JP4703337B2

JP4703337B2 - フィンチューブ

Info

Publication number: JP4703337B2
Application number: JP2005280064A
Authority: JP
Inventors: 正佳臼井
Original assignee: Usui Co Ltd
Current assignee: Usui Co Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007093047A

Description

本発明は、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、食品の鮮度を保って保存する冷凍冷蔵庫、化学設備の反応塔等に広く使用されるフィンチューブに係るものである。

従来より、上記の如く自動車の油冷却管等に用いられるフィンチューブとして、特許文献１に示す如く管部材の外周面に長尺な一定幅の板材を螺旋状に巻き付けて、フィン部材を形成しているものが知られているが、このようなフィン部材は表面が平滑であるため、更に放熱性を高めるためには、より広い表面積が必要となっていた。また、このように形成したフィン部材の表面に流れる流体が整流されるため、このフィン部材の表面に存在する境界層が厚くなり、放熱による熱交換機能を十分発揮することが困難であった。

そこで、特許文献２に示す如く、管材の表面に、複数個のピン状のフィン部材を一定間隔で配設した固定帯を螺旋状に巻き付けて、管材にピン状のフィン部材を突設したものが公知となっている。このピン状のフィン部材は、先端部を固定帯から突出させるとともに、基端部を管材の表面に接触させて配設されている。このように、管材の表面にピン状のフィン部材を配設することにより、表面積を広げるとともに、フィン部材の表面に流れる流体に乱流を生じさせて境界層を剥離し、放熱による熱交換機能を高めることを目的としている。
特開平０９−４２５７３号公報特開２００３−２１４７９２号公報

しかしながら、この特許文献２に示す如きフィン部材は、管材に巻き付ける固定帯や複数個のピン状のフィン部材を個別に形成しなければならず、また、このようなピン状のフィン部材を一本ずつ固定帯に配設しなければならないため、製造に手間がかかるとともに、製造コストが高くつくものであった。また、このようなピン状のフィン部材は、各ピン毎で管材表面への接触の度合いにバラつきが生じやすいものとなっていたため、各ピン毎の放熱性に差が生じ、熱伝達効率が安定しないものとなっていた。

本発明は上記の如き課題を解決しようとするものであって、製造が容易かつ製造コストが低廉で、放熱性を高めるのに十分な表面積を有するとともに多数の長いエッヂを形成し、放熱を安定して効率良く行うことができるフィン部材を配設したフィンチューブを得ようとするものである。

本願の第１発明は上述の如き課題を解決するため、一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材を、管部材の外周面に環状に配置して環状フィン部材とし、この環状フィン部材の内周端部を、上記管部材の外周面に環状に設けた凹溝内に配設して、環状フィン部材を管部材の軸方向に間隔を設けて複数箇所に配設するとともに、管状フィン部材の開口部の内径を凹溝の谷径よりも小径とし、環状フィン部材の内周端部を、環状フィン部材の付勢力に従って凹溝の方向に付勢された状態で凹溝内に配置したものである。

また本願の第２発明は、一本の線材を螺旋状に巻回して形成するとともに、巻回形状を二等片三角形とした螺旋部材を、管部材の外周面に環状に配置して環状フィン部材とし、この環状フィン部材の内周端部を管部材の外周面に周方向に密着させて、環状フィン部材を管部材の軸方向に間隔を設けて複数箇所に配設するとともに、環状フィン部材の開口部の内径を管部材の外径よりも小径とし、環状フィン部材の内周端部を、環状フィン部材の付勢力に従って管部材の外周面側に付勢された状態で管部材に配置したものである。

また、環状フィン部材は、巻回形状を扁平とした螺旋部材にて形成したものであっても良い。

また、環状フィン部材は、管部材の外周面に密着固定したものであっても良い。

また、環状フィン部材は、管部材の外周面にろう付け、溶接、または接着により固定したものであっても良い。

本願の第１及び第２発明は上述の如く構成したものであって、一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材を、管部材の外周面に環状に配置して環状フィン部材とすることにより、環状フィン部材の表面積を容易に広くすることができる。また、多数の長いエッヂが形成されるため、管外側の流体の流れに大きな乱れや渦を発生させて境界層を剥離されるものとなる。そのため、上記の広い表面積と多数の長いエッヂとにより放熱性を高めることが可能となる。また、環状フィン部材を構成する螺旋部材は線材にて連続して形成しているため、環状フィン部材を管部材に配置することにより、管部材からの熱が環状フィン部材全体に広く均一に伝達されるため、放熱を安定して効率良く行うことができる。また、管部材に環状フィン部材を容易に配設することができるため、上記の如く放熱性を高めることができる環状フィン部材を設けたフィンチューブの製造を容易なものとするとともに、製造コストを低廉なものとすることが可能となる。

