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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024087621
(43)【公開日】2024-07-01
(54)【発明の名称】内面螺旋溝付伝熱管とその設計方法および熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28F 1/40 20060101AFI20240624BHJP
【ＦＩ】
F28F1/40 D
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022202548
(22)【出願日】2022-12-19
(71)【出願人】
【識別番号】522160125
【氏名又は名称】ＭＡアルミニウム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100142424
【弁理士】
【氏名又は名称】細川 文広
(74)【代理人】
【識別番号】100140774
【弁理士】
【氏名又は名称】大浪 一徳
(72)【発明者】
【氏名】福増 秀彰
(72)【発明者】
【氏名】中本 将之
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 智典
(57)【要約】
【課題】本発明は内面螺旋溝付伝熱管を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の内面螺旋溝付伝熱管は、管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管であって、前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて全て揃って傾斜されたことを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の内面螺旋溝付伝熱管は、管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管であって、前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて全て揃って傾斜されたことを特徴とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管であって、
前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、
前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、
前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、
前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて揃って傾斜された内面螺旋溝付伝熱管。
前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、
前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、
前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、
前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて揃って傾斜された内面螺旋溝付伝熱管。
【請求項2】
前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が傾斜されている角度をψ１と定義し、前記螺旋フィンのねじり角をθと定義すると、以下の（１）式を満足することを特徴とする請求項１に記載の内面螺旋溝付伝熱管。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
【請求項3】
拡管後において前記螺旋フィンの傾斜された角度である傾斜角度ψ２の値が、－５゜以上、＋５゜以下であることを特徴とする請求項１に記載の内面螺旋溝付伝熱管。
【請求項4】
管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法であり、
前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、
前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて全て揃って所定の傾斜角度だけ傾斜され、拡管工程により拡管される内面螺旋溝付伝熱管の設計方法であって、
前記拡管工程前の前記螺旋フィンの傾斜角度と、前記拡管工程後の前記螺旋フィンの傾斜角度の関係を予め予測し、前記拡管後の傾斜角度が小さくなるように前記拡管前の傾斜角度を設定することを特徴とする内面螺旋溝付伝熱管の設計方法。
前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、
前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて全て揃って所定の傾斜角度だけ傾斜され、拡管工程により拡管される内面螺旋溝付伝熱管の設計方法であって、
前記拡管工程前の前記螺旋フィンの傾斜角度と、前記拡管工程後の前記螺旋フィンの傾斜角度の関係を予め予測し、前記拡管後の傾斜角度が小さくなるように前記拡管前の傾斜角度を設定することを特徴とする内面螺旋溝付伝熱管の設計方法。
【請求項5】
前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が傾斜されている角度をψ１と定義し、前記螺旋フィンのねじり角をθと定義すると、以下の（１）式を満足させることを特徴とする請求項４に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
【請求項6】
請求項４に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法において、拡管後の傾斜角度ψ２が－５゜以上＋５゜以下となるように前記拡管前の傾斜角度ψ１を設定することを特徴とする請求項４に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法。
【請求項7】
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の内面螺旋溝付伝熱管を備えた熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内面螺旋溝付伝熱管とその設計方法および熱交換器に関する。
