(57)【要約】【課題】  冷媒液の濡れ性を改善し、核沸騰の促進により伝熱性能を向上させることのできる沸騰用伝熱管及びその製造方法を提供することにある。【解決手段】  管２の外周面には、その円周方向に螺旋状又は環状に空洞部３１が形成される様にして、連続的な鋤起こしによりフィン３が形成されている。フィン３の先端部には、溝付きロール等による抑圧によって凸部３３と凹部３４を持つ溝３５が形成されている。この溝３５には、外部（冷媒液）に連通する孔３２が所定間隔に形成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管本体と、
前記管本体の外周面の円周方向に螺旋状又は環状の空洞部が形成されるように前記管本体の外周面を連続的に鋤起こして形成されたフィンと、
前記フィンの先端部を抑圧して形成された溝と、
前記溝に形成され、前記空洞部を所定間隔により外部に連通させる複数の孔とを備えることを特徴とする沸騰用伝熱管。
【請求項２】
前記空洞部は、管軸方向に０．１〜０．８ｍｍの間隔で設けられていることを特徴とする請求項１記載の沸騰用伝熱管。
【請求項３】
前記溝は、管軸に対して１０〜６０°の傾斜面を有すると共に、深さが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の沸騰用伝熱管。
【請求項４】
前記管本体は、その内面に螺旋状にリブが設けられていることを特徴とする請求項１記載の沸騰用伝熱管。
【請求項５】
管本体の外周面の円周方向に螺旋状又は環状に空洞部を形成し、
前記空洞部の先端部をバイトにより前記円周方向に連続的に鋤起こしてフィンを形成し、
前記フィンの先端部を溝付きロールで抑圧して溝を形成すると共に、前記空洞部を外部に連通させる孔を前記溝に所定間隔に形成することを特徴とする沸騰用伝熱管の製造方法。
【請求項６】
前記溝は、管軸に対して１０〜６０°の傾斜面を有すると共に、深さが０．１〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項５記載の沸騰用伝熱管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、沸騰用伝熱管及びその製造方法に関し、特に、大型冷凍機の液冷媒中に浸漬された状態で前記液冷媒を加熱沸騰させるための伝熱管の伝熱性能を向上させることのできる沸騰用伝熱管及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ冷凍機やスクリュー冷凍機などの大型冷凍機は蒸発器を備えており、この蒸発器には沸騰用伝熱管が用いられている。沸騰用伝熱管は、冷媒液を加熱沸騰するために用いられ、蒸発器内の冷媒液中に浸漬される。沸騰用伝熱管で重要なことは、効果的に熱交換が行われることであり、そのために管外周面に螺旋状のフィンが形成されたものなどが提案されている。例えば、管の外表面にフィンを形成し、このフィンの先端に孔となる切り欠きを設け、そのフィン先端を倒して沸騰伝熱に有効な空洞を設けたものがある（例えば、特許文献１，２，３参照。）。
【０００３】
図４は、従来の沸騰用伝熱管を示す。この沸騰用伝熱管１００は、特許文献１に示された技術思想に基づくものであり、一様な厚みで熱伝導性に優れる金属管１０１の表面近傍には、所定の断面形状を有する中空の空洞部１０２が所定間隔に形成されている。更に、空洞部１０２には、外部（冷媒液）に連通する孔１０３が所定間隔に空洞部１０２に直交する方向に形成されている。
【０００４】
孔１０３の合計面積と外表面の総面積との割合は２〜５０％に設定されている。また、空洞部１０２は沸騰を促進する機能を持ち、孔１０３の開口面積を適宜設定することによって空洞部１０２内の残存蒸気泡を確保することができる。
【０００５】
図５は、従来の他の沸騰用伝熱管を示す。この沸騰用伝熱管２００は、略三角形の断面形状を成すと共に中空形状の空洞部２０２が、金属管２０１の表面近傍に所定間隔及び平行に溝状に形成されている。更に、空洞部２０２には、それぞれの頂部を相互に結ぶように所定の深さの間隙２０３，２０４（空洞部２０２内に連通する）が縦横に形成されており、それぞれは空洞部２０２に連通している（例えば、特許文献４参照。）。
