JPH07270088A - 蒸気凝結用熱交換パイプ及びその製造方法 - Google Patents

蒸気凝結用熱交換パイプ及びその製造方法

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JPH07270088A
JPH07270088A JP7037534A JP3753495A JPH07270088A JP H07270088 A JPH07270088 A JP H07270088A JP 7037534 A JP7037534 A JP 7037534A JP 3753495 A JP3753495 A JP 3753495A JP H07270088 A JPH07270088 A JP H07270088A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 凝縮用の熱交換パイプの伝熱効果を向上させ
るための改善。 【構成】 純物質または混合物の蒸気をパイプ外面上に
凝縮させるため外面に環状またはラセン状に循環するリ
ブ２を有する金属製熱交換パイプ１であって、リブ２が
均一なリブ高さＨで連続的に延び、リブフランク４に
は、相互に離隔された凹みが、構成されていることと、
純物質または混合物の蒸気をパイプ外面上に凝縮させる
ため外面に軸線方向へ延びるリブを有する金属製熱交換
パイプであって、リブ２が均一なリブ高さＨで連続的に
延び、リブフランク４には、相互に離隔された凹みが構
成されていることと、圧延操作によって材料をパイプ壁
から外方へ押し出してリブ材料を形成して、ラセン状に
延びるリブを圧延加工し、平滑パイプを内部の圧延リー
マによって支持する形式のものにおいて、リブ２を形成
後、圧延デスクによってリブフランク４に凹みを加工す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、請求項１または２のプ
レアンブルに記載の金属製熱交換パイプに関する（例え
ば、ドイツ特許２７３１４７６参照）。
【０００２】この場合、“凸エッジ”とは、外方へ隆起
し（リブ材料から）突出するエッジと理解される。“凹
エッジ”は、表面に対して内側にあるエッジである（図
１ａ／１ｂ参照）。この場合、この定義の意味におい
て、エッジの横断面が直線で形成されるか曲線で形成さ
れるかは問題ではない。
【０００３】凝結は、冷却技術、空調技術、プロセス技
術およびエネルギー技術の多くの領域に現れる。この場
合、純物質または混合物の蒸気は、凝結エンタルピーの
奪取によって、蒸気状態から液状態に完全にまたは部分
的に移行される。
【０００４】冷媒は、概ね、壁によって蒸気から分離さ
れる。工業において、凝結器（液化器）は、概ね、水平
な管束・熱交換器として構成され、蒸気は、パイプ外面
またはパイプ内面において凝結される。多くの気化器
は、蒸気の凝結によって加熱される。上記気化器は、水
平にも垂直にも配置できる。
【０００５】熱伝導の改善のため、隔壁の冷媒側にも特
殊な構造体（一般に、リブ、波状リブ、ピラミッド状隆
起）を設けることができる。上記構造体は、パイプ軸線
の方向へ、パイプ軸線に垂直にまたは別の角度に構成で
きる。上記構造体は、蒸気側において、表面の拡大に役
立つ。特殊な構造体を使用すれば、更に、表面効果が得
られる。湾曲した相境界面（メニスカス）の変化にもと
づき、凸の外方へ湾曲した表面範囲では、凝結フィルム
が薄くなり、従って、伝熱が局部的に強化される。凝結
は、本質的に、最も強く凸に湾曲したリブ先端において
起きる。例えば、横方向リブを有する水平なパイプの場
合、生じた凝結物は、表面張力によってリブ底に引っ張
られ、次いで、重力にもとづき下方へ滴下する。
【０００６】
【従来の技術】凸エッジを増加するため、特殊なリブ形
状を有するリブ付パイプが開発された（例えば、上記の
ドイツ特許２．７３１．４７６参照）。更に、リブ密度
は、ますます増大しつつある。しかしながら、毛管効果
にもとづき且つ毛管効果に起因する凝結物による表面閉
塞にもとづきリブ中間スペースに拘束される凝結物量が
増加するので、リブ密度の増大による伝熱強化には限界
がある。
