JPH0615951B2 - 内面溝付伝熱管 - Google Patents
内面溝付伝熱管Info
- Publication number
- JPH0615951B2 JPH0615951B2 JP63250307A JP25030788A JPH0615951B2 JP H0615951 B2 JPH0615951 B2 JP H0615951B2 JP 63250307 A JP63250307 A JP 63250307A JP 25030788 A JP25030788 A JP 25030788A JP H0615951 B2 JPH0615951 B2 JP H0615951B2
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- JP
- Japan
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- groove
- heat transfer
- tube
- transfer tube
- angle
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-
- 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
Landscapes
- 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、蒸発器、凝縮器等に用いられる伝熱性能に優
れた内面溝付伝熱管に関する。
れた内面溝付伝熱管に関する。
従来、蒸発および凝縮を伴う熱伝達に際し、熱伝導率が
高く、圧力損失が少ない伝熱管として、管内面に溝を形
成した構造のものが知られている。
高く、圧力損失が少ない伝熱管として、管内面に溝を形
成した構造のものが知られている。
形成される溝の態様には、断面形状として第１図に示す
ような鋭角状溝１のタイプ（特開昭52-38663号公報）と
第２図に示すような台形状溝２のタイプ（特公平1-1318
95号公報）があり、また、管軸に対する溝角度(Ｑ)とし
て第３図のように角度０゜の直線溝３に加工したものと
第４図に示すように一定の角度を与えた螺旋溝４に加工
したものとがある。
ような鋭角状溝１のタイプ（特開昭52-38663号公報）と
第２図に示すような台形状溝２のタイプ（特公平1-1318
95号公報）があり、また、管軸に対する溝角度(Ｑ)とし
て第３図のように角度０゜の直線溝３に加工したものと
第４図に示すように一定の角度を与えた螺旋溝４に加工
したものとがある。
これら形状溝の態様は伝熱効率との関係でそれぞれの組
合せに得失があり、例えば冷媒流量が一定の場合を考え
ると、断面形状が鋭角状であると溝の収容能力が小さい
ために台形状に比べて溝底における液膜が厚くなり、伝
熱抵抗が大となる。しかし、これに適度な溝角度(Ｑ)を
与えた螺旋溝として形成すると冷媒は溝に沿って渦巻状
に流動し、冷媒と管との接触長が増大して第９図に示す
ように伝熱効率が向上することが明らかになっている。
合せに得失があり、例えば冷媒流量が一定の場合を考え
ると、断面形状が鋭角状であると溝の収容能力が小さい
ために台形状に比べて溝底における液膜が厚くなり、伝
熱抵抗が大となる。しかし、これに適度な溝角度(Ｑ)を
与えた螺旋溝として形成すると冷媒は溝に沿って渦巻状
に流動し、冷媒と管との接触長が増大して第９図に示す
ように伝熱効率が向上することが明らかになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕 最近の空調機器などの熱交換器に使用される内面溝付伝
熱管は、軽量化と小型化のために小径・薄肉化が要求さ
れている。しかし、内面溝付伝熱管の外径は、管製造設
備の制約から９mm程度にとどまっていた。
熱管は、軽量化と小型化のために小径・薄肉化が要求さ
れている。しかし、内面溝付伝熱管の外径は、管製造設
備の制約から９mm程度にとどまっていた。
一方、内面溝付伝熱管の外径を小径化（例えば、伝熱管
の外径を４mm）すると溝角度を付けた場合に、伝熱特性
