(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸に対して所定の傾斜角をもって連続する複数の螺旋状の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、管軸に対して上記傾斜溝とは異なる所定の傾斜角をもち上記傾斜溝を流れる冷媒の流れを堰き止めるべく上記傾斜溝と交差し、伝熱管の内周方向に帯状に突出した堰部材と、この堰部材に隣接して上記傾斜溝と連通する排液溝とを備えたことを特徴とする内面溝付伝熱管。
【請求項２】
排液溝の管軸に対する傾斜角は、傾斜溝の管軸に対する傾斜角よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の内面溝付伝熱管。
【請求項３】
排液溝の底面が傾斜溝の底面より深い位置にあることを特徴とする請求項１または２に記載の内面溝付伝熱管。
【請求項４】
堰部材の高さは、傾斜溝の高さと上記傾斜溝の底面を基準とした排液溝の底面までの深さとの和以上であることを特徴とする請求項３記載の内面溝付伝熱管。
【請求項５】
伝熱管の円周に対する排液溝の溝幅の割合は、５０％以下であることを特徴とする請求項３記載の内面溝付伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調装置や冷却装置の熱交換器等に用いられる内面溝付伝熱管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の内面溝付伝熱管は、空調装置や冷却装置の熱交換器において蒸発管または凝縮管として主に使用されるものであり、伝熱性能を向上させるために内面の溝形状に種々の工夫を凝らしたものが数多くみられる。
【０００３】
図９は例えば特開平１０−３３９５１９号公報に示された従来の内面溝付管を一部破断して内部を示す断面図である。また、図１０は管内周面の一部の構造を展開して示す斜視図である。図において、１は伝熱管、２は管軸、３は管軸に対して一定の傾斜角をもつ傾斜フィンである。４は傾斜フィン３間の傾斜溝であり、管軸２に対して傾斜フィン３と同じ傾斜角をもつ。５は傾斜フィン３（傾斜溝４）と交差する堰部材、７０は冷媒の液膜の流れを示す矢印である。ここで、堰部材５は、傾斜溝４内の液膜の流れを堰き止めるように形成されている。
なお、図９では分かりやすいように傾斜溝４にハッチングを施して示している。
【０００４】
次に動作について説明する。傾斜溝４内を流れる液膜は、矢印７０に示すように、堰部材５と衝突し、傾斜フィン３とこれと交差する堰部材５との間に溝がないため、傾斜フィン３または堰部材５を乗り超えて流れるか、管中央を流れる冷媒の蒸気中に飛散する。これにより、液膜が掻き乱されるため、凝縮熱伝達率が促進される。また、液膜の厚さが薄くなる効果により、凝縮熱伝達率が向上する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の内面溝付管では、液膜が堰部材５と衝突することにより、液膜７の乱れが増加するとともに管中央を流れる蒸気中へ飛散する液膜７の流量が増加する。さらに、液膜が傾斜フィン３または堰部材５を乗り越えて流れることにより、傾斜フィン３と堰部材５の高さがみかけ上増加し、蒸気流路断面積が小さくなる。このような結果、管内の圧力損失が大幅に増加するという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、管内の圧力損失が低く、しかも、凝縮熱伝達率が向上した内面溝付伝熱管を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面溝付伝熱管は、管軸に対して所定の傾斜角をもって連続する複数の螺旋状の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、管軸に対して上記傾斜溝とは異なる所定の傾斜角をもち上記傾斜溝を流れる冷媒の流れを堰き止めるべく上記傾斜溝と交差し、伝熱管の内周方向に帯状に突出した堰部材と、この堰部材に隣接して上記傾斜溝と連通する排液溝とを備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、図１は横断面図、図２は一部破断して内部を示す断面図、図３は管内周面の一部の構造を展開して示す斜視図である。
