JP2018124034A - 熱交換器用チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換効率を確実に向上させることができる熱交換器用チューブを提供する。
【解決手段】内部に冷媒が流れる冷媒流路４０が形成されるとともに、断面形状が空気の流れ方向に沿って延びる扁平形状に形成された筒状部材１０と、筒状部材１０内部に設けられるとともに、冷媒流路４０を複数の細流路４に仕切るインナーフィン１２とを備え、筒状部材１０の長手方向の一部には、隣り合う細流路４同士を連通させる隙間５が複数形成された連通部６が設けられており、連通部６において、空気流れ方向下流側の隙間５における通路断面積が、空気流れ方向上流側の隙間５における通路断面積よりも大きい。
【選択図】図５

Description

本発明は、熱交換器に適用される熱交換器用チューブに関するものである。

従来、冷媒凝縮器等の熱交換器用のチューブにおいて、内部にインナーフィンを収容するとともに、当該インナーフィンに複数の連通孔を設けた技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の熱交換器用チューブでは、チューブ内の空気流れ上流側の冷媒通路を流れる気相冷媒は、外気との温度差が大きいため、早期に凝縮して液相冷媒となる。そして、この液相冷媒が、連通孔を介して隣接する空気流れ下流側の冷媒通路に移動することが可能となる。このため、チューブ内の空気流れ上流側と下流側の冷媒通路において、冷媒を攪拌させて液密度の均一化を図ることができるので、熱交換効率を向上することができる。

特開２００３−２４０３８７６号公報

ところで、冷媒凝縮器のチューブにおいて、幅方向（空気流れ方向）で冷媒の乾き度は一定ではない。すなわち、空気流れ上流側の冷媒通路では、冷媒の乾き度は０（液相冷媒）であるが、空気流れ下流側の冷媒通路では、空気流れ下流側に向かうにつれて冷媒の乾き度が大きくなる。

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、チューブの幅方向で冷媒の乾き度が一定ではないことが考慮されていないため、インナーフィンの連通孔による冷媒攪拌効果が最適に発揮されず、熱交換効率が向上されないおそれがある。

本発明は上記点に鑑みて、熱交換効率を確実に向上させることができる熱交換器用チューブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の熱交換チューブは、内部に熱媒体が流れる熱媒体流路（４０）が形成されるとともに、断面形状が外部流体の流れ方向に沿って延びる扁平形状に形成された筒状部材（１０）と、筒状部材内部に設けられるとともに、熱媒体流路を複数の細流路（４）に仕切るインナーフィン（１２）とを備え、筒状部材の長手方向の一部には、隣り合う細流路同士を連通させる連通路（５、６５）が複数形成された連通部（６）が設けられており、連通部において、外部流体の流れ方向下流側の連通路における通路断面積が、外部流体の流れ方向上流側の連通路における通路断面積よりも大きい。

これによれば、外部流体流れ下流側の連通路（５、６５）の通路断面積が、外部流体流れ上流側の連通路（５、６５）の通路断面積よりも大きくなるので、筒状部材（１０）内において乾き度が大きくなる外部流体流れ下流側部位の連通路（５、６５）ほど、通路断面積を大きくすることができる。このため、熱交換器用チューブの筒状部材（１０）内に連通路（５、６５）を設けることによる熱媒体攪拌効果を最適に発揮させることができ、熱交換効率を確実に向上させることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

第１実施形態における冷媒凝縮器を示す斜視図である。 第１実施形態における冷媒凝縮器の要部を示す分解斜視図である。 第１実施形態に係るチューブを示す平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図３のＶ−Ｖ断面図である。 図３のＶＩ−ＶＩ断面図である。 第２実施形態に係るチューブの空気流れ方向に直交する断面を示す断面図である。 第３実施形態に係るチューブを示す分解斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図６に基づいて説明する。本実施形態では、本発明に係る熱交換器用チューブを、車両用空調装置の冷凍サイクルにおける冷媒凝縮器のチューブに適用した例を説明する。

