(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘアピン状管の２つの直管部にまたがって両直管部に固定された複数の並列状プレートフィンからなるフィン群が、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設けられた熱交換器用フィン付き管において、プレートフィンに２つの管挿通用貫通穴が間隔をおいて形成され、ヘアピン状管の内周面に、その長さ方向に伸びるインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に形成され、ヘアピン状管の両直管部がそれぞれ管挿通用貫通穴に通されるとともに、ヘアピン状管を流体を用いて拡管することによりプレートフィンがヘアピン状管の拡管部の周囲に固定され、ヘアピン状管の両直管部における隣り合う２つのフィン群間にそれぞれフィン無し部分が設けられ、各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つに、拡管部よりも小径でかつ所定長さの被拘束小径部が設けられている熱交換器用フィン付き管。
【請求項２】
ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分にそれぞれ被拘束小径部が設けられている請求項１記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項３】
被拘束小径部の両端が、拡管部側に向かって拡径されたテーパ部を介して拡管部に連なっている請求項１または２記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項４】
被拘束小径部が非拡管部である請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項５】
ヘアピン状管の内周面からの突出高さの異なる高低２種類のインナーフィンが周方向に交互に設けられており、高いインナーフィンの突出高さが０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィンの突出高さが０．４〜１．２ｍｍとなされている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項６】
全てのインナーフィンの高さが等しく、ヘアピン状管の内周面からのインナーフィンの突出高さが０．７〜１．２ｍｍとなされている請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項７】
インナーフィンのピッチが０．４〜１．６ｍｍとなされている請求項５または６記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項８】
ヘアピン状管の外径が６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚が０．４〜０．８ｍｍとなされている請求項５〜７のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管。
【請求項９】
請求項１〜８のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管が、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分において同方向に曲げられるとともに、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に隣り合うフィン無し部分での曲げ方向が異なることにより、全体として蛇行状に形成されている熱交換器。
【請求項１０】
熱交換器用フィン付き管のヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分にそれぞれ被拘束小径部が設けられており、熱交換器用フィン付き管が全てのフィン無し部分の被拘束小径部で曲げられている請求項９記載の熱交換器。
【請求項１１】
圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、蒸発器が請求項９または１０に記載の熱交換器からなり、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられるとともに、冷媒循環量が１〜９ｋｇ／ｈとなされる冷蔵庫。
【請求項１２】
圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、蒸発器が請求項９または１０に記載の熱交換器からなり、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられるとともに、冷媒循環量が１〜９ｋｇ／ｈとなされる冷蔵ショーケース。
【請求項１３】
内周面に、その長さ方向に伸びるインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に形成されているヘアピン状管と、２つの管挿通用貫通穴が間隔をおいて形成された多数のプレートフィンとを用意し、ヘアピン状管の両直管部をそれぞれ全てのプレートフィンの両管挿通用貫通穴に通すことにより、複数の並列状プレートフィンからなるフィン群を、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設けるとともにヘアピン状管の両直管部における隣り合う２つのフィン群間にそれぞれフィン無し部分を設けておき、ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つを、プレートフィンの管挿通用貫通穴の内径よりも小径の円筒状拘束部を有する拘束用金型により拘束し、この状態でヘアピン状管に流体を導入して拡管を行うことにより、各フィン群のプレートフィンをヘアピン状管の直管部の周囲に固定する熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１４】
ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分を、拘束用金型により拘束しておく請求項１３記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１５】
拘束用金型が、所定長さの円筒状拘束部と、拘束部の両端に連なって設けられ、かつ長さ方向の外方に向かって拡径された２つのテーパ部と、テーパ部の大端部に連なって設けられ、かつプレートフィンの貫通穴の内径以上の内径を有する拡管許容部とよりなるキャビティを有している請求項１３または１４記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１６】
拘束部が、拡管前のヘアピン状管の外径と等しい内径を有する請求項１３〜１５のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１７】
ヘアピン状管の内周面からの突出高さの異なる高低２種類のインナーフィンが周方向に交互に設けられており、高いインナーフィンの突出高さが０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィンの突出高さが０．４〜１．２ｍｍとなされている請求項１３〜１６のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１８】
全てのインナーフィンの高さが等しく、ヘアピン状管の内周面からのインナーフィンの突出高さが０．７〜１．２ｍｍとなされている請求項１３〜１６のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項１９】
インナーフィンのピッチが０．４〜１．６ｍｍとなされている請求項１７または１８記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項２０】
ヘアピン状管の外径が６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚が０．４〜０．８ｍｍとなされている請求項１７〜１９のうちのいずれかに記載の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【請求項２１】
請求項１３〜２０のうちのいずれかに記載の方法により製造された熱交換器用フィン付き管を、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分において同方向に曲げるとともに、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に隣り合うフィン無し部分での曲げ方向を異なったものにすることにより、全体として蛇行状に形成する熱交換器の製造方法。
【請求項２２】
請求項１４記載の方法により製造された熱交換器用フィン付き管を使用し、この熱交換器用フィン付き管を、フィン無し部分における拘束用金型の拘束部により拘束されていた被拘束部分で曲げる請求項２１記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの冷却装置の蒸発器として用いられる熱交換器を形成するための熱交換器用フィン付き管、熱交換器、熱交換器用フィン付き管の製造方法および熱交換器の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷蔵庫や冷蔵ショーケースなど冷却装置の蒸発器としては、ヘアピン状管と、ヘアピン状管の長さ方向に間隔をおいて複数設けられ、かつヘアピン状管の２つの直管部にまたがって両直管部に固定された複数の並列状プレートフィンからなるフィン群とにより構成された熱交換器用フィン付き管を、フィン群の設けられていない複数箇所で曲げることにより全体として蛇行状に形成された熱交換器が用いられている。
【０００３】
従来、この種熱交換器は次の２つの方法によって製造されていた。
【０００４】
第１の方法は次の通りである。すなわち、まず２本の直線状管と、２つの貫通穴が間隔をおいて形成された多数のプレートフィンとを用意するとともに、ワイヤの一端に拡管用ボールが取り付けられてなる拡管具を用意する。そして、両管をそれぞれ全てのプレートフィンの両貫通穴に通すことにより、複数の並列状プレートフィンからなるフィン群を、管の長さ方向に間隔をおいて複数設ける。ついで、拡管具のワイヤを他端側から管に通すとともに、ワイヤを他端側から引張って拡管用ボールを管内に通すことにより、管を拡管させて各フィン群のプレートフィンを管の周囲に固定する。ついで、両管の一端とＵベンドの両端とを溶接することにより、両管どうしをＵベンドにより連結して熱交換器用フィン付き管を製造する。その後、熱交換器用フィン付き管をフィン群の設けられていない複数箇所で曲げることにより全体として蛇行状に形成する。こうして、熱交換器が製造されていた（たとえば、特許文献１、段落参照）。
【０００５】