図において、１は伝熱管、２は伝熱管１の管軸、３ａ、３ｂ（以下、３で代表する場合もある。）は管軸２に対して所定の傾斜角をもつ傾斜フィンである。４ａ、４ｂ（以下、４で代表する場合もある。）は傾斜フィン３ａ、３ｂ間の螺旋状の傾斜溝であり、管軸２に対して傾斜フィン３ａ、３ｂと同じ傾斜角をもって連続して形成されている。５は堰部材であり、管軸２に対して傾斜フィン３（傾斜溝４）とは異なる所定の傾斜角をもち螺旋状傾斜溝４を流れる冷媒の流れを堰き止めるべく螺旋状の傾斜溝４と交差し、伝熱管１の内周方向に帯状に突出して形成されている。６ａ、６ｂ（以下、６で代表する場合もある。）は堰部材５に隣接して螺旋状の傾斜溝４ａ、４ｂと連通する排液溝、７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅは冷媒の液膜、７０ａ〜７０ｅは液膜の流れを示す矢印、９は冷媒の流れる方向を示す矢印である。
また、ｗ０は傾斜溝４の幅、ｗ１は排液溝６の幅、ｚは傾斜溝４の底面を基準とした排液溝６の底面までの深さ、ｈ０は傾斜フィン３の高さ、ｈ１は堰部材５の高さである。
なお、図２では分かりやすいように傾斜溝４ａ、４ｂおよび排液溝６ａ、６ｂにハッチングを施して示している。
【００１１】
上記のような内面溝付伝熱管は、例えば以下のようにして製造することができる。まず、例えば銅または銅合金よりなる帯状金属板を、上記傾斜フィン３、傾斜溝４、堰部材５および排液溝６に対応する凹凸を有する圧延ロールと、この圧延ロールに押し付けられる受けロールとの間に通し、帯状金属板に一面へ圧延ロールの凹凸を転写する。次いで、帯状金属板を、その凹凸転写面が内側になる状態で電縫装置にセットし、この電縫装置へ多段状に設置された各対の成形ロール群の間に通して幅方向に丸め、幅方向の突き合わされた端部相互を溶接して管状に成形する。さらに、管状成形品の溶接ビード部を削除し、これを所定の引き抜き装置で空引きすることによって所定の径に縮径すると共に成形する。
【００１２】
次に、動作について説明する。冷媒が矢印９で示す方向に流れた場合、上流側の傾斜溝４ａを流れる液膜７ａ（矢印７０ａで示す）は、堰部材５に衝突する前に、上流側の排液溝６ａに沿って流れる液膜７ｂ（矢印７０ｂで示す）と合流し、その後、液膜７ｂの多くが、排液溝６ａに沿って流れる。また、液膜７ｂの一部が堰部材５を越え（矢印７０ｃで示す）、下流側の排液溝６ｂに沿って流れる液膜７ｄ（矢印７０ｄで示す）と合流し、排液溝６ｂに沿って流れる。さらに、排液溝６ｂに沿って流れる液膜７ｄ（矢印７０ｄで示す）から液膜７ｅ（矢印７０ｅで示す）が分流し、液膜７ｅが上流側の傾斜溝４ｂを流れる。
【００１３】
これにより、傾斜溝４ａを流れる液膜７ａと堰部材５との衝突による乱れが緩和されるとともに、伝熱管１中央を流れる冷媒の蒸気中へ飛散する液膜流量が減少する。さらに、傾斜フィン３または堰部材５を越えて流れる液膜の流量が減少する。このような結果、圧力損失を大幅に低減することができる。
【００１４】
また、図１および図３に示すように、傾斜溝４ａ沿って流れる液膜７ａの多くが液膜７ｂとなって排液溝６ａに沿って流れ、傾斜溝４ｂ沿って流れる液膜７ｅの厚さが薄くなるため、凝縮熱伝達率を大幅に向上することができる。
【００１５】
なお、傾斜溝４の底面を基準とした排液溝６の底面までの深さｚが、ｚ＞０となるように、すなわち排液溝６の底面が傾斜溝４の底面より深い位置にあるように構成することにより、より多くの液膜流量を排液溝６に沿って流すことができる。その結果、傾斜溝４沿って流れる液膜７の厚さをより薄くすることができるため、凝縮熱伝達率をより向上することができる。
さらに、排液溝６の幅ｗ１が傾斜溝４の幅ｗ０より大きくなるように構成することによっても、より多くの液膜流量を排液溝６に沿って流すことができ、凝縮熱伝達率をより向上することができる。
【００１６】
また、堰部材５の高さｈ１は、傾斜フィン３の高さｈ０と傾斜溝４の底面を基準とした排液溝６の底面までの深さｚに対して、ｈ１≧ｈ０＋ｚとなるように形成されている。これにより、傾斜フィン３の先端位置よりも、堰部材５の先端位置を高くすることで、液膜７を堰き止める効果がさらに向上する。その結果、傾斜溝４に沿って流れる液膜７の厚さをより薄くすることができるため、凝縮熱伝達率をより向上することができる。
【００１７】
