特許 7519099 冷媒管、熱交換器、冷媒管加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-10

(45)【発行日】2024-07-19

(54)【発明の名称】冷媒管、熱交換器、冷媒管加工方法

(51)【国際特許分類】

   F28F 1/00 20060101AFI20240711BHJP

   F28D 7/10 20060101ALI20240711BHJP

【ＦＩ】

F28F1/00 D

F28D7/10 Z

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021165480

(22)【出願日】2021-10-07

(65)【公開番号】P2023056242

(43)【公開日】2023-04-19

【審査請求日】2023-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】502345393

【氏名又は名称】株式会社ワイ・ジェー・エス．

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】橋本 公成

(72)【発明者】

【氏名】水田 聖之

(72)【発明者】

【氏名】亀山 修司

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 靖彦

【審査官】豊島 ひろみ

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２６７７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１４５１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０１１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－０８７５８３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１２－００７７７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｆ １／００ － １９／０６

Ｆ２８Ｄ １／００ － １３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の外管凹部（４）が形成された外管（２）と、
前記外管（２）の内径よりも小さい外径を有し、前記外管凹部（４）の形成位置と対応するように管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の内管凹部（５）が形成された、前記外管（２）の内部に同軸に挿入され内部に冷媒が流れる内管（３）と、
を有し、前記外管凹部（４）の内面と前記内管凹部（５）の外面が接触して接触部（６）を構成しているとともに、管軸方向に隣り合うその接触部（６）の間に、前記外管（２）と前記内管（３）が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部（７）が形成されており、
前記外管（２）の内面と前記内管（３）の外面が、前記接触部（６）のみで接触している冷媒管。

【請求項2】

前記外管凹部（４）のピッチＰと、前記外管凹部（４）の管軸方向の幅Ｗの間に、０．１＜Ｗ／Ｐ＜１の関係が成立している請求項１に記載の冷媒管。

【請求項3】

前記外管（２）および前記内管（３）がいずれも金属材料からなり、前記外管（２）の素材の弾性率が、前記内管（３）の素材の弾性率よりも小さい請求項１または２に記載の冷媒管。

【請求項4】

内部に水が流れる水管（８）と、
前記水管（８）の内部に挿入される請求項１から３のいずれか１項に記載の冷媒管（１）と、
を有し、前記水管（８）が上下複数段に積層されており、積層された前記水管（８）同士が水管接続部材（１１）によって接続され、積層された前記水管（８）内の前記冷媒管（１）の前記内管（３）同士が内管接続部材（１２）によって接続されている熱交換器。

【請求項5】

前記水管（８）の表面に、管軸中心に向かって一方向から前記表面を変形させた変形部（１６）を形成した請求項４に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記冷媒管（１）が前記水管（８）内に複数本設けられており、そのうちの少なくとも１本の前記冷媒管（１）の表面に、管軸方向に隣り合う前記外管凹部（４）の間の山部の外径よりも大径の大径部（１７）を有する請求項４または５に記載の熱交換器。

【請求項7】

外管（２）の内部に、前記外管（２）の内径よりも小さい外径を有する内管（３）を同軸に挿入する挿入工程と、
前記外管（２）の外面に押圧部材（１８）を押し込んで、前記外管（２）に管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の外管凹部（４）、および、前記内管（３）に管軸中心に向かって窪んだ、前記外管凹部（４）の形成位置と対応する螺旋状の内管凹部（５）を同時に形成して、前記外管凹部（４）の内面と前記内管凹部（５）の外面が接触する接触部（６）を構成し、管軸方向に隣り合うその接触部（６）の間に、前記外管（２）と前記内管（３）が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部（７）を形成する押圧工程と、
を有し、
前記外管（２）の内径をＤｉ、前記内管（３）の外径をｄｏ、および、前記押圧部材（１８）の前記外管（２）表面から管軸中心方向への押し込み量をＴとしたときに、Ｄｉ－ｄｏ＜Ｔの関係を満たしており、前記外管（２）の内面と前記内管（３）の外面を前記接触部（６）のみで接触させる冷媒管加工方法。

