JPH02108410A - 内面溝加工伝熱管及びその製造方法 - 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」 本発明は冷凍機器類や空調機器類用の熱交換器に使用さ
れる内面溝加工伝熱管、及びその製造方法に関するもの
である。

「従来の技術」 近時の熱交換器には、機器類の小型化や省エネルギー化
の要請により、伝熱性能を向上させるため、内面に平行
な多数の溝を加工した内面溝加工伝熱管が使用されてい
る。そして第１１図て例示するように、この内面溝加工
伝熱管ｌの内面の溝１１の面、及び溝１１相互間のフィ
ン１２の表面は平滑である。

このような内面溝加工伝熱管を製造するには。

例えば特開昭５４−３７０５８号公報て開示されている
ように、管材の一定位置へ周面に軸線と平行又は螺線状
の互いに平行な多数の溝を有するプラグを回転自在に挿
入し、前記管材を一定方向へ移動させながら、前記プラ
グの挿入位置において当該プラグの周りを遊星回転する
複数ロールで前記管材を外周より前記プラグ側に圧迫し
、当該管材を縮径しつつ内面に溝加工する。

また、内面溝加工伝熱管の他の製造方法としては、例え
ば特開昭５８−１８０９２号公報のように、金属帯板を
一定方向へ繰出しならが、表面に多数の平行な溝を形成
した加工ロールと、表面が平滑な平滑ロールとで前記金
属帯板を圧延して、当該金属帯板の一面に前記加工ロー
ル表面の溝を転写し、この金属帯板を前記−面が内側に
なる状態で管状に丸め、当該金属帯板の突合わさる両側
縁を溶接する手段が採用されている。

「発明が解決しようとする課題」 前記のように製造された内面溝加工伝熱管ζよ、その伝
熱性能をさらに向とさせるために、内面に形成する溝数
や溝のリード角、溝の形状等の改善工夫が行なわれてい
るが、これ等の改善工夫による性能向上には限界かあっ
た。

本発明はこのような現状に鑑みて提案されるもので、そ
の目的とするところは、前述のような従来の伝熱管より
飛躍的に伝熱性能を向上させた内面溝加工伝熱管、及び
その製造方法を提供することにある。

「課題を解決するための手段」 本発明に係る内面溝加工伝熱管は、前述の目的を達成す
るため、内面に平行な多数の溝を有する伝熱管において
、前記内面の溝及び当該溝相互間におけるフィンの表面
に、無数の微細な切り傷状の痕跡を形成したものである
。

伝熱管は、多くは鋼管であるが金属管であれば鋼管に限
らない。

本発明に係る内面溝加工伝熱管の製造方法の一つは、前
述の目的を達成するため、金属製の管材の内面を無数の
凹凸からなる粗面に形成する工程と、前記管材内の一定
位置へ、周面に軸線と平行又は螺線状の互いに平行な多
数の溝を有するプラグを挿入し、前記管材を一定方向へ
移動させながら、前記プラグの挿入位置において前記管
材を外周から前記プラグ側に圧迫することにより、当該
管材を縮径しつつ当該管材の内面に溝加工する工程とを
採択した。

管材には多くは鋼管が使用されるが、アルミニウム、ア
ルミニウム合金やステンレスその他の金属管を使用する
こともできる。

管材の内面を無数の凹凸からなる粗面に形成するには種
々の方法かあり、その具体的手段は特に問わないが、サ
ンドブラストの手段によるのか工業的に最も好ましく、
さらに好ましくは、菱形。

星形その他表面に角ばった部分を有する粒形のサンドを
使用する。また、サンドの粒径は製造する管径により適
宜選択するが１例えば材料である管材の外径がｉｏａｍ
前後の場合は、数百ミクロン程度の粒径のものを使用す
る。

