JPS6189497A - 伝熱管 - Google Patents
伝熱管Info
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- JPS6189497A JPS6189497A JP59208290A JP20829084A JPS6189497A JP S6189497 A JPS6189497 A JP S6189497A JP 59208290 A JP59208290 A JP 59208290A JP 20829084 A JP20829084 A JP 20829084A JP S6189497 A JPS6189497 A JP S6189497A
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- heat transfer
- tube
- projection
- pipe
- protrusion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
- B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
- B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21D17/00—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles
- B21D17/04—Forming single grooves in sheet metal or tubular or hollow articles by rolling
-
- 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
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/42—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element
- F28F1/44—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being both outside and inside the tubular element and being formed of wire mesh
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〕
この発明は、空気調和機、冷凍機等の熱交換器に用いる
伝熱管に関するものであり、特に該伝熱管の内面構造が
外周に突起列を有する円板状工具（ロール）で形成され
た突起列を有する単相流伝熱管に適した面構造に係わる
発明である。
伝熱管に関するものであり、特に該伝熱管の内面構造が
外周に突起列を有する円板状工具（ロール）で形成され
た突起列を有する単相流伝熱管に適した面構造に係わる
発明である。
周知の如く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は管に加工
を施さない平滑管の他、特公昭４９−３１１１６３号公
報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一次側のリブを設けた後、さ
らに追加工により二次側の溝を付けた三次元状の面構造
を有する管が知られている。
が設けられており、これらの管の内面の構造は管に加工
を施さない平滑管の他、特公昭４９−３１１１６３号公
報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一次側のリブを設けた後、さ
らに追加工により二次側の溝を付けた三次元状の面構造
を有する管が知られている。
この面構造を有する伝熱管を例えば単相流用の伝熱面に
用いたとすると、この面構造の突起形状２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
によりはく離渦を生じ、伝熱管の人出日間の流体の圧力
損失が高くなり、流体の駆動力を多く要する。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たつうちに減耗する。伝熱性能
については、この減耗によりリブの高さ、リブの形状が
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
。
用いたとすると、この面構造の突起形状２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
によりはく離渦を生じ、伝熱管の人出日間の流体の圧力