が低下する傾向が見られ、従来よく知られてきた溝形状
に対する伝熱特性の知見が適用できないことになった。
の外径を４mm）すると溝角度を付けた場合に、伝熱特性
が低下する傾向が見られ、従来よく知られてきた溝形状
に対する伝熱特性の知見が適用できないことになった。
そこで本発明の目的は、管外径が10mm以下で、台形状の
溝を採用し、しかも伝熱特性にすぐれた内面溝付伝熱管
を提供することにある。
溝を採用し、しかも伝熱特性にすぐれた内面溝付伝熱管
を提供することにある。
最近の空調機器などの熱交換器に使用される伝熱管は、
軽量化と小型化のために小径・薄肉化が要求されている
が、小径化すると伝熱特性が低下する傾向が見られ、従
来よく知られた伝熱特性の良好な台形状の溝形状を採用
すべく発明者等は検討してきた。
軽量化と小型化のために小径・薄肉化が要求されている
が、小径化すると伝熱特性が低下する傾向が見られ、従
来よく知られた伝熱特性の良好な台形状の溝形状を採用
すべく発明者等は検討してきた。
その結果、台形状の断面を有する溝においては、液膜は
冷媒の低表面張力の作用で溝底のコーナー部分を除き鋭
角状の溝に比べて薄くなる。ところが、発明者等の知見
によると、台形状溝の場合に溝角度(Ｑ)を与えた態様で
は渦巻流動によっては冷媒が溝底の一方のコーナーに圧
し付けられ、その部分の液膜が極端に厚くなって伝熱効
率が却って減殺されることが認められた。この傾向は、
とくに冷媒質量速度が 400kg/m2s以下で使用される管径
が小さい伝熱管の場合に顕著に現われることを知見し
た。
冷媒の低表面張力の作用で溝底のコーナー部分を除き鋭
角状の溝に比べて薄くなる。ところが、発明者等の知見
によると、台形状溝の場合に溝角度(Ｑ)を与えた態様で
は渦巻流動によっては冷媒が溝底の一方のコーナーに圧
し付けられ、その部分の液膜が極端に厚くなって伝熱効
率が却って減殺されることが認められた。この傾向は、
とくに冷媒質量速度が 400kg/m2s以下で使用される管径
が小さい伝熱管の場合に顕著に現われることを知見し
た。
本発明は、上記の知見に基づいて、さらに多面的に研究
を重ねた結果、冷媒質量速度が400kg/m2s以下の条件で
用いられる伝熱管の内面に台形状溝を形成した際に、最
も効果的な伝熱性能を与える溝角度と管径の範囲を確認
して開発に至ったものである。
を重ねた結果、冷媒質量速度が400kg/m2s以下の条件で
用いられる伝熱管の内面に台形状溝を形成した際に、最
も効果的な伝熱性能を与える溝角度と管径の範囲を確認
して開発に至ったものである。
すなわち、本発明は高性能の管内熱伝達率を与える内面
溝付伝熱管を提供するもので、その構成上の特徴は、冷
媒質量速度が400kg/m2s(m2：管内断面積、ｓ：秒)以下
で使用される内面溝加工を施した伝熱管において、溝の
断面が台形状であり、かつ管軸に対する溝角度(Ｑ)が０
〜４゜、すなわち直線溝で外径を２〜７mmとする点にあ
る。
溝付伝熱管を提供するもので、その構成上の特徴は、冷
媒質量速度が400kg/m2s(m2：管内断面積、ｓ：秒)以下
で使用される内面溝加工を施した伝熱管において、溝の
断面が台形状であり、かつ管軸に対する溝角度(Ｑ)が０
〜４゜、すなわち直線溝で外径を２〜７mmとする点にあ
る。
本発明における断面が台形状の溝は第２図と同一形状に
形成するが、この場合、溝底のコーナー部分に若干の円
み(Ｒ：0.03mm程度)を形成すると平均液膜を薄くし、ま
た冷媒の剪断力を小さくするために有効に機能する。
形成するが、この場合、溝底のコーナー部分に若干の円
み(Ｒ：0.03mm程度)を形成すると平均液膜を薄くし、ま
た冷媒の剪断力を小さくするために有効に機能する。
管軸に対する溝角度(Ｑ)を０〜４゜の範囲に設定するこ
とは本発明の重要な要件で、この角度が４゜を越す螺旋
溝とすると伝熱効率の低下が著しくなる。なお、４゜と
限定したものは加工精度によるものである。最も効果的
な伝熱効率を与える溝角度(Ｑ)は０゜、すなわち直線溝
として形成した場合である。
とは本発明の重要な要件で、この角度が４゜を越す螺旋
