JP2000310496A

JP2000310496A - 内面溝付伝熱管

Info

Publication number: JP2000310496A
Application number: JP11118775A
Authority: JP
Inventors: Takao Fukatami; 崇夫深民; Shin Kikuchi; 心菊地; Seiichi Ishikawa; 誠一石川; Tetsuya Kouchi; 哲哉古内
Original assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Shindoh Co Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】螺旋溝の底面近傍に境界層が発生することを
防ぎ、境界層による断熱作用を防止することにより、熱
交換効率を高める。【解決手段】金属管１の内周面に、金属管１の管軸を
螺旋軸とする螺旋状をなす多数の螺旋フィン２および螺
旋溝４が交互に形成されるとともに、前記螺旋フィン２
を分断して管軸に対する角度が５゜以下の方向に延びる
複数の縦フィン６が形成され、これら各縦フィン６の両
側には縦フィン６と螺旋フィン２とを分断する縦溝８が
形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属管の内面に、
螺旋状フィンおよびそれと交差する複数の縦フィンを形
成した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等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、最近では内面の全面に亙って
螺旋状のフィンを形成した伝熱管が広く市販されてい
る。

【０００３】現在主流となっている伝熱管は、引き抜き
または押し出し加工により得られたシームレス（継ぎ目
のない）管の内部に、外周面に螺旋溝が形成されたフロ
ーティングプラグを通すことにより、金属管の内周面の
全面に亙ってフィンを転造する方法により製造されてい
る。

【０００４】このような螺旋状フィンを形成した内面溝
付伝熱管では、管内を流れる蒸気流が十分に速ければ、
伝熱管の内部下側に溜まる熱媒液体が、蒸気流に押し流
されつつ螺旋状フィンに沿って巻き上げられ、管内周面
の全面に広がる。この作用により、管内周面の全面がほ
ぼ均一に濡れるから、管内周面の一部が乾いてしまうい
わゆるドライアウトを防ぐことができ、沸騰の生じる領
域の面積を増して沸騰効率を高めることができる。

【０００５】一方、螺旋状フィンを形成した内面溝付伝
熱管を、熱媒気体を液化するための凝縮管として使用し
た場合には、フィン先端が管内周面を濡らす液膜から突
出することにより、金属面と熱媒気体との接触効率を高
め、凝縮効率を高める効果が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
の研究によると、前記螺旋状フィンを有する内面溝付伝
熱管では、次のような問題を有していることがわかっ
た。すなわち、前記従来管では、伝熱管内を熱媒液体が
流れる際に、熱媒液体は螺旋状フィンと螺旋状フィンと
の間の溝を通って流れて行くが、この流れにより溝の底
面近傍に境界層が発生し、この境界層内では熱媒の移動
が妨げられる。このため、境界層がいわば断熱層として
作用し、管内を流れる熱媒と、金属管との熱交換を阻害
するのである。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、溝の底面近傍に境界層が発生することを極力防ぎ、
境界層による断熱作用を防止することにより、熱交換効
率を高められる内面溝付伝熱管を提供することを課題と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る内面溝付伝熱管は、金属管の内周面
に、金属管の管軸を螺旋軸とする螺旋状をなす多数の螺
旋フィンおよび螺旋溝が交互に形成されるとともに、前
記螺旋フィンを分断して管軸に対する角度が５゜以下の
方向に延びる複数の縦フィンが形成され、これら各縦フ
ィンの両側には縦フィンと螺旋フィンとを分断する縦溝
が形成されていることを特徴としている。

