(57)【要約】【課題】圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管及びその製造方法並びにその製造装置の提供を目的とする。【解決手段】管内面１０に、螺旋状のフィン２が形成されるとともに、フィン２，２の間に主溝３が形成され、フィン２に形成された副溝７の周縁部分を構成する副溝縁部４と、該副溝縁部４における少なくともフィン形成方向上流側Ｄ２ｕの端部に、管軸方向Ｄ１の上流側で主溝３の側に突出する主溝側突出片５とで構成した副溝構成部６を備え、副溝構成部６を、管内面１０からの突出方向基端側の基端側副溝構成部６Ａと、突出方向先端側の先端側副溝構成部６Ｂとで構成し、副溝構成部６の成す副溝角度αのうち基端側副溝構成部６Ａの成す副溝角度αを基端側副溝角度α１とするとともに、先端側副溝構成部６Ｂの成す副溝角度αを先端側副溝角度α２とし、副溝構成部６を、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成した。【選択図】図２
2012083006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内面に、管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを形成するとともに、隣り合う前記フィン同士の間に主溝を形成し、
前記フィンに形成された凹状の副溝の周縁部分を構成する副溝縁部と、
該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の前記主溝の側に突出する主溝側突出片とで構成した副溝構成部を備えた伝熱管であって、
前記副溝構成部のうち管内面からの突出方向基端側を、基端側副溝構成部とするとともに、突出方向先端側を先端側副溝構成部とし、
前記副溝においてフィン形成方向の両側で対向する前記副溝構成部の成す副溝角度のうち前記基端側副溝構成部の成す副溝角度を、基端側副溝角度α１とするとともに、
前記先端側副溝構成部の成す副溝角度を、先端側副溝角度α２とし、
前記副溝構成部を、
前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成した
伝熱管。
【請求項２】
前記基端側副溝角度α１を１０°から９０°の範囲内とし、前記先端側副溝角度α２を３０°から１７０°の範囲内とする
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
前記主溝側突出片を、
前記フィンに対する平面視において、前記副溝縁部から前記フィンに対して５°から９０°の範囲内の突出角度で形成した
請求項１または２に記載の伝熱管。
【請求項４】
前記主溝側突出片の前記主溝の間隔に対する割合が０．１から０．９となる範囲に設定した
請求項１から３のいずれかに記載の伝熱管。
【請求項５】
前記副溝を、
管周あたり４から６０の条数で形成した
請求項１から４のいずれかに記載の伝熱管。
【請求項６】
素管を上流側から下流側へ引き抜く間、内面フィン形成溝を外周に備えた主溝形成プラグにより管内面を押潰して、管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを管内面に形成することにより、隣り合う前記フィンの間に主溝を形成する主溝形成工程と、
前記フィンに対して所定の交差角で交差する副溝形成刃を外周に備えた副溝形成プラグにより、前記フィンに前記副溝を形成することによって、前記副溝の周縁部分に有する副溝縁部、及び、該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の主溝側に突出する主溝側突出片で構成される副溝構成部を形成する副溝形成工程とを行う伝熱管の製造方法であって、
前記副溝形成工程は、
前記副溝形成刃を含む前記副溝形成プラグの外径をＤＳＰ、前記主溝形成プラグの外径をＤＧＰ、前記主溝形成プラグの溝深さをＨＧＰとしたとき、
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ
の範囲を満たす前記副溝形成プラグを用い、
前記副溝形成プラグと、素管外側に配置され、素管を副溝形成プラグ側へ押圧する副溝形成押圧具とのうち、前記副溝形成プラグのみで第１副溝を形成する副溝形成第１工程と、
前記副溝形成第１工程の後に、前記副溝形成押圧具により素管を前記副溝形成プラグ側へ押圧することにより、前記第１副溝を、前記副溝形成刃でさらに切り込んで前記副溝として形成する副溝形成第２工程とを行い、
前記副溝形成第１工程において、前記第１副溝を、素管を引抜きながら、前記フィンと管径方向においてオーバーラップする前記副溝形成刃により前記フィンに対して形成することを特徴とする。
伝熱管の製造方法。
【請求項７】
前記フィンの高さに対し、該フィンを切り欠いて前記第１副溝を形成する前記副溝形成第１工程でのフィンの切り欠き深さを示す切り欠き率ＺＳＰを、
【数５】
2012083006.tif 000015
としたとき、前記副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．１以上とする
請求項６に記載の伝熱管の製造方法。
【請求項８】
前記副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．６以下とする
請求項７に記載の伝熱管の製造方法。
【請求項９】
素管を上流側から下流側へ引抜く引抜き手段と、
内面フィン形成溝を外周に備え、管内面を押潰して、該管内面に管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを形成することにより、隣り合う前記フィンの間に主溝を形成する主溝形成プラグを備えた主溝形成手段と、
前記フィンに対して所定の交差角で交差する副溝形成刃を外周に備えた副溝形成プラグ、及び素管外側に備え、素管を前記副溝形成プラグ側へ押圧する副溝形成押圧具で構成し、前記フィンに副溝を形成することにより、前記副溝の周縁部分に有する副溝縁部、及び、該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の主溝側に突出する主溝側突出片を備えた副溝構成部を形成する副溝形成手段とで構成した伝熱管の製造装置であって、
前記副溝形成プラグを、前記副溝形成刃を含む前記副溝形成プラグの外径をＤＳＰ、前記主溝形成プラグの外径をＤＧＰ、前記主溝形成プラグの溝深さをＨＧＰとしたとき、
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ
の範囲を満たすよう構成し、
前記副溝形成手段における前記上流側を、前記副溝形成プラグと前記副溝形成押圧具とのうち、前記副溝形成プラグのみで第１副溝を形成する副溝加工第１領域とし、
前記副溝形成部における前記副溝加工第１領域よりも前記下流側を、
素管を前記副溝形成押圧具により前記副溝形成プラグ側へ押圧して第１副溝を、さらに切り込んで前記副溝として形成する副溝加工第２領域とし、
前記副溝形成プラグを、
前記副溝加工第１領域と前記副溝加工第２領域とに亘って配置し、
前記副溝形成押圧具を、
前記副溝加工第１領域と前記副溝加工第２領域とのうち、前記副溝加工第２領域にのみに配置した
伝熱管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機、空調機などの熱交換器に使用される伝熱管及びその製造方法並びにその製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に空調機や冷凍機などに用いられる伝熱管は、管内の冷媒を蒸発または凝縮させて管外を流れる流体との間で熱交換を行なうもので、熱交換器の高効率化や省エネルギー化の観点から内面溝付管を用いることが多くなっている。
【０００３】
このような内面溝付管は、管軸に対して直線状もしくは螺旋状のフィンが形成されるとともに、隣り合うフィン同士の間に主溝が形成されている。これらの溝を管内面に備えたことにより、平滑管に比べ伝熱面積が増大するとともに、冷媒を撹拌させる攪拌作用によって伝熱性能を向上することができる。
【０００４】
近年、特に空調機用熱交換器に対して高性能化や小型軽量化が強く求められており、また省エネ法の改正に伴って伝熱管の高性能化がより一層求められている。  
しかしながら、従来の内面溝付管においては溝数、リード角、溝形状などの改良は行なわれているものの、上述したように求められている性能には不十分であった。
【０００５】
そこで、これら従来の内面溝付管に代わる伝熱管として、例えば、特許文献１には、内面溝付管の中でも冷媒の攪拌作用を促進するため、フィンが副溝により分断され、主溝と副溝とがクロスするいわゆるクロス溝付きの伝熱管が開示されている。
