JP4729088B2 - 伝熱管および伝熱管の製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、従来の管内面に螺旋状のフィンが複数形成された螺旋フィン付管においては、フィン数、リード角、フィン形状などの改良は行われているものの性能向上には限界があった。
さらにまた、特許文献2には、蒸発時における核沸騰の促進化を図るため、管内面に形成した螺旋状のフィンの基部側部分に窪みを形成した伝熱管が開示されている。
このため、管内面に亀裂溝のみで形成した伝熱管と管内面の表面形状が略変わらず、圧力損失の増大を防止することができ、総合的に、優れた熱伝達性能を得ることができる。さらに、フィン強度を確保することができ、より一層、拡管時のフィン倒れや管割れといった不良を防止することができる。
伝熱管を凝縮管として用いた場合には、切欠き溝において凝縮液の攪拌が促進され、熱伝達性能の向上を図ることができる。
しかも、切欠き溝の高さ設定、亀裂溝の両縁接触構造、空洞の形成により請求項1と同様の作用、効果を奏するものである。
本実施形態における伝熱管11は、図1、および、図2に示すように、管内面10に、管軸方向D1に沿って螺旋状のフィン12を管周あたり48のフィン数で備えるとともに、該フィン12に対して5から90°の範囲内である50°の交差角θで交差する複数の交差溝13を備えている。
なお、図1は、本実施形態の伝熱管11の一例を示す部分拡大展開斜視図を示し、図2は、本実施形態の伝熱管11に形成される交差溝の構造を示す部分拡大断面図を示す。
なお、図3は、素管11aを引抜き方向Xへ引抜きながら本実施形態における伝熱管11を製造する製造装置11の断面図である。
引抜き方向Xの上流側には、第1縮径ダイス23とフローティングプラグ24を備えている。
まず、第1縮径ダイス23とフローティングプラグ24により銅製の素管11aを縮径する第1縮径工程を行う。
なお、図4は、本実施形態の伝熱管11の製造過程において管内面10に第1フィン35を形成した一例を示す部分拡大展開斜視図を示す。
前記第2フィン加工工程において、管内面10を押潰する際に、管内面10に第2フィン12を形成すると同時に、第2フィン12に対して交差する交差溝13も形成することができる。
なお、前記第2フィン12が本実施形態の伝熱管11のフィン12に相当する。
なお、本実施形態の伝熱管11は、最終的に、7mmの外径で縮径している。
例えば、管内面10に第1フィン35のリード角を45°で形成し、第2プラグの溝をリード角を−45°で構成した場合、管内面10に形成した第1フィン35と第2プラグの溝との交差角θ’は90°であるが、管内面10に最終的に形成されるフィン12(第2フィン12)と交差溝13との成す交差角θは約60°程度になる。
上述したように、本実施形態の伝熱管11は、前記切欠き溝15と前記亀裂溝16とから成る交差溝13を管内面10に形成しているため、管内面10に形成する溝を亀裂溝16のみで形成した伝熱管11と比較して、管内面10の凹凸形状を複雑化することができ、より一層、管内の熱伝達率を向上することができる。
しかも、管内面10を微細な凹凸形状に加工することができ、優れた熱伝達率を得ることができる。
このため、管内面10に亀裂溝16のみで形成した伝熱管11と管内面10の表面形状が略変わらないため、圧力損失の増大を防止することができ、総合的に、優れた熱伝達性能を得ることができる。
さらに、フィン強度を確保することができ、より一層、拡管時のフィン倒れや管割れといった不良を防止することができる。
伝熱管11を凝縮管として用いた場合には、切欠き溝15において凝縮液の攪拌が促進され、熱伝達性能の向上を図ることができるといった本実施形態の伝熱管11は、様々な作用効果を奏することができる。
実施例1、2、3、参考例1、2の伝熱管は、それぞれ上述した実施形態の伝熱管11と同様の製造方法により、表1に示すような形状、すなわち、交差角θ、溝深さ、ピッチPで製作している。
さらに、実施例3の伝熱管は、表1に示した各部の形状からも明らかな通り、前述した実施形態の伝熱管11と同じ形状の伝熱管を用いている。
なお、比較例1の伝熱管は、従来の伝熱管であり、特に比較例1の伝熱管は、表1に示す通り管内面10にフィン12を形成しているが、交差溝13を形成していない伝熱管である。
なお、図5(a),(b)は、それぞれ管内凝縮性能測定装置42A,管内蒸発性能測定装置42Bの概略図を示し、何れの装置42A,42Bにおいても、一般の空調機と同様に全体が冷凍サイクルにより構成されている。
蒸発実験では、実施例1、2、3伝熱管、および、比較例1、参考例1、2の伝熱管のそれぞれを、図5(b)に示すように蒸発器に供試管44として組み込んだ場合における熱伝達率比、圧力損失比を測定することにより、蒸発性能の検証を行った。
