JP3049692B2 - 伝熱管 - Google Patents

伝熱管

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JP3049692B2
JP3049692B2 JP9268139A JP26813997A JP3049692B2 JP 3049692 B2 JP3049692 B2 JP 3049692B2 JP 9268139 A JP9268139 A JP 9268139A JP 26813997 A JP26813997 A JP 26813997A JP 3049692 B2 JP3049692 B2 JP 3049692B2
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炳坤 金
吉淳 郭
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    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
    • B21C37/08—Making tubes with welded or soldered seams
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に使用さ
れる伝熱管に関し、より詳しく説明すると、流動特性及
び伝熱特性を向上させるために、その管の内周面に、複
数条の螺旋状溝と、この螺旋状溝に交差するように形成
された複数条の副溝とを有する伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、伝熱管としては、例えば空気調和
器又は冷凍機等内の蒸発管、凝縮管又はヒートパイプ等
といった熱交換器に使用され、この管内部のフレオン等
の冷媒と、この管外部を流れる流体とで熱交換を行っ
て、これら冷媒及び流体間で蒸発又は凝縮作用を成すも
のである。
【０００３】このような伝熱管としては、近年、高効率
化及び省エネ化といった観点から、主に、その内周面に
溝部を形成したものが知られている。
【０００４】このような伝熱管によれば、その内周面
に、微細な三角形形状又は台形形状の螺旋状溝と、この
螺旋状溝によって形成された突部とが形成されているの
で、この螺旋状溝内部の表面張力及び螺旋状溝による乱
流効果によって、伝熱管の縦軸方向へと螺旋状溝に沿っ
て流れる冷媒、つまり伝熱管内部の冷媒流動を促進する
ことができる。
【０００５】このような伝熱管が凝縮器に使用される
と、この伝熱管内部の各螺旋状溝間にある突部によって
冷媒流体の乱流が活発化して凝縮特性が向上する、つま
り、この突部は凝縮核として作用する。
【０００６】また、このような伝熱管が蒸発器に使用さ
れると、この伝熱管内部の螺旋状溝のエッジによって冷
媒流体の撹拌が活発化して伝熱管内部に供給される冷媒
流体の蒸発特性が向上する、つまり、前記螺旋状溝のエ
ッジは気泡を発生させる蒸発核として作用する。
【０００７】このような伝熱管は、米国において１９８
７年４月２１日付で特許付与された米国特許第4,658,89
2 号公報（以下、単にシノハラ特許と称する）に開示さ
れている。
【０００８】このシノハラ特許の伝熱管は、伝熱管内部
の流体圧力損失が実質的に増加しない範囲内で、この伝
熱管の内周面に、比較的、深い螺旋状溝を連続的に形成
したものである。
【０００９】このシノハラ特許によれば、伝熱管の内径
Ｄｉに対する螺旋状溝の深さＨｆの比率（Ｈｆ／Ｄｉ）
は、０．０２〜０．０３の範囲内とし、この伝熱管の縦
軸方向に対する螺旋状溝の螺旋角度は７°〜３０°の範
囲内としている。
【００１０】また、螺旋状溝の深さＨｆに対する各々の
螺旋状溝が形成された部分の断面積Ｓの比率は、０．１
５〜０．４０の範囲内とし、これら螺旋状溝の間に位置
する突部の断面における頂角は３０°〜６０°の範囲内
としている。
【００１１】このシノハラ特許に開示された伝熱管によ
