JPH0124997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はらせん巻きのフイン付管に関し、特に
熱交換器用として使用するこの種のフイン付管に
関する。

従来の技術 従来公知のように、熱伝達係数を異にする流体
相互間の熱伝達作用は他の種々事項の中で、内方
側にある管状部材と外部にあるらせん状部材とに
より構成するらせん状フイン付管により達成され
る。上記外部らせん状部材の巻回部分は内方側管
状部材に対し伝熱性鰭所謂伝熱フインを構成す
る。液体又は凝縮性蒸気の如き熱伝達係数の大き
な流体は上記内方側管状部材の内部を流される。
これに対しガス体又は空気のような比較的熱伝達
係数の小さい流体はらせん状に巻回されたフイン
相互の隙間を上記管状部材の中心軸線方向に対し
略90゜で上記らせん部材の巻回されたフイン間を
流れてゆく。らせん状フイン付管は固定された中
実のらせん面を有するが、このらせん巻回平面は
前述したように外方側管状部材の中心軸線に対し
直角である。このような幾何学的配置は製造工程
が簡単になる、即ち矩形状又はＬ字形断面の帯材
を上記内方側管状部材の外側表面に巻付けて固定
化するか、若しくは上記管状部材外面に形成した
らせん状リブをダイ圧延することにより成形され
る。上述した後者のフイン付管においては、らせ
ん状部材の巻回部分そのものは外方に向かつてそ
の断面が減小するように巻付けられるから、巻回
フイン間の間隔は外方に向かつて漸次広くなる。
いずれの場合の製造方法でも、フインの半径方向
先端輪周に向かう熱伝達作用は均一でないから、
これは熱力学的理由から望ましくない。この理由
は下記するように引き出される外部流体の温度が
比較的に低下するからである。例えば管状部材内
部の流体が空気より温かい流体であるとするなら
ば、フインの温度は管状部材の外表面からの距離
が大となるに従つて減小する。これと同時にフイ
ン間の相互間隔又は隙間は管状部の外表面から外
方へゆくに従いその間隔は大となるので空気の流
率即ち単位時間当たりの流量が増加する。これは
管状部材の外側を流れる流体抵抗が管状部材の表
面に近づくにつれて大きくなるためである。換言
すれば空気の流動経路はフインの根元領域の方
が、その先端領域におけるよりもより長くなるか
らである。これに加えて、フインの根元を通る空
気の流動作用は管状部材の外側表面に接触するけ
れども、これに対しフイン先端輪周部分を流れる
空気の流動作用はフインの側部表面のみを掃拭す
るだけである。このような相違は、ダイ圧延成形
により製造されたフイン付管において一そうその
差が甚だしい。即ちダイ圧延成形のものは空気の
接触流路長が半径方向にゆくに従つて減小する事
実の外に、更に隣接フイン間の間隔距離がフイン
先端輪周にゆくにつれて広くなるから、それによ
つて空気の流路断面が増加し、流れ抵抗を減小さ
せる。かくして隣接したフイン間を流れる空気流
は不均一流動状態を呈し、前述したようにそこか
ら引出される空気の平均温度値を低くする原因と
なる。

発明の解決しようとする課題 上記らせん状フイン付管の性能を経済的に高め
るためにはフイン付管外側を流れる外部流体量を
らせん部材の巻回フインの比較的低温の先端輪周
部分よりも高温の管状部材外側表面近傍を強制的
に流過せしめることで達成されることが確認され
た。更に空気流動区域の内方への移動作用は平面
状でない形状の中実フインを設けることにより簡
易に得られる。詳細にはもし上記フイン上に形成
したリプルの深さが半径内方方向に向かつて減少
するように形成されるならば、管状部材外側の流
体に生ずる流動抵抗を同じように変化させ、つま
りらせん部材の先端輪周におけるよりも管状部材
外側表面に近い領域内においてより大なる流量が
流れることになる。もし上記リプルの深さが更に
深くなるならば、流体の流れはその周縁部フイン
表面から剥離するようになり、このときリプルの
背後に渦流が発生する。従つて一方において斯る
渦流はその流動抵抗を増大して、邪魔板効果が得
られる。他方において、これらの渦流はフイン外
側表面を沸拭して境界境に剥離作用を生じさせ、
この結果、フインの周辺区域における熱伝達係数
を増加せしめることになる。この全体的効果はフ
イン付管のらせん状巻回フインの半径方向の全体
長に沿つて引き出される流体の平均温度を増大せ
しめることになる。

上述したフインの先端輪周部分に沿つてリプル
を形成させている熱交換器用フイン付管は米国特
許Ａ―2667337に開示されている。連続的ならせ
ん状フインの外方周縁近くになだらかな波形状起
伏が形成される。この波形状起伏はフインの外周
縁端と内方縁端との中間点まで先端から半径内方
方向に向かつて形成される。その場合に波形状起
伏領域を内部管部材に継ぐフイン部分は管部材表
面近くの空気流の流れを妨げないように変形され
ることなく平坦であり、一方波形状成形領域は付
加的な熱交換作用を考慮に入れて空気流中に乱流
的撹乱作用を生じさせる。

