JP2005288502A - 拡管用工具およびそれを使用した拡管方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内面溝付管の溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化および底肉厚が厚肉化されても、拡管によるフィン変形が抑制されると共に、伝熱性能が低下せず、かつ、拡管作業の作業性が低下しない内面溝付管の拡管用工具およびそれを使用した拡管方法を提供する。
【解決手段】 内面溝付管を拡管率３％以上８％以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具２０であって、内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレット２２と、この拡管ビュレット２２の後端部に接続されたマンドレル２１とを備え、拡管ビュレット２２は、内面溝付管の内面と接触する曲面上の外周面２２ａを有し、外周面２２ａの半径（Ｒ）、内面溝付管の管外径（Ｄ）および管最小内径（ｄ）を用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数（α）が３以上１５以下である熱交換器用内面溝付管の拡管用工具。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エアコンおよび冷凍空調機器に用いられるプレートフィンチューブ型熱交換器の製造に際し、熱交換器に使用される金属管の拡径に用いる拡管用工具およびそれを使用した拡管方法に係り、特に、多数の溝および溝間に形成されたフィンをその内面に有する内面溝付管の拡径に用いる拡管用工具およびそれを使用した拡管方法に関する。

従来、熱交換器の製造、および、その際の金属管（内面溝付管）の拡管作業は、以下のように行われていた。図８に示すように、拡管用工具３０として、内面溝付管１の内径より大きい外周面を有する拡管ビュレット３２と、この拡管ビュレット３２の後端部に接続されたマンドレル３１とを備えたものが使用され、まず、複数の平行に配置されたフィンプレート１１の貫通穴１１ａに内面溝付管１を挿入する。次に、この拡管用工具３０を内面溝付管１内に圧入する。これによって、内面溝付管１が拡管して、内面溝付管１とフィンプレート１１との間のクリアランスＣがなくなり、内面溝付管１とフィンプレート１１との密着性が高まる。次に、拡管用工具３０を内面溝付管１から取り出す。これによって、内面溝付管１とフィンプレート１１とが隙間なく接合した熱交換器が製造される。

そして、エアコンの高性能化（ＣＯＰ向上）と低価格化に伴い、熱交換器用の内面溝付管には、高性能化及び軽量化が要求され、その溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化されてきている。このような高リード・ハイフィン・スリムフィン化された溝形状を有する内面溝付管においては、内面溝付管の拡管の際、図８に示すように、拡管ビュレット３２の外周面３２ａの半径Ｒが小さいため、内面溝付管１の外径が急激に拡大される。これによって、内面溝付管１のフィン３と拡管ビュレット３２との摩擦力が大きくなり、フィン３に変形が生じ易く、内面溝付管（熱交換器）の伝熱性能が低下するという問題があった。

また、炭酸ガスなどの高圧冷媒が使用される内面溝付管として、管の肉厚が厚肉の内面溝付管が使用され始めている。このような内面溝付管は、管の底肉厚が厚くなり、熱交換器の製造に際し、内面溝付管の拡管荷重が過大となり、管内面のフィンが極度に変形してしまう。これによって、内面溝付管（熱交換器）の伝熱性能が低下するという問題があった。

前記のような管内面のフィンの変形を解決するために、内面溝付管の溝形状を特定することが、特許文献１で提案されている。すなわち、特許文献１では、内面溝付管の内面に形成されるフィンの傾きを、管内面に対してほぼ垂直になるように、内面溝付管を製造している。

また、内面溝付管の拡管方法を改善することが、特許文献２で提案されている。すなわち、特許文献２では、内面溝付管を拡管する際、予め内面溝付管の内部に管状のスペーサを挿入し、その内側から拡管用工具で内面溝付管を拡管している。
特開２００１−７４３８４号公報（段落００１１、図１） 特開２０００−２１８３３２号公報（段落００１１、００１２、図１ないし図３）

しかしながら、特許文献１では、拡管の際の過剰のフィン変形は防止できるものの、依然としてフィン変形が発生するという問題があった。また、特許文献２では、拡管作業毎に、内面溝付管の内部にスペーサを挿入および取り出す作業が必要となり、作業性が低下するという問題があった。その結果、量産作業には適せず、実用性がなかった。

