WO2011122388A1 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

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真也 辻本
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古河電気工業株式会社
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    • F28F2275/12Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements
    • F28F2275/125Fastening; Joining by methods involving deformation of the elements by bringing elements together and expanding

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a heat exchanger provided in an air conditioner such as a refrigeration device or an air conditioner, and more particularly to a method of manufacturing a heat exchanger excellent in heat exchanging characteristics while preventing collapse of an internal fin due to expansion. Is.
  • Heat transfer tubes for heat exchangers used in air conditioners, etc. have dramatically improved heat transfer performance in tubes compared to conventional smooth tubes, so there are many internally grooved tubes with many fine spiral grooves formed on the tube inner surface. in use.
  • a grooved plug is held in a drawn smooth tube, and the outer periphery of the tube is pressed by a rolling tool so that the groove is transferred into the tube.
  • a manufacturing method by a so-called rolling method is common.
  • a number of fins made of, for example, an aluminum alloy in which holes for inserting the heat transfer tube are formed in advance are provided.
  • the heat transfer tubes are arranged so as to overlap at a predetermined pitch along the length direction of the heat transfer tubes, the heat transfer tubes are inserted into the holes of the heat radiation fins, the tube expansion plugs are pushed into the heat transfer tubes, and the heat transfer tubes are expanded.
  • the outer periphery of the heat transfer tube and the inner peripheral surface of the hole of the radiating fin are brought into close contact with each other.
  • heat transfer tubes with excellent heat transfer performance have been used to improve the performance of heat exchangers.
  • an internally grooved tube described in Patent Document 2 below is one of such heat transfer tubes.
  • the internally grooved tube described in Patent Document 2 below is a separate tube in which internal fins are divided by sub-grooves and a plurality of fin components (internal protrusions) that are intermittently connected along the fin spiral direction are formed on the internal surface of the tube. This is called a grooved tube.
  • the inner surface fin is divided by the sub-groove to form an independent inner surface protrusion. It aims at providing the manufacturing method of the heat exchanger which can expand a heat exchanger tube so that proper adhesiveness may be acquired.
  • an inner fin that spirally protrudes from the inner surface of the tube is divided by a sub-groove, and a heat transfer tube in which a plurality of independent fin components are formed on the inner surface of the tube is passed through a through-hole of the radiating fin.
  • a radius of curvature R1 along the outer peripheral shape in the tube axis direction is configured by an outer peripheral surface in a range of 8 mm ⁇ R1 ⁇ 20 mm, and the outer peripheral surface of the plug reduced diameter portion is a radius of curvature along the outer peripheral shape in the tube axis direction.
  • R2 is in the range of R2 / R1 ⁇ 0.8
  • Constituted by an outer peripheral surface of the inner can be a method for manufacturing a heat exchanger for re-tube expansion of the heat transfer tube with shrink-deformed after tube expansion by drawing from the interior of the heat transfer tube of the tube expansion plug.
  • the expansion of the heat transfer tube is a heat exchanger manufacturing method that is performed by a shrink-less expansion method in which expansion is performed in a state where both sides in the tube axis direction are constrained.
  • the said fin structure part is a structure provided with the protrusion piece which protrudes between the said inner surface fins from the fin helical direction downstream to the pipe-axis direction upstream at least. It can be set as the manufacturing method of a heat exchanger.
  • the protruding piece is not an essential configuration, and the fin component may be configured not to include the protruding piece.
  • the front side portion indicates a front side portion in the insertion direction of the tube expansion plug into the heat transfer tube
  • the rear side indicates the rear side in the insertion direction of the tube expansion plug into the heat transfer tube.
  • the heat radiation fin is preferably made of aluminum or an aluminum alloy. Further, the material of the heat transfer tube is not particularly limited as long as it is copper, a copper alloy, or other metal material having good heat conductivity.
  • the shrinkage-less tube expansion method is a method of expanding a tube in a state where both ends of the tube are constrained in order to prevent contraction in the tube longitudinal direction due to tube expansion.
  • the inner surface fin is divided by the sub-groove to form an independent inner surface protruding fin component, and the inner grooved tube called a so-called separate grooved tube is used as the heat transfer tube.
  • the inner grooved tube called a so-called separate grooved tube is used as the heat transfer tube.
  • Explanatory drawing of the manufacturing method of the heat exchanger of this embodiment Explanatory drawing of the pipe
  • Action operation explanatory drawing of the manufacturing method of the heat exchanger of this embodiment.
  • the heat exchanger manufacturing method of the present embodiment uses a heat transfer tube 1 in which a plurality of spiral inner fins 12 having a predetermined angle with respect to the tube axis direction D1 are formed on the inner surface of the tube. 3, the heat transfer tube 1 is expanded by pushing the tube expansion plug 2 into the heat transfer tube 1, and the heat radiating fins 3 (aluminum fins) and the heat transfer tube 1 are brought into close contact with each other.
  • the inner surface fin 12 is divided by a spiral sub-groove 14 and a plurality of fin constituent portions 12A (inner surface protrusions) protruding from the tube inner surface 11 along the fin spiral direction D2. Forming.
  • a projecting piece 16 projecting between the adjacent fins 12 on the upstream side D1u in the tube axis direction with respect to the fin component 12A at least on the fin spiral direction downstream side D2d of the fin component 12A.
  • a first protruding piece 16a) to be described later is provided.
  • the tube expansion plug 2 includes a plug expansion portion 2A having a large diameter from the front end 2F (front surface portion) toward the rear, and the outer peripheral surface of the plug expansion portion 2A is
  • the radius of curvature R1 along the outer peripheral shape in the tube axis direction D1 is configured by an outer peripheral surface in a range of 8 mm ⁇ R1 ⁇ 20 mm.
  • the heat transfer tube 1 used in the manufacturing method will be described in detail below.
  • a plurality of fin constituent portions 12A in which the spiral inner fins 12 are divided by the auxiliary grooves 14 are formed on the inner surface 11 of the tube.
  • the structure has a pipe inner surface 11 as shown in FIGS.
