(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内面に螺旋溝及び／又は交差溝が形成された内面溝付伝熱管において、管外面に形成された正弦曲線状の周期的な凹凸が、管軸方向に５ｍｍにわたって測定したときの平均ピッチで０．８ｍｍ以上、最も高い凸部の頂部と最も低い凹部の底部との高低差が５μｍ以下であることを特徴とする内面溝付伝熱管。
【請求項２】
管軸方向に測定した管外面の平均表面粗さＲａが０．４μｍ以下、最大表面粗さＲｍａｘが４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の内面溝付伝熱管。
【請求項３】
素管を縮径する縮径ダイスと、前記素管の通流方向における前記縮径ダイスの下流側にその回転軸を前記素管の管軸に垂直にして配置された少なくとも１対の鼓状ロールと、前記縮径ダイスの配置位置に整合する位置の素管内部に前記縮径ダイスに係止されて止まるフローティングプラグと、前記フローティングプラグにプラグ軸を介して連結されて前記鼓状ロールの配置位置に整合する位置の素管内部に配置された溝付プラグと、を有し、前記鼓状ロールにより前記素管を前記溝付プラグに向けて押圧して螺旋溝及び／又は交差溝を前記素管の内面に転写する内面溝付伝熱管の製造装置において、前記鼓状ロールの円周方向及びロール軸方向のロールの表面粗さＲａが０．２μｍ以下、Ｒｍａｘが１．５μｍ以下であることを特徴とする内面溝付伝熱管の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管内面に螺旋溝及び／又は交差溝が形成されたシームレスの内面溝付伝熱管及びその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器においては、銅又は銅合金からなる伝熱管を使用して熱交換を行う。この場合に、伝熱性能を高めるために、伝熱管の内面には、螺旋状及び／又は交差状の溝が形成されている。この内面溝付伝熱管としては、素管の内面に溝付プラグを配置し、管外から転造ボール又は圧延ロールにより素管を前記溝付プラグに押しつけてその溝形状を管内面に転写することにより製造されるシームレス管、又は帯板状の素板の上面に溝形状を転写し、その後帯板の幅方向に丸めて両端部を溶接することにより製造される溶接管がある。
【０００３】
この場合に、溶接管は、種々の形状の溝を形成しやすいものの、前記溝をその片面に形成した銅又は銅合金の帯板を幅方向に丸めて溶接することにより製造するため、製造工程が複雑で、生産性が低いという難点がある。これに対し、シームレス管は生産性が高いという利点がある。
【０００４】
図３は従来のシームレス管の製造装置を示す図である。素管１８は焼鈍処理された後、縮径ダイス１１により縮径加工され、転造ボールによる押圧を受け、その後、整径ダイス１７により縮径加工されて製品径とされる。この素管１８の内部には、縮径ダイス１１の配置位置に整合する位置に、フローティングプラグ１２が配置されており、このフローティングプラグ１２はその最大径が縮径ダイス１１の最小径よりも大きい。従って、フローティングプラグ１２には、矢印方向に引き抜かれる素管１８による摩擦力により、矢印方向に力が作用する共に、縮径ダイス１１により移動が阻止されてその位置に係止される。
【０００５】
一方、このフローティングプラグ１２にはプラグ軸１４を介して溝付プラグ１３が連結されており、この溝付プラグ１３は転造ボール１５の配置位置に整合する位置に止まるようになっている。転造ボール１５は管外面に転動しつつ管周方向に公転するように回転駆動されており、この転造ボール１５により素管１８が溝付プラグ１３に向けて押圧され、溝付プラグ１３の外面の溝形状が管内面に転写され、内面溝１６が形成される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この転造ボール１５により押圧された内面溝付管は、管の外面を転造ボールが回転しながら引き抜かれるために、管外面に螺旋状のボールの通過痕が形成されるという欠点がある。このボール通過痕は、管軸方向に対して特定の周期・深さの正弦曲線状の表面形状を呈する。
【０００７】
この伝熱管は、Ｕ字形に曲げ加工された後、複数の平板状のアルミニウムフィンに設けた孔に挿通され、管内部にマンドレルを挿入し、このマンドレルにより管を拡開することにより、伝熱管とフィンとが固定される。
