(57)【要約】【課題】従来技術では、芯管（伝熱管）外面に形成した凹み部に予め塗布したろう材を流し込み、凹み部の真上に被さる状態で巻管を配置するので、凹み部と巻管の位置決めにばらつきが発生し易く、ばらつきも出易い。また伝熱管内面に突起を形成する際に、突起形状を伝熱管端部から順次加工していくので、製造時間が長くなる。【解決手段】外面及び内面にそれぞれ螺旋状の山部及び谷部が形成され、上記内面における螺旋状の山部６に凹凸７が形成されている伝熱管１と、この伝熱管の外面における上記谷部３に沿って螺旋状に巻き付けられた巻管４とを備えるようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面及び内面にそれぞれ螺旋状の山部及び谷部が形成され、上記内面における螺旋状の山部に凹凸が形成されている伝熱管と、この伝熱管の外面における上記谷部に沿って螺旋状に巻き付けられた巻管とを備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記凹凸は、平滑管を捻り加工するときに芯材として用いた断面略歯車状の突起付マンドレルの外周面が転写されたものであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
上記凹凸の凸部の数は８〜１６個／周であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
上記凹凸は、平滑管を捻り加工するときに芯材として用いた断面多角形状の多角形マンドレルの外周面が転写されたものであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
上記凹凸の凸部の数は８〜２４個／周であることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は熱交換器に関し、特に外面および内面に螺旋状の山部及び谷部が形成されている伝熱管に巻管が巻き付けられた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の熱交換器として、第１流体と第２流体との間で熱交換を行わせる熱交換器であって、第１流体の流路を形成し、外面を押圧することで内面に突起が形成されるとともに外面に凹み部が形成された芯管（伝熱管）と、第２流体の流路を形成し、前記芯管の外面に巻き付けられた巻管と、前記巻管の近傍に位置する前記凹み部に流し込まれているロウ材とを備えるようにしたものがある（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１７１１５号公報（第１頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような従来技術では、芯管の外面に形成した凹み部にあらかじめ塗布したロウ材を流し込み、凹み部の真上に被さる状態で巻管を配置する構成である。しかし、この構成では、巻管の位置を固定する手段が無いため、凹み部と巻管の位置決めにばらつきが発生し易く、性能上のばらつきを引き起こす可能性が高いという課題があった。また伝熱管の内面に突起を形成する手段として、所定の突起形状を伝熱管の端部から順次加工していく必要があり、製造時間が長くなるという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような従来技術の課題を解消するためになされたものであり、性能上のばらつきが少なく、しかも性能が向上され、在来の製造設備でも製造時間が長くなることなく容易に製造できる熱交換器を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る熱交換器は、芯管として用いる伝熱管の外面及び内面にそれぞれ螺旋状の山部及び谷部が形成され、内面における螺旋状の山部にさらに凹凸が形成されている。この内面の山部に凹凸が形成された伝熱管の外面側の谷部に螺旋状に巻き付けられた巻管を備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、伝熱管の内面における螺旋状の山部部分にさらに凹凸が形成されているため、伝熱面積が拡大され、熱交換器の性能が向上される。また上記内面の山部部分に設ける凹凸は、伝熱管を製造する際に用いるマンドレルとして、外周面に該凹凸に対応する凹凸を設けたマンドレルを用いる他は従来の製造装置で同様に形成することができるので、製造工程を変更する必要がなく、製造時間が長くなることもない。