JPH09257385A - 伝熱管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は空気調和機や冷凍機器、自動車機器
等の冷媒と空気等の流体間で熱の授受を行う熱交換器に
用いられる伝熱管に関するものである。 【解決手段】 管軸方向に対して螺旋状に連続する主溝
４と、主溝４相互を連結する複数の微細な補助溝５とを
伝熱管の内面に備えることにより、冷媒の乾き度の大小
にかかわらず、常に適量の液冷媒が補助溝を液膜の状態
で流れることになり、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率を
全領域にわたって高くすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気調和機や冷凍機
器、自動車機器等の冷媒と空気等の流体間で熱の授受を
行う熱交換器に用いられる伝熱管に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熱交換器は機器設計の面からコン
パクト化が要求されており、熱交換器の冷媒側流路を形
成する伝熱管についても内面に螺旋状の溝を設ける等の
工夫により高効率化が図られている。

【０００３】従来の内面に螺旋状の溝を設けた伝熱管と
しては、実公昭５５−１４９５６号公報や実公昭５５−
２６７０６号公報に示されたものが知られている。

【０００４】以下、図面を参照しながら上記従来の伝熱
管を説明する。図１０は従来の伝熱管の管軸と垂直方向
の断面図、図１１は同伝熱管の管軸方向の断面図であ
る。図１０と図１１において、１は伝熱管の内面に設け
られた微細な台形状の溝で、管軸方向に対して螺旋状に
連続して多数設けられている。

【０００５】以上のように構成された伝熱管について、
蒸発器として使用される場合を例に取り、以下その動作
を説明する。

【０００６】図１２は伝熱管を用いた蒸発器を示してい
る。図１２において、２は一定間隔で平行に並べられた
フィンである。３は従来の伝熱管で、フィン２に直角に
挿入されている。この蒸発器では、フィン２の間を流れ
る気流と伝熱管３の管内を水平方向に流れる冷媒との間
で熱交換が行なわれる。そして、気流は冷媒に熱を奪わ
れて冷却され、冷媒は気流から熱を得て蒸発し、液から
蒸気に相変化する。このとき、水平な伝熱管３の管内を
流れる液冷媒は、重力の影響で管底部を流れるようとす
るが、螺旋状の溝１に沿って流れるために重力に逆らっ
て管頂部へ引き上げられることとなり、伝熱管３と伝熱
に有効な液冷媒とが接する有効伝熱面積が増大すること
と、溝１に薄い液膜が形成されることにより、伝熱管３
と冷媒との熱伝達が促進されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この伝熱管において
は、伝熱管の全体にわたって同じ形状の溝が設けられて
いるため、蒸発器全体の中で理想的な薄い液膜が溝に形
成されている領域は狭い。例えば蒸発器の冷媒入口側す
なわち液冷媒が多い領域では、液膜は厚くなっており、
条件によっては液膜は形成されずに溝は液に埋もれてい
る。逆に蒸発器の冷媒出口側すなわち液冷媒が少ない領
域では、溝での冷媒の蒸発に液冷媒の供給が追いつかな
い状態になって溝が乾いてしまう傾向にある。従って、
冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が全領域で十分に高くは
ないという欠点があった。また、伝熱管の全体にわたっ
て連続した溝が設けられているため、溝に形成される液
膜は非常に整流された流れとなっており、このことによ
っても、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が全領域で十分
に高くはないという欠点があった。さらに，管軸方向に
対する溝の螺旋角度が伝熱管の全体にわたって一定に設
けられているため、圧力損失を抑えるために溝の螺旋角
度は大きくできず、従って、冷媒の流れの旋回力を強く
できないために溝に保持される液膜を伝熱管の周方向に
対して十分に均一に分布させることはできず、このこと
によっても、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が全領域で
十分に高くはないという欠点があった。

【０００８】本発明は従来の課題を解決するもので、冷
媒と伝熱管との間の熱伝達率をさらに高くした伝熱管を
提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明の伝熱管は、管軸方向に対して螺旋状に連続す
る主溝と、主溝相互を連結する複数の微細な補助溝とを
内面に備えたものである。この発明により、冷媒の乾き
度の大小にかかわらず冷媒と伝熱管との間の熱伝達率を
全領域で高くすることができる。

【００１０】また、本発明の伝熱管は、管軸方向に対し
て螺旋状に連続する主溝と、主溝相互を連結する複数の
微細な補助溝とを内面に備え、かつ補助溝を管軸に対し
て主溝の連続する方向と逆の方向に傾斜させたものであ
る。この発明により、冷媒の乾き度の大小にかかわらず
冷媒と伝熱管との間の熱伝達率を全領域で高くし、かつ
蛇行した流れにより冷媒液膜の乱れを促進して冷媒と伝
熱管との間の熱伝達率をさらに高くすることができる。

