JPH0519079B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、沸騰伝熱管の製造方法に係り、特に
沸騰伝熱特性の良好な沸騰伝熱促進を経済的に有
利に製造する方に関するものである。

（背景技術） 一般に、伝熱管は、管内に流通せしめられる伝
熱流体と管外面に接触させられる伝熱流体との間
で熱のやり取りが行なわれるものであるが、従来
から、そのような伝熱管の一つとして、管外周面
に螺旋状のフインを形成せしめたローフイン管
や、かかるローフイン管の熱伝達を促進するため
に、該ローフイン管の内周面に螺旋状のリブを設
けた内面リブ付きローフイン管などが明らかにさ
れている。

ところで、管内が平滑なローフイン管において
は、管内周面に伝熱効率の悪い伝熱流体境膜が生
じ易いが、内面リブ付きローフイン管では、その
内面リブにより流体の流れが旋回せしめられるこ
とによつて形成される旋回流により比較的境膜が
形成されにくく、管内面の熱伝達率を向上させる
上で有効とされている。しかしながら、そのよう
な旋回流によつても層流に近似した液体の流れが
依然として残り、それ故境膜の問題が解消され得
た訳ではなく、内面の熱伝達を促進する上にも限
界があつたのである。

このため、本発明者らは、先に特願昭58−
137292号（特開昭60−29594号広報参照）として、
管外周面に管材料からなる螺旋状の外面フインが
一体的に形成されてなる凝縮器伝熱促進管におい
て、かかる外面フインがその流さ方向に所定の間
隔を隔てて切込みによつて分断せしめられている
一方、管内周面に複数の内面突起が形成され、且
つかかる内面突起が、スパイラル状に配列せしめ
られている構造の凝縮伝熱管を提案した。そし
て、このような構造によつて、管内を流通せしめ
られる伝熱流体が複数の内面突起を乗り越え、或
いはかかる内面突起によつて流れの方向が変えら
れる際に、微妙な乱流が生じ、そしてこの管内面
に近接した流れの変化によつて、管内周面付近に
生じ易い境膜が効果的に破壊されて内面伝達率が
有効に高められ、また、管外周面に接触せしめら
れる伝熱流体が、上記切込みを通じて隣合う外面
フインを横切つて流通することができるため、外
面フインに対してかかる流体が効果的に接触せし
められ、そして接触面積も増大するところから、
外面熱伝達率をも、従来に比べて一層高め得たの
である。

一方、管内を流通せしめられる伝熱流体との間
の熱交換作用によつて、管外周面に接触せしめら
れた伝熱流体（液体）を沸騰せしめて、それを蒸
発させる沸騰伝熱管には、上記の如き凝縮伝熱管
の構造をそのまま適用することができず、その伝
熱効率を高めるには、特に低温度差における沸騰
伝熱特性を向上させる必要がある。

このため、特開昭59−176593号公報や、特開昭
59−199137号公報等には、管外表面に一体的に形
成した外面フインを倒して、表面部分に周方向の
空洞乃至はトンネルを形成せしめるとともに、か
かる空洞乃至はトンネルを、多数の微細な開口あ
るいは間隙を介して外部に連通せしめるようにし
た構造の沸騰伝熱管が明らかにされているが、そ
れとても伝熱効率が今一つ充分でなく、またその
ような空洞乃至はトンネルを形成するために、複
雑な加工工程や複雑な加工工具を用いる必要があ
る等の問題があつた。

（発明の構成） ここにおいて、本発明者らは、先に出願した、
管内周面に複数の内面突起をスパイラル状に設け
てなる外面フイン付き凝縮伝熱管について種々検
討を重ねて行くうちに、その外面フインを倒して
隣接する外面フインとの間に空洞（キヤビテイ）
を形成せしめるようにすることによつて、それが
優れた沸騰伝熱特性を有する沸騰伝熱促進管とな
り得ることを見い出し、本発明を完成するに至つ
たのである。

