JP3434464B2 - 伝熱管 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は伝熱管に関するもの
であり、さらに具体的には、吸収式冷凍機や空調用吸収
ヒートポンプなどの蒸発器や吸収器に使用される伝熱管
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば吸収式冷凍機などの蒸発器では、
伝熱管を多列状かつ上下方向へ多段になるように水平に
設置し、上下方向に隣合う伝熱管相互の端部を連通さ
せ、蒸発器内を減圧状態に保ち、伝熱管内に水を流しな
らが当該伝熱管に対して上方の凝縮器から供給される冷
媒（水）を滴下ないし散布する。そして、冷媒が伝熱管
群の表面を流下して蒸発する際の潜熱により、管内の流
水を冷却するように構成されている。他方吸収器では、
伝熱管を多列状かつ上下方向へ多段になるように水平に
設置し、上下方向に隣合う伝熱管相互の端部を連通さ
せ、伝熱管内に冷却媒体（水）を流しながら、当該伝熱
管に対して再生器から冷却用の熱交換器を経て供給され
る吸収液（臭化リチュウム水溶液）が滴下ないし散布さ
れる。そして、吸収液は伝熱管群の表面を流下する際に
蒸発器で蒸発した冷媒蒸気を吸収した後、再生器へ送ら
れる。吸収器の伝熱管内の冷却媒体は、冷媒蒸気の吸収
により温度上昇する吸収液を冷却した後、凝縮器の伝熱
管へ送られるように構成されている。前述のような構造
の蒸発器や吸収器は、吸収式冷凍機内で占める容積比率
が大きく、その小型化のためには蒸発器や吸収器で使用
される伝熱管をより高性能化することが必要である。

【０００３】従来この種の伝熱管として、蒸発器には、
管外周面の伝熱面積を拡大させて伝熱性能を上げるため
に、管を長さ方向に沿って切断した断面で１インチ当た
り１９〜４０個程度の密度で、高さが１．２ｍｍ程度以
上のフィンを外周面へ螺旋状に形成した螺旋フィン付管
が使用されている。また吸収器には、例えば実開昭５７
−１００１６１号公報に記載されているような、外周面
へ螺旋状に連続する多数の溝が形成された螺旋溝付管が
多く使用されていた。

【０００４】発明者らは特願平９−２７９２６７号明細
書において、より小型で高性能な伝熱管を既に提案して
いる。この伝熱管は、図１６及び図１７で示すように、
伝熱管の外周面に多数のフィン２０を螺旋状にかつ密に
形成するとともに、フィン２０へそのフィン２０の高さ
よりも深さが小さい切欠状の凹部２１を一定のピッチで
形成したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来の蒸発器
に使用されている螺旋フィン付管は、外周面に形成され
た螺旋状のフィンにより、冷媒が管の表面に拡散され易
いので表面が平滑な伝熱管と比較して優れた伝熱性能を
有していたが、冷媒が螺旋状のフィン相互間の溝に沿っ
てのみ拡散するため、冷媒の供給量が少ないとそれらが
拡散し難くなり、表面に乾き面が生じ易く伝熱面積が小
さくなる。したがって、伝熱性を高めるには吸収式冷凍
機の冷媒や吸収液の保有量（循環量）を大きくしなけれ
ばならないので、機器の小型化を達成することはできな
かった。

【０００６】前記特願平９−２７９２６７号明細書で提
案した伝熱管は、散布された冷媒や吸収液が、前記フィ
ン２０相互間溝に沿って管の周方向に流下拡散するとと
もに、フィン２０の凹部２１の部分でフィン２０を乗り
越えて管の長さ方向へ移動するので、冷媒や吸収液の散
布量が小さくてもそれらの拡散がはるかによく促進さ
れ、従来の螺旋フィン付管と比べ管外熱伝達率が５０％
以上向上した。またこの伝熱管は、前述のような構成と
作用により、より高性能化できるとともに吸収式冷凍機
の冷媒の保有量を小さくできるところから、吸収式冷凍
機の小型化を図ることができた。他方、吸収器では前述
のような構成により吸収液膜の流れがよく攪拌されるた
め、冷媒水蒸気の吸収を促進することができた。しかし
ながら、さらに高性能な伝熱管が要請されている。前記
実開昭５７−１００１６１号公報に記載された伝熱管
は、外周面の螺旋溝により表面が平滑な平滑管よりも吸
収液を拡散できるため高い性能が得られる。しかしなが
ら、蒸発器と同様に機器の小型化が要求され、さらに高
性能な伝熱管が必要とされている。

【０００７】本発明の目的は、冷媒や吸収液がより円滑
に拡散し、さらに一層高性能化された伝熱管を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る伝熱管は、
前述の課題を解決するため以下のように構成したもので
ある。すなわち、請求項１に記載の伝熱管は、蒸発器や
吸収器に使用される伝熱管であって、外周面には高さｈ
が０．２〜０．９５ｍｍのフィン１ａが螺旋状に形成さ
れ、前記フィン１ａには当該フィン１ａの長さ方向に沿
って凸部１０と切欠状の凹部１１が正逆状に繰り返し形
成され、前記凸部１０の頂部から前記凹部１１の底部ま
での間には少なくとも一つの段部１２が形成され、前記
凹部１１の深さｄはフィン１ａの高さｈよりも小さく形
成されていることを特徴としている。

【０００９】請求項２に記載の伝熱管は、請求項１の伝
熱管において、前記フィン１ａは当該伝熱管を長さ方向
に沿って切断した断面で１インチ当たり１９〜５０個の
密度で形成され、前記凹部１１は、深さｄが０．１〜
０．８ｍｍであって、かつ当該伝熱管の周方向に沿うピ
ッチｐが０．５〜０．９ｍｍになるように形成されてい
ることを特徴としている。

