JPS62194195A - 内面フイン付伝熱管 - Google Patents

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】

（産業上の利用分野） 本発明は管壁内面に多数の波状ワイヤフィンを固着し、
管内熱媒の凝縮・蒸発作用の向上を図った伝熱管に関す
るものである。 （従来の技術） 冷凍および空調等の産業分野においては、熱交換器が多
く用いられているが、この熱交換器の効率は使用する伝
熱管の性能に大きく左右されるため、冷凍機、空調機等
の性能向上を図るためには、伝熱管の性能向上が急務で
ある。 ところで、最近需要増加が著しい熱ポンプ機能を備えた
冷凍装置にあっては、季節に応じて冷媒配管の流路を切
り替え、室内外に設置される２個の熱交換器を凝縮器お
よび蒸発器として交互に切替え使用することが行われる
ため、このような熱交換器に使用される伝熱管としては
、同一管内において＃！縮および蒸発いずれの場合もバ
ランス良く、効率的に行えることが性能上の重要な要素
となる。 〔発明が解決しようとする問題点） ところが、従来の熱交換器に使用されている高性能伝熱
管と称されるものは・その利用目的から凝縮もしくは蒸
発のいずれか−１の効率を高める改良に重点が置かれて
いるため、性能が偏ったものとなっており、前記熱ポン
プ機能を備えた冷凍装置の熱交換器に用いても充分な効
率向上を望めないのが実情である〇 なお、冷凍装置の技術分野からは、稍々外れるが、熱媒
の凝縮・蒸発を同一管内で行うものにヒートパイプがあ
る。 このヒートパイプは、一般に密閉された伝熱管容器（コ
ンテナともいう）の内面にウィックと呼ばれる多孔質物
質、例えば金網、ファイバー、フェルトメタル等を内張
すすると共に、容器内に水。 フロン、アルコールなどの蒸発性液体を前記ウィックに
含浸させた状態で封入して構成したもので、前記蒸発性
液体がウィックの作用により容器内で盛んに蒸発・凝縮
をくり返し行い、容器両端間の熱移動を効率良く、しか
も急速に行えることが知られており、従って、これらヒ
ートパイプの構造を熱交換器の伝熱管に適用すれば、蒸
発・凝縮共にすぐれた伝熱管を製造出来る筈である。 しかしながら、従来より提案されているこの種のヒート
パイプのウィックは伝熱管容器内に単に挿入されたもの
に過ぎず、例えば、実開昭５７−１７５８８８号公報に
開示されているヒートバイア’ｆＨ１容器内面の溝に接
する如く螺旋帯状のウイツクヲ挿入し、該ウィックを中
心部に挿入した板状の支持ウィックで支えて容器内面に
押し付けるか、もしぐば、実開昭５８−２７６６６号公
報に開示されている如く小径コイル状のコイルＸｉを更
に大径コイル状に巻いてなる多重コイルのウィックを、
その外刃への復元力を利用して容器（コンテナ〕の内面
に弾圧保持すること等が行われているが、これらはいず
れもウィックを確実に管内壁に接合し得るものではなく
、単に接触させているのみであって密着性に乏しく、そ
のだめウィックと伝熱管容器との熱伝達の面で稍々難が
あり、また、前者の如く伝熱管容器内に管内流路を横方
る支持ウィックを収設したものでは、管内流体の流動抵
抗が著しく増加し、却って効率ダウンの原因になる恐れ
がある。 このように、従来のヒートパイプでは、″そのウィック
の取付構造に問題があり、これをそのまま熱交換器用の
伝熱管に適用することは効率および製造の面から見て多
くの間＠を残している。 本発明はかかる従来の伝熱管が有していた性能上の問題
