JP2004190968A - 熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法及びクロスフィン型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】内面溝付伝熱管を機械拡管操作にて拡管し、伝熱管と放熱フィンとを一体化する際に、蒸発性能及び凝縮性能の何れもが低下することのないクロスフィンチューブを得ることが出来る、有利なクロスフィンチューブの製造方法と、そのような製造方法によって得られるクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器を提供すること。
【解決手段】伝熱管１０の内周面に予め設けられた一次溝２０と交差する方向に拡管プラグ１８の外表面に６０〜１６０条／周の切込み突条２８を設け、機械拡管にて伝熱管１０とプレートフィン１２とが一体的に組み付けられると同時に一次溝２０に対するクロス溝となる二次溝２４を、その深さ（ｄ₂ ）が一次溝２０の深さ（ｄ₁ ）の１０〜４０％の範囲内となるように形成した。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法及びクロスフィン型熱交換器に係り、特に、放熱フィンの所定の組付孔に内面溝付伝熱管を挿通せしめた後、かかる伝熱管を拡管固着せしめてなる構造のクロスフィンチューブの有利な製造方法と、そのような製造方法によって得られるクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
従来から、家庭用エアコン、自動車用エアコン、パッケージエアコン等の空調用機器や冷蔵庫等には、蒸発器又は凝縮器として作動する熱交換器が用いられており、その中で、家庭用室内エアコンや業務用パッケージエアコンにおいては、クロスフィン型熱交換器が、最も一般的に用いられている。そして、このクロスフィン型熱交換器を構成するクロスフィンチューブは、空気側のアルミニウム製プレートフィンと冷媒側の伝熱管（銅管）とが一体的に組み付けられて構成されているのである。また、このようなクロスフィンチューブは、よく知られているように、先ず、プレス加工等により、所定の組付孔が複数形成せしめられたアルミニウムプレートフィンを成形し、次いで、この得られたアルミニウムプレートフィンを積層した後に、前記組付孔の内部に、別途作製した伝熱管を挿通せしめ、更にその後、かかる伝熱管をアルミニウムプレートフィンに拡管固着することにより、製造されるようになっている。
【０００３】
ところで、このようなクロスフィン型熱交換器に用いられる伝熱管としては、その内面に、多数の溝、例えば管軸に対して所定のリード角をもって延びるように螺旋状の溝を多数形成して、それらの溝間に、所定高さの内面フィンが形成されるようにした、所謂、内面溝付伝熱管が用いられているが、近年、上記した熱交換器の高性能化の目的から、このような内面溝付伝熱管において、その内面溝の深溝化や、内面フィンの細フィン化が図られ、また溝深さ、溝深さ／内径、フィン頂角、リード角および溝部断面積／溝深さ等の最適化により、更なる高性能化を追求したものが、種々提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１や特許文献２等においては、管内面に、管軸方向に螺旋状に延びる多数の主溝と、該多数の主溝に対して交差して延びる多数の副溝とが形成されることにより、管内面がクロス溝構造とされた内面溝付伝熱管が明らかにされている。具体的には、主溝が、副溝との交差部分を間に挟んで管軸方向にずらされて（オフセットされて）形成されており、このような内面溝付伝熱管を凝縮器における凝縮管として用いた場合にあっては、凝縮されて液体となった伝熱媒体と、未だ凝縮せずに気体の状態で残存する伝熱媒体とから形成される濃度境界層が、主溝と副溝との交差部分で確実に更新せしめられることとなり、その結果、濃度の拡散抵抗が低減され、以て、高い凝縮性能が発揮され得ることとなるのである。
【０００５】
而して、かくの如き内面溝付伝熱管を用いて熱交換器を組み立てる際には、伝熱管を放熱フィンに設けられた取付孔内において拡管させ、放熱フィンと密着させる必要があるのであるが、このような伝熱管の拡管方法としては、例えば、伝熱管内に水や油等の液体を封入し、そして該封入された液体に圧力を作用させることによって、拡管する液圧拡管法や、伝熱管内部に伝熱管の内径よりも大きな径をもった拡管プラグを挿入し、それを押し込むことによって、拡管する機械拡管法等が、良く知られている。
【０００６】
