JP6533070B2 - 偏平チューブおよび熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、主として積層型熱交換器に用いる偏平チューブおよび、その熱交換器に関する。

通常のチューブ積層型熱交換器においては、その伝熱促進やチューブの外部流路形成のために別体のフィンが組み合わされている。
一例として、偏平チューブとコルゲートフィンとを交互に積層し、偏平チューブの両端をタンクのチューブ挿通孔に挿通し、その挿通部をろう付け固定するものである。そして、一方のタンクから各偏平チューブ内に第１流体を導き、他方のタンクからそれを流出する。そして、偏平チューブの外面及びコルゲートフィンに第２流体を流通させ、両流体間に熱交換を行うものである。

また、ヘッダーレスタイプの積層型熱交換器は、両端部が拡開された一対の溝型プレートを組み合わせて偏平チューブを形成する。そして、各偏平チューブをその拡開部において積層しコアを構成する。次いで、そのコアの両端にタンクを被嵌すると共に、コアの外周にケーシングを被嵌して、熱交換器とするものである。

チューブとフィンとを交互に積層したタイプの熱交換器は、その部品点数が多く組立てが面倒であると共に、接合部が多くなり、ろう付の信頼性およびろう付部の伝熱性に欠ける欠点がある。
また、ヘッダーレスタイプの偏平チューブは、上下一対の溝形プレートを組み合わせて、エレメントを形成し、各エレメントの両端間をろう付け接合するものである。そのため、その組立てが面倒で且つろう付け部が多く、さらにろう付け不良が生じる可能性が高くなる。
そこで本発明は、フィン部分と中空部分とが一体で形成された偏平チューブを提供すると共に、それを積層してなる、製作性、伝熱性能および構造強度に優れた熱交換器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１流体１４が内部に流通する横断面が偏平な偏平中空部１と、その偏平中空部１の幅方向に互いに離間して、偏平中空部１の厚み方向へ同一高さに、一体に突設され、第２流体１５が外部に流通する多数のフィン部２とを有し、
前記フィン部２を中空にして、そこにフィン中空部２ａが形成され、そのフィン中空部２ａと偏平中空部１とが一体に形成されており、その各フィン中空部２ａが前記偏平中空部１の軸線に沿って、切れ目のない線状に形成されていることを特徴とする偏平チューブである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の偏平チューブにおいて、
前記偏平中空部１の長手方向の両端部には、前記フィン部２が存在しない突出端部３ａを有する偏平チューブである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２のいずれかに記載の偏平チューブにおいて、
前記偏平中空部１の幅方向の両端に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側壁面とが面一に形成された偏平チューブである。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の偏平チューブにおいて、
前記突出端部３ａが厚み方向に拡開された拡開偏平部８を有し、
前記拡開偏平部８とフィン部２との間に首部３ｂが設けられ、
前記拡開偏平部８の高さが前記フィン部２の高さと一致するように形成された偏平チューブである。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の偏平チューブを用いた熱交換器において、
複数の偏平チューブ３をその高さ方向に積層し、その接触部を互いにろう付してコア４が形成され、
各偏平チューブ３の両端の突出端部３ａが、タンク９のヘッダープレート６の偏平孔６ａに挿通されてろう付固定され、
前記各偏平チューブ３の中空部内に第１流体１４が流通すると共に、前記各偏平チューブ３の外周に第２流体１５が流通する熱交換器である。

請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の偏平チューブを用いた熱交換器において、
複数の偏平チューブ３を積層して、ろう付接合することによりコア４が形成され、
コア４の外周にケーシング７が被嵌されると共に、そのケーシング７の両端には、ヘッダープレートを有しないタンク９が配置され、
各偏平チューブ３の中空部内に第１流体１４が流通すると共に、各偏平チューブ３の外周に前記第２流体１５が流通する熱交換器である。

請求項７に記載の発明は、第１流体１４が内部に流通する横断面が偏平な偏平中空部１と、その偏平中空部１の幅方向に互いに離間して、偏平中空部１の厚み方向へ同一高さに、一体に突設され、第２流体１５が外部に流通する多数のフィン部２とを有し、
前記偏平中空部１の幅方向の両端に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側壁面とが面一に形成されており、
その偏平チューブ３は、偏平中空部１の幅方向の両端に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側壁面とが面一に形成されたものであって、
複数の偏平チューブ３をその高さ方向に積層し、その接触部を互いにろう付してコア４が形成され、
各偏平チューブ６の長手方向の両端の突出端部３ａの一部が、タンク９のヘッダープレート６の偏平孔６ａに挿通されてろう付固定され、
コア４の長手方向の両端部のみに、突出端部３ａを覆い隠すようにケーシング７が被嵌され、
偏平チューブ３の中空部内に第１流体１４が流通すると共に、偏平チューブ３の外周に第２流体１５が流通する熱交換器である。