れば、この伝熱管に供給される冷媒流体が、連続的に形
成された螺旋状の螺旋状溝に沿って伝熱管の内周面の大
部分に亘って広く拡散してしまうので、この伝熱管の金
属表面と冷媒流体とが直接接触できなくなって、凝縮効
率が低下してしまうといった問題点があった。
【００１２】そこで、この凝縮効率としての伝熱性能を
より向上させるために、この伝熱管の内周面上に螺旋状
に形成した複数条の螺旋状溝と、この螺旋状溝と所定の
角度で交差し、一定の間隔で離隔形成された複数条の副
溝とを備える交差溝形成伝熱管が提案されている。
【００１３】このような交差溝形成伝熱管は、米国にお
いて１９８８年３月２９日付で特許付与された米国特許
第4,733,698 号（以下、単にサトウ特許と称する）に開
示されている。図９は、このような従来技術の交差溝形
成伝熱管における内周面の概略構成を端的に示す拡大斜
視図である。
【００１４】このようなサトウ特許には、図９に示すよ
うに、この伝熱管の内周面上に形成した複数条の螺旋状
溝１１と、この螺旋状溝１１に対して一定の角度で交差
し、この螺旋状溝１１の螺旋角度に比べて大きい角度で
傾斜した複数条の副溝１２と、これら螺旋状溝１１及び
副溝１２で形成する複数の突起部１３とを備えた交差溝
形成伝熱管１０が開示してある。
【００１５】この交差溝形成伝熱管１０によれば、副溝
１２を形成した分だけ内部表面積が増加するので、熱伝
達率が上昇する。
【００１６】さらに、この交差溝形成伝熱管１０によれ
ば、この伝熱管１０内部のエッジが増加するだけでな
く、この伝熱管１０の縦軸方向に対して螺旋状溝１１よ
りも傾斜するように副溝１２を形成するようにしたの
で、冷媒流体の撹拌がより活発化する。
【００１７】従って、このような交差溝形成伝熱管１０
においては、冷媒流体の撹拌がより活発化して、冷媒流
体の蒸発特性が向上する等の利点があるため、広く普及
されている。
【００１８】また、日本特許公開第94-14778号公報によ
れば、その内周面に、伝熱管の縦軸方向に沿って、直線
状の矩形又は逆台形形状の第１溝を一定の深さＨ、かつ
一定のピッチＰで設けると同時に、この第１溝よりも浅
い第２溝を、第１溝に螺旋状に交差させ、第１溝の溝ピ
ッチＰと第１溝の溝底の溝幅Ｓとの比率（Ｓ／Ｐ）をＳ
／Ｐ＜１／２とし、第１溝の溝幅Ｓと溝深さＬとの比率
（Ｌ／Ｓ）をＬ／Ｓ＞１／２とした伝熱管が開示してあ
る。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の交差溝形成伝熱管（サトウ特許）１０におい
ては、図１０に示すように、各突起部１３間に形成され
た、冷媒流体の流動方向に対して、副溝１２の上流側壁
面１２ａ、すなわち突起部１３の下流側背面１３ａには
渦流が発生し、この渦流が伝熱管１０内部を流れる冷媒
流体の流動方向に対して抵抗として作用してしまうの
で、この渦流発生領域における伝熱管１０の伝熱性能が
著しく低下してしまうといった事態が発生した。
【００２０】また、このような交差溝形成伝熱管１０の
製造方法においては、図１１に示すように、この伝熱管
１０の螺旋状溝１１を圧延成形した後に、副溝１２を圧
延成形するようにしたので、副溝１２の圧延成形時に、
既に成形されている螺旋状溝１１側に突出部１４が発生
してしまう。
【００２１】このような製造方法にて製造された交差溝
形成伝熱管１０によれば、この螺旋状溝１１における突
出部１４の発生によって、流体抵抗が大きくなって螺旋
状溝１１による乱流効果が低下してしまい、その伝熱性
能が高くても圧力損失が大きくなってしまうといった事
態が発生した。
【００２２】このように従来の交差溝形成伝熱管１０に
よれば、その伝熱性能が高くても圧力損失が大きくなっ
て、この伝熱管内部の冷媒流体を流動させるために大き
な動力を必要とするので、伝熱性能と圧力損失（エネル
ギー効率）との関係は反比例の関係にあると言える。
【００２３】つまり、従来の交差溝形成伝熱管１０によ
れば、蒸発特性や凝縮特性等といった伝熱性能を高くし
