JP2000274983A - 内面溝付管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ルームエアコン等の凝縮器として使用される
凝縮性能が優れた内面溝付管を提供する。 【解決手段】 金属又は合金管の内面に第１の溝２が形
成された第１の溝加工帯１と、金属又は合金管の内面の
第１の溝加工帯１とは異なる領域に第１の溝２と金属又
は合金管の管円周方向のピッチが同一でねじれ角及びね
じれ方向が異なる第２の溝４が形成された第２の溝加工
帯３と、を有し、第１の溝加工帯１と第２の溝加工帯３
との加工幅を異ならせて金属又は合金管の円周方向に交
互に１又は複数配置されると共に、第１及び第２の溝加
工帯１、３のうち、加工幅が広い方の溝のねじれ角を４
５乃至８５°とし、加工幅が狭い方の溝のねじれ角を８
乃至４５°とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に使用さ
れる内面溝付管に関し、特に、ルームエアコン等の凝縮
器として使用される凝縮性能が優れた内面溝付管に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】日本国内のエアコンディショナー等は冷
房暖房兼用型のヒートポンプ式が約８０％を占めるが、
米国をはじめとする海外においては、４０乃至６０％が
冷房専用型の機種である。この冷房専用機種は室内で蒸
発器、室外で凝縮器として運転されており、省エネルギ
かつ高性能化にはこの凝縮器の性能向上が必要とされて
いる。

【０００３】また、エアコンディショナー等の熱交換器
には性能向上のため、内面に螺旋溝が形成された内面螺
旋溝付管が広く使用されている。近時、高性能伝熱管と
して、伝熱性能を高めるために、管内に加工を施した種
々の伝熱管が提案されている（特開平４−１５８１９３
号公報、特開平８−１２１９８４号公報、特開平８−１
７８５７４号公報及び特開平１０−２０６０６０号公報
等）。

【０００４】これら従来の高性能伝熱管のうち、特開平
４−１５８１９３号公報に記載された伝熱管において
は、管内面に管軸方向に所定幅で数種類の凹凸群が形成
されている。これら凹凸群は並行し、且つ交互に位置す
る凸条と溝であり、１つの凹凸群と凹凸群と隣り合う凹
凸群とは溝ピッチ、溝寸法及び溝の管軸に対するリード
角の各要素の内のいずれか１つ以上の要素を異なるもの
としている。そして、これら凹凸群を３つ以上設けるこ
とにより高い伝熱性能を得ている。この従来技術には、
管内の冷媒の流れを攪乱して伝熱性能を高めるという効
果が記載されている。

【０００５】また、特開平８−１２１９８４号公報に記
載された伝熱管においては、管軸方向に互いに交差しな
いように形成された連続する複数のフィンと、この連続
フィンと隣接して連続フィンと交差しないように長手方
向に沿って不連続又は鋸歯状に形成された不連続フィン
と、不連続フィンと連続フィンとの間に夫々形成された
溝を具備している。

【０００６】更に、特開平８−１７８５７４号公報で
は、内面に螺旋溝が形成された内面螺旋溝付管におい
て、主溝を管軸に対して７°乃至２５°に成形すると共
に、副溝を管軸に対して並行に設ける構成になってい
る。また、この伝熱管は、主溝を管軸に対して７°乃至
２５°に成形すると共に、副溝を主溝と交差するように
設け、副溝に冷媒の流れが副溝方向に曲がるように、主
溝を加工するときに残された三次元的な突起に加工する
ときに凸状の変形部分を形成した構成である。

【０００７】更にまた、特開平１０−２０６０６０号公
報に記載された伝熱管においては、管軸に対する捩れ方
向及び捩れ角度が異なる溝群を管周方向に異なる加工幅
で複数組設けた構成である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
高性能伝熱管（特開平４−１５８１９３号公報、特開平
８−１２１９８４号公報、特開平８−１７８５７４号公
報及び特開平１０−２０６０６０号公報等）は冷暖房兼
用型のエアコンディショナー等が対象とされ、蒸発と凝
縮との両方の性能を高める機能が付加されている。蒸発
器として使用する場合と凝縮器として使用する場合とで
は、例えば、蒸発性能向上には冷媒液を伝熱面全体に広
げる構造が必要になるのに対し、凝縮性能向上には伝熱
面に付着した冷媒凝縮液が容易に除去できると共に、凝
縮した液により伝熱面が再び覆われないように、冷媒液
を一ヶ所に集める構造が必要である点で異なる。即ち、
凝縮器に必要とされる機能が異なる。

