(57)【要約】熱交換器は、平行配置された第１および第２のセットのチューブを備えている。第１のセットのチューブは、第１の弓形経路に沿って延在し、第２のセットのチューブは、第２の弓形経路に沿って延在する。第２のセットのチューブの各々は、共通平面において、第１のセットのチューブの対応するチューブと整合する。波形フィンセグメントが、隣接するチューブ同士の間の空間に配置され、波形フィンセグメントの頂部および谷部が、チューブの幅広平坦側面に接合される。この熱交換器の製造において、波形フィンセグメントの材料は、チューブ同士の間に波形フィンセグメントを配置する前に、断続的に切り込みを入れられて破壊点を形成する。【選択図】図１
2017516660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の製造方法であって、
シート材料に長手方向に切り込みを入れて、離間した複数の接続点のところで前記長手方向に沿って一緒に接合される第１の部分および第２の部分を形成する工程と、
前記シート材料を成形して、蛇行するひだを形成する工程と、
前記成形されたシート材料を複数のフィンセグメントに分離する工程と
を備え、
前記フィンセグメントの各々は、複数の前記ひだと、１つ以上の前記接続点と、を有し、
前記方法は、さらに、平坦チューブの列同士の間に前記フィンセグメントを交互に配置して、コア積層体を形成する工程を備え、
前記列の各々は、第１のチューブ長と、第２のチューブ長と、を並んだ関係で備え、
前記方法は、さらに、前記配置されたフィンセグメントと平坦チューブとをろう付けして、一体型熱交換器コアを形成する工程を備え、
前記フィンセグメントの各々の前記第１の部分における前記ひだの頂部および谷部が、第１の隣接する列における前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの一方と、第２の隣接する列における前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの一方と、に接合され、
前記フィンセグメントの各々の前記第２の部分における前記ひだの頂部および谷部が、前記第１の隣接する列における前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの他方と、前記第２の隣接する列における前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの他方と、に接合され、
前記方法は、さらに、前記一体型熱交換器コアを、径方向を有する弓状形状に曲げる工程を備え、その結果、各列の前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの一方は、各列の前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長のうちの他方の径方向内側に配置され、
前記一体型熱交換器コアの曲げによって、各フィンセグメントの前記接続点のうちの少なくとも１つを分断する
熱交換器の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
さらに、ろう付け前に、前記コア積層体の一方側で、平坦チューブの各列の前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長の端部にコモンヘッダを組み付ける工程を備える
方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、
各列の前記第１のチューブ長および前記第２のチューブ長の各々は、個々のチューブである
方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、
さらに、ろう付け前に、
前記コア積層体の一方側で、各列の前記第１のチューブ長の端部に第１のヘッダを組み付ける工程と、
前記コア積層体の前記一方側で、各列の前記第２のチューブ長の端部に第２のヘッダを組み付ける工程と
を備える方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法であって、
前記一体型熱交換器コアを曲げる工程は、前記第２のヘッダに対して前記第１のヘッダを変位させる
方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
前記シート材料に切り込みを入れる工程は、前記シートから材料を取り除かない
方法。
【請求項７】
熱交換器の製造方法であって、
第１のチューブと第２のチューブとを配列して、第１列のチューブを形成する工程を備え、
前記第１のチューブおよび前記第２のチューブの対応する幅広平坦側面は、共通平面において整合され、
前記方法は、さらに、第３のチューブと第４のチューブとを配列して、前記第１列のチューブに平行、かつ、該第１列のチューブからオフセットされた第２列のチューブを形成する工程を備え、
前記第３のチューブおよび前記第２のチューブの対応する幅広平坦側面は、共通平面において整合され、
前記第１のチューブおよび前記第３のチューブは、整合されて、第１コラムのチューブを形成し、
前記第２のチューブおよび前記第４のチューブは、整合されて、第２コラムのチューブを形成し、
