JP2003185386A - 両面を構造化した熱交換管およびその製造方法 - Google Patents

両面を構造化した熱交換管およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内側構造の性能を向上させた構造
化熱交換管を製造することであり、この場合管の全重量
に対する内側構造の重量成分は従来のコンスタントな横
断面を持ったねじ線状の内側フィンに比べて低くなけれ
ばならない。また、フィン付き管の内側構造および外側
構造のサイズは互いに独立に設定可能でなければならな
いものする。 【解決手段】 熱交換管（１）は外側フィン
（３）と内側フィン（２０）、および内側フィン（２
０）と交差している二次溝（２２）を有している。使用
する装置には、外側フィン（３）を成形するため、互い
に間隔を持って配置される２つのローリングツール（１
１，１２）が設けられている。内側構造は異形態様が異
なる２つのローリングマンドレル（１５，１６）によっ
て成形される。第１のローリングマンドレル(１５)は第
１の成形領域で内側フィン（２０）を成形する。第２の
ローリングマンドレル(１６)は第２の成形領域で本発明
による二次溝（２２）を前もって得られた内側フィン
（２０）の中に成形することとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に記載の、両面を構造化した金属製の熱交換管、特に
フィン付き管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱伝導は、冷却技術および空調技術の多
くの分野、ならびにプロセス技術およびエネルギー技術
で行なわれる。これらの分野では、熱伝導のために管形
熱交換器が使用されることが多い。多くの適用例では管
内面を液体が流動し、液体は熱流の方向に応じて冷却ま
たは加熱される。熱は管外面上にある媒体へ放出され、
或いはこの媒体から引き出される。従来の技術では、平
滑管の代わりに両面を構造化した管が管形熱交換器に使
用される。これにより管内面および管外面での熱伝達が
集中化される。伝達される熱流束は増大し、熱交換器を
コンパクトに構成することができる。択一的に、熱流束
を維持して駆動温度差を低下させてもよく、これにより
エネルギー効率的な熱伝導が可能である。
【０００３】管形熱交換器用熱交換管は、通常、少なく
とも１つの構造化された領域と、平滑な端部部材と、場
合によっては平滑な中間部材とを有している。平滑な端
部部材または中間部材は構造化された領域を画成してい
る。管を管形熱交換器内に支障なく交換可能に取付けで
きるようにするには、構造化された領域の外径が平滑な
端部部材および中間部材の外径よりも大きいようであっ
てはならない。
【０００４】構造化した熱交換管としてよく使用される
のは、一体的にローリング成形したフィン付き管であ
る。一体的にローリング成形したフィン付き管とはフィ
ンを形成させた管であり、平滑管の壁材からフィンを成
形させたものである。フィン付き管はその外面にリング
状またはねじ線状に周回するフィンを有している。多く
の場合、管内面には軸線平行またはねじ線状に周回する
多数のフィンが設けられ、これらのフィンは管内面での
熱伝導率を改善させる。これら内側フィンはコンスタン
トな横断面で管軸線に対し平行に延びており、或いは、
管軸線に対し一定の角度を成してねじ線の形状で延びて
いる。内側フィンが高ければ高いほど、熱伝導率の改善
性は大きい。この種の管の製造は、たとえば
【０００５】
【特許文献１】ＤＥ２３０３１７２に記載されている。
ここで重要なことは、この文献に記載されているように
内側フィンを創成させるために異形のローリングマンド
レルを使用することによってフィン付き管の内側構造お
よび外側構造のサイズを互いに独立に設定できることで
ある。これにより両構造をその都度の要件に適合させる
ことができ、よって管を最適に構成することができる。
【０００６】最近では、管外面のフィンに更なる構造的
特徴を具備させることにより、一体的にローリング成形
されるフィン付き管の外面の熱伝導を用途に応じて増大
させるための多くの可能性が開発されている。たとえば
管外面で冷却剤が凝縮する場合には、フィン側面に補助
的な凸のエッジを備えさせると熱伝導率は著しく増大す
る（これに関しては
【０００７】
