(57)【要約】      （修正有）【課題】フィン内蔵管の製造工数を減らして生産性を高めることができるフィン内蔵管とその製造方法を提供する。【解決手段】フィン内蔵管３０は、内管２０（管）の内部にフィン材１０が配置され、内管２０（管）の内周２２とフィン材１０との間にフィン材１０の板厚ｔより小さい間隙１１を有し、内管２０の内部でフィン材１０を捩って螺旋状に成形する。従来のあらかじめ螺旋状に形成したフィン材を内管に挿入するタイプにおいては挿入後に管を縮径する必要があったが、その工程が省略できる。【選択図】図１
2019086180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管であって、
前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有することを特徴とするフィン内蔵管。
【請求項２】
請求項１に記載のフィン内蔵管であって、
前記管の内径Ｄに対する前記フィン材の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７０〜０．９８８の範囲に設定することを特徴とするフィン内蔵管。
【請求項３】
請求項２に記載のフィン内蔵管であって、
前記管の内径Ｄに対する前記フィン材の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７６〜０．９８２の範囲に設定することを特徴とするフィン内蔵管。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のフィン内蔵管の製造方法であって、
前記管の内部で前記フィン材を捩って成形することを特徴とするフィン内蔵管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィン内蔵管及びその製造方法に関する。
【０００２】
特許文献１には、管の内部に螺旋状のフィン材（薄肉板）を備える熱交換パイプが開示されている。
【０００３】
上記熱交換パイプの製造時には、まず、フィン材が螺旋状に成形される。その後、成形された螺旋状のフィン材が管の内部に挿入される。その後、管の外周及び内周を縮径する工程が行われ、管の内周がフィン材に隙間なく当接するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１８６０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記熱交換パイプにあっては、管の内周をフィン材に隙間なく当接させるために、管を縮径する工程が必要であり、生産性が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、フィン内蔵管の製造工数を減らして生産性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様によれば、管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管であって、前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有するフィン内蔵管が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上記態様によれば、フィン内蔵管の製造時に、管の内周に間隙を持ってフィン材を配置した後に、管を縮径する工程が不要になる。これにより、フィン内蔵管の生産性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るフィン内蔵管を示す縦断面図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う横断面図である。
【図３】図３は、成形工程におけるフィン内蔵管を示す斜視図である。
【図４Ａ】図４Ａは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【図５Ａ】図５Ａは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、間隙の寸法に応じて熱伝達率対圧力損失比率が変化する特性を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１に示す二重管５０は、車両等に搭載される空調装置（図示省略）に熱交換器として設けられる。
【００１２】
二重管５０は、フィン材１０を内蔵するフィン内蔵管３０と、フィン内蔵管３０を包囲する外管４０と、を備える。二重管５０では、空調装置の冷媒がフィン内蔵管３０の外側と内側をそれぞれ流通し、冷媒どうしがフィン内蔵管３０を介して熱交換をする。
【００１３】
円筒状の外管４０の内部には、フィン内蔵管３０との間に外側流路５２が形成される。外側流路５２の両端は、外管４０の端部４１によって閉塞される。外管４０には、外側流路５２に冷媒を導く入口５８及び出口５９が形成される。
【００１４】
フィン内蔵管３０は、円筒状の内管２０と、内管２０の内部に配置される螺旋状のフィン材１０と、を備える。内管２０の内部には、内側流路５１が形成される。内管２０の両端部（図示省略）には、冷媒を導く配管（図示省略）が接続される。フィン材１０は、伝熱部材として設けられる。
