JPH09210588A - 内面溝付伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 細く高いフィンを有する内面溝付伝熱管を低
コストで高い信頼性を以て製造できる内面溝付伝熱管の
製造方法を提供する。 【解決手段】 銅または銅合金製の素材を冷間圧延によ
り加工硬化させて板条材Ｔを作成する工程と、加工硬化
させた板条材Ｔを走行させつつ、少なくとも一対のフィ
ン形成ロール１４，１６間を通して、板条材の少なくと
も一面にフィン２および溝３を形成するフィン形成工程
と、フィン２および溝３が形成された板条材Ｔを、複数
のフォーミングロール２０を通して管状に成形する管成
形工程と、管状に成形された板条材Ｔの両端縁を加熱し
たうえ突き合わせて溶接する溶接工程とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電縫管方式を採用
した内面溝付伝熱管の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の内面溝付伝熱管は、空調装置や
冷蔵装置等の熱交換器において蒸発管または凝縮管とし
て主に使用されるもので、最近では内面の全面に亙って
螺旋状の溝を形成することにより、溝同士の間に螺旋状
のフィンを形成した伝熱管が広く市販されている。

【０００３】現在主流となっている伝熱管は、引き抜き
または押し出し加工により得られたシームレス（継ぎ目
のない）管の内部に、外周面に螺旋溝が形成されたフロ
ーティングプラグを通すことにより、金属管の内周面の
全面に亙って螺旋溝およびフィンを転造する方法により
製造されており、一般に使用されている外径１０ｍｍ程
度の伝熱管では、フィンの高さは０．１５〜０．２０ｍ
ｍ、フィンのピッチ（隣接するフィンの頂点間の距離）
は０．４５〜０．５５ｍｍ、フィン間に形成された溝の
底幅は０．２〜０．３ｍｍ、個々のフィンの両側面のな
す角度は５０〜６０゜程度とされている。なお、フロー
ティングプラグを使用した引き抜き加工では、上記範囲
以上に高く細いフィンを形成することは技術的に困難で
ある。

【０００４】ところで、上記のような内面溝付伝熱管を
凝縮管として使用する場合、伝熱管の一端から熱媒気体
を導入し、その熱を放出させつつ凝縮させ、他端から熱
媒液体を排出するのであるが、この過程における凝縮効
率を高めるには、フィンの高さを大きくしてフィンの頂
点部分での液切れを良くし、フィンと熱媒気体との直接
接触を促進することが有効と考えられる。

【０００５】そこで本発明者らは、シームレスパイプの
代わりに、長尺の金属板条材をその幅方向へ丸めて突き
合わせた両側縁を溶接し、金属管を得る「電縫管方式」
を細径の伝熱管製造に採用することにより、伝熱管内面
のフィンを従来以上に高くすることを試みた。電縫管方
式によれば、内面に形成すべきフィンを金属板条材の状
態の時に転造加工でき、伝熱管の外径に拘わり無く背の
高いフィンを形成できるからである。

【０００６】しかし現実には、単にフィンを従来より高
く形成したとしても、伝熱管の凝縮効率はあまり向上し
ないことが確認された。この原因について本発明者らは
詳細な検討を試み、次のような知見を得るに至った。す
なわち、従来の内面溝付伝熱管では、フィンの断面形状
が頂角の大きい三角形状をなしているため、伝熱管内を
高速で流れる熱媒蒸気の風圧により溝内の熱媒液体がフ
ィンの緩い傾斜面に沿って吹き上げられ、伝熱管の先端
部が熱媒液体に覆われてしまい、フィンの先端部を露出
させる効果が小さい。これにより、熱交換効率の向上効
果が制限されていたのである。

【０００７】そこで本発明者らは、図６に例示するよう
に、フィンを高くするだけでなく細くすることを試みて
いる。この図に示す伝熱管１は断面円形の金属管であ
り、その内面のほぼ全域に亙って、管軸に対して一定角
度をなす互いに平行なフィン２が螺旋状に多数形成さ
れ、隣り合うフィン２の間はそれぞれ螺旋溝３となって
いる。このような伝熱管１において、フィン２の両側面
のなす角度が４０゜未満であると、伝熱管内を高速で流
れる熱媒蒸気の風圧により溝内の熱媒液体がフィンの側
面に沿って吹き上げられにくく、熱交換効率が高いこと
が本発明者らの実験から判明している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に細く高いフィン２を有する伝熱管を製造する場合、以
下のような特有の問題があることが判明した。伝熱管１
の製造方法において、銅または銅合金製の板条材にフィ
ン２および螺旋溝３を形成するには、図７に示すように
溝付ロール６および平滑ロール７の間に板条材Ｔを通し
て転造を行うのであるが、転造溝８が狭くて深いため
に、材料が転造溝８の奥まで進入せずに、板条材Ｔの面
方向へ流れやすく、フィン２の高さが不足する現象が生
じやすい。

