JP3417825B2 - 内面溝付管 - Google Patents
内面溝付管Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はルームエアコン等の
熱交換器に好適な、例えば、銅又は銅合金製の内面溝付
管に関し、特に、軽量化を図った内面溝付管に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、ルームエアコンとして冷暖房兼用
型のヒートポンプ式エアコンが主流となっている。そし
て、このヒートポンプ式エアコン等に使用される銅又は
銅合金製伝熱管には蒸発性能及び凝縮性能が優れている
ことが要求される。伝熱管の蒸発性能を高めるために
は、冷媒液を伝熱面である管内面全体に広めて管内面全
体で冷媒の蒸発が生じるような構造が必要とされる。一
方、伝熱管の凝縮性能を高めるためには、管内面が凝縮
した冷媒液で覆われることを防止するために、冷媒液が
管内面全体に広がることを防止するような構造が必要と
される。従って、蒸発性能及び凝縮性能が優れている伝
熱管を得るためには、前述の相反する特性を満たす構造
が必要とされる。 【０００３】そこで、かかる伝熱管には、管内面に螺旋
状の複数の平行溝を形成して熱伝達効率を向上させた内
面溝付管が使用されている。そして、この内面溝付管の
管軸方向の単位長さあたりの重量（以下、単重量とい
う）を軽減して熱交換器のコストを低下させることが進
められている。例えば、軽量化を図った内面溝付管が特
開平５−１８９１号公報及び特開平５−７９７８３号公
報に提案されている。特開平５−１８９１号公報に記載
された内面溝付管においては、管内径に対する溝深さの
比、溝の管軸に対するねじれ角、溝深さに対する溝断面
積及びフィンの山頂角を規定することにより、内面溝付
管の高性能化及び軽量化を図っている。 【０００４】一方、特開平５−７９７８３号公報に記載
された内面溝付管においては、管外径、溝の管軸に対す
るねじれ角、管内径に対する溝深さの比、管の肉厚、溝
深さに対する溝底部の幅及びフィンの山頂角を規定する
ことにより、内面溝付管の高性能化及び軽量化を図って
いる。 【０００５】また、管内面に相互に交差する複数の平行
溝が形成された内面溝付管が提案されている（実開昭６
３−１４８０７８号公報）。この公報に記載された内面
溝付管においては、管内面に相互に交差する溝が形成さ
れているので、管内面には四角錘状の複数個の凸部が形
成されている。このような形状とすることにより、それ
までの内面溝付管よりも伝熱性能を向上させている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の内面溝付管よる単重量の軽減及び伝熱性能の維持
は十分なものではないという問題点がある。 【０００７】特開平５−１８９１号公報に記載された内
面溝付管においては、管内径に対する溝深さの比を０．
０２乃至０．０３と規定しており、フィンが高く単重量
の軽減が十分ではない。 【０００８】また、特開平５−７９７８３号公報に記載
された内面溝付管においては、管内径に対する溝深さの
比を０．０２３乃至０．０２５と規定しており、フィン
が高く単重量の軽減が十分ではない。 【０００９】一方、単に管内径に対する溝深さの比を小
さく設定したのでは、フィンが低くなって伝熱性能が低
下してしまう。 【００１０】また、実開昭６３−１４８０７８号公報に
記載された内面溝付管においても、単重量の軽減は十分
ではない。 【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、伝熱性能を低下させることなく単重量を軽
減することができる内面溝付管を提供することを目的と
する。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付管
は、管内面に管軸方向に傾斜する一の方向に延びる螺旋
状の複数の平行溝を形成した内面溝付管において、前記
溝間にはこの溝により相互に離隔されたフィンが形成さ
れており、管の最大内径をＤｉ、前記溝間に形成された
フィンの高さをＨｆ、このフィンの基部の幅をＷｆ、前
記溝が形成された方向と管軸方向とがなすねじれ角を
θ、前記溝の管周方向における溝ピッチをＰとしたと
き、Ｈｆ／Ｄｉは０．０１乃至０．０２、θ／Ｄｉは
２．０乃至４．５、Ｈｆ／Ｗｆは１．６未満、Ｐは０．
３５乃至０．４５（ｍｍ）であることを特徴とする。 【００１３】本発明においては、管内面に形成される溝
の形状を適切なものに規定しているので、従来品と比し
て、蒸発性能及び凝縮性能を低下させることなく単重量
を低減することができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るために鋭意実験研究を重ねた結果、管の最大内径Ｄｉ
に対するフィンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｄｉ、最大内径Ｄ
ｉに対する螺旋溝の管軸に対するねじれ角θの比θ／Ｄ
ｉ、フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高さの比Ｈ
ｆ／Ｗｆ及び溝ピッチＰを適切な値に規定することによ
り、伝熱性能を低下させることなく銅又は銅合金製の内
面溝付管の単重量を軽減することができることを見い出
した。 【００１５】以下、本発明に係る内面溝付管に関する数
値限定理由について説明する。図１は内面溝付管の最大
内径Ｄｉ、フィンの高さＨｆ、フィンの基部の幅Ｗｆ及
び溝ピッチＰに該当する位置を説明する模式的断面図で
ある。内面溝付管１の内面には、管軸方向に対して傾斜