前記方法は、さらに、
前記第１列のチューブと前記第２列のチューブとの間に波形フィンセグメントを配置する工程と、
前記波形フィンセグメントの前記ひだの頂部および谷部を、前記第１、第２、第３および第４のチューブの各々の幅広平坦側面にろう付けする工程と、
前記ろう付けされたチューブとフィンセグメントとを、前記チューブの前記幅広平坦側面に対して直行する方向に整合する軸線を有する弓状形状に曲げる工程と
を備え、
前記波形フィンセグメントは、前記曲げによって、前記第１のチューブおよび前記第３のチューブに接合される第１の部分と、前記第２のチューブおよび前記第４のチューブに接合される第２の部分と、にすることによって、少なくとも部分的に分離される
方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法であって、
前記曲げ工程は、前記第１および第３のチューブのための第１の曲げ半径と、前記第２および第４のチューブのための第２の曲げ半径と、を提供し、
前記第１の曲げ半径は、前記第２の曲げ半径よりも小さい
方法。
【請求項９】
請求項６に記載の方法であって、
前記第１の部分の少なくとも一部分は、前記第２の部分に対して変位される
方法。
【請求項１０】
請求項７に記載の方法であって、
さらに、前記第１列のチューブと前記第２列のチューブとの間に前記波形フィンセグメントを配置する前に、前記波形フィンセグメントの材料に断続的に切り込みを入れて、破壊点を形成する工程を備える方法。
【請求項１１】
請求項７に記載の方法であって、
前記第１および第３のチューブの第１の端部を第１のヘッダに接合する工程と、
前記第２および第４のチューブの第１の端部を第２のヘッダに接合する工程と、
前記第１，第２、第３および第４のチューブの第２の端部を第３のヘッダに接合する工程と
をさらに備える方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の方法であって、
前記チューブを前記ヘッダに接合することは、前記波形フィンセグメントの前記ひだの頂部および谷部を前記第１、第２、第３および第４のチューブの各々の幅広平坦側面にろう付けする工程と同時に行われる
方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載の方法であって、
前記ろう付けされたチューブおよびフィンセグメントを曲げることによって、前記第２のヘッダに対して前記第１のヘッダが変位される
方法。
【請求項１４】
熱交換器であって、
第１の弓状経路に沿って延在する平行に配置された第１の複数のチューブであって、該平行に配置された第１の複数のチューブの各々が該第１の複数のチューブを通って延在する１つ以上の流体導管を有する第１の複数のチューブと、
第２の弓状経路に沿って延在する平行に配置された第２の複数のチューブであって、該平行に配置された第２の複数のチューブの各々が該第２の複数のチューブを通って延在する１つ以上の流体導管を有する第２の複数のチューブと
を備え、
前記平行に配置された第２の複数のチューブの各々は、前記平行に配置された第１の複数のチューブのうちの対応するチューブと共通平面において整合され、
前記熱交換器は、さらに、前記平行に配置されたチューブのうちの隣接するチューブ同士の間の空間に配置される複数の波形フィンセグメントを備え、
前記波形フィンセグメントの各々は、前記平行に配置された第１の複数のチューブの幅広平坦側面に接合される交互配置された頂部と谷部とを接続する第１の一連の側部と、前記平行に配置された第２の複数のチューブの幅広平坦側面に接合される交互配置された頂部と谷部とを接続する第２の一連の側部と、を有し、
前記熱交換器は、さらに、前記平行配置された第２の複数のチューブの各々の前記１つ以上の流体導管と、前記平行配置された第１の複数のチューブのうちの対応するチューブの各々の前記１つ以上の流体導管と、を流体的に接合するコモンヘッダを備える
熱交換器。
【請求項１５】
請求項１４に記載の熱交換器であって、
各波形フィンセグメントの前記第１の一連の側部は、前記波形フィンセグメントの少なくとも大部分にわたって、該波形フィンセグメントの前記第２の一連の側部から接続解除される
熱交換器。
【請求項１６】
請求項１４に記載の熱交換器であって、
前記第１の弓状経路は、第１の軸線と第１の半径とを形成し、
前記第２の弓状経路は、第２の軸線と第２の半径とを形成し、
前記第２の軸線は、前記第１の軸線と整合され、
前記第２の半径は、前記第１の半径と等しくない
熱交換器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の熱交換器であって、
前記平行配置された第１の複数のチューブの端部に接合される第１の入口／出口ヘッダと、前記平行配置された第２の複数のチューブの端部に接合される第２の入口／出口ヘッダと、をさらに備える熱交換器。
【請求項１８】
請求項１７に記載の熱交換器であって、
前記第１の入口／出口ヘッダの図心軸線、前記第２の入口／出口ヘッダの図心軸線、および、前記整合された第１および第２の軸線は、共通平面におよそ配置されている
熱交換器。
【請求項１９】
請求項１７に記載の熱交換器であって、
