JP2001289585A

JP2001289585A - 内面溝付きアルミニウム管およびこれを用いた熱交換器

Info

Publication number: JP2001289585A
Application number: JP2000103658A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kawanishi; 祥文川西; Akira Inamura; 明稲村
Original assignee: Mitsubishi Aluminum Co Ltd
Current assignee: MA Aluminum Corp
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器の伝熱管として有用で、銅管と同等
あるいはそれ以上の伝熱特性を有するアルミニウム管を
得ること、また分解しやすく、リサイクルしやすいオー
ルアルミニウムの熱交換器を得る。【解決手段】管本体２１の内面に、管の長手方向に延
在する突条型の拡管用フィン２４が複数、管本体２１の
内周方向に略均等に形成され、それぞれの拡管用フィン
２４と拡管用フィン２４との間に、拡管用フィン２４よ
りも高さが低く管の長手方向に延在する突条型の放熱フ
ィン２２が１条または複数条形成されなり、これらの拡
管用フィン２４および放熱フィン２２により管本体２１
の内面に複数のフィン溝２３が形成されたことを特徴と
する内面溝付きアルミニウム管を提供し、これを熱交換
器の伝熱管に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に組み込
まれる伝熱管として用いられるリサイクルに有用な内面
溝付きアルミニウム管とこれを備えた熱交換器に関する
ものであり、詳しくは、熱交換器に組み込む際の拡管時
の加工性が良好で、かつ高い熱交換率を有するアルミニ
ウム管と、これを備えた熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭用や業務用のルームエアコン
等の熱交換器の普及は目覚ましく、日常生活における快
適さの実現にはなくてはならないものとなっている。こ
のような熱交換器は、主に、図１５に示すような薄い板
状に加工された複数のプレートフィン５、５…と、この
複数のプレートフィン５、５…を貫通して設けられた伝
熱管１…により構成されている。なお、この図１５は一
部の構造を示す概略図であり、実際にはプレートフィン
同士の間隔は、図１５に示すものよりも狭くされるとと
もに、伝熱管１が複数設けられ、これらの伝熱管１同士
が端部において接続されて、その内部を冷媒が循環する
構成とされている。

【０００３】上記プレートフィン５としては、軽量性、
加工性及び熱伝導性に優れるという点からアルミニウム
やアルミニウム合金が広く用いられる。プレートフィン
５においては、薄肉化、高強度化が進められるととも
に、表面処理技術の進歩による表面の親水性、耐食性の
向上等の研究が進められて高機能化が促進されている。
また、伝熱管１は、主に熱伝達性、加工性、強度等が優
れていることから銅管が広く用いられている。この銅管
においては、高伝熱性能が実現され、細径化、薄肉化等
が進められて高機能化が促進されている。

【０００４】このようなプレートフィン５と伝熱管１
は、拡管工程により一体化されて熱交換器に組み込まれ
る。このような拡管工程は、図１６および図１７に示す
ようにして行われる。まず、伝熱管１が通りやすい程度
に伝熱管１の外径よりも直径が大きくされたプレートフ
ィン５、５…の固定穴５ａ、５ａ…に、伝熱管１を貫通
させる。ついで、伝熱管１の内径よりも大きい外径を有
する球状部６を備えた拡開ロッド７を、伝熱管１の内部
に通過させることによって、伝熱管１を内部から押し広
げて拡径し（拡管）、上記固定穴５ａ、５ａ…との隙間
をなくして、複数のプレートフィン５、５…に伝熱管１
を固着し、伝熱管１が抜けないようにして完了する。

【０００５】また、伝熱管１として用いられる銅管とし
ては、図１８および図１９に示すようなものが知られて
いる。この銅管１０の内面には、突条型の放熱フィン２
を多数、管の内面に沿って周方向に形成することで溝３
…が形成されており、このような構造を有することによ
って管内面の表面積を大きくし、また冷媒の凝集性、流
れ性を高めて熱交換率を向上させている。このように、
銅管１０においては、その内面構造を工夫することによ
って熱交換率を向上させる研究が進められている。

【０００６】一方、近年、地球環境保全の重要性が社会
の共通認識となり、新製品開発においては、製品の高品
質、高機能商品化とともに、省資源、省エネルギー、省
スペース等の環境を配慮した設計が求められている。ま
た、これらの環境保全の観点から、近年施行予定の特定
家庭用機器再商品化法（リサイクル法）では、使用済み
家電（エアコン、冷蔵庫、テレビ、洗濯機）をメーカー
が引き取り、リサイクルを促進することが義務づけられ
る。このように、今後の熱交換器の開発には、さらなる
コストダウン、軽量化、高品質化、高機能化を目的とし
ながらも、環境負荷の低減を目的として、分解しやす
く、リサイクルしやすい製品の開発が不可欠となってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、熱交換器に
求められる高品質化や高機能化の研究をさらに進めると
ともに、このような熱交換器における環境負荷の低減を
目指し、そのために、リサイクルのしやすさ、分解のし
やすさ等を兼ね備えた熱交換器を得ることを最終目的と
している。そして、このためには、伝熱管をアルミニウ
ムから作製し、オールアルミニウム製の熱交換器を開発
することが有効とされる。このようなオールアルミニウ
ムの熱交換器を得るためには、まず伝熱管として、銅管
と同等あるいはそれ以上の伝熱性能を有するアルミニウ
ム管を得ることが必要である。

