(57)【要約】【課題】  二酸化炭素が冷媒として内部を流動する二酸化炭素用伝熱管の伝熱性能を効果的に向上させる。【解決手段】  二酸化炭素が冷媒として内部を流動する二酸化炭素用の伝熱管１０を、その内面１０Ａにフィン１１が螺旋状に形成されたシームレス管とする。フィン１１を、そのねじれ角θを０°＜θ≦３°とするとともに、その長さ方向で複数に分断する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素が冷媒として内部を流動する二酸化炭素用の伝熱管であって、
内面にフィンが螺旋状に形成されたシームレス管とされていて、
前記フィンは、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°とされているとともに、その長さ方向で複数に分断されていることを特徴とする二酸化炭素用伝熱管。
【請求項２】
請求項１に記載の二酸化炭素用伝熱管を製造する方法であって、
内面に連続的なフィンが５°≦θ０≦４５°のねじれ角θ０で螺旋状に形成された管を空引きによる引抜き加工で仕上げることにより、
前記連続的なフィンを、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°となるように引き延ばしつつ、その長さ方向で複数に分断することを特徴とする二酸化炭素用伝熱管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ルームエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、冷凍機、給湯器などの熱交換器に用いられる伝熱管に関するものであり、とくに、二酸化炭素が冷媒として内部を流動する二酸化炭素用伝熱管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ルームエアコン、カーエアコン、冷蔵庫、冷凍庫、給湯器などの熱交換器に用いられる伝熱管は、その内部を流動する冷媒を蒸発・凝縮させることにより、外部を流動する空気や水などの流体との間で熱交換を行うものである。
従来より、このような伝熱管においては、その伝熱性能を向上させるため、例えば伝熱管の内面に溝（あるいはフィン）が形成されたいわゆる溝付管とすることによって、伝熱面積を増大させるといった工夫がなされている。とくに特許文献１には、内面に２０°前後のねじれ角で螺旋状に形成された溝が、その長さ方向で複数に分断されたような溝付管である伝熱管が開示されている。
【特許文献１】特開平４−１８２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、伝熱管の内部を流動させる冷媒としては、フロンが一般的に用いられているが、近年においては、オゾン層破壊や地球温暖化の観点から、二酸化炭素を冷媒として用いたいという要求が増加してきている。
一般的な冷媒として用いられているフロンは、その特性上、核沸騰による影響が小さく、上述したような溝付管を用いることによってある程度の伝熱性能の向上を見込むことができるのであるが、二酸化炭素は、その冷媒としての特性上、核沸騰による影響が大きいことに加えて、高圧状態となる超臨界流体であることから、上述したような溝付管を用いて熱交換器のシステムを構成したとしても、伝熱性能の向上を図るには限界があった。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、伝熱性能を効果的に向上させることが可能な二酸化炭素用伝熱管及びその製造方法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】
【０００５】
上記の課題を解決して、このような目的を達成するため、本発明による二酸化炭素用伝熱管は、二酸化炭素が冷媒として内部を流動する二酸化炭素用の伝熱管であって、内面にフィンが螺旋状に形成されたシームレス管とされていて、前記フィンは、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°とされているとともに、その長さ方向で複数に分断されていることを特徴とするものである。
【０００６】
