JPH08178574A - 混合冷媒用内面クロス溝付き伝熱管及びそれを用いた熱交換器 - Google Patents
混合冷媒用内面クロス溝付き伝熱管及びそれを用いた熱交換器Info
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- JPH08178574A JPH08178574A JP6326646A JP32664694A JPH08178574A JP H08178574 A JPH08178574 A JP H08178574A JP 6326646 A JP6326646 A JP 6326646A JP 32664694 A JP32664694 A JP 32664694A JP H08178574 A JPH08178574 A JP H08178574A
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- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、混合冷媒に対して高い伝熱性能を持
つクロス溝付き伝熱管及びそれを用いた熱交換器を提供
することを目的とする。 【構成】クロス溝付き伝熱管内の、副溝１ｂを管軸に平
行に設ける、あるいは、三次元的な突起にバリ３を設け
ることにより、副溝１ｂ内に冷媒流れを誘導する。ま
た、この伝熱管を用いた熱交換器において、冷媒パス数
を入口側より出口側が少なくなるように途中で変更す
る。 【効果】三次元的な突起上に形成される濃度境界層が薄
くなり、高い伝熱性能を持つクロス溝付き伝熱管を提供
することができる。さらに、冷媒パスの変更により、質
量速度をできるかぎり高く保つことができ、その結果、
高い伝熱性能を有する混合冷媒用熱交換器を提供するこ
とができる。
つクロス溝付き伝熱管及びそれを用いた熱交換器を提供
することを目的とする。 【構成】クロス溝付き伝熱管内の、副溝１ｂを管軸に平
行に設ける、あるいは、三次元的な突起にバリ３を設け
ることにより、副溝１ｂ内に冷媒流れを誘導する。ま
た、この伝熱管を用いた熱交換器において、冷媒パス数
を入口側より出口側が少なくなるように途中で変更す
る。 【効果】三次元的な突起上に形成される濃度境界層が薄
くなり、高い伝熱性能を持つクロス溝付き伝熱管を提供
することができる。さらに、冷媒パスの変更により、質
量速度をできるかぎり高く保つことができ、その結果、
高い伝熱性能を有する混合冷媒用熱交換器を提供するこ
とができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、混合冷媒を作動流体と
する冷凍機、空調機に用いられる熱交換器に係わり、特
に、凝縮器あるいは蒸発器あるいはそれに用いるのに好
適な伝熱管に関する。
する冷凍機、空調機に用いられる熱交換器に係わり、特
に、凝縮器あるいは蒸発器あるいはそれに用いるのに好
適な伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＨＣＦＣ−２２（ハイドロクロロフルオ
ロカ−ボン−２２の略）などの単一冷媒を作動流体とし
て用いる従来の冷凍機、空調機の熱交換器用伝熱管とし
ては、平滑管の他に図２に示すようなシングル溝を有す
る内面らせん溝付き管が用いられていた。また、主溝と
副溝が交差するクロス溝付き管としては、単一冷媒を対
象として、特開平３−２３４３０２号公報に記載のもの
などが提案されている。
ロカ−ボン−２２の略）などの単一冷媒を作動流体とし
て用いる従来の冷凍機、空調機の熱交換器用伝熱管とし
ては、平滑管の他に図２に示すようなシングル溝を有す
る内面らせん溝付き管が用いられていた。また、主溝と
副溝が交差するクロス溝付き管としては、単一冷媒を対
象として、特開平３−２３４３０２号公報に記載のもの
などが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の内面シングル溝
らせん溝付き管は、単一冷媒に対して優れた伝熱性能を
有する。しかし、ＨＣＦＣ−２２の代替冷媒として有力
視されている混合冷媒に対しては、単一冷媒に対してほ
どの効果が得られない。従来の内面らせん溝付き管を用
いた時の凝縮熱伝達率の比較を図３に示す。曲線ａは、
単一冷媒を内面シングル溝らせん溝付き管に用いた時の
実験結果であり、曲線ｂは、混合冷媒を内面シングル溝
らせん溝付き管に用いた時の実験結果である。図３から