【背景技術】
【0002】
内面螺旋溝付伝熱管の製造方法として、以下の特許文献１、２に記載の製造方法が知られている。
これらの製造方法は、アルミニウム製内面螺旋溝付管の製造方法として好適であり、押出加工により製造されたアルミニウム製直線溝付管を素管として用い、この素管を引抜きダイスにて縮径すると同時に捻りを付与することにより、内面螺旋溝付伝熱管を製造することができる。
これらの製造方法は、アルミニウム製内面螺旋溝付管の製造方法として好適であり、押出加工により製造されたアルミニウム製直線溝付管を素管として用い、この素管を引抜きダイスにて縮径すると同時に捻りを付与することにより、内面螺旋溝付伝熱管を製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第６１６９５３８号公報
【特許文献2】特許第６４３９２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、内面螺旋溝付管からなる伝熱管の伝熱性能を向上させるためには、内面フィンを細く高くすること、および螺旋状に形成した内面フィンのねじり角を大きくすることが有効である。また、伝熱管を用いて熱交換器を構成する場合、整列配置した複数の板状の放熱フィンを貫通するように伝熱管を設け、それら伝熱管の内部に拡管プラグを押し込んで伝熱管を拡径することにより、伝熱管と放熱フィンを機械的に接合する拡管工程が行われている。
しかしながら、内面フィンを細く高く形成する、あるいは、内面フィンのねじり角を大きくすると、拡管工程において管内面に拡管プラグを挿通する際、拡管プラグの摩擦力によって内面フィンが倒れてしまう、いわゆる「フィン倒れ」が顕著となる問題がある。
しかしながら、内面フィンを細く高く形成する、あるいは、内面フィンのねじり角を大きくすると、拡管工程において管内面に拡管プラグを挿通する際、拡管プラグの摩擦力によって内面フィンが倒れてしまう、いわゆる「フィン倒れ」が顕著となる問題がある。
【0005】
拡管工程においてフィン倒れが顕著になると、伝熱管内面において複数のフィン間に形成されている溝の面積が小さくなるとともに、フィン高さが低くなることにより、伝熱性能が大きく低下する問題がある。また、伝熱管の外径の拡大が不十分となり、放熱フィンと伝熱管の一体化における両者の接合が不十分となり、放熱フィンのずれが生じ易くなり、また伝熱管から放熱フィンへの伝熱性能が低下し、熱交換器の性能低下を生じるという課題があった。
【0006】
本発明は、内部に拡管プラグを押し込んで拡管したとして、内面の螺旋フィンが倒れるおそれが少なく、内面の螺旋溝の面積が小さくなることの少ない内面螺旋溝付伝熱管およびそれを備えた熱交換器を提供することを目的とする。
また、本発明は、拡管しても内面の螺旋フィンが倒れることなく、内面の螺旋溝の面積が小さくなることのない内面螺旋溝付伝熱管の設計方法の提供を目的とする。
また、本発明は、拡管しても内面の螺旋フィンが倒れることなく、内面の螺旋溝の面積が小さくなることのない内面螺旋溝付伝熱管の設計方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
（１）本形態の内面螺旋溝付伝熱管は、管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管であって、前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて揃って傾斜されたことを特徴とする。
【0008】
（２）本形態の内面螺旋溝付伝熱管において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が傾斜されている角度をψ１と定義し、前記螺旋フィンのねじり角をθと定義すると、以下の（１）式を満足することが好ましい。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
（３）本形態の内面螺旋溝付伝熱管は、拡管後において前記螺旋フィンの傾斜された角度である傾斜角度ψ２の値が、－５゜以上、＋５゜以下であることが好ましい。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
（３）本形態の内面螺旋溝付伝熱管は、拡管後において前記螺旋フィンの傾斜された角度である傾斜角度ψ２の値が、－５゜以上、＋５゜以下であることが好ましい。
【0009】
（４）本形態の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法は、管本体の内面に長さ方向に沿う螺旋フィンが周方向に間隔をあけて複数形成されたアルミニウム製の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法であり、前記複数の螺旋フィンが個々に前記管本体の長さ方向に所定のねじり角θを有して前記管本体の内面に延在され、前記螺旋フィンが前記管本体の内面に接続する２つの側壁と前記２つの側壁の先端側を接続する先端壁を有する横断面視凸型に形成されるとともに、前記管本体の横断面に描かれる前記各螺旋フィンの凸型の横断面において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が、前記管本体の周方向一側あるいは周方向他側に向いて全て揃って所定の傾斜角度だけ傾斜され、拡管工程により拡管される内面螺旋溝付伝熱管の設計方法であって、前記拡管工程前の前記螺旋フィンの傾斜角度と、前記拡管工程後の前記螺旋フィンの傾斜角度の関係を予め予測し、前記拡管後の傾斜角度が小さくなるように前記拡管前の傾斜角度を設定することを特徴とする。
【0010】
（５）本形態の（４）に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法において、前記２つの側壁が前記管本体の内面に接する位置の中央を通過して前記管本体の半径を描く線分に対し、前記管本体の横断面に描かれる前記凸型の全ての螺旋フィンの中心軸が傾斜されている角度をψ１と定義し、前記螺旋フィンのねじり角をθと定義すると、以下の（１）式を満足させることが好ましい。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
（６）本形態の（４）に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法において、拡管後の傾斜角度ψ２が－５゜以上＋５゜以下となるように前記拡管前の傾斜角度ψ１を設定することが好ましい。
（７）本形態の熱交換器は、（１）～（３）の何れかに記載の内面螺旋溝付伝熱管を備えたことを特徴とする。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
