JP2011021844A - 内面溝付伝熱管及び蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器 - Google Patents

Abstract

【解決課題】冷媒として、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、蒸発熱伝達特性に優れる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を提供すること。
【解決手段】アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器用の内面溝付伝熱管であって、原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる内面溝付伝熱管（Ｂ）であり、該内面溝付伝熱管（Ｂ）の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．０９５（１）を満たすこと、を特徴とする内面溝付伝熱管。
【選択図】図４

Description

本発明は、冷媒として、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる冷凍機、空調機、給湯機等の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器及びその製造に用いられる内面溝付伝熱管に関する。

地球温暖化ガスである冷媒ガスの排出抑制の観点から、熱交換器の冷媒として、フロン系冷媒に替わり、二酸化炭素冷媒に代表される自然冷媒の使用が検討されてきている。

このような二酸化炭素冷媒が使用される熱交換器のうち、蒸発器用の熱交換器としては、従来のフロン系の場合と同様、アルミニウムフィンと銅製伝熱管を組み付けたクロスフィンチューブ型熱交換器が主流であり、該銅製伝熱管としては、内面溝付伝熱管が使用されてきている。

そして、従来より、このようなクロスフィンチューブ型熱交換器は、以下のような工程を経て製造されている。先ず、プレス加工等により、所定の組み付け孔が複数形成されたアルミニウムフィンを成形する。次いで、得られたアルミニウムフィンを積層した後、該組み付け孔の内部に、別に作製した銅製伝熱管を挿通する。次いで、該銅製伝熱管を拡管してアルミニウムフィンに固着し、ヘアピン曲げ加工を施した側とは反対側の伝熱管端部に、Ｕベンド管をろう付け加工する工程を経て、クロスフィンチューブ型熱交換器を製造する。

該クロスフィンチューブ型熱交換器に用いられる該銅製伝熱管には、内面溝付伝熱管が使用されてきている。

例えば、特開２００３−３４３９４２号公報（特許文献１）には、チューブ内を流れる二酸化炭素を蒸発させる蒸発器であって、前記チューブの通路断面形状は円形であり、かつ、前記チューブの内壁には、中心側に突出した複数個の突起部が設けられており、
数式１：０．５×ｄ^{１．２６８２}≦Ｌ≦２．０９×ｄ^{１．２６８２}
前記チューブの通路長さ（Ｌ）と前記チューブの平均内径（ｄ）とは、上記数式１に示される関係を有していることを特徴とする蒸発器が開示されている。

しかし、特許文献１に示す蒸発器では、内面溝付伝熱管が用いられているが、平滑管が用いられているものと比較して、管内熱伝達率は高いものの、単に、内面に溝加工を施しただけなので、管内熱伝達率は不十分であった。

内面溝付伝熱管の管内熱伝達率を改善するものとして、例えば、特開２００６−１６２１００号公報（特許文献２）には、高圧冷媒を用いるクロスフィンチューブ式熱交換器を構成する伝熱管にして、管内面に多数の溝が管周方向に又は管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されているとともに、それら溝間には、所定高さの内面フィンが形成されてなる銅又は銅合金製の内面溝付伝熱管において、管外径Ｄ（ｍｍ）、前記溝の形成部位における管壁厚となる底肉厚をｔ（ｍｍ）、前記溝の溝深さをｄ（ｍｍ）、管軸に対して垂直な断面における溝１個あたりの断面積をＡ（ｍｍ^２）としたときに、ｔ／Ｄが０．０４１以上０．１４６以下であり、且つｄ^２／Ａが０．７５以上１．５以下であると共に、Ｎを前記溝の溝条数、Ｄｉを前記溝の溝底をつないで形成される管内径に相当する最大内径としたときに、Ｎ／Ｄｉが８以上２４以下となるように構成したことを特徴とする高圧冷媒用内面溝付伝熱管が開示されている。

また、特開２００２−９００８６号公報（特許文献３）には、アルミニウムフィンに、内面溝付伝熱管を組み付けて、クロスフィンチューブ型熱交換器を製造する際に、管内面の内面フィンが変形することを抑制することができる内面溝付伝熱管として、管内面に多数の溝が管周方向に又は管軸に対して所定のリード角をもって延びるように形成されていると共に、それらの溝間に、所定高さの内面フィンが形成されてなる内面溝付伝熱管にして、管外径が４ｍｍ〜１０ｍｍとされ、且つ前記溝の溝深さが０．１０ｍｍ〜０．３０ｍｍとされると共に、前記溝の形成部位における管壁厚となる底肉厚（ｔ）が、次式：ｔ≦０．１２４８×Ｄ^{０．３２７８２}（但し、Ｄは管外径を示す）を満足するように、構成されていることを特徴とする内面溝付伝熱管が開示されている。