同じような熱交換器用フイン付管は米国特許Ａ
―2731245に開示されており、このフイン付管は
銅製の内部管の外周にアルミニウム製フインをら
せん状に巻回している。このアルミニウム製フイ
ンは境界をなす縁辺にフランジをもつリボンによ
り構成される。フインを形成するこのリボンの両
側は銅製の外被又は接合帯材により被覆される。
かくしてこの銅製接合帯材を取付けたアルミニウ
ム製リボンは内部管外側表面にらせん状に巻回さ
れ、フインを構成するリボンは蝋付けによつて固
着化される。この問題は或る金属材のらせん巻き
フインを異なる金属の内部管状部材に固定化する
処理方法に関している。

理解できるように上述した両従来技術は熱交換
器用に意図したフイン付管に関し、いずれもらせ
ん状に巻回したフインを具備し、該フインの外方
周縁の全長に亘つて連続したリプルが施されたも
のである。

また、西独特許Ａ―1527860には一本の帯材が
管状部材の外周面に巻かれて形成されたフイン付
管が開示されている。予め、帯材の両側には深さ
が内方に向かつて減少する波状の起伏模様が施さ
れる。かかる波状起伏模様は巻回された帯材の周
辺部分の構成を描き出し、かつ破断の危険性なし
にアルミニウム等の低引張り強度材料並びに極端
に薄い銅製帯材の使用を可能にする。フインを巻
回する前に、帯材の両側は曲げ上げられこれによ
つてフイン相互間に２種類の間隔距離が存在する
如きフイン付管が得られ、この場合フイン付管の
中心軸線に垂直でない巻回平面から成る非対称性
巻回フインをもつヘリユイドが得られる。更に、
起伏即ち波形模様は巻回作業の工程中において実
際上直線状に延びて成形される。かくして従来の
装置は明らかに均一な空気流を得るのに適切でな
いことが分かる。何となれば一方において実際
上、管状部材に向かう外方流体を邪魔する効果的
リプルが全く存在せず、他方において、フイン相
互間に二種類の間隔距離を形成させることは２つ
の隣接するフイン間、間隙相互の一つにおいて熱
伝達作用が必ず他の間隔におけるよりも良好であ
るから流体の流れに非対称性を生ずる。熱交換器
用フイン付管であつて、そのフイン表面にリプル
が形成され、該リプルの深さが、管の中心軸線方
向に向かつて減小するフイン付管はまたハンガリ
ー国特許第136634号明細書に記載されている。し
かしながらこの公知装置のフインはこれまでのら
せん状部材の巻回された鰭状フインとは異なり、
管状部材の外側周表面に個々に配列された小板片
により形成される。何故ならこれの小板片は与え
られた図柄に従つて窪みが施され、空気の流れを
破砕することにより熱伝達容量を増加せしめるよ
うにしている。しかしこのような窪み成形はシー
ト形状のフイン材料のみに実施可能である。上記
窪みにより空気の流れは、破砕される許りでなく
また管状部材の表面に向かつて邪魔されずに該フ
イン形成部に向かつて流れてゆく。

上記と同じような装置はスイス国特許Ａ―
414705に開示されている。該装置におけるフイン
は再び相互に平行に配列された小板片又はリブに
よつて構成されたものであり、それらの表面は前
述した例示と同様に流動するガスの境界層を破断
するため不連続表面により邪魔するものであつ
て、空気流を内方に向かつて邪魔するリプルの形
成とは相違する。この不連続表面は窪みまたは穴
又はそれらの組合わせにより形成される。現在実
施される考え方は窪み又は開口のいずれかによつ
て全周面に沿いリブ表面を中断せしめている。

要約すれば、従来技術の熱交換器用らせん巻き
連続フインはそのフイン全長に亘つて波形リプル
が施されるか又は個々のリブ乃至は小板片を具備
しいずれはリプル又は不連続表面又はその組合わ
せから成る。これらは主として管内を流れる媒体
とフイン間を流れる媒体間の熱伝達作用の向上に
関し、更には管材とフイン間の良好な熱伝達接触
を確保するという製造上の問題に関している。

上述した公知技術はいずれもフイン相互の間隙
を清浄化する問題を直接に取上げていない。しか
しながらこの問題は重要である。フイン間隙間に
沈積した不純物は熱伝達効率の低下に加えて銹を
発生し、このためフイン表面を破壊せしめる。既
述のスイス特許Ａ―414705に述べているようにこ
のような危険発生の可能性がある場合の救済方法
としては、フイン表面にリプルを設けることなく
そして管表面にらせん状に巻かれた個々の突起リ
ブを設けることである。しかしながらフインの周
面にリプルを設けることは内外流体間における熱
伝達作用を著しく増進し、それによつて熱交換器
用フイン付管の性能例えば米国特許Ａ―2667337
に記載された設計をもつ管の性能が増進されるこ
とが判明した。