（６）本形態の（４）に記載の内面螺旋溝付伝熱管の設計方法において、拡管後の傾斜角度ψ２が－５゜以上＋５゜以下となるように前記拡管前の傾斜角度ψ１を設定することが好ましい。
（７）本形態の熱交換器は、（１）～（３）の何れかに記載の内面螺旋溝付伝熱管を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本形態によれば、拡径工程において内部に拡管プラグを押し込んで拡管したとして、内面の螺旋フィンが倒れることなく、内面螺旋溝の面積が小さくなることのない内面螺旋溝付伝熱管を提供することができる。また、拡管工程を経ても熱交換特性に優れた内面螺旋溝付伝熱管を備えた熱交換器を提供できる。
また、本形態によれば、拡管しても内面の螺旋フィンが倒れることなく、内面螺旋溝の面積が小さくなることのない内面螺旋溝付伝熱管を設計することができる。
また、本形態によれば、拡管しても内面の螺旋フィンが倒れることなく、内面螺旋溝の面積が小さくなることのない内面螺旋溝付伝熱管を設計することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明に係る第１実施形態の内面螺旋溝付伝熱管を示す横断面図。
【図2】同第１実施形態に係る内面螺旋溝付伝熱管を示す縦断面図。
【図3】同第１実施形態に係る内面螺旋溝付伝熱管の螺旋フィンを示す部分拡大図。
【図4】（ａ）は同内面螺旋溝付伝熱管に設けられる左回り旋回の螺旋フィンの一部を示す略図、（ｂ）は同内面螺旋溝付伝熱管に設けられる右周り旋回の螺旋フィンの一部を示す略図。
【図5】本発明に係る第１実施形態の内面螺旋溝付伝熱管を製造するために用いる直線溝付管を示す斜視図。
【図6】同直線溝付伝熱管の縦断面図。
【図7】従来構造の螺旋フィンの一例を示す部分拡大図。
【図8】第１実施形態の螺旋フィンにおいて拡管後の形状を示す部分拡大断面図。
【図9】内面螺旋溝付伝熱管を拡管している状態を示す部分断面図。
【図10】（ａ）は内面螺旋溝付伝熱管を用いて構成された熱交換器の一例を示す図、（ｂ）は同熱交換器の一例を示す斜視図。
【図11】内面螺旋溝付伝熱管の拡管シミュレーションに適用した螺旋溝付伝熱管の形状を示す説明図。
【図12】実施例と比較例に関し、ねじり角θと傾斜角度ψ１の関係を求めた結果を示すグラフ。
【図13】実施例と比較例に関し、ねじり角θと傾斜角度ψ２の関係を求めた結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して強調表示している場合がある。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
なお、以下の説明で用いる図面は、便宜上特徴となる部分を拡大して強調表示している場合がある。また、同様の目的で、特徴とならない部分を省略して図示している場合がある。
【0014】
図１は第１実施形態の内面螺旋溝付伝熱管１を示す横断面図であり、図２は内面螺旋溝付伝熱管１の縦断面図、図３は螺旋フィンの部分拡大図である。
内面螺旋溝付伝熱管１は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することができる。内面螺旋溝付伝熱管１にアルミニウム合金を用いる場合は、そのアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用できる。また、これら以外にＪＩＳに規定されている５０００系～７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて内面螺旋溝付伝熱管１を構成しても良く、ＪＩＳに規定されていないアルミニウム合金を用いても良いのは勿論である。なお、本明細書において「アルミニウム製」とは、アルミニウム合金および純アルミニウムからなるものを包含する概念とする。
内面螺旋溝付伝熱管１は、アルミニウム又はアルミニウム合金から形成することができる。内面螺旋溝付伝熱管１にアルミニウム合金を用いる場合は、そのアルミニウム合金に特に制限はなく、ＪＩＳで規定される１０５０、１１００、１２００等の純アルミニウム系、あるいは、これらにＭｎを添加した３００３に代表される３０００系のアルミニウム合金等を適用できる。また、これら以外にＪＩＳに規定されている５０００系～７０００系のアルミニウム合金のいずれかを用いて内面螺旋溝付伝熱管１を構成しても良く、ＪＩＳに規定されていないアルミニウム合金を用いても良いのは勿論である。なお、本明細書において「アルミニウム製」とは、アルミニウム合金および純アルミニウムからなるものを包含する概念とする。
【0015】
内面螺旋溝付伝熱管１は、横断面の外形状が円形の管本体１Ａからなる。管本体１Ａの外周面１ａの直径は、例えば小型の熱交換器対応の場合、４ｍｍ以上１５ｍｍ以下程度である。管本体１Ａの内周面１ｂには、長さ方向に沿って形成された複数の螺旋フィン３が形成されている。管本体１Ａの内面において、隣接する螺旋フィン３、３の間には、螺旋フィン３の先端と比較して内径が大きく形成された螺旋溝４が形成されている。
本実施形態において、螺旋フィン３は、例えば管本体１Ａの内周方向に３０個～６０個程度間欠的に延在されている。螺旋フィン３の高さ（すなわち半径方向の寸法）は、例えば０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。また、管本体１Ａの底肉厚ｃ（すなわち、螺旋溝４の底部に対応する管本体１Ａの厚さ）は、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。螺旋フィン３の頂角（フィン３の側面同士のなす角）は、例えば１０°～３０°である。螺旋フィン３の捻り角θ１（捻り角）は、例えば５°以上４５°以下である。なお、捻り角θ１は一定である必然性はなく、内面螺旋溝付伝熱管１０の長さ方向に周期的に異なる捻り角を有する構成でも良い。
本実施形態において、螺旋フィン３は、例えば管本体１Ａの内周方向に３０個～６０個程度間欠的に延在されている。螺旋フィン３の高さ（すなわち半径方向の寸法）は、例えば０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下である。また、管本体１Ａの底肉厚ｃ（すなわち、螺旋溝４の底部に対応する管本体１Ａの厚さ）は、例えば０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下である。螺旋フィン３の頂角（フィン３の側面同士のなす角）は、例えば１０°～３０°である。螺旋フィン３の捻り角θ１（捻り角）は、例えば５°以上４５°以下である。なお、捻り角θ１は一定である必然性はなく、内面螺旋溝付伝熱管１０の長さ方向に周期的に異なる捻り角を有する構成でも良い。
【0016】
