JP5749305B2 - 伝熱管、伝熱管の製造方法及び熱交換器 - Google Patents

伝熱管、伝熱管の製造方法及び熱交換器 Download PDF

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Description

本発明は、伝熱管、伝熱管の製造方法及び熱交換器に関する。
特許文献１には、熱交換器などに用いられる銅製の伝熱管が開示されている。この伝熱管は、複数の溝（連続溝及び不連続溝を含む）が形成された銅板を溝が内側を向くように筒状に曲げ、両端部を突き合せると共に溶接して形成されている。
特開２０００−１２１２７０号公報
しかしながら、特許文献１の伝熱管は、銅板の両端部を溶接しているため、この溶接部分が腐食しやすく、腐食により孔が空いた場合には、流体が漏れる虞がある。
本発明は、上記事実を考慮して、伝熱性に優れ且つ長期に亘って流体の漏れを防止する伝熱管、伝熱管の製造方法及びこの伝熱管を備えた熱交換器を提供することを課題とする。
本発明の請求項１に記載の伝熱管は、管内面に第１凹凸部を備える伝熱管であって、前記第１凹凸部が形成されると共に幅方向の中間部がクランク状に曲げられて段差部が形成された長尺な金属板を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合して形成され、筒状に巻かれた前記金属板の外面に形成された前記段差部の外側段差面に、前記金属板の巻き方向外側の端部が突き合わされて接合され、筒状に巻かれた前記金属板の内面に形成された前記段差部の内側段差面に、前記金属板の巻き方向内側の端部が突き合わされて接合されている。
請求項１に記載の伝熱管では、管内面に第１凹凸部を備えることから、例えば、管内面が平坦状とされたものと比べて、管内面の表面積が大きいため、流体から伝熱管及び伝熱管から流体への熱伝達効率が向上する、すなわち、伝熱性に優れる。
ここで、上記伝熱管は、予め第１凹凸部を形成した金属板を筒状に巻いて形成することから、例えば、押し出し工法で形成された金属管の内面に後から溝（凹凸部）を加工するものと比べて、第１凹凸部の形状やパターンが制限されない、すなわち、第１凹凸部の設計自由度が高い。このため、上記伝熱管では、金属板に形成する第１凹凸部の形状やパターンを調整することで、流体と伝熱管との間の熱伝達効率をより高めることができる。
また、上記伝熱管では、金属板を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合していることから、例えば、金属板を曲げて両端部同士を接合（溶接）したものと比べて、管内側から管外側までの接合部分の長さを長くすることができるため、接合部分の腐食が速い場合でも、接合部分の腐食が管外側から管内側（または管外側から管内側）へ到達するまでの時間を遅くすることができる。すなわち、上記伝熱管によれば、長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
また、請求項１に記載の伝熱管では、筒状に巻かれた金属板の外側段差面に巻き方向外側の端部を突き合わせて接合していることから、管内側から管外側までの接合部分の長さがより長くなる。
またさらに、請求項１に記載の伝熱管では、筒状に巻かれた金属板の内側段差面に巻き方向内側の端部を突き合わせて接合していることから、管内側から管外側までの接合部分の長さがより長くなる。
本発明の請求項２に記載の伝熱管は、請求項１に記載の伝熱管において、筒状に巻かれた前記金属板の巻き重ねられた部分の内面には、前記第１凹凸部と形状が異なる第２凹凸部が形成されている。
請求項２に記載の伝熱管では、筒状に巻かれた金属板の巻き重ねられた部分の内面に第２凹凸部を形成していることから、例えば、上記内面が平坦状に形成されたものと比べて、接合面積が増えるため、管内側から管外側までの接合部分の長さがさらに長くなり、且つ、巻き重ねられた部分の接合強度が向上する。
本発明の請求項３に記載の伝熱管は、請求項１又は請求項２に記載の伝熱管において、前記金属板は、アルミニウムで構成されている。
請求項３に記載の伝熱管では、金属板をアルミニウムで構成していることから、熱伝導率を確保しつつ、重量を軽減し且つコストを削減することができる。
本発明の請求項４に記載の伝熱管の製造方法は、管内面に凹凸部を備える伝熱管の製造方法であって、幅方向の中間部がクランク状に曲げられて段差部が形成された長尺な金属板に前記凹凸部を形成し、前記凹凸部を内側にして前記金属板を筒状に巻いて筒状に巻かれた前記金属板の外面に形成された前記段差部の外側段差面に前記金属板の巻き方向外側の端部を突き合わせると共に、筒状に巻かれた前記金属板の内面に形成された前記段差部の内側段差面に前記金属板の巻き方向内側の端部を突き合わせ、筒状に巻かれた前記金属板の巻き重ねられた部分、前記外側段差面と前記巻き方向外側の端部とを突き合わせた部分及び前記内側段差面と前記巻き方向内側の端部とを突き合わせた部分をそれぞれ接合する。
