JP4339665B2 - 熱交換器の製作方法 - Google Patents

Description

本発明は、エアコンに代表される冷凍空調機器に用いられる熱交換器を構成する内面溝付伝熱管及びそれを用いた熱交換器の製作方法並びに熱交換器に係り、特に、内面溝付伝熱管における機械拡管時の内面フィンの変形を抑制する技術に関するものである。

従来から、エアコンに代表される空調機器や冷凍機等における蒸発器や凝縮器等の熱交換器にあっては、一般に、複数の伝熱管が水平方向に延びる状態で配置されると共に、それら複数の伝熱管の管外面に対して、アルミニウム製の放熱フィンが拡管装着され、一体的に組み付けられて、構成されている。

そして、このような熱交換器に取り付けられる伝熱管の一種として、管内面に多数の溝が形成されると共に、それらの溝間に、所定高さの内面フィンがそれぞれ形成されてなる、所謂内面溝付伝熱管が、知られている。例えば、管内面に、多数の溝を、管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成せしめた内面螺旋溝付伝熱管や、管内面を、管軸方向に延びる仮想分割線により、管周方向に複数の領域に分割し、そして、それら複数の領域のうち、相互に隣接する領域において、管軸方向に対して傾斜する状態で、管周方向に互いに逆方向に向かって延びる、松葉の如き形状の溝を形成してなる内面松葉溝付伝熱管、更には、管内面に、管周方向に互いに平行に延びる周溝が設けられてなる内面溝付伝熱管等が、それである。

また、近年では、熱交換器の高性能化の目的から、かかる内面溝付伝熱管において、隣接する溝間に形成される内面フィンをハイフィン化したり、フィン頂角を小さくして、内面フィンをスリムフィン化したり、或いは、溝深さ／内径や溝部断面積／溝深さ等の最適化を図って、更なる伝熱性能（管内熱伝達特性）の向上を追求したものも、数多く提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

ところが、かくの如き構造を有する内面溝付伝熱管にあっては、管外面に放熱フィンが組み付けられて、熱交換器として組み立てられる際に、公知の機械拡管手法、つまり、放熱フィンの取付孔内に内面溝付伝熱管を挿入した状態において、かかる伝熱管内に拡管プラグを挿通せしめて、拡管を行うことにより、それら伝熱管と放熱フィンとを一体的に組み付ける手法が採用される場合、管内面に形成された内面フィンが、拡管プラグとの接触によって、径方向外方に、また管軸方向に押圧されて、変形作用を受け、内面フィン先端部のフィン潰れやフィン倒れ等の内面フィンの変形が生じるといった問題が、内在していた。

このような機械拡管時における内面フィンの変形が、熱交換器性能に及ぼす影響は、凝縮運転時に顕著であって、それ故に、暖房性能を重視するルームエアコンの室内機に用いられる熱交換器用伝熱管にとっては、致命的な性能不足を招く要因となり、中でも、内面溝付管の場合には、従来から蒸発性能を向上させるよりも凝縮性能を向上させる方が難しいとされている状況からしても、前記した機械拡管時の内面フィンの変形による凝縮性能の低下は、大きな問題となる。そして、特に、前述せる如きハイフィン化やスリムフィン化等が図られてなる内面溝付伝熱管において、機械拡管時の内面フィンの変形が、不可避的に大きくなってしまうため、そのような内面溝付伝熱管では、所望の伝熱性能を確保することが困難となるいった不具合も生じていたのである。

かかる状況下、機械拡管時における内面フィンの変形の抑制が図られ得るようにした構造の内面溝付伝熱管が、提案されている（例えば、特許文献４参照）。即ち、この内面溝付伝熱管にあっては、溝の形成部位における管壁厚となる底肉厚が、それと管外径との間での特定の関係式を満たす範囲内において、従来よりも薄くなるように構成されていることによって、拡管時に、内面フィンの変形よりも底肉厚の変化（減少）が優先されて、内面フィンの変形が抑制され得るようになっている。そして、その結果、管外面に放熱フィンが拡管装着されてなる熱交換器として構成された状態において、内面溝付伝熱管が本来有する管内熱伝達特性が確実に発揮され得、以て、ハイフィン化等によって得られる優れた伝熱性能を、熱交換器性能において十分に活かすことが可能となっているのである。