管材を外周から前記プラグ側に圧迫するに（よ。

プラグの周囲を遊転しながら遊星回転する数個のロール
や複数のボール、あるいは通常のダイスその他公知の手
段によって実施することがてきる。

本発明に係る内面溝加工伝熱管の製造方法の他の一つは
、前述の目的を達成するため、金属帯板を一定方向へ繰
出しながら、当該金属帯板の一面を無数の凹凸からなる
粗面に形成する工程と、表面に多数の平行な溝を形成し
た加工ロールと１表面か平滑な平滑ロールとて前記金属
帯板を圧延して、当該金属帯板の前記粗面側に前記加工
ロール表面の溝を転写する工程と、この金属帯板を前記
溝を形成した面が内側になる状態で管状に丸め、当該金
属帯板の突合わさる両側縁を溶接する工程とを採択した
ものである。

金属帯板には多くは銅板が使用されるか、アルミニウム
、アルミニウム合金やステンレスその他の金属板を使用
することもできる。

金属帯板の一面を微細な凹凸からなる粗面に形成する具
体的手段には種々の方法があるが、表面にローレット加
工その他の手段により無数の凹凸を形成した加工ロール
と、表面か平滑な平滑ロールとの間に挟んで圧延するの
が、工業的及び後工程との連続性の面から最も望ましい
。

金属帯板を管状に丸めるには、成形ロール群に挟んで徐
々に成形するのか好ましく、また、金属帯板の粗面側に
溝を転写した後、このように管状に丸める前に、金属帯
板の両側部を互いに平行になるように揃えるため、カッ
ティング又はエツジスカーフィング等を行なう場合もあ
る。

管状に丸めた金属帯板の突合わされた両級を溶接するに
は、高周波誘導溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接その他の
公知の溶接手段か採用される。

管状に丸めた金属帯板の両縁を溶接した後は。

例えば対になったスクイズロールや、引抜きダイスを使
用した空引きその他の公知の手段により真円に近くなる
ように整形するのが好ましい。

「作用」 本発明に係る内面溝加工伝熱管は、前述のように、内面
の溝及び当該溝相互間におけるフィンの表面に無数の微
細な切り傷状の痕跡を有するため、溝やフィンの表面が
平滑な従来の内面溝加工伝熱管に比べ伝熱面積か著しく
増大し、しかも、圧力損失は従来のものとほとんど変ら
ない。

前記微細な切り傷状の痕跡により、管内蒸発時において
、溝やフィンの表面か滑らかな従来の内面溝加工伝熱管
では発生しにくかった核沸騰を盛んにし、特に溝底も微
細な無数の切り傷状の痕跡かあることにより、従来強制
対流蒸発域として核沸騰か抑制される高乾き度の環状領
域においても、溝底部で核′ｓ膿か維持される。

また、微細な切り傷状の痕跡かあるため、高乾き度域に
おいて表面張力により内壁面上に液を留めておく力か増
大して、液膜の破断（ドライアウト現象）をより高い乾
き度まで遅らせる作用をする。

さらに凝縮時においても、従来の内面溝加工伝熱管に比
べ、より高い乾き度において薄液膜の形成に役立つ。

本発明に係る内面溝加工伝熱管の製造方法によれば、管
材内面又は金属帯板の一面を無数の凹凸からなる粗面に
形成し、その後当該面に溝を加工するのであるか、この
溝加工時における前記粗面への工具の接触によって前記
粗面の凹凸が平均化して漬れ、溝及び溝相互間のフィン
の平滑化した表面に、前記凹凸の漬れ跡か切り傷状（短
かい無方向の無数の筋状）の痕跡となって表われる。

この切り傷状の痕跡は１口かほとんど塞いだ状態であり
、口の広いもので数ミクロン〜十数ミクロン程度になる
。

前述の各製造方法によれば、粗面形成工程のみを付加す
ることにより、従来の製造装置がそのまま使用できる。

「実施例」 第３図は本発明に係る内面溝加工伝熱管の一例を示すも
ので、鋼管よりなる伝熱管１の内面には、管軸に対して
平行な又は所定のリード角で螺線状の互いに平行な溝１
１か形成され、この溝１１と溝１１相互間のフィン１２
の表面には、微細な無数の切り傷状の［ｇｓｌ：ｌを有
する。

