熱交換器用アルミニウム細管およびこれを用いた熱交換器
【課題】本発明は、外径２〜５ｍｍに細径化したアルミニウム製の細管において、座屈や変形を引き起こすことなく拡管が可能な熱交換器用アルミニウム製細管の提供を目的とする。
【解決手段】本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、前記放熱フィン高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下であることを特徴とする。
【解決手段】本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、前記放熱フィン高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面溝付き型の熱交換器用アルミニウム細管およびこれを用いた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン用の熱交換器は、主として、ヘアピン状に折曲加工した銅管からなる伝熱管と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材からなるフィン（以下、アルミニウムフィンと略称する）とから構成されている。例えば、熱交換器の伝熱部は、Ｕ字状に折曲加工した銅管からなる伝熱管をアルミニウムフィンの貫通孔に挿通し、Ｕ字状の伝熱管内にビュレットと称される治具を挿入して拡管することにより、伝熱管とアルミニウムフィンとを密着させている。そして、このＵ字状の伝熱管の開放端を拡管してこの拡管開放部に同じくＵ字状に折曲加工したベンド管を挿入し、このベンド管をろう付けすることで銅管を接続し、熱交換器としている。
【０００３】
従来、銅管からエアコン用の熱交換器の伝熱部を構成する場合、銅管の組成や金属組織を改善し銅管の構成材料の組成改善、組織改善を行うことが必要であり、以下の特許文献１に記載のように組成を調整して引張強さを改善し、結晶組織の改善を行って集合組織を誘導するなどの改善策がなされてきた。
【０００４】
エアコン用熱交換器の性能向上のため、伝熱部を構成する銅管はその形状や組織、組成の面で種々の改良がなされてきているが、近年の資源、エネルギー事情の高まりを背景として、東南アジア等の諸外国においてインフラ整備が急速に進められている関係から、送電線用途などとして銅の需要が急速に高まり、銅のコストが高騰し始めている。
そこで、銅よりも安価な金属で加工性に富み、熱交換器用の一部構成材料として多用されているアルミニウムを用いて伝熱管を構成しようとする試みがなされている。
【０００５】
銅管からなる伝熱管の置き換えとしてアルミニウム製の伝熱管とした場合、アルミニウムが銅よりも変形し易いことに鑑み、アルミニウム製の伝熱管の内面に溝を形成しておき、ビュレットが溝を介し伝熱管の拡管を行う場合に、好適な溝形状を検討し、伝熱管の変形を抑制しようとした技術が特許文献２に開示されている。
即ち、伝熱管を拡管する際、ビュレットと称される拡張子を伝熱管の内側に挿通して伝熱管の管壁を塑性変形させて拡張するので、その塑性変形分を考慮して好適な溝形状を工夫すると、拡管後において良好な溝形状の伝熱管を得ることができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０２６９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミニウムからなる伝熱管を熱交換器に適用する場合において、伝熱管を細径化すると、伝熱管が高耐圧化したことになるので、伝熱管を薄肉化することができる。また、熱交換器の性能向上を図るために、冷媒通路を狭くした場合、冷媒の流速向上に直結するので、伝熱管を細管として薄肉化することが熱交換器の内部熱伝達効率が良好になることを意味する。
上述のような背景から、熱交換器用の伝熱管は薄肉化がなされ、熱交換器としての更なる高性能化の面から、アルミニウム製の外径２〜５ｍｍ程度の細管が検討されている。
しかし、外径２〜５ｍｍ程度の細管を伝熱管として使用すると、細管の内面に溝を形成した場合、拡管時にビュレットを挿通させる場合の抵抗が大きくなり、細管が変形するか座屈する問題がある。
【０００８】
先の特許文献２に記載の技術によれば、伝熱管の外径が７ｍｍ程度のサイズの場合の熱交換器について望ましい溝形状が検討されたが、熱交換器の更なる性能改善、伝熱管の薄型化に伴い、アルミニウム製の外径２〜５ｍｍ程度の細管が使用される場合は、伝熱管の肉厚が薄く、座屈や変形し易い問題が顕在化するので、アルミニウム製であって、細径化した伝熱管において、特別な溝形状を検討する必要があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、熱交換器用であって、外径２〜５ｍｍに細径化したアルミニウム製の細管において、座屈や変形を引き起こすことなく拡管が可能な熱交換器用アルミニウム製細管とそれを備えた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】
【００１０】
本発明の熱交換器用細管は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、放熱フィンの高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の熱交換器用細管は、前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有する等脚台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす山頂角が１０゜以上、６０゜以下とされたことを特徴とする。
本発明の熱交換器用細管は、前記管本体の横断面において前記全ての放熱フィンの中心軸が前記管本体の径方向に対し１０゜以上、３０゜以下の角度で傾斜されてなることを特徴とする。
本発明の熱交換器用細管は、前記放熱フィンの横断面形状において、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有し、前記２つの傾斜部の傾斜角度を同一、前記２つの傾斜部の高さを相違させて台形状に形成され、前記２つの傾斜部の前記管本体の内底面に対する山頂角が１０゜以上、３０゜以下とされたことを特徴とする。
本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の熱交換器用細管を伝熱管として備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外径２〜５ｍｍの細管からなる伝熱管であっても、熱交換器用として放熱フィンが好適な大きさと間隔で形成された溝付き細管とされているので、座屈や変形を引き起こすことなく拡管することができ、熱交換器用伝熱管として利用できる。
