JPS604797A - 内面溝付伝熱管とその製造方法 - 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】 本発明は内面の溝形状が管の部位にょシ変化するような
高性能且つ低価格の内面溝付伝熱管並びに生産性の高い
同伝熱管製造方法に関するものである。

伝熱管としては一般に内面が平滑ないわゆるベアーチュ
ーブが使用されておシ、このチューブは単なる円管状で
ある為長尺物の高速抽伸が可能であって生産性が非常に
良く、製品価格が比較的安いという利点があった。しか
し内面が平滑であるために伝熱性能が低く、特にフロン
ガスを媒体として熱交換を行なうルームエアコン等の熱
交換器への適用に当ってその伝熱性能の低さが大きな問
題とされ、これを解決するために第１図（イ）（要部断
面模式図）に示すような、管内面全体にらせん状にのび
る多数の同一形状の溝Ｙが形成されてなる内面溝付伝熱
管Ｘが提案され、伝熱性能的には一応の評価を得ている
。しかしこの様ないわば内面均一溝型の伝熱管について
は後記する製造プロセスとの関係で製品価格上及び品質
上太き外問題がある。加えて今日の世界的なエネルギー
事情の悪化に端を発する産業界全般の省エネルギー気運
の浸透に伴い、ルームエアコン等の熱交換器においても
小型且つ薄型化が要求されつつあシ、このような要求は
上記製品価格及び品質上の問題を一層深刻にするのみな
らず、伝熱性能の面についてもより一層の改善がめられ
ている。

即ち内面均一溝型の伝熱管は一般に第１図（ロ）（要部
断面概略説明図）に示すプロセスに従って製造されてい
る。簡単に説明すれば、ダイスＢとフローティングプラ
グＣによシまず素管Ａを抽伸（縮径減肉）し、次いでフ
ローティングプラグＣの素管進行方向側に連接棒りを介
して連設された回動自在の溝付プラグＥと回転圧迫手段
Ｆの間で管内面にらせん状溝を刻設し、該溝付は時の強
圧により管外表面に生じた小さくなだらかな凹凸を更に
後方ダイスＧによシスキンパス程度抽伸修正し、外面が
平滑で且つ内面全体に均一ならせん状溝が形成された伝
熱管Ｘを得ている。しかしこの製造プロセスには様々の
問題が含まれており、要約すれば下記■〜■に示す通シ
である。

■内面溝付管を得る目的からみれば、Ｍ１工程段階、即
ちダイスＢ及びフローティングプラグＣによる素管Ａの
縮径減肉化は必ずしも必要のないことであり、との部分
でいたずらに管の引抜き抵抗を惹起せしめている。

■ｔ＋”を付は工程段階と後方の管外面平滑化抽伸工程
段階とが意味も無く所定の間隔をおいて別々に行なわれ
ておシ、生産効率が悪い。

■目的が異なるとはいうものの同一抽伸操作を溝伺は工
程段階の前後で行なうことは単に無駄であるだけでなく
、管の引抜き抵抗を一層増大させる。

■上記の様に引抜き時の抵抗が大きいために薄肉管の場
合、いわゆる管切れを防止するだめには引抜き速度を遅
くせざるを得す、反対に厚肉管の場合は引抜き力の大部
分が引抜時の抵抗によって費やされ、いずれにしても単
位時間当シの溝加工長さが減少して生産性が低下すると
共に、深溝の刻設が困難であるために伝熱性能の向上が
期ずできない。

■フローティングプラグＣと溝付プラグＥは連接棒りで
つながっているが、回転圧迫手段Ｆをあまシ高速（例え
ば５０００〜ｓ　ｏ　ｏ　ｏｒｐｎ）で回動させたり、
圧迫力が強すぎると、連接棒りがねじれ変形を起こし、
その結果、回転圧迫手段Ｆと音イ」７プ２グＥの位置関
係がずれたりして、正確な溝形状の刻設が不可能になる
。