【００１０】請求項３に記載の伝熱管は、蒸発器や吸収
器に使用される伝熱管であって、外周面には高さを異に
する少なくとも二種のフィン１ｂ，１ｃが混在するよう
に螺旋状に形成され、前記フィン１ｂ，１ｃの中の一種
のフィン１ｂは高さｈ１が０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未
満になるように形成され、前記フィン１ｂ，１ｃの中の
他種のフィン１ｃは高さｈ２が一種のフィン１ｂの高さ
ｈ１よりも０．１ｍｍ以上低く形成されていることを特
徴としている。

【００１１】請求項４に記載の伝熱管は、請求項３の伝
熱管において、前記フィン１ｂ，１ｂは、当該伝熱管を
長さ方向に沿って切断した断面で１インチ当たり３５〜
５０個の密度で形成され、少なくとも前記一種のフィン
１ｂには、当該伝熱管の周方向に沿う幅ｗが０．３ｍｍ
以下であって、深さｄが当該フィン１ｂの高さｈ１を超
えずかつ０．１〜０．４ｍｍの範囲である切欠状の凹部
１１が、当該伝熱管の周方向に沿うピッチｐが０．５〜
０．９ｍｍになるように形成されていることを特徴とし
ている。

【００１２】請求項５に記載の伝熱管は、請求項１〜４
に記載の伝熱管において、内周面に多数の凸状リッジ１
３を螺旋状に形成したことを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図１〜１３を参照しながら、
本発明に係る伝熱管の好ましい実施形態を説明する。 第１実施形態 図１は本発明による第１実施形態の伝熱管を示す部分正
面図、図２は図１の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大展開断面
図である。

【００１４】伝熱管１には銅や銅合金その他の熱伝導性
のよい材質の金属が用いられ、この伝熱管１の外周面に
は、高さｈが０．２〜０．９５ｍｍの範囲内である多数
のフィン１ａが螺旋状に形成されている。前記フィン１
ａには、当該フィン１ａの長さ方向に沿って凸部１０と
切欠状の凹部１１が正逆状に繰り返し形成されている。
凸部１０の頂部から前記凹部１１の底部までの間には、
一つ以上の段部１２が形成され、凹部１１の深さｄはフ
ィン１ａの高さｈよりも小さくなるように形成されてい
る。

【００１５】前述のように構成された伝熱管１によれ
ば、例えば吸収式冷凍機の蒸発器や凝縮器に組み込まれ
て使用される際、フィン１ａへその長さ方向に沿って凸
部１０と凹部１１が正逆状に繰り返し形成されているの
で、散布される冷媒や吸収液は、フィン１ａ相互間の溝
に沿って管の周方向へ流れるとともに、凹部１１を通じ
て管の長さ方向にも流れるので、管の外周面でその周方
向にも長さ方向にも液膜がより円滑に拡散し、濡れ面積
が増大して伝熱性能が高められる。また、凹部１１の深
さｄがフィン１ａの高さｈよりも小いことにより、冷媒
や吸収液の液膜が凹部１１を超えて管の長さ方向に拡散
するときその乱流がより促進され、伝熱性能がさらに高
められる。凹部１１の深さｄがフィン１ａの高さｈ以上
である場合には、凹部１１の底部における液膜が厚くな
って伝熱性能が低下する。さらに、凸部１０の頂部から
隣の凹部１１の底部までの間に段部１２が形成されてい
ることにより、伝熱効果がさらに高められる。フィン１
ａの高さｈが０．２ｍｍ未満では伝熱効率をより一層高
めるために十分な広さの伝熱面積が得られず、他方フィ
ン１ａの高さｈが０．９５ｍｍを超えると、冷媒や吸収
液の液膜の管の長さへ方向の拡散が妨げられるので、伝
熱効率が低下する。

【００１６】前述の形態の伝熱管１おいて、フィン１ａ
は伝熱管１を長さ方向に沿って切断した断面において１
インチ当たり１９〜５０個の密度になるように形成され
ているのが好ましい。また、凹部１１の深さｄ＝０．１
〜０．８ｍｍ、伝熱管１の周方向に沿うピッチｐ＝０．
５〜０．９ｍｍになるように形成されているのが好まし
い。フィンの密度が、伝熱管１を長さ方向に切断した断
面で１インチ当たり１９個未満である場合には、フィン
１ａ全体の表面積が相対的に小さくなり伝熱効率をより
一層高めるのに十分な伝熱面積が得られず、他方５０個
以上である場合にはフィン１ａの加工が困難になる。フ
ィン１ａにおける凹部１１の深さが０．１ｍｍ未満であ
る場合には液膜の管長さ方向への拡散が十分でなくな
り、他方、凹部１１の深さが０．８ｍｍを超えるとフィ
ン１ａの密度との関係で加工が困難になる。管１の周方
向に沿う凹部１１のピッチｐが０．５ｍｍ未満である場
合には、伝熱効率をより一層高めるのに十分な伝熱面積
が得られず、他方ピッチｐが０．９ｍｍを超えると、冷
媒や吸収液の液膜を管長さ方向へ十分に拡散する効果が
得られなくなる。

【００１７】第１実施形態のような伝熱管を製造するに
は、図３で示すように、素管１’の周方向へ等角度間隔
に複数の加工ロール３を配置し、素管１’内へ図示しな
い回転自在なマンドレルを挿入し、そのマンドレル側へ
各加工ロール３を素管１’へ押し付けた状態で同一方向
へ回転させる。加工ロール３の外周面には、伝熱管１の
外周面のフィン１ａとは対称的な凹凸底面形状を有し、
かつ、軸線に対して直交するような複数の加工溝３０が
形成されており、これらの加工ロール３は、その軸線が
素管１’の管軸に対して伝熱管１におけるフィン１ａの
ねじれ角度θに対応する角度（この角度は、ねじれ角度
θが８５度の場合は５度）だけ傾いている。したがっ
て、各加工ロール３を素管１’へ押し付けた状態で同一
方向へ回転させると、素管１’は加工ロール３の傾きに
より押されて移動する過程で、当該素管１’の表面に螺
旋状のフィン１ａが連続的に加工され、フィン１ａには
その長さ方向に沿って凸部１０と凹部１１が交互にかつ
連続的に加工される。

