CN115053107A - 传热性优异的内螺旋槽管和热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明的内螺旋槽管为，多个槽和翅片沿管主体的内周方向排列，前述多个槽和翅片沿前述管主体的长度方向形成为螺旋状，前述管主体的外径为3mm以上且10mm以下，前述内螺旋槽管的特征在于，前述翅片设为，将在前述管体的横截面描绘的翅片顶角设为0±10°的范围的横截面矩形形状，翅片高度(h)与翅片宽度(f)的比(h/f)为0.90以上3.40以下，在前述管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)与翅片宽度(f)的比(c/f)为0.50以上3.80以下，并且，(h/f)和(c/f)的平均值为0.8以上3.3以下。

Description

传热性优异的内螺旋槽管和热交换器
技术领域
本发明涉及传热性优异的内螺旋槽管和热交换器。
本申请基于2019年11月29日在日本申请的特愿2019-217340号主张优先权，将其内容引用于此。
背景技术
以往，翅片管类型的热交换器的传热管中，铜合金制的传热管被使用，但由于铜资源的枯竭、铜锭价格的高涨、再利用性的方面，开始使用轻量且廉价并且再利用性优异的铝合金制的传热管。
使用铜合金或铝合金的传热管中，为了提高其热特性而在内表面具有螺旋槽的传热管被提出。通过将内表面的槽螺旋化，使管内周的面积增大，并且通过毛细管现象而润湿性提高，由此，卷起冷媒，能够实现有助于传热的圆周长的增大。
作为内螺旋槽管的制造方法，以往，已知如下槽滚轧法：在管体的内侧配置支承于连结棒的带槽插头，在管体的外表面侧将轧制球绕周向旋转自如地配置，借助轧制球将管体的外周壁推压的同时拉拔管体，由此进行槽加工(参照专利文献1)。
但是，若根据槽滚轧法制造直径小的内螺旋槽管，则难以使螺旋槽的形状齐整，所以如下技术被提出：通过同时对于在内表面设置有直线槽的拉拔管实施拉拔加工和扭转加工，形成形状齐整的内螺旋槽(参照专利文献2)。
此外，若利用同时实施拉拔加工和扭转加工的方法，能够制造出通过槽滚轧法无法制造的具备槽开口部宽度比槽底宽度小的槽形状、换言之、具备横截面倒梯形形状的螺旋翅片的内螺旋槽管(参照专利文献3)。
专利文献1：日本特开平6-190476号公报。
专利文献2：日本专利第6391140号公报。
专利文献3：日本特开2018-091610号公报。
如以上说明，铝合金制内螺旋槽管的制造技术被进行各种改善，但由于近年来对环境影响的应对等，需要内螺旋槽管的传热特性进一步提高。
发明内容
本发明的目的为，提供具有更良好的传热性的内螺旋槽管。
本方案的内螺旋槽管为，多个槽和翅片沿管主体的内周方向排列，前述多个槽和翅片沿前述管主体的长度方向形成为螺旋状，前述管主体的外径为3mm以上且10mm以下，在管主体的内周形成有30至60条前述翅片，前述内螺旋槽管由金属制成，前述内螺旋槽管的特征在于，前述翅片设为，将在前述管体的横截面描绘的翅片顶角设为0±10°的范围的横截面矩形形状，翅片高度(h)与翅片宽度(f)的比(h/f)为0.90以上3.40以下，在前述管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)与翅片宽度(f)的比(c/f)为0.50以上3.80以下，并且，(h/f)和(c/f)的平均值为0.8以上3.3以下。
本发明中所说的横截面矩形的翅片不同于例如使通过槽滚轧法制作的翅片细长那样的高瘦翅片形状。
本方案的内螺旋槽管中，优选地，前述多个翅片被在前述管体的内周方向上等间隔地配置。
本方案的内螺旋槽管中，优选地，设为前述翅片在前述管体的横截面描绘的翅片顶角为0±10°的范围的横截面矩形形状，(h/f)和(c/f)的平均值为2.0以上2.8以下。
本方案的内螺旋槽管中，优选地，设为前述翅片在前述管体的横截面描绘的翅片顶角为0±5°的范围的横截面矩形形状，(h/f)和(c/f)的平均值为2.4以上2.6以下。
本方案的内螺旋槽管中，优选地，前述管主体由铝或铝合金构成。
本方案的热交换器的特征在于，具备之前的某个中记载的内螺旋槽管。
发明效果
根据本方案，能够提供如下传热性优异的内螺旋槽管：在外径3mm以上10mm以下、具有30~60条翅片的金属制内螺旋槽管处，将螺旋状的翅片的翅片顶角设为0±10°的范围的横截面矩形形状，将高度和宽度的比h/f设为0.90以上3.40以下，将翅片间距离和翅片宽度的比c/f设为0.50以上3.80以下，所以能够将在内部流动的冷媒的润湿缘(濡れ縁)长度确保为较长，且冷媒容易进入翅片间。
若翅片间的口小则冷媒难以进入螺旋槽，所以有传热性恶化的倾向，润湿缘长度长的话传热性变得良好。
外径3mm以上10mm以下、具有30~60条的螺旋状的翅片的金属制内螺旋槽管处，不能通过以往的轧制法制造如上所述的尺寸的横截面矩形形状的翅片，但通过从挤出原料管同时实施扭转和拉拔的制造方法，能够实现具有上述的尺寸的螺旋状的翅片和螺旋槽的螺旋槽管。
若使螺旋状的翅片高度变高，则翅片朝向内螺旋槽管的中心较高地延伸，所以相邻的翅片彼此的末端间的口变窄。外径3mm以上10mm以下、具有30~60条翅片的金属制内螺旋槽管处为了冷媒进入而需要确保最低限度的口，此时，优选地，根据在内螺旋槽管的内表面存在的翅片的高度、翅片顶宽度、条数的关系选择上述的范围。