【特許文献２】ＵＳ５．７７５．４１１を参照）。管外
面で冷却剤が蒸発する場合は、フィンの間にある溝を部
分的に閉塞させて中空空間を生じさせ、これらの中空空
間を穴またはスリットにより周囲と連通させると性能が
向上することが明らかとなった。特に、実質的に閉じた
この種の溝を生成させるには、フィンを湾曲または折り
曲げる処置（これに関しては
【０００８】
【特許文献３】ＵＳ３．６９６．８６１および
【０００９】
【特許文献４】ＵＳ５．０５４．５４８を参照）、フィ
ンを裂開させて圧縮する処置（これに関しては
【００１０】
【特許文献５】ＤＥ２．７５８．５２６および
【００１１】
【特許文献６】ＵＳ４．５７７．３８１を参照）、フィ
ンにノッチを形成させて圧縮する処置（これに関しては
【００１２】
【特許文献７】ＵＳ４．６６０．６３０および
【００１３】
【特許文献８】ＥＰ０．７１３．０７２並びに
【００１４】
【特許文献９】ＵＳ４．２１６．８２６を参照）があ
る。
【００１５】上記のように管外面で性能を改善すると、
全熱伝達抵抗のほとんどは管内面側へシフトする。この
効果は特に管内面での流速が小さいとき、すなわちたと
えば部分負荷作動の場合に発生する。つまり、全熱伝達
抵抗を著しく減少させるには、管内面の熱伝導率をさら
に増大させることが必要である。これは基本的には内側
フィンの高さを高くすることによって可能であるが、材
料の変形度合いが増すために技術的に困難であり、さら
に構造化した管の重量が増す。これはコスト上の理由か
ら望ましいものではない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、内側
構造の性能を向上させた構造化熱交換管を製造すること
であり、この場合管の全重量に対する内側構造の重量成
分は従来のコンスタントな横断面を持ったねじ線状の内
側フィンに比べて低くなければならない。また、フィン
付き管の内側構造および外側構造のサイズは互いに独立
に設定可能でなければならない。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この課題は、冒頭で述べ
た種類の熱交換管において、すなわちそれぞれ間隔をも
って配置される内側フィンが該内側フィンに対し平行に
延びている二次溝によって分割されている熱交換管にお
いて、本発明によれば、内側フィンを、（管軸線方向に
測って）リード角βで延びる二次溝が交差しているこ
と、二次溝が内側フィンに対し少なくとも１０゜の傾斜
角γで延びていること、二次溝の深さが内側フィンのフ
ィン高さＨの少なくとも２０%であること、によって解
決される。
【００１８】二次溝を設けることにより、内側フィンは
もはやコンスタントな横断面を持たなくなる。内側フィ
ンの延在に従えば、内側フィンの横断面は形状は二次溝
の個所で変化する。二次溝により、管側を流動する媒体
に付加的な渦が壁近傍領域に生じ、これにより熱伝導率
が上昇する。二次溝を付加することにより管の全重量に
対する内側構造の重量成分が大きくならないことは明ら
かである。
【００１９】二次溝の深さは内側フィンの先端から半径
方向に測ったものである。二次溝の深さは内側フィンの
高さの少なくとも２０%である。二次溝の深さが内側フ
ィンの高さに等しければ、管内面に互いに間隔を持って
位置するピラミッド切頭体状の構造要素が生じる。
【００２０】請求項２ないし１３は本発明による熱交換
管の有利な実施形態に関わる。
【００２１】本発明の対象は、さらに、請求項１４ない
し１９によれば前記本発明による熱交換管の製造方法で
ある。
【００２２】本発明によれば、本発明にしたがって提案
される二次溝を備えた、両面を構造化した熱交換管を、
内側構造に創成するため、外側フィンを整形するための
工具は互いに間隔を持って位置する少なくとも２つのロ
ーリングディスクパッケージで構成される。内側構造は
異形態様の異なる２つのローリングマンドレルによって
成形される。第１のローリングマンドレルは管を第１の
ローリングディスクパッケージ下方の第１の成形領域で
支持し、当初はねじ線状に延びる内側フィンまたは軸線
平行な内側フィンを成形し、これら内側フィンは当初コ
ンスタントな横断面を有している。第２のローリングマ
ンドレルは管をより大きな径を持った第２のローリング
ディスクパッケージ下方の第２の成形領域で支持し、前
もって成形されてたねじ線状に延びるフィンまたは軸線
