(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に複数の列状に配置されていると共に、長手方向に延長された多数の流体通路（１１０、１２０）が、押出成形で形成された多孔の熱交換用チューブであって、
前記厚み方向で互いに隣り合う前記流体通路（１１０、１２０）が、幅方向にずらして配置されており、前記流体通路（１１０、１２０）は、幅方向の断面を略三角形状または略菱形状に形成されていると共に、前記厚み方向で互いに隣り合う前記流体通路（１１０、１２０）の対向する各辺部（Ｈ）を略平行にして配置されていることを特徴とする熱交換用チューブ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱交換用チューブ（１００）の前記流体通路（１１０、１２０）を、低圧の第１流体が流通する第１流体通路（１１０）と高圧の第２流体が流通する第２流体通路（１２０）とにより構成し、前記第１、第２流体通路（１１０、１２０）に前記第１、第２流体をそれぞれ流通させて熱交換を行わせる熱交換器であって、
前記第１流体通路（１１０）の各孔面積を、前記第２流体通路（１２０）の各孔面積よりも大きくしたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、押出成形で形成され、多数の流体通路を厚み方向に複数の列状に配置した熱交換用チューブ及び熱交換器に関するもので、その複数列の流体通路に第１流体と第２流体とを流通させて熱交換を行わせるのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開平５−１９６３７７号公報において、１列に角孔の並んだ押出チューブを積層した構造の熱交換器や、多数の角孔を３列に配置した多孔の押出チューブからなる熱交換器が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の従来技術で、１列に角孔の並んだ押出チューブを積層したものでは、部品点数や加工工数のうえで複数列を一体で押出成形したものに劣るうえ、チューブ間のろう付け面がボイド等で完全密着しにくいことより熱伝達効率が悪い。
【０００４】
また、多数の角孔を３列に配置したチューブを押出成形で形成したものでは、現実的にチューブの厚み方向よりアルミニウム等の素材を列間の仕切り部分、つまり各角孔の間を埋める隔壁部分が充分に形成されるまで流し込むことは困難であり、現状では実現が難しい。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、成形性を向上させて厚み方向に多数の孔を複数の列状に配置した熱交換用チューブを押出成形可能なものとし、高性能で低コストな熱交換用チューブ及び熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の技術的手段を採用する。請求項１記載の発明では、厚み方向に複数の列状に配置されていると共に、長手方向に延長された多数の流体通路（１１０、１２０）が、押出成形で形成された多孔の熱交換用チューブであって、
厚み方向で互いに隣り合う流体通路（１１０、１２０）が、幅方向にずらして配置されており、流体通路（１１０、１２０）は、幅方向の断面を略三角形状または略菱形状に形成されていると共に、厚み方向で互いに隣り合う流体通路（１１０、１２０）の対向する各辺部（Ｈ）を略平行にして配置されていることを特徴とする。
【０００７】
これは、図５（ａ）の従来形状、つまり厚み方向で互いに隣り合う角孔が幅方向で完全に重なるように配置したチューブを押出成形で形成する場合、幅方向で各角孔の間からチューブの厚み方向中心へ侵入した素材が中央で突き合うと、今度は９０度方向を変えて幅方向（図では左右方向）に向かって充分流れないと、厚み方向中央の仕切り部分Ｓを形成するができない。
【０００８】
