JP2013178079A - 熱交換器用二重管 - Google Patents

Abstract

【課題】運転時において騒音を発することなく使用でき、かつ、優れた熱交換性能を発揮しうる構造を有する熱交換器用二重管を提供すること。
【解決手段】外管１０の内部に内管２を配置してなる二重管構造を有し、内管２の内側を流れる流体と、内管２と外管１０の間を流れる流体との間の熱交換を行うための熱交換器用二重管１である。内管２は、凸部２１を２箇所有する形状を呈し、凸部２１の位置が長手方向において螺旋状に変位した形状を有している。外管１０は、少なくとも内周面の断面形状が円形状の平滑管形状を呈している。外管１０の内周面と内管２の凸部２１の頂点部分２１０とが接しており、外管１０と内管２との間には周方向に区画された外側流路３１が形成されている。内管２の内接円直径ｄ１と外管１０の内接円直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば自動車用空調装置などの熱交換サイクルに適用可能な熱交換器用二重管に関する。

自動車用空調装置などの熱交換サイクル（冷凍サイクルともいう）は、凝縮器、蒸発器、圧縮機及び膨張弁を備え、これらを連結する循環経路に、フロン、ＣＯ₂、アンモニアなどの冷媒を循環させるシステムである。かかる熱交換サイクルにおいて、循環経路中に二重管を配置し、当該二重管によって構成される二層の空間に、凝縮器から出てくる高温冷媒と、蒸発器から出てくる低温冷媒とを対向して流して熱交換することにより、熱交換性能を向上させることが提案されている（特許文献１、２参照）。

一方、熱交換サイクルにおいて使用される冷媒としては、環境問題に対応するために、より地球温暖化係数の低い冷媒が検討されている。これらの環境問題を考慮した冷媒は、現行の冷媒に比べ熱交換性能が低下することが懸念されている。このため、熱交換サイクル全体の性能劣化を抑制するためには、装置構成として、上記の二重管を組み込むことにより熱交換性能をより向上させた構成を積極的に採用することが有効である。

蒸発器から排出された気体冷媒を圧縮機で圧縮するシステムの場合には、冷媒が十分に気化しきれない状態（液体が混入している状態）で圧縮機に流入すると熱交換できないという不具合を、上記二重管を組み込むことによって解消することができる。つまり、上記二重管において、圧縮機に流入させる前の冷媒を加熱することができ、冷媒を十分に気化させることができる。
これまで提案された二重管としては、その内管として、熱交換性能を向上させるためにねじり管がよく用いられる（特許文献１、２参照）。

特開２００２−３１８０１５号公報 特開２００６−１６２２４１号公報 特開２００８−２３２４４９号公報

特許文献１には、熱交換サイクルに二重管構造を用いることが示され、かつ、内管の外周面または前記外管の内周面に螺旋状の溝部が形成されていることが示されているものの、それ以上の具体的な二重管の構造に関してはほとんど開示がなされていない。また、特許文献１の二重管は、直線状の直管材の構成が前提とされており、自動車用空調機などにおける曲げ加工が必要な部位での適用は想定されていない。

特許文献２は、らせん状に溝部を形成した内管と平滑外管を組み合わせたものであって、内管の外径よりも外管の内径を大きくしたものである。しかしながら、この構造では、少なくとも二重管の直線部分では内管と外管が接していないか１箇所のみでしか接していないため、熱交換システムの運転時の振動により騒音が発生するという問題がある。

特許文献３には、葉の形状に似た比較的長い凸部を複数設けた多葉管を内管とした二重管が示されている。しかしながら、このような構造の二重管は、例えば自動車用空調機などに適用する際に曲げ加工を行った場合には、内管の凸部形状が比較的大きく変形し、隣り合う凸部同士が接触するあるいは接近する等して、一部の外側流路の閉塞あるいは流路面積の狭小化が生じてしまい、流路の流れが悪くなることにより、圧損が増加すると共に当該流路の熱効率が低下するという問題がある。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであって、運転時において騒音を発することなく使用できると共に、配設時の曲げ加工にも適し、優れた熱交換性能を発揮しうる構造を有する熱交換器用二重管を提供しようとするものである。

