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JP2013002753A - サーペンタイン型熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】サーペンタイン型熱交換器において、小型化及び高効率化を実現する。
【解決手段】サーペンタイン型熱交換器１００は、プレス成形された二枚のチューブシート１１を貼り合わせて構成され、サーペンタイン状に折り返されるチューブ１と、折り返されたチューブ１によって挟まれた空間に配置されるコルゲートフィン２と、を備える。チューブ１の折り返し部の内部には、一方のチューブシート１１から突出し、他方のチューブシート１１に当接する複数の凸部８が間隔をおいて形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーペンタイン型熱交換器に関する。
車両用空調装置のエバポレータ又はコンデンサとして利用される熱交換器として、特許文献１に開示されるサーペンタイン型熱交換器が知られている。
サーペンタイン型熱交換器は、内部に媒体の通路が形成されたチューブをサーペンタイン（蛇行）状に折り返し、折り返されたチューブで挟まれた空間にフィンを配置した構成である。
サーペンタイン型熱交換器は、チューブの長さ、折り曲げる位置・回数を変更することで、様々な大きさ、すなわち、様々な容量の熱交換器を製造することができるという利点がある。
特開２００１−２７４８４号公報
サーペンタイン型熱交換器において小型化及び高効率化を実現するためには、チューブを薄肉化して折り曲げ部の曲率半径を小さくし、フィンを配置できない折り曲げ部内側の空間を小さくして、なるべく多くのフィンを配置する必要がある。
しかしながら、サーペンタイン型熱交換器に用いられるチューブは、押し出し成形によって成形されるので、薄肉化が難しかった。
また、チューブに形成される媒体の通路は、図６に示すように、平行な複数の通路となる。このような流路構成では、ある通路を流れる媒体が他の通路を流れる媒体と混じることがないので、通路間で温度差が生じ、熱交換器の高効率化が難しかった。
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、サーペンタイン型熱交換器において、小型化及び高効率化を実現することを目的とする。
本発明のある態様によれば、サーペンタイン型熱交換器であって、プレス成形された二枚のチューブシートを貼り合わせて構成され、サーペンタイン状に折り返されるチューブと、前記折り返されたチューブによって挟まれた空間に配置されるフィンと、を備え、前記チューブの折り返し部の内部には、一方のチューブシートから突出し、他方のチューブシートに当接する複数の凸部が間隔をおいて形成される、ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器が提供される。
上記態様によれば、プレス成形されたチューブシートを重ね合わせ、これを折り返すことでサーペンタイン状のチューブが構成される。チューブの肉厚を押し出し成形によって製造されるチューブに比べて薄くできるので、折り曲げ部の曲率半径を小さくすることができる。これにより、フィンを設置できない折り曲げ部内側の空間を小さくすることができ、より多くのフィンを配置して熱交換器の小型化及び高効率化を実現することができる。
また、チューブ内を流れる媒体は、凸部間の隙間を介して絶えず混合されながら流れるので、これによっても熱交換器の高効率化が実現される。
本発明の第１実施形態に係るサーペンタイン型熱交換器の全体構成図である。 チューブを折り返し部で短手方向にカットした図である。 チューブを直線部で短手方向にカットした図である。 チューブの折り返し部及び直線部を長手方向にカットした図である。 チューブの断面図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 製造方法を説明する図である。 本発明の第２実施形態のチューブの断面図である。 従来のチューブの断面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るサーペンタイン型熱交換器（以下、「熱交換器」という。）１００の全体構成図である。
熱交換器１００は、チューブ１と、コルゲートフィン２と、入口アダプタ３と、出口アダプタ４と、入口パイプ５と、出口パイプ６と、を備える。
チューブ１は、プレス成形によって凹溝７及び凹溝７内に突出する円錐台形状の複数の凸部８（図２Ａ〜図２Ｃ及び図３参照）が形成されたチューブシート１１（図４Ａ参照）を重ね合わせ、サーペンタイン（蛇行）状に折り返すことで構成される。なお、以下の説明では、チューブ１の折り返された部分を「折り返し部」と表現し、折り返されていない部分を「直線部」と表現する。