【０００６】
このクロス溝付きの伝熱管は、前記フィン（１２）が副溝によって分断され、管内面から螺旋状に突出する複数のフィン構成部（１２Ａ）を管内面に形成している。前記フィン構成部（１２Ａ）の少なくとも螺旋方向下流側に、管軸方向上流側で隣り合う前記フィン（１２）との間の主溝の側に突出する突出片（１６ａ）を備えた構成である。  
なお、突出片（１６ａ）は、主溝の側に突出するため、主溝側突出片ともよばれている。
【０００７】
特許文献１によれば、このような伝熱管は、突出片（１６ａ）を備えていることにより、該突出片（１６ａ）に前記フィン（１２）間を流れる冷媒の一部が衝突し、管半径方向内側へかき上げられるため、三次元的な非定常流れ、すなわち乱流を効果的に発生させ、管内熱伝達率の向上を図ることができることが開示されている。
【０００８】
しかし、特許文献１における伝熱管の構成において、さらなる管内熱伝達率の向上を図ろうとする場合、前記フィン（１２）に、より多数の副溝を形成し、これにより、フィン（１２）に、突出片（１６ａ）をより多く形成することが考えられる。  
なぜなら、フィン（１２）に形成する突出片（１６ａ）の数が増えれば増える程、その分、冷媒の乱流促進が期待できるとも考えられるためである。
【０００９】
しかし、管内面のフィン（１２）に形成する突出片（１６ａ）の数を単純に増やした場合、圧力損失が増大するとともに、管内熱伝達率が降下するという問題が生じる。  
このため、特許文献１に開示の伝熱管のような従来のクロス溝付きの伝熱管の構成は、管内熱伝達率を向上させるには限界があった。
【００１０】
さらに、管内面のフィン（１２）に形成する突出片（１６ａ）の数を増やすためには、その分、フィン（１２）に多数の副溝を形成する必要があるが、この場合、熱交換器のアルミフィンへ組み込む際に拡管プラグを伝熱管に挿入して行う機械拡管時に耐え得るフィン強度を確保できず、伝熱管の機械拡管を行うことが困難となることや、フィンに副溝を狭ピッチで形成することが加工装置の性能上の制約により伝熱管の製造が困難となるなどの理由により、管内熱伝達率を向上させるために単純に突出片（１６ａ）の数を増やすことができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１６２３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明は、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管及びその製造方法並びにその製造装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、管内面に、管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを形成するとともに、隣り合う前記フィン同士の間に主溝を形成し、前記フィンに形成された凹状の副溝の周縁部分を構成する副溝縁部と、該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の前記主溝の側に突出する主溝側突出片とで構成した副溝構成部を備えた伝熱管であって、前記副溝構成部のうち管内面からの突出方向基端側を、基端側副溝構成部とするとともに、突出方向先端側を先端側副溝構成部とし、前記副溝においてフィン形成方向の両側で対向する前記副溝構成部の成す副溝角度のうち前記基端側副溝構成部の成す副溝角度を、基端側副溝角度α１とするとともに、前記先端側副溝構成部の成す副溝角度を、先端側副溝角度α２とし、前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成することを特徴とする。
【００１４】
この構成により、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管を提供することができる。
【００１５】
詳しくは、上述したように、管内面に備えた前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成することにより、前記基端側副溝角度α１と前記先端側副溝角度α２とが略同じ大きさである形状の副溝構成部を管内面に形成した従来の伝熱管と比較して、管半径方向内側も含めた冷媒の積極的な乱流促進を図ることができる。  
従って、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる。
【００１６】
ここで、前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成するとは、例えば、前記基端側副溝構成部から前記先端側副溝構成部に進むにつれ、徐々に副溝に対して反対側の外側へ反り曲る形状であっても、段階的に折り曲がりながら副溝に対して反対側の外側へ反り曲る形状であってもよく、その形状は限定しない。
【００１７】
また、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状は、前記基端側副溝構成部において前記副溝を隔てて対向する対向部分全体の接線角度が、前記先端側副溝構成部において副溝を隔てて対向する対向部分全体の接線角度よりも大きくなる形状に限らない。
【００１８】
詳しくは、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状には、例えば、前記基端側副溝構成部において副溝を隔てて対向する対向部分における少なくとも一部分の接線角度が、前記先端側副溝構成部において副溝を隔てて対向する対向部分における少なくとも一部分の接線角度よりも大きくなる形状も含むものとする。
【００１９】
この発明の態様として、前記基端側副溝角度α１を１０°から９０°の範囲内とし、前記先端側副溝角度α２を３０°から１７０°の範囲内とすることができる。
【００２０】
上述したように、前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成した構成の中でも、前記基端側副溝角度α１と前記先端側副溝角度α２とが上述した関係となるよう形成することで、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率をさらに向上させることができる。
【００２１】
さらに、前記基端側副溝構成部と前記先端側副溝構成部とのそれぞれを、冷媒の衝突による圧力が加わり続けても破損することがなく耐え得ることができ、また、加工時に前記副溝構成部が破断することがないなど、強度面、加工面からも、前記基端側副溝角度α１と前記先端側副溝角度α２との角度バランスがとれた好適な形状の副溝構成部とすることができる。
【００２２】
またこの発明の態様として、前記主溝側突出片を、前記フィンに対する平面視において、前記副溝縁部から前記フィンに対して５°から９０°の範囲内の突出角度で形成することができる。
【００２３】
前記主溝側突出片を、上述した構成で形成したため、前記主溝を流れる冷媒の流れが該主溝側突出片によって過度に妨げられることがなく、その冷媒の一部を前記主溝側突出片に衝突させて前記主溝側突出片から副溝の側へ導くことができる。従って、伝熱管は、より大きな冷媒攪拌作用によって熱伝達率の向上を図ることができる。  
さらに、伝熱管は、管軸方向への冷媒流量が増大するため、圧力損失の増大を抑制することができる。
【００２４】
またこの発明の態様として、前記主溝側突出片の前記主溝の間隔に対する割合が０．１から０．９となる範囲に設定することができる。
【００２５】
このように、前記主溝側突出片を、前記フィン間の間隔に対して０．１以上の割合から成る突出長さで形成することにより、前記主溝を流れる冷媒の一部を前記主溝側突出片に衝突させて管半径方向内側も含めた乱流促進を図ることができ、より大きな冷媒攪拌作用によってさらなる熱伝達率の向上を図ることができる。  
さらに、前記主溝側突出片から副溝の側への冷媒の流れを導くことができ、管軸方向への冷媒流量が増大するため、圧力損失の増大を防止することができる。
【００２６】
前記主溝側突出片は、前記フィン間の間隔に対して０．９以下の割合から成る突出長さで形成することにより、前記主溝を流れる冷媒の流れを過度に妨げることがなく、前記主溝側突出片を形成したことによる圧力損失の影響を緩和することができる。
【００２７】
またこの発明の態様として、前記副溝を、管周あたり４から６０の条数で形成することができる。
【００２８】
このように前記副溝を、管周あたり４以上の条数で形成することにより、フィンに形成した隣り合う副溝同士のフィン形成方向における間隔が大きくなりすぎず、十分な冷媒攪拌作用を得ることができる。