そこで、本発明は、かかる問題を鑑みてなされたもので、内面溝付管の溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化および底肉厚が厚肉化されても、拡管によるフィン変形が抑制されると共に、伝熱性能が低下せず、かつ、拡管作業の作業性が低下しない内面溝付管の拡管用工具およびそれを使用した拡管方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１の発明は、熱交換器に使用される内面溝付管の内部に挿入し、前記内面溝付管の管軸方向に移動して、その内面溝付管を拡管率３％以上８％以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具であって、前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面上の外周面を有し、前記外周面の半径（Ｒ）、前記内面溝付管の管外径（Ｄ）および管最小内径（ｄ）を用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数（α）が３以上１５以下である熱交換器用内面溝付管の拡管用工具として構成したものである。

このように構成すれば、内面溝付管の拡管において、拡管ビュレットと内面溝付管内面に形成されたフィンとの摩擦力が低減され、フィン変形が抑制されると共に、熱交換器のフィンプレートに隙間なく接合されるように内面溝付管が拡管し、しかも、フィンプレートに割れ等の不具合を発生させずに内面溝付管を拡管することができる。それによって、内面溝付管内に冷媒が供給された際に、内面溝付管内での冷媒の拡散が向上し、フィンプレートとの熱交換率も向上する。

また、請求項２の発明は、熱交換器に使用される内面溝付管の内部に挿入し、前記内面溝付管の管軸方向に移動して、その内面溝付管を拡管率３％以上８％以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具であって、前記内面溝付管は、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝と、この溝間に形成されたフィンとを有する構成を備え、前記溝の溝数は３０以上１００以下、前記溝と管軸とがなす溝リード角（θ）は１０度以上５０度以下、前記内面溝付管の管軸直交断面における内面溝付管の底肉厚（ｔ）は０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、前記フィンのフィン高さ（ｈ）は０．１ｍｍ以上であって前記底肉厚の１．２倍以下、フィン山頂角（δ）は５度以上４５度以下、フィン根元半径（Ｒ）は前記フィン高さ（ｈ）の２０％以上５０％以下であると共に、前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面上の外周面を有し、前記外周面の半径（Ｒ）、前記内面溝付管の管外径（Ｄ）および管最小内径（ｄ）を用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数（α）が３以上１５以下である熱交換器用内面溝付管の拡管用工具として構成したものである。

このように構成すれば、内面溝付管内面と接触する外周面、および内面溝付管内面に形成される溝形状を特定することによって、内面溝付管の拡管における拡管ビュレットとフィンとの摩擦力がより一層低減され、フィン変形がより一層低減される。また、内面溝付管内に冷媒が供給された際に、内面溝付管内での冷媒の拡散がより一層向上する。

また、請求項３の発明は、請求項１に記載の拡管用工具を使用して、熱交換器に使用され、多数の溝および溝間に形成されたフィンをその内面に有する内面溝付管を、拡管させる拡管方法であって、前記内面溝付管の管外径（Ｄ）の１０２％以上１０５％以下の貫通穴を有する板状のフィンプレートに前記内面溝付管を貫通させる第１工程と、貫通させた前記内面溝付管の内部に前記拡管用工具を挿入する第２工程と、挿入した前記拡管用工具を前記内面溝付管の管軸方向に移動して、前記内面溝付管を拡管する第３工程と、挿入した前記拡管用工具を拡管した前記内面溝付管の内部から取り出す第４工程とを含み、前記第４工程における拡管した前記内面溝付管のフィンのフィン高さは、前記第１工程における前記内面溝付管のフィンのフィン高さの９０％以上である熱交換器用内面溝付管の拡管方法として構成したものである。

このように構成すれば、内面溝付管の拡管作業において、内面溝付管内へのスペーサ等の挿入および取り出し等の煩雑な作業工程を行うことなく、簡単な機械拡管方法で、かつ、簡単な構成の拡管用工具を使用して、内面溝付管内に形成されたフィンのフィン変形を抑制しながら、フィンプレートと隙間なく接合すると共に、フィンプレートの割れ等の不具合を発生させずに、内面溝付管が拡管される。