■グイスＢ及びフローティングプラグＣによる素管Ａの
縮径減肉化段階で生じる抵抗で引抜き速度が減少する分
を、回転圧迫手段Ｆの超高速回転化（例えば１０，００
０ｒｐＩりで補うとしても、このような超高速回転では
遠心力が強大となシ、該手段Ｆにいわゆる軸心振れを起
こし易く、溝付は工程郡全体が非常に振動し易い状態と
なって円滑な溝付けが行表えない。又回転圧迫手段Ｆは
管外面を摺動しつつ超高速回転するので、摺動部での発
熱が著しくなり、この為管の内外面に潤滑油膜切れによ
る無数のすシ傷が発生し、回転圧迫手段Ｆ自体の摩耗量
も増大する。

本発明は上記事情に着目してなされたものであって、高
性能且つ低価格の内面溝付伝熱管を提供すること並びに
その内面溝付伝熱管を効率良く低コストで製造する方法
を提供することを目的とするものである。

しかして第１の目的を達成し得た本発明の内面溝付伝熱
管とは、管軸方向に沿ってらせん状に連なる溝を内面に
有する伝熱管であって、その溝が、管中心軸に向って開
放状の第１溝群と、溝頂部が狭くて溝内部が広い構造の
第２溝群とからなると共に各溝群は管周方向及び管軸方
向に交互に現われしかもそれらが溝形状を相互に且つ連
続的に変化させながら連なってなる点に要旨を有し、又
第２の目的を達成し得た本発明の内面溝付伝熱管の製造
方法とは、管の外周面を外側から圧迫可能に配設された
転圧手段と、該転圧手段に対応する管内側位置にあって
且つ溝付は用凹凸を外周面に有してなる溝付はプラグと
、該溝付はプラグの普通行側に該プラグとは回動自在に
連接されると共に、管肉を内側から圧迫するアプローチ
部と管内面を規制するベアリング部とを有するフローテ
ィングプラグと、該フローティングプラグに対応する管
外側位置にあって管肉を外側から圧迫するアプローチ部
と管外面を規制するベアリング部とを有するダイス装置
を用いて金属管内面を連続的に加工する方法であって、
前記フローティングプラグとして、該プラグの外面軸方
向に沿って、ヘッド部、アプローチ部及びベアリング部
にかけて連続する切欠を外周に少なくとも２つ有してな
るものを採用し、被加工管を前記溝付プラグと前記一対
の転圧手段の間をしごきつつ通過させた後、このしごか
れた管を前記フローティングプラグと前記ダイス装置の
間を通過させつつ引抜くことにより、管軸方向に沿って
らせん状に連なる内面溝が、管中心軸に向って開放状の
第１溝群と、溝頂部が狭くて溝内部が広い構造の第２溝
群とからなると共に各港「Ｃは管周方向及び管軸方向に
交互に表われしかもそれらが溝形状を相互に且つ連続的
に変化させながら連なってなる金属管に加工する点に要
旨を有するものである。

以下実施例図面を参照しつつ本発明の構成及び作用効果
を説明する。

第２図（イ）は本発明伝熱管の要部断面模式図を示ず。

図示の如く管中心軸に向って開放状の多数の溝２からな
る第１溝群■と溝頂部が狭くて溝内部が広い多数のＦ）
３からな乏第２溝群■が管内面に交互に且つ対向して形
成されている。これらの溝ｎ’ｆ　ＩＩ　、　ＩＴ［は
後述する様に溝付は加工によって得られだ内面均一溝付
金属管〔第１図（イ）参照〕に更に特色ある抽伸加工を
施すことによって形成される□ ものである。第２図（ロ）は同図（イ）における第１１
溝群Ｈの一部拡大図、同図（ハ）は同図（イ）における
第２溝群Ｉｎの一部拡大図である。第２図（ロ）におい
て高さＨ２を有する溝２のピッチはＰ２であシ、又管中
心情に向かうに従って即ち溝の央部２２から中央部２１
．入口部２０へと進むにつれて溝巾が太きく力る（１９
造を有している。従ってこれらの溝２に対峙する山２５
は管中心軸に向かうに従って即ち先端に行くほど細くな
っているが、とれらの溝２と山２５の形状は従来伝熱管
〔第１図ピ）参照〕に比べて著しく異なっている。即ち
後記する様に溝伺加工後に抽伸工程時の絞り増肉作用を
受けて溝深さく山高さでもある）Ｈ２が従来伝熱管につ
いての溝深さく山高さ）Ｈｏ　〔第１図（イ）参照〕よ
り増大しておシ、又山２５の表面２６が従来伝熱管にお
ける山の表面よ）も荒くなっている。従って第４溝群■
によって占められる部分は、伝熱性向上を図る上で非常
に有利な内表面構造になっていると言える。

