JPH0473076B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、冷凍、空調用等に用いる伝熱管の構
造及びその製造方法に関するものである。 「従来技術」 例えば空気熱交換器に用いる伝熱管は、従来内
面が真円の平滑管が用いられてきたが、最近では
高効率化、省エネ化などの観点から、内面溝付管
が多く使われるようになつている。これは、管の
内面に三角形や台形などの溝をストレート状、ま
たは螺旋状に形成したもので、特に螺旋状に溝を
形成したものについては内部流体の撹拌作用の向
上や内表面積の増加による熱伝達率の上昇に加
え、内面溝の角部が沸騰核を形成することから沸
騰伝熱特性が優れている。しかしながら上記のよ
うな単純な形状の内面溝付管では、山数、リード
角、溝形状などに改善を加えても伝熱特性に限界
があり、冬期におけるヒートポンプエアコンの暖
房能力の向上等を図ることができない。 ヒートポンプエアコンの室外機は、夏期はコン
デンサとして作用し、また冬期にはエバポレータ
として作用するので、その熱交換器に用いられる
伝熱管には、凝縮、蒸発両特性の優れた特性を要
求される。 これに応えるものとして、管内面に微細な螺旋
溝を設けた伝熱管が用いられており、またその性
能を向上させるために、交差溝付管の開発がなさ
れている。 「発明が解決しようとする問題点」 しかし、ヒートポンプエアコンにおいては、冬
期など外気の温度が低下した場合に、蒸発器が屋
外に設置されているため冷媒が十分蒸発しなくな
つて、暖房温度の低下を招くことが多い。 これは、蒸発器に用いられている伝熱管の蒸発
熱特性の低下によるものであつて、特に外気の温
度が低いときに著しく現れる。 またヒートポンプエアコンの室外機は、夏期に
あつては凝縮器として機能するもので、凝縮特性
の低下は夏期における冷房能力の不足を招くこと
になる。 「発明の目的」 本発明は、かかる従来の欠点を解消するために
なされたもので、例えばヒートポンプエアコン用
として、高い蒸発特性と凝縮特性を併せ持つた伝
熱管及びこれに適した製造方法を提供することを
目的とする。 「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために本発明を採用する主
たる手段は、略三角形の横断面形状を有する平行
な山部の間に挟まれた複数の第１内面溝と、上記
第１内面溝に交差して上記第１内面溝より浅い溝
部と台形状の横断面形状を有する山部とが交互に
平行に形成された複数の第２内面溝と、上記第１
内面溝の谷部と交差する第２内面溝の谷部の底面
を第１内面溝の谷部の方へ向かつて張り出すよう
に形成した張り出し部と、が管内面に形成されて
なる点を要旨とする伝熱管であり、かつその製造
方法として略三角形の横断面形状の溝を外周に多
数有してなる第１溝付きプラグによつて、管内面
に略三角形の横断面形状を有する平行な山部の間
に挟まれた複数の第１内面溝を形成した後、上記
第１溝付きプラグの外周に設けた溝よりも浅い多
数の溝を外周に有し、第２溝付きプラグによつ
て、上記第１内面溝に交差してその山部を一定間
隔で圧迫して第１内面溝の谷部の方へ向かつて張
り出すように第２内面溝を形成するようにした伝
熱管の製造方法が提供される。 「発明の作用」 上記のように構成したので、本発明によれば、
第１内面溝の幅が第２内面溝と交差する部分で狭
くなるので、第１内面溝は幅が広い部分と幅が狭
い部分とが交互に連続して形成される。したがつ
て第１内面溝内の冷媒液の流れが撹拌されるので
蒸発特性が向上する。 また、第１内面溝の間の山部であつて、第２内
面溝によつて切り欠かれていない突起部によつて
高い凝縮能力が保持される。 「実施例」 以下、本発明の実施例を第１図乃至第１０図に
したがつて説明し、本発明の理解に供する。 尚以下の実施例は、本発明の具体的一例にすぎ
ず、本発明の技術的範囲を限定する性格のもので