請求項４に記載の伝熱管の製造方法では、まず、幅方向の中間部がクランク状に曲げられて段差部が形成された長尺な金属板に凹凸部を形成する。次に、凹凸部を内側にして金属板を筒状に巻いて筒状に巻かれた金属板の外側段差面に巻き方向外側の端部を突き合わせると共に、筒状に巻かれた金属板の内側段差面に巻き方向内側の端部を突き合わせる。そして、筒状に巻かれた金属板の巻き重ねられた部分、外側段差面と巻き方向外側の端部とを突き合わせた部分及び内側段差面と巻き方向内側の端部とを突き合わせた部分をそれぞれ接合することで、管内面に凹凸部を備える伝熱管が形成される。このようにして形成された伝熱管は、請求項１に記載の伝熱管と同様の作用効果を奏する。すなわち、上記製造方法で製造された伝熱管は、伝熱性に優れ且つ長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
本発明の請求項５に記載の熱交換器は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱管と、板状とされ、板厚方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に前記伝熱管が挿入されると共に前記貫通孔の孔壁に前記伝熱管の外周面が接合された金属製のフィンと、を備えている。
請求項５に記載の熱交換器では、フィンに形成された貫通孔の孔壁に請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱管の外周面が接合されていることから、伝熱管からフィン及びフィンから伝熱管への熱伝達効率が向上する。
以上説明したように、本発明の伝熱管は、伝熱性に優れ且つ長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
（Ａ）第１実施形態の伝熱管の軸直方向に沿った断面図である。（Ｂ）図１に示す伝熱管の矢印Ｂで指した部分の拡大詳細図である。 図１に示す伝熱管の管内面の展開図であり、一部分を拡大した斜視図で示している。 図２に示す伝熱管の３Ｘ−３Ｘ線に沿った断面を拡大して示している。 第１実施形態の伝熱管を用いた熱交換器の正面図であり、フィンの一部を断面で示している。 第１実施形態の伝熱管を成形する成形装置の概略斜視図である。 図５の成形装置の上面図である。 図１の伝熱管の成形に用いられる金属板の長手方向と直交する方向の断面図であり、金属板の一方の面には第１凹凸部が形成されている。 第１実施形態の伝熱管の第１変形例の管内面の展開図であり、一部分を拡大した斜視図で示している。 第１実施形態の伝熱管の第２変形例の管内面の展開図であり、一部分を拡大した斜視図で示している。 第１実施形態の伝熱管の第３変形例の管内面の展開図であり、一部分を拡大した斜視図で示している。 第２実施形態の伝熱管の軸方向に沿った断面の一部分を拡大した断面図である。 第３実施形態の伝熱管の軸方向に沿った断面の一部分拡大した断面図である。 第４実施形態の伝熱管の軸直方向に沿った断面の一部分を拡大した断面図である。 図１３の伝熱管の成形に用いられる金属板の長手方向と直交する方向の断面図であり、金属板の一方の面には第１凹凸部と第２凹凸部が形成されている。 第１実施形態の熱交換器のフィンの変形例の一部分を断面とした正面図である。
本発明の伝熱管及び伝熱管の製造方法の第１実施形態である伝熱管１０及び伝熱管１０の製造方法について図面を参照しながら説明する。
図４に示されるように、本実施形態の伝熱管１０は、空調機器に搭載される熱交換器５０に用いられる。この熱交換器５０は、空調機器の熱交換部で使用する流体の熱交換に用いられるものである。なお、本発明は上記構成に限定されず、熱交換器５０は、冷蔵庫などに搭載されて冷蔵庫の冷却部で使用する冷媒（流体の一例）の冷却に用いられてもよく、自動車に搭載されてエンジン冷却装置の冷却水（流体の一例）の冷却に用いられてもよい。つまり、本実施形態の熱交換器５０は、流体を熱交換する用途であれば、いずれの機器に適用してもよい。
本実施形態の熱交換器５０は、伝熱管１０とフィン５２とを備えている。フィン５２は、金属材料（例えば、アルミニウム）を板状に形成したもの（所謂、金属板）であり、板厚方向に貫通する貫通孔５４が形成されている。この貫通孔５４には、伝熱管１０が挿入されると共に孔壁５４Ａに伝熱管１０の外周面である管外面１０Ａが接合されている。この接合により、伝熱管１０からフィン５２及びフィン５２から伝熱管１０へ熱が効率よく伝達される。なお、熱交換器５０は、本発明の熱交換器の一実施形態である。
次に、熱交換器５０について詳細に説明する。図４に示されるように、熱交換器５０では、複数本の伝熱管１０が互いに平行に並べられ、隣接する伝熱管１０の端部同士がＵ字状の管継手５６で連結されている。また、各伝熱管１０は、間隔をあけて並べた複数枚のフィン５２の各貫通孔５４にそれぞれ挿入されると共に各孔壁５４Ａに各管外面１０Ａがそれぞれ接合されている。