【０００９】このような内面溝付伝熱管によれば、金属
管内を流れる熱媒が螺旋溝に沿って流れ、次に縦溝、縦
フィン、および縦溝の順に乗り越えて、再び螺旋溝に沿
って流れることを繰り返す。縦溝、縦フィン、および縦
溝を通過する際に、これらの段差によって熱媒の流れが
撹乱されるので、螺旋溝を通過する際に形成された流れ
の中の境界層が破壊され、境界層が破壊された状態で流
れは次の螺旋溝に入り込むため、境界層が断熱層として
作用することを抑制し、管内を流れる熱媒と、金属管と
の熱交換を促進することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１および図２は、本発明に係る
内面溝付伝熱管の実施形態を部分的に展開した平面図お
よび断面図である。この内面溝付伝熱管１は、一般に
銅，銅合金，アルミニウム，アルミニウム合金等の金属
で形成されており、その内周面には、管軸を螺旋軸とす
る螺旋状をなす螺旋フィン２が互いに平行に多数形成さ
れ、これら螺旋フィン２同士の間には螺旋溝４が形成さ
れている。また、内面溝付伝熱管１の内面には、管軸に
対する角度が５゜以下の方向に延びる複数の縦フィン６
が周方向に間隔をあけて形成され、前記螺旋フィン２を
分断しており、さらに各縦フィン６の両側にはそれぞれ
縦溝８が平行に形成され、図３に示すように縦フィン６
と螺旋フィン２とを分断している。

【００１１】管軸に対する縦フィン６の角度が５゜より
大きいと、内面溝付伝熱管１を流れる熱媒の圧力損失が
大きくなり、好ましくない。また、縦フィン６による熱
媒攪拌効果を高めるためには、螺旋フィン２と縦フィン
６との交差角度が５〜２５゜であることが好ましく、よ
り好ましくは１０〜２０゜である。

【００１２】この実施形態における縦フィン６は、図２
に示すように周方向に９０゜づつ間隔をあけて４本形成
されているが、本発明はこれに限定されず、２〜３本ま
たは５本以上であってもよい。ただし、少なすぎると螺
旋溝４を流れる熱媒液体を撹乱する効果が乏しくなり、
多すぎると熱媒液体が螺旋溝４を流れずに縦溝８を主に
流れるようになるため、１〜８本であることが好まし
い。また、縦フィン６の形成間隔は等間隔でなくてもよ
いが、内面溝付伝熱管１の強度バランスを高める観点か
らは、等間隔である方が好ましい。

【００１３】螺旋フィン２の管軸に対する螺旋角α（図
１参照）は限定されないが、５〜３０゜であることが好
ましく、さらに好ましくは１０〜２０゜である。螺旋角
αが５゜未満であると、螺旋フィン２が流れに対して平
行に近くなり、フィンによって熱媒液体を上方へかき上
げる効果並びに伝熱効率向上効果が低減する。また、螺
旋角αが３０゜を越えると螺旋フィン２が流れを遮る効
果が大きくなり、圧力損失が増大するため好ましくな
い。

【００１４】螺旋フィン２の底幅Ｗ１（管軸と直交する
方向での幅／図１参照）も限定されないが、好ましくは
０．１〜０．５ｍｍ、さらに好ましくは０．１５〜０．
２５ｍｍとされる。また、螺旋フィン２の高さＨ１と底
幅Ｗ１との比Ｈ１／Ｗ１は０．３〜３程度であると好ま
しい。この範囲であれば、熱媒液体をかき上げる効果と
圧力損失とのバランスが良好になる。

【００１５】螺旋溝４の幅Ｗ２（管軸に対して直交する
向きの幅／図１参照）は限定されないが、好ましくは
０．１〜０．５ｍｍとされ、より好ましくは０．１５〜
０．３ｍｍである。幅Ｗ２が０．１ｍｍ未満では螺旋溝
４に沿って熱媒液体が流れにくくなり、０．５ｍｍより
大きいと濡れ縁長さが低下して熱伝導率が低下する。

【００１６】縦フィン６およびその両側の縦溝８を合計
した幅Ｗ３（図１参照）は、必ずしも限定されないが、
０．０３〜３ｍｍであることが好ましく、より好ましく
は０．１〜１ｍｍとされる。幅Ｗ３が小さすぎると、縦
フィン６および縦溝８を越えて流れる熱媒液体を攪拌す
る効果が乏しくなり、大きすぎると縦フィン６および縦
溝８に沿って流れる熱媒液体が増して、螺旋フィン２の
効果が低下するため好ましくない。

