JPH0670556B2 - 伝熱管及びその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、空気調和機、冷凍機等の熱交換器に用いる
伝熱管の構造及び製法に関するものであり、特に単相流
伝熱管に適した面構造及びその製法に係わる発明であ
る。

〔発明の背景〕

周知の如く空気調和機や冷凍機等の熱交換器には伝熱管
が設けられており、これらの管の内面の構造は管に加工
を施さない平滑管の他、米国特許第3,768,291号の如き
二次元状のリブを備えたもの、あるいは、米国特許第3,
830,087号の例のように管壁内側に転造用の加工プラグ
を挿入し、溝加工を行うことにより一次側のリブを設け
た後、さらに追加工により二次側の溝を付けた三次元突
起状の面構造を有する管が知られている。

この面構造を有する伝熱管を例えば単相流用の伝熱面に
用いたとすると、この面構造の突起形状は丸みを帯びて
いない鋭角状であり、後に詳述するが角を曲がる流れに
よりはく離渦を生じ、伝熱管の入出口間の流体の圧力損
失が高くなり、流体の駆動力を多く要する。また、流体
の流線に対する垂直な平面に対しては、流体がその部分
でよどむために運動エネルギが衝突の圧力となり、この
ためその部分が長時間たつうちに減耗する。伝熱性能に
ついては、この減耗によりリブの高さ、リブの形状が最
適値から変動するために初期の性能値よりも低くなる。

またこの転造プラグを用いる方法は、一次溝と二次溝を
加工しなければならないので、必然的に加工工程が増
え、コストアツプの要因となつている。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、熱伝達率が高い性能を得るとともに、
耐久性の高い伝熱面構造を有する伝熱管及びその安価な
製法を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明の伝熱管は、伝熱管
内面に、１条あるいは複数条の螺旋曲線に沿って一定間
隔で断続的に突起の列を有し、各突起列の間の管内表面
は管軸に対して平行な面を有し、伝熱管外面に多孔質伝
熱面を有するものにおいて、前記各突起は、高さが0.45
mm〜0.6mm,円周方向のピッチが3.5mm〜5mm,軸方向ピッ
チが5mm〜15mmであり、かつ各突起は底面及び任意の高
さにおける横断面形状が円，楕円もしくはこれらに近似
したなめらかな曲線からなり、横断面積が突起の高さ方
向に連続的に減少するように形成し、かつ伝熱管外面に
多孔質伝熱面の外表面に前記多孔質伝熱面の表皮下に形
成される空洞と外面とを連絡する開孔を設けたことを特
徴とするものである。

又、その製造方法は、伝熱管内面に、塑性加工により、
１条あるいは複数条の螺旋曲線に沿って管軸に平行な面
をへだてて一定間隔で断続的に突起列を設けるものにお
いて、外周上に断続的に突起列を有する歯車状の工具と
円管固定用工具を用いて管外から管内への押出し加工を
行うことにより、管内面に円周方向のピッチが3.5mm〜5
mm,軸方向ピッチが5mm〜15mmの断続的な突起列を形成す
るとともに、伝熱管外面にローレット加工により浅い溝
を形成し、管軸に対しほぼ直角にバイトによるすき起こ
し加工を行いノコギリ歯状のフィンを形成し、ロール加
工によりノコギリ歯状のフィンをねかせて、あるいはつ
ぶすようにして隣接フィン同志を接合し、伝熱面の表皮
下に空洞を、伝熱面表面に開孔を有する多孔質構造を形
成することを特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第1,第２図により説明する。
伝熱管内壁面１に、突起３をらせん状の曲線４に沿つて
形成する。この突起３は、第３図（Ａ）に示すように、
平面が円形の突起32か、あるいは第３図（Ｂ）に示すよ
うに、楕円形の突起34である。または（Ｃ）に示すよう
に卵の断面形に類似した非対称の楕円曲線状の突起36で
もよい。あるいは（Ｄ）の如き小判状38でもよい。ま
た、突起の底面より任意の高さの横断面形状も、それぞ
れ底面と類似の形状をしており、底面より横断面積は減
少している。また縦断面形状は、第４図（Ａ），
（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）に示すようになめらかな曲線で
形成されている。なお、平面は第３図（Ａ）〜（Ｄ）に
近似した曲面でもよい。