ようとすると、圧力損失が大きくなってしまったり、圧
力損失を小さくしようとすると、この伝熱性能が低下し
てしまうといった問題点があった。
【００２４】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、その圧力損失を最
小限に抑えながら、その伝熱性能を向上させることがで
きる伝熱管及びその製造方法を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における第１の発明である伝熱管は、断面円形
状の金属管の内周面に、この金属管の縦軸方向に対して
一定の螺旋角度をもって相互平行に複数条の螺旋状溝を
形成すると共に、この螺旋状溝に対して一定の交差角度
を有する複数条の副溝を交差形成し、この副溝におけ
る、前記金属管の螺旋状溝方向に対して互いに対向する
一対の壁の内、その一方の壁に、前記金属管の螺旋状溝
方向に対して一定の略直角な傾斜角度を有する垂直壁を
形成し、他方の壁に、前記金属管の螺旋状溝方向に対し
て一定の傾斜角度を有する傾斜壁を形成すると共に、前
記金属管の螺旋状溝方向に対して互いに隣り合う一対の
副溝の内、一方の副溝の垂直壁と他方の副溝の傾斜壁と
の間に、その頂部を平面部とする突起部を形成し、この
金属管の内周面に形成した螺旋状溝における、金属管の
縦軸方向に対する螺旋角度を、１０°〜４０°の範囲内
とし、この螺旋状溝に対する副溝の交差角度を、７５°
〜１０５°の範囲内とし、前記金属管の螺旋状溝方向に
おける副溝の最大幅に対する、前記金属管の螺旋状溝方
向における突起部の平面部の幅の比率を０．２〜１．０
の範囲内とすることを特徴とする。
【００２６】この伝熱管は、その内周面に複数条の螺旋
状溝と、この螺旋状溝と交差する複数条の副溝と、これ
ら螺旋状溝及び副溝より形成された複数の突起部とを有
する交差溝形成伝熱管に相当するものである。
【００２７】前記金属管の材質としては、例えば銅、銅
合金、アルミニウム又はアルミニウム合金等があげられ
る。
【００２８】前記金属管の縦軸方向とは、この金属管の
長手方向に相当するものである。
【００２９】前記金属管の内周面に形成された螺旋状溝
の、金属管の縦軸方向に対する螺旋角度は、１０°〜４
０°の範囲内としたが、１８°〜２５°とするのが望ま
しい。
【００３０】また、この螺旋状溝に対する副溝の交差角
度は、７５°〜１０５°の範囲内としたが、９０°とす
るのが望ましい。
【００３１】前記副溝の傾斜壁は、この金属管で構成さ
れる伝熱管内に供給される流体の流動方向に対して上流
側に位置する壁面に相当するものであり、前記副溝の垂
直壁は、この流動方向に対して下流側に位置する壁面に
相当するものである。
【００３２】前記副溝の傾斜壁の傾斜角度は、この金属
管の螺旋状溝方向に対して３０°〜６０°の範囲内とす
るのが望ましい。
【００３３】また、前記副溝の垂直壁の傾斜角度は、こ
の金属管の螺旋状溝方向に対して９０°〜１０５°の範
囲内とするのが望ましい。
【００３４】また、前記金属管の螺旋状溝方向における
副溝の最大幅に対する、前記金属管の螺旋状溝方向にお
ける突起部の平面部の幅の比率は０．２〜１．０の範囲
内としているが、前記副溝の最大幅とは、各副溝の垂直
壁の頂点及び傾斜壁の頂点間の幅に相当するものであ
る。
【００３５】前記螺旋状溝及び副溝のそれぞれの深さは
一定とするのが良く、この場合には螺旋状溝の深さに対
する副溝の深さの比率は、０．５〜１．０の範囲内とす
るのが望ましい。
【００３６】従って、第１の発明である伝熱管によれ
ば、その内周面に形成した螺旋状溝に一定の角度で副溝
が形成してあるので、連続的な螺旋状溝のみを形成した
従来の伝熱管のように、この螺旋状溝に沿って伝熱管の
内周面の大部分に亘って流体が広く拡散して、この金属
表面と冷媒流体が直接接触できなくなってしまうことに
より発生する凝縮効率の低下を確実に抑制することがで
きる。
【００３７】さらに、副溝の形状は、冷媒流体の流動方
向に対してほぼ直角の垂直壁と、一定の角度で傾斜した