これに対して図５（ｂ）に示すように、本発明では幅方向で各流体通路（１１０、１２０）の間からチューブの厚み方向中心へ素材が流れ込むと、隣り合う流体通路（１１０、１２０）が幅方向にずらして配置されていることにより、僅かに幅方向に回り込むだけですぐに中央部で突き合わさって各流体通路（１１０、１２０）間の仕切り部分が容易に形成される。さらに、流体通路（１１０、１２０）の間を素材が流れ易いよう平行な辺部Ｈで構成することにより、流体通路（１１０、１２０）間の仕切り部分が容易に形成されるため、略円形状以外の形状でも押出成形することが可能となる。これらにより、チューブの成形性が向上し、多数の孔を複数の列状に配置した多孔チューブを押出成形することが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の熱交換用チューブ（１００）の流体通路（１１０、１２０）を、低圧の第１流体が流通する第１流体通路（１１０）と高圧の第２流体が流通する第２流体通路（１２０）とにより構成し、第１、第２流体通路（１１０、１２０）に第１、第２流体をそれぞれ流通させて熱交換を行わせる熱交換器であって、
第１流体通路（１１０）の各孔面積を、第２流体通路（１２０）の各孔面積よりも大きくしたことを特徴とする。
【００１３】
これは、列毎に異なる圧力の流体を流す場合、従来技術にあるように同じ大きさの流体通路では低圧側の流速の方が速くなるため、低圧側での圧力損失が大きくなるうえ、熱交換効率も悪くなる。そのため、流体の圧力差と密度差に応じて低圧側の各孔面積を大きくするものである。
【００１４】
これにより、低圧側の第１流体通路（１１０）の圧力損失が小さくなる。また、低圧側の第１流体通路（１１０）と高圧側の第２流体通路（１２０）との流速が略等しくなることより熱交換性能が向上する。
【００１６】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態における冷凍サイクルの模式図である。冷媒を、コンプレッサで圧縮し、ガスクーラ（コンデンサ）で凝縮させ、膨張弁で減圧し、エバポレータで蒸発させる通常の冷凍サイクルに加え、エバポレータ下流の低温低圧冷媒とガスクーラ下流の高温高圧冷媒とを熱交換させる内部熱交換器（内部ＨＥ）を備えており、その内部熱交換器の熱交換用チューブに本発明の熱交換用チューブ（多孔流体チューブ）を用いたものである。
【００１９】
図２は、その本発明の熱交換用チューブの断面図であり、図３にそのチューブを用いた熱交換器の構造を示す断面模式図と、図４にその熱交換器の平面図（ａ）と、側面図（ｂ）を示す。
【００２０】
熱交換用チューブ１００は、図２に示すように断面が偏平状であり、そこに第１流体が流れる複数の第１流体通路１１０の列と、第２流体が流れる複数の第２流体通路１２０の列とを一体に、アルミニウム材の押出成形で形成したものである。そして両端に、図３に示すような複数の第１流体通路１１０の開口部１１０ａと、複数の第２流体通路１２０の開口部１２０ａを有している。
【００２１】
そして、図３、図４に示すように、第１流体通路１１０の長さが第２流体通路１２０の長さより短くなるよう両端を削り込むことにより、熱交換用チューブ１００の両端には、流路方向（図３の左右方向）に延びる第２流体通路１２０の突出部１２１ａを備え、これにより、開口部１２０ａは開口部１１０ａより流路方向の外側に配置されている。
【００２２】
２００は、第１ヘッダパイプ２１０、及び第１ヘッダパイプ２１０の内部に配置される第２ヘッダパイプ２２０から構成される二重管であり、熱交換用チューブ１００の流体流れの両端にそれぞれ配置されている。
【００２３】
第１ヘッダパイプ２１０は、軸方向に２分割された、上下方向に延びる円筒形状のアルミニウム製の上部パイプ（第１パイプ）２１１と、下部パイプ（第２パイプ）２１２とから構成されている。上部パイプ２１１の下端部には直径方向に拡管された挿入部２１１ａが備えられている。
【００２４】
そして、第１ヘッダパイプ２１０の円筒面に長穴が開口するように、上部パイプ２１１の円筒面には長穴の上半分の穴２１１ｂが設けられ、下部パイプ２１２の円筒面には長穴の下半分の穴２１２ａが設けられている。
【００２５】
第２ヘッダパイプ２２０は、アルミニウム製の上下方向に延びる円筒形状であり、第１ヘッダパイプ２１０より細径である。そして、第２ヘッダパイプ２２０の円筒面には、第１ヘッダパイプの長穴２１１ｂ、２１２ａと長径が同じ長さである長穴２２０ａが設けられている。また、第２ヘッダパイプ２２０の上端部はアルミニウム製のキャップ２３０をろう付けすることにより閉塞されている。
【００２６】