【０００７】リブにノッチを設けることによって、同じ
く、多数の凸エッジを形成する（例えば、ドイツ公開
１．５０１．６５５／ヨーロッパ公開０．２０６．６４
０参照）。この実施例の場合、伝熱強化は、ノッチの所
定の微細さによって制限される。即ち、ノッチを更に縮
小すれば、ノッチ内に拘束される凝結物量が増加する。
【０００８】更に、リブ表面にピラミッド状隆起を設け
る（例えば、アメリカ特許４．２４５．６９５）。リブ
先端および隆起エッジにおいて、フィルム厚は縮小され
る。しかしながら、ピラミッドは、過度に密に並置して
はならない。なぜならば、さもないと、凝結物がピラミ
ッドの間に拘束されるからである。
【０００９】別の従来例は、リブ先端の分割に依拠する
（例えば、ドイツ特許２．７５８．５２７に記載のＹ字
状リブまたはドイツ特許３．３３２．２８２に記載の３
つの先端を有するリブ）。しかしながら、この技術の場
合、有効リブ間隔が減少するので、毛管力による凝結物
拘束に鑑みて好ましくない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、フィルム厚縮小のためできる限り大きい凸エッジ長
さが生じ、凝結物拘束の回避のため各リブ間に十分な間
隔が保持されるよう、上述の種類の熱交換パイプを改良
することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この課題は、横方向およ
び縦方向へリブを設けたパイプにおいて、本発明にもと
づき、均一のリブ高さＨを有する連続のリブを構成し、
リブフランクに相互に離隔された凹みを構成することに
よって、解決される。
【００１２】
【作用】リブフランクに凹みを設けることによって、凸
エッジ長さが著しく増大される。リブ中心にはウェブが
形成されるので、リブの両側に上記凹みを設置できる。
幾何学的パラメータを正しく選択すれば、本発明にもと
づき、別の公知の方法（例えば、上記のドイツ公開１．
５０１．６５５／ヨーロッパ公開０．２０６．６４０参
照）よりも著しく多数の凸エッジを形成できる。本発明
の好ましい実施例にもとづき、横方向リブ付パイプにも
縦方向リブ付パイプにも、リブ長さ１ｃｍ当り４−３０
の凹みが設けてある。
【００１３】本発明の好ましい実施例の場合、凹みは、
リブ高さＨの２０−８０％の深さを有し、リブ先端から
リブ底の方向へ延びる。
【００１４】凹みの形状は、広範囲に変化させることが
できる。即ち、凹みは、リブフランクに平行に見て球
形、半円形、半楕円形、長方形、台形または三角形の縦
断面を有することができ、この場合、横断面は、リブフ
ランクに垂直に見て長方形、三角形、円形、台形または
変形であってよい。リブフランクの異なる高さに少なく
とも２列の凹みを設ければ、凹みの作用をさらに向上で
きる。
【００１５】リブフランクの構造体の種類は、極めて多
様に構成でき、即ち、本発明にもとづき、１つのリブの
双方のリブフランクの凹みは、それぞれ、相互に同列に
または相互にずらして配置されている。上記パラメータ
の組合せによって、特に、１つのリブの双方のリブフラ
ンクの凹みが、それぞれ、異なる縦断面形状または横断
面形状を有する場合およびまたは異なるピッチＴで配置
されている場合に、リブフランクのために異なる構造体
を形成できる。１インチ当り１０−８０のリブ高さＨ＝
０，５ー１，７ｍｍのリブを有するリブ付パイプに本発
明に係る凹みを設けるのが特に好ましい。
【００１６】パイプ外面の下にほぼ閉じたチャンネルが
生ずるようリブ先端を押し潰した場合、本発明にもとづ
き構成した熱交換パイプは、気化器パイプ（外部気化）
にも適する。
【００１７】伝熱強化のため、本発明にもとづき、パタ
ンを設けたリブフランクとパイプ内面の異なる構造体と
を組合せることを提案する。この場合、ラセン状内側リ
ブを内面に設けるのが好ましい。別の実施例にもとづ
き、外側リブのリブ底のラセンと同一のピッチ角度また
は異なるピッチ角度で延びる波形状を内面に設ける。こ
の実施例の変更例として、内面に設けた波形状を断続的
に構成できる。内側リブまたは波形状にもパタンを設け
れば、更に改善がなされる。