図１に示すように、冷媒凝縮器は、内部を冷媒が通過する複数本のチューブ１と、アウターフィン２０とが交互に積層されたコア部２を備えている。コア部２は、冷媒と空気（外気）とを熱交換させる熱交換部である。なお、本実施形態の冷媒が本発明の熱媒体に相当し、本実施形態の空気が本発明の外部流体に相当している。

また、冷媒凝縮器は、チューブ１の長手方向の両端部に接続されるヘッダタンク３と、チューブ１の積層方向においてコア部２の外方側に配置される補強部材であるサイドプレート２５とを備えている。一方のヘッダタンク３には、圧縮機（図示せず）から吐出された冷媒を、当該一方のヘッダタンク３内部へと流入させる流入部３１が設けられている。他方のヘッダタンク３には、当該他方のヘッダタンク３から冷媒を流出させる流出部３２が設けられている。

図２に示すように、チューブ１は、冷媒の流通する方向と直交する流路断面が扁平形状に形成された筒状部材１０と、筒状部材１０の内部に配置されたインナーフィン１２とを備えている。筒状部材１０およびインナーフィン１２の詳細については後述する。

ヘッダタンク３は、筒状部材１０が接合されたコアプレート３２と、コアプレート３２とともにタンク内空間を形成するタンク本体部３３とを一体化することによって構成されている。コアプレート３２は、筒状部材１０が挿入される挿入穴３２０を有している。

コアプレート３２は、アルミニウム製の芯材の表面（ヘッダタンク３の外方となる面）に、亜鉛を含む合金等からなる犠牲腐食層が被覆されたクラッド材により形成されている。タンク本体部３３は、アルミニウム製の芯材の両面にろう材が被覆されたクラッド材により形成されている。

図３および図４に示すように、筒状部材１０は、内部に冷媒が流れる冷媒流路４０が形成されている。筒状部材１０は、長手方向（冷媒流れ方向）に直交する断面形状が空気流れ方向に沿って延びる扁平形状に形成されている。筒状部材１０は、冷媒流路４０を挟んで対向する二つの扁平面１１ｐを有している。

インナーフィン１２は、筒状部材１０内の冷媒流路４０を複数の細流路４に仕切っている。インナーフィン１２は、帯状の第１板状部材１００を波状に折り曲げることにより形成されている。

より詳細には、インナーフィン１２は、第１板状部材１００をローラ加工することによって波状に形成されている。インナーフィン１２の波状の頂部１４は、筒状部材１０における扁平面１１ｐの内側面にそれぞれ接合されている。インナーフィン１２における幅方向の一端部には、平坦部１５が設けられている。第１板状部材１００は、アルミニウム製の芯材の両面が、インナーフィン側ろう材により被覆されたクラッド材である。

なお、本実施形態における「幅方向」とは、チューブ１（筒状部材１０）の冷媒流れ方向に直交する断面における長手方向であり、冷媒凝縮器における空気流れ方向に一致している。

ここで、筒状部材１０は、帯状の第２板状部材２００の幅方向略中央部を折り曲げることよって形成されている。第２板状部材２００は、アルミニウム製の芯材の表面、すなわち筒状部材１０の外面となる面が、亜鉛を含有するろう材により被覆されている。亜鉛を含有するろう材は、芯材に対する犠牲腐食作用を発揮する。

筒状部材１０は、上述した二つの扁平面１１ｐ、湾曲端部１１ａおよびカシメ部１１ｂを有して構成されている。湾曲端部１１ａは、筒状部材１０の幅方向の一端部に配置されているとともに、第２板状部材２００を略円弧状に湾曲させることにより形成されている。二つの扁平面１１ｐは、それぞれ、湾曲端部１１ａに接続されているとともに、互いに対向するように配置されている。カシメ部１１ｂは、筒状部材１０における湾曲端部１１ａと反対側に配置されている。

