JPH09257382A

JPH09257382A - 伝熱管およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09257382A
Application number: JP8064668A
Authority: JP
Inventors: Kotaro Tsuri; 弘太郎釣; Hidemitsu Kameoka; 秀光亀岡; Takeshi Isobe; 剛磯部; Takeshi Nishizawa; 武史西澤; Masanori Ozaki; 正則尾崎
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-10-03
Anticipated expiration: 2016-03-21
Also published as: JP3050795B2

Abstract

(57)【要約】【課題】伝熱管外面での吸収液の広がりを十分にさせ
ると同時に、吸収液膜の撹乱作用を吸収液の流下する下
方向（管軸方向に直角な方向）にも、管軸方向にも十分
に促進させる伝熱管およびその伝熱管の製造方法を提供
する。【解決手段】管内の流体と管外の流体との間で熱交換
する伝熱管１であって、伝熱管１の管外周面には管軸Ｚ
に対するねじれ角θの方向が同じで、ねじれ角θ1 、θ
2 の異なる少なくとも２種類の螺旋溝Ｍ1 、Ｍ2 を有
し、ねじれ角θ1 、θ2 は３゜〜８０゜の範囲である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷水製造用の吸収
式冷凍機や空調用吸収ヒートポンプなどの吸収器、再生
器あるは蒸発器に使用される伝熱管とその製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸収式冷凍機や空調用吸収ヒートポンプ
などの吸収器は、多数の伝熱管が水平に複数列、複数段
に配列されて構成されている。これら伝熱管群の上部よ
り、例えば臭化リチウム水溶液のような吸収液を散布す
る。この散布された吸収液が伝熱管外表面を流下する間
に、蒸発器から発生した冷媒蒸気を吸収すると同時に、
吸収反応によって生じる熱を伝熱管内を流れる冷却水と
熱交換する構造になっている。したがって、冷媒蒸気を
吸収する際の物質移動現象を促進させることは吸収器の
高性能化に不可欠である。臭化リチウム水溶液が冷媒蒸
気を吸収する際に図１２に示すように吸収液膜Ａと冷媒
蒸気Ｂとの界面において物質移動が行われる。吸収液膜
Ａの表面層Ａa 即ち吸収液膜Ａと冷媒蒸気Ｂとの界面層
では冷媒蒸気Ｂを吸収するために、伝熱管Ｃ表面に近い
吸収液膜Ａの内部層Ａb よりも濃度が薄い。すなわち、
冷媒蒸気Ｂの吸収促進には伝熱管Ｃ上での吸収液膜Ａの
撹乱が必要である。

【０００３】このため、実用化されている臭化リチウム
水溶液を使用する吸収式冷凍機や空調用吸収ヒートポン
プは、臭化リチウム水溶液に数十〜数百ｐｐｍのｎ−オ
クチルアルコールや２−エチル−１−ヘキサノール等の
界面活性剤を添加して冷媒蒸気吸収時にマランゴニー対
流と呼ばれる吸収液膜の撹乱作用を発生させる。このマ
ランゴニー対流により吸収液の冷媒蒸気吸収能力を向上
させる方法が取られることが一般的である。こうしたこ
とから吸収器用伝熱管の高性能化には、伝熱管外面上で
吸収液が冷媒蒸気を吸収する際に生じる吸収液膜のマラ
ンゴニー対流による撹乱を効率的に促進させることが必
要である。

【０００４】この吸収液の撹乱作用を促進させる効果を
ねらったものとして、実開昭５７−１００１６１号公報
が提案されている。実開昭５７−１００１６１号公報の
マイクロフィルムに記載されている伝熱管は、「管表面
に細かな螺旋溝を加工」したものである。この伝熱管
は、螺旋溝に沿って伝熱管表面に吸収液を広げると同時
に、その螺旋溝の凹凸によって吸収液膜の撹乱作用を促
進させようとしたものである。

【０００５】また、吸収液の撹乱作用を促進させる効果
をねらったものとして、実開昭６４−３５３６８号公報
が提案されている。実開昭６４−３５３６８号公報のマ
イクロフィルムに記載されている伝熱管は、「管の外面
に螺旋溝を有し、且つ逆方向にねじれる第２の螺旋溝を
有し、螺旋溝の交差による突起を有する。」ものであ
る。この伝熱管は、螺旋溝の交差による突起に吸収液膜
がぶつかることで吸収液膜の撹乱作用の促進をねらって
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実開昭
５７−１００１６１号公報のマイクロフィルムに記載さ
れている伝熱管においては、図１３（イ）に示すように
吸収液膜Ａ1 が伝熱管Ｃ1 外面で螺旋溝Ｖ1 によって広
がることになるが、螺旋溝Ｖ1 が直線的であるために吸
収液膜Ａ1 の撹乱は不十分であるという問題があった。

【０００７】また、実開昭６４−３５３６８号公報のマ
イクロフィルムに記載されている伝熱管においては、図
１３（ロ）に示すように吸収液膜Ａ2 がある突起Ｅ1 に
ぶつかり撹乱作用が発生しても、２つの螺旋溝Ｖ2 、Ｖ
3 が管軸方向に対して互いに逆方向にねじれて交差して
いるので、この突起Ｅ1 と隣接する突起Ｅ2 で発生した
吸収液膜Ａ3 の撹乱がぶつかりあってしまう。このため
に吸収液膜Ａ2 、Ａ3の撹乱作用を管軸方向に持続させ
ながら効果的に促進させることができず、吸収液膜Ａ2
、Ａ3 は伝熱管Ｃ2 上に長時間保持されにくいといっ
た問題があった。

