JPH08128793A - 内部フィン付伝熱管とその製造方法 - Google Patents

内部フィン付伝熱管とその製造方法

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JPH08128793A
JPH08128793A JP6265523A JP26552394A JPH08128793A JP H08128793 A JPH08128793 A JP H08128793A JP 6265523 A JP6265523 A JP 6265523A JP 26552394 A JP26552394 A JP 26552394A JP H08128793 A JPH08128793 A JP H08128793A
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tube
heat transfer
transfer tube
convex portion
fin
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Tetsuo Sano
哲夫 佐野
Hideaki Motohashi
秀明 本橋
Kokichi Furuhama
功吉 古浜
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 内部フィンに変形や挫屈を与えることなく伝
熱管を拡径する。 【構成】 管本体５ａ内を作動媒体が流れる伝熱管５で
あって、伝熱管５の管本体５ａ内壁面に、巾の広い凸部
７と、凸部７より巾の狭い内部フィン９を設けたことを
特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、空気調和機や冷凍機
等の熱交換器の中で、作動媒体が気液相変化する用途に
適する内部フィン付伝熱管とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、空気調和機や冷凍機等の熱交換
器にあっては、例えば、図１１に示す如く外部フィン１
０１と、外部フィン１０１を貫通した伝熱管１０３とか
ら成り、外部フィン１０１の間を空気が流れることで、
伝熱管１０３の中を流れる作動媒体と熱交換されるよう
になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】伝熱管１０３の中を流
れる作動媒体には、一般にフロンガス等の単一冷媒が用
いられているが、この単一冷媒は、オゾン層を破壊する
虞れがある所から、準備期間を設けて全面使用禁止とな
るため、現在は地球環境に優しい非共沸の混合冷媒が採
用されている。
【０００４】この非共沸混合冷媒は、成分冷媒の沸点が
異なるため、蒸発および凝縮という相変化時に、液体部
分又は気体部分において、拡散に伴う物質移動抵抗が熱
伝達抵抗となる。
【０００５】図１２と図１３は、縦軸に平均凝縮熱伝達
率を、横軸に質量速度をとって、凝縮時と蒸発時の単一
冷媒と非共沸混合冷媒とを比較した一例を示したもの
で、図１２は凝縮時、図１３は蒸発時の実験データを示
す。図１２，図１３からも理解できるように、単一冷媒
の蒸発、及び凝縮に比べて、非共沸混合冷媒の熱伝達率
が低下することが明らかとなっている。
【０００６】この為に、非共沸混合冷媒を用いる熱交換
器にあっては、能力及び能率が低下する問題を招来する
所から、それを改善する手段として、伝熱管の内壁面に
内部フィンを設けて、熱伝達率の向上を図る手段が提案
されている。このことは、図１４に示す如くフィン密度
が多くなるに比例して、熱伝達率が向上していることが
データ的にも裏付けされている。
【０００７】しかしながら、伝熱管１０３と外部フィン
１０１との関係は、伝熱管１０３を、外部フィン１０１
に貫通した後、伝熱管１０３を内側から押し拡げ、外部
フィン１０１に対して密着させる手段を採っている。こ
のために、伝熱管１０３の内壁面に、内部フィンを設け
