JP2636455B2 - 偏平溝付管を有する熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内周面に複数の溝が形成された偏平溝付管
を有する熱交換器に関するものである。

［従来の技術］ 近年、熱交換器としては、熱交換効率の向上を図るた
め、内面に複数の溝が形成されかつ偏平状に形成された
偏平溝付管を有するものが提供されてきている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、偏平溝付管を有する熱交換器においても、熱
交換効率をさらに向上することが要求されている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、よ
り熱交換効率の高い熱交換器を提供することを目的とし
ている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、上記目的を達成するため、軸線に交差する
方向に延びる複数の溝が内周面に形成され、軸線に直交
する断面における短寸方向の内周面間の寸法である縦寸
法が1mm以上5mm以下に形成されているとともに、該直交
断面の長寸方向の内周面間の寸法である横寸法と前記縦
寸法との比である横／縦が３以上に形成され、前記溝
は、その底壁の両側縁から立ち上がる各側壁が該底壁か
ら離れるにしたがって互いに近接するように形成されて
いるとともに、隣接する前記溝と溝との間のピッチが0.
25mm以上0.7mm以下に形成された偏平溝付管と、 この偏平溝付管に接続された冷却フィンとを備えてな
るものである。

上記のように偏平溝付管の寸法を限定した理由につい
て以下に説明する。

短寸方向の内周面間の縦寸法を1mm以上5mm以下に形成
したのは、1mm未満ではフレオン等の熱媒体の通過抵抗
が高くなるからであり、5mmを越えると偏平管の心部を
通る熱媒体が蒸発しにくくなるからである。

長寸方向および短寸方向の内周面間の比である横／縦
を３以上に形成したのは、上記縦寸法を1mm以上5mm以下
に形成しているので、該横／縦を３以上にしないと熱媒
体の通過面積が小さくなって、該熱媒体の通過抵抗が増
大していまうからである。

溝間のピッチを0.25mm以下0.7mm以上に形成したの
は、0.25mm未満にした場合には溝が密集しすぎて熱媒体
が溝内に侵入しにくくなり、伝熱効率の向上が十分図れ
なくなるからであり、また0.7mmを越える場合には溝の
間隔が大きくなりすぎて、この場合も伝熱効率の向上が
十分図れなくなるからである。

［作用］ 本発明の熱交換器において、偏平溝付管の溝の側壁が
底壁から離れるにしたがって互いに近接するように形成
されているので、結局溝間に形成される山の頂部の表面
積が大きくなり、伝熱効率が向上する。

しかも、溝間のピッチが0.25mm〜0.7mmに形成されて
いるので、熱媒体が溝内へ抵抗なく侵入しながら流れる
ようになり、溝の側壁および底壁を介して効率良く熱が
伝わるようになる。

このため、偏平溝付管内の内部熱媒体と、該偏平溝付
管外の外部熱媒体あるいは放熱フィンとの熱交換効率が
向上する。

［実施例］ 以下、第１図ないし第７図を参照して本発明の実施例
を説明する。

第１図において、１は熱交換器の一例として示したフ
ィンコイル熱交換器であり、この熱交換器１は、偏平な
面を互いに平行に対向させながら蛇行する偏平溝付管２
と、この偏平溝付管２に直交してろう付け等によって固
定された冷却フィン３とを備えたものである。

偏平溝付管２は、第３図ないし第４図に示すように、
厚さＴが0.2mm以上0.6mm以下の例えば銅管によって偏平
に形成されたものであり、軸線方向Ｌに直交する方向の
直交断面において、その短寸方向の内周面間の寸法であ
る縦寸法Ｈが1mm以上5mm以下に形成されているととも
に、長寸方向の内周面間の寸法である横寸法Ｗが3mm以
上50mm以下に形成され、横寸法Ｗと縦寸法Ｈとの比であ
る横縦比（W/H）が３以上に形成されている。

また、上記溝Ａは、偏平溝付管２の軸線方向Ｌに対し
て０゜以上30゜以下の角度で延在して螺旋状に形成され
ている。この溝Ａは、第４図に示すように、溝Ａの延在
方向に直交する断面において、該溝Ａの底壁A1の幅（両
側縁間の寸法）Ｕが0.1mm以上0.4mm以下に形成され、該
底壁A1の両側縁から立ち上がる側壁A2が底壁A1から離れ
るにしたがって互いに接近するように傾斜され、該側壁
A2の底壁A1からの高さＶが0.1mm以上0.25mm以下に形成
され、隣接する溝Ａ間のピッチＰが0.25mm以上0.7mm以
下に形成されている。