すなわち、本発明は、管外周面に管材料からな
る螺旋状の外面フインが一体的に形成されてな
り、且つ該外面フインがその流さ方向に所定の間
隔を隔てた切込みによつて分断せしめられると共
に、管軸の一方向にその中間部から湾曲乃至は屈
曲させらて、隣接する外面フインとの間の溝部の
上部が閉塞せしめられることにより、前記切込み
を通じて外部に連通する螺旋状のキヤビテイが形
成されている一方、管内周面に複数の内面突起が
形成され、且つかかる内面突起がスパイラル状に
配列せしめられていることを特徴とする沸騰伝熱
管を工業的に有利に製造することにある。

そして、このような沸騰伝熱管を製造するに際
しては、次のような手法が採用され、これによつ
て複雑な加工工具や複雑な工程を経ることなく、
内面、外面が共に伝熱促進せしめられた沸騰伝熱
促進管が、一挙に、工業的に有利に製造され得る
こととなつたのである。

そのような製造工程においては、まず、目的と
する沸騰伝熱管を与える素管の周りの複数位置に
それぞれ配置した、所定の回転駆動軸にて回転駆
動させられる複数のフイン形成デイスクを、該素
管の外周面に対してそれぞれ押圧せしめることに
より、かかる素管の外周面に所定高さの外面フイ
ンが順次管軸方向な転造形成せしめられることと
なる。

次いで、前記複数のフイン形成デイスクを回転
駆動させる回転駆動軸の一つに、該フイン形成デ
イスクの外面フイン形成方向における下流側に位
置するように取付けられて、同時に回転駆動せし
められる鋸歯状の内面突起加工用デイスクと、外
周部に複数の切刃部が設けられたローレツト加工
用デイスクと、上流側に湾曲した外周面を以て漸
次拡がるフイン倒し用ロールとを用い、まず、前
記内面突起加工用デイスクにてその鋸歯を前記形
成された外面フイン間の溝部の底部に押圧せしめ
ることにより、該鋸歯による押圧部分を管内面に
突出させ、ついで前記ローレツト加工用デイスク
にて切刃部を前記外面フインの頂部に押圧せしめ
ることにより、該外面フイン長さ方向に所定の間
隔を隔てて切込みを加え、更にその後、前記フイ
ン倒し用ロールにて前記外面フインを押圧せしめ
ることにより、該フイン倒しロールの前記湾曲し
た外周面にて該外面フインの頂部部分を案内させ
つつ、該外面フインをその中間部から隣接する外
面フイン側に湾曲乃至は屈曲せしめて、該隣接す
る外面フインとの間の溝部の上部を閉塞せしめる
ようにするのである。

そして、このようなフイン倒し用ロールの使用
によつて、外面フインは、管軸の一方向に、漸次
効果的に湾曲乃は至屈曲せしめられて、その頂部
が隣接する外面フインに接触乃至は接続されるよ
うになるのであり、これによつて表面下にキヤビ
テイ（またはトンネル）が形成されると共に、か
かるキヤビテイが外面フインに設けられた切込み
部分において外部と連通せしめられるようになる
のである。

（構成の具体的な説明） 以下、図面に示す本発明の実施例に基づいて、
本発明の構成を詳細に説明することとする。

まず、第１図及び第２図は本発明に従つて製造
される沸騰伝熱管の一例を示す一部切欠図及びそ
の拡大説明図であり、そこにおいて、２は、銅な
どの熱伝達率の良い金属からなる伝熱管である。
そして、かかる伝熱管２の管外周面には、管壁か
ら移動した管材料からなる螺旋状の外面フイン４
が所定ピツチで一体的に設けられていると共に、
そのような外面フイン４が管軸の一方向にその中
間部から湾曲乃至屈曲せしめられて、隣接する外
面フイン４との間の溝部６の上部が閉塞せしめら
れることにより、螺旋状のキヤビテイ８が表面下
に形成されているのである。また、かかるキヤビ
テイ８は、外面フイン４の長さ方向に所定間隔で
設けられた切込み１０によつて外部に連通せしめ
られている。

