JP2749673B2 - 伝熱管およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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およびその製造方法に関す
るものである。

〔従来の技術とその課題〕

一般に空調機や冷凍機などに用いられる伝熱管は、管
内にフレオンなどの冷媒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なうもので、熱交換器の
高効率化や省エネルギー化の観点から内面溝付管の使用
が多くなっている。この内面溝付管は管内に断面が微細
な三角形や台形の溝を管軸に沿って直線状もしくは螺旋
状に形成されたもので平滑管に比べ伝熱面積が増大する
と共に冷媒液を撹拌させる作用によって伝熱性能を向上
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、またヒートポンプ式エアコンの普
及に伴って伝熱管としては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内面溝付管においては溝
数、リード角、溝形状などの改良は行なわれているもの
の性能向上には限界があった。

そこでこれら従来の内面溝付管に代って、伝熱表面に
第１溝を形成し、第１溝と所定の角度で交差する互いに
平行な第２溝を設けた伝熱管（特開昭60-15015号公報）
や内面クロス溝付管（特開昭58-83189号公報、特開昭57
-150799号公報）などが開発された。これらの伝熱管
は、内壁面を微細化することにより蒸発時における核沸
騰を促進して伝熱性能を向上しているものである。

しかしながら、これらの伝熱管を使用した熱交換器は
使用開始時には高い伝熱特性を示すが使用時間が長くな
るにつれて微細化した内壁面内に冷凍機油などの汚れが
付着して徐々に性能が低下する問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記の問題について検討の結果、長期間の
使用においても内壁の溝内に冷凍機油や他の汚れの付着
が少なく、伝熱性能の低下を防止した伝熱管およびその
製造方法を開発したものである。

〔課題を解決するための手段および作用〕

本発明は、管内面に長手方向に沿って直線または螺旋
状の多数の微細で、管軸に対する断面形状が三角状また
は台形状の山部と溝部を有する伝熱管であって、該山部
はその長手方向に所定の長さを持つ独立した山部からな
り、各山部は隣接する山部の巾方向に対して平行或いは
所定の角度をもって互いにズレ部を有して形成されてい
ることを特徴とする伝熱管を請求項１とし、上記山部の
ズレ部分に交差するクロス溝が多数形成されていること
を特徴とする請求項１記載の伝熱管を請求項２とし、前
記山部の長さＰに対してズレ量Ｓの比がS/P≧0.02であ
ることを特徴とする請求項１または２記載の伝熱管を請
求項３とし、管をフローティングプラグとダイスにより
縮径し、続いて第１の溝付プラグと転造ローラーにより
管内に第１溝を所定の溝深さに形成し、次に第２の溝付
プラグと転造ローラーにより第１溝によって隔てられた
山部を第２の溝で押潰した後、所定の縮径率をもって縮
径することにより山部のズレ部分に交差するクロス溝を
形成することを特徴とする請求項1,2または３記載の伝
熱管の製造方法を請求項４とし、周囲に溝または山部を
有する溝付ロールと平滑ロールを有する圧延機に金属条
を供給して金属条表面に溝または山部を形成し、該金属
条を成形ロールにより管状に成形した後、継目を溶接す
ることを特徴とする請求項1,2または３記載の伝熱管の
製造方法を請求項５とするものである。

すなわち本発明は、第１図に伝熱管の一部を展開した
拡大斜視図に示すように伝熱管（１）の管内面に微細な
溝部（２）と山部（３）とが管の長手方向に直線状また
は螺旋状に形成されており、上記の山部は、その長さ方
向に所定の長さ（Ｐ）を持ち分断面（４）により分断さ
れ独立した山部であり、各山部（３）、（３′）、
（３″）は山部の巾方向に対して平行或いは所定の角度
をもって互いにズレ部（Ｓ）を有して形成されているも
のである。