【０００９】本発明者らがこの現象について詳細に検討
したところ、次のような原因が判明した。すなわち、従
来の伝熱管製造方法では、圧延製造された板条材を焼鈍
により軟化させてからフィンを転造していたのである
が、このように焼鈍してからフィン転造を行うと、転造
時の圧下力は小さくて済むものの、板条材の面方向へ材
料流れが生じやすく、細く高いフィンを形成しにくい。
一方、従来の常識には反するが、板条材を加工硬化させ
てから溝加工を行ったところ、板条材の面方向へ材料が
流れずに、材料が転造溝の奥まで進入しやすく、細く高
いフィンを形成しやすいことを見いだしたのである。

【００１０】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、細く高いフィンを有する内面溝付伝熱管を低コスト
で高い信頼性を以て製造できる内面溝付伝熱管の製造方
法を提供することを課題としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る内面溝付管の製造方法は、銅または銅
合金製の素材を冷間圧延により加工硬化させて板条材を
作成する工程と、前記加工硬化させた板条材を走行させ
つつ、少なくとも一対のフィン形成ロール間を通して、
前記板条材の少なくとも一面にフィンを形成するフィン
形成工程と、前記フィンが形成された板条材を、複数の
フォーミングロールを通して管状に成形する管成形工程
と、管状に成形された前記板条材の両端縁を加熱したう
え突き合わせて溶接する溶接工程とを具備することを特
徴としている。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る内面溝付伝
熱管の製造方法の一実施形態を実施するために使用され
る装置の一例を示す正面図である。始めに、この装置の
構成を説明すると、図中符号１０は一定幅の板条材Ｔを
連続的に繰り出すアンコイラであり、繰り出された板条
材Ｔは一対の押さえロール１２を経て、対をなす溝付ロ
ール１４および平滑ロール１６（これらをフィン形成ロ
ールと総称する）の間を通され、溝付ロール１４により
フィン２および螺旋溝３が形成される。なお、この実施
形態では、板条材Ｔの表面Ｓ１にのみフィン２および螺
旋溝３が形成され、裏面Ｓ２は平滑のままにされる。

【００１３】溝付ロール１４および平滑ロール１６は、
図２および図３に示すように、それぞれシャフト３４，
３６を介してフレーム３８に回転自在に支持されてい
る。溝付ロール１４および平滑ロール１６は板条材Ｔの
走行と同期するように駆動されてもよいし、駆動されず
に従動回転するだけでもよい。

【００１４】溝付ロール１４は、図４に示すように、外
周面に転造溝４０が形成された溝付ロール本体１４Ａ
と、その両側に固定された一対のサイドロール１４Ｂと
を具備し、転造溝４０により板条材Ｔにはフィン２が形
成される一方、転造溝４０の間の突条部４２により螺旋
溝３が形成される。この例の突条部４２の先端エッジは
面取りされているが、面取りされていなくてもよい。

【００１５】この装置においては、望ましくは伝熱管１
内面に形成するフィン２を高く細いものとするため、図
５（転造溝４０の長手方向に対して直交する断面図）に
示すように、転造溝４０の両側面のなす角度αが１０〜
４０゜、より好ましくは１５〜３０゜、さらに好ましく
は１５〜２５゜とされている。この角度αが１０゜未満
であると電縫管方式を以てしても製造が困難であり、４
０゜以上であると、熱交換効率の飛躍的な向上が図れな
いためである。但し、本発明は上記範囲に限定されるも
のではない。

【００１６】図５に示すように、転造溝４０の深さＤと
転造溝４０の開口幅Ｗとの比は、必ずしも本発明では限
定されないが、１．１：１〜２．５：１であることが好
ましく、より好ましくは１．２：１〜２．３：１、さら
に好ましくは１．３：１〜２．２：１とされている。形
成されるフィン２の肉厚が薄いほど、螺旋溝３の容積が
相対的に増してフィン２の先端における排液性が向上
し、熱交換効率を高めることができるからである。な
お、開口幅Ｗは、転造溝４０の長手方向に対して垂直な
方向に測定した値とし、転造溝４０の両側エッジが面取
りされている場合には、転造溝４０の側面の延長面と突
条部４２の先端面との交差線を測定の基準点とする。