ここにおいて、それら拡管手法のうち、拡管プラグを用いた機械拡管法は、液圧拡管法に比して、特別な技術を必要としないため、量産性に優れており、一般的に良く用いられている。しかしながら、このような拡管プラグを用いた機械拡管法にあっては、内面溝付伝熱管を放熱フィンに組み付け、目的とする熱交換器を組み立てるに際して、その機械拡管作用にて、具体的には管内に挿通せしめられる拡管プラグによって、伝熱管内面に予め形成されている内面フィンが、径方向外方に、また管軸方向に押圧されるため、内面フィンが変形作用を受け、それら内面フィンが潰れてしまったり、内面フィンが倒れてしまうことにより、フィンの高さが低くなるところから、管内を流れる冷媒との接触面積が減少し、その結果、伝熱性能に悪影響がもたらされる等の問題を内在するものであった。これに対し、液圧拡管法にあっては、上記の如き、拡管の際に内面フィンを潰してしまうといった問題は発生しないものの、伝熱管内に液体を封入し、該封入された液体に圧力を作用させるためには、煩雑な段取りが必要となるところから、量産性に劣るといった問題を内在している。
【０００７】
一方、特許文献３には、拡管プラグの外表面に突起を設け、該拡管プラグを、管内面にらせん溝あるいは管軸に直交する溝を有する伝熱管の内部に挿入して拡管させる際に、該拡管プラグの外表面に設けられた突起により、管内面の溝を連続的に分断させつつ、拡管を行うことにより、管内面にクロス溝が形成されてなる凝縮用伝熱管を、拡管操作と同時に得る方法が、提案されている。要するに、このような拡管方法においては、伝熱管の拡管と同時に、拡管プラグの外表面に設けられた突起によって、伝熱管内面に設けられている一次溝が分断され、管内面において該一次溝と交差するように、該一次溝の溝深さ以上の二次溝が、形成されることとなるのである。
【０００８】
しかしながら、そのような製造方法によって製造されたクロスフィンチューブにあっては、予め伝熱管内面に形成されていた一次溝が、挿入される拡管プラグの外表面に設けられた突起によって分断されて、換言すれば、一次溝内に位置する山部が完全に分断されて、かかる一次溝の深さ以上の深さにおいて、該一次溝と交差して延びる二次溝が形成されることによって、冷媒液の掻き上げ現象が大幅に抑制されこととなり、その結果、凝縮性能は向上するのであるが、一次溝が分断されることによって、冷媒と伝熱管との接触面積が低下するために、冷媒の蒸発性能が低下するという、問題を内在するものであった。
【０００９】
また、拡管プラグの外表面に設けられた突起により、管内面に設けられた一次溝を完全に分断することによって、二次溝が形成されているために、フィンの潰れ量が大きくなり、その結果、一次溝の溝内に張り出すようにして、バリが形成されてしまい、そしてそのようなバリによって圧力損失の増大を引き起こし、以て、熱交換性能の低下、特に圧力損失の影響が大きい蒸発性能の低下を招くといった問題をも内在するものであったのである。
【００１０】
【特許文献１】
特開平３−２３４３０２号公報
【特許文献２】
特開平８−３０３９０５号公報
【特許文献３】
特開平２−１３７６３１号公報
【００１１】
【解決課題】
ここにおいて、本発明は、かかる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、内面溝付伝熱管を機械拡管操作にて拡管し、伝熱管と放熱フィンとを一体化する際に、蒸発性能及び凝縮性能の何れもが低下することのないクロスフィンチューブを得ることが出来る、有利なクロスフィンチューブの製造方法と、そのような製造方法によって得られるクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器を提供することにある。
【００１２】
【解決手段】
そして、本発明にあっては、上述せる如き技術的課題を解決するために、管内面に多数の一次溝が形成されてなる内面溝付伝熱管を、放熱フィンの取付孔内に挿入した状態において、該伝熱管内に拡管プラグを挿通せしめて、機械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てなるクロスフィンチューブを製造するに際して、前記拡管プラグの外周面に、６０〜１６０条／周の切込み突条を、前記一次溝と交差する方向において設け、該拡管プラグの前記伝熱管に対する挿通により、伝熱管と放熱フィンとの密着一体化を図ると共に、該切込み突条にて前記一次溝間に位置する山部に対して切込みを入れて部分的に分断せしめ、該一次溝に対するクロス溝となる二次溝が、該一次溝間の山部の高さの１０〜４０％の範囲内の深さにおいて形成されるようにしたことを特徴とする熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法を、その要旨とするものである。
【００１３】