請求項１に記載の発明の偏平チューブ３は、内部に第１流体１４が流通する横断面が偏平な偏平中空部１と、その偏平中空部１の幅方向に互いに離間して、一体に突設されて外部に第２流体１５が流通する多数のフィン部２とを有する。
この偏平チューブによれば、第１流体１４が流通する中空部と、第２流体１５が流通するフィン部２の外周部とが一体に形成されているので、部品点数が少なく、部品接合に伴う熱抵抗や強度低下のない、製作性、伝熱性能および構造強度に優れたものとなる。

また、フィン部２にフィン中空部２ａを形成し、それと偏平中空部１とを一体にした場合には、第１流体１４との伝熱面積が大きくなり、伝熱が促進されるとともに、その流路断面積が増加し、流通抵抗は減少する。
上記構成において、請求項２に記載のように、偏平中空部の長手方向の両端部に、フィン部が存在しない突出端部３ａを設けた場合には、偏平チューブの端部外周を単純化して、偏平チューブと、タンク等の他の接続部材との連結を容易にすることができる。

請求項３に記載のように、前記偏平中空部１の幅方向の両端に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側壁面とが面一に形成された場合には、当該側壁面は平面状の隔壁となるので、それによりケーシング７がなくとも幅方向の端部近傍まで第２流体１５の流路を確保することが可能になる。
請求項４に記載のように、突出端部３ａが厚み方向に拡開された拡開偏平部８を有し、その拡開偏平部８とフィン部２との間に首部３ｂが設けられ、拡開偏平部８の高さがフィン部２の高さと一致するように形成された場合には、その拡開偏平部８を介して偏平チューブ３同士を互いに接合し積層することにより、ヘッダープレートを要せずにタンク９を構成することが可能となる。

請求項５に記載の熱交換器は、複数の偏平チューブ３を積層して、互いにろう付することでコア４を形成でき、その組立ておよび製造が容易である。また、偏平チューブ３の突出端部３ａにはフィン部２が存在しないので、突出端部３ａをヘッダープレート６の偏平孔６ａに挿通してろう付固定することが可能となる。

請求項６に記載の熱交換器は、端部に拡開偏平部８を有する複数の偏平チューブ３を積層してコア４が形成され、コアの外周にケーシング７が被嵌されると共に、そのケーシング７の両端には、ヘッダープレートを有しないタンク９が配置されたものである。
この熱交換器によれば、複数の偏平チューブ３を積層してろう付接合することで、コア４が形成されると共に、その両端にタンク部が形成され、部品点数が少なく、製造容易な熱交換器となる。

請求項７に記載の熱交換器は、その偏平チューブが、偏平中空部１の幅方向の両端に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側壁面とが面一に形成されたものであって、コア４の長手方向両端の突出端部３ａのみをケーシング７で被嵌すれば十分なので、コア４の中間部のケーシング７を省略することが可能になる。

本発明の偏平チューブ３及び、その偏平チューブ３を用いた熱交換器の分解斜視図。 同熱交換器の組立て状態を示す縦断面図。 図２のIII−III矢視図。 図２のIV−IV矢視図。 同偏平チューブ３及び、コア４の要部斜視図。 本発明の第２実施例の偏平チューブ３及びそれを用いた熱交換器の縦断面。 同要部斜視図。 同分解斜視図。 本発明の第３実施例の偏平チューブ３及び、コア４の横断面図。 同実施例の偏平チューブ３を用いた熱交換器の縦断面図。 図１０のXI−XI矢視図。 本発明の第４実施例の偏平チューブ３及びコア４の横断面図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。

図１〜図５は、本発明の第１実施例の偏平チューブ３及び、それを用いた熱交換器である。
この偏平チューブ３は、図４及び図５に示す如く、横断面が偏平な偏平中空部１と、その偏平中空部１の幅方向に互いに離間して、その厚み方向に同一高さに一体に形成されたフィン部２とを有する。そのフィン部２は、内部が中空なフィン中空部２aに形成され、そのフィン中空部２aと偏平中空部１とが連続的に一体に形成されている。
また、偏平チューブ３の両端部には、図５に示す如く、フィン部２が突設されていない偏平な突出端部３aが存在する。そして、各フィン部２は全体として側面が台形に形成され、その両端に傾斜する斜面２bを有する。