【００１７】サイドロール１４Ｂの外周面は、軸方向外
側へ向けて外径が縮小するテーパ面とされているが、こ
れは、図４に示すように、板条材Ｔにフィン２を形成す
るときに板条材Ｔの両側縁部４４がサイドロール１４Ｂ
側へ反り返ることを考慮したものである。

【００１８】溝付ロール１４および平滑ロール１６によ
り溝加工された板条材Ｔは、図１に示すように、一対の
ロール１８を経て、複数対配列されたフォーミングロー
ル２０を通して徐々に管状に丸められ、ローリングセパ
レータ２１により突き合わせるべき両端縁間の間隙量が
一定に保たれたうえ、誘導加熱コイル２２に通されて両
側縁部が加熱される。管状に成形され加熱された板条材
Ｔは、一対のスクイズロール２４を通され、両側方から
押されることにより加熱された両側縁部が突き合わさ
れ、溶接される。こうして溶接された伝熱管Ｐの外周面
には、はみ出した溶融材料によりビードが形成されるの
で、このビードを切削するためのビードカッタ２６が設
けられている。

【００１９】ビードが切削された伝熱管Ｐは冷却槽２８
を通されて強制冷却されたうえ、複数対配列されたサイ
ジングロール３０を通され、所定の外径までに縮径され
るようになっている。こうして縮径された伝熱管Ｐは、
ラフコイラ３２で巻き取られる。

【００２０】次に、上記装置を用いた、本発明に係る内
面溝付伝熱管の製造方法の一実施形態を説明する。この
方法ではまず、銅または銅合金製の素材を冷間圧延によ
り加工硬化させて板条材を作成する。素材としては、銅
または銅合金であればいかなる材質も使用可能である
が、特に、伝熱管の材質として多用されている脱酸銅
（例えばＪＩＳ１２２０合金）が本発明には好適であ
る。しかし、本発明はこの材料のみに限定されるもので
はなく、無酸素銅，タフピッチ銅，黄銅，丹銅，アドミ
ラルティ黄銅などに適用した場合にも同様の効果が得ら
れる。

【００２１】板条材Ｔを製造するには、板製造工程にお
いて冷間圧延後に還元焼鈍された板素材を改めて最終冷
間圧延することにより、所定の厚さにするとともに加工
硬化させてもよいし、板製造工程での冷間圧延後に焼鈍
を行わず、直接、加工硬化した板条材Ｔを得てもよい。

【００２２】いずれの材料においても、加工硬化後の板
条材Ｔのビッカース硬度は６５〜１５０Ｈｖであること
が好ましく、さらに好ましくは７０〜１２０Ｈｖとされ
る。６５〜１５０Ｈｖの範囲であると、細く高いフィン
を製造する場合にも転造溝８の内部への材料流れを促進
して、製造コストが低減できるからである。但し、これ
らの範囲外であっても本発明の効果は得られる。

【００２３】溝付ロール１４により溝転造を行うに先立
ち、板条材Ｔの両面Ｓ１，Ｓ２の表面粗さを０．０５〜
０．３０μｍＲａに設定しておくことが望ましい。その
理由は、表面粗さを上記範囲にすると、板条材Ｔを加工
硬化させたこととも相まって板条材Ｔの伸びが適正に制
限され、材料が板条材Ｔと平行な方向へ流れずに転造溝
４０内に流れ込む傾向がさらに増し、細く高いフィンを
形成する場合にもフィンの転造不良が防止できる効果が
増すからである。より好ましい板条材Ｔの表面粗さの範
囲は０．０７〜０．２０μｍＲａ、さらに好ましくは
０．１０〜０．１７μｍＲａである。

【００２４】なお、従来は板条材の表面粗さが留意され
ていなかったため、０．０５μｍＲａより遥かに細かい
ものが使用されており、焼鈍後の柔らかい板条材を使用
していたこととも相まって、転造時に板条材Ｔと平行な
方向へ材料流れが生じやすく、細く高いフィンを形成す
ることがより困難であった。

【００２５】板条材Ｔの表面粗さは両面Ｓ１，Ｓ２で揃
っていることが好ましいが、前記範囲内であれば同一で
なくてもよい。板条材Ｔの表面粗さを上記範囲内にする
手段としては、従来使用されているいかなる研磨法、表
面処理法等も使用可能であり、特に限定されない。

