JP3752046B2 - 伝熱管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機や冷凍機などの熱交換器に使用される伝熱管及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱交換器に使用される伝熱管は、管内で冷媒を蒸発又は凝縮させ、管外の流体との間で熱交換を行うもので、管内の伝熱性能を高めるため、内面に多数の溝を形成した内面溝付き管が使用されている。
内面溝付き管は、通常、金属管を一定方向に引抜きながら、当該金属管内に溝付きプラグを回転自在に挿入し、金属管の当該溝付きプラグの挿入部外周を転造工具により押圧することにより、前記プラグ表面の螺旋状の溝を前記金属管内面に転写させる、いわゆる転造加工方法によって製造される。
【０００３】
前述のような転造加工方法では、管を引抜きながらその内面に溝加工をするため、管内面の溝相互は連続したものとなり、管内の伝熱性能を向上させるには限界があった。
管内の伝熱性能をさらに向上させるものとして、例えば特開平４−１５８１９３号公報の伝熱管が提案されている。
この伝熱管は、管内面が管の中心から９０度の角度で四等分した管軸方向に沿う所定幅の領域に区分され、各領域には平行な多数の溝が形成され、隣合う領域の溝相互は、管軸に対するリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしている。このように、隣合う領域の溝がリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれかを異にしているので、管内における冷媒の流れは乱され、管内伝熱性能を向上させることができる。
【０００４】
前記公報に記載の伝熱管は、例えば図７で示すように、先ず、一定幅の金属帯板１を図示しないアンコイラから一定方向へ繰り出しながら、周面に互いに平行で多数の凸条４０が螺旋状に形成された均一な長さの四個の加工ロール４ａ〜４ｄを同軸に固定した組み合わせロール４と、表面が平滑なロール３との間に前記金属帯板１を挟み込み、当該金属帯板１の一面へ多数の溝１０ａを形成する。
その後、前記金属帯板１を、図示しない成形ロール群により前記溝１０ａが内側になるように順次幅方向に丸めて管状に成形し、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接し、さらに、図示しない仕上げダイスで空引きすることによって製造される。
【０００５】
前述のように製造された伝熱管ｂは、図９のように、図７の金属帯板１の加工ロール４ａ〜４ｄに対応して、管内面が管の中心から９０度の角度で四等分された管軸方向に沿う一定幅の領域１１ａ〜１１ｄに区分され、領域１１ａと隣の領域１１ｂの溝１０ａ相互は管軸に対するリード角が逆になっている。
この伝熱管ｂには、図１０のようにアルミニウム合金製のクロスフィン５が多数取り付けられ、隣合う伝熱管ｂ相互の端部は曲げ加工した図示しない継手によって接続される。
伝熱管ｂへクロスフィン５を取り付けるには、各クロスフィン５の所要部分にに孔５０を形成し、この孔５０に伝熱管ｂを通し、伝熱管ｂ内に拡管プラグｃを押し込んで伝熱管ｂを若干拡大させ、伝熱管ｂの表面を前記孔５０へ密着させるようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報の伝熱管は、管内の伝熱性能が向上する反面、図７のように金属帯板１へ溝１０ａを加工する際、同図Ｂ及びＤの位置に金属材料が他の部分から移動して当該部分が肉厚になる傾向を示す。したがって、図８で示すように、金属帯板１のＢ及びＤの位置で溝深さが最も大きくなるとともに、Ａ，Ｅ，Ｃの位置では溝深さが小さくなる。
溝１０ａを加工した前記金属帯板１を幅方向に丸めて管状に成形し、その両側の突き合わせ部を溶接し、伝熱管ｂを製造する。そして、その後この伝熱管ｂを、図１０のようにクロスフィン５の孔５０に通し、拡管プラグｃで拡管すると、領域１１ａ，１１ｄの境界部Ａ，Ｅから、領域１１ｂ，１１ｃの境界部Ｃまでの直径が、領域１１ａ，１１ｂの境界部Ｂから領域１１ｃ，１１ｄの境界部Ｄまでの直径よりも小さくなって、図９のように伝熱管ｂが全体としてやや楕円状に拡がる。したがって、伝熱管ｂの上下において孔５０と伝熱管ｂとの間に隙間が形成され、熱交換性能が低下するとともに、前記隙間に水滴などが溜まり易く腐食の原因になる。
なお、前記隙間は、伝熱管ｂの拡管率を大きくすれば解消されるが、拡管率を大きくすると溝１０ａが潰れて伝熱性能が低下する。
【０００７】
この発明の目的は、管内面が長さ方向に沿う所定幅の複数の領域に区分され、各領域に多数の溝を形成し、隣合う領域の溝相互がリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしている伝熱管において、内周面全域にわたって溝深さのバラツキが小さく、熱交換器に組み込んだ場合、クロスフィンの孔への密着性がよりよい伝熱管を提供することにある。
