内面溝付伝熱管及び熱交換器
【課題】拡管時のフィンの潰れ及び倒れに起因する伝熱性能の低下を確実に防止できる内面溝付伝熱管を提供する。
【解決手段】管軸直交断面において管周方向に高フィン２が複数個配置され、各高フィン２間に夫々３乃至５個の低フィン３が配置されている。高フィン２の高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、高フィン２の頂角が１０乃至２０°であり、低フィン３の高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、低フィン３の頂角が１０乃至１５°である。高フィン２と低フィン３との高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にある。また、高フィン２及び低フィン３の頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面である。高フィンの頂部の曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、低フィンの頂部の曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍである。
【解決手段】管軸直交断面において管周方向に高フィン２が複数個配置され、各高フィン２間に夫々３乃至５個の低フィン３が配置されている。高フィン２の高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、高フィン２の頂角が１０乃至２０°であり、低フィン３の高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、低フィン３の頂角が１０乃至１５°である。高フィン２と低フィン３との高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にある。また、高フィン２及び低フィン３の頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面である。高フィンの頂部の曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、低フィンの頂部の曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコン等に組み込まれる熱交換器用の内面溝付伝熱管において、拡管により管外面に放熱用プレートフィンを取り付ける際の管内面のフィンの変形による伝熱性能の低下を防止した内面溝付伝熱管及びそれが組み込まれた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面溝付伝熱管は、銅又は銅合金製であり、管内に冷媒としてフロンＲ４１０Ａ等を通流させて、エアコン等の空調機器の熱交換器等に使用される。この内面溝付伝熱管は、管内面に螺旋状の溝が形成されており、この管内面の溝間にフィンが形成されている。この溝又はフィンにより、管内面に供給される冷媒との間の接触面積が増大し、溝又はフィンがない平滑管に比して、伝熱性能が向上する。
【０００３】
この内面溝付伝熱管は、シームレス管の場合は、管内に、溝付プラグを挿入し、管外面に転動ボールを周方向に転動させて管壁を溝付プラグに向けて押圧し、溝付プラグ表面の溝形状を、管内面に転写して螺旋状の溝を管内面に形成することにより製造される。そして、アルミニウム製板等に孔を設けたプレートフィンを複数個平行に配置し、各プレートフィンの孔に、内面溝付伝熱管を挿入し、管内に拡管マンドレルを挿入することにより管外径を拡大し、内面溝付伝熱管とプレートフィンとを密着させることにより、管外面にプレートフィンを取り付ける。
【０００４】
このようにして製造される内面溝付伝熱管においては、熱交換器の熱交換性能を向上させるためには、伝熱管の伝熱性能を高める必要があり、このためには、管内面のフィン形状を、可及的に先鋭なものにする必要がある。また、このような先鋭なフィンを、管内面に多数形成することが、伝熱性能の向上にとって重要である。更に、拡管後の伝熱管と、プレートフィンとを、密着させること、即ち、伝熱管とプレートフィンとの密着率を高めることも伝熱性能の向上にとって必要である。
【０００５】
しかしながら、この拡管作業において、拡管マンドレルが伝熱管内面に形成されている内面フィンを押圧するため、管内面に形成されている内面フィンの頂部を潰してしまい、また内面フィンを押し倒してしまう。この内面フィンの潰れ又は倒れが大きいと、伝熱管の外径拡管率が低下し、その結果、プレートフィンと伝熱管との密着率が低下し、熱交換器の熱交換性能を低下させてしまう。また、内面フィンの潰れ又は倒れが大きいと、冷媒と伝熱管との間の接触面積が低下して伝熱性能が低下すると共に、伝熱管内の冷媒の圧力損失が増加して、結果的に熱交換器の熱交換性能が低下してしまう。
【０００６】
このような背景の下に、特許文献１には、拡管時において内面フィンが倒れず、冷媒に二酸化炭素を使用した熱交換器に適した伝熱性能が優れた内面溝付伝熱管を提供することを目的として、管内面に２種類のフィンを管周方向に交互に形成した内面溝付伝熱管が提案されている。この２種類のフィンは、第２のフィンの高さと第１のフィンの高さとの比が、０．５〜０．９と高さが異なるものであり、その他、第１のフィンの高さ、第１及び第２のフィンの頂角、第１のフィンの頂部の曲率半径と高さとの比等が規定されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５７１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この特許文献１に記載された公知技術においては、高圧で使用されるＣＯ２冷媒用の伝熱管であるため、管の厚さ（溝底部の管肉厚さ：以下底肉厚）が０．４ｍｍと厚く、拡管しにくいという事情がある。このため、拡管時には、フィンに高い応力が印加され、フィンが潰れやすい状況にあり、また、拡管時に印加された応力を受けるのは高い方の第１フィンであるため、この第１のフィンを極めて厚くし（頂角を大きくすると共に頂部に平面部を設け）、高い第１フィンと低い第２フィンとを交互に配列して、第１フィンの数を多数確保する必要がある。
【０００９】
しかし、この場合は、第２フィンは潰れない代わりに、第１フィンの潰れ及び倒れが問題となり、フィン潰れ及び倒れによる伝熱性能の低下を有効に防止できないという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、拡管時のフィンの潰れ及び倒れに起因する伝熱性能の低下を確実に防止できる内面溝付伝熱管及び熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内面溝付伝熱管は、管内面にフィンが形成された内面溝付伝熱管において、管軸直交断面において管周方向に複数個配置された高フィンと、管軸直交断面において管周方向の各高フィン間に夫々３乃至５個配置された低フィンとを有し、前記高フィンの高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至２０°であり、前記低フィンの高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至１５°であり、前記高フィンと前記低フィンとの高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であり、前記高フィン及び低フィンのリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°であり、前記高フィン及び低フィンの頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面であり、前記高フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、前記低フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、前記内面溝付伝熱管を、プレートフィンの孔に挿入し、前記内面溝付伝熱管の管内に拡管マンドレルを挿入して、これを拡管することにより、前記内面溝付伝熱管を前記プレートフィンに密着させて構成されたことを特徴とする。
