JP6815205B2

JP6815205B2 - 扁平管、フィンチューブ式熱交換器、およびそれらの製造方法

Info

Publication number: JP6815205B2
Application number: JP2017003800A
Authority: JP
Inventors: 加藤　貴士; 貴士加藤; 和義高山; 亮一池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-01-13
Also published as: JP2018112363A

Description

この発明は、複数の流路を有する扁平管、その扁平管を用いたフィンチューブ式熱交換器、及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法に関するものである。

従来の複数の流路を有する扁平管を用いたフィンチューブ式熱交換器として、扁平管とフィンを強固に一体化するため、フィンと扁平管を組立後、管を拡管する、もしくは扁平管形状より一回り小さい透孔（挿通孔）を持ったフィンと管を組付けるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開平２００５−１６４２２１号公報

扁平管の内部には奇数個の冷媒流路が形成され、流路の内最大の流路が扁平管断面の長軸方向、短軸方向の中心に設けられている。その中心に設けられている流路のみに拡管ビレットを挿入し、拡管することで、扁平管全体（長軸、単軸両方向）を拡管する。このような扁平管の拡管方法にあっては、拡管された流路周辺では扁平管の板厚（肉厚）が減少する。その結果、当初想定していた板厚を確保出来ず、耐圧が低下するといった問題点があった。さらに、耐圧を低下させないため、全体的に板厚を増した場合、熱交換器が大型化するといった問題があった。また、熱交換器の耐圧を低下させないため、拡管した流路に冷媒等を流さないといった対処法もあるが、その場合は熱交換器に流れる流量が低下することで熱交換器の性能が低下するといった問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、拡管による肉厚の減少が抑制され、安定した拡管ができる扁平管、その扁平管を用いたフィンチューブ式熱交換器、及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法を得ることを目的としている。

この発明に係る扁平管は、横断面が扁平に形成され長軸方向に並設された複数の流路の内、中心部に位置する中央部流路内に拡管部品を挿入して拡管し得るようにしたフィンチューブ式熱交換器用の扁平管において、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、前記拡管によって前記長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設け、前記管肉材溜め部として、突条部または厚増大部が形成されているものである。

この発明の扁平管によれば、中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、拡管によって長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設けたことにより、扁平管の中央部流路を拡管しても、管肉材溜め部に設けられた管肉材が長軸方向に伸びることで伸長部分の肉厚が薄くなることが抑制され、流路の耐圧特性の低下を防止できる。
また、この発明のフィンチューブ式熱交換器によれば、伝熱管として用いた扁平管の流路の耐圧特性が毀損されることなく保持されていることにより、熱交換器としての耐圧上の信頼性が高められると共に、扁平管の外周面をフィンの挿通孔に確実に接触させ得るものであるため、優れた熱交換効率が得られる。
また、この発明のフィンチューブ式熱交換器の製造方法によれば、扁平管を拡管させるときに扁平管の肉厚の減少が抑制され、安定した拡管ができる。

本発明の実施の形態１によるフィンチューブ式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図である。本発明の実施の形態１による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図である。本発明の実施の形態２による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図である。本発明の実施の形態３による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図である。本発明の実施の形態３によるフィンチューブ式熱交換器の変形例を概念的に示す要部斜視図である。本発明の実施の形態４による扁平管及びその扁平管を用いたフィンチューブ式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるフィンチューブ式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図、図２は本発明の実施の形態１による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図であり、（ａ）は拡管前、（ｂ）は拡管後を示している。図において、実施の形態１に係る扁平管１は、図２（ａ）に示すように、拡管前においては横断面が扁平な大略楕円形に形成され、冷媒を通流するための流路が長軸方向に複数並設されている。流路の数は奇数個で、中心部に位置する中央部流路１１は、扁平管１を拡管するための拡管ビレット等の拡管部品（図示省略）を挿入する際にも用いられるもので、円形状で断面積が最も大きく形成されている。一方、長軸方向（図２の左右方向）に連なる複数の他の流路１２は、中央部流路１１よりも断面積が小さい楕円形状で、しかも扁平管１の長軸方向の端に向かうに従って、小さいサイズの楕円形状になっているが、他の流路１２は互いに同サイズでも問題ないし、途中から形状とサイズが変更されていても問題なく、流路の数も特に限定されない。