かくしてらせん状に巻回されたフインの外方周
面にリプルを形成させている熱交換器用フイン付
管はリプルをもつにも拘らずフイン相互間の隙間
に生ずべき不純物の除去が容易となり、これは秀
れた有望製品であることに変わりはない。

本発明の解決しようとする課題並びに課題を解決
するための手段 本発明の目的はらせん状フインの隣接する巻回
フイン相互間の隙間からの不純物の除去作用を確
実にし併せて実際上熱伝達容量を減小させること
のないような熱交換器用フイン付管を提供するこ
とにある。不純物は空気流が管表面に打ち当たる
場所で最も起こり易く即ちらせん状フインの巻回
部分が空気流に対面する場所に生じ易い。何とな
れば空気によつて運ばれたどの固体粒子もすべて
隙間の底部に沈降し堆積するように管壁面で受止
められる。他方、空気が管壁に衝突しないで通過
した区域即ち、管本体両側においては固体粒子は
沈積しないで、むしろそれらの粒子はその位置で
最高流速となる空気流によつて運び去られるだろ
う。

かくして本発明の基本的構想は空気流が真正面
に対面する平坦区域並びに空気流がフインを有す
る管の両側において流れてゆくリプル形成区域を
具備するフインの採用にある。もしもこのような
フイン付管が熱交換器の本体内に配置される場合
には、そのリプル形成区域は空気流方向に対し平
行配置にあつてその空気流速は最高速度区域とな
る。このときフイン面上の平坦区域は管周外側の
略1/4に亘る各中心角部分上に延びる種々の区域
を形成する管表面に向かつて浮遊する固体粒子が
衝き当たる各区域をもつ。換言すればリプル形成
区域は管断面の両側に直径上の対立位置を占め、
その中心角は約90゜の範囲内にある。試験結果に
よれば、単一巻回フイン面周囲における90゜を張
る２個所の扇形部にリプル成形区域を制限して形
成することはフイン付管の熱伝達容量に対し大し
て悪い影響を及びさないことが判明した。他方に
おいて、上記リプル間の平坦区域はもしリプル部
と平坦部の各区域が管の中心軸線方向に直線状に
整合配置されていれば隣接巻回フイン相互間の隙
間の清掃は極めて容易となる。明らかに、もし管
群が当該専門作業員に周知の何等の手法によつて
近接可能であるならばフイン巻回表面の平坦区域
間の隙間は適当な工具で容易に清浄化することが
可能となる。

本発明はそれ自体公知の態様にある内部管状部
材と外部らせん状部材とから成るらせん状フイン
付管に関することはすでに理解されるところであ
る。このらせん状部材は上記内部管状部材の基準
中心軸線に対し垂直な母線をもつ中実巻回フイン
部分を有しかつ上記フイン巻回表面の先端輪周か
ら内方に延びるリプル成形区域が形成され、該リ
プルの波状起伏の深さは周囲から半径内方に向か
つて減小する。この発明自体は上記らせん状フイ
ン面にリプル成形区域と平坦区域が交互に設けら
れることにある。このリプル成形区域は好ましく
は90゜を越えない中心角をもつ各扇形部分上に在
る。リプル部と平坦部の両区域は管状部材の基準
中心軸線方向においてそれぞれ一直線状に一致し
て配列されている。また上記両区域間の間隔距離
も管状部材の周囲の1/4の円周角範囲に亘つて略
等しく、らせん状フイン面のリプル成形区域は管
状部材の中心線を通る直径上のフイン面両側に対
立して配置される。

本発明に係る熱交換器用フイン付管は既に述べ
たように冷却空気を内方に向けて反らせること及
びフイン相互の隙間から不純物を確実に取除くこ
との二重の必要要件を満たすことが本発明の目的
であることもまた明らかである。好ましくは、ら
せん状部材の隣接相互間の一対の巻回フイン面か
ら同一方向に突出するリプルは管状部材の基準中
心軸線方向において互いに正しく整合一致してい
る。一方において、フイン周面に深さの一そう大
なるリプル成形区域を配列して渦流の発生を助長
させ、それによつて流動抵抗と熱伝達係数を増加
せしめる。また他方において、前述した整合配列
は隙間幅を均一化し、このため流速も均一とな
り、かくして巻回フイン相互間の隙間内に塵埃粒
子その他の不純物が堆積される確率は大いに減少
するものと予想される。

しかしながらまた隣接した一対のフイン巻回面
は次のような相互間配置を取ることもできる、即
ちらせん状部材の隣接する一対のフイン巻回部分
から反対向き方向に突出するフインリプルが管状
部材の基準中心軸線方向に相互に一致して整合せ
しめることもできる。このような逆向きの配列整
合は流体の流れに交互に加速部分と減速部分が確
保され、その断面積はフインの外方周囲に向かつ
て増加する間隔距離値が変化する。更にこのよう
な流体中の脉動作用は周囲を流れる流動抵抗を増
大させ、これにより内方に向かう反らせ効果と熱
伝達効率を増加させる。同時に塵埃の沈積傾向は
流体の脉動流動作用により阻止されるから実際上
は無視できるほどである。