損失が高くなり、流体の駆動力を多く要する。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たつうちに減耗する。伝熱性能
については、この減耗によりリブの高さ、リブの形状が
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、−次ＧＷと二次）
１夕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る。またその伝
熱促進効果を最大限発揮するようなリブについての寸法
についても不明瞭な点が多い。伝熱性能に影響を及ぼす
パラメータとして、リブ高さ、リブの円周方向ピッチ、
リブの軸方向ピッチなどの単相流についての最適値に関
し、系統的な実験により調査する必要があるにもかかわ
らず未だ明らかでない。
１夕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る。またその伝
熱促進効果を最大限発揮するようなリブについての寸法
についても不明瞭な点が多い。伝熱性能に影響を及ぼす
パラメータとして、リブ高さ、リブの円周方向ピッチ、
リブの軸方向ピッチなどの単相流についての最適値に関
し、系統的な実験により調査する必要があるにもかかわ
らず未だ明らかでない。
この発明の目的は、上述従来技術に基づく伝熱管の内壁
構造の問題点を解決すべき技術的課題とし、管内側に突
起の辺が曲率を有する多数の突起列を、伝熱性能が最適
になるように数値的に決定し、すぐれた単相流伝熱面構
造を提供することにある。
構造の問題点を解決すべき技術的課題とし、管内側に突
起の辺が曲率を有する多数の突起列を、伝熱性能が最適
になるように数値的に決定し、すぐれた単相流伝熱面構
造を提供することにある。
上述目的を実現するために、伝熱管外面より、外周に突
起列を有するロールを押し付けることによって、管内面
に突起高さの範囲が０．４５ ｍｍ〜０、’６ｍｍで、
かつ円周方向のピッチが３．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲で、
かつ軸方向のピッチが９ｍｍ以内の突起列を形成させる
ことにより、伝熱性能的にすぐれた面構造を実現させた
ことである。
起列を有するロールを押し付けることによって、管内面
に突起高さの範囲が０．４５ ｍｍ〜０、’６ｍｍで、
かつ円周方向のピッチが３．５ｍｍ〜６ｍｍの範囲で、
かつ軸方向のピッチが９ｍｍ以内の突起列を形成させる
ことにより、伝熱性能的にすぐれた面構造を実現させた
ことである。
次に、この発明の実施例を第１図により説明する。伝熱
管１の外側から、先端が歯車状のロール２を押し付けて
、管内壁側に突起３の列を形成する。この場合、管内壁
面１０に形成される突起３は、管外から外力により肉厚
を有する管壁材料が塑性変形して突起３が形成されるの
で滑らかな曲線から構成されている。突起３は、底面及
び任意の高さにおける横断面形状が円または楕円、また
は非対象な楕円曲線であり、横断面積が高さ方向に減少
している。
管１の外側から、先端が歯車状のロール２を押し付けて
、管内壁側に突起３の列を形成する。この場合、管内壁
面１０に形成される突起３は、管外から外力により肉厚
を有する管壁材料が塑性変形して突起３が形成されるの
で滑らかな曲線から構成されている。突起３は、底面及
び任意の高さにおける横断面形状が円または楕円、また
は非対象な楕円曲線であり、横断面積が高さ方向に減少
している。
突起４の円周方向ピッチ２はロール２に偉えられた歯４
の円周方向ピッチによって決定され、またロール２の押
し付は量を調節して、突起３の高さｅを定めることが出
来る。ロール２の角度を種種変えることによって、スパ
イラルの角度を変えることと、突起３の管軸方向のピッ
チｐを定めることができる。このピッチはロールの数に
応じた条数によっても変えることができる。
の円周方向ピッチによって決定され、またロール２の押
し付は量を調節して、突起３の高さｅを定めることが出
来る。ロール２の角度を種種変えることによって、スパ
イラルの角度を変えることと、突起３の管軸方向のピッ
チｐを定めることができる。このピッチはロールの数に
応じた条数によっても変えることができる。
本発明の伝熱管の突起は、突起が曲率を有しているため
に、流れがリブに衝突しても流力°ゑが急激に曲らずに
リブに沿って流れ、壁面に働く流体の粘性力に起因する
ぜん所応力の作用がより少なく、流体のせん断応力に起
因する潰食の作用が小さく、また突起の後流に形成され
るはく離渦の発生量も小さいので流体力による潰食の作
用はごくわずかである。
に、流れがリブに衝突しても流力°ゑが急激に曲らずに
リブに沿って流れ、壁面に働く流体の粘性力に起因する
ぜん所応力の作用がより少なく、流体のせん断応力に起
因する潰食の作用が小さく、また突起の後流に形成され
