JP3130964B2 - 内面溝付伝熱管およびその製造方法 - Google Patents

内面溝付伝熱管およびその製造方法

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JP3130964B2 JP03168515A JP16851591A JP3130964B2 JP 3130964 B2 JP3130964 B2 JP 3130964B2 JP 03168515 A JP03168515 A JP 03168515A JP 16851591 A JP16851591 A JP 16851591A JP 3130964 B2 JP3130964 B2 JP 3130964B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内面溝付伝熱管および
そ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。
【0002】
【従来の技術】この種の内面溝付伝熱管は、空調装置や
冷蔵庫等の熱交換器において、蒸発管または凝縮管とし
て主に使用されるもので、最近では内面に螺旋状の溝を
転造した伝熱管が広く市販されている。
【0003】このように内面溝を形成した伝熱管では、
溝なしの伝熱管に比して次のような利点を有する。 伝熱管を凝縮管として使用した場合には、凝縮管内
を流れる熱媒気体を溝の間の突条部により乱流にし、さ
らに突条部を凝縮核として熱媒気体の凝縮効果を高め、
液化を促進する。また、凝縮した熱媒液体を、溝内にお
ける表面張力によって効率的に伝熱管の長手方向に流
し、還流効果を増す。 蒸発管として使用した場合には、内面溝のエッジが
気泡を発するための蒸発核となり、沸騰を促進して熱媒
液体の気化効率が向上する。また、溝内における表面張
力によって、熱媒液体が伝熱管の長手方向に流れ、伝熱
管の内面に均一に分散される。
【0004】ところで、この種の内面溝付伝熱管の伝熱
性能をさらに高める手段として、溝の開口幅を底幅より
も狭くし、溝の内部での気泡発生を促進して、蒸発効率
を高める方法が提案されている。
【0005】その一例として、図8は米国特許4,00
4,441号に記載された伝熱管を示す。これは、金属
管1の内面に螺旋状をなす多数の平行溝2を転造した
後、さらに各溝2間の突条3の先端を転造工具によって
潰すことにより、各溝2の開口幅をその底幅より狭めた
ものである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図8の伝熱
管において高い蒸発促進効果を得るには、溝2および突
条3のピッチを狭めることが必須であるが、そうすると
前記2度目の転造加工の際に各突条3が十分に潰れない
まま周方向に倒れてしまい、溝2の開口幅が底幅より狭
まらず、図示のような理想形状の溝が形成できない問題
があった。したがって、単純溝付き伝熱管と同程度に溝
ピッチを小さくすることはできず、単純溝付き伝熱管に
対しての性能上の有利さに乏しく、製造に要するコスト
を考慮すると実用的とはいいがたかった。
【0007】また、この伝熱管を凝縮管として使用して
も、通常の単純溝付き伝熱管に比して凝縮性能上の利点
はあまりなかった。
【0008】
【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、本発明の内面溝付伝熱管
は、金属管の内周面に、互いに一定間隔を空けて多数の
突条が平行に形成され、これら突条の間は凹部にされる
とともに、これら突条の両側面には、突条の中心から離
れるにつれ前記金属管の内周面に接近する傾斜面がそれ
ぞれ形成され、これら傾斜面の下端部には、その底幅よ
りも開口幅の小さい管状溝が、前記突条の全長に亙って
それぞれ形成されていることを特徴とする。
【0009】一方、本発明の内面溝付伝熱管の製造方法
は、互いに平行な突条形成溝が形成された第1のプラグ
を金属管に通し、この金属管の内面に、互いに平行に延
びる多数の突条を形成し、各突条の間を凹部にした後、
前記金属管に第2のプラグを通し、前記各突条の先端部
