JP2006162155A - 熱交換器用チューブおよび熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることのできる熱交換器用チューブおよび熱交換器を提供すること。
【解決手段】 流体が流通する流体通路１０を、長手方向に沿って複数本有する熱交換器用チューブ２であって、前記流体通路１０を形成する内壁面１１から流体通路１０中央領域に向かって延設される壁部材１２を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱交換器用チューブおよび熱交換器に関するものである。

流体（例えば、冷媒）が通過する流体通路を、長手方向に複数本有する熱交換器用チューブとしては、各流体通路の断面形状が円形（真円）となるように穿孔されたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２１０８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている熱交換器用チューブにおいては、各流体通路の断面形状が円形となるように穿孔されているため、伝熱面積を十分に確保することができず、熱伝達効率があまり良くないといった問題点があった。
また、伝熱面積を増加させるために、単に流体通路の流路直径を大きくしただけでは流体通路内を通過する流体の流速が低下し、かえって熱伝達効率が悪化してしまうといった問題点がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることのできる熱交換器用チューブおよび熱交換器を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の熱交換器用チューブは、流体が流通する流体通路を、長手方向に沿って複数本有する熱交換器用チューブであって、前記流体通路を形成する内壁面から流体通路中央領域に向かって延設される壁部材を有することを特徴とする。
このような熱交換用チューブによれば、壁部材により流体通路の内壁面積が増加するので、結果として伝熱面積を増加させ熱伝達効率を向上させることができる。

請求項２に記載の熱交換器用チューブは、前記流体通路が略円形断面をなすものであり、前記壁部材は、前記流体通路の半径方向内側に向かって設けられるリブであることを特徴とする。
このような熱交換器用チューブによれば、流体通路の内壁面から半径方向内側に向かってリブが設けられているので、流体通路内を通過する流体とチューブとの接触面積、すなわち、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることができる。

請求項３に記載の熱交換器用チューブは、前記壁部材が、前記流体通路を仕切るように設けられていることを特徴とする。
このような熱交換器用チューブによれば、流体通路を仕切る壁部材の両端（流体通路の長手方向に直交する縦断面をみた場合の両端）が内壁面と連結しているので確実に伝熱される構成を提供できる。

請求項４に記載の熱交換器用チューブは、前記壁部材が、両端部が前記流体通路の対向する内壁面から延びるように設けられることを特徴とする。
このような熱交換器用チューブによれば、壁部材が流体通路の内壁面と、この内壁面と対向する位置にある内壁面とを連結するように設けられているので、チューブの強度を向上させることができるとともに、これに伴って耐圧性をさらに向上させることができる。また、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることができる。

請求項５に記載の熱交換器用チューブは、前記壁部材の表面に、凸部が設けられていることを特徴とする。
このような熱交換器用チューブによれば、壁部材の表面から流体通路内に向かって凸部が形成されており、これにより流体通路内を通過する流体とチューブとの接触面積、すなわち、伝熱面積をさらに増加させることができるとともに、熱伝達効率をさらに増加させることができる。

請求項６に記載の熱交換器は、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器用チューブを具備してなることを特徴とする。
このような熱交換器によれば、流体通路内を通過する流体とチューブとの接触面積、すなわち、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることができる熱交換器用チューブを具備しているので、熱交換効率を向上させることができる。

本発明による熱交換器用チューブによれば、流体通路内を通過する流体とチューブとの接触面積、すなわち、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることができるという効果を奏する。
また、本発明による熱交換器によれば、熱交換効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明による熱交換器用チューブの第１実施形態を具備した熱交換器について、熱交換器用チューブ内に設けられる流体通路の内壁面の面積を増加させる壁部材を設ける一例として、図面を参照しながら説明する。
図５は、この熱交換器１の概略構成を示す平面図である。図５に示すように、熱交換器１は、複数枚の熱交換器用チューブ（以下、「チューブ」という。）２と、チューブ２とチューブ２との間に配置される（積層される）複数枚のフィン３と、チューブ２の両端部にそれぞれ配置されるヘッダ４と、これらヘッダ４とヘッダ４との間に配置されるフレーム５とを主たる要素として構成されたものである。