また、本発明に係る細管であるならば、拡管後において好適な放熱フィン形状とフィン高さとフィン数、並びに、放熱フィン高さとフィン溝数を確保できるので、熱交換器用の伝熱管とした場合に良好な熱交換効率の熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の熱交換器用アルミニウム細管を示す横断面図。
【図２】本発明に係る第２実施形態の熱交換器用アルミニウム細管を示す横断面図。
【図３】図１と図２に示す熱交換器用アルミニウム細管に形成されている放熱フィンの一例を示すもので、図３（ａ）は放熱フィンの山頂角を示す図、図３（ｂ）は捻り状態とした放熱フィンの傾斜部の傾斜角度を示す図、図３（ｃ）は放熱フィンの捻り状態の他の例を示す図、図３（ｄ）は放熱フィン傾斜形態が頂平部のみの場合の例を示す図。
【図４】図２に示す捻り状態とした細管を得るための加工方法の一例を示す説明図。
【図５】図５は捻り加工前後の放熱フィンを示すもので、図５（ａ）は捻り加工を考慮した場合に捻り加工する前の放熱フィンに与えた傾斜状態の一例を示す説明図、図５（ｂ）は捻り加工を考慮した構造とした場合に捻り加工した後の放熱フィンを示す説明図。
【図６】図６は本発明に係るアルミニウム細管を備えた熱交換器の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
図１は本発明に係る第１実施形態のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管の横断面構造を拡大して示す図であり、この第１実施形態の細管１は、直径数ｍｍ、例えば、直径２〜５ｍｍ程度の管本体２の内部に複数の突条型の放熱フィン３が形成されてなる。放熱フィン３は、それぞれ管本体２の内周面から管本体２の中心に向いて突出形成され、管本体２の内面全長に渡り延在するように、管本体２の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されている。
本実施形態の放熱フィン３は、管本体２の横断面において、管本体２の中心に向く平坦な頂平部３ａとこの頂平部３ａを挟むように延在する傾斜部３ｂ、３ｂとを有する横断面視等脚台形状に形成されている。これらの放熱フィン３は、管本体２の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されているので、管本体２の内周面に沿って隣接する放熱フィン３、３の間にフィン溝４が形成されている。
【００１５】
前記細管１を構成する管本体２は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。本明細書ではアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる細管１について略称してアルミニウム細管と称する。この細管１を構成するアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用することができる。勿論、これら以外にＪＩＳに規定されている５０００系〜７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて管本体２を構成しても良いのは勿論である。
【００１６】
前記管本体２の外径は、２ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。管本体２の外径が２ｍｍ未満であると、現状の押出技術によりアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管として管本体２を押出形成することが困難となり、管本体２の外径が５ｍｍを超えると熱交換器用伝熱管とする場合に耐圧が不足して必要な薄肉化が困難となる。
管本体２において放熱フィン３を除いた部分の肉厚、換言するとフィン溝４の部分に対応する管本体２の肉厚（底肉厚）は、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲が好ましい。肉厚が０．１ｍｍ未満であると熱交換器用伝熱管として見た場合に破壊圧力が不足となり、０．６ｍｍを超える肉厚ではアルミニウム材料が多く必要になり製造コストが上昇してしまう。
【００１７】
管本体２において内面溝高さ、換言すると、放熱フィン３の高さは０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲が好ましい。放熱フィン３の高さが０．０５ｍｍ未満では拡管時に潰れてしまい、フィンが消失し、拡管荷重が増大するおそれがあり、放熱フィン３の高さが０．３５ｍｍを超えるようであると、熱交換器用伝熱管として圧損が高くなり、押出加工で成形不可となる傾向がある。
放熱フィン３において、頂平部３ａを挟む２つの傾斜部３ｂ、３ｂが成す角度（山頂角）は、１０゜〜６０゜の範囲が好ましい。図３（ａ）に放熱フィン３の山頂角θ１の一例を示すが、放熱フィン３を横断面視した場合、頂平部３ａを挟む２つの傾斜部３ｂの延長線が交わって形成される角度θ１を山頂角と定義する。
山頂角が１０゜未満の場合、拡管時に放熱フィン３が潰れ易くなり、拡管不足になり易く、６０゜を超える山頂角では、拡管荷重が大きくなり、座屈の問題を生じるおそれがある。
【００１８】
管本体２において頂平部合計幅の割合（管本体２の横断面においてフィン溝４が存在する位置に対応する管本体２の底面周長に対し、管本体２の内周に沿って存在する全ての頂平部３ａの合計幅の割合）は、２０％〜８０％の範囲であることが望ましい。頂平部合計幅の割合は、具体的には、図１に示すように管本体２の内周に沿ってｎ個（ｎは自然数）の放熱フィン３が形成され、放熱フィン３の頂平部の幅をａ１〜ａｎとし、それら放熱フィン３、３の間にフィン溝４が形成されている場合、管本体２の底面周長に対し、以下の（１）式で示される関係となる。
頂平部合計幅の割合＝｛（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋…＋ａｎ）／底面周長｝×１００ …（１）
頂平部合計幅の割合が２０％未満では拡管時に放熱フィン３に荷重が集中するため、潰れる可能性があり、頂平部合計幅の割合が８０％を超えると、拡管荷重が高くなり、管本体２が座屈する可能性がある。
【００１９】
管本体２において管本体２の周方向に沿うフィン溝４の数（換言すると管本体２の周方向に沿う放熱フィン３の山数）は、２０〜６０の範囲が好ましい。フィン溝４の数が２０未満では放熱フィン３に荷重が集中するため、拡管時に放熱フィン３が潰れる可能性があり、フィン溝４の数が６０を超えると拡管荷重が高くなり、管本体２が座屈する可能性が高くなる。
管本体２において、前記の範囲の外径、肉厚、放熱フィン高さ、頂平部合計幅の割合を満たすならば、前記構造の管本体２を熱交換器用の伝熱管としてフィンと組み合わせ、拡管して使用したとしても、拡管時に座屈することがなく、圧損が少ない状態で冷媒の輸送が出来、良好な熱交換性能を確保でき、コスト面でも問題の生じないという作用効果を得ることができる。
【００２０】
