管内单相流用导热管制造技术

本发明专利技术的管内单相流用导热管由在管外表面呈螺旋状形成有槽的波纹管构成。在该管内单相流用导热管中，单相流流体在管内流动，在该单相流流体和管外的流体、物质或辐射热之间进行换热。在该管内单相流用导热管中，管外径(OD)为6～20mm，管内径(ID)为5～19mm，所述槽的管轴方向上的间距(Pc)为15～25mm。此外，在该管内单相流用导热管中，管材质为铜或铜合金制。此外，在将所述波纹槽的深度设为Dc时，Dc/ID为0.051～0.097。

【技术实现步骤摘要】
管内单相流用导热管
本专利技术涉及一种管内单相流导热管，其使管外的流体（自然制冷剂、氟利昂制冷 齐IJ、水等）的潜热或管外的物体（土壤热等的固体物质等）的潜热或者太阳能面板等的辐 射热、与在管内流动的单相流流体（水、盐水等）进行换热，特别是，涉及一种在管内的流体 处于低流速区域即低雷诺数Re区域（Re在3000以下）的情况下，不会增大紊流而使热传 递率提高并且使管内流体的压力损失减少、从而适合于低流速区域内的使用的管内单相流 用导热管。
技术介绍
管内单相流用导热管是在管外表面呈螺旋状地形成有一个槽而成的波纹管，由铜 或铜合金管构成。该管内单相流用导热管具有如下的具体用途，即，（a)在用于热泵热水器 (例如，二氧化碳热泵热水器：EcoCute)的水一制冷剂换热器中使用的导热管，（b)在用于 燃气热水器内的水一水的二重管式换热器中使用的导热管，（c)设置在太阳能热水器的太 阳能面板内的热水配管，（d)埋入地下来使用的土壤热一水换热器配管用导热管。 对在管内外的流体间进行换热的设备展开节能化的研究，进行为了实现换热器单 体的高性能化并且实现由热介质的搬运动力的减少带来的节能化的研究。作为减少热介质 的搬运动力的方法，通常为了将热介质的流体向换热器内输送而使用泵，然而作为降低搬 运动力的方案，采用通过使搬运流体的流量降低而使泵运转动力降低的方法。 另外，在换热器内中，具有使流体长时间维持高温的设备，作为其代表例而具有热 泵热水器。该热泵热水器从管道水的供水口直接向换热器内送入作为流体的水，在换热 器内使流体长时间维持高温，因此将管内的流体的速度设定得较低、而且该管道水的压力 低于由泵等产生的搬运力，其结果是，通过管内的流体的速度变慢、在管内的雷诺数Re为 3000以下的状态下使用的情况居多。在该低雷诺数区域，管内的流体成为层流区域，在层流 区域内的热传递率与紊流状态下的热传递率相比降低，因此不得不通过提高使用的导热管 自身的性能进行应对。 作为目前使用的代表性的导热管，存在平滑管、带有内表面槽的管（专利文献1)、 波纹管（专利文献2、3)。 在先技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2006 - 242553号公报 专利文献2 :日本特开2007 - 218486号公报 专利文献3 :W02008/029639号公报 其中，如文字所述的、平滑管在内表面及外表面不具有槽等，管表面为平滑面。这 样，若与流体接触的面是平滑的，则当流体在管内流动时，在管壁面形成速度分界层及温度 分界层，该分界层阻碍流体间的换热。 带有内表面槽的管在管内设置有多个螺旋状的突起，该突起促进紊流而抑制在管 壁面形成速度分界层及温度分界层。然而，通过在管内表面设置多个槽，会造成导热管的重 量增加，由此存在使用材料增加而成本增大这样的问题。 波纹管在管的内表面及外表面以螺旋状且小间距地形成有较深凹凸。例如，专利 文献2的波纹管的波纹间距为3至10mm，而专利文献3的波纹管的波纹间距为10mm。需要 说明的是，在专利文献3中除波纹槽之外还形成有突起，该突起在波纹槽内以15_的间距 形成，因此管内表面的突出部小于1〇_。 而且，在波纹管中，通过作为该波纹槽而形成的凹凸，即使在管内的流体在层流区 域内流动的情况下，也可以促进紊流而提高热传递率。这对管外的流体也同样。然而，通 过以螺旋状且小间距地形成较深的凹凸从而促进紊流，由此会造成管内流体的压力损失增 大。另外，由于搬运动力增加且在管内堆积有水锈等堆积物，因而在极端的情况下会造成将 管内堵塞这样的问题。
技术实现思路
