JPH0741310B2 - 熱交換器用高性能伝熱チュ−ブとその製造方法 - Google Patents
熱交換器用高性能伝熱チュ−ブとその製造方法Info
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- JPH0741310B2 JPH0741310B2 JP1238360A JP23836089A JPH0741310B2 JP H0741310 B2 JPH0741310 B2 JP H0741310B2 JP 1238360 A JP1238360 A JP 1238360A JP 23836089 A JP23836089 A JP 23836089A JP H0741310 B2 JPH0741310 B2 JP H0741310B2
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
- F28F1/40—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only inside the tubular element
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
- B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、熱交換器用の伝熱チューブに関し、特に伝熱
チューブ内を流れる液状冷媒を凝縮又は蒸発するため
に、チューブ外部を流れる冷却液へ熱を放出したり、外
部を流れる冷却液から熱を奪うために配設される内部リ
ブを有する伝熱チューブとその製造方法に関する。
チューブ内を流れる液状冷媒を凝縮又は蒸発するため
に、チューブ外部を流れる冷却液へ熱を放出したり、外
部を流れる冷却液から熱を奪うために配設される内部リ
ブを有する伝熱チューブとその製造方法に関する。
［従来の技術］ 一般に、冷凍装置又は空調装置のエバポレータにおいて
は、通常、水のような流体が冷媒の流路を形成する複数
の伝熱チューブを配設した部屋内を流れており、この流
体が伝熱チューブ外壁面と接触し、チューブ内の液状冷
媒を加熱するとき、冷媒は蒸発する。冷媒の液体から気
体への状態変化により、冷媒はチューブ外の流体から気
化熱を奪うため、流体温度が低下する。チューブの内部
形状は、エバポレータの性能に影響し、即ち装置全体の
冷却効率を決定するのに重要な役割を持つ。内部リブ強
化されたエバポレータ伝熱チューブ構造において、蒸発
は、伝熱チューブ内表面との接触、即ち連続するフィン
間の山部と溝部から成る側面及び先端との接触により、
液状冷媒のチューブ内壁面を覆う薄膜層から生ずる。伝
熱チューブ内壁面に螺旋状の内部リブ形成することによ
り、チューブ内における冷媒の渦流を生ずる。この渦流
により、チューブ内壁面近傍を流れている層流を攪乱し
て乱流を生ずる。この乱流により、伝熱チューブの伝熱
効率を低下する要因となる冷媒の蒸気断熱層がチューブ
内壁面に形成されるのを防いでいる。
は、通常、水のような流体が冷媒の流路を形成する複数
の伝熱チューブを配設した部屋内を流れており、この流
体が伝熱チューブ外壁面と接触し、チューブ内の液状冷
媒を加熱するとき、冷媒は蒸発する。冷媒の液体から気
体への状態変化により、冷媒はチューブ外の流体から気
化熱を奪うため、流体温度が低下する。チューブの内部
形状は、エバポレータの性能に影響し、即ち装置全体の
冷却効率を決定するのに重要な役割を持つ。内部リブ強
化されたエバポレータ伝熱チューブ構造において、蒸発
は、伝熱チューブ内表面との接触、即ち連続するフィン
間の山部と溝部から成る側面及び先端との接触により、
液状冷媒のチューブ内壁面を覆う薄膜層から生ずる。伝
熱チューブ内壁面に螺旋状の内部リブ形成することによ
り、チューブ内における冷媒の渦流を生ずる。この渦流
により、チューブ内壁面近傍を流れている層流を攪乱し
て乱流を生ずる。この乱流により、伝熱チューブの伝熱
効率を低下する要因となる冷媒の蒸気断熱層がチューブ
内壁面に形成されるのを防いでいる。
内部リブ及び／又は外部フィン強化した伝熱チューブは
米国特許第4,425,696号に記載されている。この米国特
許は、エバポレータのチューブ形状を特徴としている。
また、米国特許第4,059,147号及び第4,438,807号は、熱
交換器用の他のフィン付き伝熱チューブを開示してい
る。
米国特許第4,425,696号に記載されている。この米国特
許は、エバポレータのチューブ形状を特徴としている。
また、米国特許第4,059,147号及び第4,438,807号は、熱
交換器用の他のフィン付き伝熱チューブを開示してい
る。
前述した従来の伝熱チューブの製造に用いる伝熱チュー
ブのリブ及び／又はフィン加工機においては、チューブ
内に配設される溝付き円筒状マンドレルがチューブ内壁
面に内部リブを形成し、工具保持用のアーバー上に付設
された複数のディスクからなる工具がチューブ外壁面に
螺旋状の外部フィンを形成している。金属チューブ材料
上に圧力が加えながら工具群が転動することにより、金
属チューブの内壁面に内部リブが形成され且つ金属チュ
ーブの外壁面に外部フィンが形成されている。
ブのリブ及び／又はフィン加工機においては、チューブ
内に配設される溝付き円筒状マンドレルがチューブ内壁
面に内部リブを形成し、工具保持用のアーバー上に付設
された複数のディスクからなる工具がチューブ外壁面に
螺旋状の外部フィンを形成している。金属チューブ材料
上に圧力が加えながら工具群が転動することにより、金
属チューブの内壁面に内部リブが形成され且つ金属チュ
ーブの外壁面に外部フィンが形成されている。
一般的には、5/8インチ（15、875mm）の熱交換器用の伝