【０００８】しかしながら、アルミニウムは、銅と比較
し変形抵抗が低く変形しやすいため、銅管と同様の断面
形状の加工を施して、上記銅管と同等あるいはそれ以上
の伝熱特性を得ることは種々の問題があり、不可能であ
った。例えば、図２０に示すように、アルミニウム管１
１において、銅管１０と同様にして、放熱フィン２と同
形状の放熱フィン１２を内面に形成したとしても、上述
の拡管工程時に、拡開ロッド７による押圧により、放熱
フィン１２、１２…の頭部、あるいは全部が押しつぶさ
れて変形してしまい、拡管後に、フィン溝１３、１３…
に冷媒が入り込めず、銅管１０のような伝達面積向上の
効果は得られにくいという問題があった。

【０００９】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、熱交換器の伝熱管として有用で、銅管と同等あるい
はそれ以上の伝熱特性を有するアルミニウム管を得るこ
と、また分解しやすく、リサイクルしやすいオールアル
ミニウムの熱交換器を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明においては、管本体の内面に、管の長手方向
に延在する拡管用フィンが３条以上、管本体の内周方向
に沿って間隔をあけて略均等に形成され、これらの拡管
用フィンにより管本体の内面に複数のフィン溝が形成さ
れるとともに、管本体が拡管用フィンを介して径を大き
くするように拡径されて使用されるものとされた内面溝
付きアルミニウム管を提供する。

【００１１】また、管本体の内面に、管の長手方向に延
在する突条型の拡管用フィンが複数条、管本体の内周方
向に略均等に形成され、それぞれの拡管用フィンと拡管
用フィンとの間に、拡管用フィンよりも高さが低く、管
の長手方向に延在する突条型の放熱フィンが１条または
複数条形成され、これらの拡管用フィンおよび放熱フィ
ンにより管本体の内面に複数のフィン溝が形成された内
面溝付きアルミニウム管を提供する。このとき、管本体
の内面に上記拡管用フィンが３〜１８条形成され、これ
らの拡管用フィンと拡管用フィンとの間に放熱フィンが
１〜５条形成されている内面溝付きアルミニウム管が好
ましい。

【００１２】また、このような内面溝付きアルミニウム
管は、前記管本体の内部を拡開ロッドを通過させて径を
大きくするように拡径して使用され、拡管用フィンが拡
開ロッド通過時の変形抵抗負担用とされていることが望
ましい。さらに、本発明は、上記内面溝付きアルミニウ
ム管を伝熱管として備えてなる熱交換器を提供する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。図１および図２は、本発明における内面溝付きア
ルミニウム管の断面形状の一例を示したものである。こ
の内面溝付きアルミニウム管は、管本体２１と、その内
面に形成された大型突起型の拡管用フィン２４、２４…
と、小型の放熱フィン２２、２２…とから構成されてい
る。

【００１４】管本体２１の断面形状は真円であり、その
内面には、管本体２１の長手方向に延在する突条型の拡
管用フィン２４、２４…が３条以上（図１では１０
条）、管内面の周方向に略均等に形成され、それぞれの
拡管用フィン２４と拡管用フィン２４との間に、拡管用
フィン２４よりも高さが低い突条型の放熱フィン２２、
２２…が１条または複数条形成され、これらの拡管用フ
ィン２４および放熱フィン２２により管本体２１の内面
には、複数のフィン溝２３、２３…が形成されている。

【００１５】管本体２１は、アルミニウムあるいは、ア
ルミニウム合金からなり、このアルミニウムまたはアル
ミニウム合金に特に制限はないが、ＪＩＳで規定される
１０５０，１１００，１２００等の純アルミ系、あるい
はこれに０.２〜１．８％のＭｎを添加した３０００系
アルミニウム合金が好ましい。また、リサイクルの観点
から、熱交換器に使用されるプレートフィンと材質的に
近いアルミニウムまたはアルミニウム合金であることが
好ましい。また、上記管本体２１の外径（図中符号ｄ２
で示す）は、３〜１５ｍｍ、好ましくは、４〜１０ｍｍ
程度とされる。３ｍｍ未満であると、押し出し成形によ
る加工が困難となり内面に拡管用フィン２４を形成でき
なくなり、１５ｍｍを越えると、熱交換器用伝熱管とし
て組み込む際、装置が大きくなりすぎて実用に適さない
ため不都合となる。

【００１６】上記拡管用フィン２４、２４…は、管本体
２１内面に、拡管時の変形抵抗負担用として設けられた
ものであり、管本体２１の拡管時に拡開ロッドと接し、
この拡開ロッドからの押圧を受けて、管本体２１を押し
広げるとともに、放熱フィン２２、２２…が、拡管時に
押しつぶされないように保護するためのものである。こ
のような拡管用フィン２４、２４…は、アルミニウム管
の外径ｄ２にもよるが、管本体２１の拡管時に、拡開ロ
ッドからの押圧が均一に管本体２１に伝わって拡管され
るように、つまり、拡管後の管本体２１がより真円に近
い状態とされるように設けられる。管本体２１が、真円
に近い状態で拡管されれば、プレートフィンとの接触面
の円周方向に均一な押付力が得られ、しっかりとプレー
トフィンを固着することができる。

