(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管であって、
横断面外形が円形でありその周方向に沿って異なる内径を有する大内径部及び小内径部が交互に設けられ、
前記大内径部は、外周面にＺｎ拡散層を有し、
前記小内径部は、Ｚｎ拡散層を有さない伝熱素管。
【請求項２】
伝熱素管の軸中心に対して互いに点対称に設けられた二つの前記小内径部を有し、
前記小内径部は、それぞれ軸中心に対し中心角度４５°以上、１２０°以下の範囲に設けられている請求項１に記載の伝熱素管。
【請求項３】
底肉厚の異なる厚肉部と薄肉部とが周方向に沿って交互に設けられ、
前記大内径部は、前記薄肉部により構成され、
前記小内径部は、前記厚肉部により構成されている請求項１又は２に記載の伝熱素管。
【請求項４】
前記厚肉部の底肉厚は、前記薄肉部の底肉厚に対して１．１倍以上、１．５倍以下である請求項３に記載の伝熱素管。
【請求項５】
内周面に突出しフィン頂部を結んで伝熱素管の内径を構成する内面フィンを有し、
前記小内径部における内面フィンの高さと底肉厚の和が、前記大内径部における内面フィンの高さと底肉厚の和に対して１．１倍以上、１．５倍以下である請求項３又は４に記載の伝熱素管。
【請求項６】
内周面に突出しフィン頂部を結んで伝熱素管の内径を構成する内面フィンを有し、
前記内面フィンは、突出高さの異なる高内面フィンと低内面フィンとから構成され、
前記大内径部は、前記低内面フィンが複数形成された低フィン部から構成され、
前記小内径部は、前記高内面フィンが複数形成された高フィン部から構成されている請求項１〜５の何れか一項に記載の伝熱素管。
【請求項７】
前記低内面フィンの突出高さに対し前記高内面フィンの突出高さが、１倍以上、３倍以下であり、かつ前記高内面フィンの突出高さが０．４ｍｍ以下である請求項６に記載の伝熱素管。
【請求項８】
前記大内径部の最大表面Ｚｎ濃度が２％以上１０％以下であり、前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離が、８０μｍ以上、１２０μｍ以下であり、
前記小内径部の最大表面Ｚｎ濃度が２％未満である請求項１〜７の何れか一項に記載の伝熱素管。
【請求項９】
（最大外径−最小外径）／平均外径×１００
として定義される真円率が、５％以下である請求項１〜８の何れか一項に記載の伝熱素管。
【請求項１０】
所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管の製造方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金を押出成型することで、横断面外形が円形であり厚肉部と薄肉部とを周方向に沿って交互に設けた管材を形成し、
前記管材の前記薄肉部に対してのみＺｎ溶射を行う、伝熱素管の製造方法。
【請求項１１】
所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管の製造方法であって、
アルミニウム又はアルミニウム合金を押出成型することで、横断面外形が円形であり突出高さの低い内面フィンを内周面に形成した低フィン部と、突出高さが高い内面フィンを形成した高フィン部と、を周方向に沿って交互に設けた管材を形成し、
前記管材の低フィン部に対してのみＺｎ溶射を行う、伝熱素管の製造方法。
【請求項１２】
前記Ｚｎ溶射におけるＺｎの溶射量を、３ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下とする請求項１０又は１１に記載の伝熱素管の製造方法。
【請求項１３】
前記Ｚｎ溶射の後に熱処理を行いＺｎを拡散させることでＺｎ拡散層を形成し、その最大表面Ｚｎ濃度を２％以上１０％以下とし、前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離を、８０μｍ以上、１２０μｍ以下とする請求項１０〜１２の何れか一項に記載の伝熱素管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱素管及び伝熱素管の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に空調機や冷凍機のフィンチューブ式の熱交換器には冷媒を流すための伝熱管が使用されている。このような伝熱管を使用して熱交換器は、以下の手順を経て製造される。
まず、拡管前の伝熱管である伝熱素管を用意する。
次に、この伝熱素管を挿通するための孔が形成された多数の放熱板を、所定のピッチで並べる。
次に、伝熱素管を前記各放熱板の孔内に挿通する。
次に、伝熱素管内に拡管プラグを押込み伝熱素管を拡管し、その外径を放熱板の孔径より大きくする。これによって伝熱素管の外周と放熱板の孔の内周面とを密着させる。
【０００３】
従来、このような伝熱素管には、銅、又は銅合金からなるものが用いられてきた。しかしながら、近年、銅資源の枯渇などの背景から、伝熱素管として軽量で安価なアルミニウム又はアルミニウム合金からなる伝熱素管を使用することが提案されている。
【０００４】
また、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成した伝熱管の防食性を向上させるための方法も提案されている（特許文献１）。例えば、当該管部材の外表面上にＺｎ溶射してＺｎ拡散層を形成する方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１１４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したＺｎ拡散層は、伝熱管内部と伝熱管表面との間に電位差を設けて犠牲陽極層として機能する。Ｚｎ拡散層が形成することで孔食の発生を抑制できる一方で、伝熱管の表面は全面腐食が促進され、伝熱管がやせ細るという問題がある。伝熱管は、拡管されることで放熱板と密着されているために、伝熱管がやせ細ると放熱板との密着性が低下する。これにより、伝熱管と放熱板の熱交換効率が低下することが懸念される。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みなされたもので、伝熱管に孔食が生じることを抑制しつつ、伝熱管と放熱板の密着性を保つための伝熱素管の提供を目的とする。
