(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器（１００）用のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）であって、前記チューブ要素（１０，１０’）は、第１端部（２０）および第２端部（３０）を有するとともに第１面壁（４０）および第２面壁（５０）を有する、少なくとも部分的に剛性の熱交換チューブであり、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）は、互いに略平行に配置され、前記第１面壁（４０）と前記第２面壁（５０）との間の距離（ｄ）は、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）の幅（Ｗ）よりもかなり小さく、この結果、接続壁（４５，５５）を両側に備える全体的に略平坦なチューブ構造が得られ、前記チューブ要素（１０，１０’）は、前記第１面壁（４０）の外側面（４２）および前記第２面壁（５０）の外側面（５２）のうちの少なくとも一方に複数のフィン（６０，６０’）を有し、
前記複数のフィン（６０，６０’）は、前記接続壁（４５，５５）に対して前記各フィン（６０，６０’）が第１角度（γ）を成し、かつ、前記第１面壁（４０）または前記第２面壁（５０）の前記外側面（４２または４５）に対して前記各フィン（６０，６０’）が第２角度（δ）を成すように、前記チューブ要素（１０，１０’）に対して角度付けされており、前記フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）の少なくとも一部は、前記チューブ要素（１０，１０’）の長手軸回りに捻られながら中心軸（Ｘ）回りに螺旋状に巻かれて螺旋構造の少なくとも一部を形成し、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）の幅（Ｗ）の方向が前記中心軸（Ｘ）に対して角度（β）を成して傾斜しており、前記各フィン（６０，６０’）は、前記フィンの終端部同士の間で捻られており、かつ、前記各フィンの中央部分の中心部が当該フィンの両終端部に対してずらされることにより湾曲している、フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項２】
前記螺旋構造は、全体として円筒構造を有する、請求項１に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項３】
前記螺旋構造は、円筒形状に形成される、請求項１に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項４】
前記チューブ要素（１０，１０’）は、前記第１面壁（４０）の外側面（４２）および前記第２面壁（５０）の外側面（５２）の両方に、複数のフィン（６０，６０’）を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項５】
請求項４に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）を複数個と、隣接する前記フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）の間に設けられたドレン板（８０）と、を備えた熱交換器（１００、１００’）。
【請求項６】
前記複数のフィン（６０，６０’）は、前記チューブ要素（１０，１０’）のチューブの部分と一体成形されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項７】
前記第２角度（δ）が略直角である、請求項１〜４及び請求項６のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項８】
前記第２角度（δ）が１５度から８５度の範囲内である、請求項１〜４及び請求項６のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項９】
前記複数のフィン（６０）の各々は、前記第１面壁（４０）の外側面（４２）および前記第２面壁（５０）の外側面（５２）のうちの少なくとも一方の全幅（Ｗ）に亘って連続的に延びている、請求項１〜４及び請求項６〜８のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１０】
前記複数のフィン（６０）は、前記第１面壁（４０）の外側面（４２）および前記第２面壁（５０）の外側面（５２）のうちの少なくとも一方の全幅（Ｗ）に沿って延びるとともに複数の曲線にそれぞれ沿って配置され、前記複数のフィン（６０，６０’）は、所定のピッチで配置された互いにほぼ平行な複数の列を成すように、前記フィン付きのチューブ要素（１０’）の全長の少なくとも一部に沿って配置されている、請求項１〜４及び請求項６〜８のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１１】
