JPH0237292A - 凝縮伝熱管 - 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】 （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凝縮伝熱管に
係り、特に管外面における伝熱特性を効果的に高め得る
凝縮伝熱管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＆Ｅ縮、液化するために用いられている
。この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ィンを形成
せしめたローフイン管が知られている。

而して、このようなローフイン管においては、多数の外
面フィンの形成により、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、
だからと言って、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凝縮伝
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ィンが所定ピッチで一体的に形成さ
れ、それら外面フィ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
る凝縮伝熱管を提供することにある。

（解決手段） そして、上記目的を達成すべく、本発明にあっては、か
かる外面フィンにその長手方向に沿って山部と谷部とを
交互に形成し、該谷部によってその外面フィンを分断す
るとともに、その谷部をフィ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
態で設け、かつ前記山部を、その頂部に近づくほど、ま
たフィ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
の側にフック状に延びるように形成せしめて、かかるフ
ック状部が隣接する外面フィンの谷部に向かって延びる
ようにしたのである。

（作用・効果） 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、山部のフッ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って、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
、山部のフック状部分が、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
フッ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、山部のフック状部分が
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、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の幾つかの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

第１図は、本発明に係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ィン１２が
所定ピッチで一体に形成されている。その結果、これら
外面フィン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、外面フィン１２には、そ
の長手方向に沿って山部１６と谷部１日とが交互に形成
され、谷部１８によって外面フィン１２が分断された形
態となっている。しかも、谷部１８は、管軸方向に対し
て、厳密に言えば外面フィン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、その頂部に向かって単に突出
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って、その山部１６を
挟んで両側に位置する溝部１４ａ、１４ｂのうち一方の
溝部１４ｂの側にフッ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ック状部２０とされてい
る。

しかも、このフック状部２０は、第２図（ａ）に示され
るように、フィン長手方向における両側の斜面１６ａ、
１６ｂのうち一方の谷部１８例の斜面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
かるフック状部２０の先端は先鋭の形態となっている。

言い換えれば、各々の山部１６は、フィン長さ方向に直
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ック状部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、隣合う外面フィン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０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の側に延び出すフック状部２０は、その
溝部１４ｂを挟んで隣合う外面フィン１２の谷部１８に
向かっ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
する外面フィン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１６
のフック状部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がフィン長手方向に直角な直線
０に対して平行、即ちθ−〇。

とされて、山部１６がほぼ四角台錐形状となっており、
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っているに過ぎない。

これに対して、第２図（ａ）、（ｂ）乃至第４図（ａ）
、（ｂｌに示される本発明に従う伝熱管においては、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ック状部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、フッ
ク状部２０の存在によって多数の先鋭な点状部分が得ら
れることで、かかるフック状部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、本発明に従う伝熱管の場
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、むしろフック状部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っているた
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、フィ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（、加工コストの増大を招くようになるからである。

従って、上記角度θはｌＯ〜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、以上のような本発明に従う凝縮伝熱管は、例
えば、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、複数枚のフィン形成ディスク
であり、漸次径が増大するものが、外面フィン１２のピ
ッチを与える間隔で、軸２４によっ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ィン形成
ディスク２２に隣接して、それと同心的に、切込溝形成
ディスク２６が軸２４に取り付けられている。この切込
溝形成ディスク２６は、円板形状のものであって、その
外周部に所定ピンチで複数の切込歯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、フィン形成
ディスク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、切込溝形成ディスク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ｌＯ〜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、外面フィン形成ディスク２２及び切込溝形成デ
ィスク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
外面フィン１２のリード角に相当する角度をもって位置
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を介してフィン形成ディスク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
、漸次外面フィン１２を転造形成する一方、フィン形成
ディスク２２の白抜矢印で示される外面フィン形成方向
における下流側に配置された切込溝形成ディスク２６に
よって、上述のように形成された外面フィン１２に、切
込溝形成ディスク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１
８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、切込溝形成ディスク２６の切込歯２日が、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、切込溝形成ディスク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、外面フィン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
込溝形成ディスク２６の回転力Ｆに基づいて、切込歯２
８の傾斜方向に沿う加圧力Ｐが作用する。この加圧力Ｐ
は、外面フィン１２の両側に位置する溝部１４の一方の
側に働くものであって、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に沿って一
方の溝部１４の側に移動させられて、前述のような山部
１２、ひいてはフック状部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ィスク３
２、言い換えればその軸心に対して平行な切込歯３４を
備えたディスク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３４で潰される
ことによって外面フィン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って、その部分Ｇが、外面フィン
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ィスク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、外面フィン１２の押圧される部分が
殆ど潰されることがなく、外面フィン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の側にフッ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、層鋭利に切り込ま
れると共に、フッ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が欠は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２
８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２８で前記
加圧力Ｐを働ら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
なった試験のデータを、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Ｏｏ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　　
ィ　　ン　数；　１９山／インチ切　　込　　歯：１閣
ピツチＸ　Ｏ，７ｍｍ深さ内　　　　　　　径：１４．
８０＋ｎｍ凝縮　温　度：　４０　’Ｃ 冷却水入口温度：３０°Ｃ 冷却水流速　：１．５〜３．　Ｏｒｎ　／秒＼、 ＼ ＼ 第　　　１　　　表 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う伝熱管にあっては、管外面凝縮熱
伝達係数：ｈｏが、傾斜角度がＯｏである従来の伝熱管
に比べて、約３０％から５０％近く高くなっており、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
よっ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、瞬合う外面フィ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■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
面フィン形成ディスクの下流側に、前記切込歯形成ディ
スクよりは上流側に位置して、鋸歯状ディスクを配置し
、形成された外面フィン間の溝部の底部に、かかる鋸歯
状ディ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ィスクにより、山部と谷部とを形成
すればよいのである。

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図は本発明に係る凝縮伝熱管の一実施例の一部を切
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（スケッチ
）した図であって、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図は本発明に係る伝熱管を製造するための方法の具
体例を簡略に示す工程図であり、第７図（ａ）及び（ｂ
）は、かかる方法によっ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って
、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って
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
る本発明に係る伝熱管を製造する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：外面フィン１４：溝部　　　　　１６
：山部 １８；谷部　　　　　２０：フック状部２２：外面フィ
ン形成ディスク ２６：切込溝形成ディスク ２８：切込歯　　　　３０；素管 出願人　住友軽金属工業株式会社 （ほか２名）し≦；二」 第２図 第４図 第３図 ４Ｃ １４ｅ） ４ｃＬ 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 管外面に管周方向の外面フィンを所定ピッチで一体的に
   形成する一方、該外面フィン間が管周方向に延びる溝部
   とされた伝熱管において、 該外面フィンにその長手方向に沿って山部と谷部とを交
   互に形成し、該谷部によってその外面フィンを分断する
   とともに、該谷部をフィ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
   設け、かつ前記山部を、その頂部に近づくほど、またフ
   ィン長手方向における一方の谷部側に近づくほど、該山
   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
   フック状に延びるように形成せしめて、かかるフック状
   部が隣接する外面フィンの谷部に向かって延びるように
   したことを特徴とする凝縮伝熱管。