熱チューブは、リブ加工前のチューブ肉厚が0.038イン
チ（0.9652mm）、リブ高さが0.020〜0.030インチ（０、
508〜０、762mm）、及び内部リブ数が30゜の螺旋角で約
30個である。
熱チューブは、リブ加工前のチューブ肉厚が0.038イン
チ（0.9652mm）、リブ高さが0.020〜0.030インチ（０、
508〜０、762mm）、及び内部リブ数が30゜の螺旋角で約
30個である。
この熱交換器用伝熱チューブの伝熱性能を損なう事な
く、チューブ材料を軽量化することが望ましく、伝熱チ
ューブに用いるチューブ材料の銅の量をより削減するこ
と、或は価格上昇を伴わないで、より高品質の銅を用い
ることが要求されていた。
く、チューブ材料を軽量化することが望ましく、伝熱チ
ューブに用いるチューブ材料の銅の量をより削減するこ
と、或は価格上昇を伴わないで、より高品質の銅を用い
ることが要求されていた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の伝熱チューブの製造方法において
は、0.038インチ（０、9652mm）の肉厚より薄い肉厚の
チューブを用いた場合、伝熱チューブの強度が所定の許
容強度よりも弱くなってしまう。つまり、リブ高さが通
常の設計値より高くなり、伝熱チューブが疲労しやすく
なり、チューブの割れや亀裂が生じ易くなる等の問題を
生ずる。
は、0.038インチ（０、9652mm）の肉厚より薄い肉厚の
チューブを用いた場合、伝熱チューブの強度が所定の許
容強度よりも弱くなってしまう。つまり、リブ高さが通
常の設計値より高くなり、伝熱チューブが疲労しやすく
なり、チューブの割れや亀裂が生じ易くなる等の問題を
生ずる。
伝熱チューブ強化のための近年の技術傾向としては、チ
ューブの全体長に亘って内部リブ及び／又は外部フィン
を形成することが一般的であり、伝熱チューブをチュー
ブシート開口部の円形カラー内に挿入固定する場合に
は、通常、金属チューブを加熱し外側に膨張させ、チュ
ーブシート内に固定するチューブ組付作業が行われてい
る。しかしながら、上述のように、金属チューブの金属
壁を一度加熱し、膨張するように細工すると、特に上述
のように、チューブ強化とチューブ伝熱効率の向上のた
め、内部リブ形成したチューブにおいては、チューブ端
部を再加熱するならば、亀裂や剥離を生じ易い。そこ
で、全長に亘って内部リブ又は外部フィンが形成された
チューブの場合には、チューブシート内へのチューブの
組付作業により、チューブの破損を来し、冷媒の漏れを
生ずることがあった。
ューブの全体長に亘って内部リブ及び／又は外部フィン
を形成することが一般的であり、伝熱チューブをチュー
ブシート開口部の円形カラー内に挿入固定する場合に
は、通常、金属チューブを加熱し外側に膨張させ、チュ
ーブシート内に固定するチューブ組付作業が行われてい
る。しかしながら、上述のように、金属チューブの金属
壁を一度加熱し、膨張するように細工すると、特に上述
のように、チューブ強化とチューブ伝熱効率の向上のた
め、内部リブ形成したチューブにおいては、チューブ端
部を再加熱するならば、亀裂や剥離を生じ易い。そこ
で、全長に亘って内部リブ又は外部フィンが形成された
チューブの場合には、チューブシート内へのチューブの
組付作業により、チューブの破損を来し、冷媒の漏れを
生ずることがあった。
そこで、本発明の目的は、熱交換器用の伝熱チューブと
して優れた伝熱特性と強度を有する伝熱チューブを提供
することにある。
して優れた伝熱特性と強度を有する伝熱チューブを提供
することにある。
また、本発明の他の目的は、冷凍装置又は空調装置に用
いるエバポレータ用の伝熱チューブとして伝熱性能に優
れた伝熱チューブの製造方法を提供することにある。
いるエバポレータ用の伝熱チューブとして伝熱性能に優
れた伝熱チューブの製造方法を提供することにある。
更に、本発明の目的は、チューブ材料強度を損なう事な
く出来るだけ薄い肉厚のチューブ材料から内部リブ形成
した高性能伝熱チューブを製造する製造方法を提供する
ことにある。
く出来るだけ薄い肉厚のチューブ材料から内部リブ形成
した高性能伝熱チューブを製造する製造方法を提供する
ことにある。
本発明の他の目的は、液状冷媒が出来るだけ効率的に伝
熱チューブ内壁面から蒸発されるように、内部リブ形成
した伝熱チューブを製造する製造方法を提供することに
ある。
熱チューブ内壁面から蒸発されるように、内部リブ形成
した伝熱チューブを製造する製造方法を提供することに
ある。
［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明による伝熱チューブ
は、チューブ内を流れる液状冷媒を凝縮又は蒸発するた
めに、チューブ外部を流れる液体へ熱を放出したり、或
は外部を流れる液体から熱を奪うように配設される伝熱
チューブであって、外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.
635〜約0.762mmの伝熱チューブ内壁面に比較的小さなリ
ブピッチで連続する複数の内部リブを形成し、連続する
複数のリブのピッチを1.524〜2.286mmとし、連続する複
数のリブの高さを伝熱チューブ内径の0.015〜0.030倍と
し、且つ隣接するリブ間に略台形断面のリブ溝を形成し
且つ略台形断面のリブ溝の底面の幅を伝熱チューブ内径
の0.015〜0.030倍の範囲に設定することを特徴とする。
は、チューブ内を流れる液状冷媒を凝縮又は蒸発するた
めに、チューブ外部を流れる液体へ熱を放出したり、或
は外部を流れる液体から熱を奪うように配設される伝熱
チューブであって、外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.