この発明の他の目的は、前述のような伝熱管を円滑に製造することができる製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による伝熱管は、前記課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項１の伝熱管は、管内面が管の中心から２０〜５０度の角度で管軸方向に沿う所定幅の領域１ａ・・・１ｎに区分されており、各領域１ａ・・・１ｎには平行な多数の溝１０が形成され、隣合う領域の溝１０相互は管軸に対するリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の伝熱管は、請求項１の伝熱管において、隣合う領域の間には管軸方向に沿う凸条１１が形成されていることを特徴としている。
請求項３の伝熱管は、請求項２の伝熱管において、前記凸条１２の幅ｗ１を１mm以下に形成し、当該凸条１１の高さｈを前記溝１０の深さｄ以下に形成したものである。
【００１０】
この発明による伝熱管の製造方法は、前記課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項４の伝熱管の製造方法は、金属帯板１を一定方向へ繰り出しながら、周面に互いに平行で多数の凸条２０が形成された八個以上の加工ロール２ａ〜２ｎを同軸に固定した組み合わせ加工ロール２と、表面が平滑なロール３との間に前記金属帯板１を挟み込み、当該金属帯板１の一面へ多数の溝１０を形成する工程と、前記溝１０が内側になるように前記金属帯板１を順次幅方向に丸めて管状に成形する工程と、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接する工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の製造方法は、請求項４の製造方法において、前記組み合わせロール２の各加工ロール２ａ〜２ｎの間には、当該加工ロール２ａ〜２ｎの凸条２０の頂部が形成する円の直径以下で、前記凸条２０の基部が形成する円の直径以上の直径のスペーサ２１を介在させることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１はこの発明による伝熱管の第１実施形態を示す部分拡大展開斜視図であり、図２はその半裁端面図である。
図１及び図２の伝熱管ａは銅合金製の管であり、内面が管の中心から４５度の角度で管軸方向に沿って均一な幅の領域１ａ〜１ｈに区分され、各領域１ａ〜１ｈには平行な多数の溝１０が形成されている。
伝熱管ａの外径＝９．５３mm、溝１０の底部の肉厚ｔ＝０．３mm、溝１０の深さ（溝間のフィンの高さ）ｄ＝０．２mm、溝ピッチｐ＝０．６mmであり、領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇに形成されている溝１０の管軸に対するリード角θ１＝４０度、これらと隣合う領域１ｂ，１ｄ，１ｆ，１ｈに形成されている溝１０のリード角θ２は１０度である。
【００１３】
第１実施形態の伝熱管ａは、図４のような加工装置によって製造される。
図４において、２は外周面に前記溝１０に対応する凸条２０が形成された各加工ロール２ａ〜２ｈを同軸に固定した組み合わせ加工ロールであり、各加工ロール２ａ〜２ｈは、図１の各領域１ａ〜１ｈと対応している。
３は周面が平滑なロールであり、前記組み合わせ加工ロール２へ所定の圧力で押し付けられている。
【００１４】
図示しないアンコイラにより、一定幅の銅合金からなる金属帯板１を繰り出しながら、この金属帯板１を組み合わせ加工ロール２とロール３との間に挟み込み、各加工ロール２ａ〜２ｈの凸条２０を金属帯板１の表面へ転写する。この転写により、金属帯板１の表面は均一な幅の各領域１ａ〜１ｈに区分されると同時に、各領域１ａ〜１ｈには多数の溝１０が平行に形成される。
前記金属帯板１を図示しない成形ロール群により、前記溝１０が内側になるように幅方向に丸めて管状に成形するとともに、高周波誘導溶接，Ｍｉｇ溶接，Ｔｉｇ溶接などの溶接装置６により、金属帯板１の両側の突き合わせ部を溶接して造管した後、この管を仕上げダイス７に通して伝熱管ａを製造する。
【００１５】
第１実施形態の伝熱管ａは、内面が管の中心から４５度の角度で管軸方向に沿って均一な幅の領域１ａ〜１ｈに区分され、各領域１ａ〜１ｈには平行な多数の溝１０が形成され、隣合う領域に形成された溝１０相互は管軸に対するリード角を異にしている。したがって、管内で冷媒の流れがよく乱れるため、管内伝熱性能が向上する。
管内面は管軸方向に沿う均一な幅の八つの領域に区分されるので、溝１０を加工するときに金属材料の偏りが抑制され、溝１０の深さｄのバラツキ（最も深い部分と最も浅い部分との差）が小さくなる。したがって、拡管時に楕円形状になるのが防止され、図１１のようにクロスフィン５を伝熱管ａに取り付けた際、伝熱管ａとフィン５の孔との間に隙間ができるのを防止することができる。