【００２９】
一方、前記副溝を、管周あたり６０以下の条数で形成することにより、熱交換器のアルミフィンへ組み込む際に拡管プラグを伝熱管に挿入して行う機械拡管時に耐え得るフィン強度を確保することができる。
【００３０】
またこの発明は、素管を上流側から下流側へ引き抜く間、内面フィン形成溝を外周に備えた主溝形成プラグにより管内面を押潰して、管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを管内面に形成することにより、隣り合う前記フィンの間に主溝を形成する主溝形成工程と、前記フィンに対して所定の交差角で交差する副溝形成刃を外周に備えた副溝形成プラグにより、前記フィンに前記副溝を形成することによって、前記副溝の周縁部分に有する副溝縁部、及び、該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の主溝側に突出する主溝側突出片で構成される副溝構成部を形成する副溝形成工程とを行う伝熱管の製造方法であって、前記副溝形成工程は、前記副溝形成刃を含む前記副溝形成プラグの外径をＤＳＰ、前記主溝形成プラグの外径をＤＧＰ、前記主溝形成プラグの溝深さをＨＧＰとしたとき、  
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ 
の範囲を満たす前記副溝形成プラグを用い、前記副溝形成プラグと、素管外側に配置され、素管を副溝形成プラグ側へ押圧する副溝形成押圧具とのうち、前記副溝形成プラグのみで第１副溝を形成する副溝形成第１工程と、前記副溝形成第１工程の後に、前記副溝形成押圧具により素管を前記副溝形成プラグ側へ押圧することにより、前記第１副溝を、前記副溝形成刃でさらに切り込んで前記副溝として形成する副溝形成第２工程とを行い、前記副溝形成第１工程において、前記第１副溝を、素管を引抜きながら、前記フィンと管径方向においてオーバーラップする前記副溝形成刃により前記フィンに対して形成することを特徴とする。
【００３１】
上述した伝熱管の製造方法によれば、前記副溝形成工程では、前記副溝形成第１工程と前記副溝形成第２工程との２段階の工程を経ることにより、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きな形状となる前記副溝構成部を管内面に構成した伝熱管を形成することができる。
【００３２】
従って、上述した構成により、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管の製造方法を提供することができる。
【００３３】
またこの発明の態様として、前記フィンの高さに対し、該フィンを切り欠いて前記第１副溝を構成する前記副溝形成第１工程でのフィンの切り欠き深さを示す切り欠き率ＺＳＰを、  
【００３４】
【数５】
2012083006.tif 000003
としたとき、前記副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．１以上とすることができる。
【００３５】
上述した伝熱管の製造方法により、優れた管内熱伝達率となる伝熱管を、確実、且つ、効率的に製造することができる。
【００３６】
詳しくは、前記第１副溝の深さを前記フィンの高さに対して０．１以上とすることができ、このような第１副溝を前記副溝形成第２工程で切り込むことにより、前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状になるよう確実に構成することができる。
【００３７】
またこの発明の態様として、前記副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．６以下とすることができる。
【００３８】
上述した構成により、フィンを切り欠きすぎることを防ぐことができるため、フィンにおける前記第１副溝よりも基部側に、前記副溝形成第２工程で前記第１副溝をさらに切り込むために切り込み代を確保することができる。
【００３９】
よって、前記副溝形成第２工程で前記第１副溝をさらに切り込むことにより、前記副溝構成部を、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状となるよう確実に構成することができる。
【００４０】
また、フィンを切り欠きすぎることを防ぐことができるため、管内面を傷付けることがなく、また、フィンを切り欠く際に前記副溝形成プラグの前記副溝形成刃に負荷がかかりすぎることがなく、一般に高価である前記副溝形成プラグの前記副溝形成刃を傷めることがなく、前記副溝形成プラグの耐久性を向上させることができる。
【００４１】
またこの発明は、素管を上流側から下流側へ引抜く引抜き手段と、内面フィン形成溝を外周に備え、管内面を押潰して、該管内面に管軸方向に対して所定角度の螺旋状のフィンを形成することにより、隣り合う前記フィンの間に主溝を形成する主溝形成プラグを備えた主溝形成手段と、前記フィンに対して所定の交差角で交差する副溝形成刃を外周に備えた副溝形成プラグ、及び素管外側に備え、素管を前記副溝形成プラグ側へ押圧する副溝形成押圧具で構成し、前記フィンに副溝を形成することにより、前記副溝の周縁部分に有する副溝縁部、及び、該副溝縁部における少なくともフィン形成方向の上流側端部に、管軸方向の上流側の主溝側に突出する主溝側突出片を備えた副溝構成部を形成する副溝形成手段とで構成した伝熱管の製造装置であって、前記副溝形成プラグを、前記副溝形成刃を含む前記副溝形成プラグの外径をＤＳＰ、前記主溝形成プラグの外径をＤＧＰ、前記主溝形成プラグの溝深さをＨＧＰとしたとき、  
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ
の範囲を満たすよう構成し、前記副溝形成手段における前記上流側を、前記副溝形成プラグと前記副溝形成押圧具とのうち、前記副溝形成プラグのみで第１副溝を形成する副溝加工第１領域とし、前記副溝形成部における前記副溝加工第１領域よりも前記下流側を、素管を前記副溝形成押圧具により前記副溝形成プラグ側へ押圧して第１副溝をさらに切り込んで前記副溝として形成する副溝加工第２領域とし、前記副溝形成プラグを、前記副溝加工第１領域と前記副溝加工第２領域とに亘って配置し、前記副溝形成押圧具を、前記副溝加工第１領域と前記副溝加工第２領域とのうち、前記副溝加工第２領域にのみに配置することを特徴とする。
【００４２】
上述した伝熱管の製造装置によれば、前記副溝形成手段では、前記副溝加工第１領域と前記副溝加工第２領域との２段階の領域に分けて前記フィンに前記副溝を形成することにより、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きな形状となる前記副溝構成部を管内面に構成した伝熱管を製造することができる。
【００４３】
従って、上述した構成により、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管を製造することができる製造装置を提供することができる。
【００４４】
ここで、前記第１副溝を形成する際における前記フィンの切り欠きには、フィンを押潰することを含むものとし、前記副溝として形成する際における前記第１副溝を前記副溝形成刃でさらに切り込むとは、前記第１副溝を前記副溝形成刃でさらに押潰することを含むものとする。
【００４５】
前記伝熱管は、例えば、銅、アルミニウム、又は、それらの合金等など熱伝導性に優れた材料で形成することができる。
【００４６】
なお、本発明の特許請求の範囲及び明細書にて「から」の文字を使って記載される範囲は、記号の前に記載される数値と、記号の後に記載される数値とを含むものとする。
【発明の効果】
【００４７】
この発明によれば、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管及びその製造方法並びにその製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施形態の伝熱管を示す部分拡大展開斜視図。
【図２】本実施形態の副溝構成部の構成を示す断面図。
【図３】本実施形態の伝熱管を模式的に示した縦断面図（ａ）、フィンの稜線部分を模式的に示した拡大図（ｂ）。
【図４】本実施形態の伝熱管の製造装置を断面で示した説明図。
【図５】本実施形態の伝熱管の製造装置の要部を断面で示した説明図。
【図６】本実施形態の伝熱管の製造過程の形状を示す断面図。
【図７】本実施形態の伝熱管の性能評価に用いた実験装置の概略図。
【図８】従来の伝熱管の副溝構成部の構成を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。  