請求項１に記載されたフィン付きのチューブ要素を製造するための方法であって、
単一の押出成形により伝熱材料からフィン付きのチューブ要素を形成する工程と、
前記押出成形により得られた前記チューブ要素を螺旋状に巻いて請求項１に定義された形状のフィン付きのチューブ要素を得る工程と、
を備えた方法。
【請求項１２】
前記伝熱材料は、少なくとも部分的にアルミニウム、または銅、或いはこれらの金属の合金である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）の少なくとも一部は、湾曲した接続壁（４５，５５）および外側面（４２，５５）を有しており、これにより前記チューブ要素（１０，１０’）および前記フィンの表面は湾曲している、請求項１〜４及び請求項６〜１０のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１４】
隣接する２つのフィン（６０）の間の第１の距離（ａ）は、前記隣接する２つのフィンの間の第２の距離（ｂ）より大きく、前記第１の距離（ａ）は、前記隣接する２つのフィンの間の隙間の流体の入口部分におけるフィンの間の距離であり、前記第２の距離（ｂ）は前記入口部分よりも流体の流れ方向に関して下流側の部分における距離である、請求項１〜４、請求項６〜１０及び請求項１３のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１５】
前記フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）の前記第１端部（２０）および第２端部（３０）のところに、回収要素（２５，３５）および管状コネクタ（２７，３７）をさらに備える、請求項１〜４、請求項６〜１０及び請求項１３〜１４のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１６】
前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）の幅（Ｗ）は、前記第１面壁（４０）と前記第２面壁（５０）との間の距離（ｄ）の少なくとも１０倍である、請求項１〜４、請求項６〜１０及び請求項１３〜１５のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１７】
前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）は、各々の両側で、丸みを帯びた接続壁（４５，５５）に接続されている、請求項１〜４、請求項６〜１０及び請求項１３〜１６のいずれか一項に記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１８】
前記複数のフィン（６０’）の各々は、複数の区分に分割されて各区分の間にギャップ（６２）が設けられている、請求項１記載のフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）。
【請求項１９】
フィン付きの少なくとも１つのチューブ要素（１０，１０’）を有する熱交換器（１００，１００’）であって、前記チューブ要素（１０，１０’）は、第１端部（２０）および第２端部（３０）を有するとともに第１面壁（４０）および第２面壁（５０）を有する、少なくとも部分的に剛性の熱交換チューブであり、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）は、互いに略平行に配置され、前記第１面壁（４０）と前記第２面壁（５０）との間の距離（ｄ）は、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）の幅（Ｗ）よりもかなり小さく、この結果、接続壁（４５，５５）を両側に備える全体的に略平坦なチューブ構造が得られ、前記チューブ要素（１０，１０’）は、前記第１面壁（４０）の外側面（４２）および前記第２面壁（５０）の外側面（５２）のうちの少なくとも一方に複数のフィン（６０，６０’）を有し、
前記複数のフィン（６０，６０’）は、前記接続壁（４５，５５）に対して前記各フィン（６０，６０’）が第１角度（γ）を成し、かつ、前記第１面壁（４０）または前記第２面壁（５０）の前記外側面（４２または４５）に対して前記各フィン（６０，６０’）が第２角度（δ）を成すように、前記チューブ要素（１０，１０’）に対して角度付けされており、前記フィン付きのチューブ要素（１０，１０’）の少なくとも一部は、前記チューブ要素（１０，１０’）の長手軸回りに捻られながら中心軸（Ｘ）回りに螺旋状に巻かれて螺旋構造の少なくとも一部を形成し、前記第１面壁（４０）および前記第２面壁（５０）の幅（Ｗ）の方向が前記中心軸（Ｘ）に対して角度（β）を成して傾斜しており、前記各フィン（６０，６０’）は、前記フィンの終端部同士の間で捻られており、かつ、前記各フィンの中央部分の中心部が当該フィンの両終端部に対してずらされることにより湾曲している、熱交換器。