一方、かかる伝熱管２の管内周面には、複数の
内面突起１２が形成されているのである。それら
内面突起１２は、外面フイン４の間の溝部６に対
応する管内周面に形成され、且つかかる内面突起
１２の位置する溝部６の底部部分が凹所（デイン
プル）１４とされている。すなわち、この場合に
は溝部６の底部部分に矩形状の凹所１４が形成さ
れることにより、そこに対応する管内面が楕円丘
状に突出せしめられて、内面突起１２が形成され
ているのである。このように、螺旋状の溝部６に
沿つて内面突起１２が形成される結果、それら内
面突起１２には管内周面にスパイラル状に配列せ
しめられることになり、また凹所１４のピツチに
よつて、互いに隣接する内面突起１２同士が明瞭
なスパイラル模様を呈する場合の他、千鳥状の模
様を形成する場合もあるが、かかる内面突起１２
がスパイラル状に配置されている限りにおいて、
その何れをも採用可能である。

なお、かかる内面突起１２の管内周面からの突
出量が余り大きくなると、管内を流通せめられる
伝熱流体の圧力損失（水頭損失）が大きくなるた
め、内面突起１２の高さや単位面積当りの数は余
りにも大きな圧力損失を招かない程度に適宜に定
められるべきである。このため、内面突起１２の
大きさは、一般に、高さ（突出量）が0.2〜0.1mm
前後、また突起長手方向の長さが１〜５mm前後に
おいて、定められることとなる。

そして、かかる内面突起１２を有する伝熱管に
あつては、管内を流通せしめられる伝熱流体の流
れに、内面突起１２を乗り越えてそれを通過する
際に乱流が生じ、且つかかる内面突起１２により
管内面に沿つて管軸方向に流れる伝熱流体の流れ
が左右に分流せしめられ、そしてこれに加えて、
内面突起１２のスパイラル状配置による伝熱流体
の管内面付近の螺旋状流れ作用が相俟つて、管内
表面の流れが複雑且つ微妙な乱流形態をとるよう
になり、これによつて管内周面付近に形成され易
い境膜が効果的に破壊されて、内面伝達率が有効
に高められるのである。また、管内面における流
体接触面積が内面突起１２によつて増大せしめら
れ、更に管外周面における接触面積も凹所１４の
存在によつて増大せしめられることとなる。

このような状況下において、伝熱管２の外面側
には、外面フイン４の倒しにより、トンネル状空
洞部であるキヤビテイ８が周方向にスパイラル状
に形成され、そして該キヤビテイ８が切込み１０
を通じて外部に連通せしめられているところか
ら、リエントラントな表面構造を有する伝熱面と
なり、これにより核沸騰の伝熱促進に有効となる
のであり、またそのような特性の向上に、キヤビ
テイ８内に形成される凹所１４が寄与しているの
である。

因みに、第３図には、上記第１図および第２図
に示される如き構造の本発明管ＡおよびＢと、基
準管とにおける沸騰伝熱特性が示されているが、
それらの比較から明らかなように、本発明管Ａお
よびＢは、低い温度差において大きな伝熱効率を
有しているのである。

なお、実験では、冷媒としてフロン−11を用
い、大気圧、飽和状態下において行なわれた。ま
た、基準管としては、外面フインが26山／インチ
のローフイン管が用いられ、また本発明管Ａおよ
びＢは、それぞれ、そのようなローフイン管をベ
ースに第１図および第２図に示される構造に加工
されたものであつて、それらは何れも切込み１０
の開口幅が約0.3mm、フイン高さ（フインを倒し
た状態において）が約１mmとされると共に、本発
明管Ａにおいては、切込み１０のピツチが約１
mm、また本発明管Ｂにおいては、切込み１０のピ
ツチが約0.7mmとされている。そして、第３図に
おける横軸の温度差は、沸騰・蒸発せしめられる
フロン−11の飽和温度とキヤビテイ８の底部温度
との差である。

