JPS6158757B2 - - Google Patents

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JPS6158757B2
JPS6158757B2 JP53083907A JP8390778A JPS6158757B2 JP S6158757 B2 JPS6158757 B2 JP S6158757B2 JP 53083907 A JP53083907 A JP 53083907A JP 8390778 A JP8390778 A JP 8390778A JP S6158757 B2 JPS6158757 B2 JP S6158757B2
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JP
Japan
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tool
tube
heat exchange
forming
groove
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JP53083907A
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English (en)
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JPS5420450A (en
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Esu Burazaasu Uorin
Jei Karufuerutsu Arubaato
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Carrier Corp
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Carrier Corp
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Publication date
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Publication of JPS6158757B2 publication Critical patent/JPS6158757B2/ja
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/26—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass heat exchangers or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—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
    • F28F1/24—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 transversely
    • F28F1/26—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 transversely the means being integral with the element

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  • Automatic Assembly (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、沸騰する液体とともに使用するため
の熱交換装置に関し、特に、内部を通して冷却す
べき流体を通流させ、外表面に沸騰する冷媒を接
触させるようにした熱交換管を製造する方法に関
する。
冷却器または蒸発器のような冷凍装置において
は、冷却すべき液体を管内を通して通流させ、液
体冷媒を該管の外面に接触させる。通常、管は冷
媒液内に浸漬させるか、あるいは冷媒スプレーに
よつて湿潤させる。冷媒は、管内の液体と熱交換
して液体から蒸気に相変化し、管内の冷却すべき
液体から熱を奪う。管の外部形状の選定は、管の
沸騰特性および全体的熱伝達率を決定する上で極
めて大きな要素である。
沸騰液への熱伝達は、核沸騰する場を創生する
ことによつて高められることが判明しており、熱
交換表面に蒸気を捕捉する空洞を設けることによ
り核沸騰のための場を創生することができると考
えられている。
核沸騰においては、空洞内に捕捉された蒸気
は、熱交換表面によつて過熱され、その結果膨脹
拡大して表面張力が破られ蒸気の気泡が該熱交換
表面から離脱する。気泡が熱交換表面から離れる
と、その跡地は液体によつて湿潤され、残留して
いる蒸気は、次の気泡を形成する蒸気を創生する
