JPH04339530A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷凍機、空気調和機の
蒸発器に使用して好適な伝熱管およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の蒸発器の熱交換性能を向
上させる目的で開発または提供された伝熱管としては、
管内を流れる冷媒の蒸発あるいは沸騰の際の伝熱性能を
向上させる観点から次の項目の改善が必要とされている
。■内表面積を拡大すること。■流れの乱れを大きくし
て伝熱抵抗を下げること。■内面での沸騰が活発に行わ
れるようにすること。■上記■〜■項の適当な組合せに
よって、さらに性能の改善をはかること。

【０００３】■項を満足する伝熱管としては、管内に高
いフィンを成形あるいはフィン材を管内に装入したもの
がある。■項に対してはコルゲート管があり、■項に対
しては粒子を内面に焼結した伝熱管がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、■項が満足
し得る上記伝熱管は、管内を流れる冷媒の圧力損失が平
滑管の約１０倍と大きくなって使用上問題があり、また
、コルゲート管についても圧力損失が平滑管の約５倍と
大きいのでやはり問題がある。

【０００５】一方、粒子を焼結した伝熱管は、伝熱性能
が平滑管に対して約５〜１０倍となるが、小径化、長尺
化が困難であること、生産性が低くコスト高となるのが
難点である。

【０００６】近年、多くのルームエアコンや冷凍機の蒸
発器に■、■項を組合せてなる内面溝付管が使用されて
きているが、これは、溝が微細なため圧力損失が平滑管
の約２倍程度と比較的小さいことや、溝によって内面積
が増加し平滑管の約　１．５倍となること、また、溝が
管軸に対して５°〜３０°とねじれていて流れが旋回す
ることにより、伝熱性能が平滑管の約２〜３倍に改善さ
れるなどの利点があることからである。さらに、機械加
工（抽伸機による芯引き加工など）により製造され長尺
化、小径化も可能になったことから大きく普及した。

【０００７】しかし、今後、ヒートポンプ機の高性能化
をさらに進めるには、伝熱性能をより一層改善する必要
があるが、現在の溝形状では限界に達していて、長尺化
、小径化を併せて満足し得るものは到底得られないとさ
れている。

【０００８】このように伝熱性能を改善しようとすると
、沸騰がより活発に起こり得る如き構造を伝熱管内面に
形成することが肝要であり、そこで本発明は、かかる要
望を満たすことが可能で、しかも長尺化、小径化ならび
に低コスト化を同時に果たし得る新規な構成の伝熱管を
提供することを主要な目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために以下述べる構成としたことを特徴とする。先
ず、本発明に係わる伝熱管は、内面にらせん状の溝を有
する内面溝付伝熱管であって、溝のリード角βが５°乃
至３０°の範囲であり、溝断面形状が実質的に台形であ
り、溝底幅ｗ、溝深さｈ、山底幅ｔの間にはｈ≧２ｗ、
ｔ＜ｗの関係が成立し、山は全体として実質的に山頂角
αが３０°乃至９０°の断面三角形で、且つ、山内部に
その長手方向に連通した三角形のトンネル状通路が設け
られ、また、山頂部には、所定間隔で断続したスリット
状の開口部がトンネル状通路に連通して設けられていて
、前記開口部は幅ｖが０．０５乃至０．１５ｍｍ、長さ
ｌが０．０５乃至０．１５ｍｍの範囲であり、さらに非
開口部長さｃが開口部長さｌに対して１乃至１０倍とし
たものである。

