JPH0160332B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（技術分野） 本発明は、空気調和装置、冷凍器、ボイラー等
の熱交換器としてのコンデンサに好適に使用され
る伝熱管の製造方法に係り、特に管外面における
伝熱特性を効果的に高め得る伝熱管を容易に製造
し得る製造方法に関するものである。 （背景技術） 一般に、このような伝熱管は、例えば、管内面
に流通せしめられる伝熱流体（冷却液）と管外面
に接触せしめられる伝熱流体（凝縮性ガス）との
間で、熱交換を行ない、凝縮性ガスを凝縮、液化
するために用いられている。この種の伝熱管、特
に凝縮伝熱管においては、管外面における熱伝達
率、ひいては凝縮効率を如何に高めるかが重要な
課題とされており、そのために管外周面に螺旋状
のフインを形成せしめたローフイン管が知られて
いる。 このようなローフイン管においては、多数の外
面フインの形成により、それが全く形成されてい
ない平滑管に比べれば広い接触面積が確保され、
管外面における熱伝達性能の改善はある程度期待
できるのであるが、だからと言つて、それで充分
に満足し得ると言えるものではなく、この分野に
おいて日々高まる熱伝達率の向上の要求を満足す
るためには、それより更に進んだ伝熱管を開発す
ることが強く求められているのが実情である。 （発明の目的） ここにおいて、本発明は、上記のような事情に
基づいて為されたものであり、その目的とすると
ころは、管外面に管周方向の外面フインが所定ピ
ツチで一体的に形成され、それら外面フイン間が
管周方向に延びる溝部とされた伝熱管において、
その外面熱伝達率を効果的に高め得る伝熱管を容
易に製造し得る方法を提供することにある。 （解決手段） そして、上記の目的を達成すべく、本発明にあ
つては、目的とする伝熱管を与える素管の外周面
に対してフイン形成デイスクを押圧せしめること
により外面フインを転造形成する一方、そのフイ
ン形成デイスクの外面フイン形成方向における下
流側に、所定ピツチで複数の切込歯を備えた切込
溝形成デイスクをその軸心が前記外面フイン形成
デイスクと同心になるように配置すると共に、か
かる複数の切込歯をその軸心に対して10〜60゜の
範囲で傾斜させたものとし、かつ前記外面フイン
形成デイスクによつて形成された外面フインに対
して、その切込溝形成デイスクの傾斜した切込歯
を押圧せしめて、かかる切込歯による押圧部分が
谷部となるように転造形成すると同時に、その切
込溝形成デイスクの回転押圧作用により、前記外
面フインの切込歯押圧部分に対して、その外面フ
インの両側に位置する溝部の一方の側に切込歯の
傾斜方向に沿つて加圧力を働かせるようにしたの
である。 （作用・効果） このような切込溝形成デイスクを用いて伝熱管
を製造するようにすれば、フイン長手方向に直角
な方向に対して10〜60゜の範囲内で傾斜して谷部
が形成されるとともに、切込溝形成デイスクの回
転押圧作用により、切込歯の傾斜方向に沿つて溝
部の一方の側に加圧力が働くため、その加圧力に
よつて、谷部となるべき部分に存在していた金属
材料が一方の谷部の側に移動させられ、その結
果、フツク状部分を容易に形成することができる
のである。 すなわち、かかる製造手法によれば、外面フイ
ンにその長手方向に沿つて山部と谷部とが交互に
形成され、該谷部によつてその外面フインは分断
されると共に、その谷部がフイン長手方向に直角
な方向に対して10〜60゜の範囲で互いに平行に傾
斜させた状態で形成され、かつ前記山部が、その
頂部に近づくほど、またフイン長手方向における
一方の谷部側に近づくほど、その山部を挟んで両
側に位置する前記溝部のうちの一方の側にフツク
状に延びるように形成されるのである。 このようにすれば、谷部が傾斜して形成される
ことにより、管外面における有効接触面積を増大
させ得ることは勿論、山部のフツク状に延び出す
部分も、その接触面積の増大に寄与し、それらの
ことが相俟つて、管外面における熱伝達率、特に
凝縮性能を効果的に向上させることに成功したの
である。なお、実際に得られる好結果からみて、
単に伝熱流体（例えば凝縮性ガス）に対する管外
面の接触面積を増大させ得ると言うことだけでは