ための液体補給源となる。このように表面の湿潤
と気泡の解放とが連続的に行われることと、液体
内を通り抜け液体を混合させる過熱された気泡の
対流作用とが相俟つて熱交換表面の熱伝達率を高
める。
表面の熱伝達率は蒸気気泡が形成される場所が
高いことが知られている。従つて、全体の熱伝達
率は、熱交換表面の単位面積当りの蒸気捕捉場所
の密度が大きいほど増大する。このことは、例え
ば、米国特許第3696861号「高い沸騰熱伝達係数
を有する熱伝達表面」、またはジヨン・ウイリ
ー・アンド・サンズ社から出版されたM.ジエイ
コブ著「熱伝達」第１巻に記載されている。
全体的熱伝達率を高めるために核沸騰の場を創
生する熱伝達表面としてはいろいろな形式のもの
が提案されている。「沸騰液体のための表面」と
題する米国特許第3454081号は、直交溝付沸騰用
表面を設け、外部に開口する制限口を備えた顕微
鏡的密度の複数の空洞を表面下に形成することを
教示している。また、「熱伝達表面」と題する米
国特許第3326283号は、管のフインを変形して核
沸騰を促進するためのくぼみを形成することを開
示している。
また、液滴沸騰用表面を形成するための多くの
方法が提案されている。例えば、「熱伝達表面か
ら突出させたフインにくぼみを形成する方法」と
題する米国特許第3487670号には、上記米国特許
第3326283号の熱伝達表面を形成する方法が開示
されている。同特許の方法によれば、フインを圧
子（押込み工具）によつて転造し、該圧子により
各フインをフレア（朝顔）状に拡開させて蒸気捕
捉用空洞を形成する。米国特許第3496752号に
は、熱伝達表面に切目を付けて顕微鏡的密度の溝
を形成し、溝と溝の間の管壁部分を該溝内へ曲げ
ることによつて空洞を形成する方法が開示されて
いる。また、米国特許第3696861号は、熱交換管
の各フインを隣接のフインの方に向けて一方向に
転造加工によつて湾曲させ、溝と溝の間に蒸気捕
捉部所を形成する方法を教示している。
本発明は、市販の管素材から慣用の管フイン形
成機によつて１回通しで即ち、管フイン形成機に
１回通すだけで製造することのできる原価効率の
良い、高性能の（核沸騰用）熱交換管を提供する
ことを企図したものである。管の原価効率を高め
るためには、高性能管を製造するのに要する製造
費の増加分を、管の性能を一層高めることにより
相対的に製造コストを減少させるか、あるいは熱
交換器の総容量を増大させることによつて回収し
なければならない。
本発明の目的は、高性能の熱交換管を１回の転
造操作によつて形成する方法を提供することであ
る。
この目的のために、本発明は、一体的な複数の
うねを有し、各うねにそれぞれ反対方向に屈曲さ
せて間隙付空洞を形成する２つのフインを設けて
成る熱交換管を形成する方法において、実質的に
断面円形の管素材を用意し、該管素材をその軸線
の周りに回転しうるように、かつ、その軸線の方
向に移動しうるように取付け、転造用工具を管素
材に近接させて設けた工具アーバー上に取付け、
深溝用円盤工具で管素材に複数の深溝を形成し、
浅溝用工具で複数の浅溝を前記深溝と交互に間隔
を置いて管素材に形成し、隣接する深溝と深溝の
間で浅溝の底部から半径方向外方に突出する管素
材部分を拡開用工具によつてフレア状に拡開させ
て該部分を深溝を被うように屈曲させ、それによ
つて間隙付空洞を形成することから成る熱交換管
形成方法を提供する。
以下に述べる本発明の実施例は、熱交換管内に
冷却すべき流体を通し、同時に、蒸発させるべき
冷媒を熱交換管の外表面に接触させるようにした
熱交換器に使用するためのものとして構成されて
いる。冷却すべき流体と冷媒とを熱交換関係に置
くためのこのような構成は、冷凍装置の蒸発器ま
たは冷却機にみられる。典型的な使用例において
は、複数の平行配置の熱交換管を設け、数本の管
で１つの流体流れ回路を構成し、そのような回路
を複数個並列に設けて冷却すべき流体を通すよう
にする。通常、各回路のすべての管を単一のケー
シング内に収容し、それらの管が冷媒内に浸漬さ
れるようにする。
添付図を参照すると、第１図には、転造加工を
施す前の平滑な表面の円筒管の管壁の断面が示さ
れている。第２図は、深い溝１８と浅い溝１６を
交互に管壁に転造した後と同じ管の断面図であ
る。この転造加工によつて各隣接する深溝と深溝
の間の管部分を構成する複数のうね２０が形成さ
れる。即ち、各うね２０は、１つの深溝１８の最
下点とそれに隣接する深溝１８の最下点を結ぶ仮
想線から半径方向外方に突出する部分である。第
２図には、１つのうね２０は、点線で示された管
部分として示してある。
各うね２０は、基部２２と、２つのフイン２４
を有する。基部２２は、隣接する深溝と深溝の最
下点を結ぶ仮想線から半径方向外方であり、かつ
隣接する浅溝と浅溝の最下点を結ぶ仮想線より半
径方向内方の部分である。フイン２４は、浅溝１
６の両側に１つづつ基部２２に連接されており、
隣接する浅溝と浅溝の最下点を結ぶ仮想線から半