〔偏平チューブの製造方法〕
(1) 一例として、金属板をプレス加工し、平面的に皿状に形成すると共に、その長手方向の両端部を除き、幅方向に互いに離間して並列した多数のフィン中空部２ａを形成する。次いで、その中心線の回りに金属板を折り返して、全体を偏平な筒状に形成する。そしてその端縁どうしを溶接または、ろう付接合する。
(2) また、偏平チューブは鋳造により、中空に形成してもよい。
(3) 或いは、単純な偏平チューブを上下一対のバルジ型に収納し、チューブの内部に加圧した液を供給し、液圧により多数のフィン中空部２ａが並列したフィン部を有する偏平チューブに加工する。
〔材質〕
偏平チューブは、金属材で形成することが好ましいが、樹脂、セラミックスでもよい。

このようにしてなる偏平チューブ３により熱交換器を製造するには、図１，図２に示す如く、多数の偏平チューブ３を互いにその厚み方向に積層してコア４を形成する。
このコア４は、偏平チューブ３の平坦な面と、フィン部２とが互いに接触する。そして、各偏平チューブ３の突出端部３aがタンク９のヘッダープレート６の偏平孔６ａに挿通される。それと共に、コア４の外周にはケーシング７が被嵌される。この例では、ケーシング７はコア４の外周に整合する中間部と、その両端に配置されたマニホールド部１６とを有する。各マニホールド部１６には、パイプ１３が接続される。そして、この例では各タンク９に端蓋１１が取付けられると共に、その端蓋１１にパイプ１２が連通する。

このようにして組立てられた各部品は、互いにろう付けにより一体的に接合されて熱交換器を構成する。そして、この例では、一方のタンク９から図２の如く、第１流体１４が各偏平チューブ３に供給され、図３に示す如く、ケーシング７のマニホールド部１６から第２流体１５が各偏平チューブ３の外面間に供給される。このとき、第２流体１５は、各偏平チューブ３の一端部の突出端部３ａから供給され、他方の突出端部３ａから外部に導出される。そして、第２流体１５と第１流体１４との間に熱交換が行われるものである。
なお、この例では第１流体１４と第２流体１５は並行流であるが、それに変えて対向流とすることもできる。

図６〜図８は、本発明の第２実施例の偏平チューブ３及びそれを用いた熱交換器である。
この熱交換器に用いられる偏平チューブ３は、その長手方向両端部に拡開偏平部８が形成された点で、第１実施例と異なる。即ち、偏平中空部１の両端のフィン部がない位置に首部３ｂを介して拡開偏平部８が設けられている。この拡開偏平部８の高さはフィン部２の高さと一致する。そして、各偏平チューブ３が図６，図７の如く積層されヘッダープレートレスタイプのコア４を構成する。

それにより、第１実施例では、図１において必要としたヘッダープレート６を、第２実施例では不要とする。そこで、図６の如くタンク９の開口端をコア４の両端部に被嵌すると共に、コア４の外周にケーシング７を被嵌して、熱交換器を完成できる。
このように構成することにより、部品点数が少なく且つ、ろう付け部分が少なくなり信頼性の高い熱交換器となる。

次に、図９〜図１１は本発明の第３実施例の偏平チューブ３及びそれを用いた熱交換器である。
この偏平チューブ３の特徴は、その偏平中空部１の幅方向の両端部に面一に、最側端のフィン部２が突設されている点である。
図４及び図５の第１実施例では、その偏平チューブ３はそのフィン部２が偏平中空部１の幅方向側面には存在しなかった。
これに対して、図９の例では偏平中空部１の幅方向の側面にフィン部２が存在し、そのフィン部２の側壁面２ｃと偏平中空部１の側壁面とが面一に形成されている。

このようにすることにより、各偏平チューブ３を積層すると、その外周をケーシングの一部として利用することができる。即ち、図１０，図１１の如く、コア４の長手方向の両端部のみに一対のケーシング７を被嵌すればよく、中間部のケーシングを省略できる。それにより、特に長手方向の長いコア４のケーシング部品を短くできる。

次に、図１２は偏平チューブ３の第４実施例及び、それを用いたコア４である。
この例では、偏平中空部１に突設された各フィン部２が、薄い板状に一体に形成されている。この例でも、偏平中空部１の幅方向の端部に位置するフィン部２の側壁面２ｃと、偏平中空部１の側端面とが面一に形成されている。
そのため、この例でも前記同様にケーシングの一部を省略することができる。

