JP4347961B2 - 多路扁平管 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管横断方向で並設される複数の平行な流路を有する熱交換器用多路扁平管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許公報ＥＰ ０ ２１９ ９７４ Ｂ１により、冷却装置若しくは空調装置の凝縮器内で使用されるこのような扁平管が公知であり、この扁平管では平行な流路が波形挿入材によって形成されており、この挿入材は、元々中空で単路に作製される管の内部に挿入され、接触箇所で管内壁に液密にろう接されている。こうして、波形挿入材の横断面に合わせて三角形横断面を有する並設流路が得られる。この扁平管は、代表的には最高約２０ｂａｒの運転圧力が発生する冷媒Ｒ−１２及び類似の冷媒の使用に合わせて設計されている。代表的例では管の壁厚が０．３８１ｍｍ、管垂直方向の管長が１．９１ｍｍである。特許公報ＵＳ ５．３７ ２．１８８は、波形挿入材を挿入するための選択案として、三角形横断面の流路列を有する扁平管を押出し形材から製造することを開示している。
【０００３】
矩形横断面の複数の並設流路を有する扁平管が公開公報ＤＥ ３８ ４３ ３０ ５ Ａ１及び特許公報ＵＳ ３．４１６．６００、ＵＳ ５．０３６．９０９に開 示されており、流路の縁には表面積を拡大する突起を設けておくことができる。
【０００４】
近年益々重要となってきているのが特に自動車の空調装置用熱交換器であり、これらの空調装置は冷媒Ｒ−７４４、即ち炭酸ガス、で作動する。この場合、１００ｂａｒを超える運転圧力に確実に耐える例えば直線状又は蛇行状扁平管からなる熱交換器構造が必要である。円形横断面の流路と輪郭化されていない通常の平らな長辺側管外面とを有する押出し多路扁平管がこれ用に確かに考えられよ う。しかし、この扁平管の熱伝達性能は伝熱面積が比較的小さいので改善の余地があり、しかも所定の熱伝達性能において管は比較的重いことが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
１００ｂａｒを超える運転圧力での高圧用途に適し、比較的軽量で、僅かな冷媒側圧力降下で比較的高い熱伝達性能を有する、発明の属する技術分野に指摘された種類の多路扁平管を提供することが技術的課題として本発明の根底にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を本発明は請求項１の特徴を有する多路扁平管を提供することによって解決する。扁平管が管垂直方向において各２つの流路間で各流路の領域におけるよりも薄くなるように、この扁平管は長円形横断面の流路、及び／又は流路に対応する波形管外輪郭、を含む。扁平管はこうして一方で比較的大きい伝熱面積が得られ、他方で残りの壁厚が、管に求められる破裂強さを満たすのに十分となるように設計することができることが判明した。こうして形成された多路扁平管は、比較的僅かな冷媒側圧力降下と低い重量とにおいて容積及び重量を基準に十分な熱伝達性能を提供し、特に蒸発器と凝縮器若しくはガス冷却器用に、そして車両用炭酸ガス空調装置の内部熱交換器用に使用することができる。製造は好ましくは押出し扁平管として行われ、個々の流路の希望する長円形横断面形状は、押出し操作のとき、適切に形成されたダイによってもたらされる。
【０００７】
請求項２に記載された本発明の１展開では流路は限定された仕方で、しかも応用事例に応じて、流路の半長軸が管横断軸に対して垂直又は平行となり、又は管横断軸を基準に所定の傾斜角だけ傾くように向けられている。
【０００８】
請求項３に記載された本発明の他の構成では、長円形流路の半長軸と半短軸との比が１〜２となり、及び／又は材料横断面積と貫流可能横断面積との比が１．４〜４．５となり、及び／又は各流路の半短軸が管横断軸に平行である場合に半短軸の２倍値と流路列の周期長との比が０．４〜０．９となり、及び／又は半長軸の２倍値と扁平管厚との比が０．４〜０．８となるように、多路扁平管は設計されている。これらの値範囲は、極力低い重量において高い熱伝達性能と高い破裂強さとを達成するうえで特別好ましいことが実証されている。
【０００９】