【００１８】第２実施形態 図４は本発明による第２実施形態の伝熱管を示す部分断
面図である。この実施形態の伝熱管１の内周面には、多
数の凸状リッジ１３が螺旋状に形成されている。このよ
うに、内周面に多数の凸状リッジ１３を形成したことに
より、管内を流れる冷媒の乱流が促進されるとともに、
管内面の伝熱面積が増大して熱通過率が向上する。この
実施形態の伝熱管の凸条リッジ１３は、素管の外周面に
フィン１ａを加工する前に転造法により加工される。こ
の実施形態の伝熱管の他の構成や作用効果は、第１実施
形態の伝熱管と同様であるのでそれらの説明は省略す
る。

【００１９】実施例１ 外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製の素管を用い、第
１実施形態の伝熱管と同様な構成であって、表１で示す
ように、凹部１１のピッチｐとサイズ及び密度をそれぞ
れ異にしたフィンを有する実施例の伝熱管サンプルＥｘ
１〜６を製造した。これら伝熱管サンプルにおいて、フ
ィンの管軸に対するねじれ角度は約８５度である。

【００２０】比較例 実施例１と同様に外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製
の素管を用い、図１６及び図１７で示したような構成の
伝熱管であって、表１のような凹部２１のピッチとサイ
ズ及び密度のフィン２０を有する比較例の伝熱管サンプ
ルＥｘ７と、フィン高さ以外の構成が前記第１実施形態
の伝熱管と同様である比較例サンプルＥｘ８とを製造し
た。このれら伝熱管サンプルにおいて、フィンの管軸に
対するねじれ角度は約８５度である。

【００２１】従来例 実施例１と同様に外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製
の素管を用い、従来の一般的な螺旋フィン付の伝熱管で
あって、表１で示すようなフィン高さとフィン密度の従
来例の伝熱管サンプルＥｘ９（フィンの管軸に対するね
じれ角度＝８５度）を製造した。なお、すべての伝熱管
サンプルの外径や肉厚は同じになるように製造した。

【００２２】図１５で示すような実験装置を用い、各伝
熱管サンプルＥＸ１〜７の（蒸発）伝熱性能試験を実施
した。図１５において、５は蒸発器であり、その内部に
はサンプル伝熱管５０を一列五段になるように水平に配
管し、上下方向に隣接するサンプル伝熱管５０相互を全
体が蛇行状を呈するように連通した。６は吸収器であ
り、同様にサンプル伝熱管６０を一列五段になるように
水平に配管し、上下方向に隣接するサンプル伝熱管６０
相互を全体が蛇行状を呈するように連通した。サンプル
伝熱管５０，６０に水を通す一方、蒸発器５のサンプル
伝熱管５０には散布パイプ５１により冷媒（純水）を散
布し、吸収器６のサンプル伝熱管６０には散布パイプ６
１により吸収液（臭化リチュウム水溶液）を散布した。
蒸発器５では、サンプル伝熱管５０へ散布される冷媒が
蒸発し、その潜熱で内部を流れる水が冷却される。蒸発
器５内で発生した冷媒蒸気を、吸収器６のサンプル伝熱
管６０に散布される吸収液に吸収させ、冷媒蒸気を吸収
して希釈された吸収液は希釈溶液槽７に溜め、その希釈
吸収液を濃溶液槽８へ供給して濃度調整するとともに、
当該濃溶液槽８で加熱沸騰させて温度調整を行った。濃
度調整後の吸収液をポンプ８０により吸収液の散布パイ
プ６１へ戻すように構成した。

【００２３】 実験条件 冷媒：水・・・・・入口温度：１５±１℃ 冷媒流量：０．６〜２．４リットル／ｍ・ｍｉｎ 冷媒散布装置・・・孔径：１．５ｍｍ、孔間隔：１２．５ｍｍ 蒸発器冷水・・・・入口温度：２８±０．３℃ 流速：２．０ｍ／ｓｅｃ 蒸発器内圧力・・・１２±０．５ｍｍＨｇ 伝熱管配列・・・・長さ５００ｍｍの伝熱管を上下方向へ一列・五段配列

【００２４】各伝熱管サンプルＥＸ１〜９の伝熱性能試
験は、それらをそれぞれ蒸発器５に組込んで管外熱伝達
率を測定し、従来例の伝熱管サンプルＥｘ９の管外熱伝
達率を基準（１００）とし、冷媒流量：１．０リットル
／ｍ・ｍｉｎのときの伝熱性能比率で比較し、その結果
を表１に示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１の伝熱性能比率で示されているよう
に、第１実施形態のような構成であって、それぞれ、フ
ィンの高さｈ＝０．２〜０．９５ｍｍ、管長さ方向１イ
ンチ当たりのフィン密度＝１９〜５０個、凹部のピッチ
ｐ＝０．５〜０．９、凹部の深さｄ＝０．１〜０．８で
ある実施例の伝熱管サンプルＥｘ１〜６は、従来例の伝
熱管サンプルＥｘ９と比べてはるかに高い伝熱性能を示
している。また、実施例の伝熱管サンプルは、凸部の頂
部から凹部の底部までの間に段部がない比較例の伝熱管
サンプルＥｘ７、及び、フィン高さｈが大きすぎる比較
例の伝熱管サンプルＥｘ８と比べ、より高い伝熱性能を
示している。

【００２７】蒸発器伝熱管の管外熱伝達率比較 実施例の伝熱管サンプルＥｘ２と、比較例の伝熱管サン
プルＥｘ７とを蒸発器の伝熱管として使用した場合にお
いて、冷媒液膜流量に対する管外熱伝達率を測定した。
その結果、図５で示したように、前者は後者より一層高
い管外熱伝達率を示した。