本実施形態において、内周面１ｂに螺旋フィン３を形成することにより、内面螺旋溝付伝熱管１とその内部を流れる冷媒液との熱交換効率を高めることができる。螺旋フィン３を備えた内面螺旋溝付伝熱管１は、押出加工により長さ方向に直線状に延びる内面フィンを形成した素管に捻りを付与することにより製造できる。
【0017】
図３は、内面螺旋溝付伝熱管１の内面に形成されている１つの螺旋フィン３の拡大図である。図３は管本体１Ａの横断面を見た場合の１つの螺旋フィン３を示している。図３に示す螺旋フィン３の先端側は基端側よりも若干先細り形状に形成されている。図３に示す螺旋フィン３は、図１に示す内面螺旋溝付伝熱管１の横断面視凸型のフィンであり、左右の螺旋溝４から立ち上がる側壁３Ａ、３Ｂと、２つの側壁３Ａ、３Ｂの先端側に形成されて、これらに連続する先端壁３Ｃを有している。螺旋フィン３は先細り形状であるため、側壁３Ａ、３Ｂは傾斜されている。
【0018】
図１、図２では詳細に表示できていないが、図３に詳細に示すように螺旋フィン３は若干一側（図３では左側）に傾くように傾斜されている。螺旋フィン３の底壁は管本体１Ａと一体化されている。図３における螺旋フィン３の底壁の幅方向（左右方向）中央位置であって、螺旋フィン３の左右の側壁３Ａ、３Ｂが螺旋溝４に接続する位置の中央位置でもある中点Ａから、螺旋フィン３の先端壁３Ｃの幅方向中央位置を通過する線分を螺旋フィン３の中心軸ａと定義する。これに対し、管本体１Ａの横断面が描く円の中心を通る半径を示す線分ｂであって、前述の中点Ａを通過する線分ｂを図３に示すように描くことができる。
【0019】
図３に示すように螺旋フィン３の中心軸ａは、線分ｂに対しψ１の傾斜角度を有して若干左向きに傾斜されている。換言すると、図３に示すように螺旋フィン３の中心軸ａは、線分ｂに対しψ１の傾斜角度を有し管本体１Ａの周方向一側向きに（図３では左側向きに）傾斜されている。さらに換言すると、図３に示すように螺旋フィン３は線分ｂに対し管本体１Ａの周方向一側向き（図３では左側向き）に傾斜されている。従って、図３に示すように螺旋フィン３の横断面において左側の側壁３Ａが描く輪郭より、右側の側壁３Ｂが描く輪郭の方が長く形成されている。
【0020】
図３は管本体１Ａの内面に形成されている複数の螺旋フィン３のうち、１つの螺旋フィン３のみを示した図であるので、以下に管本体１Ａに形成されている複数の螺旋フィン３のぞれぞれの傾斜方向について説明する。
螺旋フィン３は管本体１Ａの長さ方向に螺旋状に形成されているが、管本体１Ａの長さ方向に沿って右回り旋回型に螺旋を描く螺旋フィン３が形成されている場合と、左回り旋回型に螺旋を描く螺旋フィン３が形成されている場合に、それぞれ螺旋フィン３に設ける傾斜角度ψ１の方向が異なる。
後述する拡管プラグを管本体１Ａの一端側から奥側向きに押し込み、管本体１Ａの他端部側に向けて順次拡管する場合を想定する。
この場合、側壁３Ｂを管本体１Ａの奥側寄りに向けるように、側壁３Ａを管本体１Ａの手前側よりに向けるように配置する。より具体的には図４に示す以下の例のように配置する。
螺旋フィン３は管本体１Ａの長さ方向に螺旋状に形成されているが、管本体１Ａの長さ方向に沿って右回り旋回型に螺旋を描く螺旋フィン３が形成されている場合と、左回り旋回型に螺旋を描く螺旋フィン３が形成されている場合に、それぞれ螺旋フィン３に設ける傾斜角度ψ１の方向が異なる。
後述する拡管プラグを管本体１Ａの一端側から奥側向きに押し込み、管本体１Ａの他端部側に向けて順次拡管する場合を想定する。
この場合、側壁３Ｂを管本体１Ａの奥側寄りに向けるように、側壁３Ａを管本体１Ａの手前側よりに向けるように配置する。より具体的には図４に示す以下の例のように配置する。
【0021】
図４（ａ）は内面螺旋溝付伝熱管１の横断面の概形と左回り旋回（反時計方向旋回）型に設けた螺旋フィン３の位置関係を示し、図４（ｂ）は内面螺旋溝付伝熱管１の横断面の概形と右周り旋回（時計方向旋回）型に設けた螺旋フィン３の位置関係を示す。
図面の簡略化のために、図４では内面螺旋溝付伝熱管１（管本体１Ａ）の横断面の概形を１つの円で示し、内面螺旋溝付伝熱管１の一端を紙面表側（手前側）に、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側を紙面裏側に配置したと見立てて、その場合の内面螺旋溝付伝熱管１の開口部において、上側と下側にのみ存在する螺旋フィン３の旋回状態の概要を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）に示す各内面螺旋溝付伝熱管１において、上側の螺旋フィン３と下側の螺旋フィン３に隣接するように内面螺旋溝付伝熱管１の内周回りに複数の螺旋フィン３が存在するが、図４では記載を略している。
図面の簡略化のために、図４では内面螺旋溝付伝熱管１（管本体１Ａ）の横断面の概形を１つの円で示し、内面螺旋溝付伝熱管１の一端を紙面表側（手前側）に、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側を紙面裏側に配置したと見立てて、その場合の内面螺旋溝付伝熱管１の開口部において、上側と下側にのみ存在する螺旋フィン３の旋回状態の概要を示す。なお、図４（ａ）、（ｂ）に示す各内面螺旋溝付伝熱管１において、上側の螺旋フィン３と下側の螺旋フィン３に隣接するように内面螺旋溝付伝熱管１の内周回りに複数の螺旋フィン３が存在するが、図４では記載を略している。
【0022】
図４（ａ）に示すように左回り旋回型、かつ上側の螺旋フィン３においては、左側面側に側壁３Ａが配置され、右側面側に側壁３Ｂが配置される。図４（ａ）に示すように左回り旋回型、かつ下側の螺旋フィン３においては、右側面側に側壁３Ａが配置され、左側面側に側壁３Ｂが配置される。図４（ａ）の上側の螺旋フィン３の配置例は、図３に示す構成と同じである。
図４（ｂ）に示すように右回り旋回型、かつ上側の螺旋フィン３においては、右側面側に側壁３Ａが配置され、左側面側に側壁３Ｂが配置される。図４（ｂ）に示すように右回り旋回型、かつ下側の螺旋フィン３においては、左側面側に側壁３Ａが配置され、右側面側に側壁３Ｂが配置される。
図４（ｂ）に示すように右回り旋回型、かつ上側の螺旋フィン３においては、右側面側に側壁３Ａが配置され、左側面側に側壁３Ｂが配置される。図４（ｂ）に示すように右回り旋回型、かつ下側の螺旋フィン３においては、左側面側に側壁３Ａが配置され、右側面側に側壁３Ｂが配置される。
【0023】
図４（ａ）、（ｂ）において、それぞれの図の上側に配置した螺旋フィン３であっても、それぞれの図の下側に配置した螺旋フィン３であっても、側壁３Ｂを管本体１Ａの奥側寄りに向くように、側壁３Ａを管本体１Ａの表側より（手前側より）に向くように配置している点は共通である。