次に本発明の製造方法を図面をもつて説明する。

第５図に、本発明の製造法の一例を示す。内，外周面が
平滑な円管１の外周に沿つて円管固定用工具52及び歯車
状工具54を有する回転体50を外部電力源（図示せず）に
よる回転させ、歯車状工具54の歯40で管を塑性変形させ
て管内に突起３を形成する。この場合、歯車状工具の取
付け角度により管軸Ｏ−Ｏ′方向のピツチが決まる。な
お、突起３の形状は、工具の歯40に対応し、歯40の角部
に相当する部分が丸味を有するものとなる。

突起３に対応する管外の凹みの円周方向ピツチは、歯車
状工具54に備えられた歯40の円周方向ピツチに等しく、
工具54の押し付け量を調節して、突起３の高さを定める
ことが出来る。工具54を管軸に対して直角方向に回転さ
せる場合には、各々独立した環状の突起３の列を管内壁
に設けられる。歯車状工具54を図に示すように回転させ
つつ、管１を矢印方向に送るとスパイラル状の突起列が
形成される。管１を固定し歯車状工具54をスパイラル状
に進ませても、スパイラル状に進む突起列が形成され
る。なお、一般には、管を軸方向に送り、工具54を固定
して製作する。突起列の間は、平らな面として残る。

管外に突起３を設ける際にできる凹部分には、管外沸
騰、凝縮を促進するための微細加工を行うことはでき
ず、この部分を除いた管外の平滑な部分が管外伝熱促進
の有効面積となる。このため管外機械加工を精度良く行
うために各突起列の間の管外に、管軸に対して平行な面
を必要とする。このとき管外表面が管軸に対して平行で
あれば管内表面もこの部分では管軸に対して平行であ
る。

第5A図に、用いて歯車状工具54の略図を示す。工具の歯
先円周角度βを変えることによつて突起の円周方向のピ
ツチＺを変えることができ、また歯先高さｈは、管外か
ら管内へ押込む深さより大きいものを用いる。この歯車
状工具54の一例を挙げると外径Ｄはおよび33〜35mm、歯
先高さｈは0.45〜0.8mm歯先円周角βは10°〜20°、歯
先の幅ｗはおよそ1mmで、この寸法の歯車状工具を用い
ることによりリブ高さｅ＝0.45〜6mm、円周方向ピツチ
Ｚ＝2.5〜5mmの伝熱管を製作することができる。

この場合、外径Ｄが変われば、最適な円周方向ピツチを
形成する歯先円周角度βはそれとともに変化する。

管軸方向リブピツチは、歯車状工具54の角度を管軸垂直
方向を０°とした場合、５°〜20°傾けることにより軸
方向ピツチを５〜14mmの範囲で変えられる。

図には、工具54ひとつを用いて一条の突起列を設ける図
を示してあるが、工具54を複数個並べて複数条の突起列
を形成することも可能である。これらの選択は、突起列
形成にもとづく工数の削減を図ることも出来るが、突起
の円周方向ピツチと、突起列の管軸方向ピツチとの相関
によつて決められる。このような方法により、突起３の
横断面形状が円弧形状をしており、突起列方向に切つた
突起３の縦断面形状が、突起列の長手方向に向つて円弧
状に起伏を持つような突起形状をした突起列を管内壁に
形成することができる。

突起の大きさの一例として、楕円の長径が２〜5mm、短
径が1.5〜3mm程度がよい。突起列は図のように、各々独
立した、先端にまるみをおびた円すい形状の突起を内壁
面上に並べた構造でも良いし、同一突起列において、隣
接する突起間が管内壁の平滑部よりも起伏していてもよ
い。

第６図は、管内を相変化のない単相流体が流れるときの
流線の模式図を示す。管中央部の流体60は、巻軸方向に
流れて行くが、壁面近傍の流体61は、突起により流れ方
向が曲げられ、その一部は突起と突起の隙間を流出する
とき、管軸方向にその回転軸を有する縦渦ができる。