【請求項２０】
前記フィン付きの少なくとも一つのチューブ要素としてフィン付きのチューブ要素（１０，１０’）を複数個備え、前記フィン付きの複数のチューブ要素の各々は、共通の中心軸（Ｘ）の回りに螺旋状に巻かれて、全体として略円筒状の構造を形成し、前記フィン付きの複数のチューブ要素（１０，１０’）は、互いの間に割り込んでいる、請求項１９記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記熱交換器（１００，１００’）は、凝縮器または蒸発器またはラジエータまたは冷却器である、請求項１９または２０記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換手段（熱交換器）のフィン付きのチューブ要素、熱交換手段、熱交換手段を少なくとも部分的に形成するためのフィン付きのチューブ要素の使用、熱交換するための熱交換手段の使用、およびフィン付きのチューブ要素を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸発器、凝縮器、ラジエータ、および冷却器のような熱交換器の技術分野では、エネルギー効率が良いコンパクトな熱交換器を提供しようとする多くの試みが為されている。熱交換器とはこの場合、熱エネルギーを、例えば水および／または冷媒のような第１媒体と、例えば空気のような第２媒体との間で交換することを可能にするものとして一般的に知られている。
【０００３】
例えば、欧州特許出願公開第１８４０４９４号明細書には、熱交換器が開示されており、この場合、熱交換器は、幾つかの流路を備える２つの扁平チューブを有する断面形状を備え、そしてこの場合、これらのチューブは、棒状部材を介して連結される。当該断面形状は、一体成形品の断面形状であり、かつアルミニウムまたはアルミニウム合金により構成することができる。
【０００４】
更に、独国実用新案第２０２００８００６３７９号明細書には、熱交換器のチューブに使用することができるアルミニウム断面形状またはアルミニウム合金断面形状が開示されている。当該断面形状は、中心流路と、当該中心流路の周りに配置される幾つかの別の流路と、を有している。
【０００５】
独国特許第２２０９３２５号明細書には、螺旋構造を有する熱交換器のチューブが開示されている。更に、独国特許第２２０９３２９号明細書には、リブをチューブの内側面および外側面に有する熱交換チューブが開示されている。
【０００６】
また、英国特許第１３９０７８２号明細書には、チューブの内側に向かってチューブの壁部分から突出し、かつチューブの長手方向に延在する離間金属製フィン群を有する熱交換チューブが開示されている。
【０００７】
更に、欧州特許出願公開第０６４０８０３号明細書は、伝熱コイルについて記載しており、この場合、第２チューブ要素が、第１チューブ要素の周りに巻き付けられているのに対し、第１部材は真っ直ぐになっており、そして第１チューブ要素を次に成形してコイル形状全体を画定し、そして次に、第１チューブ要素および第２チューブ要素を内部加圧により内側からサイズ調整して、力を２つのチューブ要素に更に加えて互いに対して強固に密着するようにする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１８４０４９４号明細書
【特許文献２】独国実用新案第２０２００８００６３７９号明細書
【特許文献３】独国特許第２２０９３２５号明細書
【特許文献４】独国特許第２２０９３２９号明細書
【特許文献５】英国特許第１３９０７８２号明細書
【特許文献６】欧州特許出願公開第１８４０４９４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、熱交換器分野において既に知られている技術的ソリューションを改良することが依然として望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、本発明の目的は、熱交換手段のチューブ要素、熱交換器、熱交換手段を少なくとも部分的に形成するためのチューブ要素の使用、熱交換するための熱交換器の使用、およびチューブ要素を形成する方法を改善することにあり、特に熱交換効率を高めることにあり、かつチューブ要素および熱交換器の構造全体を改めて簡易化することにより、熱交換器の構造を更にコンパクトにすることができるようにすることにある。
【００１１】
本発明による熱交換手段（熱交換器）のチューブ要素は、少なくとも部分的に剛性の高い長尺の熱交換チューブであり、該熱交換チューブは、少なくとも第１端部と、少なくとも第２端部と、を有し、かつ第１面壁および第２面壁を有し、第１面壁および第２面壁は、互いに対して略平行に配置され、そして第１面壁と第２面壁との間の距離は、第１面壁および第２面壁の幅よりもかなり小さいことにより、接続壁を両側に備える全体的に略平坦なチューブ構造が得られ、チューブ要素は、複数のフィンを、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に有し、フィン群（前記複数のフィンを意味する。以下同じ。）は、フィン群と接続壁とがなす定義角度γを有する。
