| 【発明の名称】 |
サーペンタイン型熱交換器及びこれに用いられるチューブの製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】高野 明彦
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| 【要約】 |
【課題】サーペンタイン型熱交換器において、チューブとヘッダタンクとの接合部分の耐圧性を向上させる。
【解決手段】蛇行状に形成され内部に複数の冷媒通路が形成されたチューブ２と、該チューブ２の所定部分に接続され前記冷媒通路と連通する複数のヘッダタンク４ａ，４ｂと、前記チューブ２の対面する直線部２ａ間に介在されるフィン３とを有するサーペンタイン型熱交換器１において、前記チューブ２の前記ヘッダタンク４ａ，４ｂとの接続部分１０の幅が、該チューブ２の他の部分の幅よりも小さく形成され、前記チューブ２の接続部分１０における前記冷媒通路の断面積が、前記他の部分における前記冷媒通路の断面積よりも小さくなるようにする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 蛇行状に形成され内部に複数の冷媒通路が形成されたチューブと、該チューブの所定部分に接続され前記冷媒通路と連通する複数のヘッダタンクと、前記チューブの対面する直線部間に介在されるフィンとを有するサーペンタイン型熱交換器において、前記チューブの前記ヘッダタンクとの接続部分の幅が、該チューブの他の部分の幅よりも小さく形成され、前記チューブの接続部分における前記冷媒通路の断面積が、前記他の部分における前記冷媒通路の断面積よりも小さくなっていることを特徴とするサーペンタイン型熱交換器。
【請求項２】 上記請求項１に記載のサーペンタイン型熱交換器に用いられるチューブの製造方法であって、前記チューブを、該チューブの幅及び前記冷媒通路の断面積が該チューブの全長に渡って略同一となるように押し出し成形する第１の行程と、前記チューブの接続部分のみを該チューブの幅が縮小する方向に加圧する第２の行程とを含むことを特徴とするサーペンタイン型熱交換器に用いられるチューブの製造方法。
【請求項３】 前記第２の行程において、前記チューブの接続部分を加圧するのに先だち、前記接続部分の冷媒通路に中子を挿入しておくことを特徴とする請求項２記載のサーペンタイン型熱交換器に用いられるチューブの製造方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、空調装置等に用いられる熱交換器に関し、特に冷媒が流通するチューブが蛇行状に形成されたサーペンタイン型熱交換器及びこれに用いられるチューブの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】蒸気圧縮式冷凍サイクルの一部を構成する蒸発器等の熱交換器としては、従来から様々なタイプのものが利用されているが、その中の一つとして、直線部と折曲部とが交互に形成された蛇行状チューブと、この蛇行状チューブと連結するヘッダタンクを備えるサーペンタイン型熱交換器がある。
【０００３】通常、冷媒が流通するチューブとこのチューブに連通するヘッダタンクとを有して構成される熱交換器においては、このチューブとヘッダタンクとの接合部分が耐圧性等の面で弱点となっている。しかし、上記サーペンタイン型熱交換器は、例えば直線部のみからなる直線状チューブを多数平行に配しこれら直線状チューブの両端部がそれぞれ２つのヘッダタンクと連結するタイプの熱交換器に比べて、チューブとヘッダタンクとの接合部分が少ないため、耐圧性に優れるという特性を持っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば二酸化炭素等の臨界温度が高い冷媒を用いた冷凍サイクルにおいては、蒸発器等の熱交換器に極めて高い圧力がかかるため、サーペンタイン型の熱交換器を用いた場合であっても、チューブとヘッダタンクとの接合部分にかかる負担は多大なものとなる。このため、チューブとヘッダタンクとの接合部分における耐圧性の向上が求められている。
【０００５】そこで、この発明は、サーペンタイン型熱交換器において、チューブとヘッダタンクとの接合部分の耐圧性を向上させることを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