るようにすると、治具を使って、内側から伝熱管１０３
を押し拡げる際に、内部フィンを変形させたり、挫屈さ
せるなどの不具合が発生するようになる。
【０００８】そこでこの発明は、内部フィンに影響され
ることなく伝熱管を正しく拡げることができる内部フィ
ン付伝熱管とその製造方法を提供することを目的として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、伝熱管の管本体内壁面に、巾の広い凸
部と、凸部より巾の狭い内部フィンを設ける。
【００１０】そして、内部フィンの高さと、管本体の平
均内径の比率（ｈ／ｄｉ）を０．３５以上とする。
【００１１】また、管本体内壁面に、巾の広い凸部と、
凸部より低く、かつ、巾の狭い内部フィンを設ける。
【００１２】そして、好ましい実施態様として、巾の広
い凸部と、凸部より巾の狭い内部フィンの断面形状を、
作動媒体の流れる方向により流動抵抗が異なる非対称形
状とする。
【００１３】また、管本体内壁面に、管軸に対してねじ
れ角を有する巾の広い螺旋状の凸部と、凸部より巾の狭
い螺旋状の内部フィンを設け、凸部と内部フィンのねじ
れ角を管軸に対して３０度以上とする。
【００１４】伝熱管の作り方としては、管本体内壁面
に、巾の広い凸部と、凸部より巾の狭い内部フィンを設
け、１つ又は複数の押し拡げ部を備えた拡管治具を挿入
し、管内径を拡げるようにする。
【００１５】あるいは、管本体内に拡縮可能な円筒管を
挿入した後、１つ又は複数の押し拡げ部を備えた拡管治
具を前記円筒管内へ挿入し、円筒管を介して管内径を拡
げるようにする。
【００１６】
【作用】かかる内部フィン付伝熱管によれば、押し拡げ
部を備えた拡管治具を挿入することで、伝熱管を押し拡
げられる。この拡管時において、押し拡げる力は、接触
面積の広い凸部に作用するため、内部フィンに影響を与
えることなく、確実に拡径するようになる。
【００１７】
【実施例】以下、図１乃至図１０の図面を参照しながら
この発明の実施例を具体的に説明する。
【００１８】図１は熱交換器１の一部分を示しており、
熱交換器１は、外部フィン３と、外部フィン３を貫通し
た伝熱管５とで構成されている。
【００１９】伝熱管５は、図２及び図３に示す如く内壁
面に、所定の間隔で巾の広い断面台形状の凸部７と、凸
部７と凸部７との間で、凸部７より巾の狭い断面山形状
の内部フィン９が複数設けられている。
【００２０】凸部７と内部フィン９は螺旋状に形成さ
れ、ねじれ角β°（リード角）は、管軸Ｘに対して３０
度以上、即ち、β°≧３０°の関係に設定されている。
また、凸部７の上面７ａは、広い接触面が確保されてい
る。さらに、内部フィン９の高さｈと、管本体５ａの平
均内径ｄｉの比率（ｈ／ｄｉ）は０．３５以上に設定さ
れている。
【００２１】なお、凸部７及び内部フィン９は、螺旋状
に連続する形状となっているが、必ずしも連続していな
くてもよい。また、螺旋形状に特定されず、管軸Ｘ方向
に沿う真直ぐな形状であってもよい。
【００２２】次に、製造方法について説明する。図６に
示す如く管本体５ａの内壁面に凸部７及び内部フィン９
を有する伝熱管５を、外部フィン３に貫通させる。続い
て、管本体５ａ内の初期内径Ｄ０より若干径大Ｄ１の第
１の押し拡げ部１１と、第１の押し拡げ部１１より径大
の最終押し拡げ径Ｄ２に設定された第２の押し拡げ部１
３を有する拡管治具１５を挿入し、伝熱管５を拡径す
る。この時、各押し拡げ部１１，１３によって押し拡げ
る力は、内部フィン９に影響を与えることなく凸部７に
作用する。凸部７は、ねじれ角β°が３０度以上に設定
されているため、凸部７に作用する押し拡げ力は、一部
分に特定されず、広い領域にわたって働く結果、ほぼ全
周にわたり均等に拡がり、外部フィン３に対して正しく
密着し合うようになる。この場合、図４に示す如く、凸
部７を、内部フィン９より高く設定することで、押し拡
げ力が内部フィン９へ作用するのを確実に防げるように
なる。
【００２３】したがって、内部フィン９の高さｈと、管
