JP4119765B2

JP4119765B2 - 内面溝付伝熱管

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Publication number: JP4119765B2
Application number: JP2003037413A
Authority: JP
Inventors: 秀樹岩本; 清憲小関; 主税佐伯
Original assignee: 株式会社コベルコマテリアル銅管
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2003-02-14
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: JP2004245534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調機器及び冷凍機器等に使用される蒸発器や凝縮器の熱交換器に組み込まれる内面溝付伝熱管に係り、特に、ハイドロフルオロカーボン系冷媒であるＲ３２及びＲ１２５との混合冷媒を使用する管の外径が１０ｍｍ以下の内面溝付伝熱管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内面溝付伝熱管は、空調機器及び冷凍機器等に使用される蒸発器や凝縮器の熱交換器に組み込まれる伝熱管として使用されている。空調機器及び冷凍機器等の冷媒として、従来より使用されてきたハイドロクロロフルオロカーボン２２（以下、ＨＣＦＣ２２と称す）が、オゾン層破壊や地球温暖化等の環境問題の深刻化により、オゾン層の破壊係数が０であるハイドロフルオロカーボン（以下、ＨＦＣと称す）系の冷媒に移行することになった。
【０００３】
ＨＦＣ系冷媒としては、高沸点冷媒（高沸点成分）と低沸点冷媒（低沸点成分）とを混合した非共沸混合冷媒がよく使用されている。この非共沸混合冷媒は、露点と沸点が異なり、例えば、エアコン用の冷媒として最近多用されるようになったＲ４０７Ｃ冷媒は、それぞれ沸点（＝露点）の大きく異なるＲ３２（沸点：−５２°Ｃ）、Ｒ１２５（沸点：−４９°Ｃ）、及びＲ１３４ａ（沸点：−２６°Ｃ）の３冷媒をそれぞれ質量比で２３：２５：５２で混合したものであるため、非共沸冷媒としての沸点が−４３．６°Ｃ、露点が−３６．７°Ｃと、その差が６．９°Ｃにも及ぶ。その為、凝縮及び蒸発の際には、気液界面において高沸点成分が多く凝縮し低沸点成分が気相側に濃縮される。これにより混合冷媒内の各成分の濃度が不均一となり濃度差が生じ、この濃度差が拡散抵抗及び熱抵抗を惹起して、熱伝熱率は、それぞれの単一成分を用いた場合よりも低下し、ＨＣＦＣ２２（沸点及び露点とも−４０．８°Ｃ）と同等の熱伝熱率が得られない。これらのことから、内面溝付伝熱管では、非共沸混合冷媒内の濃度差を無くすために、管内におけるフィンの高さを高くしたり、フィン形状を特定したり、また、溝リード角を大きくしたりすることにより、前記冷媒の流れを乱すことで、管内の伝熱性能を向上させたものが提案されている。
【０００４】
一方、エアコン用ＨＦＣ系冷媒としてやはり最近多用されるようになったＲ４１０Ａ冷媒は、Ｒ３２（沸点：−５２°Ｃ）とＲ１２５（沸点：−４９°Ｃ）とを質量比で１：１で混合したものであり、構成冷媒間の沸点の差が小さいため、混合冷媒の沸点及び露点はほぼ同一である（−５１．６°Ｃ）。このように、Ｒ４１０Ａ冷媒は単一冷媒として取扱いが可能であることから、擬似共沸混合冷媒に分類されている。Ｒ４１０Ａ冷媒は熱的にはＲ２２と同様に取り扱いができるため、現在でもＲ２２用に用いられていた伝熱管がそのまま使用されている例も多い。以下に、Ｒ４０７Ｃ及びＲ４１０Ａ冷媒用伝熱管として提案されている例を示す。
【０００５】
