JPH10263734A - 熱伝達チューブおよびその製造方法 - Google Patents
熱伝達チューブおよびその製造方法Info
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- JPH10263734A JPH10263734A JP10066395A JP6639598A JPH10263734A JP H10263734 A JPH10263734 A JP H10263734A JP 10066395 A JP10066395 A JP 10066395A JP 6639598 A JP6639598 A JP 6639598A JP H10263734 A JPH10263734 A JP H10263734A
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- F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
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- 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
- B21C37/15—Making tubes of special shape; Making tube fittings
- B21C37/20—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls
- B21C37/207—Making helical or similar guides in or on tubes without removing material, e.g. by drawing same over mandrels, by pushing same through dies ; Making tubes with angled walls, ribbed tubes and tubes with decorated walls with helical guides
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- F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
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- F28F1/34—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element and extending obliquely
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷媒を蒸発する用途にも凝縮する用途にも優
れた熱伝達性能を発揮するよう形成された外側表面を有
する熱伝達チューブ、および熱伝達チューブを製造する
方法を提供する。 【解決手段】 ノッチ(30)のパターンは、チューブの外
周に一定の間隔でフィンコンボリューションを斜め角度
(α)で横切る。一対の隣接するノッチ間に２つの先端部
(23)を有する分割スパイク(22)が存在する。マンドレル
と、最初はフィン形成用ディスク(63)のガングとの間で、
2番目にノッチングホイール(66)との間で、そして３番
目に分割ホイール(67)との間で、チューブの壁を転がす
ことによりチューブにフィンコンボリューション、ノッ
チおよび分割スパイクが形成される。回転し前進するチ
ューブとノッチングホイールとの相互作用により、スパ
イクの最大幅(Wt)はフィンコンボリューションの根幹部
の幅(Wr)よりも大きくなる。
れた熱伝達性能を発揮するよう形成された外側表面を有
する熱伝達チューブ、および熱伝達チューブを製造する
方法を提供する。 【解決手段】 ノッチ(30)のパターンは、チューブの外
周に一定の間隔でフィンコンボリューションを斜め角度
(α)で横切る。一対の隣接するノッチ間に２つの先端部
(23)を有する分割スパイク(22)が存在する。マンドレル
と、最初はフィン形成用ディスク(63)のガングとの間で、
2番目にノッチングホイール(66)との間で、そして３番
目に分割ホイール(67)との間で、チューブの壁を転がす
ことによりチューブにフィンコンボリューション、ノッ
チおよび分割スパイクが形成される。回転し前進するチ
ューブとノッチングホイールとの相互作用により、スパ
イクの最大幅(Wt)はフィンコンボリューションの根幹部
の幅(Wr)よりも大きくなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、概して熱伝達チュ
ーブに関する。特に、本発明は、蒸発および凝縮用途の
両方についての空調および冷却システムの熱交換器に適
した冷媒表面形状を有する熱交換チューブに関し、同様
にその製造方法に関する。
ーブに関する。特に、本発明は、蒸発および凝縮用途の
両方についての空調および冷却システムの熱交換器に適
した冷媒表面形状を有する熱交換チューブに関し、同様
にその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】多管式熱交換器では、ひとつのシェル内
に複数のチューブを有する。通常、熱交換に必要な２種
の流体の一方が、熱交換器内で多数の平行な流れを形成
するように、これらのチューブを設置している。満液式
蒸発器においては、これらチューブは、熱交換シェルを
流れる第２の流体に浸されている。熱は、管壁を介して
一方の流体から他方の流体に移る。多くの空調システム
が多管式熱交換器を備えている。空調用途においては、
流体、通常は水、がチューブ内を流れ、冷媒が熱交換シ
ェルを流れる。蒸発器用途においては、冷媒は管壁によ
る流体からの熱伝達によって流体を冷却する。移動した
熱は、チューブの外側表面に接触した冷媒を蒸発させ
る。復水器用途においては、冷媒は冷却され、管壁によ
