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技術 沸騰伝熱管

出願人 松下冷機株式会社
発明者 谷口光徳木戸長生
出願日 1993年6月1日 (26年1ヶ月経過) 出願番号 1993-130850
公開日 1994年12月13日 (24年7ヶ月経過) 公開番号 1994-341785
状態 未査定
技術分野 一般的な熱交換又は熱伝達装置の細部1
主要キーワード 濡れ縁 沸騰伝熱 管内流路 冷凍器 伝熱促進効果 管内周面 冷媒側流路 伝熱促進
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年12月13日)のものです。
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図面 (14)

目的

空気調和機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沸騰伝熱管において、管内流路を流れる冷媒と管内周面の間の熱伝達率を大幅に向上し、この沸騰伝熱管を用いた熱交換器の性能向上を図ることを目的とする。

構成

管軸方向と傾斜する方向に連続する微細な溝8と溝9を管内周面に多数備え、管上部の溝8の深さを管下部の溝9よりも大きくすることにより、管上部では溝8をあふれ液冷媒を少なくすることができ、溝8と冷媒の熱伝達率を大幅に向上させ、管底部では、溝9の深さが小さいため濡れ縁長さが小さくなり、圧力損失を低減させ、熱交換器全体としての冷媒側伝熱促進を図ることができる。

概要

背景

近年、熱交換器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、実公昭55−14956号公報や実公昭55−26706号公報のように、管内周面螺旋溝を設けるなどの工夫により高効率化が図られている。

以下、図面を参照しながら上記従来の沸騰伝熱管を説明する。図10は従来の沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図である。図10において1は沸騰伝熱管であり、2は沸騰伝熱管1の内側に形成された冷媒流路である。図11は図10の1a、1bを切り開いた展開図であり、図12は図11のA−A線断面図である。図10から図12において、3は沸騰伝熱管1の内面管軸方向mと傾斜する方向に連続する溝で、一定のピッチ、深さ、底幅で複数設けられている。

以上のように構成された沸騰伝熱管について、以下その動作を説明する。沸騰伝熱管1は一般に熱交換器の一部として用いられる。図13は沸騰伝熱管1を用いた熱交換器の一例を示している。4は熱交換器で一定間隔で平行に並べられたフィン5とフィン5に直角に挿入された沸騰伝熱管1とから構成されており、フィン5間を流れる気流と沸騰伝熱管1内の流路2を水平方向に流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

その際、沸騰伝熱管1内の流路2を流れる冷媒のうち伝熱に寄与する液冷媒が、重力に逆らって螺旋状の溝3に沿って沸騰伝熱管1の下部から上部へ引き上げられ、表面張力の作用で沸騰伝熱管1の内面の溝3に保持されて、液膜の平均厚さが薄くなることにより、沸騰伝熱管1と冷媒の間で熱伝達率の向上を得ていた。

概要

空気調和機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沸騰伝熱管において、管内流路を流れる冷媒と管内周面の間の熱伝達率を大幅に向上し、この沸騰伝熱管を用いた熱交換器の性能向上を図ることを目的とする。

管軸方向と傾斜する方向に連続する微細な溝8と溝9を管内周面に多数備え、管上部の溝8の深さを管下部の溝9よりも大きくすることにより、管上部では溝8をあふれる液冷媒を少なくすることができ、溝8と冷媒の熱伝達率を大幅に向上させ、管底部では、溝9の深さが小さいため濡れ縁長さが小さくなり、圧力損失を低減させ、熱交換器全体としての冷媒側伝熱促進を図ることができる。

目的

本発明は従来の課題を解決するもので、沸騰伝熱管上部や沸騰伝熱管下部のそれぞれに適した溝形状を設け、管内周面と冷媒との間の熱伝達率を大幅に向上させ、沸騰伝熱管を用いた熱交換器の性能向上を図ることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

