JPH10211537A - 伝熱管及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 乱流効果により非共沸冷媒の沸騰を促進さ
せ、蒸発又は凝縮の際の熱伝達率をさらに向上させ得る
内面溝付き伝熱管を提供すること。 【解決手段】 金属管１の内面に、ともに管軸方向に不
連続な所定の長さの小さな多数の第１種の溝１０と第２
種の溝１１とを、管軸に対して螺旋状にかつ交互に形成
したことを特徴とする。金属管１を一定方向へ引抜きな
がら、第１の溝付きプラグ３０と適数の第１段加工ボー
ル５０とにより、所定幅の未加工部分である螺旋状平滑
部１２を残して、管内面に管軸方向に不連続な多数の小
さい所定長さの第１種の溝１０を螺旋状に形成し、次い
で、前記第２の溝付きプラグ３１と適数の第２段加工ボ
ール５１により、前記金属管１内面の前記螺旋状平滑部
１２へ管軸方向に不連続な多数の小さい所定長さの第２
種の溝１１を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般的には伝熱
管及びその製造方法に関するものであり、さらに具体的
には、空調機などの熱交換器に使用される内面溝付き伝
熱管及びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】冷凍機やルームエアコンなどの空調機用
熱交換器に使用される伝熱管には、伝熱性能を高めるた
め、内面に微細な多数の螺旋状の溝を形成した伝熱管が
使用されている。一方、伝熱管内に流通させる冷媒とし
て従来使用されていたフレオンＲ２２，Ｒ２１などは、
地球のオゾン層を破壊するので全廃される方向に推移し
ており、オゾン層を破壊しないフレオンＲ３２，Ｒ１３
４ａ，Ｒ１２５などの代替品に代りつつある。特に、こ
れらの冷媒を混合した「Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２
５」や、「Ｒ３２／Ｒ１２５」などの混合冷媒は、従来
のフレオンＲ２２などに近い特性を有し、しかも不燃性
であるため代替品として高く評価されている。しかしな
がら、「Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２５」や、「Ｒ３２
／Ｒ１２５」などの混合冷媒は、非共沸冷媒であって、
液化開始温度（露点）と気化開始温度（沸点）が異なる
ため、蒸発又は凝縮する際に、液相側に高沸点成分が濃
縮するとともに、気相側に低沸点成分が濃縮する。そし
て、この濃度差が拡散抵抗や熱抵抗を生じさせ、蒸発又
は凝縮の際における熱伝達率を低下させる。前述のよう
な非共沸冷媒の熱伝達率の低下を防止するため、沸騰型
伝熱管として、例えば特開平１−３１７６３７号公報で
開示されているように、管内面に管軸に対して逆方向の
リード角を有する螺旋状の溝を交差状に形成した、いわ
ゆる内面クロス溝付き管が提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記公開公報で提案さ
れている内面クロス溝付き伝熱管は、内面でクロスした
溝によって冷媒の乱流を活発化させ、これによって沸騰
を促進させるものであるが、全体として溝の形状変化が
微細であるため、一定以上の乱流効果を期待することは
できなかった。また、前記公報で開示されている伝熱管
は、第１の溝付きプラグと当該プラグに対して遊星回転
する加工ロール群又は加工ボール群とにより、管軸に対
して所定のリード角を有する多数の平行な第１の溝を管
内面に形成し、第２の溝付きプラグと当該プラグに対し
て遊星回転する加工ロール群又は加工ボール群とによ
り、管軸に対して逆方向のリード角を有する多数の平行
な第２の溝を管内面に形成することによって製造され
る。そして、第１の溝を加工することによって加工硬化
した金属管に、さらに第２の溝を加工するため、管外表
面に微細な割れが生じ易く、表面品質を低下させ易いと
いう課題があった。

【０００４】この発明の目的は、溝変化がより大きく、
冷媒の乱流をより活発化させることによって非共沸冷媒
の沸騰を促進させ、蒸発又は凝縮の際の熱伝達率をさら
に向上させることができる高品質の内面溝付き伝熱管を
提供することにある。この発明の他の目的は、前述のよ
うな目的が達成される伝熱管をより効率的に製造するこ
とができる製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明による伝熱管及
びその製造方法は、前述の課題を解決するため以下のよ
うに構成したものである。すなわち、請求項１に記載の
伝熱管は、金属管１の内面に、管軸に対するリード角，
溝形状，溝ピッチ又は溝寸法のいずれか一つ以上を異に
し、ともに管軸方向に不連続な所定の長さの小さな多数
の第１種の溝１０と第２種の溝１１とを、管軸に対して
螺旋状にかつ交互に形成したことを特徴としている。