前記第２の半径は、前記第１の半径よりも大きく、
前記第２の入口／出口ヘッダのすぐ隣に隣接する前記平行配置された第２の複数のチューブの一領域には、交互配置された頂部と谷部とを接続する前記第２の一連の側部がない
熱交換器。
【請求項２０】
請求項１４に記載の熱交換器であって、
前記波形フィンセグメントは、コア深さを形成し、
前記第１および第２の弓状経路は、第１および第２の曲げ半径を形成し、
前記第１および第２の曲げ半径の各々は、前記コア深さの１０倍以下である
熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［0001］本願は、２０１４年３月２８日に出願された米国特許出願第６１／９７１，６１４号の優先権を主張し、その内容の全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
［0002］本発明は、熱交換器および熱交換器の製造方法に関し、より詳細には、湾曲型熱交換器または非平面型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００３】
［0003］いくつかある用途のうち、冷却および／または空調および／または暖房のために、通常、蒸気圧縮システムが使用される。典型的な蒸気圧縮システムでは、温度および／または湿気が制御された環境、または、制御されていない周囲環境との間で熱エネルギーを出し入れするために、冷媒（作動流体と称されることもある）が連続的な熱力学サイクルを通じて循環される。そのような蒸気圧縮システムは、それらの実施において変わり得るが、ほとんどの場合、蒸発器として動作する少なくとも１つの熱交換器と、凝縮器として動作する少なくとも１つの他の熱交換器と、を備えている。
【０００４】
［0004］上述した種類のシステムでは、典型的には、冷媒が、蒸気乾き度が比較的低いサブクール液または部分的に蒸気化された２相流体である熱力学的状態（すなわち、圧力およびエンタルピー状態）で、冷媒は蒸発器に入る。熱エネルギーは、蒸発器を通って移動する際に、冷媒内に方向付けられ、その結果、比較的高い蒸気乾き度の部分的に蒸気化された２相流体、または、過熱蒸気として、冷媒は蒸発器を出る。
【０００５】
［0005］このシステムにおける他の場所では、冷媒は、典型的には蒸発器の作動圧力よりも高圧で、過熱蒸気として凝縮器に入る。熱エネルギーは、凝縮器を通って移動する際に冷媒から放出され、その結果、冷媒は、少なくとも部分的に凝縮された状態で凝縮器を出る。ほとんどの場合、冷媒は、完全に凝縮されたサブクール液として凝縮器を出る。
【０００６】
［0006］いくつかの蒸気圧縮システムは、逆ヒートポンプシステムであり、空調モード（例えば、制御されていない周囲環境の温度が、制御された環境の所望の温度よりも高いとき）、または、ヒートポンプモード（例えば、制御されていない周囲環境の温度が、制御された環境の所望の温度よりも低いとき）で動作することができる。そのようなシステムは、１つのモードでは蒸発器として動作し、他のモードでは凝縮器として動作することができる熱交換器を必要とすることがある。
【０００７】
［0007］そのようなシステムにおいて、凝縮器および／または蒸発器として動作する熱交換器は、非平面形状、特に、湾曲形状または弓形形状を有することが望ましい場合がある。そのような目的で、冷媒熱交換器が、略平面形状に構築され、その後、湾曲形状に曲げられるか成形されることが公知である。しかしながら、熱交換器にダメージを与えることなく、そのような変形を行うことは、問題となる場合が有り、また、通常、単一コラムのチューブを有する熱交換器、および／または、コア深さ寸法が小さい熱交換器、および／または、湾曲の径が特に大きい熱交換器に限定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［0008］本発明の一実施形態によれば、熱交換器の製造方法は、シート材料に切り込みを入れて、第１の部分と第２の部分とを形成する工程と、前記シート材料を成形して、蛇行ひだを形成する工程と、成形されたシート材料を複数のフィンセグメントに分離する工程と、を備えている。第１の部分と第２の部分とは、離間した接続点のところで一緒に接合される。フィンセグメントの各々は、１つ以上の接続点を備えている。フィンセグメントは、平坦チューブの列間に交互に配列されて、コア積層体を形成する。コア積層体は、ろう付けされて、一体的な熱交換器コアを形成する。熱交換器コアは、各列の第１および第２のチューブ長のうちの一方が、他方の径方向内側に位置するように、径方向を有する弓形形状に曲げられる。熱交換器コアを曲げることによって、各フィンセグメントの接続点のうちの少なくとも１つが分断される。
【０００９】
