JP2686247B2 - 熱交換チューブ - Google Patents
熱交換チューブInfo
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Description
関するものであり、管内の流体と管外の流体との間で熱
交換を行うチューブ及びその製造方法に関する。特に本
発明は、従来のチューブに比べて前記チューブの熱交換
効率を向上させることができ、作業性を改善することが
可能な内面を有する熱交換チューブに関するものであ
る。このようなチューブはエアコンディショニング、冷
凍(AC&R)などのシステムの熱交換器に使用される
ものである。
ューブ表面に表面強化部を設けると、壁面が滑らかなチ
ューブに比較して熱交換効率が高くなることが従来から
よく知られていた。種々の表面強化、例えばリブ、フィ
ン、メッキ、インサート等の幾つかは、チューブ表面及
びチューブ外面の双方に施されてきている。通常の強化
設計ではほとんどすべての場合、前記チューブの熱交換
表面積を増加することが試みられる。またほとんどの設
計では、流体を混合し、前記チューブの表面にある境界
層を破壊させるため前記チューブを通過又は前記チュー
ブごしに流れる流体が乱流を、より発生させるように設
計される。
割合で熱交換器としてはプレートフィンタイプ及びチュ
ーブタイプが使用されている。前述したような熱交換器
では、前記チューブは、チューブ外部にプレートフィン
が取り付けられることによって強化される。前記熱交換
チューブはまた、前記チューブの内面が強化されること
によっても内部熱交換が促進される場合もある。内面強
化の極めて効果的なものとして現在では、前記チューブ
内壁から延びており、かつ前記チューブの縦軸に平行又
は前記チューブのほぼ縦軸方向に沿ったリブパターンが
使用されている。前記チューブは良好な熱交換特性を有
するばかりではなく、特に金属板の一方の側に強化パタ
ーンをロールエンボス処理(roll embossi
ng)した後、前記の板をロール成形(roll fo
rming)してチューブ形状としてその継ぎ目を溶接
する、といったプロセスにより、その製造が比較的容易
でもある。
プの熱交換器では、数多くのチューブ継手が使用されて
いる。これらの継手は通常第1チューブの末端を広げ
て、この展口された(flared)領域又はラッパ状
領域の内径を元のチューブの外径よりも僅かに大きくす
ることにより形成されている。その後、第2チューブ端
部を前記第1チューブの拡大された領域に挿入し、前記
2つのチューブはロウ付け、溶接又はハンダ付けプロセ
スによって接合される。
は、ベリング(belling)具又は展口具(fla
ring tool)を前記チューブ内部に挿入するこ
と等による機械的手段によるものである。前記展口(f
laring)プロセスは、前記チューブ壁に応力を加
えることになる。このような応力は、特にAC&R熱交
換器のチューブとして一般的に使用されている比較的柔
らかな金属材料、例えば銅、又は銅合金でチューブが形
成されている場合には、前記チューブ壁に裂け目を発生
させるが、大きな裂け目の入った拡大部を有するチュー
ブは廃棄されてしまうことになる。この裂け目の問題
は、特に前述したような縦方向のリブを有する場合に特
に顕著となるといった問題を有していた。
は、チューブの熱交換効率を向上するべく形成された内
面を有するものである。この内部強化は、内面にリブ付
けすることによるものである。平行パターンのノッチ
は、前記リブに対して角度を持ち、かつ前記リブを貫通
して前記チューブの内壁にまで延びるようにして形成さ
れる。従って前記リブ間の内壁にもまたノッチが設けら
れることになる。このような強化面は、前記チューブの
内部表面積を増大させて前記チューブの熱交換効率を増
加することになる。またこのような強化面は、前記チュ
ーブ内部における流れの状態を改善し、前記チューブの
熱交換効率を増加する。前記ノッチはさらに、前記チュ
ーブ壁の裂け目の進行を抑制するために配設され、これ
によって前記チューブの拡大性を向上させることができ
る。
面にロールエンボス処理によって強化面を形成すること
による前記チューブの製造方法に関する。前記の板は、
その後にロール成形され、継目が溶接されて、内部に強
化面を有するチューブとされる。このような製造プロセ
スによれば、迅速かつ経済的にチューブを形成すること
ができるものである。
の全体を実寸大に示したものである。チューブ50は、
内面強化52が施されたチューブ壁51を有している。
チューブ50の展口領域56は、前記チューブにチュー
ブ50と同一の直径を有する第2チューブを前記展口領
域に挿入することで継手を形成できるように設けられて
いる。
を示したものである。表面強化52(図1)の1つのリ
ブ53と1つのノッチ54とが示されているが、これら
を図2ではさらに明確に示したものである。さらに本発
明のチューブは、チューブ50の壁51から延びた互い
に平行な複数のリブ14を有している。リブ53は、チ
ューブの縦軸aTから角度αだけ傾いている。ノッチ5
4は、リブ53まで延びており、前記リブを貫通して前
記チューブの内壁51に延びるように形成されている。
ノッチ54は前記チューブ縦軸aTから角度βだけ傾け
られている。チューブ10は前記チューブのリブの間に
おける内壁で測定して、Diの内径を有している。
たものである。本方法によれば、強化52は、前記の板
が円形の断面とされ、継目が溶接されてチューブとされ
る前に金属板の一方の表面にロールエンボス処理によっ
て形成される。2個のロールエンボスステーション、そ
れぞれ10、20は、加工されていない金属板の供給源
と、前記の板がチューブ形状にロール成形される製造ラ