【００１８】本発明の対象は、更に、ラセン状に循環す
る一体のリブを外面に有する本発明に係る熱交換パイプ
を製造する方法に関する。本発明に係る方法は、請求項
１７のプレアンブルに記載の方法から出発して、リブの
成形後、パタンを設けた少なくとも１つの圧延ディスク
によってリブフランクに凹みを加工することを特徴とす
る。
【００１９】請求項１７のプレアンブルの定義“および
または”は、パイプを軸線方向へ摺動すると同時に回転
するか否かに関する。リブフランクの異なる高さに凹み
を有する熱交換パイプの製造には、請求項１８の方法が
適し、リブ先端を押し潰した熱交換パイプの製造には、
請求項１９の方法が適し、ラセン状に循環するリブを内
面に有する熱交換パイプの製造には、請求項２０の方法
が適する。
【００２０】
【実施例】以下の実施例を参照して本発明を詳細に説明
する。図３に、リブ２が外面上にラセン状に延び、上記
リブの間にミゾ３を構成した一体のリブ付パイプ１を模
式的に示した。リブ２は、均一の高さＨを有する。リブ
フランク４には、凹み５が加工してある。図示の実施例
の場合、上記凹みは、それぞれ、リブ先端２´からリブ
底２〃まで延びる。凹み５のピッチ（心心距離）をＴで
示した。
【００２１】本発明に係るリブ付パイプの製造は、図４
に示した装置を使用して圧延操作（アメリカ特許１．８
６５．５７５／３．３２７．５１２参照）によって行な
う。圧延工具７およびパタンを備えた少なくとも１つの
後段の圧延ディスク８を組込んだｎ＝３の工具ホルダ６
（図４には１つの工具ホルダのみを示した）からなる装
置を使用する。しかしながら、４つまたはより多数の工
具ホルダ６を使用できる。工具ホルダ６は、リブ付パイ
プの周面にそれぞれα＝３６０°だけずらして配置され
ている。工具ホルダ６は、半径方向へ送ることができ
る。工具ホルダ自体は、位置不動のロールヘッド（図示
してない）に設けてある（別の実施例の場合は、ロール
ヘッドを回転し、パイプを単に軸線方向へ摺動させ
る）。
【００２２】矢印方向へ装置内に導入される平滑なパイ
プ１´は、周面に配置され駆動される圧延工具７によっ
て回転される。この場合、圧延工具７の軸線は、パイプ
軸線に対して傾斜している。圧延工具７は公知の態様
で、矢印方向へ増大する径を有し並置された複数の圧延
ディスク９・９…からなる。中心に配置された圧延工具
７は、平滑パイプ１´の管壁から、ラセン状に循環する
リブ２を形成する。この場合、平滑パイプ１´は、パタ
ンを有する圧延リーマ１０によって支持される。かくし
て、同時に、パイプ内面に、ラセン状に循環するリブ１
１が生ずる。
【００２３】凹み５は、径Ｄの圧延ディスク８の歯１２
・１２…をリブフランク４に食い込ませることによっ
て、得られる（図５）。凹み５の回転によって、凹み５
の底に、材料突起が生ずる。
【００２４】図６，７ａ−７ｅに、（図３の断面Ａ−
Ａ，Ｂ−Ｂに沿う）凹み５の可能な縦断面形状および横
断面形状を示した。
【００２５】図８ａに、凹み５の同列の配置を示した。
図８ｂに、凹み５のずれた配置を示した（双方のリブフ
ランク４上のピッチは同一の場合）。図８ｃに、凹み５
の異なるピッチＴ１およびＴ２の配置を示した。
【００２６】図９に、リブフランク４の異なる高さにあ
る２列の凹み５ａ，５ｂ（異なるピッチＴ１およびＴ
２）を示した。このためには、図４の圧延工具７におい
て、２つのパタン付圧延ディスク８が必要である。この
場合、下列の凹み５ａは、径が比較的大きく厚さが比較
的薄い第１圧延ディスク８によって形成され、上列の凹
み５ｂは、径が小さく巾が大きい第２圧延ディスクによ
って形成される。
【００２７】数値例；上述の圧延操作にもとづき、４０
リブ／インチ（リブピッチｔ＝０，６４ｍｍ）、リブ高
さＨ＝１ｍｍおよび平均リブ厚さ０，２５ｍｍの本発明
に係る（内面平滑な）リブ付パイプ１を製造した。パタ
ン付圧延ディスク８は、リブフランク４に、巾約０，０
６ｍｍのほぼ半楕円形の凹み５をピッチＴ＝０，６ｍｍ
で形成する。
【００２８】Ｔｃ＝４５℃における冷媒Ｒー２２の凝結
実験において、伝達エネルギーは、同一寸法であるがパ
タンのないリブ付パイプに対して約３０％増大すること