する一の方向に延びる螺旋状の溝２が一定の間隔で形成
されている。これにより、隣り合う溝２間には、山形状
のフィン３が形成されており、このフィン３は溝２によ
り相互に離隔されている。即ち、隣り合うフィン３の基
部同士は相互に接触せず、溝２の底部４により相互に離
隔されている。ここで、最大内径Ｄｉとは、溝２の底部
４から管軸（図示せず）までの距離を２倍したものであ
る。また、フィンの高さＨｆとは、フィン３の頂部５か
ら管軸を中心とし（Ｄｉ／２）を半径とする円柱面まで
の距離である。フィンの基部の幅とは、フィン３の基部
における両側面６の間隔である。そして、溝ピッチＰと
は、前記円柱面における隣り合うフィン３間の間隔であ
り、管周方向の溝数をｍとしたとき、（π×Ｄｉ／ｍ）
で表わされる。 【００１６】図２（ａ）は内面溝付管のねじれ角θに該
当する位置を説明する模式的斜視図であり、（ｂ）は同
じく模式的断面図である。螺旋溝の管軸に対するねじれ
角θとは、内面溝付管１を管軸に平行な切開部７に沿っ
て切開き展開したとき、管軸方向と溝２が延びる方向と
がなす角度である。 【００１７】最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨｆの
比Ｈｆ／Ｄｉ：０．０１乃至０．０２ 本願発明者等は、最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨ
ｆの比Ｈｆ／Ｄｉと蒸発熱伝達率との関係を調査した。
この結果を図３に示す。図３は横軸に比Ｈｆ／Ｄｉをと
り、縦軸に蒸発時の管内熱伝達率をとって両者の関係を
示すグラフ図である。なお、管内熱伝達率の測定では、
外径が７ｍｍ又は９．５２ｍｍの２種類の内面溝付管を
使用し、冷媒にはＲ２２を使用した。Ｒ２２とは、米国
暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）における呼称であっ
て、化学式ＣＨＦ2Ｃｌで示されるフロン系冷媒であ
る。内面溝付管の長さは、外径が７ｍｍのもので３ｍ、
外径が９．５２ｍｍのもので４ｍである。また、外径が
７ｍｍの内面溝付管を使用したときの冷媒流量は３０ｋ
ｇ／ｈであり、外径が９．５２ｍｍの内面溝付管を使用
したときの冷媒流量は冷媒流量は４０ｋｇ／ｈである。
更に、蒸発温度は７．５℃、膨張弁前温度は４０℃、出
口過熱度は５℃である。図３において、実線は外径が７
ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は外径が９．５２
ｍｍの内面溝付管の結果を示している。 【００１８】最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨｆの
比Ｈｆ／Ｄｉが０．０１未満であると、図３に示すよう
に、蒸発熱伝達率が極めて低い。これは、フィンの高さ
が著しく低い場合、毛細管現象が起こらず冷媒液の拡散
効果がほとんどなくなって、冷媒液が管の上部にまでは
濡れ広がらなくなるためである。一方、比Ｈｆ／Ｄｉが
０．０２を超えると、従来品と比して、単重量を軽減す
ることができない。従って、最大内径Ｄｉに対するフィ
ンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｄｉは０．０１乃至０．０２と
する。 【００１９】最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に対す
るねじれ角θの比θ／Ｄｉ：２．０乃至４．５ 本願発明者等は、最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に
対するねじれ角θの比θ／Ｄｉと蒸発熱伝達率、凝縮熱
伝達率及び圧力損失との関係を調査した。この結果を図
４（ａ）及び（ｂ）並びに図５に示す。図４（ａ）及び
（ｂ）は横軸に比θ／Ｄｉをとり、縦軸に管内熱伝達率
をとった図であって、（ａ）は比θ／Ｄｉと蒸発時の管
内熱伝達率との関係を示すグラフ図、（ｂ）は比θ／Ｄ
ｉと凝縮時の管内熱伝達率との関係を示すグラフ図であ
る。蒸発時の管内熱伝達率の測定条件は前述のものと同
様である。また、凝縮時の管内熱伝達率の測定では、前
述と同様の内面溝付管及び冷媒を使用し、凝縮温度を４
５℃、入口温度を７０℃、出口過冷却度を５℃とした。
なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、実線は外径が７
ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は９．５２ｍｍの
内面溝付管の結果を示している。 【００２０】図４（ａ）に示すように、比θ／Ｄｉが約
２．０であるときに蒸発熱伝達率は最大となっている。
冷媒を管内面全体に容易に濡れ広がらせるために、溝は
管軸方向に対して傾斜する方向に延びて螺旋状に形成さ
れている。しかし、ねじれ角θが過度に大きくなると、
冷媒に作用する力のうち重力成分が大きくなり、冷媒は
管の上部には濡れ広がりにくくなって、却って蒸発熱伝
達率が低下する。 【００２１】また、図４（ｂ）に示すように、比θ／Ｄ
ｉの増加に伴って凝縮熱伝達率は向上するが、比θ／Ｄ
ｉが４．５近傍に達したところでほとんど飽和する。凝
縮熱伝達率を向上させるためには、蒸発熱伝達率の場合
とは逆に、冷媒の濡れ広がり性を低下させる必要があ
る。内面溝付管内に流入した気体冷媒は管の内壁に熱を
奪われ凝縮されて液体となるものであるが、濡れ広がり
性が高い場合、液化した冷媒が管内面を覆う。そして、
冷媒そのものが熱抵抗として作用し凝縮熱伝達率が低下