傾斜壁とで構成しているために、この傾斜壁に沿って冷
媒流体が円滑に流れるようになっているので、突起部の
下流側背面領域に渦流が発生することはなく、従来、発
生していた渦流発生による流動抵抗の増加及び伝熱性能
の悪化を防止することができる。
【００３８】また、この副溝の垂直壁によって冷媒流体
の乱流及び撹拌作用を最大化させることにより、伝熱性
能を上昇させることができる。
【００３９】つまり、この第１の発明である伝熱管によ
れば、その圧力損失を最小限に抑えながら、その蒸発特
性及び凝縮特性等の伝熱性能を向上させることができ
る。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態に示す交差溝形成伝熱管について説明する。図
１は本実施の形態に示す交差溝形成伝熱管の内周面の概
略構成を示す拡大斜視図、図２は同平面図、図３は図２
に示すＩ−Ｉ線断面図、図４は図２に示すＩＩ−ＩＩ線
断面図である。
【００４１】この交差溝形成伝熱管１は断面円形状の金
属管であり、この材質には銅、銅合金、アルミニウム又
はアルミニウム合金等の通常の金属条材を使用するもの
である。尚、この伝熱管１の製造にあたって使用される
金属条材の幅及び厚みは用途に応じて適宜変更可能であ
る。
【００４２】この交差溝形成伝熱管１には、その内周面
全体に亘って、この伝熱管１の縦軸方向に対して一定の
螺旋角度αを有しながら、相互平行に形成された複数条
の螺旋状溝２が形成してある。この螺旋状溝２の断面形
状は、図３に示すように、ほぼ逆台形形状である。
【００４３】また、この交差溝形成伝熱管１には、この
螺旋状溝２に対して一定の交差角度βで交差しながら、
相互平行に形成された複数条の副溝３が形成してある。
この副溝３の断面形状は、図４に示すように螺旋状溝２
の螺旋角度αよりも大きい角度を有する、ほぼ直角三角
形形状である。
【００４４】この交差溝形成伝熱管１の内周面には、こ
れら螺旋状溝２及び副溝３より形成された台形形状の微
細な突起部４が多数形成してある。
【００４５】図５は本実施の形態に示す交差溝形成伝熱
管１の製造方法を端的に示す斜視図である。
【００４６】この交差溝形成伝熱管１の螺旋状溝２は、
図５に示すように金属条材５に副溝３が成形された後に
成形されるのであるが、その断面形状は一般的な交差溝
形成伝熱管と同様に、ほぼ逆台形形状であり、この伝熱
管１の縦軸方向、すなわち冷媒流体の流動方向に対する
螺旋状溝２の螺旋角度αは、１０°〜４０°の範囲内、
望ましくは１８°〜２５°の範囲内で形成されるのが望
ましい。
【００４７】尚、この螺旋状溝２の螺旋角度（傾斜角
度）αが１０°よりも小さくなると、この螺旋状溝２に
よる乱流効果を得ることは期待しにくく、この冷媒流体
に対する乱流発生効果が低下すると、この伝熱管１の伝
熱性能も低下するものである。また、その反面、螺旋角
度αが４０°よりも大きくなると、この螺旋状溝２によ
る流体抵抗が大きくなって圧力損失が大きくなってしま
う。
【００４８】また、螺旋状溝２間のピッチＰは、０．２
〜０．７ｍｍの範囲内にすることが望ましい。
【００４９】尚、この螺旋状溝２間のピッチＰが大きす
ぎると、この螺旋状溝２の形成密度が小さくなるため
に、この螺旋状溝２による冷媒流体の流動性の向上及び
伝熱性能の効果が減少し、その反面、この螺旋状溝２間
のピッチＰが小さすぎると、この螺旋状溝２の形成が困
難となる。従って、この交差溝形成伝熱管１の内径Ｄｉ
が１ｃｍ程度の一般的な伝熱管の場合には、０．２〜
０．７ｍｍの範囲内にすることが望ましい。
【００５０】また、この交差溝形成伝熱管１の内径Ｄｉ
に対する螺旋状溝２の深さＨｆの比率（Ｈｆ／Ｄｉ）
は、０．０２〜０．０５の範囲内とすることが望まし
い。
【００５１】尚、この比率（Ｈｆ／Ｄｉ）が０．０２よ
りも小さくなると、螺旋状溝２の効果が発揮できなくな
るため、この螺旋状溝２による表面張力及び乱流効果は
期待しにくい。また、この反面、その比率（Ｈｆ／Ｄ
