JP2017198411A - 熱交換器用二重管構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外管及び内管をそれぞれ通過する流体間の熱交換効率を向上させることができる熱交換器用二重管構造体及びその製造方法を提供する。また、二重管構造体の作製を容易化することができる熱交換器用二重管構造体及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明は、外管２を通過する外側流体と内管３を通過する内側流体との間にて熱交換を可能とするように構成される熱交換器用二重管構造体１に関する。かかる二重管構造体１においては、内管３の内部に延在方向に沿って仕切り板４が配置され、かかる仕切り板４は、その細長い横断面が延在方向に沿った該仕切り板４の中心軸線４ａを中心に自転しながら延びるように捩れ形状に形成されている。さらに、本発明は、このような二重管構造体１の製造方法に関する。【選択図】図７

Description

本発明は、外管を通過する外側流体と、この外管の内部に配置された内管を通過する内側流体との間における熱交換を可能とする熱交換器用二重管構造体に関する。

各種産業分野においては、物体、使用環境の雰囲気等を加熱又は冷却するために熱交換器が利用されることがある。このような熱交換器のうち、特に、自動車等の車両に搭載される熱交換器等においては、外管と、この外管の内部に配置される内管とを有し、外管を通過する冷媒である外側流体と内管を通過する冷媒である内側流体との間にて熱交換を可能とするように構成された二重管構造体が設けられることがある。（例えば、特許文献１を参照。）かかる二重管構造体は、多くの場合、高圧高温冷媒が外側流体として外管を通過し、かつ低圧低温冷媒が内側流体として内管を通過するように構成されている。

二重管構造体に対しては、その構造の簡素化等によってその作製を容易化することが求められる。例えば、このような要求に対応した二重管構造体としては、外管に、その延在方向の中間部の両端からそれぞれ湾曲しながら延びる湾曲部を設け、各湾曲部に外管の延在方向にて貫通する挿入孔を形成し、内管を各湾曲部の挿入孔に通すと共に外管の内部に挿入している二重管構造体が挙げられる。（例えば、特許文献２及び特許文献３を参照。）

しかしながら、二重管構造体の外管及び内管の外周面及び内周面は、典型的には滑らかになっているので、内管を通過する内側流体の流れは、内管の延在方向に沿って層流となる。その結果、内管の中心部分を通過する内側流体が、外管を通過する外側流体と熱交換され難いので、このような二重管構造体は熱交換効率という点で優れていない。そのため、熱交換効率を向上させるべく、内管を通過する内側流体の流れを乱流にするように構成された二重管構造体が提案されている。

かかる二重管構造体の一例としては、内管の延在方向に沿って螺旋形状に延びる螺旋溝を内管に設けた二重管構造体が挙げられる。（例えば、特許文献４〜特許文献６を参照。）さらに、二重管構造体の別の一例としては、帯形状の板材を内管の内周面に沿って螺旋形状に巻くことによって螺旋板を作製し、かかる螺旋板を内管の内周面に沿った状態で内管の内部に挿入したものが挙げられる。（例えば、特許文献７を参照。）

特開２００７−１０７５８１号公報 特開２００７−００９９５４号公報 特開２００７−１７７８７２号公報 特開２００６−１６２２４１号公報 特開２０１２−０５２７８４号公報 特開２０１３−１２４８５４号公報 特開２００８−１５７５０６号公報

しかしながら、上述した二重管構造体の一例及び別の一例においては、内管の中心部分は、内管の延在方向に沿って延びる空洞が形成されているに過ぎないので、内管の中心部分における内側流体の流れは依然として層流となっている。そのため、外側流体及び内側流体間の熱交換効率をさらに改善することが望まれる。また、二重管構造体の一例のように、内管に螺旋溝を形成することは難しいので、二重管構造体の作製を容易化することも望まれる。

本発明は、上記実情を鑑みて成されたものであり、本発明の目的は、外管及び内管をそれぞれ通過する流体間の熱交換効率を向上させることができる熱交換器用二重管構造体及びその製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、二重管構造体の作製を容易化することができる熱交換器用二重管構造体及びその製造方法を提供することにある。

課題を解決するために、本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体によれば、外管と、該外管の延在方向に沿って該外管の内部を通過する内管とを備え、前記外管を通過する外側流体と前記内管を通過する内側流体との間にて熱交換を可能とするように構成される熱交換器用二重管構造体において、前記内管の内部にて前記延在方向に沿って配置された仕切り板をさらに備え、該仕切り板は、その細長い横断面が前記延在方向に沿った該仕切り板の中心軸線を中心に自転しながら延びるように捩れ形状に形成されている。

本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体によれば、前記外管に流入する外側流体の温度が前記内管に流入する内側流体の温度よりも高くなっていると好ましい。

課題を解決するために、本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体の製造方法によれば、外管と、該外管の延在方向に沿って該外管の内部を通過する内管とを備え、前記外管が、前記延在方向の中間部と、該中間部における前記延在方向の両端のそれぞれにて湾曲しながら延びる湾曲部とを有し、前記外管を通過する外側流体と前記内管を通過する内側流体との間にて熱交換が可能となるように構成される、熱交換器用二重管構造体の製造方法において、細長形状の穿孔工具を、各湾曲部を打ち抜くように、該穿孔工具の長手方向を前記延在方向に沿わせながら前記外管の外部から前記外管の内部に向かって移動させることによって、各湾曲部に初期孔を形成するステップであって、前記穿孔工具における長手方向の先端部の外周縁区域が、前記初期孔の外周縁に対応した刃先形状に形成されている、ステップと、細長形状の拡孔工具を、前記初期孔を拡大すると共に前記初期孔の周縁部の少なくとも一部を前記外管の内部に向かって押し込むように、該拡孔工具の長手方向を前記延在方向に沿わせながら前記初期孔に挿入することによって、各湾曲部に、挿入孔及び該挿入孔の周縁部から前記外管の内部に突出する突出部を形成するステップであって、前記拡孔工具が、その長手方向の先端から基端に向かう方向に進むに従ってその外周を拡大するように形成された傾斜部を有している、ステップと、前記内管を各湾曲部の挿入孔に通し、前記内管を前記外管の内部に挿入し、かつ前記支持部によって前記内管を支持するように、前記内管を前記外管と組み合わせるステップと、前記外管をその外周から内周に向かって加締めることによって、前記外管に対して前記内管を固定するステップと、前記外管の挿入孔の周縁部と前記内管の外周面とを密閉接合するステップとを含む。