【００１７】このために、拡管用フィン２４、２４…
は、管本体２１の長手方向に延在され、その内周方向に
沿って間隔をあけて略均等に、つまり、拡管用フィン２
４の頂点と管本体２１の中心とを結ぶ直線がなす角（Ｒ
１で示す）同士がほぼ等しくなるように形成されること
が望ましい。なお、ここで用いた管本体２１の内周方向
に略均等という表現は、管本体２１の内周方向に、拡管
用フィン２４が完全に均等に配置されている場合と、完
全に均等な位置から数ｍｍ程度（管の内径ｄ１に合わせ
て０．１〜５ｍｍ程度）ずれたものを含むものとする。
このように拡管用フィン２４が形成されることによっ
て、拡管時に拡開ロッドから受ける押圧が管本体２１に
均一に伝わって、管本体２１を真円に近い状態で拡管す
ることができる。そして、その数は、管本体２１の外径
ｄ２、濡縁長さの必要量にもよるが、３〜１８条、好ま
しくは、８〜１２条設けられることが望ましい。

【００１８】また、拡管用フィン２４の形状としては突
条型であることが望ましい。突条型とは、例として図３
に示すように、その横断面形状が左右対称のほぼ三角形
状を呈し、その頂角部分が曲線状のものを示し、その形
状は、図３に示すように、フィン底幅（図中符号Ｂで示
す）、フィン高さ（図中符号ｈ１で示す）、頂角（後述
の符号ｒ１で定義する）により表すことができる。

【００１９】前記拡管用フィン２４の高さｈ１は、放熱
フィン２２の高さｈ２より高くされ、この放熱フィン２
２の高さ（図中符号ｈ２で示す）、管本体２１の外径ｄ
２、内径ｄ１、また拡管時の拡開ロッドの大きさにもよ
り適宜調整される。例えば、管本体２１の外径ｄ２が７
ｍｍである場合には、拡管用フィン２４の高さは、０．
４〜０．６ｍｍの範囲であることが望ましい。高さｈ１
が０．４ｍｍ未満であると、管本体２１の拡管時に、放
熱フィン２２を保護する効果がなく、放熱フィン２２も
拡管時に押しつぶされてしまい、熱伝達率を向上させる
効果がなくなる。また０．６ｍｍを越えると拡管が困難
となる。

【００２０】また、拡管用フィン２４の底幅Ｂは、拡管
時の拡開ロッドから受ける押圧により管本体２１が真円
に近い状態で十分に押し広げられるようにされるととも
に、後述の管本体２１の液瑠面積を低下させない範囲と
され、上記高さｈ１、管本体の外径ｄ２、また放熱フィ
ン２２の形成数などにより適宜調整される。例えば、、
管本体２１の外径ｄ２が７ｍｍである場合には、底幅Ｂ
は、０．４〜０．６ｍｍの範囲であることが望ましい。

【００２１】上記拡管用フィン２４の頂角を示すｒ１
は、頂角に接する最大円の半径によって定義する。頂角
ｒ１は、図４に示すように拡管後の拡管用フィン２４に
おいて、そのつぶされた先端部が左右に押し出されない
ような形状となるようにされる。例えば、管本体２１の
外径ｄ２が７ｍｍである場合には、この頂角ｒ１は、
０．１〜０．２ｍｍとするのが好ましい。拡管用フィン
２４をこのような形状とすることにより、拡管後の形
状、すなわち拡開ロッドから受ける押圧により頭部が押
しつぶされて変形した状態が台形型となり、押しつぶさ
れた部分が拡管用フィン２４の左右にはみ出す（図２０
に示すような形状）ことがない。よって、伝熱管として
用いた場合に冷媒がフィン溝２３に入り込むことができ
る。

【００２２】上記放熱フィン２２、２２…は、管本体２
１内面の表面積を大きくして、熱交換率を向上させるた
めに設けられたものである。この放熱フィン２２、２２
…は、上記拡管用フィン２４と拡管用フィン２４との間
に、管本体２１の長手方向に、管本体２１の内周方向に
略均等となるように、つまり、放熱フィン２２の頂点と
管本体２１の中心とを結ぶ直線がなす角（図中符号Ｒ２
で示す）同士が等しくなるように形成されることが望ま
しい。また、拡管用フィン２４と、隣接する放熱フィン
２２との間隔は、放熱フィン２２、２２同士の間隔より
も、多少大きくなるように形成されることが好ましい。
つまり、図２に示す角Ｒ３が、角Ｒ２より大きくなるよ
うにされることが好ましい。このようにすれば、拡管用
フィン２４、２４…が拡管時に変形しても、放熱フィン
２２、２２…がその影響を受けにくく変形することがな
い。また、各拡管用フィン２４、２４…の間に形成され
る放熱フィン２２、２２…の数は同数であることが望ま
しい。