附图说明
图1是表示具备第1实施方式的内螺旋槽管的热交换器的一例的主视图。
图2是表示该热交换器的一例的局部立体图。
图3是第1实施方式的内螺旋槽管的横剖视图。
图4是该内螺旋槽管的纵剖视图。
图5是表示在该内螺旋槽管的内表面形成的螺旋状的翅片与螺旋槽的一例的说明图。
图6是表示在以往构造的内螺旋槽管的内表面形成的螺旋状的翅片和螺旋槽的其他例的说明图。
图7是用于内螺旋槽管的制造方法的原料管(直线槽管)的立体图。
图8是表示制造内螺旋槽管的情况下使用的制造装置的一例的侧视图。
图9是表示在内螺旋槽管的制造装置处相对于放出侧绞盘缠绕原料管来放出的状态的俯视图。
图10是表示实施例1的内螺旋槽管的局部放大照片。
图11是表示实施例2的内螺旋槽管的局部放大照片。
图12是表示实施例11的内螺旋槽管的局部放大照片。
图13是表示实施例12的内螺旋槽管的局部放大照片。
图14是表示比较例1的内螺旋槽管的局部放大照片。
图15是表示比较例4的内螺旋槽管的局部放大照片。
图16是表示关于实施例1、11、12和比较例1的内螺旋槽管测定冷凝传热系数的结果的一例的图表。
图17是表示关于实施例1、11、12和比较例1的内螺旋槽管测定蒸发传热系数的结果的一例的图表。
图18是表示关于实施例1、11、12和比较例1的内螺旋槽管测定冷凝压损的结果的一例的图表。
图19是表示关于实施例1、11、12和比较例1的内螺旋槽管测定蒸发压损的结果的一例的图表。
具体实施方式
以下，参照附图的同时对本发明的实施方式进行说明。
另外，以下的说明中使用的附图有为了方便而将作为特征的部分放大来强调显示的情况。此外，根据同样的目的，有将不作为特征的部分省略来图示的情况。
图1及图2是表示具备本发明的第1实施方式的内螺旋槽管的热交换器的一例的概略图。
该例的热交换器1为如下构造：将作为供冷媒通过的管的内螺旋槽管2弯折地设置，在该内螺旋槽管2的周围将铝制的板状的放热板3平行地配设多个。内螺旋槽管2设置成将多个插通孔通过地弯折，前述多个插通孔将平行地配设各个放热板3贯通。
热交换器1处，内螺旋槽管2将直线状地贯通放热板3的多个U字形的主管2A、相邻的主管2A的相邻的端部开口彼此借助U字形的弯头管2B连接而成。U字形的主管2A和弯头管2B通过将在后说明的内螺旋槽管2弯曲成U字形来形成。此外，在将放热板3在弯折状态下贯通的内螺旋槽管2的一方的端部侧形成冷媒的入口部4，在内螺旋槽管2的另一方的端部侧形成冷媒的出口部5，由此构成热交换器1。
该结构的热交换器1将与主管2A相比直径稍小的内螺旋槽管穿过放热板3的插通孔，将内螺旋槽管扩管来构成主管2A，将主管2A和放热板3机械地结合来装配。另外，热交换器1处主管2A和放热板3的接合不限于机械上的接合法，也可以是焊接法等其他接合法的接合。此外，扩管也可以使用水压扩管、插头扩管、空气扩管等公知的某个扩管方法。
[内螺旋槽管]
以下，关于应用于上述的热交换器1的内螺旋槽管2具体地进行说明。
图3是将第1实施方式的内螺旋槽管2的一部分放大的横剖视图，图4是内螺旋槽管2的纵剖视图。
本实施方式的内螺旋槽管2是后述的挤出原料管的扭转加工件。内螺旋槽管2能够使用由铝或铝合金构成的管。对于内螺旋槽管2使用铝合金的情况不特别地限定使用的铝合金，能够应用根据JIS规定的1050、1100、1200等的纯铝系、或者以在它们中添加有Mn的3003为代表的3000系的铝合金等。此外，除了它们以外也可以使用JIS规定的5000系~7000系的铝合金的某个来构成内螺旋槽管2。
此外，内螺旋槽管2也可以由JIS规定的铝合金以外的铝合金形成。该实施方式中以由铝或铝合金构成的内螺旋槽管2为例来说明，但本发明中作为目的的传热管只要是能够借助拉拔模进行拉拔的材料就能够应用，所以显然也可以使用由铜系合金或者铁系合金等其他合金构成的管应用于本方式。
图3所示的内螺旋槽管2的横截面的外形形状由圆形的管主体6构成。管主体6的外径(描绘管主体6的外周面6a的圆的直径)例如为3mm以上10mm以下。在管主体6的内周面6b，沿管主体6的长度方向螺旋状地形成的翅片7被在管主体6的内周方向上隔开既定的间隔地设置有30~60个(30~60条)。此外，在管主体6的内周方向上相邻的螺旋状的翅片7、7之间形成有既定宽度、例如一定宽度的螺旋槽8。
如图4所示，在内螺旋槽管2处，螺旋状的翅片7和螺旋槽8在管主体6的长度方向上具有一定的扭转角θ1地延伸。
各个翅片7或者螺旋槽8的扭转角θ1在如图4所示地描绘内螺旋槽管2的纵截面的情况下，表示在管的内侧中心部显示的螺旋槽或者螺旋翅片的被直线状地描绘的部分的延长线和管主体2的中心轴线(或者中心轴线的平行线)所成的角度。
在管主体6的内周面6b将螺旋状的翅片7以既定间隔形成多个，由此，能够提高内螺旋槽管2和在其内部流动的冷媒的热交换效率。具备螺旋状的翅片7的内螺旋槽管2，能够通过对形成有通过挤出加工而在长度方向上直线状地延伸的直线状的翅片和直线状的槽的图7所示的原料管9拉拔的同时施加扭转加工来形成。图7中表示原料管9处形成的翅片9A和槽9B的一例。
如图3中将管主体6的一部分在横截面上观察所示，翅片7形成由末端部7a、底部7b、一对侧壁部7c构成的横截面矩形形状，前述末端部7a位于管主体6的内部侧，前述底部7b位于外周侧，前述一对侧壁部7c位于末端部7a和底部7b之间。