特開２００３−３４３９４２号公報（特許請求の範囲） 特開２００６−１６２１００号公報（特許請求の範囲） 特開２００２−９００８６号公報（特許請求の範囲）

特許文献２の内面溝付伝熱管では、蒸発熱伝達特性が向上するものの、それでもなお、更なる蒸発熱伝達特性の向上が求められている。また、特許文献３の内面溝付伝熱管でも、同様に、更なる蒸発熱伝達特性の向上が求められている。

従って、本発明は、冷媒として、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、蒸発熱伝達特性に優れる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を提供すること、及び蒸発熱伝達特性に優れる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を製造することができる内面溝付伝熱管を提供することにある。

本発明者らは、上記従来技術における課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、内面溝付伝熱管の内面溝の底部に、該内面溝の長手方向に、微細溝を形成させることにより、該微細溝により核沸騰が促進されるので、蒸発熱伝達特性に優れるクロスフィンチューブ型熱交換器が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明（１）は、アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器用の内面溝付伝熱管であって、
原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる内面溝付伝熱管（Ｂ）であり、
該内面溝付伝熱管（Ｂ）の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：
０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．０９５ （１）
を満たすこと、
を特徴とする内面溝付伝熱管を提供するものである。

また、本発明（２）は、本発明（１）の内面溝付伝熱管を、アルミニウムフィンに挿通し、拡管することにより、該内面溝付伝熱管を該アルミニウムフィンに固着して得られることを特徴とする蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を提供するものである。

また、本発明（３）は、アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、
該内面溝付伝熱管の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（２）：
０．０５５≦ｔ／Ｄ≦０．０９ （２）
を満たし、
該内面溝付伝熱管の内面溝の底部に、該内面溝の長手方向に、微細溝が形成されていること、
を特徴とする蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を提供するものである。

本発明によれば、冷媒として、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、蒸発熱伝達特性に優れる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器を提供することができる。

内面溝付伝熱管（Ｂ）を用いて製造される蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器の形態例の模式図である。 内面溝付伝熱管（Ｂ）を、管軸方向に対して垂直な面で切ったときの断面図である。 内面溝付伝熱管（Ａ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 内面溝付伝熱管（Ｂ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 図５中の内面溝１２及び内面フィン１１を符号３７側から見た時の図である。 図５に示す内面溝付伝熱管（Ｃ）を斜視した図である。 図６及び図７中の符号３９で示す部分の拡大図である。 内面溝付伝熱管（Ａ）、内面溝付伝熱管（Ｂ）及び内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 内面溝付伝熱管（Ａ）、内面溝付伝熱管（Ｂ）及び内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 内面溝付伝熱管（Ａ）、内面溝付伝熱管（Ｂ）及び内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。 実施例及び比較例で製造した評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器を示す断面図である。 管内熱伝達率性能評価方法を示す図である。

本発明の内面溝付伝熱管（Ｂ）は、アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器用の内面溝付伝熱管（Ｂ）であって、
原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる内面溝付伝熱管（Ｂ）であり、
該内面溝付伝熱管（Ｂ）の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：
０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．０９５ （１）
を満たす内面溝付伝熱管である。
なお、本発明では、転造加工される前の管を「原管」と記載し、転造加工後でり且つ空引抽伸加工される前の内面溝付伝熱管を「内面溝付伝熱管（Ａ）」と記載し、空引抽伸加工後であり且つ拡管前の内面溝付伝熱管を「内面溝付伝熱管（Ｂ）」と記載し、拡管後の内面溝付伝熱管を「内面溝付伝熱管（Ｃ）」と記載する。

該内面溝付伝熱管（Ａ）、該内面溝付伝熱管（Ｂ）及び該内面溝付伝熱管（Ｃ）について、図１〜図８を参照して説明する。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）は、アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器の製造に用いられる内面溝付伝熱管であり、拡管により該アルミニウムフィンに組み付けられる前、つまり、拡管前の内面溝付伝熱管である。

図１は、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を用いて製造される蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器の形態例の模式図である。図１中、蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器１は、アルミニウムフィン２と、内面溝付伝熱管（Ｃ）３とを有する。該内面溝付伝熱管（Ｃ）３は、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を拡管することによって、該アルミニウムフィン２に組み付けられたものであり、拡管後の内面溝付伝熱管である。該内面溝付伝熱管（Ｃ）３は、ヘアピン加工部４で、ヘアピン加工されて、Ｕ字形状に加工されており、複数の該アルミニウムフィン２に挿通されて組み付けられている。そして、複数の該内面溝付伝熱管（Ｃ）３が、該アルミニウムフィン２に挿通され、該内面溝付伝熱管（Ｃ）３の該ヘアピン加工部４と反対側が、Ｕベンド管５により、１の該内面溝付伝熱管（Ｃ）３の管端と、他の該内面溝付伝熱管（Ｃ）３の管端が繋がれている。このことにより、該蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器１に、炭酸ガス冷媒６の流路が形成される。