請求項４に従って構成される扁平管では、流路の縁が周方向において平滑弧状勾配、又は波形又は多角形勾配を有する。多角形勾配とは、少なくとも５隅、好ましくは５をかなり超える数の隅を有する多角形で長円形横断面が形成されていることを意味する。波形又は多角形の不規則表面輪郭は応用事例に応じて製造技術上の利点、特に流れ挙動、熱伝達能力及び圧縮強さに関して利点を有することがある。
【００１０】
【実施例】
本発明の有利な実施態様が図面に示してあり、以下に説明される。
【００１１】
図１において、その横断面の左領域に示された多路扁平管１が多数の平行な流路２を含み、これらの流路は管横断方向ｙで並設され相互に分離されて１列に配置されており、長円形、実質的に楕円形の横断面を有する。平行にずらされた流路２は、その長円形横断面の半長軸ａが管横断方向ｙに対して垂直、従って管垂直方向ｚに対して平行となる一方、半短軸ｂが管横断方向ｙに対して平行に扁平管１の長手中立面３上にくるように向けられている。
【００１２】
扁平管１の寸法、特にその長円形流路２の寸法とそれを取り囲む管体４の寸法は、扁平管１が一方で自動車用炭酸ガス空調装置の熱交換器に求められる破裂圧力要請を満足し、他方で軽量さと高い熱伝達性能が達成されるように選定されている。このために流路横断面の半長軸ａと半短軸ｂとの比ａ／ｂが１〜２の範囲内で選定されている一方、流路横断面の長軸径２ａと管厚ｈ、即ち管垂直方向ｚの管長、との比は０．４〜０．８である。流路横断面の短軸径２ｂと周期長又はピッチＴ、即ち各２つの隣接する流路２の横断面中心点の距離、との比は０．４〜０．９に選定されている。絶対値において管厚ｈは代表的には１．５ｍｍ〜 ４．２ｍｍ、半長軸ａは代表的には０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ、半短軸ｂは０．４ｍｍ〜１ｍｍ、ピッチＴは１ｍｍ〜３．５ｍｍである。個々の流路２の水力直 径、即ち横断面積の４倍と内周との比は、代表的には０．９ｍｍ〜２．０ｍｍである。上記寸法の場合すべての流路２の材料横断面、即ち管体横断面と自由に貫流可能な横断面、即ち総横断面積との比は１．４〜４．５となる。管１の壁厚は大抵の場合約０．２ｍｍ〜０．６ｍｍであり、個別事例では１ｍｍより多少上でもある。
【００１３】
このように設計された多路扁平管１は並流式熱交換器用の直管として、又は蛇行型熱交換器用の蛇行曲管として特に適している。この多路扁平管１は特に、炭酸ガス空調装置の凝縮器と称される蒸発器及びガス冷却器内で使用するのに適している。このように寸法設計された多路扁平管は１００ｂａｒを超える値に達する炭酸ガス空調装置の運転圧力に確実に耐えることができ、同時に比較的軽量であり、比較的高い熱伝達性能を提供することが判明した。
【００１４】
図２と図３は、別の向きと個々の流路とを有する図１の扁平管の変更態様を示す。図２に示された多路扁平管５では、管横断方向３ａで離して並設される長円形横断面の平行流路２ａの列がやはり設けられており、但し半長軸ａは管横断方向３ａに対して斜め、即ち管横断方向に対して所定の角度αを成しており、この角度は０°よりも大きく、９０°よりも小さい。この多路扁平管５の場合にも、先に図１の扁平管１について述べたものに匹敵する寸法設計の可能性が得られ、図２の扁平管５は破裂強さが高く、熱伝達性能が高くまた軽量である点で実質的に同じ利点も示す。
【００１５】
図３に示された多路扁平管６でもやはり複数の平行な流路２ｂが離間して管横断方向３ｂで並設して１列に配置されており、但しこの場合半長軸ａが管横断方向３ｂに対して平行である。この変更態様の扁平管は薄肉扁平管が望ましい用途に特に適している。ちなみに、当業者には明らかなようにこの扁平管６の場合にも図１の扁平管１について先に触れた寸法設計の可能性が得られるが、図３の扁平管６では半長軸ａの位置が図１の扁平管１の半短軸ｂの位置に一致し、半短軸ｂの位置が図１の扁平管１の半長軸ａの位置に一致しているので、半長軸ａ及び半短軸ｂの役割が図１の扁平管１とは逆になっている。
【００１６】
図４が示す多路扁平管７は管横断方向３ｃで離して１列に並設される円形横断面の流路２ｃを有する。この流路形状は高い圧縮強さ用に好ましい。それに加えて高い熱伝達能力を得るために、この扁平管では流路２ｃの配置に対応させて両方の扁平管長辺面の外面８ａ、８ｂに異形化が設けられている。外面８ａ、８ｂのこの異形化は図示横断面図において流路配置に対応した周期で波線状に選定されており、扁平管７は各流路の領域に最大厚ｈ_ｍａｘを有し、各２つの流路の間の中心に最小厚ｈ_ｍｉｎを有する。この措置によって管表面が増大し、同時に管表面と内側流路２ｃとの距離は管外面を平らに形成する場合に比べて減少し、そのことから熱伝達性能が向上する。同時に、流路２ｃと管外面８ａ、８ｂとの間にはどこでも１５０ｂａｒまでの運転圧力に耐えるのに十分な壁厚が残り、この扁平管７も図１〜図３の扁平管と同様に炭酸ガス空調装置の熱交換器用に使用することができる。
