JP2015175574A - 熱交換器用リターンベンド管、熱交換器用伝熱管、熱交換器及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】伝熱管の細径化に際し、曲げ部のしわの発生を防止し、管端部の割れの発生を防止できる熱交換器用リターンベンド管、熱交換器用伝熱管、熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．２乃至０．５ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管１０を平行に配置して、その同一端側で、その管端部をリターンベンド管２０により外嵌する。リターンベンド管２０における伝熱管１０との接続部の管内面には、リング状のろう材３０が管内面に係止させて取り付けられており、熱処理により、ろう材３０が溶融して、伝熱管１０とリターンベンド管２０が固定される。【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の銅又は銅合金製の直管状伝熱管を平行に配置し、例えば、アルミニウム製の複数個のフィンを平行に配置して、このフィンに前記伝熱管を貫通させることにより前記フィンを伝熱管の外面に接触させた状態で、前記伝熱管の両管端をＵ字形のリターンベンド管により連結して各伝熱管を接続することにより製造される熱交換器に関し、その熱交換器に使用されるリターンベンド管、伝熱管及び熱交換器の製造方法に関する。

従来のフィンチューブ型熱交換器は、図１３に示すように、Ｕ字形の銅又は銅合金管からなる伝熱管１を複数個平行に並べ、平板状のアルミニウム又はアルミニウム合金製フィン６に孔を設けてこれらの孔内に伝熱管の直管部を挿通させる（特許文献１の図８，特許文献２ ）。図１３及び図１４に示すように、伝熱管１の直管部は、一次拡管加工されて、フィン６と密着させる。そして、伝熱管１の管端部は二次拡管加工されて、リターンベンド管４の外径より大きな内径を有するように加工され、接続部２が形成される。更に、伝熱管１は、管端を三次フレア拡管加工されて、フレア部３が形成される。その後、リターンベンド管４の管端部（接続部５）を伝熱管１の接続部２に挿入し、フレア部３にリング状のろう材（図示せず）を配置し、このようにして、仮組立した伝熱管とリターンベンド管を、ローラー上を一方向に搬送しつつ、伝熱管とリターンベンド管との接続部にバーナーの火焔をあてる。これにより、前記ろう材を溶融させ、溶融ろう材を伝熱管１の接続部２とリターンベンド管４の接続部５との間に進入させて凝固させ、伝熱管１とリターンベンド管４とをろう付け固定する。これにより、熱媒体が通流する１個の通路が形成され、伝熱管１の外面に接触するフィン６により、前記熱媒体の熱が放散される（特許文献１，２）。また、図１５は、従来の他の熱交換器を示す。図１５（ａ）は、直管状の伝熱管１の両端部に拡管により設けた接続部２内に、Ｕ字形リターンベンド管４の両端接続部５を挿入して、接続部２と接続部５とをろう付けする（特許文献１の図１）。接続部２の管端部には三次フレア加工が施されてフレア部３が形成されている。図１５（ｂ）は、直管状の伝熱管１０の両端部の接続部１１に、リターンベンド管２０の両端部の拡管された接続部２１を外嵌し、接続部１１と接続部２１とをろう付け接合する（特許文献１の図４）。接続部２１の管端部には、三次フレア加工によりフレア部２２が形成されている。

熱交換器用の伝熱管は、銅又は銅合金製の内面溝付管が使用されているが、この銅又は銅合金製伝熱管は、近年、細径化及び薄肉化が進んでいる。これは、伝熱管を細径化することにより、伝熱管の軽量化と、熱交換器の小型化及び冷媒の充填量の低減とを図ろうとするものである。従来、ルームエアコンの熱交換器は、外径が７ｍｍの伝熱管を使用したものが多いが、近時、外径が５ｍｍ、更には、４ｍｍのものが使用されつつあり、伝熱管の細径化が進んでいる。伝熱管を細径化すると、伝熱管の肉厚を薄くしても、所要の強度を確保することができるため、薄肉化が可能となる。つまり、伝熱管が外径が７ｍｍの内面溝付管の場合は、底肉厚（溝底部における管肉：最小肉厚）は０．２５乃至０．２３ｍｍのものが使用されるが、外径が５ｍｍ又は４ｍｍの場合は、底肉厚は０．２０ｍｍを下回るものが使用される。

特開２００８−２１５７３３号公報 特許第４４２２５９０号公報

しかし、図１３に示す伝熱管１が薄肉になっていくと、伝熱管１をＵ字状に曲げ加工したときに、伝熱管１の曲げ部１ａに曲げしわが発生しやすくなる。また、伝熱管１が細径になっていくと、伝熱管１の三次フレア拡管時に、管端のフレア部３に割れが生じやすくなる。即ち、この三次フレア拡管する前の二次拡管後の伝熱管１の管端部に微細なキズが存在すると、割れ感受性が高まる。また、三次フレア拡管は、管端部の形状（スピニングカットによるすぼみ）の影響を受けやすいため、三次フレア拡管時には、管端部の形状の影響を受けて、管端部に割れが生じやすい。このように、三次フレア拡管は、管端部に割れが発生しやすい加工である。更に、肉厚が薄くなると、ろう付け加熱時に過加熱になりやすいため、ろう付け加熱により強度が低下しやすくなる。また、三次フレア拡管時の割れの問題点は、伝熱管にＣ１２２０銅管（りん脱酸銅管）を使用する場合よりも、高強度銅管を使用した場合に、より顕著となる。