先ず、非共沸混合冷媒を用いた内面溝付伝熱管として、管内面に螺旋状の連続する溝を設け、螺旋方向に沿ってフィン高さが、前記溝の山部より高いハイフィンを一定のピッチで設けることで、冷媒の流れを乱し、冷媒の気液界面での濃度差が低減することで、拡散抵抗や熱抵抗が減じて管内の熱伝熱率を向上させるものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、非共沸混合冷媒用の伝熱管として溝が管軸に対して４５度以上の大きな角度で配置されている内面溝付管により、溝内に渦度の大きな渦を発生させ、濃度境界層を薄くすることが提案されている。非共沸混合冷媒としては、Ｒ４０７Ｃと同じ系であるＨＦＣ３２、ＨＦＣ１２５、ＨＦＣ１３４ａを各々３０、１０、６０ｗｔ％ずつ混合したものが記載されている（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
更に、冷媒に非共沸冷媒を用いた凝縮促進型の内面溝付伝熱管として、内面溝のリード角が２５°以上である凝縮促進型内面溝付伝熱管が提案されており、前記内面溝付管においては、溝の深さが０．１５ｍｍ〜０．３５ｍｍであることが望ましいことが記載されている。非共沸冷媒の例としてＲ４０７［Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２５］が上げられている（例えば特許文献３参照）。
【０００８】
更に、非共沸混合冷媒と、冷媒の露点と沸点が近似し混合冷媒内に濃度差が生じない擬似共沸混合冷媒であるＲ４１０Ａの両冷媒のいずれも使用可能である内面溝付伝熱管として、内面溝のフィン高さが０．２３〜０．２８ｍｍ、フィンピッチが０．２２〜０．２８ｍｍ、または、それに加えて、溝リード角が１４〜３０°のフィンを管内面に設けること等で、向上させるものが提案されている（例えば特許文献４参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−３０７７８７号公報（段落番号〔０００８〕、〔００１３〕、〔００２６〕、図２）
【特許文献２】
特開平８−１４５５８５号公報（段落番号〔０００７、〔００１１〕、及び図３)
【特許文献３】
特開平９−４２８８１号公報（段落番号〔０００５、〔０００８〕、〔００１０〕、及び図１)
【特許文献４】
特開２００１−３４３１９４号公報（段落番号〔００１９〕、〔００２０〕、〔００４５〕、〔００５８〕、図３）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
最近、エアコンの小型化及び高性能化要求が更に強まっており、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であるＲ３２及びＲ１２５を混合した冷媒を使用する熱交換器用の内面溝付伝熱管として、従来のものに比べ単重（長さ１ｍ当たりの質量）の低減及び伝熱性能の向上が強まっている（凝縮性能が良いが、蒸発性能が向上しない。リード角が大きく、且つ、溝深さの大きいものは加工が難しい。溝深さの大きいものは拡管時にフィンが倒れてしまい、所定の伝熱性能を達成できなくなる。）。
【００１１】
しかしながら、上述の内面溝付伝熱管には、以下に示すような問題点があった。特許文献１の内面溝付伝熱管は、他のフィンより高いフィンを一定ピッチで形成するため、管の単重が増加する。また、このような内面溝付伝熱管をアルミフィンに拡管して固定する場合、前記のハイフィンが拡管の荷重を受け持つが、このときハイフィンがつぶれてしまい所定の伝熱性能が発揮できないばかりでなく、却って冷媒の圧力損失を増加させてしまう。
【００１２】
特許文献２の内面溝付伝熱管は、溝のリード角を４５°以上と大きくし、溝内に過度に大きな渦を発生させることにより非共沸冷媒を攪拌して伝熱性能を向上させるものであるが、このように大きな渦を発生させるためには溝間のフィン高さを高くし、且つ、溝の断面積をある程度大きくする必要がある（特許文献２の図３参照）ため、やはり管の単重増加を招いてしまう。