【００２３】放熱フィン２２、２２…の数は、管本体２
１の外径ｄ２（または内径ｄ１）、また拡管用フィン２
４の間隔にもよるが、各外径ｄ２の管本体２１におい
て、表面積ができるだけ大きくなるように設けられると
ともに、アルミニウム管の押し出し加工性や、冷媒の流
れ性等を考慮に入れて設計される。具体的にその数は、
拡管用フィン２４と拡管用フィン２４との間に、それぞ
れ１〜５条形成されることが望ましい。１条未満である
と、管本体２１の熱伝達の向上率が少なくなり、６条以
上であると押し出し加工性が困難となり、あるいは冷媒
が流れにくくなる。

【００２４】放熱フィン２２、２２…の形状としては、
管本体２１の内面の表面積をできるだけ大きくするため
に、なるべく高くて細い構造が適しているが、管本体２
１は押し出し加工により形成されるため、あまり細くて
は加工が困難となる。また放熱フィン２２があまり高す
ぎると、拡管時に押しつぶされることとなり、好ましく
ない。よって、この放熱フィン２２、２２…としては、
上述の突条型が好ましく、その形状は、図２および図３
に示すように、フィン底幅（ｂで示す）、フィン高さ
（ｈ２で示す）、頂角（後述のｒ２で定義する）により
表すことができる。

【００２５】前記放熱フィン２２のフィン底幅ｂとして
は、例えば、管本体２１の外径ｄ２が、７ｍｍのとき、
０．１〜０．２ｍｍとされるのが好ましい。また放熱フ
ィン２２の高さｈ２は、拡管用フィン２４の高さｈ１よ
りも低くされ、管本体２１の外径ｄ２および内径ｄ１に
より適宜調整される。例えば、管本体の外径ｄ２が７ｍ
ｍのとき、高さｈ２は、０．２〜０．３ｍｍとされるの
が好ましい。また、放熱フィン２２の頂角ｒ２は、拡管
用フィン２４の頂角ｒ１と同様にして定義し、放熱フィ
ン２２の頂角に接する最大円の半径を示す。例えば、管
本体２１の外径ｄ２が７ｍｍのとき、この頂角ｒ２は、
０．０５〜０．０７ｍｍとされることが好ましい。この
頂角ｒ２が０．０５ｍｍ未満であると、放熱フィンの先
端が細くなりすぎて押し出し加工が困難になり、０．０
７ｍｍを越えると、放熱フィンの先端が太くなり、冷媒
の通過が困難となる。

【００２６】上記拡管用フィン２４、２４…と放熱フィ
ン２２、２２…により、管本体２１の内面にはフィン溝
２３、２３…が形成される。管本体２１が熱交換器に組
み込まれて伝熱管として用いられる際には、このフィン
溝２３、２３…に冷媒が流れ込む。フィン溝２３、２３
…の数は、管本体２１の外径ｄ２によるが、４〜６０で
あることが望ましい。例えば、管本体２１の外径ｄ２が
７ｍｍのときには４０〜５０であることが好ましい。こ
のフィン溝２３、２３…の形状は、上記拡管用フィン２
４と放熱フィン２２の形状に左右されるが、その形状と
しては、図３に示すように、溝底幅（図中符号Ｗで示
す）、また濡縁長さ（図中符号ΔＬで示す）、液瑠面積
（図中符号Δｓ１で示す）によって表すことができる。

【００２７】前記濡縁の長さΔＬは、管本体２１断面に
おけるフィン溝２３の冷媒との接触長さを示し、このΔ
Ｌに、フィン溝２３、２３…の数（ｎで示す）をかけた
ものｎΔＬが、管本体２１における濡れ縁の長さ（下記
表１中符号Ｌで示す）となる。この濡れ縁の長さＬが大
きいほど管本体２１の管内蒸発熱伝達率は向上する。ま
た液溜面積Δｓ１は、管本体２１の断面におけるフィン
溝２３の面積を示し、このΔｓ１にｎをかけたものｎΔ
ｓ１が、管本体２１の液溜面積（下記表１中符号ｓ１で
示す）であり、この液溜面積ｓ１が大きいほど、管本体
２１の凝集熱伝達率が向上する。よって、フィン溝２３
の濡縁長さΔＬと液溜面積Δｓ１がなるべく大きくなる
ように、つまり、管本体２１の濡縁長さＬと液溜面積ｓ
１が、バランスよく、なるべく大きくなるようにされる
ことが好ましい。

【００２８】前記フィン溝２３の溝底幅Ｗは、放熱フィ
ン２２のフィン底幅ｂに対して、その比Ｗ：ｂが３：１
〜２：１となるようにされるのが好ましい。例えば管本
体２１の外径ｄ２が７ｍｍ、フィン溝が４０の場合、フ
ィン溝２３の濡縁長さΔＬは、０．８〜０．９ｍｍの範
囲が好ましい。また液溜面積Δｓ１は、０．０８〜０．
０９ｍｍ²が好ましい。このような濡縁長さΔＬおよび
液溜面積Δｓ１であれば、銅と同程度あるいはそれ以上
の管内蒸発熱伝達率および凝縮熱伝達率を有するアルミ
ニウム管を得ることができる。