を全長に亙って潰すことにより幅方向両側にそれぞれ張
り出した張出部を形成し、さらに金属管に第3のプラグ
を通し、前記各張出部を金属管の内周面に接近させ、各
張出部に、突条の中心から離れるにつれ前記金属管の内
周面に接近する傾斜面をそれぞれ形成し、各傾斜面と金
属管内周面との間に、底幅より開口幅の狭い管状溝を形
成することを特徴としている。
【0010】
【作用】本発明の内面溝付伝熱管によれば、金属管の内
周面に互いに一定間隔を空けて多数の突条が平行に形成
され、これら突条の両側面の下端部に、底幅よりも開口
幅が小さい管状溝が全長に亙ってそれぞれ形成されてい
るので、これを蒸発管として用いた場合には、管状溝の
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する。したがって、同一
ピッチで単純溝を形成した伝熱管に比して、気化効率が
高められる。
【0011】また、この伝熱管を凝縮管として使用した
場合には、凝縮して生じた熱媒液体が各管状溝内に保持
され、さらに表面張力により金属管の長手方向に輸送さ
れるので、前記各突条の先端部では熱媒液体の液切れが
よく、この部分に液膜が生じにくい。したがって、同一
ピッチで単純溝を形成した場合に比して、突条の先端部
で金属面が露出する率が高く、液膜により金属と熱媒気
体との熱交換が阻害されないため、熱媒気体の凝縮効率
も高められる。
【0012】一方、本発明の製造方法は、第1のプラグ
を金属管に通して多数の突条を形成した後、第2のプラ
グを通して各突条の先端部を全長に亙って潰し、幅方向
両側にそれぞれ張り出した張出部を形成し、さらに第3
のプラグを通して、各張出部を金属管の内周面に接近さ
せることにより、各張出部と金属管内周面との間に管状
溝を形成するから、生産性が高いうえ、管状溝を細く形
成することが容易で、高い伝熱性能が得られる。
【0013】
【実施例】図1は、本発明に係わる内面溝付伝熱管の一
実施例を示す断面図である。この伝熱管は、金属管10
の内面に、互いに一定間隔を空けて平行に多数の突条1
2が形成されたもので、これら突条12の両側面の下端
部には、図2に示すように、その底幅W2よりも開口幅
W1の小さい管状溝20が、突条12の全長に亙ってそ
れぞれ形成されている。
【0014】この例における突条12は、断面がほぼ三
角形状をなし、先端には断面半円状の小突条14が形成
されるとともに、小突起14の両側には金属管10の内
周面とほぼ平行な平坦面16が形成され、さらにその両
側に張出部18が形成されている。そして、これら張出
部18と金属管内周面との間が管状溝20となってい
る。
【0015】突条12は、金属管10の軸線に対して一
定角度傾斜した螺旋状であってもよいし、あるいは軸線
と平行に延びる直線状としてもよい。ただし、螺旋状の
場合、管軸線に対する角度は30゜以下であることが望
ましい。30゜を越えると流液抵抗が増して好ましくな
い。
【0016】突条12の高さTは、金属管10の肉厚の
30〜120%であることが望ましい。30%未満では
十分な液切れ効果が得られず、120%より大では形成
が困難である。より具体的な数値としては、例えば外径
10mm、肉厚0.3mm程度の一般的な汎用伝熱管の
場合、高さTは0.1〜0.35mm程度が好適であ
る。突条12の形成ピッチPは、要求される性能に応じ
て任意に変更してよいが、前記の汎用伝熱管の場合、
0.15〜0.20mm程度が好適である。
【0017】管状溝20の開口幅W1は、その底幅W2
の20〜100%とされることが望ましい。20%未満
では気泡の放出が悪くなる一方、100%より大では気
泡の発生率が低下し、いずれも蒸発効率が低下する。具
体的には、前記の一般伝熱管の場合、W1は0.01〜
0.03mm程度、W2は0.01〜0.15mm程度
が好適である。
【0018】なお、金属管10の材質としては、従来の
伝熱管に使用されていたいかなる材質を使用してもよ
く、一般にはCu,Alやこれらの合金等が使用され
る。また、金属管10の外径,肉厚,全長は限定されな
い。