【０００８】本発明は上記の課題を解決し、伝熱管外面
での吸収液の広がりを十分にさせると同時に、吸収液膜
の撹乱作用を吸収液の流下する下方向（管軸方向に直角
な方向）にも、管軸方向にも十分に促進させる伝熱管お
よびその伝熱管の製造方法を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するために以下のような手段を有している。

【００１０】本発明のうち請求項１の伝熱管は、管内の
流体と管外の流体との間で熱交換する伝熱管であって、
前記伝熱管の管外周面には管軸に対するねじれ角の方向
が同じで、ねじれ角の異なる少なくとも２種類の螺旋溝
を有し、前記螺旋溝のねじれ角は３゜〜８０゜の範囲で
あることを特徴とする。

【００１１】請求項１の伝熱管において、少なくとも２
種類の螺旋溝のねじれ角の交差角は１０゜より大きいこ
とが望ましい。

【００１２】また、請求項１の伝熱管において、螺旋溝
の溝深さが０．１〜１．５ｍｍの範囲であり、周方向の
ピッチが０．２５〜１０ｍｍの範囲であることが望まし
い。

【００１３】本発明のうち請求項２の伝熱管は、少なく
とも２種類の螺旋溝のうち少なくとも１つの螺旋溝の溝
深さあるいは周方向のピッチのどちらか一方もしくは両
方が、他の螺旋溝のそれとは異なることを特徴とする。

【００１４】請求項２の伝熱管において、少なくとも２
種類の螺旋溝のうち溝深さが最も大きい螺旋溝は溝深さ
が０．３〜１．５ｍｍの範囲であり、周方向のピッチが
０．８〜５．０ｍｍの範囲であり、他の螺旋溝は溝深さ
が０．１〜０．７ｍｍの範囲であり、周方向のピッチが
０．２５〜２．０ｍｍの範囲であることが望ましい。

【００１５】請求項１または請求項２の伝熱管におい
て、螺旋溝のねじれ角が最小である螺旋溝はねじれ角が
３゜〜３０゜の範囲であることが望ましい。

【００１６】本発明のうち請求項３の伝熱管は、螺旋溝
のねじれ角が最小である螺旋溝の少なくともその溝深さ
が他の螺旋溝のそれよりも大きいことを特徴とする。

【００１７】本発明のうち請求項４の伝熱管は、管内周
面に、管外周面に形成された溝深さの大きさが最も大き
い螺旋溝の凹凸形状に、対応した凸凹形状の螺旋条を有
することを特徴とする。

【００１８】本発明のうち請求項５の伝熱管の製造方法
は、外周面が平滑な素管の外周面上に、所定の螺旋溝形
状を有する複数種類の駒またはロールなどの転造工具を
押しつけながら回転させて、前記素管の外周面上に、管
軸に対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ角の異なる
少なくとも２種類以上の螺旋溝を１工程で形成すること
を特徴とする。

【００１９】本発明のうち請求項６の伝熱管の製造方法
は、内周面が平滑な素管に対して、管の外周面に形成さ
れる溝深さの大きさが最も大きい螺旋溝の凹凸形状に対
応した凸凹形状を内周面に形成するプラグを管の内側に
いれて加工することを特徴とする。

【００２０】本発明の請求項１の伝熱管によれば、管外
周面に管軸に対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ角
の異なる少なくとも２種類の螺旋溝を有しているので、
例えばこの伝熱管を水平に配置する吸収器に使用した場
合、少なくとも２種類の螺旋溝で囲まれた突起が管外周
面に多数形成されるので、吸収液膜がその突起にぶつか
って撹乱作用がより促進させられる。同時に、少なくと
も２種類の螺旋溝は管軸方向に対して同じ方向にねじれ
ているので、いくつかの突起にぶつかって撹乱された吸
収液膜は螺旋溝の交差部分を横切りながら、伝熱管外面
での吸収液の広がりを十分にさせると同時に、吸収液膜
の撹乱作用を吸収液の流下する下方向（管軸方向に直角
な方向）にも十分に促進させる。

【００２１】また、螺旋溝のねじれ角は３゜〜８０゜の
範囲であるので、吸収液膜の撹乱作用に対して適した範
囲となっている。例えば、螺旋溝のねじれ角が３゜より
も小さいねじれ角では、吸収液膜の流れがその溝に沿っ
て左右に生じ、吸収液膜同志がぶつかり合って一定の方
向に安定して広げることができず、吸収液膜の攪乱作用
も管軸方向に促進させにくくなる。また、例えば螺旋溝
の管軸方向に対するねじれ角が８０°よりも大きくなる
と、吸収液膜の管軸方向への動きに対して螺旋溝と螺旋
溝の間の突起が妨げとなり、吸収液膜の攪乱作用が管軸
方向に促進されにくくなる。

【００２２】本発明の請求項１の伝熱管において、少な
くとも２種類の螺旋溝のねじれ角が近すぎると螺旋溝に
囲まれる突起が形成できなくなり、突起による吸収液膜
の撹乱作用促進の効果が得られなくなるので、上記ねじ
れ角の交差角は１０°より大きくすることが好ましい。
例えば３種類の螺旋溝を有する伝熱管の場合には、１５
°程度の差をつけて、管軸方向に対するねじれ角を、１
５°、３０°、４５°と設定すると螺旋溝に囲まれて形
成される突起が規則正しく整然となり、突起による吸収
液膜の撹乱作用促進の効果が十分に得られる。