管軸方向または管軸と傾斜する方向に連続する微細な溝を管内周面に多数備え、管上部の前記溝の深さを管下部の前記溝の深さよりも大きくした沸騰伝熱管。

請求項2

管軸方向または管軸と傾斜する方向に連続する微細な溝を管内周面に多数備え、管上部の前記溝のピッチを管下部の前記溝のピッチよりも小さくした沸騰伝熱管。

請求項3

管軸方向または管軸と傾斜する方向に連続する微細な溝を管内周面に多数備え、管上部の前記溝の底幅を管下部の前記溝の底幅よりも大きくした沸騰伝熱管。

技術分野

0001

本発明は、空気調和機冷凍器機などの冷媒と空気などの流体間で熱の授受を行う熱交換器に用いられる沸騰伝熱管に関するものである。

背景技術

0002

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、実公昭55−14956号公報や実公昭55−26706号公報のように、管内周面螺旋溝を設けるなどの工夫により高効率化が図られている。

0003

以下、図面を参照しながら上記従来の沸騰伝熱管を説明する。図10は従来の沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図である。図10において1は沸騰伝熱管であり、2は沸騰伝熱管1の内側に形成された冷媒流路である。図11図10の1a、1bを切り開いた展開図であり、図12図11のA−A線断面図である。図10から図12において、3は沸騰伝熱管1の内面管軸方向mと傾斜する方向に連続する溝で、一定のピッチ、深さ、底幅で複数設けられている。

0004

以上のように構成された沸騰伝熱管について、以下その動作を説明する。沸騰伝熱管1は一般に熱交換器の一部として用いられる。図13は沸騰伝熱管1を用いた熱交換器の一例を示している。4は熱交換器で一定間隔で平行に並べられたフィン5とフィン5に直角に挿入された沸騰伝熱管1とから構成されており、フィン5間を流れる気流と沸騰伝熱管1内の流路2を水平方向に流れる冷媒との間で熱交換が行われる。

0005

その際、沸騰伝熱管1内の流路2を流れる冷媒のうち伝熱に寄与する液冷媒が、重力に逆らって螺旋状の溝3に沿って沸騰伝熱管1の下部から上部へ引き上げられ、表面張力の作用で沸騰伝熱管1の内面の溝3に保持されて、液膜の平均厚さが薄くなることにより、沸騰伝熱管1と冷媒の間で熱伝達率の向上を得ていた。

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、沸騰伝熱管1上部では重力の影響のため、液冷媒が溝3に沿って流れ難く、また溝3に保持されにくい。従って、沸騰伝熱管1上部では液冷媒の保持量が大きく、また液冷媒の保持力も強く、液冷媒の平均膜厚薄膜化が促進される溝形状が最適である。逆に、沸騰伝熱管1下部では重力の影響で、液冷媒は溝3を満たして流れ易い。従って、沸騰伝熱管1下部では圧力損失が小さく、かつ溝3に沿って流れ易い溝形状が最適である。

0007

上記従来の構成は、沸騰伝熱管1のすべてに同じ溝形状が用いられているため、沸騰伝熱管1上部に適した溝形状を持つ沸騰伝熱管1では、沸騰伝熱管1下部における熱伝達率が小さくなり、逆に沸騰伝熱管1下部に適した溝形状を持つ沸騰伝熱管1では、沸騰伝熱管1上部における熱伝達率が小さいという課題を有していた。また、沸騰伝熱管1上部や沸騰伝熱管1下部のそれぞれに適した溝形状になっていないため、不要な圧力損失の増大をも生じていた。

0008

本発明は従来の課題を解決するもので、沸騰伝熱管上部や沸騰伝熱管下部のそれぞれに適した溝形状を設け、管内周面と冷媒との間の熱伝達率を大幅に向上させ、沸騰伝熱管を用いた熱交換器の性能向上を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

