JP2868163B2

JP2868163B2 - 熱交換器用伝熱管の製造方法

Info

Publication number: JP2868163B2
Application number: JP3106723A
Authority: JP
Inventors: 守石川
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: JPH04313691A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は冷凍空調機等に使用され
る熱交換器用伝熱管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷凍空調機の蒸発器等の熱交換性
能を向上させるため、この蒸発器等に使用される数多く
の熱交換器用伝熱管が開発され、量産化されている。こ
の熱交換器用伝熱管においては、管内を通流する冷媒の
蒸発又は沸騰により熱交換が行なわれるので、その伝熱
特性を向上させるために以下に示すような改善が必要で
ある。

【０００３】管内表面積を拡大する。冷媒流の乱れを大きくして伝熱抵抗を小さくする。管内面での沸騰を活発化させる。〜の手段を適宜組み合わせる。

【０００４】先ず、の対策を施した伝熱管としては、
伝熱管内に高いフィンを形成し、又は伝熱管内にフィン
材を設置して、伝熱管の内表面積を拡大することにより
伝熱特性を向上させたものがある。しかし、この場合、
管内を通流する冷媒の圧力損失が管内面が平滑な平滑管
の約10倍になってしまうため、使用上問題がある。

【０００５】の対策を施した伝熱管としては、コルゲ
ート管がある。このコルゲート管は冷媒流の乱れが大き
くなるので、伝熱抵抗が低減されて伝熱特性が向上す
る。しかし、この場合においても、管内を通流する冷媒
の圧力損失が平滑管の約 5倍になってしまうため、使用
上問題がある。

【０００６】また、の対策を施した伝熱管としては、
粒子を管内面に焼結させたものがある。この伝熱管は平
滑管の 5乃至10倍の伝熱特性を有するものの、小径化及
び長尺化が困難であると共に、生産性が低く、製造コス
トが高いという欠点がある。

【０００７】そこで、近年、及びの対策を組み合わ
せて、内表面積を拡大すると共に冷媒流の乱れを大きく
するために、その内面に溝を形成した伝熱管が製造され
ている。

【０００８】例えば、特開昭64-78681号に示す伝熱管の
製造方法は、管内面に左右対称の溝を形成し、少なくと
も管内側をドライ状態にして造管するものである。ま
た、特開平1-113115号に示す伝熱管の製造方法は、１つ
の成形ローラの周囲に複数の圧延ローラを配置し、この
成形ローラと圧延ローラとの間に金属帯板を通過させる
ことにより溝を形成するものである。更に、特開平1-11
3114号に示す伝熱管の製造方法は、管内面に設けたフィ
ンを鍔状に成形することにより冷媒の沸騰を促進させる
ものである。

【０００９】このように管の内面に溝を形成した伝熱管
は、溝によって管の内表面積が平滑管の場合の 1.5倍に
拡大されるものの、この溝が微細であるため圧力損失が
平滑管の場合の約 2倍に抑制されている。また、この伝
熱管においては、溝が管軸に対して例えば約 5乃至30°
捻れて形成されているので、管内を通流する冷媒がこの
溝に沿って旋回する。従って、この伝熱管は圧力損失が
少ないと共に、その伝熱特性が平滑管の 2乃至 3倍に向
上している。更に、この伝熱管は機械加工による連続的
な製造が可能である。このため、この伝熱管はルームエ
アコン又は冷凍器等の数多くの蒸発器に使用されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、蒸発器
等のヒートポンプの高性能化を図るためには、熱交換器
用伝熱管の伝熱性能を更に一層向上させる必要がある。
この場合に、管の内面に単に溝を形成した伝熱管ではそ
の伝熱性能の向上に限界があるため、伝熱管使用分野か
らのヒートポンプの高性能化という要求には十分に対応
することができないという問題点がある。