【０００９】一方、特開平４−１５８１９３号公報に記
載された伝熱管においては、同じ向きの角度を有する螺
旋溝を配した場合には、冷媒液が広がりやすくなり凝縮
性能が低下する。一方、単に逆向きの角度を有する螺旋
溝を配した場合には、冷媒液の流れを阻害して圧力損失
の増加するという問題点がある。

【００１０】また、特開平８−１２１９８４号公報及び
特開平８−１７８５７４号公報に記載された伝熱管にお
いては、伝熱面が連続溝を基準に設計されており、凝縮
器として使用した場合には、凝縮した液体が溝に沿って
旋回流を生じやすい。この結果、凝縮に必要な乾いた伝
熱面の確保が困難となり凝縮性能の低下を招くという問
題点がある。特開平８−１７８５７４号公報では、交差
溝構造の場合には溝交点部付近に加工時の反り等が発生
しやすく、この反り等が凝縮液の離脱の妨げになり、性
能の低下させるという問題点がある。

【００１１】更に、特開平１０−２０６０６０号公報に
記載された伝熱管においては、冷媒流量が多い条件で
は、凝縮液の旋回流が生じやすく、高負荷運転での性能
が低下するという問題点がある。

【００１２】即ち、いずれの従来技術にも一長一短があ
り、特に凝縮性能を高めるには問題点がある。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、ルームエアコン等の凝縮器として使用され
る凝縮性能が優れた内面溝付管を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付管
は、金属又は合金管の内面に第１の溝が形成された第１
の溝加工帯と、前記金属又は合金管の内面の前記第１の
溝加工帯とは異なる領域に前記第１の溝と前記金属又は
合金管の管円周方向のピッチが同一でねじれ角及びねじ
れ方向が異なる第２の溝が形成された第２の溝加工帯
と、を有し、前記第１の溝加工帯と前記第２の溝加工帯
との加工幅を異ならせて前記金属又は合金管の円周方向
に交互に１又は複数配置されると共に、前記第１及び第
２の溝加工帯のうち、加工幅が広い方の溝のねじれ角を
４５乃至８５°とし、加工幅が狭い方の溝のねじれ角を
８乃至４５°とすることを特徴とする。

【００１５】この場合、前記第１及び第２の溝加工帯の
うち、加工幅が広い方の溝加工帯の加工幅をＷ₁とし、
加工幅が狭い方の溝加工帯の加工幅をＷ₂とするとき、
前記Ｗ ₁と前記Ｗ₂との比Ｗ₁／Ｗ₂は１．１乃至３．０で
あることが好ましい。

【００１６】また、前記第１の溝加工帯と前記第２の溝
加工帯との間に平滑領域が形成されていることが好まし
い。

【００１７】このような内面溝付管は、金属又は合金か
らなる板状の条材の表面に、圧延により前記第１の溝加
工帯及び前記第２の溝加工帯を形成し、前記条材を円周
方向に丸めながら溶接により形成することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について添
付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実
施例に係る内面溝付管に管内表面を展開して示す模式図
である。

【００１９】本実施例では、第１の溝加工帯１と第２の
溝加工帯３とが交互に複数形成されている。この第１の
溝加工帯１と第２の溝加工帯３との間には平滑領域５が
形成されている。

【００２０】第１の溝加工帯１には、管軸方向に対して
傾斜する方向に伸びる第１の溝２が管軸方向にピッチｐ
で複数形成されている。第２の溝加工帯３には管軸方向
に対して第１の溝２と等しい角度をなして第１の溝２と
は逆方向に傾斜する第２の溝４が管軸方向に第１の溝２
と同一ピッチｐで複数形成されている。平滑領域５には
何も形成されておらず、第１の溝加工帯１と第２の溝加
工帯３とが連続して配置されないように、分離してい
る。なお、第１の溝加工帯１の加工幅はＷ₁、第２の溝
加工帯３の加工幅はＷ₂、平滑領域の加工幅はＷ₃であ
る。