【００１７】螺旋フィン２および縦フィン６の断面形状
はそれぞれ、三角形状、二等辺三角形状、頂角が丸く面
取りされた三角形状、半円状、円弧状、矩形状、台形
状、面取りされた台形状などいかなる形状であってもよ
い。

【００１８】縦フィン６の螺旋溝４の底面からの高さＨ
２（図２参照）は限定されないが、好ましくは螺旋フィ
ン２の高さＨ１の１０〜１００％、さらに好ましくは６
０〜８０％とされる。縦フィン６が螺旋フィン２よりも
高い場合には、放熱板を内面溝付伝熱管１の外周面に固
定するために内面溝付伝熱管１内に拡管用プラグを通し
て拡管する場合に、管内面に対するプラグの当たりが不
均一になるうえ、熱媒液体が縦フィン６を乗り越えて流
れにくくなるため、好ましくない。縦フィン６の底幅
（管軸と直交する方向での底幅）は限定されないが、適
当な攪拌効果を得るために好ましくは０．０２〜０．５
ｍｍであり、より好ましくは０．１〜０．３ｍｍであ
る。

【００１９】縦溝８の深さＤ１（螺旋フィン２の頂点か
らの深さと定義する／図２参照）は限定されないが、好
ましくは螺旋フィン２の高さＨ１の１０〜１２０％であ
り、より好ましくは６０〜８０ｍｍである。縦溝８が浅
すぎると十分な攪拌効果が得られず、深すぎると内面溝
付伝熱管１の強度を低下させる。縦溝８の底幅（管軸と
直交する方向での底幅）は限定されないが、適当な攪拌
効果を得るために、好ましくは０．０２〜１．５ｍｍで
あり、より好ましくは０．１〜１ｍｍである。

【００２０】内面溝付伝熱管１の直径や肉厚は限定され
ないが、一般的な伝熱管の寸法および肉厚であればよ
く、例えば外径が４〜１０ｍｍ、肉厚は０．２〜０．５
ｍｍ程度とされてもよい。勿論、この範囲を外れたもの
も製造可能である。

【００２１】内面溝付伝熱管１の製造方法は限定されな
いが、電縫加工法を用いれば効率よく製造できる。この
場合には、内面溝付伝熱管１の周方向の一部に、図２に
示すように管軸方向に延びる溶接部１０が形成されるこ
とになる。溶接部１０と縦フィン６との相対位置は限定
されず、図２に示すように縦フィン６同士の中間位置に
溶接部１０を形成してもよいし、その他の箇所に形成し
てもよい。

【００２２】溶接部１０は、伝熱管１に拡管プラグを通
しての拡管加工を阻害しないように、螺旋フィン２の突
出量より突出量が小さい突条であることが好ましい。溶
接部１０の断面形状は限定されないが、一般的には半楕
円状などの形状をなしている。必要に応じては、電縫加
工によって生じる突起状の溶接部１０を機械加工により
除去してもよい。

【００２３】螺旋フィン２と溶接部１０との交差部で
は、図２に示すように、溶接部１０の両側にそれぞれ一
定幅の溝無し部分１２が溶接部１０と平行に形成されて
いてもよい。これら溝無し部分１２は、板条材を電縫加
工して管状にする際に、板条材の端面に発生する溶接電
流密度を均一化するために望ましいものである。

【００２４】以上のような内面溝付伝熱管１の製造方法
の一例を説明すると、まず、一定幅の金属板条材を走行
させつつ、螺旋フィン２、螺旋溝４、縦フィン６、およ
び縦溝８と相補的な断面形状を有する転造ロールにより
転造を行い、螺旋フィン２，螺旋溝４，縦フィン６，縦
溝８を同時に形成したのち、ロールフォーミング装置に
よりこの板条材を徐々にパイプ状に丸め、さらに板条材
の両側縁を誘導加熱したうえで突き合わせる。これによ
り両側縁が溶接され、金属管が形成されるので、必要に
応じて溶接部を成形して内面溝付伝熱管１が得られる。
螺旋フィン２および螺旋溝４を金属条材の表面に転造し
た後、改めて別の転造ロールにより縦フィン６および縦
溝８を形成してもよい。