【００１３】
この熱交換器において、前記拡管後に、前記内面溝付伝熱管は、例えば、管軸直交断面において、前記高フィンが配置された部分を頂点とする多角形状をなす。
【００１４】
また、前記拡管の拡管率が、管外径の比で、６乃至８％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高フィンと低フィンとの間に０．０４ｍｍ以上の高低差があるので、拡管時に、高フィンが、拡管マンドレルに接触し、低フィンは、拡管マンドレルに接触しない状態で、内面溝付伝熱管を拡管することができる。このため、拡管時に高フィンは、フィン倒れ又はフィン潰れが発生するが、低フィンは、フィン潰れ及びフィン倒れが発生することが防止される。このため、低フィンにおいては、拡管作業による伝熱性能の低下は防止される。一方、管周方向において、各高フィン間に３乃至５個の低フィンが配置されており、高フィンの数は少ないため、管周方向における高フィンの占める割合は小さく、高フィンが伝熱性能に関して寄与する割合は小さいので、高フィンにフィン倒れ及びフィン潰れが生じても、伝熱性能の低下は、内面溝付伝熱管全体でみれば、小さい。よって、本発明によれば、拡管時における伝熱性能の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態を示す管軸直交断面における内面溝付伝熱管を示す一部断面図である。この内面溝付伝熱管１においては、管内面４に管軸方向に螺旋状に延びる２種類のフィン２，３が形成されている。管周方向については、高さが高い高フィン２と高さが低い低フィン３とが２個の高フィン２間に３個の低フィン３が配置されるようにして、形成されている。
【００１７】
この高フィン２と低フィン３との管周方向に占める割合は、本実施形態では、１個の高フィン２に対して、低フィン３は３個であるが、この割合はこれに限らず、高フィン２間に、３乃至５個の低フィン３が配置されていればよい。即ち、１個の高フィン２に対して、３乃至５個の低フィン３が配置されているものであればよい。
【００１８】
また、高フィン２の高さは０．１４乃至０．２０ｍｍ、高フィン２の頂角は１０乃至２０°である。一方、低フィン３の高さは０．１０乃至０．１４ｍｍ、低フィン３の頂角は１０乃至１５°である。但し、高フィン２と低フィン３との高さの差は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であることが必要である。更に、この内面溝付伝熱管において、高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にあることが好ましい。また、各フィン２，３の頂部の形状は、一定の曲率半径を有する曲面であることが好ましい。
【００１９】
このように構成された内面溝付伝熱管において、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製のプレートフィン（図示せず）に設けた孔に、この伝熱管１を挿入し、伝熱管１内に拡管マンドレル（図示せず）を挿入し、伝熱管１を拡管すると、マンドレルは、高さが高い高フィン２に接触し、この高フィン２を介して、内面溝付伝熱管１の管壁部分を押し広げる。これにより、内面溝付伝熱管１の外面５が、プレートフィンに密着して、内面溝付伝熱管１がプレートフィンに所望の熱伝達性能を有して固定される。
【００２０】
この拡管時に、高フィン２と低フィン３とは、０．０４ｍｍ以上の高さの差があるので、拡管マンドレルには高フィン２のみが実質的に接触し、低フィン３は拡管マンドレルに実質的に接触しない。このため、低フィン３におけるフィン潰れ及びフィン倒れは発生しない。よって、低フィン３における伝熱性能の低下は防止され、低フィン３の形状を、もっぱら伝熱性能の観点から好ましい形状に設計することができ、低フィン３においては、高伝熱性能を得ることができる。一方、高フィン２においては、フィン潰れ又はフィン倒れが発生するが、管周方向において、高フィンが占める割合は少なく、高フィンにおける伝熱性能の低下は、内面溝付伝熱管１の全体でみれば、極めて小さいものである。よって、本発明の内面溝付伝熱管１は、拡管時の伝熱性能の低下が少なく、低フィン３は、伝熱性能にとって理想的な形状にすることができ、低フィン３における伝熱性能の向上は極めて大きい。従って、本発明の内面溝付伝熱管は、従来の内面溝付伝熱管よりも、拡管後の伝熱性能を向上させることができる。
【００２１】
このように構成された熱交換器は、伝熱管１が高フィン２の部分でもっぱら拡管時の応力を受けるため、拡管後の伝熱管１の管軸直角断面の形状は、この高フィン２の部分を頂角とするほぼ多角形の形状を有するものとなりやすい。このような多角形の形状を有すると、伝熱管１とプレートフィンとの間では、高フィン２の間の部分で、管外面５とプレートフィンとが十分に密着しない場合が生じる。このため、伝熱管の拡管率は管外径で６乃至８％とすることが好ましい。この程度の拡管率であれば、管外面５とプレートフィンとの密着性を阻害することはない。
【００２２】
次に、本発明における各数値の限定理由について説明する。但し、図１に示す内面溝付伝熱管において、外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚（溝底部の管壁の厚さ）をｔ（ｍｍ）、高フィン２の高さｈ１（ｍｍ）、高フィン２の頂部の曲率半径をＲ１（ｍｍ）、高フィン２のフィン頂角をγ１（°）、低フィン３の高さをｈ２（ｍｍ）、低フィン３の頂部の曲率半径をＲ２（ｍｍ）、低フィン３のフィン頂角をγ２（°）とする。但し、フィンの高さとは管内面の溝の底部からフィン頂部までの距離のことをいう。フィン頂角とはフィンの一方の側面（斜面）と他方の側面とのなす角度のことをいう。後述するフィンのリード角とは内面溝付伝熱管を管軸に平行に展開したとき、管軸方向と内面フィンが伸びる方向とがなす角度のことをいう。
【００２３】
（ａ）高フィン２と低フィン３との管周方向に占める割合
高フィン２間に、３乃至５個の低フィン３が配置されている。即ち、１個の高フィン２に対して、３乃至５個の低フィン３が、管周方向に配置されている。高フィン２間の低フィン３の数が３個より小さいと、内面積の増分が小さくなり、所望の伝熱性能が得られない。高フィン２間の低フィン３が５個より多いと、高フィン２と高フィン２との間の距離が長くなりすぎて、拡管時に低フィンが拡管マンドレルと接触して潰されてしまう。その結果、所望の伝熱性能が得られなくなり、圧力損失も増加する。
【００２４】
（ｂ）高フィン２の高さｈ１
