JP4536459B2 - 熱交換器用チューブおよび熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、各種熱交換器に用いられるチューブに関し、特に、冷媒が気体と液体とに相変化する冷凍サイクルにおいて、高圧の第１の流体と低圧の第２の流体との間で熱交換が行われる一体型チューブに関する。

冷凍サイクルにおいて、蒸気圧縮を受ける第１の流体とそれによって冷却される第２の流体との間で熱交換する蒸発器で、３列の押出多穴管を用い、両外側列に第１の流体を流通させ中央列に第２の流体を流通させ、両流体間に熱交換を行わせる一体型熱交換器が下記特許文献１に記載されている。
また、夫々の多穴管を一対互いに厚み方向に接合し、一方の多穴管に第１の流体を流通させ、他方の多穴管に第２の流体を流通させ、両流体間に熱交換を行わせる発明が下記特許文献２に記載されている。

特開平５−１９６３７７号公報 特開２００２−３４０４８５号公報

上記特許文献１に記載されている多穴管は、チューブ本体の断面を格子状に仕切る多数の仕切部を設け、各仕切間に同一の大きさの矩形孔を形成したものである。このような矩形孔を有する多穴管は、中央列の各孔に第２の流体を流通させ、両外側列の各孔に第１の流体を流通させたものである。このように、比較的薄い仕切部で囲まれた矩形孔は、そこを流通する流体の耐圧性に欠ける欠点がある。
その場合、その仕切部および外周壁を厚肉に形成して耐圧性を向上させることも考えられるが、それであっても矩形孔の場合にはやはり耐圧性が円形孔に比べて低下する欠点がある。即ち、矩形孔の隅部に応力集中が生じ易い。

上記特許文献２においては、各多穴管が円形孔であるため耐圧性には優れている。しかしながら、チューブ全体に対する流路面積が小さくなりコンパクト性に欠けたり、流路の圧力損失が大きくなる欠点がある。
そこで本発明は、耐圧性が高く且つ、コンパクトで熱交換性能の高い熱交換器用チューブおよびそれを用いた熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
一方の列の各孔が円形孔(2) に形成され、隣り合う他方の列の各孔が長円孔(3) に形成され、
前記長円孔(3) の断面の長軸が、チューブ本体(1) の横断面の長径方向に対して斜めに配置され、
前記長径方向で、前記長円孔(3) の一端部が、隣り合う円形孔(2)に位置すると共に、長円孔(3) の他端部が隣り合う円形孔(2) (2)の中間に存在する熱交換器用チューブである。

請求項２に記載の本発明は、押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
一方の列の各孔が円形孔(2) に形成され、隣り合う他方の列の各孔が長円孔(3) に形成され、
前記長円孔(3) の断面の長軸が、チューブ本体(1) の横断面の短径方向に平行に配置され、
前記長径方向で、前記長円孔(3)が、隣り合う円形孔(2) (2)の中間に位置する熱交換器用チューブである。
請求項３に記載の本発明は、押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
前記短径方向の外側列に円形孔(2) が形成され、その短径方向の中間位置に長円孔(3) が配置されて、チューブ本体(1) に３列以上の孔を有する熱交換器用チューブである。

請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
円形孔(2) の直径と、長円孔(3) の断面の短径とが等しい熱交換器用チューブである。
請求項５に記載の本発明は、請求項１〜請求項４に記載のチューブを用いた熱交換器において、
長円孔(3) の集合体の両端が一対の第１ヘッダ(4) に連通され、円形孔(2) の集合体の両端が一対の第２ヘッダ(5) に連通され、
第１ヘッダ(4) と第２ヘッダ(5) とに異なる流体が流通し、両流体間に熱交換が行われる熱交換器である。

