JP2011027285A - 熱交換器およびその製造方法と熱交換器を具備する物品貯蔵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】連続蛇行曲げした伝熱管を有する熱交換器において、管内側の熱伝達率の向上による熱交換器の性能向上をはかる。
【解決手段】継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管３と、螺旋状にひねり加工され、かつ前記伝熱管３内を流れる流体に乱流を生じさせるひねり部４ａを設けたインナーフィン４を具備し、該インナーフィン４を、前記伝熱管３の複数の湾曲部２を含め所定の長さに亘って設けたことにより、伝熱管３内の流体に乱流を生じさせ、該乱流効果により、管内側の熱伝達率を向上し、熱交換性能を向上するものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛇行状あるいは旋回状に曲げ加工され、かつ管内を液あるいはガス等の冷媒が流れる伝熱管と、その伝熱管の内部に、螺旋状にひねり加工された帯状のあるいは線状のインナーフィンを挿入した熱交換器、およびその製造方法と、かかる熱交換器を具備した冷蔵庫等の物品貯蔵装置に関するものである。

従来、熱交換器の効率向上を目的に、伝熱管の内部に、伝熱管内を通過する流体の撹拌を行なう部材を設ける構成が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

図１７、図１８は、上記特許文献１に開示される熱交換器の構成であり、この構成は、図１７に示す如く、所定間隔おきに伝熱管６１が挿入可能な穴を配列した多数枚のプレートフィン６２と、前記穴に伝熱管６１を密着挿入し、その伝熱管６１内に、インナーフィン６３を挿入したものである。インナーフィン６３は、図１８に示す如く、その外径を圧入できる程度に伝熱管６１の内径よりやや大きくしており、押出成型により作製されている。

また、上記特許文献２に示されるものは、螺旋状にひねり加工された帯状の板を伝熱管内に挿入する構成のものである。

さらに、Ｕ字状に形成された流路内に、この流路の形状と同形状のスパイラルリボンを配置し、流路内を流れる流体に乱流を生じさせる熱交換器も知られている（例えば、特許文献３参照）。

実開平５−８２６６号公報 特許第４１７４４７８号公報 実開平７−４１２７０号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、インナーフィン６３は押出成型により作られるために、ひねりの無い直線状のものしか容易に製造できない。したがって、蛇行状に加工された伝熱管への適応は困難であり、管内側の熱伝達率を向上させる乱流効果が得られ難い構成である。

また、上記特許文献２に記載される構成は、ひねり加工された帯状の板であるため、一定の乱流作用は期待できるものの、蛇行状に加工された伝熱管への適用は、直管部分のみとなり、継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管への適用ができないものである。

さらに、上記特許文献３に記載される構成は、流路の曲げ加工箇所が一箇所のＵ字状であり、しかも、アルミニウム等の硬質の材料を使用する関係から、複数箇所に亘って曲げ加工が施された蛇行状、あるいは旋回状の流路への適用には、何らかの工夫と改善が伴うものである。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、管内側を流れる流体に乱流を生じさせ、熱伝達率を向上して熱交換器としての性能の向上をはかり、さらに継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管への適用を可能とすることを目的とするものである。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管と、その伝熱管の内部に挿入したインナーフィンを具備する熱交換器において、前記インナーフィンに、伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせるひねり部を設け、該インナーフィンを、前記伝熱管の曲げ加工部を含め所定の長さに亘って設けたものである。

かかる構成により、インナーフィンのひねり部によってシームレスタイプの伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせることができ、伝熱管内側の熱伝達率を改善し、熱交換性能を向上することができる。

また、本発明は、直線状に延びる伝熱管内に、板状のインナーフィンを挿入し、前記インナーフィンを挿入した伝熱管を、複数箇所の曲げ加工を行ない、蛇行状あるいは旋回状の伝熱管に曲げ加工する熱交換器の製造方法において、前記インナーフィンを、前記伝熱管の曲げ加工部を含め所定の長さに亘って設けた熱交換器の製造方法である。

かかることにより、インナーフィンのシームレスタイプ伝熱管内への組込みが容易に可能となり、該伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせることができ、熱交換性能の高い熱交換器を得ることができる。

本発明は、インナーフィンの挿入状態で伝熱管を曲げ加工することができ、継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管への適用を可能とするものである。

また、ひねり部により、伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせることができ、伝熱管内側の熱伝達率を改善し、熱交換性能を向上することができる。