図２は、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を、管軸方向に対して垂直な面で切ったときの断面図である。

図２に示すように、内面溝付伝熱管（Ｂ）３０を管軸方向対して垂直な面で切った断面において、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０の管内面には、管周方向１３に、多数の内面溝１２が、管軸方向に対して、一定のらせん角θ（°）をもって、らせん状に形成されると共に、多数の内面フィン１１が、らせん状に形成されている。管外径Ｄ（ｍｍ）とは、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０の外径を指す。なお、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０には、管周方向１３に亘って該内面溝１２及び該内面フィン１１が形成されているが、作図の都合上、図２においては、該内面溝１２及び該内面フィン１１の一部を記載し、他の記載を省略した。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）は、先ず、内面溝が形成されていない該原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して該内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる。そして、該内面溝付伝熱管（Ｂ）は、拡管されることにより、該アルミニウムフィンに組み付けられ、該内面溝付伝熱管（Ｃ）となる。

該内面溝付伝熱管（Ａ）、該内面溝付伝熱管（Ｂ）及び該内面溝付伝熱管（Ｃ）について、図３〜図５を用いて説明する。図３の（３−１）は、該内面溝付伝熱管（Ａ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図であり、（３−２）は、（３−１）中のＸ部分の拡大図である。また、図４の（４−１）は、該内面溝付伝熱管（Ｂ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図であり、（４−２）は、（４−１）中のＹ部分の拡大図である。また、図５の（５−１）は、該内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図であり、（５−２）は、（５−１）中のＺ部分の拡大図である。

図３中の内面溝付伝熱管（Ａ）２５は、該原管を転造加工によりすることにより、内面溝を形成させた後の内面溝付伝熱管であり、且つ、空引抽伸加工前のものである。また、図４中の内面溝付伝熱管（Ａ）３０は、空引抽伸加工後のものである。そして、該内面溝付伝熱管（Ａ）２５を、空引抽伸加工することにより、管外径が縮径される。この空引抽伸加工による管外径の縮径の際に、底肉厚の増肉と、内面フィンの増肉がなされ、内面溝の溝底の幅が減少する。図３及び図４に示すように、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０の内面溝の溝底２３ｂは、該内面溝付伝熱管（Ａ）２５の内面溝の溝底２３ａより、幅が減少している。

このとき、該内面溝の溝底２３ａは、該管周方向１３に圧縮されるようにして、幅が減少されるので、空引抽伸加工後の該内面溝の底部には、該内面溝の長手方向に、微細なしわ３２が生じる。

また、図４中の内面溝付伝熱管（Ｂ）３０は、拡管前のものであり、図５中の内面溝付伝熱管（Ｃ）４０は、拡管後のものである。そして、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０を、拡管することにより、管外径が拡大される。この拡管による管外径の拡大の際に、内面溝の溝底の幅が増加する。図４及び図５に示すように、該内面溝付伝熱管（Ｃ）４０の内面溝の溝底２３ｃは、該内面溝付伝熱管（Ｂ）３０の内面溝の溝底２３ｂより、幅が増加している。

このとき、該内面溝の溝底２３ｂは、該管周方向１３に引っ張られるようにして、幅が増加するので、該微細なしわ３２が広げられて、拡管後の該内面溝の底部には、微細溝１５が形成される。

該微細なしわ３２は、該内面溝１２の底部にあるので、拡管時に拡管プラグによって、該微細なしわ３２が潰されることがない。そのため、拡管によって該微細溝１５が形成される。

該微細溝１５について、図５〜図８を参照して、詳細に説明する。図６に、図５中の該内面溝１２及び該内面フィン１１を符号３７側、つまり、該内面溝付伝熱管（Ｃ）４０の中心から管の内面を見た時の図を示す。また、図７に、図５中の該内面溝付伝熱管（Ｃ）４０を斜視した図を示す。図６及び図７中、一点鎖線で囲った部分（符号３９）は、該内面溝１２の溝底２３ｃの一部であるが、この符号３９で示される部分の拡大図を、図８に示す。

該内面溝１２の底部には、該内面溝１２の長手方向に、該微細溝１５が形成されている。なお、該内面溝１２の長手方向３８とは、管軸方向に対して、一定のらせん角θ（°）をもって、らせん状に該内面溝１２が連続している方向である。

図８に示すように、該内面溝１２の底部には、微細溝１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）が形成されている。該微細溝１５の形成方向は、該内面溝１２の長手方向３８である。ここで、本発明において、該内面溝の長手方向に該微細溝が形成されているとは、各微細溝１５について、その全範囲に亘って、該内面溝１２と、全く同一のらせん角をもって形成されているということ、つまり、内面溝１２と、全く同一のらせん角をもって一直線に形成されているということではなく、例えば、該微細溝１５ｂのように、蛇行して形成されていてもよい。つまり、本発明において、該内面溝の長手方向に該微細溝が形成されているとは、該微細溝１５の形成方向を局部的に全範囲に亘って観察したときに、各観察点において、溝の形成方向が、該内面溝１２の長手方向３８に対して±３０°以内であればよい。そして、該微細溝１５の形成方向を局部的に全範囲に亘って観察したときに、各観察点において、溝の形成方向が、該内面溝１２の長手方向３８に対して±３０°以内であれば、該冷媒の流れ方向に概ね沿うように、核沸騰促進作用を発揮する該微細溝が存在することになるので、該微細溝が冷媒の沸騰核として作用して、蒸発熱伝達特性が高くなる。