請求項６に記載の本発明は、請求項５において、
第１ヘッダ(4)に低圧流体が流通し、第２ヘッダ(5) に高圧流体が流通する熱交換器である。

本発明の請求項１に記載の熱交換器用チューブは、長円孔３の断面の長軸が、チューブ本体１の横断面の長径方向に対して斜めに配置され、
長径方向で、前記長円孔３の一端部が、隣り合う円形孔２に位置すると共に、長円孔３の他端部が隣り合う円形孔２，２の中間に存在するものである。
このように長円孔３の断面の長軸を斜めに配置して、円形孔２と長円孔３とをバランスよく配置することにより、円形孔２に比べて耐圧性の低い長円孔３の耐圧性を補償し、全体として耐圧性が高く且つチューブ本体１の内部を有効に利用して熱交換性能の高い省スペースなチューブを提供できる。即ち、耐圧性を保持しつつチューブ本体１の内部の無駄を無くし、流体通路の断面積を可能な限り大きくし、流体抵抗を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、長円孔３の断面の長軸をチューブ本体１の横断面の短径方向に平行に配置したものである。この場合にも、請求項１と同様に、チューブ本体１の内部を効率良く利用し、流路面積の大きな耐圧性の高いチューブを提供できる。
請求項３に記載の発明は、チューブ本体１の横断面の短径方向の両外側列に円形孔２を配置し、その中間列に長円孔３を配置したものである。この場合には、中間に位置する長円孔３の耐圧性を特に、向上させることができる。即ち、円形孔２に比べて耐圧性の低い長円孔３を中間列に位置することにより、長円孔３とチューブ本体１の外周縁との距離を大きくとり、耐圧性を向上することができる。

上記構成において、円形孔２の直径と長円孔３の断面の短径とを等しく形成することができる。この場合には、さらに効率良くチューブ本体１の内部に流路断面積の大きな流通路を確保できる。

次に、請求項５に記載の熱交換器は、長円孔３の集合体の両端を一対の第１ヘッダ４に連通し、円形孔２の集合体の両端を一対の第２ヘッダ５に連通し、第１ヘッダ４と第２ヘッダ５とに夫々異なる流体を流通して、両流体間に熱交換を行わせた熱交換器では、熱交換性能が良くコンパクトで耐圧性の高いものとなり得る。

上記構成において、第１ヘッダの流体を低圧流体とし、第２ヘッダの流体を高圧流体とすることができる。この熱交換器においては、耐圧性の高いチューブで高圧流体と低圧流体との間の熱交換を安全に行わせることができる。

次に、図面に基づいて本発明の各実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図である。この熱交換器用チューブは、アルミニューム製押出多孔体からなり、横断面外周が長円形のチューブ本体１を有し、その内部に多数の孔が互いに独立して、その横断面の短径方向に３列形成されている。そして両外側列には、多数の円形孔２が定間隔に配置され、中間列に長円孔３が定間隔に配置されている。夫々の長円孔３の断面の短径は、この例では円形孔２の直径と略等しく形成されている。また、長円孔３の長径は円形孔２のピッチと同一またはそれより僅かに長く形成されている。そして長円孔３のピッチは、円形孔２のピッチの２倍に形成され、長円孔３の断面の中央位置は隣り合う３つの円形孔２の中間位置に存在する。そして長円孔３の断面の両端は３つの隣接する円形孔２の中間に位置する。

このように円形孔２，長円孔３を配置することにより、長円孔３の流路面積を充分大きくとりつつ、長円孔３の耐圧性を向上できる。即ち、長円孔３は上記特許文献１の矩形孔のようなコーナー部を有しないため耐圧性が高い。それと共に、長円孔３は中央列に配置されているため、チューブ本体１の外周から遠くなり、長円孔３の外周の肉厚が厚くなって耐圧性が向上する。
本来、長円孔３が１つ単独で存在する場合には、その外周の肉厚を同一とすれば、円形孔２の単独のそれより耐圧性が低いものとなる。しかしながら、図１の場合は長円孔３が断面の中央列に存在するため耐圧性が高くなる。
また、円形孔２は外周列に存在していても、断面が円形であるから比較的その耐圧も高いものとなる。