【００１５】
フィン材１０は、薄肉の板状に形成される。フィン材１０、内管２０、及び外管４０は、例えばアルミニウム等の金属を材質とする。
【００１６】
図２に示すように、フィン内蔵管３０は、内管２０の内周２２とフィン材１０の外周端１２との間に間隙１１を有する。
【００１７】
図２に示すように、内管２０の内径をＤ、フィン材１０の板厚ｔの方向に直交する幅（フィン径）をＳとすると、管の内径Ｄに対する前記フィン材の幅Ｓの寸法差Ｃは、次式で表される。
Ｃ＝Ｄ−Ｓ  …（１）
よって、間隙１１の寸法（クリアランス）の平均値は、Ｃ／２で表される。
【００１８】
次に、フィン内蔵管３０及び二重管５０の製造方法について説明する。
【００１９】
まず、二重管５０の一方の端部５３において、例えばカシメ加工機（図示省略）を用いて外管４０、内管２０、及びフィン材１０を互いにカシメ固定するカシメ工程が行われる。
【００２０】
続いて、内管２０の内部でフィン材１０を螺旋状に成形する成形工程が行われる。
【００２１】
成形工程では、図３に示す成形装置６０が用いられる。成形装置６０は、内管２０の内部に挿入する芯金６１を備える。円柱状の芯金６１は、長手方向に延在して開口するスリット６２を有する。
【００２２】
成形工程では、まず、チャック（図示省略）が外管４０の外周を把持し、芯金６１を内管２０の内部に挿入する。このとき、芯金６１のスリット６２にフィン材１０が挿入される。
【００２３】
続いて、図３に矢印ｈで示すように、駆動機構（図示省略）によってチャックに把持された外管４０及び内管２０を芯金６１に対して中心線ｏ方向に移動するとともに、図３に矢印ｅで示すように、芯金６１を外管４０及び内管２０に対して一方向に回転させる。これにより、芯金６１のスリット６２から出ていくフィン材１０は、フィン固定部１５を支点として捩られることで、螺旋状に成形される。このとき、フィン材１０は、その外周端１２と内管２０の内周２２との間に間隙１１を持つため、その外周端１２に生じる摩擦力が抑えられることで、円滑に成形される。
【００２４】
上記フィン材１０の成形時に、駆動機構は、芯金６１を内管２０の中心線Ｏ方向に移動させる移動速度と、芯金６１を回転させる回転速度と、が制御される。これにより、フィン材１０は、内管２０に対して任意の位置で捩られる。
【００２５】
なお、上記成形工程では、外管４０及び内管２０を中心線Ｏ方向に移動する過程で、曲げ加工機（図示省略）を用いて外管４０、内管２０、及びフィン材１０を共に湾曲させる曲げ加工を行ってもよい。
【００２６】
上記成形工程が行われた後に、二重管５０の他方の端部５３において、カシメ加工機（図示省略）を用いて外管４０、内管２０、及びフィン材１０を互いに固定するカシメ工程が行われる。
【００２７】
続いて、二重管５０の両端部５３において、外管４０の内周を内管２０の外周に例えばろう付けによって隙間なく接合する接合工程が行われる。
【００２８】
以上の工程が順に行われることによって、フィン内蔵管３０及び二重管５０が製造される。
【００２９】
製造された二重管５０は、空調装置の冷媒が循環する回路（図示省略）に組み付けられる。
【００３０】
空調装置の作動時には、高温高圧の液状冷媒が図１に矢印ａ、ｂで示すように入口５８及び出口５９を通じて外側流路５２に導かれる。そして、低温低圧のガス状冷媒が図１に矢印ｃ、ｄで示すように内側流路５１に導かれる。こうして、二重管５０では、外側流路５２及び内側流路５１をそれぞれ流通する冷媒どうしがフィン内蔵管３０を介して熱交換する。
【００３１】
このときに、内側流路５１では、冷媒がフィン材１０に沿って螺旋状に旋回しながら流通することで、冷媒がフィン材１０及び内管２０を介して熱交換することが促される。内側流路５１では、冷媒が間隙１１を通じて内管２０の内周２２に沿って流れるため、間隙１１の寸法Ｃ／２を大きくすると、フィン内蔵管３０における冷媒の圧力損失Ｐを低く抑えられる反面、フィン内蔵管３０の熱伝達率Ｑが低下する。
【００３２】
フィン内蔵管３０では、間隙１１の寸法Ｃ／２がフィン材１０の板厚ｔより小さい寸法に設定される。これにより、間隙１１によって形成される流路では、流路幅の寸法Ｃ／２が、流路長さの寸法ｔより小さくなることで、熱伝達率Ｑの低下が抑えられる。
【００３３】
ここで、内管２０の内径Ｄに対するフィン材１０の幅Ｓの比率を寸法比率Ｓ／Ｄとする。寸法比率Ｓ／Ｄは、フィン材１０の幅Ｓが内管２０の内径Ｄと同じである場合に１．０であり、間隙１１の寸法Ｃ／２が大きくなる程小さくなる値である。
【００３４】