【００１０】次に、本発明に係わる伝熱管の製造方法は
、熱伝導性に優れた板あるいは帯条に溝付ロール等を押
圧させて、溝底幅ｗ、溝深さｈ、山底幅ｔの間にｈ≧２
ｗ、ｔ＜ｗの関係が成立し、且つ、溝のリード角βが５
°乃至３０°の多数の溝を表面に形成する第１工程と、
この多数の溝が表面に形成された板あるいは帯条に溝付
ロール等を押圧させて、隣り合う山を交互に接近、離間
させて、山頂角αが３０°乃至９０°で、山頂部に幅ｖ
が０．０５乃至０．１５ｍｍの開口部が存し、且つ、内
部に断面三角形で前記開口部に連通するトンネル状通路
が設けられている断面三角形の山を溝間に形成する第２
工程と、次いで、ロールフォーミング法によって管状に
変形した後、突き合わせた縁部を溶接により接合する第
３工程とからなるものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、断面三角形の山内に形成され
て、しかも山頂部に開口部を有する図４に示される如き
トンネル構造は、冷媒が沸騰する際、発生した気泡が全
て伝熱面から離脱することなく、一部が開口部に保持さ
れて図７に示す状態を呈し、「過熱度＝管壁温度−液温
度」の関係より明らかなように、大きな過熱度を必要と
しない。またそのために高い伝熱性能を示すのである。

【００１２】また、板をロールフォーミング加工し、溶
接によって管を成形する方法を採用することによって、
長尺化が可能であり、さらに幅の狭い帯条を使用するこ
とによって小径化が当然可能である。

【００１３】次に、溝形状の数値限定の理由を説明する
。溝のリード角βについては、５°未満では冷媒流量が
大きくなったときに、旋回流が得られなくなるため蒸発
性能が低下することになり、一方、３０°を超えると圧
力損失が増大するため伝熱性能が低下し、さらに山中央
部のトンネル状通路の両サイドを構成する壁部を、各々
個別にロール圧延成形する場合、ロールの歯型とその壁
部となる山が干渉して成形が困難となる問題があり、こ
れ等を勘案してリード角βを５°乃至３０°の範囲にす
ることとした。

【００１４】山頂角αに関しては、３０°未満では山中
央部のトンネル状通路両サイドを構成する壁部を各々個
別にロール圧延成形する場合に、前述した通り干渉が生
じて成形困難となる。一方、９０°以上では、山斜面の
液膜厚さが厚くなって、凝縮性能が低下する。したがっ
て、山頂角αは３０°乃至９０°の範囲にすることとし
た。

【００１５】山頂開口部の大きさについては、幅ｖおよ
び長さｌが０．０５ｍｍ未満では、トンネル状通路内の
気泡の内圧が十分高まらなくて気泡が放出されにくくな
るため沸騰性能が低下することになり、一方、０．１５
ｍｍを超えると、気泡が一気に放出され、トンネル状通
路内から気泡が離脱して連続した沸騰現象が生じなくな
る。したがって、山頂開口部の大きさは、ｖ＝０．０５
〜０．１５ｍｍ、ｌ＝０．０５〜０．１５ｍｍとした。

【００１６】さらに、山頂開口部の長さｌと非開口部の
長さｃとの関係については、鋸歯状の溝を有するロール
で刻みを入れて開口部と非開口部とを形成する加工によ
る場合で、刻み部が非開口部、非刻み部が開口部となる
例えばＡタイプと称するものは、ｃ／ｌが１／１未満で
は山頂部強度が不足して熱交換器組立ての際の拡管加工
で山頂部が潰れ、開口部が閉じてしまう。またｃ／ｌが
大きくなるとそれに伴い必然的に沸騰に有効な開口数が
減少するので、特にｃ／ｌが１０／１を超えると、蒸発
性能が平滑管の　２．５倍程度となって従来の溝付管並
みの性能しか得られなくなる。

【００１７】また、刻み部が開口部、非刻み部が非開口
部となる例えばＢタイプと称するものについては、ｃ／
ｌが１／１未満では山頂部強度が不足して熱交換器組立
ての際の拡管加工で山頂部が平坦に潰れて凝縮性能が低
下し、またｃ／ｌが１０／１を超えると、上記Ａタイプ
と同様の問題が生じる。したがって、ｃ／ｌは１／１〜
１０／１とした。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面によって説
明する。図１は、本発明に係わる内面溝付伝熱管の製造
工程の概要図であり、伝熱管の素材である熱伝導性に優
れた板　（１）例えば銅板を巻き取ってなるロール　（
２）が回転可能に支持されている繰り出し部（イ）、上
下に配置された一対の溝付ロール（３），　（３）から
なる溝成形工程（ロ）、上下に配置された一対の山合わ
せロール（４），　（４）からなる山成形工程（ハ）、
同じく上下に配置された一対の刻みロール（５），　（
５）からなる開口成形工程（ニ）、水平方向の間隔を順
次狭めて相対向して配設された複数組の一対のフォーミ
ング用ロール（６），　（６）………からなる管成形工
程（ホ）および溶接機　（７）によって管状となった突
き合わせ縁部を連続溶接する溶接工程（ヘ）が上手側か
ら順に設けられている。

