JPH03254359A - 熱交換器用伝熱管の製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は冷凍空調機の蒸発器等に使用される熱交換器用
伝熱管の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、冷凍空調機の蒸発器等の熱交換性能を向上させる
ために、これに使用される数多くの熱交換器用伝熱管が
開発され、量産化されている。この熱交換器用伝熱管に
おいては、管内を通流する冷媒の蒸発又は沸騰により熱
交換が行なわれるので、その伝熱特性を向上させるため
には次に示すような改善が必要である。

■　管内表面積を拡大する。

■　流れの乱れを大きくして伝熱抵抗を小さくする。

■　管内面での沸騰を活発化させる。

■　■〜■の手段を適宜組み合わせる。

先ず、■の対策を施した伝熱管としては、伝熱管内に高
いフィンを成形し、又は伝熱管内にフィン材を設置して
、伝熱管の内表面積を拡大することにより伝熱特性を向
上させたものがある。しかし、この場合、管内を通流す
る冷媒の圧力損失が管内面が平滑な平滑管の約１０倍に
なってしまうため、使用上問題がある。

■の対策を施した伝熱管としては、コルゲート管がある
。このコルゲート管は冷媒流の乱れが大きくなるので、
伝熱抵抗が低減されて伝熱特性が向上する。しかし、こ
の場合においても、管内を通流する冷媒の圧力損失が平
滑管の約５倍になってしまうため、使用上問題がある。

また、■の対策を施した伝熱管として、粒子を管内面に
焼結させたものがある。この伝熱管は平滑管の５乃至１
０倍の伝熱特性を有するものの、小径化及び長尺化が困
難であると共に、生産性が低く、製造コストが高いとい
う問題点がある。

そこで、近年、内表面積を拡大すると共に冷媒流の乱れ
を大きくするために、その内面に溝を形成した伝熱管が
製造されている。

このように管の内面に溝を形成した伝熱管は、溝によっ
て管の内表面積が平滑管の場合の約１．５倍に拡大され
るものの、この溝が微細であるため圧力損失が平滑管の
場合の約２倍に抑制されている。また、この伝熱管にお
いては、溝が管軸に対して例えば約５乃至３０″捻れて
形成されているので、管内を通流する冷媒がこの溝に沿
って旋回する。従って、この伝熱管は、圧力損失が少な
いと共に、その伝熱特性が平滑管の２乃至３倍に向上し
ている。更に、この伝熱管は機械加工による連続的な製
造が可能であるので、管の小径化及び長尺化も可能であ
る。このため、この伝熱管は、ルームエアコン又は冷凍
機等の数多くの蒸発器に使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、蒸発器等のヒートポンプの高性能化を図
るためには、熱交換器用伝熱管の伝熱性能を更に一層向
上させる必要がある。この場合に、管の内面に溝を形成
した伝熱管では、伝熱性能の向上に限界があり、伝熱管
使用分野からのヒートポンプの高性能化という要求には
十分に対応することができないという問題点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
小径化及び長尺化が可能であり、製造コストを低減する
ことができると共に、伝熱性能が更に一層向上した伝熱
管を製造することができる熱交換器用伝熱管の製造方法
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る熱交換器用伝熱管の製造方法は、連続的に
供給される金属帯素材の表面に複数の溝部を形成する工
程と、前記金属帯素材の少なくとも前記溝部内に金属粒
子及びロウ材を被着させる工程と、前記金属帯素材を加
熱して前記ロウ材を一旦溶融させた後に凝固させ前記金
属粒子及び前記金属帯素材を相互に接合する工程と、前
記溝部を内側にして前記金属帯素材を管状に成形する工
程と、この成形体の突き合わせ端部を溶接して造管する
工程とを有することを特徴とする。

［作用コ 本願発明者は、その内面に冷媒が活発に沸騰する構造を
形成して伝熱管の伝熱特性を向上させるべく種々実験研
究を重ねた。その結果、伝熱管の内面に溝部を形成し、
この溝部内に例えば溝部の深さの略半分の厚さで粒子層
を形成すると伝熱特性を更に一層向上できることを見い
出した。また、この粒子層を形成する手段としては、溶
射、焼結及びロウ付けがあるが、溶射による場合は粒径
が不均一になり、焼結による場合は焼結工程の時間が長
く生産性が悪いという欠点がある。しかし、本願発明者
は、例えば、金属粒子より粒径が小さいロウ材を前記金
属粒子に混合し、この混合物を前記溝部内に堆積させ、
前記ロウ材を一旦溶融させた後に凝固させて前記金属粒
子を溝部底部に接合させることにより、極めて強固な金
属粒子層を迅速に形成できることを見い出した。