本発明の第１の態様は、外管の内部に内管を配置してなる二重管構造を有し、上記内管の内側を流れる流体と、上記内管と上記外管の間を流れる流体との間の熱交換を行うための熱交換器用二重管であって、
上記内管は、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部を複数箇所有する形状を呈し、かつ、上記凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した形状を有し、
上記外管は、少なくとも内周面の断面形状が円形状の平滑管形状を呈し、
該外管の内周面と上記内管の上記凸部の頂点部分とが接し、上記外管と上記内管との間に周方向複数箇所に区画された外側流路が形成されており、
上記内管の内接円の直径ｄ１と上記外管の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有することを特徴とする熱交換器用二重管にある（請求項１）。

上記熱交換器用二重管は、上記のごとく、特殊な形状を呈する螺旋状にねじった内管と、少なくとも内周面が円形状の平滑管よりなる外管とから構成されている。そして、内管の複数の上記凸部の頂点部分が外管の内周面に接している。これにより、上記内管と外管との間は、上記のごとく、内管の複数の凸部によって周方向複数に区画された外側流路となり、各外側流路は螺旋状に形成されたものとなる。

また、上記内管の内部も、螺旋状にねじれた外壁を有する内側流路となる。それ故、上記二重管の各外側流路と内側流路にそれぞれ流体（冷媒）を流せば、単純な直線状流路の場合よりも外側流路長が長くなるので熱交換率が高くなり、また、内側流路においては流体（冷媒）が適度に乱流を起こしながら流れることも期待でき、効率よく熱交換することができる。

また、上記二重管は、上記内管と外管とが接して一体化している。そのため、上記二重管を組み込んだ熱交換サイクルを運転した際に振動が生じても、上記二重管において内管と外管が衝突して騒音が生じることを抑制することができる。

また、上記二重管は、上記内管の内接円の直径ｄ１と上記外管の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有する。このように、上記ｄ１とｄ２との差を制限することによって、内管に設けられる凸部の径方向突出量をある程度制限することができる。これにより、上記二重管に対して曲げ加工を加えたとしても、上記凸部が変形して隣り合う凸部間に形成されている外側流路の一部が閉塞又は狭小化するという不具合を抑制することができる。

このように、上記二重管によれば、運転時において騒音を発することなく使用できると共に、配設時の曲げ加工にも適し、優れた熱交換性能を発揮しうる構造を有する熱交換器用二重管を提供することができる。

実施例１における、二重管の外管のみを示す横断面図。 実施例１における、二重管の内管のみを示す横断面図。 実施例１における、二重管の横断面図。 実施例１における、二重管形成前の内管及び外管を示す説明図。 実施例２における、二重管の横断面図。 実施例３における、二重管の横断面図。 実施例４における、二重管の横断面図。 比較例における、二重管の横断面図。 試験例における、曲げ試験の曲げＲを示す説明図。 試験例における、試験材Ｔ７の観察結果を示す説明図。 試験例における、試験材Ｔ１０の観察結果を示す説明図。 実施例５における、二重管の正面図。 実施例５における、二重管の横断面図（図１１のＡ−Ａ線矢視断面図）。 実施例５における、二重管の内管のみを示す説明図。 実施例６における、二重管の正面図。 実施例６における、二重管の横断面図（図１５のＢ−Ｂ線矢視断面図）。 実施例６における、二重管の内管のみを示す説明図。

上記熱交換器用二重管においては、上述したごとく、上記内管の内接円の直径ｄ１と上記外管の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有する。ｄ１／ｄ２が０．６以下の場合には、内管の凸部の径方向突出量が大きくなりすぎ、曲げ加工を加えたときに、凸部が変形して隣り合う凸部間に形成されている外側流路の一部が閉塞又は狭小化するという不具合が生じる可能性が高くなる。

上記二重管は、後述する実施例にも示すごとく、上記ｄ１／ｄ２の関係を維持することによって、曲げ加工の曲げＲ（曲げ加工時の最内周側の曲率半径）が１００ｍｍ以下と比較的小さくても、上記凸部の変形による外側流路の閉塞や狭小化を抑制することが可能である。なお、曲げ加工の曲げＲは、後述する実施例では４５ｍｍを最も小さい値として示しているが、実際には、３５ｍｍ程度の曲げＲを適用する場合もあるが、この場合にも、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を維持することが、上記不具合抑制に有効である。
また、上記ｄ１／ｄ２の上限値は、構造上当然１未満であり、内管の最低限必要な厚みと最低限必要な凸部の径方向突出量によって決められる。