なしに、山部のフツク状部分が、主に凝縮性能を
向上させる上で特別な役割を果たすものと推測さ
れ、それは、多数のフツク状部分の先端が凝縮を
促進する多数の点を形成することではないかと考
えられている。 また、単に山部と谷部とを形成した場合には、
山部が管外面から半径方向外向きに突出する鋭利
な突起形態を為すのであるが、本発明によれば、
山部のフツク状部分が一方の溝部の側に延びるよ
うに形成せしめられているため、かかる伝熱管を
載積する際に山部同士が食い込みにくく、またそ
の取扱い性が向上する利点をも得ることができる
のである。 （具体的構成・実施例） 以下、本発明の構成を更に具体的に明らかにす
るために、図面に示される実施例に基づいて、本
発明を詳細に説明する。 先ず、第１図は、本発明手法を適用して得られ
る凝縮伝熱管の一例を示す一部切欠図であり、そ
こにおいて、１０は、銅、銅合金、或いはアルミ
ニウム若しくはアルミニウム合金等の熱伝達率の
よい金属からなる凝縮伝熱管である。この伝熱管
１０の管外周面には、管周方向に螺旋状の外面フ
イン１２が所定ピツチで一体に形成されている。
その結果、これら外面フイン１２の間が、管周方
向に螺旋状に延びる溝部１４とされている。そし
て、この伝熱管１０の管外面の一部が拡大され
て、第２図ａ，ｂに示されている。 第２図ａは、管外面を真上から見た平面拡大図
であり、第２図ｂは斜め上方から見た拡大図であ
る。これらの図から明らかなように、外面フイン
１２には、その長手方向に沿つて山部１６と谷部
１８とが交互に形成され、谷部１８によつて外面
フイン１２が分断された形態となつている。しか
も、谷部１８は、管軸方向に対して、厳密に言え
ば外面フイン１２の長手方向に直角な直線Ｏに対
して、角度θだけ互いに平行に傾斜させられた状
態で設けられており、この角度θは10〜60゜の範
囲内とされている。 また、各々の山部１６は、その頂部に向かつて
単に突出せしめられているのではなく、第２図ｂ
から明らかなように、その頂部に近づくに従つ
て、その山部１６を挟んで両側に位置する溝部１
４ａ，１４ｂのうち一方の溝部１４ｂの側にフツ
ク状に延びるように形成されており、そのように
延びる部分がフツク状部２０とされている。しか
も、このフツク状部２０は、第２図ａに示される
ように、フイン長手方向における両側の斜面１６
ａ，１６ｂのうち一方の谷部１８側の斜面１６ａ
に近づくほど、上記溝部１４ｂの側に延びるよう
にされており、かかるフツク状部２０の先端は先
鋭の形態となつている。言い換えれば、各々の山
部１６は、フイン長さ方向に直角な状態よりも角
度θだけ捻られた状態とされ、しかもその一方の
側にそれぞれフツク状部２０が形成されて、何れ
も同じ側に延びているのである。 また、隣合う外面フイン１２，１２において、
それぞれの山部１６同士と谷部１８同士とは、前
記直線Ｏに対して角度θをなす方向において略互
い違いに形成されており、溝部１４ｂの側に延び
出すフツク状部２０は、その溝部１４ｂを挟んで
隣合う外面フイン１２の谷部１８に向かつて延び
るようにされ、溝部１４ｂはジグザグ状になりな
がら、略一定の幅を保ちつつ、管周方向に延びて
いる。以上のことは、溝部１４ｂと１４ｃとの間
に位置する外面フイン１２についても、また、各
溝部１４ａ，１４ｃについても、共通に言えるこ
とである。 なお、第２図ａ及びｂは、θ＝30゜の場合であ
るが、第３図ａ及びｂにはθ＝20゜の場合が、ま
た第４図ａ及びｂにはθ＝45゜とした場合の態様
が、それぞれ示されている。それらの図から明ら
かなように、θが大きくなればなるほど、山部１
６のフツク状部２０は、より鋭利に且つ長く、一
方の側の溝部に延びる形態となるのである。 因みに、従来においては、第５図ａ及びｂに示
されるように、谷部１８がフイン長手方向に直角
な直線Ｏに対して平行、即ちθ＝0゜とされて、山
部１６がほぼ四角台錐形状となつており、また谷
部１８の底部部分が両側の溝部１４の側に均等に
押し出された形態となつているに過ぎない。 これに対して、第２図ａ，ｂ乃至第４図ａ，ｂ
に示される本発明に従つて得られる伝熱管におい
ては、前述のように、谷部１８が角度θだけ傾斜
させられ、且つ山部１６がその分捻られてフツク