【0019】上記構成からなる内面溝付伝熱管によれ
ば、金属管10の内周面に互いに一定間隔を空けて多数
の突条12が平行に形成され、これら突条12の両側面
の下端部に管状溝20が形成されているので、これを蒸
発管として使用した場合には、図3に示すように管状溝
20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する。したがっ
て、同一ピッチで均等な単純溝を形成した伝熱管に比し
て、気化効率が高められる。
【0020】また、この伝熱管を凝縮管として使用した
場合には、図4に示すように、凝縮して生じた熱媒液体
が管状溝20内およびその近傍に保持され、さらに表面
張力により熱媒液体は金属管10の長手方向に輸送され
るので、前記各突条12の先端部では熱媒液体の液切れ
がよく、この部分に液膜が生じにくい。したがって、同
一ピッチで単純溝を形成した場合に比して、突条12の
先端部で金属面が露出する率が高く、液膜により金属と
熱媒気体との熱交換が阻害されないため、熱媒気体の凝
縮効率も高められる。
【0021】すなわち、本発明の内面溝付伝熱管は、同
一ピッチの単純溝付き伝熱管に比して蒸発効率および凝
縮効率をともに向上することができ、総合的な伝熱効率
が高められる。
【0022】次に、図5ないし図7を参照して、上記伝
熱管の製造方法の一実施例を説明する。
【0023】この方法ではまず、図5に示すように、金
属管10の内部に第1のプラグP1を通し、金属管10
の内周面に、互いに平行に延びる多数の突条12Aを転
造する。第1のプラグP1の外周面には、それぞれ断面
半円状をなす互いに平行な突条形成溝30が、螺旋状あ
るいはプラグ軸線と平行に交互に形成されており、これ
により突条12Aはそれぞれ断面半円状、かつ螺旋状ま
たは直線状に形成される。
【0024】次に、図6に示すように、第2のプラグP
2を金属管に通し、張出部12Bを形成する。この第2
のプラグP2の外周面には、螺旋状または直線状をなす
多数の断面コ字状の圧縮溝34と、これら圧縮溝34の
奥中央に開口する位置決め溝32とが形成されており、
位置決め溝32を突条12Aの先端に嵌合させた状態で
金属管10に通す。
【0025】すると、位置決め溝32に沿って突条12
Aの先端が転造され、小突条14が形成されつつ、圧縮
溝34によって小突条14の両側部分が押しつぶされて
迫り出し、張出部12Bとなる。
【0026】次に、図7に示すように金属管10の内部
に第3のプラグP3を通し、各張出部12Bを変形させ
て管状溝20を形成する。この第3のプラグP3の外周
面には、螺旋状または直線状に延びる断面V字状の溝3
6が形成されており、各溝36内に突条12Aを嵌合し
た状態で金属管10に通す。
【0027】すると、張出部12Bが溝36の内壁面に
より押圧され、張出部12Bが金属管内周面に接近し、
張出部18および底幅より開口幅の狭い管状溝20が形
成される。
【0028】なお、第1プラグP1、第2プラグP2、
および第3プラグP3は、プラグ軸線に対する各溝3
0,32,34,36の角度およびピッチが等しくされ
ている。また、プラグP1〜P3は、それぞれ別個に金
属管10内に通してもよいが、これらを同一のフローテ
ィングプラグに連結し、同時に転造加工してもよい。そ
の場合には生産効率がいっそう高められる。
【0029】上記製造方法によれば、第1のプラグP1
を金属管10に通して多数の突条12Aを形成した後、
第2のプラグP2を通して各突条12Aの先端部を全長
に亙って潰し、幅方向両側にそれぞれ張り出した張出部
12Bを形成し、さらに第3のプラグP3を通して、各
張出部12Bを金属管10の内周面に接近させ張出部1
8を形成するとともに、これら張出部18と金属管内周
面との間に管状溝20を形成するから、管状溝20をき
わめて細く、効率よく形成することができ、高い生産性
を以て伝熱性能の良好な伝熱管が製造できる。
【0030】なお、本発明の伝熱管は、上記製造方法の
みによって製造されるものではなく、例えば電縫管方式
によって製造してもよい。また、突条12や管状溝20
