JP2842810B2 - 内面溝付伝熱管 - Google Patents
内面溝付伝熱管Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調装置や冷却装
置の熱交換器等に用いられる内面溝付伝熱管に関する。
置の熱交換器等に用いられる内面溝付伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の内面溝付伝熱管は、空調装置や
冷却装置の熱交換器等において蒸発管または凝縮管とし
て主に使用されるもので、最近では内面の全面に亙って
螺旋状のフィンを形成した伝熱管が広く市販されてい
る。
冷却装置の熱交換器等において蒸発管または凝縮管とし
て主に使用されるもので、最近では内面の全面に亙って
螺旋状のフィンを形成した伝熱管が広く市販されてい
る。
【０００３】現在主流となっている伝熱管は、引き抜き
または押し出し加工により得られたシームレス（継ぎ目
のない）管の内部に、外周面に螺旋溝が形成されたフロ
ーティングプラグを通すことにより、金属管の内周面の
全面に亙ってフィンを転造する方法により製造されてお
り、一般に使用されている外径１０ｍｍ程度の伝熱管で
は、フィンの高さは０．１５〜０．２０ｍｍ、フィンの
ピッチ（隣接するフィンの頂点間の距離）は０．４５〜
０．５５ｍｍ、フィン間に形成された溝の底幅は０．２
０〜０．３０ｍｍ程度とされている。
または押し出し加工により得られたシームレス（継ぎ目
のない）管の内部に、外周面に螺旋溝が形成されたフロ
ーティングプラグを通すことにより、金属管の内周面の
全面に亙ってフィンを転造する方法により製造されてお
り、一般に使用されている外径１０ｍｍ程度の伝熱管で
は、フィンの高さは０．１５〜０．２０ｍｍ、フィンの
ピッチ（隣接するフィンの頂点間の距離）は０．４５〜
０．５５ｍｍ、フィン間に形成された溝の底幅は０．２
０〜０．３０ｍｍ程度とされている。
【０００４】このような螺旋状フィンを形成した内面溝
付伝熱管では、伝熱管の内部下側に溜まる熱媒液体が、
管内を流れる蒸気流に吹き流されて螺旋状フィンに沿っ
て巻き上げられ、管内周面の全面に広がる。この作用に
より、管内周面の全面がほぼ均一に濡れるから、熱媒液
体を気化するための蒸発管として使用した場合には、沸
騰の生じる領域の面積を増して沸騰効率を高めることが
できる。また、熱媒気体を液化するための凝縮管として
使用した場合には、フィン先端が液面から露出すること
により金属面と熱媒気体との接触効率を高め、凝縮効率
を高めることができる。
付伝熱管では、伝熱管の内部下側に溜まる熱媒液体が、
管内を流れる蒸気流に吹き流されて螺旋状フィンに沿っ
て巻き上げられ、管内周面の全面に広がる。この作用に
より、管内周面の全面がほぼ均一に濡れるから、熱媒液
体を気化するための蒸発管として使用した場合には、沸
騰の生じる領域の面積を増して沸騰効率を高めることが
できる。また、熱媒気体を液化するための凝縮管として
使用した場合には、フィン先端が液面から露出すること
により金属面と熱媒気体との接触効率を高め、凝縮効率
を高めることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
は、伝熱管の溝の展開形状を様々に変化させて多種類の
内面溝付伝熱管を作成し、これらの性能を比較した結
果、伝熱管内面に周方向へジグザグに延びる多数のフィ
ンを形成した場合、他の溝形状に比して高い熱交換性能
が得られることを見いだした。
は、伝熱管の溝の展開形状を様々に変化させて多種類の
内面溝付伝熱管を作成し、これらの性能を比較した結
果、伝熱管内面に周方向へジグザグに延びる多数のフィ
ンを形成した場合、他の溝形状に比して高い熱交換性能
が得られることを見いだした。
【０００６】しかし同時に、この場合には、内面溝付伝
熱管内を流れる熱媒体の圧力損失が増し、熱媒体の循環
装置に負担がかかるため、高い熱交換性能にも拘わらず
現実には使用困難であることが判明した。そこで、本発
明者らはさらに検討を重ねた結果、ジグザグ形状のフィ
ンの各屈折部に間隙を形成することにより、圧力損失を
増大することなしに熱交換性能を高めることができるこ
とを見いだすに至った。
熱管内を流れる熱媒体の圧力損失が増し、熱媒体の循環
装置に負担がかかるため、高い熱交換性能にも拘わらず
現実には使用困難であることが判明した。そこで、本発
明者らはさらに検討を重ねた結果、ジグザグ形状のフィ
ンの各屈折部に間隙を形成することにより、圧力損失を
増大することなしに熱交換性能を高めることができるこ
とを見いだすに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付伝
熱管は、金属管の内周面がその周方向において２以上の
領域に区分され、これら各領域のそれぞれには伝熱管の
軸線方向に並ぶ多数のフィンが形成され、いずれか１つ
の領域から数えて奇数番の領域に含まれるフィンは伝熱
管の軸線に対して１０〜２５゜傾斜させられているとと
もに、前記１の領域から数えて偶数番の領域に含まれる
フィンは伝熱管の軸線に対して−１０〜−２５゜傾斜し
ており、さらに、周方向に隣接するフィンの端部同士の
間には間隙が形成されていることを特徴としている。
熱管は、金属管の内周面がその周方向において２以上の
領域に区分され、これら各領域のそれぞれには伝熱管の
軸線方向に並ぶ多数のフィンが形成され、いずれか１つ
の領域から数えて奇数番の領域に含まれるフィンは伝熱
