JPH04116391A - 伝熱管およびその製造方法 - 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】 １産業−１−の利用分野−１ 本発明は、熱交換器等の蒸発管や凝縮管、ヒートバイブ
等として使用される伝熱管およびその製造方法に関ずろ
。

「従来の技術」 従来から、銅製等の管体の内面に、転造加工や引抜加工
によって螺旋状または直線状の溝を多数形成しノこ伝熱
管が知られており、このような溝を形成橿ろことにより
、以下のような効果が得られる。

■　この伝熱管を凝縮管として使用した場合には、凝縮
管内を流れる熱媒体の蒸気を溝の間の突条部により乱流
にし、さらに突条部を凝縮核として熱媒蒸気の凝縮効果
を高め、液化を促進する。

また、凝縮した熱媒液体を、溝内における表面張力によ
って効率的に伝熱管の長手方向に流し、還流効果を増す
。

■　蒸発管として使用した場合には、蒸発管の尚のエツ
ジが気泡を発するための蒸発核となり、沸騰を促進（７
て、伝熱管内に供給される熱媒液体の気化効率が向上す
る。

また、海内にお（〕る表面眼力によ−・て、熱媒液体が
伝熱管の長手方向に流れ、伝熱管の内面（ご均一に分散
される。

Ｉ−発明が解決しようと６′る課題　ｊところで、この
ような溝イ・１き伝熱管の性能を向上するには、ｉｆ＋
￥の開［１幅を挟めて、管状に近側（−」ることが有効
であると考えられる。。

この、］−うな管状のｉｆ／？によれば、例えば蒸発管
として使用した場合、溝の内部に気泡が発生し＼５すく
、この気泡が核となって熱媒体の蒸発を促進し、気化効
率がさらに高められる３、上た、１１−１内での表面張
力が向上されるため、熱媒体の輸送効率が増し、総合的
な伝熱性能が向−１−１４′ろと考えら石ろ３、しかし
、前述の機械加圧によりｊｌｌ純金形成しまた伝熱管で
は、加工上の制約から溝の開り幅が底部の幅よりも大き
くならざるを得ず、ｉＭ’を管状に形成することは不ｉ
１Ｊ能で、伝熱性能の向上に（」限界があった。

そこで、本発明考らは以下のような製造方法による伝〃
１管を発案した。この方法（′：Ｊ、板条１詞の表面に
互いに交差する２種類のγｔ１￥をそれぞれ多数形成ず
ろことにより、先に形成した苛のＩＩＲＪ　Ｄ幅を、後
に形成した溝との交差部分の両側において狭め、管状部
を形成する。次いで、この金属板条祠をｌｉＩ￥形成面
を内側（こして丸め、電縫管方式により突き合わせた端
縁を溶接し、伝熱管を得る。

こうして得られた伝熱管において（Ｊ１金属管の内面に
形成された個々の第１の溝の開Ｕ］幅が、第２のｄ寺と
の交差部分で狭められて開１コ幅の狭い管状部とされ、
このような管状部が第１溝の長手方向に間隔を空（）て
多数形成されている。

そのため、これら管状部の内部に気泡が発生しやすく、
ごの気泡が核となって熱媒体の蒸発を促進し、気化効率
が高められる。また、管状部内での表面張力が向上され
るから、熱媒体の輸送効率が増し、総合的ね゛伝熱性能
が向上する。

ところが、ごの伝熱管は、蒸発管として使用すれげ１ユ
記のように優れた蒸発促進効果を示すちのの、蒸発管で
はなく凝縮管と１７で使用した場合には、製造＝１スト
の割に熱媒体の凝縮効率（液化効率）が低く、内面にｊ
ｐ純な螺旋溝を形成した伝熱管に対して、有利さに乏１
．いことが判明した。

