JPH03207995A

JPH03207995A - 電縫伝熱管とその製造方法

Info

Publication number: JPH03207995A
Application number: JP103390A
Authority: JP
Inventors: Masanobu Aso; 麻生　正信; Yuji Maki; 裕二牧; Tetsuya Kato; 鉄也加藤; Makoto Shimizu; 真清水; Yoshinori Watanabe; 吉典渡辺
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1990-01-09
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1991-09-11
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: JP2580353B2

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］本発明は空調用熱交換器に用いる伝熱管及びその製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

従来の空調用伝熱管の外観を第１２図に、同空調用伝熱
管の内面溝を拡大した図を第ｌ３図に示し、伝熱管の代
表的な寸法を表１に示す．これらの図において、ヒート
ポンプ式空調機に用いる伝熱管ｌＯは高効率、コンパク
ト化などの観点から主として内面溝付管が使われている
。これは第１３図に示すように、管内面に微細な三角形
状の溝ｌをらせん状に転造加工により刻んだものである
。らせん溝１を形成することにより、内表面積の増大を
図り、かつ、内部流体をかく拌し、管頂部まで液をかき
揚げ、液膜厚さを均等化の作用で、管内側の夷発熱伝達
率を向上させている。

また、ヒートポンプ空調機用熱交換器に用いられる伝熱
管には製品の特性から高い沸騰熱伝達及び高い凝縮熱伝
達がともに求められている。この点から、メンキ法、焼
結法、機械加工法等による高性能伝熱面が数多く提案さ
れているが、まだ安価で実用に供されたものはない。

メッキ法のｌ例として、特開昭６３−２７３７９０号公
報で出願されたものがある。これは銅管内に硫酸銅溶液
を流しながら、電気分解により鋼管内壁に多孔メッキ層
を形成する工法である。この工法では、沸騰熱伝達率は
溝付管対比約２倍以上と向上するが、凝縮熱伝達率は溝
付管よりむしろやや低下する。これはａ縮液が多孔質層
の中の微小空洞にホールドされ、伝熱面の大部分が熱抵
抗の大きなフロン系冷媒で覆われるため伝熱性能が低下
するためである。また、多孔質層の空隙が狭いために、
沸騰液中に含まれている不純物が析出し、空隙に目詰り
が生じ、性能劣化を招ねくなどの欠点がある。

焼結法は金属粒子とバインダを混合したものを伝熱面に
加熱圧着することにより、多孔質層を形戒する方法であ
る。これもメンキ法によく似た構造のため、上記問題が
生しる．機械加工法の代表的なものに特開昭５１−４５３５３号
公報に示す商品名「サーモエクセル」とよばれる伝熱面
がある。これは切削により溝加工を行ない、断面が矩形
状のフィンを戒形する。このフィンの先端を一定間隔で
Ｖ字状切欠きを作り、その後フィン先端をローラ等で折
曲げ、空洞部上ぶたに一定間隔で開口部を開けたトンネ
ル状空洞部を備えた伝熱面を形成する。トンネル内にホ
ールドされた冷媒液は加熱され華発し、開口部から気泡
となって離脱するが、この時他の不活性開口部から液が
侵入し、気泡発生が連続的に行なわれ、その結果沸騰熱
伝達が促進される。サーモエクセルは構造上、沸騰熱伝
達には有効であるが、凝縮にはトンネル空洞内に凝縮液
が詰まり凝縮熱伝達はむしろ悪くなる。

があった。即ち、ヒートポンプ式空調機に用いるフィン
アンドチューブ形熱交換器はｌ種類の熱交換器で芸発あ
るいは凝縮のいずれかの熱交換作用を行うため、蒸発及
び凝縮ともに伝熱性能が優れたものが要求されるが、そ
の両方を満足するものがなかった。