また、本発明による二酸化炭素用伝熱管の製造方法は、本発明の二酸化炭素用伝熱管を製造する方法であって、内面に連続的なフィンが５°≦θ０≦４５°のねじれ角θ０で螺旋状に形成された管を空引きによる引抜き加工で仕上げることにより、前記連続的なフィンを、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°となるように引き延ばしつつ、その長さ方向で複数に分断することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の二酸化炭素用伝熱管によれば、まず、耐圧性に優れたシームレス管とされていることから、高圧状態となる二酸化炭素を冷媒として内部に流動させたとしても、その耐圧性に関する信頼性を高く保つことができる。
そして、内面に形成された螺旋状のフィンがその長さ方向で複数に分断されていることから、伝熱面積がより増大するというだけでなく、従来冷媒とは異なって核沸騰の影響が大きい二酸化炭素を冷媒として用いる蒸発器においては、核沸騰の核が生じやすくなってその性能を格段に向上させることができ、かつ、同じく従来冷媒とは異なって超臨界流体である二酸化炭素を冷媒として用いるガスクーラにおいては、乱流を生じさせやすくして超臨界での放熱を効率良く行い、その性能を格段に向上させることができる。
しかも、上記フィンのねじれ角θについては、従来冷媒を用いた蒸発器・凝縮器ではある程度大きく設定した方が伝熱性能の向上を見込むことができていたのであるが、本発明のように二酸化炭素を冷媒として用いた蒸発器・ガスクーラにおいては、ねじれ角θを０°＜θ≦３°と小さく設定したとしても高い伝熱性能を得ることが可能となり、その結果、ねじれ角θが小さく設定されていることに起因して、冷媒としての二酸化炭素の圧力損失を小さくすることができ、ひいては、さらなる伝熱性能の向上につなげることができる。
【０００８】
また、本発明の二酸化炭素用伝熱管の製造方法によれば、例えば溝付きプラグを用いた引抜き加工により管の内面に対して５°≦θ０≦４５°の範囲の比較的小さいねじれ角θ０を有する螺旋状の連続的なフィンを転造してから、このような連続的なフィンが内面に形成された管を例えば２回以上の空引きによる引抜き加工で所定の外径に仕上げると、上記連続的なフィンは、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°となるように引き延ばされるのと同時に、自然と長さ方向で細かく分断されていくので、本発明の二酸化炭素用伝熱管を容易に製造することができる。
とくに、この二酸化炭素用伝熱管が空引きによる引抜き加工で仕上げられていることから、管の内面が粗面化することにもなり、二酸化炭素を冷媒として用いた蒸発器においては、核沸騰の核をより生じやすくして、さらなる性能の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を添付した図面を参照しながら説明する。
本実施形態による伝熱管１０は、図１及び図２に示すように、例えば銅からなる管状をなすシームレス管であり、その内面１０Ａには、伝熱管１０の中心軸線Ｏ回りにねじれる螺旋状をなす複数条のフィン１１が周方向で略等間隔に配置されるように形成されている。
【００１０】
伝熱管１０の内面１０Ａに形成された複数条のフィン１１のそれぞれは、図２に示すように、伝熱管１０の内周側へ向けて内面１０Ａから突出させられており、その周方向での幅を先端側へ向けて漸次狭めていって先端部が凸曲面状をなすように丸められた形状となっている。
また、螺旋状をなす複数条のフィン１１のそれぞれは、伝熱管１０の中心軸線Ｏ回りのねじれ角θが、０°＜θ≦３°の範囲に設定されている。
【００１１】
そして、これらのフィン１１のそれぞれは、その延在している方向である長さ方向に沿って細かく複数に分断されることによって断続的なものとして形成されており、各フィン１１において複数に分断された部分のそれぞれの長さ（フィン１１の長さ方向に沿った長さ）は、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲に設定されている。
【００１２】
次に、このような構成とされた伝熱管１０を製造する方法を説明する。