翅片7的底部7b位于管主体6的内周部，与内周面6b连续，换言之，与螺旋槽8的底面连续。侧壁部7c在图3中表示的管主体6的横截面中沿管主体6的径向直线地延伸。在管主体6的横截面上，能够将从螺旋槽8的底面至管主体6的外周面的壁厚表述成底壁厚(d)。
图3、图4中表示的构造的内螺旋槽管2处，在管主体6的内周面的周向上设置的多个翅片7为，其末端部7a的宽度和底部7b的宽度相等或大致相等。因此，在管主体6的周向上相邻的翅片7、7间形成的螺旋槽8的槽宽度在槽底部侧和槽开口部侧相等或大致相等。
如图5所示，将在管主体6的内周方向上相邻的两个翅片7左右相邻地表示的情况下，能够将从螺旋槽8的槽底至翅片7的末端部7a的距离定义成翅片高度(h)，将翅片7的末端部7a的宽度定义成翅片顶宽度(a)，将翅片7的底部7b的宽度定义成翅片底部宽度(b)，将相邻的两个翅片7的间隔定义成翅片间隔(c)。另外，图5中所示的翅片7处，左右的侧壁部7c平行或大致平行，所以翅片宽度(f)与翅片底部宽度(b)相等或大致相等。关于左右的侧壁部7c、7c大致平行的定义在后说明。
此外，图5所示的状态下，模型显示来描绘左右相邻的状态的翅片7、7，但如图3所示，管主体6的内周面6b为既定的曲率的圆弧状。因此，在相邻的翅片7、7间形成的螺旋槽8的槽宽度在槽底侧稍宽而朝向槽开口部侧逐渐变窄。
在本实施方式的内螺旋槽管2处，管主体6的外径为3mm以上10mm以下，翅片7在管主体6的内周方向上例如形成30~60个(30~60条)左右。
翅片7的高度(即，管主体6的半径方向的尺寸)为0.13mm以上0.55mm以下左右。此外，内螺旋槽管2的底壁厚(与螺旋槽8的底部对应的管主体6的壁厚)为0.3mm以上0.6mm以下左右。翅片7的厚度即翅片顶宽度为0.07mm以上0.20mm以下左右。
另一方面，与图5所示的翅片7不同，如图6所示，为等腰梯形形状的一般的以往构造的翅片14的情况下，在末端部14a形成圆角，侧壁部14c、14c以末端部侧变得尖细的方式倾斜。因此，在翅片14处，将构成末端部14a的末端的圆角的中心视为翅片14的末端，能够将从该中心至螺旋槽8的底部的距离定义为翅片高度(h)。翅片顶宽度(a)能够定义为构成末端部14a的末端的圆角的内径。
在翅片14处，侧壁部14c、14c的最底部彼此接近，但能够将侧壁部14c、14c的最底部间的距离定义为翅片间隔(c)。另外，严格来说，如图6所示，在侧壁部14c、14c的最底部，在与螺旋槽16的底面连接的部分形成有0.05mm左右的圆角，所以将侧壁部14c的延长面和螺旋槽16的底面相交的位置假定为侧壁部14c的最底部，将左右的侧壁部14c、14c的最低部间的距离定义为翅片间隔(c)。
在图6所示的翅片14处，翅片宽度在上部侧和下部侧不同，所以在翅片14处，翅片宽度(f)取上下的宽度的平均而定义为f＝(a＋b)/2。
另外，能够将在图6所示的翅片14处侧壁部14c、14c所成的角定义为翅片顶角(θ)。
但是，在图5所示的翅片7处，侧壁部7c、7c平行或大致平行，所以虽无法图示翅片顶角(θ)，但在翅片7处侧壁部7c、7c平行的情况的翅片顶角定义为0°。另外，在本实施方式的翅片7处，作为侧壁部7c、7c所成的角而被定义的翅片顶角优选为0±10°的范围，更优选为0±5°的范围。
翅片顶角(θ)为0±10゜意味着包括如下等腰梯形形状：以侧壁部7c、7c彼此完全平行的情况的翅片顶角(0°)为基准，以侧壁部7c、7c彼此上方稍微变窄的方式使各侧壁部7c倾斜至0~＋5゜。此外，意味着包括如下倒等腰梯形形状：以翅片顶角(0°)为基准，以侧壁部7c、7c彼此上方稍微变宽的方式以低于0°而至-5゜的角度使各侧壁部5c倾斜。即，图3、图5所示的翅片7的横截面上观察时矩形意味着包括翅片顶角(θ)以0°以上至＋5.0°以下倾斜的情况和以0°以下至-5.0°以上倾斜的情况。
如以上说明所示，翅片顶角比0°小而至-5゜的范围意味着翅片7在横截面上观察为倒等腰梯形形状，翅片顶角比0°大而至＋5°的范围意味着翅片7在横截面上观察为等腰梯形形状，它们严格来说不是矩形形状，但本说明书中只要是翅片顶角为0±10゜的范围的翅片7则也被包含于横截面矩形形状的翅片。
同样地，翅片顶角为0±5゜的范围意味着，包括侧壁部7c、7c彼此上方稍微变窄的等腰梯形形状的情况和上方稍微变宽的倒等腰梯形形状的情况，包括使各侧壁部7c以0°以上、＋2.5°以下倾斜的情况和以0°以下、-2.5゜以上倾斜的情况。
如以上说明，在本实施方式中，为了方便，将从侧壁部7c、7c彼此完全平行的翅片顶角0°的状态至侧壁部7c以正的角度倾斜而为上方变窄的等腰梯形形状的情况用正的翅片顶角表示，将侧壁部7c以负的角度倾斜而为上方变宽的倒等腰梯形形状的情况以负的翅片顶角表示。
在本实施方式的内螺旋槽管2处，优选为，外径为3mm以上10mm以下，翅片7在内周方向上形成30~60条左右，翅片高度为0.13mm以上0.55mm以下，底壁厚为0.3mm以上0.6mm以下，翅片顶宽度为0.07mm以上0.2mm以下。
在前述的尺寸的内螺旋槽管2处，若翅片顶宽度过大，则螺旋槽8的径向的开口的口变得过窄，冷媒难以进入螺旋槽8内，有传热性恶化的可能。并且，有冷媒的压力损失变大的问题。通过将翅片顶角设为0±10°，设置前述的尺寸的翅片7，能够使螺旋槽8的开口的口足够大，使冷媒切实地向螺旋槽8流入而提高朝向冷媒的传热性，并且能够使冷媒的流动顺畅。
