(57)【要約】【課題】熱交換器の蒸発性能を更に向上させることが可能なリターンベンド管およびそれを用いたフィンアンドチューブ型熱交換器を提供する。【解決手段】外表面に一定間隔で並列された多数のフィンを備えたヘアピン管の管端に接合され、管内に冷媒が供給されるフィンアンドチューブ型熱交換器において使用されるリターンベンド管１において、リターンベンド管１の管内面に形成された第１溝２を備え、第１溝２の管軸直交断面における第１溝ピッチ（Ｐ１）と、ヘアピン管の管内面に形成されたらせん状の第２溝の管軸直交断面における第２溝ピッチ（Ｐ２）との溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が０．６５〜２．２を満足し、かつ第１溝２の管軸直交断面における溝１個あたりの第１溝断面積（Ｓ１）と、前記第２溝の管軸直交断面における溝１個あたりの第２溝断面積（Ｓ２）との溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３〜３．６を満足することを特徴とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外表面に一定間隔で並列された多数のフィンを備えたヘアピン管の管端に接合され、管内に冷媒が供給されるフィンアンドチューブ型熱交換器において使用されるリターンベンド管において、
前記リターンベンド管の管内面に形成された第１溝を備え、
前記第１溝の管軸直交断面における第１溝ピッチ（Ｐ１）と、前記ヘアピン管の管内面に形成されたらせん状の第２溝の管軸直交断面における第２溝ピッチ（Ｐ２）との溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が０．６５〜２．２を満足し、かつ
前記第１溝の管軸直交断面における溝１個あたりの第１溝断面積（Ｓ１）と、前記第２溝の管軸直交断面における溝１個あたりの第２溝断面積（Ｓ２）との溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３〜３．６を満足することを特徴とするリターンベンド管。
【請求項２】
前記第１溝と管軸とがなす第１溝リード角（θ１）と、前記第２溝と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）との角度差（θ１−θ２）が−１５〜＋１５°を満足し、かつ
前記第１溝の管軸直交断面における第１溝深さ（ｈ１）と、前記第２溝の管軸直交断面における第２溝深さ（ｈ２）との溝深さ比（ｈ１／ｈ２）が０．４７〜１．５を満足することを特徴とする請求項１に記載のリターンベンド管。
【請求項３】
前記リターンベンド管の足長さ（Ｌ）がピッチ（Ｐ）の１．０〜１．５倍であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリターンベンド管。
【請求項４】
前記リターンベンド管の材質は、前記ヘアピン管の材質より熱伝導率が低い材質からなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のリターンベンド管。
【請求項５】
前記リターンベンド管の材質は、前記ヘアピン管の材質より耐熱性のある銅合金からなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のリターンベンド管。
【請求項６】
前記リターンベンド管の第１最大内径（ＩＤ１）が、前記ヘアピン管の第２最大内径（ＩＤ２）との関係において（ＩＤ１）≧（ＩＤ２）であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のリターンベンド管。
【請求項７】
多数のヘアピン管が並列されたヘアピン部と、前記ヘアピン部の各々のヘアピン管端部に接合された多数のリターンベンド管が並列されたリターンベンド部と、前記ヘアピン管の外表面に一定間隔で並列された多数のフィンからなるフィン部とを有し、管内部に冷媒が供給されるフィンアンドチューブ型熱交換器であって、
前記リターンベンド部の少なくとも一部が、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の管内面に第１溝が形成されたリターンベンド管であり、
前記ヘアピン管が管内面にらせん状の第２溝が形成されたことを特徴とするフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項８】
前記ヘアピン管の第２溝と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）が１５°以上であることを特徴とする請求項７に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項９】
前記ヘアピン管および前記リターンベンド管から構成された冷媒流路は、その少なくとも一部が分岐され、複数の冷媒流路を形成することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【請求項１０】
前記冷媒は、ハイドロフルオロカーボン系の非共沸混合冷媒であることを特徴とする請求項７ないし請求項９のいずれか一項に記載のフィンアンドチューブ型熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調機器等の熱交換器で、特に、管内部にフロン系冷媒、自然冷媒等の冷媒を流し、アルミ製等で形成された多数のフィンを管外面に並列に設置したフィンアンドチューブ型熱交換器のヘアピン管に接続するリターンベンド管およびそのリターンベンド管を用いたフィンアンドチューブ型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リターンベンド管として管内面が平滑な平滑管、ヘアピン管として内面溝付管を用いたフィンアンドチューブ型熱交換器が、特許文献１または特許文献２に提案されている。なお、特許文献１ではリターンベンド管はＵベンド管、ヘアピン管は電縫管と記載され、特許文献２ではリターンベンド管はＵベンド、ヘアピン管は伝熱管と記載されている。
【０００３】
また、リターンベンド管として内面溝付管、ヘアピン管として平滑管を用いたエバポレータ(蒸発器)用フィンアンドチューブ型熱交換器も特許文献３に提案されている。なお、特許文献３ではリターンベンド管はＵベンド管、ヘアピン管はチューブと記載されている。さらに、リターンベンド管およびヘアピン管の両者に内面溝付管を用いたフィンアンドチューブ型熱交換器が特許文献４に記載されている。
【０００４】
一方、熱交換器用の冷媒として従来用いられていたＲ２２（クロロジフルオロメタン）などのハイドロクロロフルオロカーボン系冷媒は、オゾンを破棄するため、地球環境保護の点から用いることができなくなり、含有する塩素の全部を水素で置換したＲ４１０Ａなどのハイドロフルオロカーボン系冷媒が空調機器用冷媒として本格的に採用されはじめている。
【特許文献１】実開昭６３−１５４９８６号公報（実施例、図１〜図４）
【特許文献２】特開平１１−１９０５９７号公報（段落００２２〜００２６、図１）
【特許文献３】実開平４−１２２９８６号公報（段落０００７〜０００８、図１）