本実施形態における伝熱管１は、図１から図３に示すような構成で形成している。
【００５０】
なお、図１（ａ），（ｂ）は、伝熱管１の管内面１０の形状を模式的に示した部分拡大展開斜視図であり、図２（ａ）は、図１（ｂ）のＡ―Ａ線断面図、すなわち、後述する副溝７を跨いで第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとを結ぶ副溝構成部６、及び、該副溝構成部６に対してＡ−Ａ線管断面方向の両側に有する２ピッチ分のフィン２を含む伝熱管１の一部の断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ部の拡大図である。
【００５１】
さらに、図３（ａ）は、本実施形態の伝熱管１の一部の縦断面図であり、図３（ｂ）は、フィン２の周辺付近を含む一部を拡大した拡大平面図である。但し、図３（ａ）、及び、図３（ｂ）では、前記フィン２及び副溝構成部６と、管内面１０との稜線を省略して模式的に示している。
【００５２】
伝熱管１は、管内面１０に、管軸方向Ｄ１に対して所定角度の螺旋状のフィン２が形成されるとともに、フィン２，２間に、主溝３が形成され、副溝縁部４と主溝側突出片５とで構成した副溝構成部６を管内面１０に備えている。副溝縁部４は、前記フィン２に形成された凹状の副溝７の周縁部分を構成している。主溝側突出片５は、少なくとも管軸方向上流側Ｄ１ｕで隣り合うフィン２，２との間の主溝３の側に副溝縁部４から突出して構成している。  
副溝構成部６は、管内面１０からの突出方向Ｄ３ｕの基端側の基端側副溝構成部６Ａと、突出方向Ｄ３ｕの先端側の先端側副溝構成部６Ｂとで構成している（図１（ｂ）参照）。
【００５３】
ここで、図２（ａ），（ｂ）に示すように、副溝７を隔ててフィン形成方向Ｄ２の両側で対向する副溝構成部６の成す副溝角度αのうち基端側副溝構成部６Ａの成す副溝角度αを、基端側副溝角度α１とするとともに、先端側副溝構成部６Ｂの成す副溝角度αを、先端側副溝角度α２とする。
【００５４】
この場合、副溝構成部６は、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成している。
【００５５】
基端側副溝構成部６Ａは、前記基端側副溝角度α１を、１０°から９０°の範囲内である３０°で形成し、先端側副溝構成部６Ｂは、前記先端側副溝角度α２は３０°から１７０°の範囲内である１１０°で形成している。
【００５６】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、前記主溝側突出片５は、フィン２を平面視したとき、副溝縁部４から主溝３の側において、フィン２に対して５°から９０°の範囲内である１２°の突出角度βで形成している。
【００５７】
前記主溝側突出片５は、前記フィン２，２間の間隔、すなわち、主溝３の幅（Ｗ２）に対して０．１から０．９の範囲内である０．３の割合から成る突出長（Ｗ１）さで形成している（図１（ａ）参照）。
【００５８】
前記副溝７は、螺旋状のフィン２に、管周あたり４から６０の範囲内である３２の条数で形成している。なお、管周あたりとは、螺旋状のフィン２の一条あたりであることを示すものとする。
【００５９】
詳しくは、本実施形態の伝熱管１は、外径が７．０ｍｍであり、螺旋状のフィン２は、管軸方向Ｄ１に対して３０°の角度（θ）で形成している。さらに、管周あたりのフィン数を４８、管内面フィン高さ（主溝深さ）を０．２５ｍｍ、フィン２の断面形状を略台形形状で形成している。また、副溝７は、後述する副溝形成刃２８ａの高さが０．２５ｍｍのもので形成している。
【００６０】
副溝構成部６は、フィン２に対してフィン形成方向Ｄ２に沿って略等間隔ごとに副溝７を構成することで、フィン２に対してフィン形成方向Ｄ２に沿って略等間隔ごとに形成している。
【００６１】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、主溝側突出片５は、第１主溝側突出片５ａ、第２主溝側突出片５ｂ、第３主溝側突出片５ｃ、及び、第４主溝側突出片５ｄとで構成している（図３（ｂ）参照）。
【００６２】
第１主溝側突出片５ａは、副溝縁部４におけるフィン形成方向Ｄ２の上流側端部４ｕから管軸方向上流側Ｄ１ｕの主溝３に突出した構成である。  
第２主溝側突出片５ｂは、副溝縁部４におけるフィン形成方向Ｄ２の上流側端部４ｕから管軸方向下流側Ｄ１ｄの主溝３に突出した構成である。  
第３主溝側突出片５ｃは、副溝縁部４におけるフィン形成方向Ｄ２の下流側端部４ｄから管軸方向上流側Ｄ１ｕの主溝３に突出した構成である。  
第４主溝側突出片５ｄは、副溝縁部４におけるフィン形成方向Ｄ２の下流側端部４ｄから管軸方向下流側Ｄ１ｄの主溝３に突出した構成である。  
副溝構成部６は、図２（ａ），（ｂ）に示すような断面形状で形成している。  
詳しくは、副溝構成部６は、上述したように、前記基端側副溝角度α１よりも前記先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成している。換言すると、副溝構成部６は、基端側副溝構成部６Ａを断面視Ｖの字形状で形成するとともに、先端側副溝構成部６Ｂを、基端側副溝構成部６Ａの先端部分から外側に広がる方向に屈曲した形状で形成している。
【００６３】
さらに換言すると、第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとは、管内面１０から管内空間Ｈに向けて、すなわち、図２（ａ），（ｂ）中に示すように、上方へ突出しているが、それぞれ突出方向Ｄ３ｕの基部に対して先端へ進むに連れ副溝７と反対側である管軸方向Ｄ１の外側へ反り曲がり、互いの間隔が広がる形状で形成している。
【００６４】
なお、前記基端側副溝構成部６Ａの成す基部側副溝角度α１は、図２（ａ），（ｂ）中、第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとが成す副溝角度αのうち、これら第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃの各基端側の成す副溝角度αを示している。
【００６５】
一方、先端側副溝構成部６Ｂの成す先端側副溝角度α２は、図２（ａ），（ｂ）中、第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとが成す副溝角度αのうち、これら第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃの各先端側の成す副溝角度αを示している。
【００６６】
続いて、内面溝付管として上述した伝熱管１を製造する製造装置１１について図４，図５を用いて説明する。  
なお、図４は、本実施形態における伝熱管１の製造装置１１を断面により示した模式図であり、図５は、Ｘ部，Ｙ部を拡大して示した主溝形成プラグ２５、及び、副溝形成プラグ２８の説明図である。
【００６７】
前記製造装置１１は、引抜方向（図４中のＸ方向）、すなわち抽伸方向の上流側から下流側へ沿って、順に縮径部１３、主溝加工部１４、副溝加工部１５を配置し、さらに下流側に、引抜装置１６を備え、これら構成により素管１ａを連続加工して内面溝付管を製造している。
【００６８】
前記製造装置１１は、引抜装置１６で素管１ａを引き抜く際に、管内部に配置したプラグ体２０と、管外側に配置した管外配置治具２１とにより素管１ａを連続加工して内面溝付管を製造している。
【００６９】
プラグ体２０は、フローティングプラグ２３、主溝形成プラグ２５及び副溝形成プラグ２８と、これらを直列に連結する第１連結棒２７及び第２連結棒３１とで構成している。  
管外配置治具２１は、縮径ダイス２２、転造ボール２６、転造ボール保持具３０、及び、副溝形成ダイス２９で構成している。
【００７０】
以下、上述した各部の構成について説明する。  
前記縮径部１３は、通過する素管１ａを縮径するための箇所であり、縮径ダイス２２とフローティングプラグ２３とで構成している。前記縮径ダイス２２は、上流側Ｄ１ｕへ向けて末広がり状に開口して管軸方向Ｄ１に貫通するダイス孔２２ａを有した筒状に構成し、ダイス孔２２ａに素管１ａを挿通した状態で素管１ａの外側に配置している。
【００７１】
さらに、フローティングプラグ２３は、素管１ａの内側に配置され、外周面の軸方向の一部を円錐状に形成している。これにより、フローティングプラグ２３は、前記縮径ダイス２２に対して管軸回りに回動自在に素管１ａを介して係合している。
【００７２】
主溝加工部１４は、主溝形成プラグ２５と複数の転造ボール２６、及び、転造ボール保持具３０を備えている。
【００７３】