フィン内蔵管３０では、寸法比率Ｓ／Ｄに応じてフィン内蔵管３０の圧力損失Ｐに対する熱伝達率Ｑの熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐが以下のように増減する。なお、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、冷媒が内側流路５１を流通する過程で単位時間及び単位流路長さあたりのエネルギー損失に対する外側流路５２を流通する冷媒との間で伝達される熱量の比である。フィン内蔵管３０では、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐの値が高いことが望ましい。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃ、図５Ａ〜図５Ｃは、寸法差Ｃを０〜０．６ｍｍの範囲で変化させた場合に、熱伝達率Ｑ、圧力損失Ｐ、及び熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐがそれぞれ変化する特性を示す線図である。各線図において、横軸のパラメータを内管２０の内径Ｄに対するフィン材１０の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄとし、縦軸のパラメータを熱伝達率Ｑ、圧力損失Ｐ、または熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐとしている。なお、熱伝達率Ｑ、圧力損失Ｐ、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐの各値は、計算によって求められる。
【００３６】
図４Ａ〜図４Ｃは、内管２０の内径Ｄを１６．６ｍｍとして、内側流路５１及び外側流路５２を流通する冷媒の流量を１３０ｋｇ／ｈ、１１０ｋｇ／ｈ、９０ｋｇ／ｈとした場合の特性である。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃにおいて、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが１．０から小さくなるのに伴って次第に高まってピーク値に達した後に次第に低くなる。
【００３８】
図４Ａ〜図４Ｃの順に冷媒の流量が減少するのに伴って、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、増減する度合いが大きくなり、かつピーク値付近に保たれるピーク範囲が狭くなる。
【００３９】
図４Ａ〜図４Ｃにおいて、寸法差Ｃが０となる場合（Ｓ／Ｄ＝１．０）の熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐの値を基準値Ａ０とし、この基準値Ａ０を１．２倍にした値を第一基準値Ａ１とする。熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが０．９７０〜０．９８８の範囲で第一基準値Ａ１より大きくなる。
【００４０】
図４Ａ〜図４Ｃにおいて、上記基準値Ａ０を１．３倍にした値を第二基準値Ａ２とする。熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが０．９７６〜０．９８２の範囲で第二基準値Ａ２より大きくなってピーク値に達する。
【００４１】
図５Ａ〜図５Ｃは、内管２０の内径Ｄを１３．６ｍｍとして、内側流路５１及び外側流路５２を流通する冷媒の流量を１３０ｋｇ／ｈ、１１０ｋｇ／ｈ、９０ｋｇ／ｈとした場合の特性である。
【００４２】
図５Ａ〜図５Ｃにおいても、上記した図４Ａ〜図４Ｃの特性と同様に、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが１．０から小さくなるのに伴って次第に高まってピーク値に達した後に次第に低くなる。
【００４３】
図５Ａ〜図５Ｃの順に冷媒の流量が減少するのに伴って、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、増減する度合いが大きくなり、かつピーク値付近に保たれるピーク範囲が狭くなる。
【００４４】
図５Ａ〜図５Ｃにおいて、寸法差Ｃが０となる場合（Ｓ／Ｄ＝１．０）の熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐの値を基準値Ａ０とし、この基準値Ａ０を１．２倍にした値を第一基準値Ａ１とする。熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが０．９７０〜０．９８８の範囲で第一基準値Ａ１より大きくなる。
【００４５】
図５Ａ〜図５Ｃにおいて、上記基準値Ａ０を１．３倍にした値を第二基準値Ａ２とする。熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐは、寸法比率Ｓ／Ｄが０．９７６〜０．９８２の範囲で第二基準値Ａ２より大きくなってピーク値に達する。
【００４６】
上記図４Ａ〜図４Ｃ、及び図５Ａ〜図５Ｃの特性に基づいて、フィン内蔵管３０では、内管２０の内径Ｄに対するフィン材１０の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７０〜０．９８８の範囲に設定することにより、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐを十分に高めることができる。
【００４７】