分かるように、混合冷媒を用いた時の凝縮熱伝達率は、
単一冷媒の熱伝達率より明らかに低下し、特に質量速度
が小さいときの低下が著しい。なお、この実験では、混
合冷媒として、ＨＦＣ−３２（ハイドロフルオロカ−ボ
ン−３２の略）、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａを
各々３０、１０、６０ｗｔ％ずつ混合したものを用い
た。
らせん溝付き管は、単一冷媒に対して優れた伝熱性能を
有する。しかし、ＨＣＦＣ−２２の代替冷媒として有力
視されている混合冷媒に対しては、単一冷媒に対してほ
どの効果が得られない。従来の内面らせん溝付き管を用
いた時の凝縮熱伝達率の比較を図３に示す。曲線ａは、
単一冷媒を内面シングル溝らせん溝付き管に用いた時の
実験結果であり、曲線ｂは、混合冷媒を内面シングル溝
らせん溝付き管に用いた時の実験結果である。図３から
分かるように、混合冷媒を用いた時の凝縮熱伝達率は、
単一冷媒の熱伝達率より明らかに低下し、特に質量速度
が小さいときの低下が著しい。なお、この実験では、混
合冷媒として、ＨＦＣ−３２（ハイドロフルオロカ−ボ
ン−３２の略）、ＨＦＣ−１２５、ＨＦＣ−１３４ａを
各々３０、１０、６０ｗｔ％ずつ混合したものを用い
た。
【０００４】本発明の第１の目的は、混合冷媒に対し
て、高い伝熱性能を有する伝熱管を提供することにあ
る。
て、高い伝熱性能を有する伝熱管を提供することにあ
る。
【０００５】本発明の第２の目的は、この伝熱管を効果
的に用いた混合冷媒用の熱交換器を提供することであ
る。
的に用いた混合冷媒用の熱交換器を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の伝熱管は、混合冷媒を用いた冷凍サ
イクルの凝縮器あるいは蒸発器に使用される内面らせん
溝付き伝熱管において、該伝熱管の内面に主溝を管軸に
対して角度７〜２５度に形成するとともに、副溝を管軸
に対し平行に設けたことを特徴とするものである。
るために、本発明の伝熱管は、混合冷媒を用いた冷凍サ
イクルの凝縮器あるいは蒸発器に使用される内面らせん
溝付き伝熱管において、該伝熱管の内面に主溝を管軸に
対して角度７〜２５度に形成するとともに、副溝を管軸
に対し平行に設けたことを特徴とするものである。
【０００７】又、混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝縮
器あるいは蒸発器に使用される内面らせん溝付き伝熱管
において、該伝熱管の内面に主溝を管軸に対して角度７
〜２５度に形成するとともに、副溝を主溝と交差するよ
うに設け、該副溝に冷媒の流れが副溝方向に曲がるよう
に、主溝を加工するときに残された三次元的な突起に加
工時に凸状の変形部分を形成したことを特徴とするもの
である。
器あるいは蒸発器に使用される内面らせん溝付き伝熱管
において、該伝熱管の内面に主溝を管軸に対して角度７
〜２５度に形成するとともに、副溝を主溝と交差するよ
うに設け、該副溝に冷媒の流れが副溝方向に曲がるよう
に、主溝を加工するときに残された三次元的な突起に加
工時に凸状の変形部分を形成したことを特徴とするもの
である。
【０００８】上記第２の目的を達成するために、本発明
の熱交換器は、作動媒体として非共沸の混合冷媒を用い
たヒ−トポンプ冷凍サイクルに用いられるものであっ
て、請求項１又は２に記載のクロス溝付き伝熱管を用い
るとともに、凝縮器として用いる時の冷媒入口パス数
を、冷媒出口パス数より多くなるように構成したことを
特徴とするものである。
の熱交換器は、作動媒体として非共沸の混合冷媒を用い
たヒ−トポンプ冷凍サイクルに用いられるものであっ
て、請求項１又は２に記載のクロス溝付き伝熱管を用い
るとともに、凝縮器として用いる時の冷媒入口パス数
を、冷媒出口パス数より多くなるように構成したことを
特徴とするものである。
【０００９】
【作用】上記のように構成しているので、内面クロス溝
付き伝熱管において、副溝を管軸に平行に設けること、
あるいは主溝と副溝との間に残された三次元的な突起に
バリを設けることにより、副溝内を流れる冷媒の流れを
誘導することができ、各三次元的な突起の先端から濃度
境界層が新たに形成され、その結果、混合冷媒に対して
高い熱伝達率を有する伝熱管を実現することができる。
付き伝熱管において、副溝を管軸に平行に設けること、
あるいは主溝と副溝との間に残された三次元的な突起に
バリを設けることにより、副溝内を流れる冷媒の流れを