換言すると、管本体１Ａの横断面に描かれる凸型の全ての螺旋フィン３の中心軸ａが、管本体１Ａの周方向一側あるいは周方向他側に向いて揃って傾斜されている。
図４（ａ）に示す左回り旋回型の螺旋フィン３の場合、管本体１Ａの横断面に示す各螺旋フィン３において、管本体１Ａの周方向に沿って反時計方向に傾斜されている。
図４（ｂ）に示す右回り旋回型の螺旋フィン３の場合、管本体１Ａの横断面に示す各螺旋フィン３において、管本体１Ａの周方向に沿って時計方向に傾斜されている。
換言すると、管本体１Ａの横断面に描かれる凸型の全ての螺旋フィン３の中心軸ａが、管本体１Ａの周方向一側あるいは周方向他側に向いて揃って傾斜されている。
図４（ａ）に示す左回り旋回型の螺旋フィン３の場合、管本体１Ａの横断面に示す各螺旋フィン３において、管本体１Ａの周方向に沿って反時計方向に傾斜されている。
図４（ｂ）に示す右回り旋回型の螺旋フィン３の場合、管本体１Ａの横断面に示す各螺旋フィン３において、管本体１Ａの周方向に沿って時計方向に傾斜されている。
【0024】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、左回り旋回型の螺旋フィン３と右周り旋回型の螺旋フィン３において、各螺旋フィン３の傾斜方向が異なるのは以下に説明する理由からである。
図４（ａ）、（ｂ）に示す紙面表側から紙面裏側に向けて拡管プラグを押し込んで内面螺旋溝付伝熱管１を拡管する場合、拡管プラグは各螺旋フィン３を内面螺旋溝付伝熱管１の奥側に向けて押し倒すように力を付加しながら拡管する。
従って、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す何れの構成であっても、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側に向いて側壁３Ｂが配置されるように、内面螺旋溝付伝熱管１の手前側に向いて側壁３Ａが配置されるように螺旋フィン３を配置する。
換言すると、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す何れの構成であっても、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側から手前側に向けて螺旋フィン３を傾斜させるように、各螺旋フィン３が傾斜されている。
図４（ａ）、（ｂ）に示す紙面表側から紙面裏側に向けて拡管プラグを押し込んで内面螺旋溝付伝熱管１を拡管する場合、拡管プラグは各螺旋フィン３を内面螺旋溝付伝熱管１の奥側に向けて押し倒すように力を付加しながら拡管する。
従って、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す何れの構成であっても、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側に向いて側壁３Ｂが配置されるように、内面螺旋溝付伝熱管１の手前側に向いて側壁３Ａが配置されるように螺旋フィン３を配置する。
換言すると、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す何れの構成であっても、内面螺旋溝付伝熱管１の奥側から手前側に向けて螺旋フィン３を傾斜させるように、各螺旋フィン３が傾斜されている。
【0025】
内面螺旋溝付伝熱管１の奥側に向いて側壁３Ｂが配置されていることは、図３に示すように螺旋フィン３に傾斜角度ψ１が付与されているとすると、図４（ａ）、（ｂ）に示す各螺旋フィン３はいずれも内面螺旋溝付伝熱管１の手前側に向いて若干傾斜されていることとなる。これにより、各螺旋フィン３はいずれも、拡管プラグの進行方向に対し反対方向に傾斜されていることとなる。
従って、内面螺旋溝付伝熱管１を拡管プラグにより拡管した場合、各螺旋フィン３はいずれもフィン倒れを生じ難いように、拡管プラグの進行方向の反対側に向くように予め傾斜されていることとなる。このため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように全ての螺旋フィン３の方向を揃えることで拡管時にフィン倒れを生じ難くすることができる。
従って、内面螺旋溝付伝熱管１を拡管プラグにより拡管した場合、各螺旋フィン３はいずれもフィン倒れを生じ難いように、拡管プラグの進行方向の反対側に向くように予め傾斜されていることとなる。このため、図４（ａ）、（ｂ）に示すように全ての螺旋フィン３の方向を揃えることで拡管時にフィン倒れを生じ難くすることができる。
【0026】
なお、図４（ａ）、（ｂ）においては、上側と下側の螺旋フィン３のみ示し、管本体１Ａの内周方向に存在する他の螺旋フィン３は記載を略している。しかし、螺旋フィン３は図１、図２に示すように管本体１Ａの内周に間欠的に複数形成されているので、記載を略した他の螺旋フィン３についても図４（ａ）、（ｂ）に示した螺旋フィン３と同じ向きに配置されている。
例えば、図４（ａ）に示す左回り旋回型の他の螺旋フィン３については、図４（ａ）に示すように横断面視した場合、各螺旋フィン３の右回り側に位置する側面に側壁３Ｂが位置し、各螺旋フィン３の左回り側に位置する側面に側壁３Ａが位置するように各螺旋フィン３が配置される。
例えば、図４（ｂ）に示す右回り旋回型の他の螺旋フィン３については、図４（ｂ）に示すように横断面視した場合、各螺旋フィン３の左回り側に位置する側面に側壁３Ｂが位置し、各螺旋フィン３の右回り側に位置する側面に側壁３Ａが位置するように各螺旋フィン３が配置される。
例えば、図４（ａ）に示す左回り旋回型の他の螺旋フィン３については、図４（ａ）に示すように横断面視した場合、各螺旋フィン３の右回り側に位置する側面に側壁３Ｂが位置し、各螺旋フィン３の左回り側に位置する側面に側壁３Ａが位置するように各螺旋フィン３が配置される。
例えば、図４（ｂ）に示す右回り旋回型の他の螺旋フィン３については、図４（ｂ）に示すように横断面視した場合、各螺旋フィン３の左回り側に位置する側面に側壁３Ｂが位置し、各螺旋フィン３の右回り側に位置する側面に側壁３Ａが位置するように各螺旋フィン３が配置される。
【0027】
図５および図６は、内面螺旋溝付伝熱管１の製造に用いる内面直線溝付押出素管１４を示すもので、この内面直線溝付押出素管１４の内面には、管の長さ方向に沿う直線溝１２が内周方向に所定の間隔をおいて複数形成され、管の内周方向に隣接する直線溝１２、１２間に内部フィン１３が形成されている。
【0028】
図５、図６に示す内面直線溝付押出素管１４は、横断面の外形状が円形の管本体１４Ａからなる。
管本体１４Ａの外径（管本体１４Ａの外周面１４ａが描く円の直径）は、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。管本体１４Ａの内周面１４ｂには、管本体１４Ａの長さ方向に沿って直線状に形成された内部フィン１３が管本体１４Ａの内周方向に所定の間隔をあけて３０～６０個（３０～６０条）程度形成されている。また、管本体１４Ａの内周方向に隣接する直線状の内部フィン１３、１３の間には、所定幅、例えば一定幅の直線溝１２が形成されている。