ところで、上記の第１〜２図に示される如き沸
騰伝熱管２は、第４〜７図に示される如き方法に
よつて容易に製造することが可能である。

すなわち、漸次径が増大する複数のフイン形成
デイスク２０からなるローフイン転造用工具２２
が、第４図に示される如く、目的とする沸騰伝熱
管を与える素管２４の周りに略120°の位相差をも
つて配置せしめられ、従来と同様にして、かかる
素管２４の外周面に所定高さの外面フイン２６が
順次管軸方向に転造形成されるようになつている
のである。より具体的には、各ローフイン転造用
工具２２における複数のフイン形成デイスク２０
が、外面フイン２６のピツチを与える間隔で、回
転駆動軸２８によつて同心的に且つ一体的に連結
せしめられており、そしてかかる回転駆動軸２８
が、素管２４の中心線（管軸）に対して、形成さ
れるべき外面フイン２６のリード角に相当する角
度を以て位置せしめられ、また素管２４の内側に
は、各フイン形成デイスク２０にのみ対向する状
態で、プラグ３０が挿入されている。そして、そ
の状態で、回転駆動軸２８によりフイン形成デイ
スク２０を回転せしめつつ、素管２４の外周面に
対して押圧せしめることにより、目的とする外面
フイン２６が漸次転造形成されるようになるので
ある。

また、かかる素管２４の周りに配置された三つ
のローフイン転造用工具２２のうち二つは、第５
図に示される如く、単に、複数のフイン形成デイ
スク２０を回転駆動軸２８に取り付けただけの構
造のものであるが、他の一つは、第６図に示され
る如く、その回転駆動軸２８が外面フイン形成方
向における下流側に延長せしめられており、その
延長部に対して、素管２４内のプラグ３０が存在
しない位置において、内面突起加工用デイスクと
しての鋸歯状デイスク３２と、それよりも下流側
にローレツト加工用デイスク３４と、更にその下
流側に位置してフイン倒し用ローラ３６が同心的
に且つ一体的に取り付けられている。

そして、第６図および第７図から明らかなよう
に、鋸歯状デイスク３２は、その外周部に所定ピ
ツチ鋸歯３８を備えたものであり、その鋸歯３８
の歯先が描く円周の半径は、フイン形成デイスク
２０の最も大径のものの半径より一定量大きくさ
れている。また、ローレツト加工用デイスク３４
は、上流側に傾斜する切歯線を有する切歯部４０
を外周部に所定ピツチで備えた、傘歯車状のもの
である。更に、フイン倒し用ロール３６は、上流
側に湾曲した外周面４２を以て漸次拡がる構造と
されている。そして、鋸歯状デイスク３２は、そ
の鋸歯３８が隣接するフイン２６，２６間に形成
される溝部４４の底部に押し付けられるように配
置され、またローレツト加工用ディスク３４は、
その切歯部４０が外面フイン２６の頂部に押し付
けられて食い込まされるように配置され、さらに
フイン倒し用ロール３６は、外面フイン２６の頂
部を素管２４側に押し付け得るように配置されて
いる。

したがつて、かかる第６図および第７図に示さ
れる如き工具の装備によつて、ローフイン転造用
工具２２により外面フイン２６がスパイラル状に
素管２４外周面に一体的に形成せしめられた後、
外面フイン２６，２６間の溝部４４の底部に対し
て鋸歯状デイスク３２の鋸歯３８が押圧せしめら
れることにより、その鋸歯３８による押圧部分が
管内面に突出させられ、その結果、管外周面にお
ける外面フイン２６間の溝部４４の底部部分に凹
所４６が形成され、かつその凹所４６に対応する
部位に位置して、管内周面に内面突起４６が形成
されるのである。