る流体の熱伝達により凝縮する。このような熱交換器の
熱伝達効率は、個々のチューブの熱伝達特性に大きく依
存する。総合的な熱交換特性を確立するにおいて、個々
のチューブの外側表面の形状が重要である。
に複数のチューブを有する。通常、熱交換に必要な２種
の流体の一方が、熱交換器内で多数の平行な流れを形成
するように、これらのチューブを設置している。満液式
蒸発器においては、これらチューブは、熱交換シェルを
流れる第２の流体に浸されている。熱は、管壁を介して
一方の流体から他方の流体に移る。多くの空調システム
が多管式熱交換器を備えている。空調用途においては、
流体、通常は水、がチューブ内を流れ、冷媒が熱交換シ
ェルを流れる。蒸発器用途においては、冷媒は管壁によ
る流体からの熱伝達によって流体を冷却する。移動した
熱は、チューブの外側表面に接触した冷媒を蒸発させ
る。復水器用途においては、冷媒は冷却され、管壁によ
る流体の熱伝達により凝縮する。このような熱交換器の
熱伝達効率は、個々のチューブの熱伝達特性に大きく依
存する。総合的な熱交換特性を確立するにおいて、個々
のチューブの外側表面の形状が重要である。
【０００３】熱伝達チューブにおける熱伝達率を向上す
る方法として、数多くの方法が知られている。その方法
のひとつは、チューブの熱交換面積を増やすことであ
る。熱交換チューブの熱交換面積を増加するために、最
もよく用いられている方法としては、チューブの外側表
面上にフィンを設ける手法が挙げられる。フィンは、チ
ューブとは別に作られたうえでチューブの外側表面に取
り付けてもよく、また、なんらかの手法によってチュー
ブの管壁を加工することで、このチューブ外側表面にフ
ィンを形成しても良い。
る方法として、数多くの方法が知られている。その方法
のひとつは、チューブの熱交換面積を増やすことであ
る。熱交換チューブの熱交換面積を増加するために、最
もよく用いられている方法としては、チューブの外側表
面上にフィンを設ける手法が挙げられる。フィンは、チ
ューブとは別に作られたうえでチューブの外側表面に取
り付けてもよく、また、なんらかの手法によってチュー
ブの管壁を加工することで、このチューブ外側表面にフ
ィンを形成しても良い。
【０００４】冷媒の凝縮用途においては、このようにフ
ィンを形成することで、外側表面が平坦な場合と比べて
凝縮熱交換効率が向上するが、これは、熱交換面積を増
加するという理由だけによるものではない。熱交換チュ
ーブ表面が平坦な場合、凝縮する冷媒により、その外側
表面上に流体冷媒の層が一面に形成されてしまう。この
ような層が存在すると、管壁による熱交換効率が低くな
ってしまう。この冷媒層が厚くなるにつれて、層を横切
って行われる熱交換が阻害される。フィン上の冷媒層の
厚みは、その表面張力の効果により、チューブの本体部
に形成される冷媒層の厚みよりも薄い。これによって、
フィンによる熱交換における阻害程度を小さくできる。
ィンを形成することで、外側表面が平坦な場合と比べて
凝縮熱交換効率が向上するが、これは、熱交換面積を増
加するという理由だけによるものではない。熱交換チュ
ーブ表面が平坦な場合、凝縮する冷媒により、その外側
表面上に流体冷媒の層が一面に形成されてしまう。この
ような層が存在すると、管壁による熱交換効率が低くな
ってしまう。この冷媒層が厚くなるにつれて、層を横切
って行われる熱交換が阻害される。フィン上の冷媒層の
厚みは、その表面張力の効果により、チューブの本体部
に形成される冷媒層の厚みよりも薄い。これによって、
フィンによる熱交換における阻害程度を小さくできる。
【０００５】冷媒の蒸発用途においては、チューブ表面
の熱交換面積を増加することは、熱交換チューブの熱伝
達効率を向上する。加えて、沸騰する流体と接触してい
るチューブの表面上での核沸騰を促進する表面形状によ
っても熱伝達効率は向上する。核沸騰の過程では、加熱
された表面から伝達された熱が表面と接触する液体を蒸
発させ、蒸気が泡を形成する。表面からの熱は、蒸気を
過熱して泡とし、その泡はあるサイズまで大きくなる。
この泡のサイズが十分になると、表面張力が負けて、泡
が表面から離脱する。泡が表面を離れると、泡によって
空いた部分に液体が入り、その部分に残った蒸気が別の
液体を蒸発する源となり、別の泡を形成する。このよう
に表面に泡を連続して形成し、表面から泡を離し、蒸気
の泡が液体を通って上昇し液体を混ぜる対流効果を伴っ
て表面を再度ぬらすことによって、熱伝達表面の熱交換
率が上昇する。
の熱交換面積を増加することは、熱交換チューブの熱伝
達効率を向上する。加えて、沸騰する流体と接触してい
るチューブの表面上での核沸騰を促進する表面形状によ
っても熱伝達効率は向上する。核沸騰の過程では、加熱
された表面から伝達された熱が表面と接触する液体を蒸
発させ、蒸気が泡を形成する。表面からの熱は、蒸気を
過熱して泡とし、その泡はあるサイズまで大きくなる。
この泡のサイズが十分になると、表面張力が負けて、泡
が表面から離脱する。泡が表面を離れると、泡によって
空いた部分に液体が入り、その部分に残った蒸気が別の
液体を蒸発する源となり、別の泡を形成する。このよう
に表面に泡を連続して形成し、表面から泡を離し、蒸気
の泡が液体を通って上昇し液体を混ぜる対流効果を伴っ
て表面を再度ぬらすことによって、熱伝達表面の熱交換
率が上昇する。
【０００６】蒸気をため込むための場所を提供し蒸気の
泡の形成を促進する核サイトを有するように熱伝達表面
を構成することによって、核沸騰工程が向上する。例え
ば、熱伝達表面を単に粗くすることにより、表面が平坦
な同様な場合と比べて表面の熱伝達特性を向上できる核
サイトを提供する。再入可能型の核サイトによって、持
続性のある泡の柱を作り出し、表面熱伝達特性が良好と
なる。再入可能型核サイトは、表面の凹みである。その
凹みの開口部分は、凹みの表面下の容積よりも小さい。
取り囲む液体の過剰流入は、再入可能型核サイトを充満
させ、動かなくしてしまう。表面に対して比較的小さな
開口を有する比較的大きな連通表面下チャネルを有する
ように熱伝達表面を形づけることにより、蒸気ため込み