内部フィン１３の横断面形状は図３に示す形状の螺旋フィン３の横断面形状と同等であるが、管本体１４Ａの長さ方向に螺旋状ではなく直線状に形成されている。
直線状の内部フィン１３を有する内面直線溝付押出素管１４を捻り引抜加工することにより、図１～図４に示す螺旋フィン３と螺旋溝４を備えた内面螺旋溝付伝熱管１を得ることができる。
管本体１４Ａの外径（管本体１４Ａの外周面１４ａが描く円の直径）は、例えば、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下である。管本体１４Ａの内周面１４ｂには、管本体１４Ａの長さ方向に沿って直線状に形成された内部フィン１３が管本体１４Ａの内周方向に所定の間隔をあけて３０～６０個（３０～６０条）程度形成されている。また、管本体１４Ａの内周方向に隣接する直線状の内部フィン１３、１３の間には、所定幅、例えば一定幅の直線溝１２が形成されている。
内部フィン１３の横断面形状は図３に示す形状の螺旋フィン３の横断面形状と同等であるが、管本体１４Ａの長さ方向に螺旋状ではなく直線状に形成されている。
直線状の内部フィン１３を有する内面直線溝付押出素管１４を捻り引抜加工することにより、図１～図４に示す螺旋フィン３と螺旋溝４を備えた内面螺旋溝付伝熱管１を得ることができる。
【0029】
内面螺旋溝付伝熱管１０は、先に説明した特許文献１（特許第６１６９５３８号公報）あるいは特許文献２（特許第６４３９２２２号公報）に記載されている如く、内面直線溝付押出素管１４に対し引抜加工と捻り加工を同時に施す捻り引抜加工を施すことで製造される。
従って、内面螺旋溝付伝熱管１に形成されている螺旋フィン３と螺旋溝４の横断面形状は、内面直線溝付押出素管１４に形成されている内部フィン１３と直線溝１２の横断面形状と同等の形状である。ただし、螺旋フィン３と螺旋溝４が管の長手方向に螺旋状に形成されているのに対し、内部フィン１３と直線溝１２は管の長手方向に直線状に形成されている点が異なる。
従って、内面螺旋溝付伝熱管１に形成されている螺旋フィン３と螺旋溝４の横断面形状は、内面直線溝付押出素管１４に形成されている内部フィン１３と直線溝１２の横断面形状と同等の形状である。ただし、螺旋フィン３と螺旋溝４が管の長手方向に螺旋状に形成されているのに対し、内部フィン１３と直線溝１２は管の長手方向に直線状に形成されている点が異なる。
【0030】
特許文献１（特許第６１６９５３８号公報）の図１に記載されている内面螺旋溝付管の製造装置あるいは特許文献２（特許第６４３９２２２号公報）の図１に記載されている内面螺旋溝付管の製造装置を用い、本願明細書に添付の図５、図６に示す内面直線溝付押出素管１４に捻り引抜加工を施すことで、図１～図４に示す内面螺旋溝付伝熱管１を得ることができる。
図４（ａ）に示す左回り旋回型の螺旋フィン３を製造する方法と、図４（ｂ）に示す右回り旋回型の螺旋フィン３を製造する方法は、特許文献１、２に記載されている製造装置を用いて捻り引抜加工を施す場合、捻る方向を左回りとするか右回りとするかの使い分けにより何れも製造可能となる。
図４（ａ）に示す左回り旋回型の螺旋フィン３を製造する方法と、図４（ｂ）に示す右回り旋回型の螺旋フィン３を製造する方法は、特許文献１、２に記載されている製造装置を用いて捻り引抜加工を施す場合、捻る方向を左回りとするか右回りとするかの使い分けにより何れも製造可能となる。
【0031】
図７は、図３に示す傾斜角度ψ１を有する螺旋フィン３に対し、傾斜角度を０゜とした場合の螺旋フィン３’の一例を示す。図７は管本体の横断面における螺旋フィン３’の形状を示す。
図７に示す螺旋フィン３’において、底壁の幅方向（左右方向）中央位置であって、螺旋フィン３’の左右の側壁３Ａ、３Ａが螺旋溝４に接続する位置の中央位置でもある中点Ａから、螺旋フィン３’の先端壁３Ｃの幅方向中央位置を通過する線分を螺旋フィン３’の中心軸ａと定義できる。これに対し、管本体１Ａの横断面が描く円の中心を通る半径を示す線分ｂであって前述の中点Ａを通過する線分ｂを図７に描くと、中心軸ａと一致する線分となる。螺旋フィン３’においては、傾斜角度ψ１が０であるため、左右の側壁３Ａは対称形状を有する。
図７に示す螺旋フィン３’の場合、拡管プラグによる拡管工程を経ると螺旋フィン３’にフィン倒れを起こし易い課題がある。
図７に示す螺旋フィン３’において、底壁の幅方向（左右方向）中央位置であって、螺旋フィン３’の左右の側壁３Ａ、３Ａが螺旋溝４に接続する位置の中央位置でもある中点Ａから、螺旋フィン３’の先端壁３Ｃの幅方向中央位置を通過する線分を螺旋フィン３’の中心軸ａと定義できる。これに対し、管本体１Ａの横断面が描く円の中心を通る半径を示す線分ｂであって前述の中点Ａを通過する線分ｂを図７に描くと、中心軸ａと一致する線分となる。螺旋フィン３’においては、傾斜角度ψ１が０であるため、左右の側壁３Ａは対称形状を有する。
図７に示す螺旋フィン３’の場合、拡管プラグによる拡管工程を経ると螺旋フィン３’にフィン倒れを起こし易い課題がある。
【0032】
これに対し、図８は、図１～図４に示す傾斜角度ψ１を有する螺旋フィン３を拡管プラグにより拡管した後の螺旋フィン３０の一例を示す。図８は、管本体１Ａの横断面における螺旋フィン３０の形状を示している。
拡管プラグにより押圧されることで図３に示す螺旋フィン３０はその高さを減少するように変形されるとともに、図３の左側に位置する側壁３０Ａが若干膨らんで押し潰されるように変形して図８に示す左側の側壁３０Ａを形成する。拡管により、図３の右側に位置する側壁３０Ｂが側壁３０Ａ側より多めに押し潰されるように変形し、さらに螺旋フィン３０の押し潰された側の肉が側壁３０Ｂ側の領域に移動する結果、螺旋フィン３０においては、側壁３０Ｂ側の部分の肉厚が増加する。
拡管プラグにより押圧されることで図３に示す螺旋フィン３０はその高さを減少するように変形されるとともに、図３の左側に位置する側壁３０Ａが若干膨らんで押し潰されるように変形して図８に示す左側の側壁３０Ａを形成する。拡管により、図３の右側に位置する側壁３０Ｂが側壁３０Ａ側より多めに押し潰されるように変形し、さらに螺旋フィン３０の押し潰された側の肉が側壁３０Ｂ側の領域に移動する結果、螺旋フィン３０においては、側壁３０Ｂ側の部分の肉厚が増加する。
【0033】
図８に示す拡管後の螺旋フィン３０において、螺旋フィン３０の左右の側壁３０Ａ、３０Ｂが螺旋溝４に接続する位置の中央である中点Ａから、螺旋フィン３０の先端壁３０Ｃの幅方向中央位置を通過する線分を螺旋フィン３０の中心軸ａ’と定義することができる。これに対し、管本体１Ａの横断面が描く円の中心を通る半径を示す線分ｂであって前述の中点Ａを通過する線分ｂを図８に示すように描くことができる。