平行なフィンのなかに本発明による二次溝を形成させ
る。二次溝の深さは実質的に両ローリングマンドレルの
径を選定することによって決定される。
【００２３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を詳細に
説明する。
【００２４】図１と図２に図示した一体にローリングさ
れたフィン付き管１は、管外面においてねじ線状に周回
しているフィン３を有している。本発明によるフィン付
き管の製造は図１に図示した装置を用いてローリング過
程により行なわれる（これに関しては
【００２５】
【特許文献１０】ＵＳ１．８６５．５７５
【００２６】
【特許文献１１】ＵＳ３．３２７．５１２および前記
【００２７】
【特許文献１】ＤＥ２３０３１７２を参照）。
【００２８】使用する装置は、ｎ＝３または４個のツー
ルホールダ１０から成り、これらのツールホールダ１０
には互いに間隔を持って配置された少なくとも２つのロ
ーリングツール１１と１２がそれぞれ組み込まれている
（図１では、図面をわかりやすくするため１個のツール
ホールダ１０だけを図示した）。ツールホールダ１０の
軸線は付属の両ローリングツール１１と１２の軸線でも
あり、管軸線に対して傾斜して延びている。ツールホー
ルダ１０はフィン付き管の周囲にそれぞれ３６０゜／ｎ
だけずらして配置されている。ツールホールダ１０は半
径方向に位置調整可能である。またツールホールダ１０
は定置のローリングヘッド（図示せず）内に配置されて
いる。ローリングヘッドはローリング装置の基台に固定
されている。ローリングツール１１と１２はそれぞれ互
いに並設される複数個のローリングディスク１３または
１４から成り、ローリングディスク１３または１４の径
は矢印方向に増大している。その結果、第２のローリン
グツール１２のローリングディスク１４は第１のローリ
ングツール１１のローリングディスク１３よりも大きな
径を有している。
【００２９】２つの異形のローリングマンドレル１５と
１６も装置の構成要素である。これらローリングマンド
レル１５と１６を用いて管の内部構造を創成する。ロー
リングマンドレル１５と１６は棒９の自由端に取り付け
られ、互いに回転可能に支持されている。棒９はその他
端をローリング装置の基台に固定されている。ローリン
グマンドレル１５と１６はローリングツール１１と１２
の作業領域に位置決めされる。棒９は少なくとも製造さ
れるフィン付き管１と同じ長さでなければならない。ロ
ーリングツール１１と１２の送りをしない場合には、加
工前に平滑管２をほぼローリングマンドレル１５と１６
の全長にわたって棒９上にて移動させる。平滑管２の一
部分、すなわち完成したフィン付き管１において第１の
平滑な端部片を形成する一部分だけはローリングマンド
レル１５と１６の方向に移動させない。
【００３０】管を加工するため、外周に配置される回転
するローリングツール１１と１２を半径方向において平
滑管２のほうへ送り調整し、平滑管２と係合させる。こ
れにより平滑管２は回転せしめられる。ローリングツー
ル１１と１２の軸線は管軸線に対し傾斜して設置されて
いるので、ローリングツール１１と１２は平滑管２の管
壁からねじ線状に周回するフィン３を成形し、同時に、
発生したフィン付き管１をねじ線状に周回しているフィ
ン３のピッチに応じて矢印方向へ前進させる。フィン３
は多条ねじのごとく周回しているのが有利である。隣接
する２つのフィンの中心の、管軸線に沿う方向に測った
間隔を、フィンピッチｐと記すことにする。両ローリン
グツール１１と１２の間隔は、第２のローリングツール
１２のローリングディスク１４が第１のローリングツー
ル１１によって成形されたフィン３ａの間にある溝４に
係合するように整合されていなければならない。理想的
にはこの間隔がフィンピッチｐの整数倍であるのがよ
い。このとき第２のローリングツール１２は外側フィン
３の更なる成形を促進させる。
【００３１】第１のローリングツール１１の成形ゾーン
（第１の成形領域）において管壁を第１の異形のローリ
ングマンドレル１５によって支持させる。そして第２の
ローリングツール１２の成形ゾーン（第２の成形領域）
において管壁を第２の異形のローリングマンドレル１６
によって支持させる。両ローリングマンドレル１５と１
６の軸線は管の軸線と一致している。ローリングマンド
レル１５と１６の異形態様は異なっており、第２のロー
