JPS6029594A - 伝熱管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、伝熱管に係り、特に空気調和装置。

冷凍機、ボイラー等の熱交換器としてのコンデンサーに
好適に使用される凝縮伝熱管に関するものである。

一般に、このような伝熱管は、管内面に流通せしめられ
る伝熱流体（冷却水）と管外面に接触さセられる伝熱流
体（凝縮性ガス）との間で熱のやりとりが行われるもの
であるが、従来がら、Ｒ１１やＲ１２等のフロン系冷媒
ガスのコンデンサーには、管外周面に螺旋状のフィンを
形成せしめたローフイン管や、かかるローフイン管の熱
伝達を促進するために、該ローフイン管の内周面に螺旋
状のリブを設けた内面リブ付きローフイン管が使用され
てきた。

ところで、管内面が平滑なローフイン管においては、管
内部を流通せしめられる伝熱流体が層流となって、管内
周面に伝熱効率の悪い境膜が生じ易いが、内面リブ付き
のローフイン管では、内面リブにより流体の流れが旋回
せしめられることによって形成される旋回流により、比
較的境膜が形成されにり＜、管内面の熱伝達率を向上さ
せる上で有効とされている。

しかしながら、そのような旋回流によっても層流に返信
した流体の流れは依然として残り、それ故、境膜の問題
が解消され得たわけでなく、内面の熱伝達を促進する上
にも限界があった。

一方、管外面の熱伝達率については、多数の外面フィン
の形成により、広い接触面積が確保されるところから、
その熱伝達性能の改善はある程度は期待できるのである
が、更に高い外面熱伝達率への要求は根強いものがあり
、内外の熱伝達率を可及的に高め、全体として伝熱性能
に優れた伝熱管がめられているのが実情である。

ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑みて為された
ものであり、その第一の目的は、管内を流通せしめられ
る流体の流れに境膜を破壊し得るに有効な乱流を惹起さ
せ得て、内面熱伝達率を効果的に高め得る伝熱管を提供
することにあり、また第二の目的は、それに加えて管外
面に接触せしめられる伝熱流体を効果的に外面フィンに
接触させ得て、外面熱伝達率をより一層向上させ得る伝
熱管を提供することにある。また、第三の目的は、上記
のような乱流を惹起せしめ得る伝熱管を容易に製造する
方法を提供することにある。

そして、上記第一の目的を達成すべく、本発明にあって
は、管外周面に管材料からなるＩＩＷ旋状の外面フィン
が一体的に形成されてなる伝熱管において、その管内周
面に複数の内面突起を形成せしめ、且つかかる内面突起
をスパイラル状に配列せしめるようにしたのである。

このような伝熱管にあっては、管内を流通せしめられる
伝熱流体が複数の内面突起を乗り越え、或いはかかる内
面突起によって流れの方向が変えられる際に微妙な乱流
が生じ、そしてこの管内面に近接した流れの変化によっ
て、管内周面付近に生じ易い境膜が効果的に破壊されて
、内面熱伝達率が有効に高められるのである。

また、本発明は、上記第二の目的を達成すべく、上記の
ような配列で複数の内面突起が形成されると共に、管外
周面に形成された螺旋状の上記外面フィンがその長さ方
向に所定の間隔を隔てた切込みによって分断せしめられ
ているように、伝熱管を構成したのである。

かかる伝熱管にあっては、複数の内面突起による有効な
乱流作用が惹起される一方で、管外周面に接触せしめら
れる伝熱流体が上記切込みを通じて隣会う外面フィンを
横切って流通することができるため、外面フィンに対し
て、かかる流体が効果的に接触せしめられ、また接触面
積も増大するところから、外面熱伝達率をも従来に比べ
てより一層高め得るのである。

さらに、上記のような内面突起を有する伝熱管の製造の
ために、本発明にあっては、目的とする伝熱管を与える
素管の外周面に対して、フィン形成ディスクを押圧せし
めることにより外面フィンを転造形成する一方、該フィ
ン形成ディスクの外面フィン形成方向における下流側に
鋸歯状ディスクを配置し、形成された外面フィン間の溝
部の底部に、かかる鋸歯状ディスクの鋸歯を押圧せしめ
ることにより、該鋸歯による押圧部分を管内面に突出せ
しめるようにする手法が、好適に採用されることとなる
。

このようにすれば、外面フィンを傷めたり、その形状に
変更を要することなく、鋸歯状ディスクによって容易に
内面突起を形成することができ、しかも管外面を押圧し
て内側に突出させるため、内面突起を形成しても伝熱管
の重量の増大を招くことがないのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例を示す図面に基づいて更に詳細に説明するこ
ととする。