又第２溝群■については第２図（ハ）に示す様に、溝３
と山３５からなシ、溝３は内部３１が広く頂部３０が狭
い構造になっている。Ｈ３は溝深さく山高さ）であシ、
Ｐ３は溝３のピッチである。そして山３５の先端はほぼ
フラツト７Ｔｈ表面３６となっていると共にその右ｉ！
ｉｌｌ又は左側のいずれか一方の端部が溝頂部３０に向
って突出したくちばし部３８を構成している。この様な
第２溝群■は、丁度第２図（ロ）における山２５の頂部
が所定の工具で右方向へ圧迫された状態にあり、（従っ
てＨ２）Ｈ８゜Ｐ２　”Ｆ　Ｐｓ　）その為山３５の先
端部表面３６は平滑である一方、山３５の凹部表面３７
は圧縮曲げ作用が影響して荒くなっている。この様な構
造的特徴を有する第２溝群■は、従来伝熱管の場合に比
べ伝熱性能が著しく改善される。即ち上述の如く溝３は
内部３１が広く頂部３０が狭くなっているので、溝内の
流体と接し得る山の表面積（熱交換に有効な表面積）が
顕著に増加する。従って沸騰核の生成が速やかになシ、
しかも生成した沸騰核が成長しつつ溝３内の流体を攪拌
して対流伝熱を促進させると共に、溝頂部３０から管内
（溝外）へ出て管内流体を攪拌する。又とのとき反対に
管内の流体が溝３内に流入するので、溝３内の流体と管
内の流体の混合−が非常に効果的に行なわれる。

更に各溝群■、■は管周方向においてだけでなく、管軸
方向においても交互に表われ、しかもそれらが溝形状を
相互に且つ連続的に少しずつ形を変えて連なっている。

即ち１本の溝２について言えば、溝２が管軸方向にらせ
ん状に進むにつれて、その溝形状が管部位によって２→
３→２→３（管の１周分に相当）という具合に相互的且
つ連続的な変化をくシ返す様な構造となっている。従っ
て、例えば溝形状が２→３に変化するときには管内流体
の一部が溝３内に強制的に注入され、溝形状が３→２に
変化するときには溝３内の流体の一部が管内即ち構外へ
強制的に排出されることになり、いわばポンプとしての
効果を発揮する。従って本発明伝熱管Ｘ′〔第２図（イ
）参照〕は伝熱性向上を図る上で非常に有利な内表面構
造となっておシ、特に管内面沸騰型伝熱管に適用した場
合の伝熱性能の向上が顕著である。

次に上述の本発明伝熱管の製造方法例について説明する
。第３図（イ）は本発明方法の概略説明図である。本発
明方法の実施に当って特に重要な構成は特有のフローテ
ィングプラグの採用にあり、まずこの点から説明する。

即ち第３図（ロ）は同図（イ）中のフローティングプラ
グ９を抜出して上半分を破断して示したものであシ、又
同図（ハ）、に）は同図（ロ）におけるＡ−Ａ線矢視断
面、Ｂ−Ｂ線矢視断面を夫々拡大して示している。第３
図（ロ）においてフローティングプラグ９はヘッド部１
６、アプローチ部１５及びベアリング部１４から構成さ
れておシ、更にヘッド部の切欠部１２、アプローチ部の
切欠部１１及びベアリング部の切欠部１０が一連となつ
でフローディングプラグ９の縮径側端部位置形成されて
いる。又ヘッド部１６の軸心部には後記のＷＩ伺フグラ
グ８支軸８ａを摺動可能に連接するだめの連接穴１７が
外部と連通して形成されている。更に上記一連の切欠部
１２，１１．１０は第３図（ハ）、に）に示す様に周方
向に２つ形成されており、この場合の好ましい寸法関係
については特段の制限を受けないものの、特に好ましい
能様に従って説明すれば、次の通シである。即ちヘッド
部１６及びベアリング部１５の外周長さを夫々Ｌ１゜Ｌ
２とする一方、ヘッド部１６の切欠部１２及び非切欠部
（符号は省略）の外周長さを夫々Ｗｌ。