らせん状部材の軸線方向の部分においてリプル
は少なくとも部分的に異なる間隔をもつことがで
き、それによつてこれと同一のらせん状フイン付
管は前述した構成の利点を同時に併有することに
より他のフイン付管と区別することができる。

リプルはらせん状フインの巻回平面に関して非
対称性を以て成形することができる。例えば巻回
平面の一方側にだけそのリプルをフイン面から突
き出すように形成できる。このような非対称的配
置は当該技術者にとつて明らかであるように製造
上の面で意義がある。リプルの突出断面形状を角
度のついた頂角をもつ隅角部に形成して外側流体
に対する流れの破断作用を促進し渦流を増加して
熱伝達効率を高めることができる。

以下本発明の種々の例示的実施例を示す添付図
面を参照して更に詳細に説明する。

実施例 原理的に、従来のらせん状フイン付管は第１図
と第２図に示す如き構成を有する。内部管状部材
２０の外周表面には中実のらせん状部材２２がき
ちんと巻回して取付けられ、ダイ圧延フインの場
合におけるように外面上に一体的に固定される。
らせん部材２２の単位巻回フイン２２ａの平面は
管状部材２０の母線に垂直に交差している。上記
単位巻回フイン２２ａの一つが第１図の―線
を含む平面図として第２図に示される。上記らせ
ん状フイン付管のフインはらせん状部材２２の単
位巻回フイン２２ａの複数個数によつて形成され
るものとする。

公知のように冷却用空気又は他のガス状流体は
第２図に矢印２４と２６で示す如く管状部材２０
の母線２０ａに対し直交状に流れる。上記管と流
体の流動方向の相互関係条件によつては、管状部
材２０の外表面近くの空気流路は最長となり、上
記矢印２４と２６の漸減する長さ２４ａ，２６ａ
によつて示す如くフインの最外方先端縁に向かつ
て漸次減少してゆく。更に空気が擦過してゆく表
面はフインの先端輪周よりも管状部材の外側表面
に近い程大きい。これはフインの内方側において
空気流動断面は該部のフイン側部表面に加えて管
状部材の外側表面にも接触するからである。これ
は可成り広い面積がフインの先端輪周部よりも根
元部において空気流によつて掃拭されることを意
味する。かくして巻回フイン間の隙間２８におい
ては、管状部材２０の表面近くを流れる内方空気
量はそこから半径外方に離れた外方空気量よりも
少なくなる。このようにフイン相互間の隙間を流
れる空気流量が隙間の内方と外方で内方が少ない
ように変化するという流量の不均等分布作用は管
状部材の冷却特性を甚だしく悪化するもので、こ
れは熱伝達作用の熱力学的な平衡を低下せしめ
る。この状態は第３図の線図に示されている。図
において、温度ｔと空気流速Ｖが、らせん状フイ
ン付管の基準中心軸線３０からの距離ｌに対して
点描される。これは管状部材２０の内部を矢印方
向３２の方向に向かつて高熱伝達係数をもつ媒体
が流れるときに上記管状部材外面のフインは低熱
伝達係数の媒体が矢印２４，２６の方向に巻回フ
イン２２ａの相互間に流される場合の温度ｔと流
速Ｖの変化を示す。らせん状フイン付管の断面積
内半径方向に生ずる温度変化は温度曲線３４によ
り表され、該温度曲線３４中のｌが３５に当たる
部分は管状部材２０内の流れる媒体とその金属壁
面間の熱伝動特性を示す。またｌが３７に対応す
る温度曲線３４中の部分は管状部材２０の管壁内
部の熱伝動過程を示す。温度曲線３４の垂直部分
３９は管状部材２０とらせん状フインとの取付け
部における温度降下を示す。ｌが４１で示される
温度曲線３４上の先方部分はフインに付与された
所定の熱伝達係数によつて生ずる温度降下状態を
描く。フインの温度は管状部材２０の表面からの
距離と共に減小するが、これに対し、フイン相互
の間隙内を流れる空気の速度Ｖと空気量は、曲線
３６により示されるように管状部材２０の表面か
らフインの先端に向かつて増加する。フインの半
径外方に向かつて空気速度が増加してゆく原因は
既に以前に説明した。即ち空気の流れの流路長が
フインの半径方向に向かつて変化すること並びに
上記流路長に沿つて掃拭される表面面積が変化す
ることは矢印２４と２６によつて指摘したところ
である。またフイン間隙間から引き抜かれる空気
温度の変化は第３図の線図において温度曲線３８
によつて表示される。この空気温度は管状部材２
０の表面からフイン先端に至るに従い連続的に減
少し、即ち管状部材２０の外表面の温度よりもフ
イン先端において実際上一そう低く現れる。従つ
て、フインの先端輪周に沿つてフイン隙間を流過
する空気量がもし高温状態にある管状部材の外部
表面に向かつて反らせることができるならば、上
記空気温度曲線３８はより一そう水平に近い曲線
となり、これはフインから引抜かれる空気温度が
高くなることを意味し、これによつて一そう効率
のよい熱伝達作用が達成されたことを意味する。