また、冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの蒸発器として用いられる熱交換器を製造する第２の方法は次の通りである。すなわち、まずヘアピン状管と、２つの貫通穴が間隔をおいて形成された多数のプレートフィンとを用意するとともに、押圧ロッドの先端に拡管用マンドレルが取り付けられた拡管具を用意する。そして、ヘアピン状管の両直管部をそれぞれ全てのプレートフィンの両貫通穴に通すことにより、複数の並列状プレートフィンからなるフィン群を、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設ける。ついで、ヘアピン状管の両端開口から直管部内に拡管具の拡管用マンドレルを押し込んで直管部を拡管させ、各フィン群のプレートフィンをヘアピン状管の直管部の周囲に固定することにより熱交換器用フィン付き管を製造する。その後、熱交換器用フィン付き管をフィン群の設けられていない複数箇所で曲げることにより全体として蛇行状に形成する。こうして、熱交換器が製造されていた（たとえば、特許文献１、段落参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１２４４８５号公報（段落、段落）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの冷却装置では、従来のフロン系冷媒に代えて、オゾン層破壊や地球温暖化への影響の少ない炭化水素系冷媒を使用することが検討されているが、炭化水素系冷媒は可燃性を有するために冷媒のリークを極力抑える必要がある。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の第１の方法で製造された熱交換器では、次のような問題がある。すなわち、管とＵベンドとが溶接されて熱交換器用フィン付き管に継ぎ目が存在しているので、この部分から冷媒がリークするおそれがある。また、伝熱面積を増大させて冷却効率を向上させるために、管の内面に、たとえば管の長さ方向に伸びるインナーフィンを周方向に間隔をおいて複数形成しておく場合、インナーフィンの高さをあまり高くすると、拡管の際のボールによる潰れの度合いが大きくなり、冷媒の流通抵抗が大きくなって、かえって冷却性能が低下する。したがって、インナーフィンの高さを高くすることはできず、伝熱面積増大効果が少なくなって、冷却効率の向上には限度がある。
【０００９】
第２の方法により製造された熱交換器では、熱交換器用フィン付き管のヘアピン状管には継ぎ目は存在しないので、第１の方法で製造された熱交換器のような冷媒のリークは発生しない。しかしながら、第２の方法で製造された熱交換器においても、次のような問題がある。すなわち、伝熱面積を増大させて冷却効率を向上させるために、管の内面に、たとえば管の長さ方向に伸びるインナーフィンを周方向に間隔をおいて複数形成しておく場合、インナーフィンの高さをあまり高くすると、拡管の際のマンドレルによる潰れの度合いが大きくなり、冷媒の流通抵抗が大きくなって、かえって冷却性能が低下する。したがって、インナーフィンの高さを高くすることはできず、伝熱面積増大効果が少なくなって、冷却効率の向上には限度がある。
【００１０】
そこで、インナーフィンの潰れを防止する目的で、上記第２の方法において、ヘアピン状管内に圧力流体を導入して管全体を拡管させることが考えられている。ところが、この場合、フィン群が設けられていない部分では、管の周壁にシワが発生して管が長さ方向に変形し、熱交換器用フィン付き管の長さが変動して所望寸法の熱交換器が得られない。しかも、熱交換器用フィン付き管はフィン群が設けられていない複数箇所で曲げられるが、ここにシワが発生していると、曲げ加工の際に管が潰れるおそれがある。また、拡管前の状態においては、ヘアピン状管の直管部におけるフィン群が設けられない部分はもちろんのこと、フィン群が設けられる部分においても直管部は拘束されていないので、圧力流体を導入して拡管する際に、直管部が全長にわたって大きく撓むという問題がある。さらに、ヘアピン状管におけるフィン群が設けられていない部分が拡管の際に破裂するおそれがある。
【００１１】
この発明の目的は、上記問題を解決し、冷媒のリークを抑えることができるとともに所望の冷却性能を得ることができる熱交換器を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下の手段よりなる。
【００１３】
1)ヘアピン状管の２つの直管部にまたがって両直管部に固定された複数の並列状プレートフィンからなるフィン群が、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設けられた熱交換器用フィン付き管において、プレートフィンに２つの管挿通用貫通穴が間隔をおいて形成され、ヘアピン状管の内周面に、その長さ方向に伸びるインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に形成され、ヘアピン状管の両直管部がそれぞれ管挿通用貫通穴に通されるとともに、ヘアピン状管を流体を用いて拡管することによりプレートフィンがヘアピン状管の拡管部の周囲に固定され、ヘアピン状管の両直管部における隣り合う２つのフィン群間にそれぞれフィン無し部分が設けられ、各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つに、拡管部よりも小径でかつ所定長さの被拘束小径部が設けられている熱交換器用フィン付き管。
【００１４】
2)ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分にそれぞれ被拘束小径部が設けられている上記1)の熱交換器用フィン付き管。
【００１５】
3)被拘束小径部の両端が、拡管部側に向かって拡径されたテーパ部を介して拡管部に連なっている上記1)または2)の熱交換器用フィン付き管。
【００１６】
4)被拘束小径部が非拡管部である上記1)〜3)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管。
【００１８】