【請求項8】

前記外管（２）および前記内管（３）がいずれも金属材料からなり、前記外管（２）の素材の弾性率が、前記内管（３）の素材の弾性率よりも小さい請求項７に記載の冷媒管加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、冷媒管、この冷媒管を採用した熱交換器、および、冷媒管の加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ヒートポンプ式の給湯器などにおいては、フロン（ハイドロフルオロカーボンなど）や二酸化炭素などの冷媒と水との間で熱交換を行う方式が採用される。この方式においては、水管の内部に冷媒管を通し、冷媒管に冷媒を、水管と冷媒管との間の隙間に水をそれぞれ通すように構成されている。

【0003】

例えば下記特許文献１に示すように、冷媒管は、２重管とされることがある。内側の管（特許文献１では冷媒管１０）は、外側の管（特許文献１では漏洩検知管１１）にちょうど嵌まり込むように挿通されている。外側の管（漏洩検知管１１）の内面には多数の漏洩検知溝１２が形成されている。漏洩検知溝１２は、外部に設けられた漏洩検知センサに接続されており、内側の管（冷媒管１０）から漏洩した冷媒、および、水管（特許文献１では外管７）から漏洩した水は、互いに混入することなく漏洩検知管１２を介して外部に漏出し、漏洩検知センサで検知されるようになっている（特許文献１の段落００２２、図２などを参照）。

【0004】

また、例えば下記特許文献２に示すように、冷媒管（特許文献２では漏洩検知管１０Ｃ）を、内管１３とこの内管１３がちょうど嵌まり込むように挿通される外管１２で構成し、内管１３と外管１２に螺旋状の凹凸部１３Ｂ、１２Ｂをそれぞれ形成して、両凹凸部１３Ｂ、１２Ｂが互いに嵌合する構成とすることもできる。この構成においても、外管１２の内面に管軸方向に螺旋状の条溝１５が形成されており、この条溝１５が漏洩路１７となって、漏洩した水または冷媒を検知できるようになっている（特許文献２の段落００５３、図２（ａ）などを参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４４１４１９６号公報

【文献】特開２００９－２２９０３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１および２に係る構成においては、冷媒管を構成する内側の管と外側の管との間に漏洩検知のための溝を形成するために、外側の間の内面に溝加工などの表面加工を行う必要がある。このため、この表面加工のための加工コストがかさむ問題がある。

【0007】

そこで、本発明は、外管と内管の間に漏洩検知部が形成された冷媒管、および、この冷媒管を採用した熱交換器を簡便にかつ低コストで提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するため、本発明においては、
管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の外管凹部が形成された外管と、
前記外管の内径よりも小さい外径を有し、前記外管凹部の形成位置と対応するように管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の内管凹部が形成された、前記外管の内部に同軸に挿入され内部に冷媒が流れる内管と、
を有し、前記外管凹部の内面と前記内管凹部の外面が接触して接触部を構成しているとともに、管軸方向に隣り合うその接触部の間に、前記外管と前記内管が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部が形成されている冷媒管を構成した。

【0009】

このようにすると、外管の内径と内管の外径のそれぞれの大きさの差に起因して、両管の間には必然的に隙間が生じる。そして、接触部によって螺旋溝状とされたその隙間が、漏洩検知部として機能する。このため、外管の内面に漏洩検知部を形成するための表面加工が不要となり、漏洩検知部が形成された冷媒管を簡便にかつ低コストで提供することが可能となる。

【0010】

上記の冷媒管においては、
前記外管凹部のピッチＰと、前記外管凹部の管軸方向の幅Ｗの間に、０．１＜Ｗ／Ｐ＜１の関係が成立しているのが好ましい。

【0011】

このようにすると、冷媒管を流れる冷媒と、水管を流れる水との間の熱交換を効率的に行うことができるとともに、漏洩検知部の機能を確実に発揮させることができる。Ｗ／Ｐの値が０．１以下のときは、冷媒管を構成する外管と内管の接触部の面積が小さく、外管と内管との間の熱伝達が不十分となって効率が低下するため好ましくない。また、Ｗ／Ｐの値が１のときは、漏洩検知部の断面積を確保することができなくなるため好ましくない。