誘導することができ、各三次元的な突起の先端から濃度
境界層が新たに形成され、その結果、混合冷媒に対して
高い熱伝達率を有する伝熱管を実現することができる。
【００１０】又、伝熱性能が低下する領域で、冷媒質量
速度を高めることができるので、平均して高い冷媒側熱
伝達率を有する混合冷媒用熱交換器を実現することがで
きる。
速度を高めることができるので、平均して高い冷媒側熱
伝達率を有する混合冷媒用熱交換器を実現することがで
きる。
【００１１】
【実施例】本発明の実施例を説明する前に、以下、従来
の例の問題となる現象について図１３から図２１により
説明する。図１３は、通常の空調用熱交換器に用いられ
ている内面らせん溝付き管の横断面図である。この溝付
き管内を混合冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１
２５、ＨＦＣ−１３４ａの３種類の混合冷媒）が流れ
て、凝縮する場合を考える。図１５は、管内を流れる冷
媒ガスの流れる方向を示している。管中心付近の冷媒ガ
スは、冷媒入口４ａおよび冷媒出口４ｂの方向に流れる
が、管壁近くの冷媒ガスは、主溝１ａおよび主溝の尾根
１ｂに導かれて、主溝１ａの方向６に流れる。混合冷媒
の場合には、比較的凝縮しやすい冷媒と比較的凝縮しに
くい冷媒が存在するので、比較的凝縮しやすい冷媒が先
に凝縮して液体になり、比較的凝縮しにくい冷媒はガス
のまま残って、濃度境界層を形成する。図１６に示すよ
うに濃度境界層５は、主溝１ａに沿って形成される。こ
の濃度境界層５は連続しているので、図１７に示すよう
に次第に厚くなり、比較的凝縮しやすい冷媒が管壁に拡
散するのを妨げる働きをする。その結果、凝縮熱伝達率
が低下する。
の例の問題となる現象について図１３から図２１により
説明する。図１３は、通常の空調用熱交換器に用いられ
ている内面らせん溝付き管の横断面図である。この溝付
き管内を混合冷媒（例えば、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１
２５、ＨＦＣ−１３４ａの３種類の混合冷媒）が流れ
て、凝縮する場合を考える。図１５は、管内を流れる冷
媒ガスの流れる方向を示している。管中心付近の冷媒ガ
スは、冷媒入口４ａおよび冷媒出口４ｂの方向に流れる
が、管壁近くの冷媒ガスは、主溝１ａおよび主溝の尾根
１ｂに導かれて、主溝１ａの方向６に流れる。混合冷媒
の場合には、比較的凝縮しやすい冷媒と比較的凝縮しに
くい冷媒が存在するので、比較的凝縮しやすい冷媒が先
に凝縮して液体になり、比較的凝縮しにくい冷媒はガス
のまま残って、濃度境界層を形成する。図１６に示すよ
うに濃度境界層５は、主溝１ａに沿って形成される。こ
の濃度境界層５は連続しているので、図１７に示すよう
に次第に厚くなり、比較的凝縮しやすい冷媒が管壁に拡
散するのを妨げる働きをする。その結果、凝縮熱伝達率
が低下する。
【００１２】混合冷媒の凝縮熱伝達率を改善するために
は、濃度境界層５を分断する必要がある。その一手段と
して、図１８に示すクロス溝付き管を用いることが、有
効である。図１８に示すようにクロス溝付き管は、主溝
１ａと、主溝１ａに交差する副溝２ａとが設けられてお
り、残った主溝１ａの尾根は分断されて、三次元的な突
起３を形成する。図１９は、図１８に示すクロス溝付き
管の縦断面図であり、矢印６は冷媒の流れ方向を示して
いる。すなわち、主溝１ａの尾根１ｂは、副溝２ａによ
って分断され、三次元的な突起３を形成するが、三次元
的な突起３の方向が、主溝１ａの方向に一致しているの
で、冷媒の流れは、ほとんど主溝１ａの方向６に向か
い、ごくわずかの冷媒が副溝２ａの方向である矢印７の
方向に向かう。
は、濃度境界層５を分断する必要がある。その一手段と
して、図１８に示すクロス溝付き管を用いることが、有
効である。図１８に示すようにクロス溝付き管は、主溝
１ａと、主溝１ａに交差する副溝２ａとが設けられてお
り、残った主溝１ａの尾根は分断されて、三次元的な突
起３を形成する。図１９は、図１８に示すクロス溝付き
管の縦断面図であり、矢印６は冷媒の流れ方向を示して
いる。すなわち、主溝１ａの尾根１ｂは、副溝２ａによ
って分断され、三次元的な突起３を形成するが、三次元
的な突起３の方向が、主溝１ａの方向に一致しているの
で、冷媒の流れは、ほとんど主溝１ａの方向６に向か
い、ごくわずかの冷媒が副溝２ａの方向である矢印７の
方向に向かう。
【００１３】図２０には、三次元的な突起３に沿って形