【００１６】
第２実施形態
図３は、第２実施形態の伝熱管ａの部分拡大展開斜視図である。
この実施形態の伝熱管ａは、管の内面において、隣合う各領域１ａ〜１ｈの間に、幅ｗ１＝０．３mm、高さｈ＝０．１８mmで頂部が平滑で管軸方向に沿う凸条１１をそれぞれ形成したもので、他の構成は第１実施形態の伝熱管ａと同様である。
なお、凸条１１の高さｈを溝１０の深さｄよりも小さくしたのは、熱交換器に組み込むために拡管する際、拡管プラグが凸条１１に接触して拡管不良になるのを防止するためである。
【００１７】
第２実施形態の伝熱管ａは、図５のような加工装置によって製造される。
この加工装置は、図４の加工装置と同様に、それぞれ多数の平行な凸条２０が周面に形成された各加工ロール２ａ〜２ｈからなる組み合わせ加工ロール２と、周面が平滑なロール３とを備えている。そして、各加工ロール２ａ〜２ｈ相互の間には、厚み＝０．３mmで、凸条２０の頂部が形成する各加工ロール２ａ〜２ｈの円の直径以下の外径を有するスペーサ２１が装着されている。
図４の加工装置と同様な要領で運転すると、金属帯板１の表面には、それぞれ多数の平行な溝１０を有する各領域１ａ〜１ｈが形成されると同時に、各領域１ａ〜１ｈ相互の間には前記スペーサ２１に対応して、図３の凸条１１が形成される。
その後の工程は、図４の場合と同じであるのでその説明は省略する。
【００１８】
第２実施形態の伝熱管ａは、各領域１ａ〜１ｈの間に管軸方向に沿う凸条１１を形成したので、隣合う領域の溝相互は完全に不連続になり、液膜の排除が抑制されて伝熱効果がさらに高まるとともに、凸条１１により溝１０の加工による金属材料の偏りは一層よく防止され、溝１０の深さのバラツキもより小さくなる。
その他の作用，効果は第１実施形態の伝熱管と同様である。
【００１９】
その他の実施形態
前記各実施形態では、隣合う領域１ａ〜１ｈに形成された溝１０相互が管軸に対するリード角を異にしている例についてのみ説明したが、これらは、溝ピッチ，溝寸法，溝形状などの各要素のいずれかを異にしていても、冷媒の乱流効果を向上させることができる。
各領域１ａ〜１ｈの幅は均一であるのが加工上好ましいが、管の中心からの角度が２０ないし５０度であれば、それらの幅が均一であることを要しない。
【００２０】
第１実施例
金属帯板１には、幅３０mm、板厚０．５mmの銅板を使用し、図４のように、外径１００mmの各加工ロール２ａ〜２ｈを組み合わせた組み合わせ加工ロール２と、周面が平滑で外径１２０mmのロール３とにより、図４で説明した方法で金属帯板１の一面へ多数の溝１０を形成し、これを順次幅方向に丸めて管状に成形した後、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接（高周波溶接）して外径が９．５５mmの管を製造し、次いでこれを仕上げダイス７で整形して第１実施形態と同様な伝熱管を製造した。
この実施例の方法で製造した伝熱管は、管周方向における各溝１０の溝深さｄのバラツキを０．０４mm以下に抑えることができた。
【００２１】
第２実施例
第１実施例と同様な金属帯板１を用い、図５の加工装置により、第１実施例と同じ要領で第２実施形態の伝熱管を製造した。
この実施例の方法で製造した伝熱管は、管周方向における各溝１０の深さｄのバラツキ０．０１mmに抑えることができた。
【００２２】
第１実施例の方法で製造した伝熱管と、第２実施例の方法で製造した伝熱管に、図１１で示したように多数のクロスフィン５を取り付けて熱交換器に組み込んだところ、良好に拡管することができ伝熱管とクロスフィン５との密着具合も良好であった。
【００２３】
第３実施例
材質、溝深さｄ、溝ピッチｐ、外径、溝底部の肉厚ｔ、及び隣合う領域に形成された溝相互の管軸に対するリード角が第１実施形態の伝熱管と同じで、管内面の一領域の幅に対する管中心からの角度がそれぞれ１８０度、９０度、６０度、４５度、２０度、１０度である伝熱管サンプルを製造した。
他方、隣合う領域の間に幅ｗ１＝０．５mm、高さｈ＝０．１mmの凸条１１を形成し、他の構成は前記サンプルと同じである伝熱管サンプルを製造した。
そして、これらのサンプルに付いて溝深さｄのバラツキを測定し、各サンプルの伝熱管にクロスフィンを取り付け、クロスフィンと各サンプル管表面との密着性を評価した。その評価は、クロスフィンに形成された孔に伝熱管を挿通し、内面の溝１０が破壊されない程度に拡管プラグで伝熱管を拡管したとき、クロスフィンの孔と伝熱管の表面との間に隙間が生じなかったものを○、隙間が生じたものを×と表示した。その結果を表−１に示す。
また、各サンプル管について、管内蒸発熱伝達率を測定し、その比を図６に示した。
【００２４】
【表１】
【００２５】