主溝形成プラグ２５は、管内面１０を押潰して、該管内面１０に管軸方向Ｄ１に対して所定角度の螺旋状のフィン２を形成することにより、隣り合う前記フィン２の間に主溝３を形成する螺旋状の内面フィン形成溝２５ａを外周に備えている。
【００７４】
主溝形成プラグ２５は、管軸方向Ｄ１に対して右ねじり方向に４０°のリード角で構成している。
【００７５】
複数の転造ボール２６は、素管１ａの外側において該素管１ａを押圧しながら転動自在に、すなわち、自転自在であるとともに管軸回りに公転自在に複数個配置している。
【００７６】
転造ボール保持具３０は、転造ボール２６を保持する治具であり、上流側に配置された上流側転造ボール保持具３０Ｕと、下流側に配置された下流側転造ボール保持具３０Ｄとで構成している。
【００７７】
上流側転造ボール保持具３０Ｕは、引抜き方向Ｘに連通するとともに、引抜き方向Ｘの下流側へ向けて末広がり状に開口した連通孔３０ａを有した筒状に構成している。下流側転造ボール保持具３０Ｄは、断面がＬ字形状の筒状部材である。
【００７８】
なお、縮径部１３と主溝加工部１４との間には、第１連結手段として第１連結棒２７が配置され、第１連結棒２７は、主溝形成プラグ２５と前記フローティングプラグ２３とをそれぞれ独立して回動自在に連結している。
【００７９】
副溝加工部１５は、副溝形成プラグ２８と副溝形成ダイス２９を備えている。  
なお、副溝加工部１５における上流側Ｄ１ｕを、副溝加工第１領域Ｚ１とし、副溝加工部１５における副溝加工第１領域Ｚ１よりも下流側を、副溝加工第２領域Ｚ２としている。
【００８０】
副溝加工第１領域Ｚ１は、副溝形成プラグ２８と副溝形成ダイス２９とのうち、前記副溝形成プラグ２８のみで第１副溝７Ａ（図６参照）を形成する領域であり、副溝加工第２領域Ｚ２は、副溝形成ダイス２９により素管１ａを副溝形成プラグ２８側へ押圧して第１副溝７Ａを副溝７として形成する領域である。
【００８１】
すなわち、副溝形成プラグ２８は、副溝加工第１領域Ｚ１と副溝加工第２領域Ｚ２との双方の領域に亘って配置し、副溝形成ダイス２９は、副溝加工第１領域Ｚ１と副溝加工第２領域Ｚ２とのうち、副溝加工第２領域Ｚ２にのみに配置している。
【００８２】
副溝形成プラグ２８は、フィン２に対して所定の交差角で交差する螺旋状の副溝形成刃２８ａを外周に構成している。
【００８３】
図５に示すように、副溝形成プラグ２８は、素管１ａ内部において管内面１０から突出したフィン２と副溝形成プラグ２８とが管径方向においてオーバーラップするよう配置される（図５中、Ｙ部の拡大図参照）。
【００８４】
詳しくは、副溝形成プラグ２８は、副溝形成刃２８ａを含む副溝形成プラグ２８の外径をＤＳＰ、内面フィン形成溝２５ａを含む主溝形成プラグ２５の外径をＤＧＰ、主溝形成プラグ２５の溝深さ（管内面フィン高さ）をＨＧＰとしたとき、  
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ 
の範囲を満たすよう構成している。
【００８５】
より詳しくは、前記フィン高さに対し、該フィン２を切り欠いて第１副溝７Ａを構成する副溝形成第１工程でのフィン２の切り欠き深さを示す切り欠き率ＺＳＰを、
【００８６】
【数５】
2012083006.tif 000004
としたとき、前記副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰが０．１から０．６の範囲内となるよう設定している。
【００８７】
本実施形態では、副溝形成刃２８ａを除いた副溝形成プラグ２８の外径を７．２５ｍｍで構成するとともに、副溝形成刃２８ａを含めた副溝形成プラグ２８の外径ＤＳＰを７．７５ｍｍで構成している。
【００８８】
副溝形成刃２８ａ（切欠き刃）は、管軸方向Ｄ１に対して右ねじり方向に３０°のリード角で構成している。さらに、前記副溝形成刃２８ａは、その高さを０．２５ｍｍで形成するとともに、その頂角を、３０°で形成しているが、該頂部を平坦状に構成している。
【００８９】
副溝形成ダイス２９は、素管１ａを前記副溝形成プラグ２８側へ押圧する副溝形成押圧具として素管１ａ外側に配置している。
【００９０】
なお、主溝加工部１４と副溝加工部１５との間には、第２連結手段として第２連結棒３１が配置され、第２連結棒３１は、主溝形成プラグ２５と副溝形成プラグ２８とをそれぞれ独立して回動自在に連結している。
【００９１】
また、上述した引抜装置１６は、巻取りドラム３２、及び、巻取り用のモータＭ１を備え、該モータＭ１の回転駆動により内面溝付管１１を引張りながら巻取りドラム３２に巻き付けている。
【００９２】
なお、前記製造装置１１は、副溝加工部１５と引抜装置１６との間に、整径ダイスを備えてもよい（図示せず）。整径ダイスは、管軸方向Ｄ１に貫通したダイス孔を伝熱管が通過することにより、例えば、前記溝加工部１４における転造ボール２６の押圧により生じた管表面の歪み等を滑らかにするための整径を行うダイスである。
【００９３】
本実施形態の伝熱管１は、上述した製造装置１１を用いて以下の製造方法により製造する。  
伝熱管１の製造方法は、引抜装置１６により素管１ａを上流側から下流側へ引き抜く間、素管１ａに対して縮径工程と主溝形成工程と副溝形成工程とを連続して行う。
【００９４】
縮径工程は、縮径部１３において第１縮径ダイス２２とフローティングプラグ２３により、素管１ａを縮径する工程である。
【００９５】
主溝形成工程では、主溝加工部１４において内面フィン形成溝２５ａを外周に備えた主溝形成プラグ２５により管内面１０を押潰して、該管内面１０に管軸方向Ｄ１に対して所定角度の螺旋状のフィン２を形成することにより、隣り合う前記フィン２，２の間に主溝３を形成する工程である。
【００９６】
副溝形成工程では、副溝加工部１５において副溝形成プラグ２８により前記フィン２に副溝７を形成することによって、副溝７の周縁部分に有する副溝縁部４と少なくとも第１主溝側突出片５ａとで構成される副溝構成部６を形成する工程である。
【００９７】
前記副溝形成工程では、副溝形成第１工程と副溝形成第２工程とを連続で行う。  
副溝形成第１工程では、前記副溝形成プラグ２８と副溝形成ダイス２９とのうち、副溝形成プラグ２８のみで第１副溝７Ａを形成する。
【００９８】
詳しくは、副溝形成第１工程では、図４、及び、図５に示すように、副溝加工第１領域Ｚ１において上述したように、  
（ＤＧＰ−２×ＨＧＰ）＜ＤＳＰ＜ＤＧＰ 
の範囲を満たす前記副溝形成プラグ２８のみを用いて加工し、副溝形成ダイス２９により素管１ａを副溝形成プラグ２８側へ押圧せずに、素管１ａを引抜く。
【００９９】
副溝形成プラグ２８は、素管１ａ内部において管内面１０から突出したフィン２と副溝形成プラグ２８とが管径方向においてオーバーラップするよう配置されているため（図５中、Ｙ部の拡大図参照）、素管１ａを引抜くことにより、副溝形成刃２８ａがフィン２を切り欠いてフィン２に第１副溝７Ａを形成することにより、図６（ａ），（ｂ）に示すような第１副溝構成部６Ａをフィン２に形成する。
【０１００】
これにより、第１副溝７Ａは、フィン２の切り欠き深さを示す前記切り欠き率ＺＳＰが０．１から０．６の範囲内を満たすように切り欠かれる。
【０１０１】
このとき、第１副溝構成部６は、図６（ｂ）に示すように、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とが略同じ大きさとなり、第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとで断面視Ｖの字形状となる。
【０１０２】
副溝形成第２工程では、副溝加工第２領域Ｚ２において副溝形成ダイス２９により素管１ａを副溝形成プラグ２８側へ押圧することにより、第１副溝７Ａを、副溝形成刃２８ａでさらに切り込んで副溝７として形成する。
【０１０３】
このとき、第１副溝７Ａを副溝形成刃２８ａで切り込むことで、断面視Ｖの字形状であった第１副溝構成部６Ａは、上述した構成の副溝構成部６とすることができる。
【０１０４】
すなわち、図２（ａ），（ｂ）に示すように、第２主溝側突出片５ｂと第３主溝側突出片５ｃとを含む副溝構成部６は、管内面１０から突出方向Ｄ３ｕに突出しているが、それぞれ基部に対して先端へ進むに連れ副溝７と反対側である外側へ反り曲がり、互いの間隔が広がる形状となり、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状となる。
【０１０５】
上述した伝熱管１は、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。  