溝とすると伝熱効率の低下が著しくなる。なお、４゜と
限定したものは加工精度によるものである。最も効果的
な伝熱効率を与える溝角度(Ｑ)は０゜、すなわち直線溝
として形成した場合である。
また伝熱性能は伝熱管の外径、溝のピッチ(Ｐ)および条
数にも関係し、外径２〜７mmの範囲において良好な伝熱
特性を発揮できる。溝のピッチ(Ｐ)は、外径4.00mm、肉
厚0.6mmの管径を例にとると、0.18〜0.42mm（条数とし
て25〜60条）の範囲では管内蒸発熱伝達率は増大し、管
内凝縮熱伝達率も上位水準に維持されるが、0.18mmを下
廻る（条数が60条を越える）とこれら伝達率は低下する
傾向を示す。これは伝熱管の濡縁長（伝熱面積）と溝部
総断面積（溝の液捕捉量）とのバランスに関係し、凝縮
熱伝達率について考察すると溝ピッチの減少に伴って濡
縁長は増加するものの管断面における溝の平均厚さが略
一定であるために溝部総断面積が減少し、よって溝ピッ
チが小さくなり条数が一定以上となると凝縮液の排出能
力の低下ならびに溝の液没が顕著となって性能減退を招
くことに基づくものと考えられる。
数にも関係し、外径２〜７mmの範囲において良好な伝熱
特性を発揮できる。溝のピッチ(Ｐ)は、外径4.00mm、肉
厚0.6mmの管径を例にとると、0.18〜0.42mm（条数とし
て25〜60条）の範囲では管内蒸発熱伝達率は増大し、管
内凝縮熱伝達率も上位水準に維持されるが、0.18mmを下
廻る（条数が60条を越える）とこれら伝達率は低下する
傾向を示す。これは伝熱管の濡縁長（伝熱面積）と溝部
総断面積（溝の液捕捉量）とのバランスに関係し、凝縮
熱伝達率について考察すると溝ピッチの減少に伴って濡
縁長は増加するものの管断面における溝の平均厚さが略
一定であるために溝部総断面積が減少し、よって溝ピッ
チが小さくなり条数が一定以上となると凝縮液の排出能
力の低下ならびに溝の液没が顕著となって性能減退を招
くことに基づくものと考えられる。
本発明の伝熱管は、銅のような高熱伝導性の金属管材料
を用い、管内に溝付プラグを挿入して縮径しながら抽伸
する方法によって形成することができる。
を用い、管内に溝付プラグを挿入して縮径しながら抽伸
する方法によって形成することができる。
上記のように構成された本発明の伝熱管によれば、溝の
断面が本来的に薄い液膜を形成しえる台形状を呈するう
えに、管軸に対する溝角度(Ｑ)を冷媒が溝底コーナー部
分に偏ることのない０〜４゜の範囲に設定してあるた
め、これらの機能が相乗的に作用して冷媒質量速度 400
kg/m2s以下の条件使用時において蒸発ならびに凝縮の進
行が著しく促進される。したがって、常に円滑かつ効率
的な熱伝達が営なまれる。
断面が本来的に薄い液膜を形成しえる台形状を呈するう
えに、管軸に対する溝角度(Ｑ)を冷媒が溝底コーナー部
分に偏ることのない０〜４゜の範囲に設定してあるた
め、これらの機能が相乗的に作用して冷媒質量速度 400
kg/m2s以下の条件使用時において蒸発ならびに凝縮の進
行が著しく促進される。したがって、常に円滑かつ効率
的な熱伝達が営なまれる。
銅管の内面に条数の異なる溝付プラグを挿入し縮径しな
がら抽伸する加工方法により外径（Ｄ0）4.00mm、最大
内径(Ｄ1)3.4mmの管径を有し、溝のピッチ（Ｐ）、条数
(Ｊ0)、溝角度(Ｑ)等が異なる表１に示した諸元の内面
溝付伝熱管を加工製作した。
がら抽伸する加工方法により外径（Ｄ0）4.00mm、最大
内径(Ｄ1)3.4mmの管径を有し、溝のピッチ（Ｐ）、条数
(Ｊ0)、溝角度(Ｑ)等が異なる表１に示した諸元の内面
溝付伝熱管を加工製作した。
表１の各伝熱管を用い、フレオンガス（Ｒ２２）を冷媒
として表２に示した条件により蒸発試験および凝縮試験
をおこなった。
として表２に示した条件により蒸発試験および凝縮試験
をおこなった。
表２の試験で得られた各伝熱管の冷媒質量速度と管内蒸
発熱伝達率の関係を第５図に、また冷媒質量速度と管内
凝縮熱伝達率との関係を第６図に示した。
発熱伝達率の関係を第５図に、また冷媒質量速度と管内
凝縮熱伝達率との関係を第６図に示した。