【００２５】この内面溝付伝熱管１は、例えば空調装置
や冷却器などの熱交換器に組み込まれて使用され、管外
から供給される熱量により管内を流れる熱媒液体を気化
させるか、管内を流れる熱媒気体を凝縮させて管外に熱
を放出する目的で使用される。いずれの場合にも、図３
に示すように、内面溝付伝熱管１内を流れる熱媒液体が
螺旋フィン２の間にある螺旋溝４に沿って流れていく
と、この流れがまず縦溝８に落ち込み、次いで縦フィン
６を乗り越えて、縦溝８に落ち込み、再び螺旋溝４に入
って螺旋状に流れることを繰り返す。そして、縦溝８、
縦フィン６、および縦溝８を順次通過する際に、これら
の段差によって熱媒の流れが撹乱されるので、螺旋溝４
を通過しているうちに形成された境界層が破壊され、境
界層が破壊された状態で流れは次の螺旋溝４に入り込む
ため、境界層がいわば断熱層として作用することを抑制
し、熱媒と金属管との伝熱抵抗を低減して、内面溝付伝
熱管１全体の熱交換効率を高めることができる。

【００２６】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記実施形態のみに限定されるものではない。例
えば、内面溝付伝熱管１の断面形状は円形に限られず、
必要に応じて断面楕円形や偏平管状等としてもよい。さ
らに、内面溝付伝熱管１の内部に純水やアルコール、フ
ロン、混合溶媒などの作動液を減圧下で封入して管の両
端を閉じ、ヒートパイプとして使用することも可能であ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る内面
溝付伝熱管によれば、金属管内を流れる熱媒が螺旋溝に
沿って流れ、次に縦溝、縦フィン、および縦溝の順に乗
り越えて、再び螺旋溝に沿って流れることを繰り返す。
縦溝、縦フィン、および縦溝を通過する際に、これらの
段差によって熱媒の流れが撹乱されるので、螺旋溝を通
過する際に形成された流れの中の境界層が破壊され、境
界層が破壊された状態で流れは次の螺旋溝に入り込むた
め、境界層がいわば断熱層として作用することを抑制
し、管内を流れる熱媒と、金属管との熱交換を促進する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内面溝付伝熱管の実施形態を一
部展開した平面図である。

【図２】同実施形態の断面図である。

【図３】本発明の効果の説明図である。

【符号の説明】

１内面溝付伝熱管２螺旋フィン４螺旋溝６縦フィン８縦溝１０溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石川誠一福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内 (72)発明者古内哲哉福島県会津若松市扇町128の７三菱伸銅株式会社若松製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属管（１）の内周面に、金属管（１）
の管軸を螺旋軸とする螺旋状をなす多数の螺旋フィン
（２）および螺旋溝（４）が交互に形成されるととも
に、前記螺旋フィン（２）を分断して管軸に対する角度
が５゜以下の方向に延びる複数の縦フィン（６）が形成
され、これら各縦フィン（６）の両側には縦フィン
（６）と螺旋フィン（２）とを分断する縦溝（８）が形
成されていることを特徴とする内面溝付伝熱管。
【請求項２】前記縦フィン（６）は周方向に間隔をあ
けて１〜８本形成されている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】前記螺旋フィン（２）の管軸に対する角
度（α）は５〜３０゜であり、前記螺旋フィン（２）の
高さ（ｈ）は０．１〜０．３ｍｍであり、前記縦フィン
（６）およびその両側の前記縦溝（８）を合計した幅
（Ｗ３）は、０．０３〜３ｍｍであることを特徴とする
請求項１または２記載の内面溝付伝熱管。