リングマンドレル１６の外径は高々第１のローリングマ
ンドレル１５の外径の大きさである。典型的には、第２
のローリングマンドレル１６の外径は第１のローリング
マンドレル１５の外径よりも０．８ｍｍ以下だけ小さ
い。ローリングマンドレルの異形部は、通常は互いに平
行にローリングマンドレルの外面に設けられる多数の台
形状の溝またはほぼ台形状の溝から成っている。ローリ
ングマンドレルの、隣接する２つの溝の間にある材料部
を、細条部１９と記す。細条部１９はほぼ台形状の横断
面を有している。溝は通常マンドレルの軸線に対し０゜
ないし７０゜のねじれ角で延びている。第１のローリン
グマンドレル１５においてはこのねじれ角をαで示し、
第２のローリングマンドレル１６においてはβで示し
た。ねじれ角が０゜の場合は、溝がマンドレルの軸線に
対し平行に延びている場合に対応している。ねじれ角が
０゜と異なっていれば、溝はねじ線状に延びる。ねじ線
状に延びる溝は左回りでも或いは右回りでもよい。図１
と図２に図示されているのは、第１のローリングマンド
レル１５が右回りの溝１７を有し、第２のローリングマ
ンドレル１６が左回りの溝１８を有している場合であ
る。これは溝１７と１８が反対方向に方向づけられてい
る場合、或いは両ねじれ角αとβの方向づけが異なって
いる場合である。このような場合にはねじれ角αとβが
同じ値であってよい（同様のことは、第１のローリング
マンドレル１５が左回りの溝１７を有し、第２のローリ
ングマンドレル１６が右回りの溝１８を有している場合
にも適用される）。しかし、両ローリングマンドレル１
５と１６が同方向に方向づけられた溝１７と１８を有し
ていてもよい。このような場合にはねじれ角αとβは異
なる値でなければならない。両ローリングマンドレル１
５と１６は互いに相対的に回転可能に支持されている必
要がある。
【００３２】第１のローリングツール１１の半径方向の
力により、管壁の材料は第１のローリングマンドレル１
５の溝１７の中へ圧入される。これにより、ねじ線状に
延びる内側フィン２０がフィン付き管１の内面に成形さ
れる。隣接する２つの内側フィン２０の間には一次溝２
１が延びている。第１のローリングマンドレル１５の溝
１７の形状に対応してこれら内側フィン２０はほぼ台形
状の横断面を有し、この横断面は当初内側フィンに沿っ
てコンスタントである。内側フィン２０は管軸線に対し
角度α（リード角）だけ傾斜しており、この角度αは第
１のローリングマンドレル１５の軸線に対する溝１７の
傾斜角に等しい。すなわち内側フィン２０のリード角は
第１のローリングマンドレル１５のねじれ角αに等し
い。Ｈは内側フィン２０の高さで、通常は０．１５−
０．４０ｍｍである。
【００３３】第２のローリングツール１２の半径方向の
力により、内側フィン２０は第２のローリングマンドレ
ル１６に対して押圧される。第２のローリングマンドレ
ル１６の溝１８は第１のローリングマンドレル１５の溝
１７とは異なる角度でマンドレル軸線に対し延びてお
り、よって第１のローリングマンドレル１５の溝１７と
は異なる角度で管軸線に対して延びているので、内側フ
ィン２０は部分的に第２のローリングマンドレル１６の
１つの溝１８または１つの細条部１９に衝突する。１つ
の内側フィン２０が１つの溝１８に衝突する部分では、
内側フィン２０の材料は溝の中に圧入される。１つの内
側フィン２０が１つの細条部１９に衝突する部分では、
フィン材料が変形して、互いに平行に延びる二次溝２２
が内側フィン２０に刻設される。第２のローリングマン
ドレル１６の細条部１９の形状に応じて二次溝２２は台
形状の横断面を有している。同じ細条部１９によって異
なる内側フィン２０に刻設される二次溝２２は、互いに
整列するように配置されている。二次溝２２が管軸線と
ともに形成しているリード角は、第２のローリングマン
ドレル１６の溝１８が該第２のローリングマンドレル１
６の軸線と成すねじれ角βに等しい。二次溝２２が内側
フィン２０と成す傾斜角γは、溝１７と１８が同方向に
方向づけられているローリングマンドレル１５と１６の
場合、ねじれ角αとβの差から生じるものであり、溝１
７と１８が反対方向に方向づけられているローリングマ
ンドレル１５と１６の場合にはねじれ角αとβの和から
生じるものである。角度γは少なくとも１０゜であり、
典型的には３０゜と１００゜の間の範囲内にあり、有利