図２Ａから図２Ｃは、それぞれ、チューブ１を折り返し部で短手方向にカットした図、チューブ１を直線部で短手方向にカットした図、チューブ１の折り返し部及び直線部を長手方向にカットした図である。図３はチューブ１の断面図である。
これらの図に示されるように、一方のチューブシート１１の凸部８は、他方のチューブシート１１の凸部８と付き合わされ、チューブ１の内部にチューブ１の厚さ方向に延びる柱を形成する。凸部８は、チューブシート１１の面方向（媒体の流れ方向及びそれに直交する方向）に間隔をおいて形成され、直線部を補強するとともに、チューブ１が折り返し部において潰れて通路断面積が小さくなるのを防止する。凸部８は千鳥に配置され、媒体の通路を閉塞することはない。
チューブ１の折り返し部においては、チューブシート１１のタブ１２がチューブ１の折り返し方向に折り曲げられて、チューブシート１１同士がかしめ加工されている。
コルゲートフィン２は、金属板を波状に折り曲げて構成されるフィンである。コルゲートフィン２は、折り返されたチューブ１によって形成される複数のＵ字状の空間にそれぞれ配置され、上端及び下端がチューブ１に接触する。
入口アダプタ３及び入口パイプ５はチューブ１の一方の端部に接続される。出口アダプタ４及び出口パイプ６はチューブ１の他方の端部に接続される。
第１実施形態に係る熱交換器１００は以上のように構成され、入口パイプ５から入口アダプタ３に流入する媒体は、蛇行するチューブ１内を通って図中下側から上側に流れ、その過程で、コルゲートフィン２を通過する空気と熱交換を行う。熱交換後の媒体は出口アダプタ４へと送られ、出口パイプ６から排出される。
続いて、図４Ａ〜図４Ｈを参照しながら、第１実施形態に係る熱交換器１００の製造方法について説明する。
まず、チューブシート１１をプレス加工によって製造する（図４Ａ）。チューブシート１１は、長手方向に延びる凹溝７を中央に有し、凹溝７の底部からは複数の凸部８がチューブシート１１の面方向に間隔をおいて突出する。凸部８の高さは凹溝７の深さに等しい。また、折り返し部となる部位の両側にはタブ１２が形成される。
次に、チューブシート１１を二枚用意し、凹溝７が内側になるようにこれらを重ね合わせ、チューブ１に構成する（図４Ｂ）。このとき、一方のチューブシート１１の凸部８及びタブ１２の位置が他方のチューブシート１１の凸部８及びタブ１２の位置と一致するように、二枚のチューブシート１１の位置が合わされる。凹溝７が重ね合わされることによって、チューブ１の内部に媒体の通路が形成され、また、凸部８が付き合わされることによって、チューブ１の内部に厚さ方向に延びる柱が形成される。
次に、タブ１２を折り曲げてチューブシート１１同士をかしめ加工する（図４Ｃ）。タブ１２を折り曲げる方向は、チューブ１が折り返される方向と同一である。
次に、チューブ１を複数箇所で折り返し、サーペンタイン形状にする（図４Ｄ）。折り返しは、治具を折り返す部位に当接させながら、当該部位の両側に力を掛けることによって行われる。当該部位においては、タブ１２によってチューブシート１１同士がかしめ加工されているので、折り返された後でも二枚のチューブシート１１は密着状態を維持し、チューブ１の側面に隙間が生じることはない。
次に、チューブ１の一方の端部に入口アダプタ３を接続し、他方の端部に出口アダプタ４を接続する（図４Ｅ）。入口アダプタ３及び出口アダプタ４は、いずれも円筒形状であり、端面に入口パイプ５又は出口パイプ６が接続される開口を有し、側面にチューブ１の端部が接続されるスリット状開口を有する。
次に、折り返されたチューブ１の間の空間に、コルゲートフィン２を挿入し、配置する（図４Ｆ）。
次に、入口アダプタ３に入口パイプ５を接続し、出口アダプタ４に出口パイプ６を接続する（図４Ｇ）。
最後に、全体が炉の中に配置され、各部品をロウ付けによって結合する（図４Ｈ）。
続いて、第１実施形態の作用効果について説明する。
第１実施形態によれば、プレス成形されたチューブシート１１を重ね合わせ、これを複数箇所で折り返すことでサーペンタイン状のチューブ１が構成される。チューブ１の肉厚を押し出し成形によって製造されるチューブに比べて薄くできるので、折り曲げ部の曲率半径を小さくすることができる。これにより、コルゲートフィン２を設置できない折り曲げ部内側の空間を小さくすることができ、より多くのコルゲートフィン２を配置して熱交換器１００の小型化及び高効率化を実現することができる。
また、チューブ１の肉厚が薄くなると、折り曲げ部においてチューブ１が潰れる可能性があるが、第１実施形態ではチューブシート１１から突出する凸部８によってチューブ１の内部に柱が形成されるので、チューブ１が折り曲げ部において潰れて通路断面積が小さくなることもない。
また、チューブ１内を流れる媒体は、凸部８（柱）間の隙間を介して絶えず混合されながら流れるので、これによっても熱交換器１００の高効率化が実現される。