高フィン２の高さは０．１４乃至０．２０ｍｍである。高フィン２は拡管時に潰れることにより低フィン３を保護し、低フィン３の形状をそのまま保持するためのフィンであり、拡管時にマンドレルからの応力を受けるフィンである。後述する低フィン３は、伝熱性能の観点から、高さｈ２が０．１０乃至０．１４ｍｍとする。また、拡管時における拡管率を６乃至８％とした場合、高フィン２のマンドレル拡管による潰れ量は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。従って、高フィン２と低フィン３との高低差ｈ１−ｈ２は、０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であることが必要である。このため、高フィン２の高さは必然的に０．１４ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下となる。一方、高フィン２の高さの上限値はいたずらに高くする必要はなく、伝熱管１の単重を重くしないためにも、高フィン２の高さは０．２０ｍｍ以下とする。
【００２５】
（ｃ）高フィン２の頂部の曲率半径Ｒ１
高フィン２の頂部は平面である必要はない。本発明におけるフィン形状においては、高フィン２の頂部が平面の場合と、曲率半径を有する曲面の場合とでは、拡管時の潰れ量に大きな差は無い。むしろ、頂部に平面を設けようとすると、高フィン２が太い形状となり、伝熱管の単重が増してしまい、コストが上昇する。
【００２６】
よって、高フィン２の頂部の曲率半径Ｒ１は０．０３乃至０．０６ｍｍであることが好ましい。Ｒ１が０．０３ｍｍより小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなる。また、高フィン２が細く華奢なフィンとなり、拡管したときに、高フィン２の潰れ及び倒れが激しくなる。高フィン２の曲率半径Ｒ１が０．０６ｍｍより大きくなると、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００２７】
（ｄ）高フィン２の頂角γ１
高フィン２の頂角γ１は１０乃至２０°である。高フィン２のフィン頂角が１０°より小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなる。また、高フィン２が細く、華奢なフィンとなり、拡管したときにフィンの潰れ及び倒れが激しくなる。フィン頂角γ１が２０°より大きくなると、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００２８】
（ｅ）低フィン３の高さｈ２
低フィン３の高さは０．１０乃至０．１４ｍｍである。前述のごとく、低フィン３は、熱伝達に寄与するフィンであり、内面溝付伝熱管の伝熱性能を決めるフィンである。このため、伝熱性能の観点から、低フィン３の高さｈ２は、０．１０乃至０．１４ｍｍとする。低フィン３の高さｈ２が０．１０ｍｍより小さいと、冷媒に接触する面積が小さくなり、高伝熱性能が得られない。一方、低フィン３の高さｈ２が０．１４ｍｍより大きいと、圧力損失が増加し、伝熱性能が低下する。よって、低フィン３の高さｈ２は０．１０乃至０．１４であることが必要である。
【００２９】
（ｆ）低フィン３の頂部の曲率半径Ｒ２
フィンの頂部は平坦であるよりも、曲率半径を有しているほうが伝熱性能が優れており、好適である。伝熱に寄与する低フィン３はその頂部の曲率半径Ｒ２が０．０３乃至０．０４ｍｍであることが好ましい。伝熱に寄与する低フィン３は極力スリムな形状で、頂部もシャープなエッジ形状を有する方が、伝熱性能が向上すると共に、冷媒圧力損失が低減し、省エネルギーとなる。曲率半径Ｒ２が０．０３ｍｍより小さくなると、管内面に溝を形成するための溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝加工ができなくなる。曲率半径Ｒ２が０．０４ｍｍより大きくなると、伝熱性能が低下し、圧力損失も増加すると共に、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。このため、望ましくは、低フィン３の頂部の曲率半径Ｒ２は０．０３乃至０．０３５ｍｍである。
【００３０】
（ｅ）低フィンの頂角γ２
低フィン３の頂角γ２は１０乃至１５°である。伝熱に寄与する低フィン３は、前述のごとく、極力スリム形状でシャープなエッジ形状を有する方が、伝熱性能が向上すると共に冷媒圧力損失が低減し、省エネルギーとなる。望ましくは、低フィンの頂角γ２は、１０乃至１２°である。低フィン３の頂角γ２が１０°より小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝加工できなくなる。フィン頂角Ｒ２が１２°より大きくなると、伝熱性能が低下し、圧力損失も増加すると共に、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００３１】
（ｆ）高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２
高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。高フィン２と低フィン３との高さの差が０．０４ｍｍより小さいと、拡管したときに、高フィン２だけではなく、伝熱に寄与する低フィン３まで潰れてしまう。なお、高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２が０．０６ｍｍより高くなると、転造加工の効率が悪くなると共に、伝熱管の単重が増加してしまう。このため、ｈ１−ｈ２は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
（ｇ）リード角
高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にあることが好ましい。高フィン２と低フィン３のリード角は、相互に同一であり、両フィン２，３が平行であることが好ましい。このように、両フィン２，３を平行とすることにより、溝付プラグによる転造加工により、シームレス管の管内面に溝を形成することができる。また、このリード角（管軸方向に対するフィンのねじれ角）は２０乃至４０°、より好ましくは３０乃至４０°であることが好ましい。リード角が２０°より小さいと、所望の伝熱性能が得られない。また、リード角が４０°を超えると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝付プラグの製作が不可能になる。更に、リード角が４０°を超えると、溝付プラグによる転造加工においても、加工効率が低下すると共に、冷媒の圧力損失が増加し、伝熱管の性能が低下する。
【００３３】
（ｈ）伝熱管の拡管率
なお、本発明の内面溝付伝熱管及び熱交換器は、通常の転造加工により製造することができる。即ち、母材となる銅又は銅合金管の管内に、溝付プラグを挿入し、管外面に自転しながら管外面を公転するボールを押し付けて管壁を管内側に押圧し、管内面を溝付プラグに押しつける。これにより、所定の内面フィンが管内面に形成される。こうして製造された内面溝付伝熱管の外径より大きな孔が形成されているアルミニウム又はアルミニウム合金製プレートフィンを複数枚用意し、内面溝付伝熱管をプレートフィンの孔に挿入し、拡管マンドレルを伝熱管内に挿入することにより、伝熱管を拡管し、管外面を拡大して伝熱管とプレートフィンとを密着させる。このようして、熱交換器が製作される。
【００３４】