このような本発明によれば、内面溝付管の溝形状が高リード・ハイフィン・スリムフィン化および底肉厚が厚肉化されても、拡管によるフィン変形が抑制されると共に、伝熱性能が低下しない、かつ、拡管作業の作業性が低下しない内面溝付管の拡管用工具およびそれを使用した拡管方法を提供することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１（ａ）は拡管用工具の構成を示す斜視図、（ｂ）は側面図、図２は内面溝付管の拡管方法を模式的に示す断面図、図３は内面溝付管の構成を示す管軸方向の断面図、図４（ａ）は図３のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、図５はプレートフィンの構成を示す平面図、図６（ａ）は内面溝付管を組み込んだ熱交換器の一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）の熱交換器をＵベンド管側から見た図、（ｃ）は（ａ）の熱交換器をヘアピン管側から見た図、図７（ａ）は熱交換器の伝熱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。

まず、本発明の拡管用工具について説明する。
１．拡管用工具
図２に示すように、拡管用工具２０は、熱交換器に使用される内面溝付管１の内部に挿入し、内面溝付管１の管軸方向に移動して、その内面溝付管１を拡管率３％以上８％以下に拡管させるものである。ここで、拡管率（％）は［（拡管後の内面溝付管１の管外径Ｄ’−拡管前の内面溝付管１の管外径Ｄ）／拡管前の内面溝付管１の管外径Ｄ］×１００で計算され、拡管率が３％未満であると内面溝付管１とフィンプレート１１とが隙間なく接合されず、拡管率が８％を超えるとフィンプレート１１に割れ等の不具合が生じ、いずれにおいても内面溝付管１とフィンプレート１１との間の熱交換率が悪くなる。

そして、図１、図２に示すように、拡管用工具２０は、内面溝付管１の内面に接触する円筒状の拡管ビュレット２２と、この拡管ビュレット２２の後端部に接続されたマンドレル２１とを備える。
（拡管ビュレット）
拡管ビュレット２２は、円筒状部材であって、超硬合金、ベアリング鋼またはステンレス鋼等から構成される。また、円筒状部材の大きさは以下のとおりである。直径Ａ１は内面溝付管１の管最小内径ｄより小さく、直径Ａ１が管最小内径ｄ以上であると、内面溝付管１の拡管の際に、拡管ビュレット２２を内面溝付管１内へ挿入しにくくなる（図４（ａ）参照）。また、直径Ａ２は、内面溝付管１の拡管率、内面溝形状およびフィン３の変形度合いから適宜設定される。また、長さＬは２ｍｍ以上２０ｍｍ以下であって、長さＬが２ｍｍ未満であると拡管ビュレット２２の強度が不足し、長さＬが２０ｍｍを超えると拡管作業のトラブルの原因になりやすい。そして、内面溝付管１の内面と接触する曲面上の外周面２２ａを有する。

そして、外周面２２ａの半径Ｒ、図４（ａ）の前記内面溝付管１の管外径Ｄおよび管最小内径ｄを用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）計算される係数αが３以上１５以下である。係数αが前記範囲内であると、外周面２２ａと内面溝付管１内面のフィン３との摩擦力が低減され、後記するように、フィン変形率が１０％以下となり、フィン３の変形が抑制される。

ここで、係数αが３未満であると、内面溝付管１の管外径Ｄが急激に拡大し、拡管ビュレット２２の外周面２２ａと内面溝付管１内面のフィン３との摩擦力が大きくなり、フィン３が大きく変形する（図８参照）。また、係数αが１５を超えると、拡管ビュレット２２の外周面２２ａとフィン３との摩擦力はほとんど低減されなくなり、フィン３の変形を抑制する効果がこれ以上向上しなくなる。さらに、内面溝付管１を拡管する際に、拡管ビュレット２２の内面溝付管１内への挿入が困難になったり、拡管ビュレット２２の長さＬが長くなりすぎて、拡管作業のトラブルの原因になったりする。

（マンドレル）
マンドレル２１は、その先端が拡管ビュレット２２の後端部に接続され、末端は図示しない油圧装置または液圧装置に接続している。そして、拡管ビュレット２２を内面溝付管１内に挿入する際のガイドであって、油圧装置または液圧装置の駆動により、拡管ビュレット２２を内面溝付管１内の管軸方向に移動させる。また、マンドレル２１は、径２ｍｍ以上８ｍｍ以下の棒状部材であって、超硬合金、ベアリング鋼またはステンレス鋼等から構成される。

