JP2701957B2 - 伝熱用電縫管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、熱交換器等の蒸発管や凝縮管、ヒートパイ
プ等として使用される伝熱用電縫管の製造方法に係わ
り、特に伝熱性能を向上するための改良に関する。

「従来の技術」 伝熱管の伝熱性能を高める手段としては、従来から、
銅製等の管体の内面に、転造や引抜加工によって螺旋状
または直線状の溝を多数形成する方法が周知であり、こ
のような溝を形成することにより以下の効果が得られ
る。

この伝熱管を凝縮管として使用した場合には、凝縮
管内を流れる熱媒蒸気を溝の間の突条部により乱流と
し、さらに突条部を凝縮核として凝縮効率を増し、液化
を促進する。また、凝縮した熱媒液体を、溝内における
表面張力を利用して効率的に伝熱管の長手方向に流し、
還流効果を増す。

一方、蒸発管として使用した場合には、溝内のエッ
ジが気泡を発する蒸発核となり、核沸騰を促進して伝熱
管内に供給される熱媒液体の気化効率が増す。また、溝
内における表面張力を利用して熱媒液体を効率的に伝熱
管の長手方向に流し、その供給効果を増す。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、この種の溝付き伝熱管の性能を向上するに
は、溝の開口幅を狭めて溝の底幅よりも小さくし、管状
に近付けることが有効であると予想される。このような
管状であれば、この管状溝の内部に気泡が発生しやす
く、この気泡が核となり蒸発を促進することにより、気
化効率が大幅に高められる。また、溝内での表面張力に
よる熱媒液体の輸送効率が増し、総合的な伝熱性能が顕
著に増大すると考えられる。

しかし、前述の機械加工により単純溝を形成する方法
では、加工上の制約から溝の開口幅が底部の幅よりも大
きくならざるを得ず、溝を管状に形成することは不可能
で、伝熱性能の向上には限界があった。

「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
金属板条材の表面に、多数の平行な主溝を圧延形成した
後、さらにこれら主溝と一定角度で交差する多数の平行
な副溝を圧延形成することにより、これら副溝間の部分
で断続的に前記主溝の開口幅を狭めたうえ、溝形成面を
内側に向けて前記板条材を電縫加工して管体にすること
を特徴としている。

なお、前記主溝は断面Ｕ字状に形成するとともに、前
記副溝は断面Ｖ字状に形成することが望ましい。

「作 用」 この伝熱用電縫管の製造方法によれば、各主溝の開口
幅を、長手方向に間隔を空けて溝の底幅に比して相対的
に狭め、管状部を形成することが可能である。そしてこ
の伝熱用電縫管を特に熱交換器等の蒸発部に使用した場
合には、主管の管状部の内部に気泡が発生しやすく、こ
の気泡が核となり蒸発を促進して、熱媒液体の気化効率
が大幅に高められる。

また、蒸発部および凝縮部のいずれに使用した場合に
も、前記管状部により主溝内での表面張力による液体の
輸送効率が増すから、単純な溝付き伝熱管に比して、総
合的な伝熱性能が大幅に向上できる。

「４」 以下、本発明に係わる伝熱用電縫管の製造方法の一実
施例を説明する。

この方法ではまず、第１図に示すように、金属板条材
１を主溝形成ロールR1および副溝形成ロールR2で順次圧
延し、その表面に多数の平行な主溝２、およびそれと一
定角度で交差する副溝３をそれぞれ形成する。

板条材１は、銅および銅合金、アルミニウム等の従来
から使用されている材質のもので、その幅は電縫加工に
よって所望径の管体が得られる値に設定されている。

主溝形成ロールR1の外周面には、第２図に示すように
断面Ｕ字状の突条部T1が、ロールR1の周方向に対して一
定角度傾斜して平行に多数形成されており、これにより
板条材１の表面には、第４図に示すように長手方向に対
し傾斜した断面コ字状の主溝２が形成される。主溝２の
断面形状は、コ字形に近い方がその開口幅を狭めて管状
部４を形成し易い。

主溝２の幅W1は、深さD1の40〜140％、望ましくは80
〜120とされる。40％未満では副溝３の形成により主溝
２が潰れ易くなり、140％より大では管状部４の開口幅
を十分狭めることができない。主溝２の間隔P1は、主溝
幅W1の1.5〜３倍、望ましくは1.8〜2.2倍とされる。1.5
倍未満では副溝３を形成すると主溝２間の突条部の倒れ
が生じて管状部４の形成が困難になる。また、３倍より
大では主溝２の形成密度が小さくなり、伝熱性能の向上
効果が減少する。