【００１１】また、本発明の伝熱管は、管軸方向に対し
て螺旋状に連続する主溝と、主溝相互を連結する複数の
微細な補助溝とを内面に備え、かつ補助溝を管軸に対し
て主溝の連続する方向と同じ方向に傾斜させたものであ
る。この発明により、冷媒の乾き度の大小にかかわらず
冷媒と伝熱管との間の熱伝達率を全領域で高くし、かつ
補助溝の角度を比較的小さくして圧力損失を抑えながら
冷媒の旋回流れを強く得ることにより、補助溝に形成さ
れる薄い液膜を周方向に均一に分布させて冷媒と伝熱管
との間の熱伝達率をさらに高くすることができる。

【００１２】さらに、本発明の伝熱管は、主溝の流路断
面積を補助溝の流路断面積よりも大きくするものであ
る。この発明により、主溝から補助溝への液冷媒の分配
量を最適化して、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率をさら
に高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、伝熱管内に管軸方向に対して螺旋状に連続する主溝
と、前記主溝相互を連結する複数の微細な補助溝とを備
えたものであり、冷媒の乾き度が小さく液冷媒が多い領
域では、冷媒の速度が小さいので補助溝で液膜を形成す
るのに障害となる余剰液冷媒は主溝を流れ、冷媒の乾き
度が大きく液冷媒が少ない領域では、冷媒の速度が大き
くなるので液冷媒のほとんどは補助溝を流れることにな
る。従って、冷媒の乾き度の大小にかかわらず、常に適
量の液冷媒が補助溝を液膜の状態で流れることになり、
冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が向上するとういう作用
を有する。

【００１４】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に記載の発明の補助溝を管軸に対して主溝の連続する
方向と逆の方向に傾斜させたものであり、請求項１の作
用に加えて、伝熱管内を流れる液冷媒は主溝から補助溝
への分岐と補助溝から主溝への合流とを繰り返して蛇行
しながら流れるので、補助溝に形成される液膜の乱れが
促進されることになり、このことによっても、冷媒と伝
熱管との間の熱伝達率が向上するとういう作用を有す
る。

【００１５】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
１に記載の発明の補助溝を管軸に対して主溝の連続する
方向と同じ方向に傾斜させたものであり、請求項１の作
用に加えて、主溝と補助溝が管軸に対して同じ方向に傾
斜しているために、補助溝の角度を比較的小さくして圧
力損失を抑えながら冷媒の旋回流れを強く得ることがで
き、補助溝に形成される薄い液膜を周方向に均一に分布
させることができることになり、このことによっても、
冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が向上するとういう作用
を有する。

【００１６】本発明の請求項４に記載の発明は、主溝の
流路断面積を補助溝の流路断面積よりも大きくしたもの
であり、補助溝は微細な溝のため、高い熱伝達率が得ら
れる薄い液膜が形成でき、主溝は比較的大きい溝のた
め、複数の補助溝に対して余剰な液冷媒を排水しかつ液
冷媒を十分に混合でき、冷媒と伝熱管との間の熱伝達率
がさらに向上するという作用を有する。

【００１７】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図９を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１の伝熱
管の管軸と垂直方向の断面図、図２は、同実施の形態の
伝熱管の管軸方向の断面図である。図１と図２におい
て、４は伝熱管の内面に設けられた主溝で、管軸方向に
対して螺旋状に連続して設けられている。５は主溝４相
互を連結する複数の微細な補助溝で、管軸方向に連結し
ている。また、補助溝５は、その幅が主溝４の幅よりも
小さく、流路断面積が主溝４よりも小さい構成になって
いる。

