JPH08327273A - 熱交換機の交換円管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一方でリブの重量を低減した場合に一様で良
好な気化効率あるいは凝縮効率を利点に結び付き、他方
で交換円管を製造するために一段圧印法を使用できる、
内部表面模様を有する交換円管を提供する。 【解決手段】 滑らかな外部表面２と模様を付けた内部
表面３を有し、この内部表面が交換円管１の長手軸６に
対して 90 °からずれた角度αで延びる、傾いた立ち上
がり部分８，リブ７により横方向制限された通路１３お
よびリブ７に成形され横に延びる凹部１４を備えた平行
なリブ７で形成され、凹部１４の中心縦面ＭＬＥが交換
円管１の長手軸６に対して 90 °からずれた角度γの方
向に進む、熱交換機の交換円管にあって、凹部１４が表
面８，１０，１１に関して微細の粗さ１６を有し、頭部
側を丸めたリブ７を縦断面で正弦波状に構成して形成さ
れ、隣接するリブ７の対向する立ち上がり部分８）が丸
みを付けた移行部１１により通路の底部１２に連結す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、滑らかな外部表
面と模様を付けた内部表面を有し、この内部表面が交換
円管の長手軸に対して 90 °からずれた角度で延びる、
傾いた立ち上がり部分、リブにより横方向制限された通
路およびリブに成形され横に延びる凹部を備えた平行な
リブで形成され、凹部の中心縦面が交換円管の長手軸に
対して 90°からずれた角度の方向に進む、熱交換機の
交換円管に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の交換円管は、従来技術に対して
米国特許第 53 32 034号明細書を掲げることができる。
この場合、リブとこれ等のリブにより横方向制限される
チャンネルがそれぞれ一つの台形状の断面を有する。リ
ブの横断面の体積は、通路の横断面より約半分大きく設
計されている。

【０００３】リブ内に成形された凹部はロールで形成さ
れる。この場合、リブから成形された材料は凹部の端面
で通路に湾曲する。凹部の底は通路の底に対してある間
隔を保っている。周知の交換円管の製造は、先ず、二段
ロール法で後で内部表面の模様が金属ベルトの片側で発
生し、次いで金属ベルトが内部にある金属面模様を有す
るスリット円管に変形され、その後、スリットの縁部を
溶接することにより行われる。

【０００４】内部表面模様を二段でロールをかけると仕
上げ経費が嵩む。これは経済性に影響を当たる多数のロ
ール圧印工具を必要とする。リブの凹部は最初のロール
工程で圧印加工されたリブの最初の体積成分をロールし
て生じる。リブの初めの体積成分は直ぐ隣に配分され
る。しかし、単位長当たりの重量を取り立てて低減する
ことにならない。

【０００５】更に、実際の使用でリブのヘッド側や側面
の表面が一様であるため、凝縮を遅らせる割れるのが難
しい凝縮フィルムとなるので、熱絶縁特性の遮断膜が形
成する。蒸発には僅かな角部が蒸発泡の芽として使用さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術を前提
として、この発明の課題は、一方でリブの重量を低減し
た場合に一様で良好な気化効率あるいは凝縮効率を利点
に結び付き、他方で交換円管を製造するために一段圧印
法を使用できる、内部表面模様を有する交換円管を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、この発明
により、滑らかな外部表面２と模様を付けた内部表面３
を有し、この内部表面が交換円管１の長手軸６に対して
90 °からずれた角度αで延びる、傾いた立ち上がり部
分８，リブ７により横方向制限された通路１３およびリ
ブ７に成形され横に延びる凹部１４を備えた平行なリブ
７で形成され、凹部１４の中心縦面ＭＬＥが交換円管１
の長手軸６に対して 90 °からずれた角度γの方向に進
む、熱交換機の交換円管にあって、凹部１４が表面８，
１０，１１に関して微細の粗さ１６を有し、頭部側を丸
めたリブ７を縦断面で正弦波状に構成して形成され、隣
接するリブ７の対向する立ち上がり部分８）が丸みを付
けた移行部１１により通路の底部１２に連結することに
よって解決されている。