635〜約0.762mmの伝熱チューブ内壁面に比較的小さなリ
ブピッチで連続する複数の内部リブを形成し、連続する
複数のリブのピッチを1.524〜2.286mmとし、連続する複
数のリブの高さを伝熱チューブ内径の0.015〜0.030倍と
し、且つ隣接するリブ間に略台形断面のリブ溝を形成し
且つ略台形断面のリブ溝の底面の幅を伝熱チューブ内径
の0.015〜0.030倍の範囲に設定することを特徴とする。
上記伝熱チューブは、連続する複数のリブを伝熱チュー
ブ内壁面に螺旋状に形成し、連続する複数のリブの螺旋
角を25゜以下とするのが好ましい。また、伝熱チューブ
は、外径25.4mmの伝熱チューブにつき100〜150個のリブ
を形成したものが好ましい。また、伝熱チューブは、好
ましくは外径15.875mmでチューブ一周につき60〜90個の
リブを有し、さらに好ましくは外径12.7mmでチューブ一
周につき60〜75個のリブを有する。また、伝熱チューブ
は、連続する複数のリブの高さを0.254mmとするのが好
ましい。さらに、伝熱チューブは、第１端部と第２端部
とで画成される特定長さの真っすぐなチューブであり、
且つこのチューブのチューブシート内への付設を容易に
するために、第１及び第２端部近傍にリブ形成されてい
ない非リブ区域を設けるのが好ましい。
ブ内壁面に螺旋状に形成し、連続する複数のリブの螺旋
角を25゜以下とするのが好ましい。また、伝熱チューブ
は、外径25.4mmの伝熱チューブにつき100〜150個のリブ
を形成したものが好ましい。また、伝熱チューブは、好
ましくは外径15.875mmでチューブ一周につき60〜90個の
リブを有し、さらに好ましくは外径12.7mmでチューブ一
周につき60〜75個のリブを有する。また、伝熱チューブ
は、連続する複数のリブの高さを0.254mmとするのが好
ましい。さらに、伝熱チューブは、第１端部と第２端部
とで画成される特定長さの真っすぐなチューブであり、
且つこのチューブのチューブシート内への付設を容易に
するために、第１及び第２端部近傍にリブ形成されてい
ない非リブ区域を設けるのが好ましい。
また、本発明による伝熱チューブの製造方法は、外径約
12.7〜15.875mm、肉厚約0.635〜約0.762mmの滑らかな壁
面のチューブ状金属ワークピースから内部リブを有する
伝熱チューブを製造する方法であって、外表面に1.524
〜2.286mmの溝ピッチを有する複数の螺旋状溝を備えた
円筒状マンドレルの周囲を囲むように金属ワークピース
を配設する工程と、所定リブ高さにて所定ピッチで内部
リブを形成するため、金属ワークピースがマンドレルの
溝内に入り込むようにマンドレル上の金属ワークピース
の外表面を一群のディスクが転動し、且つ内部リブのピ
ッチが1.524〜2.286mm、リブの高さが伝熱チューブ内径
の0.015〜0.030倍となるように内部リブを形成する工程
とからなり、隣接するリブ間に略台形断面のリブ溝を形
成し、且つこの略台形断面のリブ溝の底面の幅が伝熱チ
ューブ内径の0.015〜0.030倍となるように、マンドレル
と一群のディスクとの間の距離を設定したことを特徴と
する。
12.7〜15.875mm、肉厚約0.635〜約0.762mmの滑らかな壁
面のチューブ状金属ワークピースから内部リブを有する
伝熱チューブを製造する方法であって、外表面に1.524
〜2.286mmの溝ピッチを有する複数の螺旋状溝を備えた
円筒状マンドレルの周囲を囲むように金属ワークピース
を配設する工程と、所定リブ高さにて所定ピッチで内部
リブを形成するため、金属ワークピースがマンドレルの
溝内に入り込むようにマンドレル上の金属ワークピース
の外表面を一群のディスクが転動し、且つ内部リブのピ
ッチが1.524〜2.286mm、リブの高さが伝熱チューブ内径
の0.015〜0.030倍となるように内部リブを形成する工程
とからなり、隣接するリブ間に略台形断面のリブ溝を形
成し、且つこの略台形断面のリブ溝の底面の幅が伝熱チ
ューブ内径の0.015〜0.030倍となるように、マンドレル
と一群のディスクとの間の距離を設定したことを特徴と
する。
上記伝熱チューブの製造方法において、リブ螺旋角を18
゜とするのが好ましい。また、外径25.4mmの伝熱チュー
ブにつき100〜150個のリブが形成されるように内部リブ
を形成する工程を含むようにするのが好ましい。また、
リブを形成する工程がリブに45゜〜60゜の頂角を付ける
ことを含み、リブ螺旋角を０゜〜30゜に設定するのが好
ましい。さらに、伝熱チューブが第１端部と第２端部に
より画成される特定長さの真っすぐなチューブであり、
且つリブを形成する工程が第１及び第２端部近傍にリブ
を形成していない非リブ区域を残すことを含むのが好ま
しい。
゜とするのが好ましい。また、外径25.4mmの伝熱チュー
ブにつき100〜150個のリブが形成されるように内部リブ
を形成する工程を含むようにするのが好ましい。また、
リブを形成する工程がリブに45゜〜60゜の頂角を付ける
ことを含み、リブ螺旋角を０゜〜30゜に設定するのが好
ましい。さらに、伝熱チューブが第１端部と第２端部に
より画成される特定長さの真っすぐなチューブであり、
且つリブを形成する工程が第１及び第２端部近傍にリブ
を形成していない非リブ区域を残すことを含むのが好ま
しい。
［作用］ 上記のように構成された内部リブを有する伝熱チューブ
の製造方法に従うと、滑らかな壁面仕上げされたチュー
ブ状金属ワークピースが上述の螺旋角、ピッチ、寸法の
内部リブを形成するために配設された適当数の溝を有し
た円筒状マンドレルの周囲を囲むように配設される。例
えば、5/8インチ（15.875mm）のチューブに関しては、
0.060〜0.090インチ（１、524〜２、286mm）のピッチの
リブを形成するために、外周面に18゜の螺旋角で60〜90
個の溝部を有したマンドレルを必要とする。また、金属
ワークピースがマンドレルの溝部に押圧されるように、
複数のディスクは、マンドレル上の金属ワークピースの
外表面上を転動する。このようにして、伝熱チューブの
最適な伝熱性能と機械的強度を提供する最適なリブの形
状寸法及びリブ間隔を実現することができる。
の製造方法に従うと、滑らかな壁面仕上げされたチュー
ブ状金属ワークピースが上述の螺旋角、ピッチ、寸法の