此外，通过设定前述的范围的翅片高度和翅片顶宽度，能够使翅片7变细变长，充分确保冷媒与翅片的润湿缘长度，充分确保传热面积，由此能够确保良好的传热系数。
在内螺旋槽管2处，将翅片高度(h)和翅片宽度(f)的比(h/f)设为0.90以上3.40以下。
通过将(h/f)设为0.90以上，能够尽可能确保翅片7的润湿缘长度，但下限值不足的话润湿缘长度不足。若(h/f)超过3.40，发生口变窄导致的冷媒的流入不良，由此热交性能下降。
在内螺旋槽管2处，将在管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)和翅片宽度(f)的比(c/f)设为0.50以上3.80以下。
通过将(c/f)设为0.50以上，能够确保冷媒相对于螺旋槽容易进入，但下限值不足的话冷媒难以进入螺旋槽。若(c/f)超过3.80则润湿缘长度不足，此外这伴随翅片条数的下降的情况下导致减少卷起冷媒的卷起效果，热交性能下降。
此外，热交性能根据翅片高度、翅片宽度、翅片间隔的平衡而好坏变动，所以(h/f)和(c/f)的平均值为0.8以上3.3以下较好。优选地，2.0以上2.8以下较好，更优选地，2.4以上2.6以下较好。
以往，铜合金系、铝合金系的螺旋槽管均一般通过称作槽滚轧法的制造方法形成螺旋状的槽。槽滚轧法为如下制造方法：借助轧制球将管从管外周推向管内表面的带槽的插头，在带槽的插头的谷部通过塑性流动形成槽。因此，全部槽被理想地制造，以图6所示的翅片14和螺旋槽16所示的形状相同的方式，翅片14的顶点侧(管中心侧)的口比底部侧大。此外，难以通过槽滚轧法实现图6所示的理想的翅片14的形状自身，一般来说，翅片14的形状被以明显歪斜的形状制作。
另一方面，在本实施方式的螺旋槽管2中形成有上述的尺寸的翅片7，所以由于螺旋状的翅片7的存在而促进乱流效果、在翅片7的周围生成的冷媒的膜厚的抑制效果、由于翅片7、7间的口的大小而冷媒能够相对于螺旋槽8容易地出入的效果、由于矩形形状的翅片7的存在而润湿缘长度变长的效果等，能够得到高的蒸发传热系数及高的冷凝传热系数。
＜制造方法＞
从图7中表示的原料管9制作图3、图5中表示的在横截面上观察为矩形形状的翅片7时，作为一例，能够使用进行扭转拉拔加工的图8、图9中表示的制造装置A。
＜挤出成形工序＞
通过将由铝或铝合金构成的坯料挤出成形，制造图7中表示的原料管9。在该原料管9的内表面，直线状的翅片9A和直线槽9B在内周方向上以等间隔形成多个。
挤出加工时在原料管9处形成的翅片9A的角部和直线槽9B的角部能够实现曲率半径0.005~0.025mm左右的精度，所以能够制造具备多个与图3或图5中表示的横截面形状同等的横截面矩形形状的翅片的内螺旋槽管。
＜扭转拉拔工序＞
接着，对扭转拉拔工序进行说明。
扭转拉拔工序为如下工序：通过在进行拉拔的同时对于前述原料管9施加扭转，形成具有螺旋状的翅片7和螺旋槽8的内螺旋槽管2。
＜进行扭转拉拔加工的制造装置＞
图8是表示对于原料管9施加两次扭转拉拔加工来制造内螺旋槽管2的制造装置A的侧视图。首先，对制造装置A的概要进行说明。
制造装置A具备公转机构30、悬浮框34、放出卷筒(第1卷筒)11、第1引导绞盘18、第1拉拔模17、第1公转绞盘21、公转飞轮23、第2公转绞盘22、第2拉拔模19、第2引导绞盘61、卷绕卷筒(第2卷筒)71。以下，关于各部分的详细情况进行说明。
(公转机构)
公转机构30具有包括前方轴35A及后方轴35B的旋转轴35、驱动部39、前方台37A、后方台37B。
公转机构30使旋转轴35以及固定于旋转轴35的第1公转绞盘21、第2公转绞盘22及公转飞轮23旋转。
此外，公转机构30维持位于与旋转轴35相同的轴上而支承于旋转轴35的悬浮框34的静止状态。由此，维持支承于悬浮框34的放出卷筒11、第1引导绞盘18及第1拉拔模17的静止状态。
前方轴35A及后方轴35B内部均具有中空的圆筒形状。前方轴35A和后方轴35B均配置在以公转旋转中心轴C(第1拉拔模的轧制线(パスライン))为中心轴的同轴上。前方轴35A经由轴承式的轴承36旋转自如地支承于前方台37A，从前方台37A向后方(后方台37B侧)延伸。同样地，后方轴35B经由轴承旋转自如地支承于后方台37B，从后方台37B向前方(前方台37A侧)延伸。悬浮框34被架设于前方轴35A和后方轴35B之间。
驱动部39具有驱动马达39c、直动轴39f、带39a、39d、滑轮39b、39e。驱动部39使前方轴35A及后方轴35B旋转。
驱动马达39c使直动轴39f旋转。直动轴39f在前方台37A及后方台37B的下部在前后方向上延伸。
前方轴35A的前方的端部35Ab在将前方台37A贯通的末端安装有滑轮39b。滑轮39b经由带39a与直动轴39f联动。同样地，后方轴35B的后方的端部35Bb在将后方台37B贯通的末端安装有滑轮39e，经由带39d与直动轴39f联动。由此，前方轴35A及后方轴35B以公转旋转中心轴C为中心同步地旋转。
在旋转轴35(前方轴35A及后方轴35B)处，第1公转绞盘21、第2公转绞盘22及公转飞轮23被固定。旋转轴35旋转，由此，固定于旋转轴35的这些部件以公转旋转中心轴C为中心公转旋转。
(悬浮框)
悬浮框34被经由轴承34a支承于旋转轴35的前方轴35A及后方轴35B的彼此相向的端部35Aa、35Ba。此外，悬浮框34支承放出卷筒11、第1引导绞盘18及第1拉拔模17。