次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示し、この例ではチューブ本体１の内部に２列の孔が形成され、一方側の外列に長円孔３が他方の列に円形孔２が形成されている。この場合には、円形孔２における耐圧性よりも長円孔３における耐圧性が低いものとなる。しかしながら、長円孔３自体はその断面が長円形であるため、従来の矩形孔に比べて充分耐圧性の高いものとなると共に、流路面積が円形孔２より格段に大きくなる。
また、長円孔３はその断面の長軸がチューブ本体１の長径方向に平行に形成されているため、チューブ本体１の全体的厚みを薄くして、コンパクトな熱交換器用チューブを提供できる。

図２の例においては、長円孔３に低圧の流体を流通させ、円形孔２に高圧の流体を流通させることができる。例えば、図８に示す如く、チューブ本体１の長手方向両端部を図２において、上側が短くなるように階段状に形状に形成し、その長い方の両端位置に円形孔２列を配置して、それらに第１ヘッダ４を嵌着すると共に、短い方の両端位置に長円孔３列を配置して、それらの外周が完全に閉塞されるように第２ヘッダ５を第１ヘッダ４に同心に被嵌することができる。
そして、一方の第１ヘッダ４に高圧の第１の流体８を供給し、同図において、それを右方から左方に流通させる。また、比較的低圧の第２の流体９を左端の第２ヘッダ５に供給し、それを左方から右方に流通させ、第１の流体８と第２の流体９との間に熱交換を行わせることができる。この場合、低圧の第２の流体９の流路面積を充分確保しつつ、高圧の第１の流体８の流路の耐圧性を向上できる。

次に、図１の熱交換器用チューブでは、長円孔３に比較的高圧の流体を流通させることができる。その場合、円形孔２に低圧の流体を流通させることができる。勿論、図１のチューブにおいても、円形孔２に高圧流体を流通させ、長円孔３に低圧流体を流通させても良い。
これらを実現する熱交換器として、図７の如く形成することができる。これは、図１の熱交換器用チューブにおいて、そのチューブ本体１の長手方向両端部を山形の階段状に形成して、長円孔３の列のみを先端側に突出させる。そして、そのチューブ本体１の両先端部の各長円孔３を一対の第１ヘッダ４に連通させる。それと共に、それに第２ヘッダ５を同心に被嵌し、その内部とチューブ本体１の両端の各円形孔２とを連通する。すると、円形孔２の集合体を構成する第２流路７が第２ヘッダ５に連通し、長円孔３の集合体が構成する第１流路６に第１ヘッダ４が連通することになる。そして一方の第１ヘッダ４に第１の流体８を流入させ、それを各長円孔３内に一方から他方に流通させると共に、他方の第２ヘッダ５に第２の流体９を流通させ、それを他方から一方側に流通させ、第１の流体８と第２の流体９間に熱交換を行なわせることができる。

次に、図３は本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図である。 この例が図２のそれと大きく異なる点は、長円孔３の断面の長軸がチューブ本体１の横断面の長径方向に対して斜めに配置されていることである。
この例のチューブは、長円孔３の耐圧性が図２のそれよりも高いものとなる。

次に、図４のチューブは本発明の第４の実施の形態を示し、この例が図３のそれと異なる点は、長円孔３の断面の長軸がチューブ本体１の横断面の短径方向に平行に位置され且つ、長円孔３の長軸位置は隣り合う円形孔２の中間に配置されていることである。
この場合、長円孔３の耐圧性は図３のそれよりも高くなる。何故ならば、長円孔３はその断面の長軸方向よりも短軸方向に対して耐圧性が低いが、その短軸方向の肉厚は長軸方向よりも厚肉であるため、全体として耐圧性が高い。