内部リブを形成するために配設された適当数の溝を有し
た円筒状マンドレルの周囲を囲むように配設される。例
えば、5/8インチ（15.875mm）のチューブに関しては、
0.060〜0.090インチ（１、524〜２、286mm）のピッチの
リブを形成するために、外周面に18゜の螺旋角で60〜90
個の溝部を有したマンドレルを必要とする。また、金属
ワークピースがマンドレルの溝部に押圧されるように、
複数のディスクは、マンドレル上の金属ワークピースの
外表面上を転動する。このようにして、伝熱チューブの
最適な伝熱性能と機械的強度を提供する最適なリブの形
状寸法及びリブ間隔を実現することができる。
また、連続する複数のリブの溝に底面を形成して隣接す
るリブの間隙を画成することにより、最適な伝熱性能を
得ることができるが、リブピッチが所定のリブ高さに対
しあまり接近し過ぎると、リブ間の溝が液状冷媒で満た
されてしまうので却って伝熱性能の低下を来してしま
う。そこで、所定のリブ高さに対しあまり接近し過ぎて
はいけないが、上記した制限を考慮した範囲で、チュー
ブ内壁部の表面積を出来る限り大きくし伝熱性能を向上
するように、隣接するリブを相互に接近して形成する。
また、上述した伝熱チューブの製造方法は、チューブの
一端から短い距離をおいて内部リブ形成を開始し、チュ
ーブの他端から短い距離をおいて内部リブ形成を終了す
るように応用するものとする。このようにして、チュー
ブの両端部をチューブシート内へ組み付ける作業を容易
に行うための、チューブの各端部近傍にリブ形成しない
非加工部を残しておくことができる。
るリブの間隙を画成することにより、最適な伝熱性能を
得ることができるが、リブピッチが所定のリブ高さに対
しあまり接近し過ぎると、リブ間の溝が液状冷媒で満た
されてしまうので却って伝熱性能の低下を来してしま
う。そこで、所定のリブ高さに対しあまり接近し過ぎて
はいけないが、上記した制限を考慮した範囲で、チュー
ブ内壁部の表面積を出来る限り大きくし伝熱性能を向上
するように、隣接するリブを相互に接近して形成する。
また、上述した伝熱チューブの製造方法は、チューブの
一端から短い距離をおいて内部リブ形成を開始し、チュ
ーブの他端から短い距離をおいて内部リブ形成を終了す
るように応用するものとする。このようにして、チュー
ブの両端部をチューブシート内へ組み付ける作業を容易
に行うための、チューブの各端部近傍にリブ形成しない
非加工部を残しておくことができる。
［実施例］ 以下に記述する本発明の実施例の伝熱チューブは、一般
に水のような冷却液が伝熱チューブの外部を通過し、且
つ冷媒がこの伝熱チューブの内壁面と接触することによ
り、液体状態から気体状態に状態変化することにより熱
交換するタイプの冷凍装置又は空調装置に用いるもので
ある。一般に、複数の伝熱チューブにより循環流路を形
成するため複数のチューブを並設しているか、或は一束
にまとまったチューブを形成するため複数の平行流路を
配列するようにしているが、通常、様々な冷媒のための
循環流路を形成する伝熱チューブは、ブライン又は他の
冷却液を有する単一のケーシング内に配設されており、
冷媒はこの伝熱チューブ内に画成された流路を液体状態
で循環している。ところで、エバポレータの熱交換性能
は、この伝熱チューブの伝熱特性に大きく依存するため
に、伝熱チューブの伝熱特性を高めることは極めて重要
である。
に水のような冷却液が伝熱チューブの外部を通過し、且
つ冷媒がこの伝熱チューブの内壁面と接触することによ
り、液体状態から気体状態に状態変化することにより熱
交換するタイプの冷凍装置又は空調装置に用いるもので
ある。一般に、複数の伝熱チューブにより循環流路を形
成するため複数のチューブを並設しているか、或は一束
にまとまったチューブを形成するため複数の平行流路を
配列するようにしているが、通常、様々な冷媒のための
循環流路を形成する伝熱チューブは、ブライン又は他の
冷却液を有する単一のケーシング内に配設されており、
冷媒はこの伝熱チューブ内に画成された流路を液体状態
で循環している。ところで、エバポレータの熱交換性能
は、この伝熱チューブの伝熱特性に大きく依存するため
に、伝熱チューブの伝熱特性を高めることは極めて重要
である。
第１図に、伝熱チューブ内壁に伝熱特性を高め、且つチ
ューブ強度を高めるための内部リブを形成する装置が示
されているが、このリブ形成装置は、複数のディスク14
から形成された工具12を取り付けた工具アーバー10を有
する。円盤状工具12の軸方向に、マンドレルシャフト18
と同軸上に組み付けられたマンドレル16が配設されてい
る。マンドレル16は、その外表面に、伝熱チューブ内壁
に形成されるべき内部リブの模様に相当する連続する複
数の螺旋状溝20を有している。従来の伝熱チューブの内
部リブ及び／又は外部フィン形成のために用いるマンド
レルの場合、一般的に、この溝の数が30個程度であるの
に対して、第１図に示した本発明の実施例のマンドレル
16の場合は72個の溝を有している。これら72個の螺旋状
溝20は、マンドレルの軸に対し約18゜の螺旋角、0.010
インチ（0.254mm）の溝深さであり、溝と溝の間隔、即
ち溝ピッチは、0.060〜0.090インチ（１、524〜２、286
mm）である。
ューブ強度を高めるための内部リブを形成する装置が示
されているが、このリブ形成装置は、複数のディスク14
から形成された工具12を取り付けた工具アーバー10を有
する。円盤状工具12の軸方向に、マンドレルシャフト18
と同軸上に組み付けられたマンドレル16が配設されてい
る。マンドレル16は、その外表面に、伝熱チューブ内壁
に形成されるべき内部リブの模様に相当する連続する複
数の螺旋状溝20を有している。従来の伝熱チューブの内
部リブ及び／又は外部フィン形成のために用いるマンド
レルの場合、一般的に、この溝の数が30個程度であるの
に対して、第１図に示した本発明の実施例のマンドレル
16の場合は72個の溝を有している。これら72個の螺旋状
溝20は、マンドレルの軸に対し約18゜の螺旋角、0.010
インチ（0.254mm）の溝深さであり、溝と溝の間隔、即
ち溝ピッチは、0.060〜0.090インチ（１、524〜２、286
mm）である。
第１図に示すチューブ状金属ワークピース22は、内径0.