この目的を達成するため本発明の沸騰伝熱管は、管上部の溝の深さを管下部の溝の深さよりも大きくした構成を有している。

0010

また本発明は、管上部の溝のピッチを管下部の溝のピッチよりも小さくした構成を有している。

0011

さらに本発明は、管上部の溝の底幅を管下部の溝の底幅よりも大きくした構成を有している。

0012

本発明の沸騰伝熱管は、沸騰伝熱管の上部では溝の深さが大きいために液冷媒の保持量が大きくなり、重力の影響で液冷媒が溝に沿って流れにくい沸騰伝熱管の上部でも溝からあふれる液冷媒を少なくすることができ、溝の伝熱促進効果を高めることができる。また、沸騰伝熱管下部では液冷媒は溝を満たして流れており、溝の深さが小さいために濡れ縁長さが小さくなり、圧力損失を低減できる。

0013

また本発明は、沸騰伝熱管の上部では溝のピッチが小さいために表面張力により溝に保持される液冷媒の保持力が強くなり、重力の影響で液冷媒の保持力が弱い沸騰伝熱管の上部でも、液冷媒の溝からの飛散を少なくすることができ、溝の伝熱促進効果を高めることができる。また沸騰伝熱管の下部では、溝のピッチが大きいために溝に保持される液冷媒の表面張力による保持力は小さいが、重力の影響で液冷媒は溝を満たして流れており、むしろ溝のピッチが大きい方が、液冷媒を溝に沿って流すことができ、溝の伝熱促進効果を高めることができる。

0014

さらに本発明は、沸騰伝熱管の上部では溝の底幅が大きいために濡れ縁長さが大きくなり、液冷媒の平均膜厚の薄膜化が促進され溝の伝熱促進効果を高めることができる。また、沸騰伝熱管の下部では溝の底幅が小さいために濡れ縁長さは小さいが、重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、むしろ濡れ縁長さが小さいために圧力損失が低減できる。

0015

以下本発明による沸騰伝熱管の第1の実施例について、図面を参照しながら説明する。

0016

図1は、本発明の第1の実施例による沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図である。図1において、6は沸騰伝熱管であり、7は沸騰伝熱管6の内側に形成された冷媒流路である。図2図1の6a、6bを切り開いた展開図であり、図3図2のB−B線断面図である。

0017

図1から図3において8は沸騰伝熱管6の上部の内面に、9は沸騰伝熱管6の下部の内面に管軸方向nと傾斜する方向に連続する溝で、沸騰伝熱管6の上部の溝8の深さは、沸騰伝熱管6の下部の溝9の深さより大きい。

0018

以上のように構成された沸騰伝熱管について、以下その動作を説明する。沸騰伝熱管6は従来例と同様に熱交換器の一部として用いられる。沸騰伝熱管6内の流路7を流れる冷媒のうち伝熱に寄与する液冷媒が、従来と同様に、重力に逆らって沸騰伝熱管6の下部の溝9と上部の溝8にそって沸騰伝熱管6の下部から上部へ引き上げられ、表面張力の作用で沸騰伝熱管6の上部の溝8や下部の溝9に保持されて、液膜の平均厚さが薄くなることにより、沸騰伝熱管6と冷媒との熱伝達が促進されている。

0019

この際、沸騰伝熱管6の上部では、溝8の深さが大きいために溝8の液冷媒の保持量は大きくなっており、重力の影響で液冷媒が溝に沿って流れにくい沸騰伝熱管6の上部でも溝8からあふれる液冷媒を少なくすることができ、溝8の伝熱促進効果を高めることができる。また、沸騰伝熱管6の下部では、重力の影響で、液冷媒が溝を満たして流れており、溝9の深さが小さいために濡れ縁長さが小さくなり、圧力損失を低減できる。

0020

以上のように本実施例の沸騰伝熱管は、沸騰伝熱管6の上部の溝8の深さを下部の溝9の深さより大きくすることにより、重力の影響で液冷媒が溝に沿って流れにくい沸騰伝熱管6の上部では、溝8の液冷媒の保持量を大きくして、溝8からあふれる液冷媒を少なくすることができ、溝8の伝熱促進効果を高めることができる。また沸騰伝熱管6の下部では重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、溝の液冷媒の保持量を大きくする必要はなく、むしろ溝9の深さを小さくすることにより、圧力損失を低減することができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側伝熱促進を図ることができる。