【００１３】
特許文献３の内面溝付伝熱管は、溝のリード角を２５°以上とするものであり、それにより例えば最大で４ｋＷ/ｍ²Ｋの管内凝縮熱伝達率（外径７ｍｍ、冷媒流速２００ｋｇ／ｍ²ｓ）を達成するものである。しかしながら、最近の内面溝付管においては、外径７ｍｍ、冷媒流速２００ｋｇ／ｍ²ｓの場合、４．５ｋＷ／ｍ²Ｋ以上の熱伝達率を要求されており、特許文献３の内面溝付伝熱管の熱伝達率は十分ではない。
【００１４】
また、特許文献４の擬似共沸混合冷媒Ｒ４１０Ａが使用可能な内面溝付伝熱管においても、高さが０．２３〜０．２８ｍｍのフィンを０．２２ｍｍ〜０．２８ｍｍのピッチで形成したものである。フィンの密度が高く、管の単重が重いものであった。また、フィンピッチが小さいため溝部断面積が小さくなり、フィン間の溝に冷媒が充満されやすく、管内における冷媒の蒸発及び凝縮伝熱性能とも低下してしまう。従って、内面溝付伝熱管の伝熱性能の向上および単重の軽量化の両者を満足するものは得られていなかった。
【００１５】
本発明は、前記の問題点に鑑み創案されたものであり、ハイドロフルオロカーボン系の冷媒であるＲ３２及びＲ１２５を混合した冷媒を用いる外径１０ｍｍ以下の内面溝付伝熱管において、軽量、且つ伝熱性能に優れた内面溝付伝熱管を提供することを目的とする。より具体的に一例をあげて説明すると、管の単重としては、管の外径が７ｍｍのとき５５ｇ／ｍ以下、同８ｍｍのとき６５ｇ／ｍ以下、同９．５２ｍｍのとき９２ｇ／ｍ以下である。また、内面溝付管の凝縮熱伝達係数としては、冷媒流量２００ｋｇ／ｍ²ｓのとき、４．５ｋＷ／ｍ²Ｋ以上である。尚、冷媒流量の上昇に伴い内面溝付伝熱管の凝縮熱伝達係数は上昇するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る内面溝付伝熱管は、冷媒としてハイドロフルオロカーボン系の冷媒であるＲ３２及びＲ１２５を混合した冷媒を使用する外径１０ｍｍ以下の内面溝付伝熱管において、前記内面溝付伝熱管の管内面に、螺旋状の溝及び前記溝管に形成されたフィンを多数有し、その溝の溝リード角（θ）が２５°以上４１°以下、前記フィンのフィン高さ（ｈ）が０．１２ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であって、前記管内面の内表面積（Ｓ）、フィン高さ（ｈ）、および管最小内径（ｒ）を用いてα＝Ｓ／（ｈ×ｒ）で計算される係数（α）が４６７以上である構成とした。
【００１７】
本発明者らは、Ｒ３２及びＲ１２５を混合した冷媒を用いる内面溝付伝熱管においては、管内凝縮熱伝達係数及び管内蒸発熱伝達係数の増大に最も影響を及ぼすのは管内表面積であることを見出し本発明をなしたものである。管内表面積を単純に増加させると、管の単重も増加するため、熱伝達係数及び管の単重に合理的な目標値を定め、これらを共に満足する内面溝付伝熱管として上記のリード角、フィン高さ及びα値を定めたものである。
【００１８】
前記の構成によれば、溝リード角（θ）、フィン高さ（ｈ）、および内表面積（Ｓ）、フィン高さ（ｈ）、管最小内径（ｒ）で計算される係数（α）を所定範囲とすることで、内面溝付伝熱管の管内表面積を大きくすることが可能となり、伝熱性能が向上する。また、管内表面積を大きく保ちながらフィン高さを低く抑えることが可能となるため、管の単重が抑制され、内面溝付管の製作が行いやすくなり、熱交換器組立て時の拡管によるフィンの倒れも防止できる。
【００１９】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して具体的に説明する。図１は内面溝付伝熱管の形状を示す管軸方向に破断した時の一部拡大端面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線における一部拡大断面図である。
