390A
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Hisashi Nakayama
中山 恒
Kiyoshi Oizumi
大泉 清
Shigeo Sugimoto
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    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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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
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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】 〔発明の利用分野〕 本発明に、熱交換器およびその製作方法に係り、例えば
吸収式冷温水機、空気調和機、化学プラントなどに供さ
れる二重管式熱交換器において、特に二重管の内側の管
外周に、別個の伝熱管を螺旋状に巻き付けるものの熱交
換性能向上に最適な、熱交換器およびその製作方法に関
するものである。
〔発明の背景〕
一般に、空気調和機や冷凍機等の熱交換器には伝熱管が
設けられており、これらの管の内面の構造に管に加工を
施さない平滑管のほか、特公昭49−31863号公報
記載の例のように管壁内側に転造用の加ニブラグを挿入
し、溝加工を行うことにより第一のリプを設けたのち、
さらに追加工により第二の溝を設けた三次元状の面構造
を有する管が用いられている。
この面構造を有する伝熱管を、例えば二重管の間に、伝
熱管を螺旋状に内側の管外表面に巻き付ける形式の熱交
換器の伝熱管に用いたとすると、この面構造の突起形状
は丸みを帯びていない鋭角状であり、後に詳述するが角
を曲がる流れによりにく離渦を生以伝熱管の人出日間の
流体の圧力損失が高くなり、流体の駆動力が多く必要と
なる。
また、流体の流線に対する垂直な平面に対しては、流体
がその部分でよどむために運動エネルギが衝突の圧力と
なり、このためその部分が長時間経過するうちに減耗す
る。伝熱性能については、この減耗によりリプの高さ、
リプの形状が最適値から変動するために初期の性能値よ
りも低くなる。
また、この転造プラグを用いる方法は、−大溝と二次溝
を加工しなければならないので、必然的に加工工程が増
え、コストアップの要因となっていた。
さらに、この転造プラグによる方法では、伝熱管内面に
突起を形成することは可能であるが、管外面にさらに伝
熱促進効果を付加させるための凸凹面構造を構成するた
めの加工を行うためには、転造プラグによる加工とは別
の工程が必要となるのでコストアップとなる問題があっ
た。
〔発明の目的〕
本発明に、前述の従来技術の問題点を解決するためにな
されたもので、二重管の内側の管の管外周に巻き付ける
伝熱管の管外表面に、螺旋曲線に沿って断続した凹みを
設け、管外の伝熱面積を増加させ、また伝熱管外を流れ
る流体に乱れを与えて伝熱促進効果を付加させるととも
に、管内側に突起の辺が曲率を有する連続した円またに
楕円形状の突起を設けて、流体に乱れを誘起させ高い伝
熱性能を得ることを可能とした熱交換器およびその製作
方法の提供を、その目的としている。
〔発明の概要〕
本発明に係る熱交換器の構成は、二重管の内側の管の管
外周に、別個の伝熱管を螺旋状に巻き付けてなる熱交換
器において、前記二重管の内側の管の管外周に巻き付け
る伝熱管を、その伝熱管の管外表面に形成された少なく
とも一条の螺旋曲線に沿って、断続的に管外表面に凹み
の列を設け、その凹み形成にともなって管内面に、底面
および任意の高さにおける横断面形状が円形、楕円形ま
たは非対称楕円曲線をなし、その横断面積が高さ方向に
減少するような突起の列が形成された伝熱管としたもの
である。
また、本発明忙係る熱交換器の製作方法は、二重管の内
側の管の管外周に、別個の伝熱管を螺旋状に巻き付けて
なる熱交換器の製作方法において、前記二重管の内側の
管の管外周に巻き付けるべき伝熱管を、あらかじめ、先
端が円弧状あるいは矩形状の突起をもつ歯車状のロール
を当該伝熱管の管外表面に押圧しつつ、少なくとも一条
の螺旋曲線に沿って転動することによって、当該伝熱管
の管外表面に断続的な凹みの列を形成し、その凹み形成
にともなって管内面に、底面および任意の高さにおける
断面形状が円形、楕円形または非対称楕円曲線をなし、
その横断面積が高さ方向に減少するような突起の列を形
成するように加工したのち、その加工した伝熱管を、上
記二重管の内側の管の管外周に螺旋状に巻き付ける方法
である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の各実施例を第1図ないし第7図を参照し
て説明する。
まず、第1図に、本発明の一実施例に係る熱交換器の構
成を示す部分断面斜視図、第2図に、第1図の伝熱管部
の詳細を示す部分断面斜視図、第3図(a)、 (b)
、 (c)は、第2図に示す伝熱管の管内面に形成され