図１５（ａ）に示す伝熱管１は、Ｕ字形に曲げ加工するものではなく、その両端部にリターンベンド管４を配置したものであるが、伝熱管１の両端部を三次フレア拡管しているので、上述と同様に、拡管割れが生じやすいという問題点を有する。また、図１５（ｂ）に示す伝熱管１０は、特許文献１には、ろう付け法が開示されておらず、不明である。このため、この特許文献１に開示された発明では、効率的なろう付けができず、特に、自動ろう付けはできない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、伝熱管の細径化に際し、曲げ部のしわの発生を防止し、管端部の割れの発生を防止できると共に、効率的なろう付けが可能な熱交換器用リターンベンド管、熱交換器用伝熱管、熱交換器及び熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る熱交換器用リターンベンド管は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管を平行に配置して、その同一端側で、その管端部を外嵌することにより、前記伝熱管の管端同士を連結するＵ字形の熱交換器用リターンベンド管において、
前記リターンベンド管における前記伝熱管との接続部の管内面に、リング状のろう材を前記管内面に係止させて取り付けたことを特徴とする。

この熱交換器用リターンベンド管において、
前記リターンベンド管は、例えば、
その前記伝熱管との接続部が、他の部分よりも拡開されていて、この拡開部に前記伝熱管が挿入されるようになっていることを特徴とする。

又は、
前記リターンベンド管は、その前記伝熱管との接続部は拡開されておらず、リターンベンド管の内径が、前記伝熱管が挿入可能な大きさを有していることを特徴とする。

又は、
前記リターンベンド管は、その拡管部の端縁が更に拡管されてフレア拡管部が形成されており、前記リング状のろう材は、このフレア拡管部に係止されていることを特徴とする。

又は、
前記リターンベンド管は、その拡管部に円周状に外方に膨らむビード加工部が形成されており、前記リング状のろう材は、このビード加工部に係止されていることを特徴とする。

又は、
前記リターンベンド管は、その拡管部に円周状に内方に膨らむビード加工部が形成されており、前記リング状のろう材は、このビード加工部の手前の部分に係止されていることを特徴とする。

前記リターンベンド管は、例えば、外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．２乃至０．６ｍｍの銅又は銅合金管からなる。

本発明に係る熱交換器用伝熱管は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の伝熱管であって、その管端部をＵ字形のリターンベンド管の管端部に挿入することにより、前記リターンベンド管により他の伝熱管と連結される熱交換器用伝熱管において、
前記伝熱管における前記リターンベンド管との接続部の管外面に、リング状のろう材を前記管外面に係止させて取り付けたことを特徴とする。

本発明に係る熱交換器は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなり、相互に平行に配置された直管状の複数個の伝熱管と、
２本の前記伝熱管の同一端側の管端部を外嵌して、その伝熱管の管端同士を連結するＵ字形のリターンベンド管と、
前記リターンベンド管における前記伝熱管との接続部の管内面にリング状をなして取り付けられ、前記伝熱管の管端部を前記リターンベンド管の管端部に挿入することにより、両管端部間に供給され、加熱溶解により前記伝熱管と前記リターンベンド間とを接合するろう材と、
を有することを特徴とする。

本発明に係る他の熱交換器は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなり、相互に平行に配置された直管状の複数個の伝熱管と、
２本の前記伝熱管の同一端側の管端部を外嵌して、その伝熱管の管端同士を連結するＵ字形のリターンベンド管と、
前記伝熱管における前記リターンベンド管との接続部の管外面にリング状をなして取り付けられ、前記リターンベンド管の管端部を前記伝熱管の管端部に外嵌することにより、両管端部間に供給され、加熱溶解により前記伝熱管と前記リターンベンド間とを接合するろう材と、
を有することを特徴とする。

本発明に係る熱交換器の製造方法は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管を平行に配置し、
Ｕ字形のリターンベンド管における接続部の管内面に、リング状のろう材を、前記リターンベンド管における接続部の内面に係止させた状態で取り付け、
前記リターンベンド管の接続部内に、前記伝熱管の接続部を挿入して、仮組立し、
前記接続部を加熱することにより、前記ろう材を溶融させて、接続部において、前記リターンベンド管と前記伝熱管とを固定することを特徴とする。