【００２０】
先ず、図１に示すように、本発明の内面溝付伝熱管について説明する。本発明の内面溝付伝熱管５３は、ルームエアコン用の伝熱管として使用されることから、管の外径Ｄは、内面溝付伝熱管５３として主流である外径φ１０ｍｍ以下のものが使用され、管内面には、前記管内における冷媒の蒸発や凝縮による熱伝導率を向上させるために、多数の螺旋状の溝４１が形成されている。また、内面溝付伝熱管５３内面に供給されるＨＦＣ混合冷媒としては、混合冷媒内に濃度差が生じにくいＲ３２及びＲ１２５を混合した冷媒（例えば、擬似共沸混合冷媒であるＲ４１０Ａ）を使用する。また、内面溝付伝熱管の素管の材質としては、銅または銅合金からなり、例えばＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０、Ｃ１２０１等のりん脱酸銅が使用される。なお、内面溝付伝熱管の内面溝形状の形成方法は、転造加工法、圧延法などがあるが、特に限定されるものではない。
【００２１】
（内面溝付伝熱管内の冷媒）
本発明の内面溝付伝熱管に使用されるＲ３２及びＲ１２５を混合したものについて、この系において最も多く用いられる冷媒Ｒ４１０Ａを例にとり説明する。冷媒Ｒ４１０Ａは、２種のＨＦＣ系冷媒であるＨＦＣ−３２及びＨＦＣ−１２５が混合された擬似共沸混合冷媒であり、近年のオゾン層破壊や地球環境温暖化に起因する塩素を含むＨＣＦＣ２２に替わる冷媒として、塩素を含まず水素を含む冷媒である。そして、ＨＦＣ−３２、ＨＦＣ−１２５の沸点は、それぞれ−５２°Ｃ、−４９°Ｃであり冷媒の沸点が互いに近いため、混合冷媒の状態によりＨＦＣ−３２：ＨＦＣ−１２５＝５０ｗｔ％：５０ｗｔ％の組成比が変わり難く、冷媒内の濃度差が生じない。よって、非共沸混合冷媒のように、内面溝付伝熱管内の伝熱性能向上のために管内フィン高さを高くしたり、また、リード角を大きくすることにより冷媒の流れを乱すことは不要であり、内面溝付管内のフィン高さやリード角に関係なく、管内の内表面積を大きくすることで、管内の伝熱性能を向上させることが可能である。
【００２２】
(内面溝付伝熱管の内面溝形状)
本発明の内面溝付伝熱管の内面溝形状について説明する。内面溝付伝熱管５３の内面溝形状は、図１に示すように、連続した螺旋状の溝４１で構成されており、また、図２に示すように、各溝４１はフィン山頂曲線部４２ａとこれに滑らかにつながるフィン斜面直線部４２ｂを有し、各フィン斜面直線部４２ｂ同士が任意のフィン根元半径Ｒで滑らかに連続しているか（図示せず。）、または、各フィン斜面直線部４２ｂ同士が直線部と任意のフィン根元半径Ｒで滑らかに連続した溝底部（溝底幅ｄ）でもよい。そして、溝リード角θが２５°以上６０°以下、フィン高さｈが、０．１２ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、好ましくは、０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であって、管内面の内表面積Ｓ、フィン高さｈ、および管最小内径ｒを用いてα＝Ｓ／（ｈ×ｒ）で計算される係数αが、３１０以上、好ましくは、３５０以上である。
【００２３】
また、フィンリード角θ、フィン高さｈ、及び管内表面積Ｓ／（フィン高さｈ×管最小内径ｒ）が、３１０以上となるときの係数αを用いてＳ／（ｈ×ｒ）とし、この式から求めるθ、ｈ、ｒのそれぞれが、前記所定範囲内の値である限り、これらのどの値の組み合わせを用いた場合においても、Ｒ４１０Ａを代表するＲ３２及びＲ１２５を混合した前記冷媒を使用した場合、管の単重を抑制しつつ管内の伝熱性能を向上させることが可能である。
【００２４】
このような本発明において、内面溝形状を前記数値範囲に限定することにより、軽量で、且つ、管内伝熱性能に優れた内面溝付伝熱管を提供することができる。以下、本発明に係る内面溝付伝熱管の内面溝形状における前記数値限定の根拠について説明する。