本発明省らがその原因を検問した結果、この伝熱管を凝
縮管として使用ずろ、と、内面にくまなく形成された交
差溝の優れた表面張力により、熱媒体が凝縮１．て生成
し７た凝縮液が伝熱管の内面で容体に広がり、伝熱管の
内面が全面に亙って薄い液体膜に覆われろ。このため、
金属面と熱媒蒸気との接触面積が減少し、熱媒蒸気から
金属面への伝熱効率が著しく低下して、熱媒蒸気の凝縮
効率が低下するということがわかった１、 「課題を解決するための手段　１ 本発明は−に記課題を解決ケろためになされたちので、
金属管の内周面に、この金属管の軸線に対して傾斜した
方向に延び、断面が（Ｊぼ矩形状をなす多数の平行な突
条と、１）γｆ記全金属管内面から起立（７、前記突条
と平行に延ひるフィンと、ｉＦｊ記突条およびフィンと
一定角度をなして交差ケる多数の・１２行ね副）１！ｒ
とが形成され、前記各突条と前記各副溝との交差部分で
各突条が各副溝の中心線から両側へ変形されることによ
り、各突条同士の間の上溝の開１」幅が狭められ、それ
ぞれ管状部とされていることを特徴と１−る。

なお、１１汀記フインの先端は、断面が鋭角に形成され
ていることが望ましい。

また、前記金属管の内面からのフィンの突出歯（」、突
条の突出歯、）−りも小さくてもよい。

−・方、本発明の製造方法は、一定幅の金属板条十Ａの
表面に、多数の平行な断面矩形状の突条、およびこれら
突条と平行で突条よりも幅狭のフィンを圧延形成し、 これら突条およびフィンと一定角度で交差する多数の平
行な副溝を圧延形成することにより、これら副溝と交差
する部分において各突条の先端部を前記副溝の中心線か
ら両側へ変形し、各突条の間の下請νの開（］幅を、こ
れら変形部分で相対的に狭めた後、 このｉｉ＋１′形成面を内側に向けた状態で、前記板条
材を管状に丸めて電縫船上し、伝熱管を成形４゛ろこと
を特徴とする。

ム゛お。副溝は断面■字状に形成正ることか望ましい３
、よソ、二突条と副′ｒｉ僅の交差ｆｆＪ度は２０〜６
０゜ごあることが望ましい。

（−作　用−１ 本発明に係イつる伝熱管では、各主溝の長手方向に間隔
を空けて、開口幅が主１１４の内幅に比して狭い管状部
が多数形成されているため、この伝熱管を熱交換器等の
蒸発部に使用１．た場合に（」、各管状部の内部に気泡
が発生しやすく、これら気泡か蒸発部となって熱媒体の
蒸発を促進し、気化効イ（が格段に高められる。

また、この伝熱管によれば、各＃：、ｉｉ’ｌｔ内に流
イ１込んだ熱媒液体は、管状部内にお（Ｊろ毛細管現象
により主溝に沿って速やかに輸送されろため、単純な溝
を形成した伝熱管の場合に比して、熱媒体の輸送効率も
向上する。

方、この伝熱管を熱交換器の凝縮管として使用した場合
には、」二連の表面張力によって各突条の間の１：、溝
に液体が満たされ、各突条の表面が凝縮液の薄層に覆わ
れたとし２ても、伝熱管内面から起立した各フィンの先
端は液切れがよし）ため、凝縮液の表面から突出オろ１
、したがって、これらフィンの先端では金属面が露出し
た状態に保たれ、熱媒体蒸気との熱交換率が高く維持さ
れるから、従来の単純Ｗ／７　（ζｊき伝熱管に比して
凝縮効率も大幅に高めることが可能である。

方、本発明に係わる伝熱管の製造方法によれば、従来は
製造が困難たった前記のよ−うな伝熱管を容易に製造で
きる。また、圧延−Ｌ程および電縫工程の２工程を連続
さ［゛るごとにより、長尺の伝熱管を連続的に効率良く
製造することができ、量産に適し、製造コストの低減が
図れる。