【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、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の伝熱素管は、所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管であって、横断面外形が円形でありその周方向に沿って異なる内径を有する大内径部及び小内径部が交互に設けられ、前記大内径部は、外周面にＺｎ拡散層を有し、前記小内径部は、Ｚｎ拡散層を有さない伝熱素管。
【０００９】
また、上記の伝熱素管は、伝熱素管の軸中心に対して互いに点対称に設けられた二つの前記小内径部を有し、前記小内径部は、それぞれ軸中心に対し中心角度４５°以上、１２０°以下の範囲に設けられていても良い。
【００１０】
また、上記の伝熱素管は、底肉厚の異なる厚肉部と薄肉部とが周方向に沿って交互に設けられ、前記大内径部は、前記薄肉部により構成され、前記小内径部は、前記厚肉部により構成されていても良い。
【００１１】
また、上記の伝熱素管は、前記厚肉部の底肉厚は、前記薄肉部の底肉厚に対して１．１倍以上、１．５倍以下であっても良い。
【００１２】
また、上記の伝熱素管は、内周面に突出しフィン頂部を結んで伝熱素管の内径を構成する内面フィンを有し、前記小内径部における内面フィンの高さと底肉厚の和が、前記大内径部における内面フィンの高さと底肉厚の和に対して１．１倍以上、１．５倍以下であっても良い。
【００１３】
また、上記の伝熱素管は、内周面に突出しフィン頂部を結んで伝熱素管の内径を構成する内面フィンを有し、前記内面フィンは、突出高さの異なる高内面フィンと低内面フィンとから構成され、前記大内径部は、前記低内面フィンが複数形成された低フィン部から構成され、前記小内径部は、前記高内面フィンが複数形成された高フィン部から構成されていても良い。
【００１４】
また、上記の伝熱素管は、前記低内面フィンの突出高さに対し前記高内面フィンの突出高さが、１倍以上、３倍以下であり、かつ前記高内面フィンの突出高さが０．４ｍｍ以下であっても良い。
【００１５】
また、上記の伝熱素管は、前記薄肉部の最大表面Ｚｎ濃度が２％以上１０％以下であり、前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離が、８０μｍ以上、１２０μｍ以下であり、前記厚肉部の最大表面Ｚｎ濃度が２％未満であっても良い。
【００１６】
また、上記の伝熱素管は、（最大外径−最小外径）／平均外径×１００として定義される真円率が、５％以下であっても良い。
【００１７】
また、上記の伝熱素管に係る製造方法は、所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管の製造方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金を押出成型することで、横断面外形が円形であり厚肉部と薄肉部とを周方向に沿って交互に設けた管材を形成し、前記管材の前記薄肉部に対してのみＺｎ溶射を行う。
【００１８】
また、上記の伝熱素管に係る製造方法は、所定間隔に平行に並設する複数の放熱板に形成された挿通孔に挿通し拡管することで前記放熱板と結合できるアルミニウム製の伝熱素管の製造方法であって、アルミニウム又はアルミニウム合金を押出成型することで、横断面外形が円形であり突出高さの低い内面フィンを内周面に形成した低フィン部と、突出高さが高い内面フィンを形成した高フィン部と、を周方向に沿って交互に設けた管材を形成し、前記管材の低フィン部に対してのみＺｎ溶射を行う。
【００１９】
また、上記の伝熱素管の製造方法は、前記Ｚｎ溶射におけるＺｎの溶射量を、３ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下としても良い。
【００２０】
また、上記の伝熱素管の製造方法は、前記Ｚｎ溶射の後に熱処理を行いＺｎを拡散させることで前記薄肉部にＺｎ拡散層を形成して、前記薄肉部の最大表面Ｚｎ濃度を２％以上１０％以下とし、前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離を、８０μｍ以上、１２０μｍ以下としても良い。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の伝熱素管の外周面には、Ｚｎ拡散層を備えた大内径部と、Ｚｎ拡散層を備えていない小内径部とが、周方向に沿って交互に設けられている。
小内径部が、形成されていることで、伝熱素管を拡管した際にこの小内径部が放熱板の挿通孔に密着し、これらを強固に固定できる。また、小内径部にはＺｎ拡散層を備えていないため、全面腐食は起こりにくく小内径部の外径は細くなりにくい。
一方、大内径部はその外周にＺｎ拡散層を備えているため、内部と表面との間に電位差を与える犠牲陽極層として機能させることができる。大内径部の表面の孔食電位は、Ｚｎが拡散していない管材の内側の層、並びに小内径部の表面より卑となる。これにより管材全体の孔食発生を抑制しつつ、しかも小内径部がやせ細ることを防ぐことができる。