また、従来の空調用銅管はフローティングプラグと呼ば
れる外面に溝を刻んだ砲弾状工具を管内に挿入し、転造
加工により製造していたため、加工速度に限界があり、
せいぜい２０〜３０ｍ／ｍｉｎで製造コストが高かった
。従って、従来工法を上まわる加工速度を達或する低コ
ストの製造方法の実現が望まれているが、現在に至るも
それが達威されていない。

（課題を解決するための手段〕本発明は上記課題の解決手段として、次の（１）〜（３
）項に記載の各伝熱管及び（４）項に記載の伝熱管の製
造方法を提供しようとするものである。

（１）管内壁に規則的に形成された主溝と、同主溝に規
則的に交差し、かつ、同主溝より浅く形戒された副溝と
、前記主溝間の一部の相対する突起部が前記副溝の塑性
加工により前記主溝内へ押出されてその側断面が鳩尾状
の空洞部を形成すると共に同側断面の断面積をＳｍｍ”
、近接する双方の突起部間の開口幅をｃＪｍｍとしたと
き、ｄ≦０．１ｍｍの条件下でＳ／ｄ≦２をなす関係と
を具備してなることを特徴とする伝熱管。

（２）管内壁に規則的に形成された主溝と同主溝に規則
的に交差し、かつ、同主溝より浅く形成された副溝と、
前記主溝間の一部の相対する突起部が前記副溝の塑性加
工により前記主溝内へ押出されてその側断面が鳩尾状を
なす空洞部と、前記副溝の形状がその溝断面積をＡＩｌ
ｌＩ１２、溝周長をＬｗｍとしたとき、その等価直径ｄ
ｅ　（ｄｅ　＝　４＾／いが０，１５〜０．３５ｍをな
す関係とを具備してなることを特徴とする伝熱管。

（３）上記（１）に記載の空洞部と上記（２）に記載の
副溝とを具備してなることを特徴とする伝熱管。

（４）帯状金属板の表面に主溝ロールと副溝ロールとに
より規則的な主溝と、同主溝に規則的に交差し、かつ同
主溝より浅い副溝とを形成し、前記主溝間の突起部の一
部を前記副溝の副溝ロールによる塑性加工時に前記主溝
内に押出して鳩尾状の空洞部と前記突起部とを成形した
後、前記帯状金属板をフォーミングロールで管状に戒形
し、同金属板の縁同志を接合して管とすることを特徴と
する伝熱管の製造方法。

〔作　用］本発明は上記のように構或されるので次の作用を有する
。

即ち、本発明の電縫伝熱管は管内壁に主溝と副溝を交差
状に備え、かつ、主溝間の突起部が主溝間ペ押出されて
鳩尾状の空洞部を形成するため、冷媒の蒸発及び凝縮伝
熱促進が計られる。蒸発の場合、鳩尾状空洞部は溝底幅
に対して、先端の開口幅が狭まく、かつ関口幅を０．１
ｍ＋＋以下にすると、表面張力の小さいフロン系冷媒で
は空洞部内に気泡核が安定的に存在する。伝熱壁面を通
した伝熱により気泡核が加熱されると、気泡界面からの
蒸発により、蒸気泡の容積が増大し、葵気泡内の圧力も
上昇する。蒸気泡内圧が空洞内に安定して存在する限界
圧を越えると、空洞開口部から気泡が離脱し、それ以外
の不活性な開口部から飽和液が侵入し、トンネル状の空
洞内を通って飽和液が供給される。以上の発泡サイクル
が連続して行なわれ、沸騰伝熱促進が飛躍的に向上する
。また、主溝と副溝とによって台形状の突起が生しるが
凝縮の場合、台形状突起は突起の頂角が鋭角で、かつ、
副溝底幅の平坦部が長いほど、表面張力の小さいフロン
系冷媒では突起における凝縮液膜が副溝底に強く引寄せ
られ、副溝の谷が凝縮液の液はけ溝として作用する結果
、突起部の平均液膜厚さが薄くなり凝縮伝熱が促進され
る。