【００１８】以上のように構成された伝熱管について、
蒸発器として使用される場合を例に取り、以下その動作
を説明する。

【００１９】図３は実施の形態１の伝熱管を用いた蒸発
器を示している。図３において、２は一定間隔で平行に
並べられたフィンで、従来の構成と同じものである。６
は本実施の形態の伝熱管で、フィン２に直角に挿入され
ている。この蒸発器では、従来の構成と同様にフィン２
の間を流れる気流と伝熱管６の管内を水平方向に流れる
冷媒との間で熱交換が行なわれる。そして、気流は冷媒
に熱を奪われて冷却され、冷媒は気流から熱を得て蒸発
し、液から蒸気に相変化する。このとき、水平な伝熱管
６の管内を流れる液冷媒は、重力の影響で管底部を流れ
るようとするが、表面張力によって主溝４や補助溝５に
保持されるため、伝熱管６と伝熱に有効な液冷媒とが接
する有効伝熱面積が増大する。また冷媒の乾き度が小さ
く液冷媒が多い領域では、冷媒の速度が小さいので補助
溝５で液膜を形成するのに障害となる余剰液冷媒は主溝
４を流れ、冷媒の乾き度が大きく液冷媒が少ない領域で
は、冷媒の速度が大きくなるので液冷媒のほとんどは補
助溝５を液膜を形成しながら流れることになる。従っ
て、冷媒の乾き度の大小にかかわらず、常に適量の液冷
媒が補助溝５を流れることになり、冷媒と伝熱管６との
間の熱伝達率が向上する。

【００２０】（実施の形態２）図４は、本発明の実施の
形態２の伝熱管の管軸と垂直方向の断面図、図５は、同
実施の形態の伝熱管の管軸方向の断面図である。図４と
図５において、７は伝熱管の内面に設けられた主溝で、
管軸方向に対して螺旋状に連続して設けられている。８
は主溝７相互を連結する複数の微細な補助溝で、主溝７
の連続する方向と管軸に対して逆の傾斜方向に連結して
いる。また、補助溝８は、その幅が主溝７の幅よりも小
さく、流路断面積が主溝７よりも小さい構成になってい
る。

【００２１】以上のように構成された伝熱管について、
蒸発器として使用される場合を例に取り、以下その動作
を説明する。

【００２２】図６は実施の形態２の伝熱管を用いた蒸発
器を示している。図６において、２は一定間隔で平行に
並べられたフィンで、従来の構成と同じものである。９
は本実施の形態の伝熱管で、フィン２に直角に挿入され
ている。この蒸発器では、従来の構成と同様にフィン２
の間を流れる気流と伝熱管９の管内を水平方向に流れる
冷媒との間で熱交換が行なわれる。そして、気流は冷媒
に熱を奪われて冷却され、冷媒は気流から熱を得て蒸発
し、液から蒸気に相変化する。このとき、水平な伝熱管
９の管内を流れる液冷媒は、重力の影響で管底部を流れ
るようとするが、表面張力によって主溝７や補助溝８に
保持されるため、伝熱管９と伝熱に有効な液冷媒とが接
する有効伝熱面積が増大する。また冷媒の乾き度が小さ
く液冷媒が多い領域では、冷媒の速度が小さいので補助
溝８で液膜を形成するのに障害となる余剰液冷媒は主溝
７を流れ、冷媒の乾き度が大きく液冷媒が少ない領域で
は、冷媒の速度が大きくなるので液冷媒のほとんどは補
助溝８を液膜を形成しながら流れることになる。従っ
て、冷媒の乾き度の大小にかかわらず、常に適量の液冷
媒が補助溝８を流れることになり、冷媒と伝熱管９との
間の熱伝達率が向上する。また、伝熱管９内を流れる液
冷媒は主溝７から補助溝８への分岐と補助溝８から主溝
７への合流とを繰り返して蛇行しながら流れるので、補
助溝８に形成される液膜は乱れが促進されることにな
り、このことによっても、冷媒と伝熱管９との間の熱伝
達率が向上する。

【００２３】（実施の形態３）図７は、本発明の実施の
形態３の伝熱管の管軸と垂直方向の断面図、図８は、同
実施の形態の伝熱管の管軸方向の断面図である。図７と
図８において、１０は伝熱管の内面に設けられた主溝
で、管軸方向に対して螺旋状に連続して設けられてい
る。１１は主溝１０相互を連結する複数の微細な補助溝
で、主溝１０の連続する方向と管軸に対して同じ傾斜方
向に連結している。また、補助溝１１は、その幅が主溝
１０の幅よりも小さく、流路断面積が主溝１０よりも小
さい構成になっている。

