JPH0473077B2 - - 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、空調等に用いる伝熱管に関す
るものである。 「従来技術」 従来ヒートポンプエアコン等に用いる伝熱管
は、高効率化、省エネ化などの観点から、主とし
て内面溝付管が使われている。これは、管の内面
に微細な三角形や台形などの溝をストレート状、
またはらせん状に形成したもので、特にらせん状
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。 この従来の内面溝付管の蒸発熱特性をより一層
向上させ改善するものとして、伝熱管内の壁面に
トンネル状の空洞を設けたものが近年開発されて
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、特に温度が低
いときに著しく現れる。 その対策として、従来の内面溝付管の溝の山
数、リード角、形状等に改善が加えられている
が、これには限度があるので、凝縮特性を低下さ
せずに伝熱特性を向上させることは期待できな
い。 また、上記のトンネル状の空洞を有する伝熱管
を用いると、鋭利な突起が減少するので、凝縮特
性はかえつて低下する。 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、従来の内面溝付管の場合よりも
凝縮特性を低下させることなく、蒸発特性を向上
させた伝熱管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が採用する主
たる手段は、略矩形状の横断面形状を有し、平行
に形成された複数の第１内面溝と、上記第１内面
溝に交差して互いに平行に形成され、上記第１内
面溝より浅くかつ略逆台形状の横断面形状を有す
る複数の第２内面溝と、上記第１内面溝が第２内
面溝と交差する部分に形成された略三角形の横断
面形状を有するトンネル部と、上記第２内面溝に
平行で略三角形の横断面形状を有し第１内面溝と
交差する部分で不連続の切妻屋根状突起部と、上
記切妻屋根状突起部の不連続部分に形成された第
１内面溝の開口部とが内面に形成されてなる点を
要旨とする伝熱管である。 「発明の作用」 上記のように構成したので、本発明によれば、
伝熱管の内表面積が増大し、蒸発伝熱特性が著し
く向上すると共に、内面溝により撹拌され、かつ
トンネル部の存在によつて、沸騰の核が形成され
るので、蒸発伝熱特性が向上する。 また、切妻屋根状突起が形成されているので、
その縁部の鋭利な突起によつて凝縮熱伝達率が増
大するために従来の内面溝付管に比して凝縮特性
が著しく向上する。 「実施例」 以下、本発明の実施例を第１図乃至第８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図に示す伝熱管の製造過程における中
間状態を示す斜視図、第３図は本実施例に係る伝
熱管の製造方法を説明する側断面図、第４図は上
記伝熱管の第１内面溝の変形過程を示す横断面
図、第５図は上記伝熱管の内面加工用の第１溝付
プラグの横断面図、第６図は上記の内面加工用の
第２溝付きプラグの横断面図、第７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８図はその凝縮特性を示す図表である。 まず、本発明の一実施例にかかる伝熱管を第１
図に示す展開図によつて説明する。 第１図において、この伝熱管１は当初内面に凸
凹がなく内面真円の平滑管に特殊な形状を付与す
ることにより形成する。内面溝付加工を施す前の
平滑管であつた状態における原内面は、第１図の
右端の断面に示されるように、略一点鎖線２の高
さである。 上記原内面２には第２図に示すように断面略矩
形状の第１内面溝３が複数平行に形成されてい
る。この第１内面溝３の方向が矢印３ａで示され
ている。この矢印３ａで示す第１内面溝３に交差
する方向に第１内面溝３よりも浅く、原内面２か
らの深さがｄの第２内面溝４が形成されている。
この第２内面溝４の方向が矢印４ａで示される。
また上記第１内面溝３と第２内面溝４とが交差す
る部分には断面略三角形状のトンネル部５が形成
されている。 また、隣り合つた第２内面溝の中間に、第２内
面溝に平行に、略三角形の横断面形状を有し、第
１内面溝と交差する部分で切断された切妻屋根状
の突起部６が形成されており、この切断された部
分では第１内面溝の上部は両縁が細長く円弧状に
開口されている。したがつてこの切断された部分
はトンネル状とはならず、第１内面溝３と伝熱管
内部とが連通した開口部１１が形成されている。 次に上記第１図に示したような伝熱管を製造す
るための装置及び方法に付き説明する。 第３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
の円形ダイス装置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。 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）に連結棒Ｄを介して、内面溝付加
工用の第１溝付きプラグE₁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溝付きプラグ
E₁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E₁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溝付プラグE₁が定位置で
回転できる。 上記第１溝付プラグE₁の外面には、第５図に
示すよう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E₂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E₂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
３の山部を形成し、一方凸部が同様に第１内面溝
３の谷部を形成する。 なお、第１溝付きプラグE₁の外面に設けられ
た溝E₂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E₁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E₁を強圧する第１転圧装置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き装置において、管A₃
を矢印Ｘの方向に索引しつつ、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と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B₁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E₁の溝E₂に押し付
