JP2009103435A

JP2009103435A - 伝熱管および伝熱管の製造方法

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Publication number: JP2009103435A
Application number: JP2008256304A
Authority: JP
Inventors: Shinya Tsujimoto; 真也辻本
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP4729088B2

Abstract

【課題】本発明の目的は、圧力損失を増大させることなく、管内面の熱伝達率の向上を図ることができるとともに、フィン強度を保ち、機械拡管時の不良発生を防止することのできる伝熱管、及び、その製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】管内面１０に、管軸方向Ｄ１に沿って直線状、又は、螺旋状の複数のフィン１２を備えた伝熱管１１，１１Ａであって、管内面１０に、前記フィン１２に対して交差する複数の交差溝１３を備え、前記交差溝１３を、好ましくは前記フィン１２の高さＨ_ｆに対する前記切欠き溝１５の切り欠き深さＨ_ｎの比が０．５以下で前記フィンの頂部１２ａを切り欠いた切欠き溝１５と、該切欠き溝１５の先端部から管内面の底部１４へ伸びる亀裂溝１６，１６Ａとで構成したことを特徴とする伝熱管１１，１１Ａ、及び、その製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷凍機、空調機用などの熱交換器に使用される伝熱性能の優れた伝熱管、及び、その製造方法に関するものである。

一般に空調機や冷凍機などに用いられる伝熱管は、管内の冷媒液を蒸発または凝縮させて管外を流れる流体との間で熱交換を行うものであり、熱交換器の高効率化や省エネルギー化の観点から内面フィン付管の使用が多くなっている。この内面フィン付管は、管内面に微細な三角形や台形の断面形状をしたフィンが管軸方向に沿って直線状若しくは螺旋状に形成されたもので平滑管と比べ伝熱面積が増大するとともに、冷媒液を攪拌させる作用によって熱伝熱性能を向上させることができる。

近年、特に空調機用熱交換器に対して高性能化や小型軽量化の要求が強く、また省エネ法の改正に伴って伝熱管の高性能化がより一層要求されて来た。
しかしながら、従来の管内面に螺旋状のフィンが複数形成された螺旋フィン付管においては、フィン数、リード角、フィン形状などの改良は行われているものの性能向上には限界があった。

そこで、これら従来の螺旋フィン付管に代わる伝熱管として、例えば、特許文献１には、冷媒液の攪拌作用を促進するため、管内面に主溝と、フィンを分断する深さの副溝とで形成したクロス溝付き伝熱管が開示されている。
さらにまた、特許文献２には、蒸発時における核沸騰の促進化を図るため、管内面に形成した螺旋状のフィンの基部側部分に窪みを形成した伝熱管が開示されている。

このように特許文献１、２に開示の伝熱管は、いずれも管内面を微細な凹凸形状に加工することにより管内の熱伝達率の向上を図っている。

しかし、それと引き換えに圧力損失が増大してしまい総合的には、十分な熱伝達性能の向上を図ることができないといった問題が生じる。

さらには、管内面を微細な凹凸形状へと加工することにより内面フィンの強度が不足し、拡管時のフィン倒れや管割れ等の不良を引き起こすといった問題も生じる。

特開平８−１７８５７４号公報特開平１５−２４０４８５号公報

そこで本発明の目的は、圧力損失を増大させることなく、管内面の熱伝達率の向上を図ることができるとともに、フィン強度を保ち、機械拡管時の不良発生を防止することのできる伝熱管、及び、その製造方法の提供を目的とする。

この発明は、管内面に、管軸方向に沿って直線状、又は、螺旋状の複数のフィンを備えた伝熱管であって、管内面に、前記フィンに対して交差する複数の交差溝を備え、前記交差溝を、前記フィンの頂部を切り欠いた切欠き溝と該切欠き溝の先端部から管内面の底部へ伸びる亀裂溝とで構成したことを特徴とする。

この発明の態様として、前記交差溝を、フィン形成方向に０．１〜２．０ｍｍのピッチで構成したことを特徴とする。

この発明の態様として、前記フィンの高さに対する前記切欠き溝の切り欠き深さの比が０．５以下であることを特徴とする。

この発明の態様として、前記亀裂溝の内部に、該亀裂溝の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状で構成した空洞を備えたことを特徴とする。