はない。 ここに、第１図は本発明の一実施例に係る伝熱
管の内面を平面に展開した状態を示す斜視図、第
２図は第１図に示した伝熱管の製造過程において
第１内面溝を刻設したときの断面図、第３図はそ
の第２内面溝を刻設したときの断面図、第４図は
本発明にかかる伝熱管の製造装置の一例を示す側
断面図、第５図は第１溝付きのプラグの概略側面
図、第６図は第５図の−線に沿つた断面図、
第７図は第２溝付プラグの概略側面図、第８図は
第７図の−線に沿つた断面図、第９図は本発
明の伝熱管の効果を説明するための蒸発特性を示
す図表、第１０図はその凝縮特性を示す図表であ
る。 第１図において、この伝熱管１は当初内面に凹
凸がない内面真円の平滑管に、特殊な形状を付与
することにより形成される。この伝熱管１には第
２図に示すように断面略三角形の山部を有する第
１内面溝２が複数平行に形成されている。 この第１内面溝２の方向が矢印Ｐで示されてい
る。この矢印Ｐで示す第１内面溝２に交差する方
向に第１内面溝２よりも浅い第２内面溝３が形成
されている。この第２内面溝３の方向が矢印Ｑで
示される。 また第３図に示すように上記第２内面溝３と第
１内面溝２の間の山部とが交差する部分は、二点
鎖線で示す第１内面溝２の間の山部が圧迫され
て、第１内面溝２の溝部の方へ押し出されるの
で、第１内面溝２の幅b₁はb₂になる。 しかし、第１内面溝２の間の山部の圧迫されな
い部分は、もとのままの形状であるから、第１内
面溝２の幅b₁は広いままである。したがつて第１
内面溝２は広い幅b₁の部分と、狭い幅b₂の部分と
が交互に連続して表れる。このため、第１内面溝
２の中の冷媒液の流れが撹拌されて蒸発特性が向
上する。 このように第１内面溝２の間の山部を圧迫する
ことによつて表れる張り出し部５を十分な大きさ
にするためには、第２内面溝３の深さh₂が大きい
ことが必要であり、第１内面溝２の深さh₁の1/3
以上であることが望ましい。 また、第２内面溝３の幅ｂ（第１図）が狭いと、
山を押しのける体積が少なくなるので、十分な大
きさの張り出し部５ができない。したがつてｂは
0.05mm以上、好ましくは0.1mm以上が望ましい。 一方、第１内面溝２の溝底の幅ａ（第２図）が
小さいと、凝縮した冷媒液が溝にたまつて山の部
分が液中に没してしまうので、凝縮特性が低下す
る。このため、溝底の幅ａはなるべく大きい方が
よい。 更に、第１内面溝２の山の頂部Ａが鋭利な場合
には、冷媒液の液膜が薄くなるので、凝縮特性が
向上する。 次に上記第１図に示したような伝熱管１を製造
するための装置及び方法に付き説明する。 第４図において原管A₁は、矢印Ｘの方向へ図
示せぬ牽引装置により牽引されており、円形ダイ
ス装置Ｂと管内のフローテイングプラグＣは各々
のテーパ状アプローチ部B₁，C₁及びベアリング
部B₂，C₂とが協働して連続通過する原管A₁を内
外から圧迫し、縮径減肉加工する。この場合、円
形ダイス装置Ｂの部分での摩擦力を軽減するため
円形ダイス装置Ｂを回転方式としても良いし、原
管A₁の材質によつては固定式でも構わない。ま
たフローテイングプラグＣと管内面との間に薄い
潤滑油膜を設け、縮径減肉加工下での焼き付きの
防止に有効に作用させる。この潤滑油膜は原管
A₁内に予め潤滑剤Ｐが薄く引き伸ばされて形成
されたものである。 上記フローテイングプラグＣの後方側（管の抽
伸方向下流側）に連接棒Ｄを介して、内面溝付き
加工用の第１溝付きプラグＥがフローテイングプ
ラグＣとは独立して回動自在に連結されている。
縮径後の管A₂の通過に伴い、第１溝付きプラク
Ｅには管軸方向の引つ張り力が作用するが、第１
溝付きプラグＥ後部にこの軸方向の引つ張り力を
支えるためのスラストベアリングＧが設けられ、
これにより第１溝付きプラグＥが定位置で回転で
きる。 上記第１溝付きプラグＥは第５図および第６図
に示すように、その外面に規則的に並んだ又は不