径方向外方に突出した部分である。
第３図は、第２図の管の各隣接する２つのフイ
ン２４を朝顔形に拡開（フレア）して深溝１８の
空洞３０を部分的に囲包するようにした管の断面
図である。各フイン２４は、それが属するうね２
０の中心から離れて隣接のうねの方に向けて曲
げ、それによつて深溝１８を部分的に被うように
してある。各うね２０の１対のフイン２４は、そ
れぞれ反対向きに曲げ、隣接のうねの対応するフ
イン２４と協同して狭い間隙３２を形成するよう
にする。隣り合うフイン２４の端部と端部の間の
間隙３２は、空洞３０内での核の沸騰を促進する
ような寸法とする。空洞３０は、深溝１８の底部
と、隣接する２つの基部２２の側面と、隣接する
２つのフイン２４の側面とによつて画定される。
うね２０は、通常、管１０の周りにつる巻状に
転造する。従つて、単一の連続した間隙付空洞３
０が、熱交換管１０の全長に亘つてその周面の周
りにつる巻状に形成される。もちろん、工具のね
じ条数を増やすことによつて空洞の個数を増やす
ことができる。例えば、二条ねじ型工具を使用す
れば、２つのつる巻状間隙付空洞が管の全長に亘
つて形成される。あるいは管の長手に沿つてのあ
る部位において空洞を中断させることによつて管
表面にランド部を形成し、そのランド部におい
て、管を慣用の管板に保持させることができるよ
うにする場合がある。
第４図には、この高性能管に転造加工を施すた
めに慣用の管フイン形成機に使用する工具配構が
示されている。この慣用の管フイン形成機におい
ては、複数の円筒状円盤を各工具アーバーに取付
け、それらの円盤を回転させると、該円盤が管の
各部を押しのけて所望の溝形、従つてフイン形態
を形成するように構成する。第４図から分るよう
に、交互に配置した深溝転造用円盤４０と浅溝転
造用円盤４２によつて管１０の表面に深溝と浅溝
を交互に形成する。これらの円盤の径（従つて、
それによつて転造される溝の深さ）は、管を工具
ガング３８に沿つて進行させるにつれて漸進的に
大きくなるように構成してある。特定の溝の幅ま
たは深さを得るための転造用円盤の枚数または多
条ねじ切り工具を用いる工具アーバーの数は、設
計上の問題であり、隣接する円盤群と円盤群の間
に空間を設ける場合、そのような空間の大きさも
設計上の問題である。第４図には二条ねじ型工具
と共に使用するための４個のフレア形成用円盤４
４が示されている。（「フレア」とは朝顔状に拡開
することをいう。）これらの円盤４４は、管の表
面のうね２０に形成された浅溝１６内に嵌合し、
各うねの１対のフイン２４を互いに反対向きに外
方へ拡開させることができるように設計してあ
る。図から分るように、二条ねじ切り工具の各セ
ツトにそれぞれ１つの幅狭円盤４４と幅広円盤４
４（合計４個の円盤）が配列され、それらの円盤
を転動させると各フインが漸進的に押しひろげら
れるように構成してある。このフレア形成操作に
よりフイン２４が部分的に押し拡げられて溝１８
を囲包し、フイン２４と２４の間に狭い間隙３２
を形成することによつて間隙付空洞３０が形成さ
れる。さらに第４図にみられるように、２つのフ
イン２４がフレア状に拡開されたとき浅溝１６の
底部にフレアの不連続部３６が形成される。これ
らのフレア不連続部３６は、空洞３０以外の部所
における液滴の沸騰を促進する追加の表面積およ
び凹凸を形成する。
代表的な熱交換器に使用する場合、0.745イン
チ（1.9mm）の外径、0.0515インチ（0.13mm）の肉
厚を有する銅管が用いられる。転造およびフレア
形成加工後、間隙付空洞３０の底部のところで測
定した管の肉厚は約0.028インチ（0.07mm）であ
る。
第５図は、アーバー４６をその軸線が管１０の
軸線に対して僅かに斜めになるように取付けたと
ころを示す。アーバー４６には第４図に示される
ような工具ガング３８を装着し、アーバーナツト
４８によつて工具ガング３８および適当なスペー
サ５０をアーバー上の所定位置に錠止する。第５
図から分るように、工具アーバーの軸線は、管１
０の軸線に対してほぼ３゜の鋭角をなしている。
この僅かな斜行角度が、アーバー４６およびそれ
に取付けた工具ガング３８を回転させながら、管
１０をその軸線方向に進行させることを可能にす
る。かくして、管１０は、工具ガングおよびアー
バーを備えた管フイン形成機（図示せず）内を通
して進行せしめられる。
管１０内には、転造加工中管の内表面を支持す
るための慣用の平滑な表面のマンドレル（図示せ
ず）挿入する。このマンドレルは、工具アーバー
４６に装着したすべての円盤４０，４２，４４の
下側に位置する管の内表面を支持するのに十分な
長さとする。
管がその軸線方向に進められるにつれて、まず
その表面に深溝と浅溝を交互に、かつ、漸次深く
転造され、次に各フインが外向きに拡開されて間
隙付空洞が形成される。転造操作は、管を管フイ
ン形成機に１回通すだけで、即ち１回通しで行わ
れる。代表的な応用例においては、管の周りに配
置した複数の工具アーバーを同時併行的に使用し