しかしながら、このような従来の内面溝付伝熱管においては、底肉厚が薄くされているところから、その分だけ耐圧性が低下することが避けられず、そのために、例えば、比較的高圧作動冷媒であるＲ−３２やＲ４１０ａ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒を用いる冷凍空調機器の熱交換器用伝熱管として、耐圧強度の面において不向きなものとなるといった新たな問題が生じており、また、底肉厚が薄いことで、製管時における管破断や、ヘアピン曲げ加工時のシワ等の発生が多くなって、生産性の低下を招く恐れさえもあったのである。
特開平７−１２４８３号公報 特開平９−２６２７９号公報 特開平９−２３６３９５号公報 特開２００２−９００８６号公報

ここにおいて、本発明は、上述せる如き事情を背景にして為されたものであって、その解決課題とするところは、底肉厚の減少による耐圧性や生産性の低下を何等惹起せしめることなく、機械拡管時の内面フィンの変形を効果的に抑制することが出来、以て、熱交換器の高性能化をより一層有利に図り得るように改良された内面溝付伝熱管の構造を提供することにある。また、本発明にあっては、内面溝付伝熱管の機械拡管操作に際して惹起される内面フィンの変形を効果的に抑制して、より優れた熱交換器性能を発揮する熱交換器を有利に製作し得る方法を提供すること、更には、内面溝付伝熱管自身の有する管内熱伝達特性を、熱交換機性能に、確実に且つより有利に活かした熱交換器の新規な構造を提供することも、その解決課題とするものである。

そして、本発明は、上記せる課題のうち、伝熱管に係る課題の解決のために、その第一の態様とするところは、管内面に、多数の溝が、管周方向に又は管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されると共に、それらの溝間に、所定高さの内面フィンがそれぞれ形成されてなる内面溝付伝熱管において、管外径が４〜１２ｍｍとされると共に、前記溝の形成部位における管壁厚となる底肉厚（ｔ）が、次式：０．１１×Ｄ^0.33≦ｔ≦０．１７×Ｄ^0.33（但し、Ｄは管外径を示す）を満たす値とされ、且つ前記内面フィンの高さが０．０５〜０．２５ｍｍとされる一方、該内面フィンの管周方向に対向する側面間の距離の最小値にて表される該内面フィンの最小幅が０．０４〜０．１２ｍｍとされるか、若しくは該内面フィンの先端面の曲率半径が０．０２〜０．０６ｍｍとされ、更に、管軸直角断面における前記溝の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが１０．０〜１６．０の範囲内の値となるように構成されていることを特徴とする内面溝付伝熱管にある。

また、本発明は、前記せる技術的課題のうち、熱交換器の製作方法に係る課題の解決のために、その第二の態様とするところは、上述の如き特徴的な内面溝付伝熱管を用いて、機械拡管手法にて、板状の放熱フィンに設けられた取付孔に拡管装着せしめる工程を含むことを特徴とする熱交換器の製作方法にある。

さらに、本発明にあっては、熱交換器の製作方法に係る課題の解決するために、その第三の態様とするところは、前記機械拡管操作を、外径基準で、３〜８％の拡管率において実施するようにしたことにある。なお、ここで言う外径基準での拡管率とは、（拡管後の管外径／拡管前の管外径）×１００にて規定される値を示す。以下、同じ。

また、本発明にあっては、熱交換器に係る課題の解決のために、その第四の態様とするところは、前記せる特徴的な内面溝付伝熱管が、板状の放熱フィンに設けられた取付孔内に挿入された状態下で、拡管せしめられることにより、該内面溝付伝熱管の外面に、該放熱フィンが装着されて、構成されていることを特徴とする熱交換器にある。

