JPS63172894A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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- JPS63172894A JPS63172894A JP450287A JP450287A JPS63172894A JP S63172894 A JPS63172894 A JP S63172894A JP 450287 A JP450287 A JP 450287A JP 450287 A JP450287 A JP 450287A JP S63172894 A JPS63172894 A JP S63172894A
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- Japan
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- groove
- pipe
- heat transfer
- spiral
- heat exchanger
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- Granted
Links
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- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 26
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Classifications
-
- 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)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は空気調和機や冷凍機等に使用され、冷媒と空気
等の流体間で熱の授受を行う熱交換器に関するものであ
る。
等の流体間で熱の授受を行う熱交換器に関するものであ
る。
従来の技術
冷媒等の作動流体が伝熱管内を相変化しながら流動する
熱交換器としては、従来、第８図に示すようなフィン付
熱交換器が用いられている。これは、一定間隔で平行に
並べられたフィン１とフィン１に直角に挿通された伝熱
管２とからなり、伝熱管２内を流れる冷媒とフィン１間
を流れる空気との間で熱交換が行われる。図中矢印３は
冷媒の流動方向を示す。伝熱管２としては、第９図に示
すように、管内壁にらせん溝４が設けられており、らせ
ん溝４の管軸に対する溝ねじれ角β及びらせん溝５の溝
深さｈは一定に保たれた管内らせん溝付管が用いられて
いる。
熱交換器としては、従来、第８図に示すようなフィン付
熱交換器が用いられている。これは、一定間隔で平行に
並べられたフィン１とフィン１に直角に挿通された伝熱
管２とからなり、伝熱管２内を流れる冷媒とフィン１間
を流れる空気との間で熱交換が行われる。図中矢印３は
冷媒の流動方向を示す。伝熱管２としては、第９図に示
すように、管内壁にらせん溝４が設けられており、らせ
ん溝４の管軸に対する溝ねじれ角β及びらせん溝５の溝
深さｈは一定に保たれた管内らせん溝付管が用いられて
いる。
この管内らせん溝付管はらせん溝５を設けることによっ
て、蒸発熱伝達の場合は水平ならせん溝付管内の管底部
を流れている液冷媒が毛細現象によって溝内を引き上げ
られ、管内伝熱面に形成される冷媒液膜の平均厚さが薄
くなり、凝縮熱伝達の場合は凝縮液が表面張力の作用で
らせん溝４底部に集まり、管内伝熱面に形成される凝縮
液膜の平均厚さが薄くなり、蒸発時、凝縮時共、管内伝
熱性能が向上すると言われていた。
て、蒸発熱伝達の場合は水平ならせん溝付管内の管底部
を流れている液冷媒が毛細現象によって溝内を引き上げ
られ、管内伝熱面に形成される冷媒液膜の平均厚さが薄
くなり、凝縮熱伝達の場合は凝縮液が表面張力の作用で
らせん溝４底部に集まり、管内伝熱面に形成される凝縮
液膜の平均厚さが薄くなり、蒸発時、凝縮時共、管内伝
熱性能が向上すると言われていた。
発明が解決しようとする問題点
しかし、例えば、蒸発熱伝達の場合に管内伝熱面の全て
に薄い厚さの冷媒液膜が形成され、著しい伝熱促進効果
が得られるのは、冷媒の乾き度が大きい領域、すなわち
蒸発過程の後期だけである。
に薄い厚さの冷媒液膜が形成され、著しい伝熱促進効果
が得られるのは、冷媒の乾き度が大きい領域、すなわち
蒸発過程の後期だけである。
一方、蒸発過程の初期においては、冷媒の乾き度は小さ
く、管内の液冷媒の流量が多いために、液冷媒によって