【００２９】上記管本体２１の外径ｄ２、内径ｄ１、内
径ｄ０、拡管用フィン２４の数、フィン高ｈ１、フィン
底幅Ｂ、頂角ｒ１、放熱フィン２２の数、フィン高ｈ
２、フィン底幅ｂ、頂角ｒ２、フィン溝２３の数、溝底
幅Ｗ、濡縁長さΔＬ、液溜面積Δｓ１はいうまでもなく
相関関係にある。これらの値は、管本体２１内面の表面
積をできるだけ大きくして、管内蒸発熱伝達率および凝
縮熱伝達率等の熱伝達率を向上させるように、また、こ
の効果が拡管後も保持されるように、さらに、アルミニ
ウム管の押し出し加工性、強度、冷媒の圧力損失を最小
限に押さえること等の種々の条件を満たすようにして定
められる。

【００３０】例えば、外径ｄ２が７ｍｍのアルミニウム
管においては、図１に示した構造の内面構造を形成する
のが好ましく、拡管用フィン２４は、１０条等分割で形
成され、放熱フィンは、拡管用フィン２４、２４…のそ
れぞれの間に、３条形成され、フィン溝２３、２３…が
４０形成されたものが、管本体２１の加工性、強度に優
れ、また、拡管時にも、真円に近い状態で拡管できると
ともに、拡管後にフィン溝２３が良好に形成されて、内
面の表面積を大きくすることができる。よって、このよ
うな管本体２１は、銅管と同等あるいはそれ以上の伝熱
特性を有するものとなる。

【００３１】また、外形ｄ２が４ｍｍ以下のアルミニウ
ム管においては、拡管用フィンだけを設ける構造のもの
が適している。拡管用フィンは、上述のような形状のた
め、拡管時にも上部だけが押しつぶされ、冷媒の流れ性
を確保できるためである。また、このような細径のアル
ミニウム管においては、拡管用フィンだけで、熱交換率
を向上させる効果は十分であり、放熱フィンを設ける必
要はない。

【００３２】このような管本体２１の拡管は、上述の図
１６および図１７に示した拡管工程と同様にして、その
内部に拡開ロッド７を挿通させることによって行われ
る。このとき、管本体２１と、プレートフィン５、５…
とを固着させるには、管本体２１は、拡管前の外径より
もおよそ、５％程度大きくなるように拡管されるのが好
ましい。例えば、外径７ｍｍの伝熱管においては、通常
７．３５ｍｍ程度に拡管されることが望ましい。このと
きのプレートフィンの初期固定穴の穴径は７．２６ｍｍ
とされる。

【００３３】なお、本発明の溝付きアルミニウム管の実
施の形態の例としては、図５に示すような、管本体３１
の内周面に、横断面形状が三角形の拡管用フィン３４を
４条、略均等に設け、これらの拡管用フィン３４、３４
…の間に、放熱フィン３２、３２…を９条形成した構造
のようなものも挙げられる。

【００３４】このように、内面に、拡管用フィン２４、
２４…が形成された管本体２１であれば、管本体２１の
拡管時にフィン頭部が押しつぶされても、冷媒の凝集
性、流動性が阻害されることなく、アルミニウム管内面
の表面積を大きくして熱伝導率を向上させることができ
る。また、内面に、上述の拡管用フィン２４、２４…
と、放熱フィン２２、２２…が形成されたものであれ
ば、管本体２１の拡管時に、拡管用フィン２４、２４の
フィン頭部だけが押しつぶされ、放熱フィン２２、２２
…は、押しつぶされずにその形状を保つので、管本体２
１の内面の表面積が向上する。また、この拡管用フィン
２４…と、放熱フィン２２、２２…とによって形成され
るフィン溝２３は、上述のように濡縁長さＬが長く、液
溜面積Ｓが大きいものであるので、これを伝熱管として
用いれば、冷媒の凝集性が高く、その流れ性も良好とな
る。よって、管内蒸発熱伝達率および凝縮熱伝達率等が
銅管と同等あるいはそれ以上のものとなる。また、この
ようなものであれば、アルミニウム管の押し出し加工性
も良好で、伝熱管として用いるのに十分な強度を有す
る。さらには、コスト的にも銅管よりも優れる。よっ
て、熱交換器の伝熱管として用いるに優れたものとな
る。また、このような構造のアルミニウム管は、従来伝
熱管として用いられている外径７ｍｍの銅管よりも肉厚
にすることも可能で、伝熱管として用いた場合に、その
冷媒の使用量（充填量）を少なくできるので、冷媒コス
トを削減することができる。

