JPH0734949B2 - 伝熱管の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は空気調和機，冷凍機等の
熱交換器に用いる伝熱管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く空気調和機や冷凍機等の熱交
換器には伝熱管が設けられている。これらの管の内面
は、平滑管のままのものもあるが、伝熱性能の向上を目
的として、特公昭49−31863 号公報に記載のように、管
壁内側に転造用の加工プラグを挿入し、溝加工を行うこ
とにより一次側のリブを設けた後、さらに追加工により
二次側の溝をつけていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、追加工の結果得られた二次側の溝とともに形成され
る突起形状は丸みを帯びていない鋭角状であり、角を曲
がる流れによりはく離渦を生じ、伝熱管の入出口間の圧
力損失が増すという不具合があった。

【０００４】また、転造プラグを用いているので一次溝
と二次溝を加工しなければならず、必然的に加工工程が
増え、コストアップの要因となっていた。

【０００５】本発明の目的は、上記従来技術に鑑み、管
内壁側に突起を有する熱伝達率が高く、耐久性があり、
安価な伝熱管の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、伝熱管内面に塑性加工により、１条ある
いは複数条の螺線曲線に沿って一定間隙で断続的に突起
列を設けるものにおいて、外周に歯を有する歯車状の工
具を回転させながら素管の外面から押し付け、管内面に
断続的に突起列を形成している。

【０００７】また、歯車状工具の歯の先端が丸形あるい
はＵ字形であり、管内面に形成される突起列を、底面及
び任意の高さにおける横断面形状が円，楕円、または非
対称な楕円曲線であり、横断面積が高さ方向に減少する
ように形成している。

【０００８】また、伝熱管内面に断続的な突起列を形成
した後、この伝熱管外面に多孔の伝熱面構造を加工して
いる。

【０００９】

【作用】円筒状の伝熱管の素管に、外側に歯を有する歯
車を回転させながら押し当てることにより、Ｃｕまたは
Ａｌ等を素材とする伝熱管は容易に塑性変形し、管内面
側に突起列を形成する。この時、管軸に対して歯車の回
転軸を傾けることにより、前記突起列は螺線を描く。こ
の螺線状の突起により伝熱管の周方向全部に突起を形成
することが可能となり、管軸方向に流入流出する冷媒の
中の熱交換に関わる壁面近くの冷媒は必ず突起列に遭遇
するので、流れが乱れ熱交換効率が向上する。

【００１０】また、管内壁面に螺線状の突起を設ける
と、管外壁面は管軸方向に突起ピッチ間で太鼓状に変形
する。その外壁面にさらに多孔壁を形成する場合、ノコ
ギリ状のフィン加工を行い、次いでフィンをねかせるよ
うにすると、外壁面が太鼓状であるのでフィン高さが種
々に変化し、それをつぶすので、形成されるその上部を
一部覆われた多孔の大きさが変化し、管外壁側の冷媒流
量が変化しても良好な沸騰が生ずる。この場合、管外壁
側の加工が管内壁側の加工より後の工程であるので、多
孔壁の微細フィンによるハンドリングの低下時間を短縮
でき、作業能率が向上する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は本発明による伝熱管の製造方法を示したも
のであり、図２はそのフローチャートである。

【００１２】先端が円弧状あるいは矩形状の歯４０を持
つ歯車状の工具５０を回転させつつ外面平滑な伝熱管１
の素管の外側から押し付けて、管内壁側に突起３の列を
形成する。突起３の円周方向ピッチは、工具５０に備え
られた歯４０の円周方向ピッチに等しく、工具５０の押
し付け量を調節して、突起３の高さを定めることが出来
る。工具５０を管軸に対して直角方向に回転させる場合
には、各々独立した突起列３を管内壁に設けられるし、
工具５０を図に示すようにスパイラル状に回転させる
と、管軸に対して相対的にスパイラル状に進む突起列３
が形成される。すなわち、管軸に対して傾けて工具を取
付け、工具を回転させるとともに管を管軸方向に移動さ
せることにより、スパイラル状の突起列が管内壁面に形
成される。スパイラル状に突起列を形成する方が、これ
にもとづくところの工数が減ぜられることはもちろんで
ある。