管の軸線に対して１０〜２５゜傾斜させられているとと
もに、前記１の領域から数えて偶数番の領域に含まれる
フィンは伝熱管の軸線に対して−１０〜−２５゜傾斜し
ており、さらに、周方向に隣接するフィンの端部同士の
間には間隙が形成されていることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る内面溝付伝
熱管の第１の実施形態を示す一部展開した平面図であ
る。この内面溝付伝熱管１の内周面は、その周方向９０
゜毎に４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に区分され、これら領域Ｒ
１〜Ｒ４のそれぞれには、伝熱管１の軸線方向に並ぶ多
数のフィン２が互いに平行に形成され、平行なフィン２
同士の間は溝部３とされている。
熱管の第１の実施形態を示す一部展開した平面図であ
る。この内面溝付伝熱管１の内周面は、その周方向９０
゜毎に４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に区分され、これら領域Ｒ
１〜Ｒ４のそれぞれには、伝熱管１の軸線方向に並ぶ多
数のフィン２が互いに平行に形成され、平行なフィン２
同士の間は溝部３とされている。
【０００９】本発明の内面溝付伝熱管１は、フィン２の
配置に主たる特徴を有する。すなわち、この伝熱管１で
は、いずれか１つの領域（この場合Ｒ１）から数えて奇
数番の領域Ｒ１，Ｒ３に含まれるフィン２が、伝熱管軸
線に対して１０〜２５゜の角度αをなすように形成され
る一方、偶数番の領域Ｒ２，Ｒ４に含まれるフィン２
は、伝熱管軸線に対して−１０〜−２５゜の角度βをな
すように形成されている。フィン２の傾斜角度α，βの
絶対値が２５゜を越えるとフィン２が流れに対して垂直
に近くなり、流れを遮って圧力損失が大きくなるため好
ましくない。また、フィン２の傾斜角度α，βの絶対値
が１０゜未満であると、フィン２が流れに対して平行に
近くなり、フィン２による乱流発生効果が低下する。
配置に主たる特徴を有する。すなわち、この伝熱管１で
は、いずれか１つの領域（この場合Ｒ１）から数えて奇
数番の領域Ｒ１，Ｒ３に含まれるフィン２が、伝熱管軸
線に対して１０〜２５゜の角度αをなすように形成され
る一方、偶数番の領域Ｒ２，Ｒ４に含まれるフィン２
は、伝熱管軸線に対して−１０〜−２５゜の角度βをな
すように形成されている。フィン２の傾斜角度α，βの
絶対値が２５゜を越えるとフィン２が流れに対して垂直
に近くなり、流れを遮って圧力損失が大きくなるため好
ましくない。また、フィン２の傾斜角度α，βの絶対値
が１０゜未満であると、フィン２が流れに対して平行に
近くなり、フィン２による乱流発生効果が低下する。
【００１０】傾斜角度α，βの正負は逆であってもよ
く、要は、フィン２が全体としてジグザク状に配列され
るように、周方向へ隣接するフィン２が伝熱管軸線に対
し交互に逆方向へ傾斜していればよい。この実施形態で
は、隣接するフィン２の端部が周方向に揃えられてい
る。また、図１では、同じ領域内のフィン２が互いに平
行にされているが、これらは必ずしも平行でなくてもよ
く、前記範囲内でフィン毎に傾斜角度を異ならせてもよ
い。
く、要は、フィン２が全体としてジグザク状に配列され
るように、周方向へ隣接するフィン２が伝熱管軸線に対
し交互に逆方向へ傾斜していればよい。この実施形態で
は、隣接するフィン２の端部が周方向に揃えられてい
る。また、図１では、同じ領域内のフィン２が互いに平
行にされているが、これらは必ずしも平行でなくてもよ
く、前記範囲内でフィン毎に傾斜角度を異ならせてもよ
い。
【００１１】各領域Ｒ１〜Ｒ４の境界には、伝熱管１の
長手方向に連続する溝部４が形成されており、これによ
り、周方向に隣接するフィン２同士の間には、それぞれ
一定の間隙４Ａが形成されている。溝部４の底面は溝部
３の底面と同一高さであってもよいし、溝部３より若干
高くてもよい。外径が１ｃｍ程度の汎用伝熱管の場合に
は、間隙４Ａの幅Ｃ１は０．０５〜０．５ｍｍ、特に
０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。幅Ｃ１が
０．０５〜０．５ｍｍの範囲であると、圧力損失と熱交
換効率とのバランスが良好である。但し、本発明は上記
範囲のみに限定されるものではなく、他の値も採用でき
るのは勿論である。
長手方向に連続する溝部４が形成されており、これによ
り、周方向に隣接するフィン２同士の間には、それぞれ
一定の間隙４Ａが形成されている。溝部４の底面は溝部
３の底面と同一高さであってもよいし、溝部３より若干
高くてもよい。外径が１ｃｍ程度の汎用伝熱管の場合に
は、間隙４Ａの幅Ｃ１は０．０５〜０．５ｍｍ、特に
０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。幅Ｃ１が
０．０５〜０．５ｍｍの範囲であると、圧力損失と熱交
換効率とのバランスが良好である。但し、本発明は上記
範囲のみに限定されるものではなく、他の値も採用でき
るのは勿論である。
【００１２】フィン２の断面形状は必ずしも限定される
ものではないが、本発明では図２に示すように、同じ領
域内のフィン２のピッチＰが０．３〜０．４ｍｍ、フィ
ン２の金属管内周面からの高さＨが０．１５〜０．３０
ｍｍであることが好適である。このように従来よりも背
の高いフィン形状を採用した場合には、乱流発生効果が