具体的には、通常の伝熱管の場合、主溝２の深さD1＝
0.2〜0.3mm、幅W1＝0.2〜0.5mm、P1＝0.4〜1.5mm、底部
の断面角度は75゜以上が適当である。

一方、副溝形成ロールR2の外周面には、第３図に示す
ように断面Ｖ字状の突条部T2が多数平行に形成されてい
る。これら突条部T2はロールR2の周方向に対して主溝形
成ロールR1とは逆の方向に傾斜しており、このため板条
材１には第４図に示すように、主溝２と一定角度αで交
差する多数の平行な断面Ｖ字状の副溝３が形成される。

副溝３のピッチP2は主溝２と同等でよいが、必ずしも
主溝２と等しくする必要はない。副溝３の幅W2は主溝幅
W1′の25〜90％、望ましくは50〜70％とされる。25％未
満では主溝２の開口幅を十分狭めることができず、90％
より大では主溝２の開口部を閉じてしまうおそれがあ
る。また、副溝３の深さD2は主溝深さD1の40〜100％、
望ましくは80〜100％とされる。40％未満では主溝２の
開口幅を十分狭めることができず、100％より大では主
溝２を閉じてしまうおそれがある。

具体的には、通常の伝熱管の場合、副溝３の深さD2＝
0.15〜0.3mm、ピッチP2＝0.4〜1.5mm、Ｖ字の断面角度
は45〜90゜程度が好適である。

なお、主溝２と副溝２の交差角度αは20〜60゜、特に
30〜40゜であることが望ましい。この範囲を外れると、
管状部４の形成が困難になる。また、主溝２は伝熱用電
縫管の製造方法の長手方向に対して30゜以内であること
が望ましい。これにより大では管の長手方向への熱媒液
体の流通が悪くなる。

これら副溝３により、副溝３の間の部分において第５
図ないし第８図、および第９図ないし第14図に示すよう
に主溝２の両側壁が内側に傾斜し、主溝２の開口幅が狭
まって管状部４が形成される。これら管状部４の最小開
口幅は、主溝２の幅W1の75％以下に狭められている。こ
れが75％より大では気泡を発生させる効果が低下し、従
来の溝付き伝熱管に比しての伝熱性能向上効果が低下す
る。

なお、副溝形成ロールR2の突条部11の間は、第３図図
中二点鎖線イで示すように曲面状としてもよい。こうす
れば副溝形成時に、この曲面12に沿って主溝２の側壁部
が円滑に変形し、主溝２の開口幅を狭める効果が増す。
また、各突条部11の先端には、符号ロに示すように幅の
狭い平坦部を形成してもよい。

次に、主溝２および副溝３の圧延が終わったら、溝形
成面を内面側に向けた状態で板条材１を電縫装置にセッ
トし、駆動ロールおよびアイドラの間を多段階に通して
板条材１を幅方向に丸めていき、最終的に板条材の両側
縁部を溶接して円管形に成形する。電縫装置としては通
常使用されているものでよく、また電縫条件も通常の加
工と同じでよい。その後、必要に応じて管の外周面の溶
接部を整形したうえ、ロール状に巻きとるか所定の長さ
で切断し、長尺の伝熱管を得る。

上記の伝熱用電縫管の製造方法によれば、第９図に示
すように各主溝２の長手方向に間隔を空けて、開口幅が
主溝２の内幅に比して相対的に狭い管状部４を多数形成
することができるため、特にこの伝熱用電縫管を熱交換
器等の蒸発部に使用した場合には、第15図に示す内面が
平滑な伝熱管の場合、第16図に示す単純溝付きの伝熱管
の場合に比して、第17図に示すように各管状部４の内部
に気泡が発生しやすく、これら気泡が蒸発核として作用
し、熱媒液体（例えばフロンなど）の蒸発を促進して気
化効率が格段に高められる。

また、管状部４が断続的に設けられているので各主溝
２内に流れ込んだ熱媒液体は、その側壁部から表面張力
を受けて毛細管現象により主溝２に沿って速やかに輸送
される。このため、熱媒液体の輸送効率が単純溝付き伝
熱管の場合に比して向上する。