上述した伝熱管１は、管内面１０に備えた前記副溝構成部６を、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成することにより、図８（ａ），（ｂ）に示したように、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とが略同じ大きさである形状の副溝構成部１０１を管内面１０に形成した従来の伝熱管１００と比較して、冷媒の管半径方向内側も含めた乱流促進を図ることができる。  
従って、伝熱管１は、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる。  
なお、図８（ａ）は、図２（ａ）に対応し、従来の伝熱管１００の断面図を示し、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ部の拡大図を示している。
【０１０６】
詳しくは、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とが略同じ大きさである形状の副溝構成部を管内面１０に形成した従来の伝熱管の中には、図８（ａ），（ｂ）に示すように、主溝側突出片１０２を備えた副溝構成部１０１を管内面１０に構成した伝熱管１００が存在する。
【０１０７】
このような従来の伝熱管１００は、主溝側突出片１０２を備えていることにより、該主溝側突出片５に前記フィン２，２間を流れる冷媒の一部が衝突し、管半径方向内側へかき上げられることにより、三次元的な非定常流れを効果的に発生させることができる。
【０１０８】
よって、従来の伝熱管１００では、管内面１０に主溝側突出片１０２を備えたことによる効果の向上を目的として、主溝側突出片１０２の数を管内面１０において増やしたものも存在する。
【０１０９】
しかし、管内面１０においてフィン２に副溝構成部１０１、特に、主溝側突出片１０２の数を単純に増やして形成した場合、圧力損失が増大し、逆に管内熱伝達率が降下するという問題が生じる。  
このため、従来の伝熱管１００の構成は、所定レベル以上に管内熱伝達率を向上させるには限界があった。
【０１１０】
さらに、管内面１０において主溝側突出片１０２の数を増やすためには、その分、フィン２に副溝１０３を形成する必要があり、機械拡管時に耐え得るフィン２強度を確保できなくなるという問題や、フィン２に副溝１０３を狭ピッチで形成することが加工装置の性能上の制約により困難となるという問題から、単純に主溝側突出片１０２の数を増やすことができないという背景もあった。
【０１１１】
これに対して、本実施形態の伝熱管１は、副溝構成部６の数よりもその形状に着目し、従来の伝熱管１００の内面に有する副溝構成部１０１が、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とが略同じ大きさである形状であるのに対して（図８（ｂ）参照）、副溝構成部６を、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成している（図２（ｂ）参照）。これにより、前記フィン２，２間を流れる冷媒の一部が、副溝構成部６の特に主溝側突出片５に衝突した場合において、より複雑な冷媒の乱流効果を得ることができる。
【０１１２】
さらに、先端側副溝角度α２を大きく形成した先端側副溝構成部６Ｂによって副溝７へ多量の冷媒を導くことが可能となり、冷媒が管軸方向Ｄ１へ流れ易くなるため、圧力損失の影響も緩和することができる。
【０１１３】
従って、本実施形態の伝熱管１は、フィン２に副溝７（，１０３）を多数形成するだけでは限界であった従来の伝熱管１００の管内熱伝達率をさらに向上させることができ、フィン２に多数の副溝７（，１０３）を形成することによる弊害や、加工上の制約を受けずに優れた管内熱伝達率を得ることができる。
【０１１４】
上述したように、前記副溝構成部６は、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成した構成の中でも、基端側副溝角度α１を１０°から９０°の範囲内である３０°とし、先端側副溝角度α２を３０°から１７０°の範囲内である１１０°とするよう形成している。  
これにより、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率が向上させることができる。
【０１１５】
さらに、副溝構成部６は、基端側副溝構成部６Ａと先端側副溝構成部６Ｂとのそれぞれを、冷媒の衝突による圧力が加わり続けても破損することのない耐久性を備えることができ、また、加工時に前記副溝構成部６が破断することがないなど、強度面、加工面からも、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２との角度バランスのとれた好適な形状で構成することができる。
【０１１６】
また、前記伝熱管１は、主溝側突出片５を、前記フィン２に対して５°から９０°の範囲内である１２°という突出角度（β）で形成したため、前記主溝３を流れる冷媒の流れを過度に妨げることがなく、その一部を前記主溝側突出片５に衝突させて前記主溝側突出片５から副溝７へ流れ込ませることができるため、より大きな冷媒攪拌作用によって熱伝達率の向上を図ることができる。
【０１１７】
さらに、前記伝熱管１は、管軸方向Ｄ１への冷媒流量が増大するため、圧力損失の増大を防止することができる。
【０１１８】
また、前記主溝側突出片５を、フィン２，２間の間隔（Ｗ２）に対して０．１以上の割合である０．３から成る突出長さ（Ｗ１）で形成することにより、主溝３を流れる冷媒の一部を主溝側突出片５に衝突させて管半径方向内側も含めた乱流促進を図ることができ、より大きな冷媒攪拌作用によって熱伝達率の向上を図ることができる。さらに、主溝側突出片５から副溝７への冷媒を流れ込ませることができ、管軸方向Ｄ１への冷媒流量が増大するため、圧力損失の増大を防止することができる。
【０１１９】
主溝側突出片５を、フィン２，２間の間隔（Ｗ２）に対して０．９以下である０．３の割合から成る突出長さ（Ｗ１）で形成することにより、主溝３を流れる冷媒の流れを過度に妨げることがなく、主溝側突出片５を形成したことによる圧力損失の影響を緩和することができる。
【０１２０】
副溝７を、管周あたり４から６０の数である３２で形成することにより、フィン２に形成した隣り合う副溝７同士のフィン形成方向Ｄ２における間隔が大きくなりすぎず、十分な冷媒攪拌作用を得ることができる一方で、機械拡管時に耐え得るフィン強度を確保することができる。
【０１２１】
上述した伝熱管１の製造方法によれば、前記副溝形成工程では、副溝形成第１工程と副溝形成第２工程との２段階の工程を経ることにより、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きな形状となる前記副溝構成部６を管内面１０に形成することができ、上述した優れた管内熱伝達率となる伝熱管１を、確実、且つ、効率的に製造することができる。
【０１２２】
詳しくは、副溝形成第１工程では、副溝形成ダイス２９により素管１ａを副溝形成プラグ２８側へ押圧せずに、副溝形成プラグ２８のみで第１副溝７Ａを形成することができる。  
また、副溝形成第２工程では、副溝形成ダイス２９により素管１ａを副溝形成プラグ２８側へ押圧しながら副溝形成第１工程でフィン２に形成した第１副溝７Ａを、切り込むことにより副溝７として形成する工程である。このため、前記第１副溝７Ａが形成されていないフィン２に対して一度の工程で新たに副溝７を形成する場合と比較して、副溝形成ダイス２９により素管１ａを押圧する負荷を大幅に緩和してフィン２に副溝７を形成することができる。
【０１２３】
よって、前記副溝形成工程は、このような副溝形成第１工程と副溝形成第２工程との２段階の工程を経ることにより、素管１ａにかかる負荷を大幅に低減することができ、素管１ａをスムーズに引抜くことができ、引抜き途中で断管することがなく確実、且つ、効率的に伝熱管１を製造することができる。
【０１２４】
伝熱管１の製造方法では、前記フィン高さに対し、該フィン２を切り欠いて副溝７を構成する副溝形成第１工程でのフィン２の切り欠き深さを示す切り欠き率ＺＳＰを、
【０１２５】
【数５】
2012083006.tif 000005
としたとき、副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．１以上としたため、第１副溝７Ａの深さを前記フィン２の高さに対して０．１以上とすることができる。
【０１２６】
これにより、このような第１副溝７Ａを副溝形成第２工程で切り込むことにより、副溝構成部６を、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状になるよう確実に構成することができる。
【０１２７】
伝熱管１の製造方法では、上述したように、副溝形成第１工程での前記切り欠き率ＺＳＰを０．６以下とすることにより、フィン２を切り欠きすぎることを防ぐことができるため、フィン２における第１副溝７Ａよりも基部側に、副溝形成第２工程で第１副溝７Ａをさらに切り込むために切り込み代を確保することができる。