て円滑な、むらのない転造加工を行う。
以上、本発明を好ましい実施例に関連して説明
したが、本発明の精神および範囲から逸脱するこ
となく、いろいろな変型および変更が可能である
ことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は平滑な表面の熱交換管の部分断面図、
第２図は深溝と浅溝を交互に転造した後の第１図
の管の部分断面図、第３図は各フインをフレア状
に拡開して本発明の間隙付空洞を形成した後の第
１及び２図の管の部分断面図、第４図は、工具ガ
ングを係合させた熱伝達管の部分断面図であり、
浅溝と深溝、および間隙付空洞を形成するための
転造用円盤と拡開用円盤の配列を示す。第５図は
工具アーバーの斜視図である。 図中、１０は熱伝達管、１６は浅溝、１８は深
溝、２０はうね、２２は基部、２４はフイン、３
０は空洞、３２は間隙、３８は工具ガング、４
０，４２は溝転造用円盤、４４は拡開用工具即ち
フレア形成用円盤、４６はアーバー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 一体的な複数のうね２０を有し、各うねにそ
    れぞれ反対方向に屈曲させて間隙付空洞３０を形
    成する２つのフイン２４を設けて成る熱交換管を
    形成する方法において、実質的に断面円形の管素
    材１０を用意し、該管素材をその軸線の周りに回
    転しうるように、かつ、その軸線の方向に移動し
    うるように取付け、転造用工具３８を管素材に近
    接させて設けた工具アーバー上に取付け、深溝円
    盤工具で管素材に複数の深溝１８を形成し、浅溝
    用工具で複数の浅溝１６を前記深溝と交互に間隔
    を置いて管素材に形成し、隣接する深溝と深溝の
    間で浅溝の底部から半径方向外方に突出する管素
    材部分を拡開用工具によつてフレア状に拡開させ
    て該部分を深溝を被うように屈曲させ、それによ
    つて間隙付空洞３０を形成することから成る熱交
    換管形成方法。 ２ 前記深溝用円盤工具、浅溝用円盤工具および
    拡開用工具をいずれも共通の工具アーバーに保持
    し、該アーバーおよびそれに取付けた前記各工具
    を管素材に転がり係合させ、該管素材を該工具と
    共に回転させるようにすることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の熱交換管形成方法。 ３ 前記工具を回転させるに当り、前記工具アー
    バーの軸線を管素材の軸線に対して僅かに傾斜さ
    せ、工具アーバーを回転させると、管素材がその
    軸線を中心として回転せしめられるとともに、そ
    れと併行してその軸線方向に前進せしめられ、そ
    れによつて管素材につる巻状に前記溝が形成され
    るようにすることを特徴とする特許請求の範囲第
    ２項記載の熱交換管形成方法。 ４ 多数の工具アーバーを前記管素材の周りに間
    隔を置いて、かつ、管素材の軸線方向に互いにず
    らせて配慮し、多条ねじ様の溝を形成することが
    できるようにすることを特徴とする特許請求の範
    囲第３項記載の熱交換管形成方法。
JP8390778A 1977-07-13 1978-07-10 Heating surface and method of producing same Granted JPS5420450A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/815,116 US4159739A (en) 1977-07-13 1977-07-13 Heat transfer surface and method of manufacture

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Publication Number Publication Date
JPS5420450A JPS5420450A (en) 1979-02-15
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JP (1) JPS5420450A (ja)
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AU (1) AU516021B2 (ja)
BR (1) BR7804497A (ja)
CA (1) CA1150723A (ja)
CH (1) CH630720A5 (ja)
DE (1) DE2829070C2 (ja)
FR (1) FR2397615A1 (ja)
GB (2) GB2085570B (ja)
IN (1) IN147952B (ja)
IT (1) IT1097006B (ja)
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