JP2007225272A - 構造化された熱交換器管およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 すでに公知の管に比べて更なる性能向上が得られるように、前述の種類の熱交換器管の内側構造を改良することである。
【解決手段】 管内面で、高さＨの一体の内側フィンが、軸線平行にまたはねじ線状に連続して且つ管軸線方向に測ってねじれ角β１で周方向に延びて、第１次溝を形成し、内側フィンが、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第２次溝と交差し、第２次溝が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β２で、切り込み深さＴ２と溝開口角α２とを有し、内側フィンと第２次溝とが、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第３次溝と交差し、第３次溝が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β３で周方向に連続的に延び、切り込み深さＴ３と溝開口角α３とを有していることとする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、管内面にて構造化された少なくとも１つの領域を備える熱交換器管およびその製造方法に関するものである。

熱伝導は冷凍技術および空調技術の多くの分野並びにプロセス工学およびエネルギー工学で発生する。これらの分野では、熱伝導のために円筒多管式熱交換器が使用されることが多い。この場合、多くの適用例では、熱流の方向に依存して冷却または加熱される液体が管内面を流動する。熱は管外面にある媒体に対して放出されるか、或いは媒体から奪われる。

円筒多管式熱交換器において、平滑管の代わりに、構造化された管を使用することは周知である。構造化により熱伝達が改善される。これにより熱流密度が向上し、熱交換器をよりコンパクトに構成することができる。これとは択一的に、熱流密度を変えずに、駆動温度差を低下させてもよく、これによって、よりエネルギー効率的な熱伝導が可能になる。

片側または両側を構造化された円筒多管式熱交換器用熱交換器管は、通常、少なくとも１つの構造化領域と、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領域を画成している。管を支障なく円筒多管式熱交換器に取り付けることができるようにするには、構造化領域の外径は平滑な端部部材または中間部材の外径よりも小さくなければならない。

構造化された熱交換器管としては、一体的にロール成形されたフィン付き管が使用されることが多い。一体的にロール成形されたフィン付き管とは、平滑管の壁の材料からフィンを形成させたフィン付きの管である。フィン付き管は、多くの場合、管内面に、軸線平行にまたはねじ線状に周回するように延びている多数のフィンを有し、これらのフィンは内側の表面積を拡大させて管内面での熱移動係数を改善させる。フィン付き管は、その外面に、リング状にまたはねじ線状に周回するように延びるフィンを有している。

従来、管外面のフィンに別の構造的特徴を備えさせることにより、一体的にロール成形されたフィン付き管の外面での熱移動を使用例に応じてさらに向上させるための多くの可能性が開発された。たとえば、特許文献１から知られているように、フィンエッジに付加的な凸縁を備えさせると、管外面での冷媒の圧縮の際に熱移動係数が著しく増大する。管外面での冷媒の蒸発の際には、個々のフィンの間にあるチャネルを部分的に閉鎖させ、その結果孔またはスリットを通じて周囲と連通する中空空間を発生させると、性能が向上することが証明された。すでに多数の文献から知られているように、この種の実質的に閉じたチャネルは、フィンの折り曲げまたは折り返し（特許文献２、特許文献３）、フィンの開裂およぴ鍛造（特許文献４、特許文献５）、フィンの切り込みおよび鍛造（特許文献６、特許文献７、特許文献８）によって生じさせる。

上述した管外面での性能改善は、全熱移動抵抗の大部分が管内面へ転移するという結果をもたらす。この作用は、たとえば部分負荷作動の場合のように、特に流速が小さい場合に発生する。全熱移動抵抗を著しく低下させるには、管内面での熱移動係数をさらに増大させることが必要である。

管内面の熱移動を向上させるため、たとえば特許文献９に記載されているように、軸線平行にまたはねじ線状に周回するように延びている内側フィンに溝を備えさせることができる。この場合重要なことは、当該特許文献９に開示されているような、内側フィンおよび溝を生じさせるための異形のロール成形心棒を使用することにより、フィン付き管の内側構造および外側構造を互いに独立に設定することができる点である。これにより外面および内面の構造をそれぞれの要求に適合させることができ、このようにして管を形成させることができる。