そして、かかる本発明の第一の態様によれば、管軸直角断面における溝の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが特定の範囲内の値とされているところから、管内面への溝の成形加工性の低下や、伝熱管の単位長さ当たりの重量の増大を招くことなく、溝のピッチが、従来よりも十分に狭くされて、同様な管外径を有する従来の内面溝付伝熱管に比して、溝の条数が適度に増加せしめられる。これによって、隣り合う溝間に形成される内面フィンの機械拡管時における拡管プラグとの接触面積が有利に増大せしめられて、機械拡管時に内面フィン一条当たりに作用される押圧力が効果的に小さく為され、以て、内面フィン先端部のフィン潰れやフィン倒れ等の内面フィンの変形を極限まで抑制しながら、拡管することが可能となる。

それ故、この本発明に係る内面溝付伝熱管では、機械拡管時における内面フィンの変形を抑制するために、底肉厚を薄肉化する必要が有利に皆無ならしめられ得、それによって、底肉厚が薄肉化された従来の伝熱管において惹起される問題、即ち、耐圧強度の面から、適用可能な熱交換器が制限されたり、製管時における管破断や、ヘアピン曲げ加工時のシワ等の多発化によって生産性が低下したりするといった種々の問題が、悉く解消され得る。

従って、かくの如き本発明に従う内面溝付伝熱管にあっては、底肉厚の薄肉化による耐圧性や生産性の低下等を何等惹起せしめることなく、機械拡管時の内面フィンの変形が効果的に抑制され得て、管外面に放熱フィンが拡管装着されてなる熱交換器として構成された状態において、内面溝付伝熱管が本来有する管内熱伝達特性が、より有利に発揮され得るのであり、その結果として、熱交換器の高性能化が、更に一層効果的に実現され得ることとなるのである。

また、本発明の第二の態様によれば、内面溝付伝熱管の底肉厚を薄肉化することなく、機械拡管操作時における内面フィンの変形を効果的に抑制することが出来、それによって、十分な耐圧性とより優れた熱交換器性能を発揮する熱交換器を、生産性良く、極めて良好に製作することが可能となる。

さらに、本発明の第三の態様によれば、機械拡管操作時における内面溝付伝熱管の内面フィンの変形が、より効果的に抑制され得ると共に、内面溝付伝熱管と放熱フィンとの間の組付性が有利に高められ得、それによって、更に一層優れた熱交換器性能を発揮する熱交換器が、より確実に得られることとなる。

更にまた、本発明の第四の態様によれば、底肉厚が薄肉化されることなく、十分な耐圧性と良好な生産性とが確保され、しかも、放熱フィンの拡管装着時における内面フィンの変形に起因する伝熱性能の低下が効果的に防止された内面溝付伝熱管自身の有する管内熱伝達特性を、熱交換機性能に十分に且つ確実に活かした熱交換器の構造が、極めて有利に実現され得る。

以下、本発明をより具体的に明らかにするために、本発明に係る内面溝付伝熱管及びそれを用いた熱交換器の製作方法並びに熱交換器の構成について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。

先ず、図１には、クロスフィンチューブ式熱交換器を製造するに際して、内面溝付伝熱管を機械拡管して、放熱フィンに一体的に組み付ける工程が示されている。即ち、図１において、２は、要求される伝熱性能や採用される伝熱媒体の種類等に応じて、銅や銅合金等の中から適宜に選択された金属材質にて構成される内面溝付伝熱管であって、ここでは、そのような伝熱管２は、Ｕ字形状において用いられている。一方、板状の放熱フィンであるプレートフィン４は、従来と同様に、アルミニウム若しくはその合金等の金属材料からなり、伝熱管２の外径よりも所定寸法大きな取付孔６が、その周りにフィンカラー８を一体的に立設せしめてなる構造において、形成されている。そして、そのようなプレートフィン４が、それぞれの取付孔６を一致させた状態で重ね合わされ、更に、その一致した取付孔６内に、伝熱管２が挿入、配置せしめられている。