5)ヘアピン状管の内周面からの突出高さの異なる高低２種類のインナーフィンが周方向に交互に設けられており、高いインナーフィンの突出高さが０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィンの突出高さが０．４〜１．２ｍｍとなされている上記1)〜4)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管。
【００１９】
6)全てのインナーフィンの高さが等しく、ヘアピン状管の内周面からのインナーフィンの突出高さが０．７〜１．２ｍｍとなされている上記1)〜4)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管。
【００２０】
7)インナーフィンのピッチが０．４〜１．６ｍｍとなされている上記5)または6)の熱交換器用フィン付き管。
【００２１】
8)ヘアピン状管の外径が６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚が０．４〜０．８ｍｍとなされている上記5)〜7)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管。
【００２２】
9)上記1)〜8)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管が、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分において同方向に曲げられるとともに、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に隣り合うフィン無し部分での曲げ方向が異なることにより、全体として蛇行状に形成されている熱交換器。
【００２３】
10)熱交換器用フィン付き管のヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分にそれぞれ被拘束小径部が設けられており、熱交換器用フィン付き管が全てのフィン無し部分の被拘束小径部で曲げられている上記9)の熱交換器。
【００２４】
11)圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、蒸発器が上記9)または10)の熱交換器からなり、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられるとともに、冷媒循環量が１〜９ｋｇ／ｈとなされる冷蔵庫。
【００２５】
12)圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、蒸発器が上記9)または10)の熱交換器からなり、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられるとともに、冷媒循環量が１〜９ｋｇ／ｈとなされる冷蔵ショーケース。
【００２６】
13)内周面に、その長さ方向に伸びるインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に形成されているヘアピン状管と、２つの管挿通用貫通穴が間隔をおいて形成された多数のプレートフィンとを用意し、ヘアピン状管の両直管部をそれぞれ全てのプレートフィンの両管挿通用貫通穴に通すことにより、複数の並列状プレートフィンからなるフィン群を、直管部の長さ方向に間隔をおいて複数設けるとともにヘアピン状管の両直管部における隣り合う２つのフィン群間にそれぞれフィン無し部分を設けておき、ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つを、プレートフィンの管挿通用貫通穴の内径よりも小径の円筒状拘束部を有する拘束用金型により拘束し、この状態でヘアピン状管に流体を導入して拡管を行うことにより、各フィン群のプレートフィンをヘアピン状管の直管部の周囲に固定する熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００２７】
14)ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分を、拘束用金型により拘束しておく上記13)の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００２８】
15)拘束用金型が、所定長さの円筒状拘束部と、拘束部の両端に連なって設けられ、かつ長さ方向の外方に向かって拡径された２つのテーパ部と、テーパ部の大端部に連なって設けられ、かつプレートフィンの貫通穴の内径以上の内径を有する拡管許容部とよりなるキャビティを有している上記13)または14)の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００２９】
16)拘束部が、拡管前のヘアピン状管の外径と等しい内径を有する上記13)〜15)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００３１】
17)ヘアピン状管の内周面からの突出高さの異なる高低２種類のインナーフィンが周方向に交互に設けられており、高いインナーフィンの突出高さが０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィンの突出高さが０．４〜１．２ｍｍとなされている上記13)〜16)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００３２】
18)全てのインナーフィンの高さが等しく、ヘアピン状管の内周面からのインナーフィンの突出高さが０．７〜１．２ｍｍとなされている上記13)〜16)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００３３】