そして、フィン内蔵管３０では、内管２０の内径Ｄに対するフィン材１０の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７６〜０．９８２の範囲に設定することにより、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐをさらに高めることができる。
【００４８】
次に、本実施形態の効果について説明する。
【００４９】
本実施形態によれば、内管２０（管）の内周２２とフィン材１０との間にフィン材１０の板厚ｔより小さい間隙１１を有するフィン内蔵管３０が提供される。
【００５０】
これにより、フィン内蔵管３０の製造時に、内管２０の内周２２に間隙１１を持ってフィン材１０を配置した後に、内管２０を縮径する工程が不要になる。これにより、フィン内蔵管３０の生産性を高められ、製品のコストダウンが図れる。
【００５１】
そして、フィン内蔵管３０は、内管２０の内径Ｄに対するフィン材１０の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄは、熱伝達率対圧力損失比率Ｑ／Ｐが所定の範囲に収まるように設定される。
【００５２】
これにより、フィン内蔵管３０は、その内側を流れる冷媒の圧力損失Ｐを低く抑えられるとともに、その内側及び外側を流通する冷媒どうしの熱伝達率Ｑを高めることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、内管２０の内部でフィン材１０を捩って成形するフィン内蔵管３０の製造方法が提供される。
【００５４】
これにより、フィン内蔵管３０は、その製造時に成形後のフィン材１０を内管２０の内部に挿入する工程が無くなり、生産性を高められる。
【００５５】
なお、上記したフィン内蔵管３０の製造方法に限らず、フィン材１０を螺旋状に成形した後に、螺旋状のフィン材１０を内管２０の内部に挿入して組み付けるようにしてもよい。その後、曲げ加工機を用いて外管４０、内管２０、及びフィン材１０を共に湾曲させる曲げ加工を行ってもよい。
【００５６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５７】
例えば、上記実施形態のフィン内蔵管３０は、熱交換器を構成する熱交換チューブとして好適であるが、熱交換器以外に使用される機械または設備にも適用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１０  フィン材
１１  間隙
２０  内管（管）
２２  内周
３０  フィン内蔵管
【図１】
2019086180.tif 000003
【図２】
2019086180.tif 000004
【図３】
2019086180.tif 000005
【図４Ａ】
2019086180.tif 000006
【図４Ｂ】
2019086180.tif 000007
【図４Ｃ】
2019086180.tif 000008
【図５Ａ】
2019086180.tif 000009
【図５Ｂ】
2019086180.tif 000010
【図５Ｃ】
2019086180.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月21日(2019.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管と、前記フィン内蔵管を包囲する外管と、を備え、車両用の空調装置に設けられる二重管であって、
前記フィン内蔵管の内部に形成され、前記空調装置の冷媒が前記フィン材に沿って螺旋状に旋回しながら流通する内周流路と、
前記外管の内部にて前記フィン内蔵管との間に形成され、前記空調装置の冷媒が流通する外周流路と、を備え、
前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有することを特徴とする二重管。
【請求項２】
請求項１に記載の二重管であって、
前記管の内径Ｄに対する前記フィン材の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７０〜０．９８８の範囲に設定することを特徴とする二重管。
【請求項３】
請求項２に記載の二重管であって、
前記管の内径Ｄに対する前記フィン材の幅Ｓの寸法比率Ｓ／Ｄを０．９７６〜０．９８２の範囲に設定することを特徴とする二重管。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の二重管の製造方法であって、
前記管の内部で前記フィン材を捩って成形することを特徴とする二重管の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明のある態様によれば、管の内部に螺旋状のフィン材が配置されるフィン内蔵管と、前記フィン内蔵管を包囲する外管と、を備え、車両用の空調装置に設けられる二重管であって、前記フィン内蔵管の内部に形成され、前記空調装置の冷媒が前記フィン材に沿って螺旋状に旋回しながら流通する内周流路と、前記外管の内部にて前記フィン内蔵管との間に形成され、前記空調装置の冷媒が流通する外周流路と、を備え、前記管の内周と前記フィン材との間に前記フィン材の板厚より小さい間隙を有することを特徴とする二重管が提供される。