【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、小径化及び長尺化が可能であり、製造コス
トを低減することができると共に、伝熱性能が更に一層
向上した熱交換器用伝熱管の製造方法を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る熱交換器用
伝熱管の製造方法は、その周面に断面が矩形状の複数の
第１の溝が設けられた第１の圧延ローラにより板材を圧
延する工程と、その周面に断面がＶ字状であって圧延材
への転写形状が前記第１の溝と交差する複数の第２の溝
が設けられた第２の圧延ローラにより前記板材を圧延す
る工程と、前記第１及び第２の溝の転写面を内側にして
前記板材を管状に成形した後造管する工程とを有し、前
記第１の圧延ローラは前記第１の溝の溝間の凸部の幅が
０．１５乃至０．３ｍｍであり、この凸部の幅と前記第
１の溝の溝幅との比が１：１乃至１：１．５であり、前
記第１の溝の溝深さが０．２乃至０．３ｍｍであること
を特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【作用】本発明方法においては、先ず、その周面に断面
が矩形状の複数の第１の溝が設けられた第１の圧延ロー
ラにより板材を圧延する。これにより、前記板材の表面
には前記第１の溝に整合する断面矩形状の第１の凸部群
が成形されると共に、この第１の凸部群の相互間に第１
の凹部が成形される。次いで、その周面に断面がＶ字状
の第２の溝が設けられた第２の圧延ローラにより前記板
材を圧延する。これにより、前記板材の表面には前記第
２の溝に整合する断面三角形状の第２の凸部群が成形さ
れると共に、この第２の凸部群の相互間に第２の凹部が
成型される。前記第２の圧延ローラの第２の溝は圧延材
の転写形状で前記第１の圧延ローラの第１の溝と交差す
るように設けてあるため、前記第１の凸部群は前記第２
の圧延ローラのフラット部（凸部）により押圧され、変
形して前記第１の凹部上に張り出す。そして、この張り
出し部分が相互に接触し、第２の凹部に第１の凹部の間
隔でトンネル状の構造が形成される。また、前記第１の
圧延ローラにより板材表面に形成された第１の凹部であ
って、前記第２の圧延ローラの溝部が通過した部分は第
１の凹部上に殆ど張り出すことはなく、この部分が上述
のトンネル状構造の開口部となる。

【００１５】

【００１６】その後、前記第１及び前記第２の凸部群を
内側にして前記板材を管状に成形した後、その突き合わ
せ端部を溶接する等して造管する。これにより、上述の
如く伝熱特性が優れた本発明に係る熱交換器用伝熱管を
製造することができる。

【００１７】本発明方法によれば、連続的に供給される
板材に上述した一連の処理を施すことにより、伝熱特性
が優れた熱交換器用伝熱管を連続的に製造することがで
きるので、伝熱管の小径化及び長尺化が可能であると共
に、その製造コストを低減することができる。

【００１８】なお、本発明方法においては、前記第１の
圧延ローラは前記第１の溝の溝間の凸部の幅が０．１５
ｍｍ未満であると、圧延工具としての強度が不十分にな
り、板材に０．２ｍｍ以上の深さで溝加工することが
困難になる。一方、前記第１の溝の溝間の凸部の幅が
０．３ｍｍを超えると、板材の第１の凹部の幅はこれに
対応して広くなる。そうすると、その後にＶ字溝圧延に
より加工される第２の凹部の深さが０．２５ｍｍ以下の
場合、この圧延により第１の凸部群が第１の凹部上に張
り出す量がこの第１の凹部の幅に比して不十分になるた
め、上述のトンネル状構造が得にくくなる。このため、
前記第１の溝の溝間の凸部の幅は０．１５乃至０．３ｍ
ｍにする。

【００１９】また、前記第１の圧延ローラは前記第１の
溝の溝間の凸部の幅が上述の寸法範囲である場合、前記
第１の溝の溝間の凸部の幅と前記第１の溝の幅との比が
１：１未満であると、前記第２の圧延ローラの前記第２
の溝により三角状に成形される前記第２の凸部群は溝方
向の長さが短くなり、その強度が低下する。そうする
と、熱交換器の組立時の伝熱管の拡管工程において、伝
熱管が変形し、その伝熱特性が劣化する。一方、前記第
１の溝の溝間の凸部の幅と前記第１の溝の幅との比が
１：１．５を超えると、前記第２の凸部群は溝方向の長
さが長くなり、上述のトンネル状構造の数が減少するた
め、伝熱管の伝熱特性が劣化する。従って、前記第１の
溝の溝間の凸部の幅と前記第１の溝の幅との比は１：１
乃至１：１．５にする。