【０００８】この発明による他の有利な構成は、特許請
求の範囲の従属請求項に記載されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の核心は、丸まった移行
部しかなく、鋭い角部をなくしたこのような内部の粗い
表面模様を形成する。その結果、ただ一段のローラー圧
印により粗い表面模様を特に有利に発生させることがで
きる。従って、装置技術上の経費が大幅に低減する。

【００１０】更に、交換円管内を流れる液体と粗い表面
模様との間の熱伝達が強力になることに関して、リブの
表面が通路の底まで更に目的とする微細粗さを備えてい
ると言う利点がある。これは、特に冷媒を凝縮したり蒸
発したりする場合、交換円管を対応する熱交換機に組み
入れる時に分かる。リブの横断面積は、リブの数を多く
するために低減される。これにより、熱交換する表面模
様を大きくし、熱の移行を改善できる。これに関連し
て、ほっそりとしてリブ、つまり狭い通路を発生させる
こともできる。ヘッド側を丸めたリブは、特に交換円管
で移動する器具により拡げて交換円管を熱交換機のフィ
ンに入れる場合、リブの頭部を僅かに偏平にするので、
開き難い凝縮膜を形成することにも有効になると言う利
点がある。それでも、微細粗さにより大きなリブの表面
のため有効な気化にとって有利な多数の突出部、角部、
尖り部分や窪みが蒸発泡の芽として用意され、これには
大量の材料を必要としない。

【００１１】フィンの表面も、必要であれば、交換円管
の内部模様および／または微細粗さに応じて粗い模様が
あってもよい。この発明を応用することは、金属、特に
銅や銅合金の交換円管で行われる。この種の交換円管
は、例えば丸いあるいは卵形の横断面を有しいてもよ
い。丸い交換円管の外径は好ましくは約 6 mm 〜 20 mm
である。

【００１２】基本的には、凹部の中心長手面は互いに平
行であるが、リブの長手方向に互いにずれ延びているこ
とがこの発明により想像できる。従って、請求項２の構
成では、凹部の中心長手面が隣のリブに揃って延びてい
る。リブの表面の微細な粗さは種々の方法で実現でき
る。例えば、吹付コランダムで面を粗くすることも考え
られる。更に、リブの表面に直線状の微細溝の形の刻み
を入れることも想像できる（請求項３）。これ等の微細
溝は互いに平行に延びていると有利である。しかし、そ
の長手方向はリブの長手方向とはずれいる。

【００１３】更に、微細粗さは請求項４によりリブの長
手方向からずれた十文字状に交差する微細溝で形成され
ていてもよい。通しの微細溝の代わりに、点状の窪みを
用いてもよい。これ等の窪みも同じように直線状あるい
は十文字状に間隔をおいて連続的に配置されていてもよ
い。微細粗さの発生も種々の方法で行える。この場合、
有利な実施態様が請求項５の構成に与えてある。ここで
は、リブの表面の微細粗さが、例えばコランダムのよう
な硬質粒子を吹き付けて、あるいはレーザービームを交
差走査させて形成される。この場合、表面模様を既に付
けた初期材料（薄板帯）を適当に加工するか、あるいは
圧印ローラ自体に所望の負の微細粗さを付けることが可
能である。

【００１４】放電加工で圧印ローラの外形を形成するこ
ともできる。内部試験によれば、一様で良好な凝縮効率
と気化効率を得るため、請求項６により微細粗さの深さ
を 0.075 mm あるいはそれ以下に設定すると有利であ
る。請求項７によれば、リブの立ち上がり角度は 5°〜
60 °, 好ましくは 10 °〜 40 °である。こうして、
非常にほっそりとしたリブの輪郭を作製できる。