に着百してなされたもので、伝熱管の内面にロウ材層全
弁して波状ワイヤフィンを多数本溶接固着することによ
り、ヒートパイプのウィックに相当するものを形成し、
管内Ｃでおける凝縮・蒸発両方の効率向上を達成すると
共に、波状ワイヤフィンと伝熱管との間の熱伝達率を高
め、もって前記問題点を総合的に解消せんとするもので
ある。 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の構成を第１図および
第２図について説明する。 本発明の伝熱管Ｈ１は、その内面（１ａ）全周に亘り、
管軸方向に沿って平行に配列された多数本の波状ワイヤ
フィン［２１を具備しており、各波状ワイヤフィン（２
１ハ、前記伝熱管ＩＮの内面に対し、ハンダ等の比較的
熱伝導率の高いロウ材層（３１を介して溶接固着されて
いる。 なお、上記伝熱管１１１の内面（ｌａ）に溶接固着され
る波状ワイヤフィン（２１の素線の太さ、配列ピッチ、
フィン高さ、波形ピッチ等の寸法的要素は、該波状ワイ
ヤフィン１２＋の集合体が管内流体の凝縮および蒸発を
効率良く行うウィック１４＋を形成するよう適宜決定さ
れる。 （作用） 上記の構成を備えた本発明の伝熱管＋１１は、管内にフ
ロン等の冷媒を通過させ、冷凍装置の凝縮器又は蒸発器
を構成する伝熱管として用いるとき、各波状ワイヤフィ
ン（２１ハ、その配列方向が管軸（０１と平行であり、
伝熱管Ｈ１内部の冷媒の流れを妨げず、液状冷媒又は気
体冷媒の移動を円滑ならしめると共に、各波状ワイヤフ
ィン［２１は、その集合体によってウィック川を形成し
ているため、冷媒の蒸発・凝縮全促進し、熱交換器を凝
縮器、蒸発器いずれに使用した場合でも偏りのない優れ
た性能を発揮する。更に、各波状ワイヤフィン（２）は
伝熱管［１１の内面に溶接固着されているため、伝熱管
［１１との間の熱伝達率を高く維持し、フィンとしての
機能を充分に発揮して熱交換を効率良く行うことが出来
る。 （実施例） 以下本発明の実施例を添付図面にもとづいて詳細に説明
する。 第１図は本発明に係る伝熱管の側断面、第２図に同伝熱
管の正断面図である。 これらの図において、］１ＩＬｒ！：、高純度の銅パイ
プなどからなる伝熱管であって、該伝熱管ｆｉｌは、そ
の内面〔１ａ）において、全周に亘り管軸（０］と平行
をなして内周等間隔に配列された多数本の波状ワイヤフ
ィン（２１ヲ具備しており、各波状ワイヤフィン（２１
は、前記伝熱管＋１１の内面〔１ａ）に対し、ハンダの
如き熱伝導率の高いロウ材１ｉ１＋３１ｉ介して溶着固
着され、これら波状ワイヤフィン

【２）の集合体によっ
て前記伝熱管［１１の内壁面に蒸発・凝縮を促進するた
めのウィック（４）が形成されている。 前記波状ワイヤフィン［２１ば、その素線として熱伝導
の良好な銅線やアルミ線が使用され、その線径［ｄ）、
フィン高さＩＨ）、伝ｆｂ管周方向のフィンヒツチ（Ｐ
ｒ）、波形ピッチ（ｐｗ　］ｉ適宜設定することにより
、管内流体の凝縮゛蒸発両方に適した条件を保有させる
ことが出来るが、通常は、製造の難易度、製造コス）　
ｒｊらびに製品価格等を考慮して下記（イ）〜（４の寸
法範囲とするのが好ましい。 線径［＋１１　　　　　　　：　ｄ＝ｏ、　１〜０．６
圏　・・・（イノフィン高さくＨ）　　　　　　　　　
：Ｈ＝（２〜４）ｄ　　　　・・・（口１周方向フィン
ピッチ（Ｐｒ　）　　　：　　Ｐｒ＝ＣＬ　３〜３　）
ｄ　　−（”］波形ピッチ（Ｐｗ）　　　　　　　：　