【００３５】本発明の熱交換器は、図１５に示すよう
な、薄い板状に加工された複数のプレートフィン５、５
…と、この複数のプレートフィン５、５…を貫通して設
けられるとともに、冷媒を流通させる伝熱管１…により
構成されているものであり、その伝熱管１として、上記
説明した本発明の溝付きアルミニウム管、すなわち、管
本体の内面に、管の長手方向に延在する突条型の拡管用
フィンが３条以上、管本体の内周方向に沿って間隔をあ
けて略均等に形成され、これらの拡管用フィンにより管
本体の内面に複数のフィン溝が形成されるとともに、管
本体が拡管用フィンを介して径を大きくするように拡径
されて使用されるものとされた内面溝付きアルミニウム
管を伝熱管１に用いたものである。または、本発明の管
本体の内面に、管の長手方向に延在する突条型の拡管用
フィンが複数、管本体の内周方向に略均等に形成され、
それぞれの拡管用フィンと拡管用フィンとの間に、拡管
用フィンよりも高さが低く管の長手方向に延在する突条
型の放熱フィンが１条または複数条形成されてなり、こ
れらの拡管用フィンおよび放熱フィンにより管本体の内
面に複数のフィン溝が形成された内面溝付きアルミニウ
ム管を伝熱管として用いたものである。

【００３６】このような熱交換器であれば、伝熱管１に
上述の熱伝達率が向上された溝付きアルミニウム管を用
いたものであるので、熱交換率に優れ、また、その内部
をオールアルミニウム構造とすることがでるので、分解
しやすく、リサイクルしやすいものとなる。よって、高
性能化とともに環境負荷の低減が実現されるものであ
る。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を詳しく説明する。１、アルミニウム管と銅管との比較（実施例１）表１に示すような、管本体２１の外径ｄ
２、内径ｄ１、内径ｄ０、肉厚ｔ、拡管用フィン２４の
フィン高ｈ１、フィン底幅Ｂ、頂角ｒ１、放熱フィン２
２のフィン高ｈ２、フィン底幅ｂ、頂角ｒ２、フィン溝
２３の溝底幅Ｗとなるように、図１（または図６）に示
す構造の断面構造を有する管本体２１を押し出し成形に
より作製した。このとき、拡管用フィン２４、２４…を
１０条、放熱フィン２２、２２…を、拡管用フィン２
４、２４…の間に３条、全体で３０条形成した。また、
拡管用フィン２４、２４…の間隔は、Ｒ１が３６°とな
るように、放熱フィン１２、１２…の間隔は、Ｒ２が
７．５°となるように、また、拡管用フィン１４と放熱
フィン２２との間隔は、Ｒ３が１０．５°となるように
成形した。アルミニウム管本体２１としては、引張特性
として耐力４９ＭＰａ、引張強さ９１ＭＰａであるアル
ミニウム１０５０材を用いた。

【００３８】（比較例１、２）図１８および図１９に示
す、内部に５０条の放熱フィン２、２…が形成された構
造の銅管を比較例１として用いた。このときの銅管１０
の外径ｄ２、内径ｄ１、内径ｄ０、肉厚ｔ、放熱２のフ
ィン高ｈ２、フィン底幅ｂ、頂角γ、溝３の溝底幅Ｗ、
表１に示す。また、内部に６５条の放熱フィンが形成さ
れた銅管を比較例２とした。このときの比較例２の銅管
の外径ｄ２、内径ｄ１、内径ｄ０、肉厚ｔ、放熱２のフ
ィン高ｈ２、フィン底幅ｂ、頂角ｒ、溝３の溝底幅Ｗ、
表１に示す。なお、銅管においては、頂角は図１９に示
す角γで表したものとする。

【００３９】これらの実施例１のアルミニウム管と、比
較例１、２の銅管において、その特性を比較するため、
各管における濡縁長さΔＬ、液溜面積Δｓ１を測定し
て、実施例１のアルミニウム管、および比較例１、２の
銅管における濡縁長さＬ、液溜面積ｓ１の比較を行っ
た。また、管内面積を下記のように分析した。これらの
結果を表１にあわせて示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】（管内面積の評価）ｈ２・・・放熱フィンの高さ。 Δｓ１、ｓ１・・・管のフィン溝における液溜面積。 ΔＳ２、Ｓ２・・・管のフィン溝の液溜面積を除いた管
内面積を示す。ｓ１＋Ｓ２・・・管内面積を示す。この面積が減少すれ
ば冷媒の使用量が減る。ｓ１／Ｓ２・・・液溜面積ｓ１と管内面積Ｓ２の相対液
溜面積を示す。Ｌ／πｄ２・・・濡縁の長さＬの外周に対する拡大率を
示す。

【００４２】また、表１の結果をわかりやすく分析する
ために、拡大率Ｌ／πｄ２と相対液溜面積ｓ１／Ｓ２の
比較を図１２のグラフに、濡れ縁長さＬと液溜面積のｓ
１の比較を図１３のグラフに、内径ｄ０と管内面積ｓ１
+Ｓ２の比較を図１４のグラフに示した。これらのグラ
フ中、○は比較例１の銅管を、□は比較例２の銅管を、
●は実施例１のアルミニウム管を示す。

【００４３】この結果から、アルミニウム管（実施例
１）においては、濡縁長さＬ、液溜面積ｓ１が銅管（比
較例１、２）よりも大きくなっている。よって、蒸発熱
伝達率および凝縮熱伝達率ともに比較例のものより向上
していると考えられる。すなわちこの例のアルミニウム
管は、銅管と同等、またはそれ以上の熱伝達率の向上が
期待されるものである。