本発明の伝熱管の突起は、第７図に示されるように、縦
断面では、流れが突起に衝突しても突起が曲率を有して
いるため、流線が急激に曲らずにリブに沿つて流れ、壁
面に働く流体の粘性力に起因するせん断応力の作用がよ
り少なく、流体のせん断応力に起因する潰食の作用が小
さい。また、第８図に示すように、横断面でも、突起の
側面部分を通る流れも曲率を有するために、流線の方向
の急激な変化、及びはく離渦の発生量は少なく流体力の
作用による潰食の作用はごくわずかである。

耐腐蝕性を確認するため、腐蝕の加速実験を表１の条件
で行つた。

実験結果は、表２に示されるように、突起形状が丸いも
のの方が、突起が角形の三次元形状のものより腐食速度
が遅くなつている。これは従来から用いられ、耐腐蝕性
が確認されている二次元形状の突起を有する伝熱管の腐
蝕速度とほぼ同じであり、ここに示した突起が丸い三次
元形状は実用的には差しつかえない腐蝕の程度である。

本発明の曲率を有する三次元形状の突起を有する伝熱管
の性能について以下の述べる。本発明の伝熱管の性能に
及ぼすパラメータのうち、突起高さ。円周方向の突起ピ
ツチ及び管軸方向の突起のピツチに着目し、実験を実施
しその効果を明らかにした。なお伝熱管内径ｄは14.7mm
〜15.8mmの範囲で実験を実施した。

第９図に、管軸方向のピツチｐを7mmと固定し、また円
周方向のピツチｚを4mmに固定して突起高さｅを0.45mm
（印）,0.5mm（△印）,0.6mm（□印）に変えた場合の
熱伝達率及び圧力損失の測定結果を示す。横軸にはレイ
ノルズ数（＝ｕ・ｄ／υ,u:管内平均流速（ｍ／ｓ）,d:
管内径（mm）、υ：流体の動粘性係数（m²／ｓ））で、
縦軸は無次元化された熱伝達率Nu／Pr⁰⁴（＝αｄ／λ／
Pr⁰⁴，α：熱伝達率（Ｗ／m²・Ｋ），λ：流体の熱伝導
率（Ｗ／ｍ・Ｋ）,Pr:流体のプラントル数）、及び管路
の抵抗係数を示してある。

尚、第９図においては煩瑣になることを避けるために図
示してはないが、管の内面に何等加工を施さない平滑管
について実験を行つた結果、熱伝達率に付いては従来一
般に知られているDittus−Boelterの式、Nu＝0.023Re⁰⁸
Pr⁰⁴（グラフＡ）と良く一致し、管路の抵抗係数に付い
てはPrandtlの と良く一致した結果が得られている。なお、管内径はこ
の場合15.8mmである。熱伝達率については、突起高さ0.
5mmと0.6mmのものは、平滑管（Ａ）に比して２倍以上の
高い性能を有している。

第10図に示されるように、突起高さｅを高くしていく
と、熱伝達率の上昇割合よりも抵抗係数の増加割合の方
が高くなっている。

第９図に示されるように、突起高さを高くすると圧力損
失が高くなり、ある限界以上、圧力損失が高くなると熱
伝達率の上昇による圧力損失の低減分が吸収しきれなく
なる。すなわち、この場合では突起高さが0.5mmより高
くなると、熱伝達率の上昇分がわずかであるにもかかわ
らず、抵抗係数が増大しているので伝熱促進効果は少な
くなり、突起高さが0.5mmが最適高さであることが考え
られる。

このことを確かめるため第９図で得られた結果を従来一
般に熱伝達率、及び抵抗係数についてその内容が知られ
ている文献（例えば、R.L.Webb and E.R.G.Eckert“App
lication of Rough Surfaces to Heat Exchanger Desig
h",International Journal of Heat and Mass Transfe
r, Vol.15,pl647〜pl658,1972）で示されるような （添字0;平滑管） で与えられる熱伝達率、及び抵抗係数について、上記の
三次元形状の突起の付いた伝熱管と、何等このような加
工を施していない平滑管とこれらのの比を取つたものの
割合で評価を行つた。これらの値は平滑管については１
であり、伝熱性能が向上するにしたがつてその値が大き
くなり、上記第９図に示された実験値を水速2.5m／ｓ
と、この伝熱管の適用される冷凍機の水温に対応する物
性値とから算出されるRe＝３×10⁴の場合について整理
して結果を第10図に示してある。