0021

次に、本発明の沸騰伝熱管の第2の実施例について、図面を参照しながら説明する。

0022

図4は、本発明の第2の実施例による沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図である。図4において、10は沸騰伝熱管であり、11は沸騰伝熱管10の内側に形成された冷媒流路である。図5図4の10a、10bを切り開いた展開図であり、図6図5のC−C線断面図である。

0023

図4から図6において12は沸騰伝熱管10の上部の内面に、13は沸騰伝熱管10の下部の内面に管軸方向oに連続する溝で、沸騰伝熱管10の上部の溝12のピッチは、沸騰伝熱管10の下部の溝13のピッチより小さい。

0024

以上のように構成された沸騰伝熱管について、以下その動作を説明する。沸騰伝熱管10は従来例と同様に熱交換器の一部として用いられる。沸騰伝熱管10内の流路11を流れる冷媒のうち伝熱に寄与する液冷媒が、従来と同様に、重力に逆らって沸騰伝熱管10の下部の溝13と上部の溝12にそって沸騰伝熱管10の下部から上部へ引き上げられ、表面張力の作用で沸騰伝熱管10の上部の溝12や下部の溝13に保持されて、液膜の平均厚さが薄くなることにより、沸騰伝熱管10と冷媒との熱伝達が促進されている。

0025

この際、沸騰伝熱管10の上部では、溝12のピッチが小さいために表面張力により溝12に保持される液冷媒の保持力は強くなり、重力の影響で液冷媒の保持力が弱い沸騰伝熱管10の上部でも、液冷媒の溝12からの飛散を少なくすることができ、溝12の伝熱促進効果を高めることができる。また、沸騰伝熱管10の下部では、溝13のピッチが大きいため溝13に保持される液冷媒の表面張力による保持力は小さいが、重力の影響で、液冷媒は溝13を満たして流れており、むしろ溝のピッチが大きいほうが、液冷媒を溝に沿って流すことができ、溝13の伝熱促進効果を高めることができる。

0026

以上のように本実施例の沸騰伝熱管は、沸騰伝熱管10の上部の溝12のピッチを下部の溝13のピッチより小さくすることにより、重力の影響で液冷媒が溝から飛散し易い沸騰伝熱管10の上部では、溝12の液冷媒の保持力を強くして、溝12からの飛散を少なくすることができ、沸騰伝熱管10と冷媒との伝熱促進効果を高めることができる。また沸騰伝熱管10の下部では重力の影響で液冷媒は溝を満たして流れており、溝の保持力を強くする必要はなく、むしろ溝13のピッチを大きくすることにより、液冷媒を溝13に沿って流すことができ、沸騰伝熱管10と冷媒との伝熱促進効果を高めることができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側の伝熱促進を図ることができる。

0027

次に、本発明の沸騰伝熱管の第3の実施例について、図面を参照しながら説明する。

0028

図7は、本発明の第3の実施例による沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図である。図7において、14は沸騰伝熱管であり、15は沸騰伝熱管14の内側に形成された冷媒流路である。図8図7の14a、14bを切り開いた展開図であり、図9図8のD−D線断面図である。

0029

図7から図9において16は沸騰伝熱管14の上部の内面に、17は沸騰伝熱管14の下部の内面に管軸方向pと傾斜する方向に連続する溝で、沸騰伝熱管14の上部の溝16の底幅は、沸騰伝熱管14の下部の溝17の底幅より大きい。

0030

以上のように構成された沸騰伝熱管について、以下その動作を説明する。沸騰伝熱管14は従来例と同様に熱交換器の一部として用いられる。沸騰伝熱管14内の流路15を流れる冷媒のうち伝熱に寄与する液冷媒が、従来と同様に、重力に逆らって沸騰伝熱管14の下部の溝17と上部の溝16にそって沸騰伝熱管14の下部から上部へ引き上げられ、表面張力の作用で沸騰伝熱管14の上部の溝16や下部の溝17に保持されて、液膜の平均厚さが薄くなることにより、沸騰伝熱管14と冷媒との熱伝達が促進されている。