【特許文献４】特開２００６−９８０３３号公報（請求項１、図４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２の熱交換器においては、ヘアピン管内を流れる冷媒は、管内面に形成された溝に沿って旋回流となり、リターンベンド管に流れ込み、しばらくは旋回流が維持される。しかしながら、リターンベンド管の管内面が平滑であるため、その出口側では旋回流が維持されにくくなると共に、リターンベンド管の曲げ部においては、液滴（冷媒液膜）の飛沫が発生し、液膜流動が不安定になる。そのため、次段のヘアピン管流入後、しばらくの間は冷媒に旋回流を再度付与するのに費やされ、この区間では冷媒の流動が不安定であり、更に冷媒液膜の厚い部分が形成されるため、管内熱伝達率が低下しやすく、十分な蒸発性能が得られないという問題があった。
【０００６】
また、特許文献３の熱交換器においては、リターンベンド管内に溝が形成され、ヘアピン管内には溝が形成されていないため、両者の管内形状が大きく異なることとなる。そのため、熱交換器は、内部を循環する冷媒の圧力損失が大きくなり、それにより冷媒流量が減少するため、却って熱交換器の伝熱性能、特に蒸発性能の低下が著しくなるという問題があった。
【０００７】
そして、特許文献３のように、リターンベンド管の溝形成による強度低下を考慮して、管肉厚を厚肉化すると、リターンベンド管とヘアピン管の接合部の内面に冷媒の流通の障害となる段差が生じ、冷媒の圧力損失が大きくなりやすかった。
【０００８】
また、特許文献４の熱交換器においては、リターンベンド管およびヘアピン管に形成された溝と管軸とがなす溝リード角を所定のものに限定したが、溝ピッチおよび溝断面積についての検討がなされていなかったため、管内での冷媒液膜に乱れが生じ、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が不均一になり、冷媒液膜の厚い部分が生じることがあった。その結果、十分な蒸発性能が得られないという問題があった。
【０００９】
更に詳細に説明すると、冷媒液膜が不均一になることは、液膜厚さが不均一になることを意味し、液膜厚さが不均一になると、液膜の厚い部分と薄い部分での状態差（冷媒液膜の表面張力と液膜の曲率との関数）が生じる。この状態差が生じると、原理的には冷媒液膜厚さが薄い液膜は、冷媒液膜が厚い方に引っ張られ、その結果、冷媒液膜が薄い部分が更に薄くなり、この部分で蒸発が促進され、一方、冷媒液膜が厚い部分は残存することとなる。この冷媒液膜が残存することは、結果的に残存部以外はドライアウト状態となり、有効伝熱面積が減少し、蒸発性能が低下することとなる。
【００１０】
本発明は前記の問題を鑑みてなされたもので、熱交換器の蒸発性能を更に向上させることが可能なリターンベンド管およびそれを用いたフィンアンドチューブ型熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の問題を解決するために、請求項１の発明は、外表面に一定間隔で並列された多数のフィンを備えたヘアピン管の管端に接合され、管内に冷媒が供給されるフィンアンドチューブ型熱交換器において使用されるリターンベンド管において、前記リターンベンド管の管内面に形成された第１溝を備え、前記第１溝の管軸直交断面における第１溝ピッチ（Ｐ１）と、前記ヘアピン管の管内面に形成されたらせん状の第２溝の管軸直交断面における第２溝ピッチ（Ｐ２）との溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が０．６５〜２．２を満足し、かつ前記第１溝の管軸直交断面における溝１個あたりの第１溝断面積（Ｓ１）と、前記第２溝の管軸直交断面における溝１個あたりの第２溝断面積（Ｓ２）との溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３〜３．６を満足するリターンベンド管として構成したものである。
【００１２】
前記の構成によれば、溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）および溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）を所定範囲にすることによって、リターンベンド管内においてもヘアピン管内で形成された液冷媒の「旋回流」が維持される。それと共に、ヘアピン管からリターンベンド管に液冷媒が流入する際、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の平坦化を図ることができ、更に管内部の冷媒液膜が均一になる「環状流」を形成することができる。その結果、リターンベンド管内部での冷媒液膜の乱れが低減する。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外（空気）との熱交換が安定化し、蒸発性能が向上する。
【００１３】
また、請求項２の発明は、前記第１溝と管軸とがなす第１溝リード角（θ１）と、前記第２溝と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）との角度差（θ１−θ２）が−１５〜＋１５°を満足し、かつ前記第１溝の管軸直交断面における第１溝深さ（ｈ１）と、前記第２溝の管軸直交断面における第２溝深さ（ｈ２）との溝深さ比（ｈ１／ｈ２）が０．４７〜１．５を満足するリターンベンド管として構成したものである。
【００１４】
前記の構成によれば、溝リード角の角度差（θ１−θ２）を所定範囲にすることによって、ヘアピン管からリターンベンド管に液冷媒が流入する際、冷媒液膜の飛沫を抑えることができる。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。
また、溝深さ比（ｈ１／ｈ２）を所定範囲にすることによって、管内部での冷媒の離脱が生じ難く、冷媒液膜が乱れ難くなる。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。
【００１５】
また、請求項３の発明は、前記リターンベンド管の足長さ（Ｌ）がピッチ（Ｐ）の１．０〜１．５倍であるリターンベンド管として構成したものである。
【００１６】
前記の構成によれば、ヘアピン管の直管部分とリターンベンド管とを接合して使用する際、リターンベンド管の足長さ（Ｌ）を曲げピッチ（Ｐ）の所定倍にすることにより、リターンベンド管入口から曲げ部分までの直管部分の冷媒液膜に「環状流」が十分形成される。その結果、リターンベンド管の曲げ部分での冷媒液膜に乱れ（剥離流）が発生しない。そして、次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際に、「環状流」が形成されたまま流入し、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。
【００１７】
また、請求項４の発明は、前記リターンベンド管の材質は、前記ヘアピン管の材質より熱伝導率が低い材質からなるリターンベンド管として構成したものである。
【００１８】
前記の構成によれば、管本体部（リターンベンド管）の熱伝導率がヘアピン管より低くなることによって、リターンベンド管での熱損失が抑制される。リターンベンド管での熱損失が抑制されることにより、リターンベンド管内部で冷媒蒸発が生じたり、冷媒液膜の「環状流」が崩れることがなく、冷媒液膜の飛沫が生じることによる冷媒液膜の乱れ（剥離流）が発生しない。その結果、次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、「環状流」が形成されたまま流入し、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定し、蒸発性能がより一層向上する。
【００１９】
また、請求項５の発明は、前記リターンベンド管の材質は、前記ヘアピン管の材質より耐熱性のある銅合金からなるリターンベンド管として構成したものである。