拡管後の放熱板との密着が小内径部と放熱板の挿通孔とで強固になされ、腐食によって密着性が低下しにくい熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態の伝熱素管を示し、図１（ａ）は横断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の一部の拡大図である。
【図２】第１実施形態の伝熱素管を拡管した後の伝熱管の横断面図である。
【図３】第１実施形態の伝熱素管の製造方法におけるＺｎ溶射の様子を示す図である。
【図４】第１実施形態の伝熱素管を用いた熱交換器の製造方法における拡管工程の様子を示す図である。
【図５】第１実施形態の伝熱素管を用いた熱交換器の一例を示す図である。
【図６】第２実施形態の伝熱素管を示し、図６（ａ）は横断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の一部の拡大図である。
【図７】第２実施形態の伝熱素管を拡管した後の伝熱管の横断面図である。
【図８】第３実施形態の伝熱素管を示し、図８（ａ）は横断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の一部の拡大図である。
【図９】第３実施形態の伝熱素管を拡管した後の伝熱管の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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、特徴部分を強調する目的で、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。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。
【００２４】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、第１実施形態の伝熱素管１の横断面図であり、図１（ｂ）はその部分拡大図である。
図１（ａ）に示すように、伝熱素管１は、横断面の外形状が円形の管材である。伝熱素管１は、互いに点対称の位置に設けられた二つの厚肉部２と二つの薄肉部３を有し、薄肉部３にはＺｎ拡散層４が形成されている。
伝熱素管１において、厚肉部２の内径α１は、薄肉部３の内径β１に対し小さくなっている。したがって、厚肉部２は小内径部を構成し、薄肉部３は大内径部を構成する。
【００２５】
伝熱素管１は、外径１０ｍｍ以下、例えば、３ｍｍ以上、１０ｍｍ以下である。伝熱素管１は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いることができる。伝熱素管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伝熱素管１を構成しても良い。なお、本明細書においてアルミニウム製とは、これらいずれのアルミニウム合金あるいは純アルミニウムからなるものであっても包含する概念とする。
【００２６】
図５は、伝熱素管１が拡管されることで形成された伝熱管８１を備えた熱交換器８０の一例を示す概略図である。なお、本明細書においては、拡管前の伝熱管を伝熱素管１と呼び、拡管後を伝熱管８１と呼び、その用語を使い分けるものとする。
熱交換器８０は、冷媒を通過させるチューブとして伝熱管８１を蛇行させて設け、この伝熱管８１の周囲に複数のアルミニウム製放熱板１５を平行に配設した構造である。伝熱管８１は、平行に配設した放熱板１５を貫通するように設けた複数の透孔を通過するように設けられている。
【００２７】
図４は、伝熱素管１を拡管して放熱板１５と密着させ熱交換器８０を形成する拡管工程を示す図である。この拡管工程は、所定間隔に平行に並設する複数の放熱板１５に形成された挿通孔１５ａに伝熱素管１を通した状態で、伝熱素管１に拡管プラグ１１を挿入して拡管し伝熱素管１の外周を放熱板１５の挿通孔１５ａの内径部に密着させて熱交換器を製造する方法である。
【００２８】
拡管プラグ１１は、軸部１２とその先端側に一体形成されたヘッド部１３とからなる。ヘッド部１３は、砲弾形状をなして軸部１２より径が大きくなるように膨出形成されている。ヘッド部１３の最大直径は伝熱素管１の内径（厚肉部２の内径α１及び薄肉部の内径β１）より大きく形成されている。
【００２９】
この拡管プラグ１１を用いた拡管工程は、以下の手順で行われる。まず、アルミニウムあるいはアルミニウム製の放熱板１５を複数重ねて放熱板集合体１６を構成する。各放熱板１５において伝熱素管１を挿通する予定位置には、挿通孔１５ａが形成されている。これらの挿通孔１５ａが一直線状に並ぶように各放熱板１５を配置する。
また、伝熱素管１をＵ字状に曲げてヘアピンパイプを構成しておく。これにより伝熱素管１の開口部１ａは、一側にそろえられ他側にＵ字部１ｂが形成される。このペアピンパイプ（伝熱素管１）を必要本数だけ放熱板集合体１６の挿通孔１５ａに挿通する。各伝熱素管１の開口部１ａは放熱板集合体１６の一側に揃えておく。
【００３０】
この状態において各伝熱素管１の開口部１ａから拡管プラグ１１を強制的に押し込む。これによって、開口部１ａから順にヘッド部１３の外周面に沿って伝熱素管１の拡管が行われる。拡管プラグ１１のヘッド部１３は、伝熱素管１のＵ字部１ｂ近傍に到達するまでヘッド部１３を強制的に押込まれる。これにより、拡管プラグ１１のヘッド部１３が伝熱素管１を押し広げて塑性変形させて伝熱素管１を拡管できる。拡管された伝熱素管１は放熱板１５の挿通孔１５ａを押し広げるように放熱板１５に結合し、伝熱素管１を放熱板１５に機械的に接合できる。最後に、拡管プラグを引き抜くことで拡管工程が完了する。