らせん溝は埋もれてしまい、液冷媒はらせん溝の上を通
過してしまう。従って、上述した様な蒸発メカニズムに
よる著しい伝熱促進効果は望めない。このことは、凝縮
熱伝達の場合についても同様に考えられる。従って、管
内冷媒が低乾き度の場合に、管内熱伝達率が低いために
、熱交換器としての性能（熱通過率）が低いという問題
を有していた。
く、管内の液冷媒の流量が多いために、液冷媒によって
らせん溝は埋もれてしまい、液冷媒はらせん溝の上を通
過してしまう。従って、上述した様な蒸発メカニズムに
よる著しい伝熱促進効果は望めない。このことは、凝縮
熱伝達の場合についても同様に考えられる。従って、管
内冷媒が低乾き度の場合に、管内熱伝達率が低いために
、熱交換器としての性能（熱通過率）が低いという問題
を有していた。
そこで、本発明は管内らせん溝付管内のらせん溝を工夫
することによって、冷媒の低乾き度域から中乾き度域に
おける管内伝達率を向上させ、かつ、高乾き度域におけ
る圧力損失を低減することによって、高性能な熱交換器
を得ようとするものである。
することによって、冷媒の低乾き度域から中乾き度域に
おける管内伝達率を向上させ、かつ、高乾き度域におけ
る圧力損失を低減することによって、高性能な熱交換器
を得ようとするものである。
問題点を解決するための手段
上記問題点を解決する本発明の技術的手段は、熱交換器
を構成する伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ねじ
れ角及びらせん溝の溝深さがそれぞれ異なる少なくとも
２種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域
に比して、低乾き度域において溝ねじれ角及び溝深さを
それぞれより大きくするものである。
を構成する伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ねじ
れ角及びらせん溝の溝深さがそれぞれ異なる少なくとも
２種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域
に比して、低乾き度域において溝ねじれ角及び溝深さを
それぞれより大きくするものである。
作 用
この技術的手段による作用は次のようになる。
すなわち、上述したように、熱交換器を構成する、水平
に設置された伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ね
じれ角β及びらせん溝の溝深さｈが異なる少なくとも２
種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の低乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ 、溝深さをｈｌ とし、高乾
き度域における溝ねじれ角をβ２．溝深さをｈ２ とす
ると、β１〉β２及びｈｌ〉ｈ２なる関係があるため、
本発明による熱交換器を蒸発器として使用する場合には
、低乾き度域から中乾き度域（例えば、冷媒Ｒ−２２．
管径４鵡の場合、乾き度Ｉ≦０．７）、すなわち、管内
の液冷媒の流量が多い領域で、溝深さｈｌ が大きいた
めに液冷媒によって埋もれることが少なく、かつ、溝ね
じれ角β１が大きいために比較的流速の小さい液冷媒が
らせん溝に沿って流れやすくなる。例えば、流動状態は
波状流から環状流へ遷移しやすくなり、管内の全らせん
溝の山頂部分に均一な厚さの冷媒液膜が形成され伝熱性
能を大幅に向上させることができる。また、高乾き度域
（ｘ２０．７）、すなわち、液冷媒の流量が少ない領域
では、ある程度の溝深さく例えば管径４鰭では０．１〜
○＊２ａ）’ｒあればらせん溝内を液冷媒が毛細管現象
によって引き上げられるために低乾き度域はど溝深さｈ
２を大きくしなくても、流動状態は還伏流あるいは環状
噴霧流に遷移しやすくなり、管内の全溝面上に薄い厚さ
の冷媒液膜が形成され、高い熱伝達率が得られる。更に
、溝ねじれ角β２カ砥乾き度より小さいため圧力損失の
低減が図れる。これは、溝ねじれ角βが管内熱伝達率に
与える影響は小さいにも拘らず、圧力損失に与える影響
が大きいからである。すなわち、溝ねじれ角βが大きく
なるほど圧力損失は増加する。
に設置された伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝ね
じれ角β及びらせん溝の溝深さｈが異なる少なくとも２
種類のらせん溝を設け、かつ、管内流体の低乾き度域に
おける溝ねじれ角をβ 、溝深さをｈｌ とし、高乾
き度域における溝ねじれ角をβ２．溝深さをｈ２ とす