そして、第２ヘッダパイプ２２０の下端部に、第２ヘッダパイプ２２０の内径と同じ内径のユニオン３００を配置した後、下部パイプ２１２をユニオン３００に配置する。その際、第２ヘッダパイプ２２０と下部パイプ２１２との間に図示しないスペーサを配置して、下部パイプ２１２をユニオン３００と同心に位置決めする。
【００２７】
次に、図３、図４に示すように、熱交換用チューブ１００は、下部パイプ２１２の長穴２１２ａに挿入されるとともに、第２流体通路１２０の突出部１２１ａは、第２ヘッダパイプ２２０の長穴２２０ａに挿入される。そして、熱交換用チューブ１００に上部パイプ２１１の長穴２１１ｂを嵌合させると共に、下部パイプ２１２の上端部に上部パイプ２１１の挿入部２１１ａを挿入する。
【００２８】
そして、図４（ａ）に示すように、３つのスペーサ２４０を、第２ヘッダパイプ２２０と上部パイプ２１１との間に配置して、上部パイプ２１１を半径方向に固定した後、上部パイプ２１１の上端部に、上部パイプ２１１の内径と同じ内径のユニオン３１０を配置する。尚、以上により構成された二重管２００は、ろう付け用加熱炉内に搬入されて、一体ろう付けされる。
【００２９】
以上のように二重管２００が構成されることにより、第１、第２ヘッダパイプ２１０、２２０の間には外側流路２１３が形成され、第１ヘッダパイプ内部には内側流路２２１が形成される。そして、上端部のユニオン３１０は外側流路２１３とのみ連通し、下端部のユニオン３００は内側流路２２１とのみ連通する。また、第１流体通路１１０の開口部１１０ａは外側流路２１３に連通し、第２流体通路１２０の開口部１２０ａは内側流路２２１に連通する。
【００３０】
以上の構成において本実施形態の第１、第２流体の流れ経路を説明すると、第１流体は、図４中の矢印に示すように、ユニオン３１０から外側流路２１３へ流入して、第１流体通路１１０の一方の開口部１１０ａに分配される。そして、第１流体通路１１０を水平方向に流れ、他方の開口部１１０ａから外側流路２１３に流れて集合され、矢印に示すように、ユニオン３１０から流出する。
【００３１】
また、第２流体は、図４中の矢印に示すように、ユニオン３００から内側流路２２１へ流入して、第２流体通路１２０の一方の開口部１２０ａに分配される。そして、第２流体通路１２０を水平方向に流れ、他方の開口部１２０ａから内側流路２２１に流れて集合され、矢印に示すように、ユニオン３００から流出する。よって、図３の矢印に示すように、第１流体の流れと第２流体の流れは対向流である。
【００３２】
尚、本実施形態の内部熱交換器は、例えばＨＦＣ１３４ａやＣＯ2等の冷媒同士の熱交換に適用されており、第１流体はエバポレータ下流の低温低圧冷媒、第２流体はガスクーラ下流の高温高圧冷媒である。よって、第１ヘッダパイプ２１０に比べて第２ヘッダパイプ２２０の方が内部流体の圧力に対する耐圧が大きいので、高圧の第２流体を内側流路２２１に流している。
【００３３】
次に、本実施形態での特徴を述べる。
【００３４】
まず、熱交換用チューブ１００の厚み方向で互いに隣り合う流体通路１１０、１２０を幅方向にずらして千鳥配置としている。これにより、アルミニウム等の素材においても僅かに幅方向に回り込むだけですぐに中央部で突き合わさって列間の仕切り部分が容易に形成できるようになった。このことからチューブの成形性が向上し、多数の孔を複数の列状に配置した多孔チューブを押出成形することが可能となった。
【００３５】
また、各流体通路１１０、１２０の幅方向の断面を略円形状に形成し、厚み方向で互いに隣り合う流体通路１１０、１２０の中心を、幅方向にずらして配置している。これにより、更に素材の流れ性が向上し、押出成形が容易となる。また、各流体通路１１０、１２０の耐圧性が向上する。
【００３６】
また、流体通路１１０、１２０を、低圧の第１流体が流通する第１流体通路１１０と高圧の第２流体が流通する第２流体通路１２０として、その第１、第２流体通路１１０、１２０に第１、第２流体をそれぞれ流通させて熱交換を行わせる熱交換器としたうえ、第１流体通路１１０の総通路面積を、第２流体通路１２０の総通路面積よりも大きくしている。
【００３７】
これにより、低圧側の第１流体通路１１０の圧力損失が小さくなる。また、低圧側の第１流体通路１１０と高圧側の第２流体通路１２０との流速が略等しくなることより熱交換性能が向上する。
【００３８】
また、第１流体通路１１０の各孔面積を、第２流体通路１２０の各孔面積よりも大きくしている。これにより、低圧側の第１流体通路１１０の総面積を高圧側の第２流体通路１２０の総面積よりも大きくしている。