【００３１】
このような熱交換器８０の製造に用いられる伝熱素管１について具体的に説明する。
図１（ａ）に示すように、伝熱素管１は、周方向に沿って厚肉部（小内径部）２と薄肉部（大内径部）３とが交互に設けられている。厚肉部２及び薄肉部３は、それぞれ二つずつ設けられている。
この伝熱素管１の横断面外形は円形である。伝熱素管１の厚肉部２は、薄肉部３に対して内側に盛り上がって形成されている。伝熱素管１は、アルミニウム又はアルミニウム合金を押出加工することでこのような断面形状を得ることができる。
また、薄肉部３の外周面にはＺｎ拡散層４が形成されている。これに対し、厚肉部２は、Ｚｎ拡散層４を有していない。
【００３２】
図２にこの伝熱素管１を拡管した後の伝熱管８１の横断面図を示す。
図２に示すように、伝熱管８１は、内周面が内径γの円形であり、厚肉部８２は、薄肉部８３に対して外側に盛り上がって形成されている。すなわち、伝熱管８１は、伝熱素管１に対して、盛り上がりの方向が内側と外側とで逆となっている。これは、伝熱素管１に拡管プラグ１１を挿入することで、伝熱管８１の内径は拡管プラグ１１の形状に沿って円形となり、これに伴って厚肉部８２が外側に膨出されるためである。拡管後の伝熱管８１は、厚肉部８２、薄肉部８３ともに、一定の内径γを有している。内径γは拡管工程において挿入する拡管プラグ１１のヘッド部１３の外径とほぼ同じとなる。
【００３３】
伝熱素管１の厚肉部２の底肉厚ｔ２及び薄肉部３の底肉厚ｔ３は、ともに０.３ｍｍ以上、０.６ｍｍ以下とされる。
また、厚肉部２の底肉厚ｔ２は、薄肉部３の底肉厚ｔ３に対して１．１倍以上、１．５倍以下とすることが好ましい。即ちｔ２／ｔ３が１．１以上、１．５以下となるように、薄肉部３及び厚肉部２の底肉厚ｔ３、ｔ２を設定することが好ましい。
ｔ２／ｔ３を１．１以上とすることで、拡管時に厚肉部２の外周が放熱板１５の挿通孔１５ａ（図４参照）の内周に十分に密着する。したがって、厚肉部２に腐食が起こったとしても密着性を維持できる。
しかしながら、厚肉部２の底肉厚ｔ２が薄肉部３の底肉厚ｔ３に対して厚すぎると、拡管工程において薄肉部３に亀裂が生じ、伝熱素管１が割れてしまう。したがって、ｔ２／ｔ３は１．５以下とすることが好ましい。
【００３４】
図１（ａ）に示すように、厚肉部２は、伝熱素管１の軸中心Ｏに対して中心角度θの範囲に設けられている。また、二つの厚肉部２は互いに軸中心Ｏに対して対称に設けられている。
これに対し、薄肉部３は、伝熱素管１の軸中心Ｏに対して中心角度１８０−θの範囲に設けられている。また、二つの薄肉部３は互いに軸中心Ｏに対して対称に設けられている。
【００３５】
厚肉部２の範囲である中心角度θは、４５°以上、１２０°以下とすることが好ましい。
中心角度θを４５°以上とすることで、それぞれの厚肉部２の面積を十分に大きくすることができる。したがって、拡管後の伝熱管８１における厚肉部８２を大きく確保し、放熱板１５（図４、図５参照）との密着性を高めることができる。これにより、伝熱管８１と放熱板１５との熱交換効率を高め、高性能の熱交換器８０を構成できる。
また、厚肉部２の範囲である中心角度θを１２０°以下とすることで、薄肉部３の範囲（１８０−θ）は、６０°以上確保される。薄肉部３には、Ｚｎ拡散層４が形成され、優先的に腐食されることで伝熱管８１の耐食性を高めている。厚肉部２を６０°以上確保することで、優先的に腐食する部分を十分に確保することになり、管材の寿命を長くすることができる。
【００３６】
伝熱素管１は、横断面の外形が円形である。この外形の直径（外径）Ｄは、真円に近いことが好ましい。また、（最大外径−最小外径）／平均外径×１００として真円率を定義するとき、この真円率が、５％以下であることが好ましい。
なお、最大外径と最小外径とは、伝熱素管１の外径を複数点（例えば５点以上）測定した際の最大値、最小値であり、平均外径は測定値の平均値である。
【００３７】
真円率が５％を超えると、拡管時に放熱板１５の挿通孔１５ａに伝熱素管１を挿通できなくなる虞がある。また、外形状がいびつであるために拡管後の伝熱管８１と放熱板１５との密着性がばらつき、安定した熱交換効率を得ることができない。
【００３８】
＜Ｚｎ拡散層＞
薄肉部３の表面には、Ｚｎ溶射によりＺｎ拡散層４が形成されている。これに対して、厚肉部２の表面には、Ｚｎ拡散層４は形成されていない。Ｚｎ溶射により、Ｚｎが拡散した伝熱素管１の薄肉部３表面の孔食電位は、Ｚｎが拡散していない伝熱素管１の内側の層、並びに厚肉部２の表面より卑となる。したがって、Ｚｎが拡散した部分（Ｚｎ拡散層４）は管材に対して犠牲陽極層として働き、孔食が生じることを防ぎ管材全体の寿命を長くする。
【００３９】
薄肉部３に形成されたＺｎ拡散層４において、最大表面Ｚｎ濃度は、２％以上１０％以下とすることが好ましい。また、薄肉部３における前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離は、８０μｍ以上、１２０μｍ以下とすることが好ましい。
これに対して、厚肉部２の最大表面Ｚｎ濃度は、０％であることが最も好ましく、２％未満とすることが好ましい。
【００４０】
Ｚｎ拡散層４の最大表面Ｚｎ濃度が、２％以上とすることで、伝熱素管１を拡管した伝熱管８１の孔食に対する耐食性を確保することができる。しかしながら、最大表面Ｚｎ濃度が１０％を超えると、Ｚｎ拡散層４が生成されている薄肉部３の全面腐食が促進されて、表面における腐食生成物（白サビ）の発生が顕著となる。腐食生成物は熱伝導率が低いため、その発生が顕著となると熱交換器８０の熱交換効率が低下する。また、外観上も見栄えが悪くなる。したがって、Ｚｎ拡散層４の最大表面Ｚｎ濃度は、１０％以下とすることが好ましい。
【００４１】