には６０゜と８５゜の間の範囲内にある。角度γが９０
゜よりも小さい場合は、角度γが９０゜よりも大きい場
合よりも製造が容易であり、角度γが９０゜よりも大き
い場合よりも通常は圧力降下が小さい。
【００３４】二次溝２２の深さＴは内側フィン２０の先
端から半径方向に測ったものである。両ローリングマン
ドレル１５と１６の外径を適当に選定することにより、
且つ両ローリングツール１１と１２の最も大きなローリ
ングディスクの外径を適当に選定することにより、二次
溝２２の深さＴを変えることができる。第１のローリン
グマンドレル１５と第２のローリングマンドレル１６と
の外径の差が小さければ小さいほど、二次溝２２の深さ
Ｔは深くなる。しかし、両ローリングマンドレルのうち
一方のローリングマンドレル１５または１６の外径を変
えることにより、二次溝２２の深さＴが変化するばかり
でなく、通常は外側フィン３の高さも変化する。しかし
この作用は、ローリングツール１１と１２の構成を変更
させることにより補償できる。このため、特に、第１の
ローリングツール１１の最も大きなローリングディスク
１３を第２のローリングツール１２の最も小さなローリ
ングディスク１４として使用でき、或いは、第２のロー
リングツール１２の最も小さなローリングディスク１４
を第１のローリングツール１１の最も大きなローリング
ディスク１３として使用できる。
【００３５】管内を流れる液体の流動を確実に制御する
には、二次溝２２の深さＴが内側フィン２０の高さＨの
少なくとも２０%である必要がある。有利には、二次溝
２２の深さＴが内側フィン２０の高さＨの少なくとも４
０%であるのがよい。二次溝２２の深さＴが内側フィン
２０の高さＨよりも小さい場合には、完成したフィン付
き管１において内側フィン２０の延在態様がよりはっき
り認められる。これを図３に図示した。内側フィン２０
の延在方向に沿って該内側フィン２０の横断面形状は変
化している。内側フィン２０の高さは二次溝２２の個所
で該二次溝の深さＴだけ減縮している。一次溝２１は内
側フィン２０の間で中断なく延びている。互いに整列し
ている二次溝２２は一次溝２１によって離隔されてい
る。
【００３６】図４は、図３の線Ｘ−Ｘによる図３の内部
構造の断面図である。この図から内側フィン２０と一次
溝２１と二次溝２２との高さの比率がはっきり見て取れ
る。
【００３７】二次溝２２の深さＴが内側フィン２０の高
さＨに等しければ、完成したフィン付き管１においては
内側フィン２０の延在はもはや認められない。この場
合、内側フィン２０は二次溝２２によって互いに間隔を
持って位置する個々の要素２３に分割される。これを図
２に図示した。当初成形された内側フィン２０と二次溝
２２とは台形状の横断面を持っているため、互いに間隔
を持って位置する要素２３はピラミッド切頭体の形状を
有している。
【００３８】両ローリングマンドレル１５と１６を異形
化することにより、内側フィン２０と二次溝２２との交
点の密度が決定される。交点の密度は１ｃｍ２あたり９
０個と２５０個の間であるのが有利である。この場合基
準面として、管から内側構造を完全に除去した場合に生
じる内側の管表面を用いる。
【００３９】二次溝２２によりフィン付き管１の内部構
造は付加なエッジを備えさせられる。液体が管の内面上
を流動すると、これらのエッジにおいて液体の付加的な
渦が発生し、この渦は管壁への熱伝導を改善させる。通
常、管内を流れる液体の圧力降下は熱伝導率と同じ程度
で増大する。しかし、内部構造のサイズを適当に選定す
ることにより、特に二次溝２２の傾斜角γと深さＴとを
適当に選定することにより、圧力降下のこのような増大
を好都合に制御することができる。
【００４０】本発明による製造方法の以上の説明から明
らかなように、この方法において選定可能な多数の工具
パラメータにより外側構造および内側構造のサイズを互
いに独立に広範囲に設定できる。特に、ローリングツー
ルを互いに間隔を持って位置する２つのローリングツー
ル１１と１２に分割することにより、外側フィン３の高
さを変更させることなく二次溝２２の深さＴを変えるこ
とが可能になる。
【００４１】両面を構造化された冷却技術および空調技
術用フィン付き管は、銅または銅合金から製造されるこ
とが多い。これらの金属にあっては、正味の材料費がフ
ィン付き管の全コストのかなりの部分を占めるので、与
えられた管径で管をできるだけ軽量化する努力が必要で