本発明に係る他の熱交換器の製造方法は、
外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管であって、その接続部の管外面に、リング状のろう材を係止させたものを平行に配置し、
前記リターンベンド管の接続部内に、前記伝熱管の接続部を挿入して、仮組立し、
前記接続部を加熱することにより、前記ろう材を溶融させて、接続部において、前記リターンベンド管と前記伝熱管とを固定することを特徴とする。

本発明によれば、伝熱管として、直管状のものを使用しているので、従来のように、伝熱管をＵ字形に曲げる必要がなく、このＵ字曲げ部でしわが発生することがない。また、直管状の伝熱管の両端部は、Ｕ字形のリターンベンド管で接続されるが、このＵ字形リターンベンド管は、伝熱管よりも厚肉の銅若しくは銅合金管、伝熱管よりも伝熱性能は低いがしわが発生しにくい材質の銅若しくは銅合金管又はアルミニウム又はアルミニウム合金管等を使用することができるので、このリターンベンド管に曲げしわが発生することはない。更に、従来の伝熱管の三次フレア加工部の管端の割れは、三次フレア加工により生じているが、本発明においては、ろう材を保持するためのフレア加工は、伝熱管には施さない。このろう材を保持するためのフレア加工は、リターンベンド管に設けるか、又はフレア加工を施すことなく、伝熱管よりも大径のリターンベンド管を使用することにより、リターンベンド管内に伝熱管の管端部を挿入し、外側のリターンベンド管と内側の伝熱管との間に、リング状のろう材を配置して、このろう材を加熱溶融することにより、接続部におけるリターンベンド管の内周面と、伝熱管の外周面との間をろう付け接合して、伝熱管とリターンベンド管とを連結するから、伝熱管の管端部に割れが生じることはない。

このようにして、本発明においては、伝熱管の薄肉化及び小径化に際して、伝熱管の曲げしわおよび管端部の割れの発生を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る熱交換器の組み立て前の状態を示す模式図である。 本発明の第１実施形態に係る熱交換器の組み立て後の状態を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の組み立て前の状態を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る熱交換器の組み立て後の状態を示す模式図である。 リターンベンド管にリング状ろう材を保持させた場合の変形例を示す図である。 リターンベンド管にリング状ろう材を保持させた場合の他の変形例を示す図である。 リターンベンド管にリング状ろう材を保持させた場合の更に他の変形例を示す図である。 リターンベンド管にリング状ろう材を保持させた場合の更に他の変形例を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る熱交換器の組み立て前の状態を示す模式図である。 本発明の実施例の伝熱管とリターンベンド管との接続状態で、ろう付け前後の状態を示す図である。 外径４ｍｍの伝熱管を使用した熱交換器のろう付け前の状態を示す図である。 熱交換器の伝熱性能の測定に使用した空気熱交換器性能測定装置である。 従来の熱交換器を示す図である。 従来の熱交換器の伝熱管の二次拡管部及び三次フレア拡管部を示す図である。 従来の両端リターンベンド管型の熱交換器を示す図である。

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は本発明の第１実施形態に係る熱交換器用リターンベンド管を使用した熱交換器の組み立て前の状態を示す模式図、図２は組み立て後の状態を示す模式図である。図１に示すように、本実施形態においては、銅、銅合金、アルミニウム、又はアルミニウム合金等からなる平板状の複数個のフィン６を平行に配置し、フィン６に設けた孔内に直管状の伝熱管１０を挿通させて、直管状の銅又は銅合金管からなる伝熱管１０を複数本平行に配置する。そして、伝熱管１０の両端部を、同一端側で、リターンベンド管２０の両端部に連結して、複数個の伝熱管１０及びリターンベンド管２０を交互に直列に接続する。これにより、冷媒が、直接接続の伝熱管１０の一方の端部から他方の端部まで、伝熱管１０の内部を通流する熱交換器が構成される。

本実施形態においては、リターンベンド管２０はその両端部の接続部２１が、拡管加工されて、伝熱管１０の管端部の接続部１１の外径よりも、リターンベンド管２０の接続部２１の内径が大きくなるようになっている。なお、本実施形態においても、図５に示すように、リターンベンド管２０の接続部２１の管端部に、フレア加工を施して、フレア部２２を形成してもよい。

そして、本実施形態においては、リターンベンド管２０の接続部２１の内部に、リング状のろう材３０が配置されている。このリング状のろう材３０は、接続部２１の内周面の内径よりも若干大きな外径を有し、接続部２１内に押し込まれる。これにより、ろう材３０は、接続部２１内に摩擦力により保持され、リターンベンド管２０は、ろう材３０を保持した状態で、保管及び運搬される。

熱交換器の組み立て工程においては、リターンベンド管２０の接続部２１をその両開放端部から伝熱管１０の接続部１１に外嵌する。その後、伝熱管１１をリターンベンド管２０内に挿入した状態で、これを、ローラー上で一方向に移動させつつ、伝熱管とリターンベンド管との接続部にバーナーの火焔をあてて、ろう材３０を溶融させる。これにより、溶融したろう材３１は、伝熱管１０の接続部１１の外面と、リターンベンド管２０の接続部２１の内面との間に、毛細管現象により進入する。その後、ろう材３１は固化し、接続部１１，２１同士が固着される。これにより、熱交換器が組み立てられる。