これまで述べたように、もしも上記らせん状部
材２２の単位巻回フイン２２ａがフイン先端輪周
２２ｂから延びるリプルが設けられこのリプルの
深さが管状部材２０の方に向かつて減少するよう
に形成されているならば、フイン間の隙間２８を
流れる空気流は管状部材の外側表面の方に向けて
反らされるであろう。このような従来の単位巻回
フイン２２ａは第４図に示されている。これら成
形リプルの一つが符号２２ｃとして示される。明
らかに技術的用語「リプル」は波状起伏の意であ
りこれは一対の半径を含む巻回平面から軸線方向
に突出する巻回リプル２２ａの部分である。第４
図に示すごとく、リプル２２ｃは巻回フイン２２
ａの平面からその両側表面から外方に向かつて突
き出され、間隔Ｓをもつ波状のうねりをなくして
相互に反転し輪周表面に成形される。

第５図は本発明の実施例を示す。該図に示すリ
プル２２ｃの主要構成がらせん状部材２２の単位
巻回フイン２２ａの直径上に対立する両扇形区域
内に限定して配置されることである。これまで言
及していることから推察できるように、このよう
なフイン付管は上記リプル成形区域Ｓ１，Ｓ２は
図示の矢印４８で示した冷却空気の流入方向の両
側に整列するように配置されなければならぬ。上
記リプル成形区域Ｓ１とＳ２の含む中心角は図示
の実施例では90゜となる。この中心角90゜はこの値
より大きくすることは好ましくない、何故ならこ
の角度を限定する理由は前にも述べたようにリプ
ルのない平坦部を利用してフイン間隙に沈積した
不純物を除去し易くするためである。またリプル
成形区域Ｓ１とＳ２との間のリプルのない平坦な
フイン面区間は本発明に係るフイン付管の熱伝達
特性に重大な影響を及ぼさないことについては前
に触れた。即ちこのリプル成形区域Ｓ１，Ｓ２は
フイン相互間を流れる空気流速度が最大となるフ
インの先端輪周部分を占めており、従つてリプル
の形成は空気流の撹乱作用及び熱伝達作用に対し
最も効果的に機能することが分かる。

第１３図はフインを形成するらせん状部材の全
周表面に亘つてリプルを形成した場合（第４図）
並びに本願発明に係る空気の流れ方向に位置して
対立する両フイン輪周部分に断続リプル形成区域
を形成した場合とを比較した実験的なデータを示
す。冷却塔の効率は公知のように熱伝達と空気の
流れ抵抗という二つの因子に依存する。冷却され
た空気により熱交換器の伝熱特性は良好になるが
空気流の抵抗が余りに高いと冷却塔の効果的な運
転は全く損われてしまう。従つて上記二つの因子
間の好ましい均衝条件が常に求められる。熱伝達
作用は熱交換器のフイン付管のフイン面にリプル
を形成することにより実質的に増大する。しかし
ながらこれは図面に示す如く実質的に空気抵抗の
増加を意味する。第１３図において上方グラフの
鎖線イ及び下方グラフの鎖線はリプルのない平坦
なフイン付管における熱伝達率αと空気抵抗損失
△Ｐを表す。横軸は最小断面を通る空気流速Ｖで
あり、縦軸には上方グラフが熱伝達率α（Kcal／
m²・ｈ・℃）の曲線であり、下方グラフは空気流
の抵抗損失△Ｐ（mmWG）を示している。実線で
示す曲線ロはフイン全周面に亘つてリプルを形成
したフイン付管の熱伝達率αと空気抵抗損失△Ｐ
を示し、破線で示す曲線ハは本発明に係る断続的
リプル形成の場合のフイン付管を示す。

本発明に係る断続的形成のリプルを有するフイ
ンは全周面に亘つてリプルを形成したものに較べ
てわずかに低い熱伝達率と相当に低い空気抵抗損
失を示すが、全周面に全然リプルを付与しなかつ
た平坦なフインに対しては甚だしく伝達率が向上
し、空気抵抗も対応的に増加するが、本発明では
フイン表面相互間の隙間の清掃作用を容易にする
効果を奏する点において上記些小の熱伝達率の低
下を償つて余りある他の効果をもつものである。
上記全周リプル付きフインに比較して熱伝達率の
わずかの低下について実験は次のような数値を示
した。即ち空気速度が毎秒10mの実験値を求める
と、全周リプルのフインロと断続リプルハの熱伝
達曲線と横軸上の10m／ｓの点から立てた縦線と
の交点のα値は39.25kcal／m²ｈ℃と36.5Kcal／
m²ｈ℃を示し、その減小率は約1.95％である。ま
た他方において、空気流動抵抗又は圧力損失は全
周リプルのフインロにおいて12.5mmWGであり、
そして断続リプルのフインハにおいて11.5mmWG
であるから8.09％の圧力損失が低下している。結
果として熱伝達率が単に1.95％のわずか低下する
だけであるに対し、空気抵抗損失は8.6％も甚だ
しく減小している。この傾向は空気流速が増加す
るにつれて、熱伝達率と空気抵抗損失率の均衡化
は好ましいものとなることは図面から理解される
ところである。この第１３図に示すグラフは実験
室の計測により量的結果を開示するから本発明の
効果を比較立証する最良の証拠を示している。

