No.15　加工管

（アイル2003年3月掲載）

前回はエアコンの省エネ対策として内面溝付管の勉強しました。今回は、内面だけではなく、さらに外面にも溝を施し伝熱効率をアップした「加工管」について勉強していきましょう。

内側と外側とダブルで効率をあげる、吸収式冷凍機用加工管「エンドクロス」

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まだまだ寒い日がつづきますねぇ。

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そこまで春は来ているという感じではあるけど…。デュエルビッツ入金不要ボーナスの部屋の暖房エアコンは、まだフル活動してるのかな。

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もう使わないと寒くて、寒くて。私の部屋のエアコン、今シーズンは大活躍ですよぉ。

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さて、ここで問題。前回エアコンの省エネ対策にとても重要な役割をしている技術を学んだよね。覚えているかい。

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はい、伝熱管として使われている銅管ですね。内側に溝を施してある「内面溝付銅管」は、より高い熱交換性能で省エネ対策に貢献しているんでしたよね。

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ご名答。よく覚えていたね。今回は、同じくその銅管の仲間で、内側だけではなく外側にも加工が施してある「加工管」をとりあげるよ。

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それも、やっぱりエアコンに使われるものなんですか。

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いや、これは主に冷凍空調機に使われているものなんだ。冷凍空調機は冷暖房兼用のエアコンと違って、各機器に適した形状があって、より性能アップさせているんだよ。それじゃ、まずこの形状から見てみよう。

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細かい模様になっていますね。

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これは「エンドクロス」というものなんだ。ほら、この表面をよく見てごらん。小さなピラミッド状の突起がらせん状についているだろう。

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うわー、ホントだ。　ルーペを使って見ると、とっても細かい突起がずらっと並んでいるのがよくわかるわ！

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「エンドクロス」は吸収式冷凍機の蒸発器用に開発された伝熱管なんだ。吸収式冷凍機は冷媒に水を使用した地球に優しい冷凍機で、その中の蒸発器というのは上から冷媒となる水を滴下していくシステムになっているんだよ。この表面の形状だと、その冷媒液となる水の量が少なくても、うまい具合に管軸方向へ水が濡れ広がって、液膜を薄くさせていくんだ。

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均一に水が濡れ広がって、薄い膜を作るということは、つまり、そのぶん効率良く冷やされて性能がアップするということなんですね。

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その通り。また、内側にもらせん状の突起を施して、管内側に流す水を乱して性能を向上させているんだよ。

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外側と内側とダブルで効率をあげているのか～、すごいなあ。

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従来、蒸発器にはローフィンチューブといって、管外にフィンをつけた伝熱管が使用されていたのだけれど、1.2mm以上の肉厚があって単重が大きくコストも高くついていたんだ。しかし、「エンドクロス」は突起の高さが0.3mm程度と低く、強度の高い薄い素材を使っているので、大幅に軽量化できたのさ。

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なるほど。ところで、今どれぐらいの肉厚でつくっているんですか？

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「エンドクロス」は、生産を始めたころは0.7mmの肉厚で製造していたけど、生産技術の改善により肉厚が0.65mmと薄くなり、今では0.6mmで製造が可能となったんだ。

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じゃあ、昔に比べて今は半分の肉厚ってことですね。これぞ技術の進歩だわ。

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それに冷媒を滴下するためのポンプは、ローフィンチューブが使われていたときは非常に大きなものが使用されていたんだ。でも、エンドクロスが使われるようになってからは、伝熱管表面での濡れ広がり性が良く、冷媒の散布量が少なくても性能がアップするため、今ではポンプも小さなものが使われているんだよ。

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「エンドクロス」って、ものすごく貢献してるんですね。

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またこの「エンドクロス」は、最近、吸収式冷凍機の吸収器にも使われるようになり、吸収式冷凍機の効率を向上させているんだ。

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同じ形状で、吸収器にも使えるのかぁ…。

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吸収器も、上から冷媒を吸収する役目を果たす「臭化リチウム水溶液」という吸収液を滴下していくんだけど、蒸発器と同様に上から落ちてくる吸収液の液膜が攪拌されて薄くなるんだよ。つまり、吸収液の液膜が薄くなった部分で吸収性能がアップするんだね。