本実施形態においては、伝熱管１０は、直管状であるので、Ｕ字形に曲げる加工が不要である。このため、伝熱管１０には、Ｕ字曲げ加工に伴うしわの発生が生じない。また、直管状の伝熱管１０の両端部は、Ｕ字形のリターンベンド管２０で接続されるが、このＵ字形リターンベンド管は、伝熱管よりも大径の銅若しくは銅合金管、伝熱管よりも伝熱性能は低いがしわが発生しにくい材質の銅若しくは銅合金管又はアルミニウム又はアルミニウム合金管等を使用することができるので、このリターンベンド管２０に曲げしわが発生することはない。更に、本発明においては、ろう材３０を保持するためのフレア加工を、伝熱管１０には施さない。このろう材３０を保持するためのフレア加工は、リターンベンド管２０に設けてもよいが（図２）、フレア加工を設けなくても、リターンベンド管２０の接続部２１の内面に設けることができる（図１）。よって、伝熱管１０には、フレア加工に伴う割れが発生せず、リターンベンド管２０にも割れが発生することを極力抑制することができる。

次に、図３及び図４を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、リターンベンド管２０の内径が、伝熱管１０の外径より、若干大きい。本実施形態においては、リング状のろう材３０は、リターンベンド管２０の開放端部側の直管部と、湾曲部との間の境界近傍に配置される。この場合にも、リング状のろう材３０の外径は、リターンベンド管２０の内径よりも若干大きく、ろう材３０はリターンベンド管２０内に押し込まれて、摩擦力により、リターンベンド管２０内に保持される。

本実施形態においても、リターンベンド管２０の接続部２３内に、伝熱管１０の管端部の接続部１１を挿入し、この仮組立した伝熱管１０とリターンベンド管２０を、それらの接続部１１，２３に火焔があたるようにして、一方向に移動させ、ろう材３０を加熱してろう材３０を溶融させる。これにより、リターンベンド管２０の接続部２３の内面と、伝熱管１０の接続部１１の外面との間を、ろう付け接合して、伝熱管１０とリターンベンド管２０とを連結する。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、伝熱管１０には、曲げシワ及び割れが発生することはない。リターンベンド管２０は、伝熱管１０よりも厚肉であるので、曲げ加工に際して、シワが発生することはない。また、本実施形態においても、フレア加工する必要はなく、フレア部に割れが発生することはない。

なお、上記各実施形態において、伝熱管１０及びリターンベンド管２０は、平滑管の他、内面溝付管を使用することもできる。

また、本発明においては、リターンベンド管２０の内部に、リング状ろう材３０を保持するが、その態様は、図１及び図３に示すものに限らない。例えば、図５に示すように、リターンベンド管２０の接続部２１の拡管部の管端に、フレア加工を施して、フレア部２２を形成し、このフレア部２２にろう材３０を保持させてもよい。この場合、リング状のろう材３０の外径は、フレア部２２の内径より若干大きなものとして、このろう材３０をフレア部２２に押し込むことにより、フレア部２２に保持させる。

図６においては、拡管された接続部２１に、外方に膨らむと共にリング状に延びる外方凹部２４を形成し、この凹部２４内にリング状のろう材３０を嵌合して、ろう材３０を凹部２４内に保持させる。図７においては、図１と同様に、リターンベンド管２０の拡管された接続部２１と、非拡管部との境界の段差部に、ろう材３０を保持させている。図８においては、大径リターンベンド管２０の接続部２３の湾曲部との境界に、内方に狭まると共にリング状に延びる内方凸部２５を形成し、この内方凸部２５における接続部２３の開放端部側にろう材３０を係止させて、ろう材３０をこの接続部２３に保持する。

なお、図６乃至図８に示すように、リターンベンド管２０の管端から離れた接続部２０における曲げ部側の位置に、ろう材３０を係止することにより、ろう材３０を加熱した際、伝熱管１０とリターンベンド管２０との接続部間の隙間に十分溶融ろうがまわるので、ろう材を確実に接続部の隙間に充填させることができ、かつ溶融ろうがまわったことを接続部の隙間の外側から視認できるため、ろう付けの信頼性が格段に向上する。即ち、図５のように、リング状ろう材３０が溶融前に管端部に位置していると、溶融したろう材は、管端から接続部内部（曲げ部側）に向けて、接続部間の隙間を進入して、凝固する。よって、最終凝固部がどの位置にあるかは、外部から視認できない。これ対し、図６乃至図８のように、ろう材３０を接続部内部に係止させると、ろう材３０が溶融したときに、溶融ろうが、接続部間の隙間を、接続部内部から管端に向けて流動して、凝固する。このため、溶融ろうの最終凝固部は、管端部側になる。このため、この管端部を確認することにより、正常ろう付け時に、溶融ろうが管端部まで到達して凝固していることを視認することができ、溶融ろうの最終凝固部を管端部の確認で視認できない場合は、ろうが接続部間の隙間に十分に充填されていないことがわかる。このようにして、図６乃至図８の場合は、ろう付けの信頼性が、図５の場合よりも向上する。