本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体の製造方法によれば、前記内管を前記外管と組み合わせるステップの前に、帯形状の板材をその長手方向に延びる中心軸線を中心に捩ることによって、捩れ形状の仕切り板を形成するステップと、前記内管の内部にて前記延在方向に沿って前記仕切り板を配置するステップと、前記内管をその外周から内周に向かって加締めることによって、前記内管に対して前記仕切り板を固定するステップとをさらに含むと好ましい。

本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体の製造方法によれば、前記穿孔工具及び拡孔工具をそれらの長手方向を一致させた状態で並べるように一体化した一体型工具を連続的に移動させることによって、前記初期孔を形成するステップ及び前記挿入孔を形成するステップを連続的に実施すると好ましい。

本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体及びその製造方法によれば、外管及び内管をそれぞれ通過する流体間の熱交換効率を向上させることができる。また、本発明の一態様に係る熱交換器用二重管構造体及びその製造方法によれば、二重管構造体の作製を容易化することができる。

本発明の実施形態に係る二重管構造体を含む熱交換器を、コンデンサの一部を省略した状態で、概略的に示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体を概略的に示す正面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体を概略的に示す左側面図である。 図２のＡ部を図４のＸ−Ｘ線に沿って切断した状態で概略的に示す拡大断面図である。 図２のＢ部を図４のＹ−Ｙ線に沿って切断した状態で概略的に示す拡大断面図である。 図２のＣ−Ｃ線拡大断面図である。 図２のＤ−Ｄ線拡大断面図である。 図２のＥ−Ｅ線拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体の仕切り板を概略的に示す正面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体の製造方法における初期孔形成ステップを説明するために外管の一方湾曲部周辺を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体の製造方法における挿入孔形成ステップを説明するために外管の一方湾曲部周辺を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係る二重管構造体の製造方法にて好ましくは用いられる一体型工具を概略的に示す半断面正面図である。

本発明の実施形態に係る二重管構造体及びその製造方法について以下に説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態に係る二重管構造体は、自動車等の車両の熱交換器に適用されるが、本発明はこれに限定されず、二重管構造体は、各種産業分野にて利用される熱交換器に適用可能である。

［熱交換器］
最初に、本実施形態に係る二重管構造体を設けた熱交換器について説明する。図１に示した熱交換器は、本実施形態に係る二重管構造体１を備えている。図１〜図４に示すように、かかる二重管構造体１は、外管２と、この外管２の延在方向（以下、単に「延在方向」という）に沿って外管２の内部を通過する内管３とを有している。さらに、図５〜図９に示すように、二重管構造体１は、内管３の内部にて延在方向に沿って配置される仕切り板４を有している。

図１に示すように、外管２及び内管３には冷媒が流れることができるようになっている。外管２に流入する冷媒（以下、「外側流体」という）、及び内管３に流入する冷媒（以下、「内側流体」という）は、それぞれ、外管２及び内管３を通過する際に互いに熱交換される。外側流体の温度は内側流体の温度よりも高くなっており、かつ外側流体の流れ方向（図１にて矢印Ｆ１により示す）は、内側流体の流れ方向（図１にて矢印Ｆ２により示す）と実質的に反対側になっている。

熱交換器はまた、ガス状の冷媒を圧縮可能とするように構成されるコンプレッサ５と、半液体状の冷媒の液化を促進可能とするように構成されるコンデンサ６と、乾燥剤、ストレーナ等によって冷媒の不純物を取り除くことを可能とし、かつガス状の冷媒及び液状の冷媒を分離可能とするように構成されるレシーバ７と、液状の冷媒を気化可能とするように構成されるエバポレータ８とを備えている。かかる熱交換器においては、コンプレッサ５とコンデンサ６とが第１の配管９ａによって流体連通し、コンデンサ６とレシーバ７とが第２の配管９ｂによって流体連通し、二重管構造体１の外管２とレシーバ７とが第３の配管９ｃによって流体連通し、外管２とエバポレータ８とが第４の配管９ｄによって流体連通し、二重管構造体１の内管３とエバポレータ８とが第５の配管９ｅによって流体連通し、内管３とコンプレッサ５とが第６の配管９ｆによって流体連通している。

このような熱交換器はさらに次のように構成されると好ましい。特に図示はしないが、熱交換器は車両前部に配置されるとよい。この場合、コンデンサ６が車両の前端部に配置され、コンプレッサ５及びレシーバ７がコンデンサ６に対して車両後方に配置され、二重管構造体１がコンプレッサ５及びレシーバ７に対して車両後方に配置され、かつエバポレータ８が二重管構造体１に対して車両後方に配置されるとよい。

特に図示はしないが、熱交換器は、車両前部のエンジンルームに配置されるとよい。二重管構造体１、コンプレッサ５、及びレシーバ７は、エンジンを避けるように配置されるとよく、特に、二重管構造体１、コンプレッサ５、及びレシーバ７は、エンジンを避けるようにエンジンルームの車両上下方向の下側領域に配置されると好ましい。