No.１およびNo.４は、いずれも溝角度を０゜としたもの
で、伝熱特性は第５図から明らかなようにNo.１は300kg
/m2sで最大値が、No.４は240kg/m2sで最大値が得られ
る。
で、伝熱特性は第５図から明らかなようにNo.１は300kg
/m2sで最大値が、No.４は240kg/m2sで最大値が得られ
る。
また、冷媒質量速度をあげると熱伝達率が高くなる傾向
にあるが、冷媒質量速度が 400kg/m2sを越えると蒸発な
らびに凝縮の進行低下の現象が起り、好ましくない。
にあるが、冷媒質量速度が 400kg/m2sを越えると蒸発な
らびに凝縮の進行低下の現象が起り、好ましくない。
これに対し、比較例のNo.５は溝角度を８゜としたもの
で、伝熱特性は冷媒質量速度に対して右上りとなってい
るが、200〜300kg/m2sの範囲では発明例よりも熱伝達率
が低くなった。
で、伝熱特性は冷媒質量速度に対して右上りとなってい
るが、200〜300kg/m2sの範囲では発明例よりも熱伝達率
が低くなった。
また、No.２およびNo.３はさらに溝角度を18゜，23゜と
したもので、No.５とほぼ同等の性能が得られた。No.６
は内面に溝を形成していない裸管の比較例である。
したもので、No.５とほぼ同等の性能が得られた。No.６
は内面に溝を形成していない裸管の比較例である。
第５図および第６図の結果から、本発明の実施例はいず
れも比較的に比べて熱伝達率が向上しており、とくに溝
角度(Ｑ)が０゜の直線溝を形成したNo.１および４にお
いて効果が著しいことが判明する。
れも比較的に比べて熱伝達率が向上しており、とくに溝
角度(Ｑ)が０゜の直線溝を形成したNo.１および４にお
いて効果が著しいことが判明する。
また、同時に冷媒質量速度を 250kg/m2sに設定し、溝形
態を台形状、直線溝（溝角度０゜）としたほかは上記と
同一条件を適用した場合における溝ピッチ(Ｐ)と伝熱性
能の関係を第７図に示した。第７図から、溝ピッチ(Ｐ)
が0.18mmを下廻る（条数が60条を越す）と伝熱性能が低
下する傾向が認められた。
態を台形状、直線溝（溝角度０゜）としたほかは上記と
同一条件を適用した場合における溝ピッチ(Ｐ)と伝熱性
能の関係を第７図に示した。第７図から、溝ピッチ(Ｐ)
が0.18mmを下廻る（条数が60条を越す）と伝熱性能が低
下する傾向が認められた。
一方、条数一定で溝角度を相違させた外径２〜9.5mmの
伝熱管について、質量速度を250kg/m2sにおける伝熱性
能を求めた結果を第８図に示した。なお、伝熱管はその
溝ピッチが0.12〜0.7mm、溝深さが0.05〜0.25mmの範囲
のものである。
伝熱管について、質量速度を250kg/m2sにおける伝熱性
能を求めた結果を第８図に示した。なお、伝熱管はその
溝ピッチが0.12〜0.7mm、溝深さが0.05〜0.25mmの範囲
のものである。
第８図から外径が７mmを越えると溝角度を有する伝熱管
の熱伝達率が高いが、外径が２〜７mmの範囲では直線溝
を有する伝熱管の熱伝達率が高くなる。
の熱伝達率が高いが、外径が２〜７mmの範囲では直線溝
を有する伝熱管の熱伝達率が高くなる。
以上のとおり、本発明の内面溝付伝熱管を使用すれば、
冷媒質量速度を 400kg/m2s以下の条件における蒸発およ
び凝縮を極めて効率的に進行させることができる。した
がって、高伝熱性能が要求される蒸発器および凝縮器用
として好適である。
冷媒質量速度を 400kg/m2s以下の条件における蒸発およ
び凝縮を極めて効率的に進行させることができる。した
がって、高伝熱性能が要求される蒸発器および凝縮器用
として好適である。
第１図は断面形状が鋭角条の溝を示した部分拡大断面
図、第２図は断面形状が台形状の溝を示した部分拡大断
面図である。第３図は直線溝を示した部分平断面図、第
４図は螺線溝を示した部分平断面図である。第５図は実
施例による各伝熱管の冷媒質量速度と管内蒸発熱伝達率
との関係図、第６図は同冷媒質量速度と管内凝縮熱伝達
率との関係図、そして第７図は実施例による溝ピッチと
伝熱性能との関係図、第８図は管径と熱伝達率の関係