このズレ部（Ｓ）のズレ量Ｓは山部の長さ（Ｐ）に対
してズレ量Ｓの比がS/P≧0.02であることが好ましく、
これより小さいと冷媒液に乱流を与える作用が少ない。

第２図に示すものはS/Pが大きい場合であって山部
（３′）は溝部（２）を閉塞する形となるが、この伝熱
管も乱流効果がある。

また本発明の他の例としては、第３図に示すように山
部（３）、（３′）、（３″）の間のズレ部（Ｓ）に山
部と交差するクロス溝（５）を多数形成した伝熱管であ
る。

これらの伝熱管は例えば、第４図に示すように山部を
ズレをもって形成することにより溝部（２）内の冷媒液
の流れが山部（３）の片側で衝突して流れを乱す乱流部
（６）を形成し、もう一方の片側で流れに対して液のよ
どみをもたせる保持部（７）をつくり溝部内に液膜の分
布を形成して液の凝縮、蒸発作用を促進させて伝熱性能
を向上させるものである。

また第３図に示す山部のズレ部分に交差するクロス溝
を形成したものは、クロス溝による表面積の増大による
凝縮、蒸発作用の増加と共に、上記のズレ部に乱流作用
によって溝内に付着する冷凍機油や汚れを除去する効果
があり性能の低下を防止するものである。

次に本発明の製造方法について説明する。

第５図は管内面にズレ部を有する山部と、これに交差
するクロス溝を有する伝熱管を製造する装置の断面であ
る。先ず銅管（11）を縮径ダイス（12）とフローティン
グプラグ（13）により縮径加工を行ない、次に連結棒
（14）を介してフローティングプラグにより管内の一定
の位置に保持され、一方向にリード角をもつ溝を有する
第１溝付プラグ（15）と第１溝付プラグに対向する位置
で管外から公転しながら管を押圧する複数個の第１転造
ローラー（17）により管を縮径すると共に管内に直線状
または所定のリード角および溝深さを有する第１溝を形
成する。次に第１溝付プラグと反対のリード角をもつ第
２溝付プラグ（16）と第２転造ローラー（18）により、
第１溝を押潰すようにして所定の溝数、リード角、溝深
さのクロス溝が形成される。

次にズレ量を付与するために上記の管を続いて縮径ダ
イス（19）により所定の縮径率で縮径することにより山
部がクロス溝で分断されて第３図に示すように山部のズ
レ部分に交差するクロス溝（５）が多数形成された伝熱
管が得られる。

この場合上記のズレ量Ｓは第１溝の深さHmmと に関係する。その関係は第６図に示す通りである。すな
わち第１溝の深さが深い程ズレ量は大きくなる。この関
係を応用することにより所定のズレ量を有する交差した
クロス溝を持つ伝熱管を製造することができる。また本
発明の他の製造方法としては、第７図〜第９図に示す方
法がある。

この方法は、第７図に示すように先ず溝付金属条（5
1）を表面に所定のリード角と溝深さを持つ溝付ロール
（71）と対向する位置にあるフラットロール（70）とに
より形成する。このときの溝付ロールは第８図に示すよ
うに溝部（２）と山部（３）を有する複数個の溝付ロー
ル（93）を溝部にズレを持たせて接合し一個のロールと
してもよい。このようにして条表面に一定のズレを有す
る山部と溝部を形成した後、第９図に示すように形成ロ
ール群（80〜87）に挿入し上記の条を管状に成形し、継
目を溶接して伝熱管（１）とするものである。

この方法により第１図、第２図および第３図に示すよ
うな種々の内面形状を有する伝熱管が製造できる。なお
（90）、（91）はスクイズロール、（92）は誘導コイル
である。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例について説明する。

実施例１ 第７図〜第９図に示す溝付条から成形ロールにより管
に成形し、その継目を溶接する方法により外径9.53mm、
溝数60、リード角18°の種々のズレ量Ｓを有する伝熱管
を作製した。この管と外径9.53mm、溝数60、リード角18
°山高さ0.20mmのズレのない従来の伝熱管を二重管式熱
交換器に組込んで伝熱特性を測定した。その結果を第10
図に示す。同図より明らかなように従来の伝熱管はアッ
プ率０であるが本発明のズレ部を有するものは山の長さ
Ｐに対するズレ量Ｓの比S/Pが0.02以上において蒸発、
凝縮特性のいずれも著しく向上することが認められる。
なお蒸発特性は0.3を越えるとアップ率は減少する傾向
がある。

