JPS63172890A

JPS63172890A - 熱交換器

Info

Publication number: JPS63172890A
Application number: JP450387A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Aoyama; 繁男青山; Shinji Fujimoto; 藤本　真嗣
Original assignee: Matsushita Refrigeration Co
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-01-12
Filing date: 1987-01-12
Publication date: 1988-07-16

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空気調和機や冷凍材等に使用され、冷媒と空気
等の流体間で熱の授受を行う熱交換器に関するものであ
る。

従来の技術冷媒等の作動流体が伝熱管内を相変化しながら流動する
熱交換器としては、従来、第４図に示すようなフィン付
熱交換器が用いられている。これは、一定間隔で平行に
並びられたフィン１とフィン１に直角に挿通された伝熱
管２とからなり、伝熱管２内を流れる冷媒とフィン１間
を流れる空気との間で熱交換が行われる。図中矢印３は
冷媒の流動方向を示す。伝熱管２としては、”第６図及
び第６図に示すように、円管状であり、管内壁にらせん
溝４が設けられておシ、らせん溝４の管軸に対する溝ね
じれ角β及びらせん溝４の溝深さｈなど流路断面形状が
一定に保たれた管内らせん溝付管が用いられている。

この管内らせん溝付管はらせん溝４を設けることによっ
て、蒸発熱伝達の場合は水平ならせん溝付管内の管底部
を流れている液冷媒が毛細現象によって溝内を引き上げ
られ、管内伝熱面に形成される冷媒液膜の平均厚さが薄
くなシ、また、凝縮熱伝達の場合は凝縮液が表面張力の
作用でらせん溝４底部に集まり、管内伝熱面に形成され
る凝縮液膜の平均厚さが薄くなり、蒸発時、凝縮時共、
管内伝熱性能が向上すると言われていた。　　　　〜発
明が解決しようとする問題点しかし、例えば、蒸発熱伝達の場合に管内伝熱面の全て
に薄い厚さの冷媒液膜が形成され、著しい伝熱促進効果
が得られるのは、冷媒の乾き度が大きい領域、すなわち
蒸発過程の後期、乾き度をＸで表わせば、およそ０．５
（！（０，９の領域だけである。一方、過冷却域や蒸発
過程の初期（例えば乾き度ｘ（０，３）においては、冷
媒の乾き度は小さく、管内の液冷媒の流量が多いために
、液冷媒によってらせん溝はほとんど埋もれてしまい、
液冷媒はらせん溝の上を通過してしまう。また、乾き度
Ｘ≧○ｏ９の高乾き度域、及び過熱域においては、管内
表面が完全に乾いてしまう。従って、上述した様な蒸発
メカニズムによる著しい伝熱促進効果は望めない。この
ことは、凝縮熱伝達の場合についても同様に考えられる
。従って、管内冷媒が過冷却域や低乾き度域、そして高
乾き度域から過熱域の場合に、管内熱伝達率が低下する
ために、熱交換器としての伝熱性能が低いという問題を
有していた。

そこで、本発明は伝熱管内流路断面を仕切板によって仕
切ることで、上記の管内熱伝達率が低下する領域の伝熱
性能を改善し、高性能な熱交換器を得ようとするもので
ある。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、熱交換器
を構成する伝熱管内流路断面を、伝熱管内流体の過冷却
域から低乾き度域（乾き度Ｘ〈０．３），そして高乾き
度域から過熱域（Ｘ≧０．９）にて、少なくとも２枚以
上の平行な仕切板によって少なくとも３ケ所以上の空間
に分割するものである。

作　　用この技術的手段による作用は次のようになる。

まず、熱交換器を構成する水平に設置された伝熱管内の
流体の過冷却域及び低乾き度域（乾き度！≦０．３），
そして高乾き度域及び過熱域（Ｉ≧ｏ、９）において、
流路断面を少なくとも２枚以上の平行な仕切板によって
、少なくとも３ケ所以上の空間に分割しているため、管
内熱伝達率は大幅に向上する。これは、これらの領域で
は液相が流量の大部分を占めている、或いは、気相が流
量の大部分を占めている、はぼ単相に近い状態と考えら
れる。

ここで、伝熱学（西用、藤田共著、理工学社）によると
、単相流の層流における発達状態での無次元数ヌセルト
数Ｎｕは、熱流束一定条件で、円管流路の場合、Ｎｕ＝
４．３６．縦横比：１．ｏの矩形流路の場合Ｎｕ＝３．
６３．縦横比：３．Ｏの矩形流路の場合Ｎｕ＝４．７７
、縦横比＝４．０の矩形流路の場合Ｎｕ＝６．３５と言
われている。ただし、ヌセルト数Ｎｕは次式で表わされ
る。

Ｎｕ＝α・ｌ／λ ここで、α：熱伝達率、ｌ二代表寸法、λ：熱伝導率で
ある。従って、矩形流路の代表寸法を水力直径を取り、
矩形の短辺の長さをａ、長辺の長さをす１円管流路の直
径をｄ、及び、単位長さ当たりの管内伝熱面積をＡ１と
すると、熱流束一定条件での熱伝達率ａｑ、及びａｑ−
Ａｔ　は次表のようになる。

従って、管内が単相層流と仮定し、熱交換器の性能を表
わすαｑ−Ａｉで比較すると、円管流路より矩形流路の
方が上回っていることがわかる。但し、実際の伝熱管内
では完全な単相流、矩形流路ではなく、又、乾き度が大
きくなるにつれて、気相の流速により液相が加速されて
くる。しかし、過冷却域及び低乾き度域（乾き度：ｒ（
０，３）そして、高乾き度域及び過熱域（ｘ）０．９）
に限って言えば、つまシ、単相流に近い領域では画表に
示した傾向は成り立つと考えられる。従って、管内流体
の上記領域において流路断面形状を矩形状に近づけるこ
とによって大幅に伝熱性能が向上する。