図、第９図は溝角度と伝熱効率との関係図である。 １……鋭角状溝、２……台形状溝 ３……直線溝、４……螺線溝 Ｐ……溝ピッチ、Ｑ……溝角度 Ｒ……溝底コーナー部の円み
図、第２図は断面形状が台形状の溝を示した部分拡大断
面図である。第３図は直線溝を示した部分平断面図、第
４図は螺線溝を示した部分平断面図である。第５図は実
施例による各伝熱管の冷媒質量速度と管内蒸発熱伝達率
との関係図、第６図は同冷媒質量速度と管内凝縮熱伝達
率との関係図、そして第７図は実施例による溝ピッチと
伝熱性能との関係図、第８図は管径と熱伝達率の関係
図、第９図は溝角度と伝熱効率との関係図である。 １……鋭角状溝、２……台形状溝 ３……直線溝、４……螺線溝 Ｐ……溝ピッチ、Ｑ……溝角度 Ｒ……溝底コーナー部の円み
Claims (1)
- 【請求項１】冷媒質量速度200〜300kg/m2sで使用される
内面溝加工を施した伝熱管において、溝の断面が台形状
であり、かつ管軸に対する溝角度(Ｑ)が０〜４゜（直線
溝）で、外径２〜７mmとすることを特徴とする内面溝付
伝熱管。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250307A JPH0615951B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 内面溝付伝熱管 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63250307A JPH0615951B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 内面溝付伝熱管 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0297898A JPH0297898A (ja) | 1990-04-10 |
| JPH0615951B2 true JPH0615951B2 (ja) | 1994-03-02 |
Family
ID=17205959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63250307A Expired - Lifetime JPH0615951B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 内面溝付伝熱管 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0615951B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MY110330A (en) * | 1991-02-13 | 1998-04-30 | Furukawa Electric Co Ltd | Heat-transfer small size tube and method of manufacturing the same |
| JP5118730B2 (ja) * | 2009-08-21 | 2013-01-16 | ダイキン工業株式会社 | 熱交換器 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5238663A (en) * | 1975-09-22 | 1977-03-25 | Hitachi Ltd | Heat transmission tube |
| JPH01131895A (ja) * | 1987-11-16 | 1989-05-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 内面溝付伝熱管 |
-
1988
- 1988-10-04 JP JP63250307A patent/JPH0615951B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0297898A (ja) | 1990-04-10 |
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