【专利技术要解决的课题】 本专利技术是鉴于所述问题而完成的，其目的在于，提供一种在管内的流体的流速处 于低流速区域的情况下，不会促进紊流而使热传递率提高并且能够降低管内流体的压力损 失的管内单相流用导热管。 【用于解决课题的方案】 本专利技术的管内单相流用导热管由在管外表面呈螺旋状地形成有槽的波纹管构成， 单相流流体在管内流动，在该单相流流体和管外的流体之间进行换热，所述管内单相流用 导热管的特征在于， 管外径0D为6?20mm，管内径ID为5?19mm， 所述槽的管轴方向上的间距Pc为15?25mm。优选的是，该单相流用导热管为铜 或铜合金制。 优选的是，在该管内单相流用导热管中，在将所述波纹管的槽的深度设为Dc时， Dc/ID 为 0? 051 ?0? 097。 本专利技术的管内单相流用导热管特别适合于所述单相流流体的雷诺数Re为3000以 下的低雷诺数的情况。 【专利技术效果】 在本专利技术中，构成波纹管的槽的间距（波纹间距）为15?25mm，比以往的槽的间 距长。而且，因管外表面的所述槽而在管内表面形成突起，形成在该突起间的凹部的长度变 长。于是，在低雷诺数的区域内，流速慢且成为层流状态，而在该低流速的情况下增大槽的 间距时，在管内流动的单相流流体的主流（通过管中央部的流体）与在所述凹部内进行对 流的单相流流体的副流容易进行合流，从而导热性能提高。因此，即使在低雷诺数区域也能 够实现较高的导热性能。此外，由于是低雷诺数区域，因此管内流体的压力损失很小。 【附图说明】 图1是表示本专利技术的实施方式的波纹管的纵剖视图。 图2(a)、（b)是表示流速慢的情况下的流体的流动的示意图。 图3(a)、（b)是表示流速快的情况下的流体的流动的示意图。 图4是表示测定热传递系数及摩擦系数等的试验装置的图。 图5是表示波纹槽间距Pc对流体造成的影响的坐标图。 图6是表示Dc/ID对流体造成的影响的坐标图。 图7是表示雷诺数Re与压力损失之间的关系的坐标图。 图8是表示雷诺数Re与热传递系数之间的关系的坐标图。 附图标记说明 1 :导热管、2 :波纹槽、3 :突起、4 :凹部、15 :导热管 【具体实施方式】 以下，参照附图来具体说明本专利技术的实施方式。图1是表示本专利技术的实施方式的 由波纹管构成的管内单相流用导热管的纵剖视图。对于波纹管1，通过将前端尖锐的工具按 压在平滑管的外表面，在该状态下，例如使管旋转并且沿管轴方向移动等，利用工具将一个 螺旋的槽2形成在管外表面上，从而形成波纹槽2。通过在管外表面形成槽2,从而在管内 表面形成突起3,此外，在管内表面，在该突起3间形成有凹部4。需要说明的是，在图1中， 0D为管外径，ID为管内径，管壁厚由S来表示，波纹槽间距由Pc来表示，波纹槽的深度由 Dc来表示。另外，波纹管的材料由铜、铜合金、铝、铝合金、铁、不锈钢、钛等传导热的金属材 料构成，特别是，若是像铜或铜合金那样的热传导率良好的材料，则更为适合。 图2及图3是表示槽间距Pc与管内部的单相流流体的流动之间的关系的示意图。 图2表示流速慢的（雷诺数Re小）情况，图3表示流速快的（雷诺数Re大）情况。需要 说明的是，图2及图3是示意表示图1所示的波纹管的形状的图，实际上未形成这些图所示 的方形的槽。如图3所示，在流速快的情况下流体间的剪切力大，如图3(a)所示，在槽间距 Pc小的情况下，凹部4内的流体在凹部4内也充分地形成对流并扩散，从而与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种管内单相流用导热管，其由在管外表面呈螺旋状地形成有槽的波纹管构成，单相流流体在管内流动，在该单相流流体和管外的流体、物质或辐射热之间进行换热，其中，管外径为6～20mm，管内径为5～19mm，所述槽的管轴方向上的间距为15～25mm，其中，所述管外径为OD，所述管内径为ID，所述间距为Pc。

【技术特征摘要】
2013.08.29 JP 2013-1779861. 一种管内单相流用导热管，其由在管外表面呈螺旋状地形成有槽的波纹管构成， 单相流流体在管内流动，在该单相流流体和管外的流体、物质或辐射热之间进行换热， 其中， 管外径为6?20_，管内径为5?19mm, 所述槽的管轴方向上的间距为15?25mm, 其中，所述管外径为0D，所述管内径为ID，所述间距为Pc。2. 根据权利要求1所述的管内单相流用导热管，其中， 所述波纹管的材质由铜或铜合金构成。3. 根据权利要求1所述的管内单相流用导热管，其中， 在将所述波纹管...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥宏行，井上顺广，岩本秀树，
申请(专利权)人：株式会社科倍可菱材料，
类型：发明
国别省市：日本;JP