【0012】

上記の各冷媒管においては、
前記外管および前記内管がいずれも金属材料からなり、前記外管の素材の弾性率が、前記内管の素材の弾性率よりも小さいのが好ましい。

【0013】

このようにすると、外管凹部の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）よりも、内管凹部の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）の方が大きくなるため、外管と内管の接触部における当接力が高まり、両管間における熱伝達の効率を向上することができる。

【0014】

また、上記の課題を解決するため、本発明においては、
内部に水が流れる水管と、
前記水管の内部に挿入される上記の冷媒管と、
を有し、前記水管が上下複数段に積層されており、積層された前記水管同士が水管接続部材によって接続され、積層された前記水管内の前記冷媒管の前記内管同士が内管接続部材によって接続されている熱交換器を構成した。

【0015】

このようにすると、効率よく熱交換を行うことができるとともに、冷媒または水の漏洩が生じたときはその漏洩を速やかに検知することができる熱交換器を簡便にかつ低コストで提供することができる。

【0016】

上記の熱交換器においては、
前記水管の表面に、管軸中心に向かって一方向から前記表面を変形させた変形部を形成するのが好ましい。

【0017】

このようにすると、水管内の流動方向が蛇行するとともに層流状態から乱流状態に変化させることができ、冷媒管を流れる冷媒と水との間の熱交換の効率を一層向上することができる。

【0018】

上記の各熱交換器においては、
前記冷媒管が前記水管内に複数本設けられており、そのうちの少なくとも１本の前記冷媒管の表面に、管軸方向に隣り合う前記外管凹部の間の山部の外径よりも大径の大径部を有するのが好ましい。

【0019】

このようにすると、隣り合う冷媒管の間に隙間を生じ、その隙間に水が流れるようにすることができる。このため、冷媒管と水との接触面積が増大し、冷媒管を流れる冷媒と水との間の熱交換の効率を一層向上することができる。

【0020】

また、上記の課題を解決するため、本発明においては、
外管の内部に、前記外管の内径よりも小さい外径を有する内管を同軸に挿入する挿入工程と、
前記外管の外面に押圧部材を押し込んで、前記外管に管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の外管凹部、および、前記内管に管軸中心に向かって窪んだ、前記外管凹部の形成位置と対応する螺旋状の内管凹部を同時に形成して、前記外管凹部の内面と前記内管凹部の外面が接触する接触部を構成し、管軸方向に隣り合うその接触部の間に、前記外管と前記内管が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部を形成する押圧工程と、
を有する冷媒管加工方法を構成した。

【0021】

このようにすると、外管凹部、内管凹部、および、漏洩検知部を押圧部材の押し込みによって一度に形成することができるため、冷媒管の加工をスムーズに行うことができる。

【0022】

上記の冷媒管加工方法においては、
前記外管の内径をＤｉ、前記内管の外径をｄｏ、および、前記押圧部材の前記外管表面から管軸中心方向への押し込み量をＴとしたときに、Ｄｉ－ｄｏ＜Ｔの関係を満たすのが好ましい。

【0023】

このようにすると、外管の内径よりも小さい外径の内管が、この外管内で偏心して隙間が生じた場合でも、押圧部材の押し込みによって、内管に確実に内管凹部を形成することができる。

【0024】

上記の各冷媒管加工方法においては、
前記外管および前記内管がいずれも金属材料からなり、前記外管の素材の弾性率が、前記内管の素材の弾性率よりも小さいのが好ましい。

【0025】

このようにすると、外管凹部の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）よりも、内管凹部の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）の方が大きくなるため、外管と内管の接触部における当接力が高まり、両管間における熱伝達の効率を向上することができる。

【発明の効果】

【0026】

本発明の上記構成によると、外管と内管の間に漏洩検知部が形成された冷媒管、および、この冷媒管を採用した熱交換器を簡便にかつ低コストで提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係る冷媒管の一実施形態の要部を示す断面図

【図2】図１のさらに要部を示す断面図

【図3】本発明に係る熱交換器の第一実施形態を示す斜視図

【図4】図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図

【図5】冷媒管の接続パターンを示す模式図であって、（ａ）は２本の冷媒管を１本に集約するパターン、（ｂ）は２本の冷媒管を集約しないパターン

【図6】水管の一部分を偏平状に変形させた状態を示す模式図

【図7】（ａ）は水管に変形部を形成した状態を示す模式図、（ｂ）は（ａ）中のｂ－ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）中のｃ－ｃ線に沿う断面図