図９は本発明の更に他の実施形態を示す。本実施形態は、直管状の伝熱管１０の接続部１１に、リング状のろう材３０を嵌合したものである。ろう材３０は、伝熱管１０の接続部１１の外径よりも、若干小さい内径を有し、ろう材３０を若干引き延ばした状態で、伝熱管１０の接続部１１に外嵌する。そして、この伝熱管１０の接続部１１に、リターンベンド管２０の拡管された接続部２１を嵌合し、伝熱管１０とリターンベンド管２０の接続部１１，２１を火焔で加熱することにより、ろう材３０を溶融させて、毛細管現象により、溶融ろう材３０をリターンベンド管２０の接続部２１の内面と、伝熱管１０の接続部１１の外面との間に、進入させる。これにより、リターンベンド管２０と伝熱管１０とをろう付けすることができる。なお、伝熱管１０にリング状ろう材３０を係止させる場合には、図９のリング状ろう材３０を、伝熱管１０の外側から、数カ所でポンチ打ちすることにより、伝熱管１０に取付けてもよい。

本発明において使用するリング状のろう材３０は、例えば、ＪＩＳ Ｚ３２６４「りん銅ろう」に規定されているＢＣｕＰ−２、ＪＩＳ Ｚ３２６１「銀ろう」に規定されるＢＡｇ−７及びＪＩＳ Ｚ３２８２「はんだ−化学成分及び形状」に規定されるＳｎ９６．５質量％Ａｇ３．５質量％合金等がある。

また、伝熱管１０は、外径が２乃至６．３５ｍｍの細径管であり、肉厚は、０．１乃至０．４ｍｍである銅又は銅合金管である。本発明は、このような細径管を伝熱管とする場合に、極めて有効である。更に、伝熱管１０は、平滑管に限らず、内面溝付管も使用することができる。内面溝付管の場合は、前述の肉厚は、溝底部の底肉厚である。フィン高さは、例えば、０．１２ｍｍ、溝数は４０、フィンのリード角は１７°、フィンの山頂角は１４°である。また、リターンベンド管２０は、例えば、外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．２乃至０．６ｍｍの銅又は銅合金管であることが好ましく、通常、平滑管が使用される。例えば、リターンベンド管２０は、Ｃ１２２０（りん脱酸銅）又はＣ１０２０（無酸素銅）等を使用することができる。なお、伝熱管の肉厚よりもリターンベンド管の肉厚を厚くすることにより、リターンベンド管には曲げしわが発生しにくくなる。また、リターンベンド管の肉厚を比較的厚くすることにより、曲げ加工により曲げ部の肉厚が薄くなっても、ろう付け時の加熱によりリターンベンド管が軟化して、強度が低下することを防止できる。

次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較して説明し、本発明の効果について説明する。リターンベンド管２０及び伝熱管１０は、平滑管又は内面溝付管であり、以下のようにして製造した。平滑管の場合は、溶解鋳造→熱間押出→冷間圧延→冷間引抜→焼鈍の工程により製造される。内面溝付管の場合は、溶解鋳造→熱間押出→冷間圧延→冷間引抜→中間焼鈍→転造加工→最終焼鈍の工程により製造される。銅管は、りん脱酸銅であり、このＪＩＳ Ｈ３３００・Ｃ１２２０Ｔに規定された組成を有する。銅合金管は、ＪＩＳ Ｈ３３００・Ｃ５０１０Ｔに規定された組成を有する高強度銅管である。

下記表１は、伝熱管に使用される平滑管の形状を示し、下記表２は、内面溝付管の形状を示す。

リターンベンド管は、上記表１に示す平滑管を、例えば、外径５ｍｍの場合、下記表３及び図１０に示すように、リターンベンドピッチ１５ｍｍ、足長さ２０ｍｍでＵ字状に曲げ加工を施し、更に、両管端部を、内径５．６５ｍｍに拡管して（後述する一次拡管後の外径５．２５ｍｍの伝熱管とのクリアランス０．２ｍｍ）、接続部を形成し、更に、図１０に示すように、拡管した接続部の湾曲部との境界近傍に、外径が１．３ｍｍ、巻き直径が４．４ｍｍのリング状のＢＣｕＰろう材を保持した。