各微細溝１５は、全範囲に亘って溝幅１９が一定でなくてもよく、該微細溝１５ａのように、溝幅が変化していてもよい。また、該微細溝１５ｃのように、溝幅１９が非常に狭いものでも、１μｍ程度であれば、核沸騰促進作用を発揮できる。そして、該微細溝１５の溝幅１９は、核沸騰促進作用を発揮できる程度であれば、特に制限されないが、核沸騰促進効果が高くなる点で、好ましくは１〜３０μｍ、特に好ましくは３〜２０μｍである。なお、該微細溝の溝幅１９は、該微細溝の開口の幅として観察されるものである。

該微細溝１５の長さ２０は、特に制限されるものではなく、ある程度の長さを持っていることで、核沸騰の核となる可能性を高くする効果がある。

該微細溝１５は、なだらかな凹みではなく、溝幅が狭く且つ溝幅に対して深さが深いものであり、核沸騰を促進させる作用を発揮するものである。一方、なだらかな凹みは、核沸騰を促進させる作用を十分に発揮しない。

該微細溝が該内面溝の底部に形成されていることにより、以下のような作用効果がある。

伝熱管に内面溝を形成すると、平滑管と比較して液冷媒を薄膜化する効果がある。この内面溝付伝熱管をクロスフィンチューブ型熱交換器に組み付けて、二酸化炭素冷媒を伝熱管の内部に流通させて蒸発器として熱交換させる場合（液冷媒の蒸発により空気側から吸熱させる場合）、冷媒入口から冷媒出口にかけて、クォリティ（乾き度）が変化していき、冷媒出口に向かうに従って、クォリティが増加していく。

アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管（Ｃ）とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器において、該内面溝付伝熱管（Ｃ）では、クォリティによって、核沸騰に寄与する部位が異なる。先ず、冷媒入口近くの液膜が厚い低クォリティ領域では、該内面溝自身（図５〜図７中の符号１２の該内面溝）が、オープンキャビティーとして機能し、核沸騰を促進させる。このような核沸騰を促進させるオープンキャビティーとして機能する該内面溝の好ましい形態としては、Ｗｇが０．０７〜０．１５ｍｍのものである。

次いで、冷媒入口から冷媒出口に向かうに従って、クォリティは増加していくが、この増加に伴って液膜が薄くなってくると、該内面溝の底部に形成されている該微細溝も、核沸騰を促進するオープンキャビティーとして機能するようになってくる。このような領域では、該内面溝と該微細溝の両方が、核沸騰の促進に寄与する。

更に冷媒出口に向かうと、クォリティは更に増加し、液膜が非常に薄い状態となる。このような高クォリティ領域では、該内面溝の底部に形成されている該微細溝による核沸騰の促進効果が支配的になる。

このようなことから、該アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管（Ｃ）とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器においては、低クォリティ領域から高クォリティ領域の全域に亘って、核沸騰の促進作用が発揮され、蒸発熱伝達率を向上させる効果を奏する。

該内面溝付伝熱管（Ａ）、該内面溝付伝熱管（Ｂ）及び該内面溝付伝熱管（Ｃ）に共通する部位について、図９〜図１１を参照して説明する。図９〜図１１は、該内面溝付伝熱管（Ａ）、該内面溝付伝熱管（Ｂ）及び該内面溝付伝熱管（Ｃ）の断面のうちの内面フィンの一部分を拡大した図である。