また、排液溝６（堰部材５）の管軸２に対する傾斜角は、傾斜溝４（傾斜フィン３）の管軸２に対する傾斜角よりも小さくなるように形成されている。これにより、液膜７が堰部材５から受ける抵抗を、傾斜フィン３から受ける抵抗よりも小さくすることができ、液膜７を排液溝６（堰部材５）に沿って流れやすくすることができる。
【００１８】
また、排液溝６は螺旋状に設けており、これによって、排液溝６に沿って液膜７を連続的に流し続けることができる。さらに、排液溝６を直線状に設けた場合には、凝縮性能の面から排液溝６が下側になるように伝熱管１を取り付ける必要があるが、螺旋状であるので伝熱管１の取り付けに際して上下を意識しなくてもよい。
【００１９】
図４は本実施の形態による内面溝付伝熱管の効果を説明するための図であり、外径が７．０ｍｍ、傾斜溝４の数が５０条、傾斜フィン３（台形）の高さが０．２４ｍｍ、傾斜溝４の底面の肉厚が０．５ｍｍ、傾斜フィン３のリード角すなわち管軸に対する傾斜角が１３度、傾斜フィン３の頂角（台形の平行でない２辺のなす角度）が３０度の内面螺旋溝付伝熱管に、高さｈ１がそれぞれ０．２４ｍｍ、０．３０ｍｍ０．４０ｍｍである堰部材５と排液溝６とを設け、排液溝６の溝幅ｗ１を変化させた場合について、数値解析を用いて平均凝縮熱伝達率を計算した結果を示す特性図である。図中の横軸は、半径Ｒの円周に対する排液溝の溝幅ｗ１の割合（排液溝割合）を示し、縦軸は、平均凝縮熱伝達率を示す。
【００２０】
図４より、排液溝６を設けなかった（排液溝割合が零である）場合に比べて、排液溝６を設けた場合に平均凝縮熱伝達率は増加していることが分かる。ただし、排液溝割合が６０％程度以上では排液溝割合が零である場合よりも平均凝縮熱伝達率は低下しており、これは、排液溝割合が大きすぎると傾斜溝４の割合が小さくなり、管中央を流れる蒸気と傾斜フィン３との接触面積が減少するためである。図４では、排液溝割合がおよそ２０％前後で、平均凝縮熱伝達率が最大値となり、明かに排液溝６の幅を適正値とすることで、平均凝縮熱伝達率が向上することがわかる。
【００２１】
なお、上記実施の形態では、液膜７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅが矢印７０ａ〜７０ｅの向きに流れる場合について説明したが、液膜７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅの流れる方向が逆であってもよく、この場合にも同様の効果が得られる。
【００２２】
実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、一部破断して内部を示す断面図である。図において、９ａは冷媒の流れる方向を示す矢印である。
本実施の形態では、堰部材５の上流側のみに排液溝６ａを設けており、凝縮時には冷媒を矢印９に示す方向に流し、蒸発時には冷媒を矢印９ａに示す方向に流す。このような構成とすることにより、排液溝６ａを流れる液膜流量を凝縮時のみ多くして凝縮熱伝達率を増加し、蒸発時には排液溝６ａを流れる液膜流量を小さくして蒸発熱伝達率の低下を防ぐことができる。
【００２３】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、一部破断して内部を示す断面図である。
上記各実施の形態では所定の傾斜角をもって連続する螺旋状の堰部材５と排液溝６ａ、６ｂと１本設けた場合について示したが、複数本設けてもよく、本実施の形態では、２本設けている。このような構成とすることにより、より多くの液膜流量を排液溝６ａ，６ｂに沿って流すことができるため、傾斜溝４に沿って流れる液膜７の厚さがより薄くなり、凝縮熱伝達率をより一層向上することができる。
【００２４】
実施の形態４．
図７は本発明の実施の形態４による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、一部破断して内部を示す断面図である。
上記各実施の形態では堰部材５と排液溝６ａ、６ｂとを挟んで隣接する傾斜溝４ａと４ｂとの管軸２に対する傾斜角が同一である場合について示したが、本実施の形態では、傾斜溝４ａと４ｂとの管軸２に対する傾斜角が異なっており、冷媒は矢印９に示す方向に流れる。また、傾斜溝４ａの管軸２に対する傾斜角は、傾斜溝４ｂの管軸２に対する傾斜角よりも大きい。このような構成とすることにより、傾斜溝４ａに沿って流れる液膜７の厚さが、傾斜溝４ｂに沿って流れる液膜７の厚さよりも薄くなるため、局所的に凝縮熱伝達率を向上することができる。
【００２５】
実施の形態５．