【００１２】
チューブ要素は、複数のフィンを、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に有することにより、チューブ要素表面が大きくなって、空気のような前記第２媒体と熱交換手段との間の熱交換がより良好に行われるようになる。
【００１３】
フィン群と接続壁とがなす定義角度γによって、第２媒体と複数のフィンを第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方の外側面に有するチューブ要素の表面との間の熱交換通路長さを長くすることができる。複数のフィンは、より良好な空気通路を、フィン群およびチューブ要素に沿って発生させる。フィン群は、チューブ要素に沿った空気流の方向に影響を与えることができる。チューブ要素のこれらの外側表面のうちの少なくとも一方の外側面にある複数のフィンの向きにより、熱交換手段にあるチューブ要素に沿った空気流を制御することができる。
【００１４】
熱交換手段のこのようなチューブ要素は、長尺の熱交換器マイクロチャネルチューブとすることができる。このような長尺の熱交換器マイクロチャネルチューブは、第１開口端部および第２開口端部を有することができる。略平坦面を備えるマイクロチャネルチューブの非常に大きな平行対向面壁を設けることができ、これらの平坦面は、これらの側壁の間の非常に小さな対向端面壁に結合される。これらの端面壁は、凸状に湾曲させることができる。
【００１５】
伝熱蒸気または伝熱流体を熱交換器マイクロチャネルチューブに満たすことができ、かつ伝熱蒸気または伝熱流体は、マイクロチャネルチューブの一方の端部から他方の端部に流れることができる。マイクロチャネル（ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ）という用語は、マイクロポート（ｍｉｃｒｏｐｏｒｔ）としても知られている。
【００１６】
空気のような前記第２媒体は、チューブ要素の外側面の周りを流れることができ、かつ熱をチューブから離れる方向に伝えることができるか、または熱をチューブに近づく方向に伝えることができる。
【００１７】
複数のフィンを、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に設けることにより、熱交換表面が大きくなる。従って、更に、熱交換器の効率を大幅に高めることができる。
【００１８】
更に、第１面壁および第２面壁の幅が、第１面壁と第２面壁との間の距離よりも少なくとも約１０倍大きい構成、および／または第１面壁および第２面壁が、両側でそれぞれ、丸みを帯びた接続壁により接続される構成が可能である。
【００１９】
更に、チューブ要素が、少なくとも部分的に傾斜しているか、または少なくとも部分的に傾いて勾配が施されており、かつ少なくとも部分的に螺旋状に巻かれる、かつ／または捻られることにより、螺旋構造の少なくとも一部を形成し、これにより好ましくは、螺旋構造が全体として実質的に円筒構造を有する構成、および／または螺旋構造が円筒形状に形成される構成が可能である。
【００２０】
チューブ要素が傾いた向きになることにより更に、フィン群の向きを傾けることができ、これらのフィンは、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に立設される。
【００２１】
チューブ要素の螺旋構造は、単純に、変数である半径ｒ、角度α、および角度βによって決定される。半径ｒは、チューブ要素の中心と熱交換手段の中心長手軸Ｘとの間の距離を定義する。角度αは、チューブ要素の勾配を定義し、かつ熱交換手段の中心長手軸Ｘとチューブ要素の中心軸Ｚとの間に形成される。角度βは、チューブ要素の傾斜を定義し、かつ熱交換手段の中心長手軸Ｘとチューブ要素の中心横方向軸Ｙとの間に形成される。
【００２２】
従って、チューブ要素が傾いた向きになっているので、水平面は、熱交換手段内のチューブ要素には殆ど無い。水蒸気が凝縮して生じる天然凝縮物は、チューブ要素が傾いて少なくとも部分的に螺旋状に巻かれる、かつ／または捻られているので、極めて迅速に除去される。水蒸気が凝縮して生じる天然凝縮物は、チューブ要素の向きが傾いているので、熱交換手段の外側面で除去される。従って、水蒸気が凝縮して生じる凝縮物が前記チューブ要素群の各チューブ要素の間で凍結する現象を最小限に抑えることができる。
【００２３】
先行技術と比較して、少なくとも部分的に傾いて少なくとも部分的に螺旋状に巻かれる、かつ／または捻りを加えられて螺旋構造の少なくとも一部を形成するチューブ要素は、効率が、より少ない材料でより高くなる。また、熱交換手段は、チューブ要素群からなる集合体がコンパクトになるので、全熱交換システムに占める容積をより小さく済ませることができる。この熱交換器を形成することが、占有容積を最小にして高い熱密度で熱交換を行うための解決策となる。