チューブ２は、その断面形状が図１に示す扁平状を有するように形成された、例えば、アルミニウム合金からなる細長い板状の部材である。チューブ２内には、チューブ２の長手方向（図１において紙面に垂直な方向：図５において左右方向）に沿って複数本（本実施形態では５本）の流体通路１０が、例えば、押出成形により形成されている。そして、このチューブ２の長手方向にわたって流体通路１０の内壁面に設けられる壁部材として、各流体通路１０内には、９０度間隔に離間した内壁面１１から半径方向内側に向かって突出するリブ（壁部材）１２が４本設けられている。
詳細には、これらリブ１２は、チューブ２の長手方向、すなわち、流体通路１０の延びる方向に沿って形成された板状の部材であり、チューブ２の一端から他端にかけて連続的に（あるいは断続的に）形成されているものであって、押出成形によるため同材質で熱伝導率の変化もない。また、流体通路中央領域に向かって延設されるこれらリブ１２の先端面（半径方向内側の端面）は互いに離間しており、各流体通路１０の中心部を流体が通過できるように構成されている。

フィン３は、チューブ２の幅（チューブ２の長手方向に直交する方向）と略同じ幅を有する薄板状の部材であり、図５に示すように、その平面視形状が波形を有するように形成されたものである。各フィン３は、その山部（図５において上側に位置する端部）の外表面がチューブ２の下側の表面に当接し、その谷部（図５において下側に位置する端部）の外表面がチューブ２の上側の表面に当接するように構成されており、チューブ２の熱はフィン３に伝達され得るようになっている。

各ヘッダ４にはそれぞれ、チューブ２の一端部または他端部が挿入される、図示しないチューブ挿入孔が設けられており、チューブ挿入孔に差し込まれたチューブ２の一端部または他端部は、例えば、ろう付けにより各ヘッダ４に固定されるようになっている。
また、一方のヘッダ４には、流体（例えば、冷媒）をヘッダ４内に導く流体導入管７が設けられており、他方のヘッダ４には、流体通路１０を通って当該ヘッダ４内に導かれた流体を、当該ヘッダ４内から外部に導く流体導出管８が設けられている。

フレーム５は、熱交換器１の上端および下端にそれぞれ配置されて、その一端部が一方のヘッダ４に接続されるとともに、その他端部が他方のヘッダ４に接続された補強用部材であり、これにより熱交換器１にヘッダ４とヘッダ４とが近づく方向の力が加わっても、チューブ２およびフィン３が座屈しないようになっている。

このように構成された熱交換器１においては、流体導入管７から一方のヘッダ４内に流入した流体（例えば、冷媒）が、各チューブ２の内部に形成された流体通路１０を通って他方のヘッダ４内に導かれた後、流体導出管８から外部に流出するようになっている。
また、チューブ２とチューブ２との間、およびフィン３とフィン３との間に形成された空間には、流体通路１０を通過する流体の流れ方向と直交する方向（すなわち、図５において紙面に直交する方向）に別の流体（例えば、空気：外気）が通過させられるようになっており、これにより流体通路１０を通過する流体と、チューブ２とチューブ２との間、およびフィン３とフィン３との間に形成された空間を通過する流体との間で熱交換が行われるようになっている。

本実施形態にかかるチューブ２によれば、流体通路１０を形成する内壁面１１から流体通路中央領域に向かって延設される壁部材として機能するリブ１２を形成したので、このリブ１２の表面積分だけ流体通路１０の内壁面の面積が増加し、ひいては伝熱面積が増加する。特に、本実施形態では流体通路１０の内壁面１１から半径方向内側に向かって複数のリブ１２が設けられているので、流体通路１０内を通過する流体とチューブ２との接触面積、すなわち、伝熱面積を増加させることができるとともに、熱伝達効率を増加させることができる。
また、チューブ２の長手方向にわたるように流体通路１０の延びる方向に沿ってリブ１２が設けられているので、チューブ２の剛性を向上させることができる。さらに、本実施形態では、成形過程で略円形断面となることも生じ得るものではあるが、各流体通路１０の断面形状は円形（真円）を基本としているので、仮にすべてのリブ１２が根元から破損してしまったとしても、流体通路１０の断面形状を円形に保つ（維持する）ことができ、耐圧性の著しい低下を防止することができる。
さらにまた、このようなチューブ２を有する熱交換器１によれば、各チューブ２における伝熱面積が増加させられるとともに、熱伝達効率が増加させられることとなるので、熱交換効率を向上させることができる。

本発明によるチューブの第２実施形態を、図２を用いて説明する。
本実施形態におけるチューブ２ａは、流体通路を仕切るように壁部材を設ける構成を採用しており、特に、壁部材の両端（流体通路の長手方向に直交する縦断面をみた場合の両端）が内壁面と連結するように、前述したリブ１２の代わりに仕切壁（壁部材）２２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

