JPS6011800B2 - 凝縮伝熱管の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱交換効率の高い凝縮伝熱賛（以下単に伝熱
管という）の製造法に関するものである。

冷凍機やクーラー等に用いられる冷煤凝縮機等の熱交換
器の効率は、使用する熱交換壁即ち銭熱管の管壁の性能
によって決まるので、熱交換器の性能を高め或はそのコ
ンパクト化を達成するためには、伝熱管の伝熱性能向上
が不可欠の要件である。

そこで伝熱管の伝熱性能を向上する目的で材質や伝熱壁
の構造等についての研究が広く行なわれている。このう
ち現在使用されている伝熱壁の基本構造は、冷煤側の面
に対して多数のフィンを形成し、熱交換有効面積を拡大
したものであり一応の成果を得ている。しかしこれだけ
では最近の小型軽量化の傾向には適応しきれないことか
ら、たとえば特関昭５１−８磯５５号、特公昭５２−１
１６７０号、実関昭５１−１２８３４叫号等の公報に記
載された改良技術等が提案されているが、依然要望を満
足するまでには至っておらない。本発明者等もかねてよ
り伝熱壁（以下単に伝熱壁と言うときは伝熱管の伝熱壁
を展開したものを意味する）の伝熱効率を更に高めるべ
く鋭意研究を進めてきた。

そしてこの目的達成のためには、■伝熱有効面積を更に
拡大すること、■冷煤接触面における液膜の付着を抑制
すること、■冷却液側における液流を乱流にすること、
が性能向上に相当寄与することを確認した。本発明者等
はかかる知見を基に、上記要件にすべて合致し得るよう
な伝熱壁を関発すべく鋭意研究の結果なされたものであ
って、その最も基本的な構成とは、■伝熟壁本体と、■
該本体の凝縮側面に該本体に連続して一体に形成され、
相互に平行に延在し且つ所定ピッチ毎に切目を有する多
数の片状フィンと、■前記本体の他方の面に該本体と連
続して一体に形成され、相互に独立して点状に形成され
た多数の突起と、を有するところに要旨が存在し、この
伝熱壁を有する熱交換管は卓越した伝熱性能を発揮する
。

ここで切目を有する片状フィンは、長手方向に連続して
いる通常のフィンに比べて切目断面分だけ６義熱有効面
積が拡大されており、且つ切目部分でフィン相互間の溝
を分断している。従って冷煤凝縮液の滞留及び液膜の付
着が抑制され、袷煤側の伝熱効率はズ坪風こ高められる
。また片状フィンの反対側面に形成された多数の突起は
、冷却液の流れを乱流にする作用を発揮し、冷却液側の
伝熱効率を高める。この場合、冷却液側の伝熱壁を波状
に形成しておけば、前記突起と相まって冷却液の液流を
更に乱し、伝熱効率を一段と高めることができる。そし
て本発明の特徴は、前述の如き伝熱壁を備えた管を簡単
な操作で製造する点にあり、本発明方法の構成とは、■
管の外周面を転造加工して管壁と一体のスパイラル状フ
ィンを形成した後、＠先端の鋭利な工具を管の外周に押
しつけながら、前記フィンのリード角と逆方向のリード
角をもつスパイラル状の軌跡に沿って相対的に管の外周
を回転させ、フィンに対して所定間隔毎に切目を入れて
跡縮面とすると共に■該切目対応位置において管の内面
を内側に膨出させて点状突起を形成するところに要旨が
存在する。

この場合鋭利な工具の押しつけ圧を調整することにより
、管内面側に点状突起を形成しつつ管内壁を全体に亘つ
て反復連続する液状に形成することもできる。以下実施
例を示す図面に基づいて本発明の構成及び作用効果を説
明する。

第１，２図は本発明に係る伝熱壁の構成を例示するもの
で、第１図は一部見取り図、第２図は裏面、端面、表面
（凝縮側面を意味する、以下同じ）を展開して示すもの
で、第２図Ａは裏面、第２図Ｂは端面、第２図Ｃは表面
を夫々対応して示している。

