JPH07109354B2 - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
- Publication number
- JPH07109354B2 JPH07109354B2 JP62004502A JP450287A JPH07109354B2 JP H07109354 B2 JPH07109354 B2 JP H07109354B2 JP 62004502 A JP62004502 A JP 62004502A JP 450287 A JP450287 A JP 450287A JP H07109354 B2 JPH07109354 B2 JP H07109354B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- groove
- tube
- refrigerant
- spiral
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
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- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geometry (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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機等に使用され、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。
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８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
並べられたフィン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９図に示
すように、管内壁にらせん溝４が設けられており、らせ
ん溝４の管軸に対する溝ねじれ角β及びらせん溝５の溝
深さｈは一定に保たれた管内らせん溝付管が用いられて
いる。
熱交換器としては、従来、第８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
並べられたフィン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９図に示
すように、管内壁にらせん溝４が設けられており、らせ
ん溝４の管軸に対する溝ねじれ角β及びらせん溝５の溝
深さｈは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５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
くなり、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。
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
くなり、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
蒸発過程の後期だけである。一方、蒸発過程の初期にお
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。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、管内冷媒が低乾き度の場合
に、管内熱伝達率が低いために、熱交換器としての性能
（熱通過率）が低いという問題を有していた。
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
蒸発過程の後期だけである。一方、蒸発過程の初期にお
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。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、管内冷媒が低乾き度の場合
に、管内熱伝達率が低いために、熱交換器としての性能
（熱通過率）が低いという問題を有していた。
そこで、本発明は管内らせん溝付管内のらせん溝を工夫
することによって、冷媒の低乾き度域から中乾き度域に
おける管内伝達率を向上させ、かつ、高乾き度域におけ
る圧力損失を低減することによって、高性能な熱交換器
を得ようとするものである。
することによって、冷媒の低乾き度域から中乾き度域に
おける管内伝達率を向上させ、かつ、高乾き度域におけ
る圧力損失を低減することによって、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に、らせん溝の管軸に対する溝ねじ
れ角及びらせん溝の溝深さがそれぞれ異なる少なくとも
２種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域
に比して、低乾き度域において溝ねじれ角及び溝深さを
それぞれより大きくするものである。
を構成する伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ねじ
れ角及びらせん溝の溝深さがそれぞれ異なる少なくとも
２種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域
に比して、低乾き度域において溝ねじれ角及び溝深さを
それぞれより大きくするものである。
作用 この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、上述したように、熱交換器を構成する、水平