図１０は、この試験方法を示す図、下記表３は、その各部の寸法である。例えば、外径が５ｍｍの伝熱管（冷媒管）については、一次拡管後の外径は５．２５ｍｍであり、Ｕ字形のリターンベンド管は、その平行な直管部の中心間のピッチ（リターンベンドピッチ）が１５ｍｍである。はまり込み深さは、リターンベンド管の接続部が伝熱管の接続部を嵌合する嵌合部の長さであり、例えば、５ｍｍである。また、足長さは、リターンベンド管の曲げ部外縁と、管端との間の距離である。リング外径はリング状ろう材の円形断面の外径であり、巻き直径はリング状ろう材の断面の中心間距離である。

下記表４は、熱交換器の組み立て条件を示す。

内面溝付管からなる伝熱管（冷媒管）を、例えば、１．２ｍｍ間隔で平行に配置された５００枚のフィンに挿入し、外径基準で１０５％（５．２５ｍｍ）となるように、伝熱管に対して一次拡管を実施し、２列１５段に、伝熱管を配置した。

そして、リング状ろう材を保持したリターンベンド管を、伝熱管に外嵌した。その後、直管状伝熱管とリターンベンド管の内面の変色を防止するため、窒素を流しつつ、バーナーによりリターンベンド管の部分を加熱（８５０℃、３０秒）し、リターンベンド管と伝熱管とをろう付けした。

得られた熱交換器の形状寸法を下記表５乃至表７に示す。表５−１、表５−２は伝熱管の外径が５ｍｍの場合、表６−１、表６−２は伝熱管の外径が４ｍｍの場合、表７−１，表７−２は伝熱管の外径が３ｍｍの場合である。

実施例１は、リターンベンド管が拡管型の場合、実施例２は、リターンベンド管が外径大型の場合、実施例３は、伝熱管及びリターンベンド管のいずれも無酸素銅Ｃ１０２０の場合，実施例４は、伝熱管が合金管で、肉厚が薄い場合、実施例５は、伝熱管とリターンベンド管が合金管で、肉厚が薄く、拡管型の場合、実施例６は、冷媒管にろう材を保持させた場合である。比較例１及び比較例２は、従来の熱交換器の場合である。実施例７は、リターンベンド管が拡管型の場合である。比較例３は、従来の熱交換器である。実施例８は、リターンベンド管が拡管型の場合である。比較例４は、従来の熱交換器の場合である。

これらの実施例及び比較例について、熱交換器性能及び疲労試験を実施した。図１１はろう付け前の３列１２段配列の熱交換器であって、外径が４ｍｍの伝熱管とリターンベンド管を使用したフィンアンドチューブ型熱交換器であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は斜視図である。

図１２は熱交換器の伝熱性能の測定に使用した空気熱交換器性能測定装置（以下、測定装置という）の構成を示す模式図である。図１２に示すように、測定装置は、恒温恒湿機能付きの吸引型風洞１２、冷媒供給装置（図示せず）及び空調機（図示せず）からなる。吸引型風洞１２においては、空気の流通経路に熱交換器１１が配置され、この熱交換器１１の上流側及び下流側に夫々エアーサンプラー１３及び１４が配置されている。エアーサンプラー１３及び１４には夫々温湿度測定装置１５及び１６が連結されている。温湿度測定装置１５及び１６は夫々エアーサンプラー１３及び１４により採取された空気の乾球温度及び湿球温度を測定することにより、この空気の温度及び湿度を測定するものである。温湿度測定装置１５及び１６には温度を測定するための白金抵抗体が夫々２本設けられており、前記２本の白金抵抗体のうち１本は乾球温度測定用であり、他の１本は湿球温度測定用である。湿球温度測定用の白金抵抗体は常に水を含んだガーゼ（ウィック）に包まれている。また、熱交換器１１とエアーサンプラ−１４との間には、熱交換器１１を通過した空気を整流する整流器１７が設けられており、エアーサンプラ−１４の下流側には横流ファン（Cross Flow Fan）１８が設けられている。熱交換器１１の入口及び出口には、冷媒の温度を測定する白金抵抗体及び冷媒の圧力を測定する歪ゲージ式圧力伝送器の双方が設けられている。

また、冷媒供給装置は冷媒の圧力及び温度を調節して吸引型風洞１２に供給するものであり、凝縮器及び熱交換器を備えている。冷媒供給装置には、冷媒の温度及び圧力を測定する白金抵抗体及び歪みゲージ式圧力伝送器が設けられており、冷媒の流量を測定するコリオリ式流量計も設けられている。更に、空調機は空気の温度及び湿度を制御して吸引型風洞１２に供給するものであり、冷却用熱交換器、空気加熱ヒータ及び加湿装置を備えている。