【００２０】更に、前記第１の圧延ローラの前記第１の
溝の溝深さは、前記トンネル状構造の大きさを適切なも
のにするために、０．２乃至０．３ｍｍにする。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。図１は本発明の実施例に係る熱交換
器用伝熱管の製造ラインを示す斜視図、図２は矩形溝付
ローラを示す斜視図、図３はその部分拡大断面図、図４
はＶ字溝付ローラを示す斜視図、図５はその部分拡大断
面図である。

【００２２】コイル状に巻回された金属帯材１は巻き解
かれて熱交換器用伝熱管の製造ラインに連続的に送給さ
れる。この金属帯材１の送給路（パスライン）の上方に
は矩形溝付ローラ２及びＶ字溝付ローラ３が配置されて
いて、金属帯材１はローラ２，３により順次圧延される
ようになっている。

【００２３】矩形溝付ローラ２は、図２及び図３に示す
ように、その周面に断面が矩形状の複数の溝２ａが金属
帯材１のパスラインに対して右方向に例えば約72度傾斜
して刻設されている。この溝２ａは幅が例えば約 0.2m
m、深さが例えば約0.25mmであって、溝２ａの相互間の
凸部２ｂの幅は例えば 0.2mmになっている。

【００２４】Ｖ字溝付ローラ３は、図４及び図５に示す
ように、その周面に断面がＶ字状の複数の溝３ａが金属
帯材１のパスラインに対して左方向に例えば約18度傾斜
して刻設されている。この溝３ａはＶ字状の開き角度が
例えば約50度、深さが例えば約 0.2mmであって、溝３ａ
の相互間の凸部３ｂの上面の幅は例えば約0.25mmになっ
ている。

【００２５】溶接機４はローラ２，３の後方に配置され
ている。そして、金属帯材１はその長手方向の中心線の
周りに湾曲され、溝加工面を内側にして管状に成形され
た後、溶接機４の内部を通過する間にその突き合わせ端
部が溶接される。これにより、造管された熱交換器用伝
熱管は１対の案内ローラ５により案内されて次工程に送
給される。

【００２６】次に、上述した製造ラインを使用した本実
施例に係る熱交換器用伝熱管の製造方法について説明す
る。図６は本実施例に係る熱交換器用伝熱管の内面を示
す一部切欠斜視図である。

【００２７】先ず、巻き解かれた金属帯材１を矩形溝付
ローラ２により圧延する。これにより、金属帯材１の表
面には矩形溝付ローラ２の周面の溝形状が転写されて金
属帯材１の長手方向に対して傾斜する方向の複数の凹部
６ａ及び凸部６ｂが成形される。この凹部６ａ及び凸部
６ｂはその断面が矩形状をなしている。

【００２８】次に、凹部６ａ及び凸部６ｂが成形された
金属帯材１をＶ字溝付ローラ３により圧延する。これに
より、金属帯材１の表面にはＶ字溝付ローラ３の周面の
溝形状が転写されて凹部６ａ及び凸部６ｂに直交する方
向の複数の凹部７ａ及び凸部７ｂが成形される。この凹
部７ａは、従来の内面溝付管と同様に、その断面が溝底
部にてフラット状の逆台形状をなしている。また、凸部
７ｂはその断面が三角形状をなしている。この場合、Ｖ
字溝付ローラ３による溝加工時において、金属帯材１の
凸部６ｂはＶ字溝付ローラ３の凸部３ｂにより押圧さ
れ、変形して凹部６ａ上に張り出す。これにより、凹部
６ａと凹部７ａとの交差部分にトンネル部８が形成され
る。一方、凹部６ａと凸部７ｂとの交差部分において
は、凸部６ｂが凹部６ａ上に殆ど張り出すことはなく、
この部分がトンネル部８の開口部８ａとなる。トンネル
部８は幅が約 0.2mm、高さが約0.03mmであって、開口部
８ａは幅が約0.02mm、長さが約0.05mmである。また、凸
部７ｂはその高さが約0.03mmであり、凹部６ａによって
分断されて約 0.2mm間隔で断続的に配列される。

【００２９】次に、金属帯材１はその長手方向の中心軸
の周りに湾曲され、その溝加工面を内側にして管状に成
形された後、溶接機４内に導入され、その突き合わせ端
部が溶接される。これにより、管内面にトンネル部８が
設けられた熱交換器用伝熱管を連続的に製造することが
できる。