【００２８】実施例２ 実施例の伝熱管サンプルＥｘ２と、外周部が伝熱管サン
プルＥｘ２と同じで、第２実施形態のように内周面に螺
旋状の凸状リッジ１３を形成した実施例の伝熱管サンプ
ルＥｘ１０とを製造し、両者の蒸発時の熱通過率を比較
し、その結果を表２に示す。熱通過率は、冷媒流量１．
０リットル／ｍ・ｍｉｎでのサンプルＥｘ２を基準とし
てして比較した。

【００２９】

【表２】

【００３０】表２で示されているように、第２実施形態
の伝熱管のように管の内部に凸状リッジ１３を形成する
ことによって、管内熱伝達率が向上し熱通過率を向上さ
せることができる。

【００３１】実施例３ リン脱酸銅で外径１５．８８ｍｍの素管を使用し、管軸
に対するフィンのねじれ角度＝２７°，フィン高さ＝
０．３５ｍｍ、周方向に沿うフィン数＝５１であって、
実開昭５７−１００１６１号公報に記載されているよう
な螺旋溝付きの従来例の伝熱管サンプルＥｘ１１を製造
した。管の外径は実施例の伝熱管サンプルＥｘ２と同に
した。前記伝熱管サンプルＥｘ１１と、実施例の伝熱管
サンプルＥｘ２とを図１５の装置の吸収器に組み込み、
次に記載した条件で伝熱性能（管外熱伝達率）測定を実
施した。

【００３２】 実験条件 吸収液：臭化リチュウム水溶液 入口温度：４０±１℃ 流量：０．０１５〜０．０４０ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ 入口濃度：５８．０±０．５ ｗｔ．％ 散布装置・・・・・孔径：１．５ｍｍ、孔間隔：１２．５ｍｍ 冷却水・・・・・・入口温度：２８±０．３℃ 流速：１．０ｍ／ｓｅｃ 蒸発器内圧力・・・１５±０．５ｍｍＨｇ 伝熱管配列・・・・長さ５００ｍｍの伝熱管を上下方向へ一列・五段配列

【００３３】上記の伝熱性能測定の結果によれば、図６
に示したように、実施例の伝熱管は、吸収時の管外熱伝
達率でも従来例のサンプルＥｘ１１よりも向上してい
る。これは、フィン１ａに切欠状の凹部１１を形成した
ことによって吸収液膜の管軸方向への広がりが促進さ
れ、またフィン１ａが凹凸状に形成されていることによ
り吸収液膜の攪拌が促進された結果である。

【００３４】第３実施形態 図７は本発明による第３実施形態の伝熱管を示す部分正
面図である。この実施形態の伝熱管１の外周面には、高
さを異にする少なくとも二種のフィン１ｂ，１ｃが混在
するように螺旋状に形成されている。この実施形態で
は、高さｈ１が０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満である高
さの高い一種のフィン１ｂと、高さｈ２が一種のフィン
１ｂの高さｈ１よりも０．１ｍｍ以上低い他種のフィン
１ｃとが、１対２の割合で管１の長さ方向に沿って交互
に並ぶように形成されている。

【００３５】前述のように構成された伝熱管１によれ
ば、例えば吸収式冷凍機の蒸発器や凝縮器に組み込まれ
て使用される際、高さｈ１，ｈ２を異にする二種のフィ
ン１ｂ，１ｃが混在するように形成されているので、散
布される冷媒や吸収液は、各フィン１ｂ，１ｃに沿って
管の周方向へ流れるとともに、各フィン１ｂ，１ｃを乗
り越えて管の長さ方向へ流れるので、管の外周面でその
周方向にも長さ方向にも液膜がより円滑に拡散し、濡れ
面積が増大して伝熱性能が高められる。特に、高さｈ１
の高い一種のフィン１ｂ，１ｂ相互間では、高さｈ２が
より低い他種のフィン１ｃが位置していて、低流量域で
の液膜の管長さ方向への拡散や乱流が活発になり、乾き
面の発生がよく抑制されるので伝熱性能は一層高められ
る。

【００３６】高い方の一種のフィン１ｂの高さｈ１が
０．２ｍｍ未満では、特に管が小径である場合に伝熱性
能を一層増大させるに十分な伝熱面積が得られないおそ
れがあり、他方、前記高さｈ１が０．５ｍｍ以上である
と、液膜の管軸方向への拡散が妨げられて濡れ面積の減
少をまねくおそれがある。一種のフィン１ｂの高さｈ１
と他種のフィン１ｃの高さｈ２との差が０．１ｍｍ未満
では、低流量域における液膜の管長さ方向への拡散が緩
慢になるおそれがある。

【００３７】第３実施形態の伝熱管において、前記フィ
ン１ｂ，１ｃは、当該伝熱管を長さ方向に沿って切断し
た断面において１インチ当たり３５〜５０個の密度で形
成されているのが好ましい。フィンの密度が、伝熱管１
を長さ方向に切断して見た状態で１インチ当たり３５個
未満である場合には、特に他種のフィンｃの高さを低く
しているために、フィン１ｂ，１ｃ全体の表面積が相対
的に小さくなり伝熱効率をより一層高めるのに十分な伝
熱面積が得られず、他方５０個以上である場合にはフィ
ン１ｂ，１ｃの加工が困難になる。第３実施形態の伝熱
管の他の構成や作用効果は、第１実施形態の伝熱管とほ
ぼ同様なのでそれらの説明は省略する。

【００３８】第３実施形態の伝熱管は、図８〜図１０で
示すような製造装置によって工業的に製造される。図８
で示すように、素管１’の供給位置の回りには、供給さ
れる素管１’を中心として等角度間隔に第１〜第３の加
工ロール４ａ，４ｂ，４ｃが設置されている。これらの
加工ロール４ａ，４ｂ，４ｃは、図９で示すように、図
８の矢印イ，ロ，ハの方向から見た状態で、その軸線が
素管１’の管軸に対して伝熱管１におけるフィン１ａの
ねじれ角度θに対応する角度θ１（この角度θ１は、ね
じれ角度θが８５度の場合は５度）傾いている。