に設置された伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ね
じれ角β及びらせん溝の溝深さｈが異なる少なくとも２
種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の低乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ1,溝深さをh1とし、高乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ2,溝深さをh2とすると、β１＞β
２及びh1＞h2なる関係があるため、本発明による熱交換
器を蒸発器として使用する場合には、低乾き度域から中
乾き度域（例えば、冷媒Ｒ−22,管径4mmの場合、乾き度
ｘ0.7）、すなわち、管内の液冷媒の流量が多い領域
で、溝深さh1が大きいために液冷媒によって埋もれるこ
とが少なく、かつ、溝ねじれ角β１が大きいために比較
的流速の小さい液冷媒がらせん溝に沿って流れやすくな
る。例えば、流動状態は波状流から環状流へ遷移しやす
くなり、管内の全らせん溝の山頂部分に均一な厚さの冷
媒液膜が形成され伝熱性能を大幅に向上させることがで
きる。また、高乾き度域（x20.7）、すなわち、液冷媒
の流量が少ない領域では、ある程度の溝深さ（例えば管
径4mmでは0.1〜0.2mm）であればらせん溝内を液冷媒が
毛細管現象によって引き上げられるために低乾き度域ほ
ど溝深さh2を大きくしなくても、流動状態は環状流ある
いは環状噴霧流に遷移しやすくなり、管内の全溝面上に
薄い厚さの冷媒液膜が形成され、高い熱伝達率が得られ
る。更に、溝ねじれ角β２が低乾き度より小さいため圧
力損失の低減が図れる。これは、溝ねじれ角βが管内熱
伝達率に与える影響は小さいにも拘らず、圧力損失に与
える影響が大きいからである。すなわち、溝ねじれ角β
が大きくなるほど圧力損失は増加する。
に設置された伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ね
じれ角β及びらせん溝の溝深さｈが異なる少なくとも２
種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の低乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ1,溝深さをh1とし、高乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ2,溝深さをh2とすると、β１＞β
２及びh1＞h2なる関係があるため、本発明による熱交換
器を蒸発器として使用する場合には、低乾き度域から中
乾き度域（例えば、冷媒Ｒ−22,管径4mmの場合、乾き度
ｘ0.7）、すなわち、管内の液冷媒の流量が多い領域
で、溝深さh1が大きいために液冷媒によって埋もれるこ
とが少なく、かつ、溝ねじれ角β１が大きいために比較
的流速の小さい液冷媒がらせん溝に沿って流れやすくな
る。例えば、流動状態は波状流から環状流へ遷移しやす
くなり、管内の全らせん溝の山頂部分に均一な厚さの冷
媒液膜が形成され伝熱性能を大幅に向上させることがで
きる。また、高乾き度域（x20.7）、すなわち、液冷媒
の流量が少ない領域では、ある程度の溝深さ（例えば管
径4mmでは0.1〜0.2mm）であればらせん溝内を液冷媒が
毛細管現象によって引き上げられるために低乾き度域ほ
ど溝深さh2を大きくしなくても、流動状態は環状流ある
いは環状噴霧流に遷移しやすくなり、管内の全溝面上に
薄い厚さの冷媒液膜が形成され、高い熱伝達率が得られ
る。更に、溝ねじれ角β２が低乾き度より小さいため圧
力損失の低減が図れる。これは、溝ねじれ角βが管内熱
伝達率に与える影響は小さいにも拘らず、圧力損失に与
える影響が大きいからである。すなわち、溝ねじれ角β
が大きくなるほど圧力損失は増加する。
また、本発明は凝縮熱伝達においても、蒸発熱伝達の場
合と同様の効果を発揮する。
合と同様の効果を発揮する。
以上より、冷媒低乾き度域から中乾き度域における管内
熱伝達率の向上、及び高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、すなわち、管内伝熱性能の向上が図れ、
従って、熱交換器の高性能化が可能になる。
熱伝達率の向上、及び高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、すなわち、管内伝熱性能の向上が図れ、
従って、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７図に基づいて説
明する。
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。10は一定間隔に並設したフィンであり、そのフ
ィン10を貫通して配列した伝熱管11、各伝熱管11を互い
に結合するＵ字形ベンド12、及びエンドプレート13より
熱交換器が構成されている。伝熱管11内を矢印14方向に
冷媒が流動し、その冷媒と、フィン10間を流れる空気と
の間で熱交換が行われる。そして、各伝熱管11a,11b,11
c内壁には、それぞれ第２図〜第７図に示すような管軸
に対する垂直断面形状が三角状のらせん溝15a,15b,15c
が刻設されている。すなわち、冷媒乾き度を低，中，高
と三つに分け、低乾き度域の伝熱管11aのらせん溝15aの
管軸に対する溝ねじれ角をβ1,溝深さをh1,同様に、中
乾き度域の伝熱管11bのらせん溝15bの溝ねじれ角をβ2,
溝深さをh2,高乾き度域の伝熱管11cのらせん溝15cの溝
ねじれ角をβ3,溝深さをh3とすると β１＞β２＞β3,h1＞h2＞h3なる関係がある。
である。10は一定間隔に並設したフィンであり、そのフ
ィン10を貫通して配列した伝熱管11、各伝熱管11を互い