【0034】
図８に示すように拡管後の螺旋フィン３０において、中心軸ａ’と線分ｂがなす角度を螺旋フィン３０の傾斜角度ψ２と定義することができる。
図３に示す螺旋フィン３の中心軸ａおよび線分ｂと、図８に示す螺旋フィン３０の中心軸ａ’および線分ｂを対比すると以下のように説明できる。
図３に示す螺旋フィン３の線分ｂよりも左側に位置していた螺旋フィン３の中心軸ａは、拡管後、図８に示す螺旋フィン３０のように線分ｂよりも右側に位置する中心軸ａ’となる。即ち、図３の左向きに傾斜していた螺旋フィン３が、拡管により変形して図８に示す螺旋フィン３０となった場合、図３に示す傾斜角度ψ１が、図８に示す傾斜角度ψ２となるように螺旋フィン３が変形したこととなる。図８に示すように変形した場合、螺旋フィン３０にフィン倒れを生じることなく、螺旋フィン３が倒れないように拡管できたこととなる。
拡管後の傾斜角度ψ２については、－５゜以上、＋５°以下の範囲が好ましく、－２゜以上、＋２°以下の範囲がより好ましい。
図３に示す螺旋フィン３の中心軸ａおよび線分ｂと、図８に示す螺旋フィン３０の中心軸ａ’および線分ｂを対比すると以下のように説明できる。
図３に示す螺旋フィン３の線分ｂよりも左側に位置していた螺旋フィン３の中心軸ａは、拡管後、図８に示す螺旋フィン３０のように線分ｂよりも右側に位置する中心軸ａ’となる。即ち、図３の左向きに傾斜していた螺旋フィン３が、拡管により変形して図８に示す螺旋フィン３０となった場合、図３に示す傾斜角度ψ１が、図８に示す傾斜角度ψ２となるように螺旋フィン３が変形したこととなる。図８に示すように変形した場合、螺旋フィン３０にフィン倒れを生じることなく、螺旋フィン３が倒れないように拡管できたこととなる。
拡管後の傾斜角度ψ２については、－５゜以上、＋５°以下の範囲が好ましく、－２゜以上、＋２°以下の範囲がより好ましい。
【0035】
図９は、内面螺旋溝付伝熱管１を拡管プラグ５により拡管している状態の一例を示す。図９に示す拡管プラグ５は軸部５Ａの先端に膨出型のヘッド部５Ｂを備えている。
内面螺旋溝付伝熱管１の内径がβである場合、ヘッド部５Ｂの最大外径を内径βより若干大きく設計しておくと、内面螺旋溝付伝熱管１を拡管することができる。
拡管プラグ５の先端５ａを内面螺旋溝付伝熱管１の一端から挿入すると、ヘッド部５Ｂにより内面螺旋溝付伝熱管１を拡管することができ、内面螺旋溝付伝熱管１の外径α１を外径α２に拡げることができる。
拡管前に板状の放熱フィンを複数整列配置し、これら放熱フィンに形成した透孔を貫通するように内面螺旋溝付伝熱管１を配置した後、図９に示すように拡管すると、外径α１を外径α２に拡げることができるので、放熱フィンと内面螺旋溝付伝熱管１を機械的に接合することができる。
内面螺旋溝付伝熱管１の内径がβである場合、ヘッド部５Ｂの最大外径を内径βより若干大きく設計しておくと、内面螺旋溝付伝熱管１を拡管することができる。
拡管プラグ５の先端５ａを内面螺旋溝付伝熱管１の一端から挿入すると、ヘッド部５Ｂにより内面螺旋溝付伝熱管１を拡管することができ、内面螺旋溝付伝熱管１の外径α１を外径α２に拡げることができる。
拡管前に板状の放熱フィンを複数整列配置し、これら放熱フィンに形成した透孔を貫通するように内面螺旋溝付伝熱管１を配置した後、図９に示すように拡管すると、外径α１を外径α２に拡げることができるので、放熱フィンと内面螺旋溝付伝熱管１を機械的に接合することができる。
【0036】
拡管の場合、図７に示す構成の螺旋フィン３’であると螺旋フィン３’が倒れるおそれが高い。しかし、図３に示す傾斜角度ψ１を有する螺旋フィン３であれば、拡管後、図８に示す螺旋フィン３０の形状に変形できるので、螺旋フィン３０においてフィン倒れ発生のおそれをなくすることができる。また、螺旋溝４について拡管後も溝幅を十分に確保できるので、熱交換性能が低下しない内面螺旋溝付伝熱管１を提供できる。
傾斜角度ψ１、ψ２の具体的な設定例については、後に記載の実施例において詳細に説明する。
傾斜角度ψ１、ψ２の具体的な設定例については、後に記載の実施例において詳細に説明する。
【0037】
図１０は、内面螺旋溝付伝熱管１を備えた熱交換器１５の一例を示す概略図であり、冷媒を通過させるチューブとして内面螺旋溝付伝熱管１を蛇行させて設け、この内面螺旋溝付伝熱管１の周囲に複数のアルミニウム合金製の板状の放熱フィン（外部フィン）１６を平行に配設した構造である。内面螺旋溝付伝熱管１は、図１０（ａ）に示すように平行に配設した放熱フィン１６に設けた複数の透孔を貫通するように設けられている。
図１０（ａ）に示す熱交換器１５において内面螺旋溝付伝熱管１は、放熱フィン１６を直線状に貫通する複数のＵ字状の主管１０Ａと、隣接する主管１０Ａの隣り合う端部開口どうしをＵ字形のエルボ管１０Ｂを図１０（ａ）、（ｂ）に示すように接続して構成される。また、放熱フィン１６を貫通している内面螺旋溝付伝熱管１の一方の端部側に冷媒の入口部１７を形成し、内面螺旋溝付伝熱管１の他方の端部側に冷媒の出口部１８を形成することで図１０（ａ）に示す熱交換器１５が構成されている。
図１０（ａ）に示す熱交換器１５において内面螺旋溝付伝熱管１は、放熱フィン１６を直線状に貫通する複数のＵ字状の主管１０Ａと、隣接する主管１０Ａの隣り合う端部開口どうしをＵ字形のエルボ管１０Ｂを図１０（ａ）、（ｂ）に示すように接続して構成される。また、放熱フィン１６を貫通している内面螺旋溝付伝熱管１の一方の端部側に冷媒の入口部１７を形成し、内面螺旋溝付伝熱管１の他方の端部側に冷媒の出口部１８を形成することで図１０（ａ）に示す熱交換器１５が構成されている。
【0038】
熱交換器１５を製造するには、まず、内面螺旋溝付伝熱管１をヘアピン加工して主管１０Ａとエルボ管１０Ｂを形成する。次に、並列させた複数の放熱フィン１６に形成した透孔を貫通するように主管１０Ａを設け、主管１０Ａの内部に拡管プラグを挿入して主管１０Ａを拡管し、放熱フィン１６と主管１０Ａとの機械的接合力を確保し、この後に主管１０Ａの端部同士をエルボ管１０Ｂで接合することにより熱交換器１５を製造できる。
【0039】
熱交換器１５を構成する内面螺旋溝付伝熱管１では、螺旋フィン３に傾斜角度ψ１を設定しているので、拡管後においてフィン倒れを起こしていない伝熱管となる。
よって熱交換効率の良好な内面螺旋溝付伝熱管１からなる主管１０Ａとエルボ管１０Ｂを備えた熱交換効率の良好な熱交換器１５を提供できる。
拡管後の熱交換器１５において、主管１０Ａの螺旋フィンに付与される傾斜角度ψ２については、－５゜以上、＋５°以下の範囲が好ましい。拡管後の螺旋フィンに付与される傾斜角度ψ２が－２゜以上、＋２°以下の範囲がより好ましい。