第10図に示される通り、最も伝熱性能の良いのは、突起
高さが0.5mmの伝熱管であり、突起高さが0.5mmより高く
なつた場合、あるいは0.5mmより低くなると伝熱性能は
低い値を示す。この最適な突起高さは、流体の壁面近傍
の境界層と関連があり、管径等により多少の値の違いは
あるが、ほぼこの最適値は一定の値をとると考えられ
る。第10図においてＤで示される従来の二次元リブ付着
（米国特許第3,768,291号相当）の実験データ（ｅ＝0.3
mm,p＝4mm）より、伝熱性能を示す式（１）を計算する
と1.43となり、この値より高い範囲を三次元リブ付管の
特徴を有する範囲とすると、突起高さの範囲は0.45〜0.
6mmとなる。

次に、突起の円周方向ピツチが伝熱性能に及ぼす影響を
モデル実験によつて調べた結果を述べる。この場合のｚ
は、管内面の突起の周方向ピツチである。第11図に管軸
方向のピツチｐを7mmに固定し、また突起高さを0.45mm
とした場合のｚを変えた場合の熱伝達率と抵抗係数の測
定結果を示す。図において、ｚが 4mm（○印）,5mm（□印）の結果が示されている。ｚ＝
2.5mmと4mmの結果を比較すると、熱伝達率はｚ＝4mmが
高い値を示しており、抵抗係数は、ｚ＝2.5mmの方が
大きくなつているのでｚ＝4mmの方が伝熱性能が高いこ
とは明らかである。

ｚ＝2.5mmの場合は、第12図で示されるように突起５と
突起５が連続し、突起と突起の空隙ｃがない状態で、第
13図で示されるような突起と突起の間から生成される縦
渦６の大きさが小さく微小な縦渦７が放出される。すな
わち、突起と突起が密になつた極限が二次元状突起で、
伝熱促進の機構が三次元突起から二次突起に近づくた
め、伝熱性能が二次元状の突起と類似してくる。第11図
に二次元突起（◇印,p＝7mm,e＝0.5mm）の測定結果を三
次元突起の結果をあわせて示した。この結果からも示さ
れるようにピツチｚが密になると二次元状突起の抵抗係
数の結果と同様に圧力損失が高くなつている。

ｚ＝4mmの場合は、第13図（ロ）で示されるように、突
起と突起の空隙ｃから、流れ方向に回転軸をもつ縦渦６
が発生し、これが伝熱促進効果を高めている。二次元状
突起を過ぎる流れは、物体の位置で流れがはく離し、流
れが物体後流部で再付着することによつて伝熱促進され
ている。この場合、物体の直後で流れが澱み、圧力損失
を上昇させていたが、三次元状突起の場合は、前記の縦
渦によつて伝熱促進されるので、流れのエネルギーを有
効に伝熱促進に用いることができる。この場合、供試伝
熱管の空隙ｃは1mmであり、また突起の長手方向の距離
ｂは3mmであつた。この空隙ｃがある程度以上広くなる
と、伝熱促進に効果的な縦渦が生成されずに伝熱促進の
効果は余り高くない。第11図に示されるように、円周方
向ピツチｚが5mmの場合（□印）は熱伝達率の上昇分
が、ｚ＝4mmの場合より低くなり、空隙ｃが広くなると
熱伝達率が低下することを裏付けている。

この場合も前述のように伝熱性能を一般的に表示する
式、st／st₀／（／_０）^１／３で実験値を整理し、
第14図に示す。図において示されるように、ｚ＝4mmが
最大の値をとつている。またＤの値は二次元リブ（ｅ＝
0.3mm,p＝4mm）の実験値より得られたもので、三次元突
起の伝熱促進効果が高いことを示している。前記したよ
うに、二次元リブ付伝熱管の実験データから算出した値
より高い範囲を限定する範囲とすると、円周方向のピツ
チの範囲は3.5mm〜5mmである。