さらに、本発明は、直線状に延びる伝熱管内に、板状のインナーフィンを挿入し、前記インナーフィンを挿入した伝熱管を、複数箇所の曲げ加工を行ない、蛇行状あるいは旋回状の伝熱管に曲げ加工することにより、前記インナーフィンを、前記伝熱管の曲げ加工部を含め所定の長さに亘って設けることができるもので、継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管への適用を可能とし、また前記伝熱管の曲げ加工時における伝熱管の扁平化を、挿入したインナーフィンで抑制することができ、その結果、流路面積の低減に伴う流通抵抗の増加を抑制し、熱交換性能の低下の抑制が安定して行なえる熱交換器の製造方法を得ることができるものである。

本発明の実施の形態１における熱交換器の断面図 同実施の形態１における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図 同実施の形態１における熱交換器の要部の拡大断面斜視図 同実施の形態１における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図 同実施の形態１における加工形状が異なる熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態２における熱交換器の斜視図 本発明の実施の形態３における熱交換器の断面図 同実施の形態３における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図 同実施の形態３における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図 同実施の形態３における加工形状が異なるインナーフィンの斜視図 本発明の実施の形態４における熱交換器の断面図 同実施の形態４における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図 本発明の実施の形態５における熱交換器の断面図 同実施の形態５における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図 同実施の形態５における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図 本発明の実施の形態６における物品貯蔵装置の構成を示す模式図 従来例を示す熱交換器の外観図 同熱交換器を構成する伝熱管とインナーフィンの要部斜視図

請求項１に記載の発明は、継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管と、その伝熱管の内部に挿入したインナーフィンを具備する熱交換器において、前記インナーフィンに、螺旋状にひねり加工され、かつ前記伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせるひねり部を設け、該インナーフィンを、前記伝熱管の複数の曲げ加工部を含め所定の長さに亘って設けたものである。

かかる構成とすることにより、シームレスタイプの伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせることができ、伝熱管内側の熱伝達率を改善し、熱交換性能を向上することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記インナーフィンを、断続的に位置する複数のひねり部と、前記ひねり部を相互に連結する連結部を具備する構成としたものである。

かかる構成とすることにより、前記ひねり部で断続的な乱流が期待でき、熱交換性能のさらなる向上が期待できる。また、複数のひねり部は、連結部によって繋がっているため、前記インナーフィンの伝熱管内への挿入作業を円滑に行なうことができる。さらに、連結部によって前記ひねり部の位置を安定させることができ、流体の種類・特性等に応じて前記ひねり部を前記伝熱管における最適な位置に配置することができる。その結果、前記伝熱管の広範囲に亘って一様に熱交換作用を行なうようにすることもできる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記インナーフィンの前記ひねり部を、帯状の薄板より形成し、その薄板の幅を、前記伝熱管の内径よりも小さい幅としたものである。

かかることにより、伝熱管内壁とインナーフィンの外輪郭の間に微小な隙間を形成することができる。特に、前記伝熱管内を流れる流体が、冷凍サイクルシステムに用いられる冷媒の場合、冷媒の流量が少ない場合であっても冷凍機油が伝熱管の内壁とインナーフィンの隙間を伝って流れることができ、冷凍機油の滞留伴うシステムへの悪影響を抑制することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ひねり部を、前記伝熱管の曲げ加工部に配置し、前記連結部を、前記伝熱管の曲げ加工部を除く箇所に配置したものである。

かかる構成とすることにより、前記曲げ加工部に乱流を生じさせることができ、曲げ加工部における管内側の熱伝達率を向上することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記連結部を、前記伝熱管の曲げ加工部に配置し、前記ひねり部を、前記伝熱管の曲げ加工部を除く箇所に配置したものである。

かかる構成とすることにより、前記伝熱管の曲げ加工部を除く箇所に乱流を生じさせることができ、当該箇所における管内側の熱伝達率を向上することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記インナーフィンを、螺旋状に巻回加工された線材より形成したものである。

かかることにより、予め複数の曲げ加工部を有する伝熱管内へインナーフィンを挿入することができ、必要に応じてインナーフィンの装着を可能とし、また、前記インナーフィンを直線状に延びる伝熱管に挿入した状態で、前記伝熱管の曲げ加工を可能とする。したがって、熱交換器における設計の自由度を増すことができる。また、ひねり部と連結部を一様の線材で形成するため、インナーフィンの形成が容易となる。

さらに、前記伝熱管内を流れる流体が、冷凍サイクルシステムに用いられる冷媒の場合、冷媒の流量が少ない場合であっても冷凍機油がインナーフィンを乗り越えて流れることができ、冷凍機油の滞留伴うシステムへの悪影響を抑制することができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の発明において、前記インナーフィンを、可撓性を有する材料より構成したものである。