第２板状部材２００の一端部１１ｅは、当該第２板状部材２００の他端部１１ｆ、および、インナーフィン１２の平坦部１５の端部１５ａを挟み込むように折り曲げられており、これによりカシメ部１１ｂが形成されている。すなわち、カシメ部１１ｂは、第２板状部材２００の幅方向における一端部１１ｅを折り曲げて、第２板状部材２００の幅方向における他端部１１ｆ、および、インナーフィン１２の幅方向の一端部（平坦部１５の端部１５ａ）の双方を挟み込むようにかしめることにより、形成されている。

ところで、図３および図５に示すように、チューブ１における筒状部材１０の長手方向の一部には、隣り合う細流路４同士が連通する連通部６が設けられている。連通部６においては、インナーフィン１２の頂部１４と筒状部材１０の扁平面１１ｐの内側面との間に、隙間５が形成されている。この隙間５を介して、隣り合う細流路４同士が連通している。したがって、本実施形態の隙間５が、本発明の連通路を構成している。そして、これら複数の隙間５を介して、複数の細流路４内の冷媒が攪拌されるため、チューブ１における熱交換効率が向上される。

筒状部材１０のうち、連通部６以外の部位には、隙間５が設けられていない。すなわち、筒状部材１０における連通部６以外の部位には、隣り合う細流路４同士が独立している一般部７が設けられている。本実施形態では、筒状部材１０に複数（具体的には５つ）の連通部６が設けられている。筒状部材１０において、複数の連通部６同士の間に一般部７が配置されている。

ここで、筒状部材１０の長手方向と空気流れ方向との双方に直交する方向を、高さ方向とする。また、隙間５における高さ方向の長さを、隙間高さＨとする。本実施形態では、高さ方向は、チューブ１の積層方向と平行になっている。

また、インナーフィン１２のうち、連通部６を構成する部位を、連通部形成部６０という。連通部形成部６０は、インナーフィン１２の他の部位と比較して、高さ方向の長さが短い。

図５に示すように、連通部６において、空気流れ方向下流側の隙間５における隙間高Ｈさは、空気流れ方向上流側の隙間５における隙間高さＨよりも大きい。すなわち、連通部６において、空気流れ下流側の隙間５ほど、隙間高さＨが大きい。したがって、連通部６において、空気流れ方向下流側の隙間５によって形成される冷媒通路（連通路）における通路断面積は、空気流れ方向上流側の隙間５によって形成される冷媒通路（連通路）における通路断面積よりも大きくなっている。

図６に示すように、筒状部材１０の空気流れ方向に直交する断面において、連通部６と一般部７とは滑らかに接続されている。すなわち、連通部６において、インナーフィン１２は、チューブ長手方向両端部の頂部１４が、一般部７に近づくにつれて隙間５の隙間高さＨが徐々に小さくなるように形成されている。

換言すると、連通部６は、空気流れ方向に直交する断面において、一般部７に近づくにつれて隙間５の隙間高さＨが徐々に小さくなる傾斜部６１を有している。傾斜部６１は、連通部６におけるチューブ長手方向の両端部に設けられている。なお、図６に示す筒状部材１０において、２本の破線の間の部位が連通部６であり、各破線の外側の部位が一般部７である。

本実施形態のインナーフィン１２は、第１板状部材１００を波状に折り曲げるローラ成形工程内に、プレス工程を追加することにより形成されている。具体的には、第１板状部材１００にローラ加工を施して波状に折り曲げる途中に、プレス加工を施すことにより、波状に形成されたインナーフィン１２の一部が徐々に押し潰されて、チューブ長手方向一側（図６の紙面左側）の傾斜部６１が形成される。