図２は本発明に係る第２実施形態のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管の横断面構造を示し、この実施形態の細管１０は、第１実施形態の細管１と同様、管本体１２の内周に突条型の放熱フィン１３が形成されている点、隣接する放熱フィン間にフィン溝１４が形成されている点、管本体１２が第１実施形態の構造と同等範囲の外径、肉厚、放熱フィン高さ、頂平部合計幅割合を満たす点については同等構造とされている。また、放熱フィン１３は管本体１２の横断面において、頂平部１３ａと傾斜部１３ｂ、１３ｂとから構成されている形状についても第１実施形態の構造と同様である。
【００２１】
この第２実施形態の細管１０において、先の第１実施形態の細管１と異なる点は、放熱フィン３が細管１０の内周面に沿ってその長さ方向に螺旋を描くように形成されている点である。
管本体１２の内部に形成されている複数の放熱フィン１３は全ての放熱フィン１３が同じピッチで螺旋状に形成されていて、放熱フィン１３の間に形成されているフィン溝１４についても管本体１２の内部において所定のピッチで螺旋を描くように形成されている。
また、管本体１２を横断面視した場合、図３（ａ）に示すように放熱フィン１３が傾斜していない状態（放熱フィン１３の横断面の中心軸線Ｓ１が管本体１２の径方向に沿う状態）に対し、本実施形態の放熱フィン１３は図３（ｂ）に示すように管本体１２を横断面視した状態において、放熱フィン１３の中心軸線Ｓ２が管本体１２の周面に対し、６０゜〜８０゜の範囲の傾斜角θ２で傾斜されている。換言すると、放熱フィン１３を横断面視した状態において、放熱フィン１３の中心軸線Ｓ２は管本体１２の径方向に対し１０〜３０゜（９０゜−θ２）の範囲で傾斜されている。
【００２２】
本実施形態の放熱フィン１３を備えた細管１０であっても、先の第１実施形態の細管１と同等の作用効果を得ることができる。この第２実施形態のように放熱フィン１３を管本体１２の長さ方向に螺旋状になるように形成することで、フィン溝１４についても管本体１２の長さ方向に螺旋状に形成されるので、管本体１２を冷媒が流れる際、冷媒との熱交換効率を良好にすることができる。
【００２３】
次に、放熱フィン１３の形状については、拡管時の加工に耐えるように構成することが好ましい。例えば、管本体１２の内部には３次元的に形状付与された放熱フィン１３が形成されているが、このような３次元形状を有した放熱フィン１３を備えた管本体１２をビュレットにより拡管する場合、放熱フィン１３が螺旋状に配置されていると、ビュレットが放熱フィン１３をそれらの捻り方向に沿って倒しつつ拡管してしまうことがある。
これを防止するためには、ビュレットが放熱フィン１３を倒すと想定される方向と反対側に予め放熱フィン１３を傾斜させておく必要がある。このように予め放熱フィン１３を傾斜させておくことで、ビュレットによる拡管後においても放熱フィン１３が潰れていない、目的の構造を提供できる。
【００２４】
例えば、一例として、管本体１２に対し螺旋状に放熱フィン１３が形成されている場合、管本体１２の一端側から他端側に向けてビュレットを挿入して管本体１２を拡管するので、ビュレットの挿入方向に沿って螺旋状の放熱フィン１３を倒す方向に力が作用するので、この倒れる方向と反対側、即ち、ビュレットを挿入する方向と反対側に向いて放熱フィン１３を予め倒しておけば良い。
このように放熱フィン１３を予めビュレットの挿入方向と反対方向に傾斜させる構成とすることで、拡管時にビュレットにより放熱フィン１３が倒れてしまうことを無くすることができる。よって、放熱フィン１３の倒れていない、しかも螺旋状に放熱フィン１３を配置した構造の管本体からなる熱交換器用のアルミニウム製細管を伝熱管として備えた熱交換器を得ることができる。
なお、先に説明した放熱フィン１３の形状については、図３（ｂ）に示す形状に限らず、図３（ｃ）に示すように頂平部２３ａとそれを挟む２つの傾斜部２３ｂ、２３ｂとからなる台形状の放熱フィン２３であって、左右の傾斜部２３ｂの長さを異ならせ、左右非対称の台形状に加工した形状の放熱フィン２３であっても良い。
この放熱フィン２３は頂平部２３ａを管本体の径方向に対し傾斜角θ３で傾斜させた放熱フィンとして表記できる。
また、先に説明した放熱フィン１３の形状については、図３（ｃ）に示す形状に限らず、図３（ｄ）に示すように頂平部３３ａとそれを挟む２つの傾斜部３３ｂ、３３ｂとからなる台形状の放熱フィン３３であって、左右の傾斜部３３ｂの傾斜角度が同一とされ、左右の傾斜部３３ｂの高さを異ならせて台形状に加工した形状の放熱フィン３３であっても良い。
この放熱フィン３３は頂平部３３ａを管本体の内底面（図３（ｄ）では内底面と平行な線）に対する傾斜角θ４で傾斜させた放熱フィンとして表記できる。
【００２５】
図４は放熱フィン１３を形成した管本体１２を加工して放熱フィン１３を傾斜させるための方法の一例を示すもので、巻胴３５の外周面に図１に示す断面構造の管本体２を巻き付け、巻き付け後に巻胴３５の軸方向と平行方向に管本体２を引き抜く引張加工を施すことで、図２に示す断面構造であって、管本体１２の内部に螺旋状に旋回させた放熱フィン１３を備えた細管１０を得ることができる。なお、この方法で細管１０を作製する場合、放熱フィン１３を予め目的の方向に倒した状態で細管を作製することができる。
【００２６】
例えば、細管を拡管する場合、図５（ａ）に示すように放熱フィン１３’を一方向に倒すように所定の角度傾斜させて形成しておき、図５（ａ）の左側から右側に向けてビュレットを挿通させて拡管すると、放熱フィン１３を図５（ｂ）に示すようにほぼ直立するように変形させることができる。なお、図５（ｂ）は管本体１２の部分断面を簡略的に示すので放熱フィン１３が螺旋状には描かれてはいないが、放熱フィン１３は管本体１２の内周面に沿って螺旋状に形成されているものとする。
以上説明のように予め所定の方向に倒れさせた状態で管本体の内面に螺旋状に複数の放熱フィン１３’を図５（ａ）に示すように形成することができるので、この放熱フィン１３’を備えた細管を熱交換器の伝熱管としてフィンの挿通孔に挿通し拡管することで、図５（ｂ）に示すように倒れていない状態の螺旋状に配置した放熱フィン１３を備えた細管１０を熱交換器用の伝熱管として組み込むことができる。
【００２７】
図６は、前述の構成の放熱フィン３あるいは放熱フィン１３を備えた熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器３０は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製のフィン材を多層積層した構成のフィン３１に対し、このフィン３１を貫通するように細管１あるいは細管１０が接合されている。
フィン３１を貫通した細管１あるいは細管１０の端部にはエルボ管３２を接合することで細管１あるいは細管１０が蛇行管として構成されている。