状部２０を備えているため、管外面に接触せしめ
られる凝縮性ガスに対する接触面積が大きく、そ
のため凝縮効率が有効に高められるのである。ま
た、単に接触面積の増大だけでなく、フツク状部
２０の存在によつて多数の先鋭な点状部分が得ら
れることで、かかるフツク状部２０の存在が、山
部１６の斜面などに厚い液膜が生ずることを防止
し、且つ滴状凝縮を促進して、凝縮性能の向上に
寄与するものと推定される。事実、第５図ａ，ｂ
に示される従来の伝熱管に比べて、約30％以上も
凝縮伝熱性能が向上することが確認されている。 また、従来の伝熱管の山部１６は、四角台錐形
状の鋭利な突起として存在していたが、本発明に
従つて得られる伝熱管の場合には、それが管外面
から半径方向外向きに鋭利に突出する状態とはな
らず、むしろフツク状部２０として、管軸に平行
な方向に湾曲せしめられた形状となつているた
め、当該伝熱管を、例えば作業者が手袋をはめた
手で取り扱うような場合に、その手袋の繊維が山
部１６に付着したりすることが従来に比べて格段
に少なく、また当該伝熱管を積層する時、山部同
士が互いに食い込み合うことが回避されるため、
積層した状態で、それらの伝熱管を管軸方向に整
列することが容易となる利点も生ずるのである。 なお、フイン長手方向に直角な直線Ｏに対する
谷部１８の傾斜角度θは、前述のように、10〜
60゜の範囲内に選ばれる。というのは、θを10゜よ
り小さくした場合には、第５図ａ，ｂに示される
従来の伝熱管に比べて、優位性、即ち伝熱効率や
取扱い性の向上がそれほど認められず、一方、θ
が60゜を超えるようになると、谷部１８の加工に
困難を来し、ただ不可能と言うわけではないが、
そのようにθを大きくしても、それに見合うだけ
の効果が得にくく、加工コストの増大を招くよう
になるからである。従つて、上記角度θは10〜
60゜の範囲内に選ぶ必要があるが、特に15〜45゜の
範囲が好適と言えるのである。 ところで、以上のような優れた特徴を有する伝
熱管は、次のようにして、容易に製造することが
できる。その製造方法の具体例を、第６図並びに
第７図などに基づいて説明する。 第６図において、２２は、複数枚のフイン形成
デイスクであり、漸次径が増大するものが、外面
フイン１２のピツチを与える間隔で、軸２４によ
つて同心的且つ一体的に連結せしめられており、
さらに最も大径のフイン形成デイスク２２に隣接
して、それと同心的に、切込溝形成デイスク２６
が軸２４に取り付けられている。この切込溝形成
デイスク２６は、円板形状のものであつて、その
外周部に所定ピツチで複数の切込歯２８を備えて
おり、その切込歯２８の歯先が描く円周の半径
は、フイン形成デイスク２２の最も大径のものよ
り一定量小さくされている。 しかも、それらの切込歯２８は、第７図ａから
明らかなように、切込溝形成デイスク２６の軸心
に対して、何れも角度θだけ傾斜させられてお
り、この傾斜角度θは10〜60゜の範囲内に選ばれ
ていて、第２図ａ等に示した谷部１８の傾斜角度
θに対応するものである。 そして、外面フイン形成デイスク２２及び切込
溝形成デイスク２６が取り付けられた軸２４が、
目的とする伝熱管を与える素管３０の中心線に対
して、形成されるべき外面フイン１２のリード角
に相当する角度をもつて位置せしめられ、また素
管３０の内側にはプラグ３１が挿入される。 かかる状態で、軸２４を介してフイン形成デイ
スク２２を回転させながら、素管３０の外周面に
対して押圧せしめることにより、素管３０を管軸
まわりに回転させつつ、漸次外面フイン１２を転
造形成する一方、フイン形成デイスク２２の白抜
矢印で示される外面フイン形成方向における下流
側に配置された切込溝形成デイスク２６によつ
て、上述のように形成された外面フイン１２に、
切込溝形成デイスク２６の切込歯２８を押圧せし
めることにより、かかる切込歯２８による押圧部
分が前記谷部１８となるように転造形成して、前
述のような谷部１８と山部１６とを交互に形成す
るのである。 そこで、切込溝形成デイスク２６の切込歯２８
が、その軸心に対して角度θ傾斜させられている
ため、第７図ｂに示されるように、切込溝形成デ
イスク２６が素管３０に対して回転しつつ押圧せ