そして、ローラ成形工程中に、第１板状部材１００を予め定めた基準時間、予め定めたプレス力でプレスすることで、連通部形成部６０が形成される。その後、プレス加工を終了ことで、第１板状部材１００の高さ方向の長さが徐々に長くなり、チューブ長手方向他側（図６の紙面右側）の傾斜部６１が形成される。

以上説明したように、本実施形態のチューブ１では、連通部６において、空気流れ下流側の隙間５によって形成される冷媒通路（連通路）における通路断面積を、空気流れ上流側の隙間５によって形成される冷媒通路における通路断面積よりも大きくしている。これによれば、筒状部材１０内において乾き度が大きくなる空気流体流れ下流側部位の冷媒通路ほど、通路断面積を大きくすることができる。このため、チューブ１の筒状部材１０内に隙間５を設けることによる冷媒攪拌効果を最適に発揮させることができるので、熱交換効率を確実に向上させることができる。

また、本実施形態では、連通部６を、インナーフィン１２を構成する第１板状部材１００のローラ成形工程中にプレス工程を追加することにより形成している。これによれば、ローラ成形工程とは別にプレス工程を設ける場合と比較して、製造工数を低減することができる。このため、生産性の悪化を抑制しつつ、チューブ１に連通部６を設けることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図７に基づいて説明する。本第２実施形態は、上記第１実施形態と比較して、筒状部材１０の連通部６の構成が異なるものである。

図７に示すように、本実施形態では、筒状部材１０の空気流れ方向に直交する断面において、連通部６と一般部７とが、チューブ長手方向に直交する壁部６２によって接続されている。すなわち、連通部６において、インナーフィン１２のチューブ長手方向両端部の頂部１４が、チューブ長手方向に直交するように折り曲げられている。なお、図７に示す筒状部材１０において、２本の破線の間の部位が連通部６であり、各破線の外側の部位が一般部７である。

本実施形態のインナーフィン１２は、第１板状部材１００を波状に折り曲げるローラ成形工程の後、波状に折り曲げられた第１板状部材１００の一部にプレス加工を施すプレス工程を実施することにより形成されている。すなわち、第１板状部材１００にローラ加工を施して波状に折り曲げた後、波状に折り曲げられた第１板状部材１００の一部にプレス加工を施すことにより、インナーフィン１２の一部が押し潰されて、連通部形成部６０が形成される。このとき、インナーフィン１２において、連通部形成部６０とその他の部位とは、矩形波の立ち上がりのように直線的に接続されている。

その他の構成は、第１実施形態と同様である。したがって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８に基づいて説明する。本第３実施形態は、上記第１実施形態と比較して、チューブ１の構成が異なるものである。

図８に示すように、チューブ１の連通部６において、インナーフィン１２には、当該インナーフィン１２の両側の細流路４同士を連通させる貫通孔６５が形成されている。本実施形態では、貫通孔６５は、インナーフィン１２の頂部１４に設けられている。また、貫通孔６５は、円形状に形成されている。

この貫通孔６５を介して、隣り合う細流路４同士が連通している。したがって、本実施形態の貫通孔６５が、本発明の連通路を構成している。

連通部６において、空気流れ方向下流側に形成される貫通孔６５の大きさは、空気流れ方向上流側に形成される貫通孔６５の大きさよりも大きい。すなわち、連通部６において、空気流れ下流側の貫通孔６５ほど、孔径が大きい。したがって、連通部６において、空気流れ方向下流側の貫通孔６５によって形成される冷媒通路（連通路）における通路断面積は、空気流れ方向上流側の貫通孔６５によって形成される冷媒通路（連通路）における通路断面積よりも大きくなっている。

以上説明したように、本実施形態のチューブ１では、連通部６において、空気流れ下流側の貫通孔６５における通路断面積を、空気流れ上流側の貫通孔６５における通路断面積よりも大きくしている。これによれば、筒状部材１０内において乾き度が大きくなる空気流体流れ下流側部位の冷媒通路ほど、通路断面積を大きくすることができるので、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