また伝熱管内面に形成された凹凸は、常に伝熱管の外面に形成されている螺旋状の谷部に位置するため、伝熱管の外面の谷部に巻き付けられる巻管との接触位置が一定になり、性能上のばらつきを低減できるという従来にない顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１〜図３は本発明の実施の形態１に係る熱交換器を説明するものであって、図１は捻り管形の熱交換器の要部を示す斜視図、図２は図１に示された伝熱管の内部構造を示す一部破断斜視図、図３は図１に示された伝熱管を製造するときに用いる突起付マンドレルを示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は軸方向から見た拡大正面図である。なお、各図を通じて同一符号は同一または相当部分を示している。図において、熱交換器１０は、外面に複数条（この例では３条）の山部２及び谷部３を各条毎に連続して螺旋状に設けた捻り管からなる伝熱管１と、該伝熱管１の谷部３に沿って巻き付け嵌め込まれた巻管４（４１、４２、４３）とを備えている。
【０００９】
なお、伝熱管１は巻管４のための芯管を構成し、第１流体配管として用い、巻管４は第２流体配管として用いられる。上記伝熱管１の内面は図２に示すように、外面の山部２に対応する部分が谷部５、外面の谷部３に対応する部分が山部６を形成している。そして、上記内面側の山部６には、凹凸７が周方向に所定のピッチで形成されている。該凹凸７は、軸方向、即ち伝熱管１の長手方向に伸びる溝状に形成された凹部７１及び凸部７２からなり、内面側の各山部６にそれぞれ周方向に螺旋状に形成されている。
【００１０】
次に、上記伝熱管１の製造方法について説明する。上記捻り管形の伝熱管１を製造するには、基本的には従来の製造方法と略同様に銅管（平滑管）の内部にマンドレルを挿入し、捻り加工した後、該マンドレルを引抜くことで製造される。この発明の実施の形態１においては、該マンドレルとして図３に示す突起付マンドレル８を用いる。即ち、突起付マンドレル８は、外周面に所定角度θ１の間隔で形成された複数の凸部８１と凹部８２を備えている。なお、この例では凸部８１は外周面に１２箇所設けられ、該凸部８１と凹部８２の段差は０．５ｍｍに設定されている。第１流体配管を構成する伝熱管１は従来の製造工程と同様に、突起付マンドレル８を図示省略している銅管の内部に挿入し、捻り加工した後、突起付マンドレル８を引抜くことで製造される。
【００１１】
上記伝熱管１の内面の山部６に周方向に螺旋状に形成された凹部７１及び凸部７２からなる凹凸７は、各々上記突起付マンドレル８の凸部８１と凹部８２が転写されることで形成されたものであり、この例では凸部７２及び凹部７１は各１２個／周形成されている。なお、上記捻り加工時に銅管の外周部に形成された複数条の谷部３に図示省略している複数のローラを突起付マンドレル８の中心軸方向にそれぞれ押し付けることで、転写を確実なものとすることができる。なお、従来のマンドレルは断面円形の金属製の丸棒（図示省略）であり、かかる丸棒状のマンドレルを銅管の内部に挿入し、捻り加工した後、引抜いた場合、銅管の内面には外面と同様の滑らかな凹凸からなる螺旋状の山部と谷部が形成される。
【００１２】
次に、上記のように構成された熱交換器の動作について説明する。熱交換器１０の第１流体配管として用いる伝熱管１は、外面に所定のピッチを有する螺旋状の山部２と谷部３を交互に有し、外面の谷部３に対応する内面の山部６に凹部７１及び凸部７２からなる凹凸７を有しており、外面の谷部３に沿って３本の巻管４１、４２、４３を巻き付けるため、上記伝熱管１の内面に一定間隔の角度で形成されている凹部７１及び凸部７２からなる凹凸７の真上部に確実に巻管４を配置でき、性能上のばらつきが抑制される。また、伝熱管１は内面に凹部７１及び凸部７２からなる凹凸７が設けられていることにより伝熱に寄与する表面積が拡大されるので、該伝熱管１を第１流体配管として用いたときに、第２流体配管として用いる巻管４との熱交換が改善され熱交換器性能が向上する。なお、伝熱管１及び巻管４（４１、４２、４３）に通流する流体（気体、液体）の種類は特に限定されるものではなく、例えば空気調和装置等の冷凍サイクルに用いる冷媒、各種給湯器、暖房機等に用いる湯、水、風呂水など、何れも特別な制限なく好ましく用いることができる。
【００１３】
図４は上記実施の形態１によって得られた熱交換器について測定された熱交換器性能を従来技術による熱交換器と比較して示す特性図であり、横軸は伝熱管の内面表面積（ｍｍ２）、縦軸は熱交換器性能（Ｗ／Ｋ）を示す。図４において、縦軸目盛が１３００Ｗ／Ｋの部分に引かれた横方向の直線Ｌは熱交換器性能の製品仕様（参考値）を示している。性能曲線Ａは実施の形態１によって得られた熱交換器１０の場合であり、点Ａ１は凸部７２の数が８個のとき、点Ａ２は凸部７２の数が１６個のときを示す。なお、点Ｂは丸棒状のマンドレルを使用して製造された従来の熱交換器の場合（比較例）である。
【００１４】