0031

この際、沸騰伝熱管14の上部では、溝16の底幅が大きいために濡れ縁長さが大きくなり、液冷媒の平均膜厚の薄膜化が促進され、沸騰伝熱管14の上部の溝16の伝熱促進効果を高めることができる。また、沸騰伝熱管14の下部では、重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、むしろ溝17の底幅が小さいために濡れ縁長さが小さくなり、圧力損失を低減できる。

0032

以上のように本実施例の沸騰伝熱管は、沸騰伝熱管14の上部の溝16の底幅を下部の溝17の底幅より大きくすることにより、濡れ縁長さが大きくなり、液冷媒の平均膜厚の薄膜化が促進され溝16の伝熱促進効果を高めることができ、また沸騰伝熱管14の下部では重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、液冷媒の平均膜厚の薄膜化を促進する必要はなく、むしろ溝17の底幅を小さくすることにより、圧力損失を低減することができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側の伝熱促進を図ることができる。

発明の効果

0033

以上説明したように本発明は、沸騰伝熱管の上部の溝の深さを下部の溝の深さより大きくすることにより、重力の影響で液冷媒が溝に沿って流れにくい沸騰伝熱管の上部では、溝の液冷媒の保持量を大きくして、溝からあふれる液冷媒を少なくすることができ、溝の伝熱促進効果を高めることができる。また沸騰伝熱管の下部では重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、溝の液冷媒の保持量を大きくする必要はなく、むしろ溝の深さを小さくすることにより、圧力損失を低減することができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側の伝熱促進を図ることができる。

0034

また、本発明は、沸騰伝熱管の上部の溝のピッチを下部の溝のピッチより小さくすることにより、重力の影響で液冷媒が溝から飛散し易い沸騰伝熱管の上部では、溝の液冷媒の保持力を強くして、溝からの飛散を少なくすることができ、また沸騰伝熱管の下部では重力の影響で液冷媒は溝を満たして流れており、溝の保持力を強くする必要はなく、むしろ溝のピッチを大きくすることにより、液冷媒を溝に沿って流すことができ、沸騰伝熱管と冷媒との伝熱促進効果を高めることができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側の伝熱促進を図ることができる。

0035

さらに、本発明は、沸騰伝熱管の上部の溝の底幅を下部の溝の底幅より大きくすることにより、濡れ縁長さが大きくなり、液冷媒の平均膜厚の薄膜化が促進され溝の伝熱促進効果を高めることができ、また沸騰伝熱管の下部では重力の影響で液冷媒が溝を満たして流れており、液冷媒の平均膜厚の薄膜化を促進する必要はなく、むしろ溝の底幅を小さくすることにより、圧力損失を低減することができる。これらの効果により、熱交換器全体としての冷媒側の伝熱促進を図ることができる。

図面の簡単な説明

0036

図1本発明による沸騰伝熱管の第1の実施例の冷媒の流れと垂直方向の断面図
図2図1の6aと6bを両端とする展開図
図3図2のB−B線断面図
図4本発明による沸騰伝熱管の第2の実施例の冷媒の流れと垂直方向の断面図
図5図4の10aと10bを両端とする展開図
図6図5のC−C線断面図
図7本発明による沸騰伝熱管の第3の実施例の冷媒の流れと垂直方向の断面図
図8図7の14aと14bを両端とする展開図
図9図8のD−D線断面図
図10従来の沸騰伝熱管の冷媒の流れと垂直方向の断面図
図11図10の1aと1bを両端とする展開図
図12図11のA−A線断面図
図13従来の沸騰伝熱管を用いた熱交換器を示す斜視図

--

0037

6沸騰伝熱管
8 溝
9 溝
10 沸騰伝熱管
12 溝
13 溝
14 沸騰伝熱管
16 溝
17 溝

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