ｉ）が０．０５よりも大きくなると、螺旋状溝２による
流体抵抗が大きくなって、冷媒流体の流動性が低下して
しまう。従って、この本実施の形態に示す交差溝形成伝
熱管１においては、連続的な螺旋状溝２によって冷媒流
体が広く拡散してしまうの防止する一方で、螺旋状溝２
による冷媒流体の乱流及び撹拌効果をより向上させるた
めに、副溝３が螺旋状溝２と交差した状態で相互平行に
多数形成するようにしてある。
【００５２】また、これら螺旋状溝２と副溝３との交差
角度βは、図２に示すように７５°〜１０５°の範囲内
とし、相互直角にすることが望ましい。
【００５３】また、この副溝２は、図４に示すように、
この伝熱管１の螺旋状溝方向に対して互いに対向する一
対の壁の内、一方の壁である下流側壁面を垂直壁３ａと
し、他方の壁である上流側壁面を傾斜壁３ｂとしてお
り、前記傾斜壁３ｂの傾斜角度γ２は垂直壁３ａの傾斜
角度γ１よりも小さくなるように形成してある。
【００５４】この垂直壁３ａの傾斜角度γ１は、この伝
熱管１の螺旋状溝方向に対してほぼ直角、すなわち９０
°〜１０５°の範囲内とし、前記傾斜壁３ｂの傾斜角度
γ２は、この螺旋状溝方向に対して３０°〜６０°の範
囲内とするのが望ましい。
【００５５】このように垂直壁３ａの傾斜角度γ１を大
きくするようにしたので、従来よりも顕著な冷媒流体の
乱流及び撹拌作用が起こると共に、傾斜壁３ｂの傾斜角
度γ２を緩やかにしたので、冷媒流体が突起部４を越え
て流動したとしても、この傾斜壁３ｂに沿って緩やかに
冷媒流体が流動することにより、この傾斜壁３ｂ領域、
すなわち突起部４の下流側背面４ａに渦流が発生するこ
とはない。従って、従来の交差溝形成伝熱管の問題点で
あった渦流によって生じる圧力損失を抑えることができ
る。
【００５６】また、図４に示すように、副溝３の開口部
の最大幅Ｂ、つまり垂直壁３ａの頂部及び傾斜壁３ｂの
頂部間の幅Ｂと、この突起部４の上面部４ｃの幅Ａ、つ
まり一突起部４の下流側背面４ａの頂部及び上流側正面
４ｂの頂部間の幅との比率（Ａ／Ｂ）は、０．２〜１．
０の範囲内であることが望ましい。
【００５７】尚、この比率（Ａ／Ｂ）が０．２よりも小
さい、つまり、突起部４の上面部４ｃの幅Ａを小さくす
ると、副溝３成形後に螺旋状溝２を成形する場合、突起
部４の上流側正面４ｂが上流側に傾いてしまうので、副
溝３の傾斜角度γ１及びγ２を所望の角度に加工するこ
とが難しくなってしまう。また、この反面、この比率
（Ａ／Ｂ）が１．０よりも大きい、つまり突起部４の上
面部４ｃの幅Ａを大きくすると、液膜が突起部４の上流
側正面４ｂにまで広く広がってしまうので、凝縮性能が
低下してしまう。
【００５８】また、螺旋状溝２の深さＨｆと副溝３の深
さＨとは同一であることが望ましい。
【００５９】尚、この副溝３の深さＨが螺旋状溝２の深
さＨｆよりも深くすると、螺旋状溝２による乱流効果及
び溝内部の表面張力による流動性に悪影響を及ぼしてし
まうので、少なくとも副溝３の深さＨが螺旋状溝２の深
さＨｆよりも深くならないようにすべきであり、つま
り、この螺旋状溝２の深さＨｆと副溝３の深さＨとの比
率（Ｈ／Ｈｆ）は１．０以下とするべきである。
【００６０】また、副溝３の深さＨが螺旋状溝２の深さ
Ｈｆに比してあまりにも浅くしすぎると、一般的な螺旋
状溝のみを形成した伝熱管と比べても伝熱性能に大きな
差異がでないので、この副溝３の深さＨは、少なくも螺
旋状溝２の深さＨｆの１／２以上とすべきであり、この
螺旋状溝２の深さＨｆと副溝３の深さＨとの比率（Ｈ／
Ｈｆ）は０．５以上とするべきである。
【００６１】では、次に、図５に基づき本実施の形態に
示す交差溝形成伝熱管１の製造方法について説明する。
【００６２】この本実施の形態に示す交差溝形成伝熱管
１の製造方法は、日本国公開特許第94-234014 号に示す
ような、一般的な電気溶接式伝熱管の製造方法と別段違
いはない。
【００６３】しかしながら、このような一般的な製造方
法によれば、まず、最初に金属条材に螺旋状溝を成形