しかしながら、本発明はこれに限定されず、熱交換器が次のように構成されてもよい。外側流体の温度が内側流体の温度よりも低くなっていてもよい。この場合、二重管構造体の内管とレシーバとが配管によって流体連通し、内管とエバポレータとが配管によって流体連通し、二重管構造体の外管とエバポレータとが配管によって流体連通し、外管とコンプレッサとが配管によって流体連通するとよい。さらに、外側流体の流れ方向は内側流体の流れ方向と実質的に同じになっていてもよい。

［二重管構造体の外管の詳細］
二重管構造体１の外管２の詳細について説明する。図２〜図６に示すように、外管２には、延在方向に貫通する２つの挿入孔１０ａ，１０ｂが形成されている。２つの挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁は内管３の外周に対応して形成されている。かかる外管２は、２つの挿入孔１０ａ，１０ｂ間に位置する中間部２ａと、この中間部２ａにおける延在方向の一方端から延びる一方端部２ｂと、中間部２ａにおける延在方向の他方端から延びる他方端部２ｃとを有している。

なお、上述した延在方向は外管２の中間部２ａの延びる方向として定義する。そのため、図２及び図３に示すように、外管２の中間部２ａが略直線状に延びる場合、延在方向は、かかる中間部２ａに沿って直線状に延びるように定義される。その一方で、特に図示はしないが、外管の中間部が湾曲しながら延びる場合、延在方向は、かかる中間部に沿って湾曲しながら延びるように定義される。

図２〜図６に示すように、外管２の中間部２ａ、一方端部２ｂ、及び他方端部２ｃは一体成形されている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、外管の中間部、一方端部、及び他方端部の少なくとも１つが、他の部分とは別体となっていて、他の部分と接合されてもよい。

さらに、外管２において、中間部２ａと一方端部２ｂとの接続部が、湾曲して形成された湾曲部（以下、「一方湾曲部」という）２ｄとなっている。また、外管２において、中間部２ａと他方端部２ｃとの接続部が、湾曲して形成された湾曲部（以下、「他方湾曲部」という）２ｅとなっている。一方及び他方湾曲部２ｄ，２ｅは、外管２の中間部２ａの両端にて湾曲しながら延びることとなる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、中間部と一方端部との接続部が、折れ曲がって形成された一方屈曲部となっており、かつ中間部と他方端部との接続部が、折れ曲がって形成された他方屈曲部となっていてもよい。さらに、外管２においては、一方湾曲部２ｄに、２つの挿入孔１０ａ，１０ｂのうち一方（以下、「一方挿入孔」という）１０ａが形成され、かつ他方湾曲部２ｅに、２つの挿入孔１０ａ，１０ｂのうち他方（以下、「他方挿入孔」という）１０ｂが形成されている。

このような外管２はさらに次のように構成されると好ましい。外管２は略円筒形状のパイプ材を用いて作製されるとよく、特に、外管２は平滑管であると好ましい。外管２は、金属材料によって作製されるとよく、特に、外管２は、アルミニウム及びその合金、銅及びその合金、ステンレス鋼等の鋼等から選択される金属材料によって作製されると好ましい。図２及び図３に示すように、外管２の中間部２ａが、延在方向に延びる中間軸線２ｆに沿って略直線状に延びるとよい。外管２の一方端部２ｂは、その中間軸線２ｆに対して交差する方向に延びる一方端軸線２ｇに沿って略直線状に延びるとよい。

一方端部２ｂは、中間部２ａに接続される基端区域２ｂ１と、第３の配管９ｃに連結される先端区域２ｂ２とを有しており、先端区域２ｂ２の太さは基端区域２ｂ１の太さよりも細くなっているとよい。すなわち、一方端部２ｂは先細りするように形成されているとよい。外管２の他方端部２ｃは、その中間軸線２ｆに対して交差する方向に延びる他方端軸線２ｈに沿って略直線状に延びているとよい。かかる他方端部２ｃは、中間部２ａに接続される基端区域２ｃ１と、第４の配管９ｄに連結される先端区域２ｃ２とを有しており、先端区域２ｃ２の太さは基端区域２ｃ１の太さよりも細くなっているとよい。すなわち、他方端部２ｃもまた先細りするように形成されるとよい。

図５に示すように、一方挿入孔１０ａの周縁部の少なくとも一部が、一方挿入孔１０ａから外管２の内部に向かって延在方向に突出する一方突出部１０ｃとなっていてもよい。また、図６に示すように、他方挿入孔１０ｂの周縁部の少なくとも一部が、他方挿入孔１０ｂから外管２の内部に向かって延在方向に突出する他方突出部１０ｄとなっていてもよい。

図２、図３、図８、及び図９に示すように、外管２には、その内周面から突出する複数の外側加締め部１１から成る複数の外側加締め群が設けられるとよい。特に、外管２には、３つの外側加締め部１１から成る２つの外側加締め群が設けられると好ましい。複数の外側加締め部１１は、互いに外管２の周方向に等しい間隔を空けて配置されると好ましい。外側加締め部１１は略柱形状に形成されるとよく、特に、外側加締め部１１は略円柱形状に形成されると好ましい。

図２及び図３に示すように、複数の外側加締め部１１から成る複数の外側加締め群のうち少なくとも２つは、それぞれ、外管２の中間部２ａにおける延在方向の両端領域に配置されるとよい。なお、外管２の中間部２ａの両端領域は、延在方向に３分割された外管２の中間部２ａにおける３つの領域のうち両端側の２つの領域として定義される。

［二重管構造体の内管の詳細］
二重管構造体１の内管３の詳細について説明する。図２〜図９に示すように、内管３は、２つの挿入孔１０ａ，１０ｂを通って外管２に挿入されている。図２及び図３に示すように、かかる内管３は、外管２の中間部２ａの内部に配置される中間部（図２及び図３にて破線により示す）３ａと、一方挿入孔１０ａから延びる一方端部３ｂと、他方挿入孔１０ｂから延びる他方端部３ｃとを有している。このように内管３が外管２に挿入された状態で、外管２における第１及び第２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部と内管３の外周面とが密閉接合されている。