しめられる時、その回転押圧作用により、外面フ
イン１２の切込歯２８により押圧される部分にお
いては、第８図に示されるように、切込溝形成デ
イスク２６の回転力Ｆに基づいて、切込歯２８の
傾斜方向に沿う加圧力Ｐが作用する。この加圧力
Ｐは、外面フイン１２の両側に位置する溝部１４
の一方の側に働くものであつて、その結果、谷部
１８となるべき部分に存在していた金属材料が、
切込歯２８に沿つて一方の溝部１４の側に移動さ
せられて、前述のような山部１２、ひいてはフツ
ク状部２０が形成されるのである。 因みに、第５図ａ，ｂに示されるような、従来
の伝熱管の製造に際しては、第９図ａ，ｂに示さ
れるように、平歯の切込溝形成デイスク３２、言
い換えればその軸心に対して平行な切込歯３４を
備えたデイスク３２が用いられるが、その場合に
は、第１０図に示されるように、かかる切込歯３
４で潰されることによつて外面フイン１２の先端
部の断面積が著しく減少し、その減少した分が両
側の溝部１４の側に押し出されるような状態とな
つて、その部分Ｇが、外面フイン間の溝部１４に
おける凝縮液の流れを妨げ易くなる。 これに対して、前述のように、角度θだけ傾斜
した切込歯２８を備えた切込溝形成デイスク２６
を用いるようにすれば、その角度θが20゜程度の
場合には、第１１図に示されるように、外面フイ
ン１２の押圧される部分が殆ど潰されることがな
く、外面フイン１２が、先端部での断面積の減少
を殆ど招かない状態で分断されると共に、一方の
溝部１４の側にフツク状に延びる状態となるので
ある。 なお、切込歯２８の傾斜角度θを30〜45゜の範
囲に選べば、第１２図に示されるように、一層鋭
利に切り込まれると共に、フツク状に延びる程度
が大きくなるのであるが、その角度θが60゜を超
えるようになると、切込歯２８が欠け易くなる等
の耐久性問題や、切込歯２８を形成する加工コス
トの増大を招くようになる。切込歯２８の傾斜角
度θを60゜以下とする主な理由はその点にある。 何れにしても、上記のような傾斜した切込歯２
８で前記加圧力Ｐを働かせるようにすれば、第２
図ａ，ｂ等に示すような山部１６と谷部１８とを
備えた伝熱管を容易に製造することができ、切込
歯２８の加工コストは傾斜していない従来のもの
より若干増加するが、特別の加工装置を必要とす
るわけではないので、実質的にコスト増は軽微で
ある。 次に、そのようにして得られた伝熱管が具体的
にどれだけ凝縮性能を向上させ得るかについて、
本発明者らが行なつた試験のデータを、以下に示
す。 なお、この試験は、管外面に接触せしめられる
凝縮性ガス（フロンＲ−22）について、次の通り
の試験条件の下に行なわれたものであり、その結
果が第１表に示されているが、比較のために、谷
部の傾斜角度θが0゜である従来の伝熱管について
のデータも並記した。 〔試験条件〕 外径 ：19.05mm（素管の外径） フイン数 ：19山／インチ 切込歯 ：１mmピツチ×0.7mm深さ 内径 ：14.80mm 凝縮温度 ：40℃ 冷却水入口温度 ：30℃ 冷却水流速 ：1.5〜3.0m／秒

【表】 ＊ 外径基準
かかる第１表に示される結果から明らかなよう
に、谷部（切込歯）の傾斜角度θが20゜、30゜並び
に45゜とされた本発明に従つて得られる伝熱管に
あつては、管外面凝縮熱伝達係数：h₀が、傾斜角
度が0゜である従来の伝熱管に比べて、約30％から
50％近く高くなつており、このことは、とりも直
さず、管外面における凝縮性能がそれだけ高めら
れることを意味しているのである。 以上、本発明の具体的な実施例並びに試験デー
タに基づいて説明してきたが、本発明が、かかる
具体的な記載によつて限定的に解釈されるもので
ないことは、言うまでもないところである。 例えば、隣合う外面フイン管の溝部の底部部分
に凹所（デインプル）を形成し、その凹所に対応
する管内面に内面突起をスパイラル状に配列せし
めることもできる。そして、このように管外面の
溝部に凹所を形成すると共に、管内面に内面突起
を形成すれば、管外面における接触面積が一層増
大して、凝縮効率を更に高めることができ、また
管内面を流通せしめられる伝熱流体（冷却水）の
流れに対して乱流作用を与えて、熱伝達率を阻害