本願の第１発明である実施例１を図１及び図２に於いて説明すると、(１)は環状フィン部材であって、図１及び図２に示す如く、管部材(２)の外周面に配設している。本実施例１を更に詳細に説明すると、本実施例１の環状フィン部材(１)は、図２に示す如く、一本の線材(３)を螺旋状に巻回して形成した扁平な螺旋部材の一端と他端とを繋ぎ合わせて環状に形成したものである。尚、上記螺旋部材の巻回形状は、図１に示す如く長円状とするとともに、ステンレス、アルミニウム、アルミニウム基合金、銅、銅基合金、好ましくは表面処理を施した鉄等の線材(３)にて形成されたものである。

また、環状フィン部材(１)を配設する管部材(２)の外周面には、図１に示す如く、断面Ｕ字形の環状の凹溝(５)を、管部材(２)の軸方向に所望の間隔を設けて複数箇所に凹設している。尚、環状フィン部材(１)の中央に形成された開口部(１１)の直径は、管部材(２)の外径、及び管部材(２)に形成した凹溝(５)の谷径よりも小径なものとしている。そして、環状フィン部材(１)の開口部(１１)を、この環状フィン部材(１)の付勢力に抗して拡開し、この開口部(１１)に管部材(２)を挿通して環状フィン部材(１)の内周端部(６)を管部材(２)の凹溝(５)内に配置する。

この時、開口部(１１)の内径を管部材(２)の凹溝(５)の谷径よりも小径としているため、環状フィン部材(１)の内周端部(６)は、環状フィン部材(１)の付勢力に従って凹溝(５)の方向に付勢された状態で凹溝(５)内に配置される。そのため、環状フィン部材(１)は、管部材(２)の管軸方向に移動しにくいものとなる。また、上記の如く、凹溝(５)の断
面形状をＵ字型としているため、環状フィン部材(１)の内周端部(６)が凹溝(５)の底部(４)に密着しやすいものとなる。そのため、上記の如く環状フィン部材(１)を管部材(２)に配置することにより、環状フィン部材(１)を、ろう付け等の作業を行うことなく管部材(２)に容易且つ安定して配設することが可能となり、製造容易で低廉な製品を得ることができる。

尚、本実施例１では上記の如く、先に螺旋部材の一端と他端とを環状に繋ぎ合わせて環状フィン部材(１)を形成し、この環状フィン部材(１)を管部材(２)に配設しているが、他の異なる実施例においては、管部材(２)に螺旋部材を環状に巻き回した後、この螺旋部材の一端と他端とを繋ぎ合わせることにより、環状フィン部材(１)を管部材(２)に配設することも可能である。しかしながら、本実施例の如く先に環状フィン部材(１)を形成して管部材(２)に配置した方が、作業上効率的である。

そして上記の如く環状フィン部材(１)を管部材(２)に配設することにより、管部材(２)の外周面に、管軸方向とは垂直な半径方向に長尺な長円状のピン状片(８)が環状に複数個配設されるものとなる。そのため、このピン状片(８)の存在によって環状フィン部材(１)の表面積が広くなる。また、多数の長いエッヂが形成されて、このエッヂ効果によって、管外側の流体の流れに大きな乱れや渦を発生させることにより伝熱面の境界層を剥離させることができる。従って、このような広い表面積とエッヂ効果によって放熱性を高めることが可能となる。また、上記の如く管部材(２)に凹溝(５)を形成することにより、管内に凹凸が生じることから、管部材(２)の管内側の流体に対して乱流化を生じさせることも可能となる。

また、環状フィン部材(１)の内周端部(６)と凹溝(５)の外周面とが周方向に接触するため、管部材(５)からの熱が全てのピン状片(８)に広く伝達されるものとなり、環状フィン部材(１)全体からの放熱を効率良く行うことが可能となる。尚、本実施例１及び以下の実施例２、３では、環状フィン部材(１)の内周端部(６)を、各ピン状片(８)毎に間隔を設けて配設しているが、他の異なる実施例では、この内周端部(６)を各ピン状片(８)毎に密着させることにより、管部材(２)に配設するピン状片(８)の数をより多くし、伝熱面積を更に増加させることも可能である。

また、前記実施例１では、環状フィン部材(１)を、ろう付け等の作業を行うことなく管部材(２)に配設しているが、本願の第1発明である実施例２では、図３(ａ)に示す如く、環状フィン部材(１)の内周端部(６)と管部材(２)の凹溝(５)との接触部をろう付けあるいは溶接にて接続固定している。このようにして環状フィン部材(１)と管部材(２)とを接続固定することにより、環状フィン部材(１)をより安定的に管部材(２)の凹溝(５)に配設することが可能となる。また、本実施例２では環状フィン部材(１)の内周端部(６)と管部材(２)の凹溝(５)との接触部をろう付けあるいは溶接にて接続固定しているが、他の異なる実施例においては、図３(ｂ)に示す如く、内周端部(６)と凹溝(５)との接触部を熱伝導性シリコーン等の伝熱性接着剤にて接着固定することも可能である。