米国特許第５７７５４１１号明細書 米国特許第３６９６８６１号明細書 米国特許第５０５４５４８号明細書 独国特許第２７５８５２６Ｃ２号明細書 米国特許第４５７７３８１号明細書 米国特許第４６６０６３０号明細書 欧州特許第０７１３０７２Ｂ１号明細書 米国特許第４２１６８２６号明細書 独国特許第１０１５６３７４Ｃ１号明細書

本発明の課題は、上記の技術を背景として、すでに公知の管に比べて更なる性能向上が得られるように、前述の種類の熱交換器管の内側構造を改良することである。

この場合、管の全重量に占める内側構造の重量の割合は、横断面積が一定の従来のねじ線状の内側フィンの場合よりも小さくなければならない。さらに、圧力損失の増大を回避すべきである。この場合、フィン付き管の内側構造および外側構造のディメンションは互いに独立に設定可能であるべきである。

本発明は、熱交換器管に関しては、請求項１の構成を特徴とするものであり、熱交換器管を製造するための方法に関しては、請求項８の構成を特徴とするものである。その他の従属項は本発明の有利な構成および発展構成に関わる。

本発明は、管内面にて構造化された少なくとも１つの領域を備える熱交換器管であって、以下の構成要件を有している。
ａ）管内面で、高さＨの一体の内側フィンが、軸線平行にまたはねじ線状に連続して且つ管軸線方向に測ってねじれ角β１で周方向に延びて、第１次溝を形成し、
ｂ）内側フィンが、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第２次溝と交差し、第２次溝が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β２で、切り込み深さＴ２と溝開口角α２とを有し、
ｃ）内側フィンと第２次溝とが、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第３次溝と交差し、第３次溝が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β３で周方向に連続的に延び、切り込み深さＴ３と溝開口角α３とを有している。

この場合、本発明が考慮する基本的な点は、熱交換器管において、平行に延びる第１次溝によって分割された内側フィンを第２次溝と交差させるというものである。この内側構造は、（管軸線方向に測って）ねじれ角α３で延びる第３次溝と交差する。ねじれ角β１、β２、β３は、通常は、常に管軸線に対し鋭角を成す。このような意味では、たとえば角度β２とβ３の値が等しければ、第２次溝と第３次溝が逆方向に周回するように延びることによって交差型内側構造が形成されることになる。したがって、第２次溝と第３次溝が同方向に周回するように延びる場合には、角度β２と角度β３の値は異なっている。なお、第２次溝と第３次溝とは次の構成要件、すなわち切り込み深さＴ、ピッチＰ、溝開口角αの少なくとも１つの点で異なっていてよい。

第２次溝と第３次溝の深さＴは、内側フィンの先端から半径方向に測られる。ピッチＰは、同じ心棒によって生成され隣接しあっている平行な溝の最短距離であり、フィンピッチを表わす量である。溝開口角αは、異形心棒に設けた溝の角度であり、これによって内側フィン部の第２次溝または第３次溝が生成される。

格別優れた利点は、第３次溝の形成により、螺旋状の上部構造を備えた１回切り込んだ内側フィンから内側構造が生じる点にある。これにより、管を流れる流体に付加的な渦が強制的に発生し、内部熱移動をさらに増大させる。このパワーアップは、渦形成の結果として増大する圧力損失の影響を凌駕するものである。第３次溝を付加しても、材料を単に切除するだけなので、管の全重量において内側構造が占める重量の割合が高くならないことは明らかである。したがって、管の全重量において内側構造が占める重量の割合は、横断面積が一定の従来のねじ線状の内側フィンよりも高くない。

本発明の有利な構成では、管内面にて構造化された領域は第２次溝のピッチＰ２および第３次溝のピッチＰ３の点で区別される。これにより螺旋状の上部構造が形成される。さらに、第２次溝のピッチＰ２が第３次溝のピッチＰ３よりも小さいのが有利である。したがって、第２次溝は第３次溝よりも密接に隣接しあい、これにより、使用する流体に応じて、特に流体の粘性に応じて、渦形成への影響力を調整することができる。

本発明の有利な他の構成では、管内面にて構造化された領域は第２次溝の溝開口角α２および第３次溝の開口角α３の点で区別される。これにより、特に、第２次溝と第３次溝とにより構造化されたフィンエッジの勾配が影響を受ける。エッジのねじれ角は作動時にこれを通過する流体の流動挙動に著しく影響する。