また、拡管用工具２０は、以下の内面溝形状を有する内面溝付管１と組み合わせて、使用することが好ましい。

（内面溝付管）
内面溝付管１は、エアコンおよび冷凍空調機器のプレートフィンチューブ型熱交換器に使用されることから、管の管外径Ｄは、４ｍｍ以上１０ｍｍ以下のものが使用される。また、内面溝付管１の素管の材質としては、銅または銅合金などが使用され、例えばＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０、Ｃ１２０１等のりん脱酸銅、またはＣ１０２０等の無酸素銅である。なお、内面溝付管１の内面溝形状の形成方法は、転造加工法、圧延法などがあるが、特に限定されるものではない。

そして、内面溝付管１は、図３、図４に示すように、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝２と、この溝２間に形成されたフィン３とを有する構成を備え、溝２の溝数は３０以上１００以下、溝２と管軸とがなす溝リード角θは１０度以上５０度以下、内面溝付管１の管軸直交断面における内面溝付管１の底肉厚Ｔは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、前記フィンのフィン高さｈは０．１ｍｍ以上であって底肉厚Ｔの１．２倍以下、フィン山頂角δは５度以上４５度以下、フィン根元半径ｒはフィン高さｈの２０％以上５０％以下である。

次に、内面溝付管１の前記内面溝形状における数値限定について説明する。
（１）溝数：３０以上１００以下
溝数は、後記する内面溝形状の各諸元と組み合わせて、伝熱性能および単重等を考慮して、適宜決定されるものであるが、３０以上１００以下が好ましい。溝数が３０未満であると溝成形性が悪くなりやすく、また、溝数が１００を超えると溝付工具（溝付プラグ）の欠損が生じやすい。いずれも、内面溝付管１の量産性が低下しやすくなる。

（２）溝リード角θ：１０度以上５０度以下
溝リード角θは、１０度以上５０度以下が好ましい。溝リード角θが１０度未満であると、内面溝付管１（熱交換器）の伝熱性能が低下しやすい。また、溝リード角θが５０度を超えると、内面溝付管１の量産性の確保および拡管によるフィン３の変形を抑制しにくくなる。
（３）底肉厚Ｔ：０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下
底肉厚Ｔは０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下が好ましい。底肉厚Ｔが前記範囲外であると、内面溝付管１の製造がしにくくなる。また、底肉厚Ｔが０．２ｍｍ未満であると、内面溝付管１の強度が低下しやすく、高圧冷媒としての炭酸ガス等を使用した際、耐圧力強度の保持が困難になりやすい。

（４）フィン高さｈ：０．１ｍｍ以上（底肉厚Ｔ×１．２）ｍｍ以下
フィン高さｈは、０．１ｍｍ以上（底肉厚Ｔ×１．２）ｍｍ以下が好ましい。フィン高さｈが０．１ｍｍ未満であると、内面溝付管１（熱交換器）の伝熱性能が低下しやすい。また、フィン高さｈが（底肉厚Ｔ×１．２）ｍｍを超えると、内面溝付管１の量産性の確保および拡管によるフィン３の極度の変形を抑制しにくくなる。

（５）山頂角δ：５度以上４５度以下
山頂角δは、５度以上４５度以下が好ましい。山頂角δが５度未満であると、内面溝付管１の量産性の確保および拡管によるフィン３の変形を抑制しにくくなる。また、山頂角δが４５度を超えると、内面溝付管１（熱交換器）の伝熱性能の維持および内面溝付管１の単重が過大となりやすい。

（６）フィン根元半径ｒ：フィン高さｈの２０％以上５０％以下
フィン根元半径ｒは、フィン高さｈの２０％以上５０％以下が好ましい。フィン根元半径ｒがフィン高さｈの２０％未満であると、拡管によるフィン傾きが過大となりやすく、かつ、量産性が低下しやすい。また、フィン根元半径ｒがフィン高さｈの５０％を超えると、冷媒気液界面の有効伝熱面積が減少しやすく、内面溝付管１（熱交換器）の伝熱性能が低下しやすい。