この発明の態様として、前記フィンに対する前記交差溝の交差角が５から９０°の範囲内であることを特徴とする。

また、この発明は、素管を縮径する縮径工程と、管内面に複数のフィンを形成するフィン加工工程とを行う伝熱管の製造方法であって、前記フィン加工工程を、直線状溝、又は、螺旋状溝を外周に備えた第１溝付プラグにより管内面を押潰して、該管内面に管軸方向へ沿って直線状、又は、螺旋状の複数の第１フィンを形成する第１フィン加工工程と、前記第１フィンに対して５から９０°の範囲内の交差角で交差する溝を外周に備えた第２溝付プラグによる、前記第１フィンを跨ぐ管内面の押潰により第２フィンを形成するする第２フィン加工工程とを行う伝熱管の製造方法であることを特徴とする。

上述したように、前記交差溝を形成することにより、例えば、管内面に形成する溝を亀裂溝のみで形成した伝熱管と比較して切欠き溝を有している分、管内面の凹凸形状を微細化することができるため、より一層、管内の凝縮熱伝達率を向上することができる。

また、前記交差溝を形成することにより、例えば、管内面に形成する溝を切欠き溝のみで形成した伝熱管と比較して亀裂溝の内部の空洞に気泡が保持され、核沸騰が促進されるため、蒸発熱伝達率を向上することができる。

しかも、前記切欠き溝は、上述したように、フィンを分断する程度の深い溝ではなく、フィンの頂部を切り欠いた比較的浅い溝により形成している。
このため、管内面に亀裂溝のみで形成した伝熱管と管内面の表面形状が略変わらず、圧力損失の増大を防止することができ、総合的に、優れた熱伝達性能を得ることができる。さらに、フィン強度を確保することができ、より一層、拡管時のフィン倒れや管割れといった不良を防止することができる。

また、上述したように、前記交差溝を、フィン形成方向に０．１ｍｍ以上のピッチで構成することにより、複数の交差溝によりフィンの略全体が押潰してしまうことなく、拡管時にフィン倒れや管割れといった不良が発生することのないフィン強度に保つことができる。

さらにまた、上述したように、前記交差溝を、フィン形成方向に２．０ｍｍ以下のピッチで構成することにより、管内面を微細な凹凸形状に加工することができ、優れた熱伝達率を得ることができる。

また、上述したように、前記フィンの高さに対する前記切欠き溝の切り欠き深さの比が０．５以下で構成することにより、管内面の形状は、単純な螺旋溝付き管と比較して略変わらないため、フィンを特に優れた強度に保つことができるとともに、特に圧力損失の増大を防止することができる。

また、上述したように、前記亀裂溝の内部に、該亀裂溝の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状で構成した空洞を備えたことにより、伝熱管内面に対して垂直に切り込みが入った亀裂のように深さ方向にそれ以上、亀裂が進行することがないため、拡管時に優れた耐久性を発揮することができる。

特に、伝熱管を蒸発管として用いた場合は、亀裂溝の内部の空洞に気泡が保持され、核沸騰が促進されるため、熱伝達性能が向上する。
伝熱管を凝縮管として用いた場合には、切欠き溝において凝縮液の攪拌が促進され、熱伝達性能の向上を図ることができる。

また、前述した製造方法により、管内面に、フィン、及び、交差溝からなる微細な凹凸形状に構成することができるため、圧力損失が増大することなく、熱伝達率を向上させることができ、機械拡管時にフィン倒れや管割れ等の不良が発生することのない伝熱管を容易に製造することができる。

また、上述したように、前記フィンに対する前記交差溝の交差角を５°以上とすることにより、優れた熱伝達率を得ることができる。交差角を５°以下にすると、交差溝のフィンに対するピッチが大きくなりすぎ、管内面の微細な凹凸形状が得られないため、熱伝達率が向上しない。

また、上述したように、前記フィンに対する前記交差溝の交差角を９０°以下とすることにより、第１と第２の溝付きプラグによる交差溝とフィンの形成が実現できる。交差角を９０°以上にすると、溝加工が困難であり、破断の原因になる。

ここで前記亀裂溝は、該亀裂溝の幅方向の両縁部同士が互いに完全に接触、或いは、略接触している程度の溝幅を有する溝であり、さらに、該亀裂溝の幅方向の両縁部同士が互いに一体に結合しておらず、溝の内側と外側とで連通している溝を示すものとする。

