JPH03217793A - 偏平溝付管を有する熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内周面に複数の溝が形成された偏平溝付管を
有する熱交換器に関するものである。

［従来の技術］ 近年、熱交換器としては、熱交換効率の向上を図るため
、内面に複数の溝が形成されかつ偏平状に形成された偏
平溝付管を有するものが提供されてきている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、偏平肩付管を有する熱交換器においても、熱交
換効率をさらに向上することが要求されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、より
熱交換効率の高い熱交換器を提供することを目的として
いる。

［課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達成するため、軸線に交差する方
向に延びる複数の溝が内周面に形成され、軸線に直交す
る断面における短寸方向の内周面間の寸法である縦寸法
が１　ｍｍ以上５ｒａＩＩ＋以下に形成されているとと
もに、該直交断面の長寸方向の内周面間の寸法である横
寸法と前記縦寸法との比である横／縦が３以上に形成さ
れ、前記溝は、その底壁の両側縁から立ち上がる各側壁
が該底壁から離れるにしたがって互いに近接するように
形成されているとともに、隣接する前記溝と溝との間の
ピッチが０．２５ｍｍ以上９．７＋ｎｍ以下に形成され
た偏平溝付管と、 この偏平溝付管に接続された冷却フィンとを備えてなる
ものである。

上記のように偏平溝付管の寸法を限定した理由について
以下に説明する。

短寸方向の内周面間の縦寸法をＪａｍ以上５ｍｔｎ以下
に形成したのは、ｌａｍ未満ではフレオン等の熱媒体の
通過゜抵抗が高くなるからであり、５ｌＴＩＩＩ１を越
えると偏平管の心部を通る熱媒体が蒸発しにくくなるか
らである。

長寸方向および短寸方向の内周面間の比である横／縦を
３以上に形成したのは、上記縦寸法をｌｍｍ以上５ｍｌ
Ｉｌ以下に形成しているので、該横／縦を３以上にしな
いと熱媒体の通過面積が小さくなって、該熱媒体の通過
抵抗が増大していまうからである。

溝間のピッチを０．２５ｍｍ以下０．７ｍｍ以上に形成
したのは、０。２５ｆｆｌＩｍ未満にした場合には溝が
密集しすぎて熱媒体が溝内に侵入しにくくなり、伝熱効
率の向上が十分図れなくなるからであり、また０．７ｍ
ｍを超える場合には溝の間隔が大きくなりすぎて、この
場合も伝熱効率の向上が十分図れなくなるからである。

［作用］ 本発明の熱交換器においては、偏平溝付管の溝の側壁が
底壁から離れるにしたがって互いに近接するように形成
されているので、結局溝間に形成される山の頂部の表面
積が大きくなり、伝熱効率が向上する。

しかも、溝間のピッチが０　．　２　５　ｍｍ〜０　．
　７　ｍｍに形成されているので、熱媒体が溝内へ抵抗
なく侵入しながら流れるようになり、溝の側壁および底
壁を介して効率良く熱が伝わるようになる。

このため、偏平溝付管内の内部熱媒体と、該偏平溝付管
外の外郎熱媒体あるいは放熱フィンとの熱交換効率が向
上する。

［実施例コ 以下、第１図ないし第７図を参照して本発明の実施例を
説明する。

第ｌ図において、■は熱交換器の一例として示したフィ
ンコイル熱交換器であり、この熱交換器１は、偏平な面
を互いに平行に対向させながら蛇行する偏平溝付管２と
、この偏平肩付管２に直交してろう付け等によって固定
された冷却フィン３とを備えたものである。

偏平溝付管２は、第３図ないし第４図に示すように、厚
さＴが０．２ｎ＋ｍ以上０．６１以下の例えば鋼管によ
って偏平に形成されたものであり、軸線方向Ｌに直交す
る方向の直交断面において、その短寸方向の内周面間の
寸法である縦寸法Ｈ７！ｌ｛１１以上５ｆｆｉＩＩ１以
下に形成されているとともに、長寸方向の内周面間の寸
法である横寸法Ｗが３ＩＩｌｆｆ１以上５０ｍｍ以下に
形成され、横寸法Ｗと縦寸法Ｈとの比である横縦比（Ｗ
　／　Ｈ　）が３以上？こ形成されている。