图9是从图8的箭头X方向观察的悬浮框34的俯视图。如图8、图9所示，悬浮框34具有向上下开口的箱形状。悬浮框34具有前后相向的前方壁34b及后方壁34c、左右相向且沿前后方向延伸的一对支承壁34d。
在前方壁34b及后方壁34c处设置有贯通孔，前方轴35A及后方轴35B的端部35Aa、35Ba被分别插通。轴承34a位于端部35Aa、35Ba和前方壁34b及后方壁34c的贯通孔之间。由此，旋转轴35(前方轴35A及后方轴35B)的旋转难以传递至悬浮框34。即使旋转轴35处于旋转状态，悬浮框34也能够保持相对于地面G的静止状态。另外，也可以是，设置使悬浮框34的重心相对于公转旋转中心轴C偏向一方的配重来使悬浮框34的静止状态稳定。
如图9所示，一对支承壁34d将放出卷筒11、第1引导绞盘18及第1拉拔模17在左右方向(图9纸面中的上下方向)两侧配置。一对支承壁34d将保持放出卷筒11的卷筒支承轴12及第1引导绞盘18的旋转轴J18能够旋转地支承。此外，支承壁34d经由省略图示的模支承体支承第1拉拔模17。
(放出卷筒)
原料管9缠绕于放出卷筒11。放出卷筒11将原料管9放出而向后段供给。放出卷筒11被能够装卸地安装于卷筒支承轴12。
如图8所示，卷筒支承轴12沿与旋转轴35正交的方向延伸。此外，卷筒支承轴12被能够自转旋转地支承于悬浮框34。另外，这里自转旋转意味着以卷筒支承轴12自身的中心轴为中心旋转。卷筒支承轴12将放出卷筒11保持，在放出卷筒11的供给方向上自转旋转，由此辅助原料管9从放出卷筒11的放出。
在卷筒支承轴12处设置有制动部15。制动部15对卷筒支承轴12相对于悬浮框34的自转旋转施加制动力。即，制动部15限制放出卷筒11的放出方向的旋转。借助制动部15的制动力，对于被向放出方向搬运的原料管9施加后方张力。
(第1引导绞盘)
第1引导绞盘18具有圆盘形状。放出的原料管9被从放出卷筒11在第1引导绞盘18处卷挂一周。第1引导绞盘18的外周的切线方向与公转旋转中心轴C一致。第1引导绞盘18将原料管9沿第1方向D1在公转旋转中心轴C上导引。
第1引导绞盘18被自转旋转自如地支承于悬浮框34。此外，在第1引导绞盘18的外周，自转旋转自如的引导辊18b被并列地配置。本实施方式的第1引导绞盘18为多个引导辊18b个别地旋转，但若多个引导辊18b旋转，则能够将原料管9顺畅地搬运。另外，图8中省略引导辊18b的图示。
如图8所示，在第1引导绞盘18和放出卷筒11之间设置有管路导引部18a。管路导引部18a例如是配置成包围原料管9的多个引导辊。管路导引部18a将被从放出卷筒11供给的原料管9向第1引导绞盘18导引。
(第1拉拔模)
第1拉拔模17将原料管9缩径。第1拉拔模17固定于悬浮框34。第1拉拔模17将第1方向D1设为拉拔方向。第1拉拔模17的中心与旋转轴35的公转旋转中心轴C一致。此外，第1方向D1与公转旋转中心轴C平行。
借助固定于悬浮框34的润滑油供给装置34A向第1拉拔模17供给润滑油。
通过第1拉拔模17的中间扭转管9D被经由设置于悬浮框34的前方壁34b的贯通孔导入前方轴35A的内部。
(第1公转绞盘)
第1公转绞盘21具有圆盘形状。第1公转绞盘21配置于将中空的前方轴35A的内外在径向上贯通的横孔35Ac。第1公转绞盘21以圆盘的中心作为旋转轴J21，被支承于在旋转轴35(前方轴35A)的外周部固定的支承体21a。
第1公转绞盘21的外周的一个切线与公转旋转中心轴C一致。
在第1公转绞盘21处，在公转旋转中心轴C上的第1方向D1上被搬运的管材5被卷挂一周以上。第1公转绞盘21将管材卷挂而从前方轴35A的内部向外部抽出来向公转飞轮23导引。
第1公转绞盘21与前方轴35A一同绕公转旋转中心轴C公转旋转。公转旋转中心轴C沿与第1公转绞盘21的自转旋转的旋转轴J21正交的方向延伸。管材在第1公转绞盘21和第1拉拔模17之间被施加扭转。通过该第一次的拉拔扭转加工，原料管9被加工成中间扭转管9D。
驱动马达20与第1公转绞盘21一同设置于前方轴35A。驱动马达20将第1公转绞盘21在管材的卷挂方向(搬运方向)上驱动旋转。由此，第1公转绞盘21对管材施加用于使第1拉拔模17通过的前方张力。
(公转飞轮)
公转飞轮23在第1拉拔模17和第2拉拔模19之间使中间扭转管9D的管路翻转。公转飞轮23使中间扭转管9D翻转，使搬运方向朝向作为第2拉拔模19的拉拔方向的第2方向D2。更具体地，公转飞轮23将中间扭转管9D从第1公转绞盘21向第2公转绞盘22导引。
公转飞轮23具有多个引导辊23a和支承引导辊23a的引导辊支承体(省略图示)。这里，为了避免繁杂而省略引导辊支承体的图示，但引导辊支承体被支承于旋转轴35。但是，关于飞轮的构造，引导辊并非必须的，也可以是在仅用于管通过的板状的构造中安装有用于使其穿过的环的形状。
引导辊23a形成为相对于公转旋转中心轴C向外侧弯曲的弓形状而并列。引导辊23a自身滚动而将中间扭转管9D顺畅地搬运。公转飞轮23以公转旋转中心轴C为中心，绕悬浮框34以及被支承于悬浮框34内的第1拉拔模17及放出卷筒11旋转。
公转飞轮23的一端相对于公转旋转中心轴C位于第1公转绞盘21的外侧。此外，公转飞轮23的另一端通过将中空的后方轴35B的内外在径向上贯通的横孔35Bc而向后方轴35B的内部侧延伸。公转飞轮23将被卷挂于第1公转绞盘21而被向外侧放出的中间扭转管9D向后方轴35B侧导引。此外，公转飞轮23将中间扭转管9D在后方轴35B的内部以沿着第2方向D2与公转旋转中心轴C一致的方式放出。