このような内管３はさらに次のように構成されると好ましい。図２〜図９に示すように、内管３は、略円筒形状のパイプ材を用いて作製されているとよく、特に、内管３は平滑管であると好ましい。内管３は、金属材料によって作製されるとよく、特に、内管３は、アルミニウム及びその合金、銅及びその合金、ステンレス鋼等の鋼等から選択される金属材料によって作製されると好ましい。

図２、図３、及び図７に示すように、内管３の中間部３ａは、延在方向に延びる中間軸線３ｄに沿って略直線状に延びているとよい。図２及び図３に示すように、内管３の一方端部３ｂは、その中間軸線３ｄに対して交差する方向に延びる一方端軸線３ｅに沿って略直線状に延びているとよい。かかる一方端部３ｂは、中間部３ａに接続される基端区域３ｂ１と、第５の配管９ｅに連結される先端区域３ｂ２とを有するとよい。内管３の他方端部３ｃは、その中間軸線３ｄに対して交差する方向に延びる他方端軸線３ｆに沿って略直線状に延びているとよい。かかる他方端部３ｃは、中間部３ａに接続される基端区域３ｃ１と、第６の配管９ｆに連結される先端区域３ｃ２とを有するとよい。

図２、図３、及び図９に示すように、内管３には、その内周面から突出する複数の内側加締め部１２が設けられるとよい。特に、内管３には、２つの内側加締め部１２が設けられると好ましい。かかる内側加締め部１２は、実質的に内管３の周方向の全体にて細長く延びるように形成されるとよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、内側加締め部が内管の周方向にて複数に分割されてもよい。

さらに、図２及び図３に示すように、複数の内側加締め部１２のうち少なくとも２つが、それぞれ、内管３の中間部３ａにおける延在方向の両端領域に配置されるとよい。なお、内管３の中間部３ａの両端領域は、延在方向に３分割された内管３の中間部３ａにおける３つの領域のうち両端側の２つの領域として定義される。内側加締め部１１は、複数の外側加締め部１１から成る外側加締め群に対して延在方向にズレて配置されるとよい。

図８及び図９に示すように、このような内管３は、上述した外管２の外側加締め部１１によって、外管２に対して固定されるとよい。特に、内管３は、図５及び図６に示すように一方及び他方突出部１０ｃ，１０ｄの少なくとも一方に支持された状態で、外管２に対して固定されると好ましい。

図５及び図６に示すように、外管２における第１及び第２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部と内管３の外周面とが、ロウ付けによって密閉接合されて、それらの間の隙間にロウ付け部分１３（図５及び図６において、黒く塗りつぶされた部分）が形成されていると好ましい。外管２における第１及び第２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部と内管３の外周面との間における隙間の幅ｗは、０．１ｍｍ以上かつ０．３ｍｍ以下であると好ましい。また、ロウ付け部分１３の延在方向の長さＬは、ロウ付け部分１３により接合された外管２又は内管３の接合部分の肉厚に対して２倍以上かつ４倍以下となっていると好ましい。

［二重管構造体の接続の詳細］
二重管構造体１の接続の詳細について説明する。図１に示すように、外側流体の流れ方向を内側流体の流れ方向と実質的に反対側にした二重管構造体１においては、外管２とレシーバ７とが流体連通するように、外管２の一方端部２ｂが第３の配管９ｃに連結され、外管２とエバポレータ８とが流体連通するように、外管２の他方端部２ｃが第４の配管９ｄに連結され、内管３とエバポレータ８とが流体連通するように、内管３の他方端部３ｃが第５の配管９ｅに連結され、内管３とコンプレッサ５とが流体連通するように、内管３の一方端部３ｂが第６の配管９ｆに連結されている。

しかしながら、本発明はこれに限定されず、二重管構造体の接続は、次のようになっていてもよい。外側流体の流れ方向を内側流体の流れ方向と実質的に同じにする場合、外管とレシーバとが流体連通するように、外管の他方端部が第３の配管に連結され、外管とエバポレータとが流体連通するように、外管の一方端部が第４の配管に連結され、内管とエバポレータとが流体連通するように、内管の一方端部が第５の配管に連結され、内管とコンプレッサとが流体連通するように、内管の他方端部が第６の配管に連結されてもよい。

［二重管構造体の仕切り板の詳細］
二重管構造体１の仕切り板４の詳細について説明する。図５〜図１０に示すように、仕切り板４は、細長い横断面が延在方向に沿った仕切り板４の中心軸線４ａを中心に自転しながら延びるように略捩れ形状に形成されている。このような捩れ形状の仕切り板４には、横断面の自転の周回数に対応した数の区画が延在方向に並んで形成されることになる。

このような仕切り板４はさらに次のように構成されると好ましい。仕切り板４は、金属材料によって作製されるとよく、特に、仕切り板４は、アルミニウム及びその合金、銅及びその合金、ステンレス鋼等の鋼等から選択される金属材料によって作製されると好ましい。図８及び図９に示すように、仕切り板４の横断面は略長方形状に形成されるとよい。特に、仕切り板４は、略帯形状の板材を用いて作製されると好ましい。

仕切り板４における横断面の長手方向の両端、すなわち、仕切り板４の幅方向の両端は、内管３の内周面に実質的に当接しているとよい。仕切り板４における横断面の横手方向の両表面、すなわち、仕切り板４の厚さ方向の両表面は、内管３の内周面と間隔を空けているとよい。