【図8】水管の下部にのみ変形部を形成した状態を示す模式図

【図9】冷媒管と水管の両方にコルゲート管を採用した構成を示す模式図

【図10】大径部を有する冷媒管を並べて配置した状態を示す模式図

【図11】本発明に係る熱交換器の第二実施形態を示す斜視図

【図12】図１１中のＸＩＩ－ＸＩＩ線に沿う断面図

【図13】本発明に係る冷媒管加工方法の一実施形態を示す断面図であって、（ａ）は加工前、（ｂ）は加工中

【図14】外管および内管の保持手段を示す断面図であって、（ａ）は２個の保持ロールで保持した状態、（ｂ）は保持台で保持した状態

【図15】（ａ）は押圧部材による外管の押圧部を示す拡大断面図、（ｂ）は押圧部材の第一変形例、（ｃ）は押圧部材の第二変形例

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明に係る冷媒管１を図面に基づいて説明する。図１、図２に示すように、この冷媒管１は、外管２と内管３から構成される２重管である。

【0029】

外管２は、管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の外管凹部４が形成された銅管である。内管３は、外管２の内径Ｄｉよりも小さい外径ｄｏを有する銅管である。この内管３には、外管凹部４の形成位置と対応するように（すなわち、軸方向位置と周方向位置がいずれも一致するように）、管軸中心に向かって窪んだ螺旋状の内管凹部５が形成されている。内管３は外管２の内部に同軸に挿入されており、この内管３の内部には冷媒ｃが流れるように構成される。内管３に内管凹部５を形成することで、この内管３を流れる冷媒ｃは乱流となる。外管凹部４および内管凹部５は、コルゲート加工によって形成されている。

【0030】

外管凹部４の内面と内管凹部５の外面は、互いに接触して接触部６を構成している。外管凹部４と内管凹部５の窪みの方向は、いずれも管軸中心に向かう方向で共通しているので、接触部６は線接触状態ではなく、管軸方向に若干の幅をもった螺旋状の面接触状態となっている。

【0031】

管軸方向に隣り合う接触部６の間には、外管２と内管３が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部７が形成されている。漏洩検知部７の管軸方向の端部は、冷媒管１の外部に開口している。内管３から漏洩した冷媒ｃ、または、後述する水管８から漏洩した水ｗは、漏洩検知部７を通ってその開口端部から排出される。この開口端部に漏洩検知器（図示せず）を設けることによって、冷媒ｃまたは水ｗの漏洩が検知される。

【0032】

外管凹部４のピッチＰと、外管凹部４の管軸方向の幅Ｗとの間には、０．１＜Ｗ／Ｐ＜１の関係が成立している。Ｗ／Ｐの値が０．１に近付くほど、接触部６の管軸方向幅が狭くなり、漏洩検知部７の管軸方向幅が広くなる。このため、漏洩検知部７内に漏洩した冷媒ｃまたは水ｗの流動性は高まる一方で、接触部６における外管２と内管３との間の熱伝達効率は低下する。また、Ｗ／Ｐの値が１に近付くほど、接触部６の管軸方向幅が広くなり、漏洩検知部７の管軸方向幅が狭くなる。このため、接触部６における外管２と内管３との間の熱伝達効率は高まる一方で、漏洩検知部７内に漏洩した冷媒ｃまたは水ｗの流動性は低下する。

【0033】

この実施形態においては、外管凹部４および内管凹部５を一条ねじ形状としたが、多条ねじ形状とすることもできる。例えば、一条ねじ形状とした場合は１本の漏洩検知部７が、二条ねじ形状とした場合は２本の漏洩検知部７が形成される。多条ねじ形状とする場合も、外管凹部４のピッチＰと、外管凹部４の管軸方向の幅Ｗとの間には、上記と同じ関係が成立する。