（熱交換器）
次に、本発明の拡管用工具を使用して製造される熱交換器について説明する。図５、図６はプレートフィンチューブ型熱交換器１０の好適な例である。図５、図６に示すように、熱交換器１０は、互いに平行に所定の間隔（フィンピッチＰｂ）で配置された薄板状の複数のフィンプレート１１と、これらのフィンプレート１１に設けられた複数の貫通穴１１ａに挿入され、フィンプレート１１と直交するように接合されたＵ字状に所定幅（曲げピッチＰａ）で加工された複数の内面溝付管１と、これら内面溝付管１の両端部に接合し、内面溝付管１をフィンプレート１１の長手方向に所定の間隔（段方向ピッチ：前記曲げピッチＰａと同間隔）で複数段、および所定の間隔（列ピッチＰｃ）で複数列に直列に連結するＵベント管１２とを備える。

また、フィンプレート１１は、伝熱性能および軽量化を考慮して、アルミニウム（アルミニウム合金含む）または銅（銅合金含む）、好ましくはＪＩＳＨ４０００に規定する１０００系のアルミニウムからなり、その表面に多数の凹部１１ｂが形成されている。この凹部１１ｂの形成によって、フィンプレート１１の表面積が増大し、伝熱性能が向上する。また、フィンプレート１１に設けられた複数の貫通穴１１ａの外径は、内面溝付管１の管外径Ｄ（図４（ａ）参照）の１０２％以上１０５％以下である。貫通穴１１ａの外径が１０２％未満であると、内面溝付管１の接合の際の拡管によって、貫通穴１１ａの拡大率が過大となり、フィンプレート１１に割れ等の不具合が生じる。また、１０５％を超えると、拡大率不足が生じる。いずれの場合も内面溝付管１とフィンプレート１１の密着度が急激に減少し、熱交換器１０の伝熱性能が低下する。

さらに、Ｕベント管１２は、伝熱性能および軽量化を考慮して、アルミニウム（アルミニウク合金含む）または銅（銅合金含む）、好ましくはＪＩＳＨ４０００に規定する１０００系のアルミニウムからなる。

２．拡管方法
次に、熱交換器の製造方法を説明することで、本発明の拡管方法について説明する。図２に示すように、以下の工程を含む。
（第１工程）
内面溝付管１の管外径（Ｄ）の１０２％以上１０５％以下の貫通穴１１ａを有する互いに平行に配置された複数のフィンプレート１１に、あらかじめＵ字状に加工された複数の内面溝付管１を貫通させる。そして、図６（ｃ）に示すように、内面溝付管１をフィンプレート１１の長手方向に複数段、複数列に配置する。
（第２工程）
フィンプレート１１に貫通し、複数段、複数列に配置された内面溝付管１の内部に拡管用工具２０を挿入する。この作業は、図示しない油圧装置または液圧装置の駆動によって行う。
（第３工程）
挿入した拡管用工具２０を内面溝付管１の管軸方向に移動して、内面溝付管１を拡管する。この作業によって、内面溝付管１が拡管率３％以上８％以下に拡管し、内面溝付管１とフィンプレート１１が隙間なく接合される。
（第４工程）
図示しない油圧装置または液圧装置を駆動して、挿入した拡管用工具２０を拡管した内面溝付管１の内部から取り出す。そして、フィンプレート１１に接合された内面溝付管１の両端部に、図６（ｂ）に示すように、Ｕベント管１２を接合し、ろう付けすることによって、熱交換器１０が製造される。

そして、前記第２工程ないし第４工程における拡管用工具２０が、前記した構成、すなわち、拡管ビュレット２２の外周面２２ａの半径（Ｒ）、内面溝付管１の管外径Ｄおよび管最小内径ｄを用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数αが３以上１５以下であることによって（図１、図４参照）、図２に示すように、内面溝付管１の管外径Ｄが徐々に拡大され、拡管ビュレット２２の外周面２２ａと内面溝付管１のフィン３との摩擦力が低減され、フィン３の変形が抑制される。その結果、前記第４工程における拡管した内面溝付管１のフィン高さは、前記第１工程における内面溝付管１のフィン高さの９０％以上となる（フィン減少率１０％以下）。

第４工程におけるフィン高さが、第１工程のフィン高さの９０％未満であると、フィン３が著しく変形していることとなり、内面溝付管１に供給される冷媒の拡散が著しく阻害され、内面溝付管１（熱交換器１０）の伝熱性能が著しく低下する。