また、上記内管における上記凸部の形成数は特に限定されるものではなく、流体（冷媒）流量、熱交換性能、凸部形成容易性などを考慮して決定することができる。上記熱交換器用二重管において、上記内管は、具体的には、上記凸部を２〜１２箇所有する構成とすることができる（請求項２）。上記凸部が１箇所になると、凸部形成時における内管の支持が不安定となりやすく、凸部形成性が悪くなる。これに対し、上記凸部が２箇所以上である場合には、内管を曲げ加工しても変形しにくく、耐変形性の向上に寄与することができる。一方、上記凸部が１２箇所以下である場合には、例えば、自動車用空調装置における熱交換用二重管の場合等、配管の管径が比較的小さいときであっても安定して凸部を形成しやすい。また、過度に流体（冷媒）流量が減少してしまうこともなく、熱交換性能を維持しやすい。

また、上記凸部は、上記断面形状の円周方向においていずれの位置に配設されていてもよい。好ましくは、隣り合う上記凸部どうしが等間隔となるよう設けられているとよい。具体的には、例えば、上記凸部は、上記断面形状の円周方向において１８０度離れた２箇所、上記断面形状の円周方向において１２０度離れた３箇所、上記断面形状の円周方向において９０度離れた４箇所、上記断面形状の円周方向において６０度離れた６箇所、上記断面形状の円周方向において４５度離れた８箇所、上記断面形状の円周方向において３０度離れた１２箇所等に設けることが可能である。このような構成とした場合には、外側流路の流体（冷媒）流量が円周方向において等量となる。そのため、内側流路の流体（冷媒）との熱交換ムラを抑制しやすくなる。

また、上記外管の外径は１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に設定することができる（請求項３）。上記外管の外径を上記特定の範囲に設定することにより、多くの種類の熱交換機に対応可能である。なお、上記外管は、少なくとも内周面の断面形状が円形状の平滑管形状を呈するものである。この平滑管形状は、その外周面の形状が後述する実施例１〜４のように円形の場合だけでなく、後述する実施例５及び６のように、円形の一部が若干変形している場合も含む。

また、上記内管の肉厚は０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲に設定することができる（請求項４）。この場合には、上記凸部を有する形状を設ける加工を比較的容易に実施することができる。

また、上記内管の上記螺旋状の変位の軸方向に対する角度が１０〜７０度の範囲にあることが好ましい（請求項５）。上記角度が上記範囲よりも小さい場合には、流体を流す場合の圧損を低減できる一方、内側流路における乱流効果及び外側流路の延長効果が少なく熱交換性能向上効果が小さくなるおそれがある。また、上記角度が上記範囲よりも大きい場合には、熱交換性能向上効果を高めることができる一方、圧損が大きくなりすぎるおそれがある。

また、上記内管における上記凸部の螺旋状の形状を、その変位が１周する長さである螺旋ピッチで表現した場合、２０〜１５０ｍｍの範囲にあることが好ましい。この螺旋ピッチの範囲内を採ることによって、内管の凸部の加工が比較的容易である。

また、上記熱交換器用二重管において、上記内管及び上記外管は、アルミニウム合金あるいは銅合金よりなることが好ましい（請求項６）。ここでいうアルミニウム合金とは、純アルミニウムを含み、アルミニウムを主体とする合金全般を示す。また、銅合金とは、純銅を含み、銅を主体とする合金全般を示す。これらの金属材料は、比較的熱伝達特性に優れており、熱交換性能向上に有効である。また、軽量化を加味すれば、アルミニウム合金を用いることが最も好ましい。

材質としてアルミニウム合金を選択する場合には、純アルミニウム（Ａ１０５０、Ａ１１００）、アルミニウム合金（Ａ３００３、Ａ６０６３）等が好ましい。銅を選択する場合には、純銅のりん脱酸銅や、熱伝導性の高い銅合金などがある。
なお材質としては、加工性の良好なものが望ましいが、耐食性や強度が必要な場合にはこれらの材質に限定されることはない。