このような伝熱管１を製造するには、例えば第１図のよ
うに、鋼管よりなる管材２の内面をサンドブラスト処理
（サンドの平均粒子径７００ｇｍ、吹付は圧力５ｋｇ／
ｃｒｒｒ’、時間１０ｓｅｃ　、サンド粒形状は表面か
角ばったもの）する。

このサンドブラスト処理により、管材２の内面は無数の
細長い微細な凹凸からなる粗面１４に形成される。

次いで、第２図のように１表面に深さ０．１５０１１１
゜リード角１８度、同一個所の断面における溝数６０の
溝３１を平行に形成したプラグ３を、ロット３２に回転
目在の保持させて管材２の一定位置に挿入し、管材２を
同図右方向に移動（引抜き）させながらプラグ３の周り
を遊転自在に遊星回転する複数のロール４により、前記
管材２を前記プラグ３側へ圧迫し、管材２を縮径しつつ
内面に螺線状の微細な溝１１を平行に有する伝熱管ｌを
製造する。

溝１１を形成するとき、プラグ３との接触により内面に
おける粗面１４の凹凸はほとんど漬れ、この漬れ跡か、
第３図のように溝１１及び溝１１相互間のフィン１２の
表面に微細な切り傷状の痕跡１３となつて表われる。

管材２をプラグ３側に圧迫する手段は、前記のようなロ
ール４のほか、プラグ３の周りを遊星回転する複数の遊
転する図示しないボールやダイスその他の公知の手段に
よっても実施できる。

前記実施例の仕様及び要領で製造した内面溝加工伝熱管
（管外径９．５３＋＋＋ｍ、溝底肉厚３．０ａｍ　）と
。

溝加工の前に前述のような粗面加工をしない同様な内面
溝加工伝熱管（従来の伝熱管）とを二重管式熱交換器に
組込み、次のような測定条件で管内に冷媒（フロンＲ−
２２）を流し、管外には被冷却水を流して、それぞれ管
内蒸発熱伝達率（第４図）、管内凝縮熱伝達率（第５図
）、蒸発時管内圧力損失（第６図）、凝縮時管内圧力損
失（第７図）、管内局所蒸発熱伝達率（第８図）等の比
較測定を行なったところ、第４図ないし第８図のような
平均結果を得た。

凝縮熱伝達率測定条件 冷媒入口過熱温度・・・・・・・３５°Ｃ冷媒出口過冷
却温度・・・・・・　５°Ｃ伝熱管有効長さ・・・・・
・・・　５ｍ蒸発熱伝達率測定条件 冷媒入口乾き度・・・・・・・・　０．２１冷媒出口過
熱温度・・・・・・・　５°Ｃ伝熱管有効長さ・・・・
・・・・　５ｍ管内局所蒸発熱伝達率測定条件 冷媒流量・・・・・・・・５０ｋｇ／　Ｈ管内圧力・・
・・・・・・４ｋｇ／ｃｍ″この測定結果によれば、前
記実施例の内面溝加工伝熱管は、内面の溝及び溝相互間
のフィンの表面か平滑な従来の内面溝加工伝熱管に比べ
、蒸発時における熱伝達率か９０％、凝縮時における熱
伝達率が６０％それぞれ向上し、しかも圧力損失は両者
はとんど同値てあった。

また、前記実施例の伝熱管は第８図に示すとおり、従来
の内面溝加工伝熱管に比べ、管内蒸発熱伝達率の急減す
るドライアウト点かより高乾き度に移り、伝熱性能を向
上させてるという、無数の微細な切り傷状の痕跡１３の
効果か顕著に表われている。