かかることにより、予め前記インナーフィンを直線状に延びる伝熱管に挿入した状態で、前記伝熱管の曲げ加工が可能となり、しかも、伝熱管の極限の曲げ率に適応することもでき、熱交換器における設計の自由度を向上することができる。

請求項８に記載の発明は、直線状に延びる伝熱管内に、板状のインナーフィンを挿入し、前記インナーフィンを挿入した伝熱管を、複数箇所の曲げ加工を行ない、蛇行状あるいは旋回状の伝熱管に曲げ加工する熱交換器の製造方法において、前記インナーフィンを請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインナーフィンとした熱交換器の製造方法である。

かかることにより、前記伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせるシームレスタイプの伝熱管を得ることができ、流体に可燃性冷媒を採用することもできる。

また、前記インナーフィンのひねり部を前記曲げ加工部に配置することにより、前記インナーフィンが、前記伝熱管の曲げ加工時に伴う伝熱管の変形（扁平化等）を抑制し、曲げ加工部における極端な流通抵抗の増大を抑制することができる。したがって、前記伝熱管における熱交換性能の低下を抑制することができる。

請求項９に記載の発明は、断熱空間で形成される物品貯蔵室と、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に連結した冷凍サイクルと、前記蒸発器による冷却気流を前記物品貯蔵室内に送り込む送風機を具備した貯蔵装置において、前記蒸発器を、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器とした物品貯蔵装置である。

かかることにより、熱交換能力が安定し、効率のよい冷却運転を行うことができる。これに伴い、消費電力を抑制した物品貯蔵装置を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱交換器の断面図である。図２は、同実施の形態１における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図である。図３は、同実施の形態１における熱交換器（伝熱管）の要部の拡大断面斜視図である。図４は、同実施の形態１における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図である。図５は、同実施の形態１における加工形状が異なる熱交換器の斜視図である。

図１乃至図４において、熱交換器１は、複数の曲げ加工部（以下、湾曲部と称す）２により蛇行状に加工された伝熱管３と、この伝熱管３の蛇行に沿って伝熱管３内に配置されたインナーフィン４より構成されている。

伝熱管３は、周知の如く銅あるいはアルミニウム等の熱伝導良導体より形成され、インナーフィン４は、アルミニウム製の板より形成されている。

さらに、インナーフィン４は、図３、図４に示す如く、その幅寸法ｗが、伝熱管３の内径φより若干小さく設定された板を、適宜の回転角度でひねることにより、全長に亘って複数のひねり部４ａが連続して形成された形状となっている。

そして、インナーフィン４は、伝熱管３内において、その略全長に亘って配置されている。

上記構成の熱交換器１は、図２に示す如く、直線状に延びる伝熱管３内に、インナーフィン４を挿入し、そのインナーフィン４を挿入した伝熱管３を、周知の如く、パイプベンダ（図示せず）等の設備を用いて複数箇所の曲げ加工を行ない、交互に湾曲部２を有する蛇行状に加工することによって組み立てが終了する。なお、熱交換器１は、蛇行状に限るものではなく、図５に示す如く、旋回した曲げ加工を複数行ない、旋回状（コイル状）とすることもできる。また、インナーフィン４の伝熱管３への挿入は、一例として図２の一点鎖線に示す如く、治具７でインナーフィン４を押し込む作業で行なうことができる。

このように、曲げ加工した伝熱管３を熱交換器１とする用途の一例としては、タンク（図示せず）内にかかる熱交換器１を配置し、そのタンク内に水、油等の液体を流通させて伝熱管３内を流れる冷媒と前記液体の間で熱交換させ、その液体を冷却あるいは加温に利用するシステム関係に用いることができる。

上記構成において、矢印Ａに示す如く熱交換器１（伝熱管３）内に所定温度の液冷媒あるいはガス冷媒を流し、矢印Ｂに示す如く熱交換器１（伝熱管３）に通風を行なうことにより、冷媒と空気の間での熱交換が行なわれる。

ここで、伝熱管３内を流れる冷媒は、インナーフィン４のひねり部４ａに沿う流れと、インナーフィン４と伝熱管３の内壁の隙間を通過する流れが混在し、乱流が伴った流れとなる。そして、出口へたどり着くまでに十分撹拌され、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、熱交換効率を向上することができる。

本実施の形態１における熱交換器１は、伝熱管３内を流れる冷媒の流れに乱流を生じさせ、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、熱交換効率を向上することができ、また、つなぎ目のない伝熱管３によって冷媒流路を形成しているため、冷媒が洩れ難い冷媒流路が得られ、前記冷媒に可燃性の冷媒を用いても安全性を確保することができる。