表１の結果から明らかなように、伝熱管の内面の一領域の幅に対応する管中心からの角度が５０度以下である場合は、溝深さｄのバラツキが小さい。また、伝熱管拡管して当該伝熱管にクロスフィンを取り付けたとき、伝熱管の拡管が円滑に行われ、クロスフィンと伝熱管との密着性が良好である。特に、隣合う領域１ａ〜１ｈの間に凸条１１を形成したケースでは、管内面の一領域の幅に対応する管中心からの角度が５０度以下であると、溝深さｄのバラツキを０．０１以下に抑えることができた。
【００２６】
図６の結果によれば、各領域１ａ〜１ｈの幅に対する管中心からの角度が２０度〜５０度である本発明実施例の伝熱管サンプルは、他のサンプルと比較してより高い伝熱性能を示している。特に、各領域間に凸条１１を形成したサンプルでは、凸条１１によって両側の領域の溝１０が堰き止められ、液膜が排除されるのを防いでいるので、さらに高い管内伝熱性能を有している。
一領域の幅に対応する管中心からの角度が２０度よりも小さい場合には、領域の幅が小さ過ぎて内面の溝１０の効果が充分に発揮されていないためであると考えられる。
図６で示した管内蒸発熱伝達率のみでなく、管内凝縮熱伝達率についても測定したが、図６の結果とほぼ同様な結果であった。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の伝熱管によれば、管内面が管の中心から２０度〜５０度の角度に相当する幅の管軸方向に沿う領域に区分され、各領域には隣の領域の溝とは異種の溝が加工されているので、溝深さのバラツキが小さくなる。したがって、フィンを伝熱管に取り付けた際、伝熱管とフィンとの間に隙間ができるのを防止することができる。
また、管内伝熱性能が向上するので、空調用熱交換器などの小型化や省エネルギー化を図ることができる。
【００２８】
請求項２に記載の伝熱管によれば、隣合う領域の間に管軸方向に沿う凸条が形成されているので、溝深さのバラツキをよりよく防止することができる。また、当該凸条の両側に位置する領域の溝が不連続になり、当該部分から液膜が排除されるのが防止されるため、より高い管内伝熱性能を発揮する。
【００２９】
請求項３に記載の伝熱管によれば、前記凸条の幅ｗ１は１mm以下であり、当該凸条の高さｈは前記溝の深さｄ以下であるので、拡管に際して拡管プラグが前記凸条に接触せず、円滑に拡管される。
【００３０】
請求項４に記載の伝熱管の製造方法によれば、周面に互いに平行で多数の凸条が形成された八個以上の加工ロールを同軸に固定した組み合わせ加工ロールと、表面が平滑なロールとの間に金属帯板を挟み込み、当該金属帯板の一面へ多数の溝を形成するので、請求項１の伝熱管を円滑に製造することができる。
【００３１】
請求項５に記載の伝熱管の製造方法によれば、前記組み合わせロールの各加工ロールの間には、当該加工ロールの凸条の頂部が形成する円の直径以下で、前記凸条の基部が形成する円の直径以上の直径のスペーサを介在させるので、請求項２又は３に記載の伝熱管を円滑に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第１実施形態の伝熱管の部分拡大展開斜視図である。
【図２】図１の伝熱管の部分拡大端面図である。
【図３】この発明による第２実施形態の伝熱管の部分拡大展開斜視図である。
【図４】この発明による製造方法を実施するための加工装置の概略斜視図である。
【図５】この発明による他の製造方法を実施するための加工装置の概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例の伝熱管と、比較例の伝熱管との管内蒸発熱伝達率比を示す線図である。
【図７】従来の伝熱管の製造方法を説明するための加工装置の部分斜視図である。
【図８】図７の加工装置における金属帯板の幅方向の位置と、当該位置における溝の溝深さとの関係を示す線図である。
【図９】従来の伝熱管の拡大断面図である。
【図１０】伝熱管にフィンを取り付ける要領を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
ａ，ｂ 伝熱管
ｃ 拡管プラグ
θ１，θ２ 管軸に対する溝のリード角
ｄ 溝深さ
ｔ 溝底部の肉厚
ｐ 溝ピッチ
ｗ 領域の幅
ｗ１ 凸条の幅
ｈ 凸条の高さ
１ 金属帯板
１０，１０ａ 溝
１１ 凸条
１１ａ〜１１ｄ 領域
１ａ〜１ｈ 領域
２，４ 組み合わせ加工ロール
２０，４０ 凸条
２１ スペーサ
２ａ〜２ｈ，４ａ〜４ｄ 加工ロール
３ ロール
５ クロスフィン
５０ 孔
６ 溶接装置
７ 仕上げダイス
【発明の属する技術分野】
この発明は、空調機や冷凍機などの熱交換器に使用される伝熱管及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱交換器に使用される伝熱管は、管内で冷媒を蒸発又は凝縮させ、管外の流体との間で熱交換を行うもので、管内の伝熱性能を高めるため、内面に多数の溝を形成した内面溝付き管が使用されている。
内面溝付き管は、通常、金属管を一定方向に引抜きながら、当該金属管内に溝付きプラグを回転自在に挿入し、金属管の当該溝付きプラグの挿入部外周を転造工具により押圧することにより、前記プラグ表面の螺旋状の溝を前記金属管内面に転写させる、いわゆる転造加工方法によって製造される。