してしまう。このため、管の上部は常に乾いた状態であ
って気体の冷媒を凝縮させ、液化した冷媒は管底部を流
れる状態であることが望ましい。 【００２２】前述のように、ねじれ角θが大きくなる
と、冷媒は管の上部に濡れ広がりにくくなるため、管上
部に乾いた領域を形成することが可能となる。しかし、
ねじれ角θを大きくしても、管軸に直交する断面におけ
る冷媒が流れ得る領域の面積が大きくなるわけではない
ので、乾いた領域の面積には上限が存在する。このた
め、図４（ｂ）に示すように、比θ／Ｄｉの向上が飽和
するねじれ角θが存在する。 【００２３】図５は横軸に比θ／Ｄｉをとり、縦軸に蒸
発時の圧力損失をとって両者の関係を示すグラフ図であ
る。なお、測定条件は前述のものと同様である。図５に
おいて、実線は外径が７ｍｍの内面溝付管の結果を示
し、破線は９．５２ｍｍの内面溝付管の結果を示してい
る。内面溝付管において、ねじれ角θを大きくすると、
図５に示すように、それに連れて圧力損失が増加する。
圧力損失が増加すると、蒸発時に熱交換器入口温度が上
昇して空気と冷媒との温度差が小さくなる。このため、
蒸発熱伝達率が低下する。 【００２４】以上より、蒸発性能を重視する場合には、
比θ／Ｄｉを約２．０に、凝縮性能を重視する場合に
は、比θ／Ｄｉを約４．５に設定すると、夫々の最適な
性能を得ることができる。しかし、最近のルームエアコ
ンにおいては、冷暖房兼用型が主流であるので、内面溝
付管には高い蒸発性能及び高い凝縮性能が要望される。
従って、最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に対するね
じれ角θの比θ／Ｄｉは２．０乃至４．５とする。 【００２５】フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高
さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆ：１．６未満 本願発明者等は、フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィン
の高さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆと拡管後のフィンの傾斜角と
の関係を調査した。この結果を図８に示す。図８は横軸
に比Ｈｆ／Ｗｆをとり、縦軸に拡管後のフィンの傾斜角
をとって両者の関係を示すグラフ図である。また、図９
はフィンの傾斜角ξを説明する模式的断面図である。な
お、拡管後のフィンの傾斜角の測定では、先ず、マンド
レルの先端に取付けられた拡管ブリットを内面溝付管内
に挿入し、内面溝付管を押し拡げて内面溝付管をフィン
材に密着させた。次に、図９に示すように、拡管により
傾斜したフィンが突出する方向８と半径方向９とがなす
角度を傾斜角ξとして測定した。 【００２６】フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高
さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆが１．６以上であると、図８に示
すように、傾斜角ξが著しく高くなる。また、拡管によ
りフィンが潰れやすくなる。このように、傾斜角ξが高
くなったりフィンが潰れると、内面溝付管の伝熱性能が
発揮されないことがある。従って、フィンの基部の幅Ｗ
ｆに対するフィンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆは１．６未
満とする。 【００２７】溝ピッチＰ：０．３５乃至０．４５（ｍ
ｍ） 本願発明者等は、溝ピッチＰと蒸発熱伝達率、凝縮熱伝
達率及び単重量との関係を調査した。この結果を図６
（ａ）及び（ｂ）並びに図７に示す。図６（ａ）及び
（ｂ）は横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に管内熱伝達率
をとった図であって、（ａ）は溝ピッチＰと蒸発時の管
内熱伝達率との関係を示すグラフ図、（ｂ）は溝ピッチ
Ｐと凝縮時の管内熱伝達率との関係を示すグラフ図であ
る。管内熱伝達率の測定条件は前述のものと同様であ
る。また、図７は横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に単重
量をとって両者の関係を示すグラフ図である。なお、図
６（ａ）及び（ｂ）並びに図７において、実線は外径が
７ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は９．５２ｍｍ
の内面溝付管の結果を示している。 【００２８】溝ピッチＰが０．３５ｍｍ未満であると、
溝部の幅が極めて狭くなるので、図６（ａ）に示すよう
に、蒸発熱伝達率が極めて低い。また、図７に示すよう
に、単重量が増加する。一方、溝ピッチが０．４５ｍｍ
を超えると、管内面の表面積が減少するため、図６
（ｂ）に示すように、凝縮熱伝達率が極めて低くなる。
従って、溝ピッチＰは０．３５乃至０．４５（ｍｍ）と
する。 【００２９】なお、内面溝付管の素材は銅又は銅合金に
限定されるものではない。例えば、アルミニウム又はア
ルミニウム合金製内面溝付管としてもよい。 【００３０】 【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例
と比較して具体的に説明する。 【００３１】先ず、下記表１及び２に示す形状の溝を有
する内面溝付管を作製した。なお、各内面溝付管の溝部
における肉厚は０．２８ｍｍ、外径は９．５２ｍｍ、長
さは４ｍである。 【００３２】 【表１】 【００３３】 【表２】【００３４】次に、各実施例及び比較例について、冷媒