また、上記溝Ａは、偏平溝付管２の軸線方向Ｌに対して
０゛以上３０゜以下の角度で延在して螺旋状に形成され
ている。この溝Ａは、第４図に示すように、ｉｌｌＡの
延在方向に直交する断面において、該溝Ａの底壁Ａｌの
幅（両側縁間の寸法）Ｕが０．１ｍｎ＋以上０．４ｎ＋
ｎ以下に形成され、該底壁Ａｌの両側縁から立ち上がる
側壁Ａ２が底壁Ａｌから離れるにしたがって互いに接近
するように傾斜され、該側壁Ａ２の底壁Ａｌからの高さ
Ｖが０，ｉ　ｎ＋＋ｎ以上０．２５ｍｍ以下に形成され
、隣接する溝Ａ間のピッチＰが０、２５ｍｍ以上０，７
１ｍｍ以下に形成されている。

上記のように各寸法を規定した理由を以下に説明する。

まず、偏平溝付管２の厚さＴを０．２ｎ＋ｍ以上０６ａ
ｖ以下に形成したのは、０．２ａ＋＋ｉ未満だと、内郎
を流れる内部熱媒体の圧力に対して十分な強度が得られ
ないためであり、０．６ａｍを超えると、伝熱効率が低
下するからである。

縦寸法Ｈをｌｍｎ以上５ＩＩＩＩＩ１以下に形成したの
は、「■未満になると、内部熱媒体の流体抵抗が極度に
増大することになり、５Ｉ！ｌｍを越えると管の心郎を
通るフレオン等の内部熱媒体への熱の伝わり方が悪くな
り、例えば心郎の内部熱媒体が蒸発しないで残ったりす
ることになるからである。

横縦比（Ｗ　／　Ｈ　）を３以上に形成したのは、上記
縦寸法Ｈをｌ＋ｕ＋以上５ＬＩｌｍ以下に形成している
ので、該横縦比（Ｗ　／　Ｈ　）を３以上にしないと内
部熱媒体の通過抵抗が高くなってしまうからである。

横寸法Ｗを３ｍｍ以上５０ｍｍ以下に形成したのは、３
ｍｍ以下にすると、上記縦寸法ＨをｌＩＩＩＩｌ１にし
た場合、横縦費（Ｗ／Ｈ）が３未満になってしまい内部
熱媒体の通過抵抗が増大してしまうからであり、５０ｍ
ｍ以上にすると、横寸法Ｗ方向での内部熱媒体の流れに
偏りを生じてしまい、この結果、伝熱効率の向上が図れ
なくなるからである。

溝Ａの底壁Ａ１の幅Ｕを０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下
に形成したのは、この範囲内にあると熱媒体が表面張力
により溝Ａ内に積極的に浸入するようになって伝熱効率
が十分向上するからである。すなわち、０．１ｍｍ未満
であると、溝Ａの幅が狭くなりすぎて熱媒体が溝Ａに侵
入しにくくなり、また０．４ｍｍを超えると、溝Ａの幅
が広くなりすぎて内部熱媒体が表面張力により溝Ａ内に
浸入する力が小さくなるからである。

溝Ａの壁面Ａ２の底壁Ａ１からの高さＶを０，１　ｍ＋
ｎ以上０．２５ｍｍ以下に形成したのは、０．１ｎｖ未
満であると、溝Ａが浅すぎて伝熱効率の向上に寄与しな
くなるからであり、また反対に０．　　２５＋ｕ＋を超
えると、溝Ａの深さの増大に比して伝熱効率の増加が鈍
化してしまうからである。

溝Ａ間のピッチＰを０．２５ｍｍ以下０．７＋ｎｍ以上
に形成したのは、０．２５ｍｍ未満にすると、溝Ａが密
集しすぎて該溝Ａ内に内部熱媒体が侵入しにくくなって
伝熱効率の向上が十分図れなくなるからであり、また０
．７１を超えると溝Ａの間隔が大きくなって、この場合
も伝熱効率の向上が十分図れなくなるからである。