第９図は本発明に係る伝熱管の他の製造方法を例示した
ものて、図示しないアンコイラ−に巻かれた幅：１１ｍ
ｍの銅板よりなる金属帯板５を一定速度で繰り出しなが
ら、表面にローレット加工により細い無数の凹凸６１を
形成した加工ロール６と、表面が平滑な平滑ロール６０
との間に挟んで圧延し、加工ロール６表面の凹凸６１を
前記金属帯板５の一面に転写し、金属帯板５の一面を無
数の凹凸よりなる粗面１４に形成する。

次いで、表面に螺線状の細い多数の溝７１を平行に形成
した加工ロールアと、表面が平滑な平滑ロール７０との
間で前記金属帯板５を圧延し、加工ロールアの溝７１を
金属帯板５の粗面１４側に転写して多数の平行な溝１１
を形成する。

前記金属帯板５の両側縁を図示しないカッターで垂直に
なるように切断し、それぞれ対になった成形ロール８０
．８１．８２．８３．８４．８５．８６．８７により管
状に成形し、その突き合わさった両端を誘導コイルから
なる溶接手段９により溶接して造管しスクイズロール８
８．８９て真円に近くなるように整形するとともに、図
示しないダイスで空引きして、内面に溝数６０．深さ０
．２ｍｍの螺線状の溝を有し、Ｘ底部の肉厚０．３ｍｍ
　、外径９　、５３ｒｓｒａ（１）　内面溝ｊＪｒＪ工
伝熱管ｌを製造した。

表面に溝７１を有する前記加工ロールアと、平滑ロール
７０とで金属帯板５を圧延してその粗面１４側に溝１１
を加工する際、粗面１４における無数の凹凸はほとんど
漬れ、その漬れ跡が第３図におけると同様に、切り傷状
の痕跡１３となって溝１１及び溝１１相互間のフィン１
２の平滑化した表面に表われる。

この製造方法による伝熱管と、前記加工ロール６と平滑
ロール６０とによる粗面加工工程を省略して、前記実施
例の伝熱管ｌと同サイズに製造した従来の伝熱管とを同
数本準備し、第１図及び第２図の実施例の場合と同様に
、管内蒸発熱伝達率、管内凝縮熱伝達率、蒸発時管内圧
力損失、凝縮時管内圧力損失、管内局所蒸発熱伝達率等
の比較測定を行なったところ、前述の場合とほぼ同様な
結果を得た。

金属帯板５の粗面１４に形成する溝１１は、金属帯板５
の長手方向に沿って形成しても、あるいは金属帯板５の
幅方向に沿って形成しても実施することができるし、こ
れ等の各方向の溝１４はそれぞれ第１０図て示すように
波状に形成しても実施することかてきる。

前記各圧延の際においては、加工ロール６又は加工ロー
ルアを大径にし、平滑ロール６０又は７０を小径にして
複数設け、これ等の平滑ロール６０又は７０を加工ロー
ル６又は７に対し数方向から圧接するようにしても実施
できる。

「発明の効果」 本発明に係る内面溝加工伝熱管は、内面の溝及び溝相互
間のフィンの表面に切り偏成の痕跡を有するので、次の
ような効果を奏する。

第一に、溝やフィンの表面か平滑な従来の内面溝加工伝
熱管に比べ、圧力損失をほとんど増加することなく伝熱
面積が著しく増大する。

第二に、管内蒸発時において、溝やフィンの表面か滑ら
かな従来の内面溝加工伝熱管では発生しにくい核沸騰を
盛んにし、特に、溝底も微細な無数の切り偏成の痕跡が
あることにより、従来強制対流蒸発域として核沸騰が抑
制される高乾き度の環状領域においても、溝底部て核沸
騰が維持される。