としてＲ２２を使用し、この冷媒の流量を４０ｋｇ／ｈ
として蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率を測定した。ま
た、単重量及び拡管後のフィンの傾斜角ξも測定した。
なお、測定用の供試材は、拡管率１０５％の拡管を施さ
れたものである。なお、拡管率は、（拡管後の外径）／
（拡管前の外径）×１００で算出されるものである。こ
れらの結果を下記表３に示す。 【００３５】蒸発熱伝達率を測定する際には、蒸発温度
を７．５℃、膨張弁前温度を４０℃、出口過熱度を５℃
とした。 【００３６】一方、凝縮熱伝達率を測定する際には、凝
縮温度を４５℃、入口温度を７０℃、出口過冷却度を５
℃とした。これらの結果を下記表３に示す。なお、表３
において、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率は従来品であ
る比較例３の値を基準値１．００として、換算した値で
ある。 【００３７】 【表３】 【００３８】上記表３に示すように、実施例１において
は、内面溝付管の溝形状が適切なものであるので、従来
品と同等の性能を維持しながら単重量を著しく低減する
ことができた。また、実施例２においては、内面溝付管
の溝形状が適切なものであるので、単重量を軽減するこ
とができると共に、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率を著
しく向上させることができた。 【００３９】一方、比較例４においては、溝ピッチＰが
本発明範囲の下限未満であるので、蒸発熱伝達率が低か
った。 【００４０】比較例５においては、溝ピッチＰが本発明
範囲の上限を超えているので、熱伝達率、特に凝縮熱伝
達率が低かった。 【００４１】比較例６においては、比Ｈｆ／Ｄｉが本発
明範囲の下限未満であるので、単重量は低減されている
ものの、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率が著しく低かっ
た。 【００４２】比較例７においては、比θ／Ｄｉが本発明
範囲の下限未満であるので、凝縮熱伝達率が低かった。 【００４３】比較例８においては、比Ｈｆ／Ｗｆが本発
明範囲の上限を超えているので、拡管後のフィンの傾斜
角ξが著しく大きくなった。このため、熱伝達率、特に
蒸発熱伝達率が低かった。 【００４４】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
管内面に形成される溝の形状を適切なものに規定してい
るので、従来品と比して、伝熱性能を低下させることな
く単重量を低減することができる。これにより、熱交換
器のコストを削減することができる。
熱交換器に好適な、例えば、銅又は銅合金製の内面溝付
管に関し、特に、軽量化を図った内面溝付管に関する。 【０００２】 【従来の技術】近時、ルームエアコンとして冷暖房兼用
型のヒートポンプ式エアコンが主流となっている。そし
て、このヒートポンプ式エアコン等に使用される銅又は
銅合金製伝熱管には蒸発性能及び凝縮性能が優れている
ことが要求される。伝熱管の蒸発性能を高めるために
は、冷媒液を伝熱面である管内面全体に広めて管内面全
体で冷媒の蒸発が生じるような構造が必要とされる。一
方、伝熱管の凝縮性能を高めるためには、管内面が凝縮
した冷媒液で覆われることを防止するために、冷媒液が
管内面全体に広がることを防止するような構造が必要と
される。従って、蒸発性能及び凝縮性能が優れている伝
熱管を得るためには、前述の相反する特性を満たす構造
が必要とされる。 【０００３】そこで、かかる伝熱管には、管内面に螺旋
状の複数の平行溝を形成して熱伝達効率を向上させた内
面溝付管が使用されている。そして、この内面溝付管の
管軸方向の単位長さあたりの重量（以下、単重量とい
う）を軽減して熱交換器のコストを低下させることが進
められている。例えば、軽量化を図った内面溝付管が特
開平５−１８９１号公報及び特開平５−７９７８３号公
報に提案されている。特開平５−１８９１号公報に記載
された内面溝付管においては、管内径に対する溝深さの
比、溝の管軸に対するねじれ角、溝深さに対する溝断面
積及びフィンの山頂角を規定することにより、内面溝付
管の高性能化及び軽量化を図っている。 【０００４】一方、特開平５−７９７８３号公報に記載
された内面溝付管においては、管外径、溝の管軸に対す
るねじれ角、管内径に対する溝深さの比、管の肉厚、溝
深さに対する溝底部の幅及びフィンの山頂角を規定する
ことにより、内面溝付管の高性能化及び軽量化を図って
いる。 【０００５】また、管内面に相互に交差する複数の平行
溝が形成された内面溝付管が提案されている（実開昭６
３−１４８０７８号公報）。この公報に記載された内面
溝付管においては、管内面に相互に交差する溝が形成さ
れているので、管内面には四角錘状の複数個の凸部が形
成されている。このような形状とすることにより、それ
までの内面溝付管よりも伝熱性能を向上させている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来の内面溝付管よる単重量の軽減及び伝熱性能の維持
は十分なものではないという問題点がある。 【０００７】特開平５−１８９１号公報に記載された内
面溝付管においては、管内径に対する溝深さの比を０．
０２乃至０．０３と規定しており、フィンが高く単重量
の軽減が十分ではない。 【０００８】また、特開平５−７９７８３号公報に記載
された内面溝付管においては、管内径に対する溝深さの