ると、β１〉β２及びｈｌ〉ｈ２なる関係があるため、
本発明による熱交換器を蒸発器として使用する場合には
、低乾き度域から中乾き度域（例えば、冷媒Ｒ−２２．
管径４鵡の場合、乾き度Ｉ≦０．７）、すなわち、管内
の液冷媒の流量が多い領域で、溝深さｈｌ が大きいた
めに液冷媒によって埋もれることが少なく、かつ、溝ね
じれ角β１が大きいために比較的流速の小さい液冷媒が
らせん溝に沿って流れやすくなる。例えば、流動状態は
波状流から環状流へ遷移しやすくなり、管内の全らせん
溝の山頂部分に均一な厚さの冷媒液膜が形成され伝熱性
能を大幅に向上させることができる。また、高乾き度域
（ｘ２０．７）、すなわち、液冷媒の流量が少ない領域
では、ある程度の溝深さく例えば管径４鰭では０．１〜
○＊２ａ）’ｒあればらせん溝内を液冷媒が毛細管現象
によって引き上げられるために低乾き度域はど溝深さｈ
２を大きくしなくても、流動状態は還伏流あるいは環状
噴霧流に遷移しやすくなり、管内の全溝面上に薄い厚さ
の冷媒液膜が形成され、高い熱伝達率が得られる。更に
、溝ねじれ角β２カ砥乾き度より小さいため圧力損失の
低減が図れる。これは、溝ねじれ角βが管内熱伝達率に
与える影響は小さいにも拘らず、圧力損失に与える影響
が大きいからである。すなわち、溝ねじれ角βが大きく
なるほど圧力損失は増加する。
また、本発明は凝縮熱伝達においても、蒸発熱伝達の場
合と同様の効果を発揮する。
合と同様の効果を発揮する。
以上より、冷媒低乾き度域から中乾き度域における管内
熱伝達率の向上、及び高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、すなわち、管内伝熱性能の向上が図れ、
従って、熱交換器の高性能化が可能になる。
熱伝達率の向上、及び高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、すなわち、管内伝熱性能の向上が図れ、
従って、熱交換器の高性能化が可能になる。
実施例
以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図に基づいて説
明する。
明する。
第１図は本発明の一実施例の熱交換器の一部欠截正面図
である。１０は一定間隔に並設したフィンであり、その
フィン１０を貫通して配列した伝熱管１１、各伝熱管１
１を互いに結合するＵ字形ベンド１２、及びエンドプレ
ート１３よす熱交換器が構成されている。伝熱管１１内
を矢印１４方向に冷媒が流動し、その冷媒と、フィン１
ｏ間を流れる空気との間で熱交換が行われる。そして、
各伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内壁には、それぞれ第
２図〜第７図に示すような管軸に対する垂直断面形状が
三角状のらせん溝１５ａ、１５ｂ、１５ｃが刻設されて
いる。すなわち、冷媒乾き度を低。
である。１０は一定間隔に並設したフィンであり、その
フィン１０を貫通して配列した伝熱管１１、各伝熱管１
１を互いに結合するＵ字形ベンド１２、及びエンドプレ
ート１３よす熱交換器が構成されている。伝熱管１１内
を矢印１４方向に冷媒が流動し、その冷媒と、フィン１
ｏ間を流れる空気との間で熱交換が行われる。そして、
各伝熱管１１ａ、１１ｂ、１１ｃ内壁には、それぞれ第
２図〜第７図に示すような管軸に対する垂直断面形状が
三角状のらせん溝１５ａ、１５ｂ、１５ｃが刻設されて
いる。すなわち、冷媒乾き度を低。
中、高と三つに分け、低乾き度域の伝熱管１１ａのらせ
ん溝１５ａの管軸に対する溝ねじれ角をβ１゜溝深さを
ｈｌ、同様に、中乾き度域の伝熱管１１ｂのらせん溝１
６ｂの溝ねじれ角をβ２．溝深さをｈ２゜高乾き度域の
伝熱管１１ｃのらせん溝１６Ｃの溝ねじれ角をβ 、溝
深さをｈ３とするとβ１〉β２〉β３．ｈｌ〉ｈ２＞ｈ
３なる関係がある。
ん溝１５ａの管軸に対する溝ねじれ角をβ１゜溝深さを
ｈｌ、同様に、中乾き度域の伝熱管１１ｂのらせん溝１
６ｂの溝ねじれ角をβ２．溝深さをｈ２゜高乾き度域の
伝熱管１１ｃのらせん溝１６Ｃの溝ねじれ角をβ 、溝
深さをｈ３とするとβ１〉β２〉β３．ｈｌ〉ｈ２＞ｈ
３なる関係がある。
次に、この一実施例の構成における作用を説明する。
本発明による一実施例の熱交換器を蒸発器として使用す
る場合、低乾き度域、すなわち、管内の液冷媒流量が多
い領域では、流動状態は層状流あるいはスラグ流である
ことが多いが溝ねじれ角β１及び溝深さｈｌがβ２．β
３及びｈ２．ｈ３よシ大きいために第３図に示すように
、水平管の下部には液冷媒１６ａがたまっているが、上
部へ液冷媒１８ａが表面張力によりらせん溝１５ａに沿