第１図は、本発明に従う伝熱管の一例を示す一部切欠図
であり、そこにおいて、２は銅等の熱伝達率のよい金属
からなる伝熱管である。そして、かかる伝熱管２の管外
周面には、管壁から移動した管材料からなる螺旋状の外
面フィン４が所定ピッチで一体的に設けられている一方
、管内周面には、複数の内面突起６が形成されているの
である。

それら内面突起６は、外面フィン４の間の溝部８に対応
する管内周面に形成され、且つかかる内面突起６の位置
する溝部８の底部部分が凹所（ディンプル）１０とされ
ている。すなわち、この場合には溝部８の底部部分に矩
形状の凹所１０が形成されることにより、そこに対応す
る管内面が楕円丘状に突出せしめられて内面突起６が形
成されているのである。このように螺旋状の溝部８に沿
って内面突起６が形成される結果、それら内面突起６は
管内周面においてスパイラル状に配列することとなり、
また凹所１０のピッチによって、互いに隣接する内面突
起６同士が、例えば第１図に示されるような明瞭なスパ
イラル模様を形成する場合もあるし、あるいは第２図に
示されるような、最も隣接する内面突起６同士が互い違
いに位置して、千鳥状の模様を形成する場合もあるが、
かかる千鳥配置においても、凹所１０のピッチを選ぶこ
とにより、溝部８のｗＩ旋形状とは別に、管内面におい
て内面突起６をスパイラル状に配列させるようにするこ
とが望ましい。

そのように溝部８とは別のＩ！Ｉｌ旋状曲線に沿って内
面突起６のスパイラル配置を得る場合、かかるスパイラ
ル配置のピッチは、管軸方向において一般に０．５〜１
（Ｉｓ■、また管軸方向に対するリード角は少なくとも
１０°以上、特に好ましくは２０〜７０度くらいの範囲
に定めることが好適である。

また、外面フィン８の大きさは、管径が例えば２０鰭前
後の場合、フィン厚さ０．２〜０．４　ｖｍ程度、高さ
が１〜３■璽前後、また溝部８０間隔は管軸方向におい
て０．５〜１．３　＊■程度が普通である。一方、内面
突起６の大きさは、高さく突出量）が０．２〜１．０ｆ
ｉ前後、また突起長手方向の長さが１〜５龍前後が好適
であり、したがって溝部８の底部部分に設けられる凹所
ｌＯの深さおよび長さも、そのような高さおよび長さの
内面突起６を得るに足る寸法であることが望ましいので
ある。

内面突起６の管内周面からの突出量等があまりに大きく
なると、管内を流通せしめられる伝熱流体の圧力損失（
水頭損失）が大きくなるため、内面突起６の高さや単位
面積あたりの数などは、あまりに大きな圧力損失を招か
ない程度に適宜に定められるべきである。

そして、かかる内面突起６を有する伝熱管にあっては、
管内を流通せしめられる伝熱流体の流れに、内面突起６
を乗り越えてそれを通過する際に乱流が生じ、且つかか
る内面突起６により管内面に沿って管軸方向に流れる伝
熱流体の流れが左右に分流せしめられ、そしてこれに加
えて内面突起６のスパイラル状配置による伝熱流体の管
内面付近の４１１１旋状流れ作用が相俟って、管内表面
の流れが複雑かつ微妙な乱流形態をとるようになり、こ
れによって管内周面付近に形成され易い境膜が効果的に
破壊されて、内面熱伝達率が有効に高められるのである
。また、管内面における流体接触面積が内面突起６によ
って増大せしめられ、更に管外周面における接触面積も
、凹所ｌＯの存在によって増大せしめられるのである。

ところで、第１図や第２図に示されるような伝熱管２は
、第３図に示される如き方法によって容易に製造可能で
ある。第３図において、１２は複数枚のフィン形成ディ
スクであり、漸次径が増大するものが外面フィン４のピ
ンチを与える間隔で軸１４によって同心的かつ一体的に
連結せしめられており、さらに最も大径のフィン形成デ
ィスク０ １２に隣接してそれと同心的に鋸歯状ディスク１６が軸
１４に取り付けられている。この鋸歯状ディスク１６は
、例えば第４図に示されるように、それの外周部に所定
ピッチで鋸歯１８を備えたものであり、その鋸歯１８の
歯先が描く円周の半径は、フィン形成ディスク１２の最
も大径のものより一定量太き（されている。

