JP2002350080A - 内面溝付伝熱管 - Google Patents
内面溝付伝熱管Info
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Abstract
ことなく、凝縮熱伝達率と蒸発熱伝達率をバランス良く
向上させることができる内面溝付伝熱管を提供する。 【解決手段】 この内面溝付伝熱管10は、伝熱管本体
11の内面に高さ0.1〜0.3mmの高フィン12a
を管軸に対するねじれ角15〜35度を有して螺旋状に
形成し、高フィン12a,12a間に高フィン12aの
高さの1/15〜1/5の高さを有する1つあるいは複
数の低フィン13aを形成したものである。
Description
れ、冷媒を管内で蒸発あるいは凝縮させて熱交換を行う
内面溝付伝熱管に関し、特に、管内の圧力損失や伝熱管
の質量を増加させることなく、凝縮熱伝達率と蒸発熱伝
達率をバランス良く向上させることができる内面溝付伝
熱管に関する。
おける熱交換器には、冷媒を伝熱管内に通し、その冷媒
を伝熱管内で蒸発あるいは凝縮させることにより、熱交
換を行う伝熱管が使用されている。
なものであったが、熱力学的研究が進むにつれ、管の内
面に所定の凹凸を形成した方が熱伝達率を向上させるこ
とが分かり、最近では、主に外径7〜9.52mmの伝
熱管の内面に、断面略台形の溝とその溝を隔てる断面略
三角形のフィンを螺旋状に連続的に形成させた内面溝付
管が主流を占めるようになってきている(「コンパクト
熱交換器」,瀬下裕著,P138)。
の内面溝付伝熱管を示し、同図(a)は縦断面図、同図
(b)は横断面図、同図(c)は同図(b)のA部拡大
図である。なお、同図においてHはフィン高さ、βは管
軸方向に対する角度(ねじれ角)、Wは溝底幅を示す。
この内面溝付伝熱管1は、伝熱管本体2の内面に連続し
た螺旋溝3および螺旋フィン4を形成したものである。
形成することにより、管内の表面積が大きくなり、熱伝
達面積が増大する。また、それだけでなく、乱流効果の
促進、冷媒液の膜厚の減少により、高い蒸発熱伝達率、
および凝縮熱伝達率が得られ、冷凍機、空気調和器、ヒ
ートポンプ等の性能を向上させることができる。
付伝熱管1によると、螺旋フィン4の数を増やして管内
面の表面積を増加させると、伝熱面積の増加により蒸発
熱伝達率および凝縮熱伝達率が向上するが、さらに性能
を向上させるために溝数を増加しすぎると凝縮熱伝達率
は低下してしまう。この原因は、螺旋フィン4の数が多
すぎると、溝底幅Wが狭くなり、凝縮した液がすぐに螺
旋溝3を充満させてしまうからである。冷媒液が螺旋フ
ィン4を覆うと、凝縮した冷媒液自体が熱抵抗となり熱
伝達率は低下してしまう。また、凝縮熱伝達率を向上さ
せるために螺旋溝3のねじれ角βを大きくすると、蒸発
性能が低下するという現象が生じる。逆に螺旋溝3のね
じれ角βを小さくすると、蒸発熱伝達率は向上するが、
凝縮熱伝達率は低下するという現象が生じる。従って、
溝数を増加させたり、ねじれ角を変更するだけでは、凝
縮熱伝達率と蒸発熱伝達率を同時にかつ大幅に向上させ
ることはできない。
凝縮熱伝達率と蒸発熱伝達率はともに向上するが、管内
の圧力損失が増加するため、冷媒を送り出す圧縮機の負
荷が増大し、伝熱管の質量も増加してしまう。
蒸発熱伝達率をバランス良く向上させることができる内
面溝付伝熱管を提供することにある。また、本発明の他
の目的は、管内の圧力損失や伝熱管の質量を増加させる
ことのない内面溝付伝熱管を提供することにある。
成するため、管本体の内面に所定の高さの高フィンを螺
旋状に形成し、前記高フィンの間に前記高フィンよりも
高さの低い1つあるいは複数の低フィンを形成した内面
溝付伝熱管において、前記低フィンは、高さが前記高フ
ィンの高さの1/15〜1/5であることを特徴とする
内面溝付伝熱管を提供する。低フィンの高さが、高フィ
ンの高さの1/5よりも大きいと、低フィンの無い従来
の内面溝付伝熱管と比較して凝縮熱伝達率の低下が大き
くなり、1/15よりも小さいと、低フィンの無いのと
等しくなるため、低フィンの高さは高フィンの高さの1
/15〜1/5が望ましい。
ましい。高フィンの高さが0.1mmよりも小さいと、
熱伝達性能が悪くなり、0.3mmよりも大きいと、伝
熱管の質量の増加によるコスト増大を招くとともに、冷
媒の圧力損失の増加が大きくなる。従って、コストと性
能の両方を考慮した場合、0.1〜0.3mmの範囲で
あることが望ましい。
角が15〜35度であることが望ましい。高フィンの管
軸に対するねじれ角が15度よりも小さいと、凝縮熱伝
達率が低くなり、35度よりも大きいと、蒸発熱伝達率
が低くなるため、ねじれ角は15〜35度の範囲である
ことが望ましい。
に係る内面溝付伝熱管を示す横断面図、同図(b)は同
図(a)のA部拡大図である。この内面溝付伝熱管10
は、伝熱管本体11の内面に、15〜35度のねじれ角
度βを有して螺旋状に高フィン12aを形成し、高フィ
ン12aと高フィン12aの間12bに高フィン12a
よりも高さの低い1つあるいは複数の低フィン13aを
形成したものであり、例えば、高フィン12aのフィン
高さHfは0.1〜0.3mm、その頂角αは10〜5
0°、低フィン13aのフィン高さhfは0.02〜
0.08mm、深溝底幅Wfは0.1〜0.3mm、低
フィン13aと高フィン12aのフィン高さの比は1/
15〜1/5である。