また、インナーフィン４のひねり部４ａが、熱交換器１の湾曲部２にも位置しているため、前述の伝熱管３の曲げ加工時において、曲げ加工に伴う伝熱管３の変形（扁平化等）をインナーフィン４のひねり部４ａが抑制し、湾曲部２における極端な流路面積の減少を抑制することができる。しかも、ひねり部４ａは、立体的なひねり加工であるため、機械的強度も高く、ひねり部４ａによる伝熱管３の変形抑止効果が期待できる。

したがって、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制し、伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができる。

さらに、伝熱管３内を流れる流体が、冷凍サイクルシステムに用いられる冷媒の場合、冷媒の流量が少ない場合であっても、冷凍機油が伝熱管３の内壁とインナーフィン４の隙間を伝って流れることができ、冷凍機油の滞留に伴うシステムへの悪影響を抑制することができる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における熱交換器の斜視図である。なお、先の実施の形態１と同じ構成要件については、同一の符号を付して説明し、ここでは実施の形態１と相違する構成を主体に説明する。

図６において、熱交換器１１は、所謂フィンチューブ型熱交換器と称される構成を基調としており、先の実施の形態１で説明したように、内部にインナーフィン（図示せず）を挿入した伝熱管３と、所定間隔ごとに配置された複数のプレートフィン５と、プレートフィン５を挟んで位置する端板６より構成されている。

そして、伝熱管３は、先の実施の形態１においては、直線状に延びる伝熱管３を平面的な蛇行状に曲げ加工された形状としたが、本実施の形態２においては、通風方向に定義する列Ｘと、通風抵抗と直交する方向に定義する段Ｙにおいて、それぞれ複数の列Ｘと複数の段Ｙを形成するように曲げ加工されている。この曲げ加工は、実施の形態１で説明したように、パイプベンダ（図示せず）等の設備を用いて行なうことができる。

上述の如く曲げ加工された伝熱管３は、その湾曲部２を、プレートフィン５、端板６それぞれに形成された長孔６ａに貫通し、伝熱管３内に液圧を加えて拡管することにより、プレートフィン５と端板６に固定されている。また、本実施の形態２においては、端板６の長孔６ａの一部に設けた爪６ｂを伝熱管３と当接するように塑性変形させ、前述の固定の補強を行なっている。

上記構成において、矢印Ａに示す如く伝熱管３内に所定温度の冷媒を流し、矢印Ｂに示す如く熱交換器１１に通風を行なうことにより、冷媒と空気の間での熱交換が行なわれる。この熱交換は、熱交換作用が最も得られる湾曲部２以外の領域（以下、コア部と称す）２ａにプレートフィン５を配置し、このプレートフィン５によって熱交換面積を広く確保しており、先の実施の形態１よりも高い熱交換能力が得られる。

一方、伝熱管３内を流れる冷媒は、実施の形態１と同様に、インナーフィンのひねり部（図示せず）に沿う流れと、インナーフィンと伝熱管３の内壁の隙間を通過する流れが混在し、乱流が伴った流れとなり、出口へたどり着くまでに十分撹拌され、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、前述の熱交換効率を向上することができる。

特に、本実施の形態２においては、熱交換器１１の組み立てに、伝熱管３の径を広げる拡管加工を行なうため、前述のインナーフィンと伝熱管３の内壁の隙間を、実施の形態１
よりも大きく形成することができ、乱流効果も若干異なる。

したがって、本実施の形態２における熱交換器１１においては、先の実施の形態１の作用効果に加えて、伝熱管３を列Ｘ方向、段Ｙ方向それぞれに複数の湾曲部２を形成し、また、プレートフィン５によってコア部２ａの熱交換面積を増大したことに伴い、さらに大きな熱交換能力を得ることができる。

本実施の形態２における熱交換器１１の用途としては、コンパクトで高い熱交換性能が得られるため、冷蔵庫、ショーケース等の物品貯蔵装置等の冷却器に適している。

（実施の形態３）
図７は、本発明の実施の形態３における熱交換器の断面図である。図８は、同実施の形態３における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図である。図９は、同実施の形態３における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図である。図１０は、同実施の形態３における加工形状が異なるインナーフィンの斜視図である。なお、先の実施の形態１と同じ構成要件については、同一の符号を付して説明し、ここでは実施の形態１と相違する構成を主体に説明する。

図７乃至図９において、熱交換器１は、複数の湾曲部２により蛇行状に加工された伝熱管３と、この伝熱管３の蛇行に沿って伝熱管３内に配置されたインナーフィン４１より構成されている。

インナーフィン４１は、図９に示す如くひねり部４ａが複数連続した箇所と、ひねり加工が伴わない平板状の連結部４ｂが交互に配置された構成となっている点で、実施の形態１と相違する。