本発明はこのような知見に基づいてなされたものであっ
て、先ず、連続的に供給される金属帯素材の表面に複数
の凹状の溝部を形成する。この金属帯素材としては、熱
伝導性が優れた金属からなる帯状の板材を使用する。次
に、溝部が形成された前記金属帯素材上に金属粒子及び
ロウ材を被着させる。例えば、金属帯素材上に金属粒子
及びロウ材の混合物を散布すると、この金属粒子及びロ
ウ材は前記金属帯素材が次工程に進行する間の振動等に
より前記溝部内に入り込み、この溝部内に均一に分散す
るため、金属帯素材上に局部的に偏在することがない。

また、前記ロウ材としては、例えば銅粒子に対するりん
銅ロウ材のように、金属粒子と密度が略等しいものが好
ましく、また、その粒径が金属粒子の約１７１Ｏ等、金
属粒子よりも小さいものが好ましい。このようなロウ材
を使用すれば、金属粒子の間にロウ材が均一に混合し、
後工程の加熱時に粒子相互間の隙間及び粒子と帯素材と
の間の隙間にロウ材が溶融して容易に粒子層が形成され
る。

次に、前記金属粒子及びロウ材が被着された前記金属帯
素材を加熱する。この場合、前記溝部内に堆積した前記
金属粒子及びロウ材も加熱され、このロウ材が一旦溶融
した後に凝固すると、前記金属粒子及び前記金属帯素材
が相互に接合して前記溝部底部上に強固な多孔質の金属
粒子層が形成される。

次に、金属粒子層が形成された前記金属帯素材を成形ロ
ール等によって前記溝部が内側になるようにして管状に
成形し、この成形体の突き合わせ端部を溶接して造管す
る。これにより、管の内面に前記金属粒子層が形成され
た熱交換器用伝熱管が製造される。

従って、本発明方法により製造された熱交換器用伝熱管
は、管の内面に形成された溝部によって、その内表面積
が拡大されて伝熱面が広くなると共に、冷媒が管内にて
旋回して流れやすくなるのでその管内全面が冷媒により
濡れるため、伝熱面が有効に活用される。これにより、
伝熱特性が向上する。また、前記溝部内の溝底面上には
多孔質の金属粒子層が形成されており、この金属粒子層
において冷媒が活発に沸騰するため、伝熱特性がより一
層向上する。

更に、本発明方法においては、連続的に供給される金属
帯素材に上述した一連の処理を施こすことにより、伝熱
特性が優れた熱交換器用伝熱管を連続的に製造すること
ができるので、伝熱管の小径化及び長尺化が可能である
と共に、その製造コストを低減することができる。

［実施例コ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例における熱交換器用伝熱管の製
造ラインを示す斜視図である。

熱交換器用伝熱管製造ラインにおいては、巻き解きリー
ル１、溝加工部３、粒子ホッパー４、加熱炉５、ロール
フォーミング部６及び溶接機７が金属帯２の送給方向に
配列されている。そして、コイル状に巻回された金属帯
２は巻き解きり−ル１に装着され、リール１から巻き解
かれた金属帯２は熱交換器用伝熱管製造ラインの溝加工
部３に供給される。

溝加工部３においては、金属帯２の搬送路の上方及び下
方に夫々溝付ロール３ａ及び対向ロール３ｂがその軸を
相互に平行にして金属帯２をその上面及び下面から挟み
込むように設置されている。

溝付ロール３ａの周面にはその周方向に対して傾斜する
方向に延びる複数の溝が形成されており、対向ロール３
ｂの周面には溝が形成されていない。

そして、各溝付ロール３ａ及び対向ロール３ｂは適宜の
駆動装置により金属帯２を送り出す方向に回転するよう
になっている。

粒子ホッパー４は溝加工部３の後方の金属帯２の上方に
配置されており、金属粒子８及びロウ材粒子９の混合物
が貯留されていて、この混合物を所定量切り出して金属
帯２の表面上に散布する。