って流れやすくなって、上部では比較的薄い厚みの冷媒
液膜１７ａが形成される。従って、伝熱管１１ａの管内
上部における蒸発熱伝達率が向上する。次に、中乾き度
域、すなわち、流動状態が通常波状流から半環状流のよ
うな状態では、比較的液冷媒流量が少なく、らせん溝１
５ｂ内を液冷媒１６ｂが毛細管現象によって引き上げら
れるが、溝深さｈ２は伝熱管１１ｂ内下部において液冷
媒１６ｂがたまっても三角状山頂部１８が完全に埋まら
ない高さであるので（ｈ２〈ｈｌ）、管内上部はもちろ
ん、下部においても比較的均一な厚さの冷媒液膜１７ｂ
が形成され、伝熱管１１ｂ内において流動状態が環状流
に遷移しやすくなる。従って、伝熱管１１ｂ内における
蒸発熱伝達率が大幅に向上すると共に、溝ねじれ角β２
はβ２〈β、であるので、圧力損失の増大は抑えられる
。更に、高乾き度域においては、液冷媒流量もかなり少
なくなシ、気相によって液冷媒が加速されるため、伝熱
管１１Ｃ内のらせん溝１５ｃ上に形成される冷媒液膜１
７ｃはかなり薄くなり、従って、蒸発熱伝達率は最大と
なる。この場合、溝深さｈ３は冷媒液膜１７ｃの厚みが
薄くなることより、ｈ３〈ｈ２としており、溝ねじれ角
β３もβ３〈β２としている。これは、高乾き度域にお
いては、溝深さｈ３及び溝ねじれ角β３が蒸発熱伝達率
に与える影響は小さく、逆に、圧力損失への影響が大き
いため、すなわち、ｈ３及びβ３が大きい程、圧力損失
も大きくなることを考慮しているからである。
る場合、低乾き度域、すなわち、管内の液冷媒流量が多
い領域では、流動状態は層状流あるいはスラグ流である
ことが多いが溝ねじれ角β１及び溝深さｈｌがβ２．β
３及びｈ２．ｈ３よシ大きいために第３図に示すように
、水平管の下部には液冷媒１６ａがたまっているが、上
部へ液冷媒１８ａが表面張力によりらせん溝１５ａに沿
って流れやすくなって、上部では比較的薄い厚みの冷媒
液膜１７ａが形成される。従って、伝熱管１１ａの管内
上部における蒸発熱伝達率が向上する。次に、中乾き度
域、すなわち、流動状態が通常波状流から半環状流のよ
うな状態では、比較的液冷媒流量が少なく、らせん溝１
５ｂ内を液冷媒１６ｂが毛細管現象によって引き上げら
れるが、溝深さｈ２は伝熱管１１ｂ内下部において液冷
媒１６ｂがたまっても三角状山頂部１８が完全に埋まら
ない高さであるので（ｈ２〈ｈｌ）、管内上部はもちろ
ん、下部においても比較的均一な厚さの冷媒液膜１７ｂ
が形成され、伝熱管１１ｂ内において流動状態が環状流
に遷移しやすくなる。従って、伝熱管１１ｂ内における
蒸発熱伝達率が大幅に向上すると共に、溝ねじれ角β２
はβ２〈β、であるので、圧力損失の増大は抑えられる
。更に、高乾き度域においては、液冷媒流量もかなり少
なくなシ、気相によって液冷媒が加速されるため、伝熱
管１１Ｃ内のらせん溝１５ｃ上に形成される冷媒液膜１
７ｃはかなり薄くなり、従って、蒸発熱伝達率は最大と
なる。この場合、溝深さｈ３は冷媒液膜１７ｃの厚みが
薄くなることより、ｈ３〈ｈ２としており、溝ねじれ角
β３もβ３〈β２としている。これは、高乾き度域にお
いては、溝深さｈ３及び溝ねじれ角β３が蒸発熱伝達率
に与える影響は小さく、逆に、圧力損失への影響が大き
いため、すなわち、ｈ３及びβ３が大きい程、圧力損失
も大きくなることを考慮しているからである。
以上より、冷媒低乾き度域から中乾き度域における蒸発
熱伝達率の向上及び、高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、蒸発管としての伝熱性能が向上する。
熱伝達率の向上及び、高乾き度域における管内圧力損失
の低減が図れ、蒸発管としての伝熱性能が向上する。
また、本発明は、凝縮器として用いた場合においても蒸
発器の場合と同様の効果を発揮する。更に、上記実施例
では、管内らせん溝１ｓａ、１ｓｂ。
発器の場合と同様の効果を発揮する。更に、上記実施例
では、管内らせん溝１ｓａ、１ｓｂ。
１５ｃは断面が三角状溝であるが、断面形状が三角形以
外の多′角形であっても同様の効果が得られる。
外の多′角形であっても同様の効果が得られる。
発明の効果
以上のように本発明は、内部を相変化する流体が流動し
、管内壁にらせん溝の刻設されている伝熱管とから熱交
換器を構成し、伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝
ねじれ角及び溝深さがそれぞれ異なる少なくとも２種類
のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域に比し
て、低乾き度域において、溝ねじれ角及び溝深さをそれ
ぞれより大きくしているために、冷媒代乾き度域から中