図５〜図７に示すように、仕切り板４は、内管３の中間部３ａの全体に渡って延在方向に沿って配置されるとよい。さらに、仕切り板４は、延在方向にて外管２及び内管３の重複する範囲に渡って延びているとよい。図７に示すように、仕切り板４における複数の区画は、隣接する区画の間隔を一定としながら長さＰのピッチ間隔で並んでいるとよい。しかしながら、本発明はこれに限定されず、仕切り板における複数の区画は、隣接する区画の間隔を変化させながら並んでいてもよい。

図９に示すように、このような仕切り板４は、上述した内管３の内側加締め部１２によって、内管３に対して固定されるとよい。

［外管、内管、及び仕切り板間の配置関係］
外管２、内管３、及び仕切り板４間の配置関係について、その好ましい構成を説明する。図５〜図９に示すように、内管３の中間軸線３ｄ及び仕切り板４の中心軸線４ａは、外管２の中間軸線２ｆと略一致するとよい。図２及び図３に示すように、内管３の一方端部３ｂは、外管２の一方端部２ｂに対して延在方向の外側に位置するとよい。図２及び図３に示すように、内管３の他方端部３ｃは、外管２の他方端部２ｃに対して延在方向の外側に位置するとよい。

［熱交換器の動作］
本実施形態に係る二重管構造体１を設けた熱交換器の動作について説明する。図１に示すように、コンプレッサ５によってガス状の冷媒が圧縮され、かかる冷媒が、半液体かつ高圧高温の状態にてコンプレッサ５から第１の配管９ａを通ってコンデンサ６に送られる。コンデンサ６において、半液体状の冷媒の液化が促進され、かかる冷媒が、コンデンサ６から第２の配管９ｂを通ってレシーバ７に送られる。レシーバ７において、乾燥剤、ストレーナ等によって冷媒の不純物が取り除かれると共に、ガス状の冷媒と液状の冷媒とが分離され、分離された液状の冷媒が、レシーバ７からエバポレータ８に送られる。レシーバ７からエバポレータ８に向かう冷媒は、第３の配管９ｃ、二重管構造体１の外管２、第４の配管９ｄの順に通過する。エバポレータ８において、液状の冷媒が、気化すると共に低圧低温の状態となり、かかる冷媒が、エバポレータ８を冷却し、その後、エバポレータ８からコンプレッサ５に再び送られる。エバポレータ８からコンプレッサ５に向かう冷媒は、第５の配管９ｅ、二重管構造体１の内管３、第６の配管９ｆの順に通過する。コンプレッサ５に送られた冷媒は、コンプレッサ５によって再び圧縮される。熱交換器においては、このような一連の動作が繰り返される。

また、熱交換器の動作において、二重管構造体１の外管２に流入する冷媒、すなわち、外側流体は、外管２の内周面及び内管３の外周面間の空間を延在方向に沿って流れる。二重管構造体１の内管３に流入する冷媒、すなわち、内側流体は、仕切り板４の厚さ方向の表面に倣って捩れるように流れ、このとき、内側流体の流れは乱流となる。このように流れる外側流体及び内側流体間で熱交換が成されることとなる。

なお、仕切り板４の形状、素材等を変更することによって、内側流体の通過する流路の断面積、内側流体の圧力損失、内側流体の流速等を調節することができる。特に、仕切り板４における隣接する区画の間隔を調節することによって、内側流体の通過する流路の断面積、内側流体の圧力損失、内側流体の流速等を効率的に調節することができる。

［二重管構造体の製造方法］
本実施形態に係る二重管構造体１の製造方法について説明する。特に図示はしないが、パイプ材を、一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂを設ける前の外管２を形成するように曲げ加工し、これによって、外管２の中間部２ａ並びに一方及び他方端部２ｂ，２ｃを形作り、さらには、一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂを設ける前の一方及び他方湾曲部２ｄ，２ｅを形作る。

図１１に示すように、曲げ加工されたパイプ材をクランプ冶具Ｊによって保持する。かかる保持状態において、後述する細長形状の穿孔工具Ｓを、一方湾曲部２ｄを打ち抜くように、穿孔工具Ｓの長手方向を延在方向に沿わせながら外管２の外部から外管２の内部に向かって移動させ、これによって、一方又は他方湾曲部２ｄに初期孔Ｈを形成し、かつ特に図示はしないが、これと同様に他方湾曲部２ｅにも初期孔を形成する（以下、「初期孔形成ステップ」という）。穿孔工具Ｓの移動時においては、穿孔工具Ｓの長手方向に延びる中心軸線ｓ１を外管２の中間軸線２ｆに略一致させると好ましい。図１１に示すように、打ち抜きの際には抜きカスＲが生じる。図１１では、打ち抜き前の穿孔工具Ｓを二点鎖線により示し、かつ打ち抜き後の穿孔工具Ｓを実線により示している。初期孔Ｈの大きさは一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂの大きさよりも小さくなっている。

次いで、図１２に示すように、後述する細長形状の拡孔工具Ｔを、初期孔Ｈの周縁部の少なくとも一部を外管２の内部に向かって押し込むと共に初期孔Ｈを拡大するように、拡孔工具Ｔの長手方向を延在方向に沿わせながら外管２の外部から初期孔Ｈに挿入し、これによって、一方湾曲部２ｄに一方挿入孔１０ａ及び一方突出部１０ｃを形成し、かつ特に図示はしないが、これと同様に他方湾曲部２ｅにも他方挿入孔１０ｂ及び他方突出部１０ｄを形成する（以下、「挿入孔形成ステップ」という）。このとき、拡孔工具Ｔの移動時においては、拡孔工具Ｔの長手方向に延びる中心軸線ｔ１を外管２の中間軸線２ｆに略一致させると好ましい。図１２では、打ち抜き前の拡孔工具Ｔを二点鎖線により示し、かつ打ち抜き後の拡孔工具Ｔを実線により示している。

これらの初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップによって、一方挿入孔１０ａ及び一方突出部１０ｃと、他方挿入孔１０ｂ及び他方突出部１０ｄとを形成する。