【００２０】
前記の構成によれば、リターンベンド管が耐熱性銅合金からなることによって、リターンベンド管とヘアピン管とを接合（ろう付）した際、リターンベンド管のろう付後の管強度の低下が小さくなるため、熱交換器使用中の管内部の圧力によって、リターンベンド管の接合部、例えば、ろう付けの温度影響部に管破壊が生じない。また、リターンベンド管の管肉厚を厚肉化する必要がなくなる。
【００２１】
また、請求項６の発明は、前記リターンベンド管の第１最大内径（ＩＤ１）が、前記ヘアピン管の第２最大内径（ＩＤ２）との関係において（ＩＤ１）≧（ＩＤ２）であるリターンベンド管として構成したものである。
【００２２】
前記の構成によれば、リターンベンド管からヘアピン管に液冷媒が流入する際に、「環状流」の形成状態をより均一に維持して、更に、ヘアピン管入口側付近の冷媒液膜が円周方向に広がり、冷媒液膜を薄くすることができる。その結果、ヘアピンの直管部分での蒸発性能がより一層向上する。
【００２３】
また、請求項７の発明は、多数のヘアピン管が並列されたヘアピン部と、前記ヘアピン部の各々のヘアピン管端部に接合された多数のリターンベンド管が並列されたリターンベンド部と、前記ヘアピン管の外表面に一定間隔で並列された多数のフィンからなるフィン部とを有し、管内部に冷媒が供給されるフィンアンドチューブ型熱交換器であって、前記リターンベンド部の少なくとも一部が、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の管内面に第１溝が形成されたリターンベンド管であり、前記ヘアピン管が管内面にらせん状の第２溝が形成されたフィンアンドチューブ型熱交換器として構成したものである。
【００２４】
前記の構成によれば、フィンアンドチューブ熱交換器のリターンベンド管の管内面に所定の第１溝が形成されていることにより、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の平坦化を図ることができ、更に管内部の冷媒液膜に「環状流」を形成することができ、リターンベンド管での冷媒液膜の乱れが低減する。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能が向上する。
【００２５】
また、請求項８の発明は、前記ヘアピン管の第２溝と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）が１５°以上であるフィンアンドチューブ型熱交換器として構成したものである。
【００２６】
前記の構成によれば、リターンベンド管出口から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分で冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。
【００２７】
また、請求項９の発明は、前記ヘアピン管および前記リターンベンド管から構成された冷媒流路は、その少なくとも一部が分岐され、複数の冷媒流路を形成するフィンアンドチューブ型熱交換器として構成したものである。
【００２８】
前記の構成によれば、フィンアンドチューブ熱交換器の冷媒流路が分岐されていることにより、分岐あたりの冷媒質量速度が下がり、特にリターンベンド管入口側での冷媒速度が低下し、管内部に形成された冷媒液膜の「環状流」がより安定化する。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分で冷媒液膜が均一になり、管外との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。
【００２９】
また、請求項１０の発明は、前記冷媒は、ハイドロフルオロカーボン系の非共沸混合冷媒であるフィンアンドチューブ型熱交換器として構成したものである。
前記の構成によれば、熱交換器の蒸発性能がより一層向上すると共に、冷媒の圧力損失が小さくなる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明のリターンベンド管によれば、リターンベンド管の第１溝の溝ピッチおよび溝断面積を所定範囲とすることによって、管内部の冷媒液膜に「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一となり、熱交換器の蒸発性能を向上させることが可能となる。また、リターンベンド管の第１溝の溝リード角、溝深さ、足長さ、熱伝導率および最大内径を所定範囲とすることによって、熱交換器の蒸発性能をより一層向上させることが可能となる。そして、リターンベンド管を耐熱性銅合金から構成することによって、ヘアピン管との接合部の信頼性が高くなると共に、軽量化を達成できる構成とすることが可能となる。
【００３１】
本発明のフィンアンドチューブ型熱交換器によれば、前記のリターンベンド管を使用することによって、熱交換器の蒸発性能を向上させることが可能となる。また、所定範囲の溝リード角を有するヘアピン管、分岐された冷媒流路、所定の冷媒を使用することによって、熱交換器の蒸発性能をより一層向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明について図面を参照して具体的に説明する。図１はリターンベンド管の構成を示す斜視図、図２はリターンベンド管を組み込んだフィンアンドチューブ型熱交換器の一例を示す一部破断正面図、図３（ａ）は図２の熱交換器をリターンベンド管側から見た斜視図、（ｂ）は熱交換器をヘアピン管側から見た斜視図、（ｃ）は熱交換器内の冷媒の流れを概略的に示す模式図、図４はヘアピン管とリターンベンド管との接合部の一例を示す管軸方向に切断したときの拡大端面図、図５（ａ）はリターンベンド管の管軸直交端面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大端面図、図６（ａ）はヘアピン管の管軸直交端面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大端面図、図７（ａ）、（ｂ）は他の実施形態の熱交換器内の冷媒の流れを概略的に示す模式図、図８（ａ）は熱交換器の蒸発性能を測定する際に使用する吸引型風洞の模式図、（ｂ）は（ａ）の吸引型風洞に冷媒を供給する冷媒供給装置の模式図である。
【００３３】
（１）リターンベンド管
まず、本発明のリターンベンド管について説明する。図１〜図３に示すように、本発明のリターンベンド管１は、フィンアンドチューブ型熱交換器（以下、熱交換器と称す）２０に使用され、管内部に冷媒が供給されるヘアピン管１１の管端に接合されるものである。このリターンベンド管１は、Ｕ字状に形成された管本体部１ａと、この管本体部１ａの管端にヘアピン管１１と接続する管端１ｂと、管本体部１ａの内面に形成された多数の第１溝２とを備える（図４参照、図１においては第１溝の記載を省略した）。このリターンベンド管１が２本のヘアピン管１１、１１の間に介在して、ヘアピン管１１同士を接続するため、図２に示すように、複数のヘアピン管１１、１１・・・を直列に接続することによって、距離の長い冷媒流路が構成される。
【００３４】
リターンベンド管１は、図５、６に示すように、管内面に多数形成された第１溝２の内面溝形状を以下のように規制することによって、リターンベンド管１が組み込まれる熱交換器２０（図２、図３参照）としての蒸発性能を向上させることができる。また、リターンベンド管１は、接合するヘアピン管１１の管外径（第２管外径ＯＤ２）として３〜１０ｍｍが用いられるため、その管外径（第１管外径ＯＤ１）が３〜１０ｍｍの管を用いることが好ましい。
【００３５】
