(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つ複数の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、上記傾斜溝と交差してこれと連通し、かつその底面が上記傾斜溝の底面より深い位置にある排液溝を備え、上記排液溝を設けた部分の伝熱管の外面が突出していることを特徴とする内面溝付伝熱管。
【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】
例えば特開平１１−６３８７７号公報には、図１４に管本体内周面の構造を部分的な展開図で示すように、管本体１０１ａの内周面に、管軸方向に所定のピッチで先鋭な形状のＶ字形の溝（Ｖ字溝）１０３が連続する複数列の条溝群ａ，ｃを周方向に平行に配列して設けると共に、該複数列の条溝群ａ，ｃ相互の間でかつ冷媒が矢印の方向に流れる凝縮時には液膜が合流する位置に、条溝がないフラット面ｂ，ｄを形成したものが提案されている。フラット面ｂ，ｄは内面溝付伝熱管の管軸に対して平行に、Ｖ字溝１０３の底面と同じ高さで形成されており、これにより、凝縮時には、より多くの冷媒の液膜流量をフラット面ｂ，ｄに集約することができ、Ｖ字溝１０３を流れる液膜の厚さが薄くなるため、凝縮熱伝達効率を向上することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の内面溝付伝熱管では、Ｖ字溝１０３を流れる液膜の合流部に設けられたフラット面ｂ，ｄが、Ｖ字溝の底面と同じ高さであるため、フラット面ｂ，ｄに大量の液膜を流すことができず、フラット面ｂ，ｄ近傍のＶ字溝１０３内の液膜厚さが増加する。したがって、フラット面ｂ，ｄ近傍のＶ字溝１０３の凝縮熱伝達率が向上しないという問題があった。
【０００５】
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、凝縮熱伝達率がさらに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。
【０００６】
【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つ複数の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、上記傾斜溝と交差してこれと連通し、かつその底面が上記傾斜溝の底面より深い位置にある排液溝を備え、上記排液溝を設けた部分の伝熱管の外面が突出しているものである。
【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、３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。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。６は傾斜溝４と交差してこれと連通する排液溝、７は冷媒の液膜、７０は液膜７の流れを示す矢印である。
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、ｈは傾斜フィン３の高さである。
なお、図２では分かりやすいように傾斜溝４および排液溝６にハッチングを施して示している。
【００１１】
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されている。これにより、多くの液膜流量を排液溝６に沿って流すことができる。
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。
【００１２】
また、排液溝６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が排液溝６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に沿って流れやすくすることができる。
【００１３】
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、しかも、螺旋状であるので伝熱管の取り付けに際して上下を意識しなくてもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
次に、動作について説明する。傾斜溝４を流れる液膜７は、排液溝６に沿って流れる液膜７と合流し、その後、液膜７の多くが、排液溝６に沿って流れる。
【００１６】
これにより、排液溝６を挟んで下流側にある傾斜溝４の液膜７の厚さが顕著に薄くなるため、凝縮熱伝達率を大幅に向上することができる。
【００１７】
図４は、外径が７．５ｍｍ、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、深さＺがそれぞれ０ｍｍ（底面が傾斜溝４の底面と同じ深さ）、０．２０ｍｍ、０．２４ｍｍである排液溝６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。
【００１８】
図４より、排液溝６の底面が傾斜溝４の底面と同じ位置にある場合に比べて、傾斜溝４の底面より深い位置にある場合に平均凝縮熱伝達率が増加していることがわかる。ただし、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も、排液溝割合が６０％程度以上では排液溝割合が零である（排液溝６を設けなかった）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３０％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。
【００１９】
なお、図１では伝熱管の横断面内に排液溝６を１つ設けた場合について示したが、複数設けてもよく、２つ設けた場合を図５に示す。図５において上下の排液溝６で仕切られた左右の傾斜溝４の管軸２に対する傾斜角を互いに異なる角度とすることも可能である。
【００２０】
なお、上記実施の形態では、傾斜溝４（傾斜フィン３）と排液溝６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勿論である。
【００２１】
実施の形態２．
図６および図７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、図６は横断面図、図７は一部破断して内部を示す断面図である。図において、ｔ０は傾斜溝４が設けられている部分の伝熱管１の肉厚、ｔ１は排液溝６が設けられている部分の伝熱管１の肉厚である。
実施の形態１では排液溝６を管軸２に対して所定の傾斜角をもつ螺旋状に設けた場合について示したが、本実施の形態では管軸２と平行に直線状に設けている。これにより、伝熱管１を流れる冷媒の蒸気のせん断力を強く受けて液膜７の流速が増加するため、排液溝６を流れる液膜７の流量が増加し、凝縮熱伝達率がさらに向上する。また、排液溝６を設ける部分の伝熱管の肉厚を、傾斜溝４を設ける部分の伝熱管の肉厚に比べて大きくすることが容易に行えるようになる。そこで、実施の形態１では伝熱管１の肉厚を横断面内で等しくしたが、本実施の形態では、伝熱管１の内周および外周を互いに偏芯させ、排液溝６を設ける部分の伝熱管１の肉厚ｔ１が、傾斜溝４を設ける部分の伝熱管１の肉厚ｔ０よりも大きくなるように構成している。これにより、伝熱管１の全部の肉圧を厚くすることなく必要なところだけ厚くすることによって、余分な伝熱管材料の節減と軽量化を図りながら、伝熱管内の高い圧力にも耐えることができる。
【００２２】
なお、図７では傾斜溝４が螺旋状である場合について示したが、従来と同様にＶ字溝であってもよく、この場合にも、凝縮時に液膜が合流する位置に、底面が傾斜溝４の底面より深い位置にある排液溝６を設けることにより、管内の凝縮熱伝達率を向上することができ、さらに、余分な伝熱管材料の節減と軽量化を図りながら、耐圧性も得られる。
【００２３】
実施の形態３．