図６に示す構成の熱交換器３０は、前述の構造の細管１あるいは細管１０を有しているので、銅の細管を備えた構造よりも低コストで製造することができ、また、細管１、１０を備えているので、拡管時の座屈が生じていない細管１、１０からなる伝熱管を備え、フィン３１に対する接合状態の良好な伝熱管を備えた熱交換器３０を提供できる。
【実施例】
【００２８】
ＪＩＳ規定３００３合金を押出加工して図１に示す形状と図２に示す形状のアルミニウム製細管を複数作成した。
図１に示す構造の細管は通常の押出で作製した。また、図２に示す細管の構造は、図１に示す構造のアルミニウム製細管を製造後、円筒状の巻胴に細管を巻き付け、巻き付け後に巻胴の中心軸と平行な方向に巻胴の周面から引き剥がすように細管を引っ張ることで形成した。
【００２９】
細管の外径、肉厚、放熱フィン高さ（頂平部の中央の高さ）、頂平部合計幅割合、山頂角、山頂平部傾斜角、放熱フィンの傾斜形態について以下の表１に示すように設定してそれぞれ試料を作製した。
表１において肉厚とは、フィン溝部分における管本体の肉厚、山頂角とは放熱フィンの２つの傾斜部のなす角度、山頂平部傾斜角とは管本体をねじり加工して螺旋状の放熱フィンを管本体の径方向に対して所定の角度倒す場合の倒す角度、放熱フィン傾斜形態とは、図３（ｂ）に示す形状（１つの放熱フィンを横断面視した場合にその放熱フィン全体がその中心軸線を傾斜させて傾斜された状態）か、図３（ｃ）に示す状態（放熱フィンの頂平部のみ傾斜した状態）のいずれかであることを意味する。
表１において拡管性評価基準は以下の通りである。
◎拡管性良好。
○拡管率狙い値を若干下回り、外部フィンとの密着が若干悪い。
△コアの座屈こそ生じないものの、拡管荷重が高い、あるいは拡管率が低く、外部フィンとの密着が悪い。
×拡管荷重が高く、コアが座屈、あるいは拡管率狙い値を明らかに下回り、外部フィンとの密着が悪い。
表１において破壊圧力評価基準は、５ＭＰａ以下ＮＧ、圧損判断基準は、１００ＭＰａ以上をＮＧとした。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示す結果から、比較例１の試料では管本体の外径を２ｍｍ未満としたので冷媒を流す際の圧損が大きくなり、比較例２の試料では管本体の外径を５ｍｍを超える値としたので耐圧が不足した。このことから細管の外径について、２〜５ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
比較例３の試料では、肉厚が０．１ｍｍ未満であるので、耐圧不足となり、比較例４の試料では、肉厚が０．６ｍｍを超える０．８ｍｍであるのでコスト高となった。このことから肉厚について、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
【００３２】
比較例５の試料では、放熱フィン高さが０．０５ｍｍ未満の０．０３ｍｍであるので、拡管時に放熱フィンが潰れる結果となり、拡管加重が高くなってコアの座屈が生じ、比較例６の試料では、放熱フィン高さが０．３５ｍｍを超える０．４ｍｍであるので圧損が大きくなった。このことから放熱フィン高さについて、０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
比較例７の試料では、頂平部合計幅の割合が２０％未満の１５％であるので、拡管時に放熱フィンが潰れる結果となり、拡管加重が高くなってコアの座屈が生じ、比較例８の試料では、頂平部合計幅の割合が８０％を超える８５％であるので拡管荷重が大きくなった。このことから頂平部合計幅の割合について、２０〜８０％の範囲が望ましいと判断できる。
【００３３】
比較例９の試料では、フィン溝数が２０を下回る１５であるので、拡管時にコアが座屈する結果となり、比較例１０の試料では、フィン溝数が６０を超える６５であるので圧損が大きくなった。このことからフィン溝数について、２０〜６０の範囲が望ましいと判断できる。
実施例２３の試料では、山頂角が１０゜未満の５゜であるので、やや拡管不足の結果となり、実施例２４の試料では、山頂角が６０゜を超える６５゜であるのでやや拡管荷重が大きくなった。このことから山頂角について、１０゜〜６０゜の範囲が望ましいと判断できる。
実施例２５の試料では、山頂平部傾斜状態が１０゜未満の５゜であるので、やや拡管不足の結果となり、実施例２６の試料では、山頂平部傾斜状態が３０゜を超える３５゜であるのでやや圧損大となった。
【００３４】
以上説明したように、本発明の範囲とした実施例１〜２８の試料は、好適な外径、肉厚、放熱フィン高さ、フィン溝数、頂平部合計幅割合、好適な山頂角を有するので、拡管時に放熱フィンを潰すことなくフィンに接合でき、拡管時に座屈や折損のおそれのない熱交換器用アルミニウム製細管として提供できる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１０…細管、２、１２…管本体、３、１３、１３’、２３…放熱フィン、３ａ、１３ａ、２３ａ…頂平部、３ｂ、１３ｂ、２３ｂ…傾斜部、４、１４…フィン溝、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…中心軸線、θ１…山頂角、θ２、θ３、θ４…傾斜角、３０…熱交換器、３１…フィン、３２…エルボ管。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内面溝付き型の熱交換器用アルミニウム細管およびこれを用いた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアコン用の熱交換器は、主として、ヘアピン状に折曲加工した銅管からなる伝熱管と、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材からなるフィン（以下、アルミニウムフィンと略称する）とから構成されている。例えば、熱交換器の伝熱部は、Ｕ字状に折曲加工した銅管からなる伝熱管をアルミニウムフィンの貫通孔に挿通し、Ｕ字状の伝熱管内にビュレットと称される治具を挿入して拡管することにより、伝熱管とアルミニウムフィンとを密着させている。そして、このＵ字状の伝熱管の開放端を拡管してこの拡管開放部に同じくＵ字状に折曲加工したベンド管を挿入し、このベンド管をろう付けすることで銅管を接続し、熱交換器としている。
【０００３】
従来、銅管からエアコン用の熱交換器の伝熱部を構成する場合、銅管の組成や金属組織を改善し銅管の構成材料の組成改善、組織改善を行うことが必要であり、以下の特許文献１に記載のように組成を調整して引張強さを改善し、結晶組織の改善を行って集合組織を誘導するなどの改善策がなされてきた。
【０００４】
エアコン用熱交換器の性能向上のため、伝熱部を構成する銅管はその形状や組織、組成の面で種々の改良がなされてきているが、近年の資源、エネルギー事情の高まりを背景として、東南アジア等の諸外国においてインフラ整備が急速に進められている関係から、送電線用途などとして銅の需要が急速に高まり、銅のコストが高騰し始めている。