比を０．０２３乃至０．０２５と規定しており、フィン
が高く単重量の軽減が十分ではない。 【０００９】一方、単に管内径に対する溝深さの比を小
さく設定したのでは、フィンが低くなって伝熱性能が低
下してしまう。 【００１０】また、実開昭６３−１４８０７８号公報に
記載された内面溝付管においても、単重量の軽減は十分
ではない。 【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、伝熱性能を低下させることなく単重量を軽
減することができる内面溝付管を提供することを目的と
する。 【００１２】 【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付管
は、管内面に管軸方向に傾斜する一の方向に延びる螺旋
状の複数の平行溝を形成した内面溝付管において、前記
溝間にはこの溝により相互に離隔されたフィンが形成さ
れており、管の最大内径をＤｉ、前記溝間に形成された
フィンの高さをＨｆ、このフィンの基部の幅をＷｆ、前
記溝が形成された方向と管軸方向とがなすねじれ角を
θ、前記溝の管周方向における溝ピッチをＰとしたと
き、Ｈｆ／Ｄｉは０．０１乃至０．０２、θ／Ｄｉは
２．０乃至４．５、Ｈｆ／Ｗｆは１．６未満、Ｐは０．
３５乃至０．４５（ｍｍ）であることを特徴とする。 【００１３】本発明においては、管内面に形成される溝
の形状を適切なものに規定しているので、従来品と比し
て、蒸発性能及び凝縮性能を低下させることなく単重量
を低減することができる。 【００１４】 【発明の実施の形態】本願発明者等が前記課題を解決す
るために鋭意実験研究を重ねた結果、管の最大内径Ｄｉ
に対するフィンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｄｉ、最大内径Ｄ
ｉに対する螺旋溝の管軸に対するねじれ角θの比θ／Ｄ
ｉ、フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高さの比Ｈ
ｆ／Ｗｆ及び溝ピッチＰを適切な値に規定することによ
り、伝熱性能を低下させることなく銅又は銅合金製の内
面溝付管の単重量を軽減することができることを見い出
した。 【００１５】以下、本発明に係る内面溝付管に関する数
値限定理由について説明する。図１は内面溝付管の最大
内径Ｄｉ、フィンの高さＨｆ、フィンの基部の幅Ｗｆ及
び溝ピッチＰに該当する位置を説明する模式的断面図で
ある。内面溝付管１の内面には、管軸方向に対して傾斜
する一の方向に延びる螺旋状の溝２が一定の間隔で形成
されている。これにより、隣り合う溝２間には、山形状
のフィン３が形成されており、このフィン３は溝２によ
り相互に離隔されている。即ち、隣り合うフィン３の基
部同士は相互に接触せず、溝２の底部４により相互に離
隔されている。ここで、最大内径Ｄｉとは、溝２の底部
４から管軸（図示せず）までの距離を２倍したものであ
る。また、フィンの高さＨｆとは、フィン３の頂部５か
ら管軸を中心とし（Ｄｉ／２）を半径とする円柱面まで
の距離である。フィンの基部の幅とは、フィン３の基部
における両側面６の間隔である。そして、溝ピッチＰと
は、前記円柱面における隣り合うフィン３間の間隔であ
り、管周方向の溝数をｍとしたとき、（π×Ｄｉ／ｍ）
で表わされる。 【００１６】図２（ａ）は内面溝付管のねじれ角θに該
当する位置を説明する模式的斜視図であり、（ｂ）は同
じく模式的断面図である。螺旋溝の管軸に対するねじれ
角θとは、内面溝付管１を管軸に平行な切開部７に沿っ
て切開き展開したとき、管軸方向と溝２が延びる方向と
がなす角度である。 【００１７】最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨｆの
比Ｈｆ／Ｄｉ：０．０１乃至０．０２ 本願発明者等は、最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨ
ｆの比Ｈｆ／Ｄｉと蒸発熱伝達率との関係を調査した。
この結果を図３に示す。図３は横軸に比Ｈｆ／Ｄｉをと
り、縦軸に蒸発時の管内熱伝達率をとって両者の関係を
示すグラフ図である。なお、管内熱伝達率の測定では、
外径が７ｍｍ又は９．５２ｍｍの２種類の内面溝付管を
使用し、冷媒にはＲ２２を使用した。Ｒ２２とは、米国
暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）における呼称であっ
て、化学式ＣＨＦ2Ｃｌで示されるフロン系冷媒であ
る。内面溝付管の長さは、外径が７ｍｍのもので３ｍ、
外径が９．５２ｍｍのもので４ｍである。また、外径が
７ｍｍの内面溝付管を使用したときの冷媒流量は３０ｋ
ｇ／ｈであり、外径が９．５２ｍｍの内面溝付管を使用
したときの冷媒流量は冷媒流量は４０ｋｇ／ｈである。
更に、蒸発温度は７．５℃、膨張弁前温度は４０℃、出
口過熱度は５℃である。図３において、実線は外径が７
ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は外径が９．５２
ｍｍの内面溝付管の結果を示している。 【００１８】最大内径Ｄｉに対するフィンの高さＨｆの
比Ｈｆ／Ｄｉが０．０１未満であると、図３に示すよう
に、蒸発熱伝達率が極めて低い。これは、フィンの高さ
が著しく低い場合、毛細管現象が起こらず冷媒液の拡散
効果がほとんどなくなって、冷媒液が管の上部にまでは
濡れ広がらなくなるためである。一方、比Ｈｆ／Ｄｉが
０．０２を超えると、従来品と比して、単重量を軽減す
ることができない。従って、最大内径Ｄｉに対するフィ
ンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｄｉは０．０１乃至０．０２と