【００１７】
空調装置の熱交換器に関して一般的な管／フィンブロックを構成するには、直線状扁平管にしろ蛇行扁平管にしろ図４に示した外面異形化型扁平管７を使用する場合、図４に示唆したようにこれに符合して輪郭付けされた型の波状フィン９を設けておくことができる。このために使用される波状フィン９はその全長に又は少なくともその頂点の領域に横断方向で波形輪郭９ａを備えており、その周期は波形管外面８ａ、８ｂの周期に一致している。こうして、図４から認めることができるように、波状フィン頂点領域の横断面輪郭９ａの波山は隣接する各扁平管７の波谷内にくる。このことによって、管／フィンブロックの扁平管層の間に挿入される波状フィンを例えば硬ろう付によって強固に結合するよりも既に前に波状フィン９が管７から滑り落ちることは防止される。そのことから、特にまずブロック全体が扁平管７及び波状フィン９と共に管層の間に緩く取付けられ、その後にはじめて単一のろう付操作で結合して強固なブロック構造体とされる場合に、管／フィンブロックの組立が容易となる。しかも、扁平管７の横波構造と波状フィン９の横波構造との係合が両方の要素の間の熱伝達を促進し、従って管／フィンブロックの熱伝達効率を促進する。
【００１８】
自明のことであるが、必要なら図１〜図３の扁平管にも図４の扁平管７による波形外面横輪郭を備えておくことができ、このような横輪郭化扁平管と一緒に管／フィンブロックを構成するために、図４に示す型の波状フィン９に合わせて適切に横輪郭を付与された波状フィンは図４の実施例について先に指摘したのと同じ利点を有して使用することができる。しかも、流路周縁の図示した平滑弧形勾配の代わりに、少なくとも５隅を有する波形又は多角形流路周縁を設けることがあらゆる場合に可能である。即ち、この場合流路横断面は波形長円形縁を有し、又は相隣接する直線部分からなる長円形多角形状を有する。これらの変形態様は製造技術上の利点又は熱伝達性能及び圧縮強さに関する利点を有することがあ る。
【図面の簡単な説明】
【図１】半長軸が管横断軸に対して垂直な長円形流路を有する多路扁平管の要部横断面図である。
【図２】半長軸が管横断軸に対して斜めに延びる長円形流路を有する多路扁平管の要部横断面図である。
【図３】半長軸が管横断軸に対して平行である長円形流路を有する多路扁平管の要部横断面図である。
【図４】円形横断面の流路とそれに合わせて異形化された管外面と付属の異形化波状フィンとを有する多路扁平管の要部横断面図である。
【符号の説明】
１、５、６、７ 多路扁平管
２ 流路
４ 管体
９ 波状フィン

Claims (3)

1. 熱交換器用の多路扁平管が、
   ―多路扁平管の横断方向で互いに隣り合う複数の平行な流路（２ａ）を有し、これらの複数の平行な流路（２ａ）が長円形の横断面を有し、
   ―流路（２ａ）の半長軸（ａ）が、多路扁平管の横断方向（３ａ）に対して斜めに所定の角度（α）だけ傾いていることを特徴とする多路扁平管。
2. 更に、多路扁平管の外面（８ａ、８ｂ）が、流路に対応する波形の横輪郭を有していて、多路扁平管（７）が、多路扁平管の高さ方向（ｚ）で、各流路の領域におけるよりも各２つの近接した流路の間で、より薄くなっていることを特徴とする、請求項１記載の多路扁平管。
3. 更に、
   ―長円形の流路（２ａ）の半長軸（ａ）と半短軸（ｂ）との比（ａ／ｂ）が１〜２であり、及び／又は
   ―多路扁平管の材料横断面積と総横断面積との比が１．４〜４．５であり、及び／又は
   ―半短軸（ｂ）が多路扁平管の横断軸（３ａ）に平行である場合、半短軸（ｂ）の２倍値と流路（２ａ）の列の周期長（Ｔ）との比（２ｂ／Ｔ）が０．４〜０．９であり、及び／又は半長軸（ａ）の２倍値と管厚（ｈ）との比（２ａ／ｈ）が０．４〜０．８であることを特徴とする、請求項１又は２記載の多路扁平管。

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