【0034】

上記の冷媒管１によると、外管２の内径Ｄｉと内管３の外径ｄｏのそれぞれの大きさの差に起因して、両管２、３の間には必然的に隙間が生じる。そして、接触部６によって螺旋溝状とされたその隙間が、漏洩検知部７として機能する。このため、外管２の内面に漏洩検知部７を形成するための溝加工など表面加工が不要となり、漏洩検知部７を有する冷媒管１を簡便にかつ低コストで提供することが可能となる。また、冷媒管１を流れる冷媒ｃと、水管８を流れる水ｗとの間の熱交換を効率的に行うことができるとともに、漏洩検知部７の機能を確実に発揮させることができる。

【0035】

上記の実施形態においては、外管２と内管３をいずれも銅管としたが、例えば、外管２を銅管とし、内管３を銅よりも弾性率が大きい素材であるステンレス管とすることもできる。このようにすると、外管凹部４の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）よりも、内管凹部５の加工に起因する復元力（径方向外向きに変形する力）の方が大きくなるため、外管２と内管３の接触部６における当接力が高まり、両管２、３間における熱伝達の効率を向上することができる。

【0036】

本発明に係る熱交換器１０の第一実施形態を図面に基づいて説明する。図３、図４に示すように、この熱交換器１０は、内部に水ｗが流れる水管８と、水管８の内部に挿入される上記の冷媒管１と、を有している。

【0037】

水管８は、外側から内側に向かって略矩形状に複数回（この実施形態では約２回半）巻回されている。同様に巻回された水管８は上下に積層され（以下、必要に応じてそれぞれの水管８を上段水管８ａ、下段水管８ｂと称する。）、上段水管８ａと下段水管８ｂは、その内側端部において水管接続部材１１によって接続されている。なお、水管８の積層数は上下２層に限定されず、３層以上とすることもできる。

【0038】

各水管８ａ、８ｂの内部に挿入される冷媒管１も、水管８と同様に略矩形状に複数回巻回されている。第一実施形態においては、上段水管８ａおよび下段水管８ｂに、それぞれ２本の冷媒管１が挿入されている。各水管８ａ、８ｂ内の２本の冷媒管１は、その内部で上下に並ぶように配置されている。上段水管８ａに挿入された冷媒管１（以下、必要に応じて上段冷媒管１ａと称する。）の内管３と、下段水管８ｂに挿入された冷媒管１（以下、必要に応じて下段冷媒管１ｂと称する。）の内管３は、内管接続部材１２によって接続されている。なお、水管８に挿入される冷媒管１の本数は２本に限定されず、適宜増減することができる。

【0039】

図３に示すように、冷媒ｃは、上段冷媒管１ａの外側端部から導入される。そして、この上段冷媒管１ａ、内管接続部材１２、および、下段冷媒管１ｂを経由して、この下段冷媒管１ｂの外側端部から排出される。一方で、水ｗは、下段水管８ｂの外側端部から導入される。そして、この下段水管８ｂ、水管接続部材１１、および、上段水管８ａを経由して、この上段水管８ａの外側端部から排出される。すなわち、冷媒ｃと水ｗは流れの方向が対向している。

【0040】

上記の熱交換器１０によると、冷媒ｃと水ｗの間で効率よく熱交換を行うことができるとともに、冷媒ｃまたは水ｗの漏洩が生じたときはその漏洩を速やかに検知することができる。しかも、上記のように低コストで提供される冷媒管１を採用しているので、この熱交換器１０も低コスト化することができる。

【0041】

上記の熱交換器１０においては、各水管８内の２本の冷媒管１を、その内部で上下に並ぶように配置したので、この水管８の水平屈曲部分で、冷媒管１をスムーズに屈曲させることができる。なお、この水平屈曲部分のみ２本の冷媒管１を上下に並ぶように配置し、それ以外の部分は、２本の冷媒管１を左右に並ぶように配置することもできる。

【0042】

内管接続部材１２による上下段の冷媒管１（内管３）の接続パターンは適宜選択することができる。例えば、図５（ａ）の接続パターンにおいては、２本の冷媒管１を１本に集約した後に再び２本に分岐して接続している。一方で、図５（ｂ）の接続パターンにおいては、２本の冷媒管１を１本に集約することなく、上段水管８ａの上側の冷媒管１ａを下段水管８ｂの下側の冷媒管１ｂに接続するとともに、上段水管８ａの下側の冷媒管１ａを下段水管８ｂの上側の冷媒管１ｂに接続している。