第６図および第７図には単位巻回フイン２２ａ
から成りそして該フイン２２ａ上にリプル成形部
２２ｃを有するらせん状部材２２をもつ管状部材
２０の軸方向から視た側面図と断面図が示されて
いる。該図示の実施例において、リプル２２ｃは
らせん状部材２２の隣接する一対の単位巻回フイ
ン２２ａの巻回平面から管状部材２０の中心軸線
方向に突出しかつこれら上下の各リプルは互いに
位相が一致している。何となれば上記フインの周
辺長は上記両リプル２２ｃ間の間隔Ｓの整数倍と
なつているためである。作動中において、もし冷
却空気の流れが図面の右から左に向かつてフイン
付管に衝き当たるときはそのときの空気の流れは
第６図と第７図において多数の矢印で示したよう
な流れ方をするだろう。更に詳細に述べると、空
気の流れが両側リプル２２ｃに向き合つて矢印４
０の方向（第７図）にフイン間の隙間２８を流れ
る場所では流れ抵抗を殆ど受けないので管状部材
２０の表面及び巻回フイン面の根元を擦過しその
流動方向を実質的に変化させずに流れ去つてゆ
く。このことは冷却空気がフイン付管の最高温度
部分に接触しその場所において適切な冷却作用が
行われることを示す。これに対して空気の流れが
両側のリプル２２ｃの区域を横方向に例えば矢印
４２のように流過する場所では、空気流は波形形
状の流れをなすように強制され即ち第６図に示す
ごとく流動方向が脉動するように繰返し交互に変
化する。この現象自体は流動抵抗のの増大化を意
味する。更に上記上下の両側リプル２２ｃは比較
的その波状の起伏高低が大であれば、即ちフイン
先端周面で大なる深さをもつ場合には空気の流れ
はそのリプルの山頂部分を流れ去るときフイン表
面から剥離してゆき第６図の小さな矢印で示す如
く渦流を作つて流れてゆく。この渦流の発生によ
り流動抵抗は更に増大する。これと同時に層流の
境界層を破断することによつて熱伝達係数は著し
く増大する。このように局部的に流動抵抗が増加
する部分の発生のために流過する空気はフイン間
間隔２８内の低流体抵抗部分を通つてフイン付管
を流れ去ろうとする。即ち空気はリプル２２ｃの
起伏が既に消滅するか又は起伏状態が充分浅くて
流れた擾乱を生じない程の管外周に近い部分を流
れ去ろうとす。結果的に空気の流れは管状部材２
０の外表面近くの領域に集中することになり、即
ち第７図に稠密な狭い多数の矢印で表示されるよ
うに最高温度部分に集中して流れてゆく。これと
同時に既に説明した事実から気付くように、フイ
ンの輪周部を流れる空気量が比較的減小すること
は層流状空気の境界層を破砕することにより熱伝
達係数を増大せしめるから比較的高温度で少ない
空気量が引かれてゆく。このような流動条件を有
するから引かれてゆく空気の温度曲線３８は云わ
ば一そう水平線に近づき平均温度の増加となり従
つて熱交換作用の強さの増加とが等しくなる。こ
れは本発明の主たる目的をなすものである。

第６図に示す如く、管の軸線方向において隣り
合うフイン上のリプルは位相を同一にする同一の
角度位置を占めて一致するから、流路に直交する
流路断面積はフイン間隙のリプル付与部分におい
てさえ実際上同一である。これは比較的流速が一
定であるから流動する空気量に乗つて運ばれる可
能性のある不純物の落下沈積が起きないことを意
味する。

これに対し第８図に例示された実施例は第６図
のものと次の点で区別される。即ちフイン周囲の
リプルは起伏波ピツチの1/2だけ周囲方向に互い
にずれている。従つて管状部材２０の軸線方向に
おいて、一対の隣接する巻回フイン２２ａの巻回
平面から突出するリプル２２ｃは谷と谷及び山と
山とが互いに向き合つた状態に整合する。それ故
一対の隣接巻回フイン上の各リプルが相互に向き
合つて突出する場所では第８図の２８ａで示す如
く流速は増大する。他方において整合するリプル
２２ｃが互いに遠く離れている点例えばフイン隙
間２８の２８ｂの所ではその流速は比較的低い。
かくしてフイン周囲における上述した交互の加速
および減速状態は流れの流動抵抗を増加し、それ
によつて内方方向に流れを反らせる作用が働く。
結果として不純物の沈降現象は幾分増加する傾向
はあるけれども、熱伝達作用の改良を意味する。
しかしながら一般にはフイン付管の熱伝達特性に
おいて得た利得を打消すものではない。