し、この螺旋状溝成形後に副溝を成形するようにしたの
で、副溝成形時に螺旋状溝の内側に突出部が形成されて
しまい、この突出部によって冷媒流体の流動性に悪影響
を及ぼしてしまうといった事態が発生した。
【００６４】そこで、このような事態を打開するため
に、本実施の形態における製造方法によれば、まず最初
に金属条材５に副溝３を成形し、この副溝３成形後に螺
旋状溝２を成形するようにしたので、前記螺旋状溝２の
内側に突出部が発生するようなことはなく、冷媒流体の
流動性に悪影響を及ぼすことを効果的に防止することが
できる。
【００６５】では、この製造方法について、図５に基づ
き詳細に説明する。
【００６６】図５に示すように、まず、所定直径の伝熱
管を製造するのに適した幅を有する金属条材５を準備
し、この金属条材５に一定のピッチの副溝３を成形する
ための副溝成形ロール６に金属条材５を通過させ、この
金属条材５に副溝３を成形する。
【００６７】この金属条材５に副溝３を成形した後、こ
の金属条材５に一定のピッチの螺旋状溝２を成形するた
めの螺旋状溝成形ロール７に副溝３成形後の金属条材５
を通過させ、この金属条材５に螺旋状溝２を成形する。
尚、これら副溝成形ロール６及び螺旋状溝成形ロール７
には、各々の溝の形状に対応する突起部が所定の角度で
形成されている。
【００６８】この副溝３は、図４に示すように、その断
面を直角三角形形状を有するようにしたので、螺旋状溝
成形ロール７による螺旋状溝２の成形時の金属流動がほ
ぼ台形形状の突起部４の形成に寄与するものである。従
って、この螺旋状溝２の成形によって副溝３側にある程
度の突出部が発生したとしても、螺旋状溝２による流動
性上昇効果を低下させることはなく、むしろ副溝３側に
発生した鋭い突出部で冷媒流体の拡散を効果的に阻止し
て凝縮性能を向上させることができる。
【００６９】このように金属条材５に対して副溝３及び
螺旋状溝１を成形した後、この金属条材５の溝成形面側
が内周面となるように一段階又は多段階の成形ロール８
を通過させ、この金属条材５を所定の直径の真円管状の
金属管に成形した後、誘導コイル９による高周波溶接等
によって金属条材５の端部を溶接して断面円形状の伝熱
管を形成する。この後、このように溶接成形された伝熱
管を必要に応じて定形ロール１０に通過させることによ
り、この伝熱管の外周面の形状を定形して交差溝形成伝
熱管１を製造する。
【００７０】最終的に、このように製造された交差溝形
成伝熱管１をコイル状に巻くか、所定の長さに切断する
ことにより、交差溝形成伝熱管１の製造を完了する。
【００７１】上記のように構成された本実施の形態に示
す交差溝形成伝熱管１によれば、その内周面に形成した
螺旋状溝２に所定の角度で副溝３が形成してあるので、
連続的な螺旋状溝のみを形成した従来の伝熱管のよう
に、この螺旋状溝に沿って伝熱管の内周面の大部分に亘
って流体が広く拡散し、この金属表面と冷媒流体が直接
接触することができなくなってしまうことにより発生す
る凝縮効率の低下を確実に抑制することができる。
【００７２】さらに、この副溝３の形状は、伝熱管１の
螺旋状溝方向に対して、ほぼ直角の垂直壁３ａと、一定
の角度で傾斜した傾斜壁３ｂとで構成しているために、
この傾斜壁３ｂに沿って冷媒流体が円滑に流れるように
なっているので、突起部４の下流側背面４ａ領域に渦流
が発生することはなく、従来、発生していた渦流発生に
よる流動抵抗の増加及び伝熱性能の悪化を防止すること
ができる。
【００７３】また、この副溝３の垂直壁３ａによって冷
媒流体の乱流及び撹拌作用を最大化させることにより、
伝熱性能を上昇させることができる。
【００７４】また、各副溝３間に位置する突起部４下部
の幅が広くなっているので、この伝熱管使用時に拡管作
業をしても溝又は突起部４が破損する可能性も少なくな
る。
【００７５】また、本実施の形態に示す交差溝形成伝熱
管１の製造方法によれば、副溝３を先ず成形し、この副
溝３成形後に螺旋状溝１を成形するようにしたので、螺
旋状溝２の内側に突出部が形成されるようなことはな