＜内面溝形状＞
リターンベンド管１の第１溝２は、その管軸直交断面における第１溝ピッチ（Ｐ１）と、ヘアピン管１１の管内面に形成されたらせん状の第２溝１２の管軸直交断面における第２溝ピッチ（Ｐ２）との溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が０．６５〜２．２を満足し、かつ、第１溝２の管軸直交断面における溝１個あたりの第１溝断面積（Ｓ１）と、第２溝１２の管軸直交断面における溝１個あたりの第２溝断面積（Ｓ２）との溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３〜３．６を満足する必要がある。なお、溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）は０．５４〜２．７とするのがより好ましい。以下に、溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）および溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）の数値限定理由について説明する。
【００３６】
（溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）：０．６５〜２．２）
溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が０．６５未満の場合、ヘアピン管１１の溝１つあたりに占めるリターンベンド管１の溝数が増加することにより、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、リターンベンド管入口側にて管内部（第１溝２）の冷媒液膜に縮流が起こり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定となり、蒸発性能が低下する。
【００３７】
溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が２．２を超える場合、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、ヘアピン管１１の溝１つあたりに占めるリターンベンド管１の溝数が減少することにより、リターンベンド管１の第１溝２で冷媒液膜の保持性が大幅に低下し、「環状流」を形成が崩れて、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下する。
【００３８】
（溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）：０．３〜３．６）
溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が０．３未満の場合、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積が大幅に減少することにより、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の縮流が起こり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下する。
【００３９】
溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が３．６を超える場合、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積増加により抵抗が減少するものの、逆に第１溝２で冷媒液膜の保持性が低下することにより、「環状流」を形成が崩れて、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下する。
【００４０】
また、図４〜図６に示すように、リターンベンド管１の第１溝２は、第１溝２と管軸とがなす第１溝リード角（θ１）と、ヘアピン管１１の管内面に形成された第２溝１２と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）との角度差（θ１−θ２）が−１５〜＋１５°を満足し、かつ、第１溝２の管軸直交断面における第１溝深さ（ｈ１）と、第２溝１２の管軸直交断面における第２溝深さ（ｈ２）との溝深さ比（ｈ１／ｈ２）が０．４７〜１．５を満足することが好ましい。また、第１溝２は、第１溝リード角（θ１）が０°、すなわち、第１溝２が管軸と平行な場合も含むものとする。以下に、角度差（θ１−θ２）および溝深さ比（ｈ１／ｈ２）の数値限定理由について説明する。
【００４１】
（角度差（θ１−θ２）：−１５〜＋１５°）
角度差（θ１−θ２）が−１５°未満、すなわち、第１溝リード角（θ１）が（第２溝リード角（θ２）−１５°）より小さい場合、リターンベンド管入口側にて、第１溝２の間に形成される第１フィン３の山頂を基点に冷媒液膜の飛沫が生じ、冷媒液膜に乱れ（剥離流）が発生する。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００４２】
角度差（θ１−θ２）が＋１５°を超える、すなわち、第１溝リード角（θ１）が（第２溝リード角（θ２）＋１５°）より大きい場合、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、リターンベンド管側の圧力損失が増加することにより、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の縮流が起こり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００４３】
なお、第１溝２と管軸とがなす第１溝リード角（θ１）の方向は、ヘアピン管１１の管内面に形成された第２溝１２と管軸とがなす第２溝リード角（θ２）の方向と同一方向に形成されていることが好ましい。第１溝リード角（θ１）の方向と第２溝リード角（θ２）の方向が異なると、リターンベンド管１で冷媒の圧力損失が大きくなり、蒸発性能が低下しやすい。
【００４４】
（溝深さ比（ｈ１／ｈ２）：０．４７〜１．５）
溝深さ比（ｈ１／ｈ２）が０．４７よりも小さい場合、リターンベンド管入口側にて第１溝２の冷媒液膜が離脱しやすく、冷媒液膜の飛沫が生じ、冷媒液膜の乱れ（剥離流）が発生する。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００４５】
溝深さ比（ｈ１／ｈ２）が１．５よりも大きい場合、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、リターンベンド管１の第１フィン３が抵抗となり、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の縮流が起こり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分で冷媒液膜の厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００４６】
また、リターンベンド管１の第１溝２は、第１溝２間に形成された第１フィン３の第１フィン山頂角（δ１）、第１フィン根元半径（ｒ１）が、ヘアピン管１１の第２溝１２間に形成された第２フィン１３の第２フィン山頂角（δ２）、第２フィン根元半径（ｒ２）と同一となるように形成することがより好ましい。また、第１フィン山頂角（δ１）が４．５〜４５°、第１フィン根元半径（ｒ１）が第１溝深さ（ｈ１）の１／１２〜１／２がさらに好ましい。さらに、第１フィン山頂角（δ１）が４．５〜２８．５°、第１フィン根元半径（ｒ１）が第１溝深さ（ｈ１）の１／１２〜１／４が最適である。このことにより、リターンベンド管１において、冷媒液膜の「環状流」の形成がより一層維持される。その結果、熱交換器２０（図２、図３参照）の蒸発性能がより一層向上する。以下に、第１フィン山頂角（δ１）および第１フィン根元半径（ｒ１）の数値限定理由について説明する。
