JPH06101985A - 内面溝付伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 螺旋溝に沿う熱媒液体の広がりを防ぎ、熱媒
蒸気と金属面との接触頻度を高めて凝縮効率を向上す
る。 【構成】 金属管の内面に、管軸に対する角度が１０〜
２０゜である互いに平行な螺旋溝２が多数形成されると
ともに、これら溝２と交差して、管軸に対する角度が２
〜６゜である螺旋状の突条部４が、１本ないし２本以
上、管内面の周方向に間隔を空けて形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱交換機等に用いられ
る内面溝付伝熱管に関し、特に凝縮効率を高めるための
改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の内面溝付伝熱管は、空調装置や
冷蔵庫等の熱交換器において蒸発管または凝縮管として
主に使用されるもので、最近では内面の全面に亙って螺
旋状の溝を形成した伝熱管が広く市販されている。一般
的な内面溝付伝熱管の溝の螺旋角は１５〜２０゜程度、
溝の深さは０．１５〜０．２０ｍｍ程度のものが多い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な螺旋溝付き伝熱管を凝縮管として使用する場合、伝熱
管の一端から熱媒蒸気を導入し、その熱を放出させつつ
凝縮させ、他端から熱媒液体を排出するが、その際、伝
熱管の内部において、熱媒蒸気の風圧により熱媒液体が
螺旋溝に沿ってかき上げられ、伝熱管の内面の大部分が
凝縮液に覆われることが避けられない。

【０００４】このように、伝熱管内面の大部分が熱媒液
体に覆われると、伝熱管を構成する金属表面が熱媒液体
に遮蔽されて熱媒蒸気と直接的に接触しなくなり、伝熱
管と熱媒蒸気との間の伝熱効率が低下して凝縮効率が下
がるという問題があった。本発明は上記事情に鑑みてな
されたもので、伝熱管の内面に沿って熱媒液体が広がる
ことを抑止できる内面溝付伝熱管を提供することを課題
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付伝
熱管は、金属管の内面に、管軸に対する角度が１０〜２
０゜である互いに平行な螺旋溝が多数形成されるととも
に、これら螺旋溝と交差して、管軸に対する角度が２〜
６゜である螺旋状の突条部が、１本ないし２本以上、管
内面の周方向に間隔を空けて形成されていることを特徴
としている。

【０００６】

【作用】この内面溝付伝熱管によれば、その内面のほぼ
全面に亙って形成された螺旋溝を分断して、管軸に対す
る角度が２〜６゜である螺旋状の突条部が１本ないし数
本形成されているから、凝縮管として使用された場合に
は、これら突条部に遮られて螺旋溝に沿う熱媒液体の広
がりが阻止される。したがって、熱媒液体に覆われない
金属露出面の割合を増すことができ、熱媒蒸気と金属面
との接触面積を増して凝縮効率を向上することができ
る。

【０００７】また、突条部の螺旋角が２〜６゜に設定さ
れていることにより、伝熱管の軸線回りの配置角度を適
宜調整すると、凝縮管として使用した際に熱媒液体の液
面が管の上流側から下流側へ向けて高くなるのに合わ
せ、突条部を、その液面からほぼ一定の高さの位置に沿
って液面とほぼ平行に位置決めすることが可能であり、
突条部の大部分に亙って熱媒液体の広がりを効果的に阻
止することができる。

【０００８】

【実施例】図１および図２は、本発明に係る内面溝付伝
熱管の一実施例を示し、図１は軸線方向の断面図、図２
は直径方向の断面図である。

【０００９】この伝熱管１は断面円形の金属管であり、
その内面のほぼ全域に亙って、管軸に対する角度αが１
０〜２０゜である互いに平行な螺旋溝２が多数形成さ
れ、これら螺旋溝２同士の間は突条部３となっている。
また、螺旋溝２と交差して、管軸に対する角度βが２〜
６゜である螺旋状の突条部４が、１本または２本以上、
周方向に間隔を空けて形成されている。螺旋溝２と突条
部４は螺旋方向が同じでも良いし、図示のように互いに
逆方向でもよい。

【００１０】突条部４の本数は特に１〜４本程度が好適
である。４本より多くなると螺旋溝２による熱媒の乱流
発生効果が減少し、かえって熱媒と伝熱管１との熱交換
効率が減少するおそれがある。

【００１１】螺旋溝２の螺旋角αが１０゜未満（最小０
゜）であると螺旋溝２による熱媒の乱流発生効果に乏し
くなって凝縮および蒸発性能が低下し、２０゜より大き
い（最大９０゜）と螺旋溝２による流液抵抗が増すう
え、伝熱管１内面での液の広がり傾向が強く、圧力損失
が大きくなりすぎて好ましくない。