する。 【００１９】最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に対す
るねじれ角θの比θ／Ｄｉ：２．０乃至４．５ 本願発明者等は、最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に
対するねじれ角θの比θ／Ｄｉと蒸発熱伝達率、凝縮熱
伝達率及び圧力損失との関係を調査した。この結果を図
４（ａ）及び（ｂ）並びに図５に示す。図４（ａ）及び
（ｂ）は横軸に比θ／Ｄｉをとり、縦軸に管内熱伝達率
をとった図であって、（ａ）は比θ／Ｄｉと蒸発時の管
内熱伝達率との関係を示すグラフ図、（ｂ）は比θ／Ｄ
ｉと凝縮時の管内熱伝達率との関係を示すグラフ図であ
る。蒸発時の管内熱伝達率の測定条件は前述のものと同
様である。また、凝縮時の管内熱伝達率の測定では、前
述と同様の内面溝付管及び冷媒を使用し、凝縮温度を４
５℃、入口温度を７０℃、出口過冷却度を５℃とした。
なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、実線は外径が７
ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は９．５２ｍｍの
内面溝付管の結果を示している。 【００２０】図４（ａ）に示すように、比θ／Ｄｉが約
２．０であるときに蒸発熱伝達率は最大となっている。
冷媒を管内面全体に容易に濡れ広がらせるために、溝は
管軸方向に対して傾斜する方向に延びて螺旋状に形成さ
れている。しかし、ねじれ角θが過度に大きくなると、
冷媒に作用する力のうち重力成分が大きくなり、冷媒は
管の上部には濡れ広がりにくくなって、却って蒸発熱伝
達率が低下する。 【００２１】また、図４（ｂ）に示すように、比θ／Ｄ
ｉの増加に伴って凝縮熱伝達率は向上するが、比θ／Ｄ
ｉが４．５近傍に達したところでほとんど飽和する。凝
縮熱伝達率を向上させるためには、蒸発熱伝達率の場合
とは逆に、冷媒の濡れ広がり性を低下させる必要があ
る。内面溝付管内に流入した気体冷媒は管の内壁に熱を
奪われ凝縮されて液体となるものであるが、濡れ広がり
性が高い場合、液化した冷媒が管内面を覆う。そして、
冷媒そのものが熱抵抗として作用し凝縮熱伝達率が低下
してしまう。このため、管の上部は常に乾いた状態であ
って気体の冷媒を凝縮させ、液化した冷媒は管底部を流
れる状態であることが望ましい。 【００２２】前述のように、ねじれ角θが大きくなる
と、冷媒は管の上部に濡れ広がりにくくなるため、管上
部に乾いた領域を形成することが可能となる。しかし、
ねじれ角θを大きくしても、管軸に直交する断面におけ
る冷媒が流れ得る領域の面積が大きくなるわけではない
ので、乾いた領域の面積には上限が存在する。このた
め、図４（ｂ）に示すように、比θ／Ｄｉの向上が飽和
するねじれ角θが存在する。 【００２３】図５は横軸に比θ／Ｄｉをとり、縦軸に蒸
発時の圧力損失をとって両者の関係を示すグラフ図であ
る。なお、測定条件は前述のものと同様である。図５に
おいて、実線は外径が７ｍｍの内面溝付管の結果を示
し、破線は９．５２ｍｍの内面溝付管の結果を示してい
る。内面溝付管において、ねじれ角θを大きくすると、
図５に示すように、それに連れて圧力損失が増加する。
圧力損失が増加すると、蒸発時に熱交換器入口温度が上
昇して空気と冷媒との温度差が小さくなる。このため、
蒸発熱伝達率が低下する。 【００２４】以上より、蒸発性能を重視する場合には、
比θ／Ｄｉを約２．０に、凝縮性能を重視する場合に
は、比θ／Ｄｉを約４．５に設定すると、夫々の最適な
性能を得ることができる。しかし、最近のルームエアコ
ンにおいては、冷暖房兼用型が主流であるので、内面溝
付管には高い蒸発性能及び高い凝縮性能が要望される。
従って、最大内径Ｄｉに対する螺旋溝の管軸に対するね
じれ角θの比θ／Ｄｉは２．０乃至４．５とする。 【００２５】フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高
さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆ：１．６未満 本願発明者等は、フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィン
の高さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆと拡管後のフィンの傾斜角と
の関係を調査した。この結果を図８に示す。図８は横軸
に比Ｈｆ／Ｗｆをとり、縦軸に拡管後のフィンの傾斜角
をとって両者の関係を示すグラフ図である。また、図９
はフィンの傾斜角ξを説明する模式的断面図である。な
お、拡管後のフィンの傾斜角の測定では、先ず、マンド
レルの先端に取付けられた拡管ブリットを内面溝付管内
に挿入し、内面溝付管を押し拡げて内面溝付管をフィン
材に密着させた。次に、図９に示すように、拡管により
傾斜したフィンが突出する方向８と半径方向９とがなす
角度を傾斜角ξとして測定した。 【００２６】フィンの基部の幅Ｗｆに対するフィンの高
さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆが１．６以上であると、図８に示
すように、傾斜角ξが著しく高くなる。また、拡管によ
りフィンが潰れやすくなる。このように、傾斜角ξが高
くなったりフィンが潰れると、内面溝付管の伝熱性能が
発揮されないことがある。従って、フィンの基部の幅Ｗ
ｆに対するフィンの高さＨｆの比Ｈｆ／Ｗｆは１．６未