「実施例」 次に、第１図ない１．第１５図を参照して、本発明に係
わる伝熱管の−・実施例を詳細に説明づ−る。

この実施例の伝熱管は、第１図および第２図に示すよう
に、断面円形の金属管Ｉの内面に、この金属管１の軸方
向に対Ｕ７て・定角度の螺旋状をなず多数の平行な突条
２およびフィン３を互いにｓｋｉ行に形成した後、前記
突条２およびフィン３のトに、これら突条２およびフィ
ン３と一定角度をなす多数の平行な副溝５を形成したも
のである３、突条２同士の間隔は、第１図に示すように
全て等しく、突条２の複数本（図では３本）毎に、フィ
ン３か１本づつ形成されている。

そして第２図ないし第７図に示すように、各突条２と副
ｉ？４’　５とが交差する部分において、各突条２は副
溝５の中心線から両側へ変形されている。

これにより、各突条２の間の主溝４の開「］幅は、各側
ｉｆｆ　５の間の部分において狭められ、それぞれ細い
開口部を有する管状部６とされてし）ろ。

金属管１は、銅および銅合金、アルミニウム等の従来か
ら使用されている＋１ｉで成形され、肉厚や径等は用途
に応して決められる。また、金属管Ｉの一周部の内面に
は、軸方向に延びる羽坦な帯状の溶接部ＩＡか形成され
ている。

突条２の断面形状は、第１１図に示すように副溝５によ
る変形前において矩形状である。したが−７て、突条２
同士の間に形成される上溝４は、底部の断面角度が直角
に近し）断面Ｕ字状となっている。

このようにＵ字形に近いほうが、主溝４の開１」幅を狭
めて管状に形成し易い。

主７１４４の内幅Ｗ１は深さト１１の４０〜１４０％、
望ましくは８０〜１２０とされる３、４０％未満では、
副溝５の形成に上り主溝４が潰れ易くなるうえ、加工も
困難である。１４０％より人では管状部６の開１」幅を
ヒ勺狭めることができない。

また、主溝４の間隔Ｐ１は、内幅Ｗ１の１．５〜３倍、
望ましくは１８〜２２倍とされる。１５倍未満では副溝
５を形成すると突条２の倒れが生じて管状部６の形成が
困難になる。３倍より大で（Ｊ主Ｗ＋￥４の形成密度が
小さくなり、伝熱性能を向上する効果が減少する。

具体的には、通常の伝熱管の場合、上溝４の深さＩ（ｌ
　＝　０　、２〜０　、３ｔ＋ｘ、内幅Ｗ＋、＝０．２
−０　、　５　ｍ７Ｉ、　Ｐ　Ｉ−０、４〜］、５ｍ７
Ｉ、底部の断面角度は７５°以上程度が適当である。

力、フィン３の変形前の断面形状は鋭角二等辺三角形状
とされ、突条２よりら幅が狭く先ｉ、Ｖｊか尖っており
、金属管１の内面から直立している３゜フィン３の変形
前の高さＴ−（２１１、突条２の高さ’ｉ−１１の５０
〜９０％程度であることが望ましい４゜５０％より低い
と液切れが悪化し２て凝縮効率が低下し、９０％より高
いものは製造困Ｎｔである。またフィン３の底幅は、副
）Ｒ５による変形を受１−ｊろ際にフィン３が破損しな
Ｌ１１部の幅を有するごとが望ましい。

具体的には、通常の伝熱管の場合、高さＩ−１２０１〜
Ｏ，ｌ５ｘｚ程度が好」；シい４、また、突条２からの
離間量Ｗ３は、フィン３からの凝縮液の液切れ性を高め
ろために、主′ｔｉ＋’ｊ　４の内幅Ｗ　＋よりも大き
いことが望よ（７い。

一方、副溝５は断面ｖ字状に形成されている。

副溝５の間隔Ｐ２は、第１１図に示すように上溝４と同
等でよいが、必すしも主ｉｆ＋￥４と等しい必要はない
。

副溝５の幅Ｗ　４は主溝４の開「ｊ幅Ｗ２の１０〜９０
％、望ましく　ｉ：ｊ：　５０〜７０％とさイする３、
１０％未ｊｊｊｌｊでは主溝４の開［７１幅Ｗ２を十分
狭めることができ１゛、９０％より人てけ主溝４の１ｊ
ｉＮ　［１部を閉じてしまうおそれがある。