【００１２】突条部４の螺旋角βは以下の理由によって
決定されている。図４に示すように、伝熱管１を凝縮管
として水平状態で使用した場合には、伝熱管１の内部
に、凝縮した熱媒液体の流れが生じ、その液面Ｌの高さ
は、熱媒流の上流側から下流側へ向けて漸次高くなる。
本発明者らは、一般的な熱交換装置に関して、凝縮管内
部での熱媒液体の挙動を詳細に検討し、その結果、液面
Ｌの傾斜角度は概ね２〜６゜の範囲に収まるという新規
な事実を見いだした。

【００１３】したがって、本発明に係る突条部４の螺旋
角βが２〜６゜であると、下流側へ向けて液面Ｌが高く
なるのに合わせ、突条部４を、図４に示すように液面Ｌ
からほぼ一定の高さに沿って位置決めすることが可能で
あり、突条部４の長さ方向の大部分に亙って、熱媒液体
の広がりを効果的に阻止することが可能となるのであ
る。

【００１４】これに対し、突条部４が管軸と平行である
と、上流側では液面Ｌよりも突条部４の位置が高すぎて
液の広がり防止効果が発揮されない、あるいは下流側で
は突条部４が熱媒液体に埋没して液の広がり防止効果が
発揮されない等の問題が生じ、突条部４の全長に占め
る、良好な液広がり防止効果の得られる部分の割合が少
なくなる。

【００１５】突条部４の上端は、図３に示すように、螺
旋溝２の間の突条部３の上端とほぼ揃う程度に設定され
ている。具体的には、突条部４の螺旋溝２の底面からの
突出量が、突条部３の突出量の７０〜１００％程度であ
ることが望ましい。７０％未満では熱媒液体の広がりを
防止する効果に乏しく、１００％より大では形成が困難
であるうえ、アルミフィンに密着させる際の拡管工程に
おいて、外面が円にならず、座屈しやすくなるという問
題を生じる。

【００１６】なお、この例の伝熱管１は板条材を電縫加
工して形成されたもので、このため、図示してはいない
が、伝熱管１の内周面の一部には、その全長に亙って管
軸方向に延びる溶接線が形成され、この溶接線によって
も螺旋溝２が分断されている。伝熱管１の材質は銅，銅
合金，アルミニウム，アルミニウム合金等の従来から使
用されているいずれの材質でもよく、肉厚や径等は用途
に応じて決められる。

【００１７】具体的な寸法例を挙げると、直径１ｃｍ前
後の一般的な内面溝付伝熱管では、螺旋溝２の幅が０．
２０〜０．２５ｍｍ程度、螺旋溝２の深さが０．２０〜
０．３０ｍｍ程度、突条部３の幅が０．２〜０．２５ｍ
ｍ程度とされることが好ましい。これらの範囲内である
と、一般的な熱媒に対して凝縮性能および蒸発性能が良
好であることが本発明者らにより確かめられている。

【００１８】上記のような伝熱管１を製造するには、ま
ず、帯状の金属板条材を圧延ロールで連続的に圧延し、
螺旋溝２および突条部４を同時に形成する。前記圧延ロ
ールの外周面には予め、螺旋溝２を形成するための突条
および突条部４を形成するための溝を一体的に形成して
おく。

【００１９】螺旋溝２および突条部４の圧延加工が終わ
ったら、板条材を溝形成面を内面側に向けた状態で電縫
装置にセットし、多段階に成形ロールの間を通して板条
材を幅方向に丸め、最終的に板条材の両側縁部を溶接し
て円管形に成形する。電縫装置としては通常使用されて
いるものでよく、また電縫条件も通常の加工と同じでよ
い。その後、必要に応じて管の外周面の溶接部を整形し
たうえ、ロール状に巻きとるか所定の長さで切断し、長
尺の伝熱管を得る。

【００２０】上記構成からなる伝熱管によれば、その内
面のほぼ全面に亙って形成された螺旋溝２を分断して、
管軸に対する角度が２〜６゜である螺旋状の突条部４が
１本ないし数本形成されているから、凝縮管として使用
した場合には、これら突条部４により遮られて螺旋溝２
に沿う熱媒液体の広がりが阻止される。したがって、熱
媒液体に覆われない金属露出面積を増すことができ、熱
媒蒸気と金属面との間の伝熱効率を高めて凝縮効率の向
上が図れる。