冷却フィン３は、銅板によって形成されたものであり、
その仮面の方向が外郎熱媒体の流れＦに対して平行にな
るように前記偏平溝付管２に固定されている。

また、偏平溝付管２も、その偏平面の方向が該偏平溝付
管２の外部を流れる外郎熱媒体の流れＦに平行になるよ
うに設置されている。

上記のように構成された熱交換器ｌにおいては、偏平溝
付管２の溝Ａの側壁Ａ２が底壁Ａｌから遠ざかるしたが
って互いに近接するように形成されているので、溝Ａ間
に形成される山の頂部の表面積が大きくなり、内部熱媒
体から偏平溝付管２あるいは偏平溝付管２から内部熱媒
体へ伝わる熱量が増加する。すなわち、偏平溝付管２お
よび冷却フィン３を介して内部熱媒体から外部熱媒体へ
、または外部熱媒体から内部熱媒体への伝熱効率が向上
する。

しかも、偏平溝付管２の厚さＴが０．２ｍｍ以上０．６
ｍｌ１以上に形成され、縦寸法Ｈが１ｍｍ以上５ｍｍ以
下に形成され、横縦比（Ｗ　／　Ｈ　）か３以上に形成
され、横寸法Ｗが３ｍｆｆｌ以上５０ｍｍ以下に形成さ
れ、溝Ａの底壁Ａｌの両側縁間の寸法Ｕが０．　　１ｆ
ｆｌＩＩ１以上０．４ｍｍ以下に形成され、壁面Ａ２の
底壁Ａ１からの高さ■が０．１ｍｍ以上０．２５ｍｍ以
下に形成され、隣接する溝Ａ間のビッチＰが０．２５ｍ
ｍ以下０．７１ＩＩＩ１以上に形成されているから、内
部熱媒体と偏平溝付管２との間で熱が効率よく移動する
。

したがって、上記熱交換器１によれば、従来の熱交換器
に比べて格段に熱交換効率を向上させることができる。

また、偏平溝付管２は、その偏平面の方向が外部熱媒体
の流れＦに平行になるように設けられているから、 ■偏平溝付管２に対する外部熱媒体の流体抵抗を少なく
することができ、 ■偏平溝付管２を密に設置することができ、■外部熱媒
体が偏平溝付管２に接触する時間が長くなり、 ■偏平溝付管２の中心部に流れる内部熱媒体との熱の授
受が十分行なわれるようになる。

このため、上記■ないし■からも熱交換効率の向上を図
ることができるという利点がある。

また、熱交換器の他の例として、第２図に、サーペンタ
イン熱交換器４を示す。ただし、第１図に示す構成要素
と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡略
化する。

熱交換器４は、偏平な面を互いに平行に対向させながら
蛇行する偏平溝付管２と、この偏平溝付管２の隣接する
もの同士の偏平面に蛇行しながら接続された冷却フィン
５とを備えたものである。

この偏平溝付管２および冷却フィン５も、その偏平な面
の方向を外部熱媒体の流れＦに平行になるように設置さ
れている。

したがって、上記熱交換器４においても、第１図に示す
熱交換器Ｉと同様な作用効果を奏する。

上記のように構成された偏平溝付管２は、第３図ないし
第５図に示す偏平溝付管製造装置によって製造される。

これらの図において、ｌ１は偏平溝付管２を加エするた
めに供給された被加工管である。

この被加工管１１は、内周面に複数の溝Ｂが形成された
断面円形状のものであり、例えば圧延等により帯状の板
の表面に複数の溝Ｂを形成した後、ロールにより円筒状
に形成し、その継ぎ目部を溶接することにより連続して
製造される。

上記被加工管１１は、偏平溝付管製造装置の弓抜ダイス
ｌ２によって縮径され、その際、被加工管１ｌに形成さ
れた縮径段部１１ａには、被加工管１ｌの引抜方向Ｆの
上流側からフローテイングブラグｌ３が係止されている
。

フローティングプラグ１３は、第３図ないし第５図に示
すように、円柱状に形成された本体ｌ４と、この本体１
４の一端（引抜方向Ｆの上流側の端）にねじ等を介して
同軸に連結された頭部１５とを備えたものである。