次いで、特に図示はしないが、略帯形状の板材をその長手方向に延びる中心軸線（仕切り板４の中心軸線４ａに相当）を中心に捩ることによって、略捩れ形状の仕切り板４を形成する（以下、「仕切り板形成ステップ」という）。略捩れ形状の仕切り板４を内管３の内部にて延在方向に沿って配置する（以下、「仕切り板配置ステップ」という）。内管３をその外周から内周に向かって加締めることによって複数の内側加締め部１２を形成し、これらの内側加締め部１２によって内管３に対して仕切り板４を固定する（以下、「仕切り板固定ステップ」という）。

その後、内管３を一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂに通し、内管３を外管２の内部に挿入し、かつ、一方及び他方突出部１０ｃ，１０ｄによって内管３を支持するように、内管３を外管２と組み合わせる。外管２をその外周から内周に向かって加締めることによって複数の外側加締め群を形成し、複数の外側加締め群によって外管２に対して内管３を固定する。外管２の一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部と内管３の外周面とを密閉接合する。

ここで、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップにて用いた穿孔工具Ｓ及び拡孔工具Ｔについて説明する。図１１に示すように、穿孔工具Ｓの外周面は、初期孔Ｈの周縁に対応して穿孔工具Ｓの長手方向に延びるように形成されている。穿孔工具Ｓの長手方向の先端部ｓ２は、穿孔工具Ｓの長手方向に凹むように形成されている。さらに、穿孔工具Ｓの先端部ｓ２の外周縁区域ｓ３は、初期孔Ｈの外周縁に対応した略刃先形状に形成されている。

図１２に示すように、拡孔工具Ｔの長手方向の先端部ｔ２は、拡孔工具Ｔの長手方向の基端から先端に向かって先細る錐体形状に形成されている。先端部ｔ２に対して拡孔工具Ｔの長手方向の基端側に位置する拡孔工具Ｔの中間部は、拡孔工具Ｔの長手方向の先端から基端に向かう方向に進むに従ってその外周を拡大するように形成された傾斜部ｔ３となっている。傾斜部ｔ３における長手方向の先端の外周は、初期孔Ｈの周縁に対応しており、傾斜部ｔ３における長手方向の基端の外周は、一方又は他方挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁に対応している。傾斜部ｔ３に対して拡孔工具Ｔの長手方向の基端側に位置する拡孔工具Ｔの基部ｔ４の外周面は、一方又は他方挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁に対応して拡孔工具Ｔの長手方向に延びるように形成されている。

さらに、本実施形態に係る二重管構造体１の製造方法においては、好ましくは、後述するように挿入工具Ｓ及び拡孔工具Ｔを一体化した細長形状の一体型工具Ｕを、その長手方向を延在方向に沿わせながら連続的に移動させることによって、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップを連続的に実施するとよい。例えば、一体型工具Ｕを外管２の湾曲部２ｄ，２ｅに向かって移動させ、初期孔Ｈを形成し、そのまま一体型工具Ｕの移動を続けて、初期孔Ｈを拡大することによって挿入孔１０ａ，１０ｂを形成すれば、一体型工具の１回の移動によって挿入孔１０ａ，１０ｂを効率的に形成することができる。

ここで、一体型工具Ｕについて説明する。図１３に示すように、一体型工具Ｕは、穿孔工具Ｓ及び拡孔工具Ｔをそれらの長手方向を略一致させた状態で並べるように一体化した構成となっている。具体的には、一体型工具Ｕの長手方向の先端部ｕ２及びその外周縁区域ｕ３が、穿孔工具Ｓの先端部ｓ２及びその外周縁区域ｓ３と同様に形成され、先端部ｕ２に対して一体型工具Ｕの長手方向の基端側に位置する一体型工具Ｕの中間部が、拡孔工具Ｔの傾斜部ｔ３と同様の傾斜部ｕ４となっており、傾斜部ｕ４に対して一体型工具Ｕの長手方向の基端側に位置する一体型工具Ｕの基部ｕ５が、拡孔工具Ｔの基部ｔ４と同様に形成されている。

しかしながら、本発明はこれに限定されず、二重管構造体の製造方法は次のようになっていてもよい。二重管構造体の製造方法において、仕切り板形成ステップ、仕切り板配置ステップ、及び仕切り板固定ステップを実施せずに、仕切り板を有さない二重管構造体を作製することもできる。また、２つの挿入孔のうち１つのみが、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップによって形成され、かつ２つの挿入孔のうち他の１つが異なる方法によって形成されてもよい。さらに、仕切り板形成ステップ、仕切り板配置ステップ、及び仕切り板固定ステップが、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップより前に実施されてもよく、又は仕切り板形成ステップ、仕切り板配置ステップ、及び仕切り板固定ステップが、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップと並行して実施されてもよい。

以上、本実施形態に係る二重管構造体１によれば、内側流体が、略捩れ形状の仕切り板４における厚さ方向の表面に倣って内管３を流れる際に、内管３の内周面近傍部分と内管３の中心部分とを通過することとなる。そのため、内側流体の流れが、内管３の中心部分から内管３の内周面近傍部分に渡って乱流にすることができ、その結果、内側流体が効率的に撹拌することができる。よって、外管２を通過する外側流体と内管３を通過する内側流体との間における熱交換の効率を向上させることができる。また、内側流体の流れを乱流にするための構造が、略捩れ形状の仕切り板４を内管３の内部に配置するというシンプルなものであるので、二重管構造体１の作製を容易化することできる。

本実施形態に係る二重管構造体１によれば、外管２に流入する外側流体の温度が内管３に流入する内側流体の温度よりも高くなっているので、外側流体から入熱される内側流体が仕切り板４によって効率的に撹拌することができる。そのため、外管２を通過する外側流体と内管３を通過する内側流体との間における熱交換の効率を向上させることができる。

