JP4630005B2 - 内面溝付管及びその製造方法 - Google Patents
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Description
この内面溝付管は、それぞれ素管内に各溝付プラグを回転自在に挿入し、当該素管を引き抜くことにより、管内面に断面が矩形状の多数の一次溝を加工し、次いで、一次溝と交差しかつ螺旋状となるように断面が三角形状の多数の二次溝を加工することにより製造される。すなわち、管内面に二次溝が加工される際に、一次溝によるフィンが潰れて二次溝相互の間にフィンが形成され、一次溝の部分が加圧変形されて二次溝間のフィンに前述のようなあり溝状の空洞部が形成される。
また前記製造方法では、一次溝の溝底と二次溝の溝底とを一致(空洞部深さ=フィン高さ)させ難く、通常は二次溝加工時に一次溝を完全に潰すこととなり、空洞部の底レベルは二次溝の底レベルより高くなる(空洞部底と二次溝底との間に段差を生じる)ので、圧力損失抑制の効果が小さい。
第2に、前記トンネル状部は管の長さ方向に沿って形成され、前記リード角βは40〜70°であり、前記トンネル状部の底幅はフィン高さhの0.4〜1倍であることを特徴としている。
また、管内ではフィンに沿って流れる冷媒と各トンネル状部を通じて下流方向に流れる冷媒の二つの冷媒流れを生じ、効率よく乱流効果を発揮して伝熱性能が向上するほか、フィン頂部は途切れないで連続しているので凝縮性能を低下させない。
本発明に係る内面溝付管の製造方法によれば、前記本発明に係る内面溝付管を円滑に製造することができる。
各フィン1には、当該フィンを交差しかつ管の長さ方向に貫通するトンネル状部10が所定間隔に形成されている。10はトンネル状部であるから、その底面は溝2の底とほぼ連続する面であり、フィン1の頂部は継ぎ目を介して連続している。
管の材質には、銅又は銅合金,アルミニウム合金、鋼材その他の熱伝導性に優れた材料を用いることができるが、無酸素銅,リン脱酸銅やタフピッチ銅を用いるのが好ましい。
また、管内ではフィン1に沿って流れる冷媒と各トンネル状部10を通じて下流方向に流れる冷媒の二つの流れを生じ、効率よく乱流効果を発揮して伝熱性能が向上するほか、フィン1の頂部は途切れないで連続しており、凝縮時の最終には冷媒がフィン1の頂部の各部で凝縮するので凝縮性能が低下することはない。
図2は一次フィンを加工した金属条の部分拡大斜視図、図3の(a)図は第一次の加工ロールの概略平面図、同(b)図は第二次の加工ロールの概略平面図、図4は金属条に一次フィンを加工している状態の部分拡大断面(フィンと直交する断面)図、図5は金属条の一次フィンを完成したフィンに整形加工している状態の部分拡大断面(フィンと直交する断面)図である。
一次ワークロール3aは、外周面に所定のリード角β1を有する多数の一次溝30aを所定の間隔に形成した溝付ロール部(溝付ロールピース)30と、外径が溝付ロール部30の溝底外径と同じ外径で外周面が平滑な幅の狭い(厚みが小さい)平滑ロール部(平滑ロールピース)31とを、交互に密接させて同軸状に組み合わせたものである。
一次溝30aは断面が矩形であるが、矩形に近い台形であっても差し支えない。
二次ワークロール4aの外周面には、一次ワークロール3aのリード角β1と同じリード角β1の二次溝40が多数形成されている。
二次溝40の断面形状は三角形ないし三角形類似の形状であり、その溝底幅w2は前記一次溝30aの溝底幅w2と同じであるが、溝深さdは一次溝30aの溝深さd1よりも必要量深くなっている。すなわち、二次溝40の深さdは、二次溝40の断面積が一次溝30aの断面積よりも若干小さいか両者同じになるような大きさに設計する。一次溝30aと二次溝40の溝ピッチp(隣接する溝の中心から中心までの距離)は同じである。
二次溝40の溝底幅w2は、一次溝30aの溝底幅w2よりも僅かに大きくても差し支えない。
二次ワークロール4aと二次平滑ロール4bとに挟ませて圧延する。このとき、一次フィン11と二次ワークロール4aの二次溝40が一致するように第二次の加工ロール4を配置しておく。また、ロール4a,4bの回転により各一次フィン11が対応する各二次溝40に入り込むように金属条1aをセットし、金属条1aの圧延を再開する。