【００２３】また、本発明の請求項１の伝熱管におい
て、螺旋溝の溝深さが０．１〜１．５ｍｍの範囲であ
り、周方向のピッチが０．２５〜１０ｍｍの範囲である
と、次のような理由により最適な範囲となっている。螺
旋溝の溝深さと周方向のピッチが前記範囲よりも小さけ
れば、突起による吸収液膜の攪乱作用促進効果が小さ
く、前記範囲よりも大きければ、吸収液膜が突起を乗り
越えて管外周面に広がりにくい。

【００２４】本発明の請求項２の伝熱管によれば、少な
くとも２種類の螺旋溝のうち少なくとも１つの螺旋溝の
溝深さあるいは周方向のピッチの内、どちらか一方もし
くは両方が、他の螺旋溝のそれとは異なっているので次
のように作用する。伝熱管外周面の突起の大きさがラン
ダムとなり吸収液膜の厚さに差を生じさせることができ
る。その結果、吸収液膜に表面張力の差をつけることが
できてマランゴニー対流を促進させ、複数の螺旋溝の大
きさが同じときよりも吸収液膜の撹乱作用がより促進さ
れ、より高効率な熱交換が行われるようになる。

【００２５】本発明の請求項２の伝熱管において、少な
くとも２種類の螺旋溝のうち溝深さが最も大きい螺旋溝
は溝深さが０．３〜１．５ｍｍの範囲であり、周方向の
ピッチが０．８〜５．０ｍｍの範囲であり、他の螺旋溝
は溝深さが０．１〜０．７ｍｍの範囲であり、周方向の
ピッチが０．２５〜２．０ｍｍの範囲であると、伝熱管
外周面に形成される突起が吸収液膜の厚さに対して最適
な差を生じさせることができる。その結果、吸収液膜に
表面張力の差をつけることができてマランゴニー対流を
より促進させ、複数の螺旋溝の大きさが同じときよりも
吸収液膜の撹乱作用がより促進され、より高効率な熱交
換が行われるようになる。

【００２６】本発明の請求項１または請求項２の伝熱管
において、ねじれ角が最小である螺旋溝のねじれ角を３
゜〜３０゜の範囲とすることにより、より安定して吸収
液膜を管軸方向に広げることができる。

【００２７】本発明の請求項３の伝熱管によれば、螺旋
溝のねじれ角が最小である螺旋溝の少なくとも溝深さが
他の螺旋溝のそれよりも大きいので、吸収液膜が管軸方
向に広がり易くなる。その結果、吸収液膜の撹乱作用も
管軸方向により促進され、更に高効率な熱交換が行われ
る。

【００２８】本発明のうち請求項４の伝熱管は、管外周
面に形成された最も溝深さの大きい螺旋溝の凹凸形状
に、対応した凸凹形状の螺旋条を管内周面に有している
ので、管内側を流れる、例えば冷却水に乱流効果を与え
ることができ、管内側の性能も向上できる。また、管内
側の余分な肉厚部分をなくして管の肉厚を管周方向にで
きる限り均一にすることとなり、全体としての重量が減
少できるので、コスト低減にも有効となる。

【００２９】本発明のうち請求項５の伝熱管の製造方法
によれば、外周面が平滑な素管の外周面上に、所定の螺
旋溝形状を有する複数種類の駒またはロールなどの転造
工具を押しつけながら回転させて２種類以上の螺旋溝を
１工程で形成するので、段取り替え等の時間や手間が省
略され生産性が向上する。

【００３０】本発明のうち請求項６の伝熱管の製造方法
によれば、内周面が平滑な素管に対して、管の外周面に
形成される溝深さの大きさが最も大きい螺旋溝の凹凸形
状に対応した凸凹形状を内周面に形成するプラグを管の
内側にいれて加工するので、このように形成された伝熱
管は管内側を流れる、例えば冷却水に乱流効果を与える
ことができ、管内側の性能も向上できる。また、管内側
の余分な肉厚部分をなくして管の肉厚を管周方向にでき
る限り均一にすることとなり、全体としての重量が減少
できるので、コスト低減にも有効となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下に本発明を実施の形態により
詳細に説明する。（実施例１）図１は本発明の伝熱管の一実施例を示す斜
視図である。図１の伝熱管１は外周面に２種類の螺旋溝
Ｍ1 、Ｍ2 を有したもので、螺旋溝Ｍ1 、Ｍ2 は管軸Ｚ
に対するねじれ角θ1 、θ2 の方向が同じで、ねじれ角
θ1 、θ2 の大きさが異なっている。なお、本明細書に
おいて螺旋溝を図示する場合、図示の都合上螺旋溝は一
本の直線で表示している。また溝深さが深い螺旋溝は太
く表示している。螺旋溝を図示している図面は図３を除
いて全て同様である。また、２種類の螺旋溝Ｍ1 、Ｍ2
はその溝深さと周方向のピッチが同じである。

【００３２】上記のように、本実施例の伝熱管は管外周
面に管軸に対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ角の
異なる少なくとも２種類の螺旋溝を有しているので、例
えばこの伝熱管を水平に配置する吸収器に使用した場
合、図１３の（ハ）に示すように少なくとも２種類の螺
旋溝Ｍ1 、Ｍ2 で囲まれた突起Ｅ0 が管外周面に多数形
成されるので、吸収液膜がその突起Ｅ0 にぶつかって撹
乱作用がより促進させられる。同時に、少なくとも２種
類の螺旋溝Ｍ1 、Ｍ2 は管軸方向に対して同じ方向にね
じれているので、いくつかの突起Ｅ0 にぶつかって撹乱
された吸収液膜Ａ0 は螺旋溝の交差部分を横切りながら
伝熱管外面での吸収液の広がりを十分にさせると同時
に、吸収液膜Ａ0 の撹乱作用を吸収液の流下する下方向
（管軸方向に直角な方向）にも十分に促進させる。