よって、拡管時に、内面溝付伝熱管は、拡管マンドレルが接触してこのマンドレルからの管半径方向外側への応力を受ける高フィン２の部分が拡径しやすく、高フィン２と高フィン２との間の部分は拡径しにくい。このため、拡径後には、内面溝付伝熱管は高フィン２の部分が角部となる多角形に近似した形状になる。このため、通常、拡管率は５％程度であるが、この程度の拡管率であると、高フィン２の部分の管外面はプレートフィンと密着しやすいが、高フィン２と高フィン２との間の部分の管外面はプレートフィンとの密着性が低くなる。そこで、拡管率は、管外径で、６乃至８％にすることが好ましい。拡管率がこの程度であれば、拡管後の伝熱管１の形状が多角形となって、高フィン２と高フィン２との間の部分の密着性が低下する虞が少ない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の効果を示す実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１及び表２に示す内面溝付伝熱管を製造し、更に、この内面溝付伝熱管から熱交換器を製作し、風洞試験装置にて伝熱性能を測定した。熱交換器は一般的なプレートフィンチューブ型熱交換器であり、一般的なアルミニウムフィンと本発明の内面溝付伝熱管で構成した。リターンベンド管として平滑管を使用した。即ち、複数個の板状のアルミニウムフィンを適長間隔をおいて平行に配置し、このアルミニウムフィンに設けた複数個の孔内に内面溝付伝熱管を挿通し、全てのフィンを挿通する内面溝付伝熱管を夫々横一列に配置した。そして、各内面溝付伝熱管内にマンドレルを挿入し、内面溝付伝熱管を拡管してフィンと密着させた。そして、フィン列から外方に突出した伝熱管の端部を、隣接する伝熱管の隣接する端部同士に、Ｕ字形に湾曲させたリターンベンド管を接合することにより、連結し、各伝熱管を直列に接続する冷媒通路を形成した。
【００３６】
下記表３に熱交換器の寸法、測定条件、下記表４に凝縮試験及び蒸発試験の測定条件を示す。但し、表１は従来例の内面溝付伝熱管の仕様を示し、表２は実施例１乃至１３の内面溝付伝熱管の仕様を示す。従来例は、均一な高さのフィンを形成したものである。また、表３の熱交換器寸法の中の２９０ｍｍは、前述の熱交換器の内面溝付伝熱管の並置された方向（管軸に直交する方向）の寸法であり、３００ｍｍは、内面溝付伝熱管に接触するアルミニウムフィンの列のうち、両端部間のフィン間の距離である。この両端部間のフィン間の距離は、熱交換器の熱交換に寄与する有効長さでもある。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
図４は空気熱交換器性能測定装置の概要を示す。この装置は恒温恒湿機能付きの吸引型風洞と冷凍サイクルで構成されている。この風洞においては空気流入口から流入されて空気排出口から排出される空気の流通経路に熱交換器１２が配置され、この熱交換器１２の上流側及び下流側に夫々エアーサンプラ１１、１５が配置されている。このエアーサンプラ１１，１５には夫々温度・湿度測定ボックス１０，１４が連結されており、採取された空気の乾球温度及び湿球温度を測定している。また、エアーサンプラ１５の下流側には誘引ファン１６が設けられ、空気排出口に空気を排出している。また、熱交換器１２とエアーサンプラ１１との間、及びエアーサンプラ１５と誘引ファン１６との間には熱交換器１２を通過した空気を整流する整流板１３が設けられている。冷媒供給装置はコンプレッサー、オイルセパレーター、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュムレータ、流量計により構成されており、冷媒配管を通じて、風洞内に備えられた熱交換器１２の内部に圧力及び温度を調節した冷媒が供給される。熱交換器１２の入口及び出口には冷媒の温度及び圧力を測定する装置が設けられている。空調機（図示せず）は風洞の空気流入口に温度及び湿度が制御された空気を供給している。
【００４２】
そして、凝縮性能試験の結果を下記表５に、また蒸発性能試験の結果を下記表６に示す。なお、表５及び表６において、（）内は、従来例に対する増加分（＋）及び減少分（−）である。
【００４３】
【表５】
【００４４】
【表６】
【００４５】
この表５に示すように、凝縮性能については、従来例（フィン高さが一定）に比して、実施例１は、全ての風速において、伝熱性能が向上し、圧力損失が低下した。実施例６は全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失の増加も低い数値に収まっている。一方、表６に示す蒸発性能についても、実施例１は、全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失は低下した。実施例６については、全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失の増加も低い数値にとどまっている。実施例１乃至１３の伝熱性能は従来例に比してかなり向上しており、蒸発器用伝熱管及び凝縮器用伝熱管として使用する効果は大きく、蒸発凝縮性能双方が優れたものとなり、本発明の適用の効果は極めて大きい。
【００４６】
図２は、実施例１の拡管前の内面溝付伝熱管（外径７ｍｍ）の管軸直交断面における断面形状を示し、図３は、実施例１の拡管後の伝熱管の管軸直交断面における断面形状を示す。いずれも一部断面図であり、顕微鏡写真を拡大して、輪郭をトレースしたものである。この図２に示すように、拡管前は高フィン２及び低フィン３が転造時の形状を有しているのに対し、図３に示すように、拡管後は高フィン６が倒れると共に潰れている。しかし、低フィン３については、その形状に変化がなく、フィン潰れ及びフィン倒れが発生していないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の一部断面図（管軸直交断面）である。
【図２】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の拡管前のフィン形状を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の拡管後のフィン形状を示す断面図である。
【図４】空気熱交換器性能測定装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：内面溝付伝熱管
２：高フィン
３：低フィン
４：管内面
５：管外面
６：高フィン（潰れ又は倒れ発生後）
１０，１４：温度・湿度測定ボックス
１１，１５：エアーサンプラ
１２：熱交換器
１６：誘引ファン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアコン等に組み込まれる熱交換器用の内面溝付伝熱管において、拡管により管外面に放熱用プレートフィンを取り付ける際の管内面のフィンの変形による伝熱性能の低下を防止した内面溝付伝熱管及びそれが組み込まれた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面溝付伝熱管は、銅又は銅合金製であり、管内に冷媒としてフロンＲ４１０Ａ等を通流させて、エアコン等の空調機器の熱交換器等に使用される。この内面溝付伝熱管は、管内面に螺旋状の溝が形成されており、この管内面の溝間にフィンが形成されている。この溝又はフィンにより、管内面に供給される冷媒との間の接触面積が増大し、溝又はフィンがない平滑管に比して、伝熱性能が向上する。
【０００３】