図９に示すように、該内面溝付伝熱管５０の管内面には、該内面溝１２及び該内面フィン１１が形成されている。該内面フィン１１の形状は、管の中心に向かって細くなっている略等脚台形である。図９中、底肉厚ｔ（ｍｍ）とは、該内面溝付伝熱管５０の該内面溝１２の最も深い部分４１における該内面溝付伝熱管５０の肉厚を指す。なお、以下、各内面溝１２の最も深い部分４１が円周上に重なるように引いた円、すなわち、該内面溝付伝熱管５０の外周の円と同心円であり且つ半径が該底肉厚ｔ分だけ小さい円を、底肉厚線４２（図９中、符号４２で示す一点鎖線）と呼ぶ。内面フィン高さｈ（ｍｍ）とは、該内面フィン１１の頂点２１の高さを指し、該底肉厚線４２から管の中心に向かって突き出している部分の長さを指す。ここで、該内面フィン高さｈは、該内面フィン１１の幅方向の中央部の高さ、つまり、該内面フィンの中心線の長さである。内面フィンピッチｐ（ｍｍ）とは、隣り合う該内面フィン１１間における、該内面フィン１１の中心線と該底肉厚線４２とが交差する点間の直線距離を指す。フィン頂角α（°）は、該内面フィンの側面を延ばしたときの交差角を指す。なお、該内面溝付伝熱管５０では、αが０°より大きいので、該内面フィン１１は、上に行くほど幅が狭くなる形状を有している。そして、図９において、αが０°のときは、内面フィンの両側の側面同士は平行であり、０°より大きくなる（正の数）と、内面フィンの形状は、上に行くほど（管の中心に向かうほど）幅が狭くなる形状となる。内面フィン幅Ｗｆ（ｍｍ）は、該内面フィン高さｈの半分の位置における、該内面フィン１１の幅を指す。なお、該内面フィン１１の先端の形状は、図３〜図５、図７、及び図９〜図１１では円弧であるが、これに限らず、先端が偏平となった形状や、先端が尖った三角形状であってもよい。

図１０中、内面溝深さｄ（ｍｍ）とは、内面フィン頂点線４３から、該内面溝１２の最も深い部分４１までの距離である。なお、該内面溝付伝熱管５０の該内面フィン１１の頂点２１が円周上に重なるように引いた円、すなわち、該内面溝付伝熱管５０の外周の円と同心円であり且つ半径が該底肉厚ｔ及び該内面フィン高さｈの合計分だけ小さい円を、該内面フィン頂点線４３（図１０中、符号４３で示す一点鎖線）と呼ぶ。内面溝幅Ｗｇ（ｍｍ）は、該内面溝深さｄの半分の位置における、該内面溝１２の幅を指す。

本発明において、該内面溝１２の底部とは、該内面溝１２の壁面のうち、図１０中の符号４５で示す部分（太線で示す部分）である。つまり、該内面溝１２の最も深い部分４１から、該内面溝深さｄの５分の１の長さ分だけ上側の位置４４までの、該内面溝１２の壁面である。言い換えると、該内面溝１２の最も深い部分４１から、該内面溝深さｄの５分の１の長さ分だけ、該内面溝付伝熱管５０の中心寄りの位置（符号４４で示す点線）までの、該内面溝１２の壁面である。

図１１中、内面溝１個当たりの濡縁長さ４６（ｍｍ）とは、管軸方向に対して垂直な面で切ったときの断面図において、隣合う該内面フィン１１の頂点２１ａから頂点２１ｂまでの該内面溝１２の壁面の長さを指す。

該内面溝付伝熱管（Ａ）、該内面溝付伝熱管（Ｂ）及び該内面溝付伝熱管（Ｃ）の寸法諸元を、表１〜表３に示す。

なお、本発明において、ｈ、ｐ、Ｗｆ、α、ＬＡ及びＬＢの値は、管軸方向に垂直な断面における管周方向の全内面フィンの内面フィン高さｈ、内面フィンピッチｐ、内面フィン幅Ｗｆ、内面フィン頂角α、内面溝１個当たりの濡縁長さＬＡ及び内面溝１個当たりの濡縁長さＬＢの平均値より算出される値である。

該内面溝付伝熱管（Ｃ）、つまり、拡管後の内面溝付伝熱管において、ｔ／Ｄは０．０５５〜０．０９である。二酸化炭素を主成分とする冷媒は、その作動圧力が３．５〜１５ＭＰａと高いため、伝熱管の耐圧強度を向上させる必要があり、そのため、該底肉厚ｔを厚くする必要がある。該底肉厚ｔの厚さは、該管外径Ｄ及び伝熱管材質の引張強さσＢにより、安全係数を考慮して適宜決定される。拡管後の内面溝付伝熱管（Ｃ）を、このような耐圧強度が十分なものとするためには、ｔ／Ｄは０．０５５以上であることが必要である。一方、ｔ／Ｄが０．０９を超えると、内面溝付伝熱管の単重が大きくなって、コストアップとなるとともに、熱伝達性が悪くなり、該内面フィン高さｈを低くせざるを得なくなることから、十分な熱交換性能が得られなくなる。なお、本発明において、ｔ／Ｄの値は、管軸方向に垂直な断面における管周方向の全内面溝の該底肉厚ｔの平均値より算出される値である。

該内面溝付伝熱管（Ｃ）のｔ／Ｄの値を上記範囲とするためには、該内面溝付伝熱管（Ｂ）、つまり、空引抽伸加工後であり且つ拡管前の内面溝付伝熱管において、ｔ／Ｄを０．０６〜０．０９５とする必要がある。