また、扁平管１の外観は横断面が楕円形状を基礎としており、実施の形態１では、その楕円と、楕円の長軸と短軸の交点を中心とし外径が楕円の短軸方向の寸法よりも大きい円とが組み合わされた如き形状であり、中央部流路１１を形成している短軸方向（図２の上下方向）の管肉部分を短軸方向の外側方向に膨らませた断面円弧状の突条部１３Ａをもつ異形形状となっている。突条部１３Ａは中央部流路１１を形成している短軸方向の管肉部分によって形成されており、拡管によって長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材を予め溜めておく如く形成された管肉材溜め部１３の一形態を構成している。なお、管肉材溜め部１３は扁平管１の長手方向、即ち、図２の紙面の前後方向に沿って形成されており、最大外径部分が楕円形状の拡管部品を中央部流路１１に挿入し拡管させる際に、円弧状の管肉材溜め部１３が長軸方向に伸長され曲率が小さくなる変形を主体として伸長することで伸長部分の肉厚が薄くなることが抑制され、流路の耐圧特性の低下を防止する役割を担うものである。

なお、図２では横断面における外周面の形状が楕円形と円形を組み合わせた如き形状としているが、楕円形の基礎形状部分は、例えば半円形と直線で構成される長円形状（レーストラック形状）や、長軸方向と短軸方向の交点を通る短軸方向の線を中心線として、対称にならない卵型などのオーバル形状や、扁平な菱形状で対向された角部双方を対称的な例えば円弧状の曲面で形成したもの等に置き代えても良い。また、図２では、扁平管１の外周面における楕円形状と円弧形状の突条部１３Ａとの繋ぎ目部分の隅部Ｓは、両曲線の単純な交点として角張った形状で示しているが、その隅部Ｓはなだらかな曲線で繋がる滑らかな隅部としてもよい。

また、扁平管１の外形と流路形状は、扁平管１内に形成される隣り合う冷媒流路相互間の最小肉厚Ｔ１や、他の流路１２における扁平管１の外周面との最小肉厚、即ち他の流路１２の短軸方向の最小肉厚Ｔ２は、最大冷媒流路である中央部流路１１の短軸方向の最小肉厚Ｔ０と同等になるように決定される。また、中央部流路１１と他の流路１２などの冷媒流路の内周面は何れも平滑状に示しているが、通流される冷媒との接触面積を増やすため、内周面に凹凸や突起物が設けられていても差し支えない。また、ここでは長軸または短軸に対して対称的に構成されている。また、扁平管として用いることができる材料は特に限定されるものではなく、伝熱管として一般的に使用されている銅またはその合金類、アルミニウムまたはその合金類などは適宜選択して用いることができる。また、扁平管１は、それらの金属材料を従来の一般的ないしは公知の加工方法である押出成形、あるいは引抜き成形により容易に得ることができる。

次に、フィンチューブ式熱交換器（以下、単に熱交換器ということがある）について、図１、図２を参照して説明する。熱交換器３は、フィンカラー２１を有する挿通孔２２が複数形成された薄板状の複数のフィン２が所定間隔で積層された積層体の挿通孔２２に前述の扁平管１を挿通させた後、後述するフィンチューブ式熱交換器の製造方法によって、扁平管１の円形状の中央部流路１１に、最大外径部分の横断面が楕円形状の拡管部品（図示省略）を、その長軸方向を扁平管１の長軸と合致させて挿入、拡管させ、扁平管１の外周面、特に長軸方向の中央部に設けられた突条部１３Ａを除く図の左右両端部外周面とフィン２に形成されているフィンカラー２１とを密に接触させることで得ることができるものである。なお、図２（ｂ）に示す拡管後中央流路１１Ｚの形状、サイズは、前述の楕円形状の拡管部品における最大外径部分の横断面に略等しい。なお、前記楕円形状の拡管部品の最大外径部分における短軸方向の径は拡管前の中央部流路１１の短軸方向の径よりも小さく、長軸方向の径は拡管前の中央部流路１１の長軸方向の径よりも予め設定された所定寸法大きく形成される。