〔変形例〕
上記実施例の各熱交換器は、積層方向に隣合う各偏平チューブどうしが、一方の平面と他方のフィン部とで向かい合わせに接合されていた。それに代えて、各偏平チューブの平面どうしを背中合わせに接合することもでき、また、各偏平チューブ３のフィン部２どうしを向き合わせて接合することもできる。
なお、フィン部２は偏平チューブ３の偏平面方向に曲線状でも可であり、また波状でも可である。

１ 偏平中空部
２ フィン部
２ａ フィン中空部
２ｂ 斜面
２ｃ 側壁面
３ 偏平チューブ
３ａ 突出端部
３ｂ 首部
４ コア

６ ヘッダープレート
６ａ 偏平孔
７ ケーシング
８ 拡開偏平部
９ タンク
１１ 端蓋
１２ パイプ
１３ パイプ
１４ 第１流体
１５ 第２流体
１６ マニホールド部

Claims (7)

1. 第１流体（１４）が内部に流通する横断面が偏平な偏平中空部（１）と、その偏平中空部（１）の幅方向に互いに離間して、偏平中空部（１）の厚み方向へ同一高さに、一体に突設され、第２流体（１５）が外部に流通する多数のフィン部（２）とを有し、
   前記フィン部（２）を中空にして、そこにフィン中空部（２ａ）が形成され、そのフィン中空部（２ａ）と偏平中空部（１）とが一体に形成されており、その各フィン中空部（２ａ）が前記偏平中空部（１）の軸線に沿って、切れ目のない線状に形成されていることを特徴とする偏平チューブ。
2. 請求項１に記載の偏平チューブにおいて、
   前記偏平中空部（１）の長手方向の両端部には、前記フィン部（２）が存在しない突出端部（３ａ）を有する偏平チューブ。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載の偏平チューブにおいて、
   前記偏平中空部（１）の幅方向の両端に位置するフィン部（２）の側壁面（２ｃ）と、偏平中空部（１）の側壁面とが面一に形成された偏平チューブ。
4. 請求項２に記載の偏平チューブにおいて、
   前記突出端部（３ａ）が厚み方向に拡開された拡開偏平部（８）を有し、
   前記拡開偏平部（８）とフィン部（２）との間に首部（３ｂ）が設けられ、
   前記拡開偏平部（８）の高さが前記フィン部（２）の高さと一致するように形成された偏平チューブ。
5. 請求項２に記載の偏平チューブを用いた熱交換器において、
   複数の偏平チューブ（３）をその高さ方向に積層し、その接触部を互いにろう付してコア（４）が形成され、
   各偏平チューブ（３）の両端の突出端部（３ａ）が、タンク（９）のヘッダープレート（６）の偏平孔（６ａ）に挿通されてろう付固定され、
   前記各偏平チューブ（３）の中空部内に第１流体（１４）が流通すると共に、前記各偏平チューブ（３）の外周に第２流体（１５）が流通する熱交換器。
6. 請求項４に記載の偏平チューブを用いた熱交換器において、
   複数の偏平チューブ（３）を積層して、ろう付接合することによりコア（４）が形成され、
   コア（４）の外周にケーシング（７）が被嵌されると共に、そのケーシング（７）の両端には、ヘッダープレートを有しないタンク（９）が配置され、
   各偏平チューブ（３）の中空部内に第１流体（１４）が流通すると共に、各偏平チューブ（３）の外周に前記第２流体（１５）が流通する熱交換器。
7. 第１流体（１４）が内部に流通する横断面が偏平な偏平中空部（１）と、その偏平中空部（１）の幅方向に互いに離間して、偏平中空部（１）の厚み方向へ同一高さに、一体に突設され、第２流体（１５）が外部に流通する多数のフィン部（２）とを有し、
   前記偏平中空部（１）の幅方向の両端に位置するフィン部（２）の側壁面（２ｃ）と、偏平中空部（１）の側壁面とが面一に形成されており、
   その偏平チューブ（３）は、偏平中空部（１）の幅方向の両端に位置するフィン部（２）の側壁面（２ｃ）と、偏平中空部（１）の側壁面とが面一に形成されたものであって、
   複数の偏平チューブ（３）をその高さ方向に積層し、その接触部を互いにろう付してコア（４）が形成され、
   各偏平チューブ（６）の長手方向の両端の突出端部（３ａ）の一部が、タンク（９）のヘッダープレート（６）の偏平孔（６ａ）に挿通されてろう付固定され、
   コア（４）の長手方向の両端部のみに、突出端部（３ａ）を覆い隠すようにケーシング（７）が被嵌され、
   偏平チューブ（３）の中空部内に第１流体（１４）が流通すると共に、偏平チューブ（３）の外周に第２流体（１５）が流通する熱交換器。

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