に結合するＵ字形ベンド12、及びエンドプレート13より
熱交換器が構成されている。伝熱管11内を矢印14方向に
冷媒が流動し、その冷媒と、フィン10間を流れる空気と
の間で熱交換が行われる。そして、各伝熱管11a,11b,11
c内壁には、それぞれ第２図〜第７図に示すような管軸
に対する垂直断面形状が三角状のらせん溝15a,15b,15c
が刻設されている。すなわち、冷媒乾き度を低，中，高
と三つに分け、低乾き度域の伝熱管11aのらせん溝15aの
管軸に対する溝ねじれ角をβ1,溝深さをh1,同様に、中
乾き度域の伝熱管11bのらせん溝15bの溝ねじれ角をβ2,
溝深さをh2,高乾き度域の伝熱管11cのらせん溝15cの溝
ねじれ角をβ3,溝深さをh3とすると β１＞β２＞β3,h1＞h2＞h3なる関係がある。
次に、この一実施例の構成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、低乾き度域、すなわち、管内の液冷媒流量が多
い領域では、流動状態は層状流あるいはスラグ流である
ことが多いが溝ねじれ角β１及び溝深さh1がβ2,β３及
びh2,h3より大きいために第３図に示すように、水平管
の下部には液冷媒16aがたまっているが、上部へ液冷媒1
6aが表面張力によりらせん溝15aに沿って流れやすくな
って、上部では比較的薄い厚みの冷媒液膜17aが形成さ
れる。従って、伝熱管11aの管内上部における蒸発熱伝
達率が向上する。次に、中乾き度域、すなわち、流動状
態が通常波状流から半環状流のような状態では、比較的
液冷媒流量が少なく、らせん溝15b内を液冷媒16bが毛細
管現象によって引き上げられるが、溝深さh2は伝熱管11
b内下部において液冷媒16bがたまっても三角状山頂部18
が完全に埋まらない高さであるので（h2＜h1）、管内上
部はもちろん、下部においても比較的均一な厚さの冷媒
液膜17bが形成され、伝熱管11b内において流動状態が環
状流に遷移しやすくなる。従って、伝熱管11b内におけ
る蒸発熱伝達率が大幅に向上すると共に、溝ねじれ角β
２はβ２＜β１であるので、圧力損失の増大は抑えられ
る。更に、高乾き度域においては、液冷媒流量もかなり
少なくなり、気相によって液冷媒が加速されるため、伝
熱管11c内のらせん溝15c上に形成される冷媒液膜17cは
かなり薄くなり、従って、蒸発熱伝達率は最大となる。
この場合、溝深さh3は冷媒液膜17cの厚みが薄くなるこ
とより、h3＜h2としており、溝ねじれ角β３もβ３＜β
２としている。これは、高乾き度域においては、溝深さ
h3及び溝ねじれ角β３が蒸発熱伝達率に与える影響は小
さく、逆に、圧力損失への影響が大きいため、すなわ
ち、h3及びβ３が大きい程、圧力損失も大きくなること
を考慮しているからである。
る場合、低乾き度域、すなわち、管内の液冷媒流量が多
い領域では、流動状態は層状流あるいはスラグ流である
ことが多いが溝ねじれ角β１及び溝深さh1がβ2,β３及
びh2,h3より大きいために第３図に示すように、水平管
の下部には液冷媒16aがたまっているが、上部へ液冷媒1
6aが表面張力によりらせん溝15aに沿って流れやすくな
って、上部では比較的薄い厚みの冷媒液膜17aが形成さ
れる。従って、伝熱管11aの管内上部における蒸発熱伝
達率が向上する。次に、中乾き度域、すなわち、流動状
態が通常波状流から半環状流のような状態では、比較的
液冷媒流量が少なく、らせん溝15b内を液冷媒16bが毛細
管現象によって引き上げられるが、溝深さh2は伝熱管11
b内下部において液冷媒16bがたまっても三角状山頂部18
が完全に埋まらない高さであるので（h2＜h1）、管内上
部はもちろん、下部においても比較的均一な厚さの冷媒
液膜17bが形成され、伝熱管11b内において流動状態が環
状流に遷移しやすくなる。従って、伝熱管11b内におけ
る蒸発熱伝達率が大幅に向上すると共に、溝ねじれ角β
２はβ２＜β１であるので、圧力損失の増大は抑えられ
る。更に、高乾き度域においては、液冷媒流量もかなり
少なくなり、気相によって液冷媒が加速されるため、伝
熱管11c内のらせん溝15c上に形成される冷媒液膜17cは
かなり薄くなり、従って、蒸発熱伝達率は最大となる。
この場合、溝深さh3は冷媒液膜17cの厚みが薄くなるこ
とより、h3＜h2としており、溝ねじれ角β３もβ３＜β
２としている。これは、高乾き度域においては、溝深さ
h3及び溝ねじれ角β３が蒸発熱伝達率に与える影響は小
さく、逆に、圧力損失への影響が大きいため、すなわ
ち、h3及びβ３が大きい程、圧力損失も大きくなること
を考慮しているからである。
以上より、冷媒低乾き度域から中乾き度域における蒸発
熱伝達率の向上及び、高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、蒸発管としての伝熱性能が向上する。
熱伝達率の向上及び、高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、蒸発管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、管内らせん溝15a,15b,15cは断面が三角状溝であ
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。
発器の場合と同様の効果を発揮する。更に、上記実施例
では、管内らせん溝15a,15b,15cは断面が三角状溝であ
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
し、管内壁にらせん溝の刻設されている伝熱管とから熱
交換器を構成し、伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する
溝ねじれ角及び溝深さがそれぞれ異なる少なくとも２種
類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域に比