【００３３】（実施例２）図２は本発明の伝熱管の他の
実施例を示す斜視図である。図２の伝熱管１Ａは外周面
に２種類の螺旋溝Ｍ3 、Ｍ4 を有したもので、螺旋溝Ｍ
3 、Ｍ4 は管軸Ｚに対するねじれ角θ3 、θ4 の方向が
同じで、螺旋溝Ｍ3 のねじれ角θ3 はねじれ角θ4 より
小さくなっている。また螺旋溝Ｍ3 はその溝深さと周方
向のピッチが螺旋溝Ｍ4 の溝深さと周方向のピッチより
も大きくなっている。

【００３４】（実施例３）図３は本発明の伝熱管の他の
実施例を示す主要部の拡大断面図である。図３の伝熱管
１Ｂは外周面に２種類の螺旋溝Ｍ5 、Ｍ6 を有したもの
で、螺旋溝Ｍ5 、Ｍ6 は管軸に対するねじれ角の方向が
同じで、螺旋溝Ｍ5 のねじれ角は螺旋溝Ｍ6 のねじれ角
より小さくなっている。また螺旋溝Ｍ5 はその溝深さＨ
1 と周方向のピッチＰ1 が螺旋溝Ｍ4 の溝深さＨ2 と周
方向のピッチＰ2 よりも大きくなっている。図３におい
て、符号Ｄ0 は伝熱管１Ｂの外径である。

【００３５】（実施例４）図４は本発明の伝熱管のその
他の実施例を示す斜視図である。図４の伝熱管１Ｃは実
施例２の伝熱管と同様に外周面に２種類の螺旋溝Ｍ7 、
Ｍ8 を有したもので、螺旋溝Ｍ7 、Ｍ8 は管軸Ｚに対す
るねじれ角θ7 、θ8 の方向が同じで、螺旋溝Ｍ7 のね
じれ角θ7 は螺旋溝Ｍ8 より小さくなっている。また螺
旋溝Ｍ7 はその溝深さと周方向のピッチが螺旋溝Ｍ8 の
溝深さと周方向のピッチよりも大きくなっている。本実
施例の特徴は伝熱管の内周面にある。内周面には、外周
面に形成された螺旋溝Ｍ7 に対応した位置に螺旋溝Ｍ7
に対応した形状の螺旋条Ｎが形成されていることであ
る。上記各実施例において外周面に形成された螺旋溝は
ねじれ角が２種類の場合について例示したが螺旋溝は２
種類に限るものではなく、２種類以上で螺旋溝が交差し
て突起を形成できればよいのである。本発明の伝熱管の
製造方法について以下に説明する。

【００３６】（実施例５）図５は、溝断面形状が三角形
の螺旋溝を加工する場合の駒を示すもので、駒Ｋの外周
面に斜めに断面形状が三角形の凸条Ｔ1 が形成されてい
る。上記のような駒を図６に示すように、外面が平滑な
素管Ｓの外周面に対し管軸Ｚ方向に一定間隔に所定の螺
旋溝の種類数、本実施例にあっては２種類の螺旋溝Ｍ7
、Ｍ8 を加工するための所望の形状の凸条Ｔ1 、Ｔ2
が形成されている駒Ｋ1 、Ｋ2 を同一円周上に複数個本
実施例にあっては３個配置する。素管Ｓの内面には外面
が平滑なプラグＰＬを入れておき、それぞれの駒Ｋ1 、
Ｋ2 を外周面に押しつけながら素管Ｓの外周上を回転さ
せて、素管Ｓを矢印Ｙの方向に引き抜くことにより管軸
Ｚに対するねじれ角θ9 、θ10の方向が同じで、且つね
じれ角θ9 、θ10の異なる２種類の螺旋溝Ｍ9 、Ｍ10を
有する伝熱管を製造する。

【００３７】図６の例では、２種類の駒Ｋ1 、Ｋ2 は素
管Ｓの加工方向に並ぶものを同一円周上に配置して同時
に押しつけているが、それぞれを分離して別々に押しつ
けても良い。図６の例では、１種類の螺旋溝を形成する
のに必要な駒の数は３個としているが、その望ましい個
数は３〜４個である。駒数が２個以下では素管の引き抜
き速度を下げなければ溝部が形成されにくくなり生産性
が悪くなる。また、５個以上では駒の配置空間が大きく
なり製造設備が大きくなりすぎてしまう。

【００３８】さらに、３種類以上の螺旋溝を加工する場
合には、加工する螺旋溝の数の種類の駒を管軸方向に一
定間隔で配置し、且つ１種類の螺旋溝加工用の駒を３個
もしくは所定数配置することにより前述と同様にして製
造できる。本発明の伝熱管を吸収器などに使用する場
合、拡管装着や伝熱管のたわみを防止する金具を取付る
ために、伝熱管の外面両端や中間部に平滑面を設ける必
要がある。この平滑部を形成するには、所定の長さ螺旋
溝を加工した後、駒を素管外面から離すことによって平
滑面のままの未加工部を設けることができる。また、螺
旋溝の溝深さと周方向のピッチに差をつける場合には、
溝深さの大きな方の螺旋溝を先に加工するように駒を配
置する。小さな螺旋溝を加工してから大きな螺旋溝を加
工すると、先に加工した小さな螺旋溝が大きな螺旋溝の
加工時につぶれてしまい、螺旋溝の間に形成される突起
が形成され難くなるからである。