るはく離渦の発生量も小さいので流体力による潰食の作
用はごくわずかである。
本発明の曲率を有する三次元形状の突起を有する伝熱管
の性能について以下に述べる。本発明の伝熱管の性能に
及ぼすパラメータのうち、本発明では、突起高さ２円周
方向の突起のピンチ、及び管軸方向の突起のピッチに着
目し、実験を実施しその効果を明らかにした。なお伝熱
管内径ｄは１４．７＋＋＋＋ｎ〜１５．８ｍ＋！ｌの範
囲である。
の性能について以下に述べる。本発明の伝熱管の性能に
及ぼすパラメータのうち、本発明では、突起高さ２円周
方向の突起のピンチ、及び管軸方向の突起のピッチに着
目し、実験を実施しその効果を明らかにした。なお伝熱
管内径ｄは１４．７＋＋＋＋ｎ〜１５．８ｍ＋！ｌの範
囲である。
図２に、管軸方向のピットｐを７ｍｍと固定し、また円
周方向のピッチＺを４．５ｍｍに固定して突起高さｅを
０．４５ｍｍ （＞印） 、 ０．５ｍｍ （Δ印）。
周方向のピッチＺを４．５ｍｍに固定して突起高さｅを
０．４５ｍｍ （＞印） 、 ０．５ｍｍ （Δ印）。
０．６ｍ＋＊（０印）に変えた場合の熱伝達率及び圧力
損失の北定結果を示す。＃！ｉ軸にはレイノルズ数（＝
ｕ−ｄ／υ、ｕ：管内平均流速（ｍ／ｓ）。
損失の北定結果を示す。＃！ｉ軸にはレイノルズ数（＝
ｕ−ｄ／υ、ｕ：管内平均流速（ｍ／ｓ）。
ｄ：管内径（ｍｍ） 、υ：流体の動粘性係数（ｍ ２
／Ｓ））で、縦軸は無次元化された熱伝達率Ｎｕ／Ｐｒ
”（＝：αｄ／λ／ Ｐ ｒ ”’ ｙ α：熱伝達率
（Ｗ／ ｍ２・ＴＯ、λ：流体の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・
Ｋ）、Ｐｒ：流体のプラントル数）、及び管路の抵抗係
数ｆを示しである。
／Ｓ））で、縦軸は無次元化された熱伝達率Ｎｕ／Ｐｒ
”（＝：αｄ／λ／ Ｐ ｒ ”’ ｙ α：熱伝達率
（Ｗ／ ｍ２・ＴＯ、λ：流体の熱伝達率（Ｗ／ｍ２・
Ｋ）、Ｐｒ：流体のプラントル数）、及び管路の抵抗係
数ｆを示しである。
尚、第２図においては煩項になることを避けるために図
示してはないが管の内面に何等加工を施さない平滑管に
ついて実りを行った結果、熱転）？率に付いては従来一
般に知られているＤｉｔｔｕｓ −Ｂｏｅｌｔｅｒの式
、Ｎ ｕ ＝０．０２３Ｒｅ ’″Ｐ ｒ ” （グラ
フＡ）と良く一致し、管路の抵抗係数に付いてはＰｒａ
ｎｄｔｌの式１ ／ ｆ７＝ ２ 、 ＯＱ ｏｇ （
Ｒｃ ＪＶ” ） −〇、８（グラフＢ）と良く一致し
た皓果が得られている。なお、管内径はこの場合１５．
８ｍｍである。熱伝達率については、突起高さが０．５
ｎ＋ｏ＋と０．６１のものは、平滑管に比して２倍以上
の高い性能を有している。
示してはないが管の内面に何等加工を施さない平滑管に
ついて実りを行った結果、熱転）？率に付いては従来一
般に知られているＤｉｔｔｕｓ −Ｂｏｅｌｔｅｒの式
、Ｎ ｕ ＝０．０２３Ｒｅ ’″Ｐ ｒ ” （グラ
フＡ）と良く一致し、管路の抵抗係数に付いてはＰｒａ
ｎｄｔｌの式１ ／ ｆ７＝ ２ 、 ＯＱ ｏｇ （
Ｒｃ ＪＶ” ） −〇、８（グラフＢ）と良く一致し
た皓果が得られている。なお、管内径はこの場合１５．
８ｍｍである。熱伝達率については、突起高さが０．５
ｎ＋ｏ＋と０．６１のものは、平滑管に比して２倍以上
の高い性能を有している。
図に示されるように、突起高さｅを高くしていくと、熱
伝達率の上昇割谷よりも抵抗係数の増加割合の方が高く
なっている。圧力損失が高すぎると、同じ流体を＠環さ
せるのに要するポンプ動力が多く消費されるので圧力損
失は低い方が良い。
伝達率の上昇割谷よりも抵抗係数の増加割合の方が高く
なっている。圧力損失が高すぎると、同じ流体を＠環さ
せるのに要するポンプ動力が多く消費されるので圧力損
失は低い方が良い。
一般に熱伝達率が高くなれば、同じ熱負荷の場合、必要
伝熱面積が少なくて良くなるので、伝熱管長さが短くな
り圧力損失がその分だけ減少するので抵抗係数の増加分
は十分吸収することができる。
伝熱面積が少なくて良くなるので、伝熱管長さが短くな
り圧力損失がその分だけ減少するので抵抗係数の増加分
は十分吸収することができる。
第２図に示されるように、突起高さを高くすると圧力損
失が高くなり、ある限界以上、圧力損失が高くなると熱
伝達率の上昇にょる圧力損失の低減分が吸収しきれなく
なる。すなおち、この場合では突起高さが０．５ｍｍよ
り高くなると、熱伝達率の上昇分がわずがであるにもが
がねらず、抵抗係数が増大しているので伝熱促進効果は
少なくなり、突起高さがＯ，，５ｍｍが最適高さである
ことが考えられる。
失が高くなり、ある限界以上、圧力損失が高くなると熱
伝達率の上昇にょる圧力損失の低減分が吸収しきれなく
なる。すなおち、この場合では突起高さが０．５ｍｍよ
り高くなると、熱伝達率の上昇分がわずがであるにもが