第８図の実施例と同様に第６図と第７図に示す
手段はそれぞれ同時に利用することも可能であ
る。

これらの組合わせ利用は例えばらせん部材の軸
線方向の或る距離内に又は部分内にリプルが相互
に異なつた間隔となつて配置されれば得られる。
異なつた間隔のリプルをもつらせん部材の実施例
は第９図の部分的展開図に示される。らせん部材
２２の軸線部分Ｓの間においてリプル２２ｃは４
種類の間隔区域をもつリプル成形部分Ｓ１，Ｓ
２，Ｓ３，Ｓ４を有し、この間隔区域はＳ１から
Ｓ４に向けて増大し、一方においてリプル２２ｃ
は一点鎖線４６で示したらせん巻回平面に一致す
る対称平面の両側に交互に形成される。明らかに
このようならせん部材２２の場合において隣接す
る巻回リプル２２ｃはその多くは相互に変化した
角度位置を取り、交互にお互いが重合し合い、互
いに整合し、かつ場合場合に応じてそれぞれ反対
向きに向き合う。かくして種々の流動抵抗の効果
は言はば互いに補足し合う。

一つのリプル形成部分Ｓ内の間隔が変化するば
かりでなくリプル形成部分Ｓ同志間も互いに変化
可能であることは容易に理解されよう。重要なこ
とは上記リプル部分が少なくとも部分的に異なる
間隔距離をもつて形成されることであり、それに
よつて種々流動抵抗の効果を同時的にもたらすこ
とができる。

これまでの実施例ではリプルがらせん部材の巻
回平面から両方向にかつ同一範囲に亘つて突出す
る例のみが記載された。しかしながらフイン巻回
平面の両側におけるリプルはそれぞれ異なつた高
さを持つこともできる。更に製造を容易にする理
由から、らせん部材の採用に対して、フイン巻回
平面から突出するリプルはその一方側表面のみに
限定して形成することも好適である。いずれの場
合においてもリプルはらせん巻回平面に対し非対
称形である。一方側にだけ形成されたリプルはそ
の高さが変化するものであつても明らかに比較的
単純な工具設備によつて製造することができる。
上記のような非対称性リプル２２ｃを具えたらせ
ん状フイン付管の巻回フインの詳細は第１０図に
示される。該図から理解できるように、一点鎖線
４６で示した巻回フイン２２ａの平面の上方のみ
に突き出している。これまでの図面第５図乃至第
９図に示した実施例のリプル２２ｃは実質的に波
形形状のものであつたが、第１０図に示す実施例
においてはアーチ形形状の表面を有する。両種類
のリプル形状は共に良好な層流を形成する。流動
する空気の剥離作用即ち詳しくは境界層の破断作
用によつて流動抵抗が増大し、これは鋭角的な角
度部分をもつ断面形状のリプルを採用することに
よつて一そう増進される。このような実施例は第
１１図の例により描かれ、この場合のリプル２２
ｃは台形状の横断面形状をもつものである。上記
台形状断面の隅角形成部分において空気流はその
リプル表面から剥離し、渦運動が生じて、その場
所における層流は実際上破壊される。明白なこと
であるが上記台形状断面以外の断面も同様に選択
可能である。

例えばリプルは鋭角度三角形の形態をとる断面
形状とすることができる。他の形式の断面形状も
採用可能であり、この場合フイン付管の中心線に
向かつてリプルの深さが減少してゆく態様で上記
断面が提供される。

上記第１０図と第１１図に示した両実施例の場
合において、各巻回フイン２２ａの半径方向断面
図が第１２図に描かれている。巻回フイン２２ａ
は如何なる慣用手段例えば溶接、蝋付け及び金属
浴中へのどぶ漬け等により管状部材２０の外面に
固定化可能である。更に上記巻回フイン２２ａは
管状部材２０の円筒形外側表面に設けた溝内に取
付けることができ、この場合の固定方法は上記溝
の側部を変形しその巻回フインの根元に向かつて
押し付けて所謂かしめ成形される。らせん状の素
材は不等辺脚部からなるＬ字形断面の帯材により
形成される。該帯材を管状部材の外周面に巻き付
けるに当たつては、上記Ｌ字形帯材の短い脚辺部
分を管状部材の外周表面に一つの筒形形状をなす
ように巻き付けてその表面を覆い隠す。前にも述
べたように前記フインは管状部材自体からダイ転
造工具により成形することもできる。この場にお
いて管状部材とらせん部材は相互に一体化されて
おり、フイン化の隙間はフインの周囲に向かつて
拡大する。その製造方法の如何に関わらず、巻回
フインの平面が管状部材の母線に垂直であること
又はこれと同じことであるが管状部材の基本中心
線に直交することが重要である。何故ならば管状
部材と巻回フイン間のこのような相互関係は製造
技術の面並びに熱力学的作動条件に関連して非常
に重要である。即ち管状部材の母線に垂直な巻回
フインをもつらせん部材の場合にリプルは帯材の
巻回後でも巻回前でも同様に容易に成形しうるか
らである。ダイロール成形の場合においてさえ、
ダイロール成形加工中でも成形加工後でもリプル
を容易にリプルを成形しうる。熱力学に関連して
巻回フイン平面が管状部材の母線に垂直に交差す
ることは冷却媒体とフイン付管との間に最大の接
触面積が確保されるからである。