好ましくは、管内面にて構造化された領域が第２次溝の切り込み深さＴ２および第３次溝の切り込み深さＴ３の点で区別されるのがよい。この場合、管内面にて構造化された領域において、第２次溝の切り込み深さＴ２は第３次溝の切り込み深さＴ３よりも小さくてよい。これにより、第１に、第２次溝によって切り込まれた一体的な内側フィンが過度に刻設される。

有利には、管外面にて、一体の外側フィンが軸線平行にまたはねじ線状に周回するように延びているのがよい。このケースに対しては、本発明は、構造化された熱交換器管の製造方法という他の特徴を含むものである。すなわち、管外面にてねじ線状に延び、管内面にて軸線平行にまたはねじ線状に延びる、一体の、すなわち管壁から切り出した外側フィンおよび内側フィンを備え、内側フィンが第２次溝および第３次溝と交差して切り込まれる熱交換器管の製造方法において、以下の方法ステップを実施する。すなわち、
ａ）第１のロール成形ステップにより管壁から材料を排除することによってフィン材を獲得し、生じたフィン付き管をロール成形力により回転させ、生じたねじ線状のフィンに応じて前進させることにより、平滑管の外面の第１の成形領域にねじ線状に延びる外側フィンを形成させ、その際高さが増大している外側フィンを、成形していない平滑管から形成させるようにした方法ステップと、
ｂ）第１の成形領域において、管内に回転可能に支持され位置決めされている第１のロール成形心棒により管壁を支持し、これにより内側フィンを形成させる方法ステップと、
ｃ）第２のロール成形ステップで、第１の成形領域から間隔を持って位置する第２の成形領域において外側フィンにさらに増大した高さを形成させ、且つ内側フィンに第２次溝を備えさせ、その際第２の成形領域において、同様に管内に回転可能に支持され位置決めされている第２のロール成形心棒であってその異形態様がねじれ角の程度または方向性に関し第１のロール成形心棒の異形態様とは異なる前記第２のロール成形心棒により管壁を支持する方法ステップと、
ｄ）第３のロール成形ステップで、第２のロール成形領域から間隔を持って位置する第３の成形領域において外側フィンにさらに増大した高さを形成させ、且つ内側フィンに第３次溝を備えさせ、その際第３の成形領域において、同様に管内に回転可能に支持され位置決めされている第３のロール成形心棒であってその異形態様がねじれ角の程度および／または方向性に関し第１のロール成形心棒および第２のロール成形心棒の異形態様とは異なる前記第３のロール成形心棒により管壁を支持する方法ステップと、
を実施する。

上記製造方法に関し本発明が考慮する基本的な点は、第２次溝を備えた内側フィンに本発明にしたがって第３次溝を設けた、構造化された熱交換器管を生成させるため、外側フィンを形成させるためのロール成形工具を、互いに間隔を持って配置される少なくとも３個のロール成形ディスクパケットで構成するというものである。これらのロール成形ディスクパケットはねじ線状に周回するように延びる外側フィンを生成させるとともに、構造化に必要な管の送りの用をも成す。内側構造は異形態様が異なる３個のロール成形心棒により成形される。第１のロール成形心棒は管を第１のロール成形ディスクパケット下方の成形領域で支持し、さしあたりねじ線状に周回するように延びる内側フィンまたは軸線平行な内側フィンを形成させる。この場合、この内側フィンはさしあたりコンスタントな横断面を有している。第２のロール成形心棒は管をより大きな直径の第２のロール成形ディスクパケット下方の成形領域で支持し、前もって形成させた、ねじ線状に周回するように延びているフィンまたは軸線平行なフィンに、第２次溝を形成させる。第３のロール成形心棒は、第３のロール成形ディスクパケットの下方で、前もって生成した内側構造であって１回切り込んだフィンから成る前記内側構造に第３次溝を生成させる。第２次溝および第３次溝の深さは実質的に３個のロール成形心棒の直径を選定することにより決定する。

異なるロール成形工具を用いて得られるフィン付き管の内側構造および外側構造のディメンションを互いに独立に設定可能であることにより、すでに熱交換器管に関して述べた利点に加えて、製造方法により更なる利点が生じる。すなわち、最適な熱伝達のために、内側構造と外側構造とを互いに最適に調整することができる。