［0009］本発明の他の実施形態によれば、熱交換器の製造方法は、第１のチューブと第２のチューブとを配列して、第１列のチューブを形成する工程と、第３のチューブと第４のチューブとを配列して、第１列のチューブと平行かつ第１列のチューブからオフセットされた第２列のチューブを形成する工程と、を備えている。各列におけるチューブの対応する幅広平坦側面は、共通平面において整合され、第１のチューブおよび第３のチューブは、整合されて、第１コラムのチューブを形成し、第２のチューブおよび第４のチューブは、整合されて、第２コラムのチューブを形成する。波形フィンセグメントが、第１列のチューブと第２列のチューブとの間に配置され、波形フィンセグメントのひだの頂部および谷部が、第１，第２，第３および第４のチューブの各々の幅広平坦側面にろう付けされる。ろう付けされたチューブおよびフィンセグメントは、チューブの幅広平坦側面に直行する方向に整合する軸線を有する弓形形状に曲げられ、この曲げによって、波形フィンセグメントが、第１および第３のチューブに接合された第１の部分と、第２および第４のチューブに接合された第２の部分と、に少なくとも部分的に分離される。
【００１０】
［0010］いくつかの実施形態では、第１および第３のチューブは、曲げられて、第１の曲げ半径を形成し、第２のおよび第４のチューブは、曲げられて、第２の曲げ半径を形成する。第２の曲げ半径は、第１の曲げ半径よりも大きい。いくつかの実施形態では、波形フィンセグメントの材料は、第１列のチューブと第２列のチューブとの間に波形フィンセグメントを配置する前に、断続的に切り込みを入れられ、破壊点を形成する。
【００１１】
［0011］本発明の他の実施形態によれば、熱交換器は、平行に配置された第１および第２のセットのチューブを備えている。第１のセットのチューブは、第１の弓形経路に沿って延在し、第２のセットのチューブは、第２の弓形経路に沿って延在する。第２のセットのチューブの各々は、共通平面において、第１のセットのチューブのうちの対応するチューブと整合される。波形フィンセグメントは、隣接するチューブ同士の間の空間に配置され、波形フィンセグメントの頂部および谷部は、チューブの幅広平坦面に接合される。チューブの各々は、チューブを通って延在する１つ以上の流体導管を有している。コモンヘッダが、第２のセットのチューブの各々の流体導管と、第１のセットのチューブのうちの対応するチューブの流体導管と、を流体的に接合する。
【００１２】
［0012］いくつかの実施形態では、波形フィンセグメントは、第１のセットのチューブに接合された谷部と頂部とを接続する第１の一連の側部と、第２のセットのチューブに接合された谷部と頂部とを接続する第２の一連の側部と、を備えている。波形フィンセグメントの各々の第１の一連の側部は、フィンセグメントの少なくとも大部分にわたって、波形フィンセグメントの第２の一連の側部から接続解除される。
【００１３】
［0013］いくつかの実施形態では、第１の弓形経路は、第１の軸線と第１の半径とを形成し、第２の弓形経路は、第２の軸線と第２の半径とを形成し、第２の軸線は、第１の軸線と整合され、第２の半径は、第１の半径と等しくない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】［0014］本発明の一実施形態による熱交換器の斜視図である。
【図２】［0015］図１の熱交換器の一部分の部分斜視図であり、分かりやすくするためにいくつかの部品が取り除かれている。
【図３】［0016］未完成状態の図１の熱交換器の斜視図である。
【図４】［0017］図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った部分図である。
【図５】［0018］図３のＶ−Ｖ部分の詳細図である。
【図６】［0019］本発明の一実施形態によるフィンロール工程の図である。
【図７】［0020］成形工程を経ていない本発明の一実施形態による図１の熱交換器の平面図である。
【図８】［0021］成形工程を経ていない本発明の代替実施形態による熱交換器の平面図である。
【図９】［0022］本発明の代替実施形態による熱交換器の一部分の部分斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［0023］本発明の実施形態を詳細に説明する前に、その用途において、本発明は次の説明に記載されるか添付図面に図示された構造の詳細および構成要素の配置に限定されるものではないことが理解されるべきである。本発明は、他の実施形態であることができ、様々な態様で実践または実施され得る。また、本明細書で使用される用語および専門用語は、説明のためであり、限定として見なされるべきではないことが理解されるべきである。「備えている」（including）、「備えている」（comprising）、「有している」（having）およびその変形の本明細書での使用は、その後に列挙される事項およびその均等物、ならびに、追加的な事項を包含することを意味している。特に特定または限定されない限り、「取り付けられた」、「接続された」、「支持された」、「連結された」といった用語およびその変形は、広い意味で使用され、直接的および非直接的な取り付け、接続、支持、連結を包含する。さらに、「接続された」、「連結された」との用語は、物理的または機械的な接続または連結に制限されない。
【００１６】
［0024］本発明の一実施形態による熱交換器１が図１に示されている。この熱交換器１は、熱交換器１を通って流体を移送するために、複数のチューブ長２を備えている。チューブ長２は、一連の列およびコラムに配列されており、流体の一連かつ平行な流れの組み合わせを可能としている。隣接する列間の構造的接続と、広い熱交換表面積と、の両方を提供するために、波形フィンセグメント３がチューブ長２の隣接する列同士の間に配置されている。熱交換器１は、以下で説明されるように、略弓状形状に形成されている。そのような熱交換器１は、任意の数の熱交換用途での使用を見出すことができ、また、冷媒システムにおける蒸発器もしくは凝縮器またはその両方として特に有用となり得る。
