JPH04194592A - 二重管式熱交換器 - 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】 （技術分野） 本発明は、内管と外管とからなり、該内管内を流通せし
められる流体と、外管と内管との間を流通せしめられる
流体との間の熱交換を行なうようにした、二重管式の熱
交換器に関するものである。

（背景技術）　− 従来から、冷却や加熱を行なう広範な分野で、各種の熱
交換器が用いられているが、なかでも、そのような熱交
換を高性能に行なうことか出来、しかもコンパクトな熱
交換器として、内管と外管とからなる二重管式の熱交換
器が知られている。

例えば、第３図（ａ）、（ｂ）に示されるものか、その
ような二重管式熱交換器の−っである。

そこにおいて、熱交換器２は、その二重管部分の横断面
を示す第４図からも明らかなように、所定の金属からな
る外管４とその内側に挿通されている内管６とからなる
二重管構造とされており、ここでは、かかる二重管が長
円形状に複数回巻回されてなる形態とされている。

そして、かかる外管４の内周面側には、周方向に所定間
隔を隔てて、複数の所定高さのフィン１２か軸方向に延
びるように設けられており、更に該外管４の内部には、
内孔１６を有する円筒状の内管６が嵌合せ七められて、
それらフィン１２の先端部が内管６の外周面に密接する
ように当接せしめられ、一体的な構成とされている。そ
れによって、内管６と外管４との間には、所定寸法、即
ちフィン１２の高さ寸法の間隙が形成され、更に複数の
フィン１２により該間隙か仕切られて、それらフィン１
２を隔壁として複数の独立した冷媒通路１４麻形成され
ている。

ところで、このような構成の二重管式の熱交換器２にあ
っては、その接合部８に設けられた伝熱媒体（冷媒）の
流入／流出口１０の一方を通じて、複数の連通路１４内
に所定の冷媒か注入せしめられることとなり、内管６の
内孔１６内を流通せしめられる流体（主に水）を冷却乃
至は加熱するようにされているのである。その際、一般
に、内管６の内外表面積の比が大きい程、内管６の内外
に接する流体の熱交換性能が向上せしめられることとな
るが、かかる構造の熱交換器にあっては、その内管６の
内外面積比は円筒状の内管６の肉厚によって調節される
ところから、熱交換性能に限界かあったのである。

（解決課題） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであり、その解決すべき課題とするところは、
熱交換性能を一層向上せしめ得ると共に、コンパクト化
、軽量化が可能な二重管式熱交換器を提供することにあ
る。

（解決手段） そして、本発明は、かかる課題を解決するために、管軸
方向に延びる所定高さのフィンの複数を内面に設けた外
管と、該外管内に挿入、固定せしめられた、管軸方向に
延びる溝乃至は突条の複数を外面に備えた内管とから構
成され、前記外管のフィンか前記内管の外面に当接して
、それら外管と内管との間の間隙か該フィンによって仕
切られていることを特徴とする二重管式熱交換器を、そ
の要旨とするものである。

（具体的構成・作用） 以下に、図面を参照しつつ、本発明を更に具体的に説明
することとする。

要するに、本発明に係る二重管式熱交換器にあっては、
その二重管の横断面構造の一例が第１図（ａ）、　　（
ｂ）に示されているように、内面に所定高さを有する複
数のフィン２２か一体的に設けられてなる外管２０と、
その内側に位置せしめられ、内孔２６を有する内管２４
とから構成されている。

より詳しくは、かかる外管２０の内面に設けられている
複数のフィン２２は、外管２０の内周面全周に亘り、周
方向に所定間隔を隔てて、軸方向に延びるように設けら
れており、また内管２４の外周面上には、周方向に所定
間隔をもって、管軸方向に延びる複数の突条２８が設け
られているのである。そして、そのような内管２４は、
内面に複数のフィン２２を有する外管２０内に挿入され
て、それらフィン２２の先端面か突条２８間の外面に当
接されていることにより、外管２０に一体的に固定せし
められている。従って、それら内管２４と外管２０との
間に、外管２０のフィン２２の高さ寸法をもって形成さ
れる間隙には、それらフィン２２により仕切られた、複
数の独立した冷媒（伝熱媒体）通路３０が形成されてい
る。

従って、このような二重管構造にあっては、内管２４の
外面に突条２８か存在することにより、内管２４の外面
積、即ち内管２４の外側を流通する伝熱媒体（冷媒）と
接触する面積か平滑管に比して著しく増大せしめられ、
内管２４の内外面積の比が大きくされ得るところから、
それによって、内管２４の内外を流通せしめられる流体
、即ち内管２４の内孔２６内を流通する流体と、内管２
４と外管２０との間に形成された独立した複数の冷媒通
路３０内を流通する冷媒との間の熱交換か、極めて効率
よく行なわれ得るのである。

