トップ :: F 機械工学 照明 加熱 武器 爆破 :: F28 熱交換一般




【発明の名称】 内面溝付伝熱管
【発明者】 【氏名】中溝 賢治

【氏名】山本 孝司

【氏名】森 康敏

【氏名】橋爪 利明
【要約】 【課題】電縫方式で製造される内面溝付管において、溝加工圧延機のロールの山部の欠けが発生しにくい内面溝付伝熱管を提供すること。

【解決手段】展開した状態において、伝熱管１の内面が長さ方向に連続する所定幅の複数の領域Ｒ１，Ｒ２・・・Ｒｎに区分され、一方の側部から見て奇数番目の領域Ｒ１には管軸に対して所定ののねじれ角θを有する多数のフィン１０が形成され、偶数番目の領域Ｒ２には管軸に対して所定ののねじれ角−θを有する多数のフィン１１が形成され、各フィン１０，１１は、前記奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈ又はフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっており、フィン高さｈ又はフィン基部幅ｗの最大値はその最小値の１．０４〜１．３であることを特徴とする。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 展開した状態において、伝熱管１の内面が長さ方向に連続する所定幅の複数の領域Ｒ１，Ｒ２・・・Ｒｎに区分され、一方の側部から見て奇数番目の領域Ｒ１には管軸に対して所定のねじれ角θを有する多数のフィン１０が形成され、偶数番目の領域Ｒ２には管軸に対して所定のねじれ角−θを有する多数のフィン１１が形成され、前記各フィン１０，１１は、前記奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈ又はフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっており、フィン高さｈ又はフィン基部幅ｗの最大値は最小値の１．０４〜１．３倍であることを特徴とする、内面溝付伝熱管。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、空調機用等の熱交換器に使用される内面溝付伝熱管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱交換器等において蒸発管又は凝縮管として使用され、高い熱交換性能が得られる内面溝付伝熱管としては、例えば特開平９−４２８８０号公報に記載されているように、管内面に周方向に沿ってジグザグ状に平行する多数のフィンを形成した伝熱管が提案されている。前記公報に記載された内面溝付伝熱管は、図９で示されているように、展開した状態における伝熱管６の内周面は周方向に沿って複数の領域Ｒ１〜Ｒ４に区分されており、管内面を展開した状態において、奇数番目の領域Ｒ１・・・には管軸に対するねじれ角θ１＝１０〜２５°である多数のフィン６０を平行に形成する一方、偶数番目の領域Ｒ２・・・には管軸に対するねじれ角−θ１＝−１０〜−２５°である多数のフィン６１を平行に形成したものである。展開状態における幅方向の両側部は溶接部であって、溶接部の近傍は平滑面６３に形成されている。フィン６０，６１は、フィン高さ及びフィン基部幅がほぼ均一になるように形成されている。
【０００３】図９のような伝熱管を製造するには、例えば図７で示すように、リール４に巻かれた銅合金又はアルミニウム合金等の金属条６ａを繰り出しながら、当該金属条６ａを溝付ロール５とワークロール３及びバックアップロール３０とからなる溝加工圧延機５０で圧延することにより、その一面に前述のようなフィン６０，６１を加工する。その後、当該金属条６ａを成形ロール群を備えたフォーミング装置によりフィンが内側になるように管状に成形し、次いで金属条６ａの突き合わせ部を溶接し、これを仕上げダイスで空引きして製造される。
【０００４】図７の溝加工圧延機５０における溝付ロール５は、図６で示すように、伝熱管６の内周面の領域Ｒ１・・・Ｒｎの数と同数で同じ厚みの超硬合金からなるディスク５１〜５４を重ねた状態で同軸に固定したものである。溝付ロール５の奇数番目のディスク５１，５３の外周面には、伝熱管６の奇数番目の領域Ｒ１，Ｒ３のフィン６０に対応する平行な多数の溝５ａが形成され、偶数番目のディスク５２，５４の外周面には、伝熱管６の偶数番目の領域Ｒ２，Ｒ４のフィン６１に対応する平行な多数の溝５ｂが形成されている。各溝５ａはロール５の軸心と直交する断面に対して、ねじれ角θ１に対応するねじれ角β１を有しており、各溝５ｂはロール５の軸心と直交する断面に対してねじれ角−θ１に対応するねじれ角−β１を有している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の内面溝付伝熱管６は、図７のような溝加工圧延機５０でフィン６０，６１を形成する場合、図９の矢印イの方向へ通板しているものとすれば、溝付ロール５が回転しつつ接触している圧延部において、金属条の材料はロール５のディスク５１，５３，５２，５４の溝５ａ，５ｂに沿って繰り出し方向の逆方向へ移動（メタルフローが発生）し、図９で示すフィン６０，６１が形成される。金属条の材料の移動を図８で拡大して説明すると、フィン６０，６１が形成されるときに金属材料は矢印ロの方向へ移動し、領域Ｒ１，Ｒ２間の境界部６２の部分にメタルフローの圧力が集中し、隣合うフィン６０，６０相互間の溝６０ａ及び隣合うフィン６１，６１相互間の溝６１ａが合流する６２ａの部分に対応するディスクの溝５ａ相互間及び溝５ｂ相互間の山の部分が欠落する。このようなディスク５１〜５４の山部の欠けは、例えば、フィン高さ０．１０〜０．３０ｍｍ、フィン基部幅０．１０〜０．２５ｍｍのようにシャープなフィン６０，６１を形成する場合により頻繁に発生する。ディスクの溝５ａ，５ｂ間の山部の欠けが発生すると、フィン６０，６１を設計どうりに加工することができなくなるので、伝熱管の伝熱性能が低下する。また、ディスクの山部の欠けが大きくなるとロールを交換しなければならないので生産効率が低下する。