(第2公转绞盘)
第2公转绞盘22与第1公转绞盘21同样地具有圆盘形状。第2公转绞盘22被以自转旋转自如的状态支承于在后方轴35B的端部35Bb的末端设置的支承体22a。此外，在第2公转绞盘22的外周，自转旋转自如的引导辊22c被并列地配置。本实施方式的第2公转绞盘22为多个引导辊22c个别地旋转，但能够通过该旋转顺畅地搬运管材。
第2公转绞盘22的外周的一个切线与旋转中心轴C一致。
在第2公转绞盘22处，被沿旋转中心轴C上的第2方向D2搬运的管材5被卷挂一周以上。第2公转绞盘22将被卷挂的管材在旋转中心轴C上的第2方向D2上放出。
第2公转绞盘22与后方轴35B一同绕旋转中心轴C旋转。旋转中心轴C在与第2公转绞盘22的旋转轴J22正交的方向上延伸。从第2公转绞盘22放出的中间扭转管9D在第2拉拔模19处缩径。第2拉拔模19相对于地面G静止，所以在第2公转绞盘22和第2拉拔模19之间，能够对中间扭转管9D施加扭转。通过该第二次的拉拔扭转加工，中间扭转管9D被加工成内螺旋槽管2。
支承第2公转绞盘22的支承体22a在相对于旋转中心轴C与第2公转绞盘22对称的位置支承配重22b。配重22b使后方轴35B的旋转的平衡稳定。
(第2拉拔模)
第2拉拔模19配置于第2公转绞盘22的后段。第2拉拔模19将相反的第2方向D2设为拉拔方向。第2方向D2是与旋转中心轴C平行的方向。第2方向D2与第1拉拔模17的拉拔方向即第1方向D1相反。中间扭转管9D沿第2方向D2通过第2拉拔模19。第2拉拔模19相对于地面G静止。第2拉拔模19的中心与旋转轴35的旋转中心轴C一致。
第2拉拔模19例如被经由省略图示的模支承体支承于架台62。此外，借助安装于架台62的润滑油供给装置62A向第2拉拔模19供给润滑油。由此，能够减轻第2拉拔模19的拉拔力。
(第2引导绞盘)
第2引导绞盘61具有圆盘形状。第2引导绞盘61的外周的切线方向与公转旋转中心轴C一致。在第2引导绞盘61处，被在公转旋转中心轴C上的第2方向D2上搬运的内螺旋槽管2被卷挂一周以上。
第2引导绞盘61被以旋转轴J61为中心能够旋转地支承于架台62。此外，第2引导绞盘61的旋转轴J61经由驱动带等与驱动马达63连接。第2引导绞盘61借助驱动马达63在内螺旋槽管2的卷挂方向(搬运方向)上驱动旋转。另外，驱动马达63优选地使用能够控制转矩的转矩马达。
通过第2引导绞盘61驱动，对内螺旋槽管2施加前方张力。由此，内螺旋槽管2被施加第2拉拔模19的加工所必要的拉拔应力而被向前方搬运。
(卷绕卷筒)
卷绕卷筒71设置于内螺旋槽管2的管路的终端，将内螺旋槽管2回收。滑轮72设置于卷绕卷筒71的前段。
卷绕卷筒71被能够装卸地安装于卷筒支承轴73。卷筒支承轴73被支承于架台75，经由驱动带等与驱动马达74连接。
＜扭转拉拔工序＞
对利用上述的制造装置A制造内螺旋槽管2的方法进行说明。
从放出卷筒11放出原料管9，安装于预先原料管9的管路。使原料管9以第1引导绞盘18、第1拉拔模17、第1公转绞盘21、公转飞轮23、第2公转绞盘22、第2拉拔模19、第2引导绞盘61、卷绕卷筒71的顺序通过来安装。
第1引导绞盘18将原料管9向位于旋转中心轴C上的第1拉拔模17的模孔导引。
接着，使原料管9通过第1拉拔模17。进而，在第1拉拔模17的后段将管材卷挂于第1公转绞盘21来使其绕前述旋转轴旋转。由此，将原料管9缩径且施加扭转 (第1扭转拉拔工序)。
第1扭转拉拔工序中，能够对原料管9施加适度的张力，能够在不使管材5发生压弯・断裂的情况下施加稳定的扭转角。
原料管9被借助第1拉拔模17拉拔，并且被第1公转绞盘21施加扭转。由此，对原料管9的内部的直线状的翅片9A和直线槽9B施加扭转。
通过第1扭转拉拔工序，原料管9变为中间扭转管9D。中间扭转管9D是内螺旋槽管2的制造工序中的中间阶段的管材，为形成比内螺旋槽管2的翅片7、螺旋槽8浅的扭转角的翅片、螺旋槽的状态。
接着，将中间扭转管9D卷挂于公转飞轮23，使搬运方向朝向旋转中心轴C上的第2方向D2。进而，将中间扭转管9D卷挂于第2公转绞盘22，将中间扭转管9D导入第2拉拔模19。
接着，使与第2公转绞盘22一同旋转的中间扭转管9D通过第2拉拔模19。由此，将中间扭转管9D缩径且施加扭转，使导前角更大 (第2扭转拉拔工序)。通过该第2扭转拉拔工序，中间扭转管9D为内螺旋槽管2。因此能够得到具有目标的导前角的内螺旋槽管2。
＜空拉工序＞
接着，使内螺旋槽管2通过精加工拉拔模70 (精加工拉拔工序)。在精加工拉拔模70处通过，由此，能够将内螺旋槽管2的表面整形。
若根据以上说明的制造装置A的扭转拉拔工序，则在扭转同时进行拉拔，所以为了对原料管9施加扭转和缩径的复合应力，能够使扭转加工所必要的剪切应力减少，在到达原料管9的压弯应力前能够对原料管9施加大的扭转。
内螺旋槽管2能够通过使壁厚变薄来轻量化且减少材料费而变得廉价。即，根据本实施方式，能够制造出轻量、廉价且热交换效率高的内螺旋槽管2。
根据图8、图9所示的制造装置A，使第1扭转拉拔工序和第2扭转拉拔工序中的扭转方向一致，对原料管9施加扭转，容易大量生产。
若相对于由铝或者铝合金构成的3~10mm左右等的细径的原料管9仅使扭转作用则容易压弯或断裂。借助该制造装置A与扭转的作用同时地作用拉拔来在抑制扭转的压弯・断裂的同时拉拔，所以即使是上述的尺寸的原料管9，也能够在不使其压弯・断裂的情况下施加扭转。