  • FIG. 2 is a partially expanded perspective view schematically showing the state of the tube inner surface 11 of the heat transfer tube 1 of the present embodiment
  • FIG. 3 is an enlarged plan view of the vicinity of the fin constituting portion 12A.
  • FIG. 3 only the tops of the fin component 12 ⁇ / b> A and the protruding piece 16 are schematically shown.
  • D1 in FIG. 2 indicates the pipe axis direction
  • D2 indicates the fin spiral direction
  • D3 indicates the sub-groove spiral direction
  • u added to the end of the code indicating each direction indicates that it is upstream of the refrigerant flow in the pipe.
  • d indicates the downstream side.
  • the heat transfer tube 1 includes main grooves 13 between the inner surface fins 12 by forming spiral inner surface fins 12 on the tube inner surface 11.
  • the plurality of fin constituent portions 12 ⁇ / b> A are continuously and independently connected along the fin spiral direction D ⁇ b> 2.
  • fin structure parts are the structures provided with the protrusion piece 16 which protrudes in each of the upstream u and the downstream d of the sub-groove spiral direction D3 in each edge part of the upstream u and downstream d of the fin spiral direction D2.
  • the protrusion piece 16 which protrudes in each of the upstream u and the downstream d of the sub-groove spiral direction D3 in each edge part of the upstream u and downstream d of the fin spiral direction D2.
  • FIG. 3 when viewed in plan, it is formed in a shape in which the letter H is inclined (inclined H shape).
  • the protruding piece 16 includes a first protruding piece 16a, a second protruding piece 16b, a third protruding piece 16c, and a fourth protruding piece 16d, all of which protrude toward the main groove 13 with respect to the fin component 12A. ing.
  • the first projecting piece 16a is on the fin spiral portion downstream side D2d of the fin constituent portion 12A, and the main groove 13 between the fin constituent portion 12A and the inner fin 12 adjacent on the upstream side D1u in the tube axis direction. It protrudes toward the upstream side D3u in the auxiliary groove spiral direction.
  • the second protruding piece 16b is on the downstream side D2d in the fin spiral direction of the fin component 12A, and the main groove 13 between the fin component 12A and the inner fin 12 adjacent on the downstream side D1d in the tube axis direction. Projecting toward the downstream side D3d in the sub-groove spiral direction.
  • the third projecting piece 16c is the main groove between the fin component 12A and the inner fin 12 adjacent to the fin component 12A on the upstream side D1u in the tube axis direction on the upstream side D2u in the fin spiral direction. It protrudes toward the upstream side D3u in the sub groove spiral direction up to 13.
  • the fourth projecting piece 16d is the main groove between the fin component 12A and the inner fin 12 adjacent to the fin component 12A on the downstream side D1d in the tube axis direction on the upstream side D2u in the fin spiral direction. 13 projects toward the downstream side D3d in the auxiliary groove spiral direction.
  • a sub-groove 14 forming portion 15 is configured by a protruding piece 16 facing each other across the sub-groove 14 between the fin constituent portions 12A adjacent in the fin spiral direction D2.
  • the orthogonal cross-sectional shape in the fin spiral direction D1 of the fin component 12A is formed in a substantially trapezoidal shape, and the sub-groove 14 is formed in an inverted triangular shape in the orthogonal cross-sectional shape in the sub-groove spiral direction D3.
  • Hn in FIG. 2 indicates the average depth (Hn) of the sub-groove 14 between the upstream side D3u in the sub-groove spiral direction and the downstream side D3d in the sub-groove spiral direction.
  • the fin width W refers to the fin width of the root portion of the fin constituent portion 12A (inner surface fin 12) in the cross section orthogonal to the fin spiral direction D2.
  • the outer diameter of the heat transfer tube 1 is preferably 3 to 10 mm.
  • Each inner fin 12 has a fin lead angle ⁇ 1 of 25 degrees or more because heat exchange performance improves as the fin lead angle ⁇ 1 increases. Manufacturing is more difficult as the fin lead angle ⁇ 1 is larger, so the fin lead angle ⁇ 1 is more preferably 30 to 60 degrees.
  • the heat transfer tubes 1 having the above-described configuration are placed in the through holes 3H of the radiation fins 3 arranged at predetermined intervals in the tube axis direction D1.
  • the outer diameter of the heat transfer tube 1 is pushed and expanded from the tube interior 11 by the tube expansion plug 2.
  • the heat exchanger is manufactured by closely contacting the outer surface of the heat transfer tube 1 and the inner surface of the through hole 3H by expanding the heat transfer tube 1.
  • the tube expansion plug 2 used for expanding the heat transfer tube 1 described above is attached to the tip of the support rod 2a.
  • the base side of the support bar 2a is attached to a tube expansion device or the like (not shown).
  • the pipe expansion plug 2 has a cross-sectional shape orthogonal to the pipe axis direction D1 (insertion / removal direction L) over the entire length of the tube axis direction D1, that is, the insertion / removal direction L to / from the heat transfer pipe 1. It is circular, and the front end portion 2F (front surface portion) and the rear end portion 2R (rear surface portion) are formed in a cylindrical shape facing each other in the tube axis direction D1.
  • the front end portion 2F of the pipe expansion plug 2 has a circular shape having a diameter ( ⁇ d1) smaller than the inner diameter of the heat transfer pipe 1 before the pipe expansion.
  • the pipe expansion plug 2 includes a plug expansion part 2A that gradually increases in diameter from the front end part 2F toward the rear.
  • the plug diameter-expanded portion 2A increases in diameter until it reaches the maximum diameter portion 2M having the maximum diameter ⁇ d2 in the entire length in the tube axis direction D1.
  • the outer peripheral surface of the plug enlarged diameter portion 2A is configured by an outer peripheral surface having a radius of curvature R1 along the outer peripheral shape in the tube axis direction D1 within a range of 8 mm ⁇ R1 ⁇ 20 mm.
  • a plug reduced diameter portion 2B that gradually becomes smaller in diameter from the maximum diameter portion 2M to the rear end portion 2R is formed in the rear portion of the plug expanded diameter portion 2A in the tube expansion plug 2.