そして、機械拡管操作は、プレートフィン４の取付孔６内に伝熱管２を挿入せしめた状態下において、かかる伝熱管２内に、従来と同様にして、拡管プラグ１０を挿入せしめ、伝熱管２の拡径を行ないつつ、前進せしめることにより、伝熱管２を取付孔６内に、具体的にはフィンカラー８の内面に密着させて（図において、拡管プラグ１０が通過した状態を示す右側の取付孔６内における伝熱管２の固定状態を参照のこと）、伝熱管２とプレートフィン４との一体化を実現し、以て一体的な熱交換器とされるのである。

ここにおいて、本発明では、かかる機械拡管手法によって、伝熱管２とプレートフィン４とを組み付けるに際して惹起される、フィン潰れやフィン倒れ等のフィン変形を効果的に抑制すべく、前述せる如き構成を採用することとしたのである。

すなわち、図２に示される如く、管内面に多数の溝１２が管周方向に又は管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されると共に、それら多数の溝１２のうちで、互いに周方向に隣り合うもの同士の間に、所定高さの内面フィン１４が形成されてなる内面溝付伝熱管２において、管外径（Ｄ）が４ｍｍ〜１２ｍｍとされると共に、溝１２の形成部位における管壁厚となる底肉厚（ｔ）が、０．１１×Ｄ^0.33≦ｔ≦０．１７×Ｄ^0.33を満たす値とされ、且つ内面フィン１４の高さ（ｈ）が０．０５〜０．２５ｍｍとされる一方、内面フィン１４の管周方向に対向する側面間の距離の最小値にて表される内面フィン１４の最小幅（ｗ）が０．０４〜０．１２ｍｍとされるか、若しくは内面フィン１４の先端面の曲率半径（Ｒ）が０．０２〜０．０６ｍｍとされ、更に、管軸直角断面における溝１２の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが１０．０〜１６．０の範囲内の値となるように構成したのであって、これにより、機械拡管操作の実施時において、内面フィン１４の変形が極力抑制されるようにしたのである。

より詳細には、本発明にあっては、内面溝付伝熱管２の管軸直角断面における溝１２の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが１０．０〜１６．０の範囲内の値となるように構成したことにより、管内面に形成される溝１２のピッチを従来の伝熱管に比べて十分に狭くして、溝１２の条数を、同様な管外径を有する従来管よりも適度に増大せしめたものであり、また、それによって、機械拡管時における内面フィン１４の拡管プラグ１０との接触面積を小さく為して、内面フィン１４一条当たりに作用される拡管プラグ１０からの押圧力を小さくせしめ、以て、内面フィン１４の先端部のフィン潰れやフィン倒れ等の内面フィン１４の変形を極限まで抑制するようにしたものである。

それ故、ここでは、管軸直角断面における溝１２の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが、本発明の目的を達成する上において、１０．０以上の値とされていなければならない。そして、かかる溝１２の条数と管外径との比：Ｎ／Ｄが１６．０を越える値とされていると、溝１２のピッチが過度に狭くなって、そのような溝１２の成形が困難となるばかりでなく、かかる溝１２を有する内面溝付伝熱管２の製造に使用される工具の破損が多発して、内面溝付伝熱管１２の生産性が低下するといった問題が惹起される。また、溝１２，１２間に形成される内面フィン１４の条数も過剰となって、内面溝付伝熱管１２の単位長さ当たりの重量が増大するといった不具合も生じることとなる。

また、かくの如き溝１２の条数と管外径との比：Ｎ／Ｄの制御に関連して、本発明にあっては、拡管前の管外径（Ｄ）や溝１２の底肉厚（ｔ）、内面フィン１４の高さ（ｈ）、更には、内面フィン１４の最小幅（ｗ）若しくは内面フィン１４の先端部の曲率半径（Ｒ）も規制する必要がある。そして、ここでは、管外径（Ｄ）が４〜１２ｍｍの範囲内の値とされる。何故なら、管外径（Ｄ）が４ｍｍよりも小さくなると、実用上において内面溝付伝熱管２を作製することが困難となる他、機械拡管も困難となる等の問題が生ずるからであり、また、管外径（Ｄ）が１０ｍｍを越える場合には、強度上の問題から、底肉厚（ｔ）を厚くしなければならなくなり、そうすると、機械拡管時における内面フィン１４の先端部のフィン潰れやフィン倒れ等が発生し易くなって、前述せる如き溝１２の条数と管外径との比：Ｎ／Ｄの制御による内面フィン１４の変形の効果的な抑制が難しくなってしまうからである。