フィン２に扁平管１を挿通させるための挿通孔２２は、用いる扁平管１の外周面の形状に合わせて形成され、フィンカラー２１は、その挿通孔２２の周縁部に沿ってフィン２の板面に垂直方向に立ち上がるように形成される。フィンカラー２１と挿通孔２２の内周面の形状は、拡管される前の扁平管１の外周面よりも大きい形状をしており、拡管される前の扁平管１をフィン２の挿通孔２２に挿入する際に、接触しないサイズ、もしくは接触してもフィン形状を変形させる力がかからないサイズになっている。挿通孔２２は楕円形状を基礎形状とし、長軸方向の中央部に扁平管１の突条部１３Ａを挿通させるための円弧状凹所２２ａが形成されている。なお、フィンカラー２１も挿通孔２２の形状に倣うように円弧状凹所２２ａの部分では円弧状に湾曲形成されている。なお、図２における、扁平管１の外周面とフィンカラー２１または挿通孔２２の内周面の間の隙間は、両者の間に間隙が存在していることを模式的に示しているに過ぎず、図中の間隙の広狭は本発明を実施する上での要素事項とは直接関係がない。

また、図１の熱交換器３における扁平管１は、フィン２の挿通孔２２に扁平管１を挿入した後、拡管工程を行った後の状態を図示している。挿通孔２２の縁部に沿って立ち上がるように形成されたフィンカラー２１の内周面の形状は、拡管後の扁平管１の全外周面の内、楕円形状部分の外周面と、対向されたフィンカラー２１の内周面とが面接触するように決められている。フィンカラー２１のフィン２からの立ち上がり部分の断面図は示していないが、板状のフィン２の延在面とフィンカラー２１の立ち上がり方向の角度は挿通孔２２側に９０度以下となるようになっていればよい。これにより、扁平管１を拡管した時に、扁平管１とフィンカラー２１が線接触でなく面接触となり、接触面積を大きくすることが出来る。

また、図２（ｂ）に示すように、フィンカラー２１を有する挿通孔２２に挿通された扁平管１が拡管された状態における楕円形状部分の断面構成は、扁平管１を中心として、その上下部に位置するフィンカラー２１が、扁平管１を挟み込むような状態、ないしは扁平管１がくさび状態で挿通孔２２のフィンカラー２１にかみ合うような形状であり、扁平管１の拡管によって、扁平管１と挿通孔２２、すなわちフィン２との位置が固定され、一体化される。なお、扁平管１の拡管を完了したときに、扁平管１とフィンカラー２１とのかみ合い量が小さい場合、あるいはかみ合い量が小さい部分が存在する場合、例えば図示していない治具を用いて、フィン２と扁平管１の位置を決めて、ろう付けや接着材によって固定するようにしても良い。

なお、扁平管１の突条部１３Ａは拡管によって長軸方向に延ばされるので、その外周面の短軸方向の外寸は伸長された量に応じて小さくなる。そのため、円弧状凹所２２ａの部分におけるフィンカラー２１の内周面と突条部１３Ａの外周面との隙間は、図２（ａ）に示すように拡管前に隙間が形成されるようにした場合、拡管後も隙間が生じた状態となるが、突条部１３Ａを除く楕円形状の部分では扁平管１とフィンカラー２１とが密着されるので、接触していなくても必ずしも問題はない。しかし、例えば、拡管前の扁平管１を挿通孔２２へ挿入する際に、突条部１３Ａの外周面がフィン２自体の形状を変形させるまでの力がかからず、円弧状凹所２２ａの部分のフィンカラー２１の内周面に弾性変形の範囲内で接触し、扁平管１の拡管後においても、短軸方向の寸法が縮小された突条部１３Ａとフィンカラー２１の内周面における例えば突出端部近傍などが接触状態を保持し得るように、扁平管１の長軸方向と短軸方向への変形量、フィンカラー２１と挿通孔２２のサイズ、フィンカラー２１の弾性変形の許容範囲、などのサイズ、形状の最適化を図ることによって、ばね弾性による接触状態を保持することは可能であり、熱交換効率の更なる向上を図ることもできる。

次に、実施の形態１によるフィンチューブ式熱交換器の製造方法について具体的に説明する。扁平管１を拡管するためには、図示していないが、拡管部品としての拡管ビレットで拡管する。この拡管部品は、拡管に寄与する外周面における最大外径部が、扁平管１の長軸方向を短軸方向よりも優先して拡管する形状である必要があり、例えば、図２（ｂ）に示す拡管後の扁平管１における拡管後中央流路１１Ｚと略同一の楕円形状でもよく、また、拡管後中央流路１１Ｚの形状に近くはないが、その拡管後中央流路１１Ｚの長軸方向とは接触し、短軸方向とは拡管前から拡管終了もしくは直前まで接触しない楕円形状であっても良い。他にも、拡管後中央流路１１Ｚの長軸方向とは接触し、短軸方向と接触しない楕円形状と直線で構成される長円形状でも問題ない。