有利には、個々の成形領域の間隔として、実質的に、外側フィンのピッチの整数倍を設定するのがよい。

本発明の有利な構成では、第２のロール成形心棒の外径を第１のロール成形心棒の外径よりも小さいように選定することができる。第３のロール成形心棒の外径を第２のロール成形心棒の外径よりも小さいように選定するのも有利である。ロール成形心棒の直径をこのように段階付ければ、半径方向における刻設工程が保証される。

他の有利な実施態様では、第２次溝の深さＴ２および第３次溝の深さＴ３を、ロール成形心棒の直径の選定および３個のロール成形工具のそれぞれ最も大きなロール成形ディスクの直径の選定により設定することができる。その結果、管内面および管外面での全材料流は外側ロール成形工具および内側ロール成形心棒を適宜使用することにより最適化される。

図面及び実施例で説明したように構成したことで実現した。

本発明の他の利点、構成を図面を用いて詳細に説明する。互いに対応する部材には全図において同じ符号を付している。

一体的にロール成形したフィン付き管１は、管外面に、周上をねじ線状に連続して周回するように延びる外側フィン６を有している。本発明によるフィン付き管の製造は、図１に図示したロール成形装置を用いたロール成形工程により行う。

使用する装置はｎ＝３または４個の工具保持体８０から成り、これらの工具保持体８０にはそれぞれ、互いに間隔を持って配置される少なくとも３個の、ロール成形ディスク５０，６０，７０を備えたロール成形工具が組み込まれている。図１には、わかりやすくするため、１個の工具保持体８０のみを図示した。

１個の工具保持体８０の軸線は同時に付属の３個のロール成形工具５０，６０，７０の軸線でもあり、この軸線は管軸線に対し傾斜して延びている。工具保持体８０はそれぞれフィン付き管１の周囲に３６０゜／ｎだけずらして配置されている。工具保持体８０は管に対し半径方向に位置調整可能である。工具保持体は図示していない定置のロール成形ヘッド内に配置されている。ロール成形ヘッドはロール成形装置の基台内に固定されている。ロール成形工具５０，６０，７０はそれぞれ互いに並設された複数個のロール成形ディスクから成り、ロール成形ディスクの直径はロール成形方向Ｒに増大している。したがって、第２のロール成形工具６０のロール成形ディスクは第１のロール成形工具５０のロール成形ディスクよりも大きな直径を有し、同様に第３のロール成形工具７０のロール成形ディスクは第２のロール成形工具６０のロール成形ディスクよりも大きな直径を有している。

異形の３個のロール成形心棒１０，２０，３０も同様に本装置の構成部材であり、これらのロール成形心棒を用いて管の内側構造を生じさせる。ロール成形心棒１０，２０，３０はロール成形心棒支持ロッド４０の自由端に装着してあり、互いに回転可能に支持されている。ロール成形心棒支持ロッド４０はその他端においてロール成形装置の基台に固定されている。ロール成形心棒１０，２０，３０はロール成形工具５０，６０，７０の作用範囲内に位置決めされる。ロール成形心棒支持ロッド４０は少なくとも製造されるフィン付き管１の長さでなければならない。加工を行なう前に、ロール成形工具５０，６０，７０の送り込みを行なわずに平滑管７のほぼ全体をロール成形心棒１０，２０，３０を介してロール成形心棒支持ロッド４０の上に押し込む。完成したフィン付き管１において最初の滑らかな端部部材を形成する平滑管７の一部だけはロール成形心棒１０，２０，３０を介して押し込まないようにする。

管を加工するため、周囲に配置されて回転するロール成形工具５０，６０，７０を半径方向にて平滑管７に対し送り込み、平滑管７と係合させる。これにより平滑管７は回転する。ロール成形工具５０，６０，７０の軸線が管軸線に対し斜めに設定されているので、ロール成形工具５０，６０，７０はねじ線状に周回するように延びる外側フィン６を平滑管７の外壁から成形し、同時に、ねじ線状に周回するように延びる外側フィン６のピッチに応じて、生じたフィン付き管１をロール成形方向Ｒへ前進させる。外側フィン６は多条ねじのように周回して延びているのが好ましい。管軸線に沿って測った、隣接しあっている２つの外側フィン６の間隔を、フィンピッチという。３個のロール成形工具５０，６０，７０の間の間隔は、先行するロール成形工具５０または６０によって成形されたフィン６ａまたは６ｂの間にある溝６ｃまたは６ｄに後続のロール成形工具６０または７０のロール成形ディスクが係合するように整合されていなければならない。この間隔は理想的には外側フィンのピッチの整数倍である。後続のロール成形工具６０または７０は外側フィン６ａまたは６ｂの更なる成形を続行させる。