以上の結果、一種類の伝熱管をたとえばフィンアンドチ
ューブ式空気熱交換器に用いた場合、凝縮と蒸発の両機
能が共に十分に発揮される．従って、年間を通して冷暖
房空調を行うヒートボンブ式空調機の効率を一層向上さ
せる．また、本発明の製造方法によれば予め帯状金属板の表面
に主溝ロールと副溝ロールとにより、交差状の溝を設け
、かつ、上記伝熱管が備える鳩尾状の空洞部を形成した
後、管として成形するので加工能率が著しく高まり、加
工コストが下る。

［実施例〕本発明の一実施例に係る電縫伝熱管詳しくは内壁に交差
溝を有する伝熱管を第１図ないし第１１図により説明す
る。

先ず、本実施例の基本概念を第７図によって説明すると
、後述する第１図のような主溝１ｌ、副溝１２の交差溝
を金属平板にエンボス加工後、第７図に示すように管状
に戒形し、縁９】同士を高周波溶接し、電縫伝熱管１０
０を得るものである。その際、副溝１２の溝深さを主溝
ｌ１の溝深さよりも浅くし、主溝ｌ１同士の間の台形状
の突起、即ち山１３の一部が副溝ｌ２の塑性加工により
主溝Ｉｌ内に押出されて山１３同士との間に鳩尾状の空
洞部１４を形成し、凝縮促進用の台形状フィン、即ち山
１３と、蒸発促進用の空洞部１４とが備わるものである
。

次に本実施例の詳細について説明する．第１図は第７図
の電縫伝熱管１ｏｏの内面の部分拡大図で、主溝１ｌと
副溝ｌ２とが交差状に施され、それらの間には自然に山
１３が形成される。なお、図中、Ｄは主溝の方向、Ｅは
副溝の方向である。

第２図は第１図の平面展開図を概念的に表わした図であ
る。

第３図は第２図の■一■矢視断面図で第４図に示すよう
な台形状断面の転造ロールで主溝１ｌを形成し、その後
、第６図のような三角形状の転造ロールで交差状にエン
ボス加工すると、山１３を先端の鋭角なくさび状の転造
ロールで押圧ずることになり山ｌ３の一部が主溝の谷１
ｌｂへ押出されて、主溝１１の溝底幅に対して、上方の
開口部の幅が狭くなった鳩尾状の空洞部１４を形成する
。なお、１２ｂは副漠の谷である。

このときに主溝１１を加工する転造ロールの波形は第４
図の台形状波形で、台形の頂角が１０゜〜３０’とでき
るだけ小さく、斜面ができるだけ垂直に近い切立った矩
形に近い断面プロフィルをもつ場合が空洞部１４を形戒
しやすい。

山１３は副溝１２の加工前では断面が一定の直線状の台
形状フィンが形成されたま＼であるが、副溝ｌ２の加工
により台形状フィンが一定間隔で中断され、台形状突起
の山１３が形成される。副溝１２を加工する転造ロール
の波形は第６図に示す先端が鋭角な三角形波状の断面プ
ロフィルが山１３を塑性変形させ、鳩尾状の空洞部ｌ４
を形成させやすいが、副溝１２の底幅をある程度確保す
るためには第４図の台形状、第５図の正弦波状の何れで
もよい。

これら主溝ロール、副溝ロール及びそれらによって形成
される空洞部、副溝の望ましい形状を示すと下記のとお
りである。

主溝ロール（第８図（ａ）参照）；溝直角断面形状一−一一一一台形状ｌ１台形上辺寸法ｌ１と溝高さｈ１との比，一玉１ｈ＋台形頂角θ．　−−−−−　３０゜以下溝高さｔ＋＋　
　−−−−−０．３ｍｍ以下ｐＩ溝ピッチＩｌ＋と溝高さｈ＋との比　　　　≧１．５ｈ副溝ロール（第８図但）参照）；溝直角断面形状一一−一−三角形状押込先端幅Ｗと溝高さｈ２との比−≦０．３ｈ２溝頂角θｚ　　−−−−−７０６以下溝高さｔＬｚ　　−−−−−０．４肋以下ｐｚ溝ビンチｐ２と溝高さｈ２との比　　　　≧１．５ｈ２上記主溝ロールと副溝ロールを組合せて転造加工をした
結果、下記構造の空洞部と副溝を得た。