【００１５】交換円管の長手軸に対するリブの進みは請
求項８の構成により1 °〜 89 °,好ましくは 20 °〜
55 °で行われる。更に、この発明の枠内では、請求項
９によりリブの長手方向と凹部の中心長手面との間でな
す角度が 90 °およびそれ以下に設計されている場合に
効果的である。

【００１６】請求項１０によれば、隣接する二つのリブ
の間隔が 0.10 mm〜 2.0 mm,好ましくは 0.26 mm〜 0.6
mm であると有利である。リブの高さは、円管の直径に
応じて請求項１１により 0.03 mm〜 1.0 mm,好ましくは
0.05 mm〜 0.35 mmに設計されていると効果的である。
その外、この発明によれば、請求項１２により一つのリ
ブの隣接する二つの凹部の間隔が 0.2 mm 〜 4.0 mm,好
ましくは 0.3 mm 〜 1.0 mm であると有利である。

【００１７】凹部の底と通路の底部は請求項１３により
一つの面上にあるべきではない。凹部の底と通路の底部
の間の間隔は少なくとも 0.01 mmとなる。請求項１４の
構成により、凹部の底と通路の底部が同一の平面内にあ
ることも考えられる。

【００１８】

【実施例】以下、この発明を図面に示す実施例に基づき
より詳しく説明する。図１には冷媒を凝縮したり気化す
る詳しく図示しない熱交換機に対する長手継ぎ目溶接し
た交換円管の長手部分に記号１が付けてある。外部横断
面と内部横断面で円形の交換円管１には、滑らかな外部
表面２と模様を付けた内部表面３とがある。場合によっ
て、互いに平行に延びる多数の交換円管１により貫通さ
れる熱交換機のフィンに交換円管１を固定するため、交
換円管１はその外径に合ったフィンの開口に導入され、
開口に広がって固定される。このため、適当に形成され
た図示しない拡張器具を交換円管１により移動させる。

【００１９】この実施例では、交換円管１は 9.54 mmの
外径Ｄを有する。交換円管１の作製は、銅製の詳しく図
示していない両側が平坦な薄板帯から行われる。薄板帯
を一段ローラ圧印工程にかけ、その際、図２と図３の図
面に対応して薄板帯４の片側は磨きがかかている（交換
円管１の外部表面２）および他の側には模様を付けた表
面（交換円管１の内面）がある。ただ溶接に使用する薄
板帯４の縁領域５（図２）が模様の付けられていない状
態である。ローラ圧印の後、薄板帯４はスリット円管に
成形され、次いで長手継ぎ目溶接され、長手方向に分割
される。

【００２０】交換円管１の内面３の模様を次いで図２〜
５に基づきより詳しく説明する。この模様は、交換円管
１の長手軸６に対して 45 °の角度αで平行に進む傾い
た立ち上がり部分８（図３と図４）を有するリブ７（図
２と図３）を有する。リブ７の立ち上がり角度βは、こ
の実施例の場合、20°であり、隣接する二つのリブ７の
間隔Ａは 0.35 mmである（図２と図４）。このリブの高
さＨは 0.30 mmに達する。底部領域でリブ７に接続する
基礎部分９は 0.3 mm の厚さＤ1 を有する（図５）。

【００２１】更に、図３と図４から、リブ７の頭部領域
１０も立ち上がり部分８から通路の底部１２への移行部
分１１も丸くなっていることが分かる。リブ７の横断面
積は二つのリブ７の間の通路１３の横断面積より小さく
設計されている。特に図３と図５に示してあるように、
各リブ７は長手方向の断面で見て正弦波状の櫛の波形を
有する。リブ７の長手方向のこの正弦波状の波形櫛によ
り、リブ７内で横に延びる凹部１４が形成されている。
これに関連して図２が示すように、隣接する二つのリブ
７の凹部１４は交換円管１の長手軸６に対して 45 °の
角度γで揃って相前後して配置されている。リブ７の長
手方向ＬＲと凹部１４の中心縦面ＭＬＥの間で成す角度
δは 90 °である。リブ７の長手方向に隣接する二つの
凹部１４の間隔Ａ1 は 0.50 mmであり（図２と図５），
通路の底部１２と凹部の底１５の間隔Ａ2 は 0.01 mmで
ある。これ等の凹部１４は 0.25 mmの深さＴ1 を有する
（図４と図５）。