がねらず、抵抗係数が増大しているので伝熱促進効果は
少なくなり、突起高さがＯ，，５ｍｍが最適高さである
ことが考えられる。
このことを確かめるため第２図で得られた結果を従来一
般に熱伝達率、及び抵抗係数についてその内容が知られ
ている文献（例えば、Ｒ，Ｌ、 Ｗｅｂｂａｎｄ Ｅ、
Ｒ，Ｇ、 Ｅｃｋｅｒｔ“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ＲｏｕｇｈＳｕｒｆａｃｅｓ ｔｏ １ｌｅａｔ
Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ”、 Ｉｎｔｅｒ
ｒ＋ａ−ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａ
ｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ。
般に熱伝達率、及び抵抗係数についてその内容が知られ
ている文献（例えば、Ｒ，Ｌ、 Ｗｅｂｂａｎｄ Ｅ、
Ｒ，Ｇ、 Ｅｃｋｅｒｔ“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ＲｏｕｇｈＳｕｒｆａｃｅｓ ｔｏ １ｌｅａｔ
Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ”、 Ｉｎｔｅｒ
ｒ＋ａ−ｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａ
ｔ ａｎｄ Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ。
Ｖｏｕ 、 １５． ｐ１６４７〜ｐ１．６５８） ”
？’示されテいるようなＣｆ／ｆ、）” （添字０；平滑管） で与えられる熱伝達率、及び抵抗係数について、上記の
三次元形状の突起の付いた伝熱管と、何等このような加
工を施していない平滑管とのこれらの比を取ったものの
割合で評価を行った。これらの値は平滑管については１
であり、伝熱性能が向上するにしたがってその値が大き
くなり、上記第２図に示された実験値を水速２．５ｍ／
ｓと、この伝熱管の適用される冷凍機の水温に対応する
物性値とから算出されるＲｅ＝３Ｘ１０’の場合につい
て整理した結果を第３図に示しである。
？’示されテいるようなＣｆ／ｆ、）” （添字０；平滑管） で与えられる熱伝達率、及び抵抗係数について、上記の
三次元形状の突起の付いた伝熱管と、何等このような加
工を施していない平滑管とのこれらの比を取ったものの
割合で評価を行った。これらの値は平滑管については１
であり、伝熱性能が向上するにしたがってその値が大き
くなり、上記第２図に示された実験値を水速２．５ｍ／
ｓと、この伝熱管の適用される冷凍機の水温に対応する
物性値とから算出されるＲｅ＝３Ｘ１０’の場合につい
て整理した結果を第３図に示しである。
第３図に示される通り、この結果によっても最も伝熱性
能の良いのは、突起高さが０．５ｍｍの伝熱°管であり
、リブ高さが０．５＋ｎｍより高くなった場合、あるい
は０．５ｍｍより低くなると伝熱性能は低い値を示す。
能の良いのは、突起高さが０．５ｍｍの伝熱°管であり
、リブ高さが０．５＋ｎｍより高くなった場合、あるい
は０．５ｍｍより低くなると伝熱性能は低い値を示す。
この最適なリブ高さは、流体の壁面近傍の境界層と関連
があり、管径等により多少の値の違いはあるが、はぼこ
の最適値は一定の値をとると考えられる。図３において
Ｄで示される従来の二次元リブ付管の実験データ（ｅ＝
０．３ｍｍ、 ｐ ＝ ３ 、９ｍｍ）より、伝熱性能
を示す式（１）をＨ１算すると１．４３となり、この値
より高い範囲を三次元リブ付管の特徴を有する範囲とす
ると、突起高さのＩＩは０．４５ｍｍ−０、６ｍｍとな
る。
があり、管径等により多少の値の違いはあるが、はぼこ
の最適値は一定の値をとると考えられる。図３において
Ｄで示される従来の二次元リブ付管の実験データ（ｅ＝
０．３ｍｍ、 ｐ ＝ ３ 、９ｍｍ）より、伝熱性能
を示す式（１）をＨ１算すると１．４３となり、この値
より高い範囲を三次元リブ付管の特徴を有する範囲とす
ると、突起高さのＩＩは０．４５ｍｍ−０、６ｍｍとな
る。
次に、リブの円周方向ピッチが伝熱性能に及ぼす影響を
モデル実験によって調べた結果を述べる。
モデル実験によって調べた結果を述べる。
第４図に管軸方向のピッチｐを７ｍｍに固定し、また突
起高さを０．４５ｍｍとした場合のＺを変えた場合の熱
伝達率と抵抗係数の測定結果を示す。図において、２が
３ｍｍ（、Δ′印）、４５ｍｍ（○印）、６ｎ＋ｎ＋（
０印）の結果が示されている。ｚ＝３ｍｍと４．５ｍｍ
の結果を比較するとは、熱伝達率はｚ＝４．５ｍｍが高
い値を示しており、抵抗係数ｆは、Ｚ＝３ｍｍの方が大
きくなっているのでｚ＝４．５＋ｎ＋ｎの方が伝熱性能
