(57)【要約】【課題】扁平チューブの表面に形成した溝により表面積を増大しかつ乱流を生じさせて熱交換効率を高めるとともに、フィンとの接合性も良好な熱交換器を提供する。【解決手段】扁平面に長手方向に沿って蛇行しながら延びる複数本の溝１４が形成されており、溝１４により内部流路１３の一部に突出部が形成され、扁平面における溝１４を除く平面部分は、扁平面の対する占有比率がいずれの幅方向においても４０％以上９５％以下となるように形成されている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平面に長手方向に沿って蛇行しながら延びる複数本の溝が形成されていることを特徴とする熱交換器用偏平チューブ。
【請求項２】
前記溝により内部流路の一部に突出部が形成され、前記扁平面における前記溝を除く平面部分は、前記扁平面の幅に対する占有比率がいずれの幅方向においても４０％以上９５％以下となるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用偏平チューブ。
【請求項３】
長手方向の両端部の表裏面は、前記溝を有しない平坦面とされていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用偏平チューブ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器用扁平チューブと、波状に折り返しながら屈曲形成され、その折り返し部が前記扁平チューブの表面に幅方向に沿ってろう付けされたフィンとを備えていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用扁平チューブ及びその扁平チューブの表面にフィンを接合してなる熱交換器に係り、表面に溝を形成した扁平チューブ及び熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用あるいは建物用の空調装置に用いられている熱交換器として、アルミニウム合金の押出成形によって形成した扁平チューブにコルゲートフィン等のフィン部材をろう付けしたものが知られている。このような熱交換器として特許文献１及び特許文献２記載のものがある。
【０００３】
特許文献１記載の熱交換器は、一組のヘッダの間に扁平チューブが相互に平行に設けられ、これら扁平チューブの間にコルゲートフィンが接合されている。コルゲートフィンは、アルミニウム合金の薄板がプレス加工により波状に複数回折り返しながら屈曲形成されており、隣合う２本の扁平チューブの間を連絡するように、両扁平チューブの表面にろう付けされることにより、扁平チューブの長手方向に対して直交する方向に多数の流路を形成している。そして、扁平チューブ内を流通する流体と、コルゲートフィンにより形成される流路内を流通する流体との間で熱交換される構成である。
また、各扁平チューブの両面には、その幅方向に沿って、あるいは幅方向に交差する斜め方向に複数本の溝が形成されており、コルゲートフィンは、この溝により凹凸状となっている表面にろう付けされている。
【０００４】
特許文献２記載の熱交換器においても、その扁平チューブの表面には、幅方向に交差する斜め方向に沿う溝が複数形成されており、その溝の上にコルゲートフィンがろう付けされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３７８７号公報
【特許文献２】特開２００８−１０１８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これら特許文献記載の熱交換器においては、いずれも扁平チューブの表面に溝を形成することにより、扁平チューブの表面積を増やすとともに乱流を生じさせて熱交換効率を高めるようにしているが、扁平チューブの表面は、その上にろう付けされるフィンとの接合面でもあるため、溝によってフィンとチューブが接触しなくなり、接合不良となり易い。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、扁平チューブの表面に形成した溝により表面積を増大しかつ乱流を生じさせて熱交換効率を高めるとともに、フィンとの接合性も良好な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の熱交換器用扁平チューブは、その扁平面に長手方向に沿って蛇行しながら延びる複数本の溝が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
この扁平チューブに接合されるフィンは、波状に折り返しながら屈曲形成され、その折り返し部が扁平チューブの幅方向に沿ってろう付けされる。この場合、チューブ表面の溝の長手方向とフィンの折り返し部とが溝の長手方向に一部重なるように配置されると、溝によってフィンとチューブが接触しなくなり、接合不良となる。これに対して、本発明の扁平チューブにおいては、扁平チューブの長手方向に沿って溝が形成されているため、その上にろう付けされるフィンの折り返し部は溝に交差する方向に配置される。したがって、溝の長手方向にフィンの折り返し部が重なって配置されることがなく、ろうを不足させることなく確実に接合することができる。
【００１０】
本発明の熱交換器用扁平チューブにおいて、前記溝により内部流路の一部に突出部が形成され、前記扁平面における前記溝を除く平面部分は、前記扁平面の幅に対する占有比率がいずれの幅方向においても４０％以上９５％以下となるように形成されているとよい。