【０１２８】
よって、副溝形成第２工程で前記第１副溝７Ａを切り込むことにより、副溝構成部６を、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状となるよう確実に構成することができる。
【０１２９】
また、フィン２を切り欠きすぎることを防ぐことができるため、管内面１０を傷付けることがなく、また、フィン２を切り欠く際に副溝形成プラグ２８の副溝形成刃２８ａに負荷がかかりすぎることがなく、一般に高価である副溝形成プラグ２８の副溝形成刃２８ａが破損することがなく、耐久性を向上させることができる。
【０１３０】
以上、本発明の一実施形態である伝熱管１について詳述したが、続いて、本発明の伝熱管の性能を検証するために行った性能検証実験について説明する。
【０１３１】
本実験では、本発明の伝熱管として実施例１，２の伝熱管と、従来の伝熱管１００として、従来例１，２の伝熱管とをそれぞれ２種類ずつ作成した。  
実施例１，２の伝熱管、及び、従来例１，２の伝熱管は、表１に示すような外径、フィン、副溝条数、副溝構成部を有する形状に作製している。  
【０１３２】
【表１】
2012083006.tif 000006
詳しくは、従来例１の伝熱管は、管内面１０のフィン２に副溝７が形成されていない。すなわち、副溝７によって副溝構成部６も管内面１０に形成されていない伝熱管である。  
従来例２の伝熱管は、図８（ａ），（ｂ）に示すように、管内面１０のフィン２に副溝１０３が形成され、副溝縁部と主溝側突出片１０２とで構成した副溝構成部１０１を管内面１０に備えている伝熱管１００であり、副溝構成部１０１は、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とを略同じ大きさで形成している。
【０１３３】
これに対して、実施例１，２の伝熱管は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、いずれも副溝縁部４と主溝側突出片５とで構成した副溝構成部６を管内面１０に備え、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成している。
【０１３４】
具体的には、実施例１の伝熱管は、基端側副溝角度α１が１０°から９０°の範囲内である３０°であり、先端側副溝角度α２が３０°から１７０°の範囲内である１１０°である。実施例２の伝熱管は、基端側副溝角度α１が１０°から９０°の範囲内である３０°であり、先端側副溝角度α２が３０°から１７０°の範囲内である１３０°である。
【０１３５】
なお、実施例１，２の伝熱管は、それぞれ上述した実施形態の伝熱管と同様の製造方法により作製し、特に、実施例１の伝熱管は、表１に示した各部の形状からも明らかなとおり、前述した実施形態の伝熱管１と同じ形状の伝熱管を用いている。
【０１３６】
また、従来例１の伝熱管は、表２に示すような形状の主溝形成プラグ２５を備えた製造装置１１を用いて作成し、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管は、それぞれ表２に示すような形状の主溝形成プラグ２５、及び、表３に示すような形状の副溝形成プラグ２８を備えた製造装置を用いて作成した。
【０１３７】
すなわち、表２に示すように、主溝形成プラグ２５は、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例１，２の伝熱管のそれぞれについて同じ形態のものを用い、また、表３に示すように、副溝形成プラグ２８は、それぞれ異なる形態のものを用いて適宜の伝熱管を作製した。
【０１３８】
なお、表３中の副溝形成プラグ２８の外径ＤＳＰとは、副溝形成刃２８ａの高さを含む外径を示し、該副溝形成プラグ２８の径方向の両端に有する副溝形成刃２８ａの頂部間を副溝形成プラグ２８の中心を通るように結ぶ直線間距離を示すものとする。
【０１３９】
【表２】
2012083006.tif 000007
【０１４０】
【表３】
2012083006.tif 000008
【０１４１】
この実験では、伝熱管の管内の凝縮性能を検証する凝縮実験を図７（ａ）に示すような管内凝縮性能測定装置４２Ａを用いて行うとともに、蒸発性能を検証する蒸発実験を図７（ｂ）に示すような管内蒸発性能測定装置４２Ｂを用いて行った。  
なお、図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ管内凝縮性能測定装置４２Ａ，管内蒸発性能測定装置４２Ｂの概略図を示し、いずれの装置４２Ａ，４２Ｂにおいても、一般の空調機と同様に全体が冷凍サイクルにより構成されている。
【０１４２】
詳しくは、凝縮実験では、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例１，２の伝熱管のそれぞれを、図７（ａ）に示すように凝縮器に供試管４４として組み込んだ。この場合における、従来例１の伝熱管を、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管の比較対象とし、従来例１の伝熱管１に対する実施例１，２の伝熱管１、及び、従来例２の伝熱管１のそれぞれに対する熱伝達率の比（熱伝達率比）、圧力損失の比（圧力損失比）を測定することにより、凝縮性能の検証を行った。
【０１４３】
蒸発実験では、実施例１，２の伝熱管１、及び、従来例１，２の伝熱管１のそれぞれを、図７（ｂ）に示すように蒸発器に供試管４４として組み込んだ。この場合における、従来例１の伝熱管１を、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管の比較対象とし、従来例１の伝熱管に対する実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管のそれぞれに対する熱伝達率の比（熱伝達率比）、圧力損失の比（圧力損失比）を測定することにより、蒸発性能の検証を行った。
【０１４４】
図７（ａ），（ｂ）に示すように、管内凝縮性能測定装置４２Ａ，管内蒸発性能測定装置４２Ｂにおけるテストセクションは、二重管式熱交換器で構成しており、供試管４４内に冷媒を流し、外側シェルを構成する環状部４５の内部には、その冷媒流れと対向する方向へ熱交換用の水（以下、「熱交換用水」という。）を流して供試管４４の有効長さを４ｍに設定して熱交換を行った。  
なお、凝縮実験における熱交換用水として低温水を流し、蒸発実験における熱交換用水として高温水を流している。
【０１４５】
また、図７（ａ），（ｂ）に示すように、テストセクションの各所定部位には、温度計、圧力計、流量計を配設している。なお、図７（ａ），（ｂ）中、Ｔは、温度計、Ｐは、圧力計、Ｇは、流量計を示す。
【０１４６】
続いて、供試管４４の冷媒の入口と出口とにおける実験条件として、凝縮実験では、冷媒入口過熱度、冷媒出口過冷却度を、蒸発実験では、冷媒入口乾き度、冷媒出口過熱度を、それぞれ表４に示すように設定した。  
【０１４７】
【表４】
2012083006.tif 000009
これら凝縮実験、蒸発実験における実験条件は、いずれも空調機の熱交換器入口条件と同一となるように、水温を調節した後に測定を行った。  
さらにまた、供試管４４の入口と出口における冷媒平均飽和温度は、表４に示すように凝縮実験では４８℃に設定するとともに、蒸発実験では５℃に設定した。
【０１４８】
冷媒には、代替フロンとしてＲ４１０Ａを使用し、該Ｒ４１０Ａは混合冷媒であるため実験中に圧縮機出口部に設置している冷媒採取部（図７（ａ），（ｂ）参照）で冷媒を採取し、ガスクロマトグラフにより冷媒組成比を測定しながら実験を行った。  
なお、ガスクロの分析結果は、計算により後述のｔｓ１とｔｓ２に反映している。
【０１４９】
凝縮性能、蒸発性能を示す供試管４４の管内での圧力損失比、及び、熱伝達率比αｉは、以下のようにして求めている。  
先ず管内での圧力損失比は、供試管４４の入口、出口の圧力差として求めている。管内での熱伝達率比αｉは、本実験での測定値をもとに式（１）から式（４）を用いて算出する。  
【０１５０】
【数１】
2012083006.tif 000010
【０１５１】
【数２】
2012083006.tif 000011
【０１５２】
【数３】
2012083006.tif 000012
【０１５３】
【数４】
2012083006.tif 000013
ここで、数式（１）中のＱは、交換熱量（ｋＷ）、Ａは、供試管外表面積（ｍ２）、ｔｍは、対数平均温度（℃）、αｏは、管外熱伝達率（ｋＷ／ｍ２Ｋ）を示す。