次に本実施形態の伝熱管１０について説明する。
図１（Ａ）に示されるように、伝熱管１０は、内周面である管内面１０Ｂに凹凸部１２（本発明の伝熱管の第１凹凸部の一例である。）を備えている。具体的には、伝熱管１０は、管内面１０Ｂ全体に凹凸部１２が形成され、管外面１０Ａが略平坦状とされている。
伝熱管１０は、一枚の金属板１１を曲げ加工して形成されている。具体的には、伝熱管１０は、凹凸部１２が形成された金属板１１を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合して形成されている。なお、本実施形態の伝熱管１０は、金属板１１を二重巻きした二重巻管である。
また、伝熱管１０は、筒状に巻かれた金属板１１の内面１１Ｂの一部分が管内面１０Ｂとされ、筒状に巻かれた金属板１１の外面１１Ａの一部分が管外面１０Ａとされている。
筒状に巻かれた金属板１１の内面１１Ｂには、巻き方向内側の端部１１Ｃと巻き方向外側の端部１１Ｄとの間に内側段差面１４Ｂが形成されている。この内側段差面１４Ｂには、筒状に巻かれた金属板１１の端部１１Ｃが突き合わされて接合されている。また、内側段差面１４Ｂの高さは、金属板１１の板厚と略同じとされている。
筒状に巻かれた金属板１１の外面１１Ａには、端部１１Ｃと端部１１Ｄとの間に外側段差面１４Ａが形成されている。この外側段差面１４Ａには、筒状に巻かれた金属板１１の端部１１Ｄが突き合わされて接合されている。また、外側段差面１４Ａの高さは、金属板１１の板厚と略同じとされている。
なお、本実施形態では、筒状に巻かれた金属板１１の端部１１Ｃと端部１１Ｄとの中間部分（巻き方向の中間部分）をクランク状に曲げて段差部１４を形成し、この段差部１４の一方の面を内側段差面１４Ｂとし、他方の面を外側段差面１４Ａとしている。また、本実施形態では、金属板１１の板厚を略一定としている。このため、伝熱管１０の外径及び内径が周上略均一とされている。
また、本実施形態では、金属板１１に段差部１４を形成しているため、伝熱管１０の外径及び内径を周上略均一とするために金属板１１の端部１１Ｃ側及び端部１１Ｄ側を先細り形状に加工する必要がないため、金属板１１の端部１１Ｃまで凹凸部１２を精度よく形成することができる。
図１（Ｂ）及び図３に示されるように、本実施形態の金属板１１は、金属材料で形成された芯材１６に、芯材１６よりも融点の低い金属材料で形成された被覆材１８を張り合わせて形成された金属板、すなわち、クラッド板である。
また、金属板１１は、アルミニウムで構成されている。具体的には、金属板１１は、純アルミニウムで形成された芯材１６に、アルミニウム合金（例えば、アルミニウムにシリコンを含有させたもの）で形成された被覆材１８を張り合わせて形成されている。この被覆材１８は、筒状に巻かれた金属板１１の外面１１Ａを形成している。また、被覆材１８は、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分を接合する接合材（ろう材）として用いられている。一方、芯材１６は、筒状に巻かれた金属板１１の内面１１Ｂを形成している。
なお、本実施形態では、金属板１１をアルミニウムで構成しているが、本発明はこの構成に限定されず、金属板１１を銅や鉄などの金属材料で構成してもよい。
図１（Ａ）及び図２に示されるように、凹凸部１２は、伝熱管１０の周方向に間隔をあけて形成され、伝熱管１０の軸方向（図２では中央線ＣＬに沿った方向）に対して交差する方向に延び、伝熱管１０の半径方向外側へ凹む溝１２Ａと、隣接する溝１２Ａ間に形成され、伝熱管１０の半径方向内側へ凸となる突条１２Ｂとで構成されている。この溝１２Ａは、図２において、伝熱管１０の軸方向に対する傾斜角が１５度以上に設定されることが好ましい。
次に第１実施形態の伝熱管１０を成形するための成形装置について説明する。
図５及び図６に示されるように、成形装置４０は、金属板１１に凹凸部１２を形成する凹凸形成部４２と、凹凸部１２が形成された金属板１１を筒状に巻き、所定外径の管形状とするロール成形（ロールフォーミング）を行う成形部４４と、を備えている。
凹凸形成部４２は、対向配置され、同期して回転する一対のローラ４２Ａ、４２Ｂを備えている。ローラ４２Ａ、４２Ｂは、金属板１１を挟みつつ回転して、金属板１１を成形部４４へ送り出すように構成されている。また、ローラ４２Ａの外周には、凹凸部１２に対応する凹凸部４３が形成されている。このため、ローラ４２Ａとローラ４２Ｂで挟まれた金属板１１の一方の面（図７では上面）には、ローラ４２Ａの凹凸部４３が押し付けられて、凹凸部１２が形成される。
なお、金属板１１の一方の面は、筒状に巻いた金属板１１の内面１１Ｂに対応する面であり、図７では、符号１１Ｂで示す。また、金属板１１の他方の面は、筒状に巻いた金属板１１の外面１１Ａに対応する面であり、図７では、符号１１Ａで示す。