【００４４】２、実施例１のアルミニウム管における拡
管試験実施例１のアルミニウム管を用いて、実際に熱交換器用
のプレートフィンに組み込んで拡管を行い、拡管後の特
性を調べた。このときのプレートフィンは、５０枚を１
ｍｍ間隔で配置したものを用いた。実施例１のアルミニ
ウム管を、アルミニウムからなるプレートフィンのフィ
ン孔に挿入し、拡開ロッドの直径を表２に示すように変
えて、実施例１のアルミニウム管の拡管を実施した。拡
開ロッドの外径（球状部の外径）が５.７１ｍｍである
ときのアルミニウム管の断面を図４に示す。また、この
ときのプレートフィンのフィン孔の直径は、平均７．１
９ｍｍ、アルミニウム管の直径は、７．０５ｍｍであっ
た。なお、拡管後のアルミニウム管は真円に近い状態で
はあるが、その外径は一定とはならないので、最大外径
と最小外径を測定し、またそれらの差を示した。

【００４５】

【表２】

【００４６】図４から明らかなように、実施例１のアル
ミニウム管においては、拡管後も、拡管用フィン２４、
２４…はつぶれているものの、この拡管用フィン２４、
２４…に保護されて、放熱フィン２２、２２…は、つぶ
れずに、拡管前の形状を保っていることがわかる。ま
た、最大外径と最小外径の径差は、どれも０．０３ｍｍ
程度と実用に問題がない値で十分にプレートフィンを固
定できるものであった。通常、伝熱管は拡管率５％で拡
管され、例えば外径７ｍｍの管では、外径が０．３５ｍ
ｍ拡管される。今回の拡管試験における径差は、通常外
径拡大量０．３５ｍｍの１０％以下の範囲となってい
る。

【００４７】これらの結果から、実施例１のアルミニウ
ム管においては、拡管時に、放熱フィンがつぶされず
に、その形状を保つことができるものである。

【００４８】３、実施例２、３のアルミニウム管の拡
管試験（実施例２）図８に示すようなその内面に拡管用フィン
４４が６条形成され、それらの間に放熱フィン４２が５
条形成された内面溝付きアルミニウム管４１を製造し
た。（実施例３）また、図１０に示すようなその内面に拡管
用フィン５４が１２条、それらの間に、放熱フィン５２
が３条形成された構造の内面溝付きアルミニウム管５１
を製造した。このときの実施例２、３における管本体４
１、５１の外径ｄ２、内径ｄ１、内径ｄ０、肉厚ｔ、拡
管用フィン４４、５４のフィン高ｈ１、フィン底幅Ｂ、
頂角ｒ１、放熱フィン４２、５２のフィン高ｈ２、フィ
ン底幅ｂ、頂角ｒ２、フィン溝の溝底幅Ｗが表３に示す
ようなものとなるようにした。また、アルミニウム管の
材料としては、引張特性として耐力４９ＭＰａ、引張強
さ９１ＭＰａであるアルミニウム１０５０材を用いた。

【００４９】

【表３】

【００５０】実施例１、２、３のアルミニウム管の拡管
後の断面（一部）をそれぞれ図７、９、１１に示す。上
記測定の結果をそれぞれ表４〜６に示す。また、拡管用
フィン、放熱フィンの高さの測定は、図中、Ａ〜Ｄの符
号を伏したものについて測定した。

【００５１】

【表４】

【００５２】

【表５】

【００５３】

【表６】

【００５４】これらの結果から、拡管後の放熱フィン４
２、５２の高さは変わらず、これらの放熱フィン４２、
５２は、拡管用フィン４４、５４により保護されている
ことが確認できた。

【００５５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の内面溝付
きアルミニウム管においては、管本体の内面に、管の長
手方向に延在する拡管用フィンが３条以上、管本体の内
周方向に沿って間隔をあけて略均等に形成され、これら
の拡管用フィンにより管本体の内面に複数のフィン溝が
形成されるとともに、管本体が拡管用フィンを介して径
を大きくするように拡径されて使用されるものとされた
ものである。よって、その拡管工程において、真円に近
い状態で拡管されるとともに、拡管用フィンが形成され
ていないアルミニウム管よりも、内表面積が大きくする
ことができ、熱伝達率を向上させることができる。よっ
て、熱交換器の伝熱管として優れた特性を有するものと
なる。

【００５６】また、本発明は、管本体の内面に、管の長
手方向に延在する突条型の拡管用フィンが複数、管内面
の周方向に略均等に形成され、それぞれの拡管用フィン
と拡管用フィンとの間に、拡管用フィンよりも高さが低
い突条型の放熱フィンが１条または複数条形成され、こ
れらの拡管用フィンおよび放熱フィンにより管本体の内
面に複数のフィン溝が形成された内面溝付きアルミニウ
ム管である。よって、その拡管時においては、真円に近
い状態で拡管されるとともに、拡管用フィンの頭部だけ
が押しつぶされ、放熱フィンにおいては押しつぶされず
にその形状が保たれる。したがって、このアルミニウム
管内面の表面積を大きくすることが可能となり、管内蒸
発熱伝達率、および凝縮熱伝達率ともに高いものとな
る。また、このものにおいては、押し出し加工性も良好
で、熱交換器の伝熱管に要求される強度を有するもので
ある。従って、熱交換器用伝熱管として有用なものとな
る。