また、上記外側流路の断面積Ｓ１と上記内管内の内側流路の断面積Ｓ２とが、Ｓ２／Ｓ１≧１．５を満たすことが好ましい（請求項７）。このような流路断面積の関係を維持することにより、上記内管の上記凸部の形状を曲げ加工に適したもの、つまり、潰れにくく、外管流路の閉塞や狭小化が生じにくい形状に設計しやすくなる。

また、このような断面積比率を採用することによって、熱交換機用として好適なものとなる。すなわち、熱交換サイクルにおける冷媒の性状は、高温・高圧下における液体状態の場合と、ガス化された気体状態の場合がある。当然同じ質量の冷媒でも、気体状態の方が液体状態よりも体積が大きい。そのため、上記二重管の内側流路を気体状態の冷媒の流路とし、外側流路を液体状態の冷媒の流路として選択することにより、冷媒の流通状態をより良い状態にすることができる。

なお、上記Ｓ２／Ｓ１の上限値は、外側流路の圧損を大きくしすぎないために１０とすることが好ましい。

また、上記凸部は、径方向に直交する幅寸法が、外周側に行くにつれて小さくなっていることが好ましい（請求項８）。この場合には、曲げ加工時に凸部が大きく変形して外側流路の閉塞や狭小化を招くことをさらに抑制することができる。

また、上記熱交換機用二重管は、自動車用空調装置における冷媒を循環させる配管として用いることができる（請求項９）。自動車用空調装置（通称カーエアコン）のような、設置空間が限られる場合においては、その設置自由度を左右する配管の曲げ加工可否は重要なポイントであり、上記二重管が好適である。

また、上記二重管を製造するに当たっては、以下のような方法をとることができる。
まず、上記内管は、上記所望の螺旋形状に対応した形状の内孔を有するダイスを回転させながら、素材となる断面円形の平滑管を直線的に引き抜き加工することにより作製することができる。なお、この内管の加工方法としては、ダイスを回転させない加工方法など、その他の加工方法を採用することも可能である。

また、上記外管は、上記内管の外径よりも大きい内径を有する断面円形の平滑管を素材として用いる。この外管用素材に成形後の上記内管を挿入して、二重管構造とする。次に、この二重管構造のまま、上記外管用素材を縮径引き抜き加工する。これにより、上記内管の円弧状の頂点部先端と外管の内面とを強く当接させることができ、両者が一体化した上記二重管を得ることができる。

上記二重管の両端部分については、上記内管の内側流路と、上記内管と外管との間の外側流路にそれぞれ配管が接続されることとなるが、これらの接続構造は、特に限定されるものではなく、種々の構造、種々の接合方法を採用できる。接合方法としては、例えば、かしめ接合法、ろう付け接合、接着接合、摩擦撹拌接合などがある。

また、上記外管の外周面には、周方向複数箇所において、長手方向に延びる溝部が設けられていることが好ましい（請求項１０）。この場合には、上記外管と内管とを上記のごとく縮径引き抜き加工する際に、上記外管に上記溝部を同時に形成することによって、上記外管と内管との上記凸部の頂点部分における当接状態をより強くすることができ、両者の一体化をより安定化することができる。また、上記溝部は、周方向において等間隔で設けられていることが好ましい。

（実施例１）
本発明の熱交換器用二重管につき、図１〜図４を用いて説明する。
本例の二重管１は、図３に示すごとく、外管１０の内部に内管２を配置してなる二重管構造を有し、内管２の内側を流れる流体と、内管２と外管１０の間を流れる流体との間の熱交換を行うための熱交換器用二重管である。

内管２は、図２、図４に示すごとく、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を２箇所有する形状を呈している。さらに、凸部２１の位置が長手方向において螺旋状に変位した形状を有している。外管１０は、断面形状が円形状の平滑管形状を呈している。そして、図３に示すごとく、外管１０の内周面と内管２の凸部２１の頂点部分２１０とが接しており、外管１０と内管２との間には周方向２箇所に区画された外側流路３１が形成されている。また、内管２の内接円の直径ｄ１と外管１０の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。
以下、さらに詳説する。