次に、上記測定装置を使用した熱交換器の伝熱性能の測定方法について説明する。伝熱性能の測定は、冷媒の蒸発時について行う。先ず、図１２に示すように、温度及び湿度を所定の条件に調整した空気を吸引型風洞１２に送る。エアーサンプラー１３はこの空気の温度及び湿度を測定する。また、吸引型風洞１２内に送られた空気は熱交換器１１のフィンプレート１９間を通過する。一方、冷媒を熱交換器１１の伝熱管である伝熱管に流す。なお、冷媒にはＲ４１０Ａを使用する。これにより、伝熱管内の冷媒とフィンプレート１９間を通過する空気との間で熱交換を行わせる。このとき、冷媒の凝縮時においては、冷媒から空気へと熱が流れ、冷媒の蒸発時においては、空気から冷媒へと熱が流れる。整流器１７が熱交換器１１を通過した空気を整流し、エアーサンプラー１４が整流器１７を通過した空気を採取してその温度及び湿度を測定する。そして、シロッコファン１８がこの空気を吸引型風洞１２の外へ排出する。

凝縮試験時には、冷媒供給装置内の凝縮器に流れる冷却水量を制御し、熱交換器１１の冷媒入口圧力が所定の凝縮温度に相当する飽和蒸気圧力の値になるようにする。そして、冷媒供給装置内の熱交換器に温水を流し、この温水の温度を制御することにより、熱交換器１１の冷媒入口前の冷媒温度を制御する。また、冷媒流量を制御することにより、出口過冷却度（出口サブクール（ＳＣ））を所定の値に制御する。

一方、蒸発試験時には、冷媒供給装置内の膨張弁の開度を調節して熱交換器１１の冷媒出口圧力が、所定の蒸発温度に相当する飽和蒸気圧力の値になるように制御する。そして、熱交換器１１に供給される冷媒の温度を制御することにより、冷媒の入口乾き度を制御する。また、冷媒流量を調節することにより、出口過熱度（出口スーパーヒート（ＳＨ））の値を制御する。伝熱管内蒸発側試験及び凝縮側試験における測定条件を表８に示す。

次に、熱交換器１１における伝熱量（熱交換量）の測定方法について説明する。熱交換器１１の出入口における冷媒の温度及び圧力を測定し、この冷媒の温度及び圧力に基づいて、米国のNational Institute of Standards and Technology (NIST)製のコンピュータソフトREFPROP Ver6.01を使用して、熱交換器１１の出入口における冷媒のエンタルピーを算出する。一方、冷媒供給装置のコリオリ式流量計により、冷媒の流量を測定する。冷媒出入口のエンタルピー差をΔＨ（ｋＪ／ｋｇ）とし、冷媒流量をＷ（ｋｇ／ｈ）とし、伝熱量をＥ（ｋＷ）とすると、伝熱量Ｅは下記数式１により与えられる。

一方、空気の状態量からも伝熱量を算出する。先ず、蒸発試験時における伝熱量の算出方法について説明する。空気の流量をＱｍｉ（ｍ^３／秒）とし、熱交換器１１の入口及び出口における空気のエンタルピーを夫々ｈａ１（ｋＪ／ｋｇ）及びｈａ２（ｋＪ／ｋｇ）とし、空気比体積をｖｎ（ｍ^３／ｋｇ）とし、乾き空気１ｋｇ当たりの空気の絶対湿度をｘｎ（ｋｇ／ｋｇ）とし、熱漏洩量をｑ（ｋＷ）とし、蒸発試験時における熱交換器１１の伝熱量をｑｃｔｉ（ｋＷ）とすると、伝熱量ｑｃｔｉは下記数式２により与えられる。

次に、凝縮試験時における伝熱量の算出方法について説明する。乾き空気１ｋｇ当たりの空気の定圧比熱をＣｐａ（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）とし、熱交換器１１の入口及び出口における空気の乾球温度を夫々ｔａ１及びｔａ２とし、凝縮試験時における熱交換器１１の伝熱量をｑｔｈｉ（ｋＷ）とすると、伝熱量ｑｔｈｉは下記数式３により与えられる。

このように、空気の状態量から算出した伝熱量を、上述の冷媒の温度及び圧力から算出した伝熱量と比較し、測定の信頼性を評価する。具体的には、｛（冷媒からの算出値）／（空気からの算出値）−１｝×１００（％）の絶対値が５％を超えるようであれば、熱交換器１１を設置し直し、再度測定を行う。また、この数式の値の絶対値が５％以内であっても、この値が不安定に変動する場合は、試験装置を確認し、必要に応じて再測定を行う。本実施例においては、伝熱量の測定値として、冷媒の温度及び圧力から求めた値を採用する。その結果を、上記表５乃至表７に示す。但し、各表５，６，７において、比較例の熱交換器性能を１００として、実施例の熱交換器性能を指数表示した。

疲労試験は、熱交換器の両端を内圧繰り返し疲労試験機に接続管内部に油圧を周期的に負荷して試験を実施した。試験条件は、温度が室温、圧力が０．５〜４．７ＭＰａ、周波数が２Ｈｚである。そして、繰り返し数が２００，０００回でも、破断が生じなかった場合に、疲労試験の結果を○として、表５〜表７に記載した。なお、圧力が０．５〜４．７ＭＰａとは、圧力の極大値を４．７ＭＰａ、極小値を０．５ＭＰａとして、繰り返し負荷を与え、差圧が４．２ＭＰａである。