また、この拡管部品の材料は扁平管１が拡管する時の荷重に対して、座屈などにより破壊しない材料であればよい。また、一般的に扁平管１はアルミや銅を材料とする場合が多く、拡管用部品で扁平管１の拡管を繰り返していくと、アルミや銅の凝着や摩耗が生じるため、それを防ぐために表面にメッキなどをしても問題ない。

このような拡管用部品で扁平管１を拡管した場合、扁平管１の短軸方向よりも長軸方向に優先的に拡管される力が作用して、扁平管１の中央部流路１１を形成している短軸方向の管肉部分によって形成された突条部１３Ａが長軸方向へ延ばされて、図２（ｂ）に示しているような拡管後の扁平管１になる。この場合、長軸方向への伸長に伴う管肉材の長軸方向への移動は、管肉材溜め部１３を構成する突条部１３Ａの曲率が小さくなる方向の塑性変形によるため、拡管されることで、扁平管１の長軸と単軸の交点を中心とする中央部流路１１の周辺の肉厚はもとより、他の流路１２の肉厚の変化も小さく、拡管できる。つまり、このような構成になる実施の形態１の製造方法によれば、扁平管１を拡管しても、扁平管としての耐圧が低下しない熱交換器を製造できる。

前記のように、実施の形態１に係る扁平管によれば、中央部流路１１を形成している短軸方向の管肉部分に、拡管によって長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部１３として、中央部流路１１を形成している短軸方向の管肉部分を短軸方向の外方向に膨らませることにより形成された断面円弧状の突条部１３Ａを管の長手方向に沿って形設したことにより、扁平管１の中央部流路１１を拡管しても、管肉材溜め部１３に設けられた管肉材が長軸方向に伸ばされることによって伸長部分の肉厚が薄くなることが抑制され、流路の耐圧特性の低下を防止できる効果が得られる。

また、実施の形態１に係るフィンチューブ式の熱交換器３によれば、伝熱管として用いた扁平管１の流路の耐圧特性が拡管によって毀損されることなく保持されていることにより、熱交換器としての耐圧上の信頼性が高められると共に、構造的に扁平管１の特に長軸方向の両端部を含む楕円形状の外周面部分がフィン２の挿通孔２２に確実に接触させ得るものであるため、熱交換効率を向上させることができる。また、同一性能の熱交換器では、熱交換器のサイズを小さくすることによるコスト低減が可能である。また、熱交換器のサイズを小さくした場合、熱交換器を製造する装置も小さくすることができ、装置コストを削減することもできる。

また、実施の形態１に係るフィンチューブ式熱交換器の製造方法によれば、扁平管１を拡管させるときに扁平管１の中央部流路１１と他の流路１２を形成している管肉材の肉厚の減少が抑制され、安定した拡管ができる。そのため、扁平管１の耐圧性が確保されると共に、扁平管１の外周面を確実にフィンカラー２１に密着させることができるので、熱交換効率や信頼性に優れた熱交換器を提供できる。

実施の形態２．
図３は本発明の実施の形態２による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図であり、（ａ）は拡管前、（ｂ）は拡管後を示している。図において、実施の形態２の扁平管１Ａは、図３（ａ）に示すように、内部に奇数個の冷媒流路が長軸方向に並ぶように設けられている。冷媒流路の内、拡管に用いる中央部流路１１Ａは楕円形状でその長軸は扁平管１Ａの長軸に合致され、短軸は扁平管１Ａの短軸に合致するように形成されている。一方、中央部流路１１Ａの左右方向に連なる複数の他の流路１２は、実施の形態１と略同様である。扁平管１Ａの外形形状は、楕円形状を基礎としており、その楕円形状の中心を通る短軸方向の軸上が中心となる円形状を、長軸を軸に図の上下に対称配置し、２つの円形状を楕円形状から引き算した形状になっていて、管肉材溜め部１３は、中央部流路１１Ａを形成している短軸方向の管肉部分の外周面を短軸方向の内側方向に断面円弧状に凹ませた溝状部１３Ｂからなっている。