第１のロール成形工具５０の成形ゾーンにおいて管壁は第１の異形ロール成形心棒１０によって支持され、第２のロール成形工具６０の成形ゾーンにおいて管壁は第２の異形ロール成形心棒２０によって支持され、第３のロール成形工具７０の成形ゾーンにおいて管壁は第３の異形ロール成形心棒３０によって支持される。３個のロール成形心棒１０，２０，３０の軸線はフィン付き管１の軸線と一致している。ロール成形心棒１０，２０，３０の異形態様は異なっている。第２のロール成形心棒２０の外径はたかだか第１のロール成形心棒１０の外径ほどの大きさである。第３のロール成形心棒３０の外径もたかだか第２のロール成形心棒２０の外径ほどの大きさである。典型的には、第２のロール成形心棒２０の外径は第１のロール成形心棒１０の外径よりも０．８ｍｍ以下だけ小さく、第３のロール成形心棒３０の外径は第２のロール成形心棒２０の外径よりも０．５ｍｍ以下だけ小さいのが有利である。ロール成形心棒１０，２０，３０の異形態様は、通常、心棒の外面に互いに平行に配置された多数の台形状の溝１０ｂ，２０ｂ，３０ｂから成っている。隣接しあっている２つの溝１０ｂ，２０ｂ，３０ｂの間にある、ロール成形心棒の材料を、細条部１０ａ，２０ａ，または３０ａという。細条部１０ａ，２０ａ，または３０ａは実質的に台形状の横断面を持っている。溝の開口角を心棒２０の場合にはα２で示し、心棒３０の場合にはα３で示した。第１のロール成形心棒１０および第２のロール成形心棒２０の溝１０ｂおよび溝２０ｂは、通常、心棒の軸線に対し０゜ないし７０゜の角度で傾斜して延びている。第３のロール成形心棒３０の溝３０ｂは、通常、１０゜ないし８０゜の角度で延びている．この角度を第１のロール成形心棒１０の場合にはβ１で示し、第２のロール成形心棒２０の場合にはβ２で、第３のロール成形心棒３０の場合にはβ３で示した。角度０゜は、溝１０ｂ，２０ｂ，または３０ｂがロール成形心棒１０，２０，または３０の軸線に対し平行に延びるケースに相当する。角度が０゜と異なっていれば、溝１０ｂ，２０ｂ，または３０ｂはねじ線状に延びる。ねじ線状に延びる溝の方向は左回り、右回りのいずれであってもよい。図１には、第１のロール成形心棒１０が左回りの溝１０ｂを有し、第２のロール成形心棒２０および第３のロール成形心棒３０が右回りの溝２０ｂおよび溝３０ｂを有しているケースが図示されている。

これによって生じた内側構造が図２に概略部分図で示してある。この場合、第３次溝５の深さＴ３は第２次溝４の深さＴ２よりも大きい。なお、第２次溝４と第３次溝５のねじれ方向は程度は異なっているが、方向性は異なっていない。

図３に写真を用いて示した内側構造では、第３次溝５の深さＴ３は第２次溝４の深さＴ２よりも大きく、この場合第２次溝４のねじれ角と第３次溝５のねじれ角は同方向であるが、値が異なっている。

同方向に方向づけたロール成形心棒に対しては、心棒１０，２０，または３０の対応するねじれ角β１，β２，またはβ３は異なっていなければならない。３個のロール成形心棒１０，２０，３０は互いに回転可能に支持されている。

第１のロール成形工具５０の半径方向力により、管壁の材料が第１のロール成形心棒１０の溝１０ｂのなかへ圧入される。これにより、周方向に周回するようにねじ線状に連続して延びる内側フィン２ａがフィン付き管１の内面に形成される。隣接しあう２つの内側フィン２ａの間には第１次溝３が延在する。第１のロール成形心棒１０の溝１０ｂの形状に対応して内側フィン２ａは台形状の横断面を有しており、この台形状の横断面はさしあたり内側フィン２ａに沿って一定に維持される。内側フィン２ａは、溝１０ｂが第１のロール成形心棒１の軸線に対し傾斜しているのと同じ角度β１だけ管軸線に対し傾斜している。構造化が完成した内側フィン２の高さをＨで示したが、これは通常０．１５−０．６０ｍｍである。