なお、内、外管の間の間隙かフィン２２にて管径方向に
仕切られることによって形成されている、管軸方向に延
びる複数の冷媒通路３０は、隣合う通路同士か連通ずる
ことによって、通路内部を流動する媒体が偏り、伝熱性
能が低下することかないように、相互に流体の自由な流
動かない程度に設けられる必要かあり、そのために、前
記フィン２２の先端部は内管２４の外面に対して間隙を
生じないように密接（圧接）されている。

ところで、本発明に係る二重管式熱交換器の内管２４．
外管２０の材質としては、該熱交換器の使用目的に応じ
て、適宜に選定されることとなるか、例えば、何れも銅
を用いた同材質から構成することか出来る他、外管２０
に銅を用いる一方、内管２４に、チタン、ステンレス、
キュプロニッケル等から選択された金属を採用すること
も出来、そしてそれら選択された材質に応じて、内管、
外管の肉厚か適宜に選定されることとなる。

また、前記突条２８において、その高さやピッチ等は、
内管２４の材質や冷媒通路３ｏ内を流通せしめられる冷
媒等に応じて、適宜に決定されることか好ましく、更に
、外管２０の内側に設けられているフィン２２にあって
も、その高さ及びピッチは、目的に応じて、また冷媒の
種類等に応じて、適宜に決定されることか望ましい。、
そして、本発明に従って、このような構造とされた二重
管からなる熱交換器は、第３図（ａ）。

（ｂ）に示される如き長円形状に複数回巻回した形態や
、円形に巻回或いはＵ字状に屈曲させたもの、ストレー
トな棒状としたもの等、種々の形態において構成される
ことか出来、また、通常、それら二重管の両端部には、
第３図に示される如く、所定の冷媒の流入乃至流出口１
０か設けられた接続部８がそれぞれ一体的に配設されて
おり、かかる流入／流出口１０を介して、複数の連通路
１８内を所定の冷媒が流通せしめられるようにされてい
る。

また、上述の如き二重管式熱交換器は、その使用に際し
ては、従来と同様に、通常の循環水供給装置に接続され
た内管２４の両端開口部を通じて、その内孔２６内を、
水等の所定の流体か循環せしめられるようにされると共
に、冷媒供給装置に接続された接続部８の流入／流出口
１０を介して、前記内管２４の内孔２６内を流通する流
体の流通方向とは逆方向に、複数の冷媒通路３０内を所
定の冷媒か流通、循環せしめられるようにされている。

このようにして、内管２４内を流通せしめられる流体と
冷媒通路３０内を流通せしめられる冷媒との間で、熱交
換か行なわれるのである。

なお、上記の如き構造の二重管式熱交換器を作製するに
際しては、先ず、銅等の金属からなる外管２０を、従来
と同様にして、チューブレデューサにて所望形状に成形
せしめる一方、内管２４を、所定の金属からなる管の引
き抜き加工によって、外周面に突条２８が所定数におい
て設けられてなる、所定厚さの円筒管として成形する。

そして、このようにして所望形状に成形された外管２０
の内側に内管２４を挿入せしめた状態で、引き抜き加工
を実施し、以て外管２０のフィン２２の先端部を内管２
，４の突条２８の間の外表面に対して密接せしめ、内管
２４を外管２０内に固定せしめて、一体的な二重管を形
成するのである。これにより、内管２４と外管２０との
間に、複数のフィン２２か隔壁として機能することによ
って、流体密に隔離された複数の冷媒通路３０か管軸方
向に形成されるのである。そして、かかる二重管を用い
て、上述の如き所望の形態に成形することにより、目的
とする二重管式熱交換器か得られるのである。

なお、本発明に係る二重管式熱交換器にあっては、上記
の如き、外面上に複数の突条２８の設けられた内管を用
いたものに限定されることなく、例えば、第２図（ａ）
、（ｂ）に示される如き、内孔３４を有する内管３２の
外表面に、所定深さにおいて、管軸方向に延びる複数の
溝３６を設けてなる形態とすることも可能である。なお
、これは、見方を変えれば、２つの溝３６．３６間の部
分を突条として捉えることか出来る。このような溝３６
にあっても、その深さやピッチ等は、内管３２の材質や
冷媒に応じて適宜選定されることか好ましい。そして、
かかる溝３６の設けられてなる内管３２の外面部位に、
外管２ｏのフィン２２か流体密に当接せしめられて、そ
れぞれ、互いに連通ずることなく、独立した複数の冷媒
通路３８か形成されている。

（実施例） 以下に、本発明の代表的な実施例を示し、本発明を更に
明らかにすることとするが、本発明は、以下の実施例、
更には上述の具体的説明に同等限定すレることなく、当
業者の知識に基づいて種々なる変更、修正、改良等か加
えられ得るものであることか、理解されるへきである。