【0043】

図５（ａ）の接続パターンを採用すると、上側と下側の２本の冷媒管１を流れる冷媒ｃに温度差が生じたとしても、両冷媒管１の集約に伴ってその温度差が解消する。このため、再分岐された冷媒管を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換を効率よく行うことができる。また、図５（ｂ）の接続パターンを採用すると、上側と下側の冷媒管１を流れる冷媒ｃに温度差が生じたとしても、上段水管８ａと下段水管８ｂとの間でその温度の高低関係が反転するため、上側と下側の冷媒管１を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換が均一化される。

【0044】

なお、図５（ａ）（ｂ）においては、水管８が上下２段に設けられており、各水管８に２本の冷媒管１が挿入されている構成を例示して説明したが、水管８が上下３段以上に設けられている場合や、各水管８に３本以上の冷媒管１が挿入されている場合にも同様に配管することが可能である。

【0045】

上記の熱交換器１０においては、図６に示すように、冷媒管１が挿入された水管８の一部を管軸中心に向かう両方向から偏平形成治具１４で挟み込んで、この水管８の一部に偏平部１５を形成した構成とすることもできる。このように偏平部１５を形成すると、この一部において水管８内の水流が乱流となりやすく、冷媒管１を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換の効率を向上することができる。また、冷媒管１の位置が水管８の中央寄りに位置決めされるため、熱交換の効率をさらに向上することができる。

【0046】

上記の熱交換器１０においては、図７（ａ）～（ｃ）に示すように、水管８の表面に、管軸中心に向かって一方向からこの表面を変形させた変形部１６を形成した構成とすることもできる。このように変形部１６を形成すると、図７（ａ）中に矢印で示したように、水管８内の水ｗの流動方向を蛇行させるとともに層流状態から乱流状態に変化させることができるため、冷媒管１を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換の効率を向上することができる。

【0047】

あるいは、図８に示すように、水管８の下部にのみ変形部１６を複数個連続して形成することもできる。このようにすると、冷媒管１を上下に並ぶように配置した際に、下側の冷媒管１と水管８との間に隙間を確保することができるため、熱交換の効率をさらに向上することができる。

【0048】

また、図９に示すように、冷媒管１と水管８の両方にコルゲート管を採用した構成とすることもできる。このようにすると、冷媒管１内の冷媒流および水管８内の水流を乱流としやすくなり、冷媒管１を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換の効率を向上することができる。なお、冷媒管１の表裏面の一方（外管２の外側または内管３の内側の一方）のみに溝（凹凸部）を形成することによっても、熱交換の効率の向上を期待できる。また、水管８をコルゲート管とすることにより、図８に示す変形部１６を別途形成することなく、下側の冷媒管１と水管８との間に隙間を確保することができる。

【0049】

上記の熱交換器１０においては、図１０に示すように、冷媒管１が水管８内に複数（この実施形態では２本）設けられた構成において、そのうちの少なくとも１本（この実施形態では２本）の冷媒管１の表面に、管軸方向に隣り合う外管凹部４の間の山部の外径よりも大径の大径部１７を有する構成とすることもできる。このように大径部１７を形成すると、隣り合う冷媒管１の間に隙間を生じ、その隙間にも水ｗが流れるようにすることができるため、冷媒管１と水ｗとの間の接触面積が増大し、冷媒管１を流れる冷媒ｃと水ｗとの間の熱交換の効率を一層向上することができる。

【0050】

なお、この実施形態では、２本の冷媒管１の大径部１７の位置が管軸方向に揃った構成について例示したが、２本の冷媒管１の大径部１７の位置がずれた構成や、複数の冷媒管１のうち一部の冷媒管１のみが大径部１７を有する構成とすることもできる。この実施形態における大径部１７は、冷媒管１に対しコルゲート加工を行わなかった未加工部分である。この未加工部分は、コルゲート加工によって形成された隣り合う外管凹部４の間の山部の外径よりも大径となっている。この大径部１７は、冷媒管１に対しコルゲート加工を行った部分に、この冷媒管１とは別部材のリング部材などを設けることによって形成してもよい。