另外，本说明书中，作为从原料管9制造内螺旋槽管2的情况下使用的制造装置，使用图8、图9中所示的制造装置A，但制造装置不限于该例，此外，也可以应用日本特开2016-22505号公报等中记载的进行扭转拉拔加工的制造装置。
从坯料挤出由JIS A 3003系铝合金构成的原料管，制造出沿内周在全长上交替地等间隔地具有直线状的多个翅片和多个直线槽的多个各种尺寸的挤出原料管。
接着，用图8、图9中表示的制造装置A对这些原料管实施扭转拉拔加工，制造出实施例1~13和比较例1~11的内螺旋槽管。此外，关于以下的表1中表示的实施例1、2、11、12和比较例1、4的内螺旋槽管，在它们的周向8个部位，表示测定底壁厚(mm)、翅片高度(mm)、翅片顶宽度(mm)的结果和计算它们的平均值的结果。
表1
Figure 514462DEST_PATH_IMAGE001
。
此外，在以下的表2、表3中，关于实施例1、2、11、12和比较例1、4的内螺旋槽管，表示根据表1的平均值所得到的底壁厚、翅片高度(h：mm)、翅片顶宽度(a：mm)、翅片间距离(c：mm)、翅片宽度(f：mm)、h/f的值、c/f的值、各内螺旋槽管的外径、条数、翅片顶角(°)、流路面积(mm2)、润湿缘长度(mm)、单管的热交性能、以及h/f和c/f的平均值。此外，表2中，关于其他实施例和比较例，与表1同样地求出，将与实施例1、2、11、12和比较例1、4同样地求出的结果一并记载。
单管的热交性能的评价以二重管构造实施，使冷媒在内管(传热管)中、水在外管中以相向流的方式流动，根据水的出入口的温度变化，算出内管的管内传热系数。此外，根据内管出入口的冷媒压力差算出压力损失来进行评价。
热交性能在冷媒流量约20kg/h的单管的热交性能评价结果中，在冷凝传热系数为6.5kw/m2×℃以下且蒸发传热系数为8.0kw/m2×℃以下的情况判断成×。
将冷凝传热系数超过6.5kw/m2×℃而为8.0kw/m2×℃以下、且蒸发传热系数超过8.0kw/m2×℃而为12.0kw/m2×℃以下的情况判断成△，将冷凝传热系数超过8.0kw/m2×℃而为9.5kw/m2×℃以下、且蒸发传热系数超过8.0kw/m2×℃而为12.0kw/m2×℃以下的情况判断成〇，将冷凝传热系数超过9.5kw/m2×℃、且蒸发传热系数超过12.0kw/m2×℃的情况判断成◎。
表2
Figure 376411DEST_PATH_IMAGE002
。
表3
Figure 624990DEST_PATH_IMAGE003
。
图10中表示实施例1的内螺旋槽管的横截面的一部分，图11中表示实施例2的内螺旋槽管的横截面的一部分，图12中表示实施例11的内螺旋槽管的横截面的一部分，图13中表示实施例12的内螺旋槽管的横截面的一部分，图14中表示比较例1的内螺旋槽管的横截面的一部分，图15中表示比较例4的内螺旋槽管的横截面的一部分。
若为图10~图13中所示那样的实施例1~13的内螺旋槽管，则翅片顶角为0±10°而为横截面矩形形状，所以能够提供传热效率的良好的翅片。
实施例1~13的内螺旋槽管设为翅片高度(h)和翅片宽度(f)的比(h/f)为0.90以上3.40以下，所以能够使冷媒的润湿缘长度变大，能够提供传热效率的良好的内螺旋槽管。
实施例1~13的内螺旋槽管设为在管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)和翅片宽度(f)的比(c/f)为0.50以上3.80以下，所以能够使翅片间距离变大，确保冷媒相对于螺旋槽容易进入的口，所以能够提供传热效率的良好的内螺旋槽管。
实施例1、2、7、8、9的内螺旋槽管将翅片顶角设为0±5°，此外，翅片高度(h)与翅片宽度(f)的比(h/f)和在管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)与翅片宽度(f)的比(c/f)的平均值设为2.4~2.6，所以能够提供传热效率更优异的内螺旋槽管。
相对于它们，实施例11的内螺旋槽管设为翅片顶角为0±5°，(h/f)的值和(c/f)的值的平均值为希望的范围内，所以润湿缘长度即使与实施例1、2相等，热交性能也稍微下降。
接着，实施例12的内螺旋槽管显示为，翅片顶角为0±5°，(h/f)为1.8，(c/f)的值为1.1，均显示优选的范围的值，但(h/f)的值和(c/f)的值的平均值低于1.8，所以热交性能比实施例1、2下降，与实施例11相比也稍微下降。
接着，比较例1的内螺旋槽管的(h/f)的值和(c/f)的值的平均值为优选的范围内，但翅片顶角大，所以由于大量流入的冷媒而使其无法生成薄的液膜，不会高效率地发生干燥现象(乾き現象)，由此热交性能恶化。
接着，比较例2的内螺旋槽管的(h/f)显示为3.6，从优选的范围向上方侧偏离，由此，比较细且高的翅片在周向上存在，但翅片谷部的间隔变大，由此，由于同样的倾向而热交性能恶化。
比较例3中，翅片条数少，此外，(c/f)的值显示为4.1，从优选的范围向上方侧偏离，但由于同样的倾向而热特性恶化。
接着，比较例4的内螺旋槽管的翅片顶角大，(h/f)显示0.85，从优选的范围向下方侧偏离，高度低的翅片在周向上存在，由此润湿缘长度下降，热交性能恶化。比较例6~9中，(h/f)和(c/f)的某一方或两方从优选的范围向下方侧或者上方侧偏离，由于同样的倾向而热交性能恶化。