ある。今日商業ベースで入手可能なフィン付き管の場
合、全重量に対する内側構造の重量成分は内側構造の高
さに応じて、よって定格に応じて異なるが、１０%ない
し２０%である。両面を構造化されたフィン付き管の内
側フィン２０に本発明にしたがって二次溝２２を設ける
ことにより、内側構造の重量成分を増大させることなく
この種の管の定格をかなり向上させることができる。密
度が７．５ないし９．５ｇ／ｃｍ３の材料（すなわちた
とえば銅、銅合金或いは鋼）から成るフィン付き管の場
合、このような内側構造の、フィン付き管の外被面に対
する重量成分は、通常５００ｇ／ｍ２と１０００ｇ／ｍ
２の間、有利には６００ｇ／ｍ２と９００ｇ／ｍ２の間
であるのがよい。密度が２．５ないし３．０ｇ／ｃｍ３
の材料（すなわちたとえばアルミニウム）から成るフィ
ン付き管の場合には、このような内側構造の、フィン付
き管の外被面に対する重量成分は、通常１５０ｇ／ｍ２
と３００ｇ／ｍ２の間、有利には１８０ｇ／ｍ２と２７
０ｇ／ｍ２の間であるのがよい。一次溝２１と二次溝２
２の幅を広く選定すると、内側構造の軽量化を実現でき
る。
【００４２】図５は本発明による内側構造の性能上の利
点を証明するグラフである。表示されているのは、管外
面で冷却剤Ｒ−１３４ａが凝縮し、管内面で冷却水が流
動している場合の熱伝導率と熱流束である。凝縮温度は
３６．７℃で、水速は２．４ｍ／ｓである。比較されて
いる２つのフィン付き管は、グラフ内に表記したよう
に、外面は同じ構造であるが、内側構造は異なってい
る。この場合従来の技術を代表している管は０．３５ｍ
ｍの高さの標準的な内側構造を具備している。本発明に
よるフィン付き管は図２のようなピラミッド切頭体の内
側構造を具備しており、ピラミッド切頭体の高さはほぼ
０．３０ｍｍで、内側フィン２０と二次溝２２との交点
の密度は１ｃｍ２あたり１４３個、角度γは９６゜であ
る。ピラミッド切頭体を具備した内側構造を持つフィン
付き管は、熱伝導率が１３%ないし２２%である点に利点
がある。両管において管外面の熱伝導率は等しいので、
この利点はもっぱら内側構造に起因して生じたものであ
る。
【００４３】熱交換管の内面への熱伝達を改善するため
に二次溝を備えた内側フィンを使用することは、内側構
造のみを有する管から知られている。継ぎ目なし管の場
合、この種の内側構造は異形態様が異なる２つのマンド
レルを用いて製造される（たとえば
【００４４】
【特許文献１２】特開平１−３１７６３７号公報を参
照）。この技術はこれまで管外面が平滑な管のみに適用
されている。しかしながら、この技術を両面が構造化さ
れた、一体にローリングされるフィン付き管に転用する
ことは、製造方法が明らかに異なっているために容易に
想到できるものではない。すなわち管外面が平滑な管の
場合、内側構造を創成するために必要な半径方向の力作
用は、管外面に配置された比較的幅広のロール、ロー
ラ、或いは球体によってもたらされる。この場合、管長
手方向における管の送りは別個の引張り装置によって行
なわれる。これに対して、両面を構造化された、一体に
ローリングされるフィン付き管の場合には、外側構造と
内側構造を同時に成形するための半径方向の力も、管を
送るための軸線方向の力も、比較的薄いローリングディ
スクから構成されているローリングツールによってもた
らされるにすぎない。商業ベースで入手可能な最も性能
に優れたフィン付き管は、厚さが０．４ｍｍと０．６５
ｍｍの間のローリングディスクを用いて製造される。
【００４５】
【発明の効果】本発明は上述したように構成されてい
る。そのために、本発明によれば、熱交換管の内側構造
の性能が向上され、この場合の管の全重量に対する内側
構造の重量成分は従来よりも低くなり、フィン付き管の
内側構造及び外側構造のサイズは互いに独立に設定可能
となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ねじれ角の方向が異なっている２つのマンドレ
ルを用いて本発明による熱交換管を製造する工程を示す
図である。
【図２】二次溝が内側フィンの全高にわたって延びて、
その結果ピラミッド切頭体状の要素が内側構造に創成さ
れる本発明による熱交換管の部分図で、一部を断面で示
した図である。
【図３】二次溝が内側フィンの高さの一部にわたっての
み延びている内側構造の写真である。
【図４】図３の線Ｘ−Ｘによる図３の内側構造の断面図