図中１は伝熱堂本体で、その表面には本体１に連続して
一体に形成され、相互に平行に延在し且つ所定ピッチ毎
に切目３を有する多数の片状フィン２が形成されている
。また壁本体１の裏面には、該本体１と一体に形成され
且つ相互に独立して点状に形成された多数の突起４があ
って、更に該裏面には突起４及びその周辺部の***によ
って、反復連続するウェーブ５が形成されている。この
壁を用いて熱交換を行なう際には、たとえば第１図の矢
印Ａ方向から表面に沿って被冷却媒体を流し、矢印Ｂ方
向から裏面に沿って冷却液を流すが、表面には多数の片
状フィン２が設けられて表面積が拡大されており、且つ
所定間隔で設けられた切目３によって表面積は一段と拡
大されているから、冷媒と壁との接触効率は極めて高い
。

しかもフィン２を単に複数条連続的に形成したものでは
、熱交換によって凝縮した冷煤液がフィン間の溝６に液
膜を形成して滞留し、伝熱効率が相当低下する恐れがあ
るが、本例では溝６が切目３によって分断されており、
且つ相隣接する溝６同士が切目３を介して連続している
から、液膜の形成が大幅に抑制され、また仮に少量の凝
縮液が溝６に形成されたとしても、切目３を伝って順次
下流側に流れて除去される。従って凝縮液による液腹形
成或は滞留による伝熱効率の低下も十分に防止される。
一方壁本体１の裏面に形成された多数の突起４及びウェ
ーブ５は、冷却液との接触面積を高めつつその流れを乱
流にするに当たって効果的な役割を発揮する。

即ち伝熱壁１から冷却液への熱伝達率を高めるためには
、冷却液を伝熱壁１に対して乱流状態で接触させるのが
極めて有効であるが、突起４或はこれとウェーブ５との
作用により壁の表面自体に乱流生起機能を付与すること
が可能になる。本発明の伝熱壁を製造する手段は後に詳
述するが、要は管の外周面に転造加工を施して管壁と一
体のスパイラル状フィンを形成した後、先端の鋭利な転
造工具等を管の外周に押し付けながらフィンの形成方向
と交叉する方向に移動させ、連続したフィンに所定間隔
毎に功目３を入れていくものである。

このとき切目３を入れる位置ではフィンが切断され且つ
押しつぶされる状態になるが、この金剰金属材は壁本体
を介して裏面を***させて突起４を形成する。またこの
ときの押付け圧を調節することによって突起４の周辺部
も裏面方向に***変形し、裏面にウェーブ５が形成され
る。従ってこの様な成形法を採用する場合は、壁本体１
の壁面に対して垂直な方向に透視したとき、突起４を結
ぶ仮想線Ｃ〔第２図Ａ〕が片状フィン２の形成方向と交
叉するようになり、且つ各突起４は仮想線Ｃと片状フィ
ン２との交叉点（即ち切目３に対応する直裏面）に形成
される。またこの工程では、転造工具等の押付け圧によ
って突起４の周辺が適度に***し、袋面には仮想線Ｃを
陵線として反復連続するウェーブ５が形成される。第３
図は本発明によって製造される民熱管を例示する要部断
面側面図で、伝熱管本体１′の外面には、本体１′と連
続して一体に形成され且つ所定ピッチ毎に切目３を有す
る１条（若しくは２条以上）のスパイラル状フィン２が
形成されており、また本体１′の内面には、本体１′と
連続して一体に且つ相互に独立して点状に配列した多数
の突起４が形成されている。