【０００８】
この場合に、伝熱管の外面に前述のボール通過痕が存在すると、伝熱管を拡管してアルミニウムフィンと密着させようとしたときに、銅管外表面とアルミニウムフィンとの間に形成される隙間の体積が大きくなり、伝熱性能が低下する要因となる。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、管外面とフィンとの接触性が良好で、伝熱性能が優れた内面溝付伝熱管及びその製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【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、管内面に螺旋溝及び／又は交差溝が形成された内面溝付伝熱管において、管外面に形成された正弦曲線状の周期的な凹凸が、管軸方向に５ｍｍにわたって測定したときの平均ピッチで０．８ｍｍ以上、最も高い凸部の頂部と最も低い凹部の底部との高低差が５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
この内面溝付伝熱管において、管軸方向に測定した管外面の平均表面粗さＲａが０．４μｍ以下、最大表面粗さＲｍａｘが４μｍ以下であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る内面溝付管の製造装置は、素管を縮径する縮径ダイスと、前記素管の通流方向における前記縮径ダイスの下流側にその回転軸を前記素管の管軸に垂直にして配置された少なくとも１対の鼓状ロールと、前記縮径ダイスの配置位置に整合する位置の素管内部に前記縮径ダイスに係止されて止まるフローティングプラグと、前記フローティングプラグにプラグ軸を介して連結されて前記鼓状ロールの配置位置に整合する位置の素管内部に配置された溝付プラグと、を有し、前記鼓状ロールにより前記素管を前記溝付プラグに向けて押圧して螺旋溝及び／又は交差溝を前記素管の内面に転写する内面溝付管の製造装置において、前記鼓状ロールの円周方向及びロール軸方向のロールの表面粗さＲａが０．２μｍ以下、Ｒｍａｘが１．５μｍ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、管外面を管の引き抜き方向にロールで圧延するようにしたので、ボール転造の場合のようなボールの通過痕は形成されない。また、本発明においては、管外面の表面プロフィールが、管軸方向に５ｍｍにわたって測定したときに正弦曲線状の周期的な凹凸の平均ピッチが０．８ｍｍ以上であり、最も高い凸部の高さと最も低い凹部との差が５μｍ以下であるので、管外面は管軸方向について極めて平滑である。従って、伝熱管をフィンの孔に挿通し、拡管したときに、伝熱管とフィンとの間の間隙が小さく、また各フィンについて均一であるので、伝熱管とフィンとの間の接触性が高く、優れた伝熱性能を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の内面溝付伝熱管を製造する装置を示す図である。縮径ダイス２、１対の圧延ロール３、整径ダイス４，１対の圧延ロール５、整径ダイス６が、この順に、素管１の抽伸方向に配列されており、素管１の内部には、縮径ダイス２に整合する位置にフローティングプラグ７が配置され、圧延ロール３に整合する位置に溝付プラグ９ａが配置され、圧延ロール５に整合する位置に溝付プラグ９ｃが配置されている。溝付プラグ９ａ、９ｃの周面には、夫々溝９ｂ、９ｄが形成されている。フローティングプラグ７と、溝付プラグ９ａと、溝付プラグ９ｃとは、プラグ軸１０により連結されている。そして、フローティングプラグ７が、大径部７ａと、縮径部７ｂとからなり、この大径部７ａが縮径ダイス２の最小径部よりも大径であるために、引き抜かれる素管１の摩擦力によりフローティングプラグ７は素管１の引抜方向に力を印加されると共に、縮径ダイス２により通過を阻止されて、縮径ダイス２の位置に止まる。これにより、フローティングプラグ７に連結された溝付プラグ９ａ、９ｃは、夫々圧延ロール３，５の位置に止まる。１対の圧延ロール３と１対の圧延ロール５とは、その回転軸を管軸に直交する方向にして配置されているが、圧延ロール３の回転軸と、圧延ロール５の回転軸とは、相互に０〜９０°の角度をなして交差している。なお、図示例は、圧延ロール３の回転軸と、圧延ロール５の回転軸とが直交している。よって、素管１は、圧延ロール３により圧下を受ける部位と、圧延ロール５により圧下を受ける部位とが、管周方向に中心角で約９０°ずれている。これにより、素管１は管周方向のほぼ全域で圧延ロールによる圧下を受け、内面には、その周方向のほぼ全域で溝が転写される。