また、前記切り欠き溝の前記先端部は、前記切欠き溝の幅が次第に狭くなり前記亀裂溝へと変わる部分を示すものとする。

また、前記切欠き溝の切り欠き深さは、前記フィンの頂端部から前記フィンにおける前記切り欠き溝の前記先端部までの距離を示すものとする。

また、前記フィン、前記交差溝、或いは、溝付プラグ（前記第１溝付プラグ、及び、前記第２溝付プラグ）の溝等の管軸方向に対するリード角は、それぞれ右ネジ（時計と反対回り）の方向がプラス側、左ネジ（時計回り）の方向がマイナス側を表すものとする。

さらに、前記フィンと前記交差溝とのなす交差角、或いは、前記第１フィンと前記第２溝付プラグの溝とのなす交差角は、いずれもリード角の値の大きいほうから小さいほうを引いた角度を示すものとする。

本発明によれば、蒸発管、凝縮管のいずれとして用いた場合であっても、従来の内面フィン付管と比較して、熱伝達率を向上させることができ、切欠き溝の深さを変更することで、圧力損失を増大させることなく、熱伝達の向上率のバランスを自在に操作することができる。また、機械拡管時の不良発生を防止する伝熱管が得られるもので工業上顕著な効果を奏することができる。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
本実施形態における伝熱管１１は、図１、及び、図２に示すように、管内面１０に、管軸方向Ｄ１に沿って螺旋状のフィン１２を管周あたり４８のフィン数で備えるとともに、該フィン１２に対して５から９０°の範囲内である５０°の交差角θで交差する複数の交差溝１３を備えている。
なお、図１は、本実施形態の伝熱管１１の一例を示す部分拡大展開斜視図を示し、図２は、本実施形態の伝熱管１１に形成される交差溝の構造を示す部分拡大断面図を示す。

前記交差溝１３は、図１に示すように、管内面１０にフィン形成方向Ｄ２に０．１〜２．０ｍｍの範囲内である０．３３ｍｍのピッチＰで複数構成し、管周あたり１００の溝数で構成している。

さらに、前記交差溝１３は、前記フィン頂部１２ａを切り欠いた切欠き溝１５と該切欠き溝１５の先端部から管内面１０の底部１４へ伸びる亀裂溝１６とで構成している。

前記切欠き溝１５は、前記フィン１２の高さＨ_ｆに対して０．５以下の比となる深さＨ_ｎで形成している。

前記亀裂溝１６は、０．２５ｍｍ程度の溝深さで構成するとともに、その内部には、図２に示すように略三角形の断面形状をした微小な空洞１７を備えている。

次に、上述した伝熱管１１の製造装置２２について図３を用いて説明する。
なお、図３は、素管１１ａを引抜き方向Ｘへ引抜きながら本実施形態における伝熱管１１を製造する製造装置１１の断面図である。
引抜き方向Ｘの上流側には、第１縮径ダイス２３とフローティングプラグ２４を備えている。

管内に配されたフローティングプラグ２４の下流側には、該フローティングプラグ２４と下流側で連結された第１連結棒２５により、管内において回動自在に連結保持され、外周面に複数の螺旋状の溝２６ａが形成された第１溝付プラグ２６を備えている。

管外側における第１溝付プラグ２６と対向する位置には、管を押圧しながら公転する複数個の第１転造ボール２７を備えている。

さらに、第１溝付プラグ２６の下流側には、該第１溝付プラグ２６と下流側で連結された第２連結棒２８により回動自在に連結保持され、外周面に第１溝付プラグ２６と異なる複数の螺旋状の溝２９ａが形成された第２溝付プラグ２９を備えている。

管外側における第２溝付プラグ２９と対向する位置には、管を押圧しながら公転する複数個の第２転造ボール３２を備えている。

さらに下流側には、伝熱管１１をさらに縮径して仕上加工を行う第２縮径ダイス３３を備えている。

本実施形態の伝熱管１１は、上述した製造装置２２を用いて以下の製造方法により製造する。
まず第１縮径ダイス２３とフローティングプラグ２４により銅製の素管１１ａを縮径する第１縮径工程を行う。

次に、前記第１溝付プラグ２６、及び、前記複数個の第１転造ボール２７により管を縮径するとともに、図４に示すように、管内面１０に所定のリード角、及び、高さを有する螺旋状の複数の第１フィン３５を形成する第１フィン加工工程を行う。
なお、図４は、本実施形態の伝熱管１１の製造過程において管内面１０に第１フィン３５を形成した一例を示す部分拡大展開斜視図を示す。