インナーフィン４１は、伝熱管３の略全長に亘って配置され、湾曲部２にひねり部４ａが位置し、この湾曲部２を除く直線領域に連結部４ｂが位置するように、ひねり部４ａの長さ（個数）と連結部４ｂの長さが設定されている。本実施の形態３においては、ひねり部４ａの長さが短く、連結部４ｂの長さが長く設定されている。

上記構成の熱交換器１は、図８に示す如く、直線状に延びる伝熱管３内に、実施の形態１と同様に治具７を用いてインナーフィン４１を挿入し、そのインナーフィン４１を挿入した伝熱管３を、実施の形態１と同様に曲げ加工し、交互に湾曲部２を有する蛇行状に加工することによって組み立てが終了する。

ここで、インナーフィン４１は、ひねり部４ａが断続して配置されているものの、連結部４ｂによって一体化されているため、伝熱管３内への挿入は、支障なく行なうことができる。また、前記曲げ加工の箇所を、上述の如くひねり部４ａが位置する領域とすることにより、湾曲部２にひねり部４ａが位置する構成が得られる。

かかるひねり部４ａと連結部４ｂの配置は、図５に示す曲げ加工を行なった熱交換器１についても同様に定義することができる。

上記構成において、矢印Ａに示す如く熱交換器１（伝熱管３）内に所定温度の液冷媒あるいはガス冷媒を流し、矢印Ｂに示す如く熱交換器１（伝熱管３）に通風を行なうことにより、冷媒と空気の間での熱交換が行なわれる。

ここで、伝熱管３内を流れる冷媒は、連結部４ｂに沿う流れと、インナーフィン４１のひねり部４ａに沿う流れと、インナーフィン４１と伝熱管３の内壁の隙間を通過する流れ
が混在し、乱流が伴った流れとなる。そして、出口へたどり着くまでに十分撹拌され、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、熱交換効率を向上することができる。

なお、伝熱管３内を流れる冷媒の流れにおいて、連結部４ｂが位置する領域においても積極的に撹拌作用をもたらす場合は、図１０に示す如く連結部４ｂの幅ｗ１を若干狭く形成することにより、伝熱管３内壁面との隙間が大きく確保でき、冷媒の通過が容易となって乱流効果が期待できる。

したがって、本実施の形態３の熱交換器１においても、先の実施の形態１と同様に、可燃性冷媒を用いた場合での安全性を確保することができ、また、伝熱管３の曲げ加工に伴う湾曲部２の変形（扁平化）を抑制し、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制して伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができることに加えて、ひねり部４ａが長く連続しないため、先の実施の形態１よりも流通抵抗を小さくすることができ、比較的細い内径の伝熱管３への適用も可能となる。

さらに、本実施の形態３における伝熱管３の曲げ加工を、実施の形態２と同様に、列Ｘ、段Ｙにおいてそれぞれ複数の湾曲部２が位置する形態とすることにより、実施の形態２に示す所謂フィンチューブ型熱交換器への適用も可能であることは、当業者であれば容易に理解できるところである。なお、フィンチューブ型熱交換器の構成については、図６を援用する。

かかる実施の形態２の構成を基調とする熱交換器１１とすることにより、プレートフィン５によってコア部２ａの熱交換面積を広く確保し、より高い熱交換能力を得ることができる。したがって、先の実施の形態２と同様に、コンパクトで高い熱交換性能が得られるため、冷蔵庫、ショーケース等の物品貯蔵装置等の冷却器に適応することができる。

（実施の形態４）
図１１は、本発明の実施の形態４における熱交換器の断面図である。図１２は、同実施の形態４における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図である。なお、インナーフィンの構成は、実施の形態３のインナーフィンの構成を基調としているため、図９（図１０）を援用して説明し、また、先の実施の形態１、３と同じ構成要件については、同一の符号を付して説明し、ここでは実施の形態１、３と相違する構成を主体に説明する。

図１１および図１２において、熱交換器１は、複数の湾曲部２により蛇行状に加工された伝熱管３と、この伝熱管３の蛇行に沿って伝熱管３内に配置されたインナーフィン４２より構成されている。

インナーフィン４２は、図９に示す如くひねり部４ａが複数連続した箇所と、ひねり加工が伴わない平板状の連結部４ｂが交互に配置された構成となっている点で、実施の形態３と類似し、実施の形態１と相違する。

本実施の形態４において、インナーフィン４２は、伝熱管３の略全長に亘って配置され、湾曲部２に連結部４ｂが位置し、この湾曲部２を除く直線領域にひねり部４ａが位置するように、ひねり部４ａの長さ（個数）と連結部４ｂの長さが設定されている。換言すると、本実施の形態４においては、ひねり部４ａの長さが長く、連結部４ｂの長さが短く設定されている。