【００２６】この実施形態の方法を一般的な外径３〜１
５ｍｍ程度の伝熱管製造に適用する場合には、フィン形
成前の板条材Ｔの厚さは０．３〜１．２ｍｍであること
が好ましく、かつ転造溝４０の深さ（＝フィン２の高
さ）は板条材Ｔの前記厚さの４０〜６０％であることが
好ましい。

【００２７】また、この場合、図４および図５に示す溝
付ロール１４の突条部４２の先端面の表面粗さは０．３
〜１．２μｍＲａであることが望ましく、より好ましく
は０．５〜１．０μｍＲａとされる。突条部４２の先端
面は螺旋溝３の底面を形成する部分であり、板条材Ｔそ
のものの表面粗さと同様、板条材Ｔの伸びに対し影響を
与える。突条部４２の先端面の表面粗さが前記範囲内で
あると、板条材Ｔを加工硬化させたこととも相まって、
転造不良の発生を防止する効果がいっそう高く、溝転造
に要する駆動力も小さくて済む。平滑ロール１６の外周
面の表面粗さも０．３〜１．２μｍＲａであることが望
ましい。

【００２８】上記のような板条材Ｔおよび転造条件を採
用し、図１に示す装置でフィン形成および電縫加工を行
う場合の手順および他の加工条件は従来と同様でよい。
すなわち、前記のように加工硬化させた一定幅の板条材
Ｔをアンコイラ１０から連続的に繰り出し、繰り出され
た板条材Ｔを一対の押さえロール１２を経て、溝付ロー
ル１４と平滑ロール１６との間に通し、溝付ロール１４
によりフィン２および螺旋溝３を形成する。

【００２９】溝加工された板条材Ｔを、図１に示すよう
に、一対のロール１８および複数対配列されたフォーミ
ングロール２０を通して徐々に管状に丸めたうえ、ロー
リングセパレータ２１により突き合わせるべき両端縁間
の距離（間隙量）を一定に保つ。その上で、誘導加熱コ
イル２２に通して両側縁部を加熱し、さらに一対のスク
イズロール２４を通して両側方から押すことにより両側
縁部を突き合わせて溶接する。伝熱管Ｐの外周面にはみ
出した溶融材料はビードとなるため、このビードをビー
ドカッタ２６で切削する。

【００３０】ビードが切削された伝熱管Ｐを冷却槽２８
に通して強制冷却し、複数対配列されたサイジングロー
ル３０を通して、所定の外径までに縮径する。こうして
縮径された伝熱管Ｐを、ラフコイラ３２で巻き取る。但
し、上記工程は図１の装置を使用した場合のものであ
り、装置の構成に合わせて変更してよいことは勿論であ
る。

【００３１】上記構成からなるこの実施形態の内面溝付
伝熱管の製造方法によれば、板条材Ｔとして、加工硬化
させた銅または銅合金製の素材を使用するから、溝付ロ
ール１４によりフィン２および螺旋溝３を形成する際
に、材料が板条材Ｔと平行な方向へ過剰に流れることが
防止でき、転造溝４０内への材料進入を容易化して、細
く高いフィンを形成することが可能になる。

【００３２】また、製造装置の構成そのものは従来のも
のと同一でよいので、設備コストを増すことはない。し
たがって、熱交換性能の優れた内面溝付伝熱管を、安い
製造コストで製造できるという優れた効果を奏する。

【００３３】なお、上記実施形態では、伝熱管１の内面
にのみフィン２および螺旋溝３を形成していたが、本発
明を応用して伝熱管の外面、または内面および外面にフ
ィンや溝を形成することも可能である。また、上記実施
形態では、溝付ロール１４により１段階の溝転造を行っ
ていたが、溝付ロールを２つ以上使用して２段階以上に
溝形成を行い、２種の溝を交差させた交差溝を伝熱管の
内面および／または外面に形成することも可能であり、
この場合にも上述したものと同様の効果が得られる。さ
らに、本発明の方法によれば、板条材の全幅に亙って延
びる螺旋状のフィンや螺旋溝を形成するだけでなく、複
数に分割された短いフィンを千鳥状または螺旋線に沿っ
て多数形成することも可能である。

【００３４】

【実施例】次に、実施例を挙げて本発明の効果を実証す
る。 ［実験１］脱酸銅（Ｃ１２２０）製の焼鈍した板条材
（５０Ｈｖ前後）により試料１〜９を作成した。なお、
焼鈍条件は４００℃×３０分とした。加熱試料１，２は
そのまま、試料３〜９には圧下率が互いに異なる条件で
冷間圧延加工を行って加工硬化させたのち、表面粗さを
整えた。こうして得られた試料１〜９を用い、図１に示
す装置により内面溝付伝熱管の製造を行った。その際、
溝付ロール１４のロール圧下力は、試料の硬度に応じて
経験的に最も良好な転造結果が得られる圧下力に設定し
た。また、溝付ロール１４および平滑ロール１６の外周
面粗さは、０．８３μｍＲａとした。