図８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、横断面図である。図において、６０は排液溝部材であり、この排液溝部材６０の内周側が排液溝６となっている。
実施の形態１では、傾斜フィン３、傾斜溝４および排液溝６に対応する凹凸が転写された帯状金属板を幅方向に丸め、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したが、本実施の形態では、傾斜フィン３および傾斜溝４に対応する凹凸が転写された帯状金属板を、排液溝６の幅だけ隙間を残して幅方向に途中まで丸め、幅方向の隙間を有して突き合わされた両端部の外周側に排液溝部材６０を配置し、帯状金属板の端部と排液溝部材６０とを溶接して管状に成形した。
【００２４】
上記のように構成されたものにおいては、伝熱管１の肉厚分だけ排液溝６の溝深さが深くなるため、排液溝６を流れる液膜７の流量が増加し、凝縮熱伝達率が向上する。また、排液溝６部の肉厚が確保できるため、伝熱管１内の高い圧力にも絶えることができる。さらに、伝熱管１に排液溝部材６０を溶接することで、伝熱管の外周部に凸部が形成される、すなわち排液溝６を設けた部分の伝熱管の外面が突出しているため、伝熱管１の外側から排液溝６を設けた部分を認識でき、伝熱管１を用いて熱交換器等を組立てる際に、排液溝６を円周方向に対して位置決めすることが可能となる。
【００２５】
実施の形態４．
図９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、横断面図である。本実施の形態は、排液溝６を設ける個所の伝熱管１の管壁を外周部へ突出させたものであり、このように構成されたものにおいても実施の形態３と同様の効果が得られる。
【００２６】
実施の形態５．
図１０および図１１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、図１０は横断面図、図１１は一部破断して内部を示す断面図である。本実施の形態は、図６および図７で示した実施の形態２において、直線状の排液溝６の中央部に、伝熱管１の内周方向に帯状に突出した直線状の堰部材を設けたものである。図において、３ａ、３ｂ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。６ａ、６ｂは傾斜溝４ａ、４ｂと交差してこれと連通し、かつその底面が傾斜溝４ａ、４ｂの底面より深い位置にある排液溝であり、本実施の形態では管軸２と平行に直線状に設けている。５は排液溝６ａ、６ｂに設けた堰部材であり、管軸２と平行に直線状に設けられ、螺旋状の傾斜溝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４ａ、４ｂ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。７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅは冷媒の液膜、９は冷媒の流れる方向を示す矢印である。
なお、図１１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。
【００２７】
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は、堰部材５によって堰き止められて上流側の排液溝６ａに沿って流れる液膜７ｂ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、排液溝６ａに沿って流れる液膜７ｂの一部は堰部材５を越え、下流側の排液溝６ｂに沿って流れる液膜７ｄ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から液膜７ｅが分流し、液膜７ｅが上流側の傾斜溝４ｂを流れる。
【００２８】
このように、堰部材５を設けたことによって、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、堰部材５を設けない場合に比べてより薄くなるため、凝縮熱伝達率を大幅に向上することができる。
【００２９】
なお、図１１では傾斜溝４が螺旋状である場合について示したが、図１２に一部を破断して内部を示すように、従来と同様のＶ字溝であってもよく、この場合にも、凝縮時に液膜が合流する位置に、底面が傾斜溝４の底面より深い位置にある排液溝６および堰部材５を設けることにより、管内の凝縮熱伝達率を大幅に向上することができる。
【００３０】
実施の形態６．
図１３は本発明の実施の形態６による内面溝付伝熱管を説明するための図であり、横断面図である。本実施の形態は、図８で示した実施の形態３において、排液溝部材６０を断面Ｌ字状とし、断面Ｌ字の一端部を伝熱管１の内周方向に帯状に突出した直線状の堰部材５としたものである。本実施の形態では、底面が傾斜溝４ａ、４ｂの底面より深い位置にある排液溝６ａは、上流側の傾斜溝４ａと連通するように堰部材５の上流側に設けられている。
【００３１】
このように構成されたものにおいても、上流側の傾斜溝４ａを流れる液膜７ａは、堰部材５によって堰き止められて上流側の排液溝６ａに沿って流れる液膜７ｂと合流し、その後、液膜７ｂの多くが、排液溝６ａに沿って流れるので、上記実施の形態５と同様に、管内の凝縮熱伝達率を大幅に向上することができる。
【００３２】
【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つ複数の傾斜溝を管内面に有する内面溝付伝熱管において、上記傾斜溝と交差してこれと連通し、かつその底面が上記傾斜溝の底面より深い位置にある排液溝を備え、上記排液溝を設けた部分の伝熱管の外面が突出しているので、伝熱管の外側から排液溝を設けた部分を認識でき、伝熱管を用いて熱交換器等を組立てる際に、排液溝を円周方向に対して位置決めすることが可能となる。
【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特性図である。
【図５】  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６】  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７】  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８】  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９】  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１０】  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１１】  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１２】  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１３】  本発明の実施の形態６による内面溝付伝熱管を説明するための図である。
【図１４】  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、６０  排液溝部材、７、７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅ  液膜、  ９  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】
0004214677.tif 000011
【図１１】
0004214677.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004214677.tif 000014
【図１４】
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