続いて、前記第２溝付プラグ２９、及び、前記複数個の第２転造ボール３２により、さらに管を縮径するとともに管内面１０を押潰することで、前記第１フィン３５を跨ぐ方向（Ｄ２方向）への第１フィン３５を含む管内面１０の押潰により、第２フィン１２を形成する第２フィン加工工程とを行う（図３参照）。
前記第２フィン加工工程において、管内面１０を押潰する際に、管内面１０に第２フィン１２を形成すると同時に、第２フィン１２に対して交差する交差溝１３も形成することができる。
なお、前記第２フィン１２が本実施形態の伝熱管１１のフィン１２に相当する。

最後に、第２縮径ダイス３３により所定の外径に仕上げるための第２縮径加工を行うことにより、図１，図２に示したような本実施形態の伝熱管１１を得ることができる。
なお、本実施形態の伝熱管１１は、最終的に、７ｍｍの外径で縮径している。

ここで、上述した第１フィン加工工程、及び、第２フィン加工工程においては、管が引抜きにより伸ばされるために、最終的に管内面１０に構成されたフィン１２（第２フィン１２）と交差溝１３とのなす交差角θは、第１フィン３５と第２溝付プラグ２９の溝とのなす交差角θ’（図示せず）よりも小さくなるのが実情である。
例えば、管内面１０に第１フィン３５のリード角を４５°で形成し、第２プラグの溝をリード角を−４５°で構成した場合、管内面１０に形成した第１フィン３５と第２プラグの溝との交差角θ’は９０°であるが、管内面１０に最終的に形成されるフィン１２（第２フィン１２）と交差溝１３とのなす交差角θは約６０°程度になる。

よって、上述した製造段階で必然的に生じる誤差分をある程度、見積もって、管内面１０に第１フィン３５、及び、第２プラグの溝の各リード角を設定することにより、管内面１０に最終的に形成されるフィン１２と交差溝１３との交差角θを、所望の角度である上述した５０°になるよう構成している。

上述した伝熱管１１は、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。
上述したように、本実施形態の伝熱管１１は、前記切欠き溝１５と前記亀裂溝１６とから成る交差溝１３を管内面１０に形成しているため、例えば、管内面１０に形成する溝を亀裂溝１６のみで形成した伝熱管１１と比較して、管内面１０の凹凸形状を複雑化することができ、より一層、管内の熱伝達率を向上することができる。

また、前記交差溝１３は、亀裂溝１６を備えて形成することにより、例えば、管内面１０に形成する溝全体を切欠き溝１５のみで形成した伝熱管と比較して蒸発時の熱伝達性能を向上することができる。

また、上述したように、前記交差溝１３を、フィン形成方向Ｄ２に０．３３ｍｍのピッチＰで構成することにより、フィン１２全体が押潰してしまうことなくフィン１２に切欠き溝１５を確実に形成することでき、拡管時にフィン倒れや管割れといった不良が発生することのないフィン強度に保つことができる。
しかも、管内面１０を微細な凹凸形状に加工することができ、優れた熱伝達率を得ることができる。

また、前記切欠き溝１５は、前述したように前記フィン１２の高さＨ_ｆに対する前記切欠き溝１５の切り欠き深さＨ_ｎの比Ｈ_ｎ／Ｈ_ｆが０．５以下で構成し、フィン１２を分断する程度の深い溝ではなくフィン１２の頂部１２ａを切り欠いた程度の比較的浅い溝で構成している。
このため、管内面１０に亀裂溝１６のみで形成した伝熱管１１と管内面１０の表面形状が略変わらないため、圧力損失の増大を防止することができ、総合的に、優れた熱伝達性能を得ることができる。
さらに、フィン強度を確保することができ、より一層、拡管時のフィン倒れや管割れといった不良を防止することができる。

また、上述したように、前記亀裂溝１６の内部に、該亀裂溝１６の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状で構成した空洞１７を備えたことにより（図２参照）、伝熱管１１内面に対して垂直に切り込みが入ったような亀裂と異なり、亀裂が深さ方向へ進行することを阻止することができ、拡管時に、より優れた耐久性を発揮することができる。

特に、伝熱管１１を蒸発管として用いた場合は、亀裂溝１６の内部の空洞１７に気泡が保持され、核沸騰が促進されるため、熱伝達性能の向上を図ることができる。
伝熱管１１を凝縮管として用いた場合には、切欠き溝１５において凝縮液の攪拌が促進され、熱伝達性能の向上を図ることができるといった本実施形態の伝熱管１１は、様々な作用効果を奏することができる。