また、２種の溝2,3を交差状態で形成したことによ
り、単純溝付き伝熱管に比して内面積が増すうえ、各溝
2,3のエッジが鋭利になって表面活性が高まる。したが
って、凝縮部に使用した場合には、これらエッジ部の液
切れが良く、熱媒蒸気の凝縮を促進し、液化効率が高め
られる。

さらに、この伝熱用電縫管の製造方法では、圧延工程
および電縫工程の２工程を一つのラインとして連続させ
ることができるので、長尺かつ細径の伝熱管を効率良く
得ることができ、量産により製造コストの低減が図れ
る。

なお、上記実施例は伝熱用電縫管の形状を断面円形と
していたが、本発明は円形に限らず、断面楕円形や偏平
管状等としても実施可能である。

また、上記実施例では伝熱管１本分の幅の板条材１を
用いていたが、その代わりに、十分幅広の板条材に各溝
2,3を形成した後、スリッターにかけて細幅の板条材に
裁断し、これら板条材に電縫加工を施して伝熱管として
もよい。その場合には、さらに生産性を向上することが
できる。

「実験例」 厚さ0.50mm、幅38mmの脱酸銅製の板条材を用い、主溝
形成ロールおよび副溝形成ロールで連続して圧延を行な
い、この板条材を切断して断面の形状を確認した。な
お、主溝の深さは0.25mmに統一し、副溝の深さは0.05m
m、0.10mm、0.15mm、0.20mmの４段階に変え、管状部の
形状変化を見た。

主溝形成ロールおよび副溝形成ロールのいずれも外径
120mm、厚さ38mmで、主溝形成ロールの断面は第22図に
示す断面Ｕ字状、副溝形成ロールは第23図に示す断面Ｖ
字状とした。

得られた板条材の管状部の断面形状を第18図ないし第
21図に示す。図示の通り、副溝の深さを0.10mm以上とし
たものは全て良好な管状部が形成された。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明の伝熱用電縫管の製造方
法によれば、主溝の長手方向に間隔を空けて、開口幅が
溝の内幅に比して相対的に狭い管状部を多数形成するこ
とができるから、この伝熱用電縫管を特に熱交換器等の
蒸発部に使用した場合には、各管状部の内部に気泡が発
生しやすく、これら気泡が蒸発核として作用し、熱媒液
体の蒸発を促進して気化効率が格段に高められる。

また、管状部が断続的に設けられているので、各主溝
内に流れ込んだ熱媒液体は、その側壁部から表面張力を
受けて毛細管現象により主溝に沿って速やかに輸送さ
れ、熱媒液体の輸送効率が向上する。

また、主溝と副溝を交差状態で形成したことにより、
単純溝付き伝熱管に比して内面積が増すうえ、各溝のエ
ッジが鋭利になって表面活性が高まるため、この伝熱用
電縫管を凝縮部に使用した場合には、これらエッジが凝
縮核となって熱媒蒸気の凝縮を促進し、液化効率が高め
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる伝熱用電縫管の製造方法の説明
図、第２図は主溝形成ロールの外周面の断面拡大図、第
３図は副溝形成ロールの外周面の断面拡大図、第４図な
いし第８図は管状部が形成される様子の説明図、第９図
はこの方法で得られた伝熱用電縫管の内面の拡大図、第
10図ないし第14図は第９図中イ−イないしホ−ホ線断面
図、第15図ないし第17図は本発明の効果を示す説明図、
第18図ないし第21図は実施例で得られた伝熱用電縫管の
断面拡大図、第22図および第23図は実験例で使用した主
溝形成ロールおよび副溝形成ロールの断面図である。 １……金属板条材、２……主溝、３……副溝、４……管
状部、R1……主溝形成ロール、R2……副溝形成ロール。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−58929（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−113114（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−60089（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属板条材の表面に、多数の平行な主溝を
   圧延形成した後、さらにこれら主溝と一定角度で交差す
   る多数の平行な副溝を圧延形成することにより、これら
   副溝間の部分で断続的に前記主溝の開口幅を狭めたう
   え、溝形成面を内側に向けて前記板条材を電縫加工して
   管体にすることを特徴とした伝熱用電縫管の製造方法。
2. 【請求項２】前記主溝は断面Ｕ字状に形成するととも
   に、前記副溝は断面Ｖ字状に形成することを特徴とする
   請求項１記載の伝熱用電縫管の製造方法。