上記のように各寸法を規定した理由を以下に説明す
る。

まず、偏平溝付管２の厚さＴを0.2mm以上0.6mm以下に
形成したのは、0.2mm未満だと、内部を流れる内部熱媒
体の圧力に対して十分な強度が得られないためであり、
0.6mmを超えると、伝熱効率が低下するからである。

縦寸法Ｈを1mm以上5mm以下に形成したのは、1mm未満
になると、内部熱媒体の流体抵抗が極度に増大すること
になり、5mmを越えると管の心部を通るフレオン等の内
部熱媒体への熱の伝わり方が悪くなり、例えば心部の内
部熱媒体が蒸発しないで残ったりすることになるからで
ある。

横縦比（W/H）を３以上に形成したのは、上記縦寸法
Ｈを1mm以上5mm以下に形成しているので、該縦横比（W/
H）を３以上にしないと内部熱媒体の通過抵抗が高くな
ってしまうからである。

横寸法Ｗを3mm以上50mm以下に形成したのは、3mm以下
にすると、上記縦寸法Ｈを1mmにした場合、横縦費（W/
H）が３未満になってしまい内部熱媒体の通過抵抗が増
大してしまうからであり、50mm以上にすると、横寸法Ｗ
方向での内部熱媒体の流れに偏りを生じてしまい、この
結果、伝熱効率の向上が図れなくなるからである。

溝Ａの底壁A1の幅Ｕを0.1mm以上0.4mm以下に形成した
のは、この範囲内にあると熱媒体が表面張力により溝Ａ
内に積極的に侵入するようになって伝熱効率が十分向上
するからである。すなわち、0.1mm未満であると、溝Ａ
の幅が狭くなりすぎて熱媒体が溝Ａに侵入しにくくな
り、また0.4mmを超えると、溝Ａの幅が広くなりすぎて
内部熱媒体が表面張力により溝Ａ内に侵入する力が小さ
くなるからである。

溝Ａの壁面A2の底壁A1からの高さＶを0.1mm以上0.25m
m以下に形成したのは、0.1mm未満であると、溝Ａが浅す
ぎて伝熱効率の向上に寄与しなくなるからであり、また
反対に0.25mmを超えると、溝Ａの深さの増大に比して伝
熱効率の増加が鈍化してしまうからである。

溝Ａ間のピッチＰを0.25mm以下0.7mm以上に形成した
のは、0.25mm未満にすると、溝Ａが密集しすぎて該溝Ａ
内に内部熱媒体が侵入しにくくなって伝熱効率の向上が
十分図れなくなるからであり、また0.7mmを超えると溝
Ａの間隔が大きくなって、この場合も伝熱効率の向上が
十分図れなくなるからである。

冷却フィン３は、銅板によって形成されたものであ
り、その板面の方向が外部熱媒体の流れＦに対して平行
になるように前記偏平溝付管２に固定されている。

また、偏平溝付管２も、その偏平面の方向が該偏平溝
付管２の外部を流れる外部熱媒体の流れＦに平行になる
ように設置されている。

上記のように構成された熱交換器１においては、偏平
溝付管２の溝Ａの側壁A2が底壁A1から遠ざかるしたがっ
て互いに近接するように形成されているので、溝Ａ間に
形成される山の頂部の表面積が大きくない、内部熱媒体
から偏平溝付管２あるいは偏平溝付管２から内部熱媒体
へ伝わる熱量が増加する。すなわち、偏平溝付管２およ
び冷却フィン３を介して内部熱媒体から外部熱媒体へ、
または外部熱媒体から内部熱媒体への伝熱効率が向上す
る。

しかも、偏平溝付管２の厚さＴが0.2mm以上0.6mm以上
に形成され、縦寸法Ｈが1mm以上5mm以下に形成され、横
縦比（W/H）が３以上に形成され、横寸法Ｗが3mm以上50
mm以下に形成され、溝Ａの底壁A1の両側縁間の寸法Ｕが
0.1mm以上0.4mm以下に形成され、壁面A2の底壁A1からの
高さＶが0.1mm以上0.25mm以下に形成され、隣接する溝
Ａ間のピッチＰが0.25mm以下0.7mm以上に形成されてい
るから、内部熱媒体と偏平溝付管２との間で熱が効率よ
く移動する。

したがって、上記熱交換器１によれば、従来の熱交換
器に比べて格段に熱交換効率を向上させることができ
る。

また、偏平溝付管２は、その偏平面の方向が外部熱媒
体の流れＦに平行になるように設けられているから、 偏平溝付管２に対する外部熱媒体の流体抵抗を少なく
することができ、 偏平溝付管２を密に設置することができ、 外部熱媒体が偏平溝付管２に接触する時間が長くな
り、 偏平溝付管２の中心部に流れる内部熱媒体との熱の授
受が十分行なわれるようになる。