する境膜の形成を抑制することができる。 そして、このような伝熱管を製造するには、例
えば、外面フイン形成デイスクの下流側に、前記
切込歯形成デイスクよりは上流側に位置して、鋸
歯状デイスクを配置し、形成された外面フイン間
の溝部の底部に、かかる鋸歯状デイスクの鋸歯を
押圧せしめることにより、その鋸歯による押圧部
分を凹所として管内面に突出させるようにする一
方、そのような凹所を溝部に形成した後、前述の
ような切込歯形成デイスクにより、山部と谷部と
を形成すればよいのである。 さらに、これまでの説明はすべて凝縮伝熱管に
ついてであつたが、外面フインの形成密度を、例
えば26〜54山／インチ程度に増やした場合には、
一方の溝部の側に延びる山部のフツク状部の間隔
も極く狭くなつて、これらのフツク状部間の間隙
が、沸騰における核を形成する機能を果たすこと
ができるようになり、そのような態様とすれば、
蒸発管として使用することも可能である。言い換
えれば、本発明は、凝縮管だけに限らず、蒸発管
に適用することも可能なのであり、上述のよう
に、溝部の底部部分に凹所を設けた場合には、そ
れとの相乗効果も期待できる。 その他にも、本発明の趣旨を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良な
どを施した態様で、本発明を実施し得ることは、
改めて言うまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明手法に従つて得られる凝縮伝熱
管の一部を切り欠いて示す図である。但し、煩雑
さを避けるために、山部及び谷部は省略されてい
る。第２図ａ及びｂは、その伝熱管の管外面を、
それぞれ別の角度から撮影した拡大写真を図化
（スケツチ）した図であつて、傾斜角度θが30゜で
ある場合を示す。第３図ａ及びｂ並びに第４図ａ
及びｂは、傾斜角度θが20゜である場合と45゜であ
る場合とをそれぞれ示す、第２図ａ及びｂに対応
する図である。第５図ａ及びｂは傾斜角度θが0゜
である従来の伝熱管の一部を示す、第２図ａ及び
ｂにそれぞれ対応する図である。第６図は本発明
方法の一具体例を簡略に示す工程図であり、第７
図ａ及びｂは、かかる方法によつて山部と谷部と
が形成される状態をそれぞれ別な角度から模式的
に示す説明図である。第８図は傾斜した切込歯に
より加圧力が働く状態を説明するための説明図で
ある。第９図ａ及びｂは、第５図ａ及びｂに示さ
れる従来の伝熱管を製造する方法をそれぞれ別な
角度から簡略に示す図であつて、第７図ａ，ｂに
対応するものである。第１０図は、第９図ａ及び
ｂに示される方法に従つて形成される山部及び谷
部の形状を簡略に説明する図であり、また第１１
図及び第１２図は、第６図などに示される本発明
方法を用いた場合に、切込歯の傾斜角度θの大小
に応じて形成される山部及び谷部の形状をそれぞ
れ簡略に示す図である。 １０：凝縮伝熱管、１２：外面フイン、１４：
溝部、１６：山部、１８：谷部、２０：フツク状
部、２２：外面フイン形成デイスク、２６：切込
溝形成デイスク、２８：切込歯、３０：素管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 目的とする伝熱管を与える素管の外周面に対
   してフイン形成デイスクを押圧せしめることによ
   り外面フインを転造形成する一方、該フイン形成
   デイスクの外面フイン形成方向における下流側
   に、所定ピツチで複数の切込歯を備えた切込溝形
   成デイスクをその軸心が前記外面フイン形成デイ
   スクと同心になるように配置するとともに、該複
   数の切込歯をその軸心に対して10〜60゜の範囲で
   傾斜させたものとし、かつ前記外面フイン形成デ
   イスクによつて形成された外面フインに対して、
   その切込溝形成デイスクの傾斜した切込歯を押圧
   せしめて、該切込歯による押圧部分が谷部となる
   ように転造形成すると同時に、該切込溝形成デイ
   スクの回転押圧作用により、前記外面フインの切
   込歯押圧部分に対して、該外面フインの両側に位
   置する溝部の一方の側に該切込歯の傾斜方向に沿
   つて加圧力を働かせるようにしたことを特徴とす
   る伝熱管の製造方法。