【００３０】本実施例方法により製造された熱交換器用
伝熱管は、凹部６ａ，７ａ（又は、凸部６ｂ，７ｂ）に
よりその内表面積が拡大されているため、伝熱面積が広
い。また、管内を通流する冷媒は、凹部６ａ，７ａに沿
って管内にて旋回して流れやすく、管内全面が冷媒によ
り濡れやすい。更に、管内面にはトンネル部８が設けら
れており、開口部８ａを介してトンネル部８内に冷媒が
供給されるため、このトンネル部８内において冷媒の沸
騰及び凝縮を活発化させることができる。従って、本実
施例に係る熱交換器用伝熱管は、従来の内面溝付管に比
してその伝熱特性を更に一層向上させることができる。

【００３１】また、本実施例方法によれば、上述の製造
ラインにおいて連続的に供給される金属帯材１に一連の
処理を施すことにより、伝熱特性が優れた熱交換器用伝
熱管を連続的に製造することができる。従って、熱交換
器用伝熱管の小径化及び長尺化が可能であると共に、そ
の製造コストを低減することができる。

【００３２】次に、実際に上述した本実施例方法により
熱交換器用伝熱管を製造し、その伝熱性能を従来の熱交
換器用伝熱管と比較して評価した結果について説明す
る。

【００３３】図７は本実施例に係る伝熱管及び従来の台
形型溝付管における冷媒流量（kg/h）と蒸発伝熱係数
（kcal/ ｍ² ｈ℃）との関係を示すグラフ図である。

【００３４】この図７から明らかなように、本実施例に
係る伝熱管は冷媒流量が30乃至70kg/hにおいて蒸発伝熱
係数が約5000kcal/ｍ² ｈ℃であって、その蒸発性能が
従来のものに比して約 1.5乃至 1.7倍と極めて優れたも
のであった。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、熱
交換器用伝熱管の内面にトンネル部を設けたから、この
トンネル部内において冷媒の沸騰及び凝縮を活発化させ
ることができる。従って、熱交換器用伝熱管の伝熱性能
を従来の内面溝付管に比して更に一層向上させることが
できる。

【００３６】また、本発明方法によれば、板材から上述
の如く伝熱特性が優れた熱交換器用伝熱管を連続的に製
造することができるので、伝熱管の小径化及び長尺化が
可能であると共に、その製造コストを低減することがで
きる。

【００３７】従って、本発明に係る熱交換器用伝熱管を
熱交換器に使用することにより、熱交換器の小型化及び
高性能化を図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１図は本発明の実施例に係る熱交換器用伝熱
管の製造ラインを示す斜視図である。

【図２】矩形溝付ローラを示す斜視図である。

【図３】図２の部分拡大断面図である。

【図４】Ｖ字溝付ローラを示す斜視図である。

【図５】図４の部分拡大断面図である。

【図６】本実施例に係る熱交換器用伝熱管の内面を示す
一部切欠斜視図である。

【図７】本実施例及び従来の伝熱管における冷媒流量と
蒸発伝熱係数との関係を示すグラフ図である。

【符号の説明】

１；金属帯材２；矩形溝付ローラ２ａ，３ａ；溝２ｂ，３ｂ，６ｂ，７ｂ；凸部３；Ｖ字溝付ローラ４；溶接機５；案内ローラ６ａ，７ａ；凹部８；トンネル部８ａ；開口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F28F 1/40 D F28F 1/40 E B21C 37/15 K B21C 53/06 G

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】その周面に断面が矩形状の複数の第１の
溝が設けられた第１の圧延ローラにより板材を圧延する
工程と、その周面に断面がＶ字状であって圧延材への転
写形状が前記第１の溝と交差する複数の第２の溝が設け
られた第２の圧延ローラにより前記板材を圧延する工程
と、前記第１及び第２の溝の転写面を内側にして前記板
材を管状に成形した後造管する工程とを有し、前記第１
の圧延ローラは前記第１の溝の溝間の凸部の幅が０．１
５乃至０．３ｍｍであり、この凸部の幅と前記第１の溝
の溝幅との比が１：１乃至１：１．５であり、前記第１
の溝の溝深さが０．２乃至０．３ｍｍであることを特徴
とする熱交換器用伝熱管の製造方法。