軸方向ピツチの影響については、第15図に示されるよう
にリブ高さｅ＝0.5mm,円周方向のピツチｚ＝4mmの場合
に、管軸方向のピツチが5mm,7mm,10mmの場合について実
験を行つた。第15図に管軸方向のピツチが5mm（▽印）,
7mm（△印）,10mm（□印）の結果を示す。軸方向ピツチ
が密な方が熱伝達率、及び圧力損失ともに高くなつてい
る。これらの実験値も同様に前記の熱伝達率と抵抗係数
の比（st／st₀）／（／_０）^１／３で整理を行つた
結果を第16図に示す。図に示されるようにピツチが5mm
と7mmはほぼ同じ値を示しているが、ピツチが10mmの実
験値は5mmと7mmに比してかなり低い値を示したいる。こ
れは第17図に示されるように、三次元の突起部分３で渦
が発生し、その渦が伝熱促進に有効に活用され、拡散す
る距離内に次の下流側の突起が存在する場合には性能が
高く維持される。この場合が第17図（ａ）に示される場
合で、渦の拡散する距離は、突起が二次元形状である場
合突起高さの約10倍であり、リブ高さが0.5mmとした場
合、ｌ＝0.5mm×10＝5mmであり、第17図のｌで示される
部分は約5mmと推定され、すなわち軸方向ピツチが5mmと
7mmの場合の性能は高い値を維持するが、軸方向ピツチ
が10mmの場合は、第17図（ｂ）で示されるようにｐ＞ｌ
の場合で、渦の拡散距離よりも軸方向ピツチの方が長い
ので、渦の生成されていない平滑な部分が多いため、伝
熱促進効果が少なくなつている。前記したように、二次
元リブ付伝熱管のの実験データから算出した熱伝達率と
圧力損失の比で示される値（第16図、Ｄ）より高く、製
作容易な実用的範囲とすると、管軸方向のピツチの範囲
は5mm〜9mmである。

以上、突起の各寸法について実験的に考察を行つた結
果、管内面の突起の高さの範囲が0.45mm〜0.6mm、円周
方向のピツチが3.5mm〜5mm、かつ軸方向のピツチが5mm
〜9mmの範囲の突起列が最適寸法であつた。

なお管内側に形成された丸みを帯びた突起列を過ぎる流
れは、その配列によつて異なる。第18図に示される流れ
は、突起３が千鳥状に配列された場合の流れのパターン
を示したもので、突起後流90が後流部の突起に再衝突す
ることによつて、伝熱促進効果が維持されるわけである
が第19図に示されるように、碁盤状の突起３を配列する
と突起後流100の渦が拡散する前に再び突起に衝突し、
十分に伝熱促進効果を示さない。また、突起外側の流れ
は、管軸方向に直線状に流体が流れ、伝熱促進されない
ので、配列は碁盤状よりも千鳥状にした方が伝熱性能は
高くなる。

一方、従来から用いられている、コルゲートの突起の連
続している、いわゆる二次元リブ付管は第11図に示され
るように熱伝達性能は高いが、圧力損失が大幅に高くな
る。圧力損失が高すぎると、同じ流体を循環させるのに
要するポンプ動力が多く消費されるので圧力損失は低い
方が良い。本発明の伝熱管の場合は、熱伝達率の上昇分
により、同じ熱負荷であれば必要伝熱面積は少なくて良
くなり、圧力損失がその分だけ減少するので抵抗係数の
増加分は十分吸収することができる。

また、管壁近傍の乱流渦の生成は、管内径により余り影
響されないので、この三次元突起を有する伝熱管の適用
範囲はおよび10〜25.4mmである。

以上述べた本発明の伝熱管の外表面にも伝熱面構造を設
けることもできる。以下にその方法を述べる。まず、伝
熱管の内面に、突起を形成する。

伝熱管内にリブを管外からロール加工で形成すると、そ
の部分は微細加工伝熱面構造を形成することができず、
無効面積が増すので、伝熱管の構造として、管外にロー
ル加工による凹部が形成されていず、管軸に対して平行
度の高い面に伝熱促進面構造を実現する必要がある。こ
のため次の工程において、第20図に示すように管外の平
滑部207つまり突起を形成する際の凹部が形成されてい
ない部分に多孔質な沸騰伝熱に有効な伝熱面構造208を
設ける。なお、230は突起３を設ける際にできる凹部で
ある。