また、薄肉部３における前記Ｚｎ拡散層の表面からのＺｎ拡散距離は、８０μｍ以上とすることで、Ｚｎが優先的に腐食される部分を十分に確保して、伝熱素管１を拡管した伝熱管８１の孔食に対する耐食性を確保することができる。しかしながら、Ｚｎ拡散距離が１２０μｍを超える場合は、腐食生成物（白サビ）が顕著となるため、１２０μｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
厚肉部２の最大表面Ｚｎ濃度は、少なければ少ないほど良く、２％未満とすることが好ましい。厚肉部２の最大表面Ｚｎ濃度が大きくなると、厚肉部２の全面腐食が進みやすくなる。拡管後の伝熱管８１において腐食が進行すると、厚肉部２がやせ細り厚肉部２と放熱板１５の密着性が低下し熱交換効率低下を招く。
【００４３】
伝熱素管１の薄肉部３の表面にＺｎ拡散層４を形成する方法は、図３に示すようにＺｎ溶射法を用いることができる。Ｚｎ溶射の工程は伝熱素管１を押出成型した際の加工熱を利用し、押出成型直後の高温の伝熱素管１に対してＺｎを溶射して表面に固着させることが好ましい。
図３に示すように伝熱素管１をその長手方向に送りながら、伝熱素管１の薄肉部３に対向する側から二つのガンＧを用いて、Ｚｎを溶射する。薄肉部３に対向するガンＧは、ガンＧの溶射範囲Ａが薄肉部３と重なるように、伝熱素管１との距離が設定されて配置されている。これにより、Ｚｎ拡散層４を薄肉部３のみに形成することができる。また、厚肉部２の表面にマスクを設けて、厚肉部２にＺｎが溶射されないようにしても良い。
なお、図３に示すＺｎ溶射の工程では、伝熱素管１は、薄肉部３を左右に配置した状態で搬送され、伝熱素管１の左右に配置された二つのガンＧからＺｎ溶射を行っている。これに対して、薄肉部３を上下に配置した状態で伝熱素管１を搬送し、上下方向にそれぞれ配置された二つのガンＧからＺｎ溶射を行っても良い。
【００４４】
ガンＧを用いたＺｎ溶射の後に、Ｚｎを伝熱素管１の内部に拡散させるために熱処理を行う。熱処理の条件として、例えば、４００℃で４時間の熱処理を行う。なお、この条件は一例であり、Ｚｎ拡散層４の最大表面Ｚｎ濃度が２％以上１０％以下となり、かつ表面からのＺｎ拡散距離が、８０μｍ以上、１２０μｍ以下となるように、適宜調整することが好ましい。
【００４５】
ガンＧによるＺｎの溶射量は、薄肉部３に対して、３ｇ／ｍ２以上１０ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
この範囲でＺｎ溶射を行うことで、薄肉部３に形成されたＺｎ拡散層４の最大表面Ｚｎ濃度を２％以上１０％以下とし、さらに表面からのＺｎ拡散距離は、８０μｍ以上、１２０μｍ以下とすることができる。
【００４６】
その他に、伝熱素管１の薄肉部３の表面にＺｎ拡散層４を形成する方法として、Ｚｎメッキを行う方法、バインダにＺｎ粉を含有させた塗料を塗布する方法がある。
ＺｎメッキによりＺｎ拡散層４を形成する場合には、まず、伝熱素管１の厚肉部２の表面にマスキングを行った状態でメッキ処理を行う。これにより、伝熱素管１の薄肉部３にのみＺｎのメッキ層を形成し、さらに熱処理を行うことでＺｎを拡散させてＺｎ拡散層４を形成できる。
また、バインダにＺｎ粉を含有させた塗料を塗布する場合には、塗料をフローコート又はスプレーコートによって伝熱素管１の薄肉部３のみに塗布する。バインダとしては、熱処理時に熱分解する消失性のバインダを用いることが好ましい。さらに、熱処理を行うことで、Ｚｎを拡散させてＺｎ拡散層４を形成できる。
【００４７】
本実施形態の伝熱素管１は、厚肉部２を有するため、伝熱素管１を拡管した際にこの厚肉部２が放熱板１５の挿通孔１５ａに密着し、これらを強固に固定できる。また、厚肉部２は、Ｚｎ拡散層４を備えていないため、全面腐食は起こりにくく厚肉部２の外径は細くなりにくい。一方、薄肉部３はその外周にＺｎ拡散層４を備えているため、拡管後の伝熱管８１の内部と表面との間に電位差を与える犠牲陽極層として機能させることができる。即ち、薄肉部３の表面の孔食電位は、Ｚｎが拡散していない内側の層、並びに厚肉部２の表面より卑となる。これにより、全体の孔食発生を抑制しつつしかも厚肉部２がやせ細ることを防ぐことができる。即ち、拡管後の放熱板１５との密着が厚肉部２と放熱板１５の挿通孔１５ａとで強固になされ、腐食によって密着性が低下しにくい熱交換器８０を提供できる。また、密着性が低下しないことで熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
【００４８】
本実施形態の伝熱素管１は、厚肉部２と薄肉部３とがそれぞれ交互に二つずつ設けられている。しかしながら、厚肉部と薄肉部の数はこれに限られるものではない。例えば、厚肉部と薄肉部とがそれぞれ交互に三つずつ設けられていてもよい。このような場合であっても、三つの厚肉部は、それぞれ軸中心Ｏに対し点対称であり、三つの薄肉部は、それぞれ軸中心Ｏに対し点対象に配置することが好ましい。厚肉部と薄肉部とを軸中心Ｏに対しそれぞれ点対称に配置することで、伝熱素管を均一に拡管することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
次に第２実施形態の伝熱素管２１について説明する。
図６（ａ）は、第２実施形態の伝熱素管２１の横断面図であり、図６（ｂ）はその部分拡大図である。本実施形態の伝熱素管２１は、第１実施形態の伝熱素管１と比較して、その内周面に内面フィンを有する点が異なる。