本体１４は、他端部軸心に偏平部１４ａが形成され、こ
の偏平部１４ａの対向する各平面から本体１４の外周面
に向けて各平面の間隔が広がる形状の傾斜面１４ｂが形
成されたものである。また、本体Ｉ４の外周面には、傾
斜面１４ｂに沿つう部分および、偏平部１４ａの側縁に
沿う部分に平面状の切欠Ｋｌ、切欠Ｋ２が形成されてい
る。

一方、頭部ｌ５は、本体ｌ４の外周面よりわずかに大き
な径の胴部１５ａからテーパ面１５ｂを介して外周面が
膨出する膨出部１５ｃが形成されたものであり、この膨
出部１５ｃの端面は球状に形成されている。

そして、上記フローティングプラグ１３は頭部Ｉ５のテ
ーパ面１５ｂが被加工管ｌ１の縮径段郎１１ａに係止さ
れて、本体１４が引抜方向Ｆの下流側に延在するように
設けられる。すなわち、フローティングプラグ１３の偏
平部１４ａの位置は、被加工管１１に縮径段部１１ａを
形成する引抜ダイスｌ２の位置によって規制されること
になる。

このフローティングプラグｌ３の偏平部１４ａ１傾斜部
１４ｂに対応する位置には、偏平加工ダイスｌ６が設け
られている。

偏平加工ダイスｌ６は、引抜加工面１６ａがフローティ
ングブラグｌ３の偏平部１４ａおよび傾斜面１４ｂの周
りを囲むように形成されており、該引抜加工面１６ａ内
に進入する被加工管■１の壁面を前記傾斜面１４ｂおよ
び偏平部１４ａに圧迫するようになっている。

次に、上記のように構成された装置で偏平溝付管２を製
造する方法を説明する。

まず、被加工管１１を引抜ダイス１２に挿入する。そう
すると、引抜ダイスｌ２によって被加工管１１内に縮径
段部１１ａが生じ、この縮径段部１１ａの内面に、フロ
ーティングブラグｌ３の頭郎ｌ５のテーパ面１５ｂが係
止する。これにより、フローティングプラグ１３は、引
抜ダイスｌ２で規制される位置に保持される。この際、
内周面に形成された溝Ｂ間の山の頂部は、フローテイン
グプラグＩ３の頭部ｌ５によって押しつぶされ、基端部
に比べて幅広になる。すなわち、溝Ｂにおける対向する
側壁が頂部に向かうほど近接するようになる。

また、引抜ダイス１２で縮径された被加工管ｌｌはフロ
ーティングプラグｌ３の本体ｌ４の周りを通って偏平加
工ダイスｌ６の引抜加工面１６ａ内に進入する。そうす
ると、引抜加工面１６ａによって、被加工管ｌ１は、フ
ローティングプラグｌ３の本体！４の傾斜面１４ｂから
偏平郎１４ａへ沿って圧迫されながら移動する。このた
め、偏平加工ダイス１６を通過後の被加工管１１は、そ
の内周面がフローティングブラグ１３の偏平部１４ａと
ほぼ同一の偏平状に形成され、これにともない、外周面
も偏平状に均一に形成される。この際、被加工管１１の
内周面は、本体Ｉ４の傾斜面１４ｂおよび偏平郎１４ａ
によってさらに押しつぶされ、溝Ｂ間の山の頂部がより
幅広になる。

以上により、被加工管ＩＩから溝Ａを有する偏平溝付ｗ
２が連続して成形される。

上記偏平溝付管２の製造方法によれば、フローティング
ブラグｌ３の偏平部１４ａで被加工管ｌ■の内面を保持
しなから該被加工管１１を偏平状に加工することができ
るから、短寸方向の内周面間の縦寸法Ｈが１ｍｍ以上５
ｍｍ以下で横縦比（Ｗ／Ｈ）が３以上の偏平率の大きな
偏平溝付管２を、偏平部の壁面の平担性を損なうことな
く製造することができる。