【００３９】図１０で示すように、各加工ロール４ａ，
４ｂ，４ｃは、それぞれロール軸４０とこのロール軸４
０へ固定された複数のディスクからなる加工用のディス
ク群４０ａ群を備えており、第２及び第３の加工ロール
４ｂ，４ｃは端部に押潰し用のディスク４９を備えてい
る。この形態では、ディスク群４０ａは第１の加工デイ
スク４１〜第８の加工ディスク４８によって構成されて
おり、隣接する各ディス４１〜４８の外縁部相互の間に
は、伝熱管１における一種のフィン１ｂの高さｈ１より
も深い加工溝４０ｂがそれぞれ形成されている。一端部
の第１の加工ディスク４１の外径は小径であって、この
第１の加工ディスク４１から第６の加工ディスク４６ま
では徐々に大径になるように形成されるとともに、第６
の加工ディスク４６〜第８の加工ディスク４８はそれぞ
れ同じ外径に形成されている。押潰し用のディスク４９
は、第８の加工ディスク４８の隣に配置されるととも
に、第６の加工ディスク４６〜第８の加工ディスク４８
の外径よりも小さな外径に形成されている。

【００４０】以上のような装置の素管供給位置へ、内部
に回転自在なマンドレル４ｄが挿入された素管１’を供
給し、前記マンドレル４ｄの位置で各加工ロール４ａ，
４ｂ，４ｃを素管１’へ押し付けた状態で一定方向（図
１０の左側から見た状態で時計方向）へ同速で回転させ
ると、素管１’は図１０の右方向に移動し、管の周面に
は溝とフィンが交互に形成される。この間、マンドレル
４ｄは初期の挿入位置に保持される。

【００４１】図１０の（ａ）（ｂ）（ｃ）図は、第１の
加工ロール４ａ，第２の加工ロール４ｂ及び第３の加工
ロール４ｃの素管１’への接触位置における相互の位置
関係を示しており、各加工ロール４ａ〜４ｃは、第１の
加工ディスク４１が素管１’の長さ方向に沿って同位置
になるように配置されている。各加工ロール４ａ，４
ｂ，４ｃが一定方向へ回転するとき、素管１’が１／３
回転する毎に一個の加工ディスクの厚み分だけ移動する
ので、第１の加工ロール４ａにおける第１の加工ディス
４１，第４の加工ディスク４４及び第７の加工ディスク
４７と、第２の加工ロール４ｂにおける第２の加工ディ
スク４２，第５の加工ディスク４５及び第８の加工ディ
スク４８と、第３の加工ロール４ｃにおける第３の加工
ディス４３及び第６の加工ディスク４６は、素管外周の
同じ溝へそれぞれ接触する。同様に、第１の加工ロール
４ａにおける第２の加工ディス４２，第５の加工ディス
ク４５及び第８の加工ディスク４８と、第２の加工ロー
ル４ｂにおける第３の加工ディス４３及び第６の加工デ
ィスク４６と、第３の加工ロール４ｃにおける第１の加
工ディスク４１，第４の加工ディス４４及び第７の加工
ディスク４７は、素管外周の同じ溝へそれぞれ接触す
る。また、第１の加工ロール４ａにおける第３の加工デ
ィス４３及び第６の加工ディスク４６と、第２の加工ロ
ール４ｂにおける第１の加工ディスク４１，第４の加工
ディス４４及び第７の加工ディスク４７と、第３の加工
ロール４ｃにおける第２の加工ディスク４２，第５の加
工ディス４５及び第８の加工ディスク４８は、素管外周
の同じ溝へそれぞれ接触する。したがって、各加工ロー
ル４ａ，４ｂ，４ｃの回転により、素管１’は図１０の
右方向へ移動するとともに、素管１’の外周面には同じ
高さで三条のフィンが螺旋状に連続的に形成され、同時
に、その中の２条のフィンは、第２の加工ロール４ｂの
押潰し用のディスク４９と第３の加工ロール４ｃの押潰
し用のディスク４９とによって、順にその頭部が所定量
押し潰されるので、外周面に高さｈ１の高い一条の一種
のフィン１ｂと、それよりも高さｈ２の低い二条の他種
のフィン１ｃ，１ｃとが、交互にかつ螺旋状に形成され
た伝熱管１が製造される。

【００４２】第３の加工ロール４ｃを除き、第１の加工
ロール４ａと第２の加工ロール４ｂとを相対するように
１対１で組み合わせると、外周面にフィン１ｂとフィン
１ｃが交互にかつ螺旋状に形成された伝熱管が製造され
る。また、第１の加工ロール４ａ一つと、第２の加工ロ
ール三つの都合四個の加工ロールを組み合わせると、外
周面に高さの高い一条の一種のフィン１ｂと高さの低い
三条の他種のフィン１ｃとが、交互に螺旋状に形成され
た伝熱管が製造される。このように、組み合わせる第１
の加工ロール４ａの数と第２の加工ロール４ｂの数とを
選択することによって、一種のフィン１ｂの数と他種の
フィン１ｂの数との比率を設定することができる。

【００４３】第４実施形態 図１１は本発明に係る第４実施形態の伝熱管を示す部分
正面図、図１２は図１１の矢印Ｂ−Ｂに沿う拡大展開断
面図である。この実施形態の伝熱管１は、外周面に形成
されたフィン１ｂ，１ｃの内、一種のフィン１ｂへその
長さ方向に沿って切欠状の凹部１１が断続的に形成され
ている。前記凹部１１は、伝熱管１の周方向に沿う幅ｗ
が０．３ｍｍ以下であって、深さｄが当該フィン１ｂの
高さｈ１を超えずかつ０．１〜０．４ｍｍの範囲であ
り、伝熱管１の周方向に沿うピッチｐが０．５〜０．９
ｍｍになるように形成されている。