また、該内面溝付伝熱管（Ｂ）の該らせん角θは、５°以上、好ましくは１０〜３０°である。らせん角が大きくなる程、液冷媒を伝熱管の頂部に上げる効果が大きくなり、管内面全体として液膜が薄くなる。液膜が薄くなる程、蒸発熱伝熱は促進され、蒸発熱伝達性能が向上する。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）では、該内面溝１２の最も深い部分４１から、該内面溝深さｄの５分の１の長さ分だけ上側の位置４４までの該内面溝１２の壁面に、すなわち、該内面溝１２の底部４５に、該微細なしわ３２が形成されている。

上記のように、該内面溝付伝熱管（Ｂ）は、該原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる。

該原管の材質は、特に制限されるものではないが、加工性及び熱伝導性が共に良好な、純銅又は純銅に最大２％程度の添加成分を添加した低合金銅が好ましい。

該原管を転造加工する方法としては、特に制限されない。例えば、公知の転造加工方法により、連続する１本の該原管の内側に、溝付きプラグを挿入し、該溝付きプラグと、該原管の外側に配置される円形ダイスとの間で、該原管を押圧することによって、該原管の管外径を縮径するとともに、管内面に溝を形成させて、該内面溝付伝熱管（Ａ）を得る。

該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工する方法としては、特に制限されない。例えば、公知の空引抽伸加工方法により、該内面溝付伝熱管（Ａ）の管外径を縮径させて、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を得る。

本発明においては、空引抽伸加工によって該内面溝付伝熱管（Ａ）の外径を縮径する際の縮径の程度を調節することによって、沸騰の核となる該微細溝の起源である該微細なしわを、該内面溝の底部に形成させることができる。

そして、空引抽伸加工により該内面溝付伝熱管（Ａ）の外径を縮径したときに、該内面溝の溝底の幅の縮小が大きく起こるので、空引抽伸加工によって該内面溝付伝熱管（Ａ）の外径を縮径する際の縮径の程度を、「濡縁長さの縮小率」という指標に置き換えることができる。

該濡縁長さの縮小率（％）とは、該内面溝１個当たりの濡縁長さの縮小率のことである。該濡縁長さの縮小率（％）は、該内面溝付伝熱管（Ａ）の内面溝１個当たりの濡縁長さをＬＡとし、該内面溝付伝熱管（Ｂ）の内面溝１個当たりの濡縁長さをＬＢとしたとき、次式「濡縁長さの縮小率（％）＝｛（ＬＡ−ＬＢ）／ＬＡ｝×１００」により算出される。

該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工する際、該濡縁長さの縮小率（％）を、８〜４０％、好ましくは２０〜３０％となるように、空引抽伸加工により該内面溝付伝熱管（Ａ）の縮径を行う。該濡縁長さの縮小率（％）が、上記範囲であることにより、蒸発熱伝達特性が高くなる。一方、該濡縁長さの縮小率（％）が、上記範囲未満だと、縮径後の内面溝付伝熱管の内面溝の底部への該微細なしわの形成が十分でないために、拡管後の内面溝付伝熱管に、核沸騰促進作用のある該微細溝が十分に形成されなくなり、蒸発伝達率の向上が十分でなくなる。また、該濡縁長さの縮小率（％）が、上記範囲を超えると、縮径後の内面溝付伝熱管の底肉厚の増加が大きくなり過ぎるので、縮径後の内面溝付伝熱管の底肉厚を適切な範囲にするためには、縮径前の内面溝付伝熱管の底肉厚を非常に薄くする必要がある。ところが、そのような非常に底肉厚の薄い内面溝付伝熱管では、縮径の際に管が破断したり、内面溝付伝熱管の外面にシワやヒビリなどの製造欠陥が出るという問題が起こる。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）が、該アルミニウムフィンに挿通され、拡管されることにより、該アルミニウムフィンに固着されて、該アルミニウムフィンに組み付けられ、本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器が製造される。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）を拡管する方法は、特に制限されず、例えば、公知の機械拡管や液圧拡管により、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を拡管する方法が挙げられる。

該内面溝付伝熱管（Ｂ）を拡管する際の拡管条件は、伝熱管外径基準の拡大率（拡管率）で、３〜９％である。

そして、本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器は、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を、アルミニウムフィンに挿通し、拡管することにより、該内面溝付伝熱管（Ｂ）を該アルミニウムフィンに固着して得られる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器である。

言い換えると、本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器は、アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管（Ｃ）とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、
該内面溝付伝熱管の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（２）：
０．０５５≦ｔ／Ｄ≦０．０９ （２）
を満たし、
該内面溝付伝熱管（Ｃ）の内面溝の底部に、該内面溝の長手方向に、微細溝が形成されている蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器である。

本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器に係る該アルミニウムフィンの材質は、特に制限されるものではないが、加工性及び熱伝導性が高い点で、ＪＩＳ Ａ １０５０等の純アルミニウムが好ましい。