以上、本発明の一実施形態である伝熱管１１に詳述したが、続いて、本発明の伝熱管の性能を検証するために行った実験について説明する。

本実験では、本発明の伝熱管として実施例１から５までの５種類製作するとともに、比較対象として用いる伝熱管を、比較例１として製作した。
実施例１から５までの伝熱管は、それぞれ上述した実施形態の伝熱管１１と同様の製造方法により、表１に示すような形状、すなわち、交差角θ、溝深さ、ピッチＰで製作している。

特に、実施例１の伝熱管１１Ａは、管内面１０にフィン１２、及び、交差溝１３Ａを備えているが、亀裂溝１６Ａの内部に、略三角形の断面形状をした空洞１７が存在しない図６に示すような管半径方向への単純な切り込み形状をした空洞１７Ａを有する伝熱管１１である。
さらに、実施例４の伝熱管は、表１に示した各部の形状からも明らかなとおり、前述した実施形態の伝熱管１１と同じ形状の伝熱管を用いている。
なお、比較例１の伝熱管は、従来の伝熱管であり、特に比較例１の伝熱管は、表１に示すとおり管内面１０にフィン１２を形成しているが、交差溝１３を形成していない伝熱管である。

また、実施例１から５、及び、比較例１の伝熱管は、それぞれ表２に示すような外径、溝数、リード角（右ねじり）、溝深さ、溝断面形状の第１溝付プラグ２６、及び、第２溝付プラグ２９を備えた製造装置２２を用いて製造した。

すなわち、表２に示すように、第２溝付プラグ２９は、いずれの実施例においても同じ形態のものを用い、第１溝付プラグ２６は、各伝熱管ごとに異なる形態のものに変更して伝熱管を製作した。

さて本実験では、伝熱管の管内の凝縮性能を検証する凝縮実験を図５（ａ）に示すような管内凝縮性能測定装置４２Ａを用いて行うとともに、蒸発性能を検証する蒸発実験を図５（ｂ）に示すような管内蒸発性能測定装置４２Ｂを用いて行った。
なお、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ管内凝縮性能測定装置４２Ａ，管内蒸発性能測定装置４２Ｂの概略図を示し、いずれの装置４２Ａ，４２Ｂにおいても、一般の空調機と同様に全体が冷凍サイクルにより構成されている。

詳しくは、凝縮実験では、実施例１から５までの伝熱管、及び、比較例１の伝熱管のそれぞれを、図５（ａ）に示すように凝縮器に供試管４４として組み込んだ場合における熱伝達率比、圧力損失比を測定することにより、凝縮性能の検証を行った。
蒸発実験では、実施例１から５までの伝熱管、及び、比較例１の伝熱管のそれぞれを、図５（ｂ）に示すように蒸発器に供試管４４として組み込んだ場合における熱伝達率比、圧力損失比を測定することにより、蒸発性能の検証を行った。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、管内凝縮性能測定装置４２Ａ，管内蒸発性能測定装置４２Ｂにおけるテストセクションは、二重管式熱交換器で構成しており、供試管４４内に冷媒を流し、外側シェルを構成する環状部４５の内部には、その冷媒流れと対向する方向へ水（以下、「熱交換用水」という。）を流し、供試管４４の有効長さを４ｍに設定して熱交換を行った。
なお、凝縮実験における熱交換用水としては、低温水を流し、蒸発実験における熱交換用水としては、高温水を流している。

また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、テストセクションの各所定部位には、温度計、圧力計、流量計を配設している。なお、図５（ａ），（ｂ）中、Ｔは、温度計、Ｐは、圧力計、Ｇは、流量計を示す。

続いて、供試管４４の冷媒の入口と出口とにおける実験条件として、凝縮実験では、冷媒入口過熱度、冷媒出口過冷却度を、蒸発実験では、冷媒入口乾き度、冷媒出口過熱度を、それぞれ表３に示すように設定した。

これら凝縮実験、蒸発実験における実験条件は、いずれも空調機の熱交換器入口条件と同一となるように、水温を調節した後に測定を行った。
さらまた、供試管４４の入口と出口における冷媒平均飽和温度は、表３に示すように凝縮実験では４８℃に設定するとともに、蒸発実験では５℃に設定した。