  • the outer peripheral surface of the plug reduced diameter portion 2B is configured by an outer peripheral surface in which the radius of curvature R2 along the outer peripheral shape in the tube axis direction D1 is within the range of R2 ⁇ 0.8 ⁇ R1. Accordingly, the rear end portion 2R of the tube expansion plug 2 is formed with a diameter ( ⁇ d3) smaller than the diameter ⁇ d2 of the maximum diameter portion 2M.
  • the radius of curvature R1 along the outer circumferential shape in the pipe axis direction D1 is set on the outer circumferential surface of the plug enlarged diameter portion 2A.
  • the outer peripheral surface is in the range of 8 mm ⁇ R1 ⁇ 20 mm.
  • the contact angle between the inner surface fin 12 and the tube expansion plug 2 becomes gentle, and the tube can be expanded while suppressing the inner surface fin collapse.
  • the contact area between the inner surface fin 12 and the tube expansion plug 2 does not become too large, and an increase in tube expansion load due to frictional resistance (contact resistance) can be suppressed.
  • the increase in the tube expansion load causes problems such as noise generation and distortion of the support bar 2a (core metal) when the tube expansion plug 2 is inserted into the heat transfer tube 1, but R1 should be 20 mm or less. Therefore, it is possible to prevent such a problem from occurring. Furthermore, it is possible to prevent the inner fin from collapsing by suppressing an increase in tube expansion load.
  • a high-performance heat exchanger can be manufactured by obtaining sufficient adhesion with the radiating fins 3.
  • smooth tube expansion can be realized, and manufacturing efficiency can be increased.
  • the manufacturing method of the heat exchanger according to the present embodiment is effective particularly when the heat transfer tube 1 is expanded in the shrinkage-less tube expansion process.
  • the contraction-less tube expansion is a method of expanding a tube in a state where both ends of the tube are constrained in order to prevent contraction in the tube longitudinal direction due to tube expansion.
  • the heat transfer tube 1 is plug expanded.
  • the diameter portion 2A is expanded to the same diameter ( ⁇ D2) as the maximum outer diameter ⁇ d2 of the tube expansion plug 2.
  • the inner diameter ( ⁇ D4) of the heat transfer tube 1 may reach approximately the same diameter ( ⁇ D2) as the maximum outer diameter ⁇ d2 of the tube expansion plug 2 by reexpansion by pulling out the tube expansion plug 2, but after the tube expansion plug 2 is inserted, It can be made larger than the inner diameter ( ⁇ D3) of the heat transfer tube 1 that has undergone the reduced diameter deformation ( ⁇ D3 ⁇ D4 ⁇ D2).
  • FIG. 5A is a partial cross-sectional view schematically showing a state where the pipe inner surface 11 is expanded by inserting the pipe expansion plug 2
  • FIG. 5B is a diagram after the pipe expansion plug 2 is inserted
  • FIG. 5C is a partial cross-sectional view schematically showing a state where the diameter of the pipe is slightly reduced
  • FIG. 5C is a partial view schematically showing that the re-expansion is performed by pulling out the pipe expansion plug 2. It is sectional drawing.
  • the insertion of the tube expansion plug 2 causes the inner surface fins 12 of the tube inner surface 11 after the insertion to be slightly inclined as shown in FIG.
  • the slightly inclined inner fin 12 can be returned by the plug diameter-reducing portion 2B as shown in FIG. 6B when the tube expansion plug 2 is pulled out.
  • 6A is an enlarged view of a region X in FIG. 5A, and is a schematic diagram showing a state in which the inner fin 12 is inclined by the insertion of the tube expansion plug 2.
  • FIG. FIG. 6B is an enlarged view of the region Y in FIG. 5C, and is a schematic diagram showing a state in which the inner fin 12 inclined by pulling out the tube expansion plug 2 is restored.
  • the heat transfer tube 1 used in the method for manufacturing a heat exchanger according to the present embodiment has a configuration in which at least the first projecting piece 16a is provided in the fin component 12A.
  • test tubes 1 to 4 are a heat transfer tube referred to as a so-called separate grooved tube in which the inner fin 12 is divided by the sub-groove 14 and an independent fin component 12A (inner protrusion) is formed.
  • Each of the tube expansion plugs 2 used in the experiments of Comparative Examples 1 to 8 includes the plug diameter-reduced portion 2B.
  • the outer peripheral surface of the plug diameter-reduced portion 2B has a radius of curvature along the outer shape in the tube axis direction D1.
  • R2 has an outer peripheral surface within the range of R2 ⁇ 1.0 ⁇ R1.
  • the radius of curvature R2 along the outer peripheral shape in the tube axis direction D1 is R2 ⁇ 0.8 ⁇ R1 on the outer peripheral surface of the plug reduced diameter portion 2B. It has the outer peripheral surface which becomes in the range.
  • the heat transfer tubes before and after the expansion were cut perpendicularly to the tube axis direction D1, filled with resin, polished, and the cross section was observed with an optical microscope to determine the internal fin collapse angle ⁇ after the expansion.
  • apex of the inner fin 12 before pipe expansion by the line connecting the apex of the inner fin 12 before pipe expansion and the central portion in the width direction at the base of the fin 12 is expanded.
  • An angle formed by a line connecting the moved tip and the central portion in the width direction at the base of the inner fin 12 is shown.
  • the target is to expand at a tube expansion rate of 5.6% or more.
  • the evaluation results are shown in Table 2.
  • the tube expansion rate did not reach the target of 5.6% except for Comparative Example 3 among Comparative Examples 1 to 8.
  • the tube expansion rate reached the target value, but the inner fin collapse angle ⁇ was 23 degrees, which was larger than the inner fin collapse determination reference value of 20 degrees. That is, none of the tube expansion methods of Comparative Examples 1 to 8 satisfied the reference value (target value) for both the tube expansion rate and the inner surface fin tilt angle.
  • Examples 1 to 11 were all able to be expanded at a tube expansion rate of 5.6% or more.