【００５７】また、上記内面溝付きアルミニウム管にお
いて、管本体の内面に上記拡管用フィンが３〜１８条形
成され、これらの拡管用フィンと拡管用フィンとの間に
放熱フィンが１〜５条形成されたものであれば、拡管時
にも、真円に近い状態で拡管されるとともに、熱伝達率
が向上され、アルミニウムの押し出し加工性や強度等が
保たれるといった、各効果のバランスがとれた内面溝付
きアルミニウム管を得ることができる。

【００５８】また、上記内面溝付きアルミニウム管にお
いて、前記管本体の内部を拡開ロッドを通過させて径を
大きくするように拡径して使用され、拡管用フィンが拡
開ロッド通過時の変形抵抗負担用とされたものであれ
ば、拡管時に、拡管用フィンだけが、拡管時のアルミニ
ウム管の変形抵抗を受けるので、放熱フィンが押しつぶ
されずに保護され、拡管後も、内表面積が向上され、冷
媒の流れ性が確保された内面溝付きアルミニウム管を得
ることができる。

【００５９】さらに、本発明の熱交換器は、上述の熱伝
達率に優れる本発明の内面溝付きアルミニウム管を伝熱
管としてその内部に組み込んだものであるので、熱交換
率が高く、また、その内部構造をすべてアルミニウムで
構成することができる。よって、分解しやすく、リサイ
クルしやすいものとなり、環境負荷が低減されたものと
して、今後有用性の高いものとなることが予想される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内面溝付きアルミニウム管の一例を
示す断面図である。

【図２】本発明の内面溝付きアルミニウム管の一例を
示す断面図である。

【図３】本発明の内面溝付きアルミニウム管の一例に
おける拡管用フィンと放熱フィンの一例を示した断面図
である。

【図４】本発明の内面溝付きアルミニウム管の一例に
おける拡管後の断面図である。

【図５】本発明の内面溝付きアルミニウム管の一例を
示す断面図である。

【図６】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施例
１における拡管前の断面図である。

【図７】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施例
１における拡管後の断面図である。

【図８】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施例
２における拡管前の断面図である。

【図９】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施例
２における拡管後の断面図である。

【図１０】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施
例３における拡管前の断面図である。

【図１１】本発明の内面溝付きアルミニウム管の実施
例３における拡管後の断面図である。

【図１２】実施例および比較例における濡縁長さの拡
大率Ｌ／πｄ２と相対液溜面積ｓ１／Ｓ２との関係を示
したグラフである。

【図１３】実施例および比較例における濡れ縁長さＬ
と液溜面積のｓ１との関係を示したグラフである。

【図１４】実施例および比較例における内径ｄ０と管
内面積ｓ１+Ｓ２との関係を示したものである。

【図１５】銅管とプレートフィンを示した概略図であ
る。

【図１６】拡管方法を説明するための概略図である。

【図１７】拡管工程におけるプレートフィンのフィン
穴部分の一例を示した概略断面図である。

【図１８】銅管の一例を示す断面図である。

【図１９】銅管の一例を示す断面図である。

【図２０】拡管後の内面溝付きアルミニウム管の一例
を示した断面図である。

【符号の説明】２１、３１、４１、５１…管本体２２、３２、４２、５２…放熱フィン２３…フィン溝２４、３４、４４、５４…拡管用フィン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管本体の内面に、管の長手方向に延在す
る突条型の拡管用フィンが３条以上、管本体の内周方向
に沿って間隔をあけて略均等に形成され、これらの拡管
用フィンにより管本体の内面に複数のフィン溝が形成さ
れるとともに、管本体が拡管用フィンを介して径を大き
くするように拡径されて使用されるものとされたことを
特徴とする内面溝付きアルミニウム管。
【請求項２】管本体の内面に、管の長手方向に延在す
る突条型の拡管用フィンが複数条、管本体の内周方向に
略均等に形成され、それぞれの拡管用フィンと拡管用フ
ィンとの間に、拡管用フィンよりも高さが低く管の長手
方向に延在する突条型の放熱フィンが１条または複数条
形成されなり、これらの拡管用フィンおよび放熱フィン
により管本体の内面に複数のフィン溝が形成されたこと
を特徴とする内面溝付きアルミニウム管。
【請求項３】管本体の内面に上記拡管用フィンが３〜
１８条形成され、これらの拡管用フィンと拡管用フィン
との間に放熱フィンが１〜５条形成されたことを特徴と
する請求項２に記載の内面溝付きアルミニウム管。
【請求項４】前記管本体の内部を拡開ロッドを通過さ
せて径を大きくするように拡径して使用され、拡管用フ
ィンが拡開ロッド通過時の変形抵抗負担用とされたこと
を特徴とする請求項２または３に記載の内面溝付きアル
ミニウム管。
【請求項５】複数のプレートフィンと、これらのプレ
ートフィンに貫通して設けられた伝熱管とを備えてなる
熱交換器であって、前記伝熱管として、請求項１〜４の
いずれか一項に記載の内面溝付きアルミニウム管を用い
たことを特徴とする熱交換器。