また、溝１２の底肉厚（ｔ）は、０．１１×Ｄ^0.33≦ｔ≦０．１７×Ｄ^0.33を満たす値とされる。けだし、底肉厚（ｔ）が、０．１１×Ｄ^0.33を下回るような薄い厚さとなると、耐圧性が著しく低下してしまい、そのような内面溝付伝熱管２が、例えば、比較的高圧作動冷媒であるＲ−３２やＲ４１０ａ等のＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）系冷媒を用いる冷凍空調機器の熱交換器用伝熱管として、耐圧強度の面において不向きなものとなるばかりでなく、内面溝付伝熱管２の製造時における管破断や、ヘアピン曲げ加工時のシワ等の発生が多くなって、生産性の低下が惹起されるからである。一方、底肉厚（ｔ）が、０．１７×Ｄ^0.33を上回るような値とされる場合には、底肉厚（ｔ）が過度に厚くなり過ぎて、機械拡管時における底肉厚（ｔ）の減少が期待され得なくなって、機械拡管時に、内面フィン１４の変形が惹起され易くなり、それによって、前述せる如き溝１２の条数と管外径との比：Ｎ／Ｄの制御による内面フィン１４の変形の効果的な抑制が困難となってしまうからである。

さらに、内面フィン１４の高さ（ｈ）は、０．０５〜０．２５ｍｍとされている必要がある。内面フィン１４が、０．０５ｍｍよりも低い高さとされる場合には、内面溝付伝熱管２の伝熱特性が著しく低下してしまい、また、０．２５ｍｍよりも高くされていると、機械拡管時における内面フィン１４のフィン潰れやフィン倒れが発生し易くなるといった不具合が生じることとなる。

また、内面フィン１４の管周方向に対向する側面間の距離の最小値にて表される内面フィン１４の最小幅（ｗ）が０．０４〜０．１２ｍｍとされるか、若しくは内面フィン１４の先端面の曲率半径（Ｒ）が０．０２〜０．０６ｍｍとされる。何故なら、内面フィン１４の最小幅（ｗ）が０．０４ｍｍを下回り、若しくは内面フィン１４の先端面の曲率半径（Ｒ）が０．０２ｍｍを下回る場合には、そのような内面フィン１４の形成が困難となるばかりでなく、機械拡管時における内面フィン１４の拡管プラグ１０との接触面積が小さくなって、内面フィン１４一条当たりに作用される拡管プラグ１０からの押圧力が大きくなってしまうために、内面フィン１４の先端部のフィン潰れやフィン倒れ等の内面フィン１４の変形を抑制することが困難となり、その結果として、本発明における所期の効果が達成され得なくなるからである。一方、内面フィン１４の最小幅（ｗ）が０．１２ｍｍを上回り、若しくは内面フィン１４の先端面の曲率半径（Ｒ）が０．０６ｍｍを上回る場合には、内面フィン１４全体の厚さが厚くなり過ぎて、限られた面積を有する管内面に、溝１２を多数形成することが困難となり、それによって、伝熱性能向上に不可欠な伝熱面積の増大効果を十分に得ることが出来なくなる他、内面溝付伝熱管２の単位長さ当たりの重量が増大して、コストの高騰を招くこととなるからである。

また、かくの如き本発明に従う内面溝付伝熱管２においては、機械拡管操作にて、管外面に、放熱フィンたるプレートフィン４が組み付けられる際に、その拡管の程度として、内面フィン１４の大きな変形を回避しつつ、プレートフィン４に対する有効な組付けを行なうために、（拡管後の管外径／拡管前の管外径）×１００にて規定される拡管率（％）が、適宜に設定されることとなるが、一般に、３〜８％の拡管率において実施されることとなる。この拡管率が８％を越えるようになると、フィン変形が著しくなり、本発明の目的が充分に達成され得なくなるからであり、また３％よりも拡管率が低くなると、伝熱管２の有効な拡管装着が困難となるからである。