冷媒には、代替フロンとしてＲ４１０Ａを使用し、該Ｒ４１０Ａは混合冷媒であるため実験中に圧縮機出口部に設置している冷媒採取部（図５（ａ），（ｂ）参照）で冷媒を採取し、ガスクロマトグラフにより冷媒組成比を測定しながら実験を行った。なお、ガスクロの分析結果は、計算により後述のｔ_ｓ１とｔ_ｓ２に反映している。

凝縮性能、蒸発性能を示す供試管４４の管内での圧力損失比、及び、熱伝達率比α_ｉは、以下のようにして求めている。
先ず管内での圧力損失比は、供試管４４の入口、出口の圧力差として求めている。
管内での熱伝達率比α_ｉは、本実験での測定値をもとに式（１）から式（４）を用いて算出する。

ここで、数式（１）中のＱは、交換熱量（ｋＷ）、Ａは、供試管外表面積（ｍ^２）、ｔ_ｍは、対数平均温度（℃）、α_ｏは、管外熱伝達率（ｋＷ／（ｍ^２・Ｋ））を示す。
数式（２）中のＧは、熱交換用水の流量（ｋｇ／ｓ）、Ｃ_ｐは、熱交換用水の比熱（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））、ｔ_ｗ１は、熱交換用水入口温度（℃）、ｔ_ｗ２は、熱交換用水出口温度（℃）を示す。
数式（３）中のｔ_ｓ１は、冷媒入口飽和温度（℃）を示し、ｔ_ｓ２は、冷媒出口飽和温度（℃）を示す。
数式（４）中のｋは、熱交換用水の熱伝導率（ｋW／（ｍ・Ｋ））、Ｄ_ｅは、環状部相当直径（ｍ）を示す。Ｄは、シェル内径（ｍ）を示し、ｄは、供試管外径（ｍ）、Ｒｅは、熱交換用水のレイノルズ数（−）、Ｐｒは、熱交換用水のプラントル数（−）を示す。

すなわち、温度などの測定値、設定パラメータをもとに数式（２）よりＱ、数式（３）より凝縮時、蒸発時のｔ_ｍ、数式（４）よりα_ｉを算出し、これら算出した値を数式（１）に代入することにより熱伝達率比α_ｉを算出することができる。

かくして得られた凝縮性能、蒸発性能、及び、拡管性の評価結果を表４に示す。
これら凝縮性能、蒸発性能は、エアコン実機の定格能力域に相当する冷媒質量速度２５０ｋｇ／（ｍ^２・ｓ）におけるものである。

なお、表４中の管内熱伝達率比及び圧力損失比は、それぞれ比較例１を基準として実施例１から５の比率を示している。
また、拡管性を示す表４中の「○」は、管内面１０に交差溝を構成せずフィンのみを備えた比較例１に係る伝熱管を拡管可能と引抜き速度で引抜いたときであっても、フィン倒れなどの不良が生じることなく正常に拡管することのできたことを示す。表４中の「△」は、上記引抜き速度よりも引抜き速度を低く設定する必要があるが、フィン倒れなどの不良が生じることなく正常に拡管することのできたことを示す。

表４より明らかなように蒸発性能に関しては、フィン１２の高さＨ_ｆに対する切欠き溝１５の深さＨ_ｎの比Ｈ_ｎ／Ｈ_ｆが小さいほど、すなわち、切欠き深さが浅いほど熱伝達率比が高く圧力損失比が低い値になるため、高い性能を示すことが明らかになった。凝縮性能に関しては、実施例１，２は、比較例１と同程度であるものの実施例３から５は高性能を示した。

ただし、フィン１２の高さＨ_ｆに対する切欠き溝１５の深さＨ_ｎの比Ｈ_ｎ／Ｈ_ｆが０．７である実施例５に関しては圧力損失が１１４．３となり増大している。すなわち、実施例１，２のように切欠き溝１５の深さＨ_ｎが微小である伝熱管の場合には特に蒸発性能のみ、実施例３から５のように、切欠き溝１５の深さＨ_ｎが微小でない伝熱管の場合には蒸発性能、凝縮性能共に向上させることが出来るが、実施例５のようにＨ_ｎ／Ｈ_ｆ＞０．５の場合には圧力損失が増大するため、実施例３，４のようにＨ_ｎ／Ｈ_ｆ≦０．５であることがより一層、好ましいことを実証することができた。