  • the heat exchanger tube can be obtained by the above-described heat exchanger manufacturing method so that the inner fin does not fall down and sufficient adhesion to the radiating fin 3 can be obtained even if a heat transfer tube called a so-called separate grooved tube is used. We were able to prove that we can expand the tube.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be configured in various embodiments.
  • the tube expansion plug used in the method for manufacturing a heat exchanger of the present invention is not limited to the tube expansion plug 2 of the above-described embodiment.
  • the pipe expansion plugs 2P1 and 2P2 are arranged between the front end part 2F of the pipe expansion plugs 2P1 and 2P2 and the plug expansion part 2A.
  • Plug front-side small diameter portions 2Ft and 2Fc having a smaller diameter than 2A may be provided.
  • the plug front side small diameter portion 2Ft can be formed in a taper shape that tapers as the outer peripheral surface advances forward as shown in FIG. 7 (a).
  • the plug front side small diameter portion 2Fc can be configured with a radius of curvature different from R1 in the radius of curvature R3 along the outer circumferential shape in the tube axis direction, as shown in FIG. 7B.
  • the pipe expansion plugs 2P3 and 2P4 are arranged between the rear end portion 2R of the pipe expansion plugs 2P3 and 2P4 and the plug diameter reduction portion 2B.
  • plug rear side small diameter portions 2Rt and 2Rc having a smaller diameter may be provided.
  • the outer peripheral surface of the plug rear side small diameter portion 2Rt can be formed in a tapered shape as shown in FIG.
  • the plug rear-side small-diameter portion 2Rc can be configured such that the radius of curvature R3 along the outer circumferential shape in the tube axis direction is different from that of R2, as shown in FIG. .
  • the pipe expansion plug 2P5 includes a plug expanded diameter portion 2A having two plug expanded diameter sections 2A, which are a plug front expanded diameter section 2A1 and a plug rear expanded diameter section 2A2. Can be configured.
  • the outer peripheral surface of the plug front-side enlarged portion 2A1 and the outer peripheral surface of the plug rear-side enlarged portion 2A2 have different radii of curvature R1a and R1b along the outer peripheral shape in the tube axis direction LL, but both are 8 mm ⁇ R1 ⁇ 20 mm.
  • the outer peripheral surface is within the range.
  • the tube expansion plug 2P6 includes a plug reduced diameter portion 2B having two plug reduced diameter portions, which are a plug rear reduced diameter portion 2B1 and a plug rear reduced diameter portion 2B2. Can be configured.
  • the outer peripheral surface of the plug rear-side reduced diameter portion 2B1 and the outer peripheral surface of the plug rear-side reduced diameter portion 2B2 have different radii of curvature R2a and R2b along the outer peripheral shape in the tube axis direction L, but both R2 / R1 ⁇ 0
  • the outer peripheral surface is in the range of .8.
  • the pipe expansion plug 2P7 is configured such that the maximum diameter part 2M between the plug enlarged diameter part 2A and the plug reduced diameter part 2B has the same diameter while maintaining the maximum diameter ⁇ d2 in the pipe axis direction L.