【００４４】第４実施形態の伝熱管によれば、高さｈ１
の高い一種のフィン１ｂに前述のような凹部１１が断続
的に形成されており、液膜が前記凹部１１を超えて移動
するので、液膜の管長さ方向への拡散が一層促進される
とともに乱流が促進され、その結果伝熱性能がさらに向
上する。伝熱管１の周方向に沿う凹部１１の幅ｗが０．
３ｍｍを超え、又はその深さｄが０．４ｍｍを超え、あ
るいは管１の周方向に沿う凹部１１のピッチｐを０．５
ｍｍ未満にすると、フィンの面積が小さくなって一層の
伝熱効果を発揮させるに十分な伝熱面積を得ることがで
きなくなるおそれがある。他方、凹部１１の深さｄを
０．１ｍｍ未満にし、あるいはピッチｐが０．９ｍｍを
超えると、凹部１１を形成した前記効果がなくなるか極
端に小さくなる。

【００４５】第４実施形態の伝熱管１は、図１０におけ
る各加工ロール４ａ，４ｂ，４ｃの素管移動方向の下流
側に位置する複数の加工溝４０ｂの底部へ、凹部１１に
対応する凸部を形成した加工装置により工業的に製造さ
れる。

【００４６】第３実施形態の伝熱管及び第４実施形態の
伝熱管においても、第２実施形態の伝熱管のように、そ
の内周面に多数の凸条リッジ１３（図４）を螺旋状に形
成することができる。

【００４７】実施例４ 外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製の素管を用い、第
３実施形態の伝熱管と同様な構成のものと、第４実施形
態の伝熱管と同様な構成のものであって、表３で示すよ
うに、フィンサイズ又はフィン構造をそれぞれ異にした
実施例の伝熱管サンプルＥｘ１２〜１８を製造した。こ
のれら伝熱管サンプルにおいて、フィンの管軸に対する
ねじれ角度は約８５度である。

【００４８】比較例 実施例４と同様に外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製
の素管を用い、図１６及び図１７で示したような構成の
伝熱管であって、表３のような凹部のピッチとサイズ及
び密度のフィン２０を有する比較例の伝熱管サンプルＥ
ｘ１９と、フィン高さとフィン密度以外の構成が前記第
３実施形態の伝熱管と同様である比較例サンプルＥｘ２
０とを製造した。これらの伝熱管サンプルにおいて、フ
ィンの管軸に対するねじれ角度は約８５度である。

【００４９】従来例 実施例４と同様に外径φ１５．８８ｍｍのリン脱酸銅製
の素管を用い、従来の一般的な螺旋フィン付の伝熱管で
あって、表１で示すようなフィン高さとフィン密度の従
来例の伝熱管サンプルＥｘ２１（フィンの管軸に対する
ねじれ角度＝８５度）を製造した。なお、すべての伝熱
管サンプルの外径や肉厚は同じになるように製造した。

【００５０】そして、図１４で示すような実験装置を用
い、次のような条件で各伝熱管サンプルＥＸ１０〜１９
の（蒸発）伝熱性能試験を実施した。 実験条件 冷媒：水・・・・・入口温度：１５±１℃ 冷媒流量：０．６〜２．４リットル／ｍ・ｍｉｎ 冷媒散布装置・・・孔径：１．５ｍｍ、孔間隔：１２．５ｍｍ 蒸発器冷水・・・・入口温度：２８±０．３℃ 流速：２．０ｍ／ｓｅｃ 蒸発器内圧力・・・１２±０．５ｍｍＨｇ 伝熱管配列・・・・長さ５００ｍｍの伝熱管を上下方向へ一列・五段配列

【００５１】各伝熱管サンプルＥＸ１２〜２１の伝熱性
能試験は、それらをそれぞれ蒸発器に組込んで管外熱伝
達率を測定し、従来例の伝熱管サンプルＥｘ２１の管外
熱伝達率を基準（１００）とし、冷媒流量：１．０リッ
トル／ｍ・ｍｉｎのときの伝熱性能比率で比較し、その
結果を表３に示した。

【００５２】

【表３】

【００５３】表３の伝熱性能比率で示されているよう
に、第３実施形態のような構成であって、それぞれ、一
種のフィンの高さｈ１＝０．２〜０．５ｍｍ、他種のフ
ィンの高さｈ２＝一種のフィンの高さｈ１以下、管の長
さ方向１インチ当たりのフィン密度＝３５〜５０個であ
る実施例の伝熱管サンプルＥｘ１２〜１５は、従来例の
伝熱管サンプルＥｘ２１と比べたはるかに高い伝熱性能
を示している。第４実施形態のような構成であって、そ
れぞれ、一種のフィンの高さｈ１＝０．２〜０．５ｍ
ｍ、他種のフィンの高さｈ２＝一種のフィンの高さｈ１
以下、管の長さ方向１インチ当たりのフィン密度＝３５
〜５０個、管の周方向に沿う凹部のピッチｐ＝０．５〜
０．９ｍｍ、凹部の幅ｗ＝０．３ｍｍ以下、凹部の深さ
ｄ＝０．１〜０．４ｍｍである実施例の伝熱管サンプル
Ｅｘ１６〜１８は、他の実施例の伝熱管サンプルＥｘ１
２〜１５よりも総じて高い伝熱性能を示している。ま
た、実施例の各伝熱管サンプルは、全部のフィンの高さ
が均一である比較例の伝熱管サンプルＥｘ１９や、フィ
ン密度が３５未満であって他の構成が第３実施形態の伝
熱管と同じである比較例の伝熱管サンプルＥｘ２０と比
べ、より高いより高い伝熱性能を示している。

【００５４】蒸発器伝熱管の管外熱伝達率比較 実施例の伝熱管サンプルＥｘ１６と、比較例の伝熱管サ
ンプルＥｘ１９とを蒸発器の伝熱管として使用した場合
において、冷媒液膜流量に対する管外熱伝達率を測定し
た。その結果、図１３で示したように、前者は後者より
一層高い管外熱伝達率を示した。