Ｗｈとし、更にベアリング部１４の切欠部１１及び非切
欠部（符号は省略）の外周長さを夫々Ｗｂ。

Ｗｇとしたときの寸法関係は次式（１）〜（３）に示す
様に４″１”ｆ成されている。

ＷＬ／Ｌ、＝Ｂ／Ｌ２　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（２）”／（ＷＡ＋Ｗｈ）＝　Ｗｂ／（
ｗｂ　＋Ｗｇ）　・−’（３）上記（１）〜（３）式の
寸法関係は要するに２つの一連の勧欠部１０．ｌ’ｌ、
１２及び１０’　、　１１’　、　１２’が対を成す関
係にあることを示すものであり、この様な関係又はこれ
に近い関係にあるフローティングプラグ９を採用するこ
とによって前述の如き本発明伝熱管Ｘ／［第２図（イ）
参照〕を効率良く低コストで製造することが可能となる
。反対に２つ以上の一連の切欠部が上記（１）〜（３）
式に示す寸法関係から大きく外れる場合には、製造後の
伝熱管の形状が歪んだり、溝の形状や配列が不揃いとな
り易いので製品品質上の面から望ましくない。

本発明方法は上述の７０−ティングプラグ９を利用して
実施されるが、以下その過程について具体的に説明する
。第３図（イ）において１１０は素管５の外周面上を回
転しつつ押圧する転圧手段、８は外表面に溝付は用凹凸
８０を有する溝付はプラグであって、管肉５ａを介して
転圧手段１１０に挾持されている。更に溝付はプラグ８
の支軸８ａがベアリング手段８２を介して連接穴１７に
遊嵌連接され、溝付はプラグ８が７０−テイングブラグ
９に対して回動可能に配設される。又４はダイス装置を
示し、フローティングプラグ９に対応する管外側位置に
あって、その要部は管外面を規制するベアリング部４１
と管肉６ａを外側から圧迫するアプローチ部４２とから
成っている。

上記の（鱈成において素管５を溝付はプラグ８と一対の
転圧手段１１０との間を通過させると、素管５はその内
面に多数のらせん状の溝〔第１図（イ）参照〕が均一に
刻設される。こうして内面に均一らせん溝の形成された
管６は、ひき続きフローティングプラグ９のアプローチ
部１５とダイス装置４のアプローチ部４２との間及びフ
ローティングプラグ９のベアリング部１４とダイス族は
のベアリング部４１との間を通過することにより、管６
の内面は下記する様な特異な変形を受ける。即ちフロー
ティングプラグ９のアプローチ部１５のうち非切欠部を
通過する管６の管肉６ａは、ダイス装置４のアプローチ
部４２の圧迫を受けて減径すると共に予め刻設された山
の頂部を押しつぶす一方、フローティングプラグ９のア
プローチ部１５のうち切欠部１１を通過する管６の管肉
６ａはそのしわ寄せによって増加すると共に山は一層絞
シ出され、最終的に山〔第２図（ロ）参照〕が形成され
る。とうして絞り加工が行なわれだ管６は更にフローテ
ィングプラグ９のベアリング部１４とダイス装置４のベ
アリング部４１との間を通過することによシ、上記管６
の管内面形状と管半径は、ベアリング部１４における切
欠部１０及び非切欠部に応じた作用によジ、第２図に示
した溝形状２゜３及び管半径Ｒ２、Ｒ，の如く規制され
、特徴的な本発明伝熱管〔第２図（イ）〜（ハ）〕が製
造される。

従ってこの製造プロセスにおいては管内面溝成形が、従
来の３工程を廃止して２工程で行なわれており、しかも
従来法では抽伸工程で管の内外全面に亘ってフローティ
ングプラグ及びダイスが接触していたのに対し、本発明
方法ではフローティングプラグの切欠部が管内面に全く
接触しないので、管の引抜方向に対する抵抗力が激減す
る。その結果、従来方法に比べてよシ薄肉管であっても
更に高速生産が可能となシ、又速度を同じくするときけ
厚肉管に対する深溝刻設が可能となるので、生産性が高
まシ、製品コストの低減が図れると共に伝熱性能の良い
伝熱管が得られる。更に本発明方法では転圧手段を高速
で回転させることはないので、従来の様に転圧手段と溝
付プラグの位置関係がずれることはなく、従って正確な
溝形状の刻設が可能となシ、又転圧手段と管の摺動面に
おける発熱も非常に少ないので、潤滑油膜切れＫよるす
）侮の発生はほとんどみられない。従って高品質の別品
が得られる。