19)インナーフィンのピッチが０．４〜１．６ｍｍとなされている上記17)または18)の熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００３４】
20)ヘアピン状管の外径が６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚が０．４〜０．８ｍｍとなされている上記17)〜19)のうちのいずれかの熱交換器用フィン付き管の製造方法。
【００３５】
21)上記13)〜20)のうちのいずれかの方法により製造された熱交換器用フィン付き管を、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分において同方向に曲げるとともに、ヘアピン状管の直管部の長さ方向に隣り合うフィン無し部分での曲げ方向を異なったものにすることにより、全体として蛇行状に形成する熱交換器の製造方法。
【００３６】
22)上記14)の方法により製造された熱交換器用フィン付き管を使用し、この熱交換器用フィン付き管を、フィン無し部分における拘束用金型の拘束部により拘束されていた被拘束部分で曲げる上記21)の熱交換器の製造方法。
【００３７】
【発明の実施形態】
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。また、以下の説明において、図１〜図４の左右を左右というものとする。
【００３８】
図１および図２は熱交換器用フィン付き管を示し、図３および図４は熱交換器用フィン付き管の製造方法を示し、図５は熱交換器用フィン付き管を用いて熱交換器を製造する方法を示す。また、図６は熱交換器用フィン付き管を用いて形成された熱交換器の全体構成を示す。
【００３９】
図１および図２において、熱交換器用フィン付き管(10)は、アルミニウム製ヘアピン状管(11)と、ヘアピン状管(11)の直管部(11a)の長さ方向に間隔をおいて複数設けられたフィン群(13)とにより構成されている。ヘアピン状管(11)の両直管部(11a)における隣り合う２つのフィン群(13)間にそれぞれフィン無し部分(19)が設けられている。フィン群(13)は、ヘアピン状管(11)の２つの直管部(11a)にまたがって両直管部(11a)に固定された複数の並列状アルミニウム製プレートフィン(12)からなる。
【００４０】
ヘアピン状管(11)の内周面には、その長さ方向に伸びかつ突出高さの異なる高低２種類のインナーフィン(30)(31)が周方向に間隔をおいて交互に一体に形成されている。インナーフィン(30)(31)はヘアピン状管(11)の中心に向かって突出している。高いインナーフィン(30)のヘアピン状管(11)内周面からの突出高さ(h1)は、０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィン(31)のヘアピン状管(11)内周面からの突出高さ(h2)は０．４〜１．２ｍｍとなされている。また、インナーフィン(30)(31)のピッチ(P)は０．４〜１．６ｍｍとなされている。ここでインナーフィン(30)(31)のピッチ(P)とは、横断面において、ヘアピン状管(11)の中心線と、隣り合う２つのインナーフィン(30)(31)の厚みの中心とを結ぶ２つの直線(L1)(L2)間のヘアピン状管(11)の外周面上での周方向の距離である。また、ヘアピン状管(11)の外径は６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚は０．４〜０．８ｍｍとなされている。
【００４１】
各プレートフィン(12)には２つの管挿通用貫通穴(12a)が形成されており、ヘアピン状管(11)の両直管部(11a)がそれぞれ全てのプレートフィン(12)の両管挿通用貫通穴(12a)に通され、両直管部(11a)におけるフィン群(13)を形成すべき部分を、水、油、空気などの流体を用いて拡管することにより、プレートフィン(12)が両直管部(11a)の周囲に固定されている。拡管部を(14)で示す。なお、ヘアピン状管(11)の屈曲部(11b)は全体に拡管され、屈曲部(11b)側端部のフィン群(13)を構成するプレートフィン(12)を直管部(11a)に固定するための拡管部(14)と同径となされている。各拡管部(14)の長さは各フィン群(13)の左右方向の幅よりも長く、各拡管部(14)の左右両端は各フィン群(13)の左右両端のプレートフィン(12)よりも左右方向外方に位置している。
【００４２】
各フィン無し部分(19)に所定長さの被拘束小径部(15)が設けられている。被拘束小径部(15)の左右両端は、拡管部(14)側に向かって拡径されたテーパ部(16)を介して拡管部(14)に連なっている。また、両直管部(11a)の被拘束小径部(15)は、左右方向に関して相互に同一位置にある。なお、ヘアピン状管(11)の開口側端部（左端部）のフィン群(13)を構成するプレートフィン(12)を直管部(11a)に固定するための拡管部(14)よりも開口側の部分も被拘束小径部(17)となされており、この被拘束小径部(17)の右端は、拡管部(14)側に向かって拡径されたテーパ部(18)を介して拡管部(14)に連なっている。ここでは、被拘束小径部(15)(17)は、それぞれ上記拡管の際に拡管されなかった非拡管部からなる。なお、被拘束小径部(15)(17)は、非拡管部に代えて、プレートフィン(12)の管挿通用貫通穴(12a)の内径、すなわち拡管部(14)の外径よりは小径であるが、若干拡管された小径拡管部からなることもある。
【００４３】
熱交換器用フィン付き管(10)は、図３および図４に示すようにして、製造される。
【００４４】