図５及び図６に示されるように、成形部４４は、金属板１１を湾曲させる複数の成形ロール４４Ａと、湾曲された金属板１１が巻き付けられるマンドレル４４Ｂと、マンドレル４４Ｂに巻き付けられた金属板１１を所定外径の管形状に成形するローラ４４Ｃ、４４Ｄと、を備えている。これらの成形ロール４４Ａは、金属板１１が搬送されるにしたがって、凹凸部１２を内側にして金属板１１を徐々に湾曲させながらマンドレル４４Ｂに巻き付けられるように構成されている。ローラ４４Ｃ、４４Ｄは、対向配置され、同期して回転し、マンドレル４４Ｂに巻き付けられた金属板１１を所定外径の管形状となるように加圧しながら送り出すように構成されている。なお、ローラ４４Ｃ、４４Ｄには、各々の外周面を合わせたときに伝熱管１０の外径と同じ大きさの円を構成する周溝部がそれぞれ形成されている。
次に第１実施形態の伝熱管１０の製造方法について説明する。
まず、芯材１６に被覆材１８を張り合わせた長尺な金属板１１を用意し、図７に示されるように、金属板１１の幅方向の中間部をクランク状に折り曲げて段差部１４を形成する。
次に、一方の面（芯材１６によって形成される面）を上にして金属板１１を成形装置４０にセットする。そして、凹凸形成部４２で金属板１１の一方の面に凹凸部１２を形成する。なお、凹凸部１２は、金属板１１の一方の面の管内面１０Ｂに対応する範囲に形成される。
次に、成形部４４で凹凸部１２が形成された金属板１１を、凹凸部１２を内側にしてマンドレル４４Ｂに巻き付けていく。これにより金属板１１が凹凸部１２を内側にして筒状に巻かれ、所定外径の管形状にロール成形される。
次に、筒状に巻かれた金属板１１をフィン５２の貫通孔５４に挿入する。その後、筒状に巻かれた金属板１１とフィン５２を共に加熱して被覆材１８を溶融させて、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分を密着させた状態で被覆材１８を冷却固化させて筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分を接合（ろう付け）する。このとき、筒状に巻かれた金属板１１の外周を形成する被覆材１８と貫通孔５４の孔壁５４Ａも接合される。このようにして、伝熱管１０が形成される。また、この伝熱管１０を備えた熱交換器５０が形成される。
本実施形態では、金属板１１に段差部１４を形成してから一方の面に凹凸部１２を形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、段差部１４は、金属板１１が筒状に巻かれる前に形成されればよい。例えば、成形装置４０の凹凸形成部４２に金属板１１に段差部１４を形成する機能を持たせて、凹凸形成部４２で金属板１１に段差部１４を形成してもよい。
また、本実施形態では、筒状に巻かれた金属板１１をフィン５２の貫通孔５４に挿入してから金属板１１とフィン５２を共に加熱しているが、本発明はこの構成に限定されず、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分を接合（ろう付け）して伝熱管１０を形成した後、伝熱管１０をフィン５２の貫通孔５４に挿入し、伝熱管１０を再加熱後冷却することで、フィン５２と伝熱管１０を接合して熱交換器５０を形成してもよい。
次に第１実施形態の伝熱管１０及び熱交換器５０の作用効果について説明する。
伝熱管１０では、管内面１０Ｂに凹凸部１２を備えることから、例えば、管内面が平坦とされたものと比べて、管内面１０Ｂの表面積が大きいため、流体から伝熱管１０及び伝熱管１０から流体への熱伝達効率（言い換えると、流体と伝熱管１０との間の熱伝達効率）が向上する。すなわち、伝熱管１０は伝熱性に優れる。
ここで、伝熱管１０は、予め凹凸部１２を形成した金属板１１を筒状に巻いて形成することから、例えば、押し出し工法で形成された金属管の内面に後から溝（凹凸部）を加工（切削）したものと比べて、凹凸部１２の形状やパターンが制限されない、換言すれば、凹凸部１２の設計自由度が高い。このため、伝熱管１０では、凹凸部１２の形状やパターンを調整することで、流体と伝熱管１０との間の熱伝達効率をより高めることができる。
また、伝熱管１０では、金属板１１を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合していることから、例えば、金属板を曲げて端部同士を接合（溶接）したものと比べて、管内側から管外側までの接合部分の長さを長くすることができるため、接合部分の腐食が速い場合でも、この接合部分の腐食が管外側から管内側（または管外側から管内側）へ到達するまでの時間を遅くすることができる。すなわち、伝熱管１０によれば、長期に亘って流体の漏れを防止することができる。特に、伝熱管１０は、金属板１１を二重に巻いているため、接合部分の長さを十分に確保できる。
また、伝熱管１０では、図１（Ｂ）に示されるように、筒状に巻かれた金属板１１の内側段差面１４Ｂに端部１１Ｃを突き合わせて接合し、外側段差面１４Ａに端部１１Ｄを突き合わせて接合していることから、管内側から管外側までの接合部分の長さをさらに長くすることができる。
