JPH02280933A - 伝熱管とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、冷凍機や空調機の熱交換器に用いられる伝熱
管とその製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

冷凍機や空調機の熱交換器に用いられる伝熱管は、熱交
換の高効率の点から一般的に内面溝付管が使われている
。これは管内面に三角形や台形などの突起または溝を管
軸に対して平行又は螺旋状に連続して形成したもので、
平滑管に比べて伝熱性能は向上する。この伝熱管は第１
０図（イ）（ロ）に示すように管（１２）の内面に突起
（１３）を形成したもので、これを用いた熱交換器では
、管内に冷媒を蒸発又は凝縮の相変化をさせながら流す
ものである。

このような内面溝付管が平滑管に比べて伝熱性能が向上
する理由としては、内面の微細な溝による流れの１乱と
伝熱面積の増大が上げられる。しかしこのように内面で
相変化させる場合には突起先端の高乾き度域において、
第１１図に示すように溝（１４）内に液膜（１５）を保
持し、管軸方向にも溝（１４）内の毛細管力により、突
起（１３）のような高乾き度領域まで薄液膜を形成し、
これが効果的に作用する。

この種の伝熱管は、第１２図に示すように平滑管（１６
）をダイス（１８）とフローティングプラグ（１７）に
より管内の所定の位置に保持された溝付プラグ（１９）
と管（Ｉ６）の外周に設けた転造ロール（２Ｇ）により
転造加工して管（１６）の内面に突起（１３）を形成し
、最後に仕上げダイス（２１）を通して造られるか、又
は第１３図（イ）１（ロ）に示すように金属条（１）を
溝付ロール（２）と平滑ロール（３）により圧延して、
金属条（１）の片側表面に突起を形成し、しかる後突起
が内側になるように成形ロール（８−１）、　（８−ｎ
）で管状に成形し、その両縁を接合して造られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

内面溝付管は溝（突起）の形状を変化させることにより
、より高性能の伝熱管が得られるように改良されてきた
が、従来の加工法では得られる溝（突起）の形状に限界
があり、加工された伝熱管の性能にも限界があった。

また高性能の伝熱管として二回以上の転造加工又は圧延
加工を行なうことにより、管内面により複雑な形状の突
起（溝）を施して伝熱性能を向上せしめたものが提案さ
れている。しかし２回以上の加工を行なう場合は設備が
複雑となり、設備費が高くついたり、また設備の調整が
むずかしく、安定して長尺加工ができないばかりか、加
工速度を上げることができないなどの問題があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明はこれに鑑み種々検討の結果、１回の加工で管内
面に、従来伝熱管に比べてより複雑な形状の突起（溝）
を施し、伝熱特性を向上した伝熱管とその製造方法を開
発したものである。

即ち本発明伝熱管は、管内面に交差する２種以上の連続
又は不連続な突起を設けたことを特徴とするもので、主
な゛る突起に交差する副なる突起の高さを、主なる突起
の高さの３７４以下とし、また副なる突起の高さを０．
２ｍｍ未満とすることが望ましい。

また本発明製造方法は、連続的に供給される金属条を、
溝付ロールと平滑ロールにより加圧し、金属条の片面に
突起を形成し、しかる後突起部を内側にして管状に成形
し、その両縁を接合して管内面に突起を形成する伝熱管
の製造において、上記溝付ロールの周面に交差する２種
以上の連続又は不連続の溝を形成して金属条を加圧する
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

内壁面に交差したリブを設けた伝熱管が実開昭５９−１
５３４７６号公報により提案されている。これは管内に
単相流を流し、管外フィンにより管外の冷媒を相変化さ
せて熱交換を行なうものであり、本発明伝熱管とはその
用途が異なる。この伝熱管の場合、管内熱伝達性能を向
上させるためには、内壁面での擾乱作用のみが必要とさ
れ、このためリブの高さを０．２〜１．Ｏｍｍと数値限
定し、０．２ｍｍよりも小さい場合は有効な擾乱作用が
期待できないとしている。

これに対し本発明伝熱管は、管内で蒸発、凝縮の相変化
を行なう熱交換器に使用されるもので、伝熱性能を向上
させる要因として伝熱面積の増大や、乱流効果による伝
熱性能の向上も上げられるが、それよりも溝内の液の保
持力の増大や毛細管力により、軸方向へ溝をつたわって
液膜を広がらせ、より高乾き度域までの液膜の形成が上
げられる。