【００４７】
（第１フィン山頂角（δ１）：４．５〜４５°）
第１フィン山頂角（δ１）が４．５°未満の場合には、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積増加により抵抗が減少するものの、逆に、第１溝２の溝底幅が広がることで冷媒液膜の保持性が低下しやすく、「環状流」の形成が崩れやすくなり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすくなる。
【００４８】
また、第１フィン山頂角（δ１）が４５°を超えた場合には、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積が減少することにより、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の縮流が起こりやすく、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入しやすくなり、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすくなる。
【００４９】
（第１フィン根元半径（ｒ１）：第１溝深さ（ｈ１）の１／１２〜１／２）
第１フィン根元半径（ｒ１）が第１溝深さ（ｈ１）の１／１２未満になると、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積増加により抵抗が減少するものの、逆に、第１溝２の溝底幅が広がることで冷媒液膜の保持性が低下しやすく、「環状流」の形成が崩れやすくなり、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすくなる。
【００５０】
また、第１フィン根元半径（ｒ１）が第１溝深さ（ｈ１）の１／２を超える場合は、ヘアピン管１１からリターンベンド管１に液冷媒が流入する際、第１溝２の断面積が減少することにより、リターンベンド管入口側にて冷媒液膜の縮流が起こりやすく、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入しやすくなり、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすくなる。
【００５１】
また、図１に示すように、リターンベンド管１の管本体部１ａを以下のように規制することによっても、リターンベンド管１が組み込まれる熱交換器としての蒸発性能を向上させることができる。
【００５２】
＜管本体部＞
（足長さ（Ｌ）：ピッチ（Ｐ）の１．０〜１．５倍）
リターンベンド管１（管本体部１ａ）は、その足長さ（Ｌ）がピッチ（Ｐ）の１．０〜１．５倍であることが好ましい。なお、足長さ（Ｌ）は、Ｕ字形状の管本体部１ａにおいて、管端１ｂと曲げ先端部の管外面との距離である。また、ピッチ（Ｐ）は、Ｕ字形状の管本体部１ａにおいて、両管端中心間の距離である。
【００５３】
足長さ（Ｌ）が曲げピッチ（Ｐ）の１．０倍よりも小さくなると、リターンベンド管入口側から曲げ開始部までの長さが短いことにより、「環状流」の形成が十分ではなく、曲げ内側での冷媒液膜の飛沫が生じることによる冷媒液膜の乱れ（剥離流）が発生する。そして、次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００５４】
足長さ（Ｌ）が曲げピッチ（Ｐ）の１．５倍よりも大きくなると、リターンベンド管入口側から曲げ開始部までの長さが長くなり、「環状流」の形成が容易になる一方、リターンベンド管１での圧力損失が増加することにより、蒸発性能が低下しやすい。
【００５５】
（材質）
リターンベンド管１（管本体部１ａ）の材質は、ヘアピン管の材質より熱伝導率が低い材質からなることが好ましい。熱交換器２０（図２、３参照）、特に空気熱交換器にリターンベンド管１を使用した場合、リターンベンド管１は熱交換部以外で使用される。したがって、リターンベンド管１の材質がヘアピン管の材質より熱伝導率が高い場合には、リターンベンド管１の部分で熱損失が発生する。リターンベンド管１の部分で熱損失が発生すると、リターンベンド管１の部分で冷媒の蒸発が起こり、冷媒液膜の「環状流」の形成が崩れてしまい、冷媒液膜の飛沫が生じることによる冷媒液膜の乱れ（剥離流）が発生する。そして、次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、冷媒液膜が乱れたまま流入し、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜に厚い部分が生じ、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００５６】
従来、ヘアピン管およびリターンベンド管１（管本体部１ａ）の材質には、りん脱酸銅が用いられることが多く、両管の接続には、ロウ付けによる方法が取られる。そして、ロウ付けする際には、ガスバーナー等にて両管の管端部を８００〜９００℃程度に加熱する。その際、リターンベンド管１（管本体部１ａ）にりん脱酸銅を使用した場合、この加熱によりリターンベンド管１（熱影響部）の強度が低下し、使用の際の管内部の圧力により管が破壊しやすくなる。この点を回避するには、リターンベンド管１（管本体部１ａ）の第１管肉厚（Ｔ１）（図４参照）を厚くする必要が生じる。しかし、リターンベンド管１（管本体部１ａ）の材質として、ヘアピン管より耐熱性のある耐熱銅合金を使用することにより、加熱による強度低下が回避でき、更に耐圧強度が向上するとともに、肉厚の増肉化を抑えることができる。その結果、リターンベンド管１（管本体部１ａ）の軽量化が可能となる。耐熱銅合金としては、例えば、８５０℃加熱後も室温において１０ＭＰａ以上の耐圧強度を有するＣｕ−Ｓｎ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｐ系等の銅合金が好ましい。なお、ヘアピン管としてもリターンベンド管１と同一材質の耐熱銅合金管を用いてもよい。
【００５７】
（第１最大内径（ＩＤ１）
図５、図６に示すように、リターンベンド管１（管本体部１ａ）の第１最大内径（ＩＤ１）は、ヘアピン管１１の第２最大内径（ＩＤ２）との関係において（ＩＤ１）≧（ＩＤ２）であることが好ましい。（ＩＤ１）＜（ＩＤ２）とすると、リターンベンド管１の管内で冷媒液膜の「環状流」が形成されていたのが、ヘアピン管１１に液冷媒が流入する際に拡流が起こり、管内下部に冷媒液膜が溜り、更には冷媒液膜の厚さが不均一になって、冷媒液膜が乱れる。そして、次段のヘアピン管入口付近の冷媒液膜が乱れたまま流入することにより冷媒液膜に厚い部分が生じて、管外との熱交換が不安定になり、蒸発性能が低下しやすい。
【００５８】
（２）ヘアピン管
次に、図２、図３に示すように、本発明のリターンベンド管１と共に、熱交換器２０を構成するヘアピン管１１について説明する。図６に示すように、ヘアピン管１１は、管内面に多数のらせん状の第２溝１２が形成され、第２溝１２の内面溝形状を以下のように規制することが好ましい。また、ヘアピン管１１は、空調機器用の伝熱管としては３〜１０ｍｍの管が主流であるため、その管外径（第２管外径ＯＤ２）が３〜１０ｍｍの管を用いることが好ましい。さらに、ヘアピン管１１の材質としては、成形加工性が優れたりん脱酸銅が好ましく、りん脱酸銅よりも耐熱性に優れた耐熱銅合金を用いてもよい。