【0051】

本発明に係る熱交換器１０の第二実施形態を図１１、図１２に示す。この熱交換器１０は、第一実施形態に係る熱交換器１０と基本的な構成は共通するが、下段水管８ｂに挿入された冷媒管１が１本である点においてのみ相違している。このように、下段水管８ｂの冷媒管１を１本とすることにより冷媒管１の配管が簡素化され、コスト削減を図ることができる。

【0052】

本発明に係る冷媒管加工方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。この冷媒管加工方法は、図１３（ａ）に示す挿入工程と、図１３（ｂ）に示す押圧工程とを有している。

【0053】

挿入工程は、外管２の内部に、外管２の内径よりも小さい外径を有する内管３を同軸に挿入する工程である。外管２の内面と内管３の外面は、いずれも溝などの凹凸部が形成されていない平滑面となっている。

【0054】

押圧工程は、外管２の外面に押圧部材１８を押し込んで、外管２に外管凹部４を、内管３に外管凹部４の形成位置と対応する内管凹部５を同時に形成する工程である。外管凹部４および内管凹部５は、管軸中心に向かって形成される螺旋状の窪みである。この工程において、外管２および内管３は、例えば、図１４（ａ）に示す保持ロール１９や、図１４（ｂ）に示す保持台２０などの保持具に保持される。このとき、外管２内に挿入された内管３はその自重で下向きに偏心し、外管２の内面と内管３の上部外面との間には隙間が生じた状態となる。

【0055】

上記のように、外管２および内管３が保持された状態で、外管２の表面側に押圧部材１８を配置する。そして、この押圧部材１８を外管２の表面に押し込みながら外管２周りに公転（図１３（ｂ）中の矢印Ｒを参照）させるとともに、外管２および内管３を管軸方向に一定速度で移動（同図中の矢印ｍを参照）させる。押圧部材１８は、外管２との当接力によって回転軸ｘ周りに成り行き自転（同図中の矢印ｒを参照）する。このとき、外管２の内径Ｄｉ、内管の外径ｄｏ、押圧部材１８の押し込み量Ｔの関係がＤｉ－ｄｏ＜Ｔの関係を満たすようにその押し込み量Ｔを決定する。

【0056】

なお、上記のように外管２および内管３を管軸方向に一定速度で移動させる代わりに、押圧部材１８を外管２周りに公転させるとともに、管軸方向に一定速度で移動（外管２および内管３は管軸方向に静止）させてもよい。このとき、押圧部材１８は、回転軸ｘ周りに成り行き自転する。

【0057】

また、押圧部材１８を外管２周りに公転させる代わりに、外管２および内管３を管軸周りに回転させつつ管軸方向に一定速度で移動（押圧部材１８は管軸方向に静止）させてもよい。このとき、押圧部材１８は、外管２周りに公転はしないが、回転軸ｘ周りに成り行き自転する。

【0058】

さらに、押圧部材１８を外管２周りに公転させる代わりに、外管２および内管３を管軸周りに回転させつつ押圧部材１８を管軸方向に一定速度で移動（外管２および内管３は管軸方向に静止）させてもよい。このとき、押圧部材１８は、外管２周りに公転はしないが、回転軸ｘ周りに成り行き自転する。

【0059】

押圧部材１８の押し込みによって形成された外管凹部４の内面と内管凹部５の内面は互いに接触して接触部６を構成する。そして、管軸方向に隣り合うその接触部６の間に、外管２と内管３が径方向に離間した螺旋溝状の漏洩検知部７が形成される。

【0060】

表１に示すスペックの外管２および内管３を用い、同表中に示す加工条件で冷媒管１の加工試験を実施した。この加工試験においては、外管２および内管３のいずれも銅管を採用した。下記スペックの外管２および内管３、および、下記加工条件は、外管２の内径Ｄｉ、内管３の外径ｄｏ、押圧部材１８の押し込み量Ｔの関係、Ｄｉ－ｄｏ＜Ｔを満たしている。また、この加工試験においては、図１５（ａ）に示すように先端曲率半径Ｒの押圧部材１８を使用した。