なお、上述の第１実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、伝熱素管２１は、横断面の外形状が円形の管材である。伝熱素管２１は、厚肉部２２と薄肉部２３を有し、薄肉部２３にはＺｎ拡散層４が形成されている。また、伝熱素管２１の内周面には、中心に向いて突出する内面フィン３２が複数形成されている。内面フィン３２は、伝熱素管２１の長さ方向全長に渡り延在するように、伝熱素管２１の内周面周方向に所定の間隔で複数隣接形成されている。内面フィン３２は周方向に沿って例えば、３０〜７２個形成されている。
【００５１】
この伝熱素管２１の内径は、内面フィン３２の頂部３２ａを結んで構成される。
厚肉部２２に形成された内面フィン３２の高さｈ２２は、薄肉部２３に形成された内面フィン３２の高さｈ２３と同じか、これより大きくすることができる。したがって、伝熱素管２１において、厚肉部２２の内径α２は、薄肉部２３の内径β２に対し小さくなっている。即ち、厚肉部２２は小内径部を構成し、薄肉部２３は大内径部を構成する。
【００５２】
内面フィン３２は、伝熱素管２１の横断面において、伝熱素管２１の中心に向く平坦なフィン頂部３２ａとこのフィン頂部３２ａを挟むように延在する傾斜部３２ｂ、３２ｂとを有する横断面視等脚台形状に形成されている。これらの内面フィン３２は、伝熱素管２１の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されているので、隣接する内面フィン３２、３２の間に内面溝３４が形成されている。
なお、本実施形態の内面フィン３２は、伝熱素管２１の長さ方向に対して平行に延在している。しかしながら、内面フィン３２は、その長さ方向に沿って一定のリード角で螺旋を描くように形成されていてもよい。また、それに応じて、厚肉部２２と薄肉部２３とが、それぞれ長手方向に沿って螺旋状に形成されていても良い。
【００５３】
厚肉部２２の内面フィン３２の高さｈ２２と薄肉部２３の内面フィン３２の高さｈ２３とは、同じとすることができる。また、厚肉部２２の内面フィン３２の高さｈ２２を薄肉部２３における内面フィン３２の高さｈ２３よりも大きくしても良く、この場合は、厚肉部２２における高さｈ２２を薄肉部２３における高さｈ２３に対し３倍以下の範囲とすることが好ましい。
【００５４】
厚肉部２２における高さｈ２２を薄肉部２３における高さｈ２３に対して３倍を超えるように設定すると、拡管工程時に拡管プラグ１１のヘッド部１３によって、内面フィン３２を大きく押しつぶす必要が生じる。これによって、拡管応力が大きくなり、薄肉部２３に亀裂が発生して伝熱素管２１が割れてしまう虞がある。
また、厚肉部２２、薄肉部２３ともに、内面フィンの高さｈ２２、ｈ２３は、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。押出成型において形成する場合には、０．４ｍｍを超える高さの内面フィンを有する伝熱素管２１を形成するのは、非常に困難であるため、内面フィン３２の形状を安定させるためには内面フィン高さｈ２２、ｈ２３を０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５５】
厚肉部２２における内面フィン３２の高さｈ２２と底肉厚ｔ２２の和が、前記薄肉部２３における内面フィンの高さｈ２３と底肉厚ｔ２３の和に対して１．１倍以上、１．５倍以下であることが好ましい。
即ち、
１．１≦（ｈ２２＋ｔ２２）／（ｈ２３＋ｔ２３）≦１．５
となるように、底肉厚ｔ２２、ｔ２３とフィン高さｈ２２、ｈ２３を設定することが好ましい。
【００５６】
（ｈ２２＋ｔ２２）／（ｈ２３＋ｔ２３）を１．１以上とすることで、拡管時に厚肉部２２の外周が放熱板１５の挿通孔１５ａ（図４参照）の内周に十分に密着する。したがって、厚肉部２２に腐食が起こったとしても密着性を維持できる。
しかしながら、（ｈ２２＋ｔ２２）／（ｈ２３＋ｔ２３）が大きすぎると、拡管工程において薄肉部２３に亀裂が生じ、伝熱素管２１が割れてしまう。したがって、（ｈ２２＋ｔ２２）／（ｈ２３＋ｔ２３）は１．５以下とすることが好ましい。
【００５７】
図７にこの伝熱素管２１を拡管した後の伝熱管９１の横断面図を示す。図７に示すように、拡管工程において、伝熱素管２１の内側に拡管プラグが挿通されると、フィン頂部３２ａを結ぶ線が略円形となり、これに伴って厚肉部９２が外側に剖出される。したがって、伝熱管９１の厚肉部９２は、薄肉部９３に対して外側に盛り上がって形成される。
【００５８】
第２実施形態の伝熱素管２１によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、内周面に内面フィン３２を形成することで、冷媒との熱交換効率を良好にすることができる。
【００５９】
（第３実施形態）
次に第３実施形態の伝熱素管４１について説明する。
図８（ａ）は、第３実施形態の伝熱素管４１の横断面図であり、図８（ｂ）はその部分拡大図である。本実施形態の伝熱素管４１は、第１、第２実施形態の伝熱素管１、２１と比較して、底肉厚が均一厚さであり、突出高さの異なる高内面フィン５２及び低内面フィン５３により、大内径部と小内径部を構成している点が異なる。
なお、上述の第１実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
図８（ａ）、（ｂ）に示すように、伝熱素管４１は、横断面の外形状が円形の管材である。伝熱素管４１の内周面には、中心に向いて突出する突出高さの異なる高内面フィン５２及び低内面フィン５３が複数形成されている。
【００６１】
伝熱素管４１は、突出高さの低い低内面フィン５３が複数形成された低フィン部４３と、突出高さの高い高内面フィン５２が複数形成された高フィン部４２とを有し、低フィン部４３にはＺｎ拡散層４が形成されている。
【００６２】
この伝熱素管４１の内径は、高内面フィン５２及び低内面フィン５３の頂部５２ａ、５３ａを結んで構成される。