本体５ａの内径ｄｉの比率（ｈ／ｄｉ）を０．３５以上
とすることが可能となる。このために、例えば、図８点
線ｅに示す如く、ほぼ現在の単一冷媒の比率、０．０２
の時と、同一レベル以上の熱伝達率が得られるようにな
る。
【００２４】図７は、管本体５ａを拡げる第２の手段を
示したものである。即ち、第１の押し拡げ部１１を有す
る拡管治具１７と、第２の押し拡げ部１３を有する拡管
治具１９を独立して複数用意しておき、第１の押し拡げ
部１１を有する拡管治具１７を挿入して伝熱管５を拡げ
た後、続いて、第２の押し拡げ部１３を有する拡管治具
１９を挿入し、伝熱管５を外部フィン３に密着させるも
のである。
【００２５】この拡管操作時において、各押し拡げ部１
１，１３による押し拡げ力は、接触面積の広い凸部７に
作用するため、内部フィン９を変形させたり、挫屈させ
る不具合いは発生しない。
【００２６】図９は伝熱管５を拡径する別の実施例を示
したものである。
【００２７】この実施例にあっては、ステンレスででき
た円筒管２１にスリット２３を入れて拡縮可能とし、そ
の円筒管２１を伝熱管５の内部へ挿入し、続いて、円筒
管２１内へ第２の押し拡げ部１３を備えた拡管治具１９
を挿入し、円筒管２１を介して伝熱管５を拡げる手段と
なっている。
【００２８】この実施例の場合は、拡管治具１９の押し
拡げ力を、管軸Ｘに対して直交する方向（矢印）へ作用
させることができ、均一に正確に拡げられるようにな
る。
【００２９】図１０は管本体５ａ内壁面に設ける凸部７
と内部フィン９の変形例を示したものである。
【００３０】この実施例にあっては、凸部７と内部フィ
ン９の断面形状を、作動媒体の流れる方向により、流体
抵抗が異なるようＹ軸を中心として一方は傾斜面７ａ，
９ａ、他方は垂直面７ｂ，９ｂとする非対称形状とした
ものである。
【００３１】この実施例によれば、Ａ方向からＢ方向へ
は流動抵抗が少なく、Ｂ方向からＡ方向へは流動抵抗が
大きいが、流れの乱れが強くなるため、熱伝達率がより
向上する。
【００３２】冷暖房兼用タイプの空気調和機では、一般
に、熱交換器が蒸発器となる場合と、凝縮器として作用
する場合で冷媒の流れ方向が逆になる。蒸発器として作
用する場合は冷媒流速が大きいので、図の例ではＡ側を
入り口にし、圧力損失を少なくし、凝縮器として作用す
る場合は冷媒流速が小さいのでＢ側を入り口とすること
により、流動抵抗の増大はそれほど大きくなく、むしろ
熱伝達率の向上により熱交換器としての性能向上が図れ
る。
【００３３】又、拡管時に治具の挿入方向をＡ→Ｂにす
ることにより挿入抵抗が小さくなり拡管し易いメリット
が得られる。
【００３４】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、内部フィンの変形や挫屈を起こすことなく伝熱管を
確実に正しく押し拡げることができるようになり、高い
熱伝達率が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる熱交換器の一部分を示した斜
視図。
【図２】伝熱管の一部分の拡大断面図。
【図３】凸部と内部フィンを示した展開図。
【図４】凸部を内部フィンより高くした図３と同様の展
開図。
【図５】凸部と内部フィンのねじれ角を３０度以上とし
た説明図。
【図６】伝熱管を拡径させる第１の方法を示した説明
図。
【図７】伝熱管を拡径させる第２の方法を示した説明
図。
【図８】内面フィン高さと熱伝達率を示した説明図。
【図９】伝熱管と拡径させる第３の方法を示した説明
図。
【図１０】凸部と内部フィンの断面形状を非対称形状と
した説明図。
【図１１】一般的な熱交換器の一部分を示した斜視図。
【図１２】凝縮時の平均凝縮熱伝達率と質量速度の関係
を示した説明図。
【図１３】蒸発時の平均凝縮熱伝達率と質量速度の関係
を示した説明図。
【図１４】内面フィン密度と熱伝達率の関係を示した説
明図。
【符号の説明】
５ 伝熱管 ５ａ 管本体 ７ 凸部 ９ 内部フィン