ところで、インナーフィン１２の頂部１４は、筒状部材１０の内側面に接合されているので、熱交換面積の増大に寄与していない。これに対し、本実施形態では、インナーフィン１２における熱交換面積の増大に寄与していない頂部１４に、貫通孔６５を形成しているため、貫通孔６５により熱交換面積が減少することを抑制できる。このため、熱交換効率を効果的に向上させることができる。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、例えば以下のように種々変形可能である。

（１）上記第１、第２実施形態では、チューブ１の筒状部材１０を、幅方向一端部にカシメ部１１ｂを有するように構成した例について説明したが、筒状部材１０の構成はこれに限定されない。例えば、筒状部材１０を、押出成形等によりカシメ部１１ｂを有さないように構成してもよい。

（２）上記第３実施形態では、円形状の貫通孔６５を、インナーフィン１２の頂部１４に形成した例について説明したが、貫通孔６５の構成はこれに限定されない。例えば、インナーフィン１２における隣り合う頂部１４同士を接続する平板部（傾斜面）に、貫通孔６５を形成してもよい。また、貫通孔６５を、楕円形状や四角形等の多角形状に形成してもよい。

４ 細流路
５ 隙間（連通路）
６ 連通部
１０ 筒状部材
１２ インナーフィン
４０ 冷媒流路（熱媒体流路）

Claims (4)

1. 内部に熱媒体が流れる熱媒体流路（４０）が形成されるとともに、断面形状が外部流体の流れ方向に沿って延びる扁平形状に形成された筒状部材（１０）と、
   前記筒状部材内部に設けられるとともに、前記熱媒体流路を複数の細流路（４）に仕切るインナーフィン（１２）とを備え、
   前記筒状部材の長手方向の一部には、隣り合う前記細流路同士を連通させる連通路（５、６５）が複数形成された連通部（６）が設けられており、
   前記連通部において、前記外部流体の流れ方向下流側の前記連通路における通路断面積が、前記外部流体の流れ方向上流側の前記連通路における通路断面積よりも大きい熱交換器用チューブ。
2. 前記筒状部材は、前記熱媒体流路を挟んで対向する二つの扁平面（１１ｐ）を有しており、
   前記インナーフィンは、波状に形成されており、
   前記インナーフィンの前記波状の頂部（１４）は、前記筒状部材における前記二つの扁平面の内側面にそれぞれ接合されており、
   前記連通部において、前記インナーフィンの前記頂部と前記筒状部材の前記扁平面の内側面との間には、隙間（５）が形成されており、
   前記連通路は、前記隙間により構成されており、
   前記筒状部材の長手方向と前記外部流体の流れ方向との双方に直交する方向を、高さ方向とし、
   前記隙間における前記高さ方向の長さを、隙間高さ（Ｈ）としたとき、
   前記連通部において、前記外部流体の流れ方向下流側の前記隙間における前記隙間高さが、前記外部流体の流れ方向上流側の前記隙間における前記隙間高さよりも大きい請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
3. 前記筒状部材は、前記熱媒体流路を挟んで対向する二つの扁平面（１１ｐ）を有しており、
   前記インナーフィンは、波状に形成されており、
   前記インナーフィンの前記波状の頂部（１４）は、前記筒状部材における前記二つの扁平面の内側面にそれぞれ接合されており、
   前記連通部において、前記インナーフィンには、前記インナーフィンの両側の前記細流路同士を連通させる貫通孔（６５）が形成されており、
   前記連通路は、前記貫通孔により構成されており、
   前記連通部において、前記外部流体の流れ方向下流側に形成される前記貫通孔の大きさが、前記外部流体の流れ方向上流側に形成される前記貫通孔の大きさよりも大きい請求項１に記載の熱交換器用チューブ。
4. 前記貫通孔が、前記インナーフィンの前記頂部に形成されている請求項３に記載の熱交換器用チューブ。

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