また、外周面側が溝状部１３Ｂからなる管肉材溜め部１３は、中央部流路１１Ａの楕円形状よりも長軸方向及び短軸方向の何れにもサイズが大きい楕円形状の図示省略している拡管部品を、その長軸方向が扁平管１Ａの長軸に合致するように配設して中央部流路１１Ａに挿入し拡管させると、管肉材溜め部１３を構成する溝状部１３Ｂの管肉が長軸方向に伸長されると同時に、短軸方向にも、外周面を断面円弧状に凹ませた溝状部１３Ｂの曲率が小さくなる向きに塑性変形して延ばされることで、溝状部１３Ｂの管肉部分が主に長軸方向に移動、供給されるので、伸長に伴う他の流路１２を含む各流路の肉厚が薄くなることが抑制され、流路の耐圧特性の低下を防止する機能を有する。

そのため、扁平管１Ａの形状や、拡管用の中央部流路１１Ａ、及び複数の他の流路１２の形状は、扁平管１Ａの中央部流路１１Ａを形成している溝状部１３Ｂの最小肉厚Ｔ０が、他の流路１２相互間の最小肉厚Ｔ１や他の流路１２における扁平管１Ａの外周面との最小肉厚Ｔ２に比べて同等になるように決定される。図３（ａ）に示すように、拡管前の扁平管１Ａの中央部流路１１Ａの断面積は、他の流路１２の最大のものと同程度か、若干小さく形成されている。なお、扁平管１Ａの外観形状における楕円形の部分を、例えば長円形状や卵型などのオーバル形状、菱形状等に変更し得る点、各流路の内壁面に凹凸や突起物などを形成しても良い点、異なる曲線の交点部分を滑らかに形成し得る点などは実施の形態１と同様である。

また、実施の形態２の熱交換器３におけるフィン２は、扁平管１Ａの楕円形の基礎形状に合わせて形成された挿通孔２２と挿通孔２２の周辺に沿って立ち上がるように形成されたフィンカラー２１を有している。フィンカラー２１と挿通孔２２の形状は、拡管される前の扁平管１Ａより大きい形状をしており、拡管される前の扁平管１Ａをフィン２に挿入する際に、接触しないサイズ、もしくは接触してもフィン形状を変形させる力がかからないサイズになっている。かつ、挿通孔２２は溝状部１３Ｂに対向される部分を含めて楕円形状であり、扁平管１Ａが拡管された時に、扁平管１Ａと挿通孔２２の縁部に沿って立ち上がるように形成されたフィンカラー２１とがくさび状態で良好にかみ合うような形状である。

前記のような扁平管１Ａを断面が楕円形状の拡管部品で拡管した場合、扁平管１Ａの楕円形状より凹になっている溝状部１３Ｂが管軸方向に平行に左右に延ばされ、図３（ｂ）に示しているような拡管後の扁平管１Ａになる。扁平管１Ａの楕円形状より凹になっている溝状部１３Ｂは管肉材溜め部１３を構成していることで、拡管部品で延ばされ、拡管される際に、扁平管１Ａの長軸と単軸の交点を中心とする中央部流路１１Ａの周辺の板厚が変化せずに、拡管でき、扁平管１Ａを拡管しても、扁平管としての耐圧が低下しない熱交換器を製造できる。

上記のように、実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、熱交換器３におけるフィン２の挿通孔２２に円弧状凹所２２ａを設ける必要がないので、フィンカラー２１の形成が容易になるなど、フィン２の形状を簡素化できるため、金型等の設備コストの縮小化や生産安定化が得られる。また、拡管部品の短軸方向の寸法を大きくすることによって、フィンカラー２１の内周面に扁平管１Ａの溝状部１３Ｂの外周面を密接させることも容易になるので、実施の形態１よりも接触面積を大きくすることが容易となるため、熱交換効率の良好な熱交換器を得ることができる。

実施の形態３．
図４は本発明の実施の形態３による扁平管及びフィンチューブ式熱交換器の製造方法におけるフィンに対する扁平管の挿通部分を概念的に説明する断面図であり、（ａ）は拡管前、（ｂ）は拡管後を示している。図５は本発明の実施の形態３によるフィンチューブ式熱交換器の変形例を概念的に示す要部斜視図である。図４（ａ）に示すように、拡管前の扁平管１Ｂは外周面が楕円形状を基礎としており、内部には長軸方向に奇数個の冷媒流路が並設され、長軸方向の中心と短軸方向の中心の交点に位置する中央部流路１１Ｂは円形状に形成されている。なお、中央部流路１１Ｂの左右方向に連なる複数の他の流路１２の形状、流路を形成している外周面に凹凸や突起物を形成できる点などは、実施の形態１と同様である。