実施例　ｌ 先ず、第１゛図及び第２図に示される如き二重管の構成
を採用し、それぞれ、内、外管共に銅からなり、且つ下
記第１表に示される寸法にて形成された二重管を準備し
、それぞれ、第３図に示される如き二重管式熱交換器（
ＮＣＬＩ、Ｎα２）を作製した。

なお、Ｎαｌの熱交換器において、その内管の外表面に
形成される突条（２８）は、内管の周方向に亘り、所定
間隔を隔てて、２４条設けられており、またＮα２の熱
交換器においては、内管の外表面に、その周方向におい
て均一な間隔をもって、９０条の溝（３６）か設けられ
ている。

そして、それら各熱交換器を、通常の手法に従って、内
管内を一定の流量で循環せしめられる水を、内管と外管
との間を流通する冷媒により冷却せしめる蒸発器として
作用させ、それぞれの蒸発伝熱性能を調べ、第５図に、
冷媒循環量と熱通過率との関係のグラフとして示した。

なお、冷媒としては、フロン２２を用いた。

また、比較のために、第４図に示される平滑管からなる
内管を用いた熱交換器（Ｎα３）についても、同様に、
蒸発伝熱性能の試験を行ない、その結果も併わせ示した
。

第　　１　　表 以上の結果から明らかなように、本発明に従って、内管
の外周面に所定数の突条乃至は溝部を設けてなる二重管
からなる熱交換器（Ｎα１．　Ｎα２）において、その
内管の内外面積比は、平滑管（Ｎα３）に比べて極めて
高くなってあり、第５図のグラフからも明らかなように
、Ｎｎｌ、Ｎα２の熱交換器の蒸発伝熱性能（冷却能力
）か著しく向上していることか認められる。

実施例　２ 実施例１と同様な構造の二重管式熱交換器（Ｎα１−Ｎ
α３）を、その内管内を循環する水を加熱せしめる凝縮
器として用い、冷媒としては、フロンＲ２２を用いて、
また内管内を流通する循環水量を１０００〜２０００　
！！／ｈとして、各熱交換器の凝縮伝熱性能を調へた。

その結果を、第６図に示した。

かかる結果より明らかなように、本発明に従う熱交換器
（Ｎα１．　Ｎα２）にあっては、従来の熱交換器（Ｎ
α３）に比して、その凝縮伝熱性能（加熱能力）が大幅
に向上していることか認められるのである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に係る二重管式
熱交換器は、その内管の外表面に、管軸方向に延びる溝
乃至は突条の複数を備えているところから、内管の内外
面積比を、従来の如き平滑管からなる内管の内外面積比
に比へて、著しく高くすることか出来、以て内管の内側
を流通する流体と外側を流通する流体との熱交換性能を
大幅に向上せしめることが出来ると共に、冷却性能、加
熱性能を共に有効に向上せしめ得るのである。

また、このように、内管の内外面積比を、内管の外表面
に溝乃至は突条を設けることにより増大せしめたところ
から、熱交換器自体のコンパクト化、軽量化の達成をも
図り得るのである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞及び（ｂ）は、それぞれ、本発明に係る二
重管式熱交換器の一例を示す二重管部位の横断面説明図
及びＡ部拡大断面図であり、第２図（ａ）及び（ｂ）は
、それぞれ、本発明の他の例を示す第１図（ａ）、（ｂ
）に相当する図であり、第３図（ａ）及び（’ｂ）は、
それぞれ、従来の二重管式熱交換器を示す平面図及び正
面図であり、第４図は、第３図のＩＶ−ｉＶ断面説明図
である。 また、第５図は、実施例１において得られた冷媒循環量
と熱通過率との関係を示すグラフであり、第６図は、実
施例２において得られた循環水量と熱通過率との関係を
示すグラフである。 ２：二重管式熱交換器　２ｏ：外管 ２２：フィン　　　　　　２４．３２　　内管２６．３
４：内孔　　　　２８・突条 ３０．３８：冷媒通路　　３６：溝 山願人　　住友軽金属工業株式会社 Ｌ１図 （ｂ） 品２図 （ａ） （ｂ） 第３図 第４図 第５図 二今女果循環量（ｋｇ／／Ｌｒ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管軸方向に延びる所定高さのフィンの複数を内面に設け
   た外管と、該外管内に挿入、固定せしめられた、管軸方
   向に延びる溝乃至は突条の複数を外面に備えた内管とか
   ら構成され、前記外管のフィンが前記内管の外面に当接
   して、それら外管と内管との間の間隙が該フィンによっ
   て仕切られていることを特徴とする二重管式熱交換器。