またこの伝熱管を管軸万向に切断してみると、第３図に
も表われる如く突起４及びその周辺部が管内面側に絞ら
れるようにして***しており、管内肇には反復連続する
ウェーブ５が形成されている。そしてこの伝熱管を使用
する際には、管の外面側に冷却媒体を、また管の内面側
に冷却液を夫々通過させて熱交換させるのであるが、前
記第１，２図で説明したと同様に、管外周側に形成した
切目３入りスパイラル状フィン２による伝熱作用と凝集
液の液膜生成防止及び滞留防止作用、並びに管内周側に
形成した突起４及びウェーブ５の乱流促進作用により、
全体として卓越した熱交換効率を発揮する。又突起４は
、前述の如く連続状ではなく、相互に独立して点状に形
成せしめているので、単に乱流化によって管内側熱伝達
率を増加させるに止まらず、管内流体即ち冷却液の圧損
を極力抑制し得るという波及的効果がある。即ち圧損の
抑制が可能となれば、冷却液送給のための所要ポンプ容
量を小さくすることができるので、装置の小型化を図る
ことができ、又電力消費量を節約することができる。伝
熱菅本体１′の外面側に形成されるスパイラル状フィン
２は、通常転造加工法によって簡単に形成することがで
き、フィン２は１条であってもよくまた２条以上を平行
に形成したものでもよい。またそのピッチは転造工具の
リード角を調整することにより自在に変更することがで
き、これらは目的とする熱交換効率に応じて適宜に設定
すればよい。そして本発明ではこのフィン２に対して所
定の間隔毎に切目３を入れてフィン相互間の溝６を運薄
させ、フィン２の有効接触面積を更に拡大すると共に、
凝縮液の液膜形成及び滞留を抑制するが、これらの効果
は切目３の形成間隔を狭めることによって一段と高めら
れる。本発明の上記伝熱管は、円管状素材の外面側を転
造加工してスパイラル状のフィン２を形成した後、第３
図に鎖線で示した如く先端の鋭利な回転工具７を管外面
に押しつけ、管を相対的に回転させながら工具７をフィ
ン２と交叉する方向に転動させ、フィン２を所定間隔毎
に切断しつつ押しつぶして切目３を形成していく。

このとき第２図で説明したと同様に切目３部分で押しつ
ぶされた余剰の管肉部は管の内面側に***して突起４を
形成し、併せて管を鱗心方向に絞るようにして管内周壁
に反復連続するウェーブ５を形成する。即ちこの方法に
よれば、切目３を入れると同時に突起４及びウェーブ５
を形成することができ、功目３の直内面側に突起４が形
成されることになり、切目３の間隔と突起４の間隔は必
然的に一致してくる。従って切目３を入れるための回転
工具７の転勤方向を、前記フィン２のリード角を逆方向
のリード角をもつスパイラル状の軌跡に沿って移動させ
れば突起４を結ぶ仮想線Ｃが管の内面にスパイラル状に
なるようにすることができる（第３図）。尚先の説明か
らも明らかな如く切目３の配列方向がそのまま突起４を
結ぶ仮想線Ｃとなり、また切目３は回転工具７の転勤軌
跡とフィン２との交叉点位贋に形成されるから、結局仮
想線Ｃと片状フィン２とが逆方向のリード角によって交
叉する限り、両者のリード角は適宜変更することが可能
である。またこの伝熱管内面に形成されるウェーブ５は
、突起４及びその周辺の盛り上がり部によって形成され
るほか、回転工具７による内周方向への押圧力によって
全体的に円周方向に絞られることによって形成されるも
ので、これが管軸方向に一定波長のうねりとなってウェ
ーブ５を構成するものである。

そしてこのウェーブ５の大小は、回転工具に付加する押
しつけ圧によって自在に調整することができるから、内
面側の圧損を考慮しつつ押しつけ圧を制御することによ
り、乱流促進効果を高めればよい。尚本発明の伝熱管に
おいて、片状フィン２間の間隔Ｗ，と切目３の間隔Ｗ２
とは、Ｗ，＞Ｗ２となるようにすることが望まれる。

その理由は、本発明ではフィン２を灘断的に切断すると
いうよりも、むしろフィン２を押しつぶすようにして切
目３を入れるものであって、Ｗ．＜Ｗ２になるとかえっ
て外面側の有効表面積が減少するからである。ところで
本発明の伝熱管を製造する際には、前述の如く回転工具
７によってフィン２を塑性変形させて行なうのであるか
ら、フィン２（及び管本体）には適度の塑性加工性が要
求される。しかしてフィン２があまりにも硬すぎたり脆
弱な場合は、切目３及び突起４の形成が不可能になった
り、或は加工過程でフィン２が破損する恐れがあるから
である。よってこのような場合は、本加工を施こす前に
外面フィン管を熱処理等に付して塑性加工性を高めるこ
とが望まれる。他方管本体が軟らかすぎると、本加工の
際に管本体がつぶれたり曲つたりすることがあるから、
この場合は熱処理や機械加工等の予備処理によって加工
硬化させた後本加工すればよい。本発明は概略以上のよ
うに構成され且つ実施されるが、その効果を要約すれば
下記の通りであって極めて実用価値の高いものである。