満とする。 【００２７】溝ピッチＰ：０．３５乃至０．４５（ｍ
ｍ） 本願発明者等は、溝ピッチＰと蒸発熱伝達率、凝縮熱伝
達率及び単重量との関係を調査した。この結果を図６
（ａ）及び（ｂ）並びに図７に示す。図６（ａ）及び
（ｂ）は横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に管内熱伝達率
をとった図であって、（ａ）は溝ピッチＰと蒸発時の管
内熱伝達率との関係を示すグラフ図、（ｂ）は溝ピッチ
Ｐと凝縮時の管内熱伝達率との関係を示すグラフ図であ
る。管内熱伝達率の測定条件は前述のものと同様であ
る。また、図７は横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に単重
量をとって両者の関係を示すグラフ図である。なお、図
６（ａ）及び（ｂ）並びに図７において、実線は外径が
７ｍｍの内面溝付管の結果を示し、破線は９．５２ｍｍ
の内面溝付管の結果を示している。 【００２８】溝ピッチＰが０．３５ｍｍ未満であると、
溝部の幅が極めて狭くなるので、図６（ａ）に示すよう
に、蒸発熱伝達率が極めて低い。また、図７に示すよう
に、単重量が増加する。一方、溝ピッチが０．４５ｍｍ
を超えると、管内面の表面積が減少するため、図６
（ｂ）に示すように、凝縮熱伝達率が極めて低くなる。
従って、溝ピッチＰは０．３５乃至０．４５（ｍｍ）と
する。 【００２９】なお、内面溝付管の素材は銅又は銅合金に
限定されるものではない。例えば、アルミニウム又はア
ルミニウム合金製内面溝付管としてもよい。 【００３０】 【実施例】以下、本発明の実施例について、その比較例
と比較して具体的に説明する。 【００３１】先ず、下記表１及び２に示す形状の溝を有
する内面溝付管を作製した。なお、各内面溝付管の溝部
における肉厚は０．２８ｍｍ、外径は９．５２ｍｍ、長
さは４ｍである。 【００３２】 【表１】 【００３３】 【表２】【００３４】次に、各実施例及び比較例について、冷媒
としてＲ２２を使用し、この冷媒の流量を４０ｋｇ／ｈ
として蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率を測定した。ま
た、単重量及び拡管後のフィンの傾斜角ξも測定した。
なお、測定用の供試材は、拡管率１０５％の拡管を施さ
れたものである。なお、拡管率は、（拡管後の外径）／
（拡管前の外径）×１００で算出されるものである。こ
れらの結果を下記表３に示す。 【００３５】蒸発熱伝達率を測定する際には、蒸発温度
を７．５℃、膨張弁前温度を４０℃、出口過熱度を５℃
とした。 【００３６】一方、凝縮熱伝達率を測定する際には、凝
縮温度を４５℃、入口温度を７０℃、出口過冷却度を５
℃とした。これらの結果を下記表３に示す。なお、表３
において、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率は従来品であ
る比較例３の値を基準値１．００として、換算した値で
ある。 【００３７】 【表３】 【００３８】上記表３に示すように、実施例１において
は、内面溝付管の溝形状が適切なものであるので、従来
品と同等の性能を維持しながら単重量を著しく低減する
ことができた。また、実施例２においては、内面溝付管
の溝形状が適切なものであるので、単重量を軽減するこ
とができると共に、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率を著
しく向上させることができた。 【００３９】一方、比較例４においては、溝ピッチＰが
本発明範囲の下限未満であるので、蒸発熱伝達率が低か
った。 【００４０】比較例５においては、溝ピッチＰが本発明
範囲の上限を超えているので、熱伝達率、特に凝縮熱伝
達率が低かった。 【００４１】比較例６においては、比Ｈｆ／Ｄｉが本発
明範囲の下限未満であるので、単重量は低減されている
ものの、蒸発熱伝達率及び凝縮熱伝達率が著しく低かっ
た。 【００４２】比較例７においては、比θ／Ｄｉが本発明
範囲の下限未満であるので、凝縮熱伝達率が低かった。 【００４３】比較例８においては、比Ｈｆ／Ｗｆが本発
明範囲の上限を超えているので、拡管後のフィンの傾斜
角ξが著しく大きくなった。このため、熱伝達率、特に
蒸発熱伝達率が低かった。 【００４４】 【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
管内面に形成される溝の形状を適切なものに規定してい
るので、従来品と比して、伝熱性能を低下させることな
く単重量を低減することができる。これにより、熱交換
器のコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内面溝付管の最大内径Ｄｉ、フィンの高さＨ
ｆ、フィンの山頂角α及び溝ピッチＰに該当する位置を
説明する模式的断面図である。 【図２】（ａ）は内面溝付管のねじれ角θに該当する位
置を説明する模式的斜視図であり、（ｂ）は同じく模式
的断面図である。 【図３】横軸に比Ｈｆ／Ｄｉをとり、縦軸に蒸発時の管
内熱伝達率をとって両者の関係を示すグラフ図である。 【図４】（ａ）は比θ／Ｄｉと蒸発時の管内熱伝達率と
の関係を示すグラフ図、（ｂ）は比θ／Ｄｉと凝縮時の
管内熱伝達率との関係を示すグラフ図である。 【図５】比θ／Ｄｉと蒸発時の圧力損失との関係を示す
グラフ図である。 【図６】（ａ）は溝ピッチＰと蒸発時の管内熱伝達率と
の関係を示すグラフ図、（ｂ）は溝ピッチＰと凝縮時の
管内熱伝達率との関係を示すグラフ図である。 【図７】横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に単重量をとっ