【００１７】
［0025］熱交換器１の一部分のみを容易に参照するために、図２では、チューブ長２および波形フィンセグメント３のうちの選択されたものが視界から隠された状態で示されている。特に、図２は、チューブ長２の２つの列（２９ａおよび２９ｂ）を示しており、列２９ａ，２９ｂの各々は、２つのチューブ長２を備えており、各列からのチューブ長２のうちの一方は、第１のコラム２７に配置されており、各列からのチューブ長２のうちの他方は、第２のコラム２８に配置されている。第１のコラム２７に属するそれらのチューブ長２の端部は、第１の管状ヘッダ６に設けられたスロット１７内に受け入れられ、第２のコラム２８に属するそれらのチューブ長２の端部は、第２の管状ヘッダ７に設けられた同様のスロット１７内に受け入れられる。
【００１８】
［0026］引き続き図２を参照すると、波形フィンセグメント３は、頂部と谷部とが交互配置されることによって接続される比較的平坦な一連の側部を備えている。頂部および谷部は、好ましくは冶金学的接合技術（例えば、ろう付け）によって、チューブ長２の略平坦な幅広側面に接合される。
【００１９】
［0027］熱交換器１の弓状形状によって、熱交換器と、例えば熱交換器チューブの外表面にわたって空気の流れを方向付けるエアムーバと、の間のコンパクトなパッケージング配置を必要とする用途における略平面状の熱交換器を超える利益を提供することができる。ここで、これらのチューブを通って流れる流体と、空気の流れと、の間の熱の効率的な伝達を達成することが望ましい。非限定的な一例として、一般に「ダクトレスミニスプリット」と称されるタイプの冷媒ベースのシステムには、典型的には、コンパクトなパッケージングにおいて、熱交換器を通って略径方向に空気の流れを方向付けるエアムーバが組み入れられる。熱交換器１に弓状プロファイルを提供するとともに、弓状プロファイルのおよそ中心軸線のところにエアムーバを配置することによって、同一の大きさの空間内に、より大きい熱交換表面積を提供することができる。
【００２０】
［0028］図１に戻って参照すると、熱交換器１には、管状ヘッダ６に接合されるとともに管状ヘッダ６に流体連通する第１のポート１５と、管状ヘッダ７に接合されるとともに管状ヘッダ７に流体連通する第２のポート１６と、が設けられている。管状ヘッダ６，７内に受け入れられるチューブ長２の端部と反対側の、チューブ長２の端部を受け入れるコモンヘッダ８が、熱交換器１の端部のところに配置されている。図１の実施形態の例示的なコモンヘッダ８は、２０１１年３月３１日に出願され、本願の出願人に譲渡された同時係属中の米国特許出願第１３／０７６，６０７号においてより詳細に記載されており、その内容の全体は、参照によって本明細書に組み入れられる。コモンヘッダ８は、両コラム２７，２８からチューブ長２の端部を受け入れ、コモン列２９内に入るように配置されたチューブ長２のそれら端部の間における流体連通を提供する。このようにして、単一のコラム２７またはコラム２８に配置されたそれらのチューブ長２は、液圧的に互いに並行に配置され得る。一方、コラム２７，２８自体は、液圧的に互いに直列に配置され得る。
【００２１】
［0029］熱交換器１がシステムに組み立てられると、チューブ長２を通る流体（例えば、冷媒）と、チューブ長２のまわりを通る空気流と、の間の高効率な熱交換が達成され得る。非限定的な一例として、熱交換器１は、ポート１６内に受け入れられることによる空気の流れ、および、比較的低い沸点を有する少なくとも部分的に液体状態の冷媒の流れを冷却および／または除湿するために、冷媒蒸発器として使用され得る。冷媒は、管状ヘッダ７内でコラム２８のチューブ長２まで流通され、そこを通ってコモンヘッダ８まで循環され、冷媒は、コラム２７のチューブ長２まで移送される。その後、冷媒は、コラム２７のそれらのチューブ長を通って管状ヘッダ６まで移動し、冷媒は、収集されて、ポート１５を経由して熱交換器１から取り除かれる。冷媒がチューブ長２を通過する際、その沸点温度をほぼ超える温度の空気が、チューブ長２のまわりに方向付けられ、熱が冷媒内に伝達され、それによって、冷媒を蒸発させつつ、空気が冷却および／または除湿される。冷媒流と空気流とのカウンター・クロス構造によって、単なるクロス流構造を超える、増大された熱伝達効率が提供される。
【００２２】
［0030］他の非限定的な例おして、熱交換器１は、チューブ長２のまわりを通過する空気の流れを加熱するために、比較的高い凝縮温度を有する過熱冷媒蒸気の流れを１つのポート１６内に受け入れて上述したのと同様の態様で熱交換器１を通って冷媒を循環させることによって、空気の流れを加熱するための冷媒凝縮器として使用することができる。いくつかの実施形態では、熱交換器１を１つの動作モードで凝縮器として動作させ、他の動作モードで蒸発器として動作させることが好ましい場合がある。そのような実施形態では、冷媒が、１つの動作モードでポート１６を通って熱交換器１内に受け入れられ、ポート１５を通って取り除かれ、他の動作モードでその逆になることが好ましい場合がある。