【００１３】この突起部分の詳細を図３ないし図９に示
す。図３に円管を展開して示したように伝熱管内壁面１
にはらせん状の曲線４に沿って突起３が形成されてい
る。そして、このらせんの方向は管軸にほぼ平行な冷媒
の流れ方向に対して傾いて設定されている。また、突起
３は図４に示すように、正面図が円形の突起３２か、あ
るいは図５に示すように、楕円形の突起３４か、または
図６に示すように卵形の断面形に類似した非対称の楕円
曲線状の形状３６となるように工具５０の歯４０を選定
している。また、突起の底面より高い部分の横断面形状
も、それぞれ底面と類似の形状をしていて底面より断面
積は減少している。さらに、断面形状は、工具５０を伝
熱管１に押し付けて塑性変形により形成したのでそれぞ
れリブの辺を区別するような鋭角形状の角張った線でな
く、図７〜図９に示すように曲線となる。

【００１４】なお、図１には、工具５０ひとつを用いて
一条の突起列を設ける図を示してあるが、工具５０を複
数個並べて複数条の突起列を同時に形成することも可能
である。これらの選択は、突起列形成にもとづく工数の
削減を求めるか、伝熱性能を重視して突起の円周方向ピ
ッチと、突起列の管軸方向ピッチとの関係から求めるか
による。このような方法により、突起３の横断面形状が
円弧形状をしており、突起列方向に切った突起３の縦断
面形状が、突起列の長手方向に向って円弧状に起伏を持
つような突起形状をした突起列を管内壁に形成すること
ができる。突起列は図のように、各々独立した、先端に
丸みを帯びた円すい形状の突起を内壁面上に並べた構造
でも良いし、同一突起列において、隣接する突起間が管
内壁の平滑部よりも起伏していてもよい。

【００１５】本実施例により製作した伝熱管において
は、図１０および図１１に示すように伝熱管の縦断面
（図１０），横断面（図１１）のいずれでも、突起が工
具の歯の押し付けによる塑性加工により形成されたもの
であるので、流れが突起に衝突しても突起が曲率を有し
ているので、流線が急激に曲らずに突起に沿って流れ
る。この結果、伝熱管の壁面に働く粘性力に起因するせ
ん断応力の作用およびはく離渦の発生量がより少なく、
流体力の作用による潰食の作用が少ない。

【００１６】また、管内側に形成された丸みを帯びた突
起列を過ぎる流れは、その配列によって異なる。図１２
に示される流れは、突起３が千鳥状に配列された場合の
流れのパターンを示したもので、突起後流９０が後流部
の突起に再衝突することによって、伝熱促進効果が維持
されるわけであるが、図１３に示されるように、碁盤状
の突起３を配列すると突起後流１００の渦が拡散する前
に再び突起に衝突し、十分に伝熱促進効果を示さない。
また、突起外側の流れは、管軸方向に直線状に流体が流
れ、伝熱促進されないので、配列は碁盤状よりも千鳥状
にした方が伝熱性能は高くなる。

【００１７】このような突起の千鳥配列は、図３に示し
た管軸に対するらせんの方向４を変えることにより容易
に達成できる。

【００１８】さらに、上述の実施例により製作された伝
熱管の外表面にも伝熱面構造を設けることもできる。こ
の場合、図１に示した工程の後に、図１４に示すように
管外の平滑部７つまり突起を形成する際の凹部が形成さ
れていない部分に沸騰伝熱に有効な多孔の伝熱面構造８
を設ける。一例として、先ずローレット加工によって、
管軸に対してほぼ４５°の方向に浅い溝（０.１〜０.２
mm）を形成する。次に管軸に対してほぼ直角にバイトに
よるすき起こし加工を行い、フィン１２を形成する。こ
のフィン高さは約１mm、ピッチは０.４〜０.６mmが適当
である。このようにすることにより、加工前に平滑であ
った面上にノコギリ歯状のフィン列が設けられる。次の
工程によりロール加工などによって、ノコギリ歯状フィ
ンをねかせて、あるいはフィンをつぶすような方法によ
り、隣接フィン同志を接合して、伝熱面の表皮下に空洞
９と開孔１０を有する多孔構造８を形成出来る。図１５
にこのようにして製作した伝熱管の外観を示す。