が判った。パタン付リブフランクの本発明に係る用途
は、特に、パタン外面における冷媒蒸気（純物質および
混合物）の液化に拡張される。
【００２９】従来慣用の安全冷媒の代わりに、アンモニ
アを使用することもできる。アンモニアは、高い表面張
力を有するので、リブフランクにパタンを加工した本発
明に係るリブ付パイプは、アンモニアに特に適する。パ
タン付フランクを有するリブ付パイプは、同様に、水蒸
気の凝結にも使用できる。このパイプは、更に、プロセ
ス技術において生ずる如き炭化水素蒸気または混合物に
適する。
【００３０】
【発明の効果】本発明は上述のように構成され、また実
行されるので、フィルム厚縮小のため、できる限り大き
い凸エッジ長さを得、凝結物拘束の回避のため各リブ間
に十分な間隔が保持される熱交換パイプとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ−１ｃ】凸エッジを示す断面図である。
【図２ａ−２ｃ】凹エッジを示す断面図である。
【図３】本発明に係る熱交換パイプの略断面図である。
【図４】本発明に係る熱交換パイプの製造装置の図面で
ある。
【図５】図３の装置に使用するパタン付圧延ディスクの
図面である。
【図６】本発明に係る凹みの縦断面図である。
【図７ａ−７ｅ】本発明に係る凹みの各種横断面図であ
る。
【図８ａ−８ｃ】リブフランク上の本発明に係る凹みの
各種配置を示す図面である。
【図９】リブフランクの異なる高さに設けた２列の本発
明に係る凹みの図面である。
【符号の説明】
１ 熱交換パイプ １´ 平滑パイプ ２ リブ ４ リブフランク ５ 凹み ６ 工具ホルダ ７ 圧延工具 ８ 圧延ディスク ９ 圧延ディスク １０ 圧延リーマ １１ リブ １２ 歯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレッド ノブ ドイツ国 ドーンスタッド−ボーリンゲン ディー−89160 ボティンガーストラー セ22 (72)発明者 ロバート クロックラー ドイツ国 ティフェンバッハ ディー− 89257 ハードウェッグ２

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 純物質または混合物の蒸気をパイプ外面
    上に凝結させるため外面に環状またはラセン状に循環す
    るリブ（２）を有する金属製熱交換パイプ（１）であっ
    て、リブ（２）が、フィルムを薄くするため凸のエッジ
    を有する形式のものにおいて、リブ（２）が、均一なリ
    ブ高さＨで連続的に延び、リブフランク（４）には、相
    互に離隔された凹み（５）が構成されていることを特徴
    とする熱交換パイプ。
  2. 【請求項２】 純物質または混合物の蒸気をパイプ外面
    上に凝結させるため外面に軸線方向へ延びるリブ（２）
    を有する金属製熱交換パイプ（１）であって、リブ
    （２）が、フィルムを薄くするため凸のエッジを有する
    形式のものにおいて、リブ（２）が、均一なリブ高さＨ
    で連続的に延び、リブフランク（４）には、相互に離隔
    された凹み（５）が構成されていることを特徴とする熱
    交換パイプ。
  3. 【請求項３】 リブ長さ１ｃｍ当り４−３０の凹み
    （５）が設けてあることを特徴とする請求項１または２
    の熱交換パイプ。
  4. 【請求項４】 凹み（５）が、リブ高さＨの２０−８０
    ％の深さを有し、リブ先端（２´）からリブ底（２〃）
    の方向へ延びることを特徴とする請求項１−３の１つま
    たは複数に記載の熱交換パイプ。
  5. 【請求項５】 凹み（５）が、リブフランク（４）に平
    行に見て球形、半円形、半楕円形、長方形、台形または
    三角形の縦断面を有することを特徴とする請求項１−４
    の１つまたは複数に記載の熱交換パイプ。
  6. 【請求項６】 凹み（５）が、リブフランク（４）に垂
    直に見て長方形、三角形、円形、台形またはひし形の横
    断面を有することを特徴とする請求項１−５の１つまた
    は複数に記載の熱交換パイプ。