次いで、この内面突起４６が形成された後、鋸
歯状デイクス３２よりも下流側に配置されたロー
レツト加工用デイスク３４の切歯部４０が外周フ
イン２６の頂部に押し付けられて、切り込まされ
ることにより、外面フイン２６には、その長さ方
向に所定の間隔を隔てて、切込み５０が、所定の
深さにおいて且つ所定の開口幅で形成されること
となる。

更にその後、かかる切込み５０が所定間隔で、
換言すれば所定のピヅチで形成された外面フイン
２６は、フイン倒し用ロール３６の押圧作用によ
つて、その頂部部分が湾曲外周面４２により下流
側に案内させられるようになることから、その中
間部から下流側の隣接する外周フイン２６側に湾
曲乃至は屈曲せしめられ、そして、該隣接する外
面フイン２６との間の溝部４４の上部を閉塞せし
め、以て第１図および第２図に示される如き、外
表面下に螺旋状に延びるキヤビテイ（トンネル状
空洞部）５２を形成するのである。なお、このキ
ヤビテイ５２は、外周フイン２６に切込み５０が
設けられているところから、この切込み５０を通
じて外部に連通することとなる。

このように、かかる製造方法に従えば、内面、
外面共に伝熱促進された沸騰伝熱促進管が、外面
フインの形成の後に、その工程に引き続いて、内
面突起加工、フイン切込み加工、更にフイン倒し
加工が同時に実施され得ることとなることによつ
て、一つの連続した加工工程により、一挙に製造
され得ることとなり、以てそのような伝熱管の工
業的生産性を著しく高め得ることとなつたのであ
る。

しかも、上述の製造手法に従えば、特にそのフ
イン倒し工程におけるフイン倒し操作が、著しく
簡略化、且つ容易化されることとなるために、そ
の加工工程の複雑さや、複雑な加工工具なども全
く必要でなくなつたのである。

なお、上述した鋸歯状デイスク３２を用いる内
面突起加工において、形成される内面突起４８の
高さ（深さ）は、鋸歯状デイスク３２の径により
決定され、また内面突起４８の螺旋の軸方向ピツ
チは、鋸歯状デイスク３２の外径と山数および外
面フイン２６の運転時のプラグ３０の径により決
定されることとなる。

また、ローレツト加工用デイスク３４による鋸
歯状加工（切込み５０の形成加工）における切込
み深さは、そのデイスク径により決定され、それ
によつて形成される切込み５０により核沸騰時の
開口部が形成されることとなり、またそのような
切込み５０は、更にその後のフイン倒し工程を容
易にする上において、歯先が軸方向に対して角度
を以て傾斜せしめられた例示の如き傘歯車状の構
造の工具を用いて、形成されることが望ましい。

更に、最終工程となるフイン倒し工程にあつて
は、フイン倒し用ロール３６にて外周フイン２６
を一方の側に倒して、フイン底部（溝部）４４に
空洞としてのキヤビテイ５２が形成されることと
なるが、かかるフイン倒し用ロール３６による外
面フイン２６の倒し具合は、フイン倒し用ロール
３６の径により決定されるものであり、その際フ
イン倒し用ロール３６には、前述のように外面フ
イン２６が加工下流方向に倒されるように、湾曲
した外周面４２が設けられているのである。