【００２１】また、突条部４の螺旋角が２〜６゜に設定
されているから、伝熱管１の軸線回りの配置角度を適宜
調整することにより、熱媒液体の液面Ｌが管の上流側か
ら下流側へ向けて高くなるのに合わせ、突条部４を、そ
の液面Ｌからほぼ一定の高さの位置に沿ってほぼ平行に
位置決めすることが可能である。したがって、突条部４
の長さ方向の大きな割合の部分に亙って、熱媒液体の広
がりを効果的に阻止することが可能である。

【００２２】なお、上記実施例では、伝熱管の形状が断
面円形であったが、本発明は円形に限らず、断面楕円形
や偏平管状等としても実施可能であるし、螺旋溝２や突
条部３，４の断面形状は任意に変更してよい。また、伝
熱管１の外周にフィンを固定することも可能である。

【００２３】

【実験例】次に、実験例を挙げて本発明の効果を実証す
る。 （実験１）外径９．５２ｍｍの銅管の内面に多数の螺旋
溝のみを形成した伝熱管（突条部無し）、および前記螺
旋溝に加えて１本の突条部を複数の螺旋角度で形成した
伝熱管を作成し、それぞれの凝縮性能を比較した。要部
の寸法は以下の通りである。 螺旋溝の幅：０．２０ｍｍ 螺旋溝の深さ：０．２０ｍｍ 螺旋溝のピッチ：０．５０ｍｍ 螺旋溝の底面からの突条部の高さ：０．２ｍｍ

【００２４】実験１の結果を図５に示す。グラフの縦軸
は、突条部の無い単純溝付き管に対する凝縮性能比を示
している。図５から明らかなように、突条部の螺旋角度
が２〜６゜である場合に凝縮性能が高くなる。

【００２５】（実験２）外径９．５２ｍｍの銅管の内面
に多数の螺旋溝のみを形成した伝熱管（突条部無し）、
および前記螺旋溝に加えて１〜６本の突条部を螺旋角度
４゜で形成した伝熱管を作成し、それぞれの凝縮性能を
比較した。要部の寸法は以下の通りである。 螺旋溝の幅：０．２０ｍｍ 螺旋溝の深さ：０．２０ｍｍ 螺旋溝のピッチ：０．５０ｍｍ 螺旋溝の底面からの突条部の高さ：０．２ｍｍ

【００２６】実験２の結果を図６に示す。グラフの縦軸
は、突条部の無い単純溝付き管に対する凝縮性能比を示
している。図６から明らかなように、突条部の本数が１
〜４程度であると凝縮性能が向上するが、５本以上では
かえって凝縮性能が低下した。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の内面溝付
伝熱管によれば、その内面のほぼ全面に亙って形成され
た螺旋溝を分断して、管軸に対する角度が２〜６゜であ
る螺旋状の突条部が１本ないし数本形成されているか
ら、凝縮管として使用された場合には、これら突条部に
より螺旋溝に沿う熱媒液体の広がりが阻止される。した
がって、螺旋溝自体の熱交換促進効果を阻害することな
く、熱媒液体に覆われない金属露出面積を増すことがで
き、熱媒蒸気と金属面との接触頻度を高めて凝縮効率を
向上することができる。

【００２８】また、突条部の螺旋角が２〜６゜に設定さ
れているから、伝熱管の軸線回りの配置角度を適宜調整
すると、凝縮管として使用した際に熱媒液体の液面が管
の上流側から下流側へ向けて高くなるのに合わせ、突条
部を、その液面からほぼ一定の高さの位置に沿って液面
とほぼ平行に位置決めすることが可能であり、熱媒液体
の広がりを効果的に阻止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内面溝付伝熱管の一実施例の管軸
に沿った断面図である。

【図２】同伝熱管の直径方向の拡大図である。

【図３】螺旋溝と突条部の形状を示す斜視図である。

【図４】同伝熱管の突条部４の作用を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の実験例の効果を示すグラフである。

【図６】本発明の実験例の効果を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 伝熱管 ２ 螺旋溝 ３ 螺旋溝の間の突条部 ４ 突条部 Ｌ 熱媒液体の液面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属管の内面に、管軸に対する角度が１０
   〜２０゜である互いに平行な螺旋溝が多数形成されると
   ともに、これら螺旋溝と交差して、管軸に対する角度が
   ２〜６゜である螺旋状の突条部が、１本ないし２本以
   上、管内面の周方向に間隔を空けて形成されていること
   を特徴とする内面溝付伝熱管。