【０００３】
前述のような転造加工方法では、管を引抜きながらその内面に溝加工をするため、管内面の溝相互は連続したものとなり、管内の伝熱性能を向上させるには限界があった。
管内の伝熱性能をさらに向上させるものとして、例えば特開平４−１５８１９３号公報の伝熱管が提案されている。
この伝熱管は、管内面が管の中心から９０度の角度で四等分した管軸方向に沿う所定幅の領域に区分され、各領域には平行な多数の溝が形成され、隣合う領域の溝相互は、管軸に対するリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしている。このように、隣合う領域の溝がリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれかを異にしているので、管内における冷媒の流れは乱され、管内伝熱性能を向上させることができる。
【０００４】
前記公報に記載の伝熱管は、例えば図７で示すように、先ず、一定幅の金属帯板１を図示しないアンコイラから一定方向へ繰り出しながら、周面に互いに平行で多数の凸条４０が螺旋状に形成された均一な長さの四個の加工ロール４ａ〜４ｄを同軸に固定した組み合わせロール４と、表面が平滑なロール３との間に前記金属帯板１を挟み込み、当該金属帯板１の一面へ多数の溝１０ａを形成する。
その後、前記金属帯板１を、図示しない成形ロール群により前記溝１０ａが内側になるように順次幅方向に丸めて管状に成形し、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接し、さらに、図示しない仕上げダイスで空引きすることによって製造される。
【０００５】
前述のように製造された伝熱管ｂは、図９のように、図７の金属帯板１の加工ロール４ａ〜４ｄに対応して、管内面が管の中心から９０度の角度で四等分された管軸方向に沿う一定幅の領域１１ａ〜１１ｄに区分され、領域１１ａと隣の領域１１ｂの溝１０ａ相互は管軸に対するリード角が逆になっている。
この伝熱管ｂには、図１０のようにアルミニウム合金製のクロスフィン５が多数取り付けられ、隣合う伝熱管ｂ相互の端部は曲げ加工した図示しない継手によって接続される。
伝熱管ｂへクロスフィン５を取り付けるには、各クロスフィン５の所要部分にに孔５０を形成し、この孔５０に伝熱管ｂを通し、伝熱管ｂ内に拡管プラグｃを押し込んで伝熱管ｂを若干拡大させ、伝熱管ｂの表面を前記孔５０へ密着させるようにする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報の伝熱管は、管内の伝熱性能が向上する反面、図７のように金属帯板１へ溝１０ａを加工する際、同図Ｂ及びＤの位置に金属材料が他の部分から移動して当該部分が肉厚になる傾向を示す。したがって、図８で示すように、金属帯板１のＢ及びＤの位置で溝深さが最も大きくなるとともに、Ａ，Ｅ，Ｃの位置では溝深さが小さくなる。
溝１０ａを加工した前記金属帯板１を幅方向に丸めて管状に成形し、その両側の突き合わせ部を溶接し、伝熱管ｂを製造する。そして、その後この伝熱管ｂを、図１０のようにクロスフィン５の孔５０に通し、拡管プラグｃで拡管すると、領域１１ａ，１１ｄの境界部Ａ，Ｅから、領域１１ｂ，１１ｃの境界部Ｃまでの直径が、領域１１ａ，１１ｂの境界部Ｂから領域１１ｃ，１１ｄの境界部Ｄまでの直径よりも小さくなって、図９のように伝熱管ｂが全体としてやや楕円状に拡がる。したがって、伝熱管ｂの上下において孔５０と伝熱管ｂとの間に隙間が形成され、熱交換性能が低下するとともに、前記隙間に水滴などが溜まり易く腐食の原因になる。
なお、前記隙間は、伝熱管ｂの拡管率を大きくすれば解消されるが、拡管率を大きくすると溝１０ａが潰れて伝熱性能が低下する。
【０００７】
この発明の目的は、管内面が長さ方向に沿う所定幅の複数の領域に区分され、各領域に多数の溝を形成し、隣合う領域の溝相互がリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしている伝熱管において、内周面全域にわたって溝深さのバラツキが小さく、熱交換器に組み込んだ場合、クロスフィンの孔への密着性がよりよい伝熱管を提供することにある。
この発明の他の目的は、前述のような伝熱管を円滑に製造することができる製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明による伝熱管は、前記課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項１の伝熱管は、管内面が管の中心から２０〜５０度の角度で管軸方向に沿う所定幅の領域１ａ・・・１ｎに区分されており、各領域１ａ・・・１ｎには平行な多数の溝１０が形成され、隣合う領域の溝１０相互は管軸に対するリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしていることを特徴としている。