【００１９】繰り出し部（イ）から例えば幅３０ｍｍ、
厚さ　０．５ｍｍの銅板　（１）が繰り出されると、一
対の溝付ロール（３），　（３）間を通って、その間に
深さｈが　０．３ｍｍ、リード角１８°の溝　（８）と
、山頂角αが３０°の断面三角形の山　（９）とが交互
に配置された溝数７０の溝加工が溝成形工程（ロ）で行
われる。図２は溝成形された板の部分拡大図で、図に示
される通り、溝　（８）の断面形状は台形であり、溝底
幅ｗ、溝深さｈ、山底幅ｔの間にはｈ≧２ｗ、ｔ＜ｗの
関係が成立している。

【００２０】次いで、山成形工程（ハ）に送られて、一
対の山合わせロール（４），　（４）間に通され、隣り
合う山（９），　（９）の相互を接近させて、図３に示
す通り、山頂に開口幅ｖが０．０５〜０．１５ｍｍであ
る間隙（１１）が形成され、同時にこの間隙（１１）に
連通して山（９），　（９）に挟まれてなるトンネル状
通路（１０）が長手方向に延びて成形される。

【００２１】続いて、開口成形工程（ニ）に送られて、
鋸歯状の溝を有する一対の刻みロール（５），　（５）
によって、溝　（８）とは逆リード方向に、間隙（１１
）が存する山頂部に刻みを入れ、図４に示される如く、
刻みの入った部分の材料が変形して、この溝頂部が閉じ
た前記Ａタイプ構造の波形が形成される。

【００２２】この工程（ニ）で、山頂部に閉塞部と開口
部とを交互に有するトンネル状通路（１０）を山部内に
形成することができる。

【００２３】次に、上記の如く加工された板　（１）を
管成形工程（ホ）のフォーミング用ロール（６），　（
６）………に導いて、山、溝を有する面が内面になるよ
うに両縁部から順に丸曲げ加工して所定径の管に曲げ、
突き合わされた縁部を次の溶接工程（ヘ）で、溶接機　
（７）によって高周波抵抗溶接し内面溝付伝熱管に仕上
げる。

【００２４】上記製造工程および要領で、表１に示す如
き管諸元の直径９．５２ｍｍの伝熱銅管を製造し、従来
の台形溝付銅管および平滑銅管と併せて蒸発性能（Ｅｖ
ａ．）ならびに凝縮性能（Ｃｏｎｄ．）の性能比較を行
った。 その結果を併せて表１に示す。表１より明らかなように
、本発明に係わる伝熱銅管は、蒸発性能（Ｅｖａ．）な
らびに凝縮性能（Ｃｏｎｄ．）ともに優れるものであっ
た。

【００２５】尚、上記性能試験は、長さ５０００ｍｍの
管および冷媒としてフロンＲ−２２を使用し、管内に冷
媒を流量５０ｋｇ／ｈｒで流し、蒸発温度　７℃、出口
過熱度　５℃の条件で管内境膜伝熱性能を調査した。

【００２６】また、表１中の管諸元において、βは溝の
リード角、αは山頂角、ｖは開口部の幅、ｌは開口部の
長さ、ｃは非開口部の長さ、ｈは溝深さを示す。また　
Ｎｏ．２５は内面平滑管である。また判定は、Ｅｖａ．
３．０　以上且つＣｏｎｄ．２．２　以上である場合を
○、Ｅｖａ．とＣｏｎｄ．のいずれか一方あるいは両者
が前記値以下である場合を△とした。