また、副溝５の深さＤは、突条２の高さ（（１の５０〜
１００％、望ましく　ｉｌ、１８０〜１００％とされる
。５０％未満では主溝４の開［］幅を十分狭めろことが
できす、１００％より犬では主溝４を閉じて１２ようお
それがある。

具体的には、通常の伝熱管の場合、副溝５の深さＩ）〜
０．Ｉ５〜０　、３　ｖｔｍ、間隔１）　２　＝　０　
、４〜１５Ｚりｍ、Ｖ字の断面角度１；Ｉ：　４．５〜
９０’程度が好適である。

なお、主’ｔＲ４と副溝５との交差角度αは２０〜６０
°、特に３０〜４０°であることが望ましし１゜２０〜
６０°の範囲を外れると、管状部６の形成が困難になる
。また、主溝４は金属管１の軸方向に対Ｉ、て３０°以
内であることが望ましい。これより人で（ｊ金属管１の
軸方向への熱媒液体の流通が悪くなる。

−１−１記のように副’ｒＭ　５を形成することにより
、管状部６の最小量［］幅は、主溝４の内幅Ｗ１の７５
％以下に狭められる。７５％より犬では気泡の発生効果
が低下し、従来の溝付き伝熱管に比し７ての伝熱性能向
上効果が低下する。

次に、この伝熱管の製造方法を説明する。ｊ；ず、金属
管となる板条材１を、第８図に示すように第１０−ル丁
（＋および第２０−ル丁え２で連続的にｒ；ｒ−延し、
第１０−ルＲ１により突条２とフィン３を、また第２０
−ルＲ２により副溝５を順次形成局−る。

第１０−ルＲ１の外周面には、第９図に示゛４′ように
、突条２を形成４−るための断面口字状の凹ｌＩＩ￥１
、ＯＡおよびフィン３を形成するためのＶ　ｉＭ　Ｉ　
ＩＡが、それぞれ［ノールＩ’２１の周方向に対（２て
・定角度傾斜して平行に多数形成されている。こＪｌ、
　ｒ、″より板条材１の表面には、第１１図に示すよう
に長平方向に対し傾斜しで突条２およびフィン３が形成
される３、 一方、第２１′ｌ−ルＲ２の外周面には、第１（）図に
示４−ように断面Ｖ字状の突条部Ｉ２が多数平行に形成
されている。これら突条部Ｉ２はロール１ｚ２の周方向
に対して第１０−ルＲ１とは逆の方向に仙斜（、ており
、このため板条材１には第１１図に示すように、主溝４
お、１；びフィン３と一定角度αで交差する多数の平行
な断面Ｖ字状の副溝５が形成される。

なお、第２　［７−ルＩ（２の突条部１２の間は、第１
０図中−点鎖線１４で示ずように曲面状としてもよい４
．こうすれば副溝の形成時に、曲面Ｉ２に沿−）で主ｉ
ｉ’ｔ　４の側壁部が円滑に変形し、主’ｒｔＩ￥４の
開ｔ１幅を狭める効果が増す。また、各突条部Ｉ２の先
端には、袴号１３に示すよう（こ幅の狭い）［シ坦部を
形成してもよい。

圧延が終イつったら、板条材１を溝形成面を内面側に向
（Ｊた状態て電縫装置に導入し、多段階に成形ロールの
１１１１を通（７て、板条材ｌを幅方向に丸ぬ、最終的
に板条材１の両側縁部を溶接して円管形に成形する。

「１ｊ縫装置δ１としては通常使用されているものでよ
く、」］八へ縫条件も通常の加工と同じでよい。その後
、必ザに応じて管の外周面の溶接部を整形したうえ、Ｕ
ノール状に巻きとるか所定の長さて切断し、長尺の伝熱
管を得る。