この内面溝付伝熱管は、シームレス管の場合は、管内に、溝付プラグを挿入し、管外面に転動ボールを周方向に転動させて管壁を溝付プラグに向けて押圧し、溝付プラグ表面の溝形状を、管内面に転写して螺旋状の溝を管内面に形成することにより製造される。そして、アルミニウム製板等に孔を設けたプレートフィンを複数個平行に配置し、各プレートフィンの孔に、内面溝付伝熱管を挿入し、管内に拡管マンドレルを挿入することにより管外径を拡大し、内面溝付伝熱管とプレートフィンとを密着させることにより、管外面にプレートフィンを取り付ける。
【０００４】
このようにして製造される内面溝付伝熱管においては、熱交換器の熱交換性能を向上させるためには、伝熱管の伝熱性能を高める必要があり、このためには、管内面のフィン形状を、可及的に先鋭なものにする必要がある。また、このような先鋭なフィンを、管内面に多数形成することが、伝熱性能の向上にとって重要である。更に、拡管後の伝熱管と、プレートフィンとを、密着させること、即ち、伝熱管とプレートフィンとの密着率を高めることも伝熱性能の向上にとって必要である。
【０００５】
しかしながら、この拡管作業において、拡管マンドレルが伝熱管内面に形成されている内面フィンを押圧するため、管内面に形成されている内面フィンの頂部を潰してしまい、また内面フィンを押し倒してしまう。この内面フィンの潰れ又は倒れが大きいと、伝熱管の外径拡管率が低下し、その結果、プレートフィンと伝熱管との密着率が低下し、熱交換器の熱交換性能を低下させてしまう。また、内面フィンの潰れ又は倒れが大きいと、冷媒と伝熱管との間の接触面積が低下して伝熱性能が低下すると共に、伝熱管内の冷媒の圧力損失が増加して、結果的に熱交換器の熱交換性能が低下してしまう。
【０００６】
このような背景の下に、特許文献１には、拡管時において内面フィンが倒れず、冷媒に二酸化炭素を使用した熱交換器に適した伝熱性能が優れた内面溝付伝熱管を提供することを目的として、管内面に２種類のフィンを管周方向に交互に形成した内面溝付伝熱管が提案されている。この２種類のフィンは、第２のフィンの高さと第１のフィンの高さとの比が、０．５〜０．９と高さが異なるものであり、その他、第１のフィンの高さ、第１及び第２のフィンの頂角、第１のフィンの頂部の曲率半径と高さとの比等が規定されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２５７１６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、この特許文献１に記載された公知技術においては、高圧で使用されるＣＯ２冷媒用の伝熱管であるため、管の厚さ（溝底部の管肉厚さ：以下底肉厚）が０．４ｍｍと厚く、拡管しにくいという事情がある。このため、拡管時には、フィンに高い応力が印加され、フィンが潰れやすい状況にあり、また、拡管時に印加された応力を受けるのは高い方の第１フィンであるため、この第１のフィンを極めて厚くし（頂角を大きくすると共に頂部に平面部を設け）、高い第１フィンと低い第２フィンとを交互に配列して、第１フィンの数を多数確保する必要がある。
【０００９】
しかし、この場合は、第２フィンは潰れない代わりに、第１フィンの潰れ及び倒れが問題となり、フィン潰れ及び倒れによる伝熱性能の低下を有効に防止できないという問題点がある。
【００１０】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、拡管時のフィンの潰れ及び倒れに起因する伝熱性能の低下を確実に防止できる内面溝付伝熱管及び熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る内面溝付伝熱管は、管内面にフィンが形成された内面溝付伝熱管において、管軸直交断面において管周方向に複数個配置された高フィンと、管軸直交断面において管周方向の各高フィン間に夫々３乃至５個配置された低フィンとを有し、前記高フィンの高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至２０°であり、前記低フィンの高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至１５°であり、前記高フィンと前記低フィンとの高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であり、前記高フィン及び低フィンのリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°であり、前記高フィン及び低フィンの頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面であり、前記高フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、前記低フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る熱交換器は、前記内面溝付伝熱管を、プレートフィンの孔に挿入し、前記内面溝付伝熱管の管内に拡管マンドレルを挿入して、これを拡管することにより、前記内面溝付伝熱管を前記プレートフィンに密着させて構成されたことを特徴とする。
【００１３】
この熱交換器において、前記拡管後に、前記内面溝付伝熱管は、例えば、管軸直交断面において、前記高フィンが配置された部分を頂点とする多角形状をなす。
【００１４】
また、前記拡管の拡管率が、管外径の比で、６乃至８％であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高フィンと低フィンとの間に０．０４ｍｍ以上の高低差があるので、拡管時に、高フィンが、拡管マンドレルに接触し、低フィンは、拡管マンドレルに接触しない状態で、内面溝付伝熱管を拡管することができる。このため、拡管時に高フィンは、フィン倒れ又はフィン潰れが発生するが、低フィンは、フィン潰れ及びフィン倒れが発生することが防止される。このため、低フィンにおいては、拡管作業による伝熱性能の低下は防止される。一方、管周方向において、各高フィン間に３乃至５個の低フィンが配置されており、高フィンの数は少ないため、管周方向における高フィンの占める割合は小さく、高フィンが伝熱性能に関して寄与する割合は小さいので、高フィンにフィン倒れ及びフィン潰れが生じても、伝熱性能の低下は、内面溝付伝熱管全体でみれば、小さい。よって、本発明によれば、拡管時における伝熱性能の低下を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、本発明の実施形態を示す管軸直交断面における内面溝付伝熱管を示す一部断面図である。この内面溝付伝熱管１においては、管内面４に管軸方向に螺旋状に延びる２種類のフィン２，３が形成されている。管周方向については、高さが高い高フィン２と高さが低い低フィン３とが２個の高フィン２間に３個の低フィン３が配置されるようにして、形成されている。
【００１７】
この高フィン２と低フィン３との管周方向に占める割合は、本実施形態では、１個の高フィン２に対して、低フィン３は３個であるが、この割合はこれに限らず、高フィン２間に、３乃至５個の低フィン３が配置されていればよい。即ち、１個の高フィン２に対して、３乃至５個の低フィン３が配置されているものであればよい。
【００１８】
また、高フィン２の高さは０．１４乃至０．２０ｍｍ、高フィン２の頂角は１０乃至２０°である。一方、低フィン３の高さは０．１０乃至０．１４ｍｍ、低フィン３の頂角は１０乃至１５°である。但し、高フィン２と低フィン３との高さの差は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であることが必要である。更に、この内面溝付伝熱管において、高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にあることが好ましい。また、各フィン２，３の頂部の形状は、一定の曲率半径を有する曲面であることが好ましい。