ＰＷ＝（１〜３　）Ｈ・　＜ａ例えば、波状ワイヤフィ
ン＋２１の素裸として加工の容易さおよび製品コスト等
を勘案して線径０．２　ｍｓの銅線を使用し、フィン高
さ但】全０．６　ｒａｎ　ｓフィンピッチ（Ｐｒ）ｉ　
０．３２　ｍ　、波形ピッチ（Ｐｗ）を１．０８目とし
た場合、波状ワイヤフィン（２１の集合体により構成さ
れるウィック（４１ｉ’！約８０メツシュ程度となる。 これは、ウィックの性能において、蒸発機能の面から沸
騰核の生成が盛んで、かつ、液滴が毛管現象により管内
壁にくまなく行き渡り、液滴を充分に保持するとされる
３０〜３００メツシユノ範囲に含まれている。 また、凝縮の面から見れば、ワイヤフィン（２１の素裸
として極力細い銅線を使用しているため、その表面の液
膜が薄くなり、液切れが良くなるため、凝縮熱伝達が向
上し、凝縮性能を高く維持することが出来る。 なお、波状フィンワイヤ［２１のフィン高さ囲としては
、蒸気流の抵抗の面からむやみに大きくすることは避け
るべきであり、特に伝熱管ｉｌ＋の内径［Ｄ＋に対し、
１４が０．０５を越えると急速に抵抗が増加する。 上記本発明の内面フィン付伝熱管の製造手段としては、
銅パイプからなる伝熱管＋ｌ＋の内面（ｌａ）に予メハ
ンダ等によるメッキ処理を施して薄いロウ材層（３）を
形成し、これに波形に折り曲げ形成した波状ワイヤフィ
ン（２１を治具等により保持し管軸（０］と平行に整列
させて前記ロウ材層１３１に押圧接触させ、伝熱管］１
）の外面より熱を加えてロウ材層（３１を一時的に融解
し、即座に冷却して波状ワイヤフィン（２１全そのＵ字
状屈曲部の底面のみにおいて伝熱管Ｈ１の内面に溶接固
着する。なお、伝熱管ｉｌ＋内面ニ対スるハンダメッキ
処理時および波状ワイヤフィン＋２１の溶接工程におい
ては、いずれも、伝熱管Ｉｌｌ内に水素などの遷テガス
を浦′ａＪ式捷、還元を囲気の中で行うのが画面による
熱伝達率の低下を防止する上に好ましい。 第３図は、このような内面フィン付伝熱管の製造装置の
一例を略示したもので、（１１）は伝熱管Ｈ１ｉ挿入可
能な内径を有するシールド管、ＬＩ２１は該シールド管
（１１１の外周に配設された加熱器、α３１に該加熱器
（１２１と隣接して設けられた冷却器、■は前記シール
ド管（ＩＩ）の内部に複数収設され、一端全該シールド
管＋＋１１の側蓋α５）に固着したロッドα印により串
刺し状に支持されたフィンガイドであって、該フィンガ
イド！Ｉ４１ば、第４図に示す如く、外周に波状ワイヤ
フィン（２１の１腺径より僅かに広幅のスプライン状ガ
イド溝ｕ７１をワイヤフィン本数に相当する数だけ刻設
した構造を有しており、ボビンα＆から引き出され、ワ
イヤフィン成形ギヤαω、α９どを備えた成形ユニツｈ
　ｅｏ＋を通過して波状に折曲形成され、前記側蓋α５
）の孔ｆ２１１を通じてシールド管（１１１内に案内さ
れた多数本の波状ワイヤフィン＋２１　ｆ！：シールド
！　［＋１１に予め挿入された伝熱管ｔｌ＋の内面〔１
ａ〕に沿って案内するようになっている。Ｉ２ｚは伝熱
管Ｈ１の一端を把持して設けた伝熱管ホルダー、１２３
１ｆｌ該伝熱管ホルダーのを伝熱管（１１１の管軸方向
に移動させる摺動ロット、（２３）はワイヤフィン（２
１ヲ案内するプーリｌｅ々示しており、前記フィンガイ
ド０４）に案内された各波状ワイヤフィン＋２１の末端
部は、前記伝熱管ホルダー口の中心孔（２２ａ）に束ね
て挿入され、止めねじ九により該伝熱管ホルダー囚に締
結されている。 上記構成の製造装置においては、伝熱管＋ｌ＋の内面（