要するに、かくの如き本発明に従う熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法にあっては、拡管プラグの外周面に設けられた切込み突条により、内面溝付伝熱管を拡管して放熱フィンと一体的に組み付けると同時に、管内面に予め形成された多数の一次溝間に位置する山部に切込みを入れて、かかる山部を部分的に分断せしめ、該一次溝に対してクロス溝となる二次溝が形成されるようになっているところから、容易に伝熱管と放熱フィンとを一体化することが出来、これにより、熱交換器の生産性が有利に高められ得ると共に、一次溝のクロス溝化された部分を除く他の部分においては、内面フィンが拡管により潰されることなく、拡管前と同じ状態のままで保たれて、内面フィンの潰れが一部分に限定されることとなるところから、伝熱性能の低下、特に管内を流れる冷媒と内面フィンとの接触面積の減少に伴う蒸発性能の低下が、効果的に抑制されることとなる。
【００１４】
また、かかる本発明に従う方法においては、拡管プラグの外周面に設けられた切込み突条により一次溝間の山部に形成される二次溝が、管内周面の１周あたり６０〜１６０条の割合となるように設定されているところから、クロス溝化による冷媒液の乱流促進効果が効果的に発揮され得ると共に、滑らかな表面の拡管プラグを用いて拡管を行った場合に発生するフィン潰れやフィン倒れ等の問題が発生することはないところから、冷媒と伝熱管との接触面積が有利に確保され得て、伝熱性能が向上せしめられ、以て、蒸発性能や凝縮性能が効果的に高められ得ることとなるのである。
【００１５】
加えて、本発明によれば、そのような拡管プラグによって形成される二次溝が、前記一次溝間の山部の高さの１０〜４０％の範囲内の深さにおいて、該山部を部分的に分断して形成されるようになっているところから、従来の一次溝を完全に分断して二次溝を形成する場合に比して、一次溝内に張り出すバリが殆ど発生することがないために、そのようなバリの発生による圧力損失が増大する恐れが効果的に回避され得ると共に、冷媒と伝熱管との接触面積の減少も有利に抑え得ることが可能となり、以て、高い凝縮性能と蒸発性能とが有利に発揮され得ることとなるのである。
【００１６】
なお、このような本発明に従う熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法にあっては、好ましくは、前記一次溝は、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た螺旋溝であり、また前記二次溝は、管軸方向に延びるように形成された直線溝となるように、構成されることとなる。このような構成を採用することによって、本発明の目的がより一層良好に達成され得るのである。
【００１７】
さらに、本発明にあっては、前述した熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法に従って得られたクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器をも、その要旨とするものである。このような製造方法によって得られたクロスフィン型熱交換器にあっては、前述した通り、良好な蒸発性能及び凝縮性能を発揮すると共に、かかるクロスフィン型熱交換器を製造するにあたって、特別な技術を必要としないところから、量産性も有利に向上せしめられることとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をより具体的に明らかにするために、本発明に従う熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法について、更にはそのようにして得られるクロスフィンチューブを用いたクロスフィン型熱交換器について、図面を参照しつつ、詳細に説明することとする。
【００１９】
先ず、図１には、クロスフィン型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、かかる内面溝付伝熱管を放熱フィンに一体的に組み付けることにより、クロスフィンチューブを得る工程が、概略的に示されている。即ち、図１において、伝熱管１０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、所定の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１０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１２は、従来と同様に、アルミニウム若しくはその合金等の所定の金属材料にて形成されていると共に、伝熱管１０の外径よりも所定寸法大きな取付孔１４が、その周りにフィンカラー１６を一体的に立設せしめてなる構造において、形成されているのである。そして、そのようなプレートフィン１２の複数が、それぞれの取付孔１４を一致させた状態下において（図において、上下方向に貫通するように）重ね合わされて、その一致した取付孔１４内に、伝熱管１０が挿入、配置せしめられているのである。