そこで、銅よりも安価な金属で加工性に富み、熱交換器用の一部構成材料として多用されているアルミニウムを用いて伝熱管を構成しようとする試みがなされている。
【０００５】
銅管からなる伝熱管の置き換えとしてアルミニウム製の伝熱管とした場合、アルミニウムが銅よりも変形し易いことに鑑み、アルミニウム製の伝熱管の内面に溝を形成しておき、ビュレットが溝を介し伝熱管の拡管を行う場合に、好適な溝形状を検討し、伝熱管の変形を抑制しようとした技術が特許文献２に開示されている。
即ち、伝熱管を拡管する際、ビュレットと称される拡張子を伝熱管の内側に挿通して伝熱管の管壁を塑性変形させて拡張するので、その塑性変形分を考慮して好適な溝形状を工夫すると、拡管後において良好な溝形状の伝熱管を得ることができる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１０２６９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
アルミニウムからなる伝熱管を熱交換器に適用する場合において、伝熱管を細径化すると、伝熱管が高耐圧化したことになるので、伝熱管を薄肉化することができる。また、熱交換器の性能向上を図るために、冷媒通路を狭くした場合、冷媒の流速向上に直結するので、伝熱管を細管として薄肉化することが熱交換器の内部熱伝達効率が良好になることを意味する。
上述のような背景から、熱交換器用の伝熱管は薄肉化がなされ、熱交換器としての更なる高性能化の面から、アルミニウム製の外径２〜５ｍｍ程度の細管が検討されている。
しかし、外径２〜５ｍｍ程度の細管を伝熱管として使用すると、細管の内面に溝を形成した場合、拡管時にビュレットを挿通させる場合の抵抗が大きくなり、細管が変形するか座屈する問題がある。
【０００８】
先の特許文献２に記載の技術によれば、伝熱管の外径が７ｍｍ程度のサイズの場合の熱交換器について望ましい溝形状が検討されたが、熱交換器の更なる性能改善、伝熱管の薄型化に伴い、アルミニウム製の外径２〜５ｍｍ程度の細管が使用される場合は、伝熱管の肉厚が薄く、座屈や変形し易い問題が顕在化するので、アルミニウム製であって、細径化した伝熱管において、特別な溝形状を検討する必要があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、熱交換器用であって、外径２〜５ｍｍに細径化したアルミニウム製の細管において、座屈や変形を引き起こすことなく拡管が可能な熱交換器用アルミニウム製細管とそれを備えた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】
【００１０】
本発明の熱交換器用細管は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、放熱フィンの高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の熱交換器用細管は、前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有する等脚台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす山頂角が１０゜以上、６０゜以下とされたことを特徴とする。
本発明の熱交換器用細管は、前記管本体の横断面において前記全ての放熱フィンの中心軸が前記管本体の径方向に対し１０゜以上、３０゜以下の角度で傾斜されてなることを特徴とする。
本発明の熱交換器用細管は、前記放熱フィンの横断面形状において、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有し、前記２つの傾斜部の傾斜角度を同一、前記２つの傾斜部の高さを相違させて台形状に形成され、前記２つの傾斜部の前記管本体の内底面に対する山頂角が１０゜以上、３０゜以下とされたことを特徴とする。
本発明の熱交換器は、先のいずれかに記載の熱交換器用細管を伝熱管として備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、外径２〜５ｍｍの細管からなる伝熱管であっても、熱交換器用として放熱フィンが好適な大きさと間隔で形成された溝付き細管とされているので、座屈や変形を引き起こすことなく拡管することができ、熱交換器用伝熱管として利用できる。
また、本発明に係る細管であるならば、拡管後において好適な放熱フィン形状とフィン高さとフィン数、並びに、放熱フィン高さとフィン溝数を確保できるので、熱交換器用の伝熱管とした場合に良好な熱交換効率の熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る第１実施形態の熱交換器用アルミニウム細管を示す横断面図。
【図２】本発明に係る第２実施形態の熱交換器用アルミニウム細管を示す横断面図。
【図３】図１と図２に示す熱交換器用アルミニウム細管に形成されている放熱フィンの一例を示すもので、図３（ａ）は放熱フィンの山頂角を示す図、図３（ｂ）は捻り状態とした放熱フィンの傾斜部の傾斜角度を示す図、図３（ｃ）は放熱フィンの捻り状態の他の例を示す図、図３（ｄ）は放熱フィン傾斜形態が頂平部のみの場合の例を示す図。
【図４】図２に示す捻り状態とした細管を得るための加工方法の一例を示す説明図。
【図５】図５は捻り加工前後の放熱フィンを示すもので、図５（ａ）は捻り加工を考慮した場合に捻り加工する前の放熱フィンに与えた傾斜状態の一例を示す説明図、図５（ｂ）は捻り加工を考慮した構造とした場合に捻り加工した後の放熱フィンを示す説明図。
【図６】図６は本発明に係るアルミニウム細管を備えた熱交換器の一例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に制限されるものではない。
図１は本発明に係る第１実施形態のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管の横断面構造を拡大して示す図であり、この第１実施形態の細管１は、直径数ｍｍ、例えば、直径２〜５ｍｍ程度の管本体２の内部に複数の突条型の放熱フィン３が形成されてなる。放熱フィン３は、それぞれ管本体２の内周面から管本体２の中心に向いて突出形成され、管本体２の内面全長に渡り延在するように、管本体２の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されている。
本実施形態の放熱フィン３は、管本体２の横断面において、管本体２の中心に向く平坦な頂平部３ａとこの頂平部３ａを挟むように延在する傾斜部３ｂ、３ｂとを有する横断面視等脚台形状に形成されている。これらの放熱フィン３は、管本体２の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されているので、管本体２の内周面に沿って隣接する放熱フィン３、３の間にフィン溝４が形成されている。
【００１５】