加熱炉５は粒子ホッパー４の下流側にて金属帯２の周囲
を取り囲むように設置されており、炉内を通過する金属
帯２を加熱するようになっている。

ロールフォーミング部６においては、金属帯２の搬送路
に沿ってカリバーを有する３対のフォーミングロール８
ａ、６ｂ＋　６ｃが配置されており、金属帯２はこれら
のロール６ａ乃至６Ｃを通過することによって、その長
手方向の中心線の周りに湾曲されて管状に成形されるよ
うになっている。

溶接機７はロールフォーミング部６の後方に配置されて
いる。ロールフォーミング部６において管状に成形され
た金属帯２は、この溶接機の内部を通過する間にその突
き合わせ端部が溶接される。

次に、上述した製造ラインを使用した本実施例に係る熱
交換器用伝熱管の製造方法について説明する。

先ず、リール１から巻き解かれた金属帯２の先端を溝付
ロール３ａ及び対向ロール３ｂ間に噛み込ませ、溝付ロ
ール３ａ及び対向ロール３ｂを金属帯２の送り方向に回
転させて金属帯２を連続的に送り出す。これにより、金
属帯２の表面には、溝付ロール３ａの周面の溝形状が転
写されて金属帯２の長手方向に対して傾斜する方向の複
数の溝部２ａ（第２図及び第３図参照）が形成される。

次に、粒子ホッパー４から金属粒子８及びロウ材粒子９
の混合物を連続的に所定量ずつ切り出し、溝部２ａが形
成された金属帯２の表面にこの金属粒子８及びロウ材粒
子９を散布する。これらの散布された粒子は、振動によ
り金属帯２の全面に均一に分散し、溝部２ａ内に堆積す
る。第２図は粒子が散布された状態の金属帯２を示す部
分拡大断面図である。第２図に示すように、例えばロウ
材粒子９として、金属粒子８と密度が等しく、金属粒子
より粒径が小さいものを使用すれば、金属粒子８間及び
金属粒子８と溝部２ａ面との間にロウ材粒子９が均一に
分散して堆積する。

次に、この溝部２ａ内に金属粒子８及びロウ材粒子９が
堆積した金属帯２は、加熱炉５を通過して加熱され、ロ
ウ材粒子９が一旦溶融する。そして、金属帯２が加熱炉
５を出ると、溶融したロウ材が凝固するため、金属粒子
８及び金属帯２がロウ材により相互に接合される。これ
により、第３図に示すように、金属帯２上に例えば溝部
２ａの深さの略半分の厚さで均−且つ強固な金属粒子層
が形成される。

次いで、金属帯２をロールフォーミング部６に案内し、
フォーミングロール６ａ、６ｂ、６ｃにより金属帯２を
その長手方向の中心軸の周りに湾曲させて、管状に成形
する。その後、この管状に成形した金属帯２を溶接機７
内に導入し、金属帯２の突き合わせ端部を溶接して造管
する。これにより、内面に螺旋状の溝部及び金属粒子層
を形成した熱交換器用伝熱管を連続的に製造することが
できる。

本実施例方法により製造された熱交換器用伝熱管は、第
４図に示すように、使用時において管内を通流する冷媒
１０が金属粒子層内の金属粒子８の表面で蒸気泡１１を
形成するため、冷媒１０の沸騰を促進することができる
。また、金属帯２を管状に成形して伝熱管を製造するか
ら、第５図に示すように、金属帯２の送り方向に対して
斜め方向に形成された溝部２ａが管内にて螺旋状をなし
、管内を通流する冷媒１０に図中矢印方向の旋回流を与
えることができる。

従って、本実施例方法によれば、熱交換器用伝熱管の伝
熱特性をより一層向上させることができる。また、この
溝部２ａの形成及び粒子層の形成は平板状の金属帯２に
対して実施し、これらを形成した後に造管することによ
り伝熱管を製造するから、伝熱管の小径化及び長尺化が
容易であると共に、製造コストを低減することができる
。