【０００７】上記課題を解決するために、この発明は、蛇行状に形成され内部に複数の冷媒通路が形成されたチューブと、該チューブの所定部分に接続され前記冷媒通路と連通する複数のヘッダタンクと、前記チューブの対面する直線部間に介在されるフィンとを有するサーペンタイン型熱交換器において、前記チューブの前記ヘッダタンクとの接続部分の幅が、該チューブの他の部分の幅よりも小さく形成され、前記チューブの接続部分における前記冷媒通路の断面積が、前記他の部分における前記冷媒通路の断面積よりも小さくなっているものである（請求項１）。
【０００８】このように、チューブのヘッダタンクとの接続部分のみを幅方向に縮小し、この接続部分の冷媒通路の断面積を縮小することにより、接続部分におけるチューブの厚さ方向にかかる力が減少する。これによれば、耐圧性を上げるためにチューブ全体を肉厚にしたり、ヘッダタンクの接合部を肉厚にしたりする必要がないので、重量の増加や熱伝導効率の悪化を招くことなく、耐圧性の高いサーペンタイン型熱交換器を製造することができる。
【０００９】また、この発明は、上記請求項１に記載のサーペンタイン型熱交換器に用いられるチューブの製造方法であって、前記チューブを、該チューブの幅及び前記冷媒通路の断面積が該チューブの全長に渡って略同一となるように押し出し成形する第１の行程と、所定の加圧手段により、前記チューブの接続部分のみを該チューブの幅が縮小する方向に加圧する第２の行程とを含むものである（請求項２）。
【００１０】これによれば、前記チューブは、先ず全長に渡って略同一の幅となるように、且つ冷媒通路の断面積及び形状が略同一となるように押し出し成形された後（第１の行程）、接続部分のみがプレス器等の加圧手段により幅方向に圧縮されるが（第２の行程）、この第２の行程においてチューブの接続部分の幅が縮小する際に、この接続部分の冷媒通路も自然に縮小される。例えば、前記第１の行程において冷媒通路の形状を断面円形とした場合、前記第２の行程における圧縮後には、接続部分の冷媒通路は断面縦長の楕円形となる。
【００１１】また、接続部分の圧縮分はほとんど冷媒通路の縮小によりまかなわれるので、各冷媒通路間の間隔（肉厚）はほとんど変化することはない。これにより、チューブの剛性をアップさせるために、チューブを全長に渡って肉厚に形成した場合に比べて重量が軽くなると共に熱伝導効率の悪化も防ぐことができる。
【００１２】また、前記第２の行程において、前記チューブを加圧するのに先だち、前記接続部分の冷媒通路に中子を挿入しておくとよい（請求項３）。
【００１３】これによれば、プレス器等でチューブの接続部分を圧縮する際に、この接続部分の冷媒流路が完全に潰れてしまうことを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】図１に示すこの発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１は、直線部２ａと折曲部２ｂとが交互に形成された蛇行状のサーペンタインチューブ２（以下、単にチューブ２と表記する）と、このチューブ２の一端部及び他端部に連結した筒状の流入用ヘッダタンク４ａ及び流出用ヘッダタンク４ｂと、チューブ２の直線部２ａ間にろう付け等により固定されたコルゲート状のフィン５とを有して構成されている。尚、このフィン５には、表面積を増大させ熱交換効率を向上させるためのルーバ（図示せず）が形成されているとよい。
【００１６】図２及び図３に示すように、前記チューブ２の内部には、複数の断面円形状の冷媒通路１１がこのチューブ２の幅方向に一列に並んで形成されており、この冷媒通路１１は、チューブ２の前記一端部から前記他端部まで連通している。これにより、外部から流入用ヘッダタンク４ａに流入した冷媒Ｃは、チューブ２内部の冷媒通路１１を蛇行状に通りフィン５を介して空気と熱交換した後、流出用ヘッダタンク４ｂを経て外部へ流出する。
【００１７】前記チューブ２の両端は、前記ヘッダタンク４ａ，４ｂと接続する接続部分１０であり、この接続部分１０を除く部分を中間部分９と称する。前記中間部分９では、図２（ａ），（ｂ）に示すように、チューブ２の幅（図中上下方向の長さ）が略同一であると共に、冷媒通路１１の断面が略円形状となっている。一方、前記接続部分１０は、図３（ａ）に示すように、チューブ２の幅が前記中間部分９よりも小さくなっていると共に、図３（ｂ）に示すように、内部の冷媒通路１１’はチューブ２の幅方向に潰されてチューブ２の厚さ方向（図中左右方向）に長い楕円形状となっており、前記中間部分９における冷媒通路１１に比べて断面積が小さくなっている。また、接続部分１０と中間部分９との間は、なだらかな傾斜部１２となっている。