【００１９】
このように構成された内面溝付伝熱管において、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金製のプレートフィン（図示せず）に設けた孔に、この伝熱管１を挿入し、伝熱管１内に拡管マンドレル（図示せず）を挿入し、伝熱管１を拡管すると、マンドレルは、高さが高い高フィン２に接触し、この高フィン２を介して、内面溝付伝熱管１の管壁部分を押し広げる。これにより、内面溝付伝熱管１の外面５が、プレートフィンに密着して、内面溝付伝熱管１がプレートフィンに所望の熱伝達性能を有して固定される。
【００２０】
この拡管時に、高フィン２と低フィン３とは、０．０４ｍｍ以上の高さの差があるので、拡管マンドレルには高フィン２のみが実質的に接触し、低フィン３は拡管マンドレルに実質的に接触しない。このため、低フィン３におけるフィン潰れ及びフィン倒れは発生しない。よって、低フィン３における伝熱性能の低下は防止され、低フィン３の形状を、もっぱら伝熱性能の観点から好ましい形状に設計することができ、低フィン３においては、高伝熱性能を得ることができる。一方、高フィン２においては、フィン潰れ又はフィン倒れが発生するが、管周方向において、高フィンが占める割合は少なく、高フィンにおける伝熱性能の低下は、内面溝付伝熱管１の全体でみれば、極めて小さいものである。よって、本発明の内面溝付伝熱管１は、拡管時の伝熱性能の低下が少なく、低フィン３は、伝熱性能にとって理想的な形状にすることができ、低フィン３における伝熱性能の向上は極めて大きい。従って、本発明の内面溝付伝熱管は、従来の内面溝付伝熱管よりも、拡管後の伝熱性能を向上させることができる。
【００２１】
このように構成された熱交換器は、伝熱管１が高フィン２の部分でもっぱら拡管時の応力を受けるため、拡管後の伝熱管１の管軸直角断面の形状は、この高フィン２の部分を頂角とするほぼ多角形の形状を有するものとなりやすい。このような多角形の形状を有すると、伝熱管１とプレートフィンとの間では、高フィン２の間の部分で、管外面５とプレートフィンとが十分に密着しない場合が生じる。このため、伝熱管の拡管率は管外径で６乃至８％とすることが好ましい。この程度の拡管率であれば、管外面５とプレートフィンとの密着性を阻害することはない。
【００２２】
次に、本発明における各数値の限定理由について説明する。但し、図１に示す内面溝付伝熱管において、外径をＤ（ｍｍ）、底肉厚（溝底部の管壁の厚さ）をｔ（ｍｍ）、高フィン２の高さｈ１（ｍｍ）、高フィン２の頂部の曲率半径をＲ１（ｍｍ）、高フィン２のフィン頂角をγ１（°）、低フィン３の高さをｈ２（ｍｍ）、低フィン３の頂部の曲率半径をＲ２（ｍｍ）、低フィン３のフィン頂角をγ２（°）とする。但し、フィンの高さとは管内面の溝の底部からフィン頂部までの距離のことをいう。フィン頂角とはフィンの一方の側面（斜面）と他方の側面とのなす角度のことをいう。後述するフィンのリード角とは内面溝付伝熱管を管軸に平行に展開したとき、管軸方向と内面フィンが伸びる方向とがなす角度のことをいう。
【００２３】
（ａ）高フィン２と低フィン３との管周方向に占める割合
高フィン２間に、３乃至５個の低フィン３が配置されている。即ち、１個の高フィン２に対して、３乃至５個の低フィン３が、管周方向に配置されている。高フィン２間の低フィン３の数が３個より小さいと、内面積の増分が小さくなり、所望の伝熱性能が得られない。高フィン２間の低フィン３が５個より多いと、高フィン２と高フィン２との間の距離が長くなりすぎて、拡管時に低フィンが拡管マンドレルと接触して潰されてしまう。その結果、所望の伝熱性能が得られなくなり、圧力損失も増加する。
【００２４】
（ｂ）高フィン２の高さｈ１
高フィン２の高さは０．１４乃至０．２０ｍｍである。高フィン２は拡管時に潰れることにより低フィン３を保護し、低フィン３の形状をそのまま保持するためのフィンであり、拡管時にマンドレルからの応力を受けるフィンである。後述する低フィン３は、伝熱性能の観点から、高さｈ２が０．１０乃至０．１４ｍｍとする。また、拡管時における拡管率を６乃至８％とした場合、高フィン２のマンドレル拡管による潰れ量は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。従って、高フィン２と低フィン３との高低差ｈ１−ｈ２は、０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であることが必要である。このため、高フィン２の高さは必然的に０．１４ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下となる。一方、高フィン２の高さの上限値はいたずらに高くする必要はなく、伝熱管１の単重を重くしないためにも、高フィン２の高さは０．２０ｍｍ以下とする。
【００２５】
（ｃ）高フィン２の頂部の曲率半径Ｒ１
高フィン２の頂部は平面である必要はない。本発明におけるフィン形状においては、高フィン２の頂部が平面の場合と、曲率半径を有する曲面の場合とでは、拡管時の潰れ量に大きな差は無い。むしろ、頂部に平面を設けようとすると、高フィン２が太い形状となり、伝熱管の単重が増してしまい、コストが上昇する。
【００２６】
よって、高フィン２の頂部の曲率半径Ｒ１は０．０３乃至０．０６ｍｍであることが好ましい。Ｒ１が０．０３ｍｍより小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなる。また、高フィン２が細く華奢なフィンとなり、拡管したときに、高フィン２の潰れ及び倒れが激しくなる。高フィン２の曲率半径Ｒ１が０．０６ｍｍより大きくなると、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００２７】
（ｄ）高フィン２の頂角γ１
高フィン２の頂角γ１は１０乃至２０°である。高フィン２のフィン頂角が１０°より小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなる。また、高フィン２が細く、華奢なフィンとなり、拡管したときにフィンの潰れ及び倒れが激しくなる。フィン頂角γ１が２０°より大きくなると、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００２８】
（ｅ）低フィン３の高さｈ２
低フィン３の高さは０．１０乃至０．１４ｍｍである。前述のごとく、低フィン３は、熱伝達に寄与するフィンであり、内面溝付伝熱管の伝熱性能を決めるフィンである。このため、伝熱性能の観点から、低フィン３の高さｈ２は、０．１０乃至０．１４ｍｍとする。低フィン３の高さｈ２が０．１０ｍｍより小さいと、冷媒に接触する面積が小さくなり、高伝熱性能が得られない。一方、低フィン３の高さｈ２が０．１４ｍｍより大きいと、圧力損失が増加し、伝熱性能が低下する。よって、低フィン３の高さｈ２は０．１０乃至０．１４であることが必要である。
【００２９】
（ｆ）低フィン３の頂部の曲率半径Ｒ２