次に、実際に上述した本実施例方法によりルームエアコ
ン等に使用される銅製の伝熱管を製造し、その性能を評
価した結果について説明する。

先ず、厚さが０．５ｍ＋ｍ１幅が３０ｍｍの銅板材に溝
加工を施した。この溝加工においては、溝数を５０本、
溝の深さを０．４ｖａｍとし、銅板材の送り方向に対す
る溝の延長方向がなす角度、即ちリード角を１８゜とし
た。

次に、平均粒径が５０μｍの銅粒子と平均粒径が５μｍ
のりん銅ロウ粒子とをその粒子数の混合比がｌ対ｌとな
るように混合した混合粒子を前記銅板材上に散布した。

その後、この銅板材を加熱し、りん銅ロウ粒子を一旦溶
融した後に凝固させて銅板材上に厚さが約０．１５ｍ＋
＋の銅粒子層を形成した。

更に、この銅板材を管状に成形し、その突き合わせ端部
を溶接して内径が９．５２ｍの熱交換器用伝熱管を得た
。この伝熱管を実施例１とした。

また、実施例１と同一内径の銅製平滑管からなる伝熱管
を従来例１とした。

そして、実施例１及び従来例１に係る伝熱管の供試管長
を５０００ｍｍとし、管内を通流する冷媒として蒸発温
度が７℃であるフロンＲ２２を使用して、その管内境膜
伝熱性能を測定し、比較評価した。

なお、冷媒の入口温度は７℃であり、その流量は５０ｋ
ｇ／時である。

その結果、実施例１においては、伝熱出口における冷媒
の過熱度は５度であった。これは同様にして測定を行な
った従来例１に比して約７倍の伝熱効率を示すものであ
る。即ち、従来から使用されている管内面に溝を形成し
た伝熱管では、その伝熱性能を平滑管に比して約２乃至
３倍にしか向上させることができないが、本実施例によ
れば、上述の如〈従来の溝付管よりも伝熱性能が極めて
優れた伝熱管を連続的に製造することができる。

なお、本実施例に係る伝熱管をルームエアコン等の小型
空調機に使用する場合には、例えば、内径が６．３５乃
至９．５２ｍ＋＋、長さが１０００乃至２０００ｍであ
る長尺の伝熱管を製造し、これを１乃至２ｍ毎に切断し
て使用すれば、製造コストを低減できる。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、金属帯素材の表面
に溝部を形成し、更に多孔質の金属粒子層を形成した後
、この金属帯素材を管状に加工するから、管内を通流す
る冷媒に旋回流等の乱れを与えることができる溝部と、
冷媒の沸騰を促進できる金属粒子層との相乗効果を有す
る高性能な熱交換器用伝熱管を製造することができる。

従って、この伝熱管を使用すれば、ヒートポンプ等の熱
交換性能をより一層向上させることができる。

また、本発明方法においては、管の小径化及び長尺化が
可能であると共に、連続的な製造が可能であるため、熱
交換器用伝熱管の製造コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における熱交換器用伝熱管の製
造ラインを示す斜視図、第２図は粒子が散布された状態
の金属帯素材を示す部分拡大断面図、第３図は金属粒子
層が形成された金属帯素材を示す部分拡大断面図、第４
図は金属粒子層における冷媒の沸騰を示す部分拡大断面
図、第５図は本実施例方法により製造された伝熱管の使
用特性を示す断面図である。 １；巻き解きリール、２：金属帯、２ａ；溝部、３；溝
加工部、３ａ；溝付ロール、３ｂ；対向ロール、４：粒
子ホッパー、５：加熱炉、６；ロールフォーミング部、
６ａｔ　　６ｂ＋　　８ｃ；フォーミングロール、７；
溶接機、８；金属粒子、９；ロウ材粒子、１０；冷媒、
１１；蒸気泡 第１図 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続的に供給される金属帯素材の表面に複数の溝
   部を形成する工程と、前記金属帯素材の少なくとも前記
   溝部内に金属粒子及びロウ材を被着させる工程と、前記
   金属帯素材を加熱して前記ロウ材を一旦溶融させた後に
   凝固させ前記金属粒子及び前記金属帯素材を相互に接合
   する工程と、前記溝部を内側にして前記金属帯素材を管
   状に成形する工程と、この成形体の突き合わせ端部を溶
   接して造管する工程とを有することを特徴とする熱交換
   器用伝熱管の製造方法。