熱管性能測定装置100は、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機
101と、圧縮機101によって圧縮された冷媒蒸気を
凝縮して冷媒液を得る凝縮器102と、凝縮器102か
らの冷媒液を減圧する膨張弁103と、膨張弁103に
よって減圧された冷媒を蒸発させて冷媒ガスを得る蒸発
器104とを備え、測定対象の内面溝付伝熱管10を有
効長5000mmとして蒸発器104に組み込んで伝熱
管10の蒸発熱伝達率を測定できるようにしたものであ
る。蒸発器104は、二重管構造となっており、伝熱管
10の外側に水を流して伝熱管10の中の冷媒を蒸発さ
せるものである。凝縮熱伝達率を測定する場合には、凝
縮器102に測定対象の内面溝付伝熱管10を組み込ん
で、測定を行う。冷媒にはフロンR410Aを用い、蒸
発試験時には蒸発器104の入口乾き度を0.2、出口
飽和温度を8.5度、出口過熱度を5度とし、凝縮試験
時には凝縮器102の入口過熱度を22.5度、入口飽
和温度を40度、出口過冷却度を5度にした。
て低フィン13aと高フィン12aとのフィン高さ比が
凝縮および蒸発熱伝達率に及ぼす影響を測定した結果を
示す。なお、横軸はフィン高さ比を示し、縦軸は従来の
内面溝付管との熱伝達率比を示す。ここで従来の内面溝
付管とは、低フィンと高フィンのフィン高さ比が0、す
なわち高フィンだけの内面溝付管を指す。また、熱伝達
率比は冷媒流量が30kg/hの場合である。
0.2を超えると、蒸発熱伝達率の向上よりも凝縮熱伝
達率の低下の割合が大きくなってしまう。これは、低フ
ィン13aの占める体積が大きいと、凝縮した冷媒液が
溝内を早期に充満させ、凝縮熱伝達率を低下させてしま
うからである。従って、低フィン13aと高フィン12
aのフィン高さ比は0.2、つまり1/5以下であるこ
とが望ましい。
の第1の実施例の内面溝付伝熱管は、外径7mm、底肉
厚0.25mmの鋼管からなる伝熱管本体11の内面
に、フィン高さ0.2mm、ねじれ角16度、フィン数
50個の高フィン12aを形成し、高フィン12aと高
フィン12aの間12bに高さ0.03mmの低フィン
13aを4山ずつ(相当山数で250山)形成したもの
である。なお、「相当山数」とは、低フィン13aを伝
熱管本体11の内面に同一ピッチで並べたと仮定したと
きの山数である。
aのフィン高さは0.2mm、低フィン13aのフィン
高さは0.03mmであるので、フィン高さ比は0.1
5となり、図3に示すように、従来の内面溝付管に比べ
蒸発熱伝達率が1.1倍、凝縮熱伝達率が0.97倍と
なっている。従って、この内面溝付伝熱管は従来の内面
溝付伝熱管と比較して、凝縮熱伝達率をほぼ同等としな
がら蒸発熱伝達率を向上させ、本発明に係る内面溝付管
を使用した冷凍機、空気調和器、ヒートポンプ等の機器
の性能を向上させることができる。
の第2の実施例は、外径7mm、底肉厚さ0.25mm
の伝熱管本体11の内面に、フィン高さ0.22mm、
ねじれ角30度、フィン数50子の高フィン12aを形
成し、高フィン12a間にフィン高さ0.03mm、相
当山数100個の低フィン13aを形成したものであ
る。
の第3の実施例は、第2の実施例に対して低フィン13
aの相当山数を150個にしたものである。
の第4の実施例は、第2の実施例に対して低フィン13
aの相当山数を200個、低フィン13aのフィン高さ
を0.02mmにしたものである。同図に示すように、
高フィン12aと低フィン13aとの間に溝が形成しな
いように低フィン13aを設けてもよい。
も、第1の実施例と同様の効果が得られる。
溝付伝熱管によれば、管本体の内面に所定のフィン高さ
を有する高フィンを螺旋状に形成し、高フィンと高フィ
ンの間に所定の高さの低フィンを形成したので、凝縮熱
伝達率と蒸発熱伝達率をバランス良く向上させることが
できる。また、高フィンの高さを0.1〜0.3mmと
することにより、管内の圧力損失や伝熱管の質量を増加
させることなく、性能を向上させることができる。
熱管の横断面図、(b)は(a)のA部拡大図である。
関係を示すグラフである。
横断面図である。
横断面図である。
横断面図である。
図、(b)は横断面図、(c)は(b)のA部拡大図で
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】管本体の内面に所定の高さの高フィンを螺
旋状に形成し、前記高フィンの間に前記高フィンよりも
高さの低い1つあるいは複数の低フィンを形成した内面
溝付伝熱管において、 前記低フィンは、高さが前記高フィンの高さの1/15
〜1/5であることを特徴とする内面溝付伝熱管。 - 【請求項2】前記高フィンは、高さが0.1〜0.3m
mであることを特徴とする請求項1記載の内面溝付伝熱
管。 - 【請求項3】前記高フィンは、前記管本体の管軸に対す
るねじれ角が15〜35度であることを特徴とする請求
項1記載の内面溝付伝熱管。
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- 2001-05-24 JP JP2001155719A patent/JP3829648B2/ja not_active Expired - Fee Related
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