【００５９】
（第２溝ピッチ（Ｐ２）、第２溝断面積（Ｓ２））
第２溝ピッチ（Ｐ２）は０．３７〜０．４２ｍｍ、第２溝断面積（Ｓ２）は０．０４〜０．０６ｍｍ2であることが好ましい。第２溝ピッチ（Ｐ２）が０．３７ｍｍ未満、第２溝断面積（Ｓ２）が０．０４ｍｍ2未満の場合には、管内面に第２溝１２を成形する際に、溝成形用工具（例えば、溝付プラグ）の溝部への材料の流動性が低下することにより管外側からの押し込み力が増大し、その結果、溝成型用工具が破損しやすく、管内面に安定して第２溝１２を成形しにくい。また、第２溝ピッチ（Ｐ２）が０．４２ｍｍを超える、第２溝断面積（Ｓ２）が０．０６ｍｍ2を超える場合には、管内部の第２溝１２間に冷媒の液膜が薄く形成されにくい。そのため、管内部の冷媒液膜が逆に熱抵抗となり、蒸発性能が低下しやすい。
【００６０】
（第２溝リード角（θ２）：図４参照）
第２溝リード角（θ２）は、１５°以上であることが好ましい。第２溝リード角（θ２）が１５°未満の場合には、管内部における冷媒液膜の「旋回流」の形成が不十分なため、蒸発性能が低下しやすい。リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管１１に液冷媒が流入する際、第２溝１２での冷媒液膜の均一な「環状流」の形成が低下し、ヘアピン管１１の直管部分での冷媒液膜が不均一になり、管外との熱交換が不安定化し、蒸発性能が低下しやすい。また、第２溝リード角（θ２）が４５°を超える場合には、転造加工により管内面に第２溝１２を形成する際の速度が極端に低下しやすく、安定して長尺のヘアピン管１１の製造がしにくいため、第２溝リード角（θ２）は４５°以下がより好ましい。
【００６１】
（第２溝深さ（ｈ２））
第２溝深さ（ｈ２）は、０．１０〜０．２８ｍｍであることが好ましい。第２溝深さ（ｈ２）が０．１０ｍｍ未満の場合には、管内面の第２溝１２間に形成された第２フィン１３が、管内部における冷媒の液面より低くなり、冷媒液膜に埋没する。そのため、管内部の有効伝熱面積が著しく減少し、蒸発性能が低下しやすい。また、第２溝深さ（ｈ２）が０．２８ｍｍを超える場合には、管内面に第２溝１２を成形する際に、溝成形用工具（例えば、溝付プラグ）が破損しやすく、管内面に安定して第２溝１２を成形しにくい。
【００６２】
（第２フィン山頂角（δ２））
第２フィン山頂角（δ２）は、５〜４５°であることが好ましい。第２フィン山頂角（δ２）が５°未満の場合には、ヘアピン管１１を空調機器用の熱交換器２０に組み込む際の拡管時（図示せず）に、第２フィン１３の倒れやつぶれが生じやすい。また、第２フィン１３形成のために管内面に第２溝１２を成形する際に、溝成形用工具が破損しやすく、管内面に安定して第２溝１２を成形しにくい。また、第２フィン山頂角（δ２）が４５°を超えた場合には、第２溝１２の断面積が著しく小さくなり伝熱性能が低下しやすい。また、第２フィン１３の断面積（ヘアピン管１１の第２管肉厚（Ｔ２））が大きくなり、ヘアピン管１１の質量が増加し、熱交換器２０の軽量化が難しくなる。
【００６３】
（第２フィン根元半径（ｒ２））
第２フィン根元半径（ｒ２）は、第２溝深さ（ｈ２）の１／１０〜１／３とすることが好ましい。第２フィン根元半径（ｒ２）が溝深さ（ｈ２）の１／１０未満である場合には、第２フィン１３が高くなった場合に第２フィン１３（第２溝１２）の成形性が悪くなり、所定形状の第２フィン１３が得られ難く、また管内面の第２溝１２の根元に当接する溝成形用工具に破損が発生しやすくなる。また、１／３を超える場合には、第２フィン１３の断面積が大きくなり、ヘアピン管１１の第２管肉厚（Ｔ２）が増加して、ヘアピン管１１の質量が増加する。
【００６４】
（第２最大内径（ＩＤ２））
ヘアピン管１１の第２最大内径（ＩＤ２）は、ヘアピン管１１の外径（ＯＤ２）の０．８０〜０．９６であることが好ましい。第２最大内径（ＩＤ２）がヘアピン管１１の外径（ＯＤ２）の０．８０未満の場合には、第２管肉厚（Ｔ２）が厚くなり、ヘアピン管１１の質量が増加し、熱交換器２０（図２、図３参照）の軽量化が難しくなる。また、第２最大内径（ＩＤ２）がヘアピン管１１の外径（ＯＤ２）の０．９６を超える場合には、第２管肉厚（Ｔ２）が薄くなり、ヘアピン管１１の管強度が低く、熱交換器２０の使用中に管破壊を生じやすくなる。
【００６５】
（３）リターンベンド管およびヘアピン管の製造方法
次に、リターンベンド管およびヘアピン管の製造方法について説明する。リターンベンド管およびヘアピン管の両管は、例えば、従来公知の以下の製造方法によって製造される。下記の第１の工程を適用する素管には、通常、軟質材を用いる。また、下記の第１〜第３の工程は、前段および後段に縮径装置を備えた転造装置を用いて連続して行う。第３の工程の第３の縮径加工後、通常、内面溝付管をレベルワウンドコイルに巻き上げ、焼鈍炉で焼鈍して軟質材とし、第４の工程を適用してリターンベンド管およびヘアピン管を製造する。
【００６６】
（第１の工程）
りん脱酸銅または耐熱銅合金等の素材で構成された素管を、縮径ダイスと縮径プラグの間を通過するように引抜くことにより、素管に第１の縮径加工を施す。
（第２の工程）
第１の工程で縮径された前記素管の内部に溝付プラグを挿入し、複数個の転造ボールまたは転造ロールで素管内に挿入された溝付プラグを押圧することにより、素管に第２の縮径加工を施す。同時に、縮径された素管の管内面に、溝付プラグの溝形状が転写され、第１溝２または第２溝１２（図４参照）が形成される。ここで、溝付プラグは、前記した内面溝形状（図５、図６参照）に対応した溝形状を有する。
（第３の工程）
第２の工程で管内面に第１溝２または第２溝１２が形成された素管を、整形ダイスで引抜くことにより、第３の縮径加工を施し、第１管外径（ＯＤ１）または第２管外径（ＯＤ２）の内面溝付伝熱管を製造する。
（第４の工程）
第３の工程で製造された内面溝付管に、所定治具で曲げ加工を施し、所定形状のリターンベンド管１およびヘアピン管１１（図１、図２参照）を製造する。
【００６７】
（４）フィンアンドチューブ型熱交換器
次に、本発明の熱交換器について説明する。図２、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、熱交換器２０は、管内部に冷媒が供給され、多数のヘアピン管１１、１１・・・が所定の曲げピッチＰａで並列されたヘアピン部２３と、ヘアピン部２３の各々のヘアピン管１１、１１・・・の管端部に管端１ｂ、１ｂ（図１参照）を接合した多数のリターンベンド管１、１・・・が並列されたリターンベンド部２２と、ヘアピン管１１の外表面に一定間隔（フィンピッチＰｂ）で並列された多数のフィン２１ａ、２１ａ・・・からなるフィン部２１とを有する。このような構成により、多数のヘアピン管１１、１１・・・がリターンベンド管１、１・・・を介して複数段に直列に連結され、熱交換器２０が長い有効伝熱管長（冷媒流路）を有することとなる。また、図３（ｂ）に示すように、ヘアピン管１１を所定の列方向ピッチＰｃで複数列に配置してもよい。さらに、図３（ｃ）に示すように、熱交換器２０の管内部に供給される冷媒は、熱交換器２０に送風される空気の流れに対して、冷媒凝縮時には同一方向、冷媒蒸発時には逆方向に流される。
【００６８】