【００３９】（実施例６）図７は本発明の伝熱管を製造
する他の実施例を示すものである。外面が平滑な素管Ｓ
の外周面に対し管軸Ｚ方向に一定間隔で所定の螺旋溝の
種類数、本実施例にあっては２種類の螺旋溝Ｍ11、Ｍ12
を加工するための所望の形状の凸条Ｔ3 、Ｔ4 が形成さ
れているロールＲ1 、Ｒ2 を同一周面上に複数個、本実
施例にあっては３個、管軸Ｚから一定の角度をもたせて
配置する。２種類のロールＲ1 およびロールＲ2 を３方
向から素管Ｓの外周面に押しつける。また、素管Ｓの内
側には、外面が平滑なプラグＰＬを差し込んでおく。２
種類のロールＲ1 、Ｒ2 自体を回転させながら素管Ｓの
外周面に押しつけ螺旋溝Ｍ11、Ｍ12を形成する。

【００４０】螺旋溝Ｍ11、Ｍ12を形成する推進力で素管
Ｓが回転しながら送り出されることで２種類の螺旋溝Ｍ
11、Ｍ12を有した伝熱管が製造できる。ロール自体の回
転は、少なくとも１つのロールを駆動させれば良い。１
つのロールが回転すればその推進力で素管Ｓが加工方向
に進むので、他のロールは素管Ｓの外周面に押しつける
だけで螺旋溝を形成しながら回転する。この製造方法に
より、３種類以上の螺旋溝を有する伝熱管を製造する場
合は、螺旋溝の種類の数のロールを所定の間隔を有して
配置することにより一工程で必要とする本数の螺旋溝を
有する伝熱管を製造できる。

【００４１】（実施例７）図８は本発明の伝熱管を製造
するその他の実施例を示すものである。図８に示す伝熱
管の製造方法は螺旋溝の溝深さが全て同じで、ねじれ角
の異なる伝熱管を製造する際に適用できるものである。
外面が平滑な素管Ｓの外周面に対し、螺旋溝Ｍ13を加工
するための所望の形状の凸条Ｔ5 が形成されているロー
ルＲ3 と、螺旋溝Ｍ14を加工するための所望の形状の凸
条Ｔ6 が形成されているロールＲ4 を同一円周上に配置
する。２種類のロールの内ロールＲ3 を２個およびロー
ルＲ4 を１個として３方向から素管Ｓの外周面に押しつ
ける。２種類のロールＲ3 、Ｒ4 自体を回転させながら
素管Ｓの外周面に押しつけ溝深さが同じ螺旋溝Ｍ13、Ｍ
14を形成する。

【００４２】本実施例の場合、螺旋溝を加工するための
所望の形状の凸条が形成されているロールを使用した
が、ロールの代わりに図５に示す駒を、例えば２種類素
管の同一円周上に配置することによっても素管の外周面
に溝深さが同じ２種類の螺旋溝を形成することができ
る。このように素管の同一円周上に螺旋溝を加工する転
造工具を配置すれば、転造工具の配置空間が減少され製
造設備の小型化に有効である。ただし、この転造工具の
配置では、溝深さの異なる複数の螺旋溝を形成すること
は難しい。深さの異なる螺旋溝が交互に形成されること
になり、螺旋溝で囲まれた突起が形成されにくくなるか
らである。

【００４３】（その他の実施例）上述の実施例５ないし
実施例７の伝熱管は内周面は平滑面となっているが、図
４に示すように外周面に形成された螺旋溝Ｍ5 に対応し
た位置に螺旋溝Ｍ5 に対応した形状の螺旋条Ｎが形成さ
れている伝熱管は、次のようにして製造することができ
る。上述の、例えば実施例５にあっては、素管Ｓの内側
には、外面が平滑なプラグＰＬを差し込んで素管Ｓの外
周面に螺旋溝を形成しているが、図９に示すように素管
Ｓの外周面に形成される螺旋溝Ｍ5 に対応した位置に螺
旋溝Ｍ5 に対応した形状の螺旋溝Ｌが外面に形成されて
いるプラグＰＬ1 を素管Ｓの内側にいれて、それぞれの
駒Ｋ1 （Ｋ2 ）を外周面に押しつけながら素管Ｓの外周
上を回転させることによって伝熱管の内周面に螺旋条Ｎ
が形成されている伝熱管が製造される。

【００４４】（性能試験）実施例５の製造方法で製造し
た表１〜表５に示す外径が１９．０５ｍｍφの伝熱管、
平滑管および実開昭５７−１００１６１号公報のマイク
ロフィルムに開示されている方法で製造した伝熱管（以
下比較伝熱管という）を図１０に示すような試験機によ
り吸収器に使用した場合の伝熱試験を行った。本発明の
伝熱管の製造に使用した駒は、駒外周上に所定の形状と
なる山部もしくは溝部を有し、厚さ６ｍｍ、直径１９．
０５ｍｍである。この駒を１種類の溝を形成するのに管
の円周上に３個配置し加工した。駒の素管円周上の回転
速度や素管の引き抜き速度は、加工する螺旋溝の形状に
大きく影響するが、１０００ｒｐｍ、３．０ｍ／ｍｉ
ｎ．程度である。