成される濃度境界層５を示す。濃度境界層は、シングル
溝の場合と同様に次第に厚くなり、分断された三次元的
な突起の効果が顕著には表れてこない。従って、クロス
溝付き管にしただけでは、混合冷媒の性能低下を十分に
改善することはできない。
成される濃度境界層５を示す。濃度境界層は、シングル
溝の場合と同様に次第に厚くなり、分断された三次元的
な突起の効果が顕著には表れてこない。従って、クロス
溝付き管にしただけでは、混合冷媒の性能低下を十分に
改善することはできない。
【００１４】三次元的な突起３の効果を発揮させる一つ
の方法は、図２１に示すように、三次元的な突起の距離
を離すことである。このように構成すれば、三次元的な
突起の先端から濃度境界層が新たに形成されるが、その
反面、伝熱面積が減少してしまうため、総合性能はあま
り向上しない。
の方法は、図２１に示すように、三次元的な突起の距離
を離すことである。このように構成すれば、三次元的な
突起の先端から濃度境界層が新たに形成されるが、その
反面、伝熱面積が減少してしまうため、総合性能はあま
り向上しない。
【００１５】以下、本発明の各実施例により、狭い副溝
２ｂでも副溝２ｂに沿って流れる冷媒の流れ７を誘導す
る伝熱管の構造について述べる。
２ｂでも副溝２ｂに沿って流れる冷媒の流れ７を誘導す
る伝熱管の構造について述べる。
【００１６】本発明の第１の実施例を図１及び図２によ
り説明する。図２は、本実施例のクロス溝付き伝熱管の
溝の間の濃度境界層を示す図である。図２から分かるよ
うに、副溝２ｂを管軸と平行に設けている。伝熱管の中
心付近を流れる冷媒は、冷媒入口４ａおよび冷媒出口４
ｂの方向に流れ、この方向は、管軸の方向と一致する。
このため冷媒は、管軸方向に流れようとする。副溝２ｂ
を管軸と平行に設けることにより、副溝内を流れる冷媒
は増し、図１１に示すように、各三次元的な突起３から
それぞれ新しい濃度境界層５が形成され、高い凝縮熱伝
達率を得ることができる。このとき、伝熱管の縦断面図
である図１に示されるように、管軸に沿って設けられた
副溝内を管壁近くの冷媒が流れる。
り説明する。図２は、本実施例のクロス溝付き伝熱管の
溝の間の濃度境界層を示す図である。図２から分かるよ
うに、副溝２ｂを管軸と平行に設けている。伝熱管の中
心付近を流れる冷媒は、冷媒入口４ａおよび冷媒出口４
ｂの方向に流れ、この方向は、管軸の方向と一致する。
このため冷媒は、管軸方向に流れようとする。副溝２ｂ
を管軸と平行に設けることにより、副溝内を流れる冷媒
は増し、図１１に示すように、各三次元的な突起３から
それぞれ新しい濃度境界層５が形成され、高い凝縮熱伝
達率を得ることができる。このとき、伝熱管の縦断面図
である図１に示されるように、管軸に沿って設けられた
副溝内を管壁近くの冷媒が流れる。
【００１７】本発明の第２の実施例を図３から図７によ
り説明する。図３は本実施例であるクロス溝付き伝熱管
の溝の間の濃度境界層を示す図である。
り説明する。図３は本実施例であるクロス溝付き伝熱管
の溝の間の濃度境界層を示す図である。
【００１８】本実施例では、図３に示すように、三次元
的な突起３に、冷媒の流れを誘導するバリ３ａ、３ｂを
設けている。主溝に沿う冷媒流れ６を副溝の方向７に曲
げるように、三次元的な突起３の先端部のバリ３ａと後
端部のバリ３ｂとは、逆の方向に設けられている。図５
は、伝熱管の縦断面図であり、主溝に沿う冷媒流れ６
が、副溝の方向７へ、三次元突起３に付けられたバリ３
ａ、３ｂによって曲げられる様子を示している。
的な突起３に、冷媒の流れを誘導するバリ３ａ、３ｂを
設けている。主溝に沿う冷媒流れ６を副溝の方向７に曲
げるように、三次元的な突起３の先端部のバリ３ａと後
端部のバリ３ｂとは、逆の方向に設けられている。図５
は、伝熱管の縦断面図であり、主溝に沿う冷媒流れ６
が、副溝の方向７へ、三次元突起３に付けられたバリ３
ａ、３ｂによって曲げられる様子を示している。
【００１９】ここで、主溝と副溝との関係について考察
する。主溝のねじれ角度β1を２０度とした時、主溝と
副溝の交差角度θ、あるいは副溝のねじれ角度β２を横
軸にとって、熱伝達率を表すと図６に示すｆのような曲
線となる。曲線ｆは、副溝のねじれ角度β２が０度のと
き、すなわち、副溝が管軸に平行の時に、極大値を持
つ。この極大値を持つ理由は、つぎのように説明でき
る。
する。主溝のねじれ角度β1を２０度とした時、主溝と
副溝の交差角度θ、あるいは副溝のねじれ角度β２を横