すなわち、アルミニウム製ヘアピン状管(11)と、２つの管挿通用貫通穴(12a)が間隔をおいて形成された多数のアルミニウム製プレートフィン(12)とを用意し、ヘアピン状管(11)の両直管部(11a)をそれぞれ全てのプレートフィン(12)の両管挿通用貫通穴(12a)に通すことにより、複数の並列状プレートフィン(12)からなるフィン群(13)を、直管部(11a)の長さ方向に間隔をおいて複数設けておく。ついで、ヘアピン状管(11)の直管部(11a)における隣り合うフィン群(13)間のフィン無し部分(19)を拘束用金型(20)により拘束する。拘束用金型(20)は２つの型(20a)(20b)よりなり、拡管前のヘアピン状管(11)の外径と等しい内径を有する所定長さの円筒状拘束部(21)と、拘束部(21)の両端に連なって設けられ、かつ左右方向外方に向かって拡径された２つのテーパ部(22)と、テーパ部(22)の大端部に連なって設けられ、かつプレートフィン(12)の管挿通用貫通穴(12a)の内径以上の内径を有する短円筒状の拡管許容部(23)とよりなるキャビティ(24)を有している（図４(a)参照）。
【００４５】
また、ヘアピン状管(11)の屈曲部(11b)を、第２の拘束用金型(25)により拘束する。この拘束用金型(25)は、横断面円形でかつＵ字状のキャビティ(26)を有している。キャビティ(26)の内径は、拡管前のヘアピン状管(11)の外径よりも大きくかつ第１の拘束用金型(20)の拡管許容部(23)の内径と等しくなっている。さらに、ヘアピン状管(11)の両端部を、流体導入用治具(27)により拘束する。流体導入用治具(27)は、拡管前のヘアピン状管(11)の外径と等しい内径を有する２つの円筒状拘束部(28)と、各円筒状拘束部(28)に連なった２つの流体導入通路(29)とを有している（図３参照）。円筒状拘束部(28)の右端に連なって、右方に向かって拡径されたテーパ部(28a)が設けられ、テーパ部(28a)の大端径に連なって、第１の拘束用金型(20)の拡管許容部(23)と同じ内径を有する拡管許容部(28b)が設けられている。
【００４６】
ついで、この状態で、ヘアピン状管(11)内に、流体導入用治具(27)の流体導入通路(29)から、たとえば水、油、空気などからなる圧力流体を導入し、ヘアピン状管(11)における拘束用金型(20)の拘束部(21)および流体導入用治具(27)の拘束部(28)により拘束された部分を除いた部分を拡管させ、各フィン群(13)のプレートフィン(12)をヘアピン状管(11)の両直管部(11a)に形成された拡管部(14)の周囲に固定する。また、この拡管時に被拘束小径部(15)(17)およびテーパ部(16)(18)が形成される（図４(b)参照）。こうして、熱交換器用フィン付き管(10)が製造される。
【００４７】
この方法によれば、上述したような拘束用金型(20)を用いているので、ヘアピン状管(11)内への圧力流体の導入時には、ヘアピン状管(11)の直管部(11a)に大きな撓みが発生することが防止される。しかも、ヘアピン状管(11)内への圧力流体の導入時には、被拘束小径部(15)の周壁にシワが発生すること、およびこのシワに起因して直管部(11a)が長さ方向に変形することが防止される。また、圧力流体により拡管しているので、インナーフィン(30)(31)の潰れが防止される。さらに、ヘアピン状管(11)におけるフィン無し部分(19)の拡管の際の破裂が防止される。
【００４８】
そして、熱交換器用フィン付き管(10)を、図５に示すように、隣り合うフィン群(13)間の複数の被拘束小径部(15)において曲げることにより全体として蛇行状に形成することによって、図６に示すように、冷蔵庫や冷蔵ショーケースなどの蒸発器として用いられる熱交換器(1)が製造される。すなわち、両直管部(11a)における長さ方向に関して同一位置にある２つのフィン無し部分(19)の被拘束小径部(15)において、両被拘束小径部(15)の長さ方向の中心どうしをむすぶ直線が曲率の中心となるように同方向に曲げるとともに、両直管部(11a)の長さ方向に隣り合うフィン無し部分(19)での曲げ方向を異なったものとすることにより、全体として蛇行状に形成する。
【００４９】
ここで、熱交換器用フィン付き管(10)を被拘束小径部(15)において曲げているので、曲げ加工作業を容易に行うことができる。すなわち、被拘束小径部(15)には前工程において加工が施されていないので、加工硬化が起きておらず、その結果曲げ加工を容易に行うことができる。
【００５０】
図６において、熱交換器(1)は、蛇行状に屈曲されたヘアピン状管(11)からなる蛇行状熱交換管(2)と、蛇行状熱交換管(2)の各直管部(2a)の周囲に設けられかつ複数の並列状プレートフィン(12)からなるフィン群(13)とを備えている。蛇行状熱交換管(2)における左右両側の複数の屈曲部(2b)は、それぞれ被拘束小径部(15)からなる。なお、図示は省略したが、蛇行状熱交換管(2)における左右両側の複数の屈曲部(2b)は、それぞれ側板により保持されている。
【００５１】
熱交換器(1)は、圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられる冷蔵庫の蒸発器として使用される。この冷蔵庫において、冷媒循環量は１〜９ｋｇ／ｈという低循環量である。
【００５２】
また、熱交換器(1)は、圧縮機、凝縮器および蒸発器を有する冷凍サイクルを備えており、冷媒として炭化水素系冷媒が用いられる冷蔵ショーケースの蒸発器として使用される。この冷蔵ショーケースにおいて、冷媒循環量は１〜９ｋｇ／ｈという低循環量である。
【００５３】
図７は熱交換器用フィン付き管の他の実施形態を示す。
【００５４】
図７において、ヘアピン状管(11)の内周面に、その長さ方向に伸びかつ突出高さの等しい複数のインナーフィン(32)が、周方向に間隔をおいて一体に形成されている。インナーフィン(32)のヘアピン状管(11)内周面からの突出高さ(h3)は０．７〜１．２ｍｍとなされている。また、インナーフィン(32)のピッチ(P)は０．４〜１．６ｍｍとなされている。ここでインナーフィン(32)のピッチ(P)とは、上述したのと同様である。また、ヘアピン状管(11)の外径は６〜１０ｍｍ、同じく周壁の肉厚は０．４〜０．８ｍｍとなされている。