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１１月４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１０】そして、内部フィンの高さと、管本体の平
均内径の比率（ｈ／ｄｉ）を０．０３５以上とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】凸部７と内部フィン９は螺旋状に形成さ
れ、ねじれ角β°（リード角）は、管軸Ｘに対して３０
度以上、即ち、β°≧３０°の関係に設定されている。
また、凸部７の上面７ａは、広い接触面が確保されてい
る。さらに、内部フィン９の高さｈと、管本体５ａの平
均内径ｄｉの比率（ｈ／ｄｉ）は０．０３５以上に設定
されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２３】したがって、内部フィン９の高さｈと、管
本体５ａの内径ｄｉの比率（ｈ／ｄｉ）を０．０３５以
上とすることが可能となる。このために、例えば、図８
点線ｅに示す如く、ほぼ現在の単一冷媒の比率、０．０
２の時と、同一レベル以上の熱伝達率が得られるように
なる。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 管本体内を作動媒体が流れる伝熱管であ
    って、伝熱管の管本体内壁面に、巾の広い凸部と、凸部
    より巾の狭い内部フィンを設けたことを特徴とする内部
    フィン付伝熱管。
  2. 【請求項２】 管本体内を作動媒体が流れる伝熱管であ
    って、伝熱管の管本体内壁面に、内部フィンを設け、内
    部フィンの高さと、管本体の平均内径の比率（ｈ／ｄ
    ｉ）を０．３５以上としたことを特徴とする内部フィン
    付伝熱管。
  3. 【請求項３】 管本体内を作動媒体が流れる伝熱管であ
    って、伝熱管の管本体内壁面に、巾の広い凸部と、凸部
    より低く、かつ、巾の狭い内部フィンを設けたことを特
    徴とする内部フィン付伝熱管。
  4. 【請求項４】 巾の広い凸部と、凸部より巾の狭い内部
    フィンの断面形状を作動媒体の流れる方向により流動抵
    抗が異なる非対称形状としたことを特徴とする請求項１
    記載の内部フィン付伝熱管。
  5. 【請求項５】 管本体内を作動媒体が流れる伝熱管であ
    って、伝熱管の管本体内壁面に、管軸に対してねじれ角
    を有する巾の広い螺旋状の凸部と、凸部より巾の狭い螺
    旋状の内部フィンを設け、凸部と内部フィンのねじれ角
    を管軸に対して３０度以上としたことを特徴とする内部
    フィン付伝熱管。
  6. 【請求項６】 管本体内壁面に、巾の広い凸部と、凸部
    より巾の狭い内部フィンを設け、１つ又は複数の押し拡
    げ部を備えた拡管治具を挿入し、管内径を拡げるように
    したことを特徴とする内部フィン付伝熱管の製造方法。
  7. 【請求項７】 管本体内壁面に、巾の広い凸部と、凸部
    より低く、かつ、巾の狭い内部フィンを設け、１つ又は
    複数の押し拡げ部を備えた拡管治具を挿入し、管内径を
    拡げるようにしたことを特徴とする内部フィン付伝熱管
    の製造方法。
  8. 【請求項８】 管本体内壁面に、巾の広い凸部と、巾の
    狭い内部フィンを設け、管本体内に拡縮可能な円筒管を
    挿入した後、１つ又は複数の押し拡げ部を備えた拡管治
    具を前記円筒管内へ挿入し、円筒管を介して管内径を拡
    げるようにしたことを特徴とする内部フィン付伝熱管の
    製造方法。
JP6265523A 1994-10-28 1994-10-28 内部フィン付伝熱管とその製造方法 Pending JPH08128793A (ja)

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