【００４５】本発明の伝熱管のサンプルの形状の有効性
を調査するために表１〜表５は以下のように分類してい
る。表１：２種類の螺旋溝を有し、その溝深さは固定し、管
軸に対するねじれ角を変化させたときの影響を調査する
実験。表２：２種類の螺旋溝を有し、管軸に対するねじれ角が
互いに異なるように固定し、その溝深さを互いに同じな
るように変化させたときの影響を調査する実験。表３：２種類の螺旋溝を有し、その溝深さと周方向のピ
ッチを互いに異なるように変化させたときの影響を調査
する実験。表４：３種類の螺旋溝を有する伝熱管の実験。表５：螺旋溝断面形状に関する実験。

【００４６】試験条件を以下に示す。吸収液：ＬｉＢｒ水溶液入口濃度：５８±０．５ｗｔ．％入口温度：４０±１ ℃ 流量：０．０１〜０．０４ｋｇ／ｍ・ｓ（単位長さ当たりの伝熱管の片側に流れる吸収液膜の質量流量）界面活性剤：オクチルアルコールを２５０ｐｐｍ添加吸収液散布装置孔径：１．５ｍｍ、間隔２４ｍｍ吸収器冷却水入口温度：２８±０．３ ℃ 流速：１．０ｍ／ｓ吸収器、蒸発器内圧力：１５±０．５ｍｍＨｇ伝熱管の配列：長さ５００ｍｍの伝熱管を上下方向へ５段１列

【００４７】図１０の試験機について簡単に説明する。
７４は蒸発器であり、内部には伝熱管７２を２列５段配
管し、上下の伝熱管７２を相互を連通してこれらに水を
通す。これらの伝熱管７２には散布パイプ７６より冷媒
（純水）を散布した。７３は吸収器であり、内部には試
験すべきサンプル管７１を１列５段配管する。上下のサ
ンプル管７１相互を連通してこれらに冷却水を通し、こ
れらのサンプル管７１には散布パイプ７５より吸収液
（臭化リチウム水溶液）を散布した。７７は希溶液槽
で、吸収器７３内で冷媒蒸気を吸収して希釈された吸収
液を溜めるものである。この希溶液槽７７内の吸収液を
濃溶液槽７８に供給し、この濃溶液槽７８で臭化リチウ
ムを加えて濃度調整し、濃度調整後の吸収液を、ポンプ
８０により配管７９、散布パイプ７５を通じてサンプル
管７１へ散布した。以上の試験機の試験による結果か
ら、本発明の伝熱管の各サンプルの管外熱伝達率を計算
した。

【００４８】（伝熱性能測定結果）各サンプルの伝熱性
能測定結果として、表１〜表５に吸収液膜流量０．０２
ｋｇ／ｍ・ｓでの管外熱伝達率で、従来伝熱管に対する
性能比を記載する。また、本発明の伝熱管の中で管外熱
伝達率の最も良かったサンプル３１に関しての管外熱伝
達率の算出結果を図１１に記載する。

【００４９】表１〜表５に示すように、少なくとも２種
類の螺旋溝のねじれ角が３〜８０°の範囲に形成されて
いる本発明の伝熱管は、従来伝熱管より管外熱伝達率が
優れている。

【００５０】

【表１】

【００５１】

【表２】

【００５２】

【表３】

【００５３】

【表４】

【００５４】

【表５】

【００５５】特に、表１に注目すれば、ねじれの小さい
方の螺旋溝の管軸に対するねじれ角を３゜〜６０゜の範
囲に、ねじれの大きな方の螺旋溝のそれを８０゜以下に
設定すれば、比較伝熱管よりも管外熱伝達率で５％以上
向上した。また、表２に注目すれば、螺旋溝の溝深さを
０．１〜１．５ｍｍの範囲に、螺旋溝の溝ピッチを０．
２〜１０ｍｍの範囲に設定した場合、比較伝熱管よりも
管外熱伝達率で５％以上向上したことがわかる。

【００５６】さらに、表３に注目すれば、一方の螺旋溝
の溝深さあるいは周方向のピッチの内、どちらか一方も
しくは両方の大きさを、他方の螺旋溝のそれよりも大き
くすることで、螺旋溝の溝深さおよび周方向のピッチが
同じ組み合わせである場合よりも、さらに管外熱伝達率
が向上したことがわかる。特に、溝深さが最も大きい螺
旋溝の溝深さを０．３〜１．５ｍｍの範囲に、周方向の
ピッチを０．８〜５．０ｍｍの範囲に設定し、且つ他方
の螺旋溝の溝深さを０．１〜０．７ｍｍの範囲に、周方
向のピッチを０．５〜２．０ｍｍの範囲に設定すれば、
比較伝熱管（サンプル２５：ねじれ角同一）よりも管外
熱伝達率で１０％以上向上したことがわかる。

【００５７】さらにまた、表３のサンプル３０〜３５に
注目すれば、管軸に対するねじれ角が小さい螺旋溝の少
なくとも溝深さを、他の螺旋溝のそれよりも大きくする
ことで、管軸に対せるねじれ角の大きいらせん溝の溝深
さを大きくした場合よりもさらに管外熱伝達率が向上し
たことがわかる。特に、サンプル３０〜３５の中で、最
小ねじれの螺旋溝のねじれ角を３０゜以下に設定するこ
とで、比較伝熱管よりも管外熱伝達率で１５％以上向上
したことがわかる。また、サンプル３１とサンプル３６
は管外面形状が同じであるので管外熱伝達率は同じであ
るが、管の内面が管の外面に形成された溝深さと周方向
のピッチの大きい螺旋溝の凹凸形状に対応した凸凹形状
となっているので、加工に用いた素管の肉厚が薄くても
加工できた。また、表４に記載のサンプル実験から管外
面に３種類の螺旋溝を形成した場合でも、同様の性能向
上が得られたことがわかる。また、表５に記載のサンプ
ル実験から螺旋溝の断面形状がどの様な場合でも、吸収
液膜撹乱作用が得られたことがわかる。