【００２４】
更に、少なくとも部分的に傾いて少なくとも部分的に螺旋状に巻かれる、かつ／または捻りを加えられて、螺旋構造の少なくとも一部を形成するこのチューブ要素では、チューブ要素の向きが傾いているので、空気のような前記第２媒体とチューブ要素の表面との間の相互作用がより良好に行われる。
【００２５】
更に、チューブ要素が、複数のフィンを、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面の両方の外側面に有する構成が可能である。複数のフィンを、第１面壁の外側面および第２面壁の外側面の両方に設けることにより、熱交換に使用される表面を極めて容易に大きくすることができるという利点、およびチューブ要素に必要な容積を殆ど大きくしなくても済むという利点が得られる。
【００２６】
また、フィン群が、ドレン板によって少なくとも部分的に覆われる構成、および／またはフィン群が、一体成形フィンである構成が可能である。
【００２７】
フィン群は、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に略ね直角して配置することができる。
【００２８】
別の構成として、フィン群は、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方に傾斜して配置され、これにより例えば、フィン群と外側面とがなす角度が、約１５°〜８５°の範囲に収まるように選択される。
【００２９】
更に、フィン群は、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方の全幅に沿って単に延びている、かつ／または湾曲している。
【００３０】
更に、フィン群は、第１面壁の外側面および／または第２面壁の外側面のうちの少なくとも一方の全幅に沿って延びる曲線に沿って配置することができる、かつ／または湾曲しており、これにより、フィン群の間に、ピッチ部および／またはギャップが曲線に沿って配置される。
【００３１】
フィン群および／またはフィン群の湾曲部、および接続壁群のうちの少なくとも一方の接続壁は、これらの構成部材が或る角度をなすように互いに対して配置される構成が可能である。角度は略直角とすることができる。別の構成として、角度は、約１５°〜約６０°の範囲に収まるように選択することができ、そして好ましくは、約２０°〜約２５°の範囲に収まるように選択される。フィン群と接続壁群のうちの少なくとも一方の接続壁との間の約４５°の角度、またはフィン群の湾曲部と接続壁群のうちの少なくとも一方の接続壁との間の約４５°の角度は、ほぼニュートラルであると考えられ、詳細には、例えばこのようなチューブ要素を備える熱交換手段に一体的に接続することができる、または使用することができるファン群などとの干渉についてニュートラルな構成であると考えられる。
【００３２】
フィン群、および／またはフィン群の湾曲部は、僅かに凹状または凸状に形成することができる。詳細には、フィン群の僅かな凹形状または凸形状は、フィン群、および／またはフィン群の湾曲部の中央部分の中心部をフィン群、および／またはフィン群の湾曲部の終端部に対して、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲に、好ましくは約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に、最も好ましくは約１．５ｍｍ以内に収まるようにずらすことにより実現することができる。
【００３３】
フィン群は、フィン群に衝突して流れる媒体が、フィンの凹状に形成された部分に衝突して流れるように配置されることが好ましい。
【００３４】
フィン群は、約０．５ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲に、好ましくは約２〜３ｍｍの範囲に収まるように選択される高さを有することができる。
【００３５】
更に、フィン群が複数の列に、好適には略平行な複数の平行列に、かつ／または好適には、チューブ要素の長さの少なくとも一部に沿って配置される構成が可能である。
【００３６】
チューブ要素は、少なくとも１つのマイクロチャネルを備えることができる。好適には、丸みを帯びた断面または円形断面を持つ幾つかのマイクロチャネル、および／または角状断面を持つ幾つかのマイクロチャネル、例えば、三角形断面を持つ幾つかのマイクロチャネル、および／または四角形断面を持つ幾つかのマイクロチャネルが設けられる。
【００３７】
マイクロチャネル群のうちの少なくとも幾つかのマイクロチャネルは、互いに対してずらして配置することができ、これにより例えば、全てのマイクロチャネルが、互いに対してずれて配置される。
【００３８】
ずれによって、幾つかの面取り、および／または溝が第１面壁および／または第２面壁の内部に形成されるようになる。
【００３９】