また、上記実施例１及び２では螺旋部材の巻回形状を、図６(ａ)に示す如く長円状としているが、他の異なる実施例では、図６に示す如く、(ｃ)長方形、(ｄ)く字型、(ｅ)扁平な６角形等の如く任意の巻回形状としても良い。

また、上記実施例１及び２では、巻回形状を長円状とした螺旋部材にて環状フィン部材(１)を形成しているが、本願の第２発明である実施例３では、図４に示す如く、巻回形状を、底辺が他の二辺よりも短尺な二等辺三角形状とした螺旋部材により環状フィン部材(１)を形成している。また、上記実施例１、２では、管部材(２)に凹溝(５)を複数個形成しているが、本実施例３では、凹溝(５)を設けず、外径及び内径を一端から他端まで同一径とした管部材(２)を使用している。

そして、環状フィン部材(１)の開口部(１１)の直径を、管部材(２)の外径よりも若干小径に形成し、環状フィン部材(１)の開口部(１１)を付勢力に抗して拡開し、この環状フィン部材(１)の開口部(１１)内に管部材(２)を挿通して、管部材(２)に環状フィン部材(１)を配設している。ここで、本実施例３においても上記実施例１と同様に、環状フィン部材(１)の開口部(１１)の直径を管部材(２)の外径よりも小径に形成しているため、環状フィン部材(１)は、管部材(２)の外周面側に付勢された状態で管部材(２)に配設されるものとなる。

上記の如く環状フィン部材(１)を管部材(２)に配設することにより、管部材(２)の外周面に、管軸方向とは垂直方向に長尺な略三角形状のピン状片(８)が環状に複数箇所突設される。そのため、環状フィン部材(１)の表面積が広くなるとともに多数のエッヂが形成されるため、伝熱性を高めることが可能となる。また、環状フィン部材(１)の各内周端部(６)が、管部材(２)の外周面の周方向に密着するものとなるため、接触面積が広くなり管部材(２)の外周面に環状フィン部材(１)を安定して配置することができるとともに、管部材(２)からの熱が全てのピン状片(８)に広く伝達されるものとなり、環状フィン部材(１)全体からの放熱を効率良く行うことが可能となる。

また、本実施例３、及び前記実施例１、２では、図５(ａ)に示す如く線材(３)の断面形状を円形としているが、他の異なる実施例においては、図５に示す如く、(ｂ)楕円形、(ｃ)三角形、(ｄ)四角形、(ｅ)五角形、(ｆ)星形等の如く任意の形状としても良い。尚、前記実施例１、２、及び本実施例３では放熱の場合について説明したが、吸熱の場合は熱の流れが逆になる。

本願の第１発明である実施例１を示すフィンチューブの断面図。実施例１のフィンチューブの端面図。本願の第１発明である第２実施例及び他の異なる実施例を示すフィンチューブの部分断面図。本願の第２発明である実施例３を示すフィンチューブの断面図。実施例１〜３及び他の異なる実施例を示す線材の断面図。実施例１〜３及び他の異なる実施例の螺旋部材の巻回形状を示す概念図。

１環状フィン部材
２管部材
３線材
５凹溝
６内周端部

Claims

一本の線材を螺旋状に巻回して形成した螺旋部材を、管部材の外周面に環状に配置して環状フィン部材とし、この環状フィン部材の内周端部を、上記管部材の外周面に環状に設けた凹溝内に配設して、環状フィン部材を管部材の軸方向に間隔を設けて複数箇所に配設するとともに、管状フィン部材の開口部の内径を凹溝の谷径よりも小径とし、環状フィン部材の内周端部を、環状フィン部材の付勢力に従って凹溝の方向に付勢された状態で凹溝内に配置したことを特徴とするフィンチューブ。
一本の線材を螺旋状に巻回して形成するとともに、巻回形状を二等片三角形とした螺旋部材を、管部材の外周面に環状に配置して環状フィン部材とし、この環状フィン部材の内周端部を管部材の外周面に周方向に密着させて、環状フィン部材を管部材の軸方向に間隔を設けて複数箇所に配設するとともに、環状フィン部材の開口部の内径を管部材の外径よりも小径とし、環状フィン部材の内周端部を、環状フィン部材の付勢力に従って管部材の外周面側に付勢された状態で管部材に配置したことを特徴とするフィンチューブ。
環状フィン部材は、巻回形状を扁平とした螺旋部材にて形成したことを特徴とする請求項１、または２のフィンチューブ。
環状フィン部材は、管部材の外周面に密着固定したことを特徴とする請求項１、２、または３のフィンチューブ。
環状フィン部材は、管部材の外周面にろう付け、溶接、または接着により固定したことを特徴とする請求項１、２、または３のフィンチューブ。