■ 長手方向に連続したフィンに対して所定間隔毎に切
目を入れることにより、フィン自体の表面積即ち伝熱有
効面積を５〜２０％程度拡大できる。

しかもフィンに切目を入れることにより凝縮液の液膜形
成及び滞留が抑制されるから、これらが相剰的に作用す
る結果冷媒側の熱伝達率は大幅に高められる。■ 冷却
液側の面には多数の突起が形成され、或はこれと共にウ
ェーブが形成されており、冷却液を乱流状態で接触させ
ることができるから、その流速をそれほど大きくせずと
も十分な冷却液側熱伝達率を得ることができる。

又突起は、連続状ではなく、相互に独立して点状に形成
せしめているので、単に乱流化によって冷却液側熱伝達
率を増加させるに止まらず、冷却液の圧損を極力抑制す
ることができる。その結果冷却３液送給のための所要ポ
ンプ容量が小さくて済み、装置の小型化を図ることがで
き、又電力消費量を節約することができる。■ 本発明
の伝熱管製造法では、常法に従って成形したスパイラル
フィン形成管に対して、切目４を入れると同時に内面側
に突起を形成し、更には同時にウェーブを形成すること
ができ、成形作業が極めて簡単である。

しかもスパイラルフィンの形成ピッチや形状は転造工具
の形状やりード角によって自由に変更でき、また切目の
大きさや形成ピッチ、突起やウェーブの大きさやピッチ
等は回転工具の形状、リード角、押しつけ圧等によって
自在に調整できるから、目的に応じた性能の伝熱管を容
易に製造することができる。次に本発明の実施例を示す
。

実施例 １ 外径１９．０５ 仰ぐ、肉厚１．３２吻の秦管に対して
１インチ当り１９山の外面スパイラルフィンを転造成形
したローフィン伝熱管Ａ、該菌熟管Ａのスパィラルフィ
ンに対して第４図に示すＰが約８肋になる様に切目を設
けた本発明伝熱管Ｂ、及びＰが約３肌になる様に切目を
設けた本発賜伝熱管Ｃを夫々準備し、夫々の総括熱伝達
率Ｕを比較した。

但し管内には冷却液として水を流し、管外周側に冷蝶と
してＲ−２２ガスを流して凝縮させる方法を採用した。
結果を第５〜７図に示す。

但し第５図はＲ−松ガスの流量を４６ｋ９／ｈｒ、第６
図は同じく６２ｋｇ／ｈｒ、第７図は同じく７７ｋ９／
ｈｒとした場合の結果である。第５〜７図からも明らか
な如く、本発明に準じて切目を入れ（同時に内面側に突
起及びウェーブを形成し）た伝熱賛Ｂ及びＣ、殊に切目
のピッチを８肋にした伝熱管Ｂでは、従釆のローフィン
伝熱管Ａに比べて総括熱伝達率が大幅に高められ、その
値を５０％以上高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の伝熱賛を展開して例示するもので
、第１図は一部見取り図、第２図は表・裏・端面を展開
して示す図である。 第３図は本発明の伝熱管を例示する部分切除側面図、第
４図は実施例の伝熱管を示す説明図、第５〜７図は本発
明の効果を例示するグラフである。Ｇ・・・・・・伝熱
壁本体、１′・・・・・・伝熱管本体、２・・・・・・
片状フィン、３・・・・・・切目、４・・・・・・突起
、５・・・・・・ウェーブ、６…・・・溝、７・…・・
回転工具。第１図第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管の外周面を転造加工して管壁と一体のスパイラル
   状フインを形成した後、先端の鋭利な工具を管の外周に
   押しつけながら、前記フインのリード角と逆方向のリー
   ド角をもつスパイラル状の軌跡に沿つて相対的に管の外
   周を回転させ、フインに対して所定間隔毎に切目を入れ
   て凝縮面とすると共に、該切目対応部位において管の内
   面を内側に膨出させて点状突起を形成することを特徴と
   する凝縮伝熱管の製造法。