(57)【要約】  【課題】    壁面近傍の流速を早めて伝熱促進を図るとともに周方向の熱伝達率の差異を少なくし、伝熱管の周方向における温度分布を均一化するとともに排気ガス中の煤等の固体成分が付着することを防止する熱交換器用伝熱管を提供することを課題とする。  【解決手段】    熱交換器用伝熱管は、伝熱管内周を等分割して内面側に突出する周上等分型の部分楕円状突起を、伝熱管軸方向へ等間隔に配設し、周方向に隣り合う部分楕円状突起を軸方向の間隔の半分に相当する間隔だけ互いに位置をずらすとともに中心軸に対する形状が周上等分位置に回転すると同一方向かつ同一角度になるように構成する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管内周を等分割して内面側に突出する周上等分型の部分楕円状突起を、伝熱管軸方向へ等間隔に配設し、周方向に隣り合う部分楕円状突起を軸方向の間隔の半分に相当する間隔だけ互いに位置をずらすとともに中心軸に対する形状が周上等分位置に回転すると同一方向かつ同一角度になるように形成したことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
【請求項２】
前記部分楕円状突起の周方向への分割数が２あるいは４であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用伝熱管。
【請求項３】
前記部分楕円状突起が軸心に対して角度が４５度乃至７５度に傾斜したことを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用伝熱管。
【請求項４】
前記部分楕円状突起の伝熱管内径Ｄに対する高さｅとピッチＰとをｅ＝0.05Ｄ〜0.2Ｄ、Ｐ＝10ｅ〜40ｅとしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱交換器用伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円管の内部に突出部を設けた熱交換器用伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伝熱管の内側にリブを突出させたものがある（特許文献１）。
この例では、リブが伝熱管の内面の全周に設けられ、流体の突起形成部における剥離と再付着による伝熱促進を図っている。
リブが伝熱管内面の同一周上の全周に設けられている場合には、管中心部に主流が存在して攪拌が充分ではなく、この主流部分では熱の拡散が周辺部よりも遅れてしまう。
この点を補うための突起形状として、傾斜リブを設けたものでは、この傾斜リブにより誘発される２次流れにより、チューブ内を２分する渦流れが生じ、主流を片側の壁面に押し付けることによって伝熱促進が図られている。
【０００３】
【特許文献１】特開2003−56995号公報
【０００４】
〔従来技術の問題点〕
しかしながら、このような全周に傾斜リブを形成した場合では、主流がリブの傾斜に従って片側に寄せられるため、傾斜リブ近傍の温度は流れ方向の上流側が高温度で下流側が低温度となり、伝熱管の周方向で熱伝達率に相異が生じ、多管式熱交換器等ではチューブ全周が伝熱面であり、管内に高温部と低温部とが生じて、期待したほど伝熱性能が向上しなかった。また、ＥＧＲクーラ等の高温ガス用熱交換器では、チューブ内の温度差が大きいと熱応力が発生し、耐久性への悪影響が起こる可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の技術における前記問題点に鑑み成されたものであり、これを解決するため具体的に設定した課題は、壁面近傍の流速を早めて伝熱促進を図るとともに周方向の熱伝達率の差異を少なくし、伝熱管の周方向における温度分布を均一化するとともに排気ガス中の煤等の固体成分が付着することを防止する熱交換器用伝熱管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題が効果的に解決される熱交換器用伝熱管を特定するために必要と認める事項の全てが網羅され具体的に構成された課題解決手段を以下に示す。すなわち、