  • the structure provided with the small torso part 2T may be sufficient.
  • the outer peripheral surface of the plug diameter-reducing portion 2B that re-expands the heat transfer pipe 1 that has contacted the inner surface fins 12 and reduced in diameter after the pipe expansion when the plug is pulled out of the pipe is an outer peripheral shape in the tube axis direction L.
  • the radius of curvature R2 along the line is in the range of R2 / R1 ⁇ 0.8, it can be configured in various embodiments.
  • the protruding piece corresponds to the first protruding piece 16a.

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Abstract

 管内面11から突出する複数の内面突起が管内面11に形成されている内面溝付き伝熱管を用いても拡管負荷の増大を防ぎ、フィン倒れが生じず、放熱フィンとの十分な密着性が得られるよう伝熱管を拡管できる熱交換器の製造方法の提供を目的とする。 内面突起としてのフィン構成部12Aが管内面11に形成された伝熱管1を拡管プラグ2で拡管して放熱フィン3に対して密着させる熱交換器の製造方法であって、拡管プラグ2に、プラグ拡径部2Aと、その後側のプラグ縮径部2Bとで構成し、プラグ拡径部2Aの外周面を、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内の外周面で構成し、プラグ縮径部2Bの外周面を、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R2がR2/R1≦0.8の範囲内の外周面で構成し、拡管プラグ2の伝熱管1の内部からの引抜きにより拡管後に縮径変形した伝熱管1を再拡管する。

Description

熱交換器の製造方法
 本発明は、冷凍機器、エアコン等の空調機器に備えられる熱交換器の製造方法に関するものであり、特に拡管による内面フィンの倒れを防止しつつ、熱交換特性に優れる熱交換器の製造方法に関するものである。
 エアコン等に用いられる熱交換器用伝熱管は、その管内伝熱性能が従来の平滑管に比べて飛躍的に向上することから、管内面に微細な螺旋溝を多数形成した内面溝付管が多く使用されている。
 その製造方法としては、下記特許文献1のように、引き抜かれている平滑管内に溝付プラグを保持し、その管外周を転造工具により押圧して、溝を管内に転写させるように加工する、いわゆる転造加工方法による製造方法が一般的である。
 このように製造された内面溝付管を伝熱管として使用して熱交換器を製造する際には、伝熱管を挿通するための孔が予め形成された例えばアルミニウム合金製の多数の放熱フィンを、伝熱管の長さ方向に沿って所定のピッチで重なるように並べ、伝熱管を前記各放熱フィンの孔内に挿通し、前記伝熱管内に拡管プラグを押込み、伝熱管を拡管することによって伝熱管の外周と放熱フィンの孔の内周面とを密着させる。
 また、近年、熱交換器の性能向上のため伝熱性能に優れた伝熱管が使用されるようになってきた。例えば、下記特許文献2に記載の内面溝付管もこのような伝熱管の一つである。
 下記特許文献2に記載の内面溝付管は、副溝によって内面フィンが分断され、フィン螺旋方向に沿って断続的に連なった複数のフィン構成部(内面突起)が管内面に形成されたセパレート溝付管と称されるものである。
 しかし、このような内面溝付管は、フィン構成部が短い場合や副溝の幅が大きい場合などには、拡管時の内面フィン倒れに対する抵抗力が従来の内面溝付管よりも劣るという難点を有する。
 特に、拡管時に内面フィンや拡管プラグにかかる拡管負荷が増大すると、内面フィン倒れが発生し易くなる。
 内面フィン倒れが発生すると、伝熱管としての性能が低下するだけでなく、所望の外径まで拡管できず、管と放熱フィンとの密着が不十分となり、熱交換器としての性能が大きく低下するという難点も有する。
特開昭55-103215号公報 特開2009-162389号公報
 副溝によって内面フィンが分断され、独立した内面突起を形成することを特徴とする内面溝付き伝熱管を用いても拡管負荷の増大を防ぎ、内面フィン倒れが生じることなく、放熱フィンとの十分な密着性が得られるよう伝熱管を拡管することができる熱交換器の製造方法の提供を目的とする。
 本発明は、管内面から螺旋状に突出する内面フィンが副溝により分断され、独立した複数のフィン構成部を管内面に形成した伝熱管を、放熱フィンの貫通孔に通し、前記伝熱管の内部に拡管プラグを押し込むことにより前記伝熱管を拡管して前記放熱フィンと前記伝熱管を密着させる熱交換器の製造方法であって、前記拡管プラグに、該拡管プラグの前側部分から後方へ向けて大径となるプラグ拡径部を構成するとともに、該プラグ拡径部よりも後方側に、後方へ向けて小径となるプラグ縮径部を構成し、前記プラグ拡径部の外周面を、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成し、前記プラグ縮径部の外周面を、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R2がR2/R1≦0.8の範囲内となる外周面で構成し、前記拡管プラグの前記伝熱管の内部からの引き抜きにより拡管後に縮径変形した前記伝熱管を再拡管する熱交換器の製造方法とすることができる。
 この発明の形態として、前記伝熱管の拡管は、管軸方向の両側を拘束した状態で拡管する縮みレス拡管方法により行う熱交換器の製造方法であることが好ましい。
 この発明の形態として、前記フィン構成部は、該フィン構成部の少なくともフィン螺旋方向下流側から管軸方向上流側で、隣り合う前記内面フィンとの間に突出する突出片を備えた構成である熱交換器の製造方法とすることができる。
 但し、前記突出片は、必須の構成ではなく、前記フィン構成部は、前記突出片を備えていない構成であってもよい。
 また、前記前側部分とは、拡管プラグの伝熱管の内部への挿入方向の前側部分を示し、前記後方とは、拡管プラグの伝熱管の内部への挿入方向の後方を示すものとする。
 前記放熱フィンは、アルミニウム又はアルミニウム合金からなることが好ましい。また、前記伝熱管は、銅又は銅合金その他の熱伝導性のよい金属材料であれば材質は特に限定しない。
 前記縮みレス拡管方法とは、拡管による管長手方向の縮みを防ぐため、管の両端を拘束した状態で拡管する方法である。