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「エンドクロス」って、すごいんだー。

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この「エンドクロス」は、最新の高COP（エネルギー効率）機種に使用されていて、地球環境向上に役立っているんだよ。

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「エンドクロス」の性能はどうやって評価するんでしょう。

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デュエルビッツ入金不要ボーナスでは、実機と同じサイクルの試験装置を持っていて、その装置に伝熱管に入れて実際に冷凍機を動かし、性能を測定するんだ。吸収式冷凍機の主要熱交換器全て測定ができるんだよ。

• 伝熱測定結果図（吸収式）

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実機と同じサイクルの試験装置なんて、エアコンと違ってスケールが大きいですね！ところで、サイクルはどのようになっているんですか。

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エアコンと同様に、室外機に相当する凝縮器、室内機に相当する蒸発器があるけど、エアコンと異なり吸収式にはコンプレッサーが無いんだよ。

• 吸収式ガス冷房しくみ（吸収式サイクル）

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え？コンプレッサーがないんですか。

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そう！吸収式は熱交換器の組み合わせだけでサイクルを形成して運転していて、再生器での溶液を加熱する熱源、たとえばガス、重油の燃焼熱または蒸気で動かすことができるんだ。最近は、廃熱を使って動かすものもあるんだよ。

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エネルギーの有効利用ですね。そういえば冷媒には水を使っているらしいけど、どうやって冷えるのかしら。

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吸収式には、冷媒の水を吸収する役目をする「臭化リチウム水溶液」が使われるのだけれど、この溶液は温度を下げることで圧力が大気圧以下になる性質があるんだよ。この溶液を使うことで装置内を真空にでき、冷媒である水が3℃ぐらいで蒸発するから冷やすことができるんだよ。

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水もうまく使えば有効利用ができるんですね。オドロキ！

フィンの形状を変えて性能アップした
圧縮式冷凍機用加工管の「トップクロス」

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冷凍機には吸収式のほかに圧縮式のタイプもあるんですよね。とすると、圧縮式で使う加工管はまた違ったものになるんですか。

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そのとおり。圧縮式冷凍機で使われるのが、この「トップクロス」というシリーズだよ。

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「トップクロス」には、「トップクロスCHT」と「トップクロスEHT」の2つがあるのね。

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圧縮式の熱交換器は凝縮器と蒸発器と2種類あって「トップクロス」もそれぞれ使い分けられているんだよ。CHTは凝縮器用、EHTは蒸発器用というわけなんだ。もちろんこの2つでは外表面の形状も違っているよ。

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これも細かいですね。肉眼じゃ、よくわからないわ。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

凝縮器用の加工管は、これまでは表面積を増やして伝熱性能を上げてきたんだ。でも近年の地球環境問題対策で、例えば塩素系冷媒が使われなくなったりして、冷媒の質がかわってきたため、従来の形状では十分な性能が出なくなるということがわかってきたんだよ。

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なるほど。使用する冷媒の性質にあわせた形状にしなくてはいけないのね。

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そうなんだ。それで、改良していくうちに、フィンの形状をちょっと変えるだけで飛躍的に性能があがることもわかったのさ。

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凝縮器用の「トップクロスCHT」はどんな形をしてるのかしら。

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ルーペを使ってごらん。今見てもらっているのが、最近開発された「トップクロスCHT34−N2」で、フィンの先端が2分割されて、さらに円周方向に細かく分断された、細かい突起がたくさんあるよ。

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うわぁ、まるで芸術品だー。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

この細かい突起を起点に、凝縮した液が落ちるんだよ。

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フィンの形状をどれくらい変えたんですか。

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フィン先端の突起の数を約2倍にしたことで、従来のものに比べて2割以上も性能アップして、熱交換器を小さくできるんだよ。

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じゃあ、もう一方の「トップクロスEHT」はどんな形をしてるんですか。