フィンの頂部は平坦であるよりも、曲率半径を有しているほうが伝熱性能が優れており、好適である。伝熱に寄与する低フィン３はその頂部の曲率半径Ｒ２が０．０３乃至０．０４ｍｍであることが好ましい。伝熱に寄与する低フィン３は極力スリムな形状で、頂部もシャープなエッジ形状を有する方が、伝熱性能が向上すると共に、冷媒圧力損失が低減し、省エネルギーとなる。曲率半径Ｒ２が０．０３ｍｍより小さくなると、管内面に溝を形成するための溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝加工ができなくなる。曲率半径Ｒ２が０．０４ｍｍより大きくなると、伝熱性能が低下し、圧力損失も増加すると共に、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。このため、望ましくは、低フィン３の頂部の曲率半径Ｒ２は０．０３乃至０．０３５ｍｍである。
【００３０】
（ｅ）低フィンの頂角γ２
低フィン３の頂角γ２は１０乃至１５°である。伝熱に寄与する低フィン３は、前述のごとく、極力スリム形状でシャープなエッジ形状を有する方が、伝熱性能が向上すると共に冷媒圧力損失が低減し、省エネルギーとなる。望ましくは、低フィンの頂角γ２は、１０乃至１２°である。低フィン３の頂角γ２が１０°より小さくなると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝加工できなくなる。フィン頂角Ｒ２が１２°より大きくなると、伝熱性能が低下し、圧力損失も増加すると共に、伝熱管の単重が重くなり、伝熱管のコストが上昇してしまう。
【００３１】
（ｆ）高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２
高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下である。高フィン２と低フィン３との高さの差が０．０４ｍｍより小さいと、拡管したときに、高フィン２だけではなく、伝熱に寄与する低フィン３まで潰れてしまう。なお、高フィン２と低フィン３との高さの差ｈ１−ｈ２が０．０６ｍｍより高くなると、転造加工の効率が悪くなると共に、伝熱管の単重が増加してしまう。このため、ｈ１−ｈ２は０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００３２】
（ｇ）リード角
高フィン２及び低フィン３のリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°の範囲にあることが好ましい。高フィン２と低フィン３のリード角は、相互に同一であり、両フィン２，３が平行であることが好ましい。このように、両フィン２，３を平行とすることにより、溝付プラグによる転造加工により、シームレス管の管内面に溝を形成することができる。また、このリード角（管軸方向に対するフィンのねじれ角）は２０乃至４０°、より好ましくは３０乃至４０°であることが好ましい。リード角が２０°より小さいと、所望の伝熱性能が得られない。また、リード角が４０°を超えると、溝付プラグの製作効率が極端に悪くなるか、又は溝付プラグの製作が不可能になる。更に、リード角が４０°を超えると、溝付プラグによる転造加工においても、加工効率が低下すると共に、冷媒の圧力損失が増加し、伝熱管の性能が低下する。
【００３３】
（ｈ）伝熱管の拡管率
なお、本発明の内面溝付伝熱管及び熱交換器は、通常の転造加工により製造することができる。即ち、母材となる銅又は銅合金管の管内に、溝付プラグを挿入し、管外面に自転しながら管外面を公転するボールを押し付けて管壁を管内側に押圧し、管内面を溝付プラグに押しつける。これにより、所定の内面フィンが管内面に形成される。こうして製造された内面溝付伝熱管の外径より大きな孔が形成されているアルミニウム又はアルミニウム合金製プレートフィンを複数枚用意し、内面溝付伝熱管をプレートフィンの孔に挿入し、拡管マンドレルを伝熱管内に挿入することにより、伝熱管を拡管し、管外面を拡大して伝熱管とプレートフィンとを密着させる。このようして、熱交換器が製作される。
【００３４】
よって、拡管時に、内面溝付伝熱管は、拡管マンドレルが接触してこのマンドレルからの管半径方向外側への応力を受ける高フィン２の部分が拡径しやすく、高フィン２と高フィン２との間の部分は拡径しにくい。このため、拡径後には、内面溝付伝熱管は高フィン２の部分が角部となる多角形に近似した形状になる。このため、通常、拡管率は５％程度であるが、この程度の拡管率であると、高フィン２の部分の管外面はプレートフィンと密着しやすいが、高フィン２と高フィン２との間の部分の管外面はプレートフィンとの密着性が低くなる。そこで、拡管率は、管外径で、６乃至８％にすることが好ましい。拡管率がこの程度であれば、拡管後の伝熱管１の形状が多角形となって、高フィン２と高フィン２との間の部分の密着性が低下する虞が少ない。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の効果を示す実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明する。下記表１及び表２に示す内面溝付伝熱管を製造し、更に、この内面溝付伝熱管から熱交換器を製作し、風洞試験装置にて伝熱性能を測定した。熱交換器は一般的なプレートフィンチューブ型熱交換器であり、一般的なアルミニウムフィンと本発明の内面溝付伝熱管で構成した。リターンベンド管として平滑管を使用した。即ち、複数個の板状のアルミニウムフィンを適長間隔をおいて平行に配置し、このアルミニウムフィンに設けた複数個の孔内に内面溝付伝熱管を挿通し、全てのフィンを挿通する内面溝付伝熱管を夫々横一列に配置した。そして、各内面溝付伝熱管内にマンドレルを挿入し、内面溝付伝熱管を拡管してフィンと密着させた。そして、フィン列から外方に突出した伝熱管の端部を、隣接する伝熱管の隣接する端部同士に、Ｕ字形に湾曲させたリターンベンド管を接合することにより、連結し、各伝熱管を直列に接続する冷媒通路を形成した。
【００３６】
下記表３に熱交換器の寸法、測定条件、下記表４に凝縮試験及び蒸発試験の測定条件を示す。但し、表１は従来例の内面溝付伝熱管の仕様を示し、表２は実施例１乃至１３の内面溝付伝熱管の仕様を示す。従来例は、均一な高さのフィンを形成したものである。また、表３の熱交換器寸法の中の２９０ｍｍは、前述の熱交換器の内面溝付伝熱管の並置された方向（管軸に直交する方向）の寸法であり、３００ｍｍは、内面溝付伝熱管に接触するアルミニウムフィンの列のうち、両端部間のフィン間の距離である。この両端部間のフィン間の距離は、熱交換器の熱交換に寄与する有効長さでもある。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
図４は空気熱交換器性能測定装置の概要を示す。この装置は恒温恒湿機能付きの吸引型風洞と冷凍サイクルで構成されている。この風洞においては空気流入口から流入されて空気排出口から排出される空気の流通経路に熱交換器１２が配置され、この熱交換器１２の上流側及び下流側に夫々エアーサンプラ１１、１５が配置されている。このエアーサンプラ１１，１５には夫々温度・湿度測定ボックス１０，１４が連結されており、採取された空気の乾球温度及び湿球温度を測定している。また、エアーサンプラ１５の下流側には誘引ファン１６が設けられ、空気排出口に空気を排出している。また、熱交換器１２とエアーサンプラ１１との間、及びエアーサンプラ１５と誘引ファン１６との間には熱交換器１２を通過した空気を整流する整流板１３が設けられている。冷媒供給装置はコンプレッサー、オイルセパレーター、凝縮器、膨張弁、蒸発器、アキュムレータ、流量計により構成されており、冷媒配管を通じて、風洞内に備えられた熱交換器１２の内部に圧力及び温度を調節した冷媒が供給される。熱交換器１２の入口及び出口には冷媒の温度及び圧力を測定する装置が設けられている。空調機（図示せず）は風洞の空気流入口に温度及び湿度が制御された空気を供給している。