高内面フィン５２の高さｈ５２は、低内面フィン５３の高さｈ５３より大きい（ｈ５２＞ｈ５３）。したがって、伝熱素管４１において、高フィン部４２の内径α３は、低フィン部４３の内径β３に対し小さくなっている。即ち、高フィン部４２は小内径部を構成し、低フィン部４３は大内径部を構成する。
【００６３】
高内面フィン５２及び低内面フィン５３は、伝熱素管４１の長さ方向全長に渡り延在するように、伝熱素管４１の内周面周方向に所定の間隔で複数隣接形成されている。高内面フィン５２及び低内面フィン５３は、周方向に沿って例えば、合計３０〜７２個形成されている。
【００６４】
高内面フィン５２は、フィン頂部５２ａと傾斜部５２ｂ、５２ｂとを有する。同様に、低内面フィン５３は、フィン頂部５３ａと傾斜部５３ｂ、５３ｂとを有する。
高内面フィン５２及び低内面フィン５３は、伝熱素管４１の内周面の周方向に所定の間隔で複数形成されている。隣接する高内面フィン５２の間、及び低内面フィン５３の間には、内面溝３４が形成されている。
なお、高内面フィン５２及び低内面フィン５３は、伝熱素管４１の長さ方向に対して平行に延在していても螺旋を描くように形成されていてもよい。
【００６５】
高内面フィン５２の高さｈ５２は、低内面フィン５３の高さｈ５３よりも３倍以下の範囲で大きくすることが好ましい。
高内面フィン５２の高さｈ５２を低内面フィン５３の高さｈ５３に対して３倍を超えるように設定すると、拡管工程時に拡管プラグ１１のヘッド部１３によって、高内面フィン５２を大きく押しつぶす必要が生じる。これによって、拡管応力が大きくなり、亀裂が発生して伝熱素管２１が割れてしまう虞がある。
また、高内面フィン５２の高さｈ５２並びに低内面フィン５３の高さｈ５３は、０．４ｍｍ以下とすることが好ましい。これにより、安定した形状の高内面フィン５２及び低内面フィン５３を形成できる。
【００６６】
本実施形態において、高フィン部４２の底肉厚ｔ４２と、低フィン部４３の底肉厚ｔ４３は、同じ厚みである。
また、高フィン部４２のフィン高さｈ５２と底肉厚ｔ４２との和が、低フィン部４３のフィン高さｈ５３と底肉厚ｔ４３との和に対して、１．１倍以上、１．５倍以下であることが好ましい。
これにより、拡管時に伝熱素管４１に亀裂が生じることを抑制しつつ、高フィン部４２の外周が放熱板１５の挿通孔１５ａ（図４参照）に十分に密着させることができる。
【００６７】
図９にこの伝熱素管４１を拡管した後の伝熱管１０１の横断面図を示す。図９に示すように、拡管工程において、伝熱素管４１の内側に拡管プラグが挿通されると、フィン頂部を結ぶ線が略円形となり、これに伴って高フィン部１０２が外側に剖出される。したがって、伝熱管１０１の高フィン部１０２は、低フィン部１０３に対して外側に盛り上がって形成される。
【００６８】
第３施形態の伝熱素管４１は、高フィン部４２を有するため、伝熱素管１を拡管した際にこの高フィン部４２を放熱板１５の挿通孔１５ａ（図４参照）に固定できる。また、高フィン部４２は、Ｚｎ拡散層４を備えていないため、全面腐食は起こりにくく高フィン部４２の外径は細くなりにくい。一方、低フィン部４３はその外周にＺｎ拡散層４を備えておらず犠牲陽極層として機能させることができる。これにより、全体の孔食発生を抑制しつつしかも高フィン部４２がやせ細ることを防ぎ、腐食に起因する密着性低下が生じにくい熱交換器８０を提供できる。また、密着性が低下しないことで熱交換効率の高い熱交換器を提供できる。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を示しつつ本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７０】
（試験例１）
試験例１として、図６に示すような、厚肉部と薄肉部を有し、一定の突出高さの内面フィンが形成された伝熱素管に対して性能を評価する試験を行った。
まず、ＪＩＳ３００３合金からなる母材を押出成型して、図６に示すような厚肉部と薄肉部を交互にふたつずつ備え、内面に一定の突出高さの内面フィンが形成された伝熱素管を形成した。この伝熱素管の外径はφ７．０ｍｍであり、内面フィンの高さは０．２５ｍｍであり、その個数は５０個とした。
【００７１】
次にこの伝熱素管の薄肉部に、Ｚｎ溶射（図３参照）とＺｎを拡散させるための熱処理とを実施し、薄肉部にＺｎ拡散層を形成した。
【００７２】
次にこの伝熱素管を拡管して評価用熱交換器サンプルを形成した。まず、次に外径φ７．０ｍｍの伝熱素管に対し、穴径がφ７．２ｍｍの放熱板を組み合わせた後、図４に示すように、拡管プラグを伝熱素管の内部に通して、拡管した。なお、拡管プラグのヘッド部は、最大外径がφ６．０ｍｍのものを用いた。
【００７３】
以上の手順で作製した評価用熱交換器サンプルに対して、酸性促進腐食試験としてＳＷＡＡＴ試験（Sea Water Acidified Test、ＡＳＴＭ  Ｇ８５−Ａ３に準拠）を２４００時間行った。ＳＷＡＡＴ試験後の評価用熱交換器サンプルを目視で確認し、腐食生成物（主に白サビ）の発生状態を確認した。
【００７４】
また、熱交換効率を測定する試験を行った。評価用熱交換器サンプルの放熱板同士の隙間に、２５℃の風を一定流量だけ流すとともに、伝熱管の入口側から８５℃の湯を一定流量で流し、伝熱管の出口側から排出される湯の温度を測定した。評価用熱交換器サンプルの熱交換効率は、入口側から出口側に達するまでの湯の温度低下により評価できる。
【００７５】
表１にこのように行った試験のサンプルと試験結果についてまとめて示す。
【００７６】
【表１】
0006312314.tif 000002
【００７７】
表１に示す参考例は、ＳＷＡＴＴ試験を行うことなく、熱交換効率の試験を行った場合の試験結果である。参考例によれば、入口側から８５℃で供給した湯は、出口側で３５℃となっており、湯温が５０℃低下している。即ち、５０℃に相当する熱交換が行われたことを示している。