 この発明によれば、副溝によって内面フィンが分断され、独立した内面突起状のフィン構成部を形成することを特徴とする、いわゆるセパレート溝付管と称する内面溝付管を伝熱管として用いても内面フィン倒れが生じることなく、かつ、放熱フィンとの十分な密着性が得られるよう伝熱管を拡管することができる熱交換器の製造方法を提供することができる。
本実施形態の熱交換器の製造方法の説明図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる伝熱管の管内面の説明図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる伝熱管の管内面の説明図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる拡管プラグの側面図。 本実施形態の熱交換器の製造方法の作用説明図。 本実施形態の熱交換器の製造方法の作用説明図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる他の拡管プラグの側面図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる他の拡管プラグの側面図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる他の拡管プラグの側面図。 本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる他の拡管プラグの側面図。
 この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。 
 本実施形態の熱交換器の製造方法は、図1に示すように、管軸方向D1に対して所定角の螺旋状の内面フィン12が管内面に複数形成された伝熱管1を、放熱フィン3に通し、該伝熱管1の内部に拡管プラグ2を押し込むことにより該伝熱管1を拡管して前記放熱フィン3(アルミフィン)と前記伝熱管1を密着させる方法である。
 前記内面フィン12は、図2および図3に示すように、螺旋状の副溝14により分断され、フィン螺旋方向D2に沿って管内面11から突出する複数のフィン構成部12A(内面突起)で形成している。
 さらに、前記フィン構成部12Aの少なくともフィン螺旋方向下流側D2dで、前記フィン構成部12Aに対して、管軸方向上流側D1uで、隣り合う前記内面フィン12との間に突出する突出片16(後述する第1突出片16a)を備えている。
 図4に示すように、前記拡管プラグ2には、前端部2F(前面部)から後方へ向けて大径となるプラグ拡径部2Aを構成し、前記プラグ拡径部2Aの外周面は、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成している。
 以下、詳述すると、前記製造方法に用いられる伝熱管1は、上述したように、螺旋状の内面フィン12が副溝14により分断された複数のフィン構成部12Aが管内面11に形成された構成であり、図2および図3に示すような管内面11を有している。
 図2は、本実施形態の伝熱管1の管内面11の様子を模式的に示した部分拡大展開斜視図であり、図3は、フィン構成部12A付近の拡大平面図である。なお、図3では、前記フィン構成部12A、前記突出片16の頂部のみを模式的に示している。
 図2中の符号β1は、フィンリード角(主溝リード角)、β2は副溝リード角、Hfは主溝深さ、Hnは副溝深さ、Pfは、フィン螺旋方向D2におけるフィン構成部12Aの間隔(長さ)を示している。さらに、図2中のD1は管軸方向、D2はフィン螺旋方向、D3は副溝螺旋方向を示し、それぞれの方向を示す符号の末尾に付したuは管内冷媒流れの上流側であることを示すとともに、dは下流側であることを示す。
 伝熱管1は、管内面11に螺旋状の内面フィン12を形成することにより内面フィン12間に、主溝13を備えている。
 さらに、複数のフィン構成部12Aは、内面フィン12が副溝14により分断された構成であるため、フィン螺旋方向D2に沿ってそれぞれ独立して断続的に連なっている。
 フィン構成部12Aは、フィン螺旋方向D2の上流側u,下流側dの各端部において副溝螺旋方向D3の上流側u、下流側dのそれぞれに突出する突出片16を備えた構成であり、図3に示すように、平面視するとHの文字を傾けた形状(傾斜型H形状)で形成している。
 突出片16は、第1突出片16a、第2突出片16b、第3突出片16c、及び、第4突出片16dとで構成し、いずれもフィン構成部12Aに対して主溝13側へ突出している。
 第1突出片16aは、フィン構成部12Aのフィン螺旋方向下流側D2dで、前記フィン構成部12Aに対して、管軸方向上流側D1uで隣り合う前記内面フィン12との間の前記主溝13まで副溝螺旋方向上流側D3uに向けて突出している。
 第2突出片16bは、フィン構成部12Aのフィン螺旋方向下流側D2dで、前記フィン構成部12Aに対して、管軸方向下流側D1dで隣り合う前記内面フィン12との間の前記主溝13まで副溝螺旋方向下流側D3dに向けて突出している。
 第3突出片16cは、前記フィン構成部12Aのフィン螺旋方向上流側D2uで、前記フィン構成部12Aに対して、管軸方向上流側D1uで隣り合う前記内面フィン12との間の前記主溝13まで副溝螺旋方向上流側D3uに向けて突出している。
 第4突出片16dは、前記フィン構成部12Aのフィン螺旋方向上流側D2uで、前記フィン構成部12Aに対して、管軸方向下流側D1dで隣り合う前記内面フィン12との間の前記主溝13まで副溝螺旋方向下流側D3dに向けて突出している。
 また、フィン螺旋方向D2において隣り合うフィン構成部12Aの間部分には、副溝14を隔てて互いに対向する突出片16により、副溝14形成部分15を構成している。
 なお、フィン構成部12Aのフィン螺旋方向D1の直交断面形状は、略台形形状で形成し、副溝14は、副溝螺旋方向D3の直交断面形状は、逆三角形状で形成している。図2中のHnは、副溝螺旋方向上流側D3uから副溝螺旋方向下流側D3dにかけての間の副溝14の平均深さ(Hn)を示している。
 フィン高さHfとフィン幅Wとの比であるHf/Wは、1.4以上であることが好ましい。1.4未満であると、伝熱管1の優れた熱交換性能が得られないからである。 
 なお、フィン幅Wとは、フィン螺旋方向D2の直交断面におけるフィン構成部12A(内面フィン12)の根元部分のフィン幅のことをいう。
 伝熱管1の外径は、3~10mmが好ましい。また、底肉厚T=0.1~1.0mm、内面フィン高さHf=0.05~0.5mm、より好ましくはHf=0.1~0.4mm、内面フィン12の頂角は、0~20度であるのが好ましい。
 各内面フィン12は、フィンリード角β1が大きいほど熱交換性能が向上するため、フィンリード角β1が25度以上であることが好ましい。フィンリード角β1が大きいほど製造が困難になるため、フィンリード角β1が30~60度であることがより好ましい。
 本実施形態の熱交換器の製造方法では、図1に示すように、上述した構成の伝熱管1を、管軸方向D1に所定間隔に配置した放熱フィン3の貫通孔3Hに伝熱管1を貫通させ、拡管プラグ2によって伝熱管1の外径を管内部11から押し拡げる。
 この伝熱管1の拡管により伝熱管1の外面と貫通孔3Hの内面とを密着して熱交換器を製作する。
 上述した伝熱管1の拡管に用いる拡管プラグ2は、支持棒2aの先端部に取り付けられている。支持棒2aの基部側は、図示しない拡管装置等に取り付けられている。