【００１８】また、図４に示す中間部分９の断面図において、冷媒通路１１のチューブ幅方向の長さ（直径）をＬh 、冷媒通路１１間の間隔をＬi とし、また図５に示す接続部分１０の断面図において、冷媒通路１１’のチューブ幅方向の長さをＬh 、冷媒通路１１’間の間隔をＬi ’とすると、Ｌh ’＜Ｌh であり、且つＬi ≒Ｌi ’となっている。即ち、接続部分１０の冷媒通路１１’は中間部分９の冷媒通路１１に比べて断面積が小さくなっているが、冷媒通路１１’の間隔については、中間部分９の冷媒通路１１の間隔と略同じということである。
【００１９】前記流入及び流出用ヘッダタンク４ａ，４ｂには、前記チューブ２の接続部分１０の形状に合わせて連結口５がそれぞれ形成されている。この連結口５に、前記チューブ２の接続部分１０を差し込み、ろう付け等により固定する。
【００２０】上記構成の熱交換器１によれば、チューブ２とヘッダタンク４ａ，４ｂとの接続部分１０の冷媒通路１１’が中間部分９よりも狭くなっているために、冷媒Ｃの単位時間の通過量が減少し、この接続部分１０にかかる圧力が減少するので、チューブ２とヘッダタンク４ａ，４ｂとの接続部分の耐圧性を向上させることができる。これにより、チューブ２の全体、又はヘッダタンク４ａ，４ｂの連結口５付近の肉厚を厚く形成する必要がなくなるため、重量の増加や熱伝導効率の低下を招くことなく、熱交換器１の耐圧性を向上させることができる。また、チューブ２をヘッダタンク４ａ，４ｂの連結口５に差し込む際に、前記接続部分１０の傾斜部１２がストッパの役目をはたすので、組付け作業性が向上する。
【００２１】次に、図６及び図７（ａ），（ｂ）を参照して、上記チューブ２の製造方法を説明する。
【００２２】先ず、図６に示すように、第１の行程において、公知の押し出し成形法により、チューブ２を、チューブ２の幅及び冷媒通路１１の断面積がチューブ２の全長に渡って略同一となるように成形する。次に、第２の行程において、所定のプレス器１５を用いて、前記接続部分１１をチューブ２の幅を縮小させる方向に圧縮する。
【００２３】図７（ａ），（ｂ）は、前記第２の行程において、前記チューブ２の接続部分１０を形成する際の作業を示すものである。先ず、図７（ａ）に示すように、チューブ２の端部から冷媒通路１１にこの冷媒通路１１と同形の断面円形状の中子２０を挿入する。その後、図７（ｂ）に示すように、プレス器１５により、チューブ２端部の幅を狭める方向に両側から加圧する。また、このプレス器１５には、チューブ２端部とは反対側に圧接する部分に斜面１６が形成されていることにより、前記接続部分１０と中間部分９との間がなだらかな傾斜部１２となる。
【００２４】これにより、チューブ２端部の幅が縮小すると同時に、冷媒通路１１’の断面積も自然に縮小されることによって、前記接続部分１０を形成することができる。更に、前記中子１２が冷媒通路１１’に挿入されていることにより、冷媒通路１１’が完全に潰れてしまうことを防止しつつ、断面積の縮小を行うことができる。尚、前記中子１２を使用しなくとも、上記成形法は実行可能である。
【００２５】また、図１には、１つのチューブ２の両端部にそれぞれ流入用ヘッダタンク４ａと流出用ヘッダタンク４ｂとを接続する構成のサーペンタイン型熱交換器１を示したが、この発明はこの構成に限られるものではなく、チューブ２の中間部に更にヘッダタンクを接続する等の構成においても適用できるものである。
【００２６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、チューブ又はヘッダタンクの肉厚を厚くすることなく、チューブとヘッダタンクとの接続部分の耐圧性を向上させることができる。このため、重量の増加や熱伝導効率の低下を招くことなく、サーペンタイン型熱交換器の耐圧性を向上させることができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５００３０９１２６
【氏名又は名称】株式会社ゼクセルヴァレオクライメートコントロール
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１６日（１９９９．１２．１６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６９０７３
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 和保
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７４１８８（Ｐ２００１−１７４１８８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５７５８２ |
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