上記二重管１は、次のようにして作製した。
まず、素材として、材質Ａ３００３からなる外径１０ｍｍφ、肉厚１．０ｍｍ、長さ５００ｍｍの、断面円形状の押出平滑管を２本準備した。そのうち１本を内管用素材として用い、両端から１００ｍｍを内径８ｍｍφのダイスに通し、縮径加工を行い、引き抜き加工の前処理を実施した。

次に、所望の外形状に対応した内孔を有するダイスを用い、その内孔に上記内管用素材の縮径加工済みの先端部を通し、ダイスを回転させながら内管用素材を真っ直ぐに引き抜くことにより上記内管２を成形した。得られた内管２は、図２に示すごとく、軸方向に直交する横断面形状は、どこの位置においても、円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を２箇所有する形状を呈している。また、各部は滑らかな曲面でつながり、凸部２１の頂点部分２１０は円弧状曲面となっている。また、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。

また、同図に示すごとく、内管２の横断面面を軸方向に見ると、断面形状の内側には、これに内接する円形状の境界線２６が見え、断面形状の外側には、これに外接する円形状の境界線２７が見える。これらの境界線２６、２７は、内管２が螺旋状にねじれていることによって、各部の最小径部及び最大径部が周方向に変位するために生じるものである。境界線２６は内管２の内接円と一致し、境界線２７は内管２の外接円及び後述する外管１０（図３）の内接円と一致する。境界線２６（内管２の内接円）の直径ｄ１は５ｍｍ、境界線２７（外管１０の内接円）の直径ｄ２は８ｍｍである。内管２の肉厚は、１ｍｍである。また、図４に示すごとく、得られた内管２の螺旋状の変位の方向ｂの軸方向ａに対する角度αはおよそ３０°である。これは、内管２における凸部２１の螺旋ピッチに換算すれば４３．５ｍｍに相当する。

次に、図４に示すごとく、残りの１本の押出平滑管を外管用素材（以下、単に外管１０という）として用い、その中に上記内管２を挿入して二重管構造とする。この状態では、外管１０の内径と内管２の外径との間に差がある。そのため、外管１０を、内径９ｍｍの円形の内孔を有するダイスに通し、外管１０を縮径加工することにより、外管１０と内管２とを接合して一体化する。
これにより、図３に示すごとく、本例の二重管１が得られる。内管２の内接円直径ｄ１及び外管１０の内接円直径ｄ２はほぼ上述した値を維持し、ｄ１／ｄ２の関係は、０．６を超える値となる。

二重管１は、上記のごとく、特殊な形状を呈する螺旋状にねじった内管２と、円形状の平滑管よりなる外管１０とから構成されている。そして、内管の２つの凸部２１の頂点部分２１０が外管１０の内周面に接している。これにより、内管２と外管１０との間は、内管２の２つの凸部２１によって周方向２箇所に区画された外側流路３１となり、各外側流路３１は螺旋状に形成されたものとなる。そのため、外側流路３１は、直線経路の場合に比べて流路長が長くなり、熱交換率を高めることができる。

また、内管２の内部も、螺旋状にねじれた外壁を有する内側流路３２となる。それ故、二重管１の内側流路３２に流体（冷媒）を流せば、流体が適度に乱流を起こしながら流れ、効率よく熱交換することができる。

また、二重管１は、内管２と外管１０とが接して一体化している。そのため、二重管１を組み込んだ熱交換サイクルを運転した際に振動が生じても、二重管１において内管２と外管１０が衝突して騒音が生じることを確実に防止することができる。

また、二重管１は、内管２の内接円の直径ｄ１と外管１０の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。これにより、二重管１に対して、曲げＲが１００ｍｍ以下（例えば、５５ｍｍ〜３５ｍｍ程度）の比較的きつい曲げ加工を施しても、凸部２１の変形により、隣り合う凸部２１同士が接触するあるいは接近する等して、外側流路３１の閉塞あるいは流路面積の狭小化が生じてしまうことを抑制することが可能である。

また、二重管１の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１は１１ｍｍ²であり、内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２は２２ｍｍ²であり、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。そのため、性状によって体積の異なる冷媒を流通させるのに好適である。