また、折り返し部においては、タブ１２によってチューブシート１１同士をかしめ加工するようにしたので、チューブ１を折り返す際に、チューブシート１１とチューブシート１１とが離れてしまうことはなく、チューブ１の側面に隙間が生じるのを防止することができる。
また、チューブシート１１に形成した凸部８の形状を円錐台形状にしたので、直線部におけるチューブ１の強度を確保しつつ、折り曲げ部における折り曲げやすさを確保することができる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、チューブ１の内部に形成される柱の形成方法が第１実施形態と異なる。
第１実施形態では、チューブ１を構成する二枚のチューブシート１１の両方に凸部８を形成し、これらを付き合わせることで柱を形成したが、第２実施形態では、凸部８が形成されるのは一方のチューブシート１１のみで、他方のチューブシート１１には形成されない。第２実施形態では、一方のチューブシート１１に形成される凸部８を他方のチューブシート１１の平坦面に付き合わせることで、チューブ１の内部に柱が形成される。
図５は、第２実施形態のチューブ１の断面図である。凸部８が形成されるのは一方のチューブシート１１のみであり、他方のチューブシート１１には形成されない。このような構成で、チューブ１の内部に柱を形成するようにしてもよい。この構成によれば、凸部８の位置合わせが不要であり、製造工程を簡略化することが可能である。
その他の構成は第１実施形態と同じであるので、説明を省略する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例を示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
例えば、上記実施形態では、チューブ２の全体に凸部８を形成しているが、凸部８は少なくとも折り曲げ部に設けられていればよい。凸部８がなくても直線部の強度を確保できる場合は、直線部の凸部８は不要である。
また、凸部８の形状は円錐台形状ではなく、円柱形状、角柱形状（三角柱形状、四角柱形状等）であってもよい。
１ チューブ
２ コルゲートフィン
８ 凸部
１１ チューブシート
１２ タブ
１００ サーペンタイン型熱交換器

Claims (7)

  1. サーペンタイン型熱交換器であって、
    プレス成形された二枚のチューブシートを貼り合わせて構成され、サーペンタイン状に折り返されるチューブと、
    前記折り返されたチューブによって挟まれた空間に配置されるフィンと、
    を備え、
    前記チューブの折り返し部の内部には、一方のチューブシートから突出し、他方のチューブシートに当接する複数の凸部が間隔をおいて形成される、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  2. 請求項１に記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記チューブの直線部の内部にも前記凸部が形成される、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  3. 請求項１又は２に記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記凸部は、前記他方のチューブシートから突出する別の凸部と付き合わされる、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  4. 請求項１又は２に記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記凸部は、前記一方のチューブシートにのみ形成される、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  5. 請求項１から４のいずれか一つに記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記凸部は、千鳥に配置される、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  6. 請求項１から５のいずれか一つに記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記凸部は、円錐台形状、円柱形状又は角柱形状である、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
  7. 請求項１から６のいずれか一つに記載のサーペンタイン型熱交換器であって、
    前記チューブの前記折り返し部において、前記一方のチューブシートと前記他方のチューブシートとが両側においてかしめ加工される、
    ことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
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