軸にとって、熱伝達率を表すと図６に示すｆのような曲
線となる。曲線ｆは、副溝のねじれ角度β２が０度のと
き、すなわち、副溝が管軸に平行の時に、極大値を持
つ。この極大値を持つ理由は、つぎのように説明でき
る。
【００２０】副溝への冷媒の流入量は曲線ｇで示される
ように、主溝と副溝の交差角度θが小さくなるほど増し
ていき、それとともに熱伝達率が向上する。しかし、副
溝のねじれ角度β２が小さくなり、ついには負になって
くると、図６に示すように、主溝と副溝とがほとんど交
差しなくなる。その結果、三次元的な突起の代表長さが
長くなり、熱伝達率は低下する。この傾向を図６に曲線
ｈで示す。曲線ｇと曲線ｈとが逆の傾向になっているの
で、両者の影響を合わせると、曲線ｆのようになり、極
大値を持つことになる。従って、副溝のねじれ角度β2
は、厳密には０度にする必要はなく、±５度程度の範囲
の間で、十分に高い性能を維持することができる。
ように、主溝と副溝の交差角度θが小さくなるほど増し
ていき、それとともに熱伝達率が向上する。しかし、副
溝のねじれ角度β２が小さくなり、ついには負になって
くると、図６に示すように、主溝と副溝とがほとんど交
差しなくなる。その結果、三次元的な突起の代表長さが
長くなり、熱伝達率は低下する。この傾向を図６に曲線
ｈで示す。曲線ｇと曲線ｈとが逆の傾向になっているの
で、両者の影響を合わせると、曲線ｆのようになり、極
大値を持つことになる。従って、副溝のねじれ角度β2
は、厳密には０度にする必要はなく、±５度程度の範囲
の間で、十分に高い性能を維持することができる。
【００２１】図４は、本実施例の結果の一例で、曲線ｂ
は従来のシングル溝付き管の実験結果、曲線ｃは本発明
のクロス溝付き管の結果である。質量速度が広い範囲に
わたって、熱伝達率が向上していることが明らかであ
る。
は従来のシングル溝付き管の実験結果、曲線ｃは本発明
のクロス溝付き管の結果である。質量速度が広い範囲に
わたって、熱伝達率が向上していることが明らかであ
る。
【００２２】以上、主に凝縮を例にとって述べてきた
が、本発明は蒸発の場合にも同様の効果を発揮する。す
なわち、本実施例によれば、混合液が副溝に吸い込まれ
るため、三次元的な突起から新たな濃度境界層が形成さ
れ、蒸発の場合にも高い熱伝達率を得ることができる。
が、本発明は蒸発の場合にも同様の効果を発揮する。す
なわち、本実施例によれば、混合液が副溝に吸い込まれ
るため、三次元的な突起から新たな濃度境界層が形成さ
れ、蒸発の場合にも高い熱伝達率を得ることができる。
【００２３】次に、この伝熱管を混合冷媒用熱交換器に
用いた場合の実施例について図８から図１２により説明
する。
用いた場合の実施例について図８から図１２により説明
する。
【００２４】図８は、クロスフィンチュ−ブ形熱交換器
とよばれるもので、多数の平行に置かれたフィン１２に
伝熱管１３が挿入されている。フィンの表面には、空気
側の熱伝達率を向上させるために、ル−バ１４が設けら
れることが多い。空気は、１１の方向から流入し、フィ
ン間を流れる。このような熱交換器に用いる伝熱管１３
として、上記の実施例で説明した伝熱管は好適である。
とよばれるもので、多数の平行に置かれたフィン１２に
伝熱管１３が挿入されている。フィンの表面には、空気
側の熱伝達率を向上させるために、ル−バ１４が設けら
れることが多い。空気は、１１の方向から流入し、フィ
ン間を流れる。このような熱交換器に用いる伝熱管１３
として、上記の実施例で説明した伝熱管は好適である。
【００２５】図９は、単一冷媒、ＨＣＦＣ−２２をシン
グル溝付き管に流したときの平均凝縮熱伝達率と、混合
冷媒を上記実施例で述べたクロス溝付き管に流したとき
の平均凝縮熱伝達率との比較した図である。図９から分
かるように、質量速度が３００ｋｇ／ｍ2ｓ付近の時
は、差がないが、質量速度が１００ｋｇ／ｍ2ｓになる
と、上記実施例のクロス溝付き管を使用しても、熱伝達
率が低下する。これを防ぐひとつの方法は、できるかぎ
り質量速度の大きな領域を使うことである。
グル溝付き管に流したときの平均凝縮熱伝達率と、混合
冷媒を上記実施例で述べたクロス溝付き管に流したとき
の平均凝縮熱伝達率との比較した図である。図９から分
かるように、質量速度が３００ｋｇ／ｍ2ｓ付近の時
は、差がないが、質量速度が１００ｋｇ／ｍ2ｓになる
と、上記実施例のクロス溝付き管を使用しても、熱伝達
率が低下する。これを防ぐひとつの方法は、できるかぎ
り質量速度の大きな領域を使うことである。