更に、チューブ要素は、該チューブ要素の第１端部に、そして該チューブ要素の第２端部に回収部を備えることができ、該回収部によって、第１面壁および第２面壁の幅を、より狭い幅に減らすことができる。
【００４０】
更に、本発明による熱交換手段（熱交換器）は、上述した特徴を有する少なくとも１つのフィン付きのチューブ要素を有する。
【００４１】
また、熱交換器は、幾つかのチューブ要素を備えることができ、これらのチューブ要素は、中心長手軸を有する全体として実質的に円筒構造として形成され、そしてチューブ要素群は、構造内で中心長手軸の回りに渦巻き状に湾曲して交互に配置される。
【００４２】
熱交換手段は、ラジエータまたは冷却器、或いは凝縮器または蒸発器とすることができる。
【００４３】
また、本発明は、熱交換手段（熱交換器）を少なくとも部分的に製造するためのチューブ要素の使用に関するものである。従って、チューブ要素を使用して、例えばチューブ要素を傾斜させる、またはチューブ要素を傾けて勾配を施して、チューブ要素を少なくとも部分的に螺旋状に巻いて、かつ／または前記チューブ要素に捻りを加えて、螺旋構造の少なくとも一部を形成することにより、熱交換手段を少なくとも部分的に形成する。
【００４４】
更に、本発明は、熱交換手段の使用に関するものであり、例えば熱交換手段をラジエータまたは冷却器、或いは凝縮器または蒸発器として使用する。
【００４５】
更に、本発明は、上述した特徴を備えたチューブ要素を製造する方法に関するものであり、例えば、チューブ要素は、伝熱材料の押出成形を利用することにより得られ、好ましくは、押出成形は、単一の押出成形で行われる。好ましくは、熱交換材料は、少なくとも部分的にアルミニウム、または銅、或いはこれらの金属の合金である。
【００４６】
本発明の更なる詳細および利点は、以下に図面を参照しながら説明されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】第１の実施形態における本発明によるチューブ要素の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施形態によるチューブ要素の斜視図である。
【図３】図２に示すチューブ要素の別の斜視図であり、チューブ要素の勾配および傾斜の角度を示している。
【図４】図３に示す斜視図を更に詳細に示している。
【図５】接続部材に一体的に接続される本発明による図２に示すチューブ要素の斜視図である。
【図６】図２〜５に示すチューブ要素の側面図である。
【図７】複数のチューブ要素を備える熱交換器の斜視図である。
【図８】第２の実施形態における本発明によるチューブ要素の斜視図である。
【図９】図８に示す実施形態の詳細斜視図である。
【図１０ａ】ドレン板の斜視図である。
【図１０ｂ】ドレン板に取り付けられるそれぞれのチューブ要素の斜視図である。
【図１１】図１０ａ、ｂによるドレン板およびチューブ要素を備える熱交換器の別の実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
図１は、チューブ要素１０の第１の実施形態の斜視図を示しているが、フィン群６０またはフィン群６０’は省略されている。
【００４９】
チューブ要素１０は、第１端部２０および第２端部３０を有する高剛性かつ長尺の熱交換チューブである。略扁平な表面を有する比較的大きな平行対向面壁４０および５０が設けられる。チューブ要素の平行配置対向面壁４０，５０は、比較的小さな対向端壁４５，５５に連結され、対向端壁４５，５５は、丸みを帯びた接続壁４５，５５である。チューブ要素１０は、部分的に斜めに勾配が施されており、そして更に、螺旋状に巻かれて捻りを加えられることにより、螺旋構造の少なくとも一部を形成している。
【００５０】
第１面壁４０と第２面壁５０との間の距離ｄは、側壁４０，５０の幅Ｗよりもかなり小さい。
【００５１】
略扁平な表面を有する比較的大きな平行対向面壁４０および５０が設けられる。チューブ要素の平行配置対向面壁４０，５０は、比較的小さな対向端壁４５，５５により連結され、対向端壁４５，５５は、丸みを帯びた接続壁４５，５５である。チューブ要素１０は、部分的に斜めに勾配が施されており、そして更に、螺旋状に巻かれて捻りを加えられることにより、螺旋構造の少なくとも一部を形成している。
【００５２】
熱交換器マイクロチャネルチューブ１０の対向面壁４０および５０は、チューブ１０内の螺旋状構造物の略平行平面内に対向配置され、チューブ１０内には、１つ以上の媒体流路を設けることができ、これらの媒体流路は、対向配置される側壁４０と５０との間に形成される。水または油、或いは冷媒のような伝熱蒸気または伝熱流体が、熱交換器マイクロチャネルチューブ１０に満たされ、そしてマイクロチャネルチューブ１０の一方の端部２０から他方の端部３０に流れる。好適には、結果的に得られるマイクロチャネルチューブ１０の螺旋状構造物は、円筒形に形成される。
【００５３】
図２は、チューブ要素１０の第１の実施形態の斜視図を示している。第１面壁４０および第２面壁５０の両方の外側面４２，５２には、幾つかのフィン６０が配置される。