仕切壁２２は、図２に示したように流体通路１０を、例えば、上下に二分する仕切板のようなものであり、チューブ２の一端から他端にかけて連続的に形成されているため、両端部が流体通路１０の対向する内壁面から延びるように設けられることになる。
この流体通路１０を仕切るように仕切壁２２を設ける構成を採用することにより、流体通路１０内の冷媒がどのように流れていても仕切壁２２の両端を介して熱の授受が確実に行われる。また、特に、対向する内壁面を連結するように仕切壁２２を設けることにより、チューブ２の強度を向上させることができるとともに、これに伴って耐圧性を向上させることができる。
また、流体通路１０を仕切る壁部材たる仕切壁２２が流体通路１０の中央領域に届いているので、流体通路内を流過する冷媒流量が変化しても確実に熱授受を達成できる。
本実施形態によるチューブ２ａの他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

本発明によるチューブの第３実施形態を、図３を用いて説明する。
本実施形態におけるチューブ２ｂは、前述したリブ１２に代わる壁部材として仕切壁（壁部材）３２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

仕切壁３２は、流体通路１０を、例えば、上下左右に四分する仕切板のようなものであり、チューブ２の一端から他端にかけて連続的に形成されている。
この流体通路１０を４分割するように仕切る仕切壁３２が設けられているので、チューブ２の強度をさらに向上させることができるとともに、これに伴って耐圧性を向上させることができる。
また、流体通路１０を仕切る壁部材たる仕切壁３２が流体通路１０の中央領域に届いているので、流体通路内を流過する冷媒流量が変化しても確実に熱授受を達成できる。
本実施形態によるチューブ２ｂの他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

本発明によるチューブの第４実施形態を、図４を用いて説明する。
本実施形態におけるチューブ２ｃは、前述したリブ１２の代わりに仕切壁（壁部材）４２が設けられているという点で前述した第１実施形態のものと異なる。その他の構成要素については前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。
なお、前述した第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。

仕切壁４２は、流体通路１０を、例えば、上下に二分する仕切板のようなものであり、チューブ２の一端から他端にかけて連続的に形成されている。これにより、チューブ２の強度を向上させることができるとともに、これに伴って耐圧性を向上させることができる。
また、仕切壁４２の各表面から、対向する内壁面１１に向かって断面視山形を呈する複数本（本実施形態では３本）の突起（凸部）４２ａが設けられており、これにより各チューブ２における伝熱面積のさらなる向上が図られている。
本実施形態によるチューブ２ｃの他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるのでここではその説明を省略する。

なお、本実施形態は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、例えば、第１実施形態のところで述べたリブ１２は、１８０度間隔に離間した２本のリブであっても良いし、６０度間隔に離間した６本のリブであっても良く、適宜必要に応じて選択することができる。
また、第４実施形態のところで述べた突起４２ａの平面視形状についても、図４に示すような山形（鋸刃形）に限定されるものではなく、適宜必要に応じて選択することができる。

本発明による熱交換器用チューブの第１実施形態を示す縦断面図である。 本発明による熱交換器用チューブの第２実施形態を示す縦断面図である。 本発明による熱交換器用チューブの第３実施形態を示す縦断面図である。 本発明による熱交換器用チューブの第４実施形態を示す縦断面図である。 本発明による熱交換器用チューブを具備する熱交換器の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１ 熱交換器
２ 熱交換器用チューブ
２ａ 熱交換器用チューブ
２ｂ 熱交換器用チューブ
２ｃ 熱交換器用チューブ
１０ 流体通路
１１ 内壁面
１２ リブ（壁部材）
２２ 仕切壁（壁部材）
３２ 仕切壁（壁部材）
４２ 仕切壁（壁部材）
４２ａ 突起（凸部）

Claims (6)

1. 流体が流通する流体通路を、長手方向に沿って複数本有する熱交換器用チューブであって、
   前記流体通路を形成する内壁面から流体通路中央領域に向かって延設される壁部材を有することを特徴とする熱交換器用チューブ。
2. 前記流体通路は略円形断面をなすものであり、
   前記壁部材は、前記流体通路の半径方向内側に向かって設けられるリブであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
3. 前記壁部材は、前記流体通路を仕切るように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記壁部材は、両端部が前記流体通路の対向する内壁面から延びるように設けられることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器用チューブ。
5. 前記壁部材の表面に凸部が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器用チューブ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器用チューブを具備してなることを特徴とする熱交換器。

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