良好であり、特殊なフィン配置による効果と相まって、
伝熱管１の熱交換効率がいっそう向上できる。また、こ
のように細く高いフィン２によれば、金属管１の内面が
熱媒液体で覆われた際にも、フィン２の先端部における
排液性が良好になるから、凝縮管として使用した場合に
フィン２の先端金属面が熱媒気体と直接接触しやすく、
良好な凝縮性能を得ることができる。
ものではないが、本発明では図２に示すように、同じ領
域内のフィン２のピッチＰが０．３〜０．４ｍｍ、フィ
ン２の金属管内周面からの高さＨが０．１５〜０．３０
ｍｍであることが好適である。このように従来よりも背
の高いフィン形状を採用した場合には、乱流発生効果が
良好であり、特殊なフィン配置による効果と相まって、
伝熱管１の熱交換効率がいっそう向上できる。また、こ
のように細く高いフィン２によれば、金属管１の内面が
熱媒液体で覆われた際にも、フィン２の先端部における
排液性が良好になるから、凝縮管として使用した場合に
フィン２の先端金属面が熱媒気体と直接接触しやすく、
良好な凝縮性能を得ることができる。
【００１３】フィン２の両側面のなす角度γ（頂角）
は、必ずしも限定されるものではないが、より好ましく
は１０〜２５゜とされる。このようにフィン２の頂角が
小さい場合には、フィン２の側面が管内周面からほぼ垂
直に起立するため、伝熱管１内を流れる熱媒気体の風圧
によって熱媒液体がフィン２上へ吹き上げられることが
少ない。このため、フィン２により熱媒液体の流れを規
制して乱流を引き起こす効果が増すだけでなく、この伝
熱管１を凝縮管として使用した場合には、個々のフィン
２の先端部が露出する傾向が高くなり、熱媒気体と金属
面との接触面積を増して、高い凝縮効率を得ることがで
きる。また、図示の例ではフィン２の頂点が断面半円状
にされているが、本発明は断面台形状としても、断面三
角形状としてもよい。
は、必ずしも限定されるものではないが、より好ましく
は１０〜２５゜とされる。このようにフィン２の頂角が
小さい場合には、フィン２の側面が管内周面からほぼ垂
直に起立するため、伝熱管１内を流れる熱媒気体の風圧
によって熱媒液体がフィン２上へ吹き上げられることが
少ない。このため、フィン２により熱媒液体の流れを規
制して乱流を引き起こす効果が増すだけでなく、この伝
熱管１を凝縮管として使用した場合には、個々のフィン
２の先端部が露出する傾向が高くなり、熱媒気体と金属
面との接触面積を増して、高い凝縮効率を得ることがで
きる。また、図示の例ではフィン２の頂点が断面半円状
にされているが、本発明は断面台形状としても、断面三
角形状としてもよい。
【００１４】伝熱管１の外径、肉厚、長さ等の寸法は限
定されず、従来から使用されているいかなる寸法の伝熱
管にも本発明は適用可能である。伝熱管１の材質として
は一般に銅または銅合金が使用されるが、本発明はそれ
に限定されることなく、アルミニウムを始めとする各種
金属も使用可能である。なお、この実施形態では伝熱管
１の断面形状が円形であるが、本発明は断面円形に限ら
ず、必要に応じて断面楕円形や偏平管状等としてもよ
い。さらに、ヒートパイプの本体として使用することも
有効である。
定されず、従来から使用されているいかなる寸法の伝熱
管にも本発明は適用可能である。伝熱管１の材質として
は一般に銅または銅合金が使用されるが、本発明はそれ
に限定されることなく、アルミニウムを始めとする各種
金属も使用可能である。なお、この実施形態では伝熱管
１の断面形状が円形であるが、本発明は断面円形に限ら
ず、必要に応じて断面楕円形や偏平管状等としてもよ
い。さらに、ヒートパイプの本体として使用することも
有効である。
【００１５】このような内面溝付伝熱管を製造するに
は、以下のような方法が採用できる。まず、帯状の金属
板条材を用意し、この板条材を、フィン２、溝部３、お
よび溝部４とそれぞれ相補形状をなす断面を有する圧延
ロールおよび受けロールの間に通して圧延することによ
り、板条材の表面にフィン２、溝部３、および溝部４を
同時に形成する。前記圧延ロールとしては、フィン２と
溝部３を形成するための螺旋溝付き圧延ロールと、溝部
４を形成するための円板状ロールとを交互に重ねた積層
ロールを使用することもでき、その場合には、積層する
各ロールを交換することにより、各部の形状を任意に設
定することが可能となる。
は、以下のような方法が採用できる。まず、帯状の金属
板条材を用意し、この板条材を、フィン２、溝部３、お
よび溝部４とそれぞれ相補形状をなす断面を有する圧延
ロールおよび受けロールの間に通して圧延することによ
り、板条材の表面にフィン２、溝部３、および溝部４を
同時に形成する。前記圧延ロールとしては、フィン２と
溝部３を形成するための螺旋溝付き圧延ロールと、溝部
４を形成するための円板状ロールとを交互に重ねた積層
ロールを使用することもでき、その場合には、積層する
各ロールを交換することにより、各部の形状を任意に設
定することが可能となる。
【００１６】次に、フィン２、溝部３，４が転写された
金属板条材を、その溝形成面を内面側に向けた状態で電
縫装置にセットし、多段階に成形ロールの間を通して板
条材を幅方向に丸め、最後に突き合わせた両側縁部５を
溶接し円管形に成形し、内面溝付伝熱管とする。電縫装
置は通常使用されているものでよく、電縫条件も通常の
加工と同じでよい。その後、伝熱管の外周面において溶
接部を整形したうえ、伝熱管をロール状に巻きとるか所
定の長さで切断する。
金属板条材を、その溝形成面を内面側に向けた状態で電