【００３５】目的とする内面溝付伝熱管の形状は、以下
の通りである。 外径：φ９．５２ｍｍ フィンを除いた金属管の肉厚：０．３０ｍｍ フィンの管内周面からの高さ：０．２６ｍｍ 管断面におけるフィンの本数（条数）：６５ フィンの両側面のなす角度（頂角）：２０゜ フィンの管軸に対する螺旋角（リード角）：１８゜

【００３６】結果を表１に示す。「合否」とは転造され
たフィンの形状が目標値を満たしているか否かを示して
いる。

【００３７】

【表１】

【００３８】表１から明らかなように、加工硬化させた
試料３〜７においては、目標形状に近い良好な転造結果
が得られた。一方、加工硬化させていない試料１，２で
は材料が水平方向に流れて十分に高いフィンが形成でき
なかった。また、過剰に加工硬化させた試料８，９で
も、十分に高いフィンが形成できなかった。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明に係る内面
溝付伝熱管の製造方法は、冷間圧延により加工硬化させ
た板条材を使用するから、フィン形成ロールによりフィ
ンを転造する際に、板条材と平行な方向へ材料が過剰に
流れることが防止でき、フィン形成ロールの転造溝内へ
の材料進入を容易化して、細く高いフィンを形成するこ
とが可能となる。したがって、熱交換性能の優れた内面
溝付伝熱管を効率よく製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内面溝付伝熱管の製造方法の一実
施形態に使用される装置を示す側面図である。

【図２】同装置のフィン形成ロール周辺を示す側面図で
ある。

【図３】同装置のフィン形成ロール周辺を示す正面図で
ある。

【図４】同装置のフィン形成ロールを示す縦断面図であ
る。

【図５】同装置のフィン形成ロールによるフィン転造状
態を示す断面拡大図である。

【図６】本発明の方法により得られる内面溝付伝熱管の
一例を示す断面図である。

【図７】従来の方法の問題点を示すフィン転造状態を示
す断面拡大図である。

【符号の説明】

１，Ｐ 伝熱管 ２ フィン ３ 螺旋溝 ４ 溶接部 ５ フィン無し部分 Ｔ 加工硬化された板条材 Ｓ１，Ｓ２ 板条材の両面 １４ 溝付ロール（フィン形成ロール） １６ 平滑ロール（フィン形成ロール） ２０ フォーミングロール ４０ 転造溝 ４２ 突条部 α 転造溝の両側面のなす角度 Ｄ 転造溝の深さ Ｗ 転造溝の開口幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永原 孝太郎 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸銅 株式会社若松製作所内 (72)発明者 幸野 晴夫 福島県会津若松市扇町128の７ 三菱伸銅 株式会社若松製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 銅または銅合金製の素材を冷間圧延によ
   り加工硬化させて板条材を作成する工程と、 前記加工硬化させた板条材を走行させつつ、少なくとも
   一対のフィン形成ロール間を通して、前記板条材の少な
   くとも一面にフィンを形成するフィン形成工程と、 前記フィンが形成された板条材を、複数のフォーミング
   ロールを通して管状に成形する管成形工程と、 管状に成形された前記板条材の両端縁を加熱したうえ突
   き合わせて溶接する溶接工程とを具備することを特徴と
   する内面溝付伝熱管の製造方法。
2. 【請求項２】 前記フィン形成工程により、前記加工硬
   化した板条材の初期厚さの４０％以上の高さを有するフ
   ィンを形成することを特徴とする請求項１記載の内面溝
   付伝熱管の製造方法。
3. 【請求項３】 前記フィン形成工程に先立ち、前記板条
   材の両面の表面粗さを０．０５〜０．３０μｍＲａにす
   ることを特徴とする請求項１または２記載の内面溝付伝
   熱管の製造方法。
4. 【請求項４】 前記素材の材質として脱酸銅を使用する
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内面
   溝付伝熱管の製造方法。
5. 【請求項５】 前記加工硬化された板条材のビッカース
   硬度が６５〜１５０Ｈｖであることを特徴とする請求項
   １〜４のいずれかに記載の内面溝付伝熱管の製造方法。