【０１５４】
数式（２）中のＧは、熱交換用水の流量（ｋｇ／ｓ）、Ｃｐは、熱交換用水の比熱（ｋＪ／ｋｇＫ）、ｔｗ１は、熱交換用水の入口温度（℃）、ｔｗ２は、熱交換用水の出口温度（℃）を示す。
【０１５５】
数式（３）中のｔｓ１は、冷媒入口飽和温度（℃）を示し、ｔｓ２は、冷媒出口飽和温度（℃）を示す。
【０１５６】
数式（４）中のｋは、熱交換用水の熱伝導率（ｋｗ／ｍＫ）、Ｄｅは、環状部相当直径（ｍ）を示す。Ｄは、シェル内径（ｍ）を示し、ｄは、供試管外径（ｍ）、Ｒｅは、熱交換用水のレイノルズ数（−）、Ｐｒは、熱交換用水のプラントル数（−）を示す。
【０１５７】
すなわち、温度などの測定値、設定パラメータをもとに数式（２）よりＱ、数式（３）より凝縮時、蒸発時のｔｍ、数式（４）よりαｏを算出し、これら算出した値を数式（１）に代入することにより熱伝達率比αｉを算出することができる。
【０１５８】
このようにして得られた凝縮性能および蒸発性能の評価結果を表５に示す。  
【０１５９】
【表５】
2012083006.tif 000014
表５の実験結果より明らかなように、フィン２に副溝７を形成していない従来例１の伝熱管に対して、フィン２に副溝７，１０３を形成したいわゆるクロス溝付の伝熱管とも称される実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管の方が加工負荷の値が高くなった。これは、伝熱管の製造装置に副溝加工部を配置したためであると考えられる。
【０１６０】
しかし、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管に着目すると、加工負荷に関しては、従来例２の伝熱管に対して、実施例１，２の伝熱管の値が小さくなった。特に、実施例２の伝熱管の加工負荷は、従来例２の伝熱管の加工負荷に対して大幅に小さくなった。
【０１６１】
これにより、上述した副溝形成工程を、副溝形成第１工程と、副溝形成第２工程との２段階で行う製造方法の有効性を実証することができた。
【０１６２】
また、表５の実験結果より明らかなように、実施例１，２の伝熱管、及び、従来例２の伝熱管のいずれにおいても、従来例１の伝熱管に対する凝縮性能、及び、蒸発性能のそれぞれについての熱伝達率比が格段に向上した。
【０１６３】
このことから、管内面１０のフィン２に副溝７，１０３が形成され、副溝縁部４と主溝側突出片５，１０２とで構成した副溝構成部６，１０１を管内面１０に備えたことによる効果として、前記主溝３を流れる冷媒の一部が、特に第１突出片５ａに衝突し、管半径方向内側へかき上げられたことにより、管半径方向内側も含めた冷媒の乱流促進を図ることができる点が確認された。
【０１６４】
特に、実施例１，２の伝熱管と、従来例２の伝熱管とを比較すると、凝縮性能、及び、蒸発性能は、全体として実施例１，２の伝熱管の値が従来例２の伝熱管の値に対して向上する結果となった。
【０１６５】
詳しくは、実施例１の伝熱管と従来例２の伝熱管を比較すると、表５に示すように、圧力損失比に関して、従来例２の伝熱管の凝縮性能が「９９．３」、蒸発性能が「９９．４」であるのに対して、実施例１の伝熱管の凝縮性能が「９９．４」、蒸発性能が「９９．５」であった。一方、熱伝達率比に関して、従来例２の伝熱管の凝縮性能が「１０８．４」、蒸発性能が「１１０．７」であるのに対して、実施例１の伝熱管の凝縮性能が「１０９．５」、蒸発性能が「１１１．３」であった。
【０１６６】
これらの結果から明らかなとおり、実施例１の伝熱管は、従来例２の伝熱管に対して、０．１というオーダーで僅かながら圧力損失比が高くなったものの、熱伝達率比については、１．０以上というオーダーで大幅に高くなった。
【０１６７】
また、実施例２の伝熱管と従来例２の伝熱管を比較すると、表５に示すように、圧力損失比に関して、従来例２の伝熱管の凝縮性能が「９９．３」、蒸発性能が「９９．４」であるのに対して、実施例２の伝熱管の凝縮性能が「１００．２」、蒸発性能が「１０１．３」であった。一方、熱伝達率比に関して、従来例２の伝熱管の凝縮性能が「１０８．４」、蒸発性能が「１１０．７」であるのに対して、実施例１の伝熱管の凝縮性能が「１１１．２」、蒸発性能が「１１３．５」であった。
【０１６８】
これらの結果から明らかなとおり、実施例２の伝熱管は、従来例２の伝熱管に対して、圧力損失比が高くなったものの、熱伝達率比については、圧力損失比の上昇分よりも大幅に高い値となった。
【０１６９】
このことから、副溝７の条数、主溝幅に対する主溝側突出片５の突出長さ（Ｗ１／Ｗ２）、フィン２に対する主溝側突出片５のなす角（β）が同じ条件において、従来例２の伝熱管のように、副溝構成部を、基端側副溝角度α１と先端側副溝角度α２とが略同じ大きさである形状で形成するのに対して、実施例１，２の伝熱管のように、基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成することにより、凝縮性能、蒸発性能をさらに向上させることができることを実証できた。
【０１７０】
詳しくは、従来例２の伝熱管は、副溝条数が３２であり、副溝７をフィン２に対してフィン形成方向Ｄ２において比較的狭ピッチで密に形成している。  
このような構成の場合、凝縮性能や蒸発性能の向上を図るために、フィン２に形成する副溝７の数を単純にさらに増やした場合、圧力損失比が大きくなり、逆に管内熱伝達率比が降下することが既に実証されている。すなわち、従来例２の伝熱管の構成では、凝縮性能、蒸発性能をこれ以上、向上させるには限界があった。
【０１７１】
これに対して、実施例１，２の伝熱管のように、副溝構成部６を基端側副溝角度α１よりも先端側副溝角度α２が大きくなる形状で形成することにより、凝縮性能、蒸発性能のいずれの性能についてもさらに向上させることができることを実証できた。
【０１７２】
この発明の構成と、上述した実施形態との対応において、
副溝形成押圧具は、転造ボール２６に対応し、以下、同様に、
引抜き手段は、引抜装置１６に対応し、
主溝形成手段は、主溝加工部１４に対応し、
副溝形成手段は、副溝加工部１５に対応するも、この発明は、上述した実施形態に限定せず、様々な実施形態で構成することができる。
【０１７３】
例えば、副溝構成部６には、主溝側突出片５として、副溝縁部４における少なくともフィン形成方向Ｄ２の上流側端部に、管軸方向Ｄ１の上流側で隣り合うフィン２との間の主溝３に突出する第１主溝側突出片５ａを備えた構成であれば、第１主溝側突出片５ａ、第２主溝側突出片５ｂ、第３主溝側突出片５ｃ、及び、第４主溝側突出片５ｄの全てを備えた構成に限らず、第１主溝側突出片５ａに加えて、第２主溝側突出片５ｂ、第３主溝側突出片５ｃ、第４主溝側突出片５ｄのうち少なくともいずれかを備えた構成であってもよい。
【０１７４】
また、伝熱管の製造装置１１は、副溝加工部１５において、副溝形成押圧具として副溝形成ダイス２９を用いるに限定せず、例えば、主溝加工部１４のように複数の転造ボール２６や転造ローラーを用いるなど、副溝形成押圧具の構成は特に限定しないが、上述した副溝形成ダイス２９を用いて副溝加工することにより、伝熱管１の断面を円形状に保てるので好ましい。
【０１７５】
同様に、主溝加工部１４は、転造ボール２６を用いるに限らず、主溝形成ダイスや転造ローラーなど、他の構成を用いて転造してもよい。
【０１７６】
このように本発明は、上述した実施形態に限定せず、様々な実施形態で構成することができる。
【符号の説明】
【０１７７】
１…伝熱管
１ａ…素管
２…フィン
３…主溝
４…副溝縁部
５…主溝側突出片
６…副溝構成部
６Ａ…基端側副溝構成部
６Ｂ…先端側副溝構成部
７…副溝
７Ａ…第１副溝
１０…管内面
１１…伝熱管の製造装置
１３…縮径部
１４…主溝加工部
１５…副溝加工部
１６…引抜装置
２２…縮径ダイス
２３…フローティングプラグ
２５…主溝形成プラグ
２５ａ…内面フィン形成溝
２６…転造ボール
２８…副溝形成プラグ
２８ａ…副溝形成刃
２９…副溝形成ダイス
α…副溝角度
α１…基端側副溝角度
α２…先端側副溝角度
Ｚ１…副溝加工第１領域
Ｚ２…副溝加工第２領域
ＤＳＰ…副溝形成刃を含む副溝形成プラグの外径
ＤＧＰ…内面フィン形成溝を含む主溝形成プラグの外径
ＨＧＰ…主溝形成プラグの溝深さ
ＺＳＰ…切り欠き率
【図１】
2012083006.tif 000016
【図２】
2012083006.tif 000017
【図３】
2012083006.tif 000018
【図４】
2012083006.tif 000019
【図５】
2012083006.tif 000020
【図６】
2012083006.tif 000021
【図７】
2012083006.tif 000022
【図８】
2012083006.tif 000023