実施の形態３に係る扁平管１Ｂは、管肉材溜め部１３における中央部流路１１Ｂを形成している短軸方向の管肉部分の最小肉厚Ｔ３が、他の流路１２を形成している、隣り合う冷媒流路相互の間の最小肉厚Ｔ１や、各流路における扁平管１Ｂの外周面との最小肉厚Ｔ２の何れよりも大きく形成されている。そして、拡管に有効な最大径部分の断面が楕円形状で、長軸方向の外径が中央部流路１１Ｂの長軸方向の寸法よりも大きく、短軸方向の外径が中央部流路１１Ｂの短軸方向の寸法と同程度の拡管部品（図示省略）の挿通によって長軸方向に拡管される。なお、中央部流路１１Ｂが真円の場合は、中央部流路１１Ｂの長軸方向の寸法と短軸方向の寸法は等しいことは言うまでもない。

管肉材溜め部１３は、前記拡管部品によって長軸方向に拡管されたときに、中央部流路１１Ｂを形成している短軸方向の管肉部分が長軸方向に塑性変形して管軸方向に伸長される際に、伸長する管材の容積に見合う管肉材が伸び代として供給されるように管肉材を溜められた、長軸方向の中央部に形成された中央部流路１１Ｂの短軸方向の最小肉厚Ｔ３を含む断面部分でなる肉厚増大部１３Ｃからなっている。なお、扁平管１Ｂの楕円形の外観形状を、例えば長円形状や卵型などのオーバル形状、菱形状等に変更し得る点、各流路の内壁面に凹凸や突起物などを形成しても良い点などについては実施の形態１と同様である。

また、実施の形態３の熱交換器３におけるフィン２は、扁平管１Ｂの形状に合わせて形成された挿通孔２２と挿通孔２２周辺に沿って立ち上がるように形成されたフィンカラー２１を有している。フィンカラー２１と挿通孔２２の形状は、拡管される前の扁平管１Ｂより大きい形状をしており、拡管される前の扁平管１Ｂをフィン２に挿入する際に、接触しないサイズ、もしくは接触してもフィン形状を変形させる力がかからないサイズになっている。かつ、挿通孔２２は、扁平管１Ｂが拡管された時に、扁平管１Ｂとフィンカラー２１とがくさび状態でかみ合うような形状である。

中央部流路１１Ｂに前述の拡管部品（図示省略）を挿通して拡管を行うと、円形の中央部流路１１Ｂが、図４（ｂ）に示すように、楕円形の流路に拡大され延ばされると共に、扁平管１Ｂの外周面、特に図示の例では長軸方向の中央部を除く部分の外周面がフィンカラー２１の内周面に密着される。なお、長軸方向の中央部についても拡管部品の短軸方向の寸法を、扁平管１Ｂの短軸方向の寸法よりも大きくすることにより、あるいはフィンカラー２１の中心方向への傾斜を大きくすることで、密着性を高めるようにすることも容易である。拡管に伴って中央部流路１１Ｂを形成している短軸方向の最小肉厚Ｔ３が低下するが、初期状態で他の流路１２の部分の最小肉厚Ｔ１、Ｔ２よりも厚くしているので、耐圧が低下することなく管肉材が肉厚増大部１３Ｃからなる管肉材溜め部１３によって賄われるので長軸方向への中央部流路１１Ｂ伸長に伴う全ての流路部分の肉厚が薄くなることが抑制され、流路の耐圧特性の低下が防止される。