しかも、フローティングプラグ１３に被加工管１１の内
周面を圧迫するだけで、頂部に向かうにしたがって互い
に近接する側壁Ａ２を簡単に成形することができる。

また、偏平溝付管２を、引抜ダイスｌ２と、フローティ
ングプラグ１３と、偏平加工ダイス１６とを備えた簡単
な製造装置で製造することができる。

しかも、連続して偏平状に加工することができるから、
長尺の偏平溝付管２を極めて迅速にかつ簡単に製造する
ことができる。

また、フローティングプラグｌ３の傾斜面１４ｂから偏
平部１４ａに沿って、被加工管１１を圧迫しながら徐々
に偏平に加工するので、該被加工管ｌ１の引抜抵抗の低
減を図ることができ、この点からも加工の迅速化を図る
ことができる。

なお、上記実施例においては、銅製の偏平溝付管２およ
び冷却フィン３、５について示したが、この偏平溝付管
２等としてはアルミニウム等の他の金属で形成したもの
であってもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、軸線に交差する
方向に延びる複数の溝が内周面に形成され、軸線に直交
する断面における短寸方向の内周面間の寸法である縦寸
法が１ｍｍ以上５ｍｍ以下に形成されているとともに、
該直交断面の長寸方向の内周面間の寸法である横寸法と
前記縦寸法との比である横／縦が３以上に形成され、前
記溝は、その底壁の両側縁から立ち上がる各側壁が該底
壁から離れるにしたがって互いに近接するように形成さ
れているとともに、隣接する前記溝と溝との間のピッチ
が０．２５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下に形成された偏平溝
付管と、 この偏平肩付管に接続された冷却フィンとを備えてなる
ものであるから、 熱交換効率を極めて向上させることができる。

すなわち、 ■偏平溝付管の溝の側壁が底壁から離れるにしたがって
互いに近接するように形成されているので、溝間に形成
される山の頂部の表面積が従来に比べて広くなり、その
分伝熱効率が向上するから、■また、偏平溝付管の溝間
のピッチが０．２５１Ｉｌｍ〜０．７ｍｎに形成されて
いるので、熱媒体が溝内へに入りやすくなり、この点か
らも従来より伝熱効率が向上するから、 ■さらに、短寸方向の内周面間の縦寸法が１ｍｍ以上５
ＩＩＩＩ＋１以下で横／縦が３以上に形成されているの
で、管の心部に流れる熱媒体に対しても熱の授受が十分
行なわれるようになり、この点からも従来より伝熱効率
が向上するから、 熱交換効率を極めて向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例を示す図であって
、第１図は熱交換器の一例として示したフィンコイル熱
交換器の斜視図、第２図は熱交換器の他の例として示し
たサーペンタイン熱交換器の斜視図、第３図は軸線に直
交する断面で切断した状態を示す偏平溝付管の斜視図、
第４図は第３図の要部■を示す拡大断面図、第５図は偏
平溝付管の製造装置を示す断面図、第６図は第５図のフ
ローティングプラグの■矢視図、第７図は第６図の■一
■線に沿う矢視図である。 ２・・・・・・偏平溝付管 ３・・・・・・冷却フィン ４・・・・・・冷却フィン Ａ・・・・・・溝 ＡＩ・・・・・・底壁、 Ａ２・・・・・側壁、 Ｈ・・・・・・縦寸法、 Ｌ・・・・・・軸線方向、 Ｗ・・・・・・横寸法、 Ｗ／Ｈ・・・・・・横縦比（横／縦）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 軸線に交差する方向に延びる複数の溝が内周面に形成さ
   れ、軸線に直交する断面における短寸方向の内周面間の
   寸法である縦寸法が１ｍｍ以上５ｍｍ以下に形成されて
   いるとともに、該直交断面の長寸方向の内周面間の寸法
   である横寸法と前記縦寸法との比である横／縦が３以上
   に形成され、前記溝は、その底壁の両側縁から立ち上が
   る各側壁が該底壁から離れるにしたがって互いに近接す
   るように形成されているとともに、隣接する前記溝と溝
   との間のピッチが０．２５ｍｍ以上０．７ｍｍ以下に形
   成された偏平溝付管と、 この偏平溝付管に接続された冷却フィンとを備えてなる
   ことを特徴とする偏平溝付管を有する熱交換器。