【０００６】
空洞部２０２は、金属管２０１の外表面に螺旋状のＵ形溝を形成した後、Ｕ形溝の上端を圧縮変形することにより形成される。間隙２０３，２０４の幅を０．１３ｍｍ以下とすることにより、残留蒸気泡を空洞部２０２内に確保することができる。
【０００７】
また、沸騰用伝熱管の製造方法としては、切込歯を傾斜させた切込溝形成ディスクを用い、前記切込歯を外面フィンに押圧し、この切込歯の押圧部でフィンの谷部と山部を円周方向に交互に形成すると同時に螺旋状に外面フィンを形成し、更に複数枚のフィン形成ディスクで外面フィンの先端部での断面積の減少を抑制しているものがある（例えば、特許文献３，５参照。）。これにより、フィン先端部の断面積の減少が抑制され、伝熱特性を効果的に高めることができる。
【特許文献１】特公昭５３−２５３７９号公報
【特許文献２】特開平１１−３１６０９６号公報
【特許文献３】特開平１−６０３３２公報
【特許文献４】特公昭６４−２８７８号公報
【特許文献５】特開平７−１５１４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来の沸騰用伝熱管によると、近年における熱交換器の高性能化及び小型化の要望に対し、現状の伝熱性能では不十分であり、更なる性能向上が求められている。例えば、特許文献１の伝熱管の場合、空洞部による核沸騰（発泡点を核にして気泡が発生していく沸騰をいう。）は良好であるが、孔から離脱した蒸気泡や周囲の冷媒液が加熱され難いため、伝熱性能を向上させるのは困難である。
【０００９】
また、特許文献２，３，４の伝熱管の場合、空洞部が管軸方向にも形成されているため、この空洞部から管周方向（円周方向）の空洞部への冷媒液の流入は圧損が大きくなる。また、管軸方向の空洞部と管周方向の空洞部との交差部が開状態であり、核沸騰がなされている管周方向の空洞部に管軸方向の空洞部から冷媒液の一部が流入し、核沸騰がこの部分で阻害されやすくなる。
【００１０】
更に、上記した沸騰用伝熱管は、冷媒液が満たされたシェル内に多数の伝熱管を配置して使用される。そのため、上部に配置された伝熱管は下部に配置された伝熱管によって沸騰することで形成された蒸気泡により覆われるため、冷媒液の濡れ性が悪く、本来のパフォーマンスを発揮することができない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、冷媒液の濡れ性を改善し、核沸騰の促進により伝熱性能を向上させることのできる沸騰用伝熱管及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記の目的を達成するため、第１の特徴として、管本体と、前記管本体の外周面の円周方向に螺旋状又は環状の空洞部が形成されるように前記管本体の外周面を連続的に鋤起こして形成されたフィンと、前記フィンの先端部を抑圧して形成された溝と、前記溝に形成され、前記空洞部を所定間隔により外部に連通させる複数の孔とを備えることを特徴とする沸騰用伝熱管を提供する。
【００１３】
この構成によれば、管本体の外周面の円周方向に形成された空洞部にフィンが形成され、このフィンの先端部に溝が形成され、更に溝に孔が形成されていることにより、沸騰用伝熱管を浸漬している冷媒液が効率良く加熱され、冷媒液の沸騰が促進されると共に蒸気泡の離脱及び冷媒液の流入が円滑に行われるため、冷媒液の濡れ性が改善されることによって良好な伝熱性能が得られ、熱交換器の高性能化及び小型化が可能になる。
【００１４】
本発明は、上記の目的を達成するため、第２の特徴として、管本体の外周面の円周方向に螺旋状又は環状に空洞部を形成し、前記空洞部の先端部をバイトにより前記円周方向に連続的に鋤起こしてフィンを形成し、前記フィンの先端部を溝付きロールで抑圧して溝を形成すると共に、前記空洞部を外部に連通させる孔を前記溝に所定間隔に形成することを特徴とする沸騰用伝熱管の製造方法を提供する。
【００１５】