空洞部（第８図（Ｃｌ参照）：主溝と副溝の交点で、主溝に直角な断面において、空洞
部の断面積Ｓと開口幅ｄとの間に下記の関係を満たす空
洞部構造とする．Ｓ／ｄ≦２（ｄ≦０．１閣）副溝；第９図（Ｃ）に示す副溝形状において、斜線で囲った溝
通路断面積をＡ、周長をＬとすると、副溝４Ａの等価直径ｄｅはｄｅ＝一となる。転造加工後Ｌの副溝の形状がｄｅ＝０．１５〜０．３５ｍｍとなるよ
うに、加工条件、ロール形状を調整する。

上記のようにして得られた実施例について、外径９．５
２ｍｍφの電縫伝熱管の内面に第１図に示すような交差
溝を備え、かつ、空洞部ｌ４の形状の異なる数種類の供
試管を用意し、蒸発及び凝縮伝熱特性を調査した結果は
次通りであった。（但し、符号は省略する）即ち、第９図（ａ）は空洞部の断面積Ｓ（ｍ”）と開口
輻ｄ（ｌＩＩＩＩ＋）の比を横軸に草発熱伝達比（ベア
管対比の熱伝達率比）を縦軸に試験データを整理した結
果であるが、Ｓ／ｄ＝０．５付近にピーク値が存在し、
Ｓ／ｄが大きくなるほど熱伝達率が低下することが分っ
た。従って、Ｓ／ｄ≦２でｄ≦０．１鵬という条件を満
たすような空洞部は蒸発熱伝達促進に有効である。

また、第９図（ｂ）は副溝の等価直径をｄｅとし、第９
図（Ｃ）の斜線部の断面積をＡ、周長をＬとして等価直
径ｄｅを求め、これを横軸に凝縮熱伝達比（ベア管対比
の熱伝達率比）を縦軸に、試験データを整理した結果で
ある，　ｄｅが０．２５■付近にピーク値が存在し、そ
の前後では熱伝達率が低下する傾向幅を定めると４！縮
熱伝達促進に有効である．なお、溝底幅を広げすぎると
、溝ピンチが広くなりすぎて、機械拡管により、台形状
突起の山がつぶれ易すくなり、広くすることにも限界が
ある。

第１２．　１３図に示す従来のらせん溝付管と、本実施
例の伝熱性能を比較した結果を第１０図と第１ｌ図に示
す。両図とも縦軸はらせん溝付管との熱伝達率比率をあ
らわし、横軸は冷媒流量をあらわす。

蒸発の場合はらせん溝付管の約２倍、凝縮の場合はらせ
ん溝付管の約１．５倍、熱伝達率が向上する。

また、加工上の効果についても調査した結果、従来の溝
付管の引抜加工（フローティングプラグによる転造加工
）の加工速度は約２０〜３０ｍ／ｍｉｎであるが、本実
施例の加工に用いる工法では加工速度が約６０〜８０ｍ
／Ｉｌｉｎで従来の引抜加工の約２〜３倍速くなり、従
って銅管コストが低下するという結果が得られた。

以上の通り、本実施例によれば、予め、金属平板に主溝
、副溝を交差させてエンボス加工し、それによって生し
る山（台形状の突起）同士を鳩尾状の空洞部を形収する
よう押出させるので沸騰熱伝達性及び凝縮熱伝達性共に
高い伝熱管が得られるという利点がある。また、加工能
率が高いので、伝熱管を低コストで得られるという利点
もある。