【００２０】
そして、機械拡管操作は、このようなプレートフィン１２の取付孔１４内に伝熱管１０を挿入せしめた状態（図１の左側部分の状態）下において、よく知られているように、伝熱管１０の開口した端部から伝熱管１０内に拡管プラグ１８を挿入せしめ、該挿入された拡管プラグ１８を伝熱管１０内で前進せしめることによって、伝熱管１０の拡径を行ないつつ、該伝熱管１０を取付孔１４に、具体的には、伝熱管１０と取付孔１４のフィンカラー１６の内周面とを密着させて（図１において、拡管プラグ１８が通過した後の状態を示す、右側部分の、取付孔１４内における伝熱管１０の固定状態を参照のこと）、伝熱管１０とプレートフィン１２の組付けを実現し、以て、伝熱管１０とプレートフィン１２が一体的に組み合わされたクロスフィンチューブとして形成されるのである。
【００２１】
ところで、本発明に従うクロスフィンチューブの製造方法にあっては、かかる伝熱管１０として、管内面に多数の一次溝が形成され、そしてそれら一次溝間に所定高さの山部（内面フィン）が形成されてなる公知の各種の内面溝付伝熱管が用いられ得るものであり、またそのような内面溝付伝熱管（１０）は、例えば、特開２００２−５５８８号公報等において明らかにされているように、公知の転造加工法や圧延加工法等を用いて製造されることとなる。因みに、かかる公報の図４に示されている如き転造加工装置を用いた場合にあっては、連続する１本の素管が転造加工装置を通過させられる際に、該素管の内孔内に挿入せしめられた溝付きプラグと、外周部に配置された円形ダイスとの間で、該素管を押圧することによって、縮径と同時に、管内周面に、所定の溝が連続的に形成されるようになっているのである。一方、圧延加工法を利用して内面溝付伝熱管を製造する場合にあっては、かかる公報の図７に示される如き構造の加工装置を用いて、連続する１枚の帯板状素材を長さ方向に移動せしめつつ、該帯板状素材に対して所定の圧延加工による溝付け加工や造管加工を施すことによって、目的とする内面溝付伝熱管が製造されることとなる。
【００２２】
また、かかる本発明にて用いられる内面溝付伝熱管たる伝熱管１０は、該伝熱管１０を管軸方向に垂直な面で切断した端面の一部を拡大した図２にも例示される如く、管内面に、多数の一次溝２０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ていると共に、それら一次溝２０，２０間に、所定高さの内面フィン２２が形成されてなる構造を有している。そして、そのような伝熱管１０にあっては、その管径や、一次溝２０、内面フィン２２の形状、深さが適宜に選定されることとなるが、一般に、管外径：４mm〜１０mm、溝深さ（ｄ₁ ）：０．１０mm〜０．３０mm、溝形成部位における底肉厚（ｔ）：０．２０mm〜０．３０mmの範囲において、好適に採用されることとなる。また、そのような内面溝付伝熱管に予め形成されている一次溝２０としては、管軸に対する一次溝２２のリード角：１０°〜５０°、内面フィンの頂角（α）：１５°〜５０°の範囲内のものが、有効な伝熱性能の確保や転造による溝形成の容易性等から有利に採用され、更に、管内面に形成される一次溝２０の数としては、有利には、３０〜８０条／周の範囲内の数において、伝熱面積等を考慮して、決定されることとなるのである。
【００２３】
さらに、この本発明に用いられる内面溝付伝熱管１０としては、図３（ａ）の管内面の展開図に示されるように、管軸方向（図中において左右方向）に対して所定のリード角をもって延びるように一次溝２２が形成された螺旋溝構造であるもののほか、図３（ｂ）に示されるように、一次溝２２の傾斜方向が隣り合う領域で互いに逆方向とされた、Ｖ字状の溝パターンにおいて一次溝２２を組み合わせた松葉状の溝構造をもつ内面溝付伝熱管等、各種の内面溝付伝熱管が、適宜に選択されて、用いられ得、その何れにおいても、本発明は好適に適用され得るのである。
【００２４】