  7. 【請求項７】 少なくとも２列の凹み（５）が、リブフ
    ランク（４）の異なる高さに延びていることを特徴とす
    る請求項１−６の１つまたは複数に記載の熱交換パイ
    プ。
  8. 【請求項８】 １つのリブ（２）の双方のリブフランク
    （４）の凹み（５）が、それぞれ、相互に同列にまたは
    相互にずらして配置されていることを特徴とする請求項
    １−７の１つまたは複数に記載の熱交換パイプ。
  9. 【請求項９】 １つのリブ（２）の双方のリブフランク
    （４）の凹み（５）が、異なる縦断面形状または横断面
    形状を有し、およびまたは、異なるピッチＴで配置され
    ていることを特徴とする請求項１−８の１つまたは複数
    に記載の熱交換パイプ。
  10. 【請求項１０】 該熱交換パイプが、１インチ当り１０
    −８０のリブ高さＨ＝０，５−１，７ｍｍのリブ（２）
    を有することを特徴とする請求項１，３−９の１つまた
    は複数に記載の熱交換パイプ。
  11. 【請求項１１】 リブ先端（２´）が、押し潰されてい
    ることを特徴とする請求項１−１０の１つまたは複数に
    記載の熱交換パイプ。
  12. 【請求項１２】 パイプ（１）の内面には、パタンが設
    けてあることを特徴とする請求項１−１１の１つまたは
    複数に記載の熱交換パタン。
  13. 【請求項１３】 該熱交換パイプが、ラセン状に延びる
    内側リブ（１１）を有することを特徴とする請求項１２
    の熱交換パイプ。
  14. 【請求項１４】 内面には、外側リブ（２）のリブ底の
    ラセンと同一のまたは異なるピッチ角で延びる波形状を
    有することを特徴とする請求項１２の熱交換パイプ。
  15. 【請求項１５】 内面に設けた波形状が、断続的である
    ことを特徴とする請求項１４の熱交換パイプ。
  16. 【請求項１６】 内側リブ（１１）または波形状が構成
    されていることを特徴とする請求項１３，１４／１５の
    １つまたは複数に記載の熱交換パイプ。
  17. 【請求項１７】 請求項１，３−１０の１つまたは複数
    に記載の熱交換パイプの製造法であって、下記操作工程
    を実施する、即ち、ａ）圧延操作によって材料をパイプ
    壁から外方へ押し出してリブ材料を形成して、平滑なパ
    イプ（１´）の外表面にラセン状に延びるリブ（２）を
    圧延加工し、得られたリブ付パイプ（１）を圧延力によ
    って回転させ、およびまたは、対応するリブ（２）に対
    応してずらし、さもなければ未変形の平滑パイプ（１
    ´）から漸増する高さのリブ（２）を加工し、ｂ）平滑
    パイプ（１´）を内部の圧延リーマ（１０）によって支
    持する形式のものにおいて、下記操作工程、即ち、ｃ）
    リブ（２）の成形後、パタンを有する少なくとも１つの
    圧延ディスク（８）によってリブフランク（４）に凹み
    （５）を加工することを特徴とする熱交換パイプの製造
    方法。
  18. 【請求項１８】 請求項１７の方法であって、請求項７
    の熱交換パイプ（１）を製造する形式のものにおいて、
    パタンを有し径Ｄの異なる圧延ディスク（８）によって
    リブフランク（４）に凹み（５）を加工することを特徴
    とする熱交換パイプの製造方法。
  19. 【請求項１９】 請求項１７または１８の方法であっ
    て、請求項１１の熱交換パイプ（１）を製造する形式の
    ものにおいて、少なくとも１つの工程において、半径方
    向圧力によってリブ先端（２´）を加工することを特徴
    とする熱交換パイプの製造方法。
  20. 【請求項２０】 請求項１７−１９の１つまたは複数に
    記載の方法であって、請求項１３の熱交換パイプ（１）
    を製造する形式のものにおいて、パタンを有する圧延リ
    ーマ（１０）によって平滑パイプ（１´）を支持するこ
    とを特徴とする熱交換パイプの製造方法。
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