さらに、伝熱管１０では、金属板１１をアルミニウムで構成していることから、熱伝導率を確保しつつ、重量を軽減し且つコストを削減することができる。
また、伝熱管１０を備える熱交換器５０では、フィン５２に形成された貫通孔５４の孔壁５４Ａに伝熱管１０の管外面１０Ａが接合されていることから、伝熱管１０からフィン５２及びフィン５２から伝熱管１０への熱伝達効率（言い換えると、伝熱管１０とフィン５２との間の熱伝達効率）が向上する。これにより、伝熱管１０を介して流体とフィン５２との間で熱が効率よく伝達されるため、熱交換器５０の熱交換性能が向上する。
第１実施形態では、図２に示されるように、凹凸部１２を構成する溝１２Ａ及び突条１２Ｂを伝熱管１０の軸方向（図２では中央線ＣＬ方向に沿った方向）に対して交差する方向に延ばす構成としているが、本発明はこの構成に限定されず、図８に示す第１変形例の伝熱管１００のように、凹凸部１０２を構成する溝１０２Ａ及び突条１０２Ｂを伝熱管１００の軸直方向（図８では中央線ＣＬに対して直交する方向）にジグザグ状に延ばす構成としてもよく、図９に示す第２変形例の伝熱管１１０のように、凹凸部１１２を構成する溝１１２Ａ及び突条１１２Ｂを伝熱管１１０の軸方向（図９では中央線ＣＬに対して沿った方向）にジグザグ状に延ばす構成としてもよい。また、図１０に示す第３変形例の伝熱管１２０のように、凹凸部１２２を伝熱管１２０の軸方向に対して交差する方向に延びる複数の溝１２２Ａと、この溝１２２Ａと交差する方向に延びる複数の溝１２２Ｂと、溝１２２Ａと溝１２２Ｂで区画される凸部１２２Ｃとで構成してもよい。また、各凹凸部を構成する溝は、直線状に延びても曲線状に延びてもよく、連続していても不連続であっても構わない。なお、前述した第１〜第３変形例の各凹凸部１０２、１１２、１２２の構成は、後述の第２〜第４実施形態のいずれの形態に適用してもよい。
第１実施形態では、凹凸部１２を金属板１１の一方の面の管内面１０Ｂに対応する範囲に形成し、凹凸部１２を内側にして金属板１１を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合して伝熱管１０を形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、凹凸部１２を金属板１１の一方の面ほぼ全てに形成し、凹凸部１２を内側にして金属板１１を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合して伝熱管１０を形成してもよい。なお、凹凸部１２を金属板１１の一方の面ほぼ全てに形成する構成については、後述する第２、第３実施形態に適用してもよい。
次に本発明の伝熱管及び伝熱管の製造方法の第２実施形態である伝熱管６０及び伝熱管６０の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１１に示されるように、本実施形態の伝熱管６０は、金属板６１の構成を除いて、第１実施形態の伝熱管１０と同一の構成である。
金属板６１は、芯材１６に、芯材１６よりも自然電極電位が低い金属材料で形成された被覆材６８を張り合わせて形成された金属板、すなわち、クラッド板である。また、本実施形態の金属板６１は、アルミニウムで構成されている。具体的には、金属板６１は、純アルミニウムで形成された芯材１６に、アルミニウム合金（例えば、アルミニウムに亜鉛を含有させたもの）で形成された被覆材６８を張り合わせて形成されている。この被覆材６８は、筒状に巻かれた金属板６１の外面６１Ａを形成している。すなわち、伝熱管６０の管外面６０Ａは、被覆材６８によって形成されている。一方、芯材１６は、筒状に巻かれた金属板６１の内面６１Ｂを形成している。すなわち、伝熱管６０の管内面６０Ｂは、芯材１６によって形成されている。
次に本実施形態の伝熱管６０の製造方法について説明する。
本実施形態の伝熱管６０の製造方法では、凹凸部１２を内側にして金属板６１を筒状に巻き、筒状に巻かれた金属板６１をフィン５２の貫通孔５４に挿入する。そして、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分の隙間に溶融したアルミニウム合金（ろう材）を注入（例えば、毛細管現象を利用して注入）して巻き重ねられた部分を接合する（ろう付けする）。なお、図１１では、ろう材として用いられたアルミニウム合金層について図示省略している。このようにして、伝熱管６０が形成される。また、フィン５２の孔壁５４Ａと伝熱管６０の管外面６０Ａとの間の隙間に溶融したアルムニウム合金（ろう材）を注入することで孔壁５４Ａに伝熱管６０の管外面６０Ａが接合されて熱交換器が形成される。