上記構成の熱交換器１は、図１２に示す如く、直線状に延びる伝熱管３内に、実施の形態１、３と同様に治具７を用いてインナーフィン４２を挿入し、そのインナーフィン４２を挿入した伝熱管３を、実施の形態１と同様に曲げ加工し、交互に湾曲部２を有する蛇行
状に加工することによって組み立てが終了する。

ここで、インナーフィン４２は、ひねり部４ａが断続して配置されているものの、連結部４ｂによって一体化されているため、伝熱管３内への挿入は、支障なく行なうことができる。また、前記曲げ加工の箇所を、上述の如く連結部４ｂが位置する領域とすることにより、湾曲部２に連結部４ｂが位置する構成が得られる。

かかるひねり部４ａと連結部４ｂの配置は、図５に示す曲げ加工を行なった熱交換器１についても同様に定義することができる。

上記構成において、矢印Ａに示す如く熱交換器１（伝熱管３）内に所定温度の液冷媒あるいはガス冷媒を流し、矢印Ｂに示す如く熱交換器１（伝熱管３）に通風を行なうことにより、冷媒と空気の間での熱交換が行なわれる。

ここで、伝熱管３内を流れる冷媒は、インナーフィン４２のひねり部４ａに沿う流れと、連結部４ｂに沿う流れと、インナーフィン４２と伝熱管３の内壁の隙間を通過する流れが混在し、乱流が伴った流れとなる。そして、出口へたどり着くまでに十分撹拌され、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、熱交換効率を向上することができる。

なお、伝熱管３内を流れる冷媒の流れにおいて、連結部４ｂが位置する領域においても積極的に撹拌作用をもたらす場合は、図１０に示す如く連結部４ｂの幅ｗ１を若干狭く形成することにより、伝熱管３内壁面との隙間が大きく確保でき、冷媒の通過が容易となって乱流効果が期待できる。

したがって、本実施の形態４の熱交換器１においても、先の実施の形態１と同様に、可燃性冷媒を用いた場合での安全性を確保することができ、また、実施の形態３と同等の効果は期待できないが、肉厚が薄い伝熱管３の曲げ加工に伴う湾曲部２の変形（扁平化）を抑制することができ、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制して伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができる。さらに、ひねり部４ａが長く連続しないため、先の実施の形態１よりも流通抵抗を小さくすることができ、比較的細い内径の伝熱管３の熱交換器１への適用も可能となる。

さらに、本実施の形態４における伝熱管３の曲げ加工を、実施の形態２と同様に、列Ｘ、段Ｙにおいてそれぞれ複数の湾曲部２が位置する形態とすることにより、実施の形態２に示す所謂フィンチューブ型熱交換器への適用も可能であることは、当業者であれば容易に理解できるところである。なお、フィンチューブ型熱交換器の構成については、図６を援用する。

かかる実施の形態２の構成を基調とする熱交換器１１とすることにより、プレートフィン５によってコア部２ａの熱交換面積を広く確保し、より高い熱交換能力を得ることができる。しかも、最も熱交換効率が高いコア部２ａを通過する冷媒に乱流を生じさせ、湾曲部２に連結部４ｂを配置して流通抵抗の増大を抑制しているため、効率のよい熱交換作用が期待できる。したがって、先の実施の形態２と同様に、コンパクトで高い熱交換性能が得られるため、冷蔵庫、ショーケース等の物品貯蔵装置等の冷却器に適応することができる。

（実施の形態５）
図１３は、本発明の実施の形態５における熱交換器の断面図である。図１４は、同実施の形態５における熱交換器の曲げ加工前の伝熱管の断面図である。図１５は、同実施の形態５における熱交換器に設けたインナーフィンの斜視図である。なお、先の実施の形態１
、３、４と同じ構成要件については、同一の符号を付して説明し、ここでは実施の形態１、３、４と相違する構成を主体に説明する。

図１３乃至図１５において、熱交換器１は、複数の湾曲部２により蛇行状に加工された伝熱管３と、この伝熱管３の蛇行に沿って伝熱管３内に配置されたインナーフィン４３より構成されている。

インナーフィン４３は、図１５に示す如く、アルミニウム等の金属線を円柱体４４の周りに螺旋状に巻回加工することによって可撓性を具備するように形成されており、説明の便宜上ひねり部４３ａと連結部４３ｂを定義するが、ひねり部４３ａと連結部４３ｂは、共に同一形状で同一の機能を有している。