この方法によれば、管本体の外周面の円周方向に形成された空洞部にフィンをバイトにより形成し、更にフィンの先端部に溝付きロールにより溝を形成し、この溝に孔を形成することにより、沸騰用伝熱管を浸漬している冷媒液が効率良く加熱され、冷媒液の沸騰が促進されると共に蒸気泡の離脱及び冷媒液の流入が円滑に行われるため、冷媒液の濡れ性が改善され、良好な伝熱性能が得られる結果、熱交換器の高性能化及び小型化が可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の沸騰用伝熱管及びその製造方法によれば、外周面に溝が円周方向に形成され、この溝によって冷媒液が効率良く加熱され、冷媒液の沸騰が促進されると共に核沸騰に伴う冷媒気泡の離脱及び冷媒液の流入が円滑に行われ、良好な伝熱性能が得られ、沸騰用伝熱管を用いた熱交換器の高性能化及び小型化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管を示す。沸騰用伝熱管１は、伝熱性に優れる銅、銅合金、アルミニウム等の金属管等を用いた管２と、この管２の表面近傍にバイト等の加工具により鋤起こされたフィン３とを備えて構成されている。
【００１８】
フィン３は、管２の円周方向に螺旋状又は環状に形成された空洞部３１と、この空洞部３１を所定の間隔で外部（冷媒液）に連通させる孔３２とを備えている。フィン３の表面は、孔３２と孔３２との間に凸部３３と凹部３４とが順番に形成された凹凸面になっており、凸部３３の片面には傾斜面が設けられている。
【００１９】
空洞部３１は、管周方向に連続するように形成され、更に、管軸に対して直交し或いは傾斜するように設けられている。凸部３３と凹部３４により形成される溝３５は、管軸に対して所定の角度（例えば、１０〜６０°）及び所定の深さ（例えば、０．１〜０．５ｍｍ）を有するように形成されており、この溝３５の延長線上に孔３２が存在する。
【００２０】
上記角度は、空洞部３１からの蒸気泡の離脱と、空洞部３１への水等の冷媒液の流入とを円滑に行うのに最適な値である。離脱した蒸気泡は、重力とは逆の方向に動くため、管軸と平行（０°）では凸部３３が抵抗になって蒸気泡の離脱が円滑に行えなくなる。また、６０°以上では孔３２が細長く形成され、やはり蒸気泡の離脱が円滑に行えなくなる。したがって、１０〜６０°の角度が適している。また、凹部３４の深さは、浅すぎると表面積が減少し、逆に、深すぎると孔３２を溝付きロール等により形成する際の抵抗が大きくなり、空洞部３１の加工が困難になる。したがって、溝３５の深さは、０．１〜０．５ｍｍが妥当である。
【００２１】
更に、空洞部３１は、管軸方向に所定の間隔により形成されている。管軸方向の間隔が短すぎると核沸騰領域が減少し、逆に、間隔が広すぎると伝熱壁からの熱伝達が悪くなる。このため、管軸方向の間隔は、０．１〜０．８ｍｍが妥当である。
【００２２】
水等の冷媒液は空洞部３１の内壁面で加熱される。この加熱によって冷媒液は沸騰し、空洞部３１内から蒸気泡が活発に発生する。この蒸気泡は、或る程度の大きさまで成長すると、複数の孔３２を通って離脱し始めるが、孔３２の大きさを小さくすることにより、蒸気泡の全てが離脱するのではなく、蒸気泡の一部が小さな蒸気泡となって空洞部３１内に残留する。
【００２３】
一方、凸部３３及び凹部３４においては、平滑な面よりも表面積が増すため、冷媒液を効率よく加熱することができる。また、空洞部３１内には、離脱した蒸気泡に対応する量の冷媒液が凹部３４から流入する。空洞部３１内に新たに流入する冷媒液は、流入する前に予め外の溝３５の側壁面で加熱されて温度が上昇しているため、少ない熱量によって沸騰温度に到達する。従って、空洞部３１に残留した蒸気泡を核として、蒸気泡は急速に成長する。
【００２４】
空洞部３１内から離脱する蒸気泡は、冷媒液よりも密度が小さいため、上方へ移動する。この蒸気泡に対応する冷媒液は、凹部３４から空洞部３１内に流入するが、この部分が窪んでいるため、空洞部３１内から蒸気泡が出て行く進路と、加熱された液が空洞部３１内へ流入していく進路とが異なるため、冷媒液の空洞部３１内への流入は円滑に行われる。
【００２５】
一般に、水用途の伝熱管は、シェル内に多数本が組み込まれるが、上記した構成による沸騰用伝熱管１によれば、外周にスパイラル状に微細な溝３５が形成されているため、熱交換器の上方に組み込まれた場合であっても、下方で発生した蒸気泡は凹部３４に侵入しにくくなり、冷媒液の濡れが良好になるため、伝熱効率を従来構成に比べて向上させることができる。
【００２６】