【００２６】図１０は、横軸に乾き度をとり、縦軸に局
所凝縮熱伝達率をとって質量速度の影響を示した図であ
る。乾き度ｘが小さくなる、すなわち液冷媒が多くなる
と、局所凝縮熱伝達率は低下する。しかし、乾き度が小
さい領域では、圧力損失も小さいので、冷媒流量を増や
すことができる。図１０には、乾き度が大きい領域で
は、質量速度１２０ｋｇ／ｍ2ｓで流し、乾き度が小さ
い領域では、質量速度２４０ｋｇ／ｍ2ｓで流す例が示
されている。このように、冷媒流路の途中で質量速度を
変化させることにより、高い平均熱伝達率を得ることが
できる。
所凝縮熱伝達率をとって質量速度の影響を示した図であ
る。乾き度ｘが小さくなる、すなわち液冷媒が多くなる
と、局所凝縮熱伝達率は低下する。しかし、乾き度が小
さい領域では、圧力損失も小さいので、冷媒流量を増や
すことができる。図１０には、乾き度が大きい領域で
は、質量速度１２０ｋｇ／ｍ2ｓで流し、乾き度が小さ
い領域では、質量速度２４０ｋｇ／ｍ2ｓで流す例が示
されている。このように、冷媒流路の途中で質量速度を
変化させることにより、高い平均熱伝達率を得ることが
できる。
【００２７】冷媒流路の途中で質量速度を変化させるに
は、冷媒パス数を変えれば良い。図１１にその一例を示
す。ガス冷媒は、冷媒入口１７ａと１７ｂの二つの入口
から流入し、リタ−ンベンド１５ａおよびヘアピンベン
ド１５ｂを経て合流パイプ１６に至る。ここで、合流し
た冷媒は、１パスとなった冷媒管の中を高い質量速度で
流れ、冷媒出口１８に至る。これを模式的に示すと図１
２に示すようになり、冷媒通路が２パスから１パスへと
変化している。
は、冷媒パス数を変えれば良い。図１１にその一例を示
す。ガス冷媒は、冷媒入口１７ａと１７ｂの二つの入口
から流入し、リタ−ンベンド１５ａおよびヘアピンベン
ド１５ｂを経て合流パイプ１６に至る。ここで、合流し
た冷媒は、１パスとなった冷媒管の中を高い質量速度で
流れ、冷媒出口１８に至る。これを模式的に示すと図１
２に示すようになり、冷媒通路が２パスから１パスへと
変化している。
【００２８】図１１に示すフィンには、分割スリット１
２ｃが設けられている。その目的は、混合冷媒では、凝
縮や蒸発の過程で温度が変化するので、フィンを介して
の熱伝導を阻止することである。
２ｃが設けられている。その目的は、混合冷媒では、凝
縮や蒸発の過程で温度が変化するので、フィンを介して
の熱伝導を阻止することである。
【００２９】また、上記実施例の伝熱管を、図８に示す
ようなクロスフィンチュ−ブ形熱交換器に組み立てる場
合、伝熱管とフィンを密着させる必要があるが、従来
は、伝熱管をマンドレルで機械拡管することが多かっ
た。しかし、上記実施例の伝熱管は複雑な形状をしてい
るので、機械拡管による変形のため、性能が大幅に低下
することが懸念される。そこで、上記実施例の伝熱管を
拡管するためには、液圧拡管を用いることが望ましい。
ようなクロスフィンチュ−ブ形熱交換器に組み立てる場
合、伝熱管とフィンを密着させる必要があるが、従来
は、伝熱管をマンドレルで機械拡管することが多かっ
た。しかし、上記実施例の伝熱管は複雑な形状をしてい
るので、機械拡管による変形のため、性能が大幅に低下
することが懸念される。そこで、上記実施例の伝熱管を
拡管するためには、液圧拡管を用いることが望ましい。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、混合冷媒用クロス溝付
き伝熱管内の、主溝に沿う冷媒流れを副溝の方向に曲げ
ることができ、その結果、高い熱伝達率を有する混合冷
媒用伝熱管を提供することができる。図４は、本発明の
結果の一例で、曲線ｂは従来のシングル溝付き管の実験
結果、曲線ｃは本発明のクロス溝付き管の結果である。
質量速度が広い範囲にわたって、熱伝達率が向上してい
ることが明らかである。
き伝熱管内の、主溝に沿う冷媒流れを副溝の方向に曲げ
ることができ、その結果、高い熱伝達率を有する混合冷
媒用伝熱管を提供することができる。図４は、本発明の
結果の一例で、曲線ｂは従来のシングル溝付き管の実験
結果、曲線ｃは本発明のクロス溝付き管の結果である。
質量速度が広い範囲にわたって、熱伝達率が向上してい
ることが明らかである。
【００３１】また、本発明によれば、熱交換器の途中で
冷媒パス数を変化させ、できるかぎり質量速度を高く維
持するので、高い伝熱性能を有する混合冷媒用熱交換器
を提供することができる。
冷媒パス数を変化させ、できるかぎり質量速度を高く維