【０００６】請求項２に記載の伝熱管の製造方法は、第
１の溝付きプラグ３０と、第１の溝付きプラグ３０の溝
とは軸心に対するリード角，溝形状，溝ピッチ又は溝寸
法のいずれか一つ以上を異にする溝を外周に有する第２
の溝付きプラグ３１とを、金属管１へ所定の間隔でかつ
回転自在に挿入する工程と、前記金属管１を一定方向へ
引抜きながら、前記第１の溝付きプラグ３０の回りに適
数の第１段加工ボール５０を遊星回転させつつ、この第
１段加工ボール５０により前記金属管１を第１の溝付き
プラグ３０へ押圧し、当該金属管１の内面に前記第１段
加工ボール５０によって押圧されていない所定幅の螺旋
状平滑部１２を残して、管軸方向に不連続な多数の小さ
い所定長さの第１種の溝１０を螺旋状に形成し、次い
で、前記第２の溝付きプラグ３１の回りに適数の第２段
加工ボール５１を遊星回転させつつ、この第２段加工ボ
ール５１により前記金属管１を第２の溝付きプラグ３１
へ押圧し、当該金属管１内面の前記螺旋状平滑部１２へ
管軸方向に不連続な多数の小さい所定長さの第２種の溝
１１を形成する工程とを含むことを特徴としている。

【０００７】請求項３に記載の伝熱管の製造方法は、請
求項２の製造方法において、前記第１段加工ボール５０
と第２段加工ボール５１の総数は３〜６個であり、前記
第１段加工ボール５０と第２段加工ボール５１は、一つ
のボール保持器５で保持されており、第１段加工ボール
５０と第２段加工ボール５１の周方向の間隔は、第１段
加工ボール５０と第２段加工ボール５１とで前記第１の
溝付きプラグ３０の軸心と第２の溝付きプラグ３１の軸
心とを支持し得る状態に設定されている。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１はこの発明による製造方法を
実施するための引抜き装置の一例を示す概略断面図、図
２は図１の装置における第１段目加工ボールと第２段目
加工ボールと金属管との配置関係を示す部分省略断面
図、図３は溝加工中の金属管の展開図、図４（ａ）〜
（ｄ）はそれぞれこの発明による伝熱管の断面図、図５
（ｅ）〜（ｋ）はこの発明による製造方法の実施例と比
較例において、それぞれ第１段目加工ボールと第２段目
加工ボール及び金属管との一関係を示した概略断面図、
図６はこの発明の実施例の伝熱管と従来の伝熱管との管
内蒸発熱伝達率を比較した線図、図７はこの発明の実施
例の伝熱管と従来の伝熱管との管内凝縮熱伝達率を比較
した線図である。

【０００９】図１において、１は銅管からなる被加工中
の金属管、２はダイスである。金属管１にはフローティ
ングプラグ３と、このフローティングプラグ３へタイロ
ッド３２を介して連結され、それぞれ回転自在な第１の
溝付きプラグ３０と第２の溝付きプラグ３１が、金属管
１の引き抜き方向に沿って所定の間隔を保って挿入され
ている。第１の溝付きプラグ３０と第２の溝付きプラグ
３１の外周面には、それらの軸心に対するリード角が逆
になるように、それぞれ小さな多数の溝が形成されてい
る。

【００１０】ダイス２よりも金属管１の引き抜き方向に
沿った前方の位置には、加工ヘッド４が設置されてお
り、この加工ヘッド４には、引き抜き方向後方側へベア
リング４０を介して筒状のボール保持器５が回転自在に
保持されている。前記ボール保持器５には、前記第１の
溝付きプラグ３０と対応する位置に第１段加工ボール５
０が、第２の溝付きプラグ３１と対応する位置に第２段
加工ボール５１が、それぞれ遊転自在に保持されてい
る。加工ヘッド４の引き抜き方向後方位置には、第２段
加工ボール５１の半径方向への動きを規制するフランジ
５３がライナ５５を介して設置され、さらにその後方位
置には、第１段加工ボール５０の半径方向への動きを規
制するフランジ５２がライナ５４を介して設置されてい
る。