して、低乾き度域において、溝ねじれ角及び溝深さをそ
れぞれより大きくしているために、冷媒低乾き度域から
中乾き度域における管内熱伝達率の大幅な向上、及び、
高乾き度域における管内圧力損失の低減が図れ、熱交換
器としての伝熱性能が向上する。
し、管内壁にらせん溝の刻設されている伝熱管とから熱
交換器を構成し、伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する
溝ねじれ角及び溝深さがそれぞれ異なる少なくとも２種
類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域に比
して、低乾き度域において、溝ねじれ角及び溝深さをそ
れぞれより大きくしているために、冷媒低乾き度域から
中乾き度域における管内熱伝達率の大幅な向上、及び、
高乾き度域における管内圧力損失の低減が図れ、熱交換
器としての伝熱性能が向上する。
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図中の伝熱管11aの一部欠截正面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面図、第４図
は第１図中の伝熱管11bの一部欠截正面図、第５図は第
４図のＢ−Ｂ線における断面図、第６図は第１図中の伝
熱管11cの一部欠截正面図、第７図は第６図のＣ−Ｃ線
における断面図、第８図は従来の熱交換器の斜視図、第
９図は第８図中の伝熱管の一部欠截正面図である。 11,11a,11b,11c……伝熱管、15a,15b,15c……らせん
溝、β1,β2,β３……溝ねじれ角、h1,h2,h3……溝深
さ。
面図、第２図は第１図中の伝熱管11aの一部欠截正面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面図、第４図
は第１図中の伝熱管11bの一部欠截正面図、第５図は第
４図のＢ−Ｂ線における断面図、第６図は第１図中の伝
熱管11cの一部欠截正面図、第７図は第６図のＣ−Ｃ線
における断面図、第８図は従来の熱交換器の斜視図、第
９図は第８図中の伝熱管の一部欠截正面図である。 11,11a,11b,11c……伝熱管、15a,15b,15c……らせん
溝、β1,β2,β３……溝ねじれ角、h1,h2,h3……溝深
さ。
Claims (1)
- 【請求項１】内部を相変化する流体が流動し、管内壁に
らせん溝の刻設されている伝熱管から構成され、前記伝
熱管内にらせん溝の管軸に対する溝ねじれ角と、らせん
溝の溝深さがそれぞれ異なる少なくとも２種類のらせん
溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域に比して低乾き
度域にて、溝ねじれ角と溝深さをそれぞれより大きくし
た熱交換器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004502A JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004502A JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63172894A JPS63172894A (ja) | 1988-07-16 |
| JPH07109354B2 true JPH07109354B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=11585832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004502A Expired - Lifetime JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07109354B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0425982U (ja) * | 1990-06-20 | 1992-03-02 | ||
| JP2001124480A (ja) * | 1999-10-28 | 2001-05-11 | Mitsubishi Shindoh Co Ltd | 熱交換器および熱交換装置 |
| US9506700B2 (en) | 2011-12-19 | 2016-11-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Air-conditioning apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5938596A (ja) * | 1982-08-25 | 1984-03-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱交換器 |
| JPS61110891A (ja) * | 1984-11-01 | 1986-05-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱交換器 |
| JPS61280393A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-12-10 | Sanyo Electric Co Ltd | 伝熱管 |
-
1987
- 1987-01-12 JP JP62004502A patent/JPH07109354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63172894A (ja) | 1988-07-16 |
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