縫装置にセットし、多段階に成形ロールの間を通して板
条材を幅方向に丸め、最後に突き合わせた両側縁部５を
溶接し円管形に成形し、内面溝付伝熱管とする。電縫装
置は通常使用されているものでよく、電縫条件も通常の
加工と同じでよい。その後、伝熱管の外周面において溶
接部を整形したうえ、伝熱管をロール状に巻きとるか所
定の長さで切断する。
【００１７】上記構成からなる内面溝付伝熱管１によれ
ば、内面に形成されているフィン２が、いずれの向きに
流れる熱媒体に対しても、流れの上流に向けて開く２対
のＶ字を構成するように配置されているので、各フィン
２の側面により集められた熱媒体はＶ字の突き合わせ部
分で衝突して合流し、さらにフィン２同士の間隙４Ａを
通り抜ける。この過程において、熱媒体は攪拌されて不
規則な乱流が発生するため、熱媒体の流れの中に温度勾
配が生じることが防止でき、熱媒と伝熱管金属面との熱
交換を促進して伝熱効率を高めることが可能である。特
に、混合熱媒（複数の熱媒を混合したもの）を使用した
場合には、熱媒成分の分離を防ぐことができ、混合熱媒
本来の性能を引き出すことができる。
ば、内面に形成されているフィン２が、いずれの向きに
流れる熱媒体に対しても、流れの上流に向けて開く２対
のＶ字を構成するように配置されているので、各フィン
２の側面により集められた熱媒体はＶ字の突き合わせ部
分で衝突して合流し、さらにフィン２同士の間隙４Ａを
通り抜ける。この過程において、熱媒体は攪拌されて不
規則な乱流が発生するため、熱媒体の流れの中に温度勾
配が生じることが防止でき、熱媒と伝熱管金属面との熱
交換を促進して伝熱効率を高めることが可能である。特
に、混合熱媒（複数の熱媒を混合したもの）を使用した
場合には、熱媒成分の分離を防ぐことができ、混合熱媒
本来の性能を引き出すことができる。
【００１８】また、フィン２同士の端部間には間隙４Ａ
が形成されているので、これら間隙４Ａを通って熱媒流
体を逃すことができ、高い伝熱効率の向上率にも拘わら
ず伝熱管１内を流れる圧力損失を小さく抑えることがで
きる。このように、伝熱効率の向上と、圧力損失の低下
という相反する２つの効果を両立させることができる点
が、本発明の重要な効果である。
が形成されているので、これら間隙４Ａを通って熱媒流
体を逃すことができ、高い伝熱効率の向上率にも拘わら
ず伝熱管１内を流れる圧力損失を小さく抑えることがで
きる。このように、伝熱効率の向上と、圧力損失の低下
という相反する２つの効果を両立させることができる点
が、本発明の重要な効果である。
【００１９】［第２実施形態］図３は、本発明の第２実
施形態を示している。前記第１実施形態では、周方向に
隣接するフィン２の端部が揃えられていたが、この第２
実施形態では、隣接する領域のフィン２を半ピッチずら
したことを特徴としている。他の構成は第１実施形態と
同様でよい。
施形態を示している。前記第１実施形態では、周方向に
隣接するフィン２の端部が揃えられていたが、この第２
実施形態では、隣接する領域のフィン２を半ピッチずら
したことを特徴としている。他の構成は第１実施形態と
同様でよい。
【００２０】このように、フィン２を各領域Ｒ１〜４で
半ピッチずらしたことにより、溝部４の幅を変えずと
も、周方向に隣接するフィン２同士の間隙４Ａが実質的
に拡大できる。また、図中矢印に示すように、熱媒体の
流れが蛇行する傾向を増す。
半ピッチずらしたことにより、溝部４の幅を変えずと
も、周方向に隣接するフィン２同士の間隙４Ａが実質的
に拡大できる。また、図中矢印に示すように、熱媒体の
流れが蛇行する傾向を増す。
【００２１】［第３実施形態］図４は、本発明の第３実
施形態を示している。第１および第２実施形態では、伝
熱管１の内面を周方向に４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分けて
いたが、この例では、周方向に２つの領域Ｒ１，Ｒ２の
みに分けたことを特徴としている。このため伝熱管の外
径が同一であれば、前記各実施形態に比してフィン２の
長さが略２倍になる。他の構成に関しては、前記各実施
形態と同様でよい。
施形態を示している。第１および第２実施形態では、伝
熱管１の内面を周方向に４つの領域Ｒ１〜Ｒ４に分けて
いたが、この例では、周方向に２つの領域Ｒ１，Ｒ２の
みに分けたことを特徴としている。このため伝熱管の外
径が同一であれば、前記各実施形態に比してフィン２の
長さが略２倍になる。他の構成に関しては、前記各実施
形態と同様でよい。
【００２２】このような第３実施形態によれば、内面に
形成されているフィン２が、いずれの向きに流れる熱媒
体に対しても、流れの上流に向けて開く単一のＶ字を構
成するように配置され、このＶ字の谷間に相当する側の
溝部４に熱媒体が集まる特性を有する。この特性を生か
すため、この第３実施形態では、使用態様に応じて伝熱
管１の上下を設定することが好ましい。
形成されているフィン２が、いずれの向きに流れる熱媒
体に対しても、流れの上流に向けて開く単一のＶ字を構
成するように配置され、このＶ字の谷間に相当する側の
溝部４に熱媒体が集まる特性を有する。この特性を生か
すため、この第３実施形態では、使用態様に応じて伝熱
管１の上下を設定することが好ましい。
【００２３】例えば、凝縮管として使用するのであれ
ば、金属面と熱媒気体とを直接接触させることが好まし
いので、蒸気流に対してＶ字の谷間に相当する側の溝部
４を下向きに配置する。すると、伝熱管１内に溜まって