このように、本例によれば、運転時において騒音を発することなく使用できると共に、配設時の曲げ加工にも適し、優れた熱交換性能を発揮しうる構造を有する熱交換器用二重管１を提供することができる。

（実施例２）
本例の二重管１０２は、図５に示すごとく、内管２が、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を等間隔で４箇所有する形状を呈している。そのため、図５に示すごとく、外管１０と内管２との間には周方向４箇所に等間隔で区画された外側流路３１が形成されている。また、本例でも、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。なお、本例の二重管１は、材質Ａ３００３からなる外径２１ｍｍφ、肉厚１．２ｍｍの外管用素材、材質Ａ３００３からなる外径１９ｍｍφ、肉厚１．２ｍｍの内管用素材を用いた点以外は、実施例１とほぼ同様にして作製した。

本例の二重管１０２の具体的な寸法は、外管１０の外径が２０．４ｍｍ、肉厚が１．２ｍｍである。また、内管２における凸部２１のない部分の内径（内接円の直径）ｄ１は１２．７ｍｍ、内管２における凸部２１のある部分の外径（外管１０の内接円の直径）ｄ２は１８ｍｍ、内管２における凸部２１のない部分の外径ｄ３は１５．１ｍｍ、肉厚は１．２ｍｍである。上記ｄ１及びｄ２は、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。

また、二重管１０２の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１は７０ｍｍ²であり、内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２は１３０ｍｍ²であり、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。

本例の二重管１０２によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例３）
本例の二重管１０３は、図６に示すごとく、内管２が、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を等間隔で８箇所有する形状を呈している。そのため、図６に示すごとく、外管１０と内管２との間には周方向８箇所に等間隔で区画された外側流路３１が形成されている。また、本例でも、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。なお、本例の二重管１０３は、材質Ａ３００３からなる外径２３ｍｍφ、肉厚１．３ｍｍの外管用素材、材質Ａ３００３からなる外径２１ｍｍφ、肉厚１．２ｍｍの内管用素材を用いた点以外は、実施例１とほぼ同様にして作製した。

本例の二重管１０３の具体的な寸法は、外管１０の外径が２２ｍｍ、肉厚が１．３ｍｍである。また、内管２における凸部２１のない部分の内径（内接円の直径）ｄ１は１３．６ｍｍ、内管２における凸部２１のある部分の外径（外管１０の内接円の直径）ｄ２は１９．４ｍｍ、内管２における凸部２１のない部分の外径ｄ３は１６ｍｍ、肉厚は１．２ｍｍである。上記ｄ１及びｄ２は、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。

また、二重管１０３の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１は８３ｍｍ²であり、内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２は１５２ｍｍ²であり、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。

本例の二重管１０３によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（実施例４）
本例の二重管１０４は、図７に示すごとく、内管２が、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を等間隔で８箇所有する形状を呈している。そのため、図６に示すごとく、外管１０と内管２との間には周方向８箇所に等間隔で区画された外側流路３１が形成されている。この点は、実施例３と同様である。一方、本例の内管２は、同図に示すごとく、隣接する凸部２１の基端部同士を近づけて、波状に凸部２１が連なるような形状とした。また、本例でも、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。

また、本例の二重管１０４は、材質Ａ３００３からなる外径２５ｍｍφ、肉厚１．５ｍｍの外管用素材、材質Ａ３００３からなる外径１９．２ｍｍφ、肉厚１．２ｍｍの内管用素材を用いた点以外は、実施例１とほぼ同様にして作製した。

本例の二重管１０４の具体的な寸法は、外管１０の外径が２２．２ｍｍ、肉厚が１．５ｍｍである。また、内管２における凸部２１のない部分の内径（内接円の直径）ｄ１は１３．４ｍｍ、内管２における凸部２１のある部分の外径（外管１０の内接円の直径）ｄ２は１９．２ｍｍ、肉厚は１．２ｍｍである。上記ｄ１及びｄ２は、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。

また、二重管１０４の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１は５８ｍｍ²であり、内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２は１７７ｍｍ²であり、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。