図８は本発明の実施の形態５による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、一部破断して内部を示す断面図である。
上記各実施の形態では堰部材５を所定の傾斜角をもって螺旋状に連続して設けた場合について示したが、本実施の形態では、堰部材５は断続的に設けており、冷媒は矢印９に示す方向に流れる。このような構成とすることにより、排液溝６ａに沿って流れる液膜７の一部が排液溝６ｂへ流出して排液溝６ｂに沿って流れるため、より多くの液膜流量を排液溝６ａ，６ｂに沿って流すことができ、傾斜溝４ａ，４ｂに沿って流れる液膜７の厚さがさらに薄くなるため、凝縮熱伝達率をより一層向上することができる。
【００２６】
なお、上記各実施の形態では、傾斜溝４（傾斜フィン３）と排液溝６（堰部材５）との管軸２に対する傾斜方向（螺旋の捩じれる方向）が同じである場合について示した。この場合には、傾斜溝４に沿って流れる液膜７が排液溝６に沿って流れる液膜７と合流するときの抵抗が、傾斜溝４と排液溝６との管軸２に対する傾斜方向が異なる場合に比べて小さくなるため、合流時の圧力損失がより減少する。また、排液溝６へ液膜７がスムースに流れ込むことにより、より多くの液膜流量が排液溝６に沿って流れ、傾斜溝４に沿って流れる液膜７の厚さがさらに薄くなるため、凝縮熱伝達率をより一層向上することができる。しかし、傾斜溝４と排液溝６との管軸２に対する傾斜方向が異なっていてもよいのはもちろんである。
【００２７】
また、上記各実施の形態では、排液溝６の底面が傾斜溝４の底面より深い位置にある場合について示したが、同じ深さにあってもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、管軸に対して所定の傾斜角をもって連続する複数の螺旋状の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、管軸に対して上記傾斜溝とは異なる所定の傾斜角をもち上記傾斜溝を流れる冷媒の流れを堰き止めるべく上記傾斜溝と交差し、伝熱管の内周方向に帯状に突出した堰部材と、この堰部材に隣接して上記傾斜溝と連通する排液溝とを備えたので、圧力損失が低下するとともに、管内の凝縮熱伝達率が向上した内面溝付伝熱管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図２】  本発明の実施の形態１による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図３】  本発明の実施の形態１による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図４】  本発明の実施の形態１による内面溝付伝熱管の効果を説明するための図である。
【図５】  本発明の実施の形態２による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図６】  本発明の実施の形態３による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図７】  本発明の実施の形態４による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図８】  本発明の実施の形態５による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図９】  従来の内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図１０】  従来の内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【符号の説明】
１  伝熱管、  ２  管軸、  ３、３ａ、３ｂ  傾斜フィン、  ４、４ａ、４ｂ傾斜溝、  ５  堰部材、６、６ａ、６ｂ  排液溝、７、７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅ  液膜、７０、７０ａ〜７０ｅ  液膜の流れを示す矢印、  ９、９ａ  冷媒の流れる方向を示す矢印。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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