【０００６】本発明の目的は、電縫方式で製造される内面溝付管において、溝加工圧延機のロールの山部の欠けが発生しにくい内面溝付伝熱管を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る内面溝付伝熱管は、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の内面溝付伝熱管は、展開した状態において、伝熱管１の内面が長さ方向に連続する所定幅の複数の領域Ｒ１，Ｒ２・・・Ｒｎに区分され、一方の側部から見て奇数番目の領域Ｒ１には管軸に対して所定の（好ましくは５〜３０°）のねじれ角θを有する多数のフィン１０が形成され、偶数番目の領域Ｒ２には管軸に対して所定の（好ましくは−５〜−３０°）のねじれ角−θを有する多数のフィン１１が形成され、前記各フィン１０，１１は、前記奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈ又はフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっており、フィン高さｈ又はフィン基部幅ｗの最大値はその最小値の１．０４〜１．３倍であることを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１〜図５を参照しながら、本発明に係る内面溝付伝熱管の好ましい実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態の内面溝付伝熱管の内面を溶接部の部分を切断して展開した状態の部分展開図である。
【０００９】金属製（この形態では銅）の内面溝付伝熱管１の内面は、展開した状態において長さ方向に連続する所定幅の複数の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４に区分されている。領域の数は製造される伝熱管の寸法その他の条件によって適宜選択され、また、この領域の数は偶数でなくても実施することができる。展開状態における伝熱管１において、一方の側部から見て奇数番目の領域Ｒ１，Ｒ２には管軸に対して５〜３０°のねじれ角θを有する多数のフィン１０が形成され、偶数番目の領域Ｒ２，Ｒ４には管軸に対して−５〜−３０°のねじれ角−θを有する多数のフィン１１が形成されている。隣合うフィン１０相互及びフィン１１相互において、それらの中心を通る線は平行である。伝熱管１の内面において、溶接部１４の近傍にはフィン１０又は１１を有しない平滑部１３が形成されている。
【００１０】前記各フィン１０，１１は、平滑部１３を含む溶接部１４の近傍を除く部分では、前記奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっており、フィン基部最大幅ｗ２はフィン基部最小幅ｗ１の１．０４〜１．３倍の範囲である。また各フィン１０，１１は、平滑部１３を含む溶接部１４の近傍を除く部分では、奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈが徐々に大きくなっており、最大フィン高さｈ２は最小フィン高さｈ１の１．０４〜１．３倍の範囲である。各フィン１０，１１は、前述のように境界部１２に向かってフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっているので、フィン１０相互間の各溝１０ａ及びフィン１１相互間の各溝１１ａの幅は、境界部１２に向かって徐々に狭くなっている。
【００１１】境界部１２に向かってフィン１０，１１のフィン基部幅ｗ又はフィン高さｈを徐々に大きくしたのは、境界部１２に近づくにしたがってフィン１０，１１の断面積が拡大するようにするためである。したがって、フィン基部幅ｗ又はフィン高さｈを境界部１２に向かって徐々に拡大するように構成しても、あるいは、両者共に徐々に拡大するように構成してもよい。
【００１２】前述のような構成の内面溝付伝熱管１を製造するには、図３〜図５で示すような溝付ロール２が使用される。溝付ロール２は、伝熱管内面の領域Ｒ１〜Ｒ４に対応するように超硬合金等ののディスク２１〜２４を重ねて同軸に固定したもので、片端から奇数番目のディスク２１，２３の表面には、伝熱管内面のフィン１０に対応する溝２ａが形成され、偶数番目のディスク２２，２４の表面には、伝熱管内面のフィン１１に対応する溝２ｂが形成されている。したがって、奇数番目のディスク２１，２３の溝２ａは、ロール２の軸と直交する断面に対して５〜３０°のねじれ角βを有し、偶数番目のディスク２２，２４の溝２ｂは、ロール２の軸と直交する断面に対して−５〜−３０のねじれ角−βを有する。