【００２１】次に、上述のように構成された内面溝付管
の動作について説明する。この内面溝付管を凝縮器とし
て使用した場合には、内面溝付管内に冷媒ガスが供給さ
れる。冷媒ガスは伝熱面と接触して冷却されて液化して
管軸方向に排出される。

【００２２】このとき、内面溝付管内面に管円周方向の
ピッチｐが同じで、管軸に対するねじれ角度及びねじれ
方向が異なる２種の第１及び第２の溝２、４を夫々管軸
円周方向に加工幅を異ならせて交互に複数組設けた内面
溝付管では、管円周方向の加工幅が広い部分に設けた溝
の管軸に対するねじれ角度を４５°以上とすると、液化
した冷媒液が溝に沿って管断面の鉛直方向に集液されや
すくなり、伝熱面が乾いた状態に維持されて凝縮性能が
向上する。

【００２３】一方、管軸に対する溝のねじれ角度が９０
°付近で凝縮性能は最大値になるが、溝のねじれ角度が
８５°を超え９０°までの範囲では、管軸方向における
管平均肉厚の増減ピッチが細かくなり、曲げ強度が低下
して、ヘアピン曲げの際に破断が発生しやすくなる。従
って、管円周方向の加工幅が広い部分の溝のねじれ角度
は４５乃至８５°とする。

【００２４】また、管円周方向の溝加工幅が狭い部分の
溝加工帯の溝の管軸に対するねじれ方向を異にすること
により、集液された冷媒液が管軸方向に排出される際
に、旋回流が抑制され、伝熱面が再び冷媒液に覆われる
ことを防止することができるため、高い凝縮性能を維持
することができる。

【００２５】更に、管円周方向の溝加工幅が狭い部分の
溝加工帯の溝の管軸に対するねじれ角度を８乃至４５°
に保つことにより、冷媒液の管軸方向への排出性が向上
し、高い凝縮性能を維持することができる。また、管円
周方向の第１の溝加工帯１と第２の溝加工帯３との間に
平滑領域５を形成することにより、冷媒液の排出性がよ
り一層向上して性能の向上を図ることができる。

【００２６】なお、第１の溝加工帯１の幅Ｗ₁と第２の
溝加工帯３の幅Ｗ₂との比Ｗ₁／Ｗ₂の値が１．０以上
１．１未満では、凝縮性能が向上するが、逆方向のねじ
れ角方向を有する溝により、冷媒の流れが阻害されて圧
力損失の低下を招く。一方、このＷ₁／Ｗ₂の値が３．０
を超えると、冷媒液の旋回流が生じやすくなり、凝縮液
が伝熱面全体に広がりやすくなり、伝熱面を覆って冷媒
ガスとの接触が阻害される。このため、凝縮性能は低下
する。従って、Ｗ₁／Ｗ₂の値は１．１乃至３．０とする
ことが好ましい。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の範囲に入る内面溝付管の実施
例について、その凝縮性能を比較例と比較して具体的に
説明する。

【００２８】先ず、銅板の片側表面にロール圧延で溝成
形を行ない、この溝成形された溝加工面を内側に丸めな
がら、板幅端部を突き合わせて高周波溶接して外径が
７．０ｍｍの内面溝付管を製作した。

【００２９】溝の圧延は溝深さを０．２ｍｍ、管周方向
溝ピッチを０．４１ｍｍとし、管軸に対するねじれ角度
及びねじれ方向が異なる溝を管円周方向の加工幅を変え
て製作した。

【００３０】この内面溝付管を長さが３０００ｍｍの二
重管式熱交換器の内側に配置し、内面溝付管に冷媒（Ｒ
−４１０Ａ）を入れ、内面溝付管と外管との環状部に水
を流して熱交換を行ない伝熱性能を測定した。なお、比
較例として、直径が７ｍｍの従来の内面溝付管（溝深さ
０．２ｍｍ、管周方向溝ピッチ０．４１ｍｍ、ねじれ角
度１８°）を使用した。なお、下記に示す伝熱性能比は
冷媒流量が２０ｋｇ／ｈにおける比較例の蒸発及び凝縮
性能を基準としている。