る突起の形状を示す正面図、第4図(1)。
(b’) 、 (c’)u、それぞれ第3図(a)、 
(b)、 (c)の八−A’矢視、B−B’矢視、C−
C’矢視断面図である。
第1図に示す熱交換器に、例えば吸収式温水機、空気調
和機、化学プラントナどに供されるもので、1に、二重
管の外側の管、2に、二重管の内側の管、3は、二重管
の内側の管2の管外周に、螺旋状に巻き付けた伝熱管を
示している。
伝熱管3は、第2図に示すように、管外表面に形成され
た少なくとも一条の螺旋曲線4に沿って、一定間隔で断
続的に凹み5の列が形成されており、これらの凹み5の
形成にともなって、管壁を隔てた管内面に、表面が滑ら
かな突起6の列が形成されている。
この突起6は、第3図(a)に示すように、正面図が円
形の突起6aか、あるいに第3図(b)に示すように楕
円形の突起6bか、またH (C)に示すように卵形の
断面形に類似した非対称の楕円曲線状の形状6Cをして
いる。
また、突起6の底面より高い部分の横断面形状も、それ
ぞれ底面と類似の形状をしていて、それらの断面積は底
面積より突起の高さ方向に減少している。また、断面形
状に、それぞれリプの辺を区別するような鋭角形状の角
張った線で構成されるのでになく、第3図(a)、 (
bL (c)に示すように曲線で形成されている。
管外表面に形成された凹み5の列に、第4図(a′)に
示すように、直方体状の凹み5a、また、(b勺に示す
ように、IJ字状の凹み5b1あるいは(0勺に示すよ
うに、非対称形状の凹み50など任意形状が考えられ、
これらの凹み5の形状に応じて管内面の突起6の形状が
定まるものでおる。
このような管外表面の凹み5の列および管内面の突起6
の列を有する伝熱管3を、第1図に示すように二重管の
内側の管2の管外周に螺旋状に巻き付けて熱交換器が構
成される。
この熱交換器ば、二重管の内側の管2の管外周に巻き付
けた伝熱管3の内側を流れる流体と、巻き付けられた伝
熱管3によって狭められた二重管のすき間7を流れる流
体の間で熱交換が行われるものである。
第2図に示した伝熱管3F′i、次に述べる方法で容易
に製作することができる。
第5図に、本発明の一実施例に係る伝熱管の加工方法を
示す説明図である。
第5図に示すように、先端が円弧状あるいは矩形状の突
起11をもつ歯車状のロール10を、伝熱管3の管外表
面から押し付け、少なくとも一条の螺旋曲線に沿って押
圧しつつ転動させることによって、管外表面に断続的な
凹み50列が形成される。
凹み5の列の円周方向ピッチに、歯車状のロール10に
備えられた歯に相当する突起11の円周方向ピッチによ
って定められ、また凹み5の深さは、ロール10の押し
付は量を調節して決められる。
管内面には、これらの凹み5の形成にともなって突起6
が形成され、円周方向のピッチおよび突起高さが定めら
れる。
なお、ロール10を管軸に対して直角方向に回転させる
場合には、各々独立した凹みおよび突起の列を、それぞ
れ管外、管内面に形成することができる。
ロール10を第5図に示すように螺旋状に進ませると、
螺旋曲線に沿った管外表面の凹みおよび管内面の突起の
列が形成される。螺旋曲線に沿って凹みおよび突起を形
成する方が工数低減上有利であることは言うまでもない
また、第5図には、1個のロール10を用いて一条の螺
旋曲線に沿った凹みおよび突起の列を形成する例を示し
ているが、ロール10を複数個並べて複数条の螺旋曲線
に沿った凹みおよび突起の列を形成することも可能であ
る。
このような方法により、管外表面に凹み5を有し、また
その凹み5に基づく突起6の横断面形状が円弧形状をし
ており、突起列方向に切った突起6の縦断面形状が、突
起列の長手方向に向って円弧状に起伏を持つような突起
形状をした突起列を管内面に形成することができる。
これらの加工は、前述のように、伝熱管外から、歯車状
に突起のついたロールを押し付けて容易に行うことがで
きるので、製作工数の低減上優れた効果がある。
第5図に示す方法で加工された伝熱管3を、第1図に示
す二重管の内側の管2の管外周に螺旋状に巻き付けて熱
交換器の製作が終る。
本実施例の熱交換器によれば、二重管のすき間7を流れ
る流体側の伝熱性能に、螺旋状に巻き付けた伝熱管3に
より流路断面積が変化して流れが擾乱され、さらに伝熱
管3の管外表面の凹み5によシさらに細かく流路断面積
が変動し、流れが、凹み5の部分で局所的に加速または
減速されて伝熱促進効果を生じる。
また、伝熱管3の管内伝熱面は、各々の突起6の後流に
渦が形成される。この渦は、突起6の部分で局所的に流
路断面積が狭まることによって主流が加速され、流体の
静圧力が低下し、突起6の無い部分との間に圧力差を生
じ、流体が圧力の高い部分から低い部分に流れ、これら
の流線が合成され管軸方向に回転軸をもつ縦渦を生じ、
この縦渦の作用により高い伝熱促進が可能である。
さらに、この伝熱管3の内外表面の凹みおよび突起列の
配置を、伝熱管流れ方向の隣り合う突起が互い違いの千
鳥状になるように配列すれば、熱伝達率はさらに増加す
る。
次に、本発明の他の実施例を第6図および第7図を参照
して説明する。
第6図は、本発明の他の実施例に係る熱交換器の構成を