各実施例及び比較例では、ＳＷＡＴＴ試験後の熱交換効率の低下の指標として、参考例と比較する参考低下率として示した。
参考低下率は、各実施例及び比較例の出口側温度Ｔと参考例（ＳＷＡＴＴ試験未実施品）の出口側温度Ｔｒ（３５℃）の割合から、ＳＷＡＴＴ試験後に熱交換性能の低下率を示す指標であり、以下の式から求められている。
参考低下率＝１００−１００×（参考例の出口側温度（３５℃））／（対象サンプルの出口側温度）
この参考低下率が５０％以上となる場合に、腐食により熱交換効率の低下が大きすぎて、使用に適さないと判断した。
【００７８】
表１に示すように、実施例１〜実施例１１においては、何れのサンプルも参考低下率が５０％未満となっており、ＳＷＡＴＴ試験により腐食しても、一定の熱交換効率を維持できることが確認できた。
【００７９】
これに対して、比較例２、比較例４は、参考低下率が５０％を超えており、腐食による熱交換効率の低下が激しい。
比較例２の底肉厚は、全周に亘って０．５ｍｍと一定であり、厚肉部と薄肉部を有していない。比較例２は、厚肉部と薄肉部を有していないため、腐食により放熱板との密着性が大きく低下し、これに起因して熱交換効率の低下が大きくなったと考えられる。
比較例４は、厚肉部の範囲が３０°であり、薄肉部の範囲が１５０°なっている。比較例４は、厚肉部の範囲が不十分であるために、放熱板との密着性が不十分であり、これに起因して熱交換効率の低下が大きくなったと考えられる。
【００８０】
比較例１は、伝熱素管の拡管を行う際に、薄肉部に亀裂が生じたため、熱交換効率の試験を行うことができなかった。比較例１は、厚肉部／薄肉部（薄肉部の底肉厚に対する厚肉部の底肉厚）が、１．７倍となっている。比較例１は、厚肉部の底肉厚が薄肉部の底肉厚に対して厚すぎるために拡管時の応力に薄肉部が耐えられず亀裂が生じたと考えられる。
【００８１】
比較例３は、ＳＷＡＡＴ試験後に伝熱管に貫通孔が生じていたため、熱交換効率の試験を行うことができなかった。比較例３は、厚肉部の範囲が１３５°であり、薄肉部の範囲が４５°なっている。薄肉部には、Ｚｎ拡散層が形成されている。比較例３は、Ｚｎ拡散層の範囲が狭すぎるために、Ｚｎ拡散層が優先的に腐食させて伝熱管全体の耐食性を高める効果を十分に得ることができず、貫通孔が生じたと考えられる。
【００８２】
比較例５は、伝熱素管に拡管プラグを挿通することができなかった。比較例５は、伝熱素管の真円率が５％以上となっており、これに起因して拡管プラグが挿通できなかったと考えられる。
【００８３】
次に、試験例２として、図８に示すような、一定の底肉厚を有し、高フィン部と低フィン部とが形成された伝熱素管に対して性能を評価する試験を行った。
まず、ＪＩＳ３００３合金からなる母材を押出成型して、図８に示すような、一定の底肉厚を有し、高フィン部と低フィン部が形成された伝熱素管を形成した。この伝熱素管の外径はφ７．０ｍｍであり、内面フィンの個数は５０個とした。
【００８４】
次に、この伝熱素管の低フィン部に、Ｚｎ溶射（図３参照）とＺｎを拡散させるための熱処理とを実施し、薄肉部にＺｎ拡散層を形成した。
【００８５】
次にこの伝熱素管を拡管して評価用熱交換器サンプルを形成した。まず、次に外径φ７．０ｍｍの伝熱素管に対し、穴径がφ７．２ｍｍの放熱板を組み合わせた後、図４に示すように、拡管プラグを伝熱素管の内部に通して、拡管した。なお、拡管プラグのヘッド部は、最大外径がφ６．０ｍｍのものを用いた。
【００８６】
以上の手順で作製した評価用熱交換器サンプルに対して、試験例１と同様に、ＳＷＡＡＴ試験を行い、さらに入口側から８５℃の湯を供給し、熱交換効率を測定する試験を行った。
表２にこのように行った試験のサンプルと試験結果についてまとめて示す。
なお、表２における参考低下率は、試験例１と同様の指標であり、ＳＷＡＴＴ試験を行っていない参考例１（表１）の熱交換効率を基に求めた指標である。
【００８７】
【表２】
0006312314.tif 000003
【００８８】
表２に示すように、実施例１２〜実施例２１のサンプルは、何れのサンプルも参考低下率が５０％未満となっており、ＳＷＡＴＴ試験により腐食しても、一定の熱交換効率を維持できることが確認できた。
【００８９】
以上に、本発明の様々な実施形態を説明したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
【符号の説明】
【００９０】
１、２１、４１…伝熱素管、２、２２、８２、９２…厚肉部（小内径部）、３、２３、８３、９３…薄肉部（大内径部）、４…Ｚｎ拡散層、１１…拡管プラグ、１３…ヘッド部、１５…放熱板、１５ａ…挿通孔、１６…放熱板集合体、３２…内面フィン、３２ａ、５２ａ、５３ａ…フィン頂部、４２、１０２…高フィン部（小内径部）、４３、１０３…低フィン部（大内径部）、５２…高内面フィン、５３…低内面フィン、８０…熱交換器、８１、９１、１０１…伝熱管、Ａ…溶射範囲、Ｇ…ガン、Ｏ…軸中心、ｈ２２、ｈ２３、ｈ５２、ｈ５３…フィン高さ、ｔ２、ｔ３、ｔ２２、ｔ２３、ｔ４２、ｔ４３…底肉厚、α、β、γ…内径、Ｄ…外径、θ…中心角度
【図１】
0006312314.tif 000004
【図２】
0006312314.tif 000005
【図３】
0006312314.tif 000006
【図４】
0006312314.tif 000007
【図５】
0006312314.tif 000008
【図６】
0006312314.tif 000009
【図７】
0006312314.tif 000010
【図８】
0006312314.tif 000011
【図９】
0006312314.tif 000012