または核サイトのあふれが減らされ、または防止され、
表面の熱伝達効率が改善された。
泡の形成を促進する核サイトを有するように熱伝達表面
を構成することによって、核沸騰工程が向上する。例え
ば、熱伝達表面を単に粗くすることにより、表面が平坦
な同様な場合と比べて表面の熱伝達特性を向上できる核
サイトを提供する。再入可能型の核サイトによって、持
続性のある泡の柱を作り出し、表面熱伝達特性が良好と
なる。再入可能型核サイトは、表面の凹みである。その
凹みの開口部分は、凹みの表面下の容積よりも小さい。
取り囲む液体の過剰流入は、再入可能型核サイトを充満
させ、動かなくしてしまう。表面に対して比較的小さな
開口を有する比較的大きな連通表面下チャネルを有する
ように熱伝達表面を形づけることにより、蒸気ため込み
または核サイトのあふれが減らされ、または防止され、
表面の熱伝達効率が改善された。
【０００７】流下液膜式蒸発器において、熱伝達表面上
の液膜の広がりおよび薄膜の促進は、熱を伝達する能力
を向上するために重要である。
の液膜の広がりおよび薄膜の促進は、熱を伝達する能力
を向上するために重要である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】満液式および流下液膜
式蒸発器において冷媒の凝縮および蒸発の両方において
優れた熱伝達効率を持つ外部熱伝達表面を有する熱伝達
チューブを提供することがロジスティクスおよび製造の
点から望まれる。よって単一のチューブ形状でコンデン
サおよび満液式蒸発器の両方に使用可能である。
式蒸発器において冷媒の凝縮および蒸発の両方において
優れた熱伝達効率を持つ外部熱伝達表面を有する熱伝達
チューブを提供することがロジスティクスおよび製造の
点から望まれる。よって単一のチューブ形状でコンデン
サおよび満液式蒸発器の両方に使用可能である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、冷媒の凝縮、
満液式蒸発および流下液膜式蒸発のいずれの用途にも優
れた熱伝達性能を発揮するよう形成された外側表面を有
する熱伝達チューブ、および熱伝達チューブを製造する
方法である。
満液式蒸発および流下液膜式蒸発のいずれの用途にも優
れた熱伝達性能を発揮するよう形成された外側表面を有
する熱伝達チューブ、および熱伝達チューブを製造する
方法である。
【００１０】チューブは、その外側表面上に形成された
ひとつ以上のフィンコンボリューションを有する。ノッ
チは、チューブの外周の周りに一定の間隔でフィンコン
ボリューションを斜め角度を持って横切るように延在す
る。隣接するノッチ間のフィンコンボリューションの部
分には、スパイクが形成される。スパイクの先端は２つ
の先端部に分割される。各先端部は、隣接するフィンコ
ンボリューションの分割フィン先端部に向かってフィン
の根幹ベースから外側に延在する。
ひとつ以上のフィンコンボリューションを有する。ノッ
チは、チューブの外周の周りに一定の間隔でフィンコン
ボリューションを斜め角度を持って横切るように延在す
る。隣接するノッチ間のフィンコンボリューションの部
分には、スパイクが形成される。スパイクの先端は２つ
の先端部に分割される。各先端部は、隣接するフィンコ
ンボリューションの分割フィン先端部に向かってフィン
の根幹ベースから外側に延在する。
【００１１】ノッチおよび分割スパイク先端部は、従来
のフィン付チューブと比較して外側表面積をさらに広く
する。分割フィン先端部が上方に延在する隣接するフィ
ンコンボリューション間の溝は、満液式蒸発器において
冷媒の沸騰を促進する再入キャビティを形成する。
のフィン付チューブと比較して外側表面積をさらに広く
する。分割フィン先端部が上方に延在する隣接するフィ
ンコンボリューション間の溝は、満液式蒸発器において
冷媒の沸騰を促進する再入キャビティを形成する。
【００１２】凝縮および流下液膜式蒸発用途において
は、比較的鋭利なスパイク先端部がフィンからの冷媒の
排水および散布を促進する。ほとんどの機器おいて、多
管式空調用熱交換器用のチューブは水平またはほぼ水平
に設置されている。水平のチューブでは、ノッチ付けさ
れたおよび分割されたフィンの形状により、チューブ表
面の上側部では、フィンからフィン間に形成された溝へ
の凝縮してゆく冷媒の除去が促進され、またチューブ表
面の下側部では、チューブから凝縮された冷媒の除去が
促進される。液膜式蒸発モードにおいて、鋭利な先端
部、ノッチ、および冷媒の低い表面張力はチューブ表面
上にチューブの軸に沿って液体が広がるのに役立つ。こ
れにより、水平な多管式流下液膜式蒸発器において優れ
た湿潤性が促進される。
は、比較的鋭利なスパイク先端部がフィンからの冷媒の
排水および散布を促進する。ほとんどの機器おいて、多
管式空調用熱交換器用のチューブは水平またはほぼ水平
に設置されている。水平のチューブでは、ノッチ付けさ
れたおよび分割されたフィンの形状により、チューブ表
面の上側部では、フィンからフィン間に形成された溝へ
の凝縮してゆく冷媒の除去が促進され、またチューブ表
面の下側部では、チューブから凝縮された冷媒の除去が
促進される。液膜式蒸発モードにおいて、鋭利な先端
部、ノッチ、および冷媒の低い表面張力はチューブ表面
上にチューブの軸に沿って液体が広がるのに役立つ。こ
れにより、水平な多管式流下液膜式蒸発器において優れ
た湿潤性が促進される。
【００１３】ノッチ付けされた分離先端部フィン付チュ
ーブは、内部マンドレルおよび外部フィン形成用ディス
ク間で管壁を転がすことによりチューブの外側表面上に
フィンを形成するタイプのフィン形成装置のツールガン
グにノッチングディスクおよび分割ディスクを加えるこ
とにより容易に且つ安価に製造できる。ノッチングツー
ルは、正常なスパイクにひねりを加え、スパイク先端部
の分割を容易にするように形成される。
ーブは、内部マンドレルおよび外部フィン形成用ディス
ク間で管壁を転がすことによりチューブの外側表面上に
フィンを形成するタイプのフィン形成装置のツールガン
グにノッチングディスクおよび分割ディスクを加えるこ