そして、リターンベンド部２２の少なくとも一部が、前記した管内面に多数の第１溝２（第５図参照）が形成されたリターンベンド管１で構成されている。このように構成することにより、熱交換器２０での蒸発性能の低下を小さくすることが可能となる。また、リターンベンド管１の内面溝形状、例えば、溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）、溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）、溝深さ比（ｈ１／ｈ２）（図５、図６参照）、溝リード角の角度差（θ１−θ２）（図４参照）等、または、第１最大内径（ＩＤ１）を、熱交換器２０の冷媒の流れ（上流または下流）を考慮して、リターンベンド部２２の場所により変化させてもよい。さらに、冷媒の圧力損失を考慮して、リターンベンド部２２の少なくとも一部に、平滑管で構成されたリターンベンド管を用いてもよい。
【００６９】
また、本発明の熱交換器は、ヘアピン管およびリターンベンド管から構成された冷媒流路の少なくとも一部が分岐され、複数の冷媒流路を形成するものであってもよい。例えば、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、冷媒流路全体が分岐された２パス型熱交換器２０Ａ、冷媒流路の一部が分岐された部分２パス型熱交換器２０Ｂが挙げられる。ここで、図７（ａ）、（ｂ）では、冷媒流路が２流路（冷媒流路Ａおよび冷媒流路Ｂ）に分岐されているが、２流路に限定されず、３流路以上に分岐されたものであってもよい。また、分岐された冷媒流路（冷媒流路Ａおよび冷媒流路Ｂ）が、さらに複数の冷媒流路に分岐されるものであってもよい。さらに、図７（ｂ）の部分２パス型熱交換器２０Ｂでは、分岐部が１箇所であるが、２箇所以上であってもよい、すなわち、図３（ｃ）に示した冷媒流路が分岐されない１パス型熱交換器２０に、複数の２パス型熱交換器２０Ａを結合したものであってもよい。
【００７０】
図７に示すような熱交換器２０Ａ（２パス型熱交換器）、２０Ｂ（部分２パス型熱交換器）では、前記の１パス型熱交換器２０（図３（ｃ）参照）と同様に、冷媒の旋回流の維持により蒸発性能が向上する。また、冷媒流路が分岐された熱交換器２０Ａ、２０Ｂでは、分岐あたりの冷媒質量速度が下がり、特にリターンベンド管入口側での冷媒速度が低下し、管内部に形成された冷媒液膜の「環状流」がより安定化する。そして、リターンベンド管出口側から次段のヘアピン管に液冷媒が流入する際、管内部により均一な「環状流」が形成され、ヘアピン管の直管部分での冷媒液膜が均一になり、管外側（空気側）との熱交換が安定化し、蒸発性能がより一層向上する。さらに、複数の冷媒流路（冷媒流路Ａおよび冷媒流路Ｂ）が形成されることによって、冷媒流路（冷媒流路Ａまたは冷媒流路Ｂ）を構成する並列されたヘアピン管およびリターンベンド管の段数が、前記の１パス型熱交換器２０と比べると減少する（図３（ｃ）、図７では１１段から６段に減少している）。これにより、冷媒の圧力損失が小さくなり、蒸発性能がより一層向上する。
【００７１】
また、本発明の熱交換器２０に使用される冷媒は、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）系冷媒であって、非共沸混合冷媒である、例えば、Ｒ４１０系が好ましく、ジフルオロメタン（Ｒ３２）およびペンタフルオロエタン（Ｒ１２５）を５０％づつ混合したＲ４１０Ａがより好ましい。ＨＦＣ系の非共沸混合冷媒の使用により、熱交換器２０の蒸発性能が向上し、また、冷媒の圧力損失も小さくなる。さらに、Ｒ４１０系は伝熱性能に優れるが、運転圧力が高いため、コンプレッサーが大型化しやすい。したがって、蒸発性能はＲ４１０系より少し低下するが、運転圧力がＲ４１０系よりも低い、Ｒ４０７系を、本発明の冷媒として使用してもよい。
【実施例】
【００７２】
＜実施例１〜２０（実施例９を除く）＞
以下、本発明の実施例について、具体的に説明する。
先ず、実施例１〜６、実施例８〜２０はＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０のりん脱酸銅または合金番号Ｃ１０２０の無酸素銅、実施例７はＣｕ−Ｓｎ−Ｐ（０．６５質量％、０．０３質量％、残部がＣｕの耐熱銅合金）を溶解し、鋳造し、熱間押出し、冷間圧延し、冷間抽伸加工を施して素管を作製した。次に、前記素管を焼鈍後、第１の縮径加工を施し、縮径された素管に表１、表２に示す内面溝形状のらせん溝（または平行溝）を形成しながら第２の縮径加工を施し、溝形成された素管に第３の縮径加工、焼鈍を施して、第１管外径（ＯＤ１）７ｍｍの供試管（リターンベンド管用）を作製した。また、ＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０のりん脱酸銅を用いて、同様な作製方法で第２管外径（ＯＤ２）７ｍｍの供試管（ヘアピン管用）を作製した。
【００７３】
次に、前記各供試管を用いて、図２、図３（ａ）、（ｂ）に示すフィンアンドチューブ型熱交換器（１パス型熱交換器）２０を作製した。まず、供試管（ヘアピン管用）を、その中央部で所定の曲げピッチ（Ｐａ）でヘアピン状に曲げ加工して複数のヘアピン管１１を作製した。つぎに、複数本のヘアピン管１１を、所定の間隔（フィンピッチ（Ｐｂ））をおいて相互に平行に配置された複数枚のフィン２１ａに挿通した。そして、銅管（ヘアピン管１１）の外径基準による拡管率が１０５．５％となるようなビュレットをヘアピン管１１内に挿入して、縮み方式拡管機で拡管して、フィン２１ａとヘアピン管１１を接合した。つぎに、供試管（リターンベンド管用）を、所定の足長さＬおよびピッチ（Ｐ）（図１参照）で曲げ加工して複数のリターンベンド管１を作製した。そして、図４に示すように、隣接するヘアピン管１１の管端部を更に拡管し、りん銅ろう（ＢＣｕＰ−２）のリングを付けたリターンベンド管１を装着し、両者の管内に酸化防止のための窒素ガスを流しながら、バーナーにより、両者の管を加熱ろう付け（８５０℃、１分間）して熱交換器２０を作製した。なお、熱交換器２０の仕様は以下の通りとした。
（熱交換器２０）
外形は、長さ５００ｍｍ×高さ２５０ｍｍ×幅２５．４ｍｍとした。
（ヘアピン管１１）
２列１２段（曲げピッチ（Ｐａ）２１ｍｍ、列方向ピッチ（Ｐｃ）１３．４ｍｍ）に配置した（拡管前の足長さ（Ｌａ）は約５３５ｍｍであった）。
（リターンベンド管１）
足長さ（Ｌ）＝２０．０ｍｍ、２１．２ｍｍ、２２．５ｍｍ、３１．４ｍｍ、
３３．０ｍｍ
ピッチ（Ｐ）＝２１．０ｍｍとした（図１参照）。
（フィン２１ａ）
ＪＩＳＨ４０００に規定された合金番号１Ｎ３０のアルミニウムからなる板材で、板材の表面を樹脂で被覆したものである。また、フィン２１ａの厚さは１１０μｍとした。そして、４１０枚のフィン２１ａをフィンピッチ（Ｐｂ）１．２５ｍｍで平行に配置した。
【００７４】
なお、実施例９は、実施例１と同様な供試管（ヘアピン管、リターンベンド管）を使用し、実施例１と同様にして、図７（ａ）に示すフィンアンドチューブ型熱交換器（２パス型熱交換器）２０Ａを作製した。なお、冷媒流路Ａ、Ｂのヘアピン管１１の段数は２列６段とした。
【００７５】
＜比較例１〜５＞
表３に示すように、比較例１は、前記供試管（リターンベンド管）として、管内面に溝が形成されていない平滑管を使用したこと以外は実施例１と同様とした。比較例２〜５は、溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）および溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）の少なくとも一方が本発明の特許請求の範囲から外れた内面溝付管を使用したこと以外は実施例１と同様とした。そして、実施例１と同様にして熱交換器（１パス型熱交換器）２０を作製した。