」二足の構成からなる伝熱管によれば、各主溝４の長平
方向に断続的に間隔を空（すで、開［−］幅が’Ｉｆｉ
；の内幅Ｗ＋に比して相対的に狭い管状部６が多数形成
されてし）るため、特にこの伝熱管を熱交換器等の蒸発
部に使用した場合には、第１６図に示す内面平滑な伝熱
管の場合や、第１７図に小セη１純ｉｆＩ￥例きの伝熱
管の場合に比して、第１８図に示ｄ゛ように各管状部６
の内部に気泡が発生しや４゛＜、これら気泡が核となっ
て蒸発を促進し、熱媒液体（例えば）〔ｌンなと）の気
化効率が格段に高めら２′する。

また、管状部６が断続的に設（）られているので、各主
溝４内に流れ込んだ熱媒液体は、管状部６の内向から表
面張力を受け、し細管現象により主溝４に沿って速やか
に輸送されろ。このため、熱媒液体の輸送効率が、Ｑｉ
純溝付き伝熱管の場合に比して向」二する。

一方、この伝熱管を熱交換器の凝縮管として使用（７だ
場合に（ｊ１第１９図に示すように、各突条２の間の主
ｆ’ｆ　４に液体が４１またされ、各突条２が凝縮液の
薄ＪＩ！ｉに覆われたと（７ても、伝熱管内面から起立
した各フィン３の先端は液切れがよいため、液体の表面
から突出する。したがって各フィン３の先端で（Ｊ金属
面が露出した状態（こ保たれ、熱媒体蒸気との熱交換率
が高く維持されるから、従来の印線１１１￥（マ１き伝
熱管に比して凝縮効率も大幅に高めろことが可能である
。

また、Ｉｌｔ純溝（−＝Ｉき伝熱管に比して伝熱管の内
面積が増すうえ、突条２およびフィン３のエツジが鋭利
であるため表［■ｉ活性が高い。したかって、この点か
らも熱媒蒸気の凝縮を促進し、液化効率が高められる３
、 さらに、前記の製造方法では、圧延工程および電縫上程
の２王程を連続させることにより、長尺かっ細径の伝熱
管を効率良く得ることができ、量産が可能で、製造コス
トが低減できる利点を何する。

なお、１″記実施例では、伝熱管の形状を断面円形とし
ていたが、本発明は円形に限ら「、断面楕円形や偏平管
状等としても実施１１ｉＪ能である。

また、上記実施例では伝熱管１木分の幅の板条材Ｉを用
いていたが、その代わりに、十分幅広の板条＋４に突条
２、フィン３、副溝５を形成した後、スリッターにか（
Ｊて細幅の板条材に裁断し、これら板条材に電縫加工を
施して伝熱管と１．でもよい。

その場合には、ざらに生産性を向上することができる。

また、本発明の伝熱管の外周面に冷却フィンを取りイζ
］（−」る場合には、各冷却フィンに挿通孔をｊ［と成
し、これら挿通孔に伝熱管を通し、さらに伝熱管の内部
にプラクを通して伝熱管の外径を拡大して、伝熱管に冷
却フィンを固定づ゛ればよい。

この場合、第２０図に示すように、金属管ｌの内面から
のフィン３の突出量を、突条２の突出量よりも若干小さ
くしておくと、拡管プラクに接触しなくて済む。

また、プラクによる伝熱管の拡管ｈ１は伝ｐＡ管の外径
の１０％以■、好ま１．　＜　ｉＪ：　７％以Ｆに設定
１）ることか望ましい。拡管世が１０％を越えると管状
部６が閉じて蒸発効率が低下するおそれがある。

このような拡管加工を行なうことにより、第２０図に示
すように副１７４５の開［１幅が適度に押し広げられ、
主溝４の管状部６の開１］幅がさらに狭まって、管状部
６を一層管形状に近イ」けることができ、前述した気泡
形成作用を促進し、蒸発効率の向−［。

か図れる。

「発明の効果」 以ト説明したように、本発明に係わる伝熱管では、各市
ｌｆＩ￥の長手方向に間陥を空ｉｌｌて、開口幅が上溝
の内幅に比して狭い管状部が多数形成されてし）るため
、ごの伝熱管を熱交換器等の蒸発部に使用した場合には
、各管状部の内部に気泡が発生しゃ引く、これら気泡が
蒸発部となって熱媒体の蒸発を促進し、気化効率が格段
に高められる。