持するので、高い伝熱性能を有する混合冷媒用熱交換器
を提供することができる。
【００３２】
【図１】本発明の一実施例を示す伝熱管の縦断面図であ
る。
る。
【図２】本実施例のクロス溝付き伝熱管の溝の間の濃度
境界層を示す図である。
境界層を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例であるクロス溝付き伝熱管
の溝の間の濃度境界層を示す図である。
の溝の間の濃度境界層を示す図である。
【図４】従来の伝熱管と本実施例のクロス溝付き伝熱管
との性能を比較した図である。
との性能を比較した図である。
【図５】本実施例の伝熱管の縦断面図である。
【図６】副溝のねじれ角度と熱伝達率の関係を示す図で
ある。
ある。
【図７】交差角度θとねじれ角度βの関係を示す図であ
る。
る。
【図８】クロスフィンチュ−ブ形熱交換器の斜視図であ
る。。
る。。
【図９】ＨＣＦＣ−２２を用いた従来溝付き管と混合冷
媒を用いた本実施例の伝熱管の性能比較を示した図であ
る。
媒を用いた本実施例の伝熱管の性能比較を示した図であ
る。
【図１０】本実施例の熱交換器の冷媒側の熱伝達率の変
化を示した図である。
化を示した図である。
【図１１】本実施例の熱交換器の冷媒パスの配列の一例
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図１２】本実施例の熱交換器の冷媒パス数の変化を示
す図である。
す図である。
【図１３】従来の伝熱管の横断面図である。
【図１４】従来の伝熱管に対する単一冷媒と混合冷媒の
性能比較図である。
性能比較図である。
【図１５】従来の伝熱管の溝付近の冷媒流れを示す斜視
図である。
図である。
【図１６】従来の伝熱管の縦断面図である。
【図１７】従来の伝熱管の溝の間の濃度境界層を示す図
である。
である。
【図１８】クロス溝付き伝熱管の溝付近の冷媒流れを示
す図である。
す図である。
【図１９】クロス溝付き伝熱管の縦断面図である。
【図２０】クロス溝付き伝熱管の溝の間の濃度境界層を
示す図である。
示す図である。
【図２１】間隔の広いクロス溝付き伝熱管の溝間の濃度
境界層を示す図である。
境界層を示す図である。
１ａ…主溝、１ｂ…主溝の尾根、２ａ…副溝、２ｂ…副
溝の尾根、３…三次元突起、３ａ…三次元突起の先端部
のバリ、３ｂ…三次元突起の後端部のバリ、４ａ…冷媒
入口、４ｂ…冷媒出口、５…濃度境界層、６…主溝に沿
う冷媒の流れ、７…副溝に沿う冷媒の流れ、１０…管
壁、１１…空気流、１２…フィン、１２ａ…上流側フィ
ン、１２ｂ…下流側フィン、１２ｃ…分割スリット、１
３…パイプ、１４…ル−バ、１５ａ…リタ−ンベンド、
１５ｂ…ヘアピンベンド、１６…合流パイプ、１７ａ…
冷媒入口、１７ｂ…冷媒入口、１８…冷媒出口、１９…
冷媒通路２パス部、２０…冷媒通路１パス部。
溝の尾根、３…三次元突起、３ａ…三次元突起の先端部
のバリ、３ｂ…三次元突起の後端部のバリ、４ａ…冷媒
入口、４ｂ…冷媒出口、５…濃度境界層、６…主溝に沿
う冷媒の流れ、７…副溝に沿う冷媒の流れ、１０…管
壁、１１…空気流、１２…フィン、１２ａ…上流側フィ
ン、１２ｂ…下流側フィン、１２ｃ…分割スリット、１
３…パイプ、１４…ル−バ、１５ａ…リタ−ンベンド、
１５ｂ…ヘアピンベンド、１６…合流パイプ、１７ａ…
冷媒入口、１７ｂ…冷媒入口、１８…冷媒出口、１９…
冷媒通路２パス部、２０…冷媒通路１パス部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 光夫 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 大谷 忠男 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社システムマテリアル研究所内
Claims (3)
- 【請求項１】混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝縮器あ
るいは蒸発器に使用される内面らせん溝付き伝熱管にお
いて、該伝熱管の内面に主溝を管軸に対して角度７〜２
５度に形成するとともに、副溝を管軸に対し平行に設け
たことを特徴とする混合冷媒用内面クロス溝付き伝熱
管。 - 【請求項２】混合冷媒を用いた冷凍サイクルの凝縮器あ
るいは蒸発器に使用される内面らせん溝付き伝熱管にお
いて、該伝熱管の内面に主溝を管軸に対して角度７〜２