とにより容易に且つ安価に製造できる。ノッチングツー
ルは、正常なスパイクにひねりを加え、スパイク先端部
の分割を容易にするように形成される。
【００１４】本発明の上記のおよび他の目的、特徴およ
び利点は、添付の図面と組み合わせて読まれる次の説明
により明らかとなる。図中の同様の符号は同様の構成要
素を示す。
び利点は、添付の図面と組み合わせて読まれる次の説明
により明らかとなる。図中の同様の符号は同様の構成要
素を示す。
【００１５】
【発明の実施の形態】図１は、熱交換チューブ１０の斜
視図である。チューブ１０は、管壁１１，内側表面１
２、外側表面１３から構成される。管壁１１の外側表面
からは、外部フィンスパイク２２が延びている。チュー
ブ１０の外径はＤoであり、これは外部フィンスパイク
２２の高さ（Ｈf）を除いた外側表面１３からの値であ
る。
視図である。チューブ１０は、管壁１１，内側表面１
２、外側表面１３から構成される。管壁１１の外側表面
からは、外部フィンスパイク２２が延びている。チュー
ブ１０の外径はＤoであり、これは外部フィンスパイク
２２の高さ（Ｈf）を除いた外側表面１３からの値であ
る。
【００１６】本発明のチューブは、ローリングプロセス
によって容易に製造可能である。図２にこのようなプロ
セスを示す。図２において、フィン形成装置６０は、銅
のような展性のある金属でつくられたチューブ１０上で
動作し、内部リブと外部フィンとをともにチューブ上に
形成する。フィン形成装置６０は、ツール心棒６１を１
つ以上有し、これらツール心棒はそれぞれツールガング
６２を有し、このツールガングは、複数のフィン形成用
ディスク６３と、ノッチングホイール６６と、分割ディ
スク６７とからなる。このチューブ内には、マンドレル
６４が設けられたマンドレルシャフト６５が延びる構成
となっている。
によって容易に製造可能である。図２にこのようなプロ
セスを示す。図２において、フィン形成装置６０は、銅
のような展性のある金属でつくられたチューブ１０上で
動作し、内部リブと外部フィンとをともにチューブ上に
形成する。フィン形成装置６０は、ツール心棒６１を１
つ以上有し、これらツール心棒はそれぞれツールガング
６２を有し、このツールガングは、複数のフィン形成用
ディスク６３と、ノッチングホイール６６と、分割ディ
スク６７とからなる。このチューブ内には、マンドレル
６４が設けられたマンドレルシャフト６５が延びる構成
となっている。
【００１７】チューブ１０が回転するにつれて、管壁１
１は、マンドレル６４とフィン形成用ディスク６３との
間でプレスされる。圧力がかけられた状態で、金属がフ
ィン形成用ディスク６３の間の溝に入り込み、チューブ
の外側表面上にリッジまたはフィンを形成する。回転に
つれて、チューブ１０はマンドレル６４とツールガング
６２とに挟まれて（図２の左から右の方向に）進み、多
数の螺旋状のフィンコンボリューションがチューブ上に
形成される。形成されるフィンコンボリューションの数
は、ツールガング６２のフィン形成用ディスクの数と、
フィン形成装置６０に設置されたツール心棒６１の設置
数の関数となる。この工程において、ツールガング６２
がチューブ１０にフィンを形成した直後に、ノッチング
ホイール６６が斜めのノッチをフィンコンボリュージョ
ンの金属に刻印する。斜めのノッチの形成に続いて、分
割ディスク６７は、各フィンコンボリューションの先端
部を２分割する。
１は、マンドレル６４とフィン形成用ディスク６３との
間でプレスされる。圧力がかけられた状態で、金属がフ
ィン形成用ディスク６３の間の溝に入り込み、チューブ
の外側表面上にリッジまたはフィンを形成する。回転に
つれて、チューブ１０はマンドレル６４とツールガング
６２とに挟まれて（図２の左から右の方向に）進み、多
数の螺旋状のフィンコンボリューションがチューブ上に
形成される。形成されるフィンコンボリューションの数
は、ツールガング６２のフィン形成用ディスクの数と、
フィン形成装置６０に設置されたツール心棒６１の設置
数の関数となる。この工程において、ツールガング６２
がチューブ１０にフィンを形成した直後に、ノッチング
ホイール６６が斜めのノッチをフィンコンボリュージョ
ンの金属に刻印する。斜めのノッチの形成に続いて、分
割ディスク６７は、各フィンコンボリューションの先端
部を２分割する。
【００１８】マンドレル６４は、図２に示されるよう
に、マンドレル上を通過するチューブの壁の内側表面１
２にある種のパターンを刻印するように構成されてもよ
い。一般的なパターンとしては、１以上の螺旋状のリブ
コンボリューションが挙げられる。このようなパターン
によって、チューブ内を流通する流体とチューブ管壁と
の間の熱交換効率が向上する。
に、マンドレル上を通過するチューブの壁の内側表面１
２にある種のパターンを刻印するように構成されてもよ
い。一般的なパターンとしては、１以上の螺旋状のリブ
コンボリューションが挙げられる。このようなパターン
によって、チューブ内を流通する流体とチューブ管壁と
の間の熱交換効率が向上する。
【００１９】図３は、チューブの外側表面の一部の平面
図を示す。チューブ１０の外側表面１３からは、多数の
フィンコンボリューション２０が延びている。ノッチパ
ターン３０は、各フィンコンボリューションを所定間隔
で斜めに横切るように形成されている。任意のフィンコ
ンボリューションにおける一対の隣接するノッチ間に
は、２つの先端部２３を有するフィンスパイク２２が形
成されている。
図を示す。チューブ１０の外側表面１３からは、多数の
フィンコンボリューション２０が延びている。ノッチパ
ターン３０は、各フィンコンボリューションを所定間隔
で斜めに横切るように形成されている。任意のフィンコ
ンボリューションにおける一対の隣接するノッチ間に
は、２つの先端部２３を有するフィンスパイク２２が形
成されている。
【００２０】図４は、本発明のチューブのフィンコンボ
リューションのうちの一本の平面図である。チューブの
長手軸ＡTに対するノッチベース３１の傾斜角は、角度
αで示される。チューブの長手軸ＡTに対するフィンス