なお、本発明に従う内面溝付伝熱管２では、その内面に形成される溝１２の形状として、一般に、図２に示される如き、管軸に対して直角な断面において、底部に向かうに従って次第に狭幅となるような、略逆台形形状の横断面形状が好適に採用されることとなるが、かかる溝１２の形状は、そのような形状のみに限定されるものでは決してなく、公知の各種の形状が採用され得るものである。また、そのような溝１２は、管軸に対して所定のリード角もって延びるように、螺旋状に設けられる他、管周方向に互いに平行に設けられた周溝であっても何等差し支えなく、またＶ字状の溝パターンを組み合わせた松葉溝であっても良い。そして、溝１２がいかなる形態を有するものであっても、溝１２の条数と管外径との比：Ｎ／Ｄと共に、拡管前の管外径（Ｄ）や溝１２の底肉厚（ｔ）、内面フィン１４の高さ（ｈ）、更には、内面フィン１４の最小幅（ｗ）若しくは内面フィン１４の先端部の曲率半径（Ｒ）が、上述せる如き範囲内の値とされている必要があることは、言うまでもないところである。

また、本発明に従う内面溝付伝熱管２において、溝１２が、管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されている場合には、転造加工による溝１２形成の容易性や十分な伝熱性能を確保する上で、溝１２の管軸に対するリード角が、１０〜５０°範囲とされていることが、望ましい。更に、かかる内面溝付伝熱管２では、内面フィン１４のフィン頂角（α）が、好ましくは４５°以下とされ、それによって、有効な伝熱性能が効果的に確保され得ることとなる。

その他、本発明は、各種の形態において実施され得るものであって、当業者の知識に基づいて採用される本発明についての種々なる変更、修正、改良に係る各種の実施の形態が、何れも、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、本発明の範疇に属するものであることが、理解されるべきである。

以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明の特徴を更に明確にすることとするが、本発明が、そのような実施例の記載によって、何等の制約をも受けるものでないことは、言うまでもないところである。

＜実施例１＞
先ず、供試伝熱管として、管内面に、多数の溝が、管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されると共に、それらの溝間に、内面フィンがそれぞれ形成されて、かかる溝の底肉厚と、溝と管外径との比と、内面フィンの高さ及び先端部の曲率半径とが、本発明において規定される範囲内の値とされた内面溝付伝熱管であって、具体的には、下記表１に示される如き寸法緒元を有する７種類の内面溝付伝熱管（本発明例１〜７）を準備した。また、それらとは別に、管内面に、多数の溝と、それらの溝間に内面フィンが形成されるものの、溝の底肉厚と、溝と管外径との比と、内面フィンの高さと、内面フィンの先端部の曲率半径のうちの少なくとも何れか一つが、本発明の規定範囲外の値とされた内面溝付伝熱管であって、具体的には、下記表１に示される如き寸法緒元を有する９種類の内面溝付伝熱管（比較例１〜９）を準備した。なお、これら１６種類の内面溝付伝熱管（本発明例１〜７と比較例１〜９）は、全て銅材質（リン脱酸銅：ＪＩＳ Ｈ３３００ Ｃ１２２０）のものとした。また、因みに、本発明において規定される底肉厚の範囲は、管外径が６．３５ｍｍである場合、０．２０〜０．３１ｍｍとなって、管外径が８．０ｍｍである場合には、０．２２〜０．３４ｍｍとなり、また、管外径が９．５２ｍｍであると、０．２３〜０．３６ｍｍとなる。

次いで、準備された１６種類の内面溝付伝熱管のそれぞれを用いて、図１と同様にして、５％の拡管率において機械拡管し、アルミニウムプレートフィンに組み付けて、熱交換器を製作した。

その後、この得られた熱交換器から、アルミニウムプレートフィンを取り外して、拡管後の各内面溝付伝熱管をサンプリングし、それぞれの伝熱管における拡管後のフィン潰れ量：Δｆ［内面フィンの拡管前の高さと拡管後の高さの差｛図２（ｂ）参照｝］を調査した。その結果を、下記表１に併せて示した。

