JPH02238252A

JPH02238252A - 湯沸器用伝熱管

Info

Publication number: JPH02238252A
Application number: JP5898889A
Authority: JP
Inventors: Takayoshi Tsuboi; 坪井　孝悦
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-03-10
Filing date: 1989-03-10
Publication date: 1990-09-20

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】［産業上の利用分野コ本発明は瞬間湯沸器及び風呂釜等の熱交換器に使用され
る湯沸器川伝熱管に関し、特にろう付により組立てられ
る熱交換器に好適の湯沸器用伝熱管に関する。

［従来の技術コ従来のこの種の熱交換器に組込まれる伝熱管は、熱伝導
性が優れたりん脱酸鋼管（ＪＩＳ　Ｈ３３００、ＣＩ２
２０Ｔ）が使用されている。これらの伝熱管は熱伝導性
及び強度が優れていると共に、湯沸時の突沸音の発生を
防止できるものであることが必要であり、更に製造コス
トが低く、また容易に組立てることができることが必要
である。

従来、この熱伝導性の向上及び突沸音防止のために、伝
熱管の内側にステンレス鋼線等からなるコイルを挿入し
、このコイルをそのバネ弾性を利用して伝熱管の内側に
固着させている。

上述の内側にコイルを配設した伝熱管は、その熱通過率
Ｋが下記（１）式にて示される。

但し、ｈｌはフィンチューブの内面熱伝達率であり、ｈ
０は外面熱伝達率である。このｈ１及びｈｏは夫々８６
００及び１３０００Ｋｃａｌ　／　ｍ２’　ｈ　●”Ｃ
という値を有し、外面熱伝率ｈ。の方が内面熱伝達率ｈ
，よりも大きい。従って、管全体としての熱伝達の向上
を図るためには、内面熱伝達性能を向上させることが必
要である。

［発明が解決しようとする課題コしかしながら、湯沸器用伝熱管は、その機器製造上伝熱
管本体を拡管させて銅フィンに密着させる工程が必要で
あるため、伝熱管本体の内面に凹凸加工を施してその内
面熱伝達性能を向上させるという対策を採ることが困難
である。

また、これらの熱交換器の組立てには、りん銅ろうから
なるろう材（ＪＩＳ　Ｚ３２Ｇ４　、ＢＣｕＰ・２）等
が使用され、固着すべき部分にこのろう材を置き、８０
０乃至８５０℃の炉中に挿入することにより、ろう材を
溶融させてろう付している。しかしながら、このろう付
に際して、伝熱管本体のりん脱酸鋼管が加熱を受けて焼
鈍され、強度が低下してしまうという難点がある。この
強度低下により、伝熱管は湯沸器使用時に印加される繰
返し熱応力に耐えられす、破壊することがある。従って
、このような不都合を解消するためには、伝熱管の肉厚
を厚くする必要があり、ろう付時の強度低下が伝熱管の
薄肉化及び機器のコンパクト化を阻止する要因になって
いる。このため、伝熱管自体の強度向上が要望されてい
る。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
伝熱効率及び強度が優れていると共に、従来の熱交換器
製造設備を使用して容易に製造することができる湯沸器
用伝熱管を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明に係る湯沸器用伝熱管は、銅又は銅合金製の外管
と、この外管の内径の３０乃至９０％の外径を有し、前
記外管内に挿入されてその内周面に固着された銅又は銅
合金製の内管とを有することを特徴とする。

［作用コ本発明においては、銅又は銅合金製外管の内側に熱媒体
を通流させて熱交換を行わせる。この場合に、前記外管
の内側には同じく銅又は銅合金製内管を前記外管の内周
面に固着して配設してある。

このため、内管により伝熱管内側の伝熱面積が増大して
その伝熱性能が向上すると共に、内管の固着により外管
が補強され、伝熱管全体の強度が向上する。

なお、前記内管にディンプルを形成することにより、外
管内を通流する流体に乱流効果が得られ、伝熱性能が更
に一層向上する。

［実施例コ次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例に係る伝熱管を示す側面断面図
、第２図は同じくその正面図である。銅又は銅合金製外
管１の内部に銅又は銅合金製内管２がその軸方向を一致
させて配設されている。この外管１の内周面と内管２の
外周面との間の接触部３はろう材（例えば、ＢＣｕＰ・
２）によりろう付け固定されている。また、外管１を嵌
合する銅又は銅合金製フィン４が外管１の軸方向に複数
個適長間隔をおいて平行に配列されており、各フィン４
と外管１の外周面とはろう穴５にろう材を盛ることによ
りろう付け固定されている。