である。
【図５】内側構造の二次溝の性能上の利点を証明するグ
ラフである。
【符号の説明】
１ フィン付き管 ２ 平滑管 ３ 外側フィン １１ 第１のローリングツール １２ 第２のローリングツール １５ 第１のローリングマンドレル １６ 第２のローリングマンドレル １７ 溝 １８ 溝 ２０ 内側フィン ２２ 二次溝 ２３ ピラミッド切頭体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アンドリュ−ス ノエプフラ− ドイツ国 ディ−89073 ウルム シュ− リンシュトラ−セ 25 (72)発明者 アンドリュ−ス ベウトラ− ドイツ国 ディ−89264 ヴェセンホ−ン ドレッシュシュトラ−セ 32 (72)発明者 ロナルド ルイス ドイツ国 89143 ブラウバ−レン スチ ラ−シュトラ−セ ８

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】選択的に滑らかな端部と、管外面および管
    内面の少なくとも１つの構造化領域と、選択的に滑らか
    な中間領域とを有し、 ａ）管外面上を一体的な外側フィン（３）がねじ線状に
    周回しており、 ｂ）管内面上を一体的な内側フィン（２０）が軸線平行
    にまたはねじ線状に（管軸線方向に測って）リード角α
    ＝０ないし７０゜で延びて一次溝（２１）を形成してい
    る、熱交換管（１）において、 ｃ）内側フィン（２０）を、（管軸線方向に測って）リ
    ード角βで延びる二次溝（２２）が交差していること、 ｄ）二次溝（２２）が内側フィン（２０）に対し少なく
    とも１０゜の傾斜角γで延びていること、 ｅ）二次溝（２２）の深さが内側フィン（２０）のフィ
    ン高さＨの少なくとも２０%であること、を特徴とする
    熱交換管。
  2. 【請求項２】傾斜角ガンマがγ＝３０ないし１００゜で
    あることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換管。
  3. 【請求項３】傾斜角ガンマがγ＝６０ないし８５゜であ
    ることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換管。
  4. 【請求項４】内側フィン（２０）と二次溝（２２）とが
    互いに逆方向に延びているときの傾斜角γがリード角α
    とβの和、 γ＝α＋β として得られることを特徴とする、請求項１から３まで
    のいずれか一つまたはいくつかに記載の熱交換管。
  5. 【請求項５】内側フィン（２０）と二次溝（２２）とが
    互いに同方向に延びているときの傾斜角γがリード角α
    とβの差、 γ＝α−β として得られることを特徴とする、請求項１から３まで
    のいずれか一つまたはいくつかに記載の熱交換管。
  6. 【請求項６】二次溝（２２）の深さＴがフィン高さＨの
    少なくとも４０%であることを特徴とする、請求項１か
    ら５までのいずれか一つまたはいくつかに記載の熱交換
    管。
  7. 【請求項７】フィン高さＨがＨ＝０．１５ないし０．４
    ０ｍｍであることを特徴とする、請求項１から６までの
    いずれか一つまたはいくつかに記載の熱交換管。
  8. 【請求項８】内側フィン（２０）と二次溝（２２）との
    交点の密度が９０ないし２５０個／ｃｍ２であることを
    特徴とする、請求項１から７までのいずれか一つまたは
    いくつかに記載の熱交換管。
  9. 【請求項９】二次溝（２２）の深さＴがフィン高さＨに
    対応していることを特徴とする、請求項１から７までの
    いずれか一つまたはいくつかに記載の熱交換管。
  10. 【請求項１０】フィン内面がピラミッド切頭体（２３）
    の構造を有していることを特徴とする、請求項９に記載
    の熱交換管。
  11. 【請求項１１】熱交換管（１）の外被面に対する内側構
    造の重量成分が５００ないし１０００ｇ／ｍ２、有利に
    は６００ないし９００ｇ／ｍ２であること、使用する材
    料の密度が７．５ないし９．５ｇ／ｃｍ３であることを
    特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つまた
    はいくつかに記載の熱交換管。