接着，比较例5的内螺旋槽管的翅片顶角在负侧较大，(c/f)的值显示为0.47，从优选的范围向下方侧偏离，翅片顶的口变窄，由此冷媒不会高效率地流入，热交性能恶化。比较例10中，翅片条数多，此外，(h/f)的值显示3.6，从优选的范围向上方侧偏离，但由于同样的倾向而热交性能恶化。
接着，比较例11的内螺旋槽管的(c/f)从优选的范围向上方侧偏离，润湿缘长度长，但翅片间变宽，由此难以生成薄的冷媒膜，不会高效率地变干，由此热交性能恶化。
关于内螺旋槽管的热交性能，将根据先前表示的评价方法进行评价时的一部分的结果在以下表示。
在图16的图表中，关于实施例1(◎)、实施例11(〇)、实施例12(△)、比较例1(×)的内螺旋槽管表示测定的冷凝传热系数的结果，在图17的图表中，关于实施例1(◎)、实施例11(〇)、实施例12(△)、比较例1(×)的内螺旋槽管表示测定蒸发传热系数的结果。
如图16和图17的图表所示，实施例1、11、12的内螺旋槽管相对于比较例1的内螺旋槽管，根据冷凝传热及蒸发传热的两者的结果可知传热系数提高。
由此，可知，在外径3mm以上10mm以下而具有30~60条的翅片的金属制内螺旋槽管处，设为螺旋状的翅片的翅片顶角为0±10°的范围的横截面矩形形状，高度和宽度的比、h/f为0.90以上3.40以下，翅片间距离和翅片宽度的比、c/f为0.50以上3.80以下，由此，能够将在内部流动的冷媒的润湿缘长度确保为较长，能够提供冷媒容易进入翅片间的传热性优异的内螺旋槽管。
如图16和图17的图表所示，即使冷媒流量增减，这些关系也不变化。因此，可知实施例1的内螺旋槽管相对于比较例1的内螺旋槽管，传热系数在冷凝传热及蒸发传热的两方提高。
此外，根据内表面槽形状而热交性能的好坏变化，在冷媒流量20kg/h的评价结果中，将冷凝传热系数为6.5kw/m2×℃以下且蒸发传热系数为8.0kw/m2×℃以下的情况判断成×，将冷凝传热系数超过6.5kw/m2×℃而为8.0kw/m2×℃以下、且蒸发传热系数超过8.0kw/m2×℃而为12.0kw/m2×℃以下的情况判断成△，将冷凝传热系数超过8.0kw/m2×℃而为9.5kw/m2×℃以下、且蒸发传热系数超过8.0kw/m2×℃而为12.0kw/m2×℃以下的情况判断成〇，将冷凝传热系数超过9.5kw/m2×℃、且蒸发传热系数超过12.0kw/m2×℃的情况判断成◎。
在图18的图表中关于实施例1(◎)、实施例11(〇)、实施例12(△)、比较例1(×)的内螺旋槽管表示测定冷凝压损的结果，在图19的图表中关于实施例1(◎)、实施例11(〇)、实施例12(△)、比较例1(×)的内螺旋槽管表示测定蒸发压损的结果。
根据图18中表示的图表和图19中表示的图表的对比可知，若将实施例1、11、12的内螺旋槽管和比较例1的内螺旋槽管对比，则冷凝压损和蒸发压损的值大致相同，所以在冷媒流量10~25kg/h的较宽的范围内关于压损观察不到优劣，具有同等性能。
因此，实施例1、11、12的内螺旋槽管能够在较广的冷媒流量范围得到优异的热传导性。
附图标记说明
1…热交换器、2…内螺旋槽管、3…放热板、6…管主体、6a…外周面、6b…内周面、7…翅片、7a…末端部、7b…底部、7c…侧壁部、8…螺旋槽、9…原料管、9A…直线状的翅片、9B…直线槽、A…制造装置、14…翅片、14a…末端部、14b…底部、14c…侧壁部、16…螺旋槽、a…翅片顶宽度、b…翅片底部宽度、c…翅片间隔、h…翅片高度、θ…翅片顶角、11…放出卷筒、17…第1拉拔模、18…第1引导绞盘、19…第2拉拔模、21…第1公转绞盘、22…第2公转绞盘、23…公转飞轮。

Claims (6)

1.一种传热性优异的内螺旋槽管，多个槽和翅片沿前述管主体的内周方向排列，前述多个槽和翅片沿前述管主体的长度方向形成为螺旋状，前述管主体的外径为3mm以上且10mm以下，在管主体的内周形成有30至60条前述翅片，前述内螺旋槽管由金属制成，前述内螺旋槽管的特征在于，
前述翅片设为，将在前述管体的横截面描绘的翅片顶角设为0±10°的范围的横截面矩形形状，
翅片高度(h)与翅片宽度(f)的比(h/f)为0.90以上3.40以下，
在前述管主体的周向上相邻的翅片间的距离(c)与翅片宽度(f)的比(c/f)为0.50以上3.80以下，
并且，(h/f)和(c/f)的平均值为0.8以上3.3以下。
2.如权利要求1所述的传热性优异的内螺旋槽管，其特征在于，
前述多个翅片在前述管体的内周方向上被等间隔地配置。
3.如权利要求1所述的内螺旋槽管，其特征在于，
前述翅片设为在前述管体的横截面描绘的翅片顶角为0±10°的范围的横截面矩形形状，(h/f)和(c/f)的平均值为2.0以上2.8以下。
4.如权利要求1所述的内螺旋槽管，其特征在于，
前述翅片设为在前述管体的横截面描绘的翅片顶角为0±5°的范围的横截面矩形形状，(h/f)和(c/f)的平均值为2.4以上2.6以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的传热性优异的内螺旋槽管，其特征在于，
前述管主体由铝或铝合金构成。
6.一种热交换器，其特征在于，
具备权利要求1至5中任一项所述的内螺旋槽管。
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