【００２３】
［0031］本発明のいくつかの実施形態では、熱交換器１は、平面状熱交換器コア１０（図３に示されている）として最初に成形され、その後、曲げ工程によって図１に示される弓状形状に変形される。平面状熱交換器コア１０は、（例えば）２つのチューブ長２の各々および波形フィンセグメント３の交互配置される列２９にチューブ長２を積層してコア積層体４を形成することによって製造され得る。図４で最も良く分かるように、所与の列２９内のチューブ長２は、チューブ長２の対応する幅広側面２５が同一平面上にあるように配置され、列２９は、チューブ長２がコラム２７，２８内に入るように配置されるように互いに対して配置される。そのようなコラムの各々は、列２９の各々のチューブ長２を収容する。コラム２７，２８の各々には、波形フィンセグメント３が、隣接するチューブ長２同士の間に介在することができるように、隣接するチューブ長２同士の間に空間が設けられる。
【００２４】
［0032］図４は、チューブ長２と波形フィンセグメント３との繰り返し配置を示しており、これらのチューブ長２および波形フィンセグメント３のいくつかの態様をいっそう詳細に説明するために使用される。チューブ長２は、幅狭側面２６によって接合される、対向する幅広平坦側面２５を備えている。幅狭側面２６は、弓状形状であるものとして図示されているが、いくつかの実施形態では、幅狭側面２６は、平面状または、必要に応じた何らかの他の形状であってもよい。幅広平坦側面２５同士を接合するために、内側ウェブ３７が幅狭側面２６同士の間に配置され、それによって、チューブ長２内の内部チャンバが、平行配置された複数の流体導管３０に分割される。ウェブ３７は、さらに、チューブ内の熱伝達率を向上させるようにチューブ長２の内部表面積を増大させることによって、追加的な利益を提供するとともに、幅広平坦側面２５のための構造的支持を提供する。そのようなチューブ長２は、例えば、押し出しプロセスによって製造され得る。チューブ長２内のウェブ３７の数は、熱交換器１の性能を最適化するために変わり得ること、また、いくつかの実施形態では、ウェブ３７は、完全に省略され得ること、および、単一の導管３０が各チューブ長２内に設けられてもよいことが理解されるべきである。
【００２５】
［0033］図４にさらに示されるように、チューブ長２の隣接する列２９同士の間に配置される波形フィンセグメント３は、総コア深さと略等しい幅寸法を有している。幅寸法における略中央位置に沿って、波形フィンセグメント３の各々にスリット１１が設けられる。スリット１１は、第１のコラム２７のチューブ長２に接合される第１のフィン部分１３と、第２のコラム２８のチューブ長２に接合される第２のフィン部分１４と、に波形フィンセグメント３を分割するように機能する。熱交換器１の熱伝達性能をさらに向上させるために、ルーバ３８または他のタイプの公知の乱流（turbulation）増強構造が、図示されるように、波形フィンセグメント３の側部に追加されてもよい。
【００２６】
［0034］接続点１２は、スリット１１に渡され、断続的に離間されて、波形フィンセグメント１３の長さに沿ったいくつかの場所で、第１のフィン部分１３を第２のフィン部分１４に接続している。接続点１２が存在することは、平面状熱交換器１０の組み立て中に波形フィンセグメント３の各々を一体部品として維持するのに役立つ。接続点は、側部、頂部、谷部、または、それらの組み合わせのところで部分１３，１４を接合するように構成され得る。いくつかの好ましい実施形態では、チューブ長２、波形フィンセグメント３、ならびに、オプションとしての管状ヘッダ６，７およびコモンヘッダ８は、すべて、アルミニウム合金から形成され、単一のろう付け工程において一緒に接合されて、一体型の熱交換器コア４が形成される。ベースのアルミニウム合金よりも低温のろう付け合金が、例えば被覆層として、１つ以上の部品に加えられてもよい。ろう付け工程中に、組み立てられた部品は、ろう付け合金が溶融する温度まで加熱され、液体状のろう付け合金は、平面状熱交換器コア１０を冷却した際に、隣接する部分同士間の金属接合を提供するために、隣接する部分同士の接合部のまわりでリフローされ得る。
【００２７】
［0035］平面状熱交換器コア１０が、図７に示されるように、湾曲した熱交換器１の形状に曲げられると、コモンヘッダ８に接合されるチューブ長２のそれらの端部は、それらのもとの互いに整合した状態に維持される。一方、管状ヘッダ６，７は、図示されるように、互いに対して移動する。チューブ長２の第１のコラム２７および第２のコラム２８を、チューブ長２の幅広平坦側面２５に直交する共通軸線９を中心として曲げることによって、第１のコラム２７のそれらのチューブ長２は、第１の径寸法Ｒ１を有する第１の弓状経路３１に沿って形成され、一方、第２のコラム２８のそれらのチューブ長２は、第１の径寸法よりも大きい第２の径寸法Ｒ２を有する第２の弓状経路３２に沿って形成される。その結果、管状ヘッダ６，７の相対位置は、曲げプロセスによって維持されない。
【００２８】