本例の二重管１０４によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

（試験例）
実施例４と同じ材質で同様の形状を有し、内管の内接円ｄ１及び外管の内接円ｄ２の寸法のみを変更した８つの試験材Ｔ１〜Ｔ８を準備し、これらに曲げ試験を行って、内管２の凸部２１への影響を観察した。各試験材Ｔ１〜Ｔ８のｄ１、ｄ２及びｄ１／ｄ２の値については、表１に示す。

比較例として、図８に示すごとく、断面形状が円形状の平滑管形状を呈する外管９０と、多葉管形状のねじり管よりなる内管９２とを用いて構成した従来の二重管９について、寸法を変更した２つの試験材Ｔ９及びＴ１０を準備した。試験材Ｔ９およびＴ１０は、すべての凸部９２１が、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて徐々に大きくなった後に円弧状に縮小した形状となっている。また、試験材Ｔ９およびＴ１０は、いずれも内外管とも、材質はりん脱酸銅（Ｃ１２２０）、肉厚は１ｍｍである。試験材Ｔ９及びＴ１０の内管の内接円ｄ１、外管の内接円ｄ２及びｄ１／ｄ２の値については、表１に示す。

試験は、図９に示すごとく、曲げ加工時の最内周側の曲率半径である曲げＲが４５ｍｍ、５５ｍｍ、あるいは１００ｍｍのいずれかとなるように曲げ加工を行い、その後、その曲げ加工部分を切断して、切断面の観察を行うというものである。観察は、内管の凸部が大きく変形して外側流路３１が閉塞又は狭小化した状態になるか否かに重点をおいた。観察結果を表１に示す。また、外側流路３１の閉塞又は狭小化が実質的になかった例の代表として、試験材Ｔ７の観察結果のスケッチ図（断面位置より内部の凹凸形状については省略）を図１０に示す。また、外側流路の閉塞又は狭小化があった例の代表として、試験材Ｔ１０の観察結果のスケッチ図（断面位置より内部の凹凸形状については省略）を図１１に示す。

表１及び図１０から知られるように、ｄ１／ｄ２の値が０．６超えの範囲にある試験材Ｔ１〜Ｔ８については、内管２及び外管１０の若干の変形及び凸部２１の若干の変形があるものの、曲げＲが４５ｍｍまたは５５ｍｍと比較的小さくても、凸部２１が潰れて外側流路３１が閉塞又は狭小化される現象はほとんど見られなかった。

表１及び図１１から知られるように、ｄ１／ｄ２の値が０．６以下の範囲にある試験材Ｔ９、Ｔ１０については、曲げＲが５５ｍｍの場合だけでなく、１００ｍｍと比較的大きくても、内管９２の凸部９２１の変形が大きく、複数箇所で凸部９２１の大きな変形により外側流路９３１の閉塞あるいは狭小化した不具合箇所９５が観察された。

（実施例５）
本例の二重管１０５は、図１２〜図１４に示すごとく、内管２が、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を等間隔で８箇所有する形状を呈している。そのため、図１３に示すごとく、外管１０と内管２との間には周方向８箇所に等間隔で区画された外側流路３１が形成されている。また、本例でも、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。

二重管１０５の外管１０は、図１２、図１３に示すごとく、実質的には平滑管形状を呈している。外管１０の内周面の断面形状は円形状である。外管１０の外周面は、基本的には円形状であるが、外周面には、周方向４箇所において軸方向に延びる溝部４が全長に設けられている。

上記溝部４は、外管１０と内管２とを縮径引き抜き加工する際に、外管１０に形成したものである。これらの溝部４を形成することにより、外管１０と内管２の凸部２１の頂点部分２１０における当接状態をより強くすることができ、両者の一体化をより安定化することができる。なお、溝部４は、曲げ加工や熱交換性能には殆ど悪影響を及ぼさない。

本例の二重管１０５の具体的な寸法は、外管１０の外径が２２ｍｍ、肉厚が１．６ｍｍである。また、内管２における凸部２１のない部分の内径（内接円の直径）ｄ１は１３ｍｍ、内管２における凸部２１のある部分の外径（外管１０の内接円の直径）ｄ２は１８．８ｍｍ、内管２の肉厚は１．３５ｍｍである。上記ｄ１及びｄ２は、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。

また、二重管１０５の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１と内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２との関係は、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。