【００５４】
フィン群６０は、一体成形フィンとすることができ、かつ第１面壁４０および第２面壁５０の外側面４２，５２に対して傾けて配置される。フィン群と外側面４２，５２とがなす角度は、この例では、２２．５度である。フィン群６０は、第１面壁４０および第２面壁５０の外側面４２，５２の幅Ｗ全体に沿って単調に延びている。
【００５５】
例えば、図５および６から分かるように、フィン群６０は僅かに湾曲している。
【００５６】
図３は、定義角度、すなわち勾配を定義する角度α１、および傾斜を定義する角度β１を示している。更に、図３は、定義軸Ｘ、Ｙ、およびＺ、および更には半径ｒを示している。熱交換器マイクロチャネルチューブ１０は、中心軸Ｘの回りで長手方向に曲げられ螺旋状にすることができる。この軸Ｘは図３に図示されており、かつ螺旋状構造物の完全仮想円筒形の中心軸Ｘである。
【００５７】
図３から分かるように、フィン群６０は当該勾配および当該傾斜に追従している。
【００５８】
当該勾配を定義する角度α１は、軸Ｘと軸Ｚとがなす角度α１として定義される。当該傾斜を定義する角度β１は、軸Ｘと軸Ｙとがなす角度β１として定義される。図３から分かるように、半径ｒは、軸Ｘから傾斜フィン付きチューブ要素１０の中心までの距離、および／または軸Ｘから、軸Ｙと軸Ｚの交点までの距離である。
【００５９】
図４から更に分かるように、フィン群６０は、２つの定義角度γおよびδを有する。角度γは、図２，５，および８にも図示されているように、フィン群６０と接続壁４５，５５とがなす角度である。角度δは、フィン６０と第１面壁４０の外側面４２、または第２面壁５０の外側面５２とがなす角度である。
【００６０】
図４に示す更なる詳細から分かるように、隣接する２つのフィン６０の間の第１距離ａは、これらの隣接するフィン６０の間の第２距離ｂよりも大きくすることができる。第１距離ａは、隣接する２つのフィン６０により画定されるギャップの入口部分に使用することができる、すなわちフィン群の間を流れる伝熱媒体の入口の部分である。従って、フィン群６０は略平行になっている。
【００６１】
図２〜６に示す実施形態によるフィン群６０は、第１面壁４０の外側面４２、または第２面壁５０の外側面５２に対して２２．５度〜４５度の範囲の角度で配置される。
【００６２】
しかしながら、この値は必須ではない。別の構成として、フィン群６０は、第１面壁４０の外側面４２、および／または第２面壁５０の外側面５２のうちの少なくとも一方の外側面に傾斜して配置することができ、これにより例えば、フィン群６０と外側面４２または５２とがなす角度は、約１５°〜８５°の範囲に収まるように選択することができる。
【００６３】
フィン群６０は、第１面壁４０の外側面４２、および／または第２面壁５０の外側面５２の幅Ｗ全体に沿って延びていて、僅かに湾曲しているに過ぎない。
【００６４】
更に、フィン群６０は、チューブ要素１０の全長にほぼ沿って複数の平行列に配列されている。
【００６５】
フィン群６０および接続壁４５，５５は、フィンおよび接続壁が角度γをなすように互いに対して配置される。
【００６６】
しかしながら、この角度γは、略直角にすることができる。別の構成として、この角度γは、約１５°〜約６０°の範囲に収まるように選択することができ、好ましくは約２０°〜約２５°の範囲に収まるように選択することができる。接続壁４５，５５のうちの少なくとも一方の接続壁においてフィン６０とフィン６０とがなす約４５°の角度γは、ほぼニュートラルであると考えられ、詳細には、例えばこのようなチューブ要素１０を備える熱交換手段に一体的に接続される、または使用されるファン群などとの干渉についてニュートラルな構成であると考えられる。
【００６７】
フィン群６０は、僅かに凹状または凸状に形成されるが、この構成は必須ではない。詳細には、フィン群６０の僅かな凹形状または凸形状は、フィン群６０の中央部分の中心部をフィン群６０の終端部に対して、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲に、好ましくは約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に、最も好ましくは約１．５ｍｍ以内に収まるようにずらすことにより実現することができる。図２に示す実施形態では、フィン群６０の終端部に対するフィン群６０の中央部分の中心部のずれは、約１ｍｍである。
【００６８】
フィン群６０は、フィン群６０に衝突して流れる媒体が、当該フィンの凹状形成部分に衝突して流れるように配置される。
【００６９】
更に、図２に示す実施形態によるフィン群６０は、約２．５ｍｍの高さを有する。一般的に、フィン群６０は、約０．５ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲に、好ましくは約２〜３ｍｍの範囲に収まるように選択される高さを有することができる。
【００７０】