【００２２】リブ７の波形櫛により意図的に誇張された
図面の図５から分かるように、リブ７の表面８，１０，
１１，つまり頭部領域１０，立ち上がり部分８および立
ち上がり部分８から通路の底部１２に移行する領域１
１，場合によっては、通路の底部１２にも、微細な粗さ
１６がある。この粗さの深さは 0.005 mm である。微細
な粗さ１６の作製は、この実施例の場合、ロール圧印で
直接行われる。このため、圧印ローラにはコランダムに
よるサンドブラストで負のぼけた表面模様が付けてあ
る。この模様は交換円管１の内面３に表面模様を付ける
ことを保証する。

【００２３】内面３に模様が付けてあるので、図１に示
す交換円管１は、滑らかな内面を有する交換円管に比べ
るだけでなく、内部に溝を付けた交換円管に比べても、
非常に良好な熱伝播係数ｋ′（W/mK) を有する。この事
情は、効率の比較実験により確認された図６と図７のブ
ラフから、付加的な説明なしに理解できる。図６が凝縮
の場合で、試験における動作条件と管のパラメータは表
１のようであった。

【００２４】

【表１】 また、図７が気化の場合で、試験における動作条件と管
のパラメータは表２のようであった。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の熱交換
機の交換円管により、一方でリブの重量を低減した場合
に一様で良好な気化効率あるいは凝縮効率を利点に結び
付き、他方で交換円管を製造するために一段圧印法を使
用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 交換円管の長手部分の斜視図、

【図２】 模様を付けた薄板帯の長手部分の平面図、

【図３】 図２の切り抜き部分 IIIの斜視図、

【図４】 図２の線分 IV − IV に沿った垂直断面の拡
大図、

【図５】 図４の線分 V−V に沿った垂直縦断面、

【図６】 異なった円管構成の同軸構造の熱交換機に関
する効率比較のグラフ（凝縮の場合），図中の記号Ａ，
Ｂ，Ｃはそれぞれ表１の管の形状に関する分類記号Ａ，
Ｂ，Ｃに対応する。

【図７】 異なった円管構成の同軸構造の熱交換機に関
する効率比較のグラフ（気化の場合），図中の記号Ａ，
Ｂ，Ｃはそれぞれ表２の管の形状に関する分類記号Ａ，
Ｂ，Ｃに対応する。

【符号の説明】

１ 交換円管 ２ 交換円管の外面 ３ 交換円管の内面 ４ 薄板帯 ５ 薄板帯の縁部分 ６ 交換円管の長手軸 ７ リブ ８ リブの立ち上がり部分 ９ 薄板帯の基礎部分 １０ リブの頭部 １１ リブの立ち上がり部分から通路の底部へ
の移行部 １２ 通路の底部 １３ 通路 １４ 凹部 １５ 凹部の底 １６ 微細な粗さ Ａ 隣接する二つのリブ７の間隔 Ａ1 一つのリブ７の上で隣接する二つのＭＬＥ
の間隔 Ａ2 通路の底部と凹部の底の間隔 Ｄ 交換円管の外径 Ｄ1 薄板帯の基礎部分の厚さ Ｈ リブの高さ ＬＲ リブの長手方向 ＭＬＥ 異なったリブ７の直接隣接する凹部１
４の中間縦面 Ｔ 微細な粗さの深さ Ｔ1 凹部の深さ α 交換円管の長手軸とリブの間の角度 β リブの立ち上がり角度 γ 交換円管の長手軸とＭＬＥの間の角度 δ ＬＲとＭＬＥの間の角度