【００３１】図２は縦軸に伝熱性能比、横軸に溝加工帯
の溝ねじれ角度をとり、溝ねじれ角度と伝熱性能との関
係を示すグラフ図である。

【００３２】図２に示すように、ねじれ角度が８０乃至
１００°で伝熱性能が極大値をとることがわかった。し
かし、ねじれ角度が８５°を超え９５°までの範囲では
管径比が１．２倍の曲げ半径のヘアピン曲げ加工におい
て、破断の発生率が高くエアコン等の適用は実用的でな
いことが判明した。

【００３３】図３は縦軸に凝縮伝熱性能比、横軸に第１
の溝加工帯の加工幅と第２の溝加工帯とのの加工幅との
比Ｗ₁／Ｗ₂をとり、凝縮伝熱性を示すグラフ図である。

【００３４】本発明の範囲に入る領域においては、最大
値を得ることができ、比較例と比較して凝縮性能が優れ
ることがわかった。一方、本発明の範囲から外れるＷ１
／Ｗ２が１．０未満では凝縮伝熱性能が低く、Ｗ１／Ｗ
２が３．０を超える領域においては、凝縮伝熱性能が低
下した。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明においては、
金属又は合金管の内面に第１の溝が形成された第１の溝
加工帯と、この第１の溝と金属又は合金管の管円周方向
のピッチが同一でねじれ角及びねじれ方向が異なる第２
の溝が形成された第２の溝加工帯とを交互に１又は複数
配置し、第１及び第２の溝加工帯のうち、加工幅が広い
方の溝のねじれ角を４５乃至８５°とし、加工幅が狭い
方の溝のねじれ角を８乃至４５°とすることにより、凝
縮性能が優れた内面溝付管を形成することができる。ま
た、これはルームエアコン等の凝縮器として好適であ
り、省エネルギかつ高性能な凝縮器を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る内面溝付管に管内表面を
展開して示す模式図である。

【図２】縦軸に伝熱性能比、横軸に溝加工帯の溝ねじれ
角度をとり、溝ねじれ角度と伝熱性能との関係を示すグ
ラフ図である。

【図３】縦軸に凝縮伝熱性能比、横軸に第１の溝加工帯
の加工幅と第２の溝加工帯とのの加工幅との比Ｗ₁／Ｗ₂
をとり、凝縮伝熱性を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１；第１の溝加工帯 ２；第１の溝 ３；第２の溝加工帯 ４；第２の溝 ５；平滑領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日名子 伸明 神奈川県秦野市平沢65番地 株式会社神戸 製鋼所秦野工場内 (72)発明者 小関 清憲 神奈川県秦野市平沢65番地 株式会社神戸 製鋼所秦野工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属又は合金管の内面に第１の溝が形成
   された第１の溝加工帯と、前記金属又は合金管の内面の
   前記第１の溝加工帯とは異なる領域に前記第１の溝と前
   記金属又は合金管の管円周方向のピッチが同一でねじれ
   角及びねじれ方向が異なる第２の溝が形成された第２の
   溝加工帯と、を有し、前記第１の溝加工帯と前記第２の
   溝加工帯との加工幅を異ならせて前記金属又は合金管の
   円周方向に交互に１又は複数配置されると共に、前記第
   １及び第２の溝加工帯のうち、加工幅が広い方の溝のね
   じれ角を４５乃至８５°とし、加工幅が狭い方の溝のね
   じれ角を８乃至４５°とすることを特徴とする内面溝付
   管。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２の溝加工帯のうち、加
   工幅が広い方の溝加工帯の加工幅をＷ₁とし、加工幅が
   狭い方の溝加工帯の加工幅をＷ₂とするとき、前記Ｗ₁と
   前記Ｗ₂との比Ｗ₁／Ｗ₂は１．１乃至３．０であること
   を特徴とする請求項１に記載の内面溝付管。
3. 【請求項３】 前記第１の溝加工帯と前記第２の溝加工
   帯との間に平滑領域が形成されていることを特徴とする
   請求項１又は２に記載の内面溝付管。
4. 【請求項４】 金属又は合金からなる板状の条材の表面
   に、圧延により前記第１の溝加工帯及び前記第２の溝加
   工帯を形成し、前記条材を円周方向に丸めながら溶接に
   より形成することを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
   か１項に記載の内面溝付管。