したがって、実施の形態１、３、４のインナーフィン４、４１、４２は板材で形成したが、本実施の形態５では、インナーフィン４３を、線材で形成した点が相違する。

そして、インナーフィン４３は、伝熱管３内において、その略全長に亘って配置されている。

上記構成の熱交換器１は、図１４に示す如く、直線状に延びる伝熱管３内に、インナーフィン４３を挿入し、そのインナーフィン４３を挿入した伝熱管３を、実施の形態１で説明したように、パイプベンダ（図示せず）等の設備を用いて複数箇所の曲げ加工を行ない、交互に湾曲部２を有する蛇行状に加工することによって組み立てが終了する。なお、熱交換器１は、蛇行状に限るものではなく、図５に示す如く、旋回した曲げ加工を複数行ない、旋回状とすることもできる。また、インナーフィン４３の伝熱管３への挿入は、一例として図１４の一点鎖線に示す如く、治具７でインナーフィン４３を押し込む作業で行なうことができる。

このように、曲げ加工した伝熱管３を熱交換器１とする用途の一例としては、実施の形態１で説明したようなシステム関係に用いることができる。

上記構成において、矢印Ａに示す如く熱交換器１（伝熱管３）内に所定温度の液冷媒あるいはガス冷媒を流し、矢印Ｂに示す如く熱交換器１（伝熱管３）に通風を行なうことにより、冷媒と空気の間での熱交換が行なわれる。

ここで、伝熱管３内を流れる冷媒は、その一部がインナーフィン４３の螺旋巻きに沿って流れることに伴って乱流状態となる。そして、出口へたどり着くまでに十分撹拌され、伝熱管３内側の熱伝達率を向上し、熱交換効率を向上することができる。

また、インナーフィン４３は、そのひねり部４３ａ（連結部４３ｂ）が、熱交換器１の湾曲部２にも位置しているため、実施の形態３と同等の効果は期待できないが、肉厚が薄い、あるいはアルミニウム等の柔らかい金属製の伝熱管３の曲げ加工に伴う湾曲部２の変形（扁平化）を抑制することができ、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制して伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができる。その結果、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制し、伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができる。

したがって、本実施の形態５の熱交換器１においても、先の実施の形態１と同様に、可燃性冷媒を用いた場合での安全性を確保することができ、また、伝熱管３の曲げ加工に伴う湾曲部２の変形（扁平化）を抑制し、曲げ加工に伴う流通抵抗の増大を抑制して伝熱管３における熱交換性能の低下を抑制することができることに加えて、インナーフィン４３を線材から形成しているため、先の実施の形態１よりも流通抵抗を小さくすることができ
、比較的細い内径の伝熱管３への適用も可能となる。

さらに、本実施の形態５における伝熱管３の曲げ加工を、実施の形態２と同様に、列Ｘ、段Ｙにおいてそれぞれ複数の湾曲部２が位置する形態とすることにより、実施の形態２に示す所謂フィンチューブ型熱交換器への適用も可能であることは、当業者であれば容易に理解できるところである。なお、フィンチューブ型熱交換器の構成については、図６を援用する。

かかる実施の形態２の構成を基調とする熱交換器１１とすることにより、プレートフィン５によってコア部２ａの熱交換面積を広く確保し、より高い熱交換能力を得ることができる。したがって、先の実施の形態２と同様に、コンパクトで高い熱交換性能が得られるため、冷蔵庫、ショーケース等の物品貯蔵装置等の冷却器に適応することができる。

さらに、伝熱管３内を流れる流体が、冷凍サイクルシステムに用いられる冷媒の場合、冷媒の流量が少ない場合であっても冷凍機油が線材のインナーフィン４３を乗り越えて流れることができ、冷凍機油の滞留に伴うシステムへの悪影響を抑制することができる。

なお、本実施の形態５においては、伝熱管３の曲げ加工を行なう前にインナーフィン４３を挿入する場合について説明したが、インナーフィン４３を、鋼等を材料とするスプリング状として、十分な可撓性を具備する構成とした場合は、蛇行状に曲げ加工された後の伝熱管３へ挿入することができる。しかも、伝熱管３の極限の曲げ率に適応することもでき、熱交換器１（伝熱管３）における設計の自由度を向上することができる。

（実施の形態６）
図１６は、本発明の実施の形態６における物品貯蔵装置の構成を示す模式図である。なお、ここでは、蒸発器（冷却器）を実施の形態２の熱交換器とし、実施の形態２の構成要件と同様の構成要件には同一の符号を付して説明する。