本発明における熱交換器用伝熱管に係る第１の課題解決手段は、伝熱管内周を等分割して内面側に突出する周上等分型の部分楕円状突起を、伝熱管軸方向へ等間隔に配設し、周方向に隣り合う部分楕円状突起を軸方向の間隔の半分に相当する間隔だけ互いに位置をずらすとともに中心軸に対する形状が周上等分位置に回転すると同一方向かつ同一角度になるように形成したことを特徴とするものである。
【０００７】
同上熱交換器用伝熱管に係る第２の課題解決手段は、前記部分楕円状突起の周方向への分割数が２あるいは４であることを特徴とする。
同上熱交換器用伝熱管に係る第３の課題解決手段は、前記部分楕円状突起が軸心に対して角度が４５度乃至７５度に傾斜したことを特徴とする。
同上熱交換器用伝熱管に係る第４の課題解決手段は、前記部分楕円状突起の伝熱管内径Ｄに対する高さｅとピッチＰとをｅ＝0.05Ｄ〜0.2Ｄ、Ｐ＝10ｅ〜40ｅとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明における熱交換器用伝熱管では、第１の課題解決手段によって、管内の流れが部分楕円状突起の周上等分に突出した端部で横方向の流れが生じて周方向に等分割された流れが発生し、壁面近傍の流速を速めて伝熱促進を図るとともに周方向の熱伝達率の差異を少なくすることができて、伝熱管の周方向における温度分布を均一化でき、さらに壁面近傍の速い流速により排気ガス中の煤等の固体成分を管内から速やかに搬出して壁面への付着を防止することができる。
【０００９】
また、第２の課題解決手段によって、分割数を２あるいは４とすると、周上の隣り合う部分楕円状突起が管内の流れを周方向へ略均等に分散するように誘導するとともに軸方向の流れをすみやかに乱流にして温度分布を均一化し、伝熱管全体の熱交換を効果的に均一化することができる。
また、第３の課題解決手段によって、管内で熱交換に都合の良い渦流れが生じるとともに壁面近傍の流速を速くすることができ、主流が壁面側へ押し付けられるに必要な分力を発生させ、熱交換効率を向上することができる。
また、第４の課題解決手段によって、突起の内面側への突出の程度を適切にすることにより、周方向を分割数以上の多数個に分割した流れが発生して、管内の周方向における温度分布を効果的に均一化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の最良の実施形態を具体的に図示説明する。
なお、この実施形態は、発明の主旨をより良く理解させるため具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、特許請求の範囲の内容を限定するものではない。
【００１１】
〔構成〕
この実施形態における熱交換器用伝熱管は、図１に示すように、伝熱管１０の軸方向の同一直線上に等間隔に刻設されて管内面側に突出する多数個の半楕円状突起１１を管内周面の半周分突出し、その軸方向に隣り合う半楕円状突起１１が周方向等間隔に２等分された位置で周上反対側に刻設され、周上反対側に位置した各半楕円状突起１１,…,１１がそれぞれ半周分づつ交互に管内周面に突出する（図１（Ａ））。
【００１２】
このように形成された伝熱管１０を平面に展開した場合のビードパターンは、各半楕円状突起１１,…,１１が、周方向へ二等分された位置に各間隔の半分の間隔だけずれて二列並び、その各半楕円状突起１１,…,１１の端部が軸方向に並び、周方向の同一位置に、材料の厚みにより製造上生じる端部のわずかなオーバーラップ部が、流れ方向に対して突起部分のない部位が生じないような状態に形成される（図１（Ｂ））。
【００１３】
伝熱管１０に対する半楕円状突起１１の傾きは、軸心に対する角度αが４５度乃至７５度、望ましくは６０度とし、この角度で傾斜した平面上に描かれた楕円上に乗る半楕円になるように形成する。
伝熱管１０に形成される半楕円状突起１１は、伝熱管内径Ｄに対するビード高さｅと、このビード高さｅに対するピッチＰは、下記のように定め、互いに傾斜方向を中心軸に対して対称形或は逆向きとして、半ピッチ毎に半周分の流れ方向が変化するように形成する。
ｅ＝0.05Ｄ〜0.2Ｄ
Ｐ＝10ｅ〜40ｅ
ビード高さｅとピッチＰの具体的な値を例示すると、伝熱管内径11ｍｍ、ビード高さ１ｍｍ、ピッチ10ｍｍの場合、管内の周方向の温度差を好ましく小さくする。
【００１４】
〔作用効果〕