また、実施例１，２は、亀裂溝１６の内部に略三角形の断面形状をした空洞１７を有しているか否かの点で異なるが、それ以外の形状は互いに同じである。
先ず実施例２は、亀裂溝１６の内部に略三角形の断面形状をした空洞１７を有しているため、亀裂溝１６の内部に略三角形の断面形状をした空洞１７を有していない実施例１と比較すると、蒸発実験で熱伝達率比が高い（１１５．０＞１１０．２）が圧力損失比がかわらない（１００．０≒９９．８）ことから蒸発性能が向上することを実証することができた。
さらに、亀裂溝１６の内部に略三角形の断面形状をした空洞１７を有していない実施例１、及び、Ｈ_ｎ／Ｈ_ｆ＞０．５である実施例５の場合は、拡管時の引抜き速度を他の実施例よりも低く設定する必要があったが、実施例１から５のいずれの伝熱管も、拡管時にフィン倒れや管割れといった不良が発生することがなく、拡管に対する強度を確保できることを実証することができた。

上述した実験の結果により、前述した実施例１から５に示したような本発明の伝熱管は、蒸発管、凝縮管のいずれとして用いた場合であっても、比較例１をはじめとする従来の内面フィン付管と比較して、熱伝達率を向上させることができ、切欠き溝１５の深さを変更することで、圧力損失を増大させることなく、熱伝達の向上率のバランスを自在に操作することができる。また、機械拡管時の不良発生を防止する伝熱管が得られるもので工業上顕著な効果を奏することができることを実証することができた。

なお、本発明の伝熱管は、実施例１から５の伝熱管に限らず、その他にも様々な構成で構成することができる。

本実施形態の伝熱管を示す部分拡大展開斜視図。本実施形態の伝熱管に形成された亀裂溝を示す部分拡大断面図。本実施形態の伝熱管の製造装置を示す断面図。製造途中における本実施形態の伝熱管を示す部分拡大展開斜視図。本実施形態における伝熱管の伝熱性能の測定に用いた装置の説明図。本実施形態の他の伝熱管に形成された亀裂溝を示す部分拡大断面図。

符号の説明

１１，１１Ａ…伝熱管
１０…管内面
１２…フィン（第２フィン）
１２ａ…フィン頂部
１３…交差溝
１４…底部
１５…切欠き溝
１６，１６Ａ…亀裂溝
１７，１７Ａ…空洞
２２…製造装置
２３…第１縮径ダイス
２４…フローティングプラグ
２５…第１連結棒
２６…第１溝付プラグ
２６ａ…溝
２７…第１転造ボール
２８…第２連結棒
２９…第２溝付プラグ
２９ａ…溝
３２…第２転造ボール
３３…第２整径ダイス
３５…第１フィン
Ｄ１…管軸方向
Ｄ２…フィン形成方向
θ…交差角

Claims

管内面に、管軸方向に沿って直線状、又は、螺旋状の複数のフィンを備えた伝熱管であって、
管内面に、前記フィンに対して交差する複数の交差溝を備え、
前記交差溝を、前記フィンの頂部を切り欠いた切欠き溝と該切欠き溝の先端部から管内面の底部へ伸びる亀裂溝とで構成したことを特徴とする
伝熱管。
前記交差溝を、フィン形成方向に０．１〜２．０ｍｍのピッチで構成した
請求項１に記載の伝熱管。
前記フィンの高さに対する前記切欠き溝の切り欠き深さの比が０．５以下であることを特徴とする
請求項１、又は、２に記載の伝熱管。
前記亀裂溝の内部に、該亀裂溝の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状で構成した空洞を備えたことを特徴とする
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の伝熱管。
前記フィンに対する前記交差溝の交差角が５から９０°の範囲内であることを特徴とする
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の伝熱管。
素管を縮径する縮径工程と、管内面に複数のフィンを形成するフィン加工工程とを行う伝熱管の製造方法であって、
前記フィン加工工程を、
直線状溝、又は、螺旋状溝を外周に備えた第１溝付プラグにより管内面を押潰して、該管内面に管軸方向へ沿って直線状、又は、螺旋状の複数の第１フィンを形成する第１フィン加工工程と、
前記第１フィンに対して５から９０°の範囲内の交差角で交差する溝を外周に備えた第２溝付プラグによる、前記第１フィンを跨ぐ管内面の押潰により第２フィンを形成するする第２フィン加工工程とを行うことを特徴とする
伝熱管の製造方法。