流れる熱媒液体がフィン２に沿って伝熱管１の内面上側
にまで広がりにくくなるから、前記効果と相まって凝縮
効率を高めることが可能である。なお、この実施形態に
おいても隣接する領域のフィンのピッチをずらすことが
可能である。
ば、金属面と熱媒気体とを直接接触させることが好まし
いので、蒸気流に対してＶ字の谷間に相当する側の溝部
４を下向きに配置する。すると、伝熱管１内に溜まって
流れる熱媒液体がフィン２に沿って伝熱管１の内面上側
にまで広がりにくくなるから、前記効果と相まって凝縮
効率を高めることが可能である。なお、この実施形態に
おいても隣接する領域のフィンのピッチをずらすことが
可能である。
【００２４】［第４実施形態］図５は、本発明の第４実
施形態を示している。この例では、伝熱管１の内周面を
周方向に６つの領域Ｒ１〜Ｒ６に分けたことを特徴とし
ており、これら領域Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれに、伝熱管１
の軸線方向に並ぶ多数のフィン２が互いに平行に形成さ
れている。他の構成は第１実施形態と同様であるから同
一符号を付して説明を省略する。
施形態を示している。この例では、伝熱管１の内周面を
周方向に６つの領域Ｒ１〜Ｒ６に分けたことを特徴とし
ており、これら領域Ｒ１〜Ｒ６のそれぞれに、伝熱管１
の軸線方向に並ぶ多数のフィン２が互いに平行に形成さ
れている。他の構成は第１実施形態と同様であるから同
一符号を付して説明を省略する。
【００２５】このような構成からなる内面溝付伝熱管１
によっても、第１実施形態と同様の優れた効果が得られ
る。
によっても、第１実施形態と同様の優れた効果が得られ
る。
【００２６】［第５実施形態］図６は、本発明の第５実
施形態を示している。この例では、伝熱管１の内周面を
周方向に４つに区画している点が第１実施形態と同様で
あるが、各領域の境界部に溝部４を形成しておらず、そ
の代わりに、フィン２を各領域Ｒ１〜４で半ピッチずら
して相互の間に間隙６を形成したことを特徴としてい
る。外径が１ｃｍ程度の汎用伝熱管の場合、伝熱管軸線
方向における間隙６の幅Ｃ２は０．０５〜０．５ｍｍ、
特に０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。幅Ｃ２
が０．０５〜０．５ｍｍの範囲であると、圧力損失と熱
交換効率とのバランスが特に良好である。但し、本発明
は上記範囲のみに限定されるものではなく、他の値も採
用できるのは勿論である。
施形態を示している。この例では、伝熱管１の内周面を
周方向に４つに区画している点が第１実施形態と同様で
あるが、各領域の境界部に溝部４を形成しておらず、そ
の代わりに、フィン２を各領域Ｒ１〜４で半ピッチずら
して相互の間に間隙６を形成したことを特徴としてい
る。外径が１ｃｍ程度の汎用伝熱管の場合、伝熱管軸線
方向における間隙６の幅Ｃ２は０．０５〜０．５ｍｍ、
特に０．１〜０．３ｍｍであることが好ましい。幅Ｃ２
が０．０５〜０．５ｍｍの範囲であると、圧力損失と熱
交換効率とのバランスが特に良好である。但し、本発明
は上記範囲のみに限定されるものではなく、他の値も採
用できるのは勿論である。
【００２７】このような構成によっても、伝熱管内面に
形成されているフィン２が、いずれの向きに流れる熱媒
体に対しても、流れの上流に向けて開く２対のＶ字（ｙ
字）を構成するように配置されているので、各フィン２
の側面により集められた熱媒体はＶ字の突き合わせ部分
で衝突して合流し、さらにフィン２同士の間隙６を通り
抜ける。この過程において、熱媒流体は攪拌されて不規
則な乱流が発生するため、熱媒液体の流れの中に温度勾
配が生じることが防止でき、熱媒と伝熱管金属面との熱
交換を促進して伝熱効率を高めることが可能である。ま
た、フィン２同士の端部間に間隙６が形成されているの
で、これら間隙６を通して熱媒流体を逃すことができ、
高い伝熱効率の向上率にも拘わらず伝熱管１内を流れる
圧力損失を小さく抑えることができるという優れた効果
を奏する。
形成されているフィン２が、いずれの向きに流れる熱媒
体に対しても、流れの上流に向けて開く２対のＶ字（ｙ
字）を構成するように配置されているので、各フィン２
の側面により集められた熱媒体はＶ字の突き合わせ部分
で衝突して合流し、さらにフィン２同士の間隙６を通り
抜ける。この過程において、熱媒流体は攪拌されて不規
則な乱流が発生するため、熱媒液体の流れの中に温度勾
配が生じることが防止でき、熱媒と伝熱管金属面との熱
交換を促進して伝熱効率を高めることが可能である。ま
た、フィン２同士の端部間に間隙６が形成されているの
で、これら間隙６を通して熱媒流体を逃すことができ、
高い伝熱効率の向上率にも拘わらず伝熱管１内を流れる
圧力損失を小さく抑えることができるという優れた効果
を奏する。
【００２８】なお、本発明に係る内面溝付伝熱管は、上
記各実施形態に限定されるものではなく、その他にも種
々の構成が可能である。例えば、伝熱管の外径が大きい
場合には、伝熱管の内周面を８つ以上の領域に区画する
ことも可能であるし、必要であれば各フィンを円弧状に
形成することも可能である。さらに、各フィン２の中央
部等に凹部や切り込みを別途形成してもよい。
記各実施形態に限定されるものではなく、その他にも種
々の構成が可能である。例えば、伝熱管の外径が大きい
場合には、伝熱管の内周面を８つ以上の領域に区画する
ことも可能であるし、必要であれば各フィンを円弧状に