前記細管１を構成する管本体２は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる。本明細書ではアルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる細管１について略称してアルミニウム細管と称する。この細管１を構成するアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用することができる。勿論、これら以外にＪＩＳに規定されている５０００系〜７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて管本体２を構成しても良いのは勿論である。
【００１６】
前記管本体２の外径は、２ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。管本体２の外径が２ｍｍ未満であると、現状の押出技術によりアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管として管本体２を押出形成することが困難となり、管本体２の外径が５ｍｍを超えると熱交換器用伝熱管とする場合に耐圧が不足して必要な薄肉化が困難となる。
管本体２において放熱フィン３を除いた部分の肉厚、換言するとフィン溝４の部分に対応する管本体２の肉厚（底肉厚）は、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲が好ましい。肉厚が０．１ｍｍ未満であると熱交換器用伝熱管として見た場合に破壊圧力が不足となり、０．６ｍｍを超える肉厚ではアルミニウム材料が多く必要になり製造コストが上昇してしまう。
【００１７】
管本体２において内面溝高さ、換言すると、放熱フィン３の高さは０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲が好ましい。放熱フィン３の高さが０．０５ｍｍ未満では拡管時に潰れてしまい、フィンが消失し、拡管荷重が増大するおそれがあり、放熱フィン３の高さが０．３５ｍｍを超えるようであると、熱交換器用伝熱管として圧損が高くなり、押出加工で成形不可となる傾向がある。
放熱フィン３において、頂平部３ａを挟む２つの傾斜部３ｂ、３ｂが成す角度（山頂角）は、１０゜〜６０゜の範囲が好ましい。図３（ａ）に放熱フィン３の山頂角θ１の一例を示すが、放熱フィン３を横断面視した場合、頂平部３ａを挟む２つの傾斜部３ｂの延長線が交わって形成される角度θ１を山頂角と定義する。
山頂角が１０゜未満の場合、拡管時に放熱フィン３が潰れ易くなり、拡管不足になり易く、６０゜を超える山頂角では、拡管荷重が大きくなり、座屈の問題を生じるおそれがある。
【００１８】
管本体２において頂平部合計幅の割合（管本体２の横断面においてフィン溝４が存在する位置に対応する管本体２の底面周長に対し、管本体２の内周に沿って存在する全ての頂平部３ａの合計幅の割合）は、２０％〜８０％の範囲であることが望ましい。頂平部合計幅の割合は、具体的には、図１に示すように管本体２の内周に沿ってｎ個（ｎは自然数）の放熱フィン３が形成され、放熱フィン３の頂平部の幅をａ１〜ａｎとし、それら放熱フィン３、３の間にフィン溝４が形成されている場合、管本体２の底面周長に対し、以下の（１）式で示される関係となる。
頂平部合計幅の割合＝｛（ａ１＋ａ２＋ａ３＋ａ４＋…＋ａｎ）／底面周長｝×１００ …（１）
頂平部合計幅の割合が２０％未満では拡管時に放熱フィン３に荷重が集中するため、潰れる可能性があり、頂平部合計幅の割合が８０％を超えると、拡管荷重が高くなり、管本体２が座屈する可能性がある。
【００１９】
管本体２において管本体２の周方向に沿うフィン溝４の数（換言すると管本体２の周方向に沿う放熱フィン３の山数）は、２０〜６０の範囲が好ましい。フィン溝４の数が２０未満では放熱フィン３に荷重が集中するため、拡管時に放熱フィン３が潰れる可能性があり、フィン溝４の数が６０を超えると拡管荷重が高くなり、管本体２が座屈する可能性が高くなる。
管本体２において、前記の範囲の外径、肉厚、放熱フィン高さ、頂平部合計幅の割合を満たすならば、前記構造の管本体２を熱交換器用の伝熱管としてフィンと組み合わせ、拡管して使用したとしても、拡管時に座屈することがなく、圧損が少ない状態で冷媒の輸送が出来、良好な熱交換性能を確保でき、コスト面でも問題の生じないという作用効果を得ることができる。
【００２０】
図２は本発明に係る第２実施形態のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の細管の横断面構造を示し、この実施形態の細管１０は、第１実施形態の細管１と同様、管本体１２の内周に突条型の放熱フィン１３が形成されている点、隣接する放熱フィン間にフィン溝１４が形成されている点、管本体１２が第１実施形態の構造と同等範囲の外径、肉厚、放熱フィン高さ、頂平部合計幅割合を満たす点については同等構造とされている。また、放熱フィン１３は管本体１２の横断面において、頂平部１３ａと傾斜部１３ｂ、１３ｂとから構成されている形状についても第１実施形態の構造と同様である。
【００２１】
この第２実施形態の細管１０において、先の第１実施形態の細管１と異なる点は、放熱フィン３が細管１０の内周面に沿ってその長さ方向に螺旋を描くように形成されている点である。
管本体１２の内部に形成されている複数の放熱フィン１３は全ての放熱フィン１３が同じピッチで螺旋状に形成されていて、放熱フィン１３の間に形成されているフィン溝１４についても管本体１２の内部において所定のピッチで螺旋を描くように形成されている。
また、管本体１２を横断面視した場合、図３（ａ）に示すように放熱フィン１３が傾斜していない状態（放熱フィン１３の横断面の中心軸線Ｓ１が管本体１２の径方向に沿う状態）に対し、本実施形態の放熱フィン１３は図３（ｂ）に示すように管本体１２を横断面視した状態において、放熱フィン１３の中心軸線Ｓ２が管本体１２の周面に対し、６０゜〜８０゜の範囲の傾斜角θ２で傾斜されている。換言すると、放熱フィン１３を横断面視した状態において、放熱フィン１３の中心軸線Ｓ２は管本体１２の径方向に対し１０〜３０゜（９０゜−θ２）の範囲で傾斜されている。
【００２２】
本実施形態の放熱フィン１３を備えた細管１０であっても、先の第１実施形態の細管１と同等の作用効果を得ることができる。この第２実施形態のように放熱フィン１３を管本体１２の長さ方向に螺旋状になるように形成することで、フィン溝１４についても管本体１２の長さ方向に螺旋状に形成されるので、管本体１２を冷媒が流れる際、冷媒との熱交換効率を良好にすることができる。
【００２３】
次に、放熱フィン１３の形状については、拡管時の加工に耐えるように構成することが好ましい。例えば、管本体１２の内部には３次元的に形状付与された放熱フィン１３が形成されているが、このような３次元形状を有した放熱フィン１３を備えた管本体１２をビュレットにより拡管する場合、放熱フィン１３が螺旋状に配置されていると、ビュレットが放熱フィン１３をそれらの捻り方向に沿って倒しつつ拡管してしまうことがある。