【0061】

【表1】

【0062】

この加工試験で加工した冷媒管１を用いて熱交換の効率を評価したところ、押圧部材１８の先端曲率半径Ｒが異なるいずれの条件においても、良好な熱交換効率を達成可能であることが確認できた。この良好な熱交換効率のためには、押圧部材１８の先端曲率半径Ｒは、０．１ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲内、あるいは０．３ｍｍ以上３．０ｍｍ以下の範囲内、さらには０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲内とするのが好ましい。

【0063】

この加工試験では、先端に曲率半径Ｒを有する押圧部材１８を使用したが、例えば、図１５（ｂ）に示す先端に平坦部が形成された押圧部材１８や、図１５（ｃ）に示す先端の曲率半径が比較的小さい（先端が尖った）押圧部材１８も採用できる場合がある。図１５（ｂ）の押圧部材１８を用いると、その先端平坦部の形状に対応して外管凹部４および内管凹部５にも平坦部が形成されるため、外管凹部４の内面と内管凹部５の外面が接触することで形成される接触部６の接触面積を拡大することができ、外管２と内管３の間の熱伝達効率を向上することができる。また、図１５（ｃ）の押圧部材１８を用いると、加工時の抵抗を小さくすることができるため、外管凹部４および内管凹部５をスムーズに形成することができる。

【0064】

この加工試験によって加工した冷媒管１は、図２に示す外管凹部４のピッチＰと、外管凹部４の管軸方向の幅Ｗ（図２参照）との間に０．１＜Ｗ／Ｐ＜１の関係が成立している。このため冷媒ｃと水ｗの間で効率よく熱交換を行うことができるとともに、冷媒ｃまたは水ｗの漏洩が生じたときはその漏洩を速やかに検知することができる。上記のように規定する代わりに、外管凹部４のピッチＰと、押圧部材１８の先端曲率半径Ｒまたは押圧部材１８の管軸方向幅Ｔｈとの間に、Ｐ≧２Ｒ、または、Ｐ≧Ｔｈの関係が成立するように加工条件を設定することができる可能性もある。

【0065】

上記の冷媒管加工方法においては、外管２の内径Ｄｉ、内管３の外径ｄｏ、押圧部材１８の押し込み量Ｔの関係がＤｉ－ｄｏ＜Ｔの関係を満たすようにしたので、外管２の内面と自重で下向きに偏心した内管３の上部外面との間に隙間が生じていても、押圧部材１８の一度の押し込みによって、外管凹部４、内管凹部５、および、漏洩検知部７を同時に形成することができる。このため、冷媒管１の加工をスムーズにかつ低コストで行うことができる。

【0066】

上記の冷媒管加工方法においては、外管２と内管３をいずれも銅管としたが、例えば、外管２を銅管とし、内管３を銅よりも弾性率が大きい素材であるステンレス管とすることもできる。このようにすると、外管凹部４が元の形状に戻ろうとする復元力（径方向外向きに変形する力）よりも、内管凹部５が元の形状に戻ろうとする復元力（径方向外向きに変形する力）の方が大きくなるため、外管２と内管３の接触部６における当接力が高まり、両管２、３間における熱伝達の効率を向上することができる。

【0067】

上記の冷媒加工方法において用いられる内管３は、外径ｄｏが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲内のものが用いられることが多いが、この範囲外のものに対しても適用することは可能である。

【0068】

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味およびすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0069】

１ 冷媒管
１ａ 上段冷媒管
１ｂ 下段冷媒管
２ 外管
３ 内管
４ 外管凹部
５ 内管凹部
６ 接触部
７ 漏洩検知部
８ 水管
８ａ 上段水管
８ｂ 下段水管
１０ 熱交換器
１１ 水管接続部材
１２ 内管接続部材
１４ 偏平形成治具
１５ 偏平部
１６ 変形部
１７ 大径部
１８ 押圧部材
１９ 保持ロール
２０ 保持台
Ｐ 外管凹部のピッチ
Ｗ 外管凹部の管軸方向の幅
Ｄｉ 外管の内径
ｄｏ 内管の外径
Ｔ 押し込み量

【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】

【図14】

【図15】