が高いことは明らかである。
起高さを０．４５ｍｍとした場合のＺを変えた場合の熱
伝達率と抵抗係数の測定結果を示す。図において、２が
３ｍｍ（、Δ′印）、４５ｍｍ（○印）、６ｎ＋ｎ＋（
０印）の結果が示されている。ｚ＝３ｍｍと４．５ｍｍ
の結果を比較するとは、熱伝達率はｚ＝４．５ｍｍが高
い値を示しており、抵抗係数ｆは、Ｚ＝３ｍｍの方が大
きくなっているのでｚ＝４．５＋ｎ＋ｎの方が伝熱性能
が高いことは明らかである。
ｚ＝３ｎｕａの場合は、第５図（イ）で示されるように
突起５と突起５が連続し、突起と突起の空隙Ｃがない状
態で、第５図（ロ）で示されるような突起と突起の間か
ら生成される縦渦６の大きさが小さく微少な縦渦７が放
出される。すなわち、突起と突起が密になった極限が二
次元状突起で、伝熱促進の４［が三次元突起から二次元
突起に近づくため、伝熱性能が二次元状の突起と類似し
てくる。第４図に二次元突起（◇印、ｐ＝７ｍｍ、ｅ＝
０ 、５ ｍｍ）の測定結果を三次元突起の結果とあわ
せて示した。この結果からも示されるようにピット２が
密になると二次元状突起の抵抗係数の結果と同様に圧力
損失が高くなっている。
突起５と突起５が連続し、突起と突起の空隙Ｃがない状
態で、第５図（ロ）で示されるような突起と突起の間か
ら生成される縦渦６の大きさが小さく微少な縦渦７が放
出される。すなわち、突起と突起が密になった極限が二
次元状突起で、伝熱促進の４［が三次元突起から二次元
突起に近づくため、伝熱性能が二次元状の突起と類似し
てくる。第４図に二次元突起（◇印、ｐ＝７ｍｍ、ｅ＝
０ 、５ ｍｍ）の測定結果を三次元突起の結果とあわ
せて示した。この結果からも示されるようにピット２が
密になると二次元状突起の抵抗係数の結果と同様に圧力
損失が高くなっている。
ｚ＝４．５ｍｍの場合は、第５図（ロ）で示されるよう
に、突起と突起の空隙Ｃから、流れ方向に回転軸をもつ
縦渦６が発生し、これが伝熱促進効果を高めている。二
次元状突起を過ぎる流れは、物体の位置で流れがはくｒ
准し、流れが物体後流部で再付着することによって伝熱
促進されている。この場合、物体の直後で流れ力筒９み
、圧力損失を上昇させていたが、三次元状突起の３４合
は、ｎｆ記の縦渦によって伝熱促ＨＢされるので、ジ１
れのエネルギーを有効に伝熱促ｊ０に用いることができ
る。この場合、供試伝熱管の空隙Ｃは１■であり、また
突起の長手方向の距離すは３．５１であった。この空隙
Ｃがある程度以上広くなると、伝熱促進に効果的なれ：
を渦が生成されずに伝熱促進の効果は余り高くない。第
４図に示されるように、円周方向ピッチＺが６ｍｚの場
合（０印）は熱伝達率の上昇分が、ｚ＝＝４．５ｍｍの
場合より低くなり、空隙Ｃが広くなるとｒ、λ伝逮串が
低下することを裏付けている。
に、突起と突起の空隙Ｃから、流れ方向に回転軸をもつ
縦渦６が発生し、これが伝熱促進効果を高めている。二
次元状突起を過ぎる流れは、物体の位置で流れがはくｒ
准し、流れが物体後流部で再付着することによって伝熱
促進されている。この場合、物体の直後で流れ力筒９み
、圧力損失を上昇させていたが、三次元状突起の３４合
は、ｎｆ記の縦渦によって伝熱促ＨＢされるので、ジ１
れのエネルギーを有効に伝熱促ｊ０に用いることができ
る。この場合、供試伝熱管の空隙Ｃは１■であり、また
突起の長手方向の距離すは３．５１であった。この空隙
Ｃがある程度以上広くなると、伝熱促進に効果的なれ：
を渦が生成されずに伝熱促進の効果は余り高くない。第
４図に示されるように、円周方向ピッチＺが６ｍｚの場
合（０印）は熱伝達率の上昇分が、ｚ＝＝４．５ｍｍの
場合より低くなり、空隙Ｃが広くなるとｒ、λ伝逮串が
低下することを裏付けている。
また突起列の配列を千鳥状にすることによって。
縦渦の効果を最大にすることができ、伝熱性能を高める
ことができる。
ことができる。
この場合も前述のように伝熱性能を一般的に表示する式
、Ｎｕ／Ｎｕｏ／ （ｆ／ｆ、） ″で実験値整理し、
第６図に示す。図において示されるように、ｚ ＝４
、５ｍｍが最大の値をとっている。また第６図において
、Ｄの値は二次元リブ（ｅ＝０．３ｍｍ、 ｐ＝４ｍｍ
）の実験値より得られたもので、三次元突起の伝熱促進
効果が高いことを示している。
、Ｎｕ／Ｎｕｏ／ （ｆ／ｆ、） ″で実験値整理し、
第６図に示す。図において示されるように、ｚ ＝４
、５ｍｍが最大の値をとっている。また第６図において
、Ｄの値は二次元リブ（ｅ＝０．３ｍｍ、 ｐ＝４ｍｍ
）の実験値より得られたもので、三次元突起の伝熱促進
効果が高いことを示している。
前記したように、二次元リブ付伝熱管の実験データから
算出した値より高い範囲を限定する範囲とすると、円周
方向のピッチの範囲は３．５ｍｍ〜６ｍｍである。
算出した値より高い範囲を限定する範囲とすると、円周