565インチ（14、351）、肉厚0.030インチ（０、762mm）
である。ワークピース22は、マンドレル20の周囲を囲む
ようにして配設され、マンドレル16により支持され、工
具12の真下に配設される。アーバー10上の複数のディス
ク14は、ワークピース22の長手方向の軸線に対して僅か
な角度をなしてワークピース22と接触するように配設さ
れている。このワークピース22に対するディスクの僅か
な傾斜角により、アーバー10の回動に伴って、ワークピ
ース22がその長手方向に移動される。ディスク14は、内
部リブ24をチューブ内壁面に形成するため、一般に銅か
らなるチューブ材料を押圧変形し、螺旋状溝20内にワー
クピース22の内壁部が入り込むと共に、内壁部が複数の
ディスク14間に押圧され隆起するように機能する。複数
のディスク14の後方には一対のローラ26が配設されてお
り、いかなるチューブ外壁面のしわも滑らかに仕上げ
て、第１図の示すように滑らかな外表面28を形成するよ
うに機能している。
565インチ（14、351）、肉厚0.030インチ（０、762mm）
である。ワークピース22は、マンドレル20の周囲を囲む
ようにして配設され、マンドレル16により支持され、工
具12の真下に配設される。アーバー10上の複数のディス
ク14は、ワークピース22の長手方向の軸線に対して僅か
な角度をなしてワークピース22と接触するように配設さ
れている。このワークピース22に対するディスクの僅か
な傾斜角により、アーバー10の回動に伴って、ワークピ
ース22がその長手方向に移動される。ディスク14は、内
部リブ24をチューブ内壁面に形成するため、一般に銅か
らなるチューブ材料を押圧変形し、螺旋状溝20内にワー
クピース22の内壁部が入り込むと共に、内壁部が複数の
ディスク14間に押圧され隆起するように機能する。複数
のディスク14の後方には一対のローラ26が配設されてお
り、いかなるチューブ外壁面のしわも滑らかに仕上げ
て、第１図の示すように滑らかな外表面28を形成するよ
うに機能している。
上記のように形成された内部リブを有する伝熱チューブ
は、比較的薄い壁厚の金属ワークピース22から、本実施
例に従う所定のリブ溝ピッチ、リブ高さ、リブ螺旋角を
有する複数の螺旋状リブとして形成される。
は、比較的薄い壁厚の金属ワークピース22から、本実施
例に従う所定のリブ溝ピッチ、リブ高さ、リブ螺旋角を
有する複数の螺旋状リブとして形成される。
第２図は、一般的な熱交換器で用いる伝熱チューブ固定
用のチューブシートに対する伝熱チューブの固定状態を
示している。伝熱チューブ30は、チューブシート36及び
38内に嵌合される内部リブ形成されていない非リブ区域
からなる第１端部32と第２端部34とを有する。チューブ
30は、一束のチューブの内、ほんの一部のチューブを示
しているが、他の同様なチューブにおいても、第２図に
示すような固定方法が取られ得る。本発明によるチュー
ブ30の両端の非リブ区域を除いた主要部40は、前述した
ように内部リブが形成されており、両端部32及び34は、
内部リブ形成されていない非リブ区域として残される。
この両端部32及び34の外径は、リブ加工する前の元のチ
ューブ状金属ワークピースの外径と同一であるが、内部
リブ強化された主要部40の外径よりも僅かに大きい。こ
の実施例に示したマンドレル20、複数のディスク14と一
対のローラ26から成る工具12により、第２図に示す非リ
ブ区域である両端部32及び34を残すように、チューブの
端部からやや離れた所からリブ溝形成を開始し、終結す
ることも第１図のリブ形成方法により可能である。チュ
ーブ両端部32及び34は、チューブ両端部の強度を損なう
事なく、チューブシートの円形カラー内に、加熱し外方
に膨張させ固定され得る。従来技術による伝熱チューブ
のようにチューブの全長に亘って内部リブを形成されて
いると、チューブシートのカラー内へのチューブの組付
作業時に、チューブ両端部の亀裂又は剥離を生じてしま
うが、本発明に従うチューブの場合、このような心配は
ない。更に、この非リブ区域を両端に形成することによ
り、仮にチューブの移設が必要な場合、チューブシート
からチューブ30を比較的容易に離脱することができる。
用のチューブシートに対する伝熱チューブの固定状態を
示している。伝熱チューブ30は、チューブシート36及び
38内に嵌合される内部リブ形成されていない非リブ区域
からなる第１端部32と第２端部34とを有する。チューブ
30は、一束のチューブの内、ほんの一部のチューブを示
しているが、他の同様なチューブにおいても、第２図に
示すような固定方法が取られ得る。本発明によるチュー
ブ30の両端の非リブ区域を除いた主要部40は、前述した
ように内部リブが形成されており、両端部32及び34は、
内部リブ形成されていない非リブ区域として残される。
この両端部32及び34の外径は、リブ加工する前の元のチ
ューブ状金属ワークピースの外径と同一であるが、内部
リブ強化された主要部40の外径よりも僅かに大きい。こ
の実施例に示したマンドレル20、複数のディスク14と一
対のローラ26から成る工具12により、第２図に示す非リ
ブ区域である両端部32及び34を残すように、チューブの
端部からやや離れた所からリブ溝形成を開始し、終結す
ることも第１図のリブ形成方法により可能である。チュ
ーブ両端部32及び34は、チューブ両端部の強度を損なう
事なく、チューブシートの円形カラー内に、加熱し外方
に膨張させ固定され得る。従来技術による伝熱チューブ
のようにチューブの全長に亘って内部リブを形成されて
いると、チューブシートのカラー内へのチューブの組付
作業時に、チューブ両端部の亀裂又は剥離を生じてしま
うが、本発明に従うチューブの場合、このような心配は