【００１３】各溝２ａ，２ｂは、奇数番目のディスク２１，２３とそれらに隣接する偶数番目のディスク２２，２４との接触部２５に向かって溝深さｄが徐々に深くなっているとともに、接触部２５に向かって溝幅ｗ’が徐々に広くなっている。最大溝深さｄ２は最小溝深さｄ２の１．０４〜１．３倍の範囲であり、最大溝幅ｗ’２は最小溝幅ｗ’１の１．０４〜１．３倍の範囲である。
【００１４】図７の溝加工圧延機５０の溝付ロール５を図３の溝付ロール２と取り替え、この圧延機で金属条を圧延することにより金属条の一面に多数のフィン１０，１１を加工し、フィン１０，１１が形成されている面が内側になるように金属条を管状に丸め、突き合わせ部分を溶接してこれを仕上げダイスで空引きすることにより、前記実施形態の内面溝付伝熱管１が製造される。
【００１５】前記実施形態の内面溝付伝熱管１によれば、前記各フィン１０，１１は、奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈ及びフィン基部幅ｗが徐々に大きくなっているので、フィン１０，１１が圧延によって形成される際、図１の矢印ロの方向へ金属条の材料が移動（メタルフローが発生）しても、各フィン１０，１１の断面積が境界部１２に近づくにしたがって徐々に拡大していて、メタルフローの圧力は前記断面積の拡大によって吸収される。したがって、溝付ロールの山部の欠けが防止され、高密度でよりシャープなフィンが円滑に形成されるので、高い伝熱性能の伝熱管を得ることができる。
【００１６】実施例幅２５ｍｍ，厚さ０．５ｍｍの燐脱酸銅からなる金属条の一面に、図３で示したような基本構成の溝付ロールによりフィンを加工した。金属条は、図１で示したように条の両側部の平滑部１３，１３（平滑部１３の幅はそれぞれ約１．５ｍｍ，合計で３ｍｍ）を除く幅方向部分を均等に四つの帯状の領域に区分し、片側から奇数番目の領域には長さ方向に対して１５°のねじれ角θを有するフィンを０．５ｍｍのピッチ（隣合うフィン相互の中心間隔）で形成し、偶数番目の領域には長さ方向に対して−１５°のねじれ角−θを有するフィンを同様なピッチで形成した。表１のように、フィンの最小フィン高さｈ１と最大フィン高さｈ２との差、及び最小フィン基部幅ｗ１と最大フィン基部幅ｗ２との差が種々異なる実施例の金属条及び比較例の金属条を加工するとともに、各フィンの寸法が一定な比較例の金属条を加工した。それぞれについて、溝加工圧延機における溝付ロールの寿命（溝付ロール表面の欠けが発生するまでにフィン加工された金属条の総トン数）を比較したところ表１のとおりであった。
【００１７】
表１ (h1) (h2) (h2/h1) (w1) (w2) (w2/w1) 溝付ロール mm mm mm mm 寿命 ton実施例 1 0.20 0.24 1.2 0.15 0.18 1.2 ２３０実施例 2 0.20 0.20 1.0 0.15 0.18 1.2 １８０実施例 3 0.20 0.24 1.2 0.15 0.15 1.0 １７０実施例 4 0.20 0.26 1.3 0.15 0.15 1.0 １４０実施例 5 0.20 0.20 1.0 0.15 0.195 1.3 １５０実施例 6 0.20 0.208 1.04 0.15 0.15 1.0 １４０実施例 7 0.20 0.20 1.0 0.15 0.156 1.04 １４０ 比較例 1 0.20 0.28 1.4 0.15 0.21 1.4 ９０比較例 2 0.20 0.28 1.4 0.15 0.15 1.0 ８０比較例 3 0.20 0.20 1.0 0.15 0.21 1.4 ８０比較例 4 0.20 0.206 1.03 0.15 0.15 1.0 ７０比較例 5 0.20 0.20 1.0 0.15 0.155 1.03 ６０比較例 6 0.20 0.20 1.0 0.15 0.15 1.0 ３０【００１８】表１で示したように、本発明の実施例に係るものは、溝付ロールの寿命が最低１４０ｔｏｎ，最高２３０ｔｏｎであり、これに対して各比較例では９０ｔｏｎ以下であった。これらの結果により、フィン高さｈ又はフィン基部幅ｗの最大値が最小値の１．０３倍以下ではその効果が十分でなく、また、それらの最大値が最小値の１．４倍以上になると、溝付ロールにおける隣合う溝間の山の幅がそれだけ狭くなるためロールが欠け易くなることが判明した。
【００１９】
【発明の効果】本発明に係る内面溝付伝熱管によれば、各フィン１０，１１は、奇数番目の領域Ｒ１と偶数番目の領域Ｒ２との境界部１２に向かってフィン高さｈ又はフィン基部幅ｗが徐々に大きくなって断面積が次第に拡大しているので、フィン１０，１１が圧延によって形成される際、境界部１２の方向へのメタルフローによる圧力は前記断面積の拡大によって吸収される。したがって、溝付ロールの山部の欠けが防止されてその寿命が延び、高密度でよりシャープなフィンが円滑に形成されるので、より高い伝熱性能の伝熱管が製造される。
【出願人】 【識別番号】０００００５２９０
【氏名又は名称】古河電気工業株式会社
【出願日】 平成１１年９月２０日（１９９９．９．２０）
【代理人】 【識別番号】１０００７４２８４
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 茂夫
【公開番号】 特開２００１−９１１８４（Ｐ２００１−９１１８４Ａ）
【公開日】 平成１３年４月６日（２００１．４．６）
【出願番号】 特願平１１−２６６３２２