方向のピッチの範囲は３．５ｍｍ〜６ｍｍである。
軸方向ピッチのｆｆｉ？については、第７図に示される
ようにリブ高さｅ＝０．５０ｍ２円周方向のピッチｚ＝
４．５ｍｍの場合に、管軸方向のピッチが５ＦＩＩｌ＋
、 ７＋１＋１１１ ］、 Ｏｎ＋＋ｎの場合について
実験を行った。
ようにリブ高さｅ＝０．５０ｍ２円周方向のピッチｚ＝
４．５ｍｍの場合に、管軸方向のピッチが５ＦＩＩｌ＋
、 ７＋１＋１１１ ］、 Ｏｎ＋＋ｎの場合について
実験を行った。
第７図に’？？軸方向のピッチが５ｒ＋ｍ（印） 、
７＋ｎｍ（Δ印）、ｌＱｍｍ（０印）の結果を示す。相
方向ピッチが密な方が熱伝達率、及び圧力損失ともに高
くなっている。これらの実験値も同様に前記の熱伝達率
と抵抗係数の比（Ｎ ｕ ／ Ｎ ｕ 、）／ Ｃｆ
／ ｆ ｏ）’で整理を行った結果を第８図に示す。図
に示されるようにピッチが５ｍｍと７ｍｍはほぼ同じ値
を示しているが、ピッチが１０ｍｍの実験値は５ｍｍと
７１に比してかなり低い値を示している。これは、第９
図に示されるように、三次元の突起部分３で渦が発生し
、その渦が伝熱促進に有効に活用され、拡散する距ｍ内
に次の下流側の突起が存在する場合には性能が高く維持
される。この場合が第９図（ａ）に示される場合で、渦
の拡散する距には、突起が二次元形状である場合突起高
さの約１０倍であり、リブ高さが０ 、５ ｍｍとした
場合、Ω＝０．５ｍｍＸ１０＝５ｍｍであり、図９のα
で示される部分は約５ｍｍと推定され、すなわち軸方向
ピッチが５ｍｍと７ｍｍの場合の性能は高い値を維持す
るが、軸方向ピッチが１０ｍｍの場合は、図９（ｂ）で
示されるようにｐ ＞ Ｑの場合で、渦の拡散距雛より
も軸方向ピッチの方が長いので、渦の生成されていない
平滑な部分が多いため、伝熱促進効果が少なくなってい
る。前記したように、二次元リブ付伝熟管の実験データ
から算出した熱伝達率と圧力損失の比で示される値（図
８．Ｄ）より高い範囲を限定する範囲とすると、管軸方
向のピンチの範囲は９ｍｍ以内である。
７＋ｎｍ（Δ印）、ｌＱｍｍ（０印）の結果を示す。相
方向ピッチが密な方が熱伝達率、及び圧力損失ともに高
くなっている。これらの実験値も同様に前記の熱伝達率
と抵抗係数の比（Ｎ ｕ ／ Ｎ ｕ 、）／ Ｃｆ
／ ｆ ｏ）’で整理を行った結果を第８図に示す。図
に示されるようにピッチが５ｍｍと７ｍｍはほぼ同じ値
を示しているが、ピッチが１０ｍｍの実験値は５ｍｍと
７１に比してかなり低い値を示している。これは、第９
図に示されるように、三次元の突起部分３で渦が発生し
、その渦が伝熱促進に有効に活用され、拡散する距ｍ内
に次の下流側の突起が存在する場合には性能が高く維持
される。この場合が第９図（ａ）に示される場合で、渦
の拡散する距には、突起が二次元形状である場合突起高
さの約１０倍であり、リブ高さが０ 、５ ｍｍとした
場合、Ω＝０．５ｍｍＸ１０＝５ｍｍであり、図９のα
で示される部分は約５ｍｍと推定され、すなわち軸方向
ピッチが５ｍｍと７ｍｍの場合の性能は高い値を維持す
るが、軸方向ピッチが１０ｍｍの場合は、図９（ｂ）で
示されるようにｐ ＞ Ｑの場合で、渦の拡散距雛より
も軸方向ピッチの方が長いので、渦の生成されていない
平滑な部分が多いため、伝熱促進効果が少なくなってい
る。前記したように、二次元リブ付伝熟管の実験データ
から算出した熱伝達率と圧力損失の比で示される値（図
８．Ｄ）より高い範囲を限定する範囲とすると、管軸方
向のピンチの範囲は９ｍｍ以内である。
また、第１０図に示されるように、伝熱管内に前記の二
次元状突起を設は伝熱管外側にローレット加工及びバイ
トによるすき起し加工を行った場合、微細なフィン列８
をノコギリ歯状に形成して、０縮伝然而とすることがで
きる。この場合は、伝熱管の外側にフレオン冷媒の蒸気
を流し、管内に冷却水を流し、フレオン冷媒を液体に凝
縮させるのに用いられる。管内側の水の温度は管外のフ
レオン冷媒に比べてこの場合は低くなっている。
次元状突起を設は伝熱管外側にローレット加工及びバイ
トによるすき起し加工を行った場合、微細なフィン列８
をノコギリ歯状に形成して、０縮伝然而とすることがで
きる。この場合は、伝熱管の外側にフレオン冷媒の蒸気
を流し、管内に冷却水を流し、フレオン冷媒を液体に凝
縮させるのに用いられる。管内側の水の温度は管外のフ
レオン冷媒に比べてこの場合は低くなっている。
第１１図に、管内を前記の突起列のリブ付管で構成し、
管外凝縮伝熱面を形成した伝熱管の管内外のトータルの
熱通過率にの試算例を示す。管外の烈伝達α、は、フィ
ン部分の熱伝達率を１５００ｋ ｃａｌ／ ｍ″ｈ ’
Ｃとし、ロール加工部分は５０００ ｋ ｃａｌ／ｍ２
ｈ’ｃとして面積比を考慮して算出した。また管内の熱
伝達率α、は、第７図で得られる値を用いた。管外熱伝
達率α、と管内熱伝達率α、により熱通過率Ｋを計葬し