上記表１から明らかなように、本発明に従う構造を有する７種類の内面溝付伝熱管（本発明例１〜７）にあっては、拡管後のフィン潰れ量：Δｆが、１０μｍ以下で、極めて小さな値となっている。一方、本発明とは異なる構造を有する９種類の内面溝付伝熱管（比較例１〜９）においては、拡管後のフィン潰れ量：Δｆが、１４〜２３μｍ程度で、本発明例１〜７の内面溝付伝熱管のそれぞれにおける拡管後のフィン潰れ量：Δｆの値と比べて、明らかに大きな値となっている。このことから、溝の底肉厚と、溝と管外径との比と、内面フィンの高さ及び先端部の曲率半径とが、本発明において規定される範囲内の値とされた内面溝付伝熱管において、十分なフィン変形防止効果が、確実に得られることが認められる。

＜実施例２＞
また、機械拡管時におけるフィン変形防止効果が、熱交換器性能に及ぼす影響を確認するために、前記表１に示した寸法緒元を有する本発明例３の内面溝付伝熱管と、比較例５及び６の内面溝付伝熱管を用いて、先ず、それら３種類の内面溝付伝熱管のそれぞれの単管性能評価試験を行い、その後、それら３種類の内面溝付伝熱管を用いて、それぞれ製作した熱交換器の単体性能評価試験を行った。各内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）の単管性能評価試験の結果を、管内熱伝達率−冷媒質量速度線図及び管内圧力損失−冷媒質量速度線図として、図３乃至図６にそれぞれ示し、また、各内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）を用いて製作された各熱交換器の単体性能評価試験の結果を、熱交換量−前面風速線図として、図７及び図８にそれぞれ示した。

なお、３種類の内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）の単管性能評価試験は、従来より公知の伝熱性能試験装置と、冷媒としてＲ４１０ａとを用い、かかる試験装置の試験セクションに対して、３種類の内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）を、それぞれ単管で組み付けて、図９及び図１０に示される如き冷媒の流通下で、下記表２に示される試験条件により、蒸発及び凝縮性能試験を公知の方法に従って実施して、それら各内面溝付伝熱管の管内熱伝達率及び管内圧力損失とを調べることにより行った。なお、蒸発及び凝縮性能試験における試験区間長は、何れも４０００ｍｍとした。

また、３種類の内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）を用いて製作された熱交換器のそれぞれの単体性能評価試験は、図１１及び図１２に示される如き、通常の冷凍サイクルのバイパス回路に風洞装置を設けてなる公知の試験装置を用いて、行った。即ち、この試験装置を恒温恒湿環境の試験室内に配置した状態下で、その風洞装置内に、３種類の内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）を用いて製作された、３種類の供試熱交換器をそれぞれ設置して、下記表３に示される試験条件により、公知の方法に従って蒸発及び凝縮試験を実施し、それら各供試熱交換器単体における蒸発能力（冷房能力）と凝縮能力（暖房能力）とを調べた。

なお、この各供試熱交換器の単体性能評価試験では、冷媒として、Ｒ４１０ａとを用い、凝縮時は、空気側に対して対向流を形成するように上下段２パスで流した。また、３種類の内面溝付伝熱管（本発明例３、比較例５及び６）を用いて製作された各供試熱交換器は、幅４３０ｍｍ×高さ２５０ｍｍ×厚さ２０ｍｍの寸法で、表面処理を施したアルミニウム製のスリットフィンに伝熱管を組み込んだ２列１２段のクロスフィンタイプとして、構成した。

図３乃至図６から明らかなように、本発明例３の内面溝付伝熱管と比較例５及び６の内面溝付伝熱管は、拡管前、即ち熱交換器への組込前の状態における蒸発性能と凝縮性能とにおいて、何れも、略同等の性能を有していることが認められる。これに対して、図７及び図８から明らかな如く、本発明例３の内面溝付伝熱管を用いて製作された熱交換器は、比較例５や比較例６を用いて製作された熱交換器に比べて、蒸発能力が３％程度上回っており、また、凝縮能力が４％程度上回っている。これは、本発明に従う構造を有する内面溝付伝熱管を用いることによって、より優れた蒸発性能と凝縮性能とが良好に発揮され得る熱交換器が得られることを、如実に示しているのである。