本発明伝熱管においては、交差する突起に囲まれた溝部
における液の保持力が増加するが、主なる突起の高さ（
Ｈ＋）と、それに交差する副なる突起の高さ（Ｈ２）の
比（Ｈ２／Ｈ，）が大きすぎれば、例えばＨ２／Ｈ，＝
１では毛細管力による軸方向への液膜の広がりがなくな
り、伝熱性は低下し圧力損失が増大してしまう。

そこでＨ２／′Ｈ＋　≦３７４とすることにより、液の
保持力を保ち、軸方向への液膜を広がらせることによっ
て、従来伝熱管に比べて伝熱性能を著しく向上させるこ
とができる。また副なる突起による圧力損失の増加をお
さえるためＨ２≦０．２Ｍとすることが望ましい。

また本発明製造方法においては、上記高性能伝熱管を１
回の加工で施すことができるので、設備も従来のもので
よく、安定して加工速度を落すことなく、長尺加工を行
なうことができる。

以下本発明の実施例について説明する。

〔実施例〕

第１図は本発明における金属条の圧延から管成形、溶接
までの一連の製造工程を示すもので、図において金属条
（１）は図示されていないアンコイラ−より連続的に供
給される。本実施例では銅条を５０ｉ／ｍｉｎの速度で
供給し、条（１）への突起と溝の加工は、溝付ロール（
２）と平滑ロール（３）によって構成された１台の圧延
機により行なう。溝付ロール（２）には第２図に示すよ
うに２種類のらせん溝（４）、　（５）が設けられ、こ
れらはロール軸に対してねじれており、所定の交差角を
持って交差している。この溝付ロール（２）と平滑ロー
ル（３）により圧延し、金属条（１）の片側表面に溝付
ロール（２）の溝形状を転写することにより、第３図に
示すように金属条（＋１の片側表面に交差した斜線状の
突起（６）。

（７）を施す。

その後複数個の成形ロール（８！、　８ｂ、　８ｃ、・
・・８ｈ）からなるフォーミング装置により、突起加工
を施した金属条（１Ｍ）を突起ｆ６）、　（７１部が内
側となるようにして管状に成形する。そして管状に成形
した金属条（１為）の両縁を突き合せ、長手方向に沿っ
て高周波誘導溶接器（９）により接合し、仕上ロール（
ｔｏ）、　（Ｉ＋１又は仕上ダイス（図示せず）を通し
て外径９．５３ｍｍの伝熱管（１２）を製造した。ここ
で溶接については高周波誘導溶接器を用いたが、これに
限ることなく、公知の技術により接合してもよい。

本発明伝熱管は、従来の内面溝付管に比べて、伝熱表面
が大きく、形状も複雑であることから、圧力損失が従来
内面溝付管に比べて大きいことが予想される。圧力損失
が大きいということは、熱交換器のポンプ動力を大きく
する必要があり、省エネルギーの観点から圧力損失は極
力小さく押える必要がある。そこで上記伝熱管について
蒸発時及び凝縮時の管内熱伝達率の測定と共に管内圧力
損失の測定を行なった。

測定を行った伝熱管は外径９．５３ｍ０１で第１突起（
主となる突起）の管軸に対するねじれ角を２０°、突起
高さ（Ｈ３）を０．２關とし、第２突起（副なる突起）
の管軸に対するねじれ角を第１突起とは逆方向に３０°
、突起高さ（Ｈ２）を０（従来の内面溝付管）から０．
２胴、即ちＨ２／Ｈ１＝０〜１と変化させた。

上記伝熱管を二重管式熱交換器に組み込んで、管内に冷
媒としてフロンＲ−２２を流し、管外には被冷却水を直
交に流し、第１表に示す測定条件により性能評価を行な
った。管内熱伝達率測定結果を第４図及び第５図に、圧
力損失測定結果を第６図及び第７図に示す。

第　　１　　表 管内蒸発 冷媒入口乾き度 冷媒出口過熱度 伝熱管有効長さ 冷媒流量 管内凝縮 ０．２１　　　冷媒入口過熱度　３５°０５℃　冷媒出
口過冷却　５℃ ５ｍ　伝熱管有効長さ　５ｍ ４０ｋｇ／ｈ　　冷媒流量　　　４０ｋｇ／ｈ管内の熱
伝達率は第４図及び第５図より、Ｈ２／　Ｈ＋　＝　１
／４で従来内面溝付１ｆ　（Ｈ２＝０）に比べて上昇し
ており、Ｈ２／Ｈ１＞３／４になると性能が低下してい
る。その理由は液膜が第１の突起と第２の突起に囲まれ
た溝内にたまり、軸方向への広がりがなくなるためと考
えられる。