ない。更に、この非リブ区域を両端に形成することによ
り、仮にチューブの移設が必要な場合、チューブシート
からチューブ30を比較的容易に離脱することができる。
第３図に、本発明の内部リブ強化されたチューブ42の縦
軸に対し垂直に輪切りしたチューブの部分断面図を示す
が、このチューブ42は、公称外径5/8インチ（15、874m
m）であり、その内周には一周で60個のリブ44が一定間
隔で規則的に形成されている。このリブ44の頂角46は60
゜であり、リブ高さ48は0.013インチ（０、3302mm）で
ありマンドレル溝深さにほぼ一致する。隣接するリブ間
の溝の底面50は、溝を形成する隣接するリブの一対の側
面と交わり、コーナー部で120゜の角度を成している。
これらの溝に形成されたコーナー部は、エバポレータ用
伝熱チューブとしてより優れた蒸発特性を来すため、液
状冷媒を保持するのに適している。第３図の破線で示す
ように、参照符号ｄは、チューブ内を流れる冷媒の薄膜
層51のフィルム厚を示しており、このフィルム厚ｄは、
約0.006インチ（０、1524mm）である。リブ44のピッチ
は、チューブ一周につき、60個のリブが配列されるよう
に選択され、溝の底面50での隣接するリブの間隙は約0.
009〜0.010インチ（0.2286〜０、254mm）であり、冷媒
のフィルム厚ｄの約1.5倍以上である。また、リブ高さ
／チューブ内径の比を0.015〜0.030に設定するのが好ま
しい。
軸に対し垂直に輪切りしたチューブの部分断面図を示す
が、このチューブ42は、公称外径5/8インチ（15、874m
m）であり、その内周には一周で60個のリブ44が一定間
隔で規則的に形成されている。このリブ44の頂角46は60
゜であり、リブ高さ48は0.013インチ（０、3302mm）で
ありマンドレル溝深さにほぼ一致する。隣接するリブ間
の溝の底面50は、溝を形成する隣接するリブの一対の側
面と交わり、コーナー部で120゜の角度を成している。
これらの溝に形成されたコーナー部は、エバポレータ用
伝熱チューブとしてより優れた蒸発特性を来すため、液
状冷媒を保持するのに適している。第３図の破線で示す
ように、参照符号ｄは、チューブ内を流れる冷媒の薄膜
層51のフィルム厚を示しており、このフィルム厚ｄは、
約0.006インチ（０、1524mm）である。リブ44のピッチ
は、チューブ一周につき、60個のリブが配列されるよう
に選択され、溝の底面50での隣接するリブの間隙は約0.
009〜0.010インチ（0.2286〜０、254mm）であり、冷媒
のフィルム厚ｄの約1.5倍以上である。また、リブ高さ
／チューブ内径の比を0.015〜0.030に設定するのが好ま
しい。
第４図には、本発明に従う公称外径5/8インチ（15、87
4）の伝熱チューブ52の他の実施例を示す。チューブ52
は、頂角56が45゜であり、リブ高さ58が約0.010インチ
（０、254mm）である。液状冷媒のフィルム厚ｄは、第
３図のように0.006インチ（０、1524mm）である。溝の
底面60における隣接するリブ54の間隙は、約0.011イン
チ（0.294mm）である。第３図及び第４図に示す実施例
のいずれにおいても、チューブ壁厚の減少に伴ってチュ
ーブ材料の約14％の重量を削減できる。前述した二つの
実施例のチューブ42及び52は、従来のチューブ状金属ワ
ークピースと比較して僅かに薄い壁厚０、030インチ
（０、762mm）のリブ加工前のチューブ状金属ワークピ
ース22から形成され得る。従来の一般的なマンドレル
（即ち、外周面に15〜30個の螺旋状の溝を有するマンド
レル）を用いた場合、通常のチューブ状金属ワークピー
スは、壁厚0.038インチ（０、9652mm）である。仮に、
従来のチューブの壁厚を0.038インチ（、9652mm）より
薄くしたならば、上述したように、チューブシートのカ
ラー内へのチューブの挿入固定作業中に、チューブを破
損する危険性がある。しかしながら、本発明に従う比較
的薄い壁厚のチューブ材料を用いることにより、従来と
同コストより高品質の材料を用いたり、上述のようにチ
ューブの移設交換作業が比較的容易であり、ランニング
コストの低下を来す。
4）の伝熱チューブ52の他の実施例を示す。チューブ52
は、頂角56が45゜であり、リブ高さ58が約0.010インチ
（０、254mm）である。液状冷媒のフィルム厚ｄは、第
３図のように0.006インチ（０、1524mm）である。溝の
底面60における隣接するリブ54の間隙は、約0.011イン
チ（0.294mm）である。第３図及び第４図に示す実施例
のいずれにおいても、チューブ壁厚の減少に伴ってチュ
ーブ材料の約14％の重量を削減できる。前述した二つの
実施例のチューブ42及び52は、従来のチューブ状金属ワ
ークピースと比較して僅かに薄い壁厚０、030インチ
（０、762mm）のリブ加工前のチューブ状金属ワークピ
ース22から形成され得る。従来の一般的なマンドレル
（即ち、外周面に15〜30個の螺旋状の溝を有するマンド
レル）を用いた場合、通常のチューブ状金属ワークピー
スは、壁厚0.038インチ（０、9652mm）である。仮に、
従来のチューブの壁厚を0.038インチ（、9652mm）より
薄くしたならば、上述したように、チューブシートのカ
ラー内へのチューブの挿入固定作業中に、チューブを破
損する危険性がある。しかしながら、本発明に従う比較
的薄い壁厚のチューブ材料を用いることにより、従来と
同コストより高品質の材料を用いたり、上述のようにチ
ューブの移設交換作業が比較的容易であり、ランニング
コストの低下を来す。
上述した二つの実施例のチューブ内壁に形成される頂角
46又は56を有するリブによって、チューブ内壁の表面積