尚上述の実施例は単に一代表例を示すものであって本発
明を限定する性質のものではなく、前述の趣旨に沿って
伝熱管内面溝の形状、寸法をはじめ転圧手段、溝付プラ
グ、フローティングプラグ、ダイス装置等について適当
に設計を変更することは全て本発明の技術的範囲に含ま
れる。

本発明は以上の様に構成したので、高性能且つ高品質の
内面溝付伝熱管が低コストで得られる様になり、ルーム
エアコンをはじめとする各種熱交換器のうち高級機種の
ものがよシコンパクトに且つ安価に得られることとなっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は従来の全面均一溝型の伝熱管を示す要部
断面模式図、第１図（ロ）は従来の製造方法を示す要部
断面概略説明図、第２図ピ）は本発明伝熱管を例示する
要部断面模式図、第２図（ロ）は同図＠）に□おける溝
群■の拡大図、第２図（ハ）は同図（イ）における溝群
ＩＩＩの拡大図、第３図（イ）は本発明製造方法の概略
説明図、第３図（ロ）は同図ピ）におけるフローティン
グプラグの抜出説明図、第３図（ハ）、に）は夫々同図
（ロ）のＡ−Ａ線矢ａ断面拡大図、Ｂ−Ｂ練矢視断面拡
大図である。 ２．３・・・溝　４・・・ダイス装置 ５・・・素管　８・・・溝付はプラグ ９・・・フローティングプラグ １０−１２・・・切欠部 １４・・・フローティングプラグのベアリング部１５・
・・　のアプローチ部 １６・・・　ｌ　のヘッド部 ２５．３５・・・山 ４１・・・ダイス装置のベアリング部 ４２・・・ダイス装置のアプローチ部 ｉｉｏ・・・転圧手段 Ｉｒ、ｔｉｌ・・・溝群 Ｘ・・・従来伝熱管 Ｘ′・・・本発明伝熱管 出願人　株式会社神戸製鋼所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）管軸方向に沿ってらせん状に連なる溝を内面に有
   する伝熱管であって、その溝が、管中心軸に向って開放
   状の第１溝群と、溝頂部が狭くて溝内部が広い構造の第
   ２溝群とからなると共に各溝群は管周方向及び管軸方向
   に交互に現われしかもそれらが溝形状を相互に且つ連続
   的に変化させながら連なっていることを特徴とする内面
   溝付伝熱管。
2. （２）管の外周面を外側から圧迫可能に配設された転圧
   手段と、該転圧手段に対応する管内側位置にあって且つ
   溝付は用凹凸を外周面に有してなる溝伺はプラグと、該
   溝付はプラグの普通行側に該プラグとは回動自在に連接
   されると共に、管肉を内側から圧迫するアプローチ部と
   管内面を規制するベアリング部とを有するフローティン
   グと、該フローティングプラグに対応する管外側位置に
   あって管肉を外側から圧迫するアプローチ部と管外面を
   規制するベアリング部とを有するダイス装置を用いて金
   属管内面を連続的に加工する方法であつ、て、前記フロ
   ーティングプラグとして、該プラグの外面軸方向に沿っ
   て、ヘッド部、アプローチ部及びベアリング部にかけて
   連続する切欠を少なくとも２つ有してなるものを採用し
   、被加工管を前記溝付プラグと前記転圧手段の間をしご
   きつつ通過させた後、このしごかれた管を前記フローテ
   ィングプラグと前記ダイス装置の間を通過させつつ引抜
   くことにより、管軸方向に沼ってらせん状に連なる内面
   溝が、管中心軸に向って開放状の第１溝群と、溝頂部が
   狭くて溝内部が広いイ昔造の第２溝群とからなると共に
   各溝群は管周方向及び管軸方向に交互に表われしかもそ
   れらが溝形状を相互に且つ連続的に変化させながら連な
   ってなる金属管に加工することを特徴とする内面溝付伝
   熱管の製造方法。