の断面形状も必要に応じて変更してよい。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の内面溝付
伝熱管によれば、金属管の内周面に互いに一定間隔を空
けて多数の突条が平行に形成され、これら突条の両側面
の下端部に、その底幅よりも開口幅が小さい管状溝が突
条の全長に亙ってそれぞれ形成されているので、これを
蒸発管として使用した場合には、管状溝の内部に気泡が
発生しやすく、これら気泡が蒸発核として作用し、熱媒
液体の蒸発を促進する。したがって、同一ピッチで単純
溝を形成した伝熱管に比して、気化効率が高められる。
【0032】また、この伝熱管を凝縮管として使用した
場合には、凝縮して生じた熱媒液体が各管状溝内に保持
され、さらに表面張力により金属管の長手方向に輸送さ
れるので、前記各突条の先端部では熱媒液体の液切れが
よく、この部分に液膜が生じにくい。したがって、同一
ピッチで単純溝を形成した場合に比して、突条の先端部
で金属面が露出する率が高く、液膜により金属と熱媒気
体との熱交換が阻害されないため、熱媒気体の凝縮効率
も高められる。
【0033】一方、本発明の製造方法は、第1のプラグ
を金属管に通して多数の突条を形成した後、第2のプラ
グを通して各突条の先端部を全長に亙って潰して幅方向
両側にそれぞれ張り出した張出部を形成し、さらに第3
のプラグを通して、各張出部を金属管の内周面に接近さ
せることにより、各張出部と金属管内周面との間に管状
溝を形成するから、従来の方法では製造困難な細い管状
溝を効率よく形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる内面溝付伝熱管の一実施例の断
面図である。
【図2】同伝熱管の断面拡大図である。
【図3】蒸発管として使用した場合の管状溝の作用を示
す説明図である。
【図4】凝縮管として使用した場合の突条の作用を示す
説明図である。
【図5】本発明の製造方法の一実施例において第1のプ
ラグによる転造過程を示す断面拡大図である。
【図6】同実施例において第2のプラグによる転造過程
を示す断面拡大図である。
【図7】同実施例において第3のプラグによる転造過程
を示す断面拡大図である。
【図8】従来の内面溝付伝熱管の一例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
10 金属管 12 突条 14 小突条 16 平坦部 18 張出部 20 管状溝 30 突条形成溝 P1 第1のプラグ P2 第2のプラグ P3 第3のプラグ W1 管状溝の開口幅 W2 管状溝の底幅 P 突条のピッチ
───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属管の内周面に、互いに一定間隔を空
    けて多数の突条が平行に形成され、これら突条の間は凹
    部にされるとともに、これら突条の両側面には、突条の
    中心から離れるにつれ前記金属管の内周面に接近する傾
    斜面がそれぞれ形成され、これら傾斜面の下端部には、
    その底幅よりも開口幅の小さい管状溝が、前記突条の全
    長に亙ってそれぞれ形成されていることを特徴とする内
    面溝付伝熱管。
  2. 【請求項2】 互いに平行な突条形成溝が形成された第
    1のプラグを金属管に通し、この金属管の内面に、互い
    に平行に延びる多数の突条を形成し、各突条の間を凹部
    にした後、前記金属管に第2のプラグを通し、前記各突
    条の先端部を全長に亙って潰すことにより幅方向両側に
    それぞれ張り出した張出部を形成し、さらに金属管に第
    3のプラグを通し、前記各張出部を金属管の内周面に接
    近させ、各張出部に、突条の中心から離れるにつれ前記
    金属管の内周面に接近する傾斜面をそれぞれ形成し、各
    傾斜面と金属管内周面との間に、底幅より開口幅の狭い
    管状溝を形成することを特徴とする内面溝付伝熱管の製
    造方法。
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