次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
（第１の実施例）
図１に示す構成の拡管用ビュレットを超硬合金で作製し、本発明の請求範囲を満足する拡管用ビュレットを実施例１〜２とした。また、本発明の請求範囲を満足しない、すなわち、拡管用ビュレット２２の外周面２２ａの半径Ｒが小さく、内面溝付管１の管外径Ｄ、管最小内径ｄ（図１、図４（ａ）参照）とで計算される係数αが請求範囲の下限値未満の拡管用ビュレットを比較例１とした。各拡管用ビュレットの形状寸法を表２に示す。

また、表１に示す溝形状（Ｎｏ．Ａ）を有する内面溝付管１を作製した。内面溝付管１の作製方法は、先ず、ＪＩＳＨ３３００に規定された合金番号Ｃ１２２０のりん脱酸銅を溶解し、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、前記素管に第１の縮径加工を施し、縮径された素管に前記内面溝形状の螺旋溝を形成しながら第２の縮径加工を施し、螺旋溝が形成された素管に第３の縮径加工を施して、管外径Ｄ７ｍｍの内面溝付管１を作製した。

次に、前記内面溝付管１を各拡管用ビュレットで拡管し、図５および図６に示すプレートフィンチューブ型の熱交換器１０を作製した。なお、熱交換器１０の仕様は以下の通りとした。
（熱交換器１０）
外形は、高さ２５０ｍｍ×長さ２５０ｍｍ×幅２５．４ｍｍとした。
（フィンプレート１１）
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、フィンプレート１１の厚さは１００μｍ、貫通穴１１ａの穴径は７．３ｍｍとした。そして、２００枚のフィンプレート１１をフィンピッチＰｂ１．２５ｍｍで平行に配置した。
（内面溝付管１の配置）
内面溝付管１をＵ字状に加工し、フィンプレート１１に設けられた貫通穴１１ａに挿入し、２列１２段（曲げピッチＰａ２１ｍｍ、列方向ピッチＰｃ１２．７ｍｍ）に配置した（有効伝熱管長は約６．７ｍであった）。

次に、この熱交換器１０の内面溝付管１を用いて、内面溝付管１のフィン減少率を測定した。ここで、フィン減少率（％）は［（（拡管後のフィン高さ）−（拡管前のフィン高さ））／（拡管前のフィン高さ）］×１００で計算し、その結果を表２に示した。フィン減少率１０％以下で、拡管後のフィン高さが、拡管前のフィン高さの９０％以上となり、フィン変形が生じていないと判断した。

そして、この熱交換器１０を用いて伝熱性能（蒸発性能、凝縮性能）を測定し、その結果を表２に示した。ここで、蒸発性能および凝縮性能は、各々、総括熱伝達率を測定し、比較例１を「１００」とした場合の比率で記載した。

また、図７（ａ）、（ｂ）に伝熱性能を測定する測定装置の模式図を示す。図７（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７（ｂ）参照）及び空調機（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１０が配置され、この熱交換器１０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、この空気の温度及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１０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１０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。

また、図７（ｂ）に冷媒供給装置１１０の模式図を示す。図７（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１０の内面溝付管１（図６参照）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１０の入口及び出口には、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。

そして、測定条件は表３に示す通りとし、冷媒としてはＲ４１０Ａを使用し、冷媒流量３０ｋｇ／ｈとした。また、蒸発性能測定の際の冷媒の流れと、凝縮性能測定の際の冷媒の流れとは、互いに異なる方向とした（図７（ｂ）に示す冷媒供給装置１１０の冷媒の流れ方向は、蒸発性能測定の際の冷媒の流れ方向を示している）。

表２の結果より、本発明の実施例１〜２は、比較例１に比べて、フィン減少率および伝熱性能（蒸発性能および凝縮性能）が優れていることが確認された。

（第２の実施例）
第１の実施例と同様にして、本発明の請求範囲を満足する拡管用ビュレットを実施例３〜４とし、本発明の請求範囲を満足しない拡管用ビュレットを比較例２とした。各拡管用ビュレットの形状寸法を表４に示す。また、第１の実施例と同様にして、表１に示す溝形状（Ｎｏ．Ｂ）を有する内面溝付管１を作製した。