５度に形成するとともに、副溝を主溝と交差するように
設け、該副溝に冷媒の流れが副溝方向に曲がるように、
主溝を加工するときに残された三次元的な突起に加工時
に凸状の変形部分を形成したことを特徴とする混合冷媒
用内面クロス溝付き伝熱管。 - 【請求項３】作動媒体として非共沸の混合冷媒を用いた
ヒ−トポンプ冷凍サイクルに用いられるものであって、
請求項１又は２に記載のクロス溝付き伝熱管を用いると
ともに、凝縮器として用いる時の冷媒入口パス数を、冷
媒出口パス数より多くなるように構成したことを特徴と
する混合冷媒用熱交換器。
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| CN95121709A CN1092327C (zh) | 1994-12-28 | 1995-12-28 | 混合制冷剂用传热管 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
| JP32664694A Expired - Fee Related JP3323682B2 (ja) | 1994-12-28 | 1994-12-28 | 混合冷媒用内面クロス溝付き伝熱管 |
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| CN102425972A (zh) * | 2011-12-16 | 2012-04-25 | 江苏萃隆精密铜管股份有限公司 | 一种热交换管 |
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| DE102016006914B4 (de) * | 2016-06-01 | 2019-01-24 | Wieland-Werke Ag | Wärmeübertragerrohr |
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| KR102482259B1 (ko) | 2017-10-27 | 2022-12-27 | 차이나 페트로리움 앤드 케미컬 코포레이션 | 향상된 열 전이 파이프, 및 이를 포함하는 열분해로 |
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| EP4390292A1 (en) | 2022-12-22 | 2024-06-26 | Wieland-Werke AG | Heat exchanger tube |
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| JPS61175485A (ja) * | 1985-01-30 | 1986-08-07 | Kobe Steel Ltd | 伝熱管及びその製造方法 |
| US4733698A (en) | 1985-09-13 | 1988-03-29 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Heat transfer pipe |
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1994
- 1994-12-28 JP JP32664694A patent/JP3323682B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1995
- 1995-12-26 TW TW084113887A patent/TW354367B/zh active
- 1995-12-27 KR KR1019950058348A patent/KR960024225A/ko not_active Ceased
- 1995-12-28 US US08/580,256 patent/US6412549B1/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-12-28 CN CN95121709A patent/CN1092327C/zh not_active Expired - Fee Related
-
2002
- 2002-02-06 US US10/066,673 patent/US20020070011A1/en not_active Abandoned
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