第２のロール成形工具６０の半径方向力により、内側フィン２ａは第２のロール成形心棒２０に対し押圧される。第２のロール成形心棒２０の溝２０ｂが第１のロール成形心棒１０の溝１０ｂとは異なる角度で心棒軸線に対し、よって管軸線に対して延びているので、内側フィン２ａは部分的に第２のロール成形心棒２０の溝２０ｂまたは細条部２０ａに対し衝突する。内側フィン２ａが溝２０ｂに衝突する部分で、内側フィン２ａの材料が溝２０ｂのなかへ圧入される。内側フィン２ａが細条部２０ａに衝突する部分では管材料が変形し、互いに平行に延び且つ周方向に連続して延びる第２次溝４が内側フィンに刻設される。この第２次溝４は、第２のロール成形心棒の開口角α２に相当する開口角を有している。第２次溝４の間隔をピッチＰ２と呼ぶ。第２のロール成形心棒２０の細条部２０ａに対応して第２次溝４は台形状の横断面を有している。同じ細条部２０ａにより異なる内側フィンに刻設される第２次溝４は、互いに整列して配置されている。第２次溝４と管軸線との成す角度は、第２のロール成形心棒２０の溝２０ｂが第２のロール成形心棒２０の軸線と成す角度β２に等しい。

第３のロール成形工具７０の半径方向力により、１回切り込んだ内側フィン２ｂが第３の心棒３０に対し押圧される。第３のロール成形心棒３０の幾何学的態様は最初の２つの心棒１０と２０の幾何学的態様とは異なっているので、１回切り込んだフィン２ｂは部分的に第３のロール成形心棒３０の溝３０ｂまたは細条部３０ａに衝突する。１回切り込んだ内側フィン２ｂが細条部３０ａに衝突する部分では、１回切り込んだ内側フィン２ｂの材料が変形し、互いに平行に延び且つ周方向に連続的に延びる第３次溝５が１回切り込んだ内側フィン２ｂに刻設される。第３次溝５は第３のロール成形心棒３０の開口角α３に相当する溝開口角を有している。第３次溝５の間隔をピッチＰ３と記す。第３のロール成形心棒３０の細条部３０ａの形状に応じて第３次溝５は台形状の横断面を有している。第３の心棒３０のピッチが最初の２つのロール成形心棒１０および２０のピッチよりも大きいために、第３次溝５により螺旋状の上部構造が生じる。第３次溝５が管軸線と成す角度は角度β３に等しい。

第２次溝４および第３次溝５の深さＴ２およびＴ３は内側フィン２の尖端から半径方向に測ったものである。ロール成形心棒１０，２０，３０の外径を適宜選定することにより、且つ３個のロール成形工具５０，６０，７０のそれぞれ最も大きなロール成形ディスクの外径を適宜選定することにより、第２次溝４および第３次溝５の深さＴ２およびＴ３を変えることができる。すなわち、隣接しあう２つのロール成形心棒１０と２０または２０と３０の間で外径の差が小さければ小さいほど、後続のロール成形心棒２０または３０により生じる溝４または５の切り込み深さはそれだけ大きくなる。しかしながら、３つのロール成形心棒のうちの１つのロール成形心棒１０，２０，または３０の外径を変えれば第２次溝４または第３次溝５の切り込み深さＴ２またはＴ３が変わるだけでなく、通常は、外側フィン６の高さも変化する。しかしこの作用は、ロール成形工具５０，６０，７０の構成を修正することで補償することができる。このため、特に、ロール成形工具５０，６０，７０のうちの１つのロール成形工具の最後のロール成形ディスクの直径を適合させてよい。

管内を流れる液体の流動に顕著な影響を及ぼすには、第２次溝４の深さＴ２は内側フィン２の高さＨの少なくとも２０％であるべきであり、第３次溝の深さＴ３は前記高さＨの少なくとも２０％であるべきである。好ましくはＴ３はＴ２よりも大きい。

図４は線Ｘ−Ｘによる図３の内側構造の概略断面図である。ここでは内側フィン２と第１次溝３と第２次溝４と第３次溝５との高さ比が明瞭に見て取れる。

第２次溝４はフィン付き管１の内側構造に付加的なエッジを備えさせる。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に付加的な渦が発生し、渦は管壁への熱伝導を改善させる。第３次溝５により螺旋状の上部構造が生じ、これにより液流に付加的な渦が発生する。これらの付加的な渦により内側熱移動の更なる改善が達成される。