［0036］本発明者は、スリット１１を有していない波形フィンセグメントが使用されて、平面状熱交換器コアが構築される場合、そのような曲げプロセスによって、チューブ長の深刻な座屈が生じ、結果として得られる熱交換器は、使用に適さない状態のままとなることを見出した。これは、波形フィンセグメントの頂部および谷部と、チューブ長の幅広平坦側面と、の間に形成された接合部によって、図７に示されるように熱交換器１の曲げ形状によって求められるような、列２９内でのチューブ長２の相対移動が防止されるからである。しかしながら、スリット１１を有する波形フィンセグメント３が使用される場合、曲げプロセス自体は、接続点１２の少なくとも一部を引き裂くように機能することができ、それによって、フィン部分１３，１４は、チューブ長２が所望の弓状経路３１，３２に追従することができるようにするために、互いに対して移動することができる。このため、接続点１２は、破壊点１２とも称され得る。
【００２９】
［0037］そのようにして曲げ型熱交換器１を構築することによって、湾曲形状または弓状形状を有する熱交換器に関する従来の問題点のいくつかが解決される。１つよりも多い列を有するそのような熱交換器の製造が達成され、その結果、空気の流れに対して並行流または対向流の向きに配置された多数の流体通路を有する湾曲型熱交換器が可能になる。さらに、所与のコア深さについて、より小さな曲率半径を達成することができ、それによって、熱交換器をよりコンパクトな空間にパッケージングすることが容易になる。例示目的として、図７の熱交換器１は、約３０ｍｍのコア深さを有し、弓状経路３１，３２は、それぞれ約２１５ｍｍ、約２３０ｍｍの半径を有する。弓状経路の半径がコア深さの１０倍以下であることが好ましい場合がある。
【００３０】
［0038］いくつかの実施形態では、交互配置されるチューブ長２および波形フィンセグメント３の積層体の先端のところでサイドプレート５を備えることが望ましい場合がある。そのようなサイドプレート５によって、ろう付け工程中に、隣接する面同士の必要不可欠な接触を確実に維持するために、圧縮負荷が積層体に加えられ維持されることが可能になる。平面状熱交換器１０を湾曲型熱交換器１にするための曲げを吸収するために、サイドプレート５には、幅方向における略中央位置のところ（すなわち、第１のコラム２７と第２のコラム２８との間）にサイドプレート５の長さに沿って延在する隙間１８が設けられてもよい。接続点１９（図５で最もよく分かる）が、サイドプレート５の長さに沿っていくつかの位置に設けられてもよく、組み立て中の取り扱いを容易にするために、サイドプレート５の一体性を維持するのに使用されてもよい。次いで、これらの接続点１９は、これらのすぐ隣に隣接する波形フィンセグメント３のフィン部分１３，１４の相対移動を可能にするために、曲げ工程中に引き裂かれてもよい。
【００３１】
［0039］波形フィンセグメント３は、図６に示されるフィンロール工程３９で形成されてもよい。平坦シート２１が、フィン材料２０のロールから巻き出され、一連の工程にわたって進められる。スリット形成位置２２のところで、スリット１１がシート２１に形成される。単なる例示目的として、スリット形成位置２２は、接続点１２が規則的な間隔で生じるようにスリット１１を形成するために、カム駆動される切断ブレードを備えていてもよい。シート２１がスリット形成位置２２を超えて進み続けると、成形位置２３によって、シート２１にひだが形成される。ひだが形成されたシート２１は、最終的に、分離位置２４に到達し、そこでは、連続的なシート２１が、離散的な波形フィンセグメント３に分離される。ルーバ３８（存在する場合）が、成形位置２３の前段、または、成形位置２３内で形成されてもよい。
【００３２】
［0040］いくつかの実施形態では、スリット１１は、スリット形成位置２２において、平坦シート２１の一部分を取り除くことによって形成され得る。その結果、図４に示されるように、何らかの寸法の隙間が、第１のフィン部分１３と第２のフィン部分１４との間に形成される。他の実施形態では、材料を取り除くことなくスリット１１を形成することが有利で好ましい場合が有る。それによって、取り除いた材料を廃棄する必要がなくなり、取り除かれた材料の存在に起因して引っかかりまたは機能不全の装備となる可能性を回避できる。
【００３３】
［0041］平面状熱交換器コア１０’を組み立てて、その後、曲げることによって形成された湾曲型熱交換器１’の代替実施形態が、図８に示されている。平面状熱交換器コア１０’および曲げられた熱交換器１’は、上述した平面状熱交換器コア１０および曲げられた熱交換器１とそれぞれ共通する多数の態様および特徴を有しており、これらの特徴および態様は、図７と同様に符号が付されている。ここでも、平面状熱交換器コア１０’は、チューブ部分２の整合された列と、波形フィンセグメント３の頂部および谷部と、の間に配置された波形フィンセグメント３が、隣接するチューブ長２の幅広平坦側面に接合された状態で、チューブ長２の第１のコラム２７と、チューブ長２の第２のコラム２８と、を備えている。ただし、第２のコラム２８のチューブ長２は、第１のコラム２７のチューブ長２よりも長い。したがって、この第２のコラム２８のチューブ長２は、第２のコラム２８のチューブ長２の両端部に接合された管状ヘッダ７にすぐ隣で隣接するかなり長い非フィン形状領域３４を有している。
【００３４】