このような実施形態では、高温流体が半楕円状突起１１の形成箇所に達すると、半楕円状突起１１の端部から湾曲面に沿い半楕円状突起１１の中心側に流れていくものと、端部から半ピッチ分後流側で周方向に半周分回転した位置に形成された半楕円状突起１１の方へ流れていくものとに分かれ、それぞれの半楕円状突起１１の中心部側に集合する流れによって圧力が高くなり、伝熱管の壁面側から中心側に向かう流れが形成されて、半楕円状突起１１を乗り越えるように流れ、その流れが半楕円状突起１１の形成箇所で後流に生じる高圧力部から半楕円状突起１１が形成されていない低圧力部へ流れることにより、半楕円状突起１１の断面形状に沿って管壁側と管中心側との間を上昇と下降とを繰り返すとともに、半楕円状突起１１の表面に沿う流れと、端部から半ピッチ分下流側で周方向に半周分回転した方向に位置する半楕円状突起１１の方へ向かう流れとに分岐した流れにより、管内断面の４方向へ分割する渦が生じ、管内中心の高温流体が壁面に向かう流れによって壁近傍に移動するため熱交換を促進することができる。
【００１５】
また、管内の軸方向では、半楕円状突起１１を乗り越える流れと、半楕円状突起１１に
沿った流れとが形成されて、半楕円状突起１１直前の流れが圧力の高い低流速域となり、半楕円状突起１１を乗り越える時に流速が加速され圧力の低い高流速の流れとなる。更に半楕円状突起１１の下流側の半楕円状突起１１に沿った流れと合流し旋回する流れとなって、急速に圧力が回復する。この半楕円状突起下流側での旋回する流れによって、突起を乗り越える時に生じる剥離する流れや突起下流側での圧力の高い低速域がほとんど見られず、管内の圧力損失が低減するとともに乱流促進効果が高くなり、放熱性能の低下を最小限に抑え、管内圧力損失が低減しても伝熱促進効果を低下させずに済む。
また、管内流速が高くなるとともに乱流が発達するため、排気ガス中の固形成分が管壁
に付着しにくくなり、内壁面の当初の熱伝達率を維持できて、高い放熱性能を維持することができる。
このため、伝熱管１０としての放熱性能が向上し、熱交換器の熱伝達率を高くし、熱交
換性能を向上することができる。
【００１６】
〔別態様〕
この実施形態は、発明の主旨を理解し易くするため具体的に説明しているが、発明内容を限定するものではないから、特に説明されていない別の態様を制限するものではなく、適宜変更しても良い。
このような意味で発明の主旨に沿う別態様を以下に示す。
【００１７】
例えば、前記実施形態では周上の分割数を２としたが、４分割にしても良い。この場合には、図２に示すように、伝熱管２０の軸方向に等間隔に刻設されて管内面側に突出する多数個の１／４楕円状突起２１を管内周面の１／４周分突出し、その軸方向に隣り合う１／４楕円状突起２１が周方向等間隔に４等分された位置で周上１／４周分ずれた位置に刻設され、周上１／４周分ずれた側に位置した各１／４楕円状突起２１,…,２１がそれぞれ１／４周分づつ交互に管内周面に突出する（図２（Ａ））。
【００１８】
このように形成された伝熱管２０を平面に展開した場合のビードパターンは、各１／４楕円状突起２１,…,２１が、周方向へ４等分された位置に各間隔の４半分の間隔だけずれて４列並び、その各１／４楕円状突起２１,…,２１の端部が軸方向に並び、周方向の同一位置に、材料の厚みにより製造上生じる端部のわずかなオーバーラップ部が、流れ方向に対して突起部分のない部位が生じないような状態に形成される（図２（Ｂ））。
【００１９】
このように部分楕円状突起として１／４楕円状突起２１,…,２１が内面側に突出することになり、前記実施形態ほどではないが、周方向の温度分布が均一化され、熱交換性能が向上し、熱交換効率が高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における熱交換用伝熱管を示す説明図であり、（Ａ）は拡大側面図、（Ｂ）はビードパターンを示す伝熱管の展開図である。
【図２】本発明の実施形態における熱交換用伝熱管の別態様を示す説明図であり、（Ａ）は拡大側面図、（Ｂ）はビードパターンを示す伝熱管の展開図である。
【符号の説明】
【００２１】
１０,２０  伝熱管（熱交換器用伝熱管）
１１  半楕円状突起（部分楕円状突起）
２１  １／４楕円状突起
【図１】
2005233479.tif 000003
【図２】
2005233479.tif 000004