このため、上記ないしからも熱交換効率の向上を
図ることができるという利点がある。

また、熱交換器の他の例として、第２図に、サーペン
タイン熱交換器４を示す。ただし、第１図に示す構成要
素と共通する要素には同一の符号を付し、その説明を簡
略化する。

熱交換器４は、偏平な面を互いに平行に対向させなが
ら蛇行する偏平溝付管２と、この偏平溝付管２の隣接す
るもの同士の偏平面に蛇行しながら接続された冷却フィ
ン５とを備えたものである。

この偏平溝付管２および冷却フィン５も、その偏平な
面の方向を外部熱媒体の流れＦに平行になるように設置
されている。

したがって、上記熱交換器４においても、第１図に示
す熱交換器１と同様な作用効果を奏する。

上記のように構成された偏平溝付管２は、第３図ない
し第５図に示す偏平溝付管製造装置によって製造され
る。

これらの図において、11は偏平溝付管２を加工するた
めに供給された被加工管である。

この被加工管11は、内周面に複数の溝Ｂが形成された
断面円形状のものであり、例えば圧延等により帯状の板
の表面に複数の溝Ｂを形成した後、ロールにより円筒状
に形成し、その継ぎ目部を溶接することにより連続して
製造される。

上記被加工管11は、偏平溝付管製造装置の引抜ダイス
12によって縮径され、その際、被加工管11に形成された
縮径段部11aには、被加工管11の引抜方向Ｆの上流側か
らフローティングプラグ13が係止されている。

フローティングプラグ13は、第３図ないし第５図に示
すように、円柱状に形成された本体14と、この本体14の
一端（引抜方向Ｆの上流側の端）にねじ等を介して同軸
に連結された頭部15とを備えたものである。

本体14は、他端部軸心に偏平部14aが形成され、この
偏平部14aの対向する各平面から本体14の外周面に向け
て各平面の間隔が広がる形状の傾斜面14bが形成された
ものである。また、本体14の外周面には、傾斜面14bに
沿っう部分および、偏平部14aの側縁に沿う部分に平面
状の切欠K1、切欠K2が形成されている。

一方、頭部15は、本体14の外周面よりわずかに大きな
径の胴部15aからテーパ面15bを介して外周面が膨出する
膨出部15cが形成されたものであり、この膨出部15cの端
面は球状に形成されている。

そして、上記フローティングプラグ13は頭部15のテー
パ面15bが被加工管11の縮径段部11aに係止されて、本体
14が引抜方向Ｆの下流側に延在するように設けられる。
すなわち、フローティングプラグ13の偏平部14aの位置
は、被加工管11に縮径段部11aを形成する引抜ダイス12
の位置によって規制されることになる。このフローティ
ングプラグ13の偏平部14a、傾斜部14bに対応する位置に
は、偏平加工ダイス16が設けられている。

偏平加工ダイス16は、引抜加工面16aがフローティン
グプラグ13の偏平部14aおよび傾斜面14bの周りを囲むよ
うに形成されており、該引抜加工面16a内に進入する被
加工管11の壁面を前記傾斜面14bおよび偏平部14aに圧迫
するようになっている。

次に、上記のように構成された装置で偏平溝付管２を
製造する方法を説明する。

まず、被加工管11を引抜ダイス12に挿入する。そうす
ると、引抜ダイス12によって被加工管11内に縮径段部11
aが生じ、この縮径段部11aの内面に、フローティングプ
ラグ13の頭部15のテーパ面15bが係止する。これによ
り、フローティングプラグ13は、引抜ダイス12で規制さ
れる位置に保持される。この際、内周面に形成された溝
Ｂ間の山の頂部は、フローティングプラグ13の頭部15に
よって押しつぶされ、基端部に比べて幅広になる。すな
わち、溝Ｂにおける対向する側壁が頂部に向かうほど近
接するようになる。

また、引抜ダイス12で縮径された被加工管11はフロー
ティングプラグ13の本体14の周りを通って偏平加工ダイ
ス16の引抜加工面16a内に進入する。そうすると、引抜
加工面16aによって、被加工管11は、フローティングプ
ラグ13の本体14の傾斜面14bから偏平部14aへ沿って圧迫
されながら移動する。このため、偏平加工ダイス16を通
過後の被加工管11は、その内周面がフローティングプラ
グ13の偏平部14aとほぼ同一の偏平状に形成され、これ
にともない、外周面も偏平状に均一に形成される。この
際、被加工管11の内周面は、本体14の傾斜面14bおよび
偏平部14aによってさらに押しつぶされ、溝Ｂ間の山の
頂部がより幅広になる。