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択可能な多数の工具パラメータにより外側構造と内側構造のディメンションを互いに独立に広範囲に設定できることは明らかである。特に、ロール成形工具を互いに間隔を持って配置される３個のロール成形工具５０，６０および７０に割り当てることにより、外側フィン６の高さを変えることなく第２次溝４の深さＴ２と第３次溝５の深さＴ３を変えることが可能になる。

両側を構造化された冷凍技術および空調技術用フィン付き管は銅またはキュプロニッケルから製造されることが多い。これらの金属の場合、フィン付き管全体のコストに占める純材料費は少なくないので、与えられた管径において管はできるだけ軽量であるのが有利である。全体の重量に占める内側構造の重量は、今日市販されているフィン付き管の場合、内側構造の高さ、したがってキャパシティにもよるが、１０％ないし２０％である。本発明にしたがって、両側を構造化されたフィン付き管１の１回切り込んだ内側フィンに第３次溝５を設けることにより、内側構造の重量成分を高めることなく、この種の管のキャパシティを著しく向上させることができる。

図５は、本発明による内側構造の性能上の利点を説明するグラフである。水を流動させた場合のレイノルズ数に関し、本発明による内側構造の内部熱移動の改善点を１回切り込んだ内側構造と対比させて示してある。両管の場合、内側フィンの高さはほぼ０．３ｍｍである。両内側構造において、使用した第１および第２の心棒の幾何学的態様は同一である。内側構造を２回切り込んだフィン付き管は、２００００ないし６００００のレイノルズ範囲で８％ないし２０％の内部熱移動の利点を持っている。

ねじれとピッチとが異なる３個の心棒を用いた本発明による熱交換器管の製造を説明する図である。 生成した内側構造の部分図である。 内側構造の写真である。 線Ｘ−Ｘによる図３の内側構造の断面の一部を示す図である。 １回切り込んだ内側フィンに比べてレイノルズ数に関し内部熱移動が改善されていることを示すグラフである。さらに、新規な内側構造と第３次溝のない内側構造との圧力損失に関わる関係も併せて図示してある。

符号の説明

１ 熱交換器管／フィン付き管
２ 内側フィン
２ａ 第１のロール成形心棒による内側フィン
２ｂ 第２のロール成形心棒による内側フィン
３ 第１次溝
４ 第２次溝
５ 第３次溝
６ 外側フィン
６ａ 第１のロール成形心棒による外側フィン
６ｂ 第２のロール成形心棒による外側フィン
６ｃ 第１のロール成形心棒による外側フィンの溝
６ｄ 第２のロール成形心棒による外側フィンの溝
７ 平滑管
１０ 第１のロール成形心棒
１０ａ 第１のロール成形心棒の細条部
１０ｂ 第１のロール成形心棒の溝
２０ 第２のロール成形心棒
２０ａ 第２のロール成形心棒の細条部
２０ｂ 第２のロール成形心棒の溝
３０ 第３のロール成形心棒
３０ａ 第３のロール成形心棒の細条部
３０ｂ 第３のロール成形心棒の溝
４０ ロール成形心棒支持ロッド
５０ ロール成形ディスクを備えた第１のロール成形工具
６０ ロール成形ディスクを備えた第２のロール成形工具
７０ ロール成形ディスクを備えた第３のロール成形工具
８０ 工具保持体
α２ 第２次溝の溝開口角
α３ 第３次溝の溝開口角
β１ 内側フィンのねじれ角
β２ 第２次溝のねじれ角
β３ 第３次溝のねじれ角
Ｈ 内側フィンの高さ
Ｔ２ 第２次溝の切り込み深さ
Ｔ３ 第３次溝の切り込み深さ
Ｐ 内側溝のピッチ
Ｐ２ 第２次溝のピッチ
Ｐ３ 第３次溝のピッチ
Ｒ 矢印により規定したロール成形方向

Claims (12)