本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器は、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用として用いられる。本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器に用いられる該二酸化炭素を主成分とする冷媒は、二酸化炭素単独か、あるいは、冷凍機油を０〜１５質量％含有する二酸化炭素冷媒である。

本発明の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器には、該内面溝付伝熱管（Ｃ）、つまり、拡管後の内面溝付伝熱管が組み付けられている。

該内面溝付伝熱管（Ｃ）の材質は、特に制限されるものではないが、加工性及び熱伝導性が共に良好な、純銅又は純銅に最大２％程度の添加成分を添加した低合金銅が好ましい。

該内面溝付伝熱管（Ｃ）では、該内面溝１２の最も深い部分４１から、該内面溝深さｄの５分の１の長さ分だけ上側の位置４４までの該内面溝１２の壁面に、すなわち、該内面溝１２の底部４５に、該微細溝１５が形成されており、この微細溝１５の存在により、核沸騰促進作用が発揮され、蒸発熱伝達特性が高くなる。

該内面溝付伝熱管（Ｃ）では、個々の内面溝１２の全てに、該微細溝１５が形成されていることが好ましいが、該内面溝付伝熱管（Ｃ）に形成されている該内面溝１２のうちの少なくとも１つに、該微細溝１５が形成されていれば、その部分が核沸騰促進作用を発揮するので、全く該微細溝１５が形成されていない場合に比べれば、蒸発熱伝達特性が高くなる。また、該内面溝１２の長手方向の全域に亘って、該微細溝１５が形成されていることが好ましいが、該内面溝１２の長手方向のうちの一部に、該微細溝１５が形成されていれば、その部分が核沸騰促進作用を発揮するので、全く該微細溝１５が形成されていない場合に比べれば、蒸発熱伝達特性が高くなる。

なお、該微細溝１５の起源となる該微細なしわ３２についても同様である。よって、該内面溝付伝熱管（Ｂ）では、個々の内面溝１２の全てに、該微細なしわ３２が形成されていることが好ましいが、該内面溝付伝熱管（Ｂ）に形成されている該内面溝１２のうちの少なくとも１つに、該微細なしわ３２が形成されていれば、蒸発熱伝達特性が高くなる。また、該内面溝１２の長手方向の全域に亘って、該微細なしわ３２が形成されていることが好ましいが、該内面溝１２の長手方向のうちの一部に、該微細なしわ３２が形成されていれば、蒸発熱伝達特性が高くなる。

次に、実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

（実施例１〜２）
＜転造加工＞
りん脱酸銅製の原管を用いて、転造加工し、内面溝付伝熱管（Ａ）（転造加工後、空引抽伸前）を作製した。得られた該内面溝付伝熱管（Ａ）の寸法諸元を表５に示す。
＜空引抽伸加工＞
上記で得た該内面溝付伝熱管（Ａ）を、空引抽伸加工し、内面溝付伝熱管（Ｂ）（空引抽伸後、拡管前）を作製した。該内面溝付伝熱管（Ｂ）の寸法諸元を表６に示す。
＜クロスフィンチューブ型熱交換器の製造＞
上記で得た該内面溝付伝熱管（Ｂ）を、下記条件で機械拡管により拡管して、アルミニウムフィンに組み付け、図１２に示す評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器を製造した。その諸元を表４に示す。
（拡管の条件）
外径φ６．０９ｍｍの拡管プラグを用いて機械拡管を行った。

＜拡管後の内面溝付伝熱管の抜管＞
上記のようにして製造した評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器から、拡管後の内面溝付伝熱管（Ｃ）を抜管した。該内面溝付伝熱管（Ｃ）の寸法諸元を表７に示す。

（比較例１）
＜転造加工＞
りん脱酸銅製の原管を用いて、転造加工し、内面溝付伝熱管（ａ）（転造加工後、空引抽伸前）を作製した。得られた該内面溝付伝熱管（ａ）の寸法諸元を表５に示す。
＜クロスフィンチューブ型熱交換器の製造＞
上記で得た該内面溝付伝熱管（ａ）を、実施例１〜２と同様の条件で機械拡管により拡管して、アルミニウムフィンに組み付け、図１２に示す評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器を製造した。その諸元は実施例１〜２と同様である。
つまり、比較例１では、りん脱酸銅製の原管を転造加工したものを空引抽伸加工せずに、転造加工したものを拡管によりアルミニウムフィンに組み付け、評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器を製造した。
＜拡管後の内面溝付伝熱管の抜管＞
上記のようにして製造した評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器から、拡管後の内面溝付伝熱管（ｄ）を抜管した。該内面溝付伝熱管（ｄ）の寸法諸元を表７に示す。