【００５８】（滴下液膜式再生器への使用）以上の説明
は、本発明の伝熱管を吸収式冷凍機の熱交換器の内、吸
収器に使用した例について行ってきた。ところで、滴下
液膜式再生器の場合には、吸収器と同様に伝熱管管群が
水平に取り付けられ、吸収器内で冷媒蒸気を吸収し薄く
なった希溶液が伝熱管外表面に滴下される。同時に、伝
熱管内部に温水もしくは水蒸気が流され、希溶液を伝熱
管外表面で沸騰させ濃度を濃くする（元に戻す）作用が
なされる。したがって、伝熱管外表面での吸収液の広が
りや吸収液膜の撹乱作用には、吸収器に使用された伝熱
管と同様の効果が要求されている。このことから、本発
明の伝熱管による吸収液の広がりと吸収液膜の撹乱作用
は、滴下液膜式再生器用伝熱管として使用しても効果的
である。

【００５９】（蒸発器への使用）本発明の伝熱管は蒸発
器用伝熱管としても有効である。吸収式冷凍機の蒸発器
では、吸収器および蒸発器と同様に伝熱管群が取り付け
られ、伝熱管外面に純水などの冷媒が適下され、伝熱管
内には水が流される。蒸発器内は減圧されており、冷媒
が伝熱管外面で蒸発する。その時、冷媒が蒸発潜熱とし
て管内を流れる水から熱を奪い、所望の冷水が得られ
る。そのため、伝熱管の外面を流下する冷媒が広がり易
くなる形状であることと、その外表面での伝熱面積の増
加が要求される。本発明の『管外面に管軸方向に同じ向
きにねじれた、２種類もしくはそれ以上の螺旋溝を有す
る伝熱管』を蒸発器用伝熱管に使用した場合、複数の螺
旋溝が管軸方向に同じ方向にねじれているので冷媒がそ
れら螺旋溝に沿って伝熱管外面に均一に広げられる。同
時に螺旋溝の突起によって伝熱面積も増加しているの
で、高い伝熱性能が得られる。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の伝熱管およ
びその製造方法によれば、伝熱管外面での吸収液の広が
りを十分にさせると同時に、吸収液膜の撹乱作用を吸収
液の流下する下方向（管軸方向に直角な方向）にも、管
軸方向にも十分に促進させる形状を持たせ、吸収液膜の
撹乱作用をより促進させる形状となっているので、より
高性能の伝熱管となり、冷凍機の小型化および高性能化
に寄与することができる。

【００６１】本発明の請求項１の伝熱管によれば、管外
周面に管軸に対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ角
の異なる少なくとも２種類の螺旋溝を有しているので、
例えばこの伝熱管を水平に配置する吸収器に使用した場
合、少なくとも２種類の螺旋溝で囲まれた突起が管外周
面に多数形成されるので、吸収液膜がその突起にぶつか
って撹乱作用がより促進させられる。同時に、少なくと
も２種類の螺旋溝は管軸方向に対して同じ方向にねじれ
ているので、いくつかの突起にぶつかって撹乱された吸
収液膜は螺旋溝の交差部分を横切りながら管軸方向に促
進させる。

【００６２】また、螺旋溝のねじれ角が３゜〜８０゜の
範囲であるので、吸収液膜の撹乱作用がより促進させら
れる。その結果、高効率な熱交換が行われる。

【００６３】特に、少なくとも２種類の螺旋溝のねじれ
角の交差角を１０゜より大きくすると、少なくとも２種
類の螺旋溝に囲まれて突起が確実に形成されるので、突
起による吸収液膜の撹乱作用促進の効果が得られる。

【００６４】また、特に、螺旋溝の溝深さを０．１〜
１．５ｍｍの範囲に、周方向のピッチを０．２５〜１０
ｍｍの範囲にすると、突起による吸収液膜の攪乱作用促
進効果が大きく、吸収液膜が突起を乗り越えて管外周面
に十分に広がる。

【００６５】本発明の請求項２の伝熱管によれば、少な
くとも２種類の螺旋溝のうち少なくとも１つの螺旋溝の
溝深さあるいは周方向のピッチのどちらか一方もしくは
両方が、他の螺旋溝のそれとは異なっているので次のよ
うな効果がある。伝熱管外周面の突起がランダムとなり
吸収液膜の厚さに差を生じさせることができる。その結
果、吸収液膜に表面張力の差をつけることができてマラ
ンゴニー対流を促進させ、複数の螺旋溝の大きさが同じ
ときよりも吸収液膜の撹乱作用がより促進され、より高
効率な熱交換が行われるようになる。

【００６６】特に、少なくとも２種類の螺旋溝のうち溝
深さが最も大きい螺旋溝は溝深さが０．３〜１．５ｍｍ
の範囲であり、周方向のピッチが０．８〜５．０ｍｍの
範囲であり、他の螺旋溝は溝深さが０．１〜０．７ｍｍ
の範囲であり、周方向のピッチが０．２５〜２．０ｍｍ
の範囲であるようにすると、伝熱管外周面に形成される
突起が吸収液膜の厚さに対して最適な差を生じさせるこ
とができる。その結果、吸収液膜に表面張力の差をつけ
ることができてマランゴニー対流をより促進させ、複数
の螺旋溝の大きさが同じときよりも吸収液膜の撹乱作用
がより促進され、より高効率な熱交換が行われるように
なる。