く、従来のような螺旋状溝２の内側に突出部が形成され
たことによる、冷媒流体の流動性に及ぼす悪影響を確実
に防止することができる。
【００７６】さらに、この副溝３成形後に螺旋状溝２を
成形するようにしたので、この螺旋状溝２の成形時に形
成される副溝３側に突出する鋭い突出部が流体の拡散を
効果的に阻止し、蒸発性能を向上させるのに寄与する。
【００７７】では、次に本実施の形態に示す交差溝形成
伝熱管１の効果を立証するために、出願人はある実験を
執り行なったので、この実験結果について説明する。図
６は蒸発特性に係る伝熱性能に関して、本実施の形態に
示す交差溝形成伝熱管１と従来の伝熱管との比較結果を
示すグラフ、図７は凝縮伝熱性能に関する同比較結果を
示すグラフ、図８は圧力損失に関する同比較結果を示す
グラフである。
【００７８】この実験に使用された伝熱管は、本実施の
形態に示す交差溝形成伝熱管１と、従来の溝を有しない
伝熱管（平滑伝熱管）と、従来の螺旋状溝のみを有する
伝熱管（螺旋状溝伝熱管）と、従来の交差溝形成伝熱管
との４種類の伝熱管であり、これら伝熱管の材質は銅と
し、その内径を９．５２ｍｍとしている。
【００７９】尚、この実験に使用された本実施の形態に
示す交差溝形成伝熱管１は、その螺旋状溝２の螺旋角度
αを１８°、副溝３の螺旋状溝２に対する交差角度βを
９０°、螺旋状溝２のピッチＰを０．２４ｍｍ、この伝
熱管１の内径Ｄｉと螺旋状溝２の深さＨｆとの比率（Ｈ
ｆ／Ｄｉ）を０．０２５、この螺旋状溝２の深さＨｆと
副溝３の深さＨとの比率（Ｈ／Ｈｆ）を０．８、副溝３
の垂直壁３ａの傾斜角度γ１を９０°、副溝３の傾斜壁
３ｂの傾斜角度γ２を３０°、副溝３の開口部の最大幅
Ｂと突起部４の上面部４ｃの幅Ａとの比率（Ａ／Ｂ）を
０．５とするようにした。
【００８０】これら実験対象の伝熱管を使用して二重タ
イプの熱交換器を製造し、この伝熱管内部に冷媒Ｒ２２
を流入して、各伝熱管の性能を測定してみた。
【００８１】図６に示す蒸発特性に係る実験結果からも
分かるように、本実施の形態に示す交差溝形成伝熱管１
を使用した場合の蒸発特性は、従来の交差溝形成伝熱管
とほぼ同一であり、平滑伝熱管の約３倍、螺旋状溝伝熱
管の約１．５倍に向上することが判明した。
【００８２】また、図７に示す凝縮特性に係る実験結果
からも分かるように、本実施の形態に示す交差溝形成伝
熱管１を使用した場合の凝縮特性は、従来の平滑伝熱管
及び螺旋状溝伝熱管についてはもちろんのこと、従来の
交差溝形成伝熱管よりも顕著に向上していることが判明
した。
【００８３】また、図８に示す圧力損失に係る実験結果
からも分かるように、本実施の形態に示す交差溝形成伝
熱管によれば、その蒸発特性及び凝縮特性等といった伝
熱性能が向上しているにもかかわらず、この伝熱管内部
の圧力損失は従来の螺旋状溝伝熱管と近似しており、従
来の交差溝形成伝熱管に比べても顕著に減少することが
判明した。
【００８４】従って、本実施の形態に示す交差溝形成伝
熱管１によれば、その管内部の圧力損失を最小限に抑え
ながら、蒸発特性及び凝縮特性等といった伝熱性能を大
幅に向上させることができる。
【００８５】
【発明の効果】上記のように構成された本発明の伝熱管
によれば、その管内部の圧力損失を最小限に抑えなが
ら、蒸発特性及び凝縮特性等といった伝熱性能を大幅に
向上させることができる。
【００８６】従って、凝縮器、蒸発器及びヒートパイプ
などの熱交換器の性能を向上させ、エネルギーを節約で
きるだけでなく、熱交換器の小型化、軽量化及び原価節
減を可能にするなどの効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に示す交差溝形成伝熱管の
内周面の概略構成を端的に示す拡大斜視図である。
【図２】図１に示す交差溝形成伝熱管の平面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ線部分の、螺旋状溝の形状を
示す断面図である。