次に、第１の実施例と同様にして、熱交換器１０を作製して、内面溝付管１のフィン減少率を測定した。また、熱交換器１０を用いて吸引型風洞１００（冷媒供給装置１１０）で伝熱性能（蒸発性能、凝縮性能）を測定した。その結果を表４に示した。ここで、蒸発性能および凝縮性能は、各々、総括熱伝達率を測定し、比較例２を「１００」とした場合の比率で記載した。

表４の結果より、本発明の実施例３〜４は、比較例２に比べて、フィン減少率および伝熱性能（蒸発性能および凝縮性能）が優れていることが確認された。

（ａ）は本発明に係る拡管用工具の構成を示す斜視図、（ｂ）は側面図である。 本発明に係る内面溝付管の拡管方法を模式的に示す断面図である。 内面溝付管の構成を示す管軸方向の断面図である。 （ａ）は図３のＸ−Ｘ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。 プレートフィンの構成を示す平面図である。 （ａ）は内面溝付管を組み込んだ熱交換器の一部破断正面図、（ｂ）は（ａ）の熱交換器をＵベンド管側から見た図、（ｃ）は（ａ）の熱交換器をヘアピン管側から見た図である。 （ａ）は熱交換器の伝熱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。 従来の内面溝付管の拡管方法を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 内面溝付管
１０ 熱交換器
２０ 拡管用工具
２１ マンドレル
２２ 拡管ビュレット
２２ａ 外周面
Ｒ 半径
Ｄ 管外径
ｄ 管最小内径

Claims (3)

1. 熱交換器に使用される内面溝付管の内部に挿入し、前記内面溝付管の管軸方向に移動して、その内面溝付管を拡管率３％以上８％以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具であって、
   前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、
   前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面上の外周面を有し、前記外周面の半径（Ｒ）、前記内面溝付管の管外径（Ｄ）および管最小内径（ｄ）を用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数（α）が３以上１５以下であることを特徴とする熱交換器用内面溝付管の拡管用工具。
2. 熱交換器に使用される内面溝付管の内部に挿入し、前記内面溝付管の管軸方向に移動して、その内面溝付管を拡管率３％以上８％以下に拡管させる熱交換器用内面溝付管の拡管用工具であって、
   前記内面溝付管は、その内面に管軸方向に傾斜する方向に形成された多数の溝と、この溝間に形成されたフィンとを有する構成を備え、前記溝の溝数は３０以上１００以下、前記溝と管軸とがなす溝リード角（θ）は１０度以上５０度以下、前記内面溝付管の管軸直交断面における内面溝付管の底肉厚（Ｔ）は０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下、前記フィンのフィン高さ（ｈ）は０．１ｍｍ以上であって前記底肉厚の１．２倍以下、フィン山頂角（δ）は５度以上４５度以下、フィン根元半径（ｒ）は前記フィン高さ（ｈ）の２０％以上５０％以下であると共に、
   前記内面溝付管の内面に接触する円筒状の拡管ビュレットと、この拡管ビュレットの後端部に接続されたマンドレルとを備え、
   前記拡管ビュレットは、前記内面溝付管の内面と接触する曲面上の外周面を有し、前記外周面の半径（Ｒ）、前記内面溝付管の管外径（Ｄ）および管最小内径（ｄ）を用いてα＝Ｒ／（Ｄ／ｄ）で計算される係数（α）が３以上１５以下であることを特徴とする熱交換器用内面溝付管の拡管用工具。
3. 請求項１に記載の拡管用工具を使用して、熱交換器に使用され、多数の溝および溝間に形成されたフィンをその内面に有する内面溝付管を、拡管させる拡管方法であって、
   前記内面溝付管の管外径（Ｄ）の１０２％以上１０５％以下の貫通穴を有する板状のフィンプレートに前記内面溝付管を貫通させる第１工程と、
   貫通させた前記内面溝付管の内部に前記拡管用工具を挿入する第２工程と、
   挿入した前記拡管用工具を前記内面溝付管の管軸方向に移動して、前記内面溝付管を拡管する第３工程と、
   挿入した前記拡管用工具を拡管した前記内面溝付管の内部から取り出す第４工程とを含み、
   前記第４工程における拡管した前記内面溝付管のフィンのフィン高さは、前記第１工程における前記内面溝付管のフィンのフィン高さの９０％以上であることを特徴とする熱交換器用内面溝付管の拡管方法。

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