を効果的に増加することができ、より高い伝熱効率をも
たらす。
46又は56を有するリブによって、チューブ内壁の表面積
を効果的に増加することができ、より高い伝熱効率をも
たらす。
上述の実施例においては、リブの螺旋角は、製造の容易
さから18゜に選択されているが、螺旋角を20゜〜25゜、
又は20゜〜30゜、或は０゜より僅かに大きい程度に比較
的小さな角度に設定することも可能である。
さから18゜に選択されているが、螺旋角を20゜〜25゜、
又は20゜〜30゜、或は０゜より僅かに大きい程度に比較
的小さな角度に設定することも可能である。
また、第１図に示すように、滑らかな外表面28の代わり
に、伝熱チューブの外表面には、その外表面と接触する
流体の性質に応じて決定されるフィン高さ、フィンピッ
チを有する外部フィンを形成することも可能である。
に、伝熱チューブの外表面には、その外表面と接触する
流体の性質に応じて決定されるフィン高さ、フィンピッ
チを有する外部フィンを形成することも可能である。
第４図に示す実施例においては、リブ54の先端部が幾分
不規則な形状で示されているが、これはエバポレータ用
の伝熱チューブの伝熱特性にとって、規則的な理想的に
尖った先端部はあまり重要ではなく、形状の変形やリブ
先端部の欠落は、伝熱チューブの伝熱効率にあまり影響
しない。むしろ、コンデンサ用の伝熱チューブの場合、
リブ又はフィンの鋭く尖った先端部を形成することは有
意義である。
不規則な形状で示されているが、これはエバポレータ用
の伝熱チューブの伝熱特性にとって、規則的な理想的に
尖った先端部はあまり重要ではなく、形状の変形やリブ
先端部の欠落は、伝熱チューブの伝熱効率にあまり影響
しない。むしろ、コンデンサ用の伝熱チューブの場合、
リブ又はフィンの鋭く尖った先端部を形成することは有
意義である。
［発明の効果］ 上述したように、本発明によれば、優れた伝熱特性を有
する伝熱チューブを提供することができるとともに、チ
ューブ材料の強度を損なうことなく、できるだけ薄い肉
厚のチューブ材料から内部リブを形成した高性能伝熱チ
ューブを製造することができる。特に、本発明によれ
ば、外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.635〜約0.762mm
の伝熱チューブ材料から内部リブを形成した伝熱チュー
ブを製造することができ、0.038インチ（0.9652mm）よ
りも薄い肉厚の伝熱チューブ材料を用いても、伝熱チュ
ーブの強度が所定の許容強度よりも弱くならないように
することができる。
する伝熱チューブを提供することができるとともに、チ
ューブ材料の強度を損なうことなく、できるだけ薄い肉
厚のチューブ材料から内部リブを形成した高性能伝熱チ
ューブを製造することができる。特に、本発明によれ
ば、外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.635〜約0.762mm
の伝熱チューブ材料から内部リブを形成した伝熱チュー
ブを製造することができ、0.038インチ（0.9652mm）よ
りも薄い肉厚の伝熱チューブ材料を用いても、伝熱チュ
ーブの強度が所定の許容強度よりも弱くならないように
することができる。
第１図は本発明の実施例に従う内部リブを有する伝熱チ
ューブを形成するために用いる溝付きマンドレルと、こ
のマンドレル上に置かれたチューブを転動するための円
盤状工具とを配列してなるエバポレータチューブの製造
工程を示す断面図であり、第２図はチューブシート及び
このシート内に固定された本発明の伝熱チューブの一部
を示した部分断面図であり、第３図は本発明の実施例に
従うリブ強化された伝熱チューブの壁面の一部を示す拡
大断面図であり、及び第４図は本発明の他の実施例に従
う伝熱チューブの壁面の一部を示す拡大断面図である。 （符号の簡単な説明） 10……アーバー、14……ディスク、16……マンドレル、
24,44,54……内部リブ、36,38……チューブシート、46,
56……頂角、48,58……リブ高さ、50,60……底面。
ューブを形成するために用いる溝付きマンドレルと、こ
のマンドレル上に置かれたチューブを転動するための円
盤状工具とを配列してなるエバポレータチューブの製造
工程を示す断面図であり、第２図はチューブシート及び
このシート内に固定された本発明の伝熱チューブの一部
を示した部分断面図であり、第３図は本発明の実施例に
従うリブ強化された伝熱チューブの壁面の一部を示す拡
大断面図であり、及び第４図は本発明の他の実施例に従
う伝熱チューブの壁面の一部を示す拡大断面図である。 （符号の簡単な説明） 10……アーバー、14……ディスク、16……マンドレル、
24,44,54……内部リブ、36,38……チューブシート、46,
56……頂角、48,58……リブ高さ、50,60……底面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−3916（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−37059（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−88918（ＪＰ，Ａ)
Claims (14)
- 【請求項１】チューブ内を流れる液状冷媒を凝縮又は蒸
発するために、チューブ外部を流れる液体へ熱を放出し
たり、或は外部を流れる液体から熱を奪うように配設さ
れる伝熱チューブにおいて、 外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.635〜約0.762mmの伝
熱チューブ内壁面に比較的小さなリブピッチで連続する