そして、このような伝熱管１０を用いて、先に示した機械拡管手法に従って伝熱管１０と放熱フィン１２を一体的に組み付けるに際して、本発明においては、図４に示されるように、拡管プラグ１８の外周面に、複数の切込み突条２８を軸方向に互いに平行に設け、該切込み突条２８によって、伝熱管１０を拡管すると同時に、内面フィン２２の頂部部分に対して切り込みを入れて、部分的に分断せしめ、該切込み突条２８に対応した数の二次溝２４が、図５及び図６に示されるように、内面フィン２２の上部に形成せしめられるのである。ここで、かかる二次溝２４の形状としては、Ｖ溝、Ｕ溝、台形溝等の各種の形状が採用され得るものであって、このため、前記した切り込み突条２８は、そのような二次溝２４の形状に対応した形状とされることとなる。
【００２５】
このように、予め伝熱管１０の内面に形成されていた複数の一次溝２０に加えて、それら一次溝２０と交差するように、多数の二次溝２４が形成されることによって、伝熱管１０内における冷媒液の乱流促進効果が充分に発揮されることとなり、その結果、蒸発性能及び凝縮性能の向上が効果的に図られ得ることとなるのである。また、拡管プラグ１８の切込み突条２８によってのみ、拡管に係る圧力が、伝熱管１０、換言すれば拡管プラグの外周面が接する内面フィン２２の上部に作用せしめられるようになっているところから、拡管の際に惹起される内面フィン２２の潰れや変形を有利に抑えることが可能となり、以て、管内面を流れる冷媒と伝熱管との接触面積の減少によって惹起される蒸発性能及び凝縮性能の低下といった問題が、有利に回避され得ることとなるのである。
【００２６】
ここにおいて、本発明にあっては、かかる機械拡管手法によって伝熱管１０とプレートフィン１２とを組み付けるに際して惹起される、伝熱管１０の内面に形成された内面フィンの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ると共に、伝熱特性の向上をも図るべく、拡管プラグ１８の外周面に設けられた切込み突条２８の条数を、６０〜１６０条／周とするものであり、これによって、かかる機械拡管と同時に形成される二次溝２４の条数も６０〜１６０条／周となることとなる。これは、例えば６０条／周よりも少ない数の二次溝２４が形成された場合にあっては、一次溝２０と二次溝２４によってクロス溝化された部分が少ないため、充分な乱流促進効果が得られなくなるからであり、また、逆に、１６０条／周よりも多い数の二次溝２４が形成された場合にあっては、クロス溝化される部分は多いものの、内面フィン２２の上部の大部分がクロス溝化されることとなるため、外表面が平滑な拡管プラグを用いて機械拡管を行った場合と極めて似た溝形状となってしまい、冷媒と伝熱管との接触面積が減少するため、その結果、蒸発性能及び凝縮性能の低下が惹起されるようになり、本発明の目的を充分に達成し得なくなるからである。
【００２７】
さらに、本発明にあっては、前記拡管プラグ１８の外表面に設けられた切込み突条２８によって内面フィン２２の上部部分に形成される、一次溝２０に対するクロス溝となる二次溝２４が、該一次溝２０の深さ（内面フィン２２の高さ）：ｄ₁ の１０〜４０％の範囲内の深さ（ｄ₂ ）において、形成されるようになっている。これは、形成された二次溝２４の深さ：ｄ₂ が、予め形成されていた一次溝２０の深さ：ｄ₁ の１０％よりも小さくされた場合には、二次溝２４の深さが浅すぎるため、充分な乱流促進効果が得られなくなってしまうからであり、一方、二次溝２４の深さ：ｄ₂ が一次溝２０の深さ：ｄ₁ の４０％よりも大きい場合には、二次溝２４の形成によって、一次溝２０，２０間に位置する内面フィン２２が大きく潰れて、冷媒と伝熱管との接触面積が減少してしまうようになり、その結果、伝熱管１０の蒸発性能及び凝縮性能が低下してしまうのである。更に、形成される二次溝２４が深くなると、内面フィン２２を潰して二次溝２４を形成する際に、内面フィン２２と内面フィン２２の間、換言すれば、一次溝２０内にバリが大きく張り出すこととなるために、特に、蒸発性能が低下することとなるからである。
【００２８】
そして、本発明に従うクロスフィン型熱交換器は、上述の如くして得られたクロスフィンチューブを用い、それにヘッダー等の公知の各種部品が取り付けられて、従来と同様な構造において組み立てられることにより、得られるものであるが、そこでは、クロスフィンチューブとして前記した特性を発揮するものが用いられていることによって、また、熱交換器としても優れた特徴を発揮するものとなるのである。
【００２９】
以上、本発明に従う熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法の代表的な具体例について、更にはその得られたクロスフィンチューブを用いた本発明に従う熱交換器について詳述してきたが、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。
【００３０】
【実施例】
以下に、本発明の代表的な実施例を示し、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。