図４から明らかなように、従来のマンドレルを使用して製造された熱交換器の熱交換器性能が点Ｂに示す約１３０５Ｗ／Ｋであるのに対して、実施の形態１の突起付マンドレル８を使用して製造された熱交換器１０の熱交換器性能は、凸部７２の数を８個に設定したとき、伝熱管１の内面表面積が点Ａ１に示すように約７３ｍｍ２となり、熱交換器性能は約１３５０Ｗ／Ｋであった。同様に凸部７２の数を１６個に設定したとき、伝熱管１の内面表面積が７６ｍｍ２となり、熱交換器性能は点Ａ２に示すように約１３９０Ｗ／Ｋとなった。なお、上記凸部７２の数を変えて同様の性能試験を行なった結果、該凸部７２の数を８〜１６個／周の範囲にすることで、従来の熱交換器の性能と比べて３．５〜６．５％の熱交換器性能の向上が図られることがわかった。なお、該凸部７２の数は特に限定されるものではなく、例えば７個以下、または１７個以上としても差し支えないが、熱交換器性能の向上の度合いが小さくなるので上記範囲内とすることは好ましい。
【００１５】
上記説明したようにこの実施の形態１によれば、伝熱管１の内面における、外面の谷部３に対応する山部６に、凹部７１及び凸部７２からなる凹凸７を設けたことにより、伝熱面積を拡大でき、熱交換器１０の性能を向上させることができる。また、上記のような内面に凹凸７を設けた伝熱管１を製造する場合、突起付マンドレル８を用いることで、例えば在来の製造設備でも製造工程を変更させずに製造時間が長くなることもなく容易に製造できる。また、該凹凸７が、第１流体配管として用いられる伝熱管１の外面における螺旋状の谷部３に対応する位置に常に備えられるため、該谷部３に螺旋溝に巻き付けられる巻管４（４１、４２、４３）との接触位置が一定になり、性能上のばらつきを低減できる。更に熱交換器性能が改善されるため、熱交換器の長さを短縮できることで低コスト化を図ることもできる、と言った従来にない顕著な効果を得ることができる。また、伝熱管１の内面に形成した凸部７２の数を８〜１６個の範囲に設定することにより伝熱管１内部の伝熱面積を拡大でき、熱交換器性能を向上させることができる。
【００１６】
実施の形態２．
図５及び図６は本発明の実施の形態２に係る熱交換器を説明するものであって、図５は熱交換器を構成する伝熱管の内部構造を示す一部破断斜視図、図６は図５に示された伝熱管を製造するときに用いる多角形マンドレルを示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は軸方向から見た拡大正面図である。図において、伝熱管１Ａの内面における山部６には、多角形の１辺に相当する平面状の凸部７２Ａ及び隣接する凸部７２Ａ相互の間に形成された角度が広いＶ字形の谷状の凹部７１Ａからなる凹凸７Ａが周方向に一定間隔の角度で螺旋状に形成されている。その他の構成は上記図１及び図２に示す実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００１７】
上記伝熱管１Ａを得るには、図６に示す多角形マンドレル８Ａが用いられる。図６において、多角形マンドレル８Ａは外周面に従来の断面円形のマンドレルの外形寸法に相当する寸法を内接円とし、一定間隔の辺部角度θ２で平面状の辺部（凹部に相当）８２Ａ及び稜線状の稜部（凸部に相当）８１Ａを備えている。伝熱管１Ａは、上記実施の形態１と同様に、上記多角形マンドレル８Ａを図示省略している銅管（平滑管）の内部に挿入し、捻り加工した後、多角形マンドレル８Ａを引抜くことで製造される。伝熱管１Ａの内面における山部６に形成された凹凸７Ａは、上記多角形マンドレル８Ａの外周面の辺部８２Ａ及び稜部８１Ａが転写されたもので、辺部８２Ａに対応する部分が凸部７２Ａ、稜部８１Ｂに対応する部分が凹部７１Ａとして転写される。なお、凸部７２Ａは、この例では１２個／周形成されている。
【００１８】
次に、動作について説明する。伝熱管１Ａは、実施の形態１と同様、外面に所定のピッチを有する螺旋状の山部２と谷部３を交互に有し、外面の谷部３に対応する内面の山部６に凹部７１Ａ及び凸部７２Ａからなる凹凸７Ａが形成され、外面側に設けられた螺旋の３条の谷部３に沿って３本の巻管４（４１、４２、４３）が巻き付けられるため、内面側に形成された凹部７１Ａ及び凸部７２Ａからなる凹凸７Ａの真上部に確実に巻管４を配置でき、性能上のばらつきが抑制される。また、伝熱管１Ａは内面に凹凸７Ａが設けられていることにより表面積が拡大され、該伝熱管１Ａを第１流体配管として用いたときに、第２流体配管として用いる巻管４との熱交換が改善され熱交換器性能が向上する。
【００１９】