【００１１】フランジ５２，５３の内周面は、金属管１
の引き抜き方向に沿って僅かに末広がり状に形成されて
おり、ライナ５４，５５を厚みの異なるものに代えるこ
とにより、フランジ５２，５３の管軸方向の位置を変更
し、加工ボール５０，５１による金属管１への押込み量
を調整することができるように構成されている。

【００１２】図２は、図１の装置におけるプラグ３０
（３１）、第１段加工ロール５０，第２段加工ロール５
１、金属管１及び各フランジ５２，５３の位置関係を、
引き抜き方向に沿って前方から後方に向かって見た概略
図であり、第１段加工ロール５０は細斜線を付して表さ
れ、他の構成部分は省略してある。同図のように、第１
段加工ロール５０及び第２段加工ロール５１はともに二
個ずつ使用され、各ロール５０，５０及び５１，５１を
それぞれ９０°の間隔でほぼ均等に配置することによ
り、各第１段加工ロール５０と第２段加工ロール５１と
によって、溝付きプラグ３０及び３１の軸心が安定して
支持されるように設計されている。

【００１３】製造方法の実施例 図１のような状態で金属管（銅管）１をダイス２にセッ
トし、当該金属管１内にフローティングプラグ３及び第
１，第２の溝付きプラグ３０，３１を挿入し、引き抜き
速度を６０ｍ／ｍｉｎ、加工ボール５０，５１の公転数
を２０，０００ｒｐｍにそれぞれ設定して金属管１を加
工する。金属管１はダイス２とフローティングプラグ３
とによって所定の外径に縮径され、次いで、第１の溝付
きプラグ３０と第１段加工ロール５０とにより、金属管
１の内面には、図３のように、管軸に対して所定のリー
ド角を有する小さな所定長さの多数の第１種の溝１０が
螺旋状にかつ不連続に形成され、同時に、金属管１は所
定量縮径される。このとき、金属管１の内面において第
１種の溝１０が形成された螺旋軌跡の間には、第１段加
工ロール５０が接触していない螺旋状平滑部１２が残
る。次いで、金属管１の内面における前記螺旋状平滑部
１２には、第２の溝付きプラグ３１と第２段加工ロール
５１とにより、管軸に対して前記第１種の溝１０とはリ
ード角が逆になった小さな所定長さの多数の第２種の溝
１１が螺旋状に形成され、同時に、金属管１は所定量縮
径される。前述のように加工された金属管１を、図１の
装置の後方に設置されている図示されていない仕上げダ
イスに通し、φ７mmの伝熱管を製造した。

【００１４】伝熱管の実施形態 図４には、図１及び図２で示した装置を使用し、第１の
溝付きプラグ３０と第２の溝付きプラグ３１や、引き抜
き速度などの加工条件を変化させて製造した伝熱管の各
実施形態が示されている。同図（ａ）の伝熱管は、第１
種の溝１０と第２種の溝１１とが管軸に対するリード角
を逆にしている。同図（ｂ）の伝熱管における第１種の
溝１０と第２種の溝１１は、管軸に対するリード角は同
じ方向であるが、両者の角度を異にしている。同図
（ｃ）の伝熱管は、第１種の溝１０の長さよりも第２種
の溝１１の長さを小さくしている。同図（ｄ）の伝熱管
は、第１種の溝１０と第２種の溝１１との間に比較的幅
の狭い螺旋状の平滑部１３が形成されている。

【００１５】この発明による伝熱管は、図１のような装
置において、第１の溝付きプラグ３０と第２の溝付きプ
ラグ３１の構造や寸法、溝付きプラグ３０，３１及び加
工ボール５０，５１相互の間隔、引き抜き速度、加工ボ
ール５０，５１の公転数などの相対的関係を適宜選択す
ることによって製造される。例えば、図４の（ａ）〜
（ｃ）図の形態の伝熱管は、主として溝付きプラグ３０
と３１の構造や寸法を選択することによって製造され、
（ｄ）図の形態の伝熱管は、引き抜き速度を（ａ）図の
伝熱管を製造する場合よりも適当量大きくすることによ
って製造される。この発明による伝熱管は、前述の実施
形態に限らず、例えば第１種の溝１０と第２種の溝１１
との溝形状や溝ピッチを異ならせたものであっても実施
することができる。