（実施例６）
本例の二重管１０６は、図１５〜図１７に示すごとく、内管２が、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部２１を等間隔で８箇所有する形状を呈している。そのため、図１５に示すごとく、外管１０と内管２との間には周方向８箇所に等間隔で区画された外側流路３１が形成されている。また、本例でも、すべての凸部２１は、径方向に直交する幅寸法Ｗが、外周側に行くにつれて小さくなっている。また、実施例１〜５については、いずれも、凸部２１の断面形状が滑らかな曲線により構成されていたが、本例では、略直線をつないだ鋭角状の角部となるように構成されている。

二重管１０６の外管１０は、図１５、図１６に示すごとく、実質的には平滑管形状を呈している。外管１０の内周面の断面形状は円形状である。外管１０の外周面は、基本的には円形状であるが、外周面には、周方向４箇所において軸方向に延びる溝部４が全長に設けられている。

上記溝部４は、外管１０と内管２とを縮径引き抜き加工する際に、外管１０に形成したものである。これらの溝部４を形成することにより、外管１０と内管２の凸部２１の頂点部分２１０における当接状態をより強くすることができ、両者の一体化をより安定化することができる。なお、溝部４は、曲げ加工や熱交換性能には殆ど悪影響を及ぼさない。

本例の二重管１０６の具体的な寸法は、外管１０の外径が２２ｍｍ、肉厚が１．０ｍｍである。また、内管２における凸部２１のない部分の内径（内接円の直径）ｄ１は１５．７ｍｍ、内管２における凸部２１のある部分の外径（外管１０の内接円の直径）ｄ２は２０．４ｍｍ、内管２の肉厚は０．５ｍｍである。上記ｄ１及びｄ２は、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有している。

また、二重管１０６の外側流路３１の合計の断面積Ｓ１と内管２内の内側流路３２の断面積Ｓ２との関係は、Ｓ２／Ｓ１≧１．５の関係を満たしている。

１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６ 熱交換器用二重管
１０ 外管
２ 内管
２１ 凸部
２１０ 頂点部分
３１ 外側流路
３２ 内側流路

Claims (10)

1. 外管の内部に内管を配置してなる二重管構造を有し、上記内管の内側を流れる流体と、上記内管と上記外管の間を流れる流体との間の熱交換を行うための熱交換器用二重管であって、
   上記内管は、断面形状が円の円周の一部を当該円の外方に突出するように変形させた凸部を複数箇所有する形状を呈し、かつ、上記凸部の位置が長手方向において螺旋状に変位した形状を有し、
   上記外管は、少なくとも内周面の断面形状が円形状の平滑管形状を呈し、
   該外管の内周面と上記内管の上記凸部の頂点部分とが接し、上記外管と上記内管との間に周方向複数箇所に区画された外側流路が形成されており、
   上記内管の内接円の直径ｄ１と上記外管の内接円の直径ｄ２とが、０．６＜ｄ１／ｄ２の関係を有することを特徴とする熱交換器用二重管。
2. 請求項１に記載の熱交換器用二重管において、上記内管は、上記凸部を２〜１２箇所有することを特徴とする熱交換器用二重管。
3. 請求項１又は２に記載の熱交換器用二重管において、上記外管の外径が１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲にあることを特徴とする熱交換器用二重管。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管において、上記内管の肉厚が０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲にあることを特徴とする熱交換器用二重管。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管において、上記螺旋状の変位の軸方向に対する角度が１０〜７０度の範囲にあることを特徴とする熱交換器用二重管。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管において、上記内管及び上記外管は、アルミニウム合金あるいは銅合金よりなることを特徴とする熱交換器用二重管。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管において、上記外側流路の断面積Ｓ１と上記内管内の内側流路の断面積Ｓ２とが、Ｓ２／Ｓ１≧１．５を満たすことを特徴とする熱交換器用二重管。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管において、上記凸部は、径方向に直交する幅寸法が、外周側に行くにつれて小さくなっていることを特徴とする熱交換器用二重管。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換機用二重管であって、自動車用空調装置における冷媒を循環させる配管として用いられることを特徴とする熱交換機用二重管。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱交換器用二重管であって、上記外管の外周面には、周方向複数箇所において、長手方向に延びる溝部が設けられていることを特徴とする熱交換器用二重管。

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