なお、上述の如く構成される伝熱管は以下のようにして
製造される。先ず、各フィン４にバーリング加工を施し
、その孔に外管１を挿入した後、この外管１を拡管加工
する。これにより、外管１とフィン４とを密着させる。

次いで、内管２を外管１内に挿入し、内管２と外管１と
の接触部３及びフィン４のろう穴５にろう材を置き、全
体を８５０℃の炉内に装入する。これにより、ろう材を
溶融させ、その後炉外に出してろう材を固化させること
により、外管１と、内管２及びフィン４とを夫々固着す
る。

このようにして製造された伝熱管は、例えば、外管１内
を水が通流し、フィン４には高温の燃焼ガスが供給され
る。そして、伝熱管を介して燃焼ガスの熱が外管１内の
水に伝達され、湯が沸騰する。

本実施例においては、外管１の内側に外管１と接触する
内管２を設けてあるから、伝熱管内側における伝熱面積
が増大する。これにより、伝熱管内側の伝熱性能が向上
する。また、内管２を外管１の内周面に固定することに
より、外管１が補強され、伝熱管としての強度が向上す
る。

上述の効果を得るためには、内管２の外径は、外管１の
内径の３０乃至９０％にすることが必要である。内管外
径が外管内径の３０％未溝の場合は、伝熱表面積の増大
による伝熱性の向上効果が少ない。

また、内管外径が外管内径の９０％を超える場合は、外
管１と内管２との間を流れる流体の温度と、内管２の内
側を流れる流体の温度との間の差が大きくなり、伝熱性
能が低下する。このため、内管外径は外管内径の３０乃
至９０％、好ましくは５０乃至６０％にする。

また、内管に第３図乃至第５図に示すディンプルを設け
ることにより、伝熱性能が更に向上する。

即ち、第３図はこの内管２を示す側面図、第４図は同じ
くその正面図、第５図はその一部縦断面図である。内管
２ａの管壁には、その内側にへこんだ多数のディンプル
６が形成されている。このディンプル６は第５図に示す
ように深さがｈであり、一端側が開口していて、この開
口部７を介して内管２ａの内側と外側とが連通している
。ディンプル６は内管２ａの周方向に等間隔で配列し、
更に内管２の軸方向にも等間隔（ピッチｐ）で配列され
ている。このディンプル６は例えば素管の内側にディン
プル．形吠を有するマンドレルを置き、素管の外側から
マンドレルのディンプル部に同調する治具を押し付ける
ことにより加工される。

このように構成されたディンプル付き内管２ａを第１図
及び第２図に示す実施例と同様に外管１の内側に固着し
た伝熱管においては、ディンプル６により外管１の内側
を通流する流体に乱流が付与され、伝熱性能が著しく向
上する。この場合に、ディンプル６の数が多い程伝熱性
能は向上し、またディンプル６の深さｈが大きい程、伝
熱性能が向上する。上述の乱流効果を得るためにはディ
ンプル６の深さｈは１箇一以上にする必要がある。

方、ディンプル６の深さｈが３一一を超えた場合には、
その乱流付与効果の上昇が鈍り、無駄である。

従って、ディンプル６の深さｈは！乃至３龍にすること
が好ましい。

一方、ディンプル６の配列ピッチｐが小さい程、ディン
プル６の数が増大して伝熱性能上好ましいが、ビッチｐ
が小さ過ぎると内管２ａの強度が低下する。このため、
ピッチｐは内管２の強度を確保する必要上５ｌ以上にす
る。

なお、ディンプル６の配列態様は任意のものにすればよ
い。また、ディンプル６の開口部７と流体の流れ方向と
の間には乱流効果上関連は少なく、開口部７をいずれの
方向に向けて形成してもよい。

更に、内管としてその内周面に螺旋溝を刻設した内面溝
付管を使用すれば、伝熱性能を更に一層高めることがで
きる。

次に、本実施例に係る伝熱管を製造してその内面熱伝達
率及び内管引張強度を測定した結果について、比較例に
係る伝熱管についての測定結果と比較して説明する。

外管及び内管はＪＩＳ■３３００　Ｃｌ２２０Ｔ−０　
１？あり、外管の外径は１８關、厚さは０．６■一、長
さは３００一ｍであった。内管の外径は各サンプルによ
り異なっていて４．７４乃至１５．８８−１の範囲にあ
り、厚さも０．３５乃至０．６■讃であり、長さが２７
０ｍｍである．また、銅フィンはその厚さが０．２ｍｍ
、横及び縦の寸法がいずれも　１００龍の正方形の板で
ある。この銅フィンの配設ビッチは２．５＋ａｍである
。