【００１６】試験例−１ 図１の装置を使用し、図５（ｅ）〜（ｋ）のように、第
１段加工ロール５０と第２段加工ロール５１の配置数及
び配置の位置関係を変えて、それぞれ表−１に示すよう
な加工条件により、第１種の溝１０と第２種の溝１１と
が管軸に対するリード角を逆にした図４（ａ）のような
伝熱管（φ７mm）を製造するとともに、内面にクロスし
た多数の小さな溝を有するクロス溝付き伝熱管（φ７m
m）と、内面に螺旋溝を有する伝熱管（φ７mm）とを製
造し、それらについて、溝の形成状態と、管の外観状態
を観察，評価した。溝の形成状態は、溝が全体的に均一
な状態に形成されているものを「良好」、不均一である
ものを「不良」と評価した。また、管の外観状態は、管
外周面の転造模様がばらついている（例えば波形に曲が
った転造模様）ものを「不良１」、管外周面に微細な割
れや亀裂状の傷が形成されているものを「不良２」と評
価するとともに、転造模様のばらつきや亀裂などのない
ものを「良好」と評価した。なを、図５は図２と同様
に、プラグ３１（３０）、第１段加工ロール５０，第２
段加工ロール５１、金属管１及び各フランジ５２，５３
の位置関係を、引き抜き方向に沿って前方から後方に向
かって見た概略図であり、第１段加工ロール５０は細斜
線を付して表され、他の構成部分は省略してある。

【００１７】

【表１】

【００１８】表−１には、加工ボール５０，５１の配置
例が請求項３の範囲内である場合が実施例のサンプルと
して、その他の場合の例が比較例サンプルとして掲げら
れている。表−１で明らかなように、この発明の実施例
であるサンプル１〜５の伝熱管は、いずれも溝の形成状
態及び管の外観状態が良好であり、しかも、比較例であ
るサンプル８，９の伝熱管を製造する場合よりも、加工
速度がより高速である。これに対し、比較例のサンプル
６は、第１段加工ボール５０と第２段加工ボール５１が
それぞれ一個であるため、それらの加工ボール５０，５
１によって溝付きプラグ３０，３１の軸心を充分支持す
ることができず、加工中に金属管１の軸が振れて溝の形
成状態が不良になり、管の外観状態も不良であった。比
較例のサンプル７は、第１段加工ボールと第２段加工ボ
ールの総数が多過ぎ、加工ボール一個当りに加わる引抜
き力が低下し、加工中ボールが暴れることによって溝の
形成状態が不良になり、管の外観状態も不良であった。
なお、前記試験例におけるこの発明の実施例中、第１段
加工ボール５０と第２段加工ボール５１の配置数が１：
３，１：４，１：５，２：３又は２：４（又はそれらの
逆）である場合については記載されていないが、これら
の配置例であっても、加工ボール５０，５１の周方向の
位置が、加工ボール５０と５１とによってプラグ３０，
３１の軸心を支持し得る状態であれば、円滑に高品質の
伝熱管を製造することができた。

【００１９】試験例−２ 外径（７mm）及び肉厚が同じで、溝ピッチ及び溝数がそ
れぞれ同じである伝熱管（銅管）であって、前記実施例
の方法によって製造された図４（ａ）の伝熱管と、内面
クロス溝付き管と、内面螺旋溝付き管とを準備し、前二
者には被共沸混合冷媒「Ｒ３２／Ｒ１３４ａ／Ｒ１２
５」を使用し、後者にはフロンＲ２２（共沸冷媒）を使
用して、それぞれについて管内蒸発熱伝達率及び管内凝
縮熱伝達率を測定した。その結果は図６及び図７で示し
たとおりであり、この前記実施例の方法で製造した前記
実施形態の伝熱管は、非共沸冷媒を使用しても、内面ク
ロス溝付き管や内面螺旋溝付き管と比較して高い伝熱特
性を示した。

【００２０】

【発明の効果】請求項１に記載の発明による伝熱管は、
管内面に、管軸方向に不連続な所定の長さの小さな多数
の第１種の溝１０と第２種の溝１１とを、管軸に対して
螺旋状にかつ交互に形成したので、溝変化がより大き
く、冷媒の乱流をより活発化させることによって非共沸
冷媒の沸騰を促進させ、蒸発又は凝縮の際の熱伝達率を
さらに向上させることができる。