＜拡管後の内面溝付伝熱管（Ｃ）及び（ｄ）の形態観察＞
図１２中の×位置の管をサンプリングした。観察箇所は、反Ｕベンド側の１枚目のフィンからの距離ｘが１００ｍｍ、２００ｍｍの位置で、左右１つづつ、計４箇所である。
各観察箇所について、管周の９０°間隔で、４つの位置の内面溝の底部を、走査型電子顕微鏡観察（ＳＥＭ）で、表面観察した。よって、４位置×４箇所＝１６視野のＳＥＭ観察を行った。その結果を表３に示す。なお、各視野の大きさは１２５μｍ×９０μｍであった。

＜微細溝の評価方法＞
視野中に、溝幅１μｍ以上の微細溝が１個でも観察された場合、「微細溝が観察された」とする。その結果を表７に示す。

＜拡管後の内面溝付伝熱管（Ｃ）及び（ｄ）の管内熱伝達率性能評価＞
図１３に示すように、実施例１〜２及び比較例１の評価用のクロスフィンチューブ型熱交換器より抜管した拡管後の内面溝付伝熱管（Ｃ）又は（ｄ）（符号５３）を内管として、外管５１の内側に挿通し、下記に示す条件に制御した二酸化炭素冷媒を拡管後の内面溝付伝熱管５３内に流し、環状部５２を流れる水と熱交換させ、水及び冷媒の出入口温度及び流量から熱伝達率を求めた。条件としては、伝熱管出口圧力４．０７ＭＰａ、飽和温度：７．０℃、出口過熱度：３．０℃、入口乾き度０．１、質量冷媒速度：３００又は５００ｋｇ／ｍ^２・ｓとした。その結果を表７に示す。

１）視野中に、溝幅１μｍ以上で長さ２０μｍ以上の微細溝が１個でも観察された場合、微細溝が観察されたとする。
２）１６視野分の合計である。
３）比較例１の内面溝付伝熱管（ｄ）の熱伝達率を１００としたときの、各内面溝付伝熱管（Ｃ）の熱伝達率

本発明によれば、熱交換性能に優れる蒸発器を製造することができる。

１ 蒸発器用のクロスフィンチューブ型交換器
２ アルミニウムフィン
３、２５、３０、４０、５０ 内面溝付伝熱管
４ ヘアピン加工部
５ Ｕバンド管
１１ 内面フィン
１２ 内面溝
１３ 管周方向
１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ） 微細溝
１９ 幅
２０ 長さ
２１ 内面フィンの頂点
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 内面溝の溝底
３２ 微細なしわ
２５ 底肉厚線
３８ 内面溝の長手方向
４１ 該内面溝１２の最も深い部分
４２ 底肉厚線
４３ 内面フィン頂点線
４５ 内面溝の底部
４６ 濡縁長さ
５１ 外管
５２ 環状部
５３ 抜管した該内面溝付伝熱管（拡管後）
Ｄ 管外径
ｔ 底肉厚
ｄ 内面溝深さ
ｈ 内面フィン高さ
ｐ 内面フィンピッチ
Ｗｆ 内面フィン幅
α 内面フィン頂角

Claims (5)

1. アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器用の内面溝付伝熱管であって、
   原管を転造加工することにより、該原管の内面に内面溝を形成して内面溝付伝熱管（Ａ）を得、次いで、該内面溝付伝熱管（Ａ）を空引抽伸加工することにより管外径を縮径して得られる内面溝付伝熱管（Ｂ）であり、
   該内面溝付伝熱管（Ｂ）の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（１）：
   ０．０６≦ｔ／Ｄ≦０．０９５ （１）
   を満たすこと、
   を特徴とする内面溝付伝熱管。
2. 前記空引抽伸加工における、下記式：
   濡縁長さの縮小率（％）＝｛（ＬＡ−ＬＢ）／ＬＡ｝×１００
   （式中、ＬＡは、前記内面溝付伝熱管（Ａ）の内面溝１個当たりの濡縁長さを示し、ＬＢは、前記内面溝付伝熱管（Ｂ）の内面溝１個当たりの濡縁長さを示す。）
   で表わされる濡縁長さの縮小率（％）が８〜４０％であることを特徴とする請求項１記載の内面溝付伝熱管。
3. 請求項１又は２いずれか１項記載の内面溝付伝熱管を、アルミニウムフィンに挿通し、拡管することにより、該内面溝付伝熱管を該アルミニウムフィンに固着して得られることを特徴とする蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器。
4. アルミニウムフィンと、該アルミニウムフィンに組み付けられている内面溝付伝熱管とを有し、二酸化炭素を主成分とする冷媒を用いる蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器であって、
   該内面溝付伝熱管の底肉厚をｔ（ｍｍ）、管外径をＤ（ｍｍ）とするとき、下記式（２）：
   ０．０５５≦ｔ／Ｄ≦０．０９ （２）
   を満たし、
   該内面溝付伝熱管の内面溝の底部に、該内面溝の長手方向に、微細溝が形成されていること、
   を特徴とする蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器。
5. 前記微細溝の幅が、１〜３０μｍであることを特徴とする請求項４記載の蒸発器用のクロスフィンチューブ型熱交換器。

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