１ａ）に予めハンダメッキ処理が施されていることから
、伝熱管＋１１を摺動ロツドムにより矢印（Ｘ）方向に
摺動させながら、加熱器［＋２１によりシールド管ｆｌ
ｌ＋の外部より伝熱管Ｈ１’ｉ加熱して内面のロウ材層
＋３１を融解し、これを移動途中に設けられた冷却器Ｇ
３によりシールド管（１１１の外部から冷却して伝熱管
＋１１と波状ワイヤフィン］２１との溶接を行う。従っ
て、伝熱管Ｈ１を、その管軸方向に移動させながら順次
長手方向に溶接を行えば、各波状ワイヤフィン＋２１は
・フィンガイドα４に案内され、フィンピッチ（Ｐｒ）
を正しく維持しながら、伝熱管ｆｉｌの内面（ｌａ）に
溶接されることになる。 かくして製造された伝熱管は、これを冷凍装置の凝縮器
蒸発器兼用の熱交換器の伝熱管として使用したとき、伝
熱管＋１１内面に溶接した多数本の波状ワイヤフィンｉ
２１によりウィック＋４１が形成されていることから、
冷媒の凝縮および蒸発の両面においてすぐれた性能を発
揮すると共に、各波状ワイヤフィン（２１は、夫々伝熱
管■に溶接されていることから伝熱管ｉｌ＋との熱伝達
率が高く維持され、フィンとしての機能を十分に発揮す
ることが出来る。 なお、上記実施例においては、伝熱管＋１１の内面（ｌ
ａ）にのみ波状ワイヤフィン［２１を取付けた場合を示
したが、本発明の伝熱管をエロフィン型あるいはクロス
フィン型熱交換器に使用する場合は、伝熱管ｆｉ＋の外
面に別途平面フィンや波状ワイヤフィンが適宜取付けら
れる。 （発明の効果） 以上述べた如く本発明の内面フィン付伝熱管は、内面全
周に亘って多数本の波状ワイヤフィンを管軸方向に沿っ
て平行に配列し、各波状ワイヤフィンを内面に熱伝導率
の高いロウ材層を介して溶接固着せしめ、波状ワイヤフ
ィンにより内面に冷媒の凝縮および蒸発を促進するウィ
ックを形成したものであるから、波状ワイヤフィンが冷
媒を液膜状態に保持して蒸発を促し、かつ・ワイヤフィ
ンを細く、その表面の液膜を薄くすることによって凝縮
を促し、もって、凝縮および蒸発の両刃において優れた
性能を発揮し、熱交換器の効率向上、ひいては冷凍装置
全体の効率向上に大いに寄与するものである。 しかも、本発明によれば各波状ワイヤフィンが伝熱管の
内面に溶接固着されているため、ウィックの安定性にす
ぐれ、また、従来のヒートパイプの如き支持部材を必要
としないため、管軸方向に配列されていることと相俟っ
て冷媒の流動を妨げる恐れがなく、各種熱交換器の伝熱
管として広く利用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明内面フィン付伝熱管の一例を示す側断面
図、第２図は同伝熱管の正断面図、第３図は本発明内面
フィン付伝熱管の製造装置の一例を示す概要図、第４図
は第３図におけるＩＶ−ＩＶ拡大断面図である。 ＋１１・・・伝熱管、　　　（ｌａ）−・・内面。 ＋２１・・・波状ワイヤフィン。 （３１・・・”　ウ材Ｎ　＊　　＋４１　・・・ウィッ
ク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、伝熱管の内面全周に、その管軸方向に沿い、多数本
   の波状ワイヤフィンが平行配列状態で熱伝導率の高いロ
   ウ材層を介して溶接固着されてなることを特徴とする内
   面フィン付伝熱管。 ２、波状ワイヤフィンの集合体により伝熱管内面にウィ
   ックが形成され、該ウィックが管内熱媒の凝縮および蒸
   発を促進する特許請求の範囲第１項記載の内面フィン付
   伝熱管。