パイク２２の先端部２３の傾斜角は、角度βで示され
る。チューブの製造中（図２参照）、回転し前進するチ
ューブ１０とノッチングホイール６６との相互作用によ
り、図４に示されるフィンスパイク２２の軸はノッチン
グホイールの歯とフィンコンボリューションとの角度か
らわずかにひねられる。この際、先端部の角度βは角度
αに対して傾いており、すなわち、β≠αとなる。しか
しながら、特定のケースではβ＝αとなる場合もありう
る。ノッチの付けられたスパイクはノッチの付けられて
いないフィンコンボリューションよりも分割のために表
面を広く提供するため、スパイクのこのひねりにより、
分割ディスク６７はスパイクを確実に分割できる。
リューションのうちの一本の平面図である。チューブの
長手軸ＡTに対するノッチベース３１の傾斜角は、角度
αで示される。チューブの長手軸ＡTに対するフィンス
パイク２２の先端部２３の傾斜角は、角度βで示され
る。チューブの製造中（図２参照）、回転し前進するチ
ューブ１０とノッチングホイール６６との相互作用によ
り、図４に示されるフィンスパイク２２の軸はノッチン
グホイールの歯とフィンコンボリューションとの角度か
らわずかにひねられる。この際、先端部の角度βは角度
αに対して傾いており、すなわち、β≠αとなる。しか
しながら、特定のケースではβ＝αとなる場合もありう
る。ノッチの付けられたスパイクはノッチの付けられて
いないフィンコンボリューションよりも分割のために表
面を広く提供するため、スパイクのこのひねりにより、
分割ディスク６７はスパイクを確実に分割できる。
【００２１】ノッチングホイールの角度が４０°より大
きく、ノッチングホイール上の隣り合う歯と歯の間の間
隔がそれぞれ０．０１２５より狭い場合、スパイクは捻
じれることが分かった。このスパイクの捻じれはスパイ
クの分割をより効果的にする。特に、捻じれなしの場
合、フィンの先端部の厚みは、スパイクを確実に分割す
るには薄すぎてしまう。捻じれありの場合、ノッチング
後かつ分割直前ののスパイクの形状は、基本的に平行四
辺形である。分割後、平行四辺形はその対角線に沿って
分割され、２つの三角形を形成する。
きく、ノッチングホイール上の隣り合う歯と歯の間の間
隔がそれぞれ０．０１２５より狭い場合、スパイクは捻
じれることが分かった。このスパイクの捻じれはスパイ
クの分割をより効果的にする。特に、捻じれなしの場
合、フィンの先端部の厚みは、スパイクを確実に分割す
るには薄すぎてしまう。捻じれありの場合、ノッチング
後かつ分割直前ののスパイクの形状は、基本的に平行四
辺形である。分割後、平行四辺形はその対角線に沿って
分割され、２つの三角形を形成する。
【００２２】図５は、本発明のチューブの隣接する２つ
のフィンコンボリューションを疑似的に示す断面図であ
る。擬似的と述べたのは、フィンコンボリューションの
どの部分を断面としても図５に示されたような断面と正
確に同じに見えることはありえないからである。しかし
ながら、この図は、チューブの数多くの特徴を説明する
ために役立つ。フィンコンボリューション２０Ａおよび
２０Ｂは、管壁１１から外側に突出している。フィンコ
ンボリューション２０Ａおよび２０Ｂは、根幹部２１と
スパイク部２２とを有する。フィンコンボリューション
２０Ａには、ノッチベース３２を有するノッチが延びて
いる。フィンコンボリューション２０Ａおよび２０Ｂの
全高はＨfである。根幹部２１の幅はＷrであり、スパイ
ク部２２の最も幅広の部分の幅はＷtである。スパイク
２２の外肢は２つの先端部２３を有する。ノッチは、外
側壁面１３からの高さＨnまでフィンコンボリューショ
ンを貫通する。
のフィンコンボリューションを疑似的に示す断面図であ
る。擬似的と述べたのは、フィンコンボリューションの
どの部分を断面としても図５に示されたような断面と正
確に同じに見えることはありえないからである。しかし
ながら、この図は、チューブの数多くの特徴を説明する
ために役立つ。フィンコンボリューション２０Ａおよび
２０Ｂは、管壁１１から外側に突出している。フィンコ
ンボリューション２０Ａおよび２０Ｂは、根幹部２１と
スパイク部２２とを有する。フィンコンボリューション
２０Ａには、ノッチベース３２を有するノッチが延びて
いる。フィンコンボリューション２０Ａおよび２０Ｂの
全高はＨfである。根幹部２１の幅はＷrであり、スパイ
ク部２２の最も幅広の部分の幅はＷtである。スパイク
２２の外肢は２つの先端部２３を有する。ノッチは、外
側壁面１３からの高さＨnまでフィンコンボリューショ
ンを貫通する。
【００２３】なお、ノッチングホイール６６（図２）
は、製造工程の間でフィンコンボリューションにノッチ
を切り込むのではなく、むしろノッチを付けられる部分
の材料を押し除け、ノッチをフィンコンボリューション
内にめり込ませるように作用する。フィンコンボリュー
ションのノッチが付けられる部分から押し除けられて過
剰となった材料は、フィンコンボリューション側の管壁
１１に向かうだけでなく、隣接するノッチ間の領域と、
フィンコンボリューションの側方から外側へ移動する。
その結果、ＷtはＷrよりも大きくなる。隣接するフィン
コンボリューション上の同様の点間の距離、つまりフィ
ンピッチは、Ｐfである。スパイク部２２の２つの先端
２３間の角度、つまり分割角度は、角度δである。フィ
ンコンボリューションの片側から延在する先端は、その
先端間にギャップｇを残し、隣接するフィンコンボリュ
ーションに向かって延在する。
は、製造工程の間でフィンコンボリューションにノッチ
を切り込むのではなく、むしろノッチを付けられる部分
の材料を押し除け、ノッチをフィンコンボリューション
内にめり込ませるように作用する。フィンコンボリュー
ションのノッチが付けられる部分から押し除けられて過
剰となった材料は、フィンコンボリューション側の管壁
１１に向かうだけでなく、隣接するノッチ間の領域と、
フィンコンボリューションの側方から外側へ移動する。
その結果、ＷtはＷrよりも大きくなる。隣接するフィン
コンボリューション上の同様の点間の距離、つまりフィ