【００２５】
（溝リード角θ）
図１に示す内面溝付伝熱管内の伝熱性能を向上させる溝リード角θは、２５°以上６０°以下であることが要求されている。リード角θが２５°未満の場合は、内表面積が小さくなり、熱伝達率が低下する傾向にあるため、伝熱性能が悪くなり好ましくない。また、内面溝付伝熱管の単重を抑制しながら、管内の伝熱性能を向上させる必要があり、外径７ｍｍを有する内面溝付伝熱管の単重は１ｍ当たり５５ｇ以下、外径８ｍｍのとき６５ｇ／ｍ以下、外径９．５２ｍｍのとき９２ｇ／ｍ以下、管内熱伝達率は４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋ以上（冷媒流速：２００ｋｇ／ｍ^２ｓにおいて）であることが要求される。この要求を満足する溝リード角を設定するため、種々の溝リード角θで検証した結果、溝リード角は２５°以上が必要であることがわかった。なお、溝リード角の上限値は６０°とした。その理由は、溝リード角が６０°を超えると、転造加工により製作する際の速度が極端に低下してしまい、安定して長尺の内面溝付伝熱管の製造ができなくなるからである。
【００２６】
（係数α）
次に、本発明の内面溝付伝熱管の内表面積Ｓ、フィン高さｈ、および管最小内径ｒで計算される係数αについて説明する。係数αは、Ｓ／（ｈ×ｒ）で計算され、３１０以上である。係数αが３１０未満の場合には、内面溝付伝熱管の内表面積が大きくとれないため、内表面積の増大により伝熱性能が向上する疑似共沸混合冷媒Ｒ４１０Ａの効果が発揮できず、管内の伝熱性能は向上しない。また、フィン高さを低く抑えられない傾向となるため、管の単重が抑制されず、内面溝付伝熱管が軽量化されない。
【００２７】
外径１０ｍｍ以下の内面溝付伝熱管では、係数αが３１０以上であれば、管内熱伝導率４．５ｋｗ／ｍ²Ｋ（冷媒流量２００ｋｇ／ｍ²ｓ）以上、及び単重５５ｇ／ｍ以下（外径７ｍｍ）、単重６５ｇ／ｍ以下（外径８ｍｍ）、単重９２ｇ／ｍ以下（外径９．５２ｍｍ）の要求を満足することが可能である。尚、管最小内径は管内のフィンに内接する円の直径であり、管内表面積Ｓ[ｍｍ²／ｃｍ）は、Ｓ＝（管軸直角断面において溝と溝間のフィンにより形成される管内表面長さの全長）×（管１ｃｍ当たりの溝１個の長さ）により計算され、管１ｃｍ当りの溝１個の長さ＝１／ｃｏｓθである。
【００２８】
（フィン高さｈ）
フィン高さｈを０．１２ｍｍ以上とすることで、フィンは、管内における作動冷媒の凝縮液面より高くなり、前記凝縮液に埋没せず管内の有効伝熱面が大きくなるため、管内の伝熱性能が向上する。また、０．３０ｍｍ以下とすることで、内面溝付伝熱管の管内面に溝を成形する際に、溝成形用の工具が破損しにくくなるため、管内面に安定して溝を成形することが可能となる。従って、フィン高さｈについては、０．１２ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下、好ましくは０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下とすることで、伝熱性能が良好な内面溝付伝熱管を提供することができる。
【００２９】
次に、本発明に係る内面溝付伝熱管の内面溝形状として数値限定を定めた溝リード角θ、フィン高さｈ、及び係数αの他に、内面溝形状の設定が適時可能なフィン根元半径Ｒ、及び山頂角β、内表面積Ｓ、および溝底幅ｄのそれぞれの好ましい範囲について説明する。
【００３０】
（内表面積Ｓ）
内表面積Ｓについては、３００〜８００ｍｍ^２／ｃｍの範囲が好ましく、３５０ｍｍ^２／ｃｍ以上７００ｍｍ^２／ｃｍ以下であることが好ましい。３００ｍｍ^２／ｃｍ未満の場合は、管内の伝熱面積が小さくなり伝熱性能が低下するため、伝熱管として実用的ではない。また、８００ｍｍ^２／ｃｍを超える場合は、内面溝付伝熱管の製造時において工具が破損しやすいため、溝形成が困難である。