これを防止するためには、ビュレットが放熱フィン１３を倒すと想定される方向と反対側に予め放熱フィン１３を傾斜させておく必要がある。このように予め放熱フィン１３を傾斜させておくことで、ビュレットによる拡管後においても放熱フィン１３が潰れていない、目的の構造を提供できる。
【００２４】
例えば、一例として、管本体１２に対し螺旋状に放熱フィン１３が形成されている場合、管本体１２の一端側から他端側に向けてビュレットを挿入して管本体１２を拡管するので、ビュレットの挿入方向に沿って螺旋状の放熱フィン１３を倒す方向に力が作用するので、この倒れる方向と反対側、即ち、ビュレットを挿入する方向と反対側に向いて放熱フィン１３を予め倒しておけば良い。
このように放熱フィン１３を予めビュレットの挿入方向と反対方向に傾斜させる構成とすることで、拡管時にビュレットにより放熱フィン１３が倒れてしまうことを無くすることができる。よって、放熱フィン１３の倒れていない、しかも螺旋状に放熱フィン１３を配置した構造の管本体からなる熱交換器用のアルミニウム製細管を伝熱管として備えた熱交換器を得ることができる。
なお、先に説明した放熱フィン１３の形状については、図３（ｂ）に示す形状に限らず、図３（ｃ）に示すように頂平部２３ａとそれを挟む２つの傾斜部２３ｂ、２３ｂとからなる台形状の放熱フィン２３であって、左右の傾斜部２３ｂの長さを異ならせ、左右非対称の台形状に加工した形状の放熱フィン２３であっても良い。
この放熱フィン２３は頂平部２３ａを管本体の径方向に対し傾斜角θ３で傾斜させた放熱フィンとして表記できる。
また、先に説明した放熱フィン１３の形状については、図３（ｃ）に示す形状に限らず、図３（ｄ）に示すように頂平部３３ａとそれを挟む２つの傾斜部３３ｂ、３３ｂとからなる台形状の放熱フィン３３であって、左右の傾斜部３３ｂの傾斜角度が同一とされ、左右の傾斜部３３ｂの高さを異ならせて台形状に加工した形状の放熱フィン３３であっても良い。
この放熱フィン３３は頂平部３３ａを管本体の内底面（図３（ｄ）では内底面と平行な線）に対する傾斜角θ４で傾斜させた放熱フィンとして表記できる。
【００２５】
図４は放熱フィン１３を形成した管本体１２を加工して放熱フィン１３を傾斜させるための方法の一例を示すもので、巻胴３５の外周面に図１に示す断面構造の管本体２を巻き付け、巻き付け後に巻胴３５の軸方向と平行方向に管本体２を引き抜く引張加工を施すことで、図２に示す断面構造であって、管本体１２の内部に螺旋状に旋回させた放熱フィン１３を備えた細管１０を得ることができる。なお、この方法で細管１０を作製する場合、放熱フィン１３を予め目的の方向に倒した状態で細管を作製することができる。
【００２６】
例えば、細管を拡管する場合、図５（ａ）に示すように放熱フィン１３’を一方向に倒すように所定の角度傾斜させて形成しておき、図５（ａ）の左側から右側に向けてビュレットを挿通させて拡管すると、放熱フィン１３を図５（ｂ）に示すようにほぼ直立するように変形させることができる。なお、図５（ｂ）は管本体１２の部分断面を簡略的に示すので放熱フィン１３が螺旋状には描かれてはいないが、放熱フィン１３は管本体１２の内周面に沿って螺旋状に形成されているものとする。
以上説明のように予め所定の方向に倒れさせた状態で管本体の内面に螺旋状に複数の放熱フィン１３’を図５（ａ）に示すように形成することができるので、この放熱フィン１３’を備えた細管を熱交換器の伝熱管としてフィンの挿通孔に挿通し拡管することで、図５（ｂ）に示すように倒れていない状態の螺旋状に配置した放熱フィン１３を備えた細管１０を熱交換器用の伝熱管として組み込むことができる。
【００２７】
図６は、前述の構成の放熱フィン３あるいは放熱フィン１３を備えた熱交換器の一例を示すもので、この例の熱交換器３０は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金製のフィン材を多層積層した構成のフィン３１に対し、このフィン３１を貫通するように細管１あるいは細管１０が接合されている。
フィン３１を貫通した細管１あるいは細管１０の端部にはエルボ管３２を接合することで細管１あるいは細管１０が蛇行管として構成されている。
図６に示す構成の熱交換器３０は、前述の構造の細管１あるいは細管１０を有しているので、銅の細管を備えた構造よりも低コストで製造することができ、また、細管１、１０を備えているので、拡管時の座屈が生じていない細管１、１０からなる伝熱管を備え、フィン３１に対する接合状態の良好な伝熱管を備えた熱交換器３０を提供できる。
【実施例】
【００２８】
ＪＩＳ規定３００３合金を押出加工して図１に示す形状と図２に示す形状のアルミニウム製細管を複数作成した。
図１に示す構造の細管は通常の押出で作製した。また、図２に示す細管の構造は、図１に示す構造のアルミニウム製細管を製造後、円筒状の巻胴に細管を巻き付け、巻き付け後に巻胴の中心軸と平行な方向に巻胴の周面から引き剥がすように細管を引っ張ることで形成した。
【００２９】
細管の外径、肉厚、放熱フィン高さ（頂平部の中央の高さ）、頂平部合計幅割合、山頂角、山頂平部傾斜角、放熱フィンの傾斜形態について以下の表１に示すように設定してそれぞれ試料を作製した。
表１において肉厚とは、フィン溝部分における管本体の肉厚、山頂角とは放熱フィンの２つの傾斜部のなす角度、山頂平部傾斜角とは管本体をねじり加工して螺旋状の放熱フィンを管本体の径方向に対して所定の角度倒す場合の倒す角度、放熱フィン傾斜形態とは、図３（ｂ）に示す形状（１つの放熱フィンを横断面視した場合にその放熱フィン全体がその中心軸線を傾斜させて傾斜された状態）か、図３（ｃ）に示す状態（放熱フィンの頂平部のみ傾斜した状態）のいずれかであることを意味する。
表１において拡管性評価基準は以下の通りである。
◎拡管性良好。
○拡管率狙い値を若干下回り、外部フィンとの密着が若干悪い。
△コアの座屈こそ生じないものの、拡管荷重が高い、あるいは拡管率が低く、外部フィンとの密着が悪い。
×拡管荷重が高く、コアが座屈、あるいは拡管率狙い値を明らかに下回り、外部フィンとの密着が悪い。
表１において破壊圧力評価基準は、５ＭＰａ以下ＮＧ、圧損判断基準は、１００ＭＰａ以上をＮＧとした。
【００３０】
【表１】
【００３１】
表１に示す結果から、比較例１の試料では管本体の外径を２ｍｍ未満としたので冷媒を流す際の圧損が大きくなり、比較例２の試料では管本体の外径を５ｍｍを超える値としたので耐圧が不足した。このことから細管の外径について、２〜５ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
比較例３の試料では、肉厚が０．１ｍｍ未満であるので、耐圧不足となり、比較例４の試料では、肉厚が０．６ｍｍを超える０．８ｍｍであるのでコスト高となった。このことから肉厚について、０．１ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