た６管内伝熱面を形成する場合、管外から管内へロール
により押し出し加工を行うので、管軸方向ピッチが密に
なると、ロールによる押出し加工による管外くぼみ９の
占める面精の、管外全体の面積に対する割合が急激に小
さくなるために、管外凝縮伝熱性能も、２激に低下する
。従って伝熱管としての総合的な伝熱効率は。
管外凝縮伝熱面を形成した伝熱管の管内外のトータルの
熱通過率にの試算例を示す。管外の烈伝達α、は、フィ
ン部分の熱伝達率を１５００ｋ ｃａｌ／ ｍ″ｈ ’
Ｃとし、ロール加工部分は５０００ ｋ ｃａｌ／ｍ２
ｈ’ｃとして面積比を考慮して算出した。また管内の熱
伝達率α、は、第７図で得られる値を用いた。管外熱伝
達率α、と管内熱伝達率α、により熱通過率Ｋを計葬し
た６管内伝熱面を形成する場合、管外から管内へロール
により押し出し加工を行うので、管軸方向ピッチが密に
なると、ロールによる押出し加工による管外くぼみ９の
占める面精の、管外全体の面積に対する割合が急激に小
さくなるために、管外凝縮伝熱性能も、２激に低下する
。従って伝熱管としての総合的な伝熱効率は。
管内側の性能が高いにもががねらず、管外の伝熱性能の
影響のもとで、ピッチｐが小さくなると伝熱性能は低下
する。以上のような現象によって伝熱管の総合的な伝熱
効率を高く保つ最適な突起の管軸方向のピッチｐの範囲
が存在することになる。
影響のもとで、ピッチｐが小さくなると伝熱性能は低下
する。以上のような現象によって伝熱管の総合的な伝熱
効率を高く保つ最適な突起の管軸方向のピッチｐの範囲
が存在することになる。
すなわち第１１図からその最適な範囲は５ｍｍ〜９ｍｍ
であるといえる。
であるといえる。
以上、この発明によれば、管内壁に形成された滑らかな
曲率を有する突起により伝熱促進を行うので、流体力を
受けにくいので耐腐食性を有し、かつ突起高さの範囲が
０．４５ｍｍ ＝ ０ 、６ ｍｍで、がっ円周方向の
ピッチが３．５＋ｎ＋ｎ〜６１Ｉ１ｍの範囲で、がつ軸
方向のピッチが９ｍｍ以内の突起列を形成することによ
り、突起部を過ぎる流れに生じる流れ方向に軸をもつ縦
渦の効果を最大にすることができ、単相流熱伝達率を大
きく向上させることができる。
曲率を有する突起により伝熱促進を行うので、流体力を
受けにくいので耐腐食性を有し、かつ突起高さの範囲が
０．４５ｍｍ ＝ ０ 、６ ｍｍで、がっ円周方向の
ピッチが３．５＋ｎ＋ｎ〜６１Ｉ１ｍの範囲で、がつ軸
方向のピッチが９ｍｍ以内の突起列を形成することによ
り、突起部を過ぎる流れに生じる流れ方向に軸をもつ縦
渦の効果を最大にすることができ、単相流熱伝達率を大
きく向上させることができる。
さらに、この突起列を形成されるのに、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爬造すること
ができるので、コストダウンにつながる優れた効果が奏
される。
に突起のついたロールを押し付けて容易に爬造すること
ができるので、コストダウンにつながる優れた効果が奏
される。
第１図は、本発明の伝熱管及びその製法を示す部分断面
図、第２図は、実験データ表示グラフ、第３図は、突起
高さと伝熱性能の関係を示す図、第４図は、実験データ
表示グラフ、第５図（イ）。 （ロ）は、伝熱促進機構を示す図、第６図は、円周方向
ピッチと伝熱性能の関係を示す図、第７図は、実験デー
タ表示グラフ、第８図は軸方向ピッチと伝熱性能の関係
を示す図、第９図は突起後流部の流動特性を示す図、第
１０図は本発明の応用例を示す図、第１１図は突起ピッ
チと伝熱効率の関係を示す図である。 １・・・伝熱管、２・・・歯車状突起を有するロール、
３・・・突起、４・・・ロールの歯Ｊｌ状突起、５・・
・連続した突起、６・・強い縦渦、７・・・弱い岐ｔ：
：′Ｊ、８・・・管外フィン、９・・・管外の凹部、１
０・・・伝熱管壁面。 オ １ ｌ 第２凹 第３図 ０．４ ０．６ 女起高３ｅ（ｍπ） 第４日 オ ５ 圀 （イ） ／θ オ ６ コ 円用方藺ピ、ケＺ−（〃Ｌｙｎ、、 ）す ７Ｉ！１ Ｌ４ノルズ゛壊（Ｒｅ 才 ３ 図 ５ ７θ １５ 軸２μ司ピ、７ケ０１広υ ；４−１ 図 オ １０函 第１１Ｌ２１ 夕 ｌＯ１５ 軸方勺ビ、テ（ア、） 手続補正書（方式） 事件の表示 昭和５９年特許願第 ２０８２９０ 号補正をする者 譜とのＩ！＋促 特許出願人 名 洋 ’５１０１は式会に！ 口 立
装 作 折代パ６水上Ｌ・こ（五１．！ＩＳ 代 理 人 、
図、第２図は、実験データ表示グラフ、第３図は、突起
高さと伝熱性能の関係を示す図、第４図は、実験データ
表示グラフ、第５図（イ）。 （ロ）は、伝熱促進機構を示す図、第６図は、円周方向
ピッチと伝熱性能の関係を示す図、第７図は、実験デー
タ表示グラフ、第８図は軸方向ピッチと伝熱性能の関係
を示す図、第９図は突起後流部の流動特性を示す図、第