【００５５】実施例５ 実施例の伝熱管サンプルＥｘ１６と、外周部が伝熱管サ
ンプルＥｘ１６と同じで、内周面に螺旋状の凸状リッジ
１３（図４）を形成した実施例の伝熱管サンプルＥｘ２
２とを製造し、両者の蒸発時の熱通過率を比較し、その
結果を表４に示す。熱通過率は、冷媒流量１．０リット
ル／ｍ・ｍｉｎでの伝熱管サンプルＥｘ１６を基準とし
てして比較した。

【００５６】

【表４】

【００５７】表４で示されているように、管の内周面に
凸状リッジ１３を形成することによって、管内熱伝達率
が向上し熱通過率を向上させることができる。

【００５８】実施例６ リン脱酸銅で外径１５．８８ｍｍの素管を使用し、管軸
に対するフィンのねじれ角度＝２７°，フィン高さ＝
０．３５ｍｍ、周方向に沿うフィン数＝５１であって、
実開昭５７−１００１６１号公報に記載されているよう
な螺旋フィン付きの従来例の伝熱管サンプルＥｘ２３を
製造した。管の外径は実施例の伝熱管サンプルＥｘ１６
と同じにした。前記伝熱管サンプルＥｘ２３と、実施例
の伝熱管サンプルＥｘ１６とを図１４の装置の吸収器に
組み込み、次に記載した条件で伝熱性能（管外熱伝達
率）測定を実施した。

【００５９】 実験条件 吸収液：臭化リチュウム水溶液 入口温度：４０±１℃ 流量：０．０１５〜０．０４０ ｋｇ／ｍ・ｓｅｃ 入口濃度：５８．０±０．５ ｗｔ．％ 散布装置・・・・・孔径：１．５ｍｍ、孔間隔：１２．５ｍｍ 冷却水・・・・・・入口温度：２８±０．３℃ 流速：１．０ｍ／ｓｅｃ 蒸発器内圧力・・・１５±０．５ｍｍＨｇ 伝熱管配列・・・・長さ５００ｍｍの伝熱管を上下方向へ一列・五段配列

【００６０】上記の伝熱性能測定の結果によれば、図１
４に示したように、実施例の伝熱管サンプルは、吸収時
の管外熱伝達率でも従来例のサンプルＥｘ２３よりも向
上している。これは、高さの低いフィン１ｃを形成した
ことと、高さの高いフィン１ｂに切欠状の凹部１１を形
成したことにより、吸収液の管長さ方向への広がりが促
進され、また、高さの異なるフィンが混在するよう構成
したこにより吸収液膜の攪拌が促進された結果である。

【００６１】

【発明の効果】請求項１の発明に係る伝熱管によれば、
例えば吸収式冷凍機の蒸発器や凝縮器に組み込まれて使
用される際、フィン１ａへその長さ方向に沿って凸部１
０と凹部１１が正逆状に繰り返し形成されているので、
散布される冷媒や吸収液は、フィン１ａ相互間の溝に沿
って管の周方向へ流れるとともに、凹部１１を通じて管
の長さ方向へ流れるので、管の外周面でその周方向にも
長さ方向にも液膜がより円滑に拡散し、濡れ面積が増大
して伝熱性能が高められる。また、凹部１１の深さｄが
フィン１ａの高さｈよりも小いことにより、冷媒や吸収
液の液膜が凹部１１を超えて管の長さ方向に拡散すると
きその乱流がより促進され、伝熱性能がさらに高められ
る。凹部１１の深さｄがフィン１ａの高さｈ以上である
場合には、凹部１１の底部における液膜が厚くなって伝
熱性能が低下する。さらに、凸部１０の頂部から隣の凹
部１１の底部までの間に段部１２が形成されていること
により、伝熱効果がさらに高められる。

【００６２】請求項２の発明に係る伝熱管によれば、フ
ィン１ａが伝熱管１を長さ方向に沿って切断した断面に
おいて１インチ当たり１９〜５０個の密度になるように
形成されているとともに、それぞれ凹部１１の深さｄ＝
０．１〜０．８ｍｍ、伝熱管１の周方向に沿うピッチｐ
＝０．５〜０．９ｍｍになるように形成されているの
で、より一層高い伝熱性能を発揮することができる。

【００６３】請求項３の発明に係る伝熱管によれば、例
えば吸収式冷凍機の蒸発器や凝縮器に組み込まれて使用
される際、高さｈ１，ｈ２を異にする二種のフィン１
ｂ，１ｃが混在するように形成されており、散布される
冷媒や吸収液は、各フィン１ｂ，１ｃに沿って管の周方
向へ流れるとともに、各フィン１ｂ，１ｃを乗り越えて
管の長さ方向へ流れるので、管の外周面でその周方向に
も長さ方向にも液膜がより円滑に拡散して、濡れ面積が
増大してより高い伝熱性能を発揮することができる。特
に、高さｈ１の高い一種のフィン１ｂ，１ｂ相互間で
は、高さｈ２がより低い他種のフィン１ｃが位置してい
て、低流量域での液膜の管の長さ方向への拡散や乱流が
活発になり、乾き面の発生がよく抑制されるので伝熱性
能は一層高められる。

【００６４】請求項４の発明に係る伝熱管によれば、フ
ィン１ｂ，１ｂが、当該伝熱管を長さ方向に沿って切断
した断面において１インチ当たり３５〜５０個の密度で
形成され、少なくとも高い方のフィン１ｂには、当該フ
ィン１ｂの高さｈ１未満の高さで、それぞれ幅ｗ＝０．
３ｍｍ以下、深さｄ＝０．１〜０．４ｍｍ、管の周方向
に沿うピッチｐが０．５〜０．９ｍｍである凹部１１が
形成されているので、より一層高い伝熱性能を発揮する
ことができる。

【００６５】請求項５の発明に係る伝熱管は、管の内周
面に多数の凸条リッジが螺旋状に形成されているので、
管内の熱伝達率が向上し、熱通過率が増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施形態の伝熱管の部分拡大
正面図である。