また、この伝熱管によれば、各主溝内に流れ込んだ熱媒
液体は、管状部内にお（」る毛細管現象により主ｄＩ￥
に’／Ｉ＋’ｆっで速やかに輸送されるため、ｊ、ｌＧ
純な溝を形成した伝熱管の場合に比して、熱媒体の輸送
効率６向上する。

−・方、この伝熱管を熱交換器の凝縮管とと７で使用（
、た場合には、上述の表面Ｉ馬力によへて各突条の間の
上溝に液体が満たされ、各突条の表面が凝縮液の薄層に
覆われたとしご（９、伝熱管内面から起立した各フィン
の先端は液切れがよいため、凝縮液の表面から突出する
。１−２たがって、５これらフィンの先端では金属面が
産出した状態に保たれ、熱媒体蒸気との熱交換率が高＜
１イ（持されるから、従来のｍ純金１勺き伝熱管に比し
２て凝縮効＞ｐも大幅に高めろことが可能である。

一方、本発明に係わる伝熱管の製造方法によりば、従来
は製造が困難だった１ｉｆ７記のよう！３伝熱管を容易
に製造できる。また、圧延工程および電縫工程の２工程
を連続させることにより、長尺の伝熱管を連続的に効率
良く製Ｊｊａ−，Ｊ−ることができ、量産に適し、製ノ
浩コストの低減が図れるという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる伝熱管の一実施例の断而□・図
、第２図は伝熱管の内面の拡大図、第３図ないし第７図
はＩｎ　−ＩＴＪないし■−■ｌ線視断線図断面図図（
ｊ聞伝熱管の製造方法を示す説明図、第９図は第１０−
ルの断面を示」゛説明図、第１０図は第２０−ルの断面
を示す説明図、第１１図ないし第１５図は本発明の伝熱
管の製造方法の一実施例の説明図、第１６図ない１．第
１９図は本発明の効果を示す説明図、第２０図は前記伝
熱管を拡径（７た状態を示す断面の拡大図である。 １・金属管、１△　溶接部、２・突条、３　フィン、４
　主溝、５　副溝、 ６　管状部、Ｒ１第１０−ル、 Ｒ２第２０−ル、Ｉ７　　凝縮液。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属管の内周面に、 この金属管の軸線に対して傾斜した方向に延び、断面が
   ほぼ矩形状をなす多数の平行な突条と、前記金属管の内
   面から起立し、前記突条と平行に延びるフィンと、 前記突条およびフィンと一定角度をなして交差する多数
   の平行な副溝とが形成され、 前記各突条と前記各副溝との交差部分で各突条が各副溝
   の中心線から両側へ変形されることにより、各突条同士
   の間の主溝の開口幅が狭められ、それぞれ管状部とされ
   ていることを特徴とする伝熱管。
2. （２）前記フィンの先端は、断面が鋭角に尖って形成さ
   れていることを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
3. （３）前記金属管の内面からの前記フィンの突出量は、
   前記突条の突出量よりも小さいことを特徴とする請求項
   １または２記載の伝熱管。
4. （４）一定幅の金属板条材の表面に、多数の平行な断面
   矩形状の突条、およびこれら突条と平行で突条よりも幅
   狭のフィンを圧延形成し、 これら突条およびフィンと一定角度で交差する多数の平
   行な副溝を圧延形成することにより、これら副溝と交差
   する部分において各突条の先端部を副溝の中心線から両
   側へ変形させ、各突条の間の主溝の開口幅を、これら変
   形部分で相対的に狭めた後、 この溝形成面を内側に向けた状態で、前記板条材を管状
   に丸めて電縫加工し、伝熱管を成形することを特徴とす
   る伝熱管の製造方法。
5. （５）前記副溝は断面Ｖ字状に形成することを特徴とす
   る請求項４記載の伝熱管の製造方法。
6. （６）前記突条と前記副溝の交差角度は２０〜６０゜で
   あることを特徴とする請求項４または５記載の伝熱管の
   製造方法。