【００１１】
いずれの幅方向においても平面部分が４０％以上占有していれば、幅方向に沿って配置されるフィンの折り返し部に対して十分な接合面積を確保することができる。平面部分の占有比率が４０％未満であると、冷媒流路が狭くなって圧力損失が高くなり、熱交換効率が低下する。一方、この溝の形成によって内部流路側に形成される突出部は、内部流路を流通する流体に乱流を生じさせて熱交換効率を高める効果があり、扁平面における平面部分の占有比率が９５％を超えると、内部流路内の乱流効果が少なく、熱交換効率が低くなる。このため、平面部分の占有比率は４０％以上９５％以下が好ましい。
【００１２】
本発明の熱交換器用扁平チューブにおいて、長手方向の両端部の表裏面は、前記溝を有しない平坦面とされているとよい。
【００１３】
扁平チューブの両端部は熱交換器のヘッダに接合される部分であり、この両端部に溝が形成されていると、その溝を埋めた状態で接合する必要があるが、両端部の表裏面を平坦面とすることにより、ヘッダと隙間なく接合することができる。
【００１４】
本発明の熱交換器は、前記扁平チューブと、波状に折り返しながら屈曲形成され、その折り返し部が前記扁平チューブの表面に幅方向に沿ってろう付けされたフィンとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、扁平チューブ表面に形成した溝により熱交換効率が高められるとともに、その溝を長手方向に沿って形成したので、溝の長手方向にフィンの折り返し部が重なって配置されることがなく、確実に接合することができ、接合性も良好である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の熱交換器の一部を省略した分解斜視図である。
【図２】実施形態の熱交換器の全体正面図である。
【図３】実施形態の熱交換器に用いられている扁平チューブの平面図である。
【図４】図３のＸ−Ｘ線に沿うフィンとの接合部付近の拡大断面図である。
【図５】図３のＹ−Ｙ線に沿うフィンとの接合部付近の拡大断面図である。
【図６】扁平チューブとフィンとの接合部における平面部と溝との関係を示す平面図である。
【図７】扁平チューブの製造方法を説明する斜視図である。
【図８】実施例の熱交換試験をするために用いた試験装置の模式図である。
【図９】扁平チューブの接合部における平面部占有率と温度効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
この熱交換器１は、図１及び図２に示すように、熱媒としての流体を通す複数本の扁平チューブ２と、これら扁平チューブ２の外表面に接触して熱を放散するフィン３と、流体を各扁平チューブ２に分配して供給し、各扁平チューブを経由した流体を再度集合させる一組のヘッダ４，５とを備える構成としている。これら扁平チューブ２、フィン３、ヘッダ４，５は、アルミニウム合金からなり、上下方向に沿って平行に配置された両ヘッダ４，５の間に、各扁平チューブ２がヘッダ４，５の長手方向（上下方向）に相互間隔をおいて平行に並べられるとともに、各扁平チューブ２の両端部がそれぞれヘッダ４，５内に連通するように各ヘッダ４，５に固定されており、各扁平チューブ２の間にフィン３が配置されている。
【００１８】
各扁平チューブ２は、幅寸法に対して高さが小さい扁平な形状であり、その外周を形成する周壁１１の内側に幅方向に間隔をおいて複数の仕切り壁１２が形成されていることにより、周壁１１の内側空間が相互に平行な複数の内部流路１３に分割された状態の、いわゆる多穴管である。また、扁平チューブ２の扁平面２ａには、図３に示すように長手方向に沿って蛇行しながら延びる複数本の溝１４が形成されている。この扁平チューブ２は、押出成形によって形成され、溝１４も図７に示すように押出成形時に、溝形成のための凸部１５を有するロール１６によって押圧しながら連続的に形成される。
【００１９】
このように扁平チューブ２の周壁１１を外側から押圧することにより溝１４が形成されていることから、図４及び図５に示すように、その溝１４が形成された部分は、周壁１１の外表面では凹状に窪んでいるが、周壁１１の内表面は、内部流路１４を狭めるように周壁１１の一部が内方に突出形成されるとともに、仕切り壁１２の一部も面方向に押圧されることにより座屈して屈曲している。
【００２０】
この扁平チューブ２の諸寸法は特に限定されるものではないが、例えば、幅が１５ｍｍ、高さが１．５ｍｍ、肉厚が０．３ｍｍ、内部流路１３の数が２０個とされる。また、溝１４は、幅が０．５ｍｍで深さが０．５ｍｍとされる。ただし、後述するようにフィン３との良好な接合率を確保するために、溝１４以外に残る平面部分は、扁平面２ａの幅に対する占有比率がいずれの幅方向においても４０％以上９５％以下となるように形成されていることが重要である。
【００２１】
また、各扁平チューブ２の両端部の表裏面は、溝１４が押しつぶされて平坦面１７が形成されており、一方、ヘッダ４，５の壁には、各扁平チューブ２の両端部を挿通させる矩形の孔１８が形成され、その孔１８に扁平チューブ２の両端部が挿通してろう付けにより固定されている。
【００２２】
フィン３は、帯板を複数回折り返しながら屈曲形成することにより、山折り又は谷折りの折り返し部２１が平面部２２を介して交互に連続した波状に形成され、各折り返し部２１が扁平チューブ２の扁平面２ａにろう付けにより固定されている。この場合、フィン３の各折り返し部２１は、扁平チューブ２の幅方向に沿って配置され、扁平チューブ２の表面に形成されている溝１４と交差するように固定されている。