ンピッチは、Ｐfである。スパイク部２２の２つの先端
２３間の角度、つまり分割角度は、角度δである。フィ
ンコンボリューションの片側から延在する先端は、その
先端間にギャップｇを残し、隣接するフィンコンボリュ
ーションに向かって延在する。
【００２４】比較的多数の鋭利な先端は、チューブが凝
縮用途に用いられる場合は、チューブの表面上での凝縮
を促進する。先端は隣接するフィンコンボリューション
間でボリュームを持って上方に横たわるので、再入キャ
ビティが形成され、よって蒸発を促進するチューブ表面
を形成する。
縮用途に用いられる場合は、チューブの表面上での凝縮
を促進する。先端は隣接するフィンコンボリューション
間でボリュームを持って上方に横たわるので、再入キャ
ビティが形成され、よって蒸発を促進するチューブ表面
を形成する。
【００２５】本発明の教示に従ってチューブの試作品２
つを製造し、冷媒Ｒ−１３４ａを用いてこれを試験し
た。この２つの試作品の関連パラメータは、次の通りで
あった
つを製造し、冷媒Ｒ−１３４ａを用いてこれを試験し
た。この２つの試作品の関連パラメータは、次の通りで
あった
【００２６】。
【表１】試作品Ａ 公称外径（Ｄo）：１．９ｃｍ（３／４インチ） フィンピッチ(Pf):0.6mm(0.024インチ)又は16.5フィン/
cm(42フィン/インチ) フィン高さ（Ｈf ）：０．７９ｍｍ（０．０３１イン
チ） ノッチベースの高さ（Ｈn）：０．５８ｍｍ（０．０２
３インチ） ノッチ角度（α）：５０度、３０度、４５度 分割角度（δ）：７０度、９０度、１１０度 ノッチ密度、つまりチューブ一周あたりのフィンコンボ
リューション内のノッチ数：８０，１４０ 試作品Ｂ 公称外径（Ｄo）：１．９ｃｍ（３／４インチ） フィンピッチ(Pf):0.45mm(0.018インチ)又は２２フィン
/cm(56フィン/インチ) フィン高さ（Ｈf）：０．５８ｍｍ（０．０２４イン
チ） ノッチベースの高さ（Ｈn）：０．３５ｍｍ（０．０１
４インチ） ノッチ角度（α）：５０度 分割角度（δ）：９０度 ノッチ密度、つまりチューブ一周あたりのフィンコンボ
リューション内のノッチ数：１４０ この２つの試作品の性能を外側表面が平坦なチューブの
性能と熱流束状態について比較した。蒸発用途では、試
作品Ａの性能は、平均で平坦なチューブの性能の約２．
５倍であり、試作品Ｂの性能は、平坦なチューブの性能
の約３倍であった。凝縮用途では、試作品Ａの性能は、
平均で平坦なチューブの性能の約１９倍であり、試作品
Ｂの性能は、平坦なチューブの性能の約２３倍であっ
た。
cm(42フィン/インチ) フィン高さ（Ｈf ）：０．７９ｍｍ（０．０３１イン
チ） ノッチベースの高さ（Ｈn）：０．５８ｍｍ（０．０２
３インチ） ノッチ角度（α）：５０度、３０度、４５度 分割角度（δ）：７０度、９０度、１１０度 ノッチ密度、つまりチューブ一周あたりのフィンコンボ
リューション内のノッチ数：８０，１４０ 試作品Ｂ 公称外径（Ｄo）：１．９ｃｍ（３／４インチ） フィンピッチ(Pf):0.45mm(0.018インチ)又は２２フィン
/cm(56フィン/インチ) フィン高さ（Ｈf）：０．５８ｍｍ（０．０２４イン
チ） ノッチベースの高さ（Ｈn）：０．３５ｍｍ（０．０１
４インチ） ノッチ角度（α）：５０度 分割角度（δ）：９０度 ノッチ密度、つまりチューブ一周あたりのフィンコンボ
リューション内のノッチ数：１４０ この２つの試作品の性能を外側表面が平坦なチューブの
性能と熱流束状態について比較した。蒸発用途では、試
作品Ａの性能は、平均で平坦なチューブの性能の約２．
５倍であり、試作品Ｂの性能は、平坦なチューブの性能
の約３倍であった。凝縮用途では、試作品Ａの性能は、
平均で平坦なチューブの性能の約１９倍であり、試作品
Ｂの性能は、平坦なチューブの性能の約２３倍であっ
た。
【００２７】上記の試験データから、公称外径が１２．
５ミリメータ（１／２インチ）〜２５ミリメータ（１イ
ンチ）のチューブでは、次の比較性能を有することが推
測できる。
５ミリメータ（１／２インチ）〜２５ミリメータ（１イ
ンチ）のチューブでは、次の比較性能を有することが推
測できる。
【００２８】ａ）フィンピッチは０．０３８〜０．７６
ｍｍ（０．０１５〜０．０３０インチ、つまり０．０３
８ｍｍ≦Ｐf≦０．７６ｍｍ（０．０１５インチ≦Ｐ
f０．０３０インチ） ｂ）チューブの外径に対するフィン高さの比率は０．０
２６〜０．０６７、つまり０．０２６≦Ｈf／Ｄo≦０．
０６７、 ｃ）ノッチ密度は６０〜１９０、 ｄ）ノッチ軸およびチューブ長手軸間の角度は２０〜６
５度、つまり２０°≦α≦６５°、 ｅ）ノッチベースの高さはフィン高さの０．５０〜０．
８、つまり０．０５０≦Ｈn／Ｈf≦０．８、 ｆ）スパイク上の２つの先端間の角度は７０〜１３０
度、つまり７０°≦δ≦１３０° である。
ｍｍ（０．０１５〜０．０３０インチ、つまり０．０３
８ｍｍ≦Ｐf≦０．７６ｍｍ（０．０１５インチ≦Ｐ
f０．０３０インチ） ｂ）チューブの外径に対するフィン高さの比率は０．０
２６〜０．０６７、つまり０．０２６≦Ｈf／Ｄo≦０．
０６７、 ｃ）ノッチ密度は６０〜１９０、 ｄ）ノッチ軸およびチューブ長手軸間の角度は２０〜６
５度、つまり２０°≦α≦６５°、 ｅ）ノッチベースの高さはフィン高さの０．５０〜０．
８、つまり０．０５０≦Ｈn／Ｈf≦０．８、 ｆ）スパイク上の２つの先端間の角度は７０〜１３０
度、つまり７０°≦δ≦１３０° である。
【００２９】試験された試作品は、３つのフィンコンボ
リューション即ち「スターツ」を有したものであった。
フィンコンボリューション即ちスターツの最適数は、熱
交換効率に与えるフィンコンボリューションの数の影響
よりも、むしろ製造の容易性によって定まる。スターツ
の数が増えるにつれて、チューブ表面上におけるフィン
コンボリューションの形成比率は増加する。
リューション即ち「スターツ」を有したものであった。
フィンコンボリューション即ちスターツの最適数は、熱
交換効率に与えるフィンコンボリューションの数の影響
よりも、むしろ製造の容易性によって定まる。スターツ