次に、管内流体の高乾き度域すなわち、液相の流量の少
ない領域では、らせん溝付円管伝熱管を用いることによ
り、従来、言われているように、らせん溝内を液相が毛
細管現象によって引き上げられるため、管内の全溝面上
に薄い厚さの液膜が形成され、高い熱伝達率が得られる
。

以上によシ、管内流体の過冷却域及び低乾き度域、そし
て高乾き度域及び過熱域における管内伝熱性能の大幅な
向上が図れ、熱交換器の高性能化が可能になる。

実施例以下、本発明の一実施例を第１図〜第１３図に基づいて
説明する。

第１図は本発明の一実施例の熱交換器の一部欠截正面図
である。１０ａ、１０ｂは直管部分が水平になるように
蛇行状に曲げられた伝熱管で、各伝熱管１０ａ、１０ｂ
は互いにＵ字形ベンド１１により結合されて熱交換器が
構成されている。本熱交換器を蒸発器として用いる場合
、伝熱管１０ａ。

１０ｂ内を矢印１２方向に冷媒が流動し、その冷媒と、
伝熱管１０ａ、１０ｂ外を流れる流体との間に熱交換が
行なわれる。そして、熱交換器の冷媒入口側と出口側に
、すなわち、伝熱管１０ａ内冷媒の過冷却域及び低乾き
度域（乾き度Ｉ≦０．３），そして高乾き度域及び過熱
域（Ｘ≧０．９）において、第２図に示すような２枚の
平行に設置された仕切板１３によって流路断面を３ケ所
の空間に分割されていて、それぞれの流路断面形状は略
矩形状を形成している。また、仕切板１３表面には断面
形状が三角状の溝１４が管軸に平行に刻設されておシ、
伝熱管１０ｂ内壁には第３図に示すように、管軸に対す
る垂直断面形状が三角状の螺旋溝１６が刻設されている
。

次に、この一実施例における作用を説明する。

本発明による一実施例の熱交換器を蒸発器として使用す
る場合、伝熱管１０　ａ内冷様の過冷却域及び低乾き度
域（乾き度ｘ　（０、３），そして高乾き度域及び過熱
域（！、２：０．９）においては、それぞれ、はとんど
液相、域いは、気相、すなわち、単相流に近いと考えら
れる。従って、この場合、画表で示したような完全な矩
形流路ではないが、円管流路の場合より伝熱性能は大幅
に向上する。

また、仕切板１３表面には断面形状が三角状の溝１４が
管軸に平行に刻設されているため、伝熱面積が増加し、
伝熱性能はさらに向上する。ここで、仕切板１３の設置
によって管内の圧力損失は増加分以上に伝熱性能は向上
する。

また、伝熱管１ｏｂ内冷媒の中乾き度域（乾き度０．３
（！（０，９）では、気液二相流であるので、伝熱管１
０ｂの流路断面が円管状で、かつ、螺旋溝１５の刻設に
よって、螺旋溝１５に沿って液冷媒が引上げられる、い
わゆる、毛細管現象が効果を発揮し、伝熱管１０ｂ内の
全螺旋溝１５上に薄い厚さの液膜が形成され、高い管内
熱伝達率が得られる。

以上により、伝熱管１０ａ内冷媒の過冷却域及び低乾き
度域（乾き度Ｘ＜０−３），そして高乾き度域及び過熱
域（ｘ■０．９）における、管内伝熱性能の大幅な改善
が図れ、蒸発器としての伝熱性能が向上する。

また、本発明は、凝縮器として用いた場合においても、
蒸発器の場合と同様の効果を発揮する。

更に、上記実施例では、仕切板１３表面に設けた溝１４
は断面形状が三角形であるが、断面形状が三角形以外の
多角形であっても同様の効果が得られる。

発明の効果以上のように本発明は、内部を相変化する流体が流動す
る伝熱管から熱交換器を構成し、伝熱管内流体の過冷却
域及び低乾き度域（乾き度Ｘ　（Ｏ、Ｓ　）、そして高
乾き度域及び過熱域（ｘ■０．９）にて、伝熱管内流路
断面を少なくとも２枚以上の平行な仕切板によって少な
くとも３ケ所以上の空間に分割するために、伝熱管内流
体の過冷却域、低乾き度域（乾き度Ｘ　（ｏ　、　ｓ　
）および高乾き度域、過熱域（ｘ、Ｊｏ、９）における
管内伝熱性能の大幅な向上が図れ、熱交換器としての伝
熱性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による熱交換器の一部欠截正
面図、第２図は第１図中のＡ−Ａ線における断面図、第
３図は第１図中のＢ−Ｂ線における断面図、第４図は従
来例を示す熱交換器の斜視図、第５図は第４図中の伝熱
管の一部欠截正面図、第６図は第５図中のＣ−Ｃ線にお
ける断面図である。１０ａ、１０ｂ・・・・・・伝熱管、１３・・・・・・
仕切板、１４・・・・・・溝。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１０
（Ｌ　、１０ｂ−４勾桑奮第１図　　　　　　１３−イｉ１第２図　　　　／ｄ−清第３図第４図ぎ６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）内部を相変化する流体が流動する伝熱管から構成
され、前記伝熱管内流体の過冷却域から低乾き度域（乾
き度ｘ■０．３），そして高乾き度域から過熱域（ｘ■
０．９）にて伝熱管内流路断面を少なくとも２枚以上の
平行な仕切板によって少なくとも３ケ所以上の空間に分
割した熱交換器。
（２）仕切板表面上に溝を刻設した特許請求の範囲第１
項記載の熱交換器。