【００３１】
（フィン根元半径Ｒ）
フィン根元半径Ｒは、フィン高さｈの１／５以上２／３以下の範囲とすることが好ましい。フィン根元半径Ｒが、フィン高さｈの１／５未満の場合は、フィン根元半径Ｒが小さくなることから、フィンが高くなった場合にフィンの成形性が悪くなり、所定形状のフィンが得られ難く、また管内面の溝の根元に当接する溝付プラグの部位に破損が発生しやすくなる。これに対し、２／３を超える場合は、フィン根元半径Ｒが大きくなることから、溝４１の断面積が減少し、また、素管５１の肉厚Ｔの増加により内面溝付伝熱管の重量が重くなる。
【００３２】
（山頂角β）
山頂角βについては１０°以上３０°以下の範囲とすることが好ましい。フィン山頂角βが１０°未満の場合は、フィン４２の幅が狭くなり、内面溝付伝熱管５３のユーザーでの拡管（銅管とアルミフィンを密着させる）時にフィンの先端部のつぶれ、フィンの倒れやゆがみが生じる。一方、３０°を超えた場合は、溝４１の断面積が小さくなり伝熱性能が低下する。また、フィン４２の断面積（内面溝付伝熱管５３の肉厚Ｔ）が大きくなり、内面溝付伝熱管の重量が重くなる。
【００３３】
（溝底幅ｄ）
溝底幅ｄについては、０．１８ｍｍ以上が好ましい。０．１８ｍｍ未満の場合は、凝縮液溜りが生じ、有効伝熱面積が小さくなり凝縮性能が低下する。溝底幅は、１個の溝に隣接する２つのフィンの斜面直線部４２ｂとそれに続く溝底の円弧（フィン根元半径Ｒ）とを結ぶ線分の長さとする。
【００３４】
次に、前記内面溝付伝熱管の製造方法について説明する。本発明の内面溝付伝熱管の製造は、従来から公知の製造装置を用いて行われ、前記内面溝付管の素材である素管の第１の縮径加工を行う第１の工程と、前記第１の工程で得られた縮径された素管の第２の縮径加工を行い、さらに、前記素管の内面に螺旋状の溝を形成する第２の工程と、前記第２の工程で溝形状が転写された素管の第３の縮径加工を行う第３の工程を含むものである。そして素管を抽伸方向に引抜くことにより、第１の工程、第２の工程、および第３の工程がこの順で行われ、素管が内面溝付伝熱管に加工される。ここで、第１の工程、第２の工程、および第３の工程を順に説明する。
【００３５】
（第１の工程）
内面溝付伝熱管の素材である素管が、縮径プラグと縮径ダイスにより、素管が縮径ダイスと縮径プラグの間を通過するように引抜かれることにより、素管に縮径加工が施される。
（第２の工程）
第１の工程で縮径された前記素管を、複数個の転造ボールまたは転造ロールで素管内に挿入された溝付プラグに押圧することにより、前記素管に第２の縮径加工を施し、縮径された素管の内面に溝付プラグの溝形状が転写される。
（第３の工程）
第２の工程で内面に溝形状が転写された素管を、整形ダイスにて縮径加工を施し、内面溝付伝熱管が提供される。
【００３６】
以上、本発明に係る内面溝付伝熱管について説明したが、本発明の内面溝付伝熱管は、本発明の概念から逸れない限り、前記内面溝形状に限定されることはない。例えば、この内面溝付伝熱管の溝形状は、溝の向きを途中で変化させたような特殊形状のもの等があげられる。
【００３７】
尚、このような内面溝付伝熱管の製造方法としては、条（圧延板）の一面に溝を形成し、前記条（圧延板）に形成された溝成形面を内側にしてロールフォーミングにより管状に成形した後、端部を溶接することにより、内面溝付伝熱管に仕上げるものである。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、具体的に説明する。
【００３９】
（第１の実施例）