【００６７】本発明の請求項１または請求項２の伝熱管
において、ねじれ角が最小である螺旋溝のねじれ角を３
゜〜３０゜の範囲とすることにより、より安定して吸収
液膜を管軸方向に広げることができる。

【００６８】本発明の請求項３の伝熱管によれば、螺旋
溝のねじれ角が最小である螺旋溝の少なくとも溝深さが
他の螺旋溝のそれよりも大きいので、吸収液膜が管軸方
向に広がり易くなる。その結果、吸収液膜の撹乱作用も
管軸方向により促進され、更に高効率な熱交換が行われ
る。

【００６９】本発明のうち請求項４の伝熱管は、管外周
面に形成された最も溝深さが大きい螺旋溝の凹凸形状
に、対応した凸凹形状の螺旋条を管内周面に有している
ので、管内側を流れる、例えば冷却水に乱流効果を与え
ることができ、管内側の性能も向上できる。また、管内
側の余分な肉厚部分をなくして管の肉厚を管周方向にで
きる限り均一にすることとなり、全体としての重量が減
少できるので、コスト低減にも有効となる。

【００７０】本発明のうち請求項５の伝熱管の製造方法
によれば、外周面が平滑な素管の外周面上に、所定の螺
旋溝形状を有する複数種類の駒またはロールなどの転造
工具を押しつけながら回転させて２種類以上の螺旋溝を
１工程で形成するので、段取り替え等の時間や手間が省
略され生産性が向上する。

【００７１】本発明のうち請求項６の伝熱管の製造方法
によれば、内周面が平滑な素管に対して、管の外周面に
形成される溝深さの大きさが最も大きい螺旋溝の凹凸形
状に相対した凸凹形状を内周面に形成するプラグを管の
内側にいれて加工するので、このように形成された伝熱
管は管内側を流れる、例えば冷却水に乱流効果を与える
ことができ、管内側の性能も向上できる。また、管内側
の余分な肉厚部分をなくして管の肉厚を管周方向にでき
る限り均一にすることとなり、全体としての重量が減少
できるので、コスト低減にも有効となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の伝熱管の一実施の形態を示す斜視図で
ある。

【図２】本発明の伝熱管の他の実施の形態を示す斜視図
である。

【図３】本発明の伝熱管の他の実施の形態を示す主要部
の拡大断面図である。

【図４】本発明の伝熱管の他の実施の形態を示す斜視図
である。

【図５】（イ）は本発明の伝熱管の製造方法に使用され
る駒の一実施の形態を示す正面図、（ロ）は（イ）の駒
の断面図である。

【図６】（イ）は本発明の伝熱管の製造方法の一実施の
形態を示す主要部の概要図、（ロ）は（イ）の側面を示
す概要図である。

【図７】（イ）は本発明の伝熱管の製造方法の他の実施
の形態を示す主要部の概要図、（ロ）は（イ）の側面を
示す概要図である。

【図８】（イ）は本発明の伝熱管の製造方法の他の実施
の形態を示す主要部の概要図、（ロ）は（イ）の側面を
示す概要図である。

【図９】本発明の伝熱管の製造方法の他の実施の形態を
示す主要部の側面を示す概要図である。

【図１０】本発明の伝熱管の性能を測定する試験機の概
要図である。

【図１１】本発明の一伝熱管の性能を示す関係図であ
る。

【図１２】伝熱管の外周面の臭化リチウム水溶液が冷媒
蒸気を吸収する際の吸収液膜と冷媒蒸気との界面状態を
示す説明図である。

【図１３】（イ）および（ロ）は従来の伝熱管の螺旋溝
と吸収液膜の流れを示す説明図、（ハ）は本発明の一伝
熱管の螺旋溝と吸収液膜の流れを示す説明図である。

【符号の説明】

１伝熱管Ｅ突起Ｈ溝深さＫ駒Ｍ螺旋溝Ｐ周方向のピッチＳ素管ＲロールＺ管軸 θ ねじれ角

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西澤武史東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者尾崎正則東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管内の流体と管外の流体との間で熱交換
する伝熱管であって、前記伝熱管の管外周面には管軸に
対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ角の異なる少な
くとも２種類の螺旋溝を有し、前記螺旋溝のねじれ角は
３゜〜８０゜の範囲であることを特徴とする伝熱管。
【請求項２】少なくとも２種類の螺旋溝のうち少なく
とも１つの螺旋溝の溝深さあるいは周方向のピッチの
内、どちらか一方もしくは両方が、他の螺旋溝のそれと
は異なることを特徴とする請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】螺旋溝のねじれ角が最小である螺旋溝の
少なくとも溝深さが他の螺旋溝のそれよりも大きいこと
を特徴とする請求項１または請求項２に記載の伝熱管。
【請求項４】管内周面に、管外周面に形成された溝深
さの大きさが最も大きい螺旋溝の凹凸形状に、対応した
凸凹形状の螺旋条を有することを特徴とする請求項１な
いし請求項３に記載の伝熱管。
【請求項５】外周面が平滑な素管の外周面上に、所定
の螺旋溝形状を有する複数種類の駒またはロールなどの
転造工具を押しつけながら回転させて、前記素管の外周
面上に、管軸に対するねじれ角の方向が同じで、ねじれ
角の異なる少なくとも２種類以上の螺旋溝を１工程で形
成することを特徴とする伝熱管の製造方法。
【請求項６】内周面が平滑な素管に対して、管の外周
面に形成される溝深さと周方向のピッチの大きさが最も
大きい螺旋溝の凹凸形状に対応した凸凹形状を内周面に
形成するプラグを管の内側にいれて加工することを特徴
とする請求項５に記載の伝熱管の製造方法。