【００２４】以上のように構成された伝熱管について、
蒸発器として使用される場合を例に取り、以下その動作
を説明する。

【００２５】図９は実施の形態３の伝熱管を用いた蒸発
器を示している。図９において、２は一定間隔で平行に
並べられたフィンで、従来の構成と同じものである。１
２は本実施の形態の伝熱管で、フィン２に直角に挿入さ
れている。この蒸発器では、従来の構成と同様にフィン
２の間を流れる気流と伝熱管１２の管内を水平方向に流
れる冷媒との間で熱交換が行なわれる。そして、気流は
冷媒に熱を奪われて冷却され、冷媒は気流から熱を得て
蒸発し、液から蒸気に相変化する。このとき、水平な伝
熱管１２の管内を流れる液冷媒は、重力の影響で管底部
を流れるようとするが、表面張力によって主溝１０や補
助溝１１に保持されるため、伝熱管１２と伝熱に有効な
液冷媒とが接する有効伝熱面積が増大する。また冷媒の
乾き度が小さく液冷媒が多い領域では、冷媒の速度が小
さいので補助溝１１で液膜を形成するのに障害となる余
剰液冷媒は主溝１０を流れ、冷媒の乾き度が大きく液冷
媒が少ない領域では、冷媒の速度が大きくなるので液冷
媒のほとんどは補助溝１１を液膜を形成しながら流れる
ことになる。従って、冷媒の乾き度の大小にかかわら
ず、常に適量の液冷媒が補助溝１１を流れることにな
り、冷媒と伝熱管１２との間の熱伝達率が向上する。ま
た、伝熱管１２内を流れる液冷媒は主溝１０から補助溝
１１への分岐と補助溝１１から主溝１０への合流とを繰
り返して流れるが、主溝１０と補助溝１１が管軸に対し
て同じ方向に傾斜しているために、補助溝１１の角度を
比較的小さくして圧力損失を抑えながら冷媒の旋回流れ
を強く得ることができ、補助溝１１に形成される薄い液
膜は周方向に均一に分布することになり、このことによ
っても、冷媒と伝熱管１２との間の熱伝達率が向上す
る。

【００２６】さらに、主溝１０の流路断面積が補助溝１
１の流路断面積よりも大きいため、補助溝１１で高い熱
伝達率が得られる薄い液膜を形成しながら、主溝１０で
は、複数の補助溝１１に対して余剰な液冷媒を排水しか
つ液冷媒を十分に混合でき、冷媒と伝熱管１２との間の
熱伝達率がさらに向上する。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、冷媒の乾
き度が小さく液冷媒が多い領域では、冷媒の速度が小さ
いので補助溝で液膜を形成するのに障害となる余剰液冷
媒は主溝を流れ、冷媒の乾き度が大きく液冷媒が少ない
領域では、冷媒の速度が大きくなるので液冷媒のほとん
どは補助溝を流れることになる。従って、冷媒の乾き度
の大小にかかわらず、常に適量の液冷媒が補助溝を液膜
の状態で流れることになり、冷媒と伝熱管との間の熱伝
達率が向上するという有利な効果が得られる。

【００２８】また，伝熱管内を流れる液冷媒は主溝から
補助溝への分岐と補助溝から主溝への合流とを繰り返し
て蛇行しながら流れるので、補助溝に形成される液膜の
乱れが促進されることになり、このことによって，さら
に冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が向上するという有利
な効果が得られる。

【００２９】さらに，主溝と補助溝が管軸に対して同じ
方向に傾斜しているために、補助溝の角度を比較的小さ
くして圧力損失を抑えながら冷媒の旋回流れを強く得る
ことができ、補助溝に形成される薄い液膜を周方向に均
一に分布させることができることになり、このことによ
って、さらに冷媒と伝熱管との間の熱伝達率が向上する
という有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による伝熱管の管軸と垂
直方向の断面図

【図２】同実施の形態による伝熱管の管軸方向の断面図

【図３】同実施の形態による伝熱管を用いた蒸発器の斜
視図

【図４】本発明の実施の形態２による伝熱管の管軸と垂
直方向の断面図

【図５】同実施の形態による伝熱管の管軸方向の断面図

【図６】同実施の形態による伝熱管を用いた蒸発器の斜
視図

【図７】本発明の実施の形態３による伝熱管の管軸と垂
直方向の断面図

【図８】同実施の形態による伝熱管の管軸方向の断面図

【図９】同実施の形態による伝熱管を用いた蒸発器の斜
視図

【図１０】従来の伝熱管の管軸と垂直方向の断面図

【図１１】従来の伝熱管の管軸方向の断面図

【図１２】従来の伝熱管を用いた蒸発器の斜視図

【符号の説明】 ４ 主溝 ５ 補助溝 ７ 主溝 ８ 補助溝 １０ 主溝 １１ 補助溝

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管軸方向に対して螺旋状に連続する主溝
   と、前記主溝相互を連結する複数の微細な補助溝とを内
   面に備えた伝熱管。
2. 【請求項２】 補助溝を管軸に対して主溝の連続する方
   向と逆の方向に傾斜させた請求項１記載の伝熱管。
3. 【請求項３】 補助溝を管軸に対して主溝の連続する方
   向と同じ方向に傾斜させた請求項１記載の伝熱管。
4. 【請求項４】 主溝の流路断面積を補助溝の流路断面積
   よりも大きくした請求項１記載の伝熱管。