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これは凝縮器用と違って、フィンの先端がフラットになっていて、フィンとフィンの間に蒸発を促進させる空洞があるんだ。この空洞でフロンが蒸発し、気泡が発生してフィン先端部の隙間から排出されるんだよ。

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そうかぁ、この中はそんな効果があるのね。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

従来、気泡が排出されるフィン先端部の隙間は、ひじょうに狭いものが主流だったのだけど、冷凍機油の影響でフィン先端部の隙間部を詰まらせてしまうことがわかったんだ。そこで、この隙間を広くして目詰まりを防止したのがこの「トップクロスEHT」なんだよ。

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性能はいいんですか。

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もちろん、目詰まりもなく高性能だよ！

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うーん、加工管の溝ってホントに奥が深いんですねえ。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

知るほどに、そのすごさがわかるってところかな。

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「トップクロス」の性能はどうやって評価するんですか。

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こっちは吸収式と違って簡単な構造だけど、温度差で駆動する試験装置を持っていて、その装置を伝熱管を入れて性能を測定するんだ。測定は、凝縮器と蒸発器の両方できるよ。

圧縮式伝熱測定装置

• 伝熱測定結果図（圧縮式）

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これも吸収式と同じで、スケールが大きいですねっ。サイクルはどうなっているんですか。

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これはエアコンと同じサイクルで構成されているんだよ。大きさは全然違うけどね！

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ところで、このトップクロスっていったいどのように使われているのか、想像がつかないんですけど…。

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これらの加工管は、シェルデュエルビッツ入金不要ボーナスドチューブ式熱交換器に組み込んで使うんだ。また、凝縮器用の「トップクロスCHT」は、小型の冷凍機用として太い径の銅管の中にトップクロスを入れた2重管式熱交換器にも使われているよ。

• 熱交換器概略図

ベースは平滑管、外側と内側を同時に加工

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次に加工管の作り方を勉強しよう。これら加工管は、平滑管の製造工程で製造された平滑直管を利用しているんだよ。また、できるだけ薄い材料で精密加工するため、1／2H調質に仕上られているんだよ。

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すべての加工管は、これがベースになっている、と。

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そうだね。この平滑管をローフィン転造機にかけて仕上げる。簡単に言うと、内面にマンドレルを入れ、外面からディスクを回転させながら押し付けてフィンを形成していくんだよ。

ローフィンチューブ転造加工部詳細図

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外面の凹凸はディスクで造っていたんですね。

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この時に使う外面フィン成形ディスクは先端がテーパー状になっていて、何枚も重ねてセットするんだ。そして、ディスクは徐々に外径が大きくなっていて、押し込まれるとフィンが成形されるようになっているんだよ。

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押し込む時に、何かポイントはあるんですか。

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120度間隔で3方向から押し込むと自動的に芯出しされるのさ。

ローフィンチューブディスク押し込み方向

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内面の突起は「内面溝付管」と同じ造り方なのかしら。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

「リブ」と呼ばれるその突起の製造法は、基本的にはだいたい同じで、内面にマンドレルを挿入してディスクの圧力下で成形されるようになっている。つまり、成形加工は、外面と内面と同時に行われるんだよ。

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溝の付いたマンドレルは、「内面溝付管」の製造で使うプラグのようなものなのね。ところで、自動的に規定の製品長さに成形されるのは、どういうしくみになっているのかしら。

デュエルビッツ入金不要ボーナスサー氏

センサーを使っているのさ。管は通常ディスクを押し込んで回転させながら加工しているんだけど、あらかじめ規定の長さにセンサーをセットしておいて、センサーが検知したところでディスクの押し込みを止めるようになっているんだ。　そして、この押し込みを止めた時点で、回転も止まるようになっている。したがって中間にフィンの無いランド部も作ることができるのさ。

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こうして出来上がったものはどうするんですか。

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加工後は矯正機にかけて整直、切断、面取りなどをし、最後に人間の目で外観などをチェックしてから出荷するんだよ。

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今回も大変勉強になりました。次々と進歩する「加工管」には、ほんとうにいろいろな知恵や技術が活かされてきているんですねぇ。そんな「加工管」の未来に、これからも期待したいと思います！