第三に、高乾き度域において表面張力により内壁面上に
液を留めておく力か増大し、液膜の破断（トライアウト
現象）をより高い乾き度まで遅らせる作用をする。

第四に、凝縮時においても従来の内面溝加工伝熱管に比
べ、より高い乾き度において薄液膜の形成に役立つ。

また本発明に係る内面溝加工伝熱管の製造方法は、従来
の製造工程に、管材内面や金属帯板表面を粗面加工をす
る工程を付加するだけで、前記のような効果を奏する伝
熱管を量産することがてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明方法の一実施例を説明するた
めの部分断面図、第３図は本発明に係る伝熱管、及び第
１図及び第２図の実施例て製造した伝熱管の部分展開拡
大斜視図、第４図は前記実施例の方法で製造した伝熱管
と、従来方法で製造した同様な伝熱管との管内蒸発熱伝
達率の比較測定結果を示す線図、第５図は前記実施例の
方法で製造した伝熱管と、従来方法で製造した同様な伝
熱管との管内凝縮熱伝達率の比較測定結果を示す線図、
第６図は前記実施例の方法で製造した伝熱管と、従来方
法で製造した同様な伝熱管との蒸発時管内圧力損失の比
較測定結果を示す線区、第７図は前記実施例の方法で製
造した伝熱管と、従来方法で製造した同様な伝熱管との
凝縮時管内圧力損失の比較測定結果を示す線図、第８図
は前記実施例の方法で製造した伝熱管と、従来方法で製
造した同様な伝熱管との管内局所蒸発熱伝達率の比較測
定結果を示す線図、第９図は本発明に係る他の製造方法
の実施例を説明するための一部省略分解斜視図、第１０
図は第９図の実施例における部分的な変形例を示す部分
斜視図、第１１図は従来の製造方法による内面加工伝熱
管の部分展開拡大斜視図である。 主要図中符号の説明 ｌは内面溝加工伝熱管、１１は内面の溝、１２は溝相互
間のフィン、１３は切り偏成のに跡、１４は無数の凹凸
からなる粗面、２は金属製の管材、３はプラグ、３１は
プラグの溝、４はロール、５は金属帯板、６は表面に無
数の凹凸６１を有する加工ロール６０は平滑ロール、７
は表面に多数の溝７１を有する加工ロール、７０は平滑
ロール、８０〜８７は成形口第１図 第２図 第５図 第６図 、？◆票、ｆＬ量　（←シＡン 第７図 ニイ？ｄｆ＆　（為ダＡ） 第丑図 ｈ（差流量（ｋ！Ａ） 第５図 無充ａ（ｋｆＩＡ） 第８図 ト乾！１ｉｆ（％） 第月図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、内面に平行な多数の溝を有する伝熱管であって
   、前記溝及び当該溝相互間におけるフィンの表面に、無
   数の微細な切り傷状の痕跡を有することを特徴とする内
   面溝加工伝熱管。
2. （２）、金属製の管材の内面を無数の凹凸からなる粗面
   に形成する工程と、前記管材内の一定位置へ周面に軸線
   に対し平行又は螺線状の互いに平行な多数の溝を有する
   プラグを挿入し、前記管材を一定方向へ移動させながら
   、前記プラグの挿入位置において前記管材を外周から前
   記プラグ側に圧迫することにより、当該管材を縮径しつ
   つ当該管材の内面に溝加工する工程とを含むことを特徴
   とする、内面溝加工伝熱管の製造方法。
3. （３）、金属帯板を一定方向へ繰出しながら、当該金属
   帯板の一面を無数の凹凸からなる粗面に形成する工程と
   、表面に互いに平行な多数の溝を形成した加工ロールと
   表面が平滑な平滑ロールとの間で前記金属帯板を圧延し
   て、当該金属帯板の前記粗面側に前記加工ロール表面の
   溝を転写する工程と、この金属帯板を前記転写された溝
   が内側になる状態で管状に丸め、当該金属帯板の突合わ
   さる両側縁を溶接する工程とを含むことを特徴とする、
   内面溝加工伝熱管の製造方法。