管外径が８ｍｍである内面溝付伝熱管の、フィン高さｈ、リード角θ、及び内表面積Ｓ／（フィン高さｈ×管最小内径ｒ）の係数αの全てが本発明の請求範囲を満足する形状（実施例１）を有する試作管と、前記３つのうち、いずれか１つ以上が下限値未満の形状（比較例１、２）を有する試作管を転造加工法により作製した。また、参考として、フィン高さｈが本発明の請求範囲内、かつリード角θは本発明の請求範囲の下限値以上であるが、係数αは満足しない形状の参考例１〜５を、同様に作製した。そして、各試作管について、管の単重及び伝熱性能を評価し、その結果を表１に示す。
【００４０】
尚、表１の伝熱性能判断及び軽量化の欄は、前記目標値を満足する場合を「○」、満足しない場合を「×」とし、総合判断の欄は前記２項目を共に満足するものを「○」、満足しない場合を「×」とした。
【００４１】
伝熱性能の測定に用いた測定装置の模式図を図３に示す。図３に示す装置において、６０ａは流量制御弁、６０ｂは膨張弁、６１は凝縮器、６２は圧縮機、６３は蒸発器、６４はオイルセパレータ、６５はアキュムレータ、６６はレシーバー、６７はドライヤー、６８は流量計、６９はＦ／Ｃ、７０は入口ヒーター、７１は測定部、７２は圧力センサー、７３は温度センサー、７４は出口センサー、７５は水槽、７６は冷媒の流れ方向、７７は水の流れ方向を示す。尚、測定部７１の内部は、図４に示すような構成とし、７８は空間Ａ、７９は供試管（内面溝付伝熱管）、８０は空間Ｂ、８１は測定部の外管、８２は断熱材であり、７８の空間Ａに前記冷媒が、８０の空間Ｂに水が、それぞれ流れるものとする。また、測定条件は表２に示すとおりである。実施例１の内面溝付伝熱管はいずれも外径８ｍｍであるため、その試験長さは３．５ｍである。
【００４２】
表１の試験結果より、本発明の実施例１及び参考例１〜５の内面溝付伝熱管は、いずれも優れた凝縮性能及び蒸発性能が得られ、特に凝縮性能は冷媒質量速度２００ｋｇ／ｍ^２ｓのときの目標値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを大きく上回った。また、これらの内面溝付伝熱管は単重も外径８ｍｍの管に対する目標値６５ｇ／ｍ以下を満足した。
【００４３】
次に、これらの実施例１及び参考例１〜５に比べ、比較例１では、係数α及び溝リード角θが下限値未満であり、凝縮性能は目標下限値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを下回り、また、管の単重も目標上限値６５ｇ／ｍを上回る。また、比較例２では、フィン高さｈが下限値未満であり、凝縮性能は目標下限値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを下回る。
【００４４】
表１の結果より、本発明の実施例１及び参考例１〜５のいずれもが、比較例１及び比較例２に比べ、内面溝付伝熱管の伝熱性能が向上し、また、管の単重も軽量となる結果であった。尚、実施例１及び参考例１〜５の内面溝付伝熱管は、管内凝縮熱伝達率のみならず管内蒸発熱伝達率においても優れた特性を有することがわかる。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

（第２の実施例）
次に、管外径が７ｍｍである内面溝付伝熱管の、フィン高さｈ、リード角θ、及び内表面積Ｓ／（フィン高さｈ×管最小内径ｒ）の係数αの全てが本発明の請求範囲を満足する形状（実施例２）を有する試作管と、前記３つのうち、いずれか１つ以上が下限値未満の形状（比較例３〜７）を有する試作管を転造加工により作製した。また、参考として、フィン高さｈ及びリード角θが本発明の請求範囲内であるが、係数αは満足しない形状の参考例６〜８を、同様に作製した。そして、各試作管について、管の単重及び伝熱性能を評価し、その結果を表３に示す。
【００４７】
尚、表１と同様に、表３の伝熱性能判断及び軽量化の欄は、前記目標値を満足する場合を「○」、満足しない場合を「×」とし、総合判断の欄は前記２項目を共に満足するものを「○」、満足しない場合を「×」とした。