図３は沸騰用伝熱管１の製造工程におけるフィンの溝加工及び孔加工を示す。図３に基づいて沸騰用伝熱管１の製造方法を以下に説明する。
【００２７】
まず、外周面が平滑で内面に溝２ａが加工済みの管２を準備した。溝２ａは、所定間隔に螺旋状又は環状に形成されたリブ２ｂによって形成されている。このリブ２ｂは、管内流体の伝熱促進に必要不可欠なものである。
【００２８】
次に、図３の（ａ）に示すように、刃先角が６０°のバイト４１を使用し、所定の切込角度、切込量、及び形成されるフィン３の間隔が所定寸法になるように、バイト４１を管２の円周方向に回転させると共に管２を管軸方向に移動させ、フィン３を鋤起こした。ここでは、バイト４１の切込角度を２４°とし、切込量を０．３５ｍｍとした。また、バイト４１の回転速度及び管２の送り速度は、管軸方向の空洞部３１の間隔が０．５ｍｍになるように調整した。以上のような形状及び使用法によるバイト４１によってフィン３が鋤起こされるため、フィン３の先端部は管軸に対して垂直ではなく、バイト４１の刃先角に応じて傾斜した形状に形成される。
【００２９】
次に、図３の（ｂ）に示す様に、斜めの溝４２ａが円周方向に所定間隔に設けられた溝付きロール４２を管２の外表面に押圧する。溝付きロール４２を、管２を抑圧しながら管２の円周方向に回転させると共に、管１２を管軸方向に引き抜き、フィン３の先端部を溝付きロール４２よって抑圧する。これにより、管２の外周面には、深さが０．２ｍｍの溝３５が管軸に対して４５°で形成されると共に、空洞部３１が形成される。この際、外周溝３５の凸部３３は溝付きロール４２の溝４２ａに拘束されながら折り曲げられ、隣接する凸部３３に向かって張り出す。この張り出し量が隣接する凸部３３に達し、かつ空洞部３１と外部を連絡する孔３２が塞がらないように溝付きロール４２の押し込む量の調整を行う。
【００３０】
このようにして、管周方向に連続する空洞部３１が、管軸に対し傾斜して延びている図１及び図２に示す様な沸騰用伝熱管１が得られる。空洞部３１内に流入した冷媒液は空洞部３１内で加熱されることにより沸騰し、蒸気泡が活発に発生する。また、管軸に対して角度をもって形成された凸部３３と凹部３４により、空洞部３１内から蒸気泡が出て行く進路と加熱された液が流入する進路とが異なるため、離脱した蒸気泡に応じた量の冷媒液が流入し、冷媒液の空洞部３１への流入が円滑に行われると共に効率よく冷媒液が加熱される。したがって、空洞部３１内に残留した蒸気泡を核として、蒸気泡は急速に成長する。また、沸騰用伝熱管１は、外表面部に凸部３３と凹部３４によって微細な溝３５が螺旋状に形成されているため、空洞部３１内から離脱した蒸気泡は攪拌されながら上方へ移動するのに伴って周囲の冷媒液が攪拌され、冷媒液の温度ムラを少なくすることができる。以上により、本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管１では、伝熱効率の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管を示す斜視図である。
【図２】図１の沸騰用伝熱管の平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る沸騰用伝熱管の製造工程におけるフィンの溝加工及び孔加工を示し、（ａ）はフィンの溝加工を示す斜視図、（ｂ）は溝付きロールによる孔加工を示す斜視図である。
【図４】従来の沸騰用伝熱管を示す斜視図である。
【図５】従来の他の沸騰用伝熱管を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  沸騰用伝熱管
２  管
２ａ  溝
２ｂ  リブ
３  フィン
３１  空洞部
３２  孔
３３  凸部
３４  凹部
３５  溝
４１  バイト
４２  溝付きロール
４２ａ  溝
１００  沸騰用伝熱管
１０１  金属管
１０２  空洞部
１０３  孔
２００  沸騰用伝熱管
２０１  金属管
２０２  空洞部
２０３，２０４  間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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