なお、本実施形態の伝熱管６０の製造方法では、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分の隙間に溶融したアルミニウム合金（ろう材）を注入して巻き重ねられた部分を接合（ろう付け）してから、伝熱管６０の管外面６０Ａと孔壁５４Ａの間に上記溶融したアルミニウム合金（ろう材）を注入して伝熱管６０の管外面６０Ａを孔壁５４Ａに接合しているが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、予めフィン５２の片面又は両面に芯材１６やフィン５２よりも融点が低いアルミニウム合金（ろう材）を張り合わせておくことで、筒状に巻かれた金属板６１とフィン５２を共に加熱した場合に溶融したアルミニウム合金（ろう材）が筒状に巻かれた金属板６１の巻き重ねられた部分の隙間と孔壁５４Ａと管外面６０Ａとの間の隙間に入り込むため、上記アルミニウム合金（ろう材）の冷却後に、筒状に巻かれた金属板６１の巻き重ねられた部分が接合されると共に伝熱管６０の管外面６０Ａと孔壁５４Ａが接合される。
次に、本実施形態の伝熱管６０の作用効果について説明する。なお、本実施形態の作用効果のうち、第１実施形態で得られる作用効果と同様の作用効果については、その説明を適宜省略する。
伝熱管６０では、芯材１６よりも自然電極電位が低い金属材料で形成された被覆材６８が犠牲陽極作用によって早期に腐食し、代わりに芯材１６の腐食の進行が抑制される。特に伝熱管６０では、上記作用を有する被覆材６８で管外面６０Ａを形成していることから、芯材１６の腐食の進行を効果的に抑制することができる。したがって、伝熱管６０によれば、長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
また、伝熱管６０では、図１（Ｂ）に示される第１実施形態の伝熱管１０と同様に、筒状に巻かれた金属板１１の外側段差面１４Ａに端部１１Ｄを突き合わせて接合していることから、芯材１６が外部に露出するのを防げるため、例えば、芯材１６が外部に露出するものと比べて、露出した部分を起点とした芯材１６の腐蝕による伝熱管６０の寿命の低下を抑制することができる。すなわち、芯材１６の外部への露出を防止することで芯材１６の腐食を抑えて伝熱管６０の寿命を延長することができる。
次に本発明の伝熱管及び伝熱管の製造方法の第３実施形態である伝熱管７０及び伝熱管７０の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１２に示されるように、本実施形態の伝熱管７０は、金属板７１の構成を除いて、第１実施形態の伝熱管１０と同一の構成である。
金属板７１は、芯材１６に、芯材１６よりも自然電極電位が低く且つ融点が低い金属材料で形成された被覆材７８を張り合わせて形成された金属板、すなわち、クラッド板である。また、本実施形態の金属板７１は、アルミニウムで構成されている。具体的には、金属板７１は、純アルミニウムで形成された芯材１６に、アルミニウム合金（例えば、アルミニウムにシリンコンと亜鉛を含有させたもの）で形成された被覆材７８を張り合わせて形成されている。この被覆材７８は、筒状に巻かれた金属板７１の外面７１Ａを形成している。すなわち、伝熱管７０の管外面７０Ａは、被覆材７８によって形成されている。一方、芯材１６は、筒状に巻かれた金属板７１の内面７１Ｂを形成している。すなわち、伝熱管７０の管内面７０Ｂは、芯材１６によって形成されている。
次に本実施形態の伝熱管７０の製造方法について説明する。
本実施形態の伝熱管７０の製造方法では、凹凸部１２を内側にして金属板７１を筒状に巻き、筒状に巻かれた金属板７１をフィン５２の貫通孔５４に挿入する。次に、筒状に巻かれた金属板７１とフィン５２を共に加熱することで被覆材７８が溶融し、冷却固化と共に筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分が接合されて伝熱管７０が形成される。このとき、伝熱管７０の管外面７０Ａとフィン５２の孔壁５４Ａも接合されて熱交換器が形成される。
次に、本実施形態の伝熱管７０の作用効果について説明する。なお、本実施形態の作用効果のうち、第１実施形態で得られる作用効果と同様の作用効果については、その説明を適宜省略する。
伝熱管７０では、芯材１６よりも自然電極電位が低い金属材料で形成された被覆材７８が犠牲陽極作用によって早期に腐食し、代わりに芯材１６の腐食の進行が抑制される。特に伝熱管７０では、上記作用を有する被覆材７８で管外面７０Ａを形成していることから、芯材１６の腐食の進行を効果的に抑制することができる。したがって、伝熱管７０によれば、長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
また、伝熱管７０では、図１（Ｂ）に示される第１実施形態の伝熱管１０と同様に、筒状に巻かれた金属板１１の外側段差面１４Ａに端部１１Ｄを突き合わせて接合していることから、芯材１６が外部に露出するのを防げるため、例えば、芯材１６が外部に露出するものと比べて、露出した部分を起点とした芯材１６の腐蝕による伝熱管７０の寿命の低下を抑制することができる。すなわち、芯材１６の外部への露出を防止することで芯材１６の腐食を抑えて伝熱管７０の寿命を延長することができる。