【００３１】
先ず、内面溝付伝熱管として、機械拡管を行う前の管外径が７．０mm、底肉厚（ｔ）が０．２５mm、一次溝深さ（ｄ₁ ）が０．２４mm、一次溝リード角が１５°、フィン頂角（α）が１５°、一次溝（２０）の条数が５０である伝熱管（リン脱酸銅管：JIS H3300 C1220 ）を準備した。次いで、該伝熱管（１０）を、表面処理を施したアルミニウムプレートフィン（１２）と組み合わせて、幅：４３０mm、高さ：２５０mm、厚さ：２０mmの寸法の、２列１２段のクロスフィン型の供試熱交換器を製作した。
【００３２】
そして、そのような熱交換器を作製する際に、外周面に設けられた突起の数が６０〜１６０条である各種の拡管プラグ（１８）を用いて、図１に示される如く、機械拡管操作を実施して、伝熱管（１０）とアルミニウムプレートフィン（１２）とを一体化し、下記表１の実施例１〜６に示されるような値の、一次溝（２０）と二次溝（２４）とを備えた各種の熱交換器を製作した。更に、本発明に従う実施例に対する比較例として、従来と同様に、外周面が平滑面とされた拡管プラグを用いて製作した比較例１と、実施例１〜６よりも条数の少ない、４０条の二次溝（２４）を形成した比較例２、及び条数の多い、１８０条の二次溝（２４）を形成した比較例３の熱交換器を製作し、それらの諸元を、表１に併せ示した。なお、かかる表１に示した一次溝（２０）の各値は、予め管内面に形成されていた内面フィンの機械拡管後の寸法を示しており、更に、二次溝（２４）の各値は、拡管プラグの突起により形成された溝の寸法を示している。
【００３３】
【表１】

【００３４】
なお、上記の実施例２に従う拡管操作後の伝熱管内面の状態を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真にて、図７に示すこととするが、そこでは、左上から右下に延びる一次溝（２０）に対して、クロスするように、上下方向に延びる二次溝（２４）が形成されていることが認められる。
【００３５】
次いで、この得られた各熱交換器について、次の試験を行った。即ち、図８に示されるような、通常の冷凍サイクルのバイパス回路に風洞装置を設け、かかる試験を行う熱交換器を、恒温恒湿環境の試験室内の風洞装置に設置して、下記表２の測定条件において、それぞれ性能試験を行い、その結果を、図９に示した。なお、冷媒には、Ｒ４１０Ａを使用し、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。
【００３６】
【表２】

【００３７】
ここにおいて、図９は、実施例１〜６及び比較例２〜３の、比較例１との性能比を、比較例１の熱交換器性能を基準（＝１．０）として示している。かかる図からも明らかなように、実施例１〜６の何れにおいても、蒸発性能及び凝縮性能のどちらもが、平滑プラグを用いて拡管した比較例１の場合を上回っており、比較例１の場合に比べて、最大で、凝縮性能については３％程度、蒸発性能については２％程度向上していることが、認められるのである。これは、実施例１〜６においては、管内面がクロス溝化されたことにより、比較例１の場合と比べて、冷媒同士の衝突エネルギーが増大し、乱流促進効果が向上したためである。なかでも、二次溝の条数が１００〜１２０条／周である実施例３及び４において、特に性能の向上が図られているのは、拡管プラグによって切り込まれた溝の数及び深さのバランスに優れ、乱流促進効果が顕著であったために、優れた性能を示したものと考えられる。
【００３８】
これに対して、二次溝（２４）条数が４０条／周の、本発明に従う実施例よりも少ない条数である比較例２においては、クロス溝化された部分が少なく、充分な乱流促進効果が得られていないために、性能が向上しておらず、更に二次溝（２４）の深さ（ｄ₂ ）が深いために、冷媒と伝熱管との接触面積が減少し、蒸発性能及び凝縮性能のどちらもが、低下しているのである。特に、二次溝深さ（ｄ₂ ）が深いことにより、二次溝（２４）の形成の際に、一次溝（２０）内に張り出すバリが大きいため、圧力損失が著しく増大してしまい、蒸発性能の低下が顕著となっているのである。加えて、拡管プラグに付与された突起数が少ないため、拡管時に、一つ一つの突起が内面フィンに作用せしめる圧力が大きいため、プラグの磨耗や欠損といった問題が発生し易く、量産性においても、実用的ではないのである。
【００３９】