の数が増えるにつれて、チューブ表面上におけるフィン
コンボリューションの形成比率は増加する。
【００３０】以上説明したように、本発明は、冷媒を蒸
発する用途にも凝縮する用途にも優れた熱伝達性能を発
揮するよう形成された外側表面を有する熱伝達チュー
ブ、および熱伝達チューブを製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
発する用途にも凝縮する用途にも優れた熱伝達性能を発
揮するよう形成された外側表面を有する熱伝達チュー
ブ、および熱伝達チューブを製造する方法を提供するこ
とを目的とする。
【００３１】本発明を要約すると、熱伝達チューブ（１
０）は、たとえば、多管式の空調用コンデンサ、満液式
蒸発器、流下液膜式蒸発器、または満液および流下液膜
式を組み合わせた蒸発器などの使用に適している。チュ
ーブ（１０）は、外側表面（１３）の周りを螺旋状に延
在する少なくともひとつのフィンコンボリューション
（２０）を有する。ノッチ（３０）のパターンは、チュ
ーブのの外周の周りに一定の間隔でフィンコンボリュー
ションを斜め角度（α）を持って横切るように延在す
る。一対の隣接するノッチ間に２つの先端部（２３）を
有する分割スパイク（２２）が存在する。マンドレル
と、最初はフィン形成用ディスク（６３）のガングとの
間で、２番目にノッチングホイール（６６）との間で、
そして３番目に分割ホイール（６７）との間で、チュー
ブの壁を転がすことによりチューブにフィンコンボリュ
ーション、ノッチおよび分割スパイクが形成される。回
転し前進するチューブとノッチングホイールとの相互作
用により、チューブの製造の間において、スパイクの最
大幅（Ｗt）はフィンコンボリューションの根幹部の幅
（Ｗr）よりも大きくなる。
０）は、たとえば、多管式の空調用コンデンサ、満液式
蒸発器、流下液膜式蒸発器、または満液および流下液膜
式を組み合わせた蒸発器などの使用に適している。チュ
ーブ（１０）は、外側表面（１３）の周りを螺旋状に延
在する少なくともひとつのフィンコンボリューション
（２０）を有する。ノッチ（３０）のパターンは、チュ
ーブのの外周の周りに一定の間隔でフィンコンボリュー
ションを斜め角度（α）を持って横切るように延在す
る。一対の隣接するノッチ間に２つの先端部（２３）を
有する分割スパイク（２２）が存在する。マンドレル
と、最初はフィン形成用ディスク（６３）のガングとの
間で、２番目にノッチングホイール（６６）との間で、
そして３番目に分割ホイール（６７）との間で、チュー
ブの壁を転がすことによりチューブにフィンコンボリュ
ーション、ノッチおよび分割スパイクが形成される。回
転し前進するチューブとノッチングホイールとの相互作
用により、チューブの製造の間において、スパイクの最
大幅（Ｗt）はフィンコンボリューションの根幹部の幅
（Ｗr）よりも大きくなる。
【図１】本発明のチューブの斜視図である。
【図２】本発明のチューブの製造工程の説明図である。
【図３】本発明のチューブの外側表面の一部の平面図で
ある。
ある。
【図４】本発明のチューブの単一フィンコンボリューシ
ョンの一部の平面図である。
ョンの一部の平面図である。
【図５】本発明のチューブの隣接する２つのフィンコン
ボリューションの概略断面図である。
ボリューションの概略断面図である。
１０…熱交換チューブ １１…管壁 １２…内側表面 １３…外側表面 ２０…フィンコンボリューション ２２…外部フィンスパイク ３０…ノッチパターン ６０…フィン形成装置 ６１…ツール心棒 ６２…ツールガング ６３…フィン形成用ディスク ６４…マンドレル ６５…マンドレルシャフト ６６…ノッチングホイール ６７…分割ディスク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 スティーヴン ジェイ．スペンサー アメリカ合衆国，ニューヨーク，リヴァー プール，リヴァーデイル ロード 205 (72)発明者 ダニエル ピィー．ガファニィー アメリカ合衆国，ニューヨーク，チッテナ ンゴー，ウエスト ジェネシー ストリー ト 351 (72)発明者 ズィン リウ アメリカ合衆国，ニューヨーク，ボールド ウィンズヴィル，ヒドゥン レイク ドラ イヴ 3135
Claims (8)
- 【請求項１】 チューブの外壁上に熱交換表面を形成す
る方法において、 内側マンドレルとフィン形成用ディスクのガングとの間
で前記壁を転がし、フィンコンボリューションを形成す
る工程と、 前記チューブの外周の周りに一定の間隔で前記フィンコ
ンボリューションにノッチ付けを行い、前記フィンコン
ボリューションにスパイクを形成する工程と、 前記スパイクを分割し、各スパイクごとに２つの先端部
を形成する工程とからなる方法。 - 【請求項２】 前記ノッチ付け工程によって形成された
ノッチは、ノッチベースの軸角度を有し、 前記先端部は先端軸角度を有し、 前記ノッチ付け工程は、前記先端軸角度が前記ノッチベ
ースの軸角度に対して斜めになるように前記先端部をひ
ねる工程を含む請求項１の方法。 - 【請求項３】 前記ノッチ付け工程は、材料を押し除け
て前記先端部を形成し、前記押し除けられた材料は、前
記スパイクの先端部においてスパイクの幅をＷtとする
ことを特徴とする請求項２の方法。 - 【請求項４】 請求項１の方法により形成された熱交換
表面。 - 【請求項５】 外側表面を有する改良された熱伝達チュ
ーブ（１０）であって、 前記外側表面の周りに螺旋状に設けられた少なくともひ
とつのフィンコンボリューション（２０）と、 前記チューブのの外周の周りに一定の間隔で前記フィン
コンボリューション内へ半径方向に延びるノッチ（３
０）とを備え、ノッチは前記チューブの長手軸（ＡT）
に対して角度（α）を有するベース軸を有し、 前記ノッチは、前記フィンコンボリューションを、根幹
部（２１）と２つの先端部（２３）を有する分割スパイ
ク（２２）とに分割し、 前記分割スパイクは、前記ノッチのうち隣接する一対の
ノッチ間にあり、前記根幹部の最大幅（Ｗr）よりも大
きな最大幅（Ｗt）を有することを特徴とする熱伝達チ