【００１９】例えば、このような伝熱管の管内に水を、
管外に低沸点有機媒体であるフレオン冷媒を流す場合を
例にとる。伝熱管を多数胴内に挿入したシェル・チュー
ブ形熱交換器が広くターボ冷凍機の蒸発器などに利用さ
れている。管内側の水の温度が管外側のフレオン冷媒の
温度に比べて約５〜１０℃ぐらい高いのが通例である。
管内流は、突起の存在により、壁面近傍において乱れを
生成し、管内壁と管内流の主流との間の熱交換が、平滑
な面の場合に比べて活発に行われる。

【００２０】一方、管外壁と管外側のフレオン液冷媒と
の熱交換においては、一担沸騰が起きると、空洞内に蒸
気泡が保持され、空洞内壁と蒸気泡の間に薄いフレオン
液膜が形成される。この薄い液膜の蒸発によって、液の
蒸発にもとづく潜熱輸送が促進される。

【００２１】上記した管内壁側の乱流促進と管外壁側の
沸騰促進により、本発明の方法により製造された伝熱管
の熱伝達が促進される。

【００２２】ところで、本発明により製作された伝熱管
でシェル・チューブ形熱交換器を構成する場合、図１６
に示すように伝熱管の両端部１５を広げておいて、突起
形成加工を行った後に、管板１６に伝熱管を挿入して、
拡管などにより管板と伝熱管とを接続する方法を用いる
ことが可能である。従来のプラグ加工、あるいは引き抜
き加工により管内に突起を設ける方法は、伝熱管の両端
部がストレートでなければ加工が出来ないため、一旦管
内突起加工を行った後に、両端部分の突起を切削加工し
て、平滑面にしてから拡管を行っている。従って本発明
により製作された伝熱管は、シェル・チューブ熱交換器
を構成する場合において、その組立工程を減らすことが
可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上この発明によれば、伝熱管内壁に滑
らかな曲率を有する突起を形成して伝熱促進を行うの
で、流体力を受けにくく、耐腐食性を有する伝熱管を提
供することができる。

【００２４】また、突起列を形成させるのに、管外から
歯車状に突起のついたディスクを押し付けて容易に製造
することができるので、コストダウンにつながる優れた
効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の伝熱管の製造方法を示す図
である。

【図２】本発明の一実施例の伝熱管の製造方法を示すフ
ローチャートである。

【図３】突起列の方向を示す図である。

【図４】突起列の平面図である。

【図５】突起列の平面図である。

【図６】突起列の平面図である。

【図７】突起列の横断面図である。

【図８】突起列の横断面図である。

【図９】突起列の横断面図である。

【図１０】本発明により製作された伝熱管の断面図であ
る。

【図１１】図１０に示した伝熱管の正面図である。

【図１２】突起の配列を示す正面図である。

【図１３】突起の配列を示す正面図である。

【図１４】本発明の他の実施例により製作した伝熱管の
断面図である。

【図１５】図１４に示した伝熱管の正面図である。

【図１６】本発明により製作した伝熱管の使用例を示す
要部縦断面図である。

【符号の説明】

１…伝熱管壁面、３…突起、４…らせん状曲線、７…平
滑部、８…伝熱面構造、９…空洞、１０…開孔、４０…
歯、５０…工具。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳田 武彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 中山 恒 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 杉本 滋郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社 日立製作所 土浦工場内 (72)発明者 大泉 清 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社 土浦工場内 (56)参考文献 特公 平６−100432（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝熱管内面に塑性加工により、１条あるい
   は複数条の螺旋曲線に沿って一定間隙で断続的に突起列
   を設けるものにおいて、 外周に歯を有する歯車状の工具を回転させながら素管の
   外面側から押し付けるとともにこの管を管軸方向に移動
   させ、管内面に断続的に突起列を形成することを特徴と
   する伝熱管の製造方法。
2. 【請求項２】前記歯は先端が丸形あるいはＵ字形であ
   り、管内面に形成される突起列，底面及び任意の高さに
   おける横断面形状が円，楕円、または非対称な楕円曲線
   であり、横断面積が高さ方向に減少するような突起列で
   あることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管の製造方
   法。
3. 【請求項３】前記伝熱管内面に前記突起列を形成した
   後、この伝熱管外面に多孔の伝熱面構造を加工すること
   を特徴とする請求項１に記載の伝熱管の製造方法。