【００７６】
実施例１〜２０および比較例１〜５の熱交換器を用いて、蒸発性能をＪＩＳ  Ｃ  ９６１２に基いて測定し、その結果を表１、表２、表３に示した。なお、蒸発性能は、伝達率を測定し、比較例１を１とした場合の比率として記載した。
【００７７】
また、図８（ａ）に蒸発性能を測定する測定装置の模式図を示す。図８（ａ）に示すように、測定装置は、恒温恒湿機能付きの吸引型風洞１００、冷媒供給装置１１０（図８（ｂ）参照）および空調機（図示せず）からなる。この吸引型風洞１００においては、空気流入口１０８から流入されて空気排出口１０９から排出される空気の流通経路に熱交換器２０（２０Ａ）が配置され、この熱交換器２０（２０Ａ）の上流側および下流側に夫々エアーサンプラ１０１、１０２が配置されている。このエアーサンプラ１０１、１０２には夫々温湿度計測箱１０３、１０４が連結されている。この温湿度計測箱１０３、１０４は夫々エアーサンプラ１０１、１０２により採取された空気の乾球温度および湿球温度を測定することにより、この空気の温度および湿度を測定するものである。また、エアーサンプラ１０２の下流側には誘引ファン１０５が設けられ、空気排出口１０９に空気を排出している。また、熱交換器２０（２０Ａ）とエアーサンプラ１０２との間、およびエアーサンプラ１０２と誘引ファン１０５との間には、熱交換器２０（２０Ａ）を通過した空気を整流する整流器１０６、１０６が設けられている。
【００７８】
また、図８（ｂ）に冷媒供給装置１１０の模式図を示す。図８（ｂ）において、１０７は冷媒配管、１１１はサイトグラス、１１２は液（冷媒）加熱および冷却用熱交換器、１１３はドライヤー、１１４は受液（冷媒）器、１１５は溶栓、１１６は凝縮器、１１７はオイルセパレータ、１１８はコンプレッサー、１１９はアキュームレータ、１２０は蒸発器、１２１は膨張弁、１２２は流量計である。そして、冷媒配管１０７を通じて、吸引型風洞１００内に備えられた熱交換器２０（２０Ａ）のヘアピン管１１（図２参照）の内部に、圧力および温度を調節した冷媒が供給される。また、熱交換器２０(２０Ａ)の入口および出口には、冷媒の温度および圧力を測定する圧力計１２３（温度は測定圧力相当飽和温度とする）が設けられている。さらに、空調機（図示せず）は、吸引型風洞１００の空気流入口１０８に温度および湿度が制御された空気を供給するものである。
【００７９】
そして、測定条件は以下の通りとした。
＜冷媒＞Ｒ２２、Ｒ４１０Ａ
＜空気側＞乾球温度２７．０℃、湿球温度１９．０℃
熱交換器の前面風速０．８ｍ／ｓ
＜冷媒側＞蒸発温度（出口基準）７．５℃、入口乾き度０．２℃、出口過熱度５．０℃
【００８０】
【表１】
2008020150.tif 000003
【００８１】
【表２】
2008020150.tif 000004
【００８２】
【表３】
2008020150.tif 000005
【００８３】
表１、表２、表３の結果より、実施例１〜２０の熱交換器は、リターンベンド管として平滑管を使用した比較例１の熱交換器に比べて、蒸発性能が優れていることが確認された。
また、比較例２の熱交換器は溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が下限値未満、比較例３の熱交換器は溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）および溝断面積比（Ｓ１／Ｓ２）が上限値を超え、比較例４の熱交換器は溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が上限値を超え、比較例５の熱交換器は溝ピッチ比（Ｐ１／Ｐ２）が下限値未満であるため、実施例１〜２０の熱交換器に比べて、蒸発性能が劣ることが確認された。
【００８４】
＜実施例２１、２２＞
表４に示すように、実施例２１は、前記供試管（リターンベンド管）として、材質Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ（０．６５質量％、０．０３質量％Ｐ、残部がＣｕの耐熱銅合金）からなる第１管肉厚（Ｔ１）０．２０ｍｍの内面溝付管を使用したこと以外は実施例１と同様とした。実施例２２は、前記供試管（リターンベンド管）として、第１管肉厚（Ｔ１）０．３４ｍｍの内面溝付管を使用したこと以外は実施例１と同様とした。そして、実施例１と同様にして熱交換器（１パス型熱交換器）を作製した。次に、実施例１、実施例２１および実施例２２の熱交換器を用いて、水圧による耐圧試験を行った。熱交換器のリターンベンド部（リターンベンド管）に破壊が生じた際の圧力をブルドン管圧力計にて測定し、耐圧強度とした。その結果を表４に示した。
【００８５】
【表４】
2008020150.tif 000006
【００８６】
表４の結果より、実施例２１の熱交換器は、リターンベンド管の第１管肉厚（Ｔ１）が実施例１より薄くても、ろう付けによる強度低下が小さいことから、実施例１に比べて耐圧強度が高いことが確認された。また、リターンベンド管の材質が実施例１と同一の実施例２２の熱交換器においては、耐圧強度は実施例２１と同等であったが、リターンベンド管の第１管肉厚（Ｔ１）が実施例１の１．７倍となり、材料の使用量が増加することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明に係るリターンベンド管の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るリターンベンド管を組み込んだフィンアンドチューブ型熱交換器の一例を示す一部破断正面図である。
【図３】（ａ）は図２の熱交換器をリターンベンド管側から見た斜視図、（ｂ）は熱交換器をヘアピン管側から見た斜視図、（ｃ）は熱交換器内の冷媒の流れを概略的に示す模式図である。
【図４】ヘアピン管とリターンベンド管との接合部の一例を示す管軸方向に切断したときの拡大端面図である。
【図５】（ａ）はリターンベンド管の管軸直交端面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大端面図である。
【図６】（ａ）はヘアピン管の管軸直交端面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大端面図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明に係る他の実施形態の熱交換器内の冷媒の流れを概略的に示す模式図である。
【図８】（ａ）は熱交換器の蒸発性能を測定する際に使用する吸引型風洞の模式図、（ｂ）は（ａ）の吸引型風洞に冷媒を供給する冷媒供給装置の模式図である。
【符号の説明】
【００８８】
１      リターンベンド管
１ａ    管本体部
２      第１溝
３      第１フィン
１１    ヘアピン管
１２    第２溝
１３    第２フィン
２０、２０Ａ、２０Ｂ  熱交換器
２１    フィン部
２１ａ  フィン
２２    リターンベンド部
２３    ヘアピン部
Ｐ１    第１溝ピッチ
Ｐ２    第２溝ピッチ
Ｓ１    第１溝断面積
Ｓ２    第２溝断面積
θ１    第１溝リード角
θ２    第２溝リード角
ｈ１    第１溝深さ
ｈ２    第２溝深さ
Ｌ      足長さ
Ｐ      ピッチ
ＩＤ１  第１最大内径
ＩＤ２  第２最大内径
ＯＤ１  第１管外径
ＯＤ２  第２管外径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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