なお、凝縮実験における熱交換用水としては、低温水を流し、蒸発実験における熱交換用水としては、高温水を流している。
さらまた、供試管44の入口と出口における冷媒平均飽和温度は、表3に示すように凝縮実験では48℃に設定すると共に、蒸発実験では5℃に設定した。
先ず管内での圧力損失比は、供試管44の入口、出口の圧力差として求めている。
管内での熱伝達率比αiは、本実験での測定値をもとに式(1)から式(4)を用いて算出する。
数式(2)中のGは、熱交換用水の流量(kg/s)、Cpは、熱交換用水の比熱(kJ/(kg・K))、tw1は、熱交換用水入口温度(℃)、tw2は、熱交換用水出口温度(℃)を示す。
数式(3)中のts1は、冷媒入口飽和温度(℃)を示し、ts2は、冷媒出口飽和温度(℃)を示す。
数式(4)中のkは、熱交換用水の熱伝導率(kW/(m・K))、Deは、環状部相当直径(m)を示す。Dは、シェル内径(m)を示し、dは、供試管外径(m)、Reは、熱交換用水のレイノルズ数(−)、Prは、熱交換用水のプラントル数(−)を示す。
これら凝縮性能、蒸発性能は、エアコン実機の定格能力域に相当する冷媒質量速度250kg/(m2・s)におけるものである。
また、拡管性を示す表4中の「○」は、管内面10に交差溝を構成せずフィンのみを備えた比較例1に係る伝熱管を拡管可能な引抜き速度で引抜いたときであっても、フィン倒れなどの不良が生じることなく正常に拡管することのできたことを示す。表4中の「△」は、上記引抜き速度よりも引抜き速度を低く設定する必要があるが、フィン倒れなどの不良が生じることなく正常に拡管することのできたことを示す。
先ず実施例1は、亀裂溝16の内部に略三角形の断面形状をした空洞17を有しているため、亀裂溝16の内部に略三角形の断面形状をした空洞17を有していない参考例1と比較すると、蒸発実験で熱伝達率比が高い(115.0>110.2)が圧力損失比がかわらない(100.0≒99.8)ことから蒸発性能が向上することを実証することができた。
さらに、亀裂溝16の内部に略三角形の断面形状をした空洞17を有していない参考例1、および、Hn/Hf>0.5である参考例2の場合は、拡管時の引抜き速度を実施例1、2、3よりも低く設定する必要がある。
10…管内面
12…フィン(第2フィン)
12a…フィン頂部
13…交差溝
14…底部
15…切欠き溝
16,16A…亀裂溝
17,17A…空洞
22…製造装置
23…第1縮径ダイス
24…フローティングプラグ
25…第1連結棒
26…第1溝付プラグ
26a…溝
27…第1転造ボール
28…第2連結棒
29…第2溝付プラグ
29a…溝
32…第2転造ボール
33…第2整径ダイス
35…第1フィン
D1…管軸方向
D2…フィン形成方向
θ…交差角
Claims (4)
- 管内面に、管軸方向に沿って直線状、又は、螺旋状の複数のフィンを備えた伝熱管であって、
管内面に、前記フィンに対して交差する複数の交差溝を備え、
前記交差溝を、前記フィンの頂部を切り欠いた切欠き溝と、
該切欠き溝の先端部から管内面の底部へ延びる亀裂溝と、
該亀裂溝の内部にその溝の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状の空洞と、で構成し、
上記亀裂溝は空洞の管内方に位置する両縁部同士が互に接触しており、
さらに前記フィンの高さに対する切欠き溝の切り欠き深さの比が0.5以下であることを特徴とする
伝熱管。 - 前記交差溝を、フィン形成方向に0.1〜2.0mmのピッチで構成した
請求項1に記載の伝熱管。 - 前記フィンに対する前記交差溝の交差角が5から90°の範囲内であることを特徴とする
請求項1または2に記載の伝熱管。 - 素管を縮径する縮径工程と、管内面に複数のフィンを形成するフィン加工工程とを行う伝熱管の製造方法であって、
前記フィン加工工程は、
直線状溝、又は、螺旋状溝を外周に備えた第1溝付プラグにより管内面を押潰して、該管内面に管軸方向へ沿って直線状、又は、螺旋状の複数の第1フィンを形成する第1フィン加工工程と、
前記第1フィンに対して5から90°の範囲内の交差角で交差する溝を外周に備えた第2溝付プラグによる、前記第1フィンを跨ぐ管内面の押潰により、
第1フィンの頂部を切り欠き、該フィンの高さに対する切り欠き深さの比が0.5以下の切欠き溝と、
該切欠き溝の先端部から管内面の底部へ延びる亀裂溝と、
該亀裂溝の内部にその溝の深さ方向へ進むに従って拡幅した断面形状の空洞とを有し、空洞の管内方で亀裂溝の両縁部同士が互に接触する
第2フィンを形成するする第2フィン加工工程と、を備えた
伝熱管の製造方法。
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