内面溝付伝熱管を、機械拡管により、放熱フィンに組み付ける工程を示す説明図である。 本発明に従う内面溝付伝熱管の機械拡管に際しての形状変化を示す断面部分説明図であり、（ａ）は機械拡管前の内面溝付伝熱管の横断面部分図であり、（ｂ）は機械拡管後の内面フィン及び底肉厚の変化の形態を示す断面部分図である。 実施例１において得られた内面溝付伝熱管の単管蒸発能力を表す、冷媒質量速度と管内蒸発熱伝達率との関係を示すグラフである。 実施例１において得られた内面溝付伝熱管の単管蒸発能力を表す、冷媒質量速度と管内蒸発圧力損失との関係を示すグラフである。 実施例１において得られた内面溝付伝熱管の単管凝縮能力を表す、冷媒質量速度と管内凝縮熱伝達率との関係を示すグラフである。 実施例１において得られた内面溝付伝熱管の単管凝縮能力を表す、冷媒質量速度と管内凝縮圧力損失との関係を示すグラフである。 実施例２において得られた熱交換器の単体蒸発能力を表す、前面風速と熱交換量との関係を示すグラフである。 実施例２において得られた熱交換器の単体凝縮能力を表す、前面風速と熱交換量との関係を示すグラフである。 実施例２における内面溝付伝熱管の蒸発時の単管性能を測定するために用いられる試験装置において、冷媒の流通状態を示す説明図である。 実施例２における内面溝付伝熱管の凝縮時の単管性能を測定するために用いられる試験装置において、冷媒の流通状態を示す説明図である。 実施例２における熱交換器の蒸発時の単体性能を測定するために用いられる試験装置において、冷媒の流通状態を示す説明図である。 実施例２における熱交換器の凝縮時の単体性能を測定するために用いられる試験装置において、冷媒の流通状態を示す説明図である。

符号の説明

２ 内面溝付伝熱管 ４ プレートフィン
６ 取付孔 ８ フィンカラー
１０ 拡管プラグ １２ 溝
１４ 内面フィン

Claims (3)

1. 管内面に、多数の溝が、管周方向に又は管軸に対して１０〜５０°のリード角をもって延びるように形成されると共に、それらの溝間に、所定高さの内面フィンがそれぞれ形成されてなる内面溝付伝熱管にして、管外径が４〜１２ｍｍとされると共に、前記溝の形成部位における管壁厚となる底肉厚（ｔ）が、次式：０．１１×Ｄ^0.33≦ｔ≦０．１７×Ｄ^0.33（但し、Ｄは管外径を示す）を満たす値とされ、且つ前記内面フィンの高さが０．０５〜０．２５ｍｍとされ、更にフィン頂角が４５°以下とされる一方、該内面フィンの管周方向に対向する側面間の距離の最小値にて表される該内面フィンの最小幅が０．０４〜０．１２ｍｍとされるか、若しくは該内面フィンの先端面の曲率半径が０．０２〜０．０６ｍｍとされ、更に、管軸直角断面における前記溝の条数（Ｎ）と管外径（Ｄ）との比：Ｎ／Ｄが１０．０〜１６．０の範囲内の値となるように構成されている内面溝付伝熱管を用いて、機械拡管手法にて、板状の放熱フィンに設けられた取付孔に拡管装着せしめる工程を含むことを特徴とする熱交換器の製作方法。
2. 前記機械拡管操作が、外径基準で、３〜８％の拡管率において実施される請求項１に記載の熱交換器の製作方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の製作方法に従って、前記内面溝付伝熱管が、板状の放熱フィンに設けられた取付孔内に挿入された状態下で、拡管せしめられることにより、該内面溝付伝熱管の外面に、該放熱フィンが装着されて、構成されていることを特徴とする熱交換器。

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