図３に示すような引抜き装置２０によって、まず、例えば銅からなる管３０を、その内部に溝付きプラグ２１が挿入された状態で転造カセット２２を通過させるようにして引き抜くことにより、この管３０の外径を縮径させるのと同時に、管３０の内面３０Ａに対して螺旋状をなす複数条のフィン１１を転造する。
【００１３】
ここで、管３０の内面３０Ａに対して螺旋状のフィン１１が転造された直後の状態では、これらのフィン１１のそれぞれがその長さ方向で複数に分断されていることはなく、それぞれ連続的なものとされており、また、フィン１１のそれぞれは、管３０の中心軸線Ｏ回りのねじれ角θ０が、５°≦θ０≦４５°の範囲に設定されている。
【００１４】
次に、引抜き装置２０によって、内面３０Ａに螺旋状をなす複数条の連続的なフィン１１が形成された管３０を、その内部にプラグが挿入されない状態でサイジングダイス２３を通過させるようにして空引きで引き抜くことにより、この管３０の外径を縮径させる。
なお、図３に示す引抜き装置２０においては、空引きを行うためのサイジングダイス２３が１つしか図示されていないが、本実施形態では、この空引きを複数回（例えば２回）行うものとなっている。
【００１５】
例えば２回の空引きによる引抜き加工により、外径が所定の大きさまで縮径させられた管３０は、その内面３０Ａが粗面化されるとともに、管３０の内面３０Ａに形成されて５°≦θ０≦４５°のねじれ角θ０を有していた複数条のフィン１１のそれぞれが、０°＜θ≦３°のねじれ角θを有するようになるまで引き延ばされる。
【００１６】
このように、螺旋状をなす複数条の連続的なフィン１１のそれぞれが、そのねじれ角θが０°＜θ≦３°となるまで引き延ばされることにより、その長さ方向で細かく複数に分断されることとなり、上述したように内面１０Ａに対して螺旋状をなす断続的なフィン１１が０°＜θ≦３°のねじれ角θで形成されたような構成を有する伝熱管１０を製造することができる。
【００１７】
以下に、螺旋状をなす複数条の連続的なフィン１１が内面３０Ａに形成された管３０を、２回の空引きによる引抜き加工で仕上げることにより、これらの連続的なフィン１１のそれぞれがその長さ方向で細かく複数に分断されるときの具体例を２つ示す。
【００１８】
〈例１〉
１回目空引き
・空引前外径ｄ０〔ｍｍ〕                ８
・空引前底肉厚ｔ０〔ｍｍ〕              ０．３５
・空引前ねじれ角θ０〔°〕              １０
・空引前底肉部断面積Ａ０〔ｍｍ２〕        ８．４０７３５  
・空引後外径ｄ１〔ｍｍ〕                ５．７
・空引後底肉厚ｔ１〔ｍｍ〕              ０．３７
・空引後ねじれ角θ１〔°〕              ５．２９９０８５９８７
・空引後底肉部断面積Ａ１〔ｍｍ２〕        ６．１９２３９４
・底肉部断面減少率Ｒｅ１〔％〕          ２６．３４５４７１５２
２回目空引き
・空引前外径ｄ１〔ｍｍ〕                ５．７
・空引前肉厚ｔ１〔ｍｍ〕                ０．３７
・空引前ねじれ角θ１〔°〕              ５．２９９０８５９８７
・空引前断面積Ａ１〔ｍｍ２〕              ６．１９２３９４
・空引後外径ｄ〔ｍｍ〕                  ４
・空引後肉厚ｔ〔ｍｍ〕                  ０．４
・空引後ねじれ角θ〔°〕                ２．７２１６９１７４７
・空引後断面積Ａ〔ｍｍ２〕              ４．５２１６
・断面減少率Ｒｅ〔％〕                  ２６．９８１３９０４
【００１９】
〈例２〉
１回目空引き
・空引前外径ｄ０〔ｍｍ〕                １２．７
・空引前底肉厚ｔ０〔ｍｍ〕              ０．５５
・空引前ねじれ角θ０〔°〕              １２
・空引前底肉部断面積Ａ０〔ｍｍ２〕        ２０．９８３０５
・空引後外径ｄ１〔ｍｍ〕                ８．７
・空引後底肉厚ｔ１〔ｍｍ〕              ０．５７
・空引後ねじれ角θ１〔°〕              ５．７８２４５５７５７
・空引後底肉部断面積Ａ１〔ｍｍ２〕        １４．５５１０７４