【００５５】
次に、この発明の熱交換器および比較熱交換器を用いた実験例を示す。
【００５６】
実験例１
図２に示す横断面形状を有するヘアピン状管(11)を備えた熱交換器(1)（本発明品１）および図７に示す横断面形状を有するヘアピン状管(11)を備えた熱交換器(1)（本発明品２）を用意した。本発明品１の熱交換器(1)のヘアピン状管(11)は、外径が８ｍｍ、周壁の肉厚が０．６１ｍｍ、突出高さの高いインナーフィン(30)の突出高さ(h1)が１．２ｍｍ、突出高さの低いインナーフィン(31)の突出高さ(h2)が０．６５ｍｍ、両インナーフィン(30)(31)の合計数が３０である。本発明品２の熱交換器(1)のヘアピン状管(11)は、外径が８ｍｍ、周壁の肉厚が０．６１ｍｍ、インナーフィン(32)の突出高さ(h3)が１．２ｍｍ、インナーフィン(32)の数が３０である。
【００５７】
また、図８に示す横断面形状を有するヘアピン状管(40)を用いた他は、本発明品１と同様な構成の熱交換器（比較品１）を用意した。ヘアピン状管(40)の内周面には、その長さ方向に伸びた複数のインナーフィン(41)が、周方向に間隔をおいて一体に形成されている。ヘアピン状管(40)の外径は８ｍｍ、周壁の肉厚は０．６１ｍｍ、インナーフィン(41)の数は３０である。また、比較品１は、上述した従来の第２の方法により製造されたものであり、拡管前のインナーフィン(41)の突出高さは０．６５ｍｍであるが、拡管用マンドレルによりその先端が若干潰れている。
【００５８】
そして、本発明品１、２および比較品１からなる蒸発器を使用し、入口温度−１９〜−２２℃、冷媒蒸発温度−３０℃、過熱度３℃、冷媒の膨張弁前圧力１．０６MPa、冷媒循環量２〜４kg/hとして、これらの蒸発器の性能を調べた。その結果を図９に示す。図９から明らかなように、本発明品１および２は、比較品に比べて、１０％程度性能が向上している。
【００５９】
実験例２
上記本発明品１〜２および比較品１からなる蒸発器を冷蔵庫に組込み、これらの冷蔵庫を温度２５℃、相対湿度７０％の雰囲気中に設置した。そして、ドア閉時コンプレッサーON/OFFの断続運転による消費電力量測定試験を行った。その結果、本発明品１からなる蒸発器を組込んだ冷蔵庫の消費電力量は、比較品１からなる蒸発器を組込んだ冷蔵庫の消費電力量に比べて２％低減され、同じく本発明品２からなる蒸発器を組込んだ冷蔵庫の消費電力量は、比較品１からなる蒸発器を組込んだ冷蔵庫の消費電力量に比べて１．３％低減されていた。
【００６０】
【発明の効果】
上記1)の熱交換器用フィン付き管は、ヘアピン状管を有しているので継ぎ目が存在せず、この熱交換器用フィン付き管を用いた熱交換器における冷媒のリークを抑制することができる。したがって、オゾン層破壊や地球温暖化への影響の少ない炭化水素系冷媒を使用することができる。また、プレートフィンは流体を用いた拡管によりヘアピン状管の直管部の周囲に固定されているので、ヘアピン状管の内周面に伝熱面積を増大させる目的で、比較的突出高さの高いインナーフィンが形成されていたとしても、拡管時にインナーフィンが潰れることはなく、所望の冷却性能（熱交換性能）を得ることができる。さらに、ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つに、拡管部よりも小径でかつ所定長さの被拘束小径部が設けられており、流体を用いた拡管の際に被拘束小径部が拘束されるので、拡管前の状態において、ヘアピン状管の直管部における拘束されていない部分の長さが比較的短くなる。したがって、拡管の際にヘアピン状管の直管部が大きく撓むことが防止される。
【００６１】
上記2)の熱交換器用フィン付き管によれば、流体を用いた拡管の際に被拘束小径部が拘束されるので、拡管前の状態において、ヘアピン状管の直管部における拘束される部分の長さが長くなる。したがって、拡管の際にヘアピン状管の直管部が大きく撓むことが確実に防止される。
【００６２】
上記3)の熱交換器用フィン付き管によれば、被拘束小径部の両端が、拡管部側に向かって拡径されたテーパ部を介して拡管部に連なっているので、ヘアピン状管の拡管時に、フィン群を構成する全てのプレートフィンを確実に拡管部の周囲に固定することができる。
【００６３】
上記4)の熱交換器用フィン付き管によれば、被拘束小径部が非拡管部であるので、熱交換器の製造にあたって熱交換器用フィン付き管を曲げる際に、非拡管部で曲げられることになる。非拡管部には前工程において加工が施されていないので、加工硬化が起きておらず、その結果曲げ加工を容易に行うことができる。
【００６４】
上記5)の熱交換器用フィン付き管によれば、ヘアピン状管の内周面に、その長さ方向に伸びるインナーフィンが周方向に間隔をおいて一体に形成されているので、このフィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能が向上する。
【００６５】
上記6)の熱交換器用フィン付き管によれば、ヘアピン状管の内周面からの突出高さの異なる高低２種類のインナーフィンが周方向に交互に設けられており、高いインナーフィンの突出高さが０．７〜１．７ｍｍ、低いインナーフィンの突出高さが０．４〜１．２ｍｍとなされているので、このフィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能向上効果が優れたものになる。
【００６６】
上記7)の熱交換器用フィン付き管によれば、全てのインナーフィンの高さが等しく、ヘアピン状管の内周面からのインナーフィンの突出高さが０．７〜１．２ｍｍとなされているので、このフィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能向上効果が優れたものになる。