図７は上記実施の形態２によって得られた熱交換器について測定された熱交換器性能を従来技術による熱交換器と比較して示す図４と同様の特性図であり、図において、横軸、縦軸、直線Ｌ、及び点Ｂは図４と同様であるので説明を省略する。性能曲線Ｃは実施の形態２によって得られた熱交換器（図示省略）の場合であり、点Ｃ１は伝熱管１Ａ内面の凸部７２Ａの数が８個／周のとき、点Ｃ２は凸部７２Ａの数が２４個／周のときを示す。図７から明らかなように、多角形マンドレル８Ａを使用して製造された伝熱管１Ａを第１流体配管として用いた熱交換器の性能曲線Ｃは、凸部７２Ａの数を８個に設定した場合、伝熱管１Ａの内面表面積が７３ｍｍ２となり、熱交換器性能は点Ｃ１にプロットしたように約１３２０Ｗ／Ｋとなった。同様に凸部７２Ａの数を２４個に設定した場合、伝熱管１Ａの内面表面積が７６ｍｍ２となり、熱交換器性能は点Ｃ２にプロットしたように１３５０Ｗ／Ｋとなった。
【００２０】
なお、上記伝熱管１Ａ内面の凸部７２Ａの数を変えて同様の性能試験を行なった結果、該凸部７２Ａの数を８〜２４個の範囲にすることで、熱交換器性能を１３２０〜１３５０Ｗ／Ｋとすることができ、従来の熱交換器の熱交換器性能と比べて１．２〜３．５％の熱交換器性能の向上が図られることがわかった。なお、該凸部７２Ａの数は特に限定されるものではなく、例えば７個／周以下、または２５個／周以上としても差し支えないが、熱交換器性能の向上の度合いが小さくなるので上記範囲内とすることは好ましい。
【００２１】
上記のように実施の形態２によれば、熱交換器の第１流体配管として用いる伝熱管１Ａにおける外面の谷部３に対応している内面の山部６に、凹部７１Ａ及び凸部７２Ａからなる多角形状の凹凸７Ａを設けたことにより、伝熱面積を拡大でき、熱交換器の性能を向上させることができる。また、このような伝熱管１Ａを製造する場合、例えば通常の断面円形のマンドレルの外周面に多角形状を施こすことで多角形マンドレル８Ａを得、例えば在来の捻り管形の伝熱管の製造工程を変更させずに短時間で容易に製造できる。また伝熱管１Ａ内面に形成されている凹凸７Ａが、常に伝熱管１Ａ外面に形成されている螺旋状の谷部３に備えられるため、伝熱管１Ａの螺旋溝である谷部３に巻き付けられる巻管４との接触位置が一定になり、性能上のばらつきを低減できる。更に熱交換器性能を改善できるため、熱交換器の長さを短縮することが可能となり、短縮した場合には低コスト化を図ることもできる、と言った従来にない顕著な効果を得ることができる。また、伝熱管１Ａ内面の凸部７２Ａの数を８〜２４個／周の範囲に設定することにより伝熱管１Ａ内部の伝熱面積を拡大でき、熱交換器性能を向上させることができる。
【００２２】
ところで、上記実施の形態では、伝熱管の内面側における螺旋状の山部６に形成する凹凸として、断面略歯車状の凹凸７（実施の形態１）、及び断面多角形状の凹凸７Ａ（実施の形態１）を設けた場合について例示したが、該凹凸の形状はこれらに限定されないことは言うまでもない。また、伝熱管の周面に形成される螺旋状の山部２（または谷部３）が３条の場合について説明したが、必ずしも３条でなくても良い。従って、巻管４の数も３つに限定されるものではない。また、突起付マンドレル８の凸部８１と凹部８２の段差などについても実施の形態で例示したものに限定されないことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の要部を示す斜視図。
【図２】図１に示された伝熱管の内部構造を示す一部破断斜視図。
【図３】図１に示された伝熱管を製造するときに用いる突起付マンドレルを示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は軸方向から見た拡大正面図。
【図４】実施の形態１によって得られた熱交換器について測定された熱交換器性能を従来技術による熱交換器と比較して示す特性図。
【図５】本発明の実施の形態２に係る熱交換器を構成する伝熱管の内部構造を示す一部破断斜視図。
【図６】図５に示された伝熱管を製造するときに用いる多角形マンドレルを示す図で、（ａ）は外観斜視図、（ｂ）は軸方向から見た拡大正面図。
【図７】実施の形態２によって得られた熱交換器について測定された熱交換器性能を従来技術による熱交換器と比較して示す特性図。
【符号の説明】
【００２４】
１、１Ａ  伝熱管、  ２  山部、  ３  谷部、  ４（４１、４２、４３）  第２流体配管、  ５  谷部、  ６  山部、  ７、７Ａ  凹凸、  ７１、７１Ａ  凹部、  ７２、７２Ａ  凸部、  ８  突起付マンドレル、  ８１  凸部、  ８２  凹部、  ８Ａ  多角形マンドレル、  ８１Ａ  稜部（凸部に相当）、  ８２Ａ  辺部（凹部に相当）、  １０  熱交換器。
【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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