【００１５】
但し、素管１の内面に溝を形成する際、溝付プラグ９ａ、９ｃはプラグ軸１０に対して回転可能に支持されているものの、圧延ロール３による圧下により形成された管内面の溝が溝付プラグ９ａの溝９ｂを抜けるために、素管１には管周方向に回転する方向の捻り力を受ける。よって、圧延ロール３により圧下を受けた部位（又は、圧下を受けなかった部位）は圧延ロール５の配置位置に到達したときに、管周方向に若干の中心角でずれている。そこで、圧延ロール５の回転軸と、圧延ロール３の回転軸とは直交させずに、そのズレの分だけ直交する方向からずらせた方が好ましい。即ち、圧延ロール５の回転軸は、圧延ロール３により圧下を受けた部位（又は、圧下を受けなかった部位）が圧延ロール５により圧下を受けない部位（又は、圧下を浮ける部位）に一致するように、圧延ロール３の回転軸の方向に直交する方向に対し、素管の捻りの角度だけ、ずらすことが好ましい。
【００１６】
なお、整径ダイス４は、素管１が圧延ロール３により圧下を受けて楕円状に扁平したときに、これを真円に戻す作用を有する。
【００１７】
このようにして、整径ダイス６により所定の寸法の製品径を有し、管内面に溝１ｂが形成された内面溝付管１ａが製造される。
【００１８】
なお、図１に示す製造装置は、２組の圧延ロール３，５と、各組の圧延ロールに整合する位置に設けた溝付プラグ９ａ、９ｃとを有する場合のものであるが、管内のほぼ全面に溝を形成する必要がない場合、又は管内に交差溝を形成する必要がない場合には、圧延ロールは１対設ければよい。
【００１９】
而して、本発明においては、圧延ロール３，５の素管１に転動する面の表面粗さＲａは、ロールの円周方向及びロール軸方向のいずれにおいても０．２μｍ以下である。
【００２０】
このような圧延ロール３，５を使用し、図１に示す装置により、管内面に溝を形成することにより、管外面の表面プロファイルを滑らかなものにすることができる。即ち、管外面の凹凸形状を管軸方向に５ｍｍにわたって測定したときに、正弦曲線状の周期的な凹凸の平均ピッチが０．８ｍｍ以上となり、微細な凹凸がなくなる。また、管外面の凹凸形状を管軸方向に５ｍｍにわたって測定したときに、最も高い凸部の頂部と最も低い凹部の底部との高低差が５μｍ以下である。このため、管外面の凹凸が極めて小さく、平滑が外面が得られる。
【００２１】
更に、管外面の管軸方向に測定した表面粗さＲａが０．４μｍ以下、Ｒｍａｘが４μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
圧延後の管外面の微細な凹凸(表面粗さ)は、圧延前の素管の表面粗さ、圧延ロールの表面粗さ、圧延ロール材質、圧下率、潤滑油等により影響を受ける。この表面粗さＲａが０．４μｍ以下、Ｒｍａｘが４μｍ以下の条件を満たさないと、アルミニウムフィンへの挿入抵抗の増大(フィンの破損、作業性の低下等)、及び伝熱性能の低下等を招きやすい。従って、Ｒａ≦０．４μｍ、Ｒｍａｘ≦４μｍであることが望ましい。更に好ましくは、Ｒａ≦０．３μｍ、Ｒｍａｘ≦３．５μｍである。
【００２３】
銅又は銅合金素管を鼓状のロールで圧延すると、銅又は銅合金素管の外表面の微細な凸部が圧延ロールにより平坦化されと共に、圧延ロールの表面の凹凸プロフィールが素管の表面に転写される。このときの素管の外面の表面粗さを小さくするためには、圧延ロールの表面粗さが小さいことが必要である。即ち、ロール円周方向及びロール軸方向の圧延ロールの表面粗さＲａが０．２μｍを超えると、圧延された素管の表面粗さＲａを０．４μｍ以下とすることが難しくなる。従って、ロール円周方向及びロール軸方向のロールの表面粗さＲａは０．２μｍ以下とすることが必要である。好ましくは、ロールの表面粗さＲａは０．１５μｍ以下である。また、ロール表面のＲｍａｘは１．５μｍ以下であることが好ましく、更に好ましくは１μｍ以下である。
【００２４】
圧延ロールは、ＨＲＣ８０以上の超硬（ＪＩＳＶ１等）、ＨＲＣ６０以上のＳＫ３、ＳＫＤ１１等の鋼材、又はショア硬さ１００以上のセラミックス（サイアロン、窒化珪素等）等により製造することができる。
【００２５】
【実施例】