これまでは大抵の場合に、上記管状部材はその
中を流れる水又は凝縮水蒸気又は蒸気の如き熱伝
達係数の大きい媒体を想定し、また管状部材外部
のフイン間においては冷却空気の如き熱伝達係数
の小さい媒体を想定していたものである。しかし
ながら本発明に係るフイン付管は熱交換作用に関
与する媒体並びの熱交換の方向とは無関係に、高
熱伝達係数をもつ媒体の熱量を低熱伝達係数をも
つ媒体に伝達しなければならないような場合の何
れでも利用可能である。かくして例えば凝縮ガ
ス、蒸気及び液体の混合物、並びに空気以外のガ
ス体もまた同様に本発明によるフイン付管により
処理することができる。

このようなフイン付管は特に熱交換器の使用に
対し適している。しかしながら該フイン付管は異
なる熱伝達係数をもつ媒体間で熱交換作用を目的
としている場合と同様にその他の場合でも又は特
殊な部品において適切に作動することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のらせん状フイン付管の長手方向
断面図、第２図は第１図の―線に沿う断面
図、第３図はフイン付管の半径方向温度と流速分
布を示す線図、第４図は従来の巻回フインの部分
詳細斜視図、第５図は本発明の実施例の断面、第
６図は本発明に係るらせん状フイン付管の一実施
例を示す側部正面図、第７図は第６図の―線
に沿つてみた断面図、第８図は本発明に係るらせ
ん状フイン付管の他の実施例を示す側部正面図、
第９図は本発明に係るフインの詳細構成を展開さ
れた側部正面図で示し、第１０図は本発明の他の
実施例の詳細を示す側部正面図、第１１図は本発
明に係る更にもう一つの他の実施例詳細を示す側
部正面図、第１２図は第１０図と第１１図のXII―
XII線に沿つて視た断面図、第１３図は従来のフイ
ン付管と本発明に係るものと比較実験による線図
を示す。 ２０…管状部材、２２…中実らせん部材、２２
ａ…巻回フイン、２０ａ…管状部材の母線、２２
ｂ…フイン先端又は輪周、２２ｃ…リプル、２８
…フイン間隙、３０…基準中心線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内方に管状部材とその外側にらせん状部材を
   具えたらせん状フイン付管特に熱交換器用フイン
   付管であつて前記らせん状部材は前記内方の管状
   部材の基準中心線に垂直な母線をもつ中実巻回フ
   インを以て形成され、かつ該巻回フイン面に形成
   されたリプルは巻回フインの周囲から中心内方に
   向かつて漸次その深さが減小するフイン付管にお
   いて、 前記らせん状部材２２は平坦部分を置いて交互
   に配置されるリプル形成区域Ｓ１，Ｓ２を有し、
   該リプル形成区域は90゜を超えない中心角範囲内
   に形成されかつ管状部材２０の基準中心線方向３
   ２にそれぞれのリプル形成区域中心線が一致して
   形成されると共に前記リプル形成区域の角度間隔
   は管状部材周囲の略1/4に相当していて両リプル
   形成区域は管状部材２０の直径線上に対立する位
   置を占めて設置されていることを特徴とするらせ
   ん状フイン付管。 ２ 前記らせん状部材２２の隣接し合う一対の巻
   回フイン２２ａ面から同一方向に突き出すリプル
   ２２ｃは管状部材２０の基準中心線方向３２にお
   いて互いに同位相に整合していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のらせん状フイン付
   管。 ３ 前記らせん状部材２２の隣接し合う一対の巻
   回フイン２２ａから相反する方向に突き出すリプ
   ル２２ｃは管状部材２０の基準中心線方向３２に
   おいて相対抗して整合していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載のらせん状
   フイン付管。 ４ らせん状部材２２の軸線方向リプル形成区域
   部分Ｓ内において前記リプル２２ｃは少なくとも
   部分的に相違するリプル距離Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，
   Ｓ４を以て形成されていることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項又は第３項記載のら
   せん状フイン付管。 ５ 前記リプル２２ｃはらせん状部材２２の巻回
   フイン２２ａの平面４６に関して非対称的に形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第４項までのいずれかに記載のらせん状フ
   イン付管。 ６ 前記リプル２２ｃは該リプル上を流れる空気
   流方向断面が角度の付いた隅角部をもつように形
   成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項から第５項までのいずれかに記載のらせん状
   フイン付管。