【図４】図２に示すＩＩ−ＩＩ線部分の、副溝の形状を
示す断面図である。
【図５】本実施の形態に示す交差溝形成伝熱管の製造方
法を端的に示す斜視図である。
【図６】蒸発特性に係る伝熱性能に関し、本実施の形態
に示す交差溝形成伝熱管と従来の伝熱管との比較結果を
示すグラフである。
【図７】凝縮特性に係る伝熱性能に関し、本実施の形態
に示す交差溝形成伝熱管と従来の伝熱管との比較結果を
示すグラフである。
【図８】圧力損失に関し、本実施の形態に示す交差溝形
成伝熱管と従来の伝熱管との比較結果を示すグラフであ
る。
【図９】従来技術の交差溝形成伝熱管における内周面の
概略構成を端的に示す拡大斜視図である。
【図１０】図９に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線部分の、副溝の
形状を示す断面図である。
【図１１】図９に示す交差溝形成伝熱管の平面図であ
る。
【符号の説明】 １ 交差溝形成伝熱管（伝熱管） ２ 螺旋状溝 ３ 副溝 ３ａ 垂直壁 ３ｂ 傾斜壁 ４ 突起部 ４ｃ 平面部 ５ 金属条材 ６ 副溝成形ロール（副溝成形工程） ７ 螺旋状溝成形ロール（螺旋状溝成形工程） ８ 成形ロール（成管工程） ９ 誘導コイル（溶接工程） α 螺旋角度 β 交差角度 γ１ 傾斜角度 γ２ 傾斜角度 Ｄｉ 交差溝形成伝熱管の内径（伝熱管の内径） Ｈ 副溝の深さ Ｈｆ 螺旋状溝の深さ Ｐ ピッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28F 1/40 B21D 53/04 B21D 53/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 断面円形状の金属管の内周面に、この金
    属管の縦軸方向に対して一定の螺旋角度をもって相互平
    行に複数条の螺旋状溝を形成すると共に、この螺旋状溝
    に対して一定の交差角度を有する複数条の副溝を交差形
    成し、この副溝における、前記金属管の螺旋状溝方向に
    対して互いに対向する一対の壁の内、その一方の壁に、
    前記金属管の螺旋状溝方向に対して一定の略直角な傾斜
    角度を有する垂直壁を形成し、他方の壁に、前記金属管
    の螺旋状溝方向に対して一定の傾斜角度を有する傾斜壁
    を形成すると共に、前記金属管の螺旋状溝方向に対して
    互いに隣り合う一対の副溝の内、一方の副溝の垂直壁と
    他方の副溝の傾斜壁との間に、その頂部を平面部とする
    突起部を形成し、 この金属管の内周面に形成した螺旋状溝における、金属
    管の縦軸方向に対する螺旋角度を、１０°〜４０°の範
    囲内とし、 この螺旋状溝に対する副溝の交差角度を、７５°〜１０
    ５°の範囲内とし、 前記金属管の螺旋状溝方向における副溝の最大幅に対す
    る、前記金属管の螺旋状溝方向における突起部の平面部
    の幅の比率を０．２〜１．０の範囲内とすることを特徴
    とする伝熱管。
  2. 【請求項２】 前記垂直壁の傾斜角度を、この金属管の
    螺旋状溝方向に対して９０°〜１０５°の範囲内とし、 前記傾斜壁の傾斜角度を、この金属管の螺旋状溝方向に
    対して３０°〜６０°の範囲内とすることを特徴とする
    請求項１記載の伝熱管。
  3. 【請求項３】 前記螺旋状溝及び副溝の深さはそれぞれ
    一定であって、 前記副溝の深さに対する螺旋状溝の深さの比率を、０．
    ５〜１．０の範囲内とすることを特徴とする請求項１記
    載の伝熱管。
  4. 【請求項４】 前記金属管の縦軸方向に対する螺旋状溝
    の螺旋角度を、１８°〜２５°の範囲内とし、 この螺旋状溝に対する副溝の交差角度を、９０°とする
    ことを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
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