【図２】図１の矢印Ａ−Ａに沿う部分拡大展開断面図で
ある。

【図３】第１実施形態の伝熱管を加工する加工装置の主
要部の概略図である。

【図４】本発明に係る第１実施形態の伝熱管の部分拡大
断面図である。

【図５】実施例の伝熱管サンプルと比較例の伝熱管サン
プルとを、吸収式冷凍機の蒸発器に組み込んで作動させ
た場合の、両者の管外熱伝達率を比較した線図である。

【図６】実施例の伝熱管サンプルと従来例の伝熱管サン
プルとを、吸収式冷凍機の吸収器に組み込んで作動させ
た場合の、両者の管外熱伝達率を比較した線図である。

【図７】本発明に係る第３実施形態の伝熱管の部分正面
図である。

【図８】第３実施形態の伝熱管を加工する加工装置の各
加工ロールと素管の配置を示す概略図である。

【図９】図８の矢印イ（ロ、ハ）の方向から見た素管と
一つの加工ロールとの関係を示す概略平面図である。

【図１０】図８の加工装置において、第１の加工ロー
ル，第２の加工ロール及び第３の加工ロールの素管への
接触位置における相互の位置関係を示す概略図で、
（ａ）図は第１の加工ロールと素管との接触状態を示す
部分断面図、（ｂ）図は第２の加工ロールと素管との接
触状態を示す部分断面図、（ｃ）図は第３の加工ロール
と素管との接触状態を示す部分断面図である。

【図１１】本発明に係る第４実施形態の伝熱管の部分正
面図である。

【図１２】図１１の矢印Ｂ−Ｂに沿う部分拡大展開断面
図である。

【図１３】他の実施例の伝熱管サンプルと他の比較例の
伝熱管サンプルとを、吸収式冷凍機の蒸発器に組み込ん
で作動させた場合の、両者の管外熱伝達率を比較した線
図である。

【図１４】他の実施例の伝熱管サンプルと他の従来例の
伝熱管サンプルとを、吸収式冷凍機の吸収器に組み込ん
で作動させた場合の、両者の管外熱伝達率を比較した線
図である。

【図１５】本発明の実施例で使用した実験装置の概略図
である。

【図１６】比較例の伝熱管の部分正面図である。

【図１７】図１６の伝熱管の外周部の一部を展開して示
した斜視図である。

【符号の説明】

１ 伝熱管 １’ 素管 １ａ フィン １ｂ 一種のフィン １ｃ 他種のフィン １０ 凸部 １１ 凹部 １２ 段部 １３ 凸条リッジ ２ 伝熱管 ２０ フィン ２１ 凹部 ３ 加工ロール ３０，４０ｂ 加工溝 ４ａ 第１の加工ロール ４ｂ 第２の加工ロール ４ｃ 第３の加工ロール ４ｄ マンドレル ４０ 加工軸 ４０ａ ディス群 ４１ 第１の加工ディスク ４２ 第２の加工ディスク ４３ 第３の加工ディスク ４４ 第４の加工ディスク ４５ 第５の加工ディスク ４６ 第６の加工セィスク ４７ 第７の加工ディスク ４８ 第８の加工ディスク ４９ 押潰し用のディス ５ 蒸発器 ５０，６０ サンプル伝熱管 ５１，６１ 散布パイプ ７ 希釈溶液槽 ８ 濃溶液槽 ８０ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安藤 俊之 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古河電気工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−48496（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−24522（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−118382（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−39362（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−158969（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−128349（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−100161（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭58−13837（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F28F 1/36 B21C 37/26 F25B 39/02 F28F 1/42 F28F 1/12 F28F 1/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸発器や吸収器に使用される伝熱管であ
   って、外周面には高さｈが０．２〜０．９５ｍｍのフィン１ａ
   が螺旋状に形成され、 前記フィン１ａには当該フィン１ａの長さ方向に沿って
   凸部１０と切欠状の凹部１１が正逆状に繰り返し形成さ
   れ、 前記凸部１０の頂部から前記凹部１１の底部までの間に
   は少なくとも一つの段部１２が形成され、 前記凹部１１の深さｄはフィン１ａの高さｈよりも小さ
   く形成されていることを特徴とする、 伝熱管。
2. 【請求項２】 前記フィン１ａは、当該伝熱管を長さ方
   向に沿って切断した断面で１インチ当たり１９〜５０個
   の密度で形成され、前記凹部１１は、深さｄが０．１〜
   ０．８ｍｍであって、かつ当該伝熱管の周方向に沿うピ
   ッチｐが０．５〜０．９ｍｍになるように形成されてい
   ることを特徴とする、請求項１に記載の伝熱管。
3. 【請求項３】 蒸発器や吸収器に使用される伝熱管であ
   って、外周面には高さを異にする少なくとも二種のフィン１
   ｂ，１ｃが混在するように螺旋状に形成され、 前記フィン１ｂ，１ｃの中の一種のフィン１ｂは高さｈ
   １が０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ未満になるように形成さ
   れ、 前記フィン１ｂ，１ｃの中の他種のフィン１ｃは高さｈ
   ２が一種のフィン１ｂの高さｈ１よりも０．１ｍｍ以上
   低く形成されていることを特徴とする、 伝熱管。
4. 【請求項４】 前記フィン１ｂ，１ｃは、当該伝熱管を
   長さ方向に沿って切断した断面で１インチ当たり３５〜
   ５０個の密度で形成され、少なくとも前記一種のフィン
   １ｂには、当該伝熱管の周方向に沿う幅ｗが０．３ｍｍ
   以下であって、深さｄが当該フィン１ｂの高さｈ１を超
   えずかつ０．１〜０．４ｍｍの範囲である切欠状の凹部
   １１が、当該伝熱管の周方向に沿うピッチｐが０．５〜
   ０．９ｍｍになるように形成されていることを特徴とす
   る、請求項３に記載の伝熱管。
5. 【請求項５】 内周面には多数の凸状リッジ１３が螺旋
   状に形成されていることを特徴とする、請求項１〜４の
   いずれかに記載の伝熱管。