【００２１】請求項２に記載の伝熱管の製造方法によれ
ば、請求項１のような構成の伝熱管を効率よくかつより
高速で製造することができる。

【００２２】請求項３に記載の伝熱管の製造方法によれ
ば、第１段加工ロールと第２段加工ロールとを一つのボ
ール保持器で保持させているので、第１段加工ロールと
第２段加工ロールの軸方向の間隔を均一に保つことがで
き、前記のような伝熱管に対する溝加工をより円滑に行
うことができる。また、第１段加工ボールと第２段加工
ボールとの配置関係が合理的であるので、より均一に溝
を加工することができるとともに、かつ外観状態が良好
な伝熱管を加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による製造方法を実施するための引抜
き装置の一例を示す概略断面図である。

【図２】図１の装置における第１段目加工ボールと第２
段目加工ボールと金属管との配置関係を示す部分省略断
面図である。

【図３】溝加工中の金属管の展開図である。

【図４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれこの発明による伝熱
管の実施形態を示す部分拡大断面図である。

【図５】（ｅ）〜（ｋ）はこの発明による製造方法の実
施例と比較例において、それぞれ第１段目加工ボールと
第２段目加工ボール及び金属管との一関係を示した概略
断面図である。

【図６】この発明の実施例の伝熱管と従来の伝熱管との
管内蒸発熱伝達率を比較した線図である。

【図７】この発明の実施例の伝熱管と従来の伝熱管との
管内凝縮熱伝達率を比較した線図である。

【符号の説明】

１ 金属管 １０ 第１種の溝 １１ 第２種の溝 １２ 螺旋状平滑部 １３ 螺旋状の平滑部 ２ ダイス ３ フローティングプラグ ３０ 第１の溝付きプラグ ３１ 第２の溝付きプラグ ３２ タイロッド ４ 加工ヘッド ４０ ベアリング ５ ボール保持器 ５０ 第１段加工ボール ５１ 第２段加工ボール ５２，５３ フランジ ５４，５５ ライナ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属管１の内面に、管軸に対するリード
   角，溝形状，溝ピッチ又は溝寸法のいずれか一つ以上を
   異にし、ともに管軸方向に不連続な所定の長さの小さな
   多数の第１種の溝１０と第２種の溝１１とを、管軸に対
   して螺旋状にかつ交互に形成したことを特徴とする、伝
   熱管。
2. 【請求項２】 第１の溝付きプラグ３０と、第１の溝付
   きプラグ３０の溝とは軸心に対するリード角，溝形状，
   溝ピッチ又は溝寸法のいずれか一つ以上を異にする溝を
   外周に有する第２の溝付きプラグ３１とを、金属管１へ
   所定の間隔でかつ回転自在に挿入する工程と、 前記金属管１を一定方向へ引抜きながら、前記第１の溝
   付きプラグ３０の回りに適数の第１段加工ボール５０を
   遊星回転させつつ、この第１段加工ボール５０により前
   記金属管１を第１の溝付きプラグ３０へ押圧し、当該金
   属管１の内面に前記第１段加工ボール５０によって押圧
   されていない所定幅の螺旋状平滑部１２を残して、管軸
   方向に不連続な多数の小さい所定長さの第１種の溝１０
   を螺旋状に形成し、 次いで、前記第２の溝付きプラグ３１の回りに適数の第
   ２段加工ボール５１を遊星回転させつつ、この第２段加
   工ボール５１により前記金属管１を第２の溝付きプラグ
   ３１へ押圧し、当該金属管１内面の前記螺旋状平滑部１
   ２へ管軸方向に不連続な多数の小さい所定長さの第２種
   の溝１１を形成する工程とを含むことを特徴とする、 伝熱管の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１段加工ボール５０と第２段加工
   ボール５１の総数は３〜６個であり、 前記第１段加工ボール５０と第２段加工ボール５１は、
   一つのボール保持器５で保持されており、 第１段加工ボール５０と第２段加工ボール５１の周方向
   の間隔は、第１段加工ボール５０と第２段加工ボール５
   １とで前記第１の溝付きプラグ３０と第２の溝付きプラ
   グ３１の軸心を支持し得る状態に設定されている、 請求項２に記載の伝熱管の製造方法。