【０００９】
請求項２の伝熱管は、請求項１の伝熱管において、隣合う領域の間には管軸方向に沿う凸条１１が形成されていることを特徴としている。
請求項３の伝熱管は、請求項２の伝熱管において、前記凸条１２の幅ｗ１を１mm以下に形成し、当該凸条１１の高さｈを前記溝１０の深さｄ以下に形成したものである。
【００１０】
この発明による伝熱管の製造方法は、前記課題を解決するため以下のように構成したものである。
すなわち、請求項４の伝熱管の製造方法は、金属帯板１を一定方向へ繰り出しながら、周面に互いに平行で多数の凸条２０が形成された八個以上の加工ロール２ａ〜２ｎを同軸に固定した組み合わせ加工ロール２と、表面が平滑なロール３との間に前記金属帯板１を挟み込み、当該金属帯板１の一面へ多数の溝１０を形成する工程と、前記溝１０が内側になるように前記金属帯板１を順次幅方向に丸めて管状に成形する工程と、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接する工程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
請求項５の製造方法は、請求項４の製造方法において、前記組み合わせロール２の各加工ロール２ａ〜２ｎの間には、当該加工ロール２ａ〜２ｎの凸条２０の頂部が形成する円の直径以下で、前記凸条２０の基部が形成する円の直径以上の直径のスペーサ２１を介在させることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
第１実施形態
図１はこの発明による伝熱管の第１実施形態を示す部分拡大展開斜視図であり、図２はその半裁端面図である。
図１及び図２の伝熱管ａは銅合金製の管であり、内面が管の中心から４５度の角度で管軸方向に沿って均一な幅の領域１ａ〜１ｈに区分され、各領域１ａ〜１ｈには平行な多数の溝１０が形成されている。
伝熱管ａの外径＝９．５３mm、溝１０の底部の肉厚ｔ＝０．３mm、溝１０の深さ（溝間のフィンの高さ）ｄ＝０．２mm、溝ピッチｐ＝０．６mmであり、領域１ａ，１ｃ，１ｅ，１ｇに形成されている溝１０の管軸に対するリード角θ１＝４０度、これらと隣合う領域１ｂ，１ｄ，１ｆ，１ｈに形成されている溝１０のリード角θ２は１０度である。
【００１３】
第１実施形態の伝熱管ａは、図４のような加工装置によって製造される。
図４において、２は外周面に前記溝１０に対応する凸条２０が形成された各加工ロール２ａ〜２ｈを同軸に固定した組み合わせ加工ロールであり、各加工ロール２ａ〜２ｈは、図１の各領域１ａ〜１ｈと対応している。
３は周面が平滑なロールであり、前記組み合わせ加工ロール２へ所定の圧力で押し付けられている。
【００１４】
図示しないアンコイラにより、一定幅の銅合金からなる金属帯板１を繰り出しながら、この金属帯板１を組み合わせ加工ロール２とロール３との間に挟み込み、各加工ロール２ａ〜２ｈの凸条２０を金属帯板１の表面へ転写する。この転写により、金属帯板１の表面は均一な幅の各領域１ａ〜１ｈに区分されると同時に、各領域１ａ〜１ｈには多数の溝１０が平行に形成される。
前記金属帯板１を図示しない成形ロール群により、前記溝１０が内側になるように幅方向に丸めて管状に成形するとともに、高周波誘導溶接，Ｍｉｇ溶接，Ｔｉｇ溶接などの溶接装置６により、金属帯板１の両側の突き合わせ部を溶接して造管した後、この管を仕上げダイス７に通して伝熱管ａを製造する。
【００１５】
第１実施形態の伝熱管ａは、内面が管の中心から４５度の角度で管軸方向に沿って均一な幅の領域１ａ〜１ｈに区分され、各領域１ａ〜１ｈには平行な多数の溝１０が形成され、隣合う領域に形成された溝１０相互は管軸に対するリード角を異にしている。したがって、管内で冷媒の流れがよく乱れるため、管内伝熱性能が向上する。
管内面は管軸方向に沿う均一な幅の八つの領域に区分されるので、溝１０を加工するときに金属材料の偏りが抑制され、溝１０の深さｄのバラツキ（最も深い部分と最も浅い部分との差）が小さくなる。したがって、拡管時に楕円形状になるのが防止され、図１１のようにクロスフィン５を伝熱管ａに取り付けた際、伝熱管ａとフィン５の孔との間に隙間ができるのを防止することができる。
【００１６】
第２実施形態
図３は、第２実施形態の伝熱管ａの部分拡大展開斜視図である。
この実施形態の伝熱管ａは、管の内面において、隣合う各領域１ａ〜１ｈの間に、幅ｗ１＝０．３mm、高さｈ＝０．１８mmで頂部が平滑で管軸方向に沿う凸条１１をそれぞれ形成したもので、他の構成は第１実施形態の伝熱管ａと同様である。
なお、凸条１１の高さｈを溝１０の深さｄよりも小さくしたのは、熱交換器に組み込むために拡管する際、拡管プラグが凸条１１に接触して拡管不良になるのを防止するためである。
【００１７】
第２実施形態の伝熱管ａは、図５のような加工装置によって製造される。