規則（ランダム）に並んだ複数の溝E₁が概ね管
軸方向に対して斜めに傾斜した形で刻設されてい
る。通過する管A₂の肉が、この溝E₁の凹部に管
外からの圧迫により埋設されて、内面溝付き管の
第１内面溝２の山部を形成し、一方凸部が同様に
第１内面溝２の谷部を形成する。 なお、第１溝付きプラグＥの外面に設けられた
溝E₁が管軸方向に対してストレート状（つまり
管軸に平行）である場合には、管の引抜きにつれ
て内面にストレート溝が形成され、第１溝付きプ
ラグＥは管の移動につれて回転することがない。 管外にあつて管肉を連続的に前記、第１溝付き
プラグＥに強圧する第１軽圧装置F₁は、加工中
は図示せぬ接離機構によつて管軸に対して押し付
けられ、非加工中は管外表面に触れぬように離さ
れる。かかる第１転圧装置F₁は、管外周面に３
個以上設けられ、同時に接離機構により管肉を圧
迫する。 上記のような内面溝付け装置において、管A₃
を矢印Ｘの方向に牽引しつつ、第１転圧装置F₁
や円形ダイス装置Ｂを矢印Ｙで示すように回転さ
せると、まず原管A₁がフローテイングプラグＣ
のアプローチ部C₁と円形ダイス装置Ｂのアプロ
ーチ部B₁の間に把持され縮径されていき、且つ
円形ダイス装置Ｂのベアリング部B₂とフローテ
イングプラグＣのベアリング部C₂との間を通る
時に管外径を規制され、縮径加工後の管A₂とな
つて引き出される。管A₂は更に第１転圧装置F₁
によつて第１溝付きプラグＥの溝E₁に押しつけ
られ、その内面に第１内面溝２が溝E₁の傾斜角
度に対応して螺旋状に形成される。このような第
１内面溝２の形状は第５図および第６図に示され
ている。 したがつて、第１溝付きプラグＥによつて加工
された管の内面は、第２図に示すように頂点がＡ
の三角形断面の山部と底幅がａの溝部とが交互に
形成される。 このようにして内面に第１内面溝２が形成され
た管A₃は更に第２転圧装置F₂の部分を通過する。
この第２転圧装置F₂に対応する管A₃内には第２
溝付きプラグE₃が収容され、この第２溝付きプ
ラグE₃は、第７図および第８図に示すように、
第１溝付きプラグＥの外径d₁により小さな外径d₂
を有し、断面形状が略台形の溝部４を有する短円
柱状のものである。 したがつて、第２溝付きプラグＥによつて加工
された部分の管の内面は第３図に示すように形成
される。すなわち、二点鎖線で示される第１内面
溝２の山部が第２溝付きプラグE₃の外周面によ
つて圧迫されるので、第１内面溝２の山の頂部Ａ
からの深さはh₂となる。 またこの圧迫によつて、第１内面溝２の山部が
第１内面溝２の溝部の方へ張り出されて張り出し
部５となるので、第１内面溝２の幅b₁は、この圧
迫された部分ではb₂となる。 この第２内面溝３の間の山部は、第２溝付きプ
ラグE₃の台形部に沿うので、圧迫されずにもと
のままの山部である。したがつて溝の幅は依然と
してb₁である。 なお、第２溝付きプラグE₃は前記連接棒Ｄの
延長上に設けた連接棒D₁に回転自在に支承され、
スラストベアリングG₁によつて軸方向一定位置
に保持されている。 以上の説明では、第１内面溝２が右ねじの向き
で第２内面溝３が左ねじの向きに形成されている
が、各溝付きプラグに形成した溝E₁及びE₄の方
向を適当に調整することによつて第１内面溝及び
第２内面溝のいずれかを管軸に平行なストレート
状と為し、他方をこれと交差する右ねじ方向もし
くは左ねじ方向の螺旋溝とすることも可能であ
る。 また、上記の装置ではフローテイングプラグ
Ｃ、第１溝付きプラグＥ、第２溝付きプラグE₃
を連接棒Ｄ及びD₁によつてユニツト状に組み合
わせて第１及び第２内面溝２及び３を連続的に成
形する装置及び方法について説明したが、これら
を別個に切り離して、例えばフローテイングプラ
グＣと第１溝付きプラグＥとを連接棒で一体的に
組み合わせたもので、まず第１内面溝２を形成
し、連続的に巻き取つた後、新たに第２溝付きプ