1. 管内面にて構造化された少なくとも１つの領域を備える熱交換器管（１）であって、以下の構成要件を有し、すなわち、
   ａ）管内面で、高さＨの一体の内側フィン（２）が、軸線平行にまたはねじ線状に連続して且つ管軸線方向に測ってねじれ角β１で周方向に延びて、第１次溝（３）を形成し、
   ｂ）内側フィン（２）が、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第２次溝（４）と交差し、第２次溝（４）が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β２で、切り込み深さＴ２と溝開口角α２とを有し、
   ｃ）内側フィン（２）と第２次溝（４）とが、管全周にわたって、互いに間隔を持って位置する第３次溝（５）と交差し、第３次溝（５）が、互いに平行に且つ管軸線方向に測ってねじれ角β３で周方向に連続的に延び、切り込み深さＴ３と溝開口角α３とを有している、
   前記熱交換器管。
2. 管内面にて構造化された領域が第２次溝のピッチＰ２および第３次溝のピッチＰ３の点で区別されることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器管。
3. 第２次溝（４）のピッチＰ２が第３次溝（５）のピッチＰ３よりも小さいことを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器管。
4. 管内面にて構造化された領域が第２次溝（４）の溝開口角α２および第３次溝（５）の開口角α３の点で区別さ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に記載の熱交換器管。
5. 管内面にて構造化された領域が第２次溝（４）の切り込み深さＴ２および第３次溝（５）の切り込み深さＴ３の点で区別されることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載の熱交換器管。
6. 管内面にて構造化された領域において、第２次溝（４）の切り込み深さＴ２が第３次溝（５）の切り込み深さＴ３よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器管。
7. 管外面にて、一体の外側フィン（６）が軸線平行にまたはねじ線状に周回するように延びてい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に記載の熱交換器管。
8. 管外面にてねじ線状に延び、管内面にて軸線平行にまたはねじ線状に延びる、一体の、すなわち管壁から切り出した外側フィン（６）および内側フィン（２）を備え、内側フィン（２）が第２次溝（４）および第３次溝（５）と交差して切り込まれる請求項７に記載の構造化された熱交換器管を製造する方法であって、以下の方法ステップを実施し、すなわち、
   ａ）第１のロール成形ステップにより管壁から材料を排除することによってフィン材を獲得し、生じたフィン付き管をロール成形力により回転させ、生じたねじ線状のフィンに応じて前進させることにより、平滑管（７）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（６ａ）を形成させ、その際高さが増大している外側フィン（６ａ）を、成形していない平滑管から形成させるようにした方法ステップと、
   ｂ）第１の成形領域において、管内に回転可能に支持され位置決めされている第１のロール成形心棒（１０）により管壁を支持し、これにより内側フィン（２）を形成させる方法ステップと、
   ｃ）第２のロール成形ステップで、第１の成形領域から間隔を持って位置する第２の成形領域において外側フィン（６ｂ）にさらに増大した高さを形成させ、且つ内側フィン（２）に第２次溝（４）を備えさせ、その際第２の成形領域において、同様に管内に回転可能に支持され位置決めされている第２のロール成形心棒（２０）であってその異形態様がねじれ角の程度または方向性に関し第１のロール成形心棒（１０）の異形態様とは異なる前記第２のロール成形心棒（２０）により管壁を支持する方法ステップと、
   ｄ）第３のロール成形ステップで、第２のロール成形領域から間隔を持って位置する第３の成形領域において外側フィン（６）にさらに増大した高さを形成させ、且つ内側フィン（２）に第３次溝（５）を備えさせ、その際第３の成形領域において、同様に管内に回転可能に支持され位置決めされている第３のロール成形心棒（３０）であってその異形態様がねじれ角の程度および／または方向性に関し第１のロール成形心棒（１０）および第２のロール成形心棒（２０）の異形態様とは異なる前記第３のロール成形心棒（３０）により管壁を支持する方法ステップと、
   を実施する前記方法。
9. 個々の成形領域の間隔として、実質的に、外側フィンのピッチの整数倍を設定することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 第２のロール成形心棒（２０）の外径を第１のロール成形心棒（１０）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８または９に記載の方法。
11. 第３のロール成形心棒（３０）の外径を第２のロール成形心棒（２０）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８から１０までのいずれか一つに記載の方法。
12. 第２次溝（４）の深さＴ２および第３次溝（５）の深さＴ３を、ロール成形心棒（２０，３０）の直径の選定および３個のロール成形工具（５０，６０，７０）のそれぞれ最も大きなロール成形ディスクの直径の選定により設定することを特徴とする、請求項８から１１までのいずれか一つに記載の方法。

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