更に、ディンプルの深さｈはＩ乃至３■雛であり、ピッ
チｐは５乃至２０龍である。

伝熱性能は第６図に示す装置を使用して求めた。

即ち、この測定装置においては、油タンク１１内の油は
ポンプ１２により配管１３を介して循環供給されるよう
になっており、上述の伝熱管を使用した熱交換器１０を
この配管１３の途中に介装し、そのフィンに接触させて
油を伝熱管の軸方向に垂直に通流させる。油タンク１１
内には、ヒータ１４が設置されており、また蒸気が通流
する配管１５が配設されていて、油タンク１１内の油は
ヒータ１４及び／又は蒸気配管１５により７　０　”Ｃ
に加熱されている。

この７０℃の油は配管１３を介して４０♂／時の流速で
伝熱管のフィン側に供給される。

一方、伝熱管の外管内側には、水夕冫ク１８からの冷却
水が供給され、この冷却水は外管内側を通流した後、排
水タンク１７に排出されるようになっている。この冷却
水の水温は２５゜Ｃであり、流量は２ｍ／秒である。そ
して、配管１３における熱交換器１０の上流側及び下流
側近傍における油の温度Ｔ−．Ｔ２並びに伝熱管内部を
通流すろ水の伝熱管入口及び出口の温度ｔ１，ｔ２を検
出する熱電対１８が配設されており、この熱電対１８に
よる温度の測定結果は記録計１９に記録される。

前述の如く、熱交換器１０に供給されるときの水温ｔ１
は２５℃、油温Ｔ１は７０″Ｃで一定である。そこで、
熱交換器１０の出口における水温ｔａ及び油温Ｔ２の値
から、内面熱伝達率を算出した。また、伝熱管の熱応力
に対する強度は補強材となる内管の強度が大きく影譬す
ることから、内管の引張強度を測定し、これを伝熱管強
度に対する指標とした。これらの内面熱伝達率及び内管
の引張強度の測定結果を下記第１表に示す。

実施例１乃至１０は本願特許請求の籟囲に入るもの、比
較例１乃至４は本願特許請求の範囲から外れるものであ
る。また、比較例５は内管を使用せず、従来同様、ステ
ンレス製コイルを伝熱管の内周面に設けたものである。

この第１表から明らかなように、実施例１乃至１０は内
面熱伝達率が１００００Ｋｃａｌ／　ｍ２＊　Ｈ　・’
Ｃ以上であり、比較例１乃至５の伝熱管のそれに比して
著しく高い。また、ディンプルを設けた実施例４乃至１
０はそれを設けない場合（実施例１乃至３）に比して、
内面熱伝達率が更に一層向上している。

更に、内管を設けた場合には、内管自体十分な強度を有
するため、伝熱管の強度も向上する。

なお、熱交換器の組立てに際しては、外管１と内管２と
の固着部がフィン４からの入熱が最も高い部分に位置す
るようにした方が好ましいことは勿論である。

［発明の効果コ本発明によれば、外管の内側に内管を配設したから、伝
熱管の内面伝熱性能が向上すると共に、強度も向上する
。従って、本発明は瞬間湯ｉ弗器及び風呂釜等の機器の
小型化及び寿命の延長に著しい貢献をなす。また、内管
を設けることにより乱流効果が得られ、更にこの内管に
ディンプルを設けることにより、更に一層大きな乱流効
果が得られるので、機器使用中の突沸音も防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る伝熱管を示す側面断面図
、第２図は同じくその正面図、第３図は本発明の他の実
施例の内管を示す側面図、第４図は同じくその正面図、
第５図は同じくその一部横断面図、第６図は伝熱性能の
測定装置を示す模式図である。１；外管、プル２；内管、４；フィン、；ディン第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）銅又は銅合金製の外管と、この外管の内径の３０
乃至９０％の外径を有し、前記外管内に挿入されてその
内周面に固着された銅又は銅合金製の内管とを有するこ
とを特徴とする湯沸器用伝熱管。
（２）前記内管には、その内側にへこみと共にその一端
側にて開口した複数個のディンプルが形成されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の湯沸器用伝熱管。
（３）前記ディンプルはそのへこみ深さが１乃至３ｍｍ
であり、５ｍｍ以上のピッチで配設されていることを特
徴とする請求項１に記載の湯沸器用伝熱管。