【００６７】
上記8)および9)の熱交換器用フィン付き管によれば、このフィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能向上効果が優れたものになる。
【００６８】
上記10)の熱交換器によれば、上記1)〜9)の熱交換器用フィン付き管のところで述べたのと同様な効果を奏する。
【００６９】
上記11)の熱交換器によれば、流体を用いた拡管の際に被拘束小径部が拘束されており、全く拡管されていないか、あるいはわずかに拡管されているだけであるので、この部分の加工量は０またはわずかであり、加工硬化の度合いが小さくなっている。したがって、曲げ加工を容易に行うことができる。
【００７０】
上記14)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、上述した効果を有する熱交換器用フィン付き管を比較的簡単に製造することができる。また、ヘアピン状管の各直管部における全てのフィン無し部分のうちの少なくとも１つを、プレートフィンの管挿通用貫通穴の内径よりも小径の円筒状拘束部を有する拘束用金型により拘束し、この状態でヘアピン状管に流体を導入して拡管を行うので、拡管の際にヘアピン状管の直管部が大きく撓むことが防止される。
【００７１】
上記15)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、拡管の際にヘアピン状管の直管部が大きく撓むことが確実に防止される。しかも、ヘアピン状管におけるフィン群が存在しない部分の拡管の際の破裂が防止される。
【００７２】
上記16)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、上記3)の熱交換器用フィン付き管が製造される。
【００７３】
上記17)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、拘束部が、拡管前のヘアピン状管の外径と等しい内径を有するので、製造された熱交換器用フィン付き管のフィン無し部分に存在する被拘束小径部は、非拡管部であり、熱交換器の製造にあたって熱交換器用フィン付き管を曲げる際に、非拡管部で曲げられることになる。非拡管部には前工程において加工が施されていないので、加工硬化が起きておらず、その結果曲げ加工を容易に行うことができる。
【００７４】
上記18)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、ヘアピン状管に流体を導入して拡管を行うことにより、各フィン群のプレートフィンをヘアピン状管の直管部の周囲に固定するのであるから、拡管の際のインナーフィンの潰れが防止され、熱交換器用フィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能が優れたものになる。
【００７５】
上記19)〜22)の熱交換器用フィン付き管の製造方法によれば、製造されたフィン付き管を用いて製造された熱交換器の熱交換性能向上効果が優れたものになる。
【００７６】
上記23)の熱交換器の製造方法によれば、熱交換器用フィン付き管のところで述べたのと同様な効果を奏する。
【００７７】
上記24)の熱交換器の製造方法によれば、熱交換器用フィン付き管を蛇行状に曲げる際に被拘束部分で曲げることになる。被拘束部分は、拡管の際に全く拡管されていないか、あるいはわずかに拡管されているだけであるので、この部分の加工量は０またはわずかであり、加工硬化の度合いが小さくなっている。したがって、曲げ加工を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による熱交換器用フィン付き管を示す一部を省略した平面図である。
【図２】図１のII−II線拡大断面図である。
【図３】図１に示す熱交換器用フィン付き管を製造する方法を示すヘアピン状管を拡管する前の状態の断面図である。
【図４】図１に示す熱交換器用フィン付き管を製造する方法を示し、(a)はヘアピン状管を拡管する前の状態の部分拡大断面図であり、(b)はヘアピン状管を拡管した後の状態の部分拡大断面図である。
【図５】熱交換器用フィン付き管から熱交換器を製造する方法を示す部分斜視図である。
【図６】この発明による熱交換器の全体構成を示す斜視図である。
【図７】熱交換器用フィン付き管の他の実施形態を示す図２相当の断面図である。
【図８】比較品１に用いる熱交換器用フィン付き管を示す図２相当の断面図である。
【図９】実験例１の性能試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
(1)：熱交換器
(10)：熱交換器用フィン付き管
(11)：ヘアピン状管
(11a)：直管部
(12)：プレートフィン
(12a)：管挿通用貫通穴
(13)：フィン群
(14)：拡管部
(15)：被拘束小径部
(19)：フィン無し部分
(20)：拘束用金型
(21)：円筒状拘束部
(22)：テーパ部
(23)：拡管許容部
(24)：キャビティ
(30)(31)(32)：インナーフィン
【図１】
0004300013.tif 000002
【図２】
0004300013.tif 000003
【図３】
0004300013.tif 000004
【図４】
0004300013.tif 000005
【図５】
0004300013.tif 000006
【図６】
0004300013.tif 000007
【図７】
0004300013.tif 000008
【図８】
0004300013.tif 000009
【図９】
0004300013.tif 000010