示す部分断面斜視図、第7図は、第6図の伝熱管部の詳
細を示す部分断面斜視図であり、図中、第1.2図と同
一符号の部分は先の実施例と同等部分であるから、その
説明を省略する。
第6.7図の例では、伝熱管3Aの管外表面に設けた凹
み50列以外の平滑面上に、フィン間隔を密にした微細
フィン12を形成している。
これによって、先に説明した実施例と同様な効果が期待
されるほか、フィン効果によって、さらに熱伝達率を増
進させることが可能である。
また、先に第5図で説明した伝熱管3の加工方法におい
て、伝熱管3の管外表面の凹み5を形成する際に用いら
れる歯車状のロール10の円弧状おるいは矩形状の突起
11を丸味を備えた形状にしておけば、このロールによ
り形成される凹みの形状に曲率を付与することができる
このように、伝熱管の管内面に形成される突起に曲率を
備えておれば、流体の流れが突起に衝突しても突起の曲
率に沿って流れ、管内面に働く流体の粘性力に起因する
せん断応力の作用がより少なくなり、流体のせん断応力
に起因する潰食の作用が小さくなるので、伝熱管の耐腐
食性を向上する効果がある。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、二重管の内側の管
の管外周に巻き付ける伝熱管の管外表面に、螺旋曲線に
沿って断続した凹みを設け、管外の伝熱面積を増加させ
、iた伝熱管外を流れる流体に乱れを与えて伝熱促進効
果を付加させるとともに、管内側に突起の辺が曲率を有
する連続した円または楕円形状の突起を設けて、流体に
乱れを誘起させ高い伝熱性能を得ることを可能にした熱
交換器およびその製作方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る熱交換器の構成を示
す部分断面斜視図、第2図に、第1図の伝熱管部の詳細
を示す部分断面斜視図、第3図(a)。 (b)、 (C)は、第2図に示す伝熱管の管内面に形
成される突起の形状を示す正面図、第4図(a’)、 
(b’)。 (C’) Hlそれぞれ第3図(a)、 (b)、 (
c)のA−A’矢視、B−B’矢視、c−c’矢視断面
図、第5図に、本発明の一実施例に係る伝熱管の加工方
法を示す説明図、第6図に、本発明の他の実施例に係る
熱交換器の構成を示す部分断面斜視図、第7図は、第6
図の伝熱管部の詳細を示す部分断面斜視図である。 2・・・二重管の内側の管、3.3A・・・伝熱管、4
・・・螺旋曲線、5・・・凹み、6・・・突起、10・
・・ロール、11・・・突起、12・・・微細フィン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、二重管の内側の管の管外周に、別個の伝熱管を螺旋
    状に巻き付けてなる熱交換器において、前記二重管の内
    側の管の管外周に巻き付ける伝熱管を、その伝熱管の管
    外表面に形成される少なくとも一条の螺旋曲線に沿つて
    断続的に管外表面に凹みの列を設け、その凹み形成にと
    もなつて管内面に、底面および任意の高さにおける横断
    面形状が円形、楕円形または非対称楕円曲線をなし、そ
    の横断面積が高さ方向に減少するような突起の列が形成
    された伝熱管としたことを特許とする熱交換器。 2、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、二重管
    の内側の管の管外周に巻き付ける伝熱管を、その伝熱管
    の管外表面に設けた凹みの列以外の平滑面上に、フィン
    間隔を密にした微細フィンを形成した伝熱管としたもの
    である熱交換器。 3、特許請求の範囲第1項記載のものにおいて、二重管
    の内側の管の管外周に巻き付ける伝熱管を、その伝熱管
    の管外表面の凹みおよび管内面の突起の列が管軸方向に
    千鳥状に配列された伝熱管としたものである熱交換器。 4、二重管の内側の管の管外周に、別個の伝熱管を螺旋
    状に巻き付けてなる熱交換器の製作方法において、前記
    二重管の内側の管の管外周に巻き付けるべき伝熱管を、
    あらかじめ、先端が円弧状あるいは矩形状の突起をもつ
    歯車状のロールを当該伝熱管の管外表面に押圧しつつ、
    少なくとも一条の螺旋曲線に沿つて転動することによつ
    て、当該伝熱管の管外表面に断続的な凹みの列を形成し
    、その凹み形成にともなつて管内面に、底面および任意
    の高さにおける断面形状が円形、楕円形または非対称楕
    円曲線をなし、その横断面積が高さ方向に減少するよう
    な突起の列を形成するように加工したのち、その加工し
    た伝熱管を、上記二重管の内側の管の管外周に螺旋状に
    巻き付けることを特徴とする熱交換器の製作方法。 5、特許請求の範囲第4項記載の方法において、歯車状
    のロールの円弧状あるいは矩形状の突起を丸みを備えた
    形状として、このロールにより形成される凹みの形状に
    曲率を付与するようにした熱交換器の製作方法。
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