以上により、被加工管11から溝Ａを有する偏平溝付管
２が連続して成形される。

上記偏平溝付管２の製造方法によれば、フローティン
グプラグ13の偏平部14aで被加工管11の内面を保持しな
がら該被加工管11を偏平状に加工することができるか
ら、短寸方向の内周面間の縦寸法Ｈが1mm以上5mm以下で
横縦比（W/H）が３以上の偏平率の大きな偏平溝付管２
を、偏平部の壁面の平担性を損なうことなく製造するこ
とができる。

しかも、フローティングプラグ13に被加工管11の内周
面を圧迫するだけで、頂部に向かうにしたがって互いに
近接する側壁A2を簡単に成形することができる。

また、偏平溝付管２を、引抜ダイス12と、フローティ
ングプラグ13と、偏平加工ダイス16とを備えた簡単な製
造装置で製造することができる。

しかも、連続して偏平状に加工することができるか
ら、長尺の偏平溝付管２を極めて迅速にかつ簡単に製造
することができる。

また、フローティングプラグ13の傾斜面14bから偏平
部14aに沿って、被加工管11を圧迫しながら徐々に偏平
に加工するので、該被加工管11の引抜抵抗の低減を図る
ことができ、この点からも加工の迅速化を図ることがで
きる。

なお、上記実施例においては、銅製の偏平溝付管２お
よび冷却フィン３、５について示したが、この偏平溝付
管２等としてはアルミニウム等の他の金属で形成したも
のであってもよいことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、軸線に交差す
る方向に延びる複数の溝が内周面に形成され、軸線に直
交する断面における短寸方向の内周面間の寸法である縦
寸法が1mm以上5mm以下に形成されているとともに、該直
交断面の長寸方向の内周面間の寸法である横寸法と前記
縦寸法との比である横／縦が３以上に形成され、前記溝
は、その底壁の両側縁から立ち上がる各側壁が該底壁か
ら離れるにしたがって互いに近接するように形成されて
いるとともに、隣接する前記溝と溝との間のピッチが0.
25mm以上0.07mm以下に形成された偏平溝付管と、 この偏平溝付管に接続された冷却フィンとを備えてな
るものであるから、 熱交換効率を極めて向上させることができる。

すなわち、 偏平溝付管の溝の側壁が底壁から離れるにしたがって
互いに近接するように形成されているので、溝間に形成
される山の頂部の表面積が従来に比べて広くなり、その
分伝熱効率が向上するから、 また、偏平溝付管の溝間のピッチが0.25mm〜0.7mmに
形成されているので、熱媒体が溝内へに入りやすくな
り、この点からも従来より伝熱効率が向上するから、 さらに、短寸方向の内周面間の縦寸法が1mm以上5mm以
下で横／縦が３以上に形成されているので、管の心部に
流れる熱媒体に対しても熱の授受が十分行なわれるよう
になり、この点からも従来より伝熱効率が向上するか
ら、 熱交換効率を極めて向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図は本発明の実施例を示す図であっ
て、第１図は熱交換器の一例として示したフィンコイル
熱交換器の斜視図、第２図は熱交換器の他の例として示
したサーペンタイン熱交換器の斜視図、第３図は軸線に
直交する断面で切断した状態を示す偏平溝付管の斜視
図、第４図は第３図の要部IVを示す拡大断面図、第５図
は偏平溝付管の製造装置を示す断面図、第６図は第５図
のフローティングプラグのVI矢視図、第７図は第６図の
VII−VII線に沿う矢視図である。 ２……偏平溝付管 ３……冷却フィン ４……冷却フィン Ａ……溝 A1……底壁、 A2……側壁、 Ｈ……縦寸法、 Ｌ……軸線方向、 Ｗ……横寸法、 W/H……横縦比（横／縦）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸線に交差する方向に延びる複数の溝が内
   周面に形成され、軸線に直交する断面における短寸方向
   の内周面間の寸法である縦寸法が1mm以上5mm以下に形成
   されているとともに、該直交断面の長寸方向の内周面間
   の寸法である横寸法と前記縦寸法との比である横／縦が
   ３以上に形成され、前記溝は、その底壁の両側縁から立
   ち上がる各側壁が該底壁から離れるにしたがって互いに
   近接するように形成されているとともに、隣接する前記
   溝と溝との間のピッチが0.25mm以上0.7mm以下に形成さ
   れた偏平溝付管と、 この偏平溝付管に接続された冷却フィンとを備えてなる
   ことを特徴とする偏平溝付管を有する熱交換器。