［0042］平面状熱交換器コア１０’を曲げて、曲げられた熱交換器１’の形状にする際、２つのコラム２７，２８におけるチューブ部分２の各長さによって、管状ヘッダ６，７の図心軸線は、曲げ軸線９を通る共通平面３３にある。結果として、熱交換器１’を径方向に通る空気の流れに対するヘッダ６，７の遮断効果が最小化され、それによって、そのような空気流の遮断に関連する望ましくない圧力低下も最小化される。
【００３５】
［0043］非フィン形状領域３４の存在によって、さらなる利益が追加的に実現される。いくつかの特定の実施形態では、熱交換器１’は、逆ヒートポンプシステムに使用することができる。そのようなシステムでは、熱交換器１’は、システムが１つの動作モード（例えば、冷却モード）で動作しているときに冷媒蒸発器として動作することができ、他の動作モード（例えば、加熱モード）で冷媒凝縮器として動作することができる。そのようなシステムでは、冷媒の流れは、動作モード間で逆転され、その結果、１つの動作モードでは、冷媒通路は、空気流に対して対向流の向きに配置され、一方、他の動作モードでは、冷媒通路は、並行流の向きで配置される。
【００３６】
［0044］一例として、冷却モードでは、冷媒は、２相冷媒として、管状ヘッダ７を通って熱交換器１に入ることができ、コア４を通る空気から熱を受け取った後、僅かに過熱された冷媒として、管状ヘッダ６を通って熱交換器１から取り除かれることができる。空気は、コア４を通って径方向外向き方向に方向付けられ、最初にフィン部分１３を通り、次いで、フィン部分１４を通る。したがって、空気は、冷媒の上流通路に直面する前に（すなわち、コラム２８のチューブ長２を通って冷媒が移動する際）冷媒の下流通路に直面し（すなわち、コラム２７のチューブ長２を通って冷媒が移動する際）、流れの向きは、一般に、対向流と称される。加熱モードにおいて冷媒の流れが逆転され、冷媒は、過熱冷媒として管状ヘッダ６に入り、空気に対して放熱した後、サブクール液冷媒として管状ヘッダ７を出る。空気は、再び、コアを通って径方向外向き方向に移動し、その結果、加熱モードにおいて、空気は、下流通路に直面する前に、冷媒の上流通路に直面し、流れの向きは、一般に、並行流と称される。
【００３７】
［0045］熱交換器１’が（上述した加熱モードでのように）冷媒凝縮器として動作する場合、冷媒は、まず、過熱蒸気状態から飽和蒸気状態まで要領よく冷却されなければならない。冷媒がその飽和点に到達すると、さらに空気に対して熱を取り除くことによって、冷媒が飽和液まで凝縮され、その後、いくらかの熱がさらに取り除かれて、液体冷媒がサブクールされる。ある程度の量のサブクールを達成することが、システムの全体性能に有益であることが知られている。熱交換器１’におけるチューブ長２の構成によって、冷媒流路の過熱蒸気端およびサブクール液端が互いに隣接して配置される。これによって、コア４の過熱蒸気部分を通る空気の部分（これは、過熱冷媒の上昇した温度に起因して、空気の残りの部分よりも実質的に高い温度まで加熱される）がサブクール液冷媒を運ぶチューブ長２の部分のまわりを直接的に通るという加熱モードでの問題が生じ得る。空気のこの部分は、場合によっては、サブクール液冷媒の温度を超える温度まで加熱されることができ、それによって、冷媒の再加熱およびサブクールのその後の損失が生じ得る。冷媒の過熱戻しが生じる非フィン形状領域３４をコラム２７の部分の真後ろに配置することによって、加熱された空気から、非フィン形状領域３４におけるチューブ長２の部分を通るサブクール冷媒への、この好ましくない熱伝達が生じることが効率的に阻止される。
【００３８】
［0046］図９は、本発明による熱交換器のさらに別の実施形態を示している。図９の平面状熱交換器コア１０’’も、上述した平面状熱交換器コア１０と共通する多数の態様および特徴を有しており、それらの特徴および態様は、同様に符号が付されている。平面状熱交換器コア１０とは対照的に、熱交換器コア１０’’は、コモンヘッダ８を備えることなく構成されている。その代わりに、単一の列２９をなすチューブ長２は、単一の長いチューブ３５の両方の部分である。チューブ３５の各々における折り畳まれた戻りベンド３６によって、チューブ３５の２つのチューブ長２は、チューブ列２９の横並び配置になる。その際、チューブ３５内の流体導管３０は、管状ヘッダ６，７の間で非破壊状態に留まることができ、その結果、チューブ列２９の一方のチューブ長２から当該チューブ列の他方のチューブ長２への移行点におけるそのような導管間での流体の流れの再分配を避けることができる。
【００３９】
［0047］平面状熱交換器コア１０’’を構築する上で、チューブ３５の各々は、熱交換器コアを組み立てる前に、戻りベンド３６を備えるように、予備曲げが施され得る。完全に組み立てられた熱交換器コア１０’’は、その後、ろう付けされ、次いで、所望の最終形状となるまで曲げられる。コモンヘッダ８を備えていないこと、および、戻りベンド３６が比較的柔軟であることによって、平面状熱交換器コア１０’’の曲げによって生じるチューブ長２の端部同士の相対移動の一部または全部が、管状ヘッダ６，７のところで当該移動の全てが生じるのとは対照的に、戻りベンド３６のところで生じることが可能になる。これによって、波形フィンセグメント３の接続点１２の全てが破壊されることができ、第１のフィン部分１３のひだと、第２のフィン部分１４のひだと、の間に変位が生じにくくなる