よって熱交換効率の良好な内面螺旋溝付伝熱管１からなる主管１０Ａとエルボ管１０Ｂを備えた熱交換効率の良好な熱交換器１５を提供できる。
拡管後の熱交換器１５において、主管１０Ａの螺旋フィンに付与される傾斜角度ψ２については、－５゜以上、＋５°以下の範囲が好ましい。拡管後の螺旋フィンに付与される傾斜角度ψ２が－２゜以上、＋２°以下の範囲がより好ましい。
【実施例0040】
有限要素法に基づき、螺旋フィンの変形解析モデルを策定するため、図１１に示す断面モデルを構築し、解析を実施した。
図１１において、符号２０で示す部分は、内面螺旋溝付伝熱管の管本体を周方向に部分的にカットした横断面解析モデルを示し、この管本体の内周側に傾斜角度ψ１を０゜とした螺旋フィンが１個形成されている解析モデルを用いた。
図１１において、符号２０で示す部分は、内面螺旋溝付伝熱管の管本体を周方向に部分的にカットした横断面解析モデルを示し、この管本体の内周側に傾斜角度ψ１を０゜とした螺旋フィンが１個形成されている解析モデルを用いた。
【0041】
図１１に示す解析モデルにおいて、管本体の外径：５ｍｍ、内径：３．２ｍｍ、螺旋フィン高さ：０．２５ｍｍ、底肉厚：０．６５ｍｍ、フィン先端壁の幅：０．１ｍｍ、フィン根元Ｒ：０．０５ｍｍ、頂角：３０゜、ねじり角：１５゜、条数：４０に設定した。
図１１に示す解析モデルを用いてねじり角を１２゜、１５゜、２０゜、３０゜、４０゜に設定し、螺旋フィンを幅方向一側に向けて倒すように外径４．０８ｍｍの拡管プラグを挿通し、管本体を拡管した場合のシミュレーション解析を実施した。
前述のように拡管し、螺旋フィンの傾斜角度ψ１を種々の値に設定した場合、加圧後の傾斜角度ψ２の関係を求めるシミュレーション解析としている。この解析において、管本体の変形抵抗はＡ３００３－Ｏ材相当の値を用い、拡管プラグは解析的剛体とした。管本体と拡管プラグの間の摩擦係数は、管本体と拡管プラグの間の摩擦はクーロン摩擦とし、摩擦係数は０．２５とした。
解析結果を以下の表１に示す。
図１１に示す解析モデルを用いてねじり角を１２゜、１５゜、２０゜、３０゜、４０゜に設定し、螺旋フィンを幅方向一側に向けて倒すように外径４．０８ｍｍの拡管プラグを挿通し、管本体を拡管した場合のシミュレーション解析を実施した。
前述のように拡管し、螺旋フィンの傾斜角度ψ１を種々の値に設定した場合、加圧後の傾斜角度ψ２の関係を求めるシミュレーション解析としている。この解析において、管本体の変形抵抗はＡ３００３－Ｏ材相当の値を用い、拡管プラグは解析的剛体とした。管本体と拡管プラグの間の摩擦係数は、管本体と拡管プラグの間の摩擦はクーロン摩擦とし、摩擦係数は０．２５とした。
解析結果を以下の表１に示す。
【0042】
【表1】
【0043】
表１に示す解析結果について、ねじり角θ（゜）と傾斜角度ψ１（゜）の関係を図１２に示し、ねじり角（゜）と傾斜角度ψ２（゜）の関係を図１３に示す。
傾斜角度ψ１を一定値に設定しても、螺旋フィンのねじり角に応じて螺旋フィンが受ける圧力の向きが異なるため、ψ２の値は変化することとなる。
図１２に示す結果から、ねじり角θと傾斜角度ψ１の関係に関し、ψ１＝０．４５θの式で示す線分の上方に比較例２、４、１０が分布し、前記線分の下方に実施例１～６が分布した。よって、ψ１≦０．４５θの式で示す関係であることが望ましいことが判る。
また、ψ１＝０．３５θ－２．１の式で示す線分の上方に実施例１～６が分布し、前記線分の下方に比較例１、３、５、７、８が分布した。よって、ψ１≧０．３５θ－２．１の式で示す関係であることが望ましいことが判る。
以上の関係から、傾斜角度ψ１（゜）とねじり角θ（゜）の関係は、以下の（１）式を満足する用に設計し、内面螺旋溝付伝熱管を製造することが望ましいと判明した。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
傾斜角度ψ１を一定値に設定しても、螺旋フィンのねじり角に応じて螺旋フィンが受ける圧力の向きが異なるため、ψ２の値は変化することとなる。
図１２に示す結果から、ねじり角θと傾斜角度ψ１の関係に関し、ψ１＝０．４５θの式で示す線分の上方に比較例２、４、１０が分布し、前記線分の下方に実施例１～６が分布した。よって、ψ１≦０．４５θの式で示す関係であることが望ましいことが判る。
また、ψ１＝０．３５θ－２．１の式で示す線分の上方に実施例１～６が分布し、前記線分の下方に比較例１、３、５、７、８が分布した。よって、ψ１≧０．３５θ－２．１の式で示す関係であることが望ましいことが判る。
以上の関係から、傾斜角度ψ１（゜）とねじり角θ（゜）の関係は、以下の（１）式を満足する用に設計し、内面螺旋溝付伝熱管を製造することが望ましいと判明した。
０．３５×θ－２．１≦ψ1≦０．４５×θ …（１）式
【0044】
図１３に示すように、ねじり角（゜）と傾斜角度ψ２（゜）の関係に関し、実施例１～６と比較例１～１０が分布した。
図１３に示す結果から、螺旋フィンのねじり角が１０゜～４０゜の範囲において、ψ２＝－５゜～＋５゜の範囲に実施例１～６が分布した。このことから、実施例１～６であれば、拡管後の傾斜角度ψ２を－５゜～＋５゜の範囲に制御できることが判った。
よって、拡管工程を実施して熱交換器を製造する場合、螺旋フィンのねじり角に合わせて（１）式を満足するように傾斜角度ψ１を設計することにより、フィン倒れを起こさない熱交換器を製造できる。以上の説明のように、有限要素法を用いた予測結果に基づき、螺旋フィンの傾斜角度ψ１を決定する設計方法により、フィン倒れを生じない内面螺旋溝付伝熱管を設計し、製造し、提供できる。
図１３に示す結果から、螺旋フィンのねじり角が１０゜～４０゜の範囲において、ψ２＝－５゜～＋５゜の範囲に実施例１～６が分布した。このことから、実施例１～６であれば、拡管後の傾斜角度ψ２を－５゜～＋５゜の範囲に制御できることが判った。
よって、拡管工程を実施して熱交換器を製造する場合、螺旋フィンのねじり角に合わせて（１）式を満足するように傾斜角度ψ１を設計することにより、フィン倒れを起こさない熱交換器を製造できる。以上の説明のように、有限要素法を用いた予測結果に基づき、螺旋フィンの傾斜角度ψ１を決定する設計方法により、フィン倒れを生じない内面螺旋溝付伝熱管を設計し、製造し、提供できる。
【符号の説明】
【0045】
１…内面螺旋溝付伝熱管、１Ａ…管本体、１ａ…外周面、１ｂ…内周面、３…螺旋フィン、３Ａ、３Ｂ…側壁、３Ｃ…先端壁、４…螺旋溝、１０…内面螺旋溝付伝熱管、１０Ａ…主管、１０Ｂ…エルボ管、１２…直線溝、１３…内部フィン、１４…内面直線溝付押出素管、１４Ａ…管本体、１４ａ…外周面、１４ｂ…内周面、１５…熱交換器、１６…放熱フィン、ａ、ａ’…中心軸、ｂ…線分、θ…ねじり角、ψ１、ψ２…傾斜角度。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】