以上、本発明の具体例に沿つて、本発明の構成
について詳細に説明してきたが、本発明がかかる
具体例によつて限定的に解釈されるべきものでは
決してなく、当業者の知識に基づいて種々なる変
更、改良等を加えた態様で実施し得ることは、改
めて言うまでもないところである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明は、管
外表面下にスパイラル状の空洞乃至はキヤビテイ
が形成され、それが微細な開口部を通じて外部と
連通せしめられて、核沸騰時の開口部とされると
共に、管内周面に複数の内面突起をスパイラル状
に設けて、沸騰伝熱促進管とし、これによつて管
の内面、外面共に効果的に伝熱促進が行なわれ得
る伝熱特性が改善された沸騰伝熱管を製造するも
のである。そして、本発明は、かかる沸騰伝熱管
を、フイン形成デイスクの回転駆動軸に取り付け
た内面突起加工用デイスク、ローレツト加工用デ
イスクおよびフイン倒し用ロールを同時に回転駆
動せしめることにより、一つの連続した工程によ
つて、一挙に製造し得るようにしたものであつ
て、複雑な製造工程や複雑な加工工具を何等用い
ることなく、工業的有利に、生産性良く製造し得
るようにしたところに、本発明の大きな工業的意
義が存するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に従つて得られた沸騰伝熱管
の具体例を示す一部切欠正面図であり、第２図は
そのような伝熱管の管壁部を説明するための一部
拡大説明図であり、第３図は本発明に従つて得ら
れた沸騰伝熱管の一つの伝熱特性を示すグラフで
あり、第４図乃至第７図は本発明の沸騰伝熱管の
製造工程のそれぞれの状態を示す説明図であり、
第４図はその横断面形態の説明図、第５図は二つ
のローフイン転造用工具による外面フイン形成形
態を示す縦断面状態の説明図、第６図はローフイ
ン転造用工具の一つのものによる加工工程を示す
縦断面形態における説明図、第７図は第６図にお
ける回転駆動軸方向の断面形態における加工状態
を説明するための略図である。 ２：伝熱管、４，２６：外面フイン、６，４
４：溝部、８，５２：キヤビテイ、１０，５０：
切込み、１２，４８：内面突起、１４，４６：凹
所、２０：フイン形成デイスク、２２：ローフイ
ン転造用工具、２４：素管、２８：回転駆動軸、
３０：プラグ、３２：鋸歯状デイスク、３４：ロ
ーレツト加工用デイスク、３６：フイン倒し用ロ
ール、３８：鋸歯、４０：切歯部、４２：湾曲外
周面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 目的とする沸騰伝熱管を与える素管の周りの
   複数位置にそれぞれ配置した、所定の回転駆動軸
   にて回転駆動させられる複数のフイン形成デイス
   クを、該素管の外周面に対してそれぞれ押圧せし
   めることにより、該素管の外周面に所定高さの外
   面フインを順次管軸方向に転造形成せしめる一
   方、前記複数のフイン形成デイスクを回転駆動さ
   せる回転駆動軸の一つに、該フイン形成デイスク
   の外面フイン形成方向における下流側に位置する
   ように取り付けられて、同時に回転駆動せしめら
   れる、鋸歯状の内面突起加工用デイスクと、外周
   部に複数の切刃部が設けられたローレツト加工用
   デイスクと、上流側に湾曲した外周面をもつて漸
   次拡がるフイン倒し用ロールとを用い、先ず、前
   記内面突起加工用デイスクにてその鋸歯を前記形
   成された外面フイン間の溝部の底部に押圧せしめ
   ることにより、該鋸歯による押圧部分を管内面に
   突出させ、次いで前記ローレツト加工用デイスク
   にてその切刃部を前記外面フインの頂部に押圧せ
   しめることにより、該外面フインの長さ方向に所
   定の間隔を隔てて切込みを加え、更にその後、前
   記フイン倒し用ロールにて前記外面フインを押圧
   せしめることにより、該フイン倒し用ロールの前
   記湾曲した外周面にて該外面フインの頂部部分を
   案内させつつ、該外面フインをその中間部から隣
   接する外面フイン側に湾曲乃至は屈曲せしめて、
   該隣接する外面フインとの間の溝部の上部を閉塞
   せしめるようにしたことを特徴とする沸騰伝熱管
   の製造方法。