複数の内部リブを形成し、連続する複数のリブのピッチ
を1.524〜2.286mmとし、連続する複数のリブの高さを伝
熱チューブ内径の0.015〜0.030倍とし、且つ隣接するリ
ブ間に略台形断面のリブ溝を形成し且つ略台形断面のリ
ブ溝の底面の幅を伝熱チューブ内径の0.015〜0.030倍の
範囲に設定した伝熱チューブ。 - 【請求項２】連続する複数のリブを伝熱チューブ内壁面
に螺旋状に形成した請求項１に記載の伝熱チューブ。 - 【請求項３】連続する複数のリブの螺旋角を25゜以下と
した請求項１に記載の伝熱チューブ。 - 【請求項４】外径25.4mmの伝熱チューブにつき100〜150
個のリブを形成した請求項１に記載の伝熱チューブ。 - 【請求項５】伝熱チューブが15.875mmの外径を有し、チ
ューブ一周につき60〜90個のリブを有する請求項４に記
載の伝熱チューブ。 - 【請求項６】伝熱チューブが12.7mmの外径を有し、チュ
ーブ一周につき60〜75個のリブを有する請求項４に記載
の伝熱チューブ。 - 【請求項７】連続する複数のリブの高さを0.254mmとす
る請求項４に記載の伝熱チューブ。 - 【請求項８】伝熱チューブが第１端部と第２端部とで画
成される特定長さの真っすぐなチューブであり、且つこ
のチューブのチューブシート内への付設を容易にするた
めに、第１及び第２端部近傍にリブ形成されていない非
リブ区域を設けた請求項４に記載の伝熱チューブ。 - 【請求項９】外径約12.7〜約15.875mm、肉厚約0.635〜
約0.762mmの滑らかな壁面のチューブ状金属ワークピー
スから内部リブを有する伝熱チューブを製造する方法に
おいて、 外表面に1.524〜2.286mmの溝ピッチを有する複数の螺旋
状溝を備えた円筒状マンドレルの周囲を囲むように金属
ワークピースを配設する工程と、所定リブ高さにて所定
ピッチで内部リブを形成するため、金属ワークピースが
マンドレルの溝内に入り込むようにマンドレル上の金属
ワークピースの外表面を一群のディスクが転動し、且つ
内部リブのピッチが1.524〜2.286mm、リブの高さが伝熱
チューブ内径の0.015〜0.030倍となるように内部リブを
形成する工程とからなり、 形成された内部リブに関して、隣接するリブ間に略台形
断面のリブ溝を形成し、且つこの略台形断面のリブ溝の
底面の幅が伝熱チューブ内径の0.015〜0.030倍となるよ
うに、マンドレルと一群のディスクとの間の距離を設定
したことを特徴とする伝熱チューブの製造方法。 - 【請求項１０】リブ螺旋角を18゜とした請求項９に記載
の伝熱チューブの製造方法。 - 【請求項１１】外径25.4mmの伝熱チューブにつき100〜1
50個のリブが形成されるように内部リブを形成する工程
を含む請求項９に記載の伝熱チューブの製造方法。 - 【請求項１２】リブを形成する工程がリブに45゜〜60゜
の頂角を付けることを含む請求項11に記載の伝熱チュー
ブの製造方法。 - 【請求項１３】リブを形成する工程がリブに螺旋角を０
゜〜30゜に設定する請求項９又は請求項11に記載の伝熱
チューブの製造方法。 - 【請求項１４】伝熱チューブが第１端部と第２端部によ
り画成される特定長さの真っすぐなチューブであり、且
つリブを形成する工程が第１及び第２端部近傍にリブを
形成していない非リブ区域を残すことを含む請求項９又
は請求項11に記載の伝熱チューブの製造方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US244,294 | 1988-09-15 | ||
| US07/244,294 US4938282A (en) | 1988-09-15 | 1988-09-15 | High performance heat transfer tube for heat exchanger |
| US244294 | 1988-09-15 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02108426A JPH02108426A (ja) | 1990-04-20 |
| JPH0741310B2 true JPH0741310B2 (ja) | 1995-05-10 |
Family
ID=22922166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1238360A Expired - Fee Related JPH0741310B2 (ja) | 1988-09-15 | 1989-09-13 | 熱交換器用高性能伝熱チュ−ブとその製造方法 |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4938282A (ja) |
| JP (1) | JPH0741310B2 (ja) |
| KR (1) | KR900005149A (ja) |
| AR (1) | AR242662A1 (ja) |
| BR (1) | BR8904632A (ja) |
| CA (2) | CA1316908C (ja) |
| FR (1) | FR2636415B1 (ja) |
| MX (1) | MX166423B (ja) |
| MY (1) | MY104646A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101941494B1 (ko) * | 2018-10-19 | 2019-01-24 | 주식회사 삼정이엔씨 | 오일냉각시스템 |
Families Citing this family (19)
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