【００４８】
伝熱性能の測定方法は実施例１に同じである。実施例２の内面溝付伝熱管はいずれも外径７ｍｍであるため、その長さは３．０ｍである。
【００４９】
表３の試験結果より、本発明の実施例２及び参考例６〜８の内面溝付伝熱管は、いずれも優れた凝縮性能及び蒸発性能が得られ、特に凝縮性能は冷媒質量速度２００ｋｇ／ｍ^２ｓのときの目標値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを大きく上回った。また、これらの内面溝付伝熱管は単重も外径７ｍｍの管に対する目標値５５ｇ／ｍ以下を満足した。
【００５０】
次に、これらの実施例２及び参考例６〜８に比べ、比較例３では、係数α及び溝リード角θが下限値未満であり、凝縮性能は目標下限値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを下回り、また、管の単重も目標値上限値５５ｇ／ｍを上回る。比較例４では、係数α、フィン高さｈ、及び溝リード角が、下限値未満であり、凝縮性能は目標下限値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを下回る。比較例５では、係数α及び溝リード角θが下限値未満であり、管の単重は目標上限値５５ｇ／ｍを上回る。比較例６では、フィン高さｈが下限値未満であり、凝縮性能は目標下限値４．５ｋＷ／ｍ^２Ｋを下回る。比較例７では、係数αが下限値未満であり、管の単重は目標上限値５５ｇ／ｍを上回る。
【００５１】
表３の結果より、本発明の実施例２及び参考例６〜８のいずれもが、比較例３〜７に比べ、内面溝付伝熱管の伝熱性能が向上し、また、管の単重も軽量となる結果であった。尚、実施例２及び参考例６〜８の内面溝付伝熱管は管内凝縮熱伝達率のみならず管内蒸発伝熱率においても優れた特性を有することがわかる。
【００５２】
【表３】

【００５３】
以上より、内表面積Ｓ／（フィン高さｈ×管最小内径ｒ）の係数α、溝リード角θ、及びフィン高さｈのいずれか１つでも、本発明の請求範囲から逸れた場合は、内面溝付伝熱管の軽量化あるいは管内伝熱性能のいずれかが満足しない結果であった。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、内面溝付伝熱管の溝リード角、フィン高さｈ、及び内表面積Ｓ／（フィン高さｈ×管最小内径ｒ）の係数αを所定範囲に特定することにより、軽量で、且つ、伝熱性能に優れた内面溝付伝熱管を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る高リード内面溝付管の断面形状を示す管軸方向に破断した時の一部端面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線における一部拡大断面図である。
【図３】伝熱性能を測定した装置の模式図である。
【図４】測定部の管断面の模式図である。
【符号の説明】
４１溝
４２フィン
４２ａフィン山頂曲線部
４２ｂフィン斜面直線部
５３内面溝付伝熱管
θ 溝リード角
ｈフィン高さ
Ｄ内面溝付伝熱管の外径
ｒ内面溝付伝熱管の管最小内径
Ｓ内面溝付伝熱管の内表面積
β フィン山頂角
Ｒフィン根元半径
Ｌフィンピッチ
ｄ溝底幅

Claims

冷媒としてハイドロフルオロカーボン系の冷媒であるＲ３２及びＲ１２５を混合した冷媒を使用する管の外径が１０ｍｍ以下の内面溝付伝熱管において、
前記内面溝付伝熱管の管内面に、螺旋状の溝及び前記溝付管に形成されたフィンを多数有し、その溝のリード角（θ）が２５°以上４１°以下、前記フィンのフィン高さ（ｈ）が０．１２ｍｍ以上０．３０ｍｍ以下であって、
前記管内面の内表面積（Ｓ）、フィン高さ（ｈ）および管最小内径（ｒ）を用いてα＝Ｓ／（ｈ×ｒ）で計算される係数（α）が、４６７以上であることを特徴とする内面溝付伝熱管。