次に、図５は本発明の第５の実施の形態を示し、これは図３の例に加えて、長円孔３列の外側に円形孔２列を配置したものである。
このような３列型の孔を有するチューブを用いた熱交換器は、図７の如く構成し、両外側列に第２の流体９を流通させ、内側列に第１の流体８を流通させることができる。
また、２列の孔を有する熱交換器用チューブは図８の如く構成し、一方列に第１の流体８を流通させ、他方列に第２の流体９を流通させることができる。
なお、本発明の熱交換器用チューブの利用は、図７および図８の熱交換器に限らない。例えば、円形孔２，長円孔３に同一の第１の流体を流通させ、チューブ本体１の外周側に第２の流体を流通させ、両流体間に熱交換を行っても良い。この場合には、チューブ本体１の両端部が一対のヘッダにのみに連通される。

次に、図６は本発明の第６の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図であって、この例はチューブ本体１の両外側列に長円孔３が設けられ、中央列に１列の円形孔２が設けられている。この熱交換器の場合には、中央列の円形孔２の耐圧性が前記図１〜図５の何れの場合よりも高くなる。そこで、中央列の円形孔２に高圧流体を比較的小流量、流通させ、長円孔３に低圧流体を比較的大流量流通させて、両流体間に熱交換を行うことが好ましい。
なお、上記の例は２列多孔型または３列多孔型の熱交換器用チューブであったが、それを４列以上の多孔型とすることもできる。

本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。 同第２の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。 同第３の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。 同第４の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。

同第５の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。 同第６の実施の形態を示す熱交換器用チューブの横断面図。 本発明の熱交換器用チューブを用いた熱交換器であって、そのチューブ本体１に３列の孔を有するものの縦断面図。 同熱交換器用チューブを用いた熱交換器であって、そのチューブ本体１に２列の孔を有するものの縦断面図。

符号の説明

１ チューブ本体
２ 円形孔
３ 長円孔
４ 第１ヘッダ
５ 第２ヘッダ
６ 第１流路
７ 第２流路
８ 第１の流体
９ 第２の流体

Claims (6)

1. 押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
   チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
   一方の列の各孔が円形孔(2) に形成され、隣り合う他方の列の各孔が長円孔(3) に形成され、
   前記長円孔(3) の断面の長軸が、チューブ本体(1) の横断面の長径方向に対して斜めに配置され、
   前記長径方向で、前記長円孔(3) の一端部が、隣り合う円形孔(2)に位置すると共に、長円孔(3) の他端部が隣り合う円形孔(2) (2)の中間に存在する熱交換器用チューブ。
2. 押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
   チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
   一方の列の各孔が円形孔(2) に形成され、隣り合う他方の列の各孔が長円孔(3) に形成され、
   前記長円孔(3) の断面の長軸が、チューブ本体(1) の横断面の短径方向に平行に配置され、
   前記長径方向で、前記長円孔(3)が、隣り合う円形孔(2) (2)の中間に位置する熱交換器用チューブ。
3. 押出成形体よりなり、横断面外周が長円形のチューブ本体(1) の内部に、多数の孔が互いに独立して一体に配置された熱交換器用チューブにおいて、
   チューブ本体(1) の横断面の短径方向に区画されて複数の孔列が形成され、
   前記短径方向の外側列に円形孔(2) が形成され、その短径方向の中間位置に長円孔(3) が配置されて、チューブ本体(1) に３列以上の孔を有する熱交換器用チューブ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
   円形孔(2) の直径と、長円孔(3) の断面の短径とが等しい熱交換器用チューブ。
5. 請求項１〜請求項４に記載のチューブを用いた熱交換器において、
   長円孔(3) の集合体の両端が一対の第１ヘッダ(4) に連通され、円形孔(2) の集合体の両端が一対の第２ヘッダ(5) に連通され、
   第１ヘッダ(4) と第２ヘッダ(5) とに異なる流体が流通し、両流体間に熱交換が行われる熱交換器。
6. 請求項５において、
   第１ヘッダ(4)に低圧流体が流通し、第２ヘッダ(5) に高圧流体が流通する熱交換器。

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