そして、上記各フィン形成ディスク１２および鋸歯状デ
ィスク１６が取り付けられた軸１４が、目的とする伝熱
管を与える素管２ｏの中心線に対して、形成されるべき
外面フィン４のリード角に相当する角度を以て位置せし
められ、また素管２０の内側には、各フィン形成ディス
ク１２には対向するが鋸歯状ディスク１６には対向しな
い状態でプラグ２２が挿入される。

かかる状態で、軸１４を介してフィン形成ディスク１２
を回転させつつ、素管２０の外周面に対して押圧せしめ
ることにより、漸次外面フィン１４を転造形成する一方
、フィン形成ディスク１２の矢印で示される外面フィン
形成方向における下１ 流側に配置された鋸歯状ディスク１６によって、形成さ
れた外面フィン４間の溝部８の底部に、がかる鋸歯状デ
ィスク１６の鋸歯１８を押圧せしめることにより、その
鋸歯１８による押圧部分を管内面に突出させるようにす
るのである。その結果、管外周面における外面フィン４
間の溝部８の底部部分に凹所１０が形成され、且つその
凹所１ｏに対応する部位に位置して管内周面に内面突起
６が形成されるのである。

なお、管内周面に形成される内面突起６の配列形態は、
素管２０の径に対する鋸歯１８のピンチ等によって決定
されることとなり、例えば第４図に示されるような鋸歯
ピンチの小さい鋸歯状ディスク１６を用いれば、第２図
に示されるような配列形態の内面突起６が容易に形成さ
れ、また第５図に示されるような鋸歯ピッチの大きい鋸
歯状ディスク２４を用いれば、例えば第１図に示される
ような配列形態の内面突起６が形成されることとなる。

ところで、第１図や第２図に示される伝熱管２２ のように蝮旋状に連続する外面フィン４を備えたもので
はな（、第６図に示されるように外面フィン４に切込み
２４が形成された伝熱管２６とすれば、外面熱伝達率を
高める上で有効である。

すなわち、かかる伝熱管２６は、図示はしないが上記伝
熱管２と同様に外面フィン４間の溝部８の底部部分に凹
所１０が形成されることにより、管内面に複数の内面突
起６が形成されているが、さらにａ’旋状の外面フィン
４がその長さ方向に所定の間隔を隔てた切込み２４によ
って分断せしめられているのである。かかる切込み２４
は、隣接する外面フィン４間にまたがって蝮旋状に設け
ることもできるし、直線状に設けることもでき、あるい
は互い違いとなるように千鳥状に設けることもできる。

いずれにしても、それらの切込み２４によって外面フィ
ン４が分断せしめられることにより、第７図や第８図に
示されるような内面突起６による乱流惹起作用に基づく
内面熱伝達率の向上に加えて、伝熱管２６の外面に接触
せしめられる伝熱流３ 体が切込み２４を通じて外面フィン４に効果的に接触せ
しめられ、また切込み２４がその接触面積の増大にも寄
与するところから、外面熱伝達率も有効に高められるの
である。

なお、このような伝熱管２６を製造するについては、例
えば第３図において、鋸歯状ディスク１６のさらに下流
側に切込み形成ディスクを配置し、外面フィン４の転造
成形と同時に所定ピンチで切込み２４を設けることがで
きる。あるいは外面フィン４および内面突起６が上述の
ように形成されたのち、かかる伝熱管の外面フィン４の
外周部にローレット掛ローラを押しっけて、そのような
切込み２４を形成することもできる。

久喜こ、本発明に従う伝熱管の伝熱性能と従来の伝熱管
の伝熱性能とを比較するために、それぞれの試料管に対
して行った実験の結果を第１表に示す。

なお、試料管としては、従来管Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄおよび本
発明管Ｅ、Ｆを選定し、それらの構造は次のとおりであ
った。

４ 従来管Ａ；外面フィンが１９山／インチで形成され、か
つ、外面フィンとは異なる リード角で管外面に押し付けられた リブ形成ディスクにより管内面に形 成された螺旋状の内面リブを備える。

従来管Ｂ；外面フィンが４０山／インチで形成されると
同時に、管内面に挿入され た溝付ダイスにより外面フィンを潰 すことなく形成された螺旋状の内面 リブを備える。

従来管Ｃ；外面フィンが４０山／インチで形成され、か
つ従来管Ａと同様な内面リ ブを備える。

従来管Ｄ；外面フィンが４０山／インチで形成され、か
つ従来管Ｂと同様な内面リ ブを備え、さらに外面フィンにロー レット加工が施されている。

本発明管Ｅ；外面フィンが１９山／インチで形成され、
かつ第８図に示されるように 管内面に複数の内面突起を有すると ５ ともに、外面フィンにローレット掛 けによって切込みが加えられている。