この加工装置は、図４の加工装置と同様に、それぞれ多数の平行な凸条２０が周面に形成された各加工ロール２ａ〜２ｈからなる組み合わせ加工ロール２と、周面が平滑なロール３とを備えている。そして、各加工ロール２ａ〜２ｈ相互の間には、厚み＝０．３mmで、凸条２０の頂部が形成する各加工ロール２ａ〜２ｈの円の直径以下の外径を有するスペーサ２１が装着されている。
図４の加工装置と同様な要領で運転すると、金属帯板１の表面には、それぞれ多数の平行な溝１０を有する各領域１ａ〜１ｈが形成されると同時に、各領域１ａ〜１ｈ相互の間には前記スペーサ２１に対応して、図３の凸条１１が形成される。
その後の工程は、図４の場合と同じであるのでその説明は省略する。
【００１８】
第２実施形態の伝熱管ａは、各領域１ａ〜１ｈの間に管軸方向に沿う凸条１１を形成したので、隣合う領域の溝相互は完全に不連続になり、液膜の排除が抑制されて伝熱効果がさらに高まるとともに、凸条１１により溝１０の加工による金属材料の偏りは一層よく防止され、溝１０の深さのバラツキもより小さくなる。
その他の作用，効果は第１実施形態の伝熱管と同様である。
【００１９】
その他の実施形態
前記各実施形態では、隣合う領域１ａ〜１ｈに形成された溝１０相互が管軸に対するリード角を異にしている例についてのみ説明したが、これらは、溝ピッチ，溝寸法，溝形状などの各要素のいずれかを異にしていても、冷媒の乱流効果を向上させることができる。
各領域１ａ〜１ｈの幅は均一であるのが加工上好ましいが、管の中心からの角度が２０ないし５０度であれば、それらの幅が均一であることを要しない。
【００２０】
第１実施例
金属帯板１には、幅３０mm、板厚０．５mmの銅板を使用し、図４のように、外径１００mmの各加工ロール２ａ〜２ｈを組み合わせた組み合わせ加工ロール２と、周面が平滑で外径１２０mmのロール３とにより、図４で説明した方法で金属帯板１の一面へ多数の溝１０を形成し、これを順次幅方向に丸めて管状に成形した後、前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接（高周波溶接）して外径が９．５５mmの管を製造し、次いでこれを仕上げダイス７で整形して第１実施形態と同様な伝熱管を製造した。
この実施例の方法で製造した伝熱管は、管周方向における各溝１０の溝深さｄのバラツキを０．０４mm以下に抑えることができた。
【００２１】
第２実施例
第１実施例と同様な金属帯板１を用い、図５の加工装置により、第１実施例と同じ要領で第２実施形態の伝熱管を製造した。
この実施例の方法で製造した伝熱管は、管周方向における各溝１０の深さｄのバラツキ０．０１mmに抑えることができた。
【００２２】
第１実施例の方法で製造した伝熱管と、第２実施例の方法で製造した伝熱管に、図１１で示したように多数のクロスフィン５を取り付けて熱交換器に組み込んだところ、良好に拡管することができ伝熱管とクロスフィン５との密着具合も良好であった。
【００２３】
第３実施例
材質、溝深さｄ、溝ピッチｐ、外径、溝底部の肉厚ｔ、及び隣合う領域に形成された溝相互の管軸に対するリード角が第１実施形態の伝熱管と同じで、管内面の一領域の幅に対する管中心からの角度がそれぞれ１８０度、９０度、６０度、４５度、２０度、１０度である伝熱管サンプルを製造した。
他方、隣合う領域の間に幅ｗ１＝０．５mm、高さｈ＝０．１mmの凸条１１を形成し、他の構成は前記サンプルと同じである伝熱管サンプルを製造した。
そして、これらのサンプルに付いて溝深さｄのバラツキを測定し、各サンプルの伝熱管にクロスフィンを取り付け、クロスフィンと各サンプル管表面との密着性を評価した。その評価は、クロスフィンに形成された孔に伝熱管を挿通し、内面の溝１０が破壊されない程度に拡管プラグで伝熱管を拡管したとき、クロスフィンの孔と伝熱管の表面との間に隙間が生じなかったものを○、隙間が生じたものを×と表示した。その結果を表−１に示す。
また、各サンプル管について、管内蒸発熱伝達率を測定し、その比を図６に示した。
【００２４】
【表１】
表１の結果から明らかなように、伝熱管の内面の一領域の幅に対応する管中心からの角度が５０度以下である場合は、溝深さｄのバラツキが小さい。また、伝熱管拡管して当該伝熱管にクロスフィンを取り付けたとき、伝熱管の拡管が円滑に行われ、クロスフィンと伝熱管との密着性が良好である。特に、隣合う領域１ａ〜１ｈの間に凸条１１を形成したケースでは、管内面の一領域の幅に対応する管中心からの角度が５０度以下であると、溝深さｄのバラツキを０．０１以下に抑えることができた。
【００２６】
図６の結果によれば、各領域１ａ〜１ｈの幅に対する管中心からの角度が２０度〜５０度である本発明実施例の伝熱管サンプルは、他のサンプルと比較してより高い伝熱性能を示している。特に、各領域間に凸条１１を形成したサンプルでは、凸条１１によって両側の領域の溝１０が堰き止められ、液膜が排除されるのを防いでいるので、さらに高い管内伝熱性能を有している。
一領域の幅に対応する管中心からの角度が２０度よりも小さい場合には、領域の幅が小さ過ぎて内面の溝１０の効果が充分に発揮されていないためであると考えられる。