［発明の効果〕本発明は上記のように構威されるので次の効果を有する
。

即ち、管内壁に主溝と副溝とを交差させて施し、両溝間
の突起となる部分を一部、主溝側へ双方から押出して鳩
尾状の空洞部とするので、沸騰熱伝達性及び凝縮熱伝達
性共に高い、電縫伝熱管が得られる。

また、予め、帯状金属板の表面に主溝、副溝を規則的、
かつ交差状に加工し、その他、所要の加工を施した後、
帯状金属板を管状に威形するので加工能率が高く、低コ
ストで電縫伝熱管が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る電縫伝熱管の展開斜視
図、第２図は第１図の展開平面図、第３図は第２図の■
一■矢視断面図、第４図，第５図第６図は上記実施例に
おける主溝、副溝等の転造加工ダイスの斜視図、第７図
は上記実施例の１１伝熱管の斜視図、第８図は上記実施
例の加工に用いるロール等の形状及びそれらによって形
成された空洞部等の望ましい形状を定量的に示すための
図で、（ａ）は主溝ロールの一部断面図、（ｂ）は副溝
ロールの一部断面図、（Ｃ）はそれらによって成形され
た電縫伝熱管内壁の空洞部の一部断面図、第９図は上記
実施例の特性図で、（ａ）は空洞部の沸騰熱伝達比を空
洞部の断面積Ｓ／開口輻ｄについて示した線図、（ｂ）
は副溝の凝縮熱伝達比を副漠の等価直径ｄｅについて示
した線図、（Ｃ）は上記（ハ）に用いる等価直径ｄｅと
副溝の断面積Ａ及び周長Ｌとの関係を示した模式図、第
ｌＯ図は従来例と上記実施例との蒸発熱伝達性能の比較
図、第１１図は同しく凝縮熱伝達性能の比較図、第１２
図は従来の溝付伝熱管の斜視図、第１３図は第１２図の
従来の溝付伝熱管の内面の部分拡大図である。１１・・・主溝１２・・・副溝１３・・・山９ｌ・・・縁１ｌｂ・・・主溝の谷！２ｂ・・・副溝の谷１４・・・空洞部１００・・・電縫伝熱管。代理人

Claims

【特許請求の範囲】

（１）管内壁に規則的に形成された主溝と、同主溝に規
則的に交差し、かつ、同主溝より浅く形成された副溝と
、前記主溝間の一部の相対する突起部が前記副溝の塑性
加工により前記主溝内へ押出されてその側断面が鳩尾状
の空洞部を形成すると共に同側断面の断面積をＳｍｍ＾
２、近接する双方の突起部間の開口幅をｄｍｍとしたと
き、ｄ≦０．１ｍｍの条件下でＳ／ｄ≦２をなす関係と
を具備してなることを特徴とする伝熱管。
（２）管内壁に規則的に形成された主溝と同主溝に規則
的に交差し、かつ、同主溝より浅く形成された副溝と、
前記主溝間の一部の相対する突起部が前記副溝の塑性加
工により前記主溝内へ押出されてその側断面が鳩尾状を
なす空洞部と、前記副溝の形状がその溝断面積をＡｍｍ
＾２、溝周長をＬｍｍとしたとき、その等価直径ｄｅ（
ｄｅ＝４Ａ／Ｌ）が０．１５〜０．３５ｍｍをなす関係
とを具備してなることを特徴とする伝熱管。
（３）請求項（１）に記載の空洞部と請求項（２）に記
載の副溝とを具備してなることを特徴とする伝熱管。
（４）帯状金属板の表面に主溝ロールと副溝ロールとに
より規則的な主溝と、同主溝に規則的に交差し、かつ同
主溝より浅い副溝とを形成し、前記主溝間の突起部の一
部を前記副溝の副溝ロールによる塑性加工時に前記主溝
内に押出して鳩尾状の空洞部と前記突起部とを成形した
後、前記帯状金属板をフォーミングロールで管状に成形
し、同金属板の縁同志を接合して管とすることを特徴と
する伝熱管の製造方法。