本発明管Ｆ；外面フィンが２６山／インチで形成され、
かつ第７図に示されるように 管内面に複数の内面突起を有すると ともに、外面フィンにローレット掛 けによって切込みが加えられている。

なお、各試料管の外径および内径は第１表に併記した。

６ ７ ただし、第１表において、 ｈｉ；管内面熱伝達係数 ｈｏＨ管外面熱伝達係数 Ｋｔｉ試料管の熱通過率 Ｋｓ；基準管（外面フィン力月９１１Ｊ／インチで内面
が平滑な従来のローフイン管） の熱通過率 また、各々の値は、管内面に流速；２ｍ／ｓ冷却水で通
水せしめ、管外面にはＲ−１２のフロン系凝縮性ガスを
接触させた場合の値である。

かかる第１表に示される試験結果から明らかなように、
本発明に従う試料管Ｅ、Ｆにおいては、ｈｉ、ｈｏとも
に高い値が得られ、また伝達性能を示す指針となるＫ　
ｔ　／　Ｋ　ｓが、従来管Ａ−Ｄよりことごとく上まわ
っていることが理解されるのである。

以上、本発明の具体例ならびに実験データに基づいて詳
細に説明したが、本発明はかがる具体例および実験デー
タによって限定的に解釈されるべきものでは決してなく
、当業者の知識に基づき種８ 々なる変更、改良等を加えた態様で実施し得ることは改
めていうまでもないところである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はそれぞれ本発明に従う伝熱管の具
体例を示す一部切欠正面図であり、第３図はかかる伝熱
管を製造するのに好適な方法の具体例を示す説明図であ
る。また、第４図は第３図において用いられる鋸歯状デ
ィスクの正面図であり、第５図はさらに別の鋸歯状ディ
スクの具体例を示す部分正面図である。また、第６図は
本発明に従う別のタイプの伝熱管の具体例の要部を拡大
して示す部分拡大図である。さらに、第７図および第８
図は、それぞれ第６図に示す如きタイプの伝熱管の他の
具体例の一部を切り欠いて示す一部切欠正面図である。 ２．２６：伝熱管　４：外面フィン ６：内面突起　８：溝部 １０：凹所　１２：フィン形成ディスク１６：鋸歯状デ
ィスク　１８：鋸歯 ２０：素管　２２ニブラグ ９ ２４：切込み 出願人　住友軽金属工業株式会社 ０ 第１図 第２図 第３」 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１管外周面に管材料からなる螺旋状の外面フィンが
   一体的に形成されてなる伝熱管にして、管内周面に複数
   の内面突起が形成され、且つかかる内面突起がスパイラ
   ル状に配列せしめられていることを特徴とする伝熱管。 （２）前記内面突起が、前記外面フィンの間の溝部に対
   応する管内面に形成され、且つ該内面突起の位置する該
   溝部の底部部分が凹所とされている特許請求の範囲第１
   項記載の伝熱管。 （３）管外周面に管材料からなる螺旋状の外面フィンが
   一体的に形成されてなる伝熱管にして、該°　外面フィ
   ンがその長さ方向に所定の間隔を隔てた切込みによって
   分断せしめられている一方、管内周面に複数の内面突起
   が形成され、且つかかる内面突起がスパイラル状に配列
   せしめられていることを特徴とする伝熱管。 （４）　前記内面突起が、前記外面フィンの間の溝部に
   対応する管内面に形成され、且つ該内面突起の位置する
   該溝部の底部部分が凹所とされている特許請求の範囲第
   ３項記載の伝熱管。 （５）目的とする伝熱管を与える素管の外周面に対して
   フィン形成ディスクを押圧せしめることにより外面フィ
   ンを転造形成する一方、該フィン形成ディスクの外面フ
   ィン形成方向における下流側に鋸歯状ディスクを配置し
   、形成された外面フィン間の溝部の底部に、かかる鋸歯
   状ディスクの鋸歯を押圧せしめることにより、該鋸歯に
   よる押圧部分を管内面に突出させるようにしたことを特
   徴とする伝熱管の製造方法。 （６）前記外面フィンの転造形成と同時に、若しくは転
   造形成された外面フィンに対して、その長さ方向に所定
   の間隔を隔てて切込みが加えられる特許請求の範囲第５
   項記載の方法。