 拡管プラグ2は、図4に示すように、管軸方向D1、すなわち、伝熱管1への挿脱方向Lの全長に亘って、管軸方向D1(挿脱方向L)に直交する断面形状が円形であり、前端部2F(前面部)と後端部2R(後面部)とが管軸方向D1において互いに対向する円柱状に構成している。拡管プラグ2の前端部2Fは、拡管前の伝熱管1の内径よりも小さい径(φd1)の円形状である。
 拡管プラグ2には、前端部2Fから後方へ向けて徐々に大径となるプラグ拡径部2Aを構成している。プラグ拡径部2Aは、管軸方向D1全長において最大径φd2となる最大径部2Mに達するまで拡径する。
 前記プラグ拡径部2Aの外周面は、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成している。
 さらに、拡管プラグ2におけるプラグ拡径部2Aの後方部分には、最大径部2Mから後端部2Rにかけて徐々に小径となるプラグ縮径部2Bを構成している。
 前記プラグ縮径部2Bの外周面は、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R2がR2≦0.8×R1の範囲内となる外周面で構成している。これにより、拡管プラグ2の後端部2Rは、最大径部2Mの径φd2よりも小さい径(φd3)で形成している。
 上述した熱交換器の製造方法により、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。 
 熱交換器の製造方法では、伝熱管1の拡管に用いる拡管プラグ2において、上述したように、前記プラグ拡径部2Aの外周面を、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成している。
 このようにR1を8mm以上とすることにより、内面フィン12と拡管プラグ2との接触角度が緩やかになり、内面フィン倒れを抑制しながら管を押し拡げることができる。
 また、R1を20mm以下とすることにより、内面フィン12と拡管プラグ2の接触面積が大きくなりすぎず、摩擦抵抗(接触抵抗)による拡管負荷の増大を抑制することができる。
 詳しくは、拡管負荷の増大は、拡管プラグ2の伝熱管1の内部への挿入時に騒音発生や、支持棒2a(芯金)が歪曲するなどの問題を引き起こすが、R1を20mm以下とすることにより、このような問題が生じることを防ぐことができる。さらに、拡管負荷の増大を抑制することで内面フィン倒れも防ぐことができる。
 従って、放熱フィン3との十分な密着性を得ることで高性能な熱交換器を製造することができる。 
 加えて、スムーズな拡管を実現することができ、製造効率も高めることができる。
 さらにまた、熱交換器の製造方法では、伝熱管1の拡管に用いる拡管プラグ2において、上述したように、前記プラグ縮径部2Bの外周面を、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R2がR2/R1≦0.8の範囲内となる外周面で構成している。
 このようにR2をR2≦0.8×R1とすることにより、縮みレス拡管工程において、拡管後の内面フィン12に内面フィン倒れがなく、所望の内面フィン形状を得ることができる。
 よって、本実施形態の熱交換器の製造方法は、特に縮みレス拡管工程において伝熱管1を拡管する場合に有効である。 
 ここで、縮みレス拡管とは、拡管による管長手方向の縮みを防ぐため、管の両端を拘束した状態で拡管する方法である。
 詳しくは、縮みレス拡管工程において、図5(a)に示すように、拡管前の伝熱管1に、拡管プラグ2を挿入することにより(図中のL1方向)、伝熱管1は、プラグ拡径部2Aにより拡管プラグ2の最大外径φd2と略同径(φD2)まで拡げられる。これにより、図5(a)に示すように、伝熱管1の内径は、φD1からφD2まで拡管することができる。
 しかし、図5(b)に示すように、拡管プラグ2の通過後、管材料の弾性により僅かに縮径変形する。これにより、図5(b)に示すように、伝熱管1の内径は、φD2からφD3まで縮径変形することになる。
 このため、図5(c)に示すように、拡管プラグ2の引抜時に(図中のL2方向)、プラグ縮径部2Bによる微小な再拡管が行われ、図5(c)に示すように、伝熱管1は、その内径がφD3からφD4となるまで再拡管することができる。 
 すなわち、拡管プラグ2の引き抜きによる再拡管により伝熱管1の内径(φD4)は、拡管プラグ2の最大外径φd2と略同径(φD2)にまで達するかもしれないが、拡管プラグ2の挿入後に縮径変形した伝熱管1の内径(φD3)よりも大きくすることができる(φD3<φD4<φD2)。
 なお、図5(a)は、拡管プラグ2の挿入により管内面11を拡管している様子を模式的に示した一部断面図であり、図5(b)は、拡管プラグ2の挿入後に管が僅かに縮径した様子を模式的に示した一部断面図であり、図5(c)は、拡管プラグ2の引抜きにより再拡管が行われている様子を模式的に示した一部断面図である。
 また、内面フィン12についても、拡管プラグ2の挿入により、該挿入後の管内面11の内面フィン12は、図6(a)に示すように、僅かに傾けられるが、プラグ拡径部2Aにより僅かに傾けられた内面フィン12を、拡管プラグ2の引抜時に、図6(b)に示すように、プラグ縮径部2Bにより復帰させることができる。 
 なお、図6(a)は、図5(a)中の領域Xの拡大図であり、拡管プラグ2の挿入により内面フィン12が傾く様子を示す模式図である。図6(b)は、図5(c)中の領域Yの拡大図であり、拡管プラグ2の引抜により傾いた内面フィン12が復帰した様子を示す模式図である。
 また、本実施形態の熱交換器の製造方法に用いる伝熱管1は、上述したように、前記フィン構成部12Aに少なくとも第1突出片16aを備えた構成である。
 このため、前記主溝13を流れる冷媒の一部は、前記第1突出片16aに衝突し、管半径方向内側へかき上げられるため、三次元的な非定常流れを発生させることができ、従来の伝熱管と比較して、更なる熱伝達率の向上を図ることができる。
 続いて、本実施形態の製造方法により伝熱管を拡管する評価実験について説明する。
 本実験では、内面溝付き伝熱管1として表1に示すような4種類の供試管1乃至4を縮みレス拡管方式により拡管する拡管評価を行った。供試管1乃至4は、いずれも副溝14によって内面フィン12が分断され、独立したフィン構成部12A(内面突起)が形成された、いわゆるセパレート溝付管と称する伝熱管である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本実験では、実施例1乃至11と比較例1乃至8の各実験を表2に示すような供試管と拡管プラグ2の組み合わせで行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 比較例1乃至8の実験で用いる拡管プラグ2は、いずれもプラグ縮径部2Bを備えているが、該プラグ縮径部2Bの外周面を、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R2がR2≧1.0×R1の範囲内となる外周面を有している。
 これに対して実施例1乃至11の実験で用いる拡管プラグ2は、前記プラグ縮径部2Bの外周面を、管軸方向D1の外周形状に沿った曲率半径R2がR2≦0.8×R1の範囲内となる外周面を有している。
 実施例1乃至11と比較例1乃至8の各実験において拡管後の伝熱管1の内面フィン倒れ、及び、拡管率を評価した。