【００３２】
比較例５の試料では、放熱フィン高さが０．０５ｍｍ未満の０．０３ｍｍであるので、拡管時に放熱フィンが潰れる結果となり、拡管加重が高くなってコアの座屈が生じ、比較例６の試料では、放熱フィン高さが０．３５ｍｍを超える０．４ｍｍであるので圧損が大きくなった。このことから放熱フィン高さについて、０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲が望ましいと判断できる。
比較例７の試料では、頂平部合計幅の割合が２０％未満の１５％であるので、拡管時に放熱フィンが潰れる結果となり、拡管加重が高くなってコアの座屈が生じ、比較例８の試料では、頂平部合計幅の割合が８０％を超える８５％であるので拡管荷重が大きくなった。このことから頂平部合計幅の割合について、２０〜８０％の範囲が望ましいと判断できる。
【００３３】
比較例９の試料では、フィン溝数が２０を下回る１５であるので、拡管時にコアが座屈する結果となり、比較例１０の試料では、フィン溝数が６０を超える６５であるので圧損が大きくなった。このことからフィン溝数について、２０〜６０の範囲が望ましいと判断できる。
実施例２３の試料では、山頂角が１０゜未満の５゜であるので、やや拡管不足の結果となり、実施例２４の試料では、山頂角が６０゜を超える６５゜であるのでやや拡管荷重が大きくなった。このことから山頂角について、１０゜〜６０゜の範囲が望ましいと判断できる。
実施例２５の試料では、山頂平部傾斜状態が１０゜未満の５゜であるので、やや拡管不足の結果となり、実施例２６の試料では、山頂平部傾斜状態が３０゜を超える３５゜であるのでやや圧損大となった。
【００３４】
以上説明したように、本発明の範囲とした実施例１〜２８の試料は、好適な外径、肉厚、放熱フィン高さ、フィン溝数、頂平部合計幅割合、好適な山頂角を有するので、拡管時に放熱フィンを潰すことなくフィンに接合でき、拡管時に座屈や折損のおそれのない熱交換器用アルミニウム製細管として提供できる。
【符号の説明】
【００３５】
１、１０…細管、２、１２…管本体、３、１３、１３’、２３…放熱フィン、３ａ、１３ａ、２３ａ…頂平部、３ｂ、１３ｂ、２３ｂ…傾斜部、４、１４…フィン溝、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…中心軸線、θ１…山頂角、θ２、θ３、θ４…傾斜角、３０…熱交換器、３１…フィン、３２…エルボ管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、前記放熱フィン高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下である熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項２】
前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有する等脚台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす山頂角が１０゜以上、６０゜以下とされた請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項３】
前記管本体の横断面において前記全ての放熱フィンの中心軸が前記管本体の径方向に対し１０゜以上、３０゜以下の角度で傾斜されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項４】
前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有し、前記２つの傾斜部の傾斜角度を同一、前記２つの傾斜部の高さを相違させて台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす頂平部の前記管本体の内底面に対する傾斜角度が１０゜以上、３０゜以下とされた請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウム細管を伝熱管として備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる外径２ｍｍ以上、５ｍｍ以下の熱交換器用伝熱管とする管本体からなる細管であり、管本体の内面に、管本体の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが管本体の内周方向に沿って間隔をあけて略均等に複数形成され、これら放熱フィンの間に複数のフィン溝が形成され、該フィン溝の部分の管本体の肉厚が０．１ｍｍ以上、０．６ｍｍ以下、前記放熱フィン高さが０．０５ｍｍ以上、０．３５ｍｍ以下、前記フィン溝の数が２０以上、６０以下、前記管本体内周の周方向に存在する複数の放熱フィンの頂平部合計幅が前記管本体の内底面全周長に対する割合で２０％以上、８０％以下である熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項２】
前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有する等脚台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす山頂角が１０゜以上、６０゜以下とされた請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項３】
前記管本体の横断面において前記全ての放熱フィンの中心軸が前記管本体の径方向に対し１０゜以上、３０゜以下の角度で傾斜されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項４】
前記放熱フィンの横断面形状が、頂平部とそれを挟む２つの傾斜部を有し、前記２つの傾斜部の傾斜角度を同一、前記２つの傾斜部の高さを相違させて台形状に形成され、前記２つの傾斜部のなす頂平部の前記管本体の内底面に対する傾斜角度が１０゜以上、３０゜以下とされた請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム細管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器用アルミニウム細管を伝熱管として備えたことを特徴とする熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−９２３３５（Ｐ２０１３−９２３３５Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６０６５（Ｐ２０１１−２３６０６５）
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【出願人】（０００１７６７０７）三菱アルミニウム株式会社 (446)
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