この場合、管外熱伝達率を向上させるための管外微細加
工を初めに行い、そののち管内リブを形成するためのロ
ール加工を行つてもよいが、管内ロール加工を行う際に
ロール加工用工具の構造によつては、先に形成されてい
る管外伝熱促進面構造を潰すことがあるので、管内加工
を先に行い管内リブを形成し、そののち管外微細加工を
行う場合をここでは説明する。

一例として、先ずローレツト加工によつて、管軸に対し
てほぼ45°の方向に浅い溝（0.1〜0.2mm）を形成させ
る。次に管軸に対してほぼ直角にバイトによるすき起こ
し加工を行い、フイン212を形成させる。このフイン高
さは約1mm、ピツチは0.4〜0.6mmが適当である。このよ
うにすることにより、加工前に平滑であつた面上にノコ
ギリ歯状のフイン列が設けられる。次に工程によるロー
ル加工などによつて、ノコギリ歯状フインをねかせて、
あるいはフインをつぶすような方法により、隣接フイン
同志を接合して、伝熱面の表皮下に空洞209と開孔210を
有する多孔突構造208を形成出来る。第21図に伝熱管の
外観を示す。

例えば、このような伝熱管の管内に水を、管外に低沸点
有機媒体であるフレオン冷媒を流る場合を例にとる。伝
熱管を多数洞内に挿入したシエルチユーブ形熱交換器が
広くターボ冷凍機の蒸発器などの利用されている。管内
側の水の温度が管外側のフレオン冷媒の温度に比べて約
５〜10℃ぐらい高いのが通例である。管内流は、突起の
存在により、壁面近傍において乱れを生成し、管内壁と
管内流の主流との間の熱交換が、平滑な面の場合に比べ
て活発に行なわれる。

一方、管外壁と管外側のフレオン液冷媒との熱交換にお
いては、一旦沸騰が起きると、空洞内に蒸気泡が保持さ
れ、空洞内壁と蒸気泡の間に薄いフレオン液膜が形成さ
れる。この薄液膜の蒸発によつて、液の蒸発にもとづく
潜熱輸送が促進される。

第22図に第21図の実施例のもので突起高さが0.3mmの場
合を例にとり、突起ピツチＰが伝熱管の伝熱効率に及ぼ
す影響を示す。図からわかるように、高い伝熱効率が得
られる突起ピツチＰの最適な範囲がある。つまり、Ｐが
大きい場合は管外側の平滑部の面積が大きくなり、沸騰
伝熱に有効な機械加工により多孔質構造を形成する伝熱
面積を広くとれる。そのために管外側の伝熱効率は、そ
の面積増加分向上する。

一方、管内側の熱伝達率は、Ｐが大きくなると第23図の
ように突起３によつて生ずる流れの乱れ70が、その後流
側の壁面近傍部まで影響を及ぼさない領域が生じるた
め、急激に伝熱効率が低下する。この場合、管外側の沸
騰性能が向上する割合に比べて、管内側の強制対流によ
る伝熱性能の低下割合が大きい。そのために伝熱管とし
ての総合的な伝熱効率はＰが大きくなると急激に低下す
る。次にＰが小さい場合は、ある程度よりも小さくして
も乱れの影響が及ぼす伝熱面範囲は増加しないため、管
内強制対流の伝熱効率はそれほど変化しなくなる。一
方、管外側は、Ｐが小さくなると、管外くぼみの占める
面積の、管外全体の面積に対する割合が急激に小さくな
るために管外沸騰伝熱性能も急激に低下する。従つて、
伝熱管としての総合的な伝熱効率はＰが小さくなつても
急激に低下する。以上のような現象によつて、伝熱管の
総合的な伝熱効率を高く保つ最適な突起ピツチＰの範囲
が存在することになる。第22図から伝熱管の熱通過率の
最適な範囲は5mm〜15mmである。