 内面フィン倒れ判定は、拡管前後の伝熱管について、管軸方向D1に垂直に切断、樹脂埋め、研磨して断面を光学顕微鏡で内面フィンを観察し、拡管後の内面フィン倒れ角度θを求めた。 
 なお、角度θは、図6(c)に示すように拡管前の内面フィン12の頂点とフィン12の根元の幅方向中央部とを結んだ線と拡管により拡管前の内面フィン12の頂点が移動した先と内面フィン12の根元の幅方向中央部とを結んだ線の成す角度を示す。
 この場合、θ≧20度となると内面フィン12が倒れていると判断した。これはθ≧20度となると、内面フィンの変形により伝熱管としての性能が低下するとともに、伝熱管1を所定の外径まで拡管できない場合が多く、外面12と放熱内面フィン12との密着が不十分となり熱交換特性が低下するためである。
 また、実際の拡管率は次式で算出した。すなわち、拡管率(%)=(拡管後の外径-拡管前の外径)/拡管前の外径×100である。本実験では、5.6%以上の拡管率で拡管することを目標とする。評価結果を表2に示す。
 表2から明らかなように、内面フィン倒れに関しては、比較例1乃至8は、いずれも内面フィン倒れ角度θは、θ≧23度となったのに対して実施例1乃至11は、いずれも内面フィン倒れ角度θは、θ≦19度となった。
 さらに、拡管率に関しては、比較例1乃至8のうち比較例3以外は、いずれも拡管率が、目標とする5.6%に達しなかった。比較例3は、拡管率については、目標値に達したものの内面フィン倒れ角度θは、23度となり、内面フィン倒れ判断基準値である20度より大きかった。すなわち、比較例1乃至8の拡管方法では、いずれも拡管率と内面フィン倒れ角度との双方について基準値(目標値)を満たしたものはなかった。
 これに対して実施例1乃至11は、いずれも5.6%以上の拡管率で拡管することができた。
 従って、上述した熱交換器の製造方法により、いわゆるセパレート溝付管と称する伝熱管を用いても内面フィン倒れが生じることなく、かつ、放熱フィン3との十分な密着性が得られるよう伝熱管を拡管することができことができることを実証することができた。
 本発明は、上述した実施形態に限定せず、様々な実施形態で構成することができる。 
 例えば、本発明の熱交換器の製造方法に用いる拡管プラグは、上述した実施形態の拡管プラグ2に限定しない。
 詳しくは、図7(a),(b)に示すように、拡管プラグ2P1,2P2は、該拡管プラグ2P1,2P2の前端部2Fとプラグ拡径部2Aとの間には、プラグ拡径部2Aよりも小径であるプラグ前側小径部2Ft,2Fcを備えてもよい。
 この構成の場合、プラグ前側小径部2Ftは、その外周面を図7(a)に示すように、前方に進むに連れ、先細りとなるテーパ状に形成することができる。或いは、プラグ前側小径部2Fcは、その外周面を、図7(b)に示すように、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R3がR1とは異なる曲率半径で構成することができる。
 また、図8(a),(b)に示すように、拡管プラグ2P3,2P4は、拡管プラグ2P3,2P4の後端部2Rとプラグ縮径部2Bとの間には、プラグ縮径部2Bよりも小径であるプラグ後側小径部2Rt,2Rcを備えてもよい。
 この構成の場合、プラグ後側小径部2Rtは、その外周面を、図8(a)に示すように、テーパ状に形成することができる。或いは、プラグ後側小径部2Rcは、その外周面を、図8(b)に示すように、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R3がR2とは異なる曲率半径で構成することができる。
 さらにまた、図9(a)に示すように、拡管プラグ2P5は、プラグ拡径部2Aを、プラグ前側拡径部2A1とプラグ後側拡径部2A2との連続する2つのプラグ拡径部2Aで構成することができる。
 プラグ前側拡径部2A1の外周面とプラグ後側拡径部2A2の外周面は、管軸方向LLの外周形状に沿った曲率半径R1a,R1bがそれぞれ異なるが、いずれも8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成している。
 同様に、図9(b)に示すように、拡管プラグ2P6は、プラグ縮径部2Bを、プラグ後側縮径部2B1とプラグ後側縮径部2B2との連続する2つのプラグ縮径部で構成することができる。
 プラグ後側縮径部2B1の外周面とプラグ後側縮径部2B2の外周面は、管軸方向Lの外周形状に沿った曲率半径R2a,R2bがそれぞれ異なるが、いずれもR2/R1≦0.8の範囲内となる外周面で構成している。
 さらにまた、図10に示すように、拡管プラグ2P7は、プラグ拡径部2Aとプラグ縮径部2Bとの間の最大径部2Mを、管軸方向Lにおいて最大径φd2を保同一径で構成した寸胴部2Tを備えた構成であってもよい。
 上述したように、拡管プラグは、管内部にプラグ挿入時に内面フィンに接触して伝熱管1を拡管するプラグ拡径部2Aの外周面が、管軸方向Lの外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面であれば、様々な実施形態で構成することができる。
 同様に、拡管プラグは、管内部にプラグ引き抜き時に内面フィン12に接触して拡管後に縮径変形した伝熱管1を再拡管するプラグ縮径部2Bの外周面が、管軸方向Lの外周形状に沿った曲率半径R2がR2/R1≦0.8の範囲内となる外周面であれば、様々な実施形態で構成することができる。
 この発明の構成と、上述した実施形態との対応において、突出片は、第1突出片16aに対応するものとする。
 1…伝熱管
 2,2P1,2P2,2P3,2P4,2P5,2P6,2P7…拡管プラグ
 2A…プラグ拡径部
 2B…プラグ縮径部
 3…放熱フィン
 11…管内面
 12…内面フィン
 12A…フィン構成部
 14…副溝
 16…突出片
 D1…管軸方向
 D2…フィン螺旋方向

Claims (3)

  1.  管内面から螺旋状に突出する内面フィンが副溝により分断され、独立した複数のフィン構成部を管内面に形成した伝熱管を、放熱フィンの貫通孔に通し、前記伝熱管の内部に拡管プラグを押し込むことにより前記伝熱管を拡管して前記放熱フィンと前記伝熱管を密着させる熱交換器の製造方法であって、
    前記拡管プラグに、該拡管プラグの前側部分から後方へ向けて大径となるプラグ拡径部を構成するとともに、該プラグ拡径部よりも後方側に、後方へ向けて小径となるプラグ縮径部を構成し、
    前記プラグ拡径部の外周面を、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R1が8mm≦R1≦20mmの範囲内となる外周面で構成し、
    前記プラグ縮径部の外周面を、管軸方向の外周形状に沿った曲率半径R2がR2/R1≦0.8の範囲内となる外周面で構成し、
    前記拡管プラグの前記伝熱管の内部からの引き抜きにより拡管後に縮径変形した前記伝熱管を再拡管する
    熱交換器の製造方法。
  2.  前記伝熱管の拡管は、管軸方向の両側を拘束した状態で拡管する縮みレス拡管方法により行う
    請求項1に記載の熱交換器の製造方法。
  3.  前記フィン構成部は、該フィン構成部の少なくともフィン螺旋方向下流側から管軸方向上流側で、隣り合う前記内面フィンとの間に突出する突出片を備えた構成である
    請求項1又は2に記載の熱交換器の製造方法。
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