形成することも可能である。さらに、各フィン２の中央
部等に凹部や切り込みを別途形成してもよい。
【００２９】
【実施例】次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証す
る。フィンの形状のみが異なる下記８通りの伝熱管をそ
れぞれ形成し、これら伝熱管について、伝熱効率と圧力
損失を比較した。
る。フィンの形状のみが異なる下記８通りの伝熱管をそ
れぞれ形成し、これら伝熱管について、伝熱効率と圧力
損失を比較した。
【００３０】ａ１型：内面に螺旋状の溝を形成した伝熱
管（比較例１） ｂ１型：内面に単一のＶ字状をなすように２列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例２） ｃ１型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例３） ｄ１型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例４） ｃ２型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィン間に間隙が形成さ
れている伝熱管（実施例１）：図１ ｄ２型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィン間に間隙が形成さ
れている（実施例２）：図５ ｃ３型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィンが互いに半ピッチ
ずらされて間隙が形成されている伝熱管（実施例３）：
図６ ｄ３型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィンが互いに半ピッチ
ずらされて間隙が形成されている伝熱管（実施例４）
管（比較例１） ｂ１型：内面に単一のＶ字状をなすように２列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例２） ｃ１型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例３） ｄ１型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成されているが、周方向に隣接するフィン間に間隙
が形成されていない伝熱管（比較例４） ｃ２型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィン間に間隙が形成さ
れている伝熱管（実施例１）：図１ ｄ２型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィン間に間隙が形成さ
れている（実施例２）：図５ ｃ３型：内面に２対のＶ字状をなすように４列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィンが互いに半ピッチ
ずらされて間隙が形成されている伝熱管（実施例３）：
図６ ｄ３型：内面に３対のＶ字状をなすように６列のフィン
が形成され、周方向に隣接するフィンが互いに半ピッチ
ずらされて間隙が形成されている伝熱管（実施例４）
【００３１】なお、以下の寸法に関しては、いずれの伝
熱管でも共通とした。 フィンのピッチＰ＝０．３６ｍｍ フィンの高さＨ＝０．２４ｍｍ フィンの両側面のなす角度γ＝１７゜ （管軸に対して直角な断面でのフィン断面角度＝２０
゜） フィン間の溝幅＝０．２２ｍｍ （管軸方向での溝幅＝０．８５ｍｍ） さらに、伝熱管の軸線に対するフィンの傾斜角度は、ａ
１型の伝熱管では１５゜、それ以外の伝熱管では全て１
５゜および−１５゜とした。ｃ２型およびｄ２型の伝熱
管における間隙量Ｃ１は０．２ｍｍ、ｃ３型およびｄ３
型の伝熱管におけるずれ量Ｃ２も０．２ｍｍとした。
熱管でも共通とした。 フィンのピッチＰ＝０．３６ｍｍ フィンの高さＨ＝０．２４ｍｍ フィンの両側面のなす角度γ＝１７゜ （管軸に対して直角な断面でのフィン断面角度＝２０
゜） フィン間の溝幅＝０．２２ｍｍ （管軸方向での溝幅＝０．８５ｍｍ） さらに、伝熱管の軸線に対するフィンの傾斜角度は、ａ
１型の伝熱管では１５゜、それ以外の伝熱管では全て１
５゜および−１５゜とした。ｃ２型およびｄ２型の伝熱
管における間隙量Ｃ１は０．２ｍｍ、ｃ３型およびｄ３
型の伝熱管におけるずれ量Ｃ２も０．２ｍｍとした。
【００３２】次に、得られた各伝熱管について、図７お
よび図８に示す装置を用いて伝熱性能（蒸発性能、凝縮
性能）を測定した。測定に際しては、図中「測定部」に
各伝熱管をセットし、下記の評価方法により蒸発性能お
よび凝縮性能を測定した。併せて、その際の圧力損失を
測定した。評価条件は以下の通りである。
よび図８に示す装置を用いて伝熱性能（蒸発性能、凝縮
性能）を測定した。測定に際しては、図中「測定部」に
各伝熱管をセットし、下記の評価方法により蒸発性能お
よび凝縮性能を測定した。併せて、その際の圧力損失を
測定した。評価条件は以下の通りである。
【００３３】［評価方法］ 対向流二重管方式 水流速：１．５ｍ／ｓ 伝熱管の全長：３．５ｍ 蒸発時飽和温度：５℃ 過熱度３ｄｅｇ 蒸発時飽和温度：４５℃ 過冷度５ｄｅｇ 熱媒：フロン「Ｒ−２２」
【００３４】上記実験により得られた蒸発性能、凝縮性
能、および圧力損失を、ａ１型の伝熱管に対する比で表
した結果を図９および図１０に示す。これらのグラフか