ラグE₃を別のフローテイングプラグと組み合わ
せたものを用いて、第２内面溝３を第１内面溝２
の上に彫り込んでいくようにしてバツチ的に両内
面溝を形成することも可能である。 本実施例における具体的数値は、第１表に示す
通りであつて、本発明に係る伝熱管の効果を確認
するために、この表に併記した仕様を有する従来
の内面溝付管との比較試験を行つた。 その試験結果は、第９図および第１０図に示す
如くであつて、本実施例の伝熱管（黒丸印）は従
来の内面溝付管（白丸印）に比して、蒸発特性に
おいて約1.2倍、凝縮特性において約1.3倍に向上
した。

【表】 「発明の効果」 以上説明したように、本発明は略三角形の横断
面形状を有する平行な山部の間に挟まれた複数の
第１内面溝と、上記第１内面溝に交差して上記第
１内面溝より浅い溝部と台形状の横断面形状を有
する山部とが交互に平行に形成された複数の第２
内面溝と、上記第１内面溝の谷部と交差する第２
内面溝の谷部の底面を第１内面溝の谷部の方へ向
かつて張り出すように形成した張り出し部と、が
管内面に形成されてなることを特徴とする伝熱管
であるから、第１内面溝の溝幅の不連続によつて
蒸発特性が向上し、また鋭利な凸部によつて凝縮
特性が向上する。 更に、本発明は略三角形の横断面形状の溝を外
周に多数有してなる第１溝付きプラグによつて、
管内面に略三角形の横断面形状を有する平行な山
部の間に挟まれた複数の第１内面溝を形成した
後、上記第１溝付きプラグの外周に設けた溝より
も浅い多数の溝を外周に有し、第２溝付きプラグ
によつて、上記第１内面溝に交差してその山部を
一定間隔で圧迫して第１内面溝の谷部の方へ向か
つて張り出すように第２内面溝を形成することを
特徴とする伝熱管の製造方法であるから、上記の
ように伝熱特性の優れた伝熱管を、第１溝付きプ
ラグおよび第２溝付プラグを使用した簡便な装置
で、容易に製造することができるという顕著な効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る伝熱管の内面
を平面に展開した状態を示す斜視図、第２図は第
１図に示した伝熱管の製造過程において第１内面
溝を刻設したときの断面図、第３図はその第２内
面溝を刻設したときの断面図、第４図は本発明に
かかる伝熱管の製造装置の一例を示す側断面図、
第５図は第１溝付きプラグの概略側面図、第６図
は第５図の−線に沿つた断面図、第７図は第
２溝付きプラグの概略側面図、第８図は第７図の
−線に沿つた断面図、第９図は本発明の伝熱
管の効果を説明するための蒸発特性を示す図表、
第１０図はその凝縮特性を示す図表である。 （符号の説明）、１……伝熱管、２……第１内
面溝、３……第２内面溝、５……張り出し部、Ｅ
……第１溝付きプラグ、E₃……第２溝付きプラ
グ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 略三角形の横断面形状を有する平行な山部の
   間に挟まれた複数の第１内面溝と、 上記第１内面溝に交差して上記第１内面溝より
   浅い溝部と台形状の横断面形状を有する山部とが
   交互に平行に形成された複数の第２内面溝と、 上記第１内面溝の谷部と交差する第２内面溝の
   谷部の底面を第１内面溝の谷部の方へ向かつて張
   り出すように形成した張り出し部と、 が管内面に形成されてなることを特徴とする伝熱
   管。 ２ 略三角形の横断面形状の溝を外周に多数有し
   てなる第１溝付きプラグによつて、管内面に略三
   角形の横断面形状を有する平行な山部の間に挟ま
   れた複数の第１内面溝を形成した後、 上記第１溝付きプラグの外周に設けた溝よりも
   浅い多数の溝を外周に有し、第２溝付きプラグに
   よつて、上記第１内面溝に交差してその山部を一
   定間隔を圧迫して第１内面溝の谷部の方へ向かつ
   て張り出すように第２内面溝を形成することを特
   徴とする伝熱管の製造方法。