図５の変形例は図４に示す扁平管１Ｂを、横断面が長円形状の扁平管１Ｃに変更すると共に、その変更に合わせて、拡管前の扁平管１Ｃの断面寸法よりも大きい、長円形状の挿通孔２２及びフィンカラー２１（図示省略）が設けられたフィン２を用いて熱交換器３を構成したものである。なお、扁平管１Ｃには、楕円形状の扁平管１Ｂの場合と同様に、断面長円形状の長軸方向に奇数個の冷媒を通流するための流路が並設されており、その中の中央部流路は拡管前の形状が円形で、図４に示す管肉材溜め部１３の肉厚増大部１３Ｃと同様の機能を有する肉厚増大部が形成されている。そして、最大径部分の断面が楕円形状で、長軸方向の外径が中央部流路の長軸方向の寸法よりも大きく、短軸方向の外径が中央部流路の短軸方向の寸法と同程度の拡管部品（図示省略）の挿通によって主に長軸方向に拡管されるように構成されている。なお、長円形状の扁平管１Ｃの場合、拡管によって延ばされる方向は長軸方向が主体となるので、挿通孔２２の形状もそれに合わせて形成されている。

図５に示すように、変形例における熱交換器３は複数の扁平管１Ｃに対して、扁平管１Ｃの形状に合わせて形成された挿通孔２２とその挿通孔２２の周縁部に沿って立ち上がるように形成されたフィンカラー２１（図示省略）を有している薄板状のフィン２を、複数枚整列することで構成されている。複数のフィン２の間隔は性能に大きく寄与することが知られている。複数のフィン２の間隔を保つため、フィン２の板面には隣り合う扁平管１Ｃ相互の間に例えば切り起こしなどのプレス成形によって形成された、図の奥行方向に突き出たスリット形状の凸部２３が設けられる。

また、凸部２３はフィン２の熱交換性を向上するためにも必要である。しかし、凸部２３であれば形状に制約はない。また、複数のフィン２の間隔が保てる場合、凸部２３がない、もしくは複数のフィン２の間隔未満の凸部でも問題はない。例えば、複数のフィン２を図示しない治工具などで固定し、複数の扁平管１Ｃとフィン２と固定するものであっても良い。また、図５では、扁平管１Ｃは１本の扁平管をＵ字状ないしはヘアピン形状に折り曲げているが、扁平管１Ｃは直線形状の直管でもよい。その場合は、複数の扁平管と平板状のフィン２を組付ける前後に、直管状の扁平管の端部にＵ字形状の配管をろう付け等で取付け、図示のようなＵ字形状に成形できる。

上記のように実施の形態３における扁平管１Ｂ、または扁平管１Ｃは、管肉材溜め部１３が、中央部流路１１Ｂを形成している短軸方向の管肉部分の最小肉厚Ｔ３を、他の流路１２を形成している、短軸方向の管肉部分の最小肉厚Ｔ２、及び長軸方向に隣り合う流路相互の長軸方向の最小肉厚Ｔ１の何れよりも大きくした肉厚増大部１３Ｃによって形成されてなるものである。

このような扁平管１Ｂ、または扁平管１Ｃを拡管した場合、中央部流路１１Ｂの周辺部分が延ばされ、図４（ｂ）に示すような拡管後の扁平管になる。中央部流路１１Ｂの周辺部分が延ばされ、拡管されることで中央部流路１１Ｂの最小肉厚Ｔ３が低下するが、初期状態で他の流路１２を形成している、短軸方向の管肉部分の最小肉厚Ｔ２、及び長軸方向に隣り合う流路相互の長軸方向の最小肉厚Ｔ１の何れの肉厚よりも厚くしている分、扁平管としての耐圧が低下しない熱交換器を製造できる。また、扁平管１Ｂ、扁平管１Ｃや、フィン２の形状を簡素にできるため、金型等の設備コストの縮小化や生産安定化が得られるという更なる効果が得られる。

実施の形態４．
図６は本発明の実施の形態４による扁平管及びその扁平管を用いたフィンチューブ式熱交換器の要部を概念的に示す斜視図である。なお、この実施の形態４は、例えば図１に示す実施の形態１と同様の扁平管１を用いた熱交換器３における扁平管１の外周面とフィンカラー２１の内周面との拡管後の接触箇所を、フィンカラー２１の弾性力による金属表面相互の単純な接触よりも熱抵抗が小さくなる、ろう付け、接着材、または金属粉などが混入されている接着材などで接続し、または繋げることで、扁平管１とフィンカラー２１との間の熱抵抗を低下させるようにしたものである。