乾き度域における管内熱伝達率の大幅な向上、及び、高
乾き度域における管内圧力損失の低減が図れ、熱交換器
としての伝熱性能が向上する。
、管内壁にらせん溝の刻設されている伝熱管とから熱交
換器を構成し、伝熱管内に、らせん溝の管軸に対する溝
ねじれ角及び溝深さがそれぞれ異なる少なくとも２種類
のらせん溝を設け、かつ、管内流体の高乾き度域に比し
て、低乾き度域において、溝ねじれ角及び溝深さをそれ
ぞれより大きくしているために、冷媒代乾き度域から中
乾き度域における管内熱伝達率の大幅な向上、及び、高
乾き度域における管内圧力損失の低減が図れ、熱交換器
としての伝熱性能が向上する。
第１図は本発明の一実施例による熱交換器の一部欠截正
面図、第２図は第１図中の伝熱管１１ａの一部欠截正面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面図、第４図
は第１図中の伝熱管１１ｂの一部欠截正面図、第５図は
第４図のＢ−Ｂ線における断面図、第６図は第１図中の
伝熱管１１ｃの一部欠截正面図、第７図は第６図のＣ−
Ｃ線における断面図、第８図は従来の熱交換器の斜視図
、第９図は第８図中の伝熱管の一部欠截正面図である。 １１ 、１１ ａ 、 １ ｌ ｂ 、 １１ ｃ−−
伝熱管、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・・−らせん溝、
β１．β２゜β３・・・・・・溝ねじれ角、ｈｌ、ｈ２
．ｈ３・・・・・・溝深さ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名Ｉｌ
ｌん’１．Ｉ７ｂ、ｌ７Ｄ−’ｉデぐ差へ乍紫１５１１
、Ｉ５ｂ、７５／、−−らセンし１転第１図
面図、第２図は第１図中の伝熱管１１ａの一部欠截正面
図、第３図は第２図のＡ−Ａ線における断面図、第４図
は第１図中の伝熱管１１ｂの一部欠截正面図、第５図は
第４図のＢ−Ｂ線における断面図、第６図は第１図中の
伝熱管１１ｃの一部欠截正面図、第７図は第６図のＣ−
Ｃ線における断面図、第８図は従来の熱交換器の斜視図
、第９図は第８図中の伝熱管の一部欠截正面図である。 １１ 、１１ ａ 、 １ ｌ ｂ 、 １１ ｃ−−
伝熱管、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ・・・・−らせん溝、
β１．β２゜β３・・・・・・溝ねじれ角、ｈｌ、ｈ２
．ｈ３・・・・・・溝深さ。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名Ｉｌ
ｌん’１．Ｉ７ｂ、ｌ７Ｄ−’ｉデぐ差へ乍紫１５１１
、Ｉ５ｂ、７５／、−−らセンし１転第１図
Claims (1)
- 内部を相変化する流体が流動し、管内壁にらせん溝の
刻設されている伝熱管から構成され、前記伝熱管内にら
せん溝の管軸に対する溝ねじれ角と、らせん溝の溝深さ
がそれぞれ異なる少なくとも２種類のらせん溝を設け、
かつ、管内流体の高乾き度域に比して低乾き度域にて、
溝ねじれ角と溝深さをそれぞれより大きくした熱交換器
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004502A JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62004502A JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63172894A true JPS63172894A (ja) | 1988-07-16 |
| JPH07109354B2 JPH07109354B2 (ja) | 1995-11-22 |
Family
ID=11585832
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62004502A Expired - Lifetime JPH07109354B2 (ja) | 1987-01-12 | 1987-01-12 | 熱交換器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07109354B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1987
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07109354B2 (ja) | 1995-11-22 |
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