圧力損失は第６図及び第７図より、Ｈ２／　Ｈ＋≦３７
４において、従来内面溝付管（Ｈ２＝ｏ）とほぼ同等で
あるが、Ｈ２／　Ｈ＋　＞　３／４では著しく上昇して
いる。圧力損失が著しく上昇する傾向は、Ｈ２／Ｈ１４
３／４において突起高さを高くした場合（Ｈ＋　≧０．
２６ｍｍ、　　Ｈ２２０，２０ｍｍ）にも見られた。

このように圧力損失を増大させずに、性能を向上させる
ためには、Ｈ２／　Ｈ＋≧３／４．Ｈ２＜０．２０閣に
することが望ましいことが判る。

尚第２の突起の高さを第１の突起の高さと等しくした場
合でも第８図に示すように、第２の突起を不連続にする
ことにより、伝熱性能を低下させることなく圧力損失を
従来伝熱管の値と同等にすることができる。また本発明
実施例では互いに違うねじれ角を持つ２種類のらせん状
突起を有する伝熱管について説明したが、これに限らず
第９図に示すように突起の方向が７字状であったり、ま
たジグザグ状であってもかまわない。

〔発明の効果〕

このように本発明によれば、従来伝熱管に比べて圧力損
失が増大することなく、伝熱性能を著しく向上させるこ
とができ、しかも伝熱性能を向上させる複雑な突起を１
回の加工で施すことができるので、従来の設備でよく、
加工速度を落すことなく、安定して長尺加工ができる等
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図は本発明伝熱管の製造方法を示す説明図、第２図
は本発明製造方法の溝付ロールの一例を示す正面図、第
３図は本発明製造方法により金属条の片側面に施した突
起の一例を示す斜視図、第４図及び第５図は本発明伝熱
管と従来伝熱管の熱伝達率の比を示すもので、第４図は
蒸発熱伝達率比、第５図は凝縮熱伝達率比の説明図、第
６図及び第７図は本発明伝熱管と従来伝熱管の圧力損失
の比を示すもので、第６図は蒸発時、第７図は凝縮時の
説明図、第８図は本発明における他の圧延後の金属条の
突起の一例を示す平面図、第９図は本発明における更に
他の圧延後の金属条の突起の一例を示す平面図、第１０
図（イ）、（ロ）は従来伝熱管の一例を示すもので、（
イ）は縦断面図、（ロ）は側断面図、第１１図は従来伝
熱管の効果を示す説明図、第１２図は転造法による従来
の内面溝付管の製造工程を示す説明図、第１３図（イ）
、（ロ）は圧延、溶接法による従来の内面溝付管の製造
工程を示す説明図で、（イ）は平面図、（ロ）は側面図
である。 ｌ）金属条、（２）溝付ロール、（３）平滑ロール、４
）、　（５）　　らせん溝、（６１，（７）突起、８−
１１　　（Ｉｆ−ｎｌ、（８ｉ１−＝・（８ｈ）成形ロ
ール、９）高周波誘導溶接器、ｆｌＯ）、　（ＩＩ）仕
上ロール、１２）伝熱管、（１３）突起、（１４）溝、
（１５）液膜、１６）平滑管、（１７）フローティング
プラグ、１ｇ）ダイス、（１９）溝付プラグ、（２０）
転造ローラ、２１）仕上ダイス。 第２図 第３図 第８図 第１１図 第９図 第１２図 （イ） 第１０図 （ロ） 第１３図 １′を 手続中甫正書（自発） 平成２年１月Ｂ 日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）管内面に交差する２種以上の連続又は不連続な突
   起を設けたことを特徴とする伝熱管。
2. （２）主なる突起に交差する副なる突起の高さを、主な
   る突起の高さの３／４以下とする請求項（１）記載の伝
   熱管。
3. （３）副なる突起の高さを０．２ｍｍ未満とする請求項
   （１）又は（２）記載の伝熱管。
4. （４）連続的に供給される金属条を、溝付ロールと平滑
   ロールにより加圧し、金属条の片面に突起を形成し、し
   かる後突起部を内側にして管状に成形し、その両縁を接
   合して管内面に突起を形成する伝熱管の製造において、
   上記溝付ロールの周面に交差する２種以上の連続又は不
   連続の溝を形成して金属条を加圧することを特徴とする
   伝熱管の製造方法。