図１６において、貯蔵装置本体５１は、内部に、前面が開口し、断熱材によって囲われた第一貯蔵室５２ａと第二貯蔵室５２ｂを具備し、前面に、第一貯蔵室５２ａおよび第二貯蔵室５２ｂに対応して前記開口を開閉する断熱性を有する第一扉５３ａおよび第二扉５３ｂを具備している。

また、第一貯蔵室５２ａと第二貯蔵室５２ｂは、連絡通路５４ａ、５４ｂを介して連通している。

さらに、貯蔵装置本体５１の内部には、圧縮機５５、凝縮器５６、減圧装置５７、熱交換器（蒸発器）１１を配管により環状に連結した冷凍サイクルが設けられており、熱交換器１１は、第一貯蔵室５２ａに配置されている。また、第一貯蔵室５２ａには、熱交換器１１で冷却された冷気を、矢印ａで示す如く積極的に第一貯蔵室５２ａ内を循環させる送風機５８が設けられている。第二貯蔵室５２ｂは、矢印ｂで示す如く連絡通路５４ａ、５４ｂを介して流入した第一貯蔵室５２ａの一部の冷気の循環によって冷却される。

したがって、熱交換器１１は、実施の形態１、および実施の形態２で説明したように、伝熱管３内を流れる冷媒の流れに乱流を生じさせ、伝熱管３内側の熱伝達率を向上することができるため、熱交換能力が高く、効率のよい冷却運転を行うことができる。これに伴い、消費電力を抑制した物品貯蔵装置を得ることができる。

なお、熱交換器１１を構成する伝熱管３のインナーフィン４を、実施の形態３乃至実施の形態５に示すインナーフィンの構成とした場合についても、同様の作用効果が期待でき
る。

本発明にかかる伝熱管および熱交換器は、加工品質および、熱交換性能を向上させる熱交換器の提供を可能とするものであり、特に冷蔵庫、自動販売機等の如く、流体を冷媒とする熱交換器の他に、ラジエター等の如く水等の液体を流体とする熱交換器等にも利用可能であり、家電機器分野から産業機器分野に亘って広く適用できるものである。

１ 熱交換器
２ 湾曲部
３ 伝熱管
４ インナーフィン
４ａ ひねり部
４ｂ 連結部
５ プレートフィン
６ 端板
１１ 熱交換器
４１ インナーフィン
４２ インナーフィン
４３ インナーフィン
４３ａ ひねり部
４３ｂ 連結部
ｗ 幅寸法
φ 内径
５１ 貯蔵装置本体
５２ａ 第一貯蔵室
５２ｂ 第二貯蔵室
５３ａ 第一扉
５３ｂ 第二扉
５５ 圧縮機
５６ 凝縮器
５７ 減圧装置
５８ 送風機

Claims (9)

1. 継ぎ目なしに複数に亘って曲げ加工されたシームレスタイプの伝熱管と、その伝熱管の内部に挿入したインナーフィンを具備する熱交換器において、前記インナーフィンに、螺旋状にひねり加工され、かつ前記伝熱管内を流れる流体に乱流を生じさせるひねり部を設け、該インナーフィンを、前記伝熱管の複数の曲げ加工部を含め所定の長さに亘って設けた熱交換器。
2. 前記インナーフィンを、断続的に位置する複数のひねり部と、前記ひねり部を相互に連結する連結部を具備する構成とした請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記インナーフィンの前記ひねり部を、帯状の薄板より形成し、その薄板の幅を、前記伝熱管の内径よりも小さい幅とした請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記ひねり部を、前記伝熱管の曲げ加工部に配置し、前記連結部を、前記伝熱管の曲げ加工部を除く箇所に配置した請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
5. 前記連結部を、前記伝熱管の曲げ加工部に配置し、前記ひねり部を、前記伝熱管の曲げ加工部を除く箇所に配置した請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記インナーフィンを、螺旋状に巻回加工された線材より形成した請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
7. 前記インナーフィンを、可撓性を有する材料より構成した請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 請求項８に記載の発明は、直線状に延びる伝熱管内に、板状のインナーフィンを挿入し、前記インナーフィンを挿入した伝熱管を、複数箇所の曲げ加工を行ない、蛇行状あるいは旋回状の伝熱管に曲げ加工する熱交換器の製造方法において、前記インナーフィンを請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインナーフィンとした熱交換器の製造方法。
9. 断熱空間で形成される物品貯蔵室と、圧縮機、凝縮器、減圧装置、蒸発器を、配管を介して環状に連結した冷凍サイクルと、前記蒸発器による冷却気流を前記物品貯蔵室内に送り込む送風機を具備した貯蔵装置において、前記蒸発器を、請求項１から８のいずれか一項に記載の熱交換器とした物品貯蔵装置。