ところで、本発明の伝熱管でシエル・チユーブ形熱交換
器を構成する場合、第24図に示すように伝熱管の両端部
215を広げておいて、突起形成加工を行つた後に、管板2
16に伝熱管を挿入して拡管などにより管板と伝熱管とを
接合する方法がとれる。従来のプラグ加工、あるいは引
き抜き加工により管内に突起を設ける方法は、伝熱管の
両端部がストレートでなければ加工が出来ないため、一
旦管内突起加工を行つた後に、両端部分の突起を切削加
工して、平滑面にしてから拡管を行つている。従つて本
発明による伝熱管は、シエル・チユーブ熱交換器を構成
する場合において、その組立工程を減らすことが可能と
なる。

〔発明の効果〕

突起を過ぎる流れに生じる流れ方向に軸をもつ縦渦の効
果を最大にすることができ、単相流熱伝達率を大きく向
上させることができる。又、管外側については、多孔質
構造により伝熱面積を広くとれるため、熱伝達効率が向
上する。その効果、熱伝達率が高く、耐久性の高い伝熱
管が得られると共に、安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例になる伝熱管の縦断面図、第
２図は、本発明の伝熱管構造を示す要部拡大斜視図、第
３図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、この発明の他
の実施例を示す平面図、第４図（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）は各々第３図の（Ａ），（Ｂ），
（Ｃ），（Ｄ）の横断面図、第５図及び第5A図は本発明
の製法の一例を示す図、第６図は本発明の特性の説明
図、第７図は、本発明の伝熱管の断面図、第８図は同正
面図、第９図〜第11図及び第14図〜第17図は、本発明の
実験データの一例を示す図、第12図，第13図及び第18
図，第19図は突起ピツチと伝熱効率の関係を示す図、第
20図，第21図は本発明を応用した伝熱管の一例を示す
図、第22図〜第23図は第20図の実施例の性能を説明する
図、第24図は第20図の実施例の用途例を示す図である。 １…伝熱管、３…突起、40…歯、52…円管固定用工具、
54…歯車状工具。

フロントページの続き (72)発明者 柳田 武彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 中山 恒 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 杉本 滋郎 茨城県土浦市神立町603番地 株式会社日 立製作所土浦工場内 (72)発明者 大泉 清 茨城県土浦市木田余町3550番地 日立電線 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭60−29594（ＪＰ，Ａ) 特公 昭63−16037（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭64−2878（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】伝熱管内面に、１条あるいは複数条の螺旋
   曲線に沿って一定間隔で断続的に突起の列を有し、各突
   起列の間の管内表面は管軸に対して平行な面を有し、伝
   熱管外面に多孔質伝熱面を有するものにおいて、前記各
   突起は、高さが0.45mm〜0.6mm,円周方向のピッチが3.5m
   m〜5mm,軸方向ピッチが5mm〜15mmであり、かつ各突起は
   底面及び任意の高さにおける横断面形状が円，楕円もし
   くはこれらに近似したなめらかな曲線からなり、横断面
   積が突起の高さ方向に連続的に減少するように形成し、
   かつ伝熱管外面に多孔質伝熱面の外表面に前記多孔質伝
   熱面の表皮下に形成される空洞と外面とを連絡する開孔
   を設けたことを特徴とする伝熱管。
2. 【請求項２】伝熱管内面に、塑性加工により、１条ある
   いは複数条の螺旋曲線に沿って管軸に平行な面をへだて
   て一定間隔で断続的に突起列を設けるものにおいて、外
   周上に断続的に突起列を有する歯車状の工具と円管固定
   用工具を用いて管外から管内への押出し加工を行うこと
   により、管内面に円周方向のピッチが3.5mm〜5mm,軸方
   向ピッチが5mm〜15mmの断続的な突起列を形成するとと
   もに、伝熱管外面にローレット加工により浅い溝を形成
   し、管軸に対しほぼ直角にバイトによるすき起こし加工
   を行いノコギリ歯状のフィンを形成し、ロール加工によ
   りノコギリ歯状のフィンをねかせて、あるいはつぶすよ
   うにして隣接フィン同志を接合し、伝熱面の表皮下に空
   洞を、伝熱面表面に開孔を有する多孔質構造を形成する
   ことを特徴とする伝熱管の製造方法。