図６で示した管内蒸発熱伝達率のみでなく、管内凝縮熱伝達率についても測定したが、図６の結果とほぼ同様な結果であった。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１に記載の伝熱管によれば、管内面が管の中心から２０度〜５０度の角度に相当する幅の管軸方向に沿う領域に区分され、各領域には隣の領域の溝とは異種の溝が加工されているので、溝深さのバラツキが小さくなる。したがって、フィンを伝熱管に取り付けた際、伝熱管とフィンとの間に隙間ができるのを防止することができる。
また、管内伝熱性能が向上するので、空調用熱交換器などの小型化や省エネルギー化を図ることができる。
【００２８】
請求項２に記載の伝熱管によれば、隣合う領域の間に管軸方向に沿う凸条が形成されているので、溝深さのバラツキをよりよく防止することができる。また、当該凸条の両側に位置する領域の溝が不連続になり、当該部分から液膜が排除されるのが防止されるため、より高い管内伝熱性能を発揮する。
【００２９】
請求項３に記載の伝熱管によれば、前記凸条の幅ｗ１は１mm以下であり、当該凸条の高さｈは前記溝の深さｄ以下であるので、拡管に際して拡管プラグが前記凸条に接触せず、円滑に拡管される。
【００３０】
請求項４に記載の伝熱管の製造方法によれば、周面に互いに平行で多数の凸条が形成された八個以上の加工ロールを同軸に固定した組み合わせ加工ロールと、表面が平滑なロールとの間に金属帯板を挟み込み、当該金属帯板の一面へ多数の溝を形成するので、請求項１の伝熱管を円滑に製造することができる。
【００３１】
請求項５に記載の伝熱管の製造方法によれば、前記組み合わせロールの各加工ロールの間には、当該加工ロールの凸条の頂部が形成する円の直径以下で、前記凸条の基部が形成する円の直径以上の直径のスペーサを介在させるので、請求項２又は３に記載の伝熱管を円滑に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による第１実施形態の伝熱管の部分拡大展開斜視図である。
【図２】図１の伝熱管の部分拡大端面図である。
【図３】この発明による第２実施形態の伝熱管の部分拡大展開斜視図である。
【図４】この発明による製造方法を実施するための加工装置の概略斜視図である。
【図５】この発明による他の製造方法を実施するための加工装置の概略斜視図である。
【図６】この発明の実施例の伝熱管と、比較例の伝熱管との管内蒸発熱伝達率比を示す線図である。
【図７】従来の伝熱管の製造方法を説明するための加工装置の部分斜視図である。
【図８】図７の加工装置における金属帯板の幅方向の位置と、当該位置における溝の溝深さとの関係を示す線図である。
【図９】従来の伝熱管の拡大断面図である。
【図１０】伝熱管にフィンを取り付ける要領を示す部分斜視図である。
【符号の説明】
ａ，ｂ 伝熱管
ｃ 拡管プラグ
θ１，θ２ 管軸に対する溝のリード角
ｄ 溝深さ
ｔ 溝底部の肉厚
ｐ 溝ピッチ
ｗ 領域の幅
ｗ１ 凸条の幅
ｈ 凸条の高さ
１ 金属帯板
１０，１０ａ 溝
１１ 凸条
１１ａ〜１１ｄ 領域
１ａ〜１ｈ 領域
２，４ 組み合わせ加工ロール
２０，４０ 凸条
２１ スペーサ
２ａ〜２ｈ，４ａ〜４ｄ 加工ロール
３ ロール
５ クロスフィン
５０ 孔
６ 溶接装置
７ 仕上げダイス
Claims (5)
- 管内面が管の中心から２０〜５０度の角度で管軸方向に沿う所定幅の領域１ａ・・・１ｎに区分されており、各領域１ａ・・・１ｎには平行な多数の溝１０が形成され、隣合う領域の溝１０相互は管軸に対するリード角，溝ピッチ，溝寸法，溝形状の各要素の中のいずれか一以上の要素を異にしていることを特徴とする、伝熱管。
- 隣合う領域の間には管軸方向に沿う凸条１１が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の伝熱管。
- 前記凸条１１の幅ｗ１は１mm以下であり、当該凸条１１の高さｈは前記溝１０の深さｄ以下である、請求項２に記載の伝熱管。
- 金属帯板１を一定方向へ繰り出しながら、周面に互いに平行で多数の凸条２０が形成された八個以上の加工ロール２ａ〜２ｎを同軸に固定した組み合わせ加工ロール２と、表面が平滑なロール３との間に前記金属帯板１を挟み込み、当該金属帯板１の一面へ多数の溝１０を形成する工程と、
前記溝１０が内側になるように前記金属帯板１を順次幅方向に丸めて管状に成形する工程と、
前記金属帯板１の両側の突き合わせ部分を溶接する工程とを含むことを特徴とする、
伝熱管の製造方法。 - 前記組み合わせロール２の各加工ロール２ａ〜２ｎの間には、当該加工ロール２ａ〜２ｎの凸条２０の頂部が形成する円の直径以下で、前記凸条２０の基部が形成する円の直径以上の直径のスペーサ２１を介在させることを特徴とする、請求項４に記載の伝熱管の製造方法。
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