ら明らかなように、本発明に係るｃ２型，ｃ３型，ｄ２
型，およびｄ３型の各伝熱管では、圧力損失がａ１型の
単純溝付管と同程度でありながら、高い伝熱性能を示し
た。
能、および圧力損失を、ａ１型の伝熱管に対する比で表
した結果を図９および図１０に示す。これらのグラフか
ら明らかなように、本発明に係るｃ２型，ｃ３型，ｄ２
型，およびｄ３型の各伝熱管では、圧力損失がａ１型の
単純溝付管と同程度でありながら、高い伝熱性能を示し
た。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の内面溝付
伝熱管によれば、内面に形成されているフィンが、熱媒
流体の流れの上流側に開く１対以上のＶ字を構成するよ
うに配置されているので、各フィンの側面に沿って流れ
る熱媒流体はＶ字の突き合わせ部分で衝突して合流し、
さらにフィン同士の間隙を通り抜ける。この過程におい
て、熱媒流体は攪拌されて不規則な乱流が発生するた
め、熱媒体の流れの中に温度勾配が生じることが防止で
き、熱媒と金属面との熱交換を促進して伝熱効率を高め
ることが可能である。
伝熱管によれば、内面に形成されているフィンが、熱媒
流体の流れの上流側に開く１対以上のＶ字を構成するよ
うに配置されているので、各フィンの側面に沿って流れ
る熱媒流体はＶ字の突き合わせ部分で衝突して合流し、
さらにフィン同士の間隙を通り抜ける。この過程におい
て、熱媒流体は攪拌されて不規則な乱流が発生するた
め、熱媒体の流れの中に温度勾配が生じることが防止で
き、熱媒と金属面との熱交換を促進して伝熱効率を高め
ることが可能である。
【００３６】また、フィン同士の端部間には間隙が形成
されているので、この間隙を通って熱媒流体を逃すこと
ができ、高い伝熱効率の向上率にも拘わらず圧力損失を
小さく抑えることができる。
されているので、この間隙を通って熱媒流体を逃すこと
ができ、高い伝熱効率の向上率にも拘わらず圧力損失を
小さく抑えることができる。
【図１】本発明に係る内面溝付伝熱管の第１の実施形態
を示す一部展開した平面図である。
を示す一部展開した平面図である。
【図２】図１中のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態を示す一部展開した平
面図である。
面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態を示す一部展開した平
面図である。
面図である。
【図５】本発明の第４の実施形態を示す一部展開した平
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第５の実施形態を示す一部展開した平
面図である。
面図である。
【図７】蒸発性能の測定装置を示す概略図である。
【図８】凝縮性能の測定装置を示す概略図である。
【図９】蒸発性能、および蒸発時の圧力損失のグラフで
ある。
ある。
【図１０】凝縮性能、および凝縮時の圧力損失のグラフ
である。
である。
１ 内面溝付伝熱管 ２ フィン ３，４ 溝部 ５ 突き合わせた側縁部 ４Ａ，６ 間隙 Ｒ１〜Ｒ６ 区切られた領域 Ｃ１，Ｃ２ フィン間の間隙量
フロントページの続き (72)発明者 ▲すくも▼田 俊▲緑▼ 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸 銅株式会社若松製作所内 (56)参考文献 特開 平３−13796（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−78897（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−137609（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−101985（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−169441（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F28F 1/40
Claims (6)
- 【請求項１】 金属管の内周面がその周方向において２
以上の領域に区分され、これら各領域のそれぞれには伝
熱管の軸線方向に並ぶ多数のフィンが形成され、いずれ
か１つの領域から数えて奇数番の領域に含まれるフィン
は伝熱管の軸線に対して１０〜２５゜傾斜させられてい
るとともに、前記１の領域から数えて偶数番の領域に含
まれるフィンは伝熱管の軸線に対して−１０〜−２５゜
傾斜しており、さらに、周方向に隣接する前記フィンの
端部同士の間には間隙が形成されていることを特徴とす
る内面溝付伝熱管。 - 【請求項２】 同一の領域に含まれるフィンは互いに平
行にされてい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】 互いに隣接する領域に含まれるフィン
は、これら領域の境界線を境として線対称に形成され、
前記間隙の幅は０．０５〜０．５ｍｍとされていること
を特徴とする請求項１または２記載の内面溝付伝熱管。 - 【請求項４】 互いに隣接する領域に含まれるフィン
は、伝熱管軸線方向に互いにピッチがずれるように形成
され、前記間隙の幅は０．０５〜０．５ｍｍとされてい
ることを特徴とする請求項１または２記載の内面溝付伝
熱管。 - 【請求項５】 同じ領域に含まれるフィンのピッチは
０．３〜０．４ｍｍ、前記フィンの金属管内周面からの