けられ、その内面に第１内面溝３が溝E₂の傾斜
角度に対応して螺旋状に形成される。 上記溝E₂は断面略矩形状で各溝E₂を構成する
山部の高さが山部の幅よりも大きく形成されてい
る。したがつて、第１転圧装置F₁を通過した管
A₃の内面に形成された第１内面溝３の形状を平
面状に展開すると、第４図ａに示すように、第１
内面溝３の深さl₂が幅l₁より大きく形成されてい
る。実際の第１内面溝３の形状は必ずしも第４図
ａに示したような数学的な矩形状ではなく、若干
角部がまるまつたり、幾分潰れたような形状をし
ており、特にその底部の角部についてはまるまつ
た状態となる場合が多い。 本発明では、上記のように形成した管A₃の原
内面２を管外面７の方向に圧迫することにより、
第１内面溝３を第４図ｂに示すように断面略三角
形状に変形させ、各第１内面溝３の側壁面３を互
いに当接させ、部分的に断面略三角形のトンネル
部５を形成するものである。従つて原内面２を圧
迫しても、第１内面溝３の各側壁面８が互いに当
接し合わないような形状の第１内面溝では本発明
を実施することはできない。例えば、第１図内面
溝３の深さl₂が幅l₁よりはるかに小さいような場
合である。 こうして内面に第１内面溝３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の外周には前記第１溝付きプラグE₁の外周
の溝E₂の方向と逆の方向（第３図の装置ではE₁
が左向き、E₂が右向き）で横断面三角形状の溝
E₄が形成され、この溝E₄と第２転圧装置F₂との
間に管A₃が挟まれ、管A₃の内面に前記第１内面
溝３と交差する第２内面溝４が形成され、また隣
り合う第２内面溝４の間に切妻屋根状の突起部６
が形成されていく。 第２内面溝４の形成時における押圧力により第
１内面溝３と第２内面溝４との交差部分で第１内
面溝３が潰されて、第１図に示したような断面略
三角形状のトンネル部５が形成される。 一方、隣り合つた第２内面溝４の中間部の管内
面は、原管の内面２上へ押し出され、かつ第２溝
付きプラグE₃の溝部E₄によつて斜面状になるの
で、切妻屋根状の突起部６が形成される。 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３が左ねじの向き
で第２内面溝４が右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E₂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
くは左ねじ方向のらせん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E₁、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３及び４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３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内面溝を第１内面溝の上に彫
り込んでいくようにしてバツチ的に両内面溝及び
トンネル部を形成することも可能である。 いずれにしても上記第１内面溝３と第２内面溝
４とが交差することにより、その交差部にのみト
ンネル部５が形成され、交差しない部分では第１
内面溝３が管の内部空間に向かつて開放された開
口部となり、このように第１内面溝３に沿つて開
いた部分と閉じた部分とが交互に出現する。 このような内面構造を有する伝熱管においては
トンネル部５内の微少空間が沸騰の核になり、冷
媒液の沸騰、蒸発を促進する。トンネル部５内に
は、沸騰した冷媒気体の一部が残留し、残りは矢
印３ａ方向に隣り合つたトンネル部５の間の開口
部１１を通つて伝熱管１の内部空間へ離脱する。
一方トンネル部５内に残留した冷媒気体を核とし
て冷媒液体が蒸発し、気泡が成長する。このよう
にしてトンネル部５内の空間を起点に活発な冷媒
液体の沸騰蒸発が起こる。 また、切妻屋根状の突起部６は、尖鋭な縁部９
および１０を有し、この縁部９および１０の近傍
では凝縮液膜が極めて薄くなつている。このた
め、液膜の熱抵抗が小となり、凝縮熱伝達率が大
となるので、従来の内面溝付管に比して凝縮特性
が向上する。 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７図および第８図に示す如
くであつて、本実施例の伝熱管は従来の内面溝付
管に比して、蒸発特性において約1.9倍、凝縮特
性において約1.8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、略矩形状の横断
面形状を有し、平行に形成された複数の第１内面
溝と、上記第１内面溝に交差して互いに平行に形
成され、上記第１内面溝より浅くかつ略逆台形状
の横断面形状を有する複数の第２内面溝と、上記
第１内面溝が第２内面溝と交差する部分に形成さ
れた略三角形の横断面形状を有するトンネル部
と、上記第２内面溝に平行で略三角形の横断面形
状を有し第１内面溝と交差する部分で不連続の切
妻屋根状突起部と、上記切妻屋根状突起部の不連
続部分に形成された第１内面溝の開口部とが内面
に形成されてなる伝熱管であるから、トンネル部
において沸騰、蒸発特性が向上し、切妻屋根状突
起部において凝縮特性が向上する。したがつて、
上記両特性の勝れた伝熱管が得られるという著し
い効果を奏する。

【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図に示す伝熱管の製造過程における中間状態を
示す斜視図、第３図は本実施例に係る伝熱管の製
造方法を説明する側断面図、第４図は上記伝熱管
の第１内面溝の変形過程を示す横断面図、第５図
は上記伝熱管の内面加工用の第１溝付プラグの横
断面図、第６図は上記の内面加工用の第２溝付プ
ラグの横断面図、第７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８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、３……第１内
面溝、４……第２内面溝、５……トンネル部、６
……切妻屋根状突起部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 略矩形状の横断面形状を有し、平行に形成さ
   れた複数の第１内面溝と、 上記第１内面溝に交差して互いに平行に形成さ
   れ、上記第１内面溝より浅くかつ略逆台形状の横
   断面形状を有する複数の第２内面溝と、 上記第１内面溝が第２内面溝と交差する部分に
   形成された略三角形の横断面形状を有するトンネ
   ル部と、 上記第２内面溝に平行で略三角形の横断面形状
   を有し第１内面溝と交差する部分で不連続の切妻
   屋根状突起部と、 上記切妻屋根状突起部の不連続部分に形成され
   た第１内面溝の開口部とが内面に形成されてなる
   伝熱管。