一方、二次溝（２４）条数が１８０条／周の、本発明に従う実施例よりも多い比較例３においては、クロス溝化された部分が多いものの、切り込まれた二次溝（２４）の深さが極めて浅いため、性能向上するほどの乱流促進効果が得られず、逆に、性能が低下してしまっている。また、そのような多数の条数の二次溝を形成することによって、フィン先端部の凹凸が著しく多くなってしまうため、圧力損失が増大し、その結果、蒸発性能が低下してしまっている。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に従う熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法によれば、内面溝付伝熱管内に予め形成されていた一次溝によって、伝熱管内を流れる冷媒と伝熱管との接触面積が確保され得ると共に、該一次溝と交差するように形成された所定条数および所定深さの二次溝によって、冷媒液の乱流促進効果を有利に発揮せしめ得る、蒸発性能及び凝縮性能が効果的に向上せしめられたクロスフィンチューブを有利に製造することが出来るのであり、また、そのような製造方法によって得られるクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器を提供することが可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】クロスフィンチューブを機械拡管操作により製造する工程を概略的に示す断面説明図である。
【図２】本発明に従うクロスフィンチューブの製造方法に用いられる内面溝付伝熱管の一例を示す断面部分拡大説明図である。
【図３】本発明に従うクロスフィンチューブの製造方法に用いられる内面溝付伝熱管における内面溝の配設パターンの一例を示す展開図であり、（ａ）は、管軸方向（図中、左右方向）に所定のピッチ角をもって延びる螺旋状溝のものを示しており、（ｂ）は、管周方向（図中、上下方向）の所定ゾーン毎に傾斜方向が反転するＶ字状の溝パターンを組み合わせた松葉状溝のものを示している。
【図４】本発明に従うクロスフィンチューブの製造方法に用いられる拡管プラグの一例を示す説明図であり、（ａ）は、その正面図を示し、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線にて拡管プラグを切断し、その一部を拡大した断面説明図である。
【図５】本発明に従う製造方法によって製造されたクロスフィンチューブの管内面の一部を展開して示す説明図である。
【図６】本発明に従う製造方法によって製造されたクロスフィンチューブの断面部分拡大説明図であり、図５におけるＢ−Ｂ断面を示している。
【図７】実施例２における本発明に従う拡管操作後の伝熱管内面の形態を示す、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図８】実施例における熱交換器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。
【図９】実施例において得られた各種熱交換器の蒸発性能及び凝縮性能の、比較例１に対する性能比を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 伝熱管
１２ プレートフィン
１４ 取付孔
１６ フィンカラー
１８ 拡管プラグ
２０ 一次溝
２２ 内面フィン
２４ 二次溝
２８ 切込み突条

Claims (3)

1. 管内面に多数の一次溝が形成されてなる内面溝付伝熱管を、放熱フィンの取付孔内に挿入した状態において、該伝熱管内に拡管プラグを挿通せしめて、機械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てなるクロスフィンチューブを製造するに際して、
   前記拡管プラグの外周面に、６０〜１６０条／周の切込み突条を、前記一次溝と交差する方向において設け、該拡管プラグの前記伝熱管に対する挿通により、伝熱管と放熱フィンとの密着一体化を図ると共に、該切込み突条にて前記一次溝間に位置する山部に対して切込みを入れて部分的に分断せしめ、該一次溝に対するクロス溝となる二次溝が、該一次溝間の山部の高さの１０〜４０％の範囲内の深さにおいて形成されるようにしたことを特徴とする熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法。
2. 前記一次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た螺旋溝であり、前記二次溝が管軸方向に延びるように形成された直線溝である請求項１に記載の熱交換器用クロスフィンチューブの製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の製造方法に従って得られたクロスフィンチューブを備えたクロスフィン型熱交換器。

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