て両者の関係を示すグラフ図である。 【図８】比Ｈｆ／Ｗｆと拡管後のフィンの傾斜角ξとの
関係を示すグラフ図である。 【図９】フィンの傾斜角ξを説明する模式的断面図であ
る。 【符号の説明】 １；内面溝付管 ２；溝 ３；フィン ４；底部 ５；頂部 ６；側面 ７；切開部
ｆ、フィンの山頂角α及び溝ピッチＰに該当する位置を
説明する模式的断面図である。 【図２】（ａ）は内面溝付管のねじれ角θに該当する位
置を説明する模式的斜視図であり、（ｂ）は同じく模式
的断面図である。 【図３】横軸に比Ｈｆ／Ｄｉをとり、縦軸に蒸発時の管
内熱伝達率をとって両者の関係を示すグラフ図である。 【図４】（ａ）は比θ／Ｄｉと蒸発時の管内熱伝達率と
の関係を示すグラフ図、（ｂ）は比θ／Ｄｉと凝縮時の
管内熱伝達率との関係を示すグラフ図である。 【図５】比θ／Ｄｉと蒸発時の圧力損失との関係を示す
グラフ図である。 【図６】（ａ）は溝ピッチＰと蒸発時の管内熱伝達率と
の関係を示すグラフ図、（ｂ）は溝ピッチＰと凝縮時の
管内熱伝達率との関係を示すグラフ図である。 【図７】横軸に溝ピッチＰをとり、縦軸に単重量をとっ
て両者の関係を示すグラフ図である。 【図８】比Ｈｆ／Ｗｆと拡管後のフィンの傾斜角ξとの
関係を示すグラフ図である。 【図９】フィンの傾斜角ξを説明する模式的断面図であ
る。 【符号の説明】 １；内面溝付管 ２；溝 ３；フィン ４；底部 ５；頂部 ６；側面 ７；切開部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−1891（ＪＰ，Ａ)
特開 昭56−113998（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−101093（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−79783（ＪＰ，Ａ)
実開 昭63−148078（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F28F 1/40
F28F 1/42
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 管内面に管軸方向に傾斜する一の方向に
延びる螺旋状の複数の平行溝を形成した内面溝付管にお
いて、前記溝間にはこの溝により相互に離隔されたフィ
ンが形成されており、管の最大内径をＤｉ、前記溝間に
形成されたフィンの高さをＨｆ、このフィンの基部の幅
をＷｆ、前記溝が形成された方向と管軸方向とがなすね
じれ角をθ、前記溝の管周方向における溝ピッチをＰと
したとき、Ｈｆ／Ｄｉは０．０１乃至０．０２、θ／Ｄ
ｉは２．０乃至４．５、Ｈｆ／Ｗｆは１．６未満、Ｐは
０．３５乃至０．４５（ｍｍ）であることを特徴とする
内面溝付管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00428098A JP3417825B2 (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 内面溝付管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00428098A JP3417825B2 (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 内面溝付管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH11201680A JPH11201680A (ja) | 1999-07-30 |
| JP3417825B2 true JP3417825B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=11580136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00428098A Ceased JP3417825B2 (ja) | 1998-01-12 | 1998-01-12 | 内面溝付管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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Families Citing this family (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN102183167A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-09-14 | 中色奥博特铜铝业有限公司 | 一种φ3内螺纹铜管 |
| CN110763068A (zh) * | 2019-11-30 | 2020-02-07 | 广东美的制冷设备有限公司 | 换热器和空调器 |
-
1998
- 1998-01-12 JP JP00428098A patent/JP3417825B2/ja not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11201680A (ja) | 1999-07-30 |
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|---|---|---|---|
| RVOP | Cancellation by post-grant opposition |