・底肉部断面減少率Ｒｅ１〔％〕          ３０．６５３１９８６５
２回目空引き
・空引前外径ｄ１〔ｍｍ〕                ８．７
・空引前肉厚Ｔ１〔ｍｍ〕                ０．５７
・空引前ねじれ角θ１〔°〕              ５．７８２４５５７５７
・空引前断面積Ａ１〔ｍｍ２〕              １４．５５１０７４
・空引後外径ｄ〔ｍｍ〕                  ６
・空引後肉厚ｔ〔ｍｍ〕                  ０．６
・空引後ねじれ角θ〔°〕                ２．７９６２７７０９５
・空引後断面積Ａ〔ｍｍ２〕              １０．１７３６
・断面減少率Ｒｅ〔％〕                  ３０．０８３５１１３６
【００２０】
以上説明したような本実施形態の二酸化炭素用伝熱管１０によれば、まず、この伝熱管１０が引抜き加工で製造されたシームレス管とされていることから、耐圧性に優れたものとなり、この伝熱管１０の内部に高圧状態の二酸化炭素を冷媒として流動させたとしても、その耐圧性に関する信頼性を高く保つことが可能となっている。
【００２１】
そして、本実施形態の伝熱管１０が空引きによる引抜き加工で仕上げられ、伝熱管１０の内面１０Ａが粗面化されているとともに、この粗面化された内面１０Ａに形成された螺旋状のフィン１１がその長さ方向で細かく複数に分断されていることから、伝熱面積がより増大して伝熱性能の向上を図ることができるというだけではなく、従来冷媒とは異なり核沸騰の影響が支配的である二酸化炭素を冷媒として用いた蒸発器において、核沸騰の核をより生じやすくしてその性能を格段に向上させることができる。
【００２２】
また、同じく、粗面化された内面１０Ａに形成された螺旋状のフィン１１がその長さ方向で細かく複数に分断されていることから、従来冷媒とは異なり超臨界流体である二酸化炭素を冷媒として用いたガスクーラにおいて、乱流を生じさせやすくして超臨界での放熱を効率良く行い、その性能を格段に向上させることもできる。
【００２３】
さらには、螺旋状のフィン１１のねじれ角θについて、従来冷媒を用いた蒸発器・凝縮器ではある程度大きく設定した方が伝熱性能の向上を見込むことができていたのであるが、本実施形態のように二酸化炭素を冷媒として用いた蒸発器・ガスクーラでは、ねじれ角θを０°＜θ≦３°と小さく設定したとしても高い伝熱性能を得ることが可能となっている。
このようにフィン１１のねじれ角θを小さく設定できることに起因して、冷媒としての二酸化炭素の圧力損失を小さくすることが可能となり、ひいては、本実施形態による二酸化炭素用伝熱管１０について、さらなる伝熱性能の向上を図ることが可能となっている。
【００２４】
なお、本実施形態においては、複数回の空引きによる引抜き加工で伝熱管１０を仕上げるようにしたが、これに限定されることはなく、例えば１回の空引きによる引抜き加工でフィン１１を長さ方向に分断するようにしても構わない。
しかしながら、この空引きは２回以上行うことが好ましい。これは、１回の空引きだけで内面１０Ａを粗面化してフィン１１を分断しようとすると、必然的に、断面減少率が大きく設定された空引きを行うこととなり、伝熱管１０の形状が変化するおそれを否定できないからである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態による二酸化炭素用伝熱管を示す部分断面側面図である。
【図２】図１に示す二酸化炭素用伝熱管の要部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施形態による二酸化炭素用伝熱管の製造方法を説明するための概略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  伝熱管
１０Ａ  内面
１１  フィン
２０  引抜き装置
２１  溝付きプラグ
２２  転造カセット
２３  サイジングダイス
３０  管
３０Ａ  内面
【図１】
2005188789.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005188789.tif 000005