【００４２】
そして、凝縮性能試験の結果を下記表５に、また蒸発性能試験の結果を下記表６に示す。なお、表５及び表６において、（）内は、従来例に対する増加分（＋）及び減少分（−）である。
【００４３】
【表５】
【００４４】
【表６】
【００４５】
この表５に示すように、凝縮性能については、従来例（フィン高さが一定）に比して、実施例１は、全ての風速において、伝熱性能が向上し、圧力損失が低下した。実施例６は全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失の増加も低い数値に収まっている。一方、表６に示す蒸発性能についても、実施例１は、全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失は低下した。実施例６については、全ての風速において伝熱性能が向上し、圧力損失の増加も低い数値にとどまっている。実施例１乃至１３の伝熱性能は従来例に比してかなり向上しており、蒸発器用伝熱管及び凝縮器用伝熱管として使用する効果は大きく、蒸発凝縮性能双方が優れたものとなり、本発明の適用の効果は極めて大きい。
【００４６】
図２は、実施例１の拡管前の内面溝付伝熱管（外径７ｍｍ）の管軸直交断面における断面形状を示し、図３は、実施例１の拡管後の伝熱管の管軸直交断面における断面形状を示す。いずれも一部断面図であり、顕微鏡写真を拡大して、輪郭をトレースしたものである。この図２に示すように、拡管前は高フィン２及び低フィン３が転造時の形状を有しているのに対し、図３に示すように、拡管後は高フィン６が倒れると共に潰れている。しかし、低フィン３については、その形状に変化がなく、フィン潰れ及びフィン倒れが発生していないことがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の一部断面図（管軸直交断面）である。
【図２】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の拡管前のフィン形状を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る内面溝付伝熱管の拡管後のフィン形状を示す断面図である。
【図４】空気熱交換器性能測定装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１：内面溝付伝熱管
２：高フィン
３：低フィン
４：管内面
５：管外面
６：高フィン（潰れ又は倒れ発生後）
１０，１４：温度・湿度測定ボックス
１１，１５：エアーサンプラ
１２：熱交換器
１６：誘引ファン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内面にフィンが形成された内面溝付伝熱管において、管軸直交断面において管周方向に複数個配置された高フィンと、管軸直交断面において管周方向の各高フィン間に夫々３乃至５個配置された低フィンとを有し、前記高フィンの高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至２０°であり、前記低フィンの高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至１５°であり、前記高フィンと前記低フィンとの高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であり、前記高フィン及び低フィンのリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°であり、前記高フィン及び低フィンの頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面であり、前記高フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、前記低フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍであることを特徴とする内面溝付伝熱管。
【請求項２】
プレートフィンの孔に前記請求項１に記載の内面溝付伝熱管を挿入し、前記内面溝付伝熱管の管内に拡管マンドレルを挿入して、これを拡管することにより、前記内面溝付伝熱管を前記プレートフィンに密着させて構成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記拡管後に、前記内面溝付伝熱管は、管軸直交断面において、前記高フィンが配置された部分を頂点とする多角形状をなすことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記拡管の拡管率が、管外径の比で、６乃至８％であることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱交換器。
【請求項１】
管内面にフィンが形成された内面溝付伝熱管において、管軸直交断面において管周方向に複数個配置された高フィンと、管軸直交断面において管周方向の各高フィン間に夫々３乃至５個配置された低フィンとを有し、前記高フィンの高さが０．１４乃至０．２０ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至２０°であり、前記低フィンの高さが０．１０乃至０．１４ｍｍ、フィンの頂角が１０乃至１５°であり、前記高フィンと前記低フィンとの高さの差が０．０４ｍｍ以上０．０６ｍｍ以下であり、前記高フィン及び低フィンのリード角は、相互に同一で、２０乃至４０°であり、前記高フィン及び低フィンの頂部は、管軸直交断面において、曲率半径を有する曲面であり、前記高フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０６ｍｍ、前記低フィンの頂部の前記曲率半径は０．０３乃至０．０４ｍであることを特徴とする内面溝付伝熱管。
【請求項２】
プレートフィンの孔に前記請求項１に記載の内面溝付伝熱管を挿入し、前記内面溝付伝熱管の管内に拡管マンドレルを挿入して、これを拡管することにより、前記内面溝付伝熱管を前記プレートフィンに密着させて構成されたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記拡管後に、前記内面溝付伝熱管は、管軸直交断面において、前記高フィンが配置された部分を頂点とする多角形状をなすことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記拡管の拡管率が、管外径の比で、６乃至８％であることを特徴とする請求項２又は３に記載の熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１３３６６８（Ｐ２０１０−１３３６６８Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１６３７（Ｐ２００８−３１１６３７）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０４１３６７５３）株式会社コベルコ マテリアル銅管 (79)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０４１３６７５３）株式会社コベルコ マテリアル銅管 (79)
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]