高さは０．１５〜０．３０ｍｍ、前記フィンの両側面の
なす角度は１０〜２５゜とされていることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の内面溝付伝熱管。 - 【請求項６】 前記領域の数は、２，４，６のいずれか
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の内面溝付伝熱管。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17925495A JP2842810B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 内面溝付伝熱管 |
| US08/680,215 US5791405A (en) | 1995-07-14 | 1996-07-11 | Heat transfer tube having grooved inner surface |
| KR1019960028156A KR100260112B1 (ko) | 1995-07-14 | 1996-07-12 | 내면홈붙이 전열관 및 그 제조용 롤 |
| DE19628280A DE19628280C3 (de) | 1995-07-14 | 1996-07-12 | Wärmeübertragungsrohr mit einer gerillten Innenfläche |
| CN96113213A CN1150645A (zh) | 1995-07-14 | 1996-07-13 | 内面有凹槽的传热管 |
| US09/063,722 US5934128A (en) | 1995-07-14 | 1998-04-21 | Heat transfer tube having grooved inner surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17925495A JP2842810B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 内面溝付伝熱管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0926279A JPH0926279A (ja) | 1997-01-28 |
| JP2842810B2 true JP2842810B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=16062641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17925495A Expired - Fee Related JP2842810B2 (ja) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | 内面溝付伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2842810B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1211633C (zh) * | 2003-05-10 | 2005-07-20 | 清华大学 | 不连续双斜内肋强化换热管 |
| JP2005233479A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Tokyo Radiator Mfg Co Ltd | 熱交換器用伝熱管 |
| US7373778B2 (en) * | 2004-08-26 | 2008-05-20 | General Electric Company | Combustor cooling with angled segmented surfaces |
| JP4738176B2 (ja) * | 2006-01-05 | 2011-08-03 | 三菱重工業株式会社 | 冷却翼 |
| JP5513738B2 (ja) * | 2008-12-24 | 2014-06-04 | 東芝キヤリア株式会社 | 熱交換器およびヒートポンプ式給湯機 |
| JP6219199B2 (ja) * | 2014-02-27 | 2017-10-25 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱交換用プレートとなる元板材、及びその元板材の製造方法 |
| JP6815965B2 (ja) * | 2017-10-12 | 2021-01-20 | 株式会社神戸製鋼所 | 熱交換プレートに用いられる金属製元板材 |
| CN114370777B (zh) * | 2021-11-30 | 2023-09-22 | 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 | 印刷电路板换热器的换热通道结构及印刷电路板换热器 |
-
1995
- 1995-07-14 JP JP17925495A patent/JP2842810B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0926279A (ja) | 1997-01-28 |
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