上記表５乃至表７に示すように、実施例１乃至８は、熱交換器性能が、従来と同等以上であると共に、疲労試験は全て○であった（２０万回以上の耐久性があった）。これに対し、比較例１は、従来の熱交換器の場合であり、ヘアピン内周側にしわが出て疲労割れが生じた。比較例２は、従来の熱交換器で冷媒管が合金管、三次フレア拡管時に割れが生じて熱交換器を製造できなかった。比較例３は、従来の熱交換器で、ヘアピン内周側にしわが出て疲労割れが発生した。比較例４は、従来の熱交換器の場合で、ヘアピン内周側にしわが出て疲労割れが発生した。

Claims (12)

1. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管を平行に配置して、その同一端側で、その管端部を外嵌することにより、前記伝熱管の管端同士を連結するＵ字形の熱交換器用リターンベンド管において、
   前記リターンベンド管における前記伝熱管との接続部の管内面に、リング状のろう材を前記管内面に係止させて取り付けたことを特徴とする熱交換器用リターンベンド管。
2. 前記リターンベンド管は、その前記伝熱管との接続部が、他の部分よりも拡開されていて、この拡開部に前記伝熱管が挿入されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用リターンベンド管。
3. 前記リターンベンド管は、その前記伝熱管との接続部は拡開されておらず、リターンベンド管の内径が、前記伝熱管が挿入可能な大きさを有していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用リターンベンド管。
4. 前記リターンベンド管は、その拡管部の端縁が更に拡管されてフレア拡管部が形成されており、前記リング状のろう材は、このフレア拡管部に係止されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器用リターンベンド管。
5. 前記リターンベンド管は、その拡管部に円周状に外方に膨らむビード加工部が形成されており、前記リング状のろう材は、このビード加工部に係止されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器用リターンベンド管。
6. 前記リターンベンド管は、その拡管部に円周状に内方に膨らむビード加工部が形成されており、前記リング状のろう材は、このビード加工部の手前の部分に係止されていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器用リターンベンド管。
7. 前記リターンベンド管は、外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．２乃至０．６ｍｍの銅又は銅合金管からなることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱交換器用リターンベンド管。
8. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の伝熱管であって、その管端部をＵ字形のリターンベンド管の管端部に挿入することにより、前記リターンベンド管により他の伝熱管と連結される熱交換器用伝熱管において、
   前記伝熱管における前記リターンベンド管との接続部の管外面に、リング状のろう材を前記管外面に係止させて取り付けたことを特徴とする熱交換器用伝熱管。
9. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなり、相互に平行に配置された直管状の複数個の伝熱管と、
   ２本の前記伝熱管の同一端側の管端部を外嵌して、その伝熱管の管端同士を連結するＵ字形のリターンベンド管と、
   前記リターンベンド管における前記伝熱管との接続部の管内面にリング状をなして取り付けられ、前記伝熱管の管端部を前記リターンベンド管の管端部に挿入することにより、両管端部間に供給され、加熱溶解により前記伝熱管と前記リターンベンド間とを接合するろう材と、
   を有することを特徴とする熱交換器。
10. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなり、相互に平行に配置された直管状の複数個の伝熱管と、
    ２本の前記伝熱管の同一端側の管端部を外嵌して、その伝熱管の管端同士を連結するＵ字形のリターンベンド管と、
    前記伝熱管における前記リターンベンド管との接続部の管外面にリング状をなして取り付けられ、前記リターンベンド管の管端部を前記伝熱管の管端部に外嵌することにより、両管端部間に供給され、加熱溶解により前記伝熱管と前記リターンベンド間とを接合するろう材と、
    を有することを特徴とする熱交換器。
11. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管を平行に配置し、
    Ｕ字形のリターンベンド管における接続部の管内面に、リング状のろう材を、前記リターンベンド管における接続部の内面に係止させた状態で取り付け、
    前記リターンベンド管の接続部内に、前記伝熱管の接続部を挿入して、仮組立し、
    前記接続部を加熱することにより、前記ろう材を溶融させて、接続部において、前記リターンベンド管と前記伝熱管とを固定することを特徴とする熱交換器の製造方法。
12. 外径が２乃至６．３５ｍｍ、肉厚が０．１乃至０．４ｍｍの銅又は銅合金管からなる直管状の複数本の伝熱管であって、その接続部の管外面に、リング状のろう材を係止させたものを平行に配置し、
    前記リターンベンド管の接続部内に、前記伝熱管の接続部を挿入して、仮組立し、
    前記接続部を加熱することにより、前記ろう材を溶融させて、接続部において、前記リターンベンド管と前記伝熱管とを固定することを特徴とする熱交換器の製造方法。

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