１０図は本発明の応用例を示す図、第１１図は突起ピッ
チと伝熱効率の関係を示す図である。 １・・・伝熱管、２・・・歯車状突起を有するロール、
３・・・突起、４・・・ロールの歯Ｊｌ状突起、５・・
・連続した突起、６・・強い縦渦、７・・・弱い岐ｔ：
：′Ｊ、８・・・管外フィン、９・・・管外の凹部、１
０・・・伝熱管壁面。 オ １ ｌ 第２凹 第３図 ０．４ ０．６ 女起高３ｅ（ｍπ） 第４日 オ ５ 圀 （イ） ／θ オ ６ コ 円用方藺ピ、ケＺ−（〃Ｌｙｎ、、 ）す ７Ｉ！１ Ｌ４ノルズ゛壊（Ｒｅ 才 ３ 図 ５ ７θ １５ 軸２μ司ピ、７ケ０１広υ ；４−１ 図 オ １０函 第１１Ｌ２１ 夕 ｌＯ１５ 軸方勺ビ、テ（ア、） 手続補正書（方式） 事件の表示 昭和５９年特許願第 ２０８２９０ 号補正をする者 譜とのＩ！＋促 特許出願人 名 洋 ’５１０１は式会に！ 口 立
装 作 折代パ６水上Ｌ・こ（五１．！ＩＳ 代 理 人 、
Claims (1)
- 伝熱管内面に突起列を有するものにおいて、１条あるい
は複数条の螺旋曲線に沿つて一定間隔で断続的に、底面
及び任意の高さにおける横断面形状が円または楕円、ま
たは非対称な楕円曲線であり、横断面積が高さ方向に減
少し、管内面に突起高さの範囲が０．４５ｍｍ〜０．６
ｍｍ、円周方向のピッチが３．５ｍｍ〜６ｍｍ、かつ軸
方向のピッチが９ｍｍ以下の突起列を形成したことを特
徴とする伝熱管。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208290A JPS6189497A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 伝熱管 |
| US06/777,362 US4715436A (en) | 1984-10-05 | 1985-09-18 | Construction of a heat transfer wall of a heat transfer pipe |
| CN85107311A CN85107311B (zh) | 1984-10-05 | 1985-09-30 | 传热管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208290A JPS6189497A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 伝熱管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6189497A true JPS6189497A (ja) | 1986-05-07 |
Family
ID=16553801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59208290A Pending JPS6189497A (ja) | 1984-10-05 | 1984-10-05 | 伝熱管 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4715436A (ja) |
| JP (1) | JPS6189497A (ja) |
| CN (1) | CN85107311B (ja) |
Families Citing this family (50)
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-
1984
- 1984-10-05 JP JP59208290A patent/JPS6189497A/ja active Pending
-
1985
- 1985-09-18 US US06/777,362 patent/US4715436A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-09-30 CN CN85107311A patent/CN85107311B/zh not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6029594A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-14 | Sumitomo Light Metal Ind Ltd | 伝熱管の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4715436A (en) | 1987-12-29 |
| CN85107311B (zh) | 1988-06-15 |
| CN85107311A (zh) | 1986-07-23 |
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