第二次の加工ロール4のロール4a,4bで金属条1aを圧延すると、図5で示すように各一次フィン11は、対応する二次溝40によって、当該部分の材料が二次溝40内に充満するように移動し、かつ一次フィン11の頂部分における材料一部は各途切れ部12の方向に移動してフィン頂部相互が連続する状態に加圧変形される。この加圧変形による整形により、図1のように所定の間隔でトンネル状部10を有する連続したフィン1が加工される。
造管後は溶接ビードを切削した後、管を空引き整形して仕上げる。
以上のように製造された内面溝付管において、トンネル状部10の底幅w1は一次フィン11における途切れ部12の長さL1とほぼ同じである。
フィン1のリード角βの大きさに比例して伝熱面積が増大するほか、溝内の冷媒液膜が十分に攪拌されて非共沸冷媒の気液界面での濃度差が低減し、拡散抵抗や熱抵抗が減じて凝縮熱伝達率が向上する。リード角βが40°未満では伝熱面積の十分な増大が図れず、冷媒液膜の攪拌低下により凝縮熱伝達率が不十分である。他方70°を超えると、圧力損失が増大してコンプレッサ等のエネルギー効率が低下する。したがって、フィン1のリード角βは40〜70°であるのが好ましく、45〜55°の範囲内であるのがさらに好ましい。
フィン幅wは0.05mm未満ではフィン強度が不足して圧延時にフィン割れが生じ、0.20mmを超えると整形時にトンネル状部10が加工できない場合がある。したがって、フィン幅wは0.05〜0.20mmであるのが好ましく、0.10〜0.15mmの範囲内であるのがさらに好ましい。
・第一次の加工ロールの一次ワークロール
溝付ロール部×5
溝リード角β1=40°
溝深さd1=0.20mm
溝底幅w2=0.13
溝形状=断面矩形
溝ピッチ=一定
平滑ロール部×4
厚みL1(トンネル状部10の底幅w1)=0.05〜0.30mmの範囲で0.05mm刻みで変化
・第二次の加工ロールの二次ワークロール
溝リード角β1=40°
溝深さd=0.25mm
溝底幅w2=0.13
溝形状=断面三角形
溝ピッチ=一次ワークロールと同じ
他方、次のワークロールを平滑ロールと組み合わせた加工ロールを使用して、実施例と同じ幅で同材質の金属条にトンネル状部有しない多数のフィンを加工し、当該金属条を管状に成形して溶接により造管した比較サンプルの内面溝付供試管を製造した。
溝リード角β1=40°
溝深さd1=0.25mm
溝底幅w2=0.13
溝形状=断面三角形
溝ピッチ=一次ワークロールと同じ
したがって、トンネル状部10の底幅w1は、フィン高さhの0.4〜1倍(2/5h≦w1≧1h)の範囲であるのが好ましい。
10 トンネル状部
11 一次フィン
12 途切れ部
1a 金属条
2 溝
3 第一次の加工ロール
3a 一次ワークロール
3b 一次平滑ロール
30 溝付ロール部
31 平滑ロール部
30a 一次溝
4 第二次の加工ロール
4a 二次ワークロール
4b 二次平滑ロール
40 二次溝
Claims (3)
- 内面に長さ方向に対して所定のリード角βを有する断面が三角形ないし三角形類似の多数のフィンを所定間隔に有し、前記各フィンは当該フィンと交差する状態に所定の間隔にトンネル状部を有しかつ該トンネル状部及びフィンの頂部は途切れないでフィンの頂部は上記トンネル状部頂部の継目を介して連続するとともに、前記フィン間の溝の底面とトンネル状部の底面は連続する同一レベルの面とすることを特徴とする内面溝付管。
- 前記トンネル状部は管の長さ方向に沿って形成され、前記リード角βは40〜70°であり、前記トンネル状部の底幅はフィン高さhの0.4〜1倍である、請求項1に記載の内面溝付管。
- 金属条を一定方向へ繰出しながら、当該金属条の一面に長さ方向に対して所定角度β1を有する断面が矩形ないし矩形に近い台形であって所定の間隔で交差方向の溝状の途切れ部を介して断続する一次フィンを所定の間隔で多数加工する工程と、前記各一次フィンを、その断面が三角形ないし三角形類似の形状を呈する状態に、かつ、各途切れ部とその前後のフィンの頂部相互が継目を介して連続するとともに、前記途切れ部をフィンを交差方向に貫通するトンネル状部に形成し、前記フィン間の溝の底面とトンネル状部の底面を連続する同一レベルの面とする状態に加圧変形させて整形されたフィンに加工する工程と、当該金属条をフィン加工面を内面として管状に成形しつつ両側の突合せ部を溶接して造管する工程とを含むことを特徴とする、内面溝付管の製造方法。
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