また、伝熱管７０では、成形時において、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分の隙間に別途溶融したアルミ合金（ろう材）を注入する必要がないため、第２実施形態と比べて、製造工程を簡単にでき、さらに、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分全体に溶融したアルミ合金を介在させられるため、より長期に亘って流体の漏れを防止することができる。
次に次に本発明の伝熱管及び伝熱管の製造方法の第４実施形態である伝熱管８０及び伝熱管８０の製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
図１３及び図１４に示されるように、本実施形態の伝熱管８０は、金属板８１の構成を除いて、第１実施形態の伝熱管１０と同一の構成である。
伝熱管８０は、筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分に凹凸部１２と形状が異なり且つ凹凸部１２よりも高低差が小さい凹凸部８４（本発明の伝熱管の第２凹凸部の一例）が形成されている。すなわち、筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂには、凹凸部１２と凹凸部８４がそれぞれ形成されている。なお、凹凸部１２と凹凸部８４はともに図示しない金属板８１の芯材１６に形成されている。
なお、図１３に示す符号８０Ａは伝熱管８０の管外面を示し、符号８０Ｂは伝熱管８０の管内面を示し、符号８１Ｃは筒状に巻かれた金属板８１の巻き方向内側の端部を示し、符号８１Ｄは筒状に巻かれた金属板８１の巻き方向外側の端部を示している。
次に本実施形態の伝熱管８０の製造方法について説明する。
本実施形態の伝熱管８０の製造方法では、まず、段差部１４を形成した金属板８１の芯材１６側の一方の面のうち、管内面８０Ｂとなる部分に凹凸部１２を形成し、残りの部分に凹凸部１２よりも剛性が低い（例えば、突条の幅が狭い）凹凸部８５を形成する。次に、凹凸部１２を内側にして金属板８１をマンドレル４４Ｂに巻き付け、巻き付けられた金属板８１をローラ４４Ｃ、４４Ｄで所定外径の管形状に成形する。このとき、凹凸部１２よりも剛性が低い凹凸部８５が潰れるため、凹凸部１２の形状が維持される。その後、筒状に巻かれた金属板８１の巻き重ねられた部分を第１実施形態と同様の方法で接合することで伝熱管８０が形成される。なお、伝熱管８０の凹凸部８４は、凹凸部８５が潰れたものであり、被覆材１８の凹凸部８４側の面は加熱溶融した際に凹凸部８４に対応した形状となる。
なお、凹凸部８５については、例えば、成形装置４０のローラ４２Ａに形成された凹凸部４３の隣に凹凸部８５に対応する凹凸部を形成することで金属板８１に形成することができる。
次に、本実施形態の伝熱管８０の作用効果について説明する。なお、本実施形態の作用効果のうち、第１実施形態で得られる作用効果と同様の作用効果については、その説明を適宜省略する。
伝熱管８０では、筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分に凹凸部８４を形成していることから、例えば、上記内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分が平坦状に形成されたものと比べて、接合面積が増えるため、筒状に巻かれた金属板８１の巻き重ねられた部分の接合強度が向上する。また、管内側から管外側までの接合部分の長さがさらに長くなる。
本実施形態では、伝熱管８０の製造時に、凹凸部１２よりも剛性が低い凹凸部８５が潰れて、筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分に、凹凸部１２と形状が異なり且つ凹凸部１２よりも高低差が小さい凹凸部８４が形成されるが、本発明はこの構成に限定ない。例えば、伝熱管８０の製造時に、凹凸部８５が潰れるが、筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分に、凹凸部１２と形状が異なり且つ凹凸部１２よりも高低差が同じ又は大きい凹凸部８４が形成される構成としてもよい。この場合でも、接合面積が増えるため、筒状に巻かれた金属板８１の巻き重ねられた部分の接合強度を向上する効果が十分に得られる。
なお、本実施形態の筒状に巻かれた金属板８１の内面８１Ｂのうち外面８１Ａに巻き重ねられた部分に凹凸部８４を形成する構成については、第２実施形態及び第３実施形態に適用してもよい。
第１実施形態では、金属板１１を芯材１６と被覆材１８で構成されたクラッド板としているが、本発明はこの構成に限定されず、金属板１１を芯材１６のみの金属板としてもよい。この場合には、金属板１１を筒状に巻いた後で巻き重ねた部分の隙間に溶融した接合材（ろう材）を注入して、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねた部分を接合する構成としてもよい。