ューブ（１０）。 - 【請求項６】 フィンピッチ（Ｐf）は、０．３８〜
０．７６ｍｍ（０．０１５〜０．０３０インチ）であ
り、 前記チューブは外径（Ｄo）を有し、前記フィンコンボ
リューションはフィン高さ（Ｈf）を有し、前記外径に
対する前記フィン高さの比率（Ｈf／Ｄo）は０．０２６
〜０．０６７であり、 チューブ一周あたりのフィンコンボリューション内の前
記ノッチの数は６０〜１９０であり、 前記ノッチ軸と前記チューブの長手軸との間の角度は３
０〜６５度であり、 前記ノッチはノッチベース高さ（Ｈn）が前記フィン高
さの０．５０〜０．８であるベース（３２）を有し、 前記先端部は分割角度（δ）を持って相互に外側に延在
し、 前記スパイク先端部の軸角度（β）は２０〜６５度であ
ることを特徴とする請求項５の熱伝達チューブ。 - 【請求項７】 前記分割角度（δ）は７０〜１３０度で
あることを特徴とする請求項６の熱伝達チューブ。 - 【請求項８】 前記フィンピッチは０．４２〜０．６０
ｍｍであり、 前記ノッチ角度は５０度であり、 チューブ一周あたりのフィンコンボリューション内のノ
ッチの数は１１０〜１４０であり、 前記ノッチベースの高さは、前記フィンの高さの０．５
０〜０．８０であることを特徴とする請求項６の熱伝達
チューブ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US82047297A | 1997-03-17 | 1997-03-17 | |
| US08/814471 | 1997-03-17 | ||
| US08/820472 | 1997-03-17 | ||
| US08/814,471 US5933953A (en) | 1997-03-17 | 1997-03-17 | Method of manufacturing a heat transfer tube |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10263734A true JPH10263734A (ja) | 1998-10-06 |
| JP2945649B2 JP2945649B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=27123850
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10066395A Expired - Fee Related JP2945649B2 (ja) | 1997-03-17 | 1998-03-17 | 熱伝達チューブおよびその製造方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0865838B1 (ja) |
| JP (1) | JP2945649B2 (ja) |
| KR (1) | KR100324065B1 (ja) |
| CN (1) | CN100347512C (ja) |
| AU (1) | AU722999B2 (ja) |
| CA (1) | CA2230213C (ja) |
| ES (1) | ES2174408T3 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2010519500A (ja) * | 2007-02-28 | 2010-06-03 | ベール ゲーエムベーハー ウント コー カーゲー | 熱交換器、排ガス循環系、給気供給系、および熱交換器の使用 |
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| MX2007011736A (es) | 2005-03-25 | 2008-01-29 | Wolverine Tube Inc | Herramienta para producir superficies de transferencia. |
| KR101151872B1 (ko) | 2010-03-18 | 2012-05-31 | (주)현대기공 | 터보냉동기의 증발기용 전열관 |
| KR101151871B1 (ko) | 2010-03-18 | 2012-05-31 | (주)현대기공 | 터보냉동기의 응축기용 전열관 |
| CN102147204A (zh) * | 2011-03-24 | 2011-08-10 | 恩迅（上海）节能科技有限公司 | 一种节能防腐蚀的省煤器换热管及其制备方法 |
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| CN106391914B (zh) * | 2016-11-10 | 2018-07-20 | 华南理工大学 | 一种轧制与犁切-挤压三维内外翅片管制造设备与方法 |
| CN106391913B (zh) * | 2016-11-10 | 2018-07-20 | 华南理工大学 | 一种基于多刃犁切-挤压的三维内翅片管成型装置及方法 |
| CN107774849B (zh) * | 2017-10-27 | 2024-06-18 | 华南理工大学 | 一种蒸发冷凝两用阶梯宫格翅片管的成形刀具和成形方法 |
| DE102017128163A1 (de) * | 2017-11-28 | 2019-05-29 | Liebherr-Components Biberach Gmbh | Seiltrommel sowie Verfahren zu deren Herstellung |
| CN108168353B (zh) * | 2017-12-28 | 2019-08-09 | 无锡市欣明换热新材料科技有限公司 | 一种冷凝器的冷凝管及其加工装置 |
| CN110976724A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-10 | 鲁德祥 | 多头螺旋花刀 |
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