イン部分との間に配設されている。各エンボスステーシ
ョンは、強化パターン形成ローラー、それぞれ11、2
1及びバッキングローラー(backing roll
er)それぞれ12、22と、を有している。各ステー
ションにおける前記バッキングローラーとパターン形成
ローラーは、適切な手段によって(図示せず)十分な力
で互いに圧力が加えられており、板30の一方の表面に
ローラー11の表面13を押圧する。これによって前記
の板に強化パターン31が形成される。パターン形成面
13は仕上がりチューブの表面強化としてのリブ部分の
鏡像形状である。ローラー21上のパターン形成面23
は、強化パターン31をプレスする連続する***した突
起を有している。このローラー21のパターン形成面2
3により、仕上がりチューブにおけるノッチが形成され
る。
延びていないが、パターン形成面23によって形成され
るノッチは、板の両端まで延びている。図4、図6及び
図5、図7は、それぞれ前記強化板がロール状に形成さ
れて、継目が溶接されチューブとされた場合にどのよう
になるかを概略的に示したものである。図4は、板30
の立面断面図である。図6は、板30の平面図である。
板30の一端は、溶接部33′となっており、もう1つ
の端部は溶接部33″となっている。パターン形成面2
3で形成されたノッチ(図3)は溶接部33′、33′
を含む前記板の全幅にまで延びている。ロール成形して
継目を溶接した後、板30はチューブ50とされる。図
5は継目の溶接部と径方向反対側でチューブ50を縦軸
に沿って切断し、それを平面に展開した状態のチューブ
50の立面断面図であり、図7はその平面図を示したも
のである。チューブ50は単一の溶接部33を有してお
り、それに沿った溶接ビード(bead)35を有す
る。前記溶接プロセスは板30又はチューブ50の金属
を溶融、変形するため溶接ビード35にはノッチがなく
なるが、溶接部33の、溶接プロセス中に溶融を受けな
い部分にはノッチが残っている。
換チューブ50の壁51の一部分を等寸大に示したもの
である。壁51から上側に向かって延びているのは、複
数のリブ53である。前記リブに一定間隔で壁51まで
延びているのは、列となったノッチ54である。リブに
ノッチが形成されて材料が除去された部分は突部55と
なる。この突部55はリブ53の両端から前記リブ中の
各ノッチ54の回りに外向きに突き出している。この突
部は前記チューブを流れる流体に接するチューブ表面積
を増加すること、及び前記チューブ内面近傍において乱
流を発生させること等といった、前記チューブの熱交換
特性に有用な効果をもたらしている。
平面図を示したものである。図にはリブと壁51と、に
押圧されているノッチ54を有するリブ53が前記壁に
配設されているところを示す。前記ノッチとチューブの
縦軸とがなす角度はβである。
切断した図を示したものである。図によれば、リブ53
は、高さHrを有しており、壁51は前記リブ部分を除
いてTwの厚みを有しており、前記ノッチパターンは壁
51中に深さDnwまで延びているのが示されている。
1を切断した図である。図には、ノッチ54がリブ54
を貫通して壁まで深さDnwで押圧されているのが示され
ている。
の熱交換を行わせるためには、公称で16mm(5/8
インチ)以下の外径のチューブを用いた実施例では、上
述した内面強化の特徴を備えており、かつ次に示すパラ
メーターを有してなることが必要である。
す角度は0°すなわち平行から35°の範囲内である、
すなわち 0°< α <35° の範囲にあること、(2) ノッチの軸と前記チューブ
の縦軸とが交差する角度は、15°から90°である、
すなわち 15° < β <90° の範囲であること、(3) リブ高さの前記チューブの
内径に対する比は、0.010から0.050の範囲で
あること、すなわち 0.010 < Hr/Di <0.050 の範囲であること、及び(4) 前記ノッチは前記リブ
を完全に貫通するとともに前記チューブ壁の主要部に延
びていることが必要であり、前記ノッチのチューブ壁に
対する侵入深さは、壁厚の50%未満であること、すな
わち Dnw/Tw <0.50 であることが必要とされる。
のである。
である。
示したものである。
断面図である。
ある。
面図である。
る。
大に示したものである。
大に示したものである。
のX−Xラインでの断面図である。
のXI−XIラインでの断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 内面及び縦軸(a T )を有する壁(5
1)を有する熱交換チューブであって、 前記壁内面において縦方向に沿って延びた溶接領域(3
3)と、 前記溶接領域外側の内側壁面に形成され、縦方向に延び
た複数のリブ(53)を備えた強化パターン(31)
と、 前記複数のリブを貫通して壁内にまで延び、さらにリブ
の形成されていない前記溶接領域外側にまで延在するよ
うに形成された複数の平行ノッチ(54)と、 を有する
ことを特徴とする熱交換チューブ(50)。 - 【請求項2】 前記チューブ縦軸(a T )は、前記リブ
と、0゜から35゜の角度(α)とされていることを特
徴とする請求項1に記載の熱交換チューブ。 - 【請求項3】 前記平行ノッチと前記縦軸とがなす角度
(β)は、15゜から90゜であることを特徴とする請
求項1に記載の熱交換チューブ。 - 【請求項4】 前記チューブは、内径(D i )を有し、
前記リブは、リブ高さ(H r )を有してなり、前記リブ
高さの前記チューブ内径に対する比(Hr/Di)は、
0.010から0.050であることを特徴とする請求
項1に記載の熱交換チューブ。
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