【００２３】
これらフィン３、扁平チューブ２、及び両ヘッダ４，５のろう付けは、フィン３は芯材の両面に予めろう材がクラッド形成され、一方、扁平チューブ２には、その扁平面２ａにろう材が塗布されており、これらを組み合わせた状態で加熱することにより、ろう材が溶融固化して、フィン３、扁平チューブ２、ヘッダ４，５の各接触部を一体化することにより、行われる。図４及び図５の符号２３は固化したろう材を示している。
【００２４】
このように構成した熱交換器１において、フィン３は、その折り返し部２１が扁平チューブ２の幅方向に沿って配置されていることから、扁平面２ａとの間のろう付け部Ａが扁平チューブ２の幅方向に沿って形成される。これに対して、扁平チューブ２表面の溝１４は長手方向に沿って形成されているので、ろう付け部Ａと溝１４とが交差した状態に配置される。また、溝１４以外の平面部分が扁平チューブ２の幅の中の４０％以上を占めているので、ろう付け部Ａは、少なくとも４０％以上が平面部分とフィン３とが接合していることになり、強固な接合とすることができる。
【００２５】
図３及び図６には、扁平チューブ２とフィン３とのろう付け部Ａを鎖線で示している（図３には１箇所のみ示す）。そして、図６には、このろう付け部Ａのうち、溝１４以外に残る平面部分をハッチングして示しており、このハッチング領域がろう付け部Ａの全体面積の４０％以上とされる。
【００２６】
また、この溝１４が扁平面２ａに形成されていることにより、溝１４に直交する方向に流通する空気が、溝１４の凹凸によって流れが乱されることから、扁平チューブ２の外表面との間の熱伝達が促進される。一方、扁平チューブ２の内部流路１３内においては、溝１４の形成によって周壁１１の一部に突出部２３が形成されているとともに、仕切り壁１２も座屈している。このため、内部流路１３の内周面にも凹凸が形成されることになり、乱流が生じることから、流体と壁との間での熱伝達も促進され、熱交換効率が向上する。
【００２７】
前述したろう付けによる接合を確実にするには、扁平面２ａにおける平面部分の占有比率は大きい方が良いが、この乱流による熱交換効率の向上のためには、溝１４による凹凸が大きい方が好ましく、このため、平面部分の占有比率は４０％以上で、かつ９５％以下とするのが好ましい。
【００２８】
このように、この熱交換器１は、溝１４の形成により残る平面部分が扁平チューブ２の幅に対して４０％以上９５％以下の占有比率で形成されていることにより、扁平チューブ２とフィン３とが十分な接合面積で接合して、両者の間で速やかに熱伝達されるとともに、扁平チューブ２の内部流路１３及び扁平チューブ２の外表面で乱流が生じて熱伝達が促進され、熱交換効率を高めることができる。
【実施例】
【００２９】
扁平チューブとして、アルミニウム合金の押出成形により、幅１５ｍｍ、高さ１．５ｍｍ、内部流路が２０個のものを作製し、その扁平面に溝を加工しないでフラットのままとしたもの、及び長手方向に沿って蛇行して延びる正弦波形状の溝を平行に形成したものを作製した。その場合、各溝の幅、本数を変えることにより、溝以外に残る平面部分の占有率を３５％から溝を有しない１００％のものまでの複数種を作製し、熱交換量を測定した。
【００３０】
熱交換量の測定においては、図８に示すように、風洞３１内に熱交換器３２を設置して、風洞３１内の空気の全量が熱交換器３２内のフィンを通過するように制御した。また、扁平チューブ内に流通される流体としては、コンプレッサー３３、レギュレータ３４を経由した冷媒を供給し、一方、フィンにはシロッコファン３６によって１０ｍ／秒の風速で空気を流通させた。そして、扁平チューブ内を流通する冷媒については、ヘッダ入り口温度（Ｔ１）とヘッダ出口温度（Ｔ２）とを圧力一定の条件で測定し、フィンを流通する空気のフィン流入温度（Ｔ３）とフィンを通過した後の温度（Ｔ４）とを測定した。
【００３１】
これらの測定結果から、温度効率η＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｔ１−Ｔ３）を算出し、溝により残る平面部分の占有率との関係を調べた。
その結果を図９にグラフとして示す。
【００３２】
この図９に示されるように、溝により残る平面部分の占有率が８０％弱の付近で温度効率ηが最高値となり、それより占有率が低くても高くても、いずれも温度効率ηは低下する結果となり、その占有率が４０％以上９５％以下であれば、温度効率ηも４０％以上とすることができることがわかった。また、ろう付け部に接合不良も認められなかった。
【００３３】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、フィンを山折り及び谷折りのＶ字状の折り返し部を平面部で連続させた構成としたが、折り返し部をクランク状に屈曲させることにより、複数の平面部を連続させた形状とし、そのクランク状の折り返し部に形成される平面部を扁平チューブにろう付けするようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  熱交換器
２  扁平チューブ
２ａ  扁平面
３  フィン
４，５  ヘッダ
１１  周壁
１２  仕切り壁
１３  内部流路
１４  溝
１５  平坦部
１６  孔
２１  折り返し部
２２  平面部
２３  突出部
【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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