次に、本発明の実施例の内面溝付伝熱管を使用した熱交換器を製造し、その伝熱性能を本発明の範囲から外れる比較例と比較した結果について説明する。伝熱性能の評価は以下の工程により行った。
溝付圧延工程→ＬＷＣ（レベルワウンドコイル）への巻取り工程→焼鈍(不活性ガス雰囲気)工程→整直及び切断工程→ヘアピン曲げ工程→熱交換器組立(アルミフィンへの挿入，拡管，ろう付け)工程→気密試験→伝熱性能測定試験
この熱交換器の組立工程においては、焼鈍したＬＷＣから内面溝付銅又は銅合金管を所定の長さに切断し、ピッチ２１ｍｍでヘアピン曲げ加工して、Ｕ字状の管を製作した。次に、平行に配列された多数のアルミニウムフィンにヘアピン曲げしたＵ字状管を挿入し、アルミフィンと銅管の密着性を高めるために銅管内に管内最小内径より少し大きいソロバン玉状の拡管ブレットを挿入して、管内径を押し広げ(拡管)、ヘアピンの開口端にＵベンド管（Ｕ字状の継手管）を所定の配管経路になるように、ろう付けし、熱交換器を製作した。この熱交換器の寸法は、６００ｍｍ×２３０ｍｍであり、列数は２、段数は１２である。
【００２６】
アルミニウムフィンは、板厚が０．１１ｍｍのＪＩＳＡ１１００−Ｈ２６アルミニウム合金板に、通常のプレコート（シリカ表面処理）と高滑り性のプレコート（潤滑剤入りシリカ表面処理）を実施し、その後、フィン形状をコルゲート状とし、ドローレス成形により、１列１０段、カラーハイト１．２０ｍｍに成形した。カラーの孔径は直径７．２０ｍｍである。
【００２７】
伝熱性能は、下記表１に示す測定条件で測定した。伝熱性能の測定結果は、実施例３の伝熱性能を１として、指数表示した。なお、比較例５はシームレス転造管（転造ボールにより製造したシームレス管）を使用して作製した熱交換器（従来例）である。また、冷媒Ｒ４１０Ａは非共沸混合冷媒である。
【００２８】
【表１】
0003871597.tif 000002
【００２９】
圧延ロールの表面形状を下記表２に示し、得られた内面溝付管の表面凹凸形状を下記表３に示し、蒸発性能及び凝縮性能の測定結果を下記表４に示す。
【００３０】
【表２】
0003871597.tif 000003
【００３１】
【表３】
0003871597.tif 000004
【００３２】
【表４】
0003871597.tif 000005
【００３３】
図２は、実施例１及び比較例５についての表面の凹凸ピッチを示すチャート▲１▼及び▲２▼である。このチャートは、銅管を管軸方向が水平になるように固定し、触針式表面粗さ計のプローブを伝熱管の外面に接触させた状態でスキャンし、プローブの変位を記録したものである。チャートの横軸はプローブのスキャン長さで、１目盛り（１ｍｍ）が０．０２ｍｍに相当し、横方向は５０倍に拡大されている。一方、縦軸は、プローブの上下方向の位置で、１目盛り（１ｍｍ）が０．５μｍに相当し、縦方向は２０００倍に拡大されている。
【００３４】
この図２に示すように、従来の転造ボールにより製造した伝熱管の外面は凹凸が正弦波状にうねりをもって形成されており、そのピッチは表４に示すように、０．７ｍｍである。これに対し、本発明の実施例１はこのような正弦波状の凹凸は認められない。また、本発明の実施例１乃至３の圧延ロール表面の粗さＲａは０．２μｍ以下であり、伝熱管外面の凹凸ピッチは計測できず、凸部と凹部との最大高低差は５μｍ以下であり、伝熱管の表面粗さＲａが０．４μｍ以下、Ｒｍａｘが４μｍ以下であるので、この伝熱管を使用することにより、蒸発性能及び凝縮性能が優れた熱交換器を得ることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、伝熱管の外面の凹凸が小さく、微小なうねりもないので、この伝熱管をフィンに挿入したときの両者の間隙を解消し、又は極めて小さくすることができる。これにより、熱交換器の伝熱性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る伝熱管を製造する装置を示す図である。
【図２】表面の凹凸を示すチャートである。
【図３】従来の伝熱管を転造ボールにより製造する装置を示す図である。
【符号の説明】
１、１８：素管
２、１１：縮径ダイス
３、５：圧延ロール
７、１２：フローティングプラグ
９ａ、９ｃ、１３：溝付ロール
１５：転造ボール
【図１】
0003871597.tif 000006
【図２】
0003871597.tif 000007
【図３】
0003871597.tif 000008