実施例２ 第５図に示す溝付プラグと転造ロールを用いて、先ず
銅管（11）を縮径ダイス（12）とフローティングプラグ
（13）により12.7mmφに縮径加工を行ない、次に第１溝
付プラグ（15）と第１転造ロール（17）により溝数60、
リード角（左ねじり）18°、溝深さ0.3mmの溝を形成
し、続いて第２溝付プラグ（16）と第２転造ローラーに
より第１溝を押潰すようにして溝数60、リード角（右ね
じり）18°、溝深さ0.20mmの溝を形成した外径11mmφの
クロス溝を有する管を得た。これを引続いて縮径ダイス
（19）により外径9.53mm（縮径率0.13）に縮径して第３
図に示すようなズレ量Ｓが0.05mmで山部のズレ部分にク
ロス溝（５）を多数形成した伝熱管を得た。この伝熱管
と従来のズレ部のないクロス溝付管を二重管式熱交換器
に組込み管内に冷媒を流し、単位時間毎に熱伝達率を測
定した。この結果を第11図に示した。この結果よりズレ
量０の従来のクロス溝付管は時間の経過と共に熱伝達率
が低下して行くのに対し本発明のズレ部を有する伝熱管
はいずれも熱伝達率の低下が著しく少なく、冷凍機油な
どの汚れによる伝熱性能の低下を防止できることが明ら
かである。

〔効果〕

以上に説明したように本発明によれば、従来の内面溝
付管に比して、蒸発、凝縮性能を著しく向上させること
ができ、また長期間の使用において冷凍機油や汚れによ
る伝熱性能の低下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ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明に係る伝熱管の一例を示す部分
拡大展開斜視図、第４図は本発明の作用を示すための伝
熱管の部分拡大展開図、第５図は本発明に係る伝熱管の
製造方法に使用する装置の一例を示す断面図、第６図は
本発明に係る伝熱管の山ズレ量と縮径率との関係を示す
線図、第７図および第９図は本発明に係る伝熱管の他の
製造方法を説明する斜視図、第８図は第７図の溝付ロー
ルの側面図、第10図は本発明に係る伝熱管の伝熱性能を
示す線図、第11図は本発明に係る伝熱管の熱伝達率と使
用時間の関係を示す線図である。 １……伝熱管、２……溝部、3,3′,3″……山部、４…
…分断面、５……クロス溝。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管内面に長手方向に沿って直線状または螺
   旋状の多数の微細で、管軸に対する断面形状が三角状ま
   たは台形状の山部と溝部を有する伝熱管であって、該山
   部はその長手方向に所定の長さを持つ独立した山部から
   なり、各山部は隣接する山部の巾方向に対して平行或い
   は所定の角度をもって互いにズレ部を有して形成されて
   いることを特徴とする伝熱管。
2. 【請求項２】山部のズレ部分に交差するクロス溝が多数
   形成されていることを特徴とする請求項１記載の伝熱
   管。
3. 【請求項３】山部の長さＰに対してズレ量Ｓの比がS/P
   ≧0.02であることを特徴とする請求項１または２記載の
   伝熱管。
4. 【請求項４】管をフローティングプラグとダイスにより
   縮径し、続いて第１の溝付プラグと転造ローラーにより
   管内に第１溝を所定の溝深さに形成し、次に第２の溝付
   プラグと転造ローラーにより第１溝によって隔てられた
   山部を第２溝で押潰した後、所定の縮径率をもって縮径
   することにより山部のズレ部分に交差するクロス溝を形
   成することを特徴とする請求項１、２または３記載の伝
   熱管の製造方法。
5. 【請求項５】周囲に溝または山部を有する溝付ロールと
   平滑ロールを有する圧延機に金属条を供給して金属条表
   面に溝または山部を形成し、該金属条を成形ロールによ
   り管条に成形した後、継目を溶接することを特徴とする
   請求項１、２または３記載の伝熱管の製造方法。