  12. 【請求項１２】熱交換管（１）の外被面に対する内側構
    造の重量成分が１５０ないし３００ｇ／ｍ２、有利には
    １８０ないし２７０ｇ／ｍ２であること、使用する材料
    の密度が２．５ないし３．０ｇ／ｃｍ３であることを特
    徴とする、請求項１から１０までのいずれか一つまたは
    いくつかに記載の熱交換管。
  13. 【請求項１３】継ぎ目なし管として構成されていること
    を特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一つま
    たはいくつかに記載の熱交換管。
  14. 【請求項１４】管外面上でねじ線状に延びている外側フ
    ィン（３）と、管内面上で軸線平行またはねじ線状に延
    びている内側フィン（２０）とを有し、外側フィン
    （３）と内側フィン（２０）とが管壁から加工された一
    体的なフィンであり、且つ外側フィン（３）と内側フィ
    ン（２０）とを二次溝（２２）が交差している、請求項
    １から１３までのいずれか一つまたはいくつかに記載の
    熱交換管（１）を製造するための方法において、 ａ）最初のローリング工程により管壁から材料を排除す
    ることによりフィン材を獲得し、生じたフィン付き管
    （１）をローリング力により回転させ、生じたねじ線状
    のフィン（３）に応じて前進させることによって、平滑
    管（２）の外面の第１の成形領域にねじ線状に延びる外
    側フィン（３）を成形し、その際フィン（３）を、高さ
    を増大させながら非成形平滑管（２）から成形するステ
    ップと、 ｂ）管内にあって回転可能で且つ異形化されている第１
    のローリングマンドレル（１５）により、管壁を第１の
    成形領域で支持するステップと、 ｃ）２回目のローリング工程で、外側フィン（３）の、
    第１の成形領域から間隔を持って位置する第２の成形領
    域に、さらに増大する高さを備えさせ、内側フィン（２
    ０）に二次溝（２２）を備えさせるステップと、 ｄ）管壁の第２の成形領域を、管内にある第２のローリ
    ングマンドレル（１６）であって同様に回転可能で異形
    化されているが、その異形部がねじれ角の大きさまたは
    方向づけに関し第１のローリングマンドレル（１５）の
    異形部と異なっている前記第２のローリングマンドレル
    （１６）によって支持させるステップと、を含んでいる
    ことを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】両成形領域の間隔を実質的にフィンピッ
    チｐの整数倍として選定することを特徴とする、請求項
    １４に記載の方法。
  16. 【請求項１６】第２のローリングマンドレル（１６）の
    外径を第１のローリングマンドレル（１５）の外径より
    も小さいように選定することを特徴とする、請求項１４
    または１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】請求項４に記載の熱交換管（１）を製造
    するための請求項１４から１６までのいずれか一つまた
    はいくつかに記載の方法において、互いに逆方向に方向
    づけられた溝（１７，１８）を備えるローリングマンド
    レル（１５，１６）を使用することを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】請求項５に記載の熱交換管（１）を製造
    するための請求項１４から１６までのいずれか一つまた
    はいくつかに記載の方法において、互いに同方向に方向
    づけられた溝（１７，１８）を備えるローリングマンド
    レル（１５，１６）を使用することを特徴とする方法。
  19. 【請求項１９】二次溝（２２）の深さＴを、ローリング
    マンドレル（１５，１６）の径の選定と両ローリングツ
    ール（１１，１２）のそれぞれ最大のローリングディス
    クの径の選定とにより設定することを特徴とする、請求
    項１４から１８までのいずれか一つまたはいくつかに記
    載の方法。
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