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 滑らかな外部表面（２）と模様を付けた
   内部表面（３）を有し、この内部表面が交換円管（１）
   の長手軸（６）に対して 90 °からずれた角度（α）で
   延びる、傾いた立ち上がり部分（８），リブ（７）によ
   り横方向制限された通路（１３）およびリブ（７）に成
   形され横に延びる凹部（１４）を備えた平行なリブ
   （７）で形成され、凹部（１４）の中心縦面（ＭＬＥ）
   が交換円管（１）の長手軸（６）に対して 90 °からず
   れた角度（γ）の方向に進む、熱交換機の交換円管にお
   いて、凹部（１４）が表面（８，１０，１１）に関して
   微細の粗さ（１６）を有し、頭部側を丸めたリブ（７）
   を縦断面で正弦波状に構成して形成され、隣接するリブ
   （７）の対向する立ち上がり部分（８）が丸みを付けた
   移行部（１１）により通路の底部（１２）に連結するこ
   とを特徴とする交換円管。
2. 【請求項２】 隣接するリブ（７）の凹部（１４）の中
   心縦面（ＭＬＥ）は揃って延びていることを特徴とする
   請求項１に記載の交換円管。
3. 【請求項３】 リブの表面（８，１０，１１）の微細な
   粗さ（１６）がリブ（７）の長手方向（ＬＲ）からずれ
   た互いに平行に延びる微細な溝で形成されていることを
   特徴とする請求項１または２に記載の交換円管。
4. 【請求項４】 リブの表面（８，１０，１１）の微細な
   粗さ（１６）がリブ（７）の長手方向（ＬＲ）からずれ
   た十文字に交わる微細な溝で形成されていることを特徴
   とする請求項１または２に記載の交換円管。
5. 【請求項５】 微細な粗さ（１６）は粒子の吹付によ
   り、あるいはレーザービームにより作製されることを特
   徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の交換円管。
6. 【請求項６】 微細な粗さ（１６）の深さ（Ｔ）は 0.0
   75あるいはそれ以下に設計されていることを特徴とする
   請求項１〜５の何れか１項に記載の交換円管。
7. 【請求項７】 リブ（７）の立ち上がり角度（β）は 5
   °〜 60 °, 好ましくは 10 °〜 40 °であることを特
   徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の交換円管。
8. 【請求項８】 リブ（７）の長手方向（ＬＲ）は交換円
   管（１）の長手軸（６）に対して 1°〜 89 °, 好まし
   くは 20 °〜 55 °の角度（α）で延びていることを特
   徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の交換円管。
9. 【請求項９】 リブ（７）の長手方向（ＬＲ）と凹部
   （１４）の中心縦面（ＭＬＥ）の間のなす角度（δ）は
   90 °またはそれ以下に設計されていることを特徴とす
   る請求項１〜８の何れか１項に記載の交換円管。
10. 【請求項１０】 隣接する二つのリブ（７）の間隔
    （Ａ）は 0.10 mm〜 2.0mm,好ましくは 0.26 mm〜 0.6
    mm であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項
    に記載の交換円管。
11. 【請求項１１】 リブ（７）の高さ（Ｈ）は 0.03 mm〜
    1.0 mm,好ましくは0.05 mm〜 0.35 mmであることを特
    徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の交換円
    管。
12. 【請求項１２】 一つのリブ（７）の隣接する二つの凹
    部（１４）の間隔（Ａ1 ）は 0.2 mm 〜 4.0 mm,好まし
    くは 0.3 mm 〜 1.0 mm であることを特徴とする請求項
    １〜１１の何れか１項に記載の交換円管。
13. 【請求項１３】 凹部の底部（１５）は通路の底部（１
    ２）の間隔に配置されていることを特徴とする請求項１
    〜１２の何れか１項に記載の交換円管。
14. 【請求項１４】 凹部の底部（１５）は通路の底部（１
    ２）と同じ面内に配置されていることを特徴とする請求
    項１〜１２の何れか１項に記載の交換円管。