【００２７】

【表１】

【００２８】以上説明した例とは別に、図５に示す成形
ロール（１２）によって互いに隣り合う山（９），　（
９）を寄せて頂部を密着させると同時に、この頂部より
は僅かに低い頭部を形成して、この頭部に開口を設けて
なる溝付管（図６参照）を製作することも可能であり、
いずれも開口部の幅ｖおよび長さｌが共に０．０５〜０
．１５ｍｍ、非開口部長さｃが前記長さｌに対し１乃至
１０倍の長さとなるように製作することが肝要である。

【００２９】

【発明の効果】スリット状で断続した間欠配置の開口部
を有するトンネル構造を管内壁に多数備えてなる本発明
伝熱管は、上述した通り、冷媒沸騰の際、大きい過熱度
を必要としないことから高い伝熱特性を示すものである
。

【００３０】また、板を加工し溶接によって管に成形す
るので小径化、長尺化が可能であり、さらに連続的且つ
量産的に管成形が可能であって低コストの伝熱管を容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる実施例の伝熱管の製造工程の概
要図である。

【図２】図１の溝成形工程における中間製品の部分拡大
斜視図である。

【図３】図１の山成形工程における中間製品の部分拡大
斜視図である。

【図４】本発明に係わる実施例の伝熱管の内壁の部分拡
大斜視図である。

【図５】本発明に係わる他の実施例の開口成形工程にお
ける中間製品の部分拡大断面図である。

【図６】本発明に係わる他の実施例により得られる伝熱
管の内壁の部分拡大斜視図である。

【図７】本発明伝熱管の管壁での沸騰状態を説明するた
めの拡大断面図である。

【符号の説明】

１：板　　　　　　　　　　　　　　　　２：ロール　
　　　　　　　　　　　３：溝付ロール ４：山合わせロール　　　　５：刻みロール　　　　　
　　　６：フォーミング用ロール ７：溶接機　　　　　　　　　　　　８：溝　　　　　
　　　　　　　　　　　９：山１０：トンネル状通路　
　　　１１：間隙イ：繰り出し部　　　　　　　　ロ：
溝成形工程　　　　　　　　ハ：山成形工程 ニ：開口成形工程　　　　　　ホ：管成形工程　　　　
　　　　ヘ：溶接工程 α：山頂角　　　　　　　　　　　　ｗ：溝底幅　　　
　　　　　　　　　ｈ：溝深さ ｔ：山底幅　　　　　　　　　　　　ｖ：開口部の幅　
　　　　　　　ｌ：開口部の長さ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　内面にらせん状の溝を有する内面溝付
   伝熱管であって、溝のリード角βが５°乃至３０°の範
   囲であり、溝断面形状が実質的に台形であり、溝底幅ｗ
   、溝深さｈ、山底幅ｔの間にはｈ≧２ｗ、ｔ＜ｗの関係
   が成立し、山は全体として実質的に山頂角αが３０°乃
   至９０°の断面三角形で、且つ、山内部にその長手方向
   に連通した三角形のトンネル状通路が設けられ、また、
   山頂部には、所定間隔で断続したスリット状の開口部が
   トンネル状通路に連通して設けられていて、前記開口部
   は幅ｖが０．０５乃至０．１５ｍｍ、長さｌが０．０５
   乃至０．１５ｍｍの範囲であり、さらに非開口部長さｃ
   が開口部長さｌに対して１乃至１０倍であることを特徴
   とする伝熱管。
2. 【請求項２】　　熱伝導性に優れた板あるいは帯条に溝
   付ロール等を押圧させて、溝底幅ｗ、溝深さｈ、山底幅
   ｔの間にｈ≧２ｗ、ｔ＜ｗの関係が成立し、且つ、溝の
   リード角βが５°乃至３０°の多数の溝を表面に形成す
   る第１工程と、この多数の溝が表面に形成された板ある
   いは帯条に溝付ロール等を押圧させて、隣り合う山を交
   互に接近、離間させて、山頂角αが３０°乃至９０°で
   、山頂部に幅ｖが０．０５乃至０．１５ｍｍの開口部が
   存し、且つ、内部に断面三角形で前記開口部に連通する
   トンネル状通路が設けられている断面三角形の山を溝間
   に形成する第２工程と、次いで、ロールフォーミング法
   によって管状に変形した後、突き合わせた縁部を溶接に
   より接合する第３工程とからなることを特徴とする伝熱
   管の製造方法。