【００３９】
（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態における熱交換用チューブ１００の断面図である。（ａ）では流体通路１１０、１２０を幅方向の断面で略三角形状とし、（ｂ）では略菱形状に形成している。第１実施形態と同様に、熱交換用チューブ１００の厚み方向で互いに隣り合う流体通路１１０、１２０を幅方向にずらして千鳥配置としている。
【００４０】
そのうえ、厚み方向で互いに隣り合う流体通路１１０、１２０の略三角形状や略菱形状の頂点Ｐを厚み方向で対向する向きとして、厚み方向で互いに隣り合う流体通路１１０、１２０の対向する各辺部Ｈを略平行に配置している。これにより、流体通路１１０、１２０の中央部へ素材が流れ易いよう平行な辺部Ｈで構成することにより、流体通路１１０、１２０間の仕切り部分が容易に形成されるため、略円形状以外の形状でも押出成形することが可能となる。
【００４１】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態における熱交換用チューブ１００の断面図である。各流体通路１１０、１２０は同じ大きさであるが、偏平な断面に３列形成している。そして、中央の列に高圧側の第２流体通路１２０を割り当て、その両側の２列に低圧側の第１流体通路１１０を割り当てている。
【００４２】
また、第１、第２実施形態での流体通路１１０、１２０は、幅方向でずらしてあっても厚み方向で見ると重なる部分を持った配置であるが、本実施形態では厚み方向で隣り合った各流体通路１１０、１２０同士は略重ならない配置としている。
【００４３】
押出成型時は、幅方向で流体通路１１０の間からチューブの厚み方向中心へ素材が流れ込むと、隣り合う流体通路１１０、１２０が幅方向にずらして配置されいることにより、僅かに幅方向に回り込むだけですぐに中央部Ｏで突き合わさって各流体通路１１０、１２０間の仕切り部分が容易に形成される。
【００４４】
図８は、そのチューブを用いた熱交換器の構造を示す断面模式図である。両側面の第１流体通路１１０の開口部１１０ａを外側流路２１３にそれぞれ連通させ、第２流体通路１２０の開口部１２０ａを内側流路２２１にそれぞれ連通させており、これにより、低圧側の第１流体通路１１０の総面積を高圧側の第２流体通路１２０の総面積よりも大きくしている。
【００４５】
（その他の実施形態）
本発明は、上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。上述の実施形態では、冷媒同士を熱交換させているが、例えば給湯器の水熱交換器等で水と冷媒との熱交換に適用しても良い。また、上述の実施形態では、第１流体の流れと第２流体の流れは対向流であるが、平行流にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態における冷凍サイクルの模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態における熱交換用チューブの断面図である。
【図３】第１実施形態における熱交換器の構造を示す断面模式図である。
【図４】第１実施形態の熱交換器を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】（ａ）は従来、（ｂ）は本発明の熱交換用チューブの部分拡大断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）とも本発明の第２実施形態における熱交換用チューブの断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態における熱交換用チューブの断面図である。
【図８】第３実施形態における熱交換器の構造を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１００  熱交換用チューブ
１１０  低圧冷媒通路（第１流体通路）
１２０  高圧冷媒通路（第２流体通路）
Ｈ  対向する辺部
【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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