また、第１実施形態では、板状のフィン５２を打ち抜いて貫通孔５４を形成しているが、本発明はこの構成に限定されず、図１５に示されるように、フィン５２にバーリング加工によって貫通孔５４を形成してもよい。この場合には、バーリング加工によって形成された環状の立ち上がり部５５の内壁である孔壁５４Ａに伝熱管１０の管外面１０Ａが接合されるため、接合面積が増えて伝熱管１０とフィン５２との間の熱伝達効率が向上する。なお、フィン５２にバーリング加工によって貫通孔５４を形成する構成については、第２実施形態〜第４実施形態のいずれの形態に適用してもよい。
また、フィン５２を芯材（例えば、純アルミニウム）にこの芯材よりも自然電極電位が低い被覆材（例えば、アルミニウムに亜鉛を含有させたもの）を張り合わせたクラッド板とし、このフィン５２に上記のようにバーリング加工によって貫通孔５４を形成する。そして、図１５に示されるように、複数枚のフィン５２の各貫通孔５４に伝熱管１０を挿入し、互いに隣接するフィン５２において一方のフィン５２の立ち上がり部５５の端部５５Ａを他方のフィン５２の貫通孔５４周辺の板面に当接させて伝熱管１０の管外面１０Ａを複数枚のフィン５２で覆う。これにより、伝熱管１０のフィン５２によって覆われた部分が外部に露出しないため、伝熱管１０の腐食が長期に亘って効果的に抑制される。なお、上記のように、クラッド板としてのフィン５２にバーリング加工によって貫通孔５４を形成し、複数枚のフィン５２で伝熱管１０の管外面１０Ａを覆う構成についても第２実施形態〜第４実施形態のいずれの形態に適用してもよい。
第１実施形態の伝熱管１０は、金属板１１を二重巻した二重巻管としているが、本発明は、この構成に限定されず、金属板１１を二重よりも多く巻いた多重巻管としてもよい。一方、伝熱管１０は、金属板１１を二重よりも少なく巻いた巻管としてもよい。この場合には、接合部分の長さ確保のために、筒状に巻かれた金属板１１の巻き重ねられた部分の幅が少なくとも金属板１１の板厚よりも必要である。なお、上記構成については、第２実施形態〜第４実施形態のいずれの形態に適用してもよい。
以上、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されないことは言うまでもない。
１０、６０、７０、８０、１００、１１０、１２０ 伝熱管
１０Ａ、６０Ａ、７０Ａ、８０Ａ 管外面
１０Ｂ、６０Ｂ、７０Ｂ、８０Ｂ 管内面
１１、６１、７１、８１ 筒状に巻かれた金属板
１１Ａ、６１Ａ、７１Ａ、８１Ａ 外面（筒状に巻かれた金属板の外面）
１１Ｂ、６１Ｂ、７１Ｂ、８１Ｂ 内面（筒状に巻かれた金属板の内面）
１１Ｃ、８１Ｃ 巻き方向内側の端部
１１Ｄ、８１Ｄ 巻き方向外側の端部
１２、１０２、１１２、１２２ 凹凸部（第１凹凸部）
１４Ａ 外側段差面
１４Ｂ 内側段差面
５０ 熱交換器
５２ フィン
５４ 貫通孔
５４Ａ 孔壁
８４ 凹凸部（第２凹凸部）

Claims (5)

  1. 管内面に第１凹凸部を備える伝熱管であって、
    前記第１凹凸部が形成されると共に幅方向の中間部がクランク状に曲げられて段差部が形成された長尺な金属板を筒状に巻き且つ巻き重ねられた部分を接合して形成され、
    筒状に巻かれた前記金属板の外面に形成された前記段差部の外側段差面に、前記金属板の巻き方向外側の端部が突き合わされて接合され、
    筒状に巻かれた前記金属板の内面に形成された前記段差部の内側段差面に、前記金属板の巻き方向内側の端部が突き合わされて接合されている、伝熱管。
  2. 筒状に巻かれた前記金属板の巻き重ねられた部分の内面には、前記第１凹凸部と形状が異なる第２凹凸部が形成されている、請求項１に記載の伝熱管。
  3. 前記金属板は、アルミニウムで構成されている、請求項１又は請求項２に記載の伝熱管。
  4. 管内面に凹凸部を備える伝熱管の製造方法であって、
    幅方向の中間部がクランク状に曲げられて段差部が形成された長尺な金属板に前記凹凸部を形成し、
    前記凹凸部を内側にして前記金属板を筒状に巻いて筒状に巻かれた前記金属板の外面に形成された前記段差部の外側段差面に前記金属板の巻き方向外側の端部を突き合わせると共に、筒状に巻かれた前記金属板の内面に形成された前記段差部の内側段差面に前記金属板の巻き方向内側の端部を突き合わせ、
    筒状に巻かれた前記金属板の巻き重ねられた部分、前記外側段差面と前記巻き方向外側の端部とを突き合わせた部分及び前記内側段差面と前記巻き方向内側の端部とを突き合わせた部分をそれぞれ接合する伝熱管の製造方法。
  5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の伝熱管と、
    板状とされ、板厚方向に貫通する貫通孔が形成され、前記貫通孔に前記伝熱管が挿入されると共に前記貫通孔の孔壁に前記伝熱管の外周面が接合された金属製のフィンと、
    を備える熱交換器。
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