本実施形態に係る二重管構造体１の製造方法によれば、挿入孔形成ステップによって外管２の一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂを形成する際に、初期孔Ｈの周縁部の少なくとも一部が外管２の内部に向かって押し込まれ、その結果、それぞれ一方及び他方挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部から外管２の内部に突出する一方及び他方突出部１０ｃ，１０ｄが形成される。そのため、外管２に挿入された内管３を、一方及び他方突出部１０ｃ，１０ｄによって接合条件、特に、ロウ付け条件を確保できるので、内管３の外周面を外管２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部に密閉接合する作業、特に、ロウ付け作業を容易にすることができ、よって、二重管構造体１の作製を容易化することできる。付随的には、一方及び他方突出部１０ｃ，１０ｄによって、内管３を外管２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周辺にて安定的に支持できるので、外管２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部及び内管３の外周面を強固に接合できる。その結果、外管２の挿入孔１０ａ，１０ｂの周縁部及び内管３の外周面間における耐密性を向上させることができる。

本実施形態に係る二重管構造体１の製造方法によれば、内側流体の流れを乱流にするための構造を、仕切り板形成ステップ、仕切り板配置ステップ、及び仕切り板固定ステップのようなシンプルな作業によって作製できる。そのため、二重管構造体１の作製を容易化することできる。

本実施形態に係る二重管構造体１の製造方法によれば、一体型工具Ｕの１回の移動によって、初期孔形成ステップ及び挿入孔形成ステップを連続的に実施できる。そのため、挿入孔１０ａ，１０ｂを効率的に形成することができ、その結果、二重管構造体１の作製を容易化することできる。

ここまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は、その技術的思想に基づいて変形及び変更可能である。

［実施例］
実施例について説明する。実施例においては、外側流体の流れ方向と内側流体の流れ方向とを同じ向きにする点と、外管を別体の中間部並びに一方及び他方端部を接合するように構成する点と、外管の中間部と一方及び他方端部との接続部をそれぞれ略直角に折れ曲がって形成された一方及び他方屈曲部とする点とを除いて、本発明の実施形態と同様の二重管構造体を用いた。

二重管構造体においては、外管をアルミニウム合金のＡ３００３から作製し、外管の中間部を延在方向に沿って略直線状に延びる略円筒形状に形成し、中間部の肉厚を１．２ｍｍとし、中間部の延在方向の長さを３３０ｍｍとし、かつ中間部の内径を１７ｍｍとした。内管をアルミニウム合金のＡ３００３から作製し、内管の中間部を延在方向に沿って略直線状に延びる略円筒形状に形成し、中間部の肉厚を１．２ｍｍとし、中間部の延在方向の長さを３３０ｍｍとし、中間部の外径を１５．８ｍｍとし、かつ中間部の内径を１３．４ｍｍとした。仕切り板を、肉厚０．８ｍｍを有するアルミニウム合金のＡ１０５０製の帯形状板材を用いて作製し、仕切り板におけるピッチ間隔の長さを７０ｍｍとした。

さらに、二重管構造体の周囲の室温を２２℃とした。外管に流入させる外側流体は水とし、外側流体の流量を約１Ｌ／ｍｉｎ（リットル／分）とし、外側流体の外管への流入温度を約７５℃とし、内管に流入させる内側流体は空気とし、内側流体の流量を約５０Ｌ／ｍｉｎとし、かつ内側流体の内管への流入温度を約２４℃とした。外管の中間部における外側流体の流路の断面積を３０．９ｍｍ^２とし、かつ内管の中間部における内側流体の流路の断面積を１３０．２ｍｍ^２とした。

このような条件の下、外側流体及び内側流体をそれぞれ外管及び内管に３分間流入させ、その後、さらに流入を続けながら、外側流体及び内側流体の流入温度（℃）及び流出温度（℃）を３分間測定した。このような測定を５回実施した。

５回の測定によって得られた外側流体及び内側流体の流入温度及び流出温度の平均値（℃）を算出し、外側流体の流入温度の平均値（℃）からその流出温度の平均値（℃）を引いた外側流体の温度差の平均値（℃）と、内側流体の流入温度の平均値（℃）からその流出温度の平均値（℃）を引いた内側流体の温度差の平均値（℃）とを算出した。外側流体の流量（Ｌ／ｍｉｎ）と、外側流体の密度（ｋｇ／ｍ^３）と、測定時間（ｍｉｎ）と、外側流体の比熱（ｋＪ／ｋｇ・℃）と、外側流体の温度差の平均値（℃）とを乗じることによって、３分間の測定における外側流体側の流出熱量（ｋＪ）を算出した。また、かかる外側流体側の流出熱量（ｋＪ）を、単位時間当たりの外側流体側の交換熱量（Ｗ（＝Ｊ／ｓｅｃ））に換算した。なお、７０℃の水（すなわち、外側流体）の密度を９７７．７８ｋｇ／ｍ^３とし、かかる水の比熱を４．１８６ｋＪ／ｋｇ・℃とし、２０℃の空気（すなわち、内側流体）の密度を１．２０４ｋｇ／ｍ^３とし、かかる空気の比熱を１．００６ｋＪ／ｋｇ・℃とした。

［比較例］
比較例について説明する。比較例においては、仕切り板を有さない点を除いて、実施例と同様の二重管構造体を用いた。すなわち、比較例の二重管構造体においては、内管の内部を空洞とした。また、比較例においては、実施例と同様の５回の測定を実施し、かつ実施例と同様に、外側流体及び内側流体の流入温度及び流出温度の平均値（℃）と、外側流体及び内側流体の温度差の平均値（℃）と、３分間の測定における外側流体側の流出熱量（ｋＪ）と、単位時間当たりの外側流体側の交換熱量（Ｗ）とを算出した。