図において、拡管後の扁平管１の外周面とフィンカラー２１の上端部との境界部には、太線で概念的に示すように、ろう付け、接着材、または金属粉など熱伝導性の良好な粉末が混入された接着材によって接合された接合部２４が設けられている。なお、接合部２４に用いられているろう材や接着材などは前述の境界部だけでなく、扁平管１の外周面とフィンカラー２１の内周面に浸透されている。また、図２（ｂ）に示すような扁平管１の外周面における突条部１３Ａの外周面とフィンカラー２１の内周面との間の隙間部分にも侵入され、両者間の熱伝導に寄与している。なお、扁平管１は図示のものに限定されるものではなく、例えば図３〜図５のものと置き換えても良い。

上記のように実施の形態４によれば、扁平管１を拡管しても、扁平管としての耐圧が低下しない熱交換器を製造でき、扁平管１を拡管することでフィン２を組付ける熱交換器の熱交換性能が向上する。そのため、同一サイズでも熱交換器の熱交換性能が向上もしくは同一性能の熱交換器では、熱交換器のサイズを小さくすることによるコスト低減が可能である。また、熱交換器のサイズを小さくした場合、熱交換器を製造する装置も小さくすることができ、装置コストを削減することもできる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を自由に組合せたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ扁平管、１１、１１Ａ、１１Ｂ中央部流路、
１１Ｚ拡管後中央流路、１２他の流路、１３管肉材溜め部、１３Ａ突条部、
１３Ｂ溝状部、１３Ｃ肉厚増大部、２フィン、２１フィンカラー、
２２挿通孔、２２ａ円弧状凹所、２３凸部、２４接合部、３熱交換器、
Ｓ隅部、Ｔ０最小肉厚（中央部流路１１の短軸方向）、
Ｔ１最小肉厚（冷媒流路相互間）、Ｔ２最小肉厚（他の流路１２の短軸方向）、
Ｔ３最小肉厚（中央部流路１１Ｂの短軸方向）。

Claims

横断面が扁平に形成され長軸方向に並設された複数の流路の内、中心部に位置する中央部流路内に拡管部品を挿入して拡管し得るようにしたフィンチューブ式熱交換器用の扁平管において、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、前記拡管によって前記長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設け、
前記管肉材溜め部として、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分が前記短軸方向の外方向に膨らんだ断面円弧状の突条部が形成されていることを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の扁平管。
横断面が扁平に形成され長軸方向に並設された複数の流路の内、中心部に位置する中央部流路内に拡管部品を挿入して拡管し得るようにしたフィンチューブ式熱交換器用の扁平管において、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、前記拡管によって前記長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設け、
前記管肉材溜め部として、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分の肉厚が、他の流路を形成している短軸方向の管肉部分の最小肉厚、及び長軸方向に隣り合う流路相互の長軸方向の最小肉厚の何れよりも厚い厚増大部が形成されていることを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の扁平管。
前記横断面が、楕円形状、菱形状、または長円形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィンチューブ式熱交換器の扁平管。
複数のフィンを貫通するように配設され内部に冷媒を通流する流路が設けられた伝熱管として、請求項１から３のいずれか１項に記載の扁平管を用いたことを特徴とするフィンチューブ式熱交換器。
前記扁平管と、前記フィンの挿通孔に形成されたフィンカラーとの間が、ろう材、または接着材によって接合されていることを特徴とする請求項４に記載のフィンチューブ式熱交換器。
横断面が扁平に形成され長軸方向に並設された複数の流路の内、中心部に位置する中央部流路内に拡管部品を挿入して拡管し得るように形成され、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、前記拡管によって前記長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設けた扁平管を用い、該扁平管をフィンの挿通孔に挿通し拡管させる際に、最大径部分の断面が楕円形状でその長軸方向を前記扁平管の長軸方向に合致させた拡管部品を前記中央部流路に挿通させることを特徴とするフィンチューブ式熱交換器の製造方法。
横断面が扁平に形成され長軸方向に並設された複数の流路の内、中心部に位置する中央部流路内に拡管部品を挿入して拡管し得るように形成され、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分に、前記拡管によって前記長軸方向に伸長する管材の容積に見合う管肉材が溜められた管肉材溜め部を管の長手方向に沿って設けたフィンチューブ式熱交換器用の扁平管の製造方法であって、前記管肉材溜め部として、前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分を前記短軸方向の外方向に膨らませ、断面円弧状の突条部を形成する工程、または前記中央部流路を形成している短軸方向の管肉部分の外周面を前記短軸方向の内側方向に凹ませ、断面円弧状の溝状部を形成する工程、を含むことを特徴とする扁平管の製造方法。