チューブ要素１０の端部２０，３０には、回収部材２５，３５が設けられ、回収部材２５，３５によって、チューブ要素１０の幅が、径方向に幅広となる形状で短くなる、すなわち円形断面２７，３７の管状コネクタの直径まで小さくなる。
【００７１】
図７は、熱交換手段１００の斜視図であり、熱交換手段１００は、隣接するチューブ要素１０が、斜めに捻りを加えて同じように螺旋状に形成される状態で交互に交絡させて斜めに螺旋状になっている複数のマイクロチャネルチューブ要素１０からなる第１マイクロチャネルチューブ集合体と、第１マイクロチャネルチューブ集合体Ｓ１の内側の該当する第２マイクロチャネルチューブ集合体Ｓ２と、を備える。この構成により、大きくなった熱交換表面と合体させたコンパクトな構造を収容することができる。
【００７２】
図８は、本発明によるチューブ要素の第２の実施形態の斜視図である。チューブ要素１０’の第２の実施形態は、図２〜６に示すチューブ要素と単純に同じである。しかしながら、異なる種類のフィン群、すなわちフィン群６０’が使用される。フィン群６０’は、側壁４０の外側面４２、および側壁５０の外側面５２のうちの少なくとも一方の外側面のほぼ全幅Ｗに延びる曲線に沿って配置され、そして図９から分かるように、１つの曲線に沿って配置される各フィン６０’と各フィン６０’との間には、ギャップが設けられる。フィン群６０’は、平行に並ぶ複数列に配置される。
【００７３】
フィン群６０’は、図８に示す実施形態によれば、第１面壁４０の外側面４２、および第２面壁５０の外側面５２に対して２２．５度の角度で配置される。
【００７４】
別の構成として、フィン群６０’は、第１面壁４０の外側面４２、および／または第２面壁５０の外側面５２のうちの少なくとも一方の外側面に傾斜して配置することができ、この場合例えば、フィン群６０’と外側面４０，５０とがなす角度は、略直角である。
【００７５】
更に、フィン群６０’は、第１面壁４０の外側面４２、および／または第２面壁５０の外側面５２の全幅Ｗに沿って延びる曲線に沿って配置され、かつ更には、湾曲しており、この場合、フィン６０’とフィン６０’との間に、ギャップ６２が曲線に沿って配置される。
【００７６】
フィン群６０’、およびフィン群６０’の湾曲部、および接続壁４５，５５が、これらの構成部材が角度γをなすように互いに対して配置される構成が可能である。
【００７７】
しかしながら、この角度γは、略直角とすることができる。別の構成として、この角度γは、約１５°〜約６０°の範囲に収まるように選択することができ、好ましくは、約２０°〜約２５°の範囲に収まるように選択することができる。フィン群６０と接続壁４５，５５のうちの少なくとも一方の接続壁とがなす約４５°の角度γは、ほぼニュートラルであると考えられ、詳細には、例えばこのようなチューブ要素１０を備える熱交換手段に一体的に接続することができる、または使用することができるファン群などとの干渉についてニュートラルな構成であると考えられる。フィン群６０’、およびフィン群６０’の湾曲部は、僅かに凹状に形成される。詳細には、フィン群６０’の僅かな凹形状は、フィン群６０’ 、およびフィン群６０’の湾曲部の中央部分の中心部を、フィン群６０’ 、およびフィン群６０’の湾曲部の終端部に対して、約０．５ｍｍ〜約５ｍｍの範囲に、好ましくは約１ｍｍ〜約２ｍｍの範囲に、最も好ましくは約１．５ｍｍ以内に収まるようにずらすことにより実現される。
【００７８】
フィン群６０’は、フィン群６０’に衝突して流れる媒体が、フィン群６０’の凹状に形成された部分に衝突して流れるように配置される。
【００７９】
更に、図８に示す実施形態によるフィン群６０’は、約３ｍｍの高さを有する。一般的に、フィン群６０’は、約０．５ｍｍ〜約５．０ｍｍの範囲に、好ましくは約２〜３ｍｍの範囲に収まるように選択される高さを有することができる。
【００８０】
フィン群６０’の湾曲部は、チューブ要素に沿って略平行な複数列に配列される。
【００８１】
図９は、フィン群６０’が図８に示す通りの構成であるチューブ１０’の実施形態を詳細に示しており、チューブ１０’は、方形断面を持つ複数のマイクロチャネル７０を有する。
【００８２】
図１０ａは、ドレン板８０を斜視図で図示しており、ドレン板８０は、傾けて螺旋状に巻くことにより、図１０ｂに示すように、ドレン板８０を、螺旋状に巻いた熱交換器マイクロチャネルチューブ１０に取り付けることができる。
【００８３】
図１１から更に分かるように、幾つかのドレン板８０および熱交換チューブ１０は、熱交換手段１００に配置することができ、熱交換手段１００は、交互に交絡させて斜めに勾配を施して螺旋状に巻いた複数のマイクロチャネルチューブ要素１０と、一対の隣接するチューブ要素１０の各々の間の複数のドレン板８０と、を備える。
【００８４】
ドレン板８０の使用は、熱交換手段１００が蒸発器である場合に好適である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１】
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