実施例及び比較例においては、表１に示すような結果が得られた。

表１に示すように、実施例における５回の測定の平均値については、外側流体の流入温度が７３．１７℃となり、外側流体の流出温度が７２．４２℃となり、外側流体の温度差が０．７５℃となり、外側流体側の流出熱量が９．２１ｋＪとなり、外側流体側の交換熱量が５１．１７Ｗとなり、内側流体の流入温度が２４．３３℃となり、内側流体の流出温度が５６．６１℃となり、内側流体の温度差が−３２．２８℃となった。

その一方で、表１に示すように、比較例における５回の測定の平均値については、外側流体の流入温度が７３．４０℃となり、外側流体の流出温度が７２．９７℃となり、外側流体の温度差が０．４３℃となり、外側流体側の流出熱量が５．２８ｋＪとなり、外側流体側の交換熱量が２９．３３Ｗとなり、内側流体の流入温度が２３．８３℃となり、内側流体の流出温度が４５．０３℃となり、内側流体の温度差が−２１．２０℃となった。

実施例及び比較例にて得られた結果を対比すると、実施例の交換熱量は比較例の交換熱量に対して２１．８Ｗ増加した。よって、二重管構造体において、内管の内部に略捩れ形状の仕切り板を配置した場合、外管を通過する外側流体と内管を通過する内側流体との間における熱交換効率が向上することが確認できた。

１ 二重管構造体
２ 外管
２ａ 中間部
２ｄ 一方湾曲部
２ｅ 他方湾曲部
３ 内管
４ 仕切り板
４ａ 中心軸線
１０ａ 一方挿入孔
１０ｂ 他方挿入孔
１０ｃ 一方突出部
１０ｄ 他方突出部
１１ 外側加締め部
１２ 内側加締め部
１３ ロウ付け部分
Ｊ クランプ冶具
Ｈ 初期孔
Ｓ 穿孔工具
ｓ１ 中心軸線
ｓ２ 先端部
ｓ３ 外周縁区域
Ｔ 拡孔工具
ｔ１ 中心軸線
ｔ２ 先端部
ｔ３ 傾斜部
ｔ４ 基部
Ｕ 一体型工具
ｕ１ 中心軸線
ｕ２ 先端部
ｕ３ 外周縁区域
ｕ４ 傾斜部
ｕ５ 基部
Ｒ 抜きカス
Ｆ１，Ｆ２ 矢印
Ｌ，Ｐ 長さ
ｗ 幅

Claims (5)

1. 外管と、
   該外管の延在方向に沿って該外管の内部を通過する内管と
   を備え、
   前記外管を通過する外側流体と前記内管を通過する内側流体との間にて熱交換を可能とするように構成される熱交換器用二重管構造体において、
   前記内管の内部にて前記延在方向に沿って配置された仕切り板をさらに備え、
   該仕切り板は、その細長い横断面が前記延在方向に沿った該仕切り板の中心軸線を中心に自転しながら延びるように捩れ形状に形成されている、熱交換器用二重管構造体。
2. 前記外管に流入する外側流体の温度が前記内管に流入する内側流体の温度よりも高くなっている、請求項１に記載の熱交換器用二重管構造体。
3. 外管と、該外管の延在方向に沿って該外管の内部を通過する内管とを備え、前記外管が、前記延在方向の中間部と、該中間部における前記延在方向の両端のそれぞれにて湾曲しながら延びる湾曲部とを有し、前記外管を通過する外側流体と前記内管を通過する内側流体との間にて熱交換が可能となるように構成される、熱交換器用二重管構造体の製造方法において、
   細長形状の穿孔工具を、各湾曲部を打ち抜くように、該穿孔工具の長手方向を前記延在方向に沿わせながら前記外管の外部から前記外管の内部に向かって移動させることによって、各湾曲部に初期孔を形成するステップであって、前記穿孔工具における長手方向の先端部の外周縁区域が、前記初期孔の外周縁に対応した刃先形状に形成されている、ステップと、
   細長形状の拡孔工具を、前記初期孔を拡大すると共に前記初期孔の周縁部の少なくとも一部を前記外管の内部に向かって押し込むように、該拡孔工具の長手方向を前記延在方向に沿わせながら前記初期孔に挿入することによって、各湾曲部に、挿入孔及び該挿入孔の周縁部から前記外管の内部に突出する突出部を形成するステップであって、前記拡孔工具が、その長手方向の先端から基端に向かう方向に進むに従ってその外周を拡大するように形成された傾斜部を有している、ステップと、
   前記内管を各湾曲部の挿入孔に通し、前記内管を前記外管の内部に挿入し、かつ前記支持部によって前記内管を支持するように、前記内管を前記外管と組み合わせるステップと、
   前記外管をその外周から内周に向かって加締めることによって、前記外管に対して前記内管を固定するステップと、
   前記外管の挿入孔の周縁部と前記内管の外周面とを密閉接合するステップと
   を含む二重管構造体の製造方法。
4. 前記内管を前記外管と組み合わせるステップの前に、
   帯形状の板材をその長手方向に延びる中心軸線を中心に捩ることによって、捩れ形状の仕切り板を形成するステップと、
   前記内管の内部にて前記延在方向に沿って前記仕切り板を配置するステップと、
   前記内管をその外周から内周に向かって加締めることによって、前記内管に対して前記仕切り板を固定するステップと
   をさらに含む請求項３に記載の熱交換器用二重管構造体の製造方法。
5. 前記穿孔工具及び拡孔工具をそれらの長手方向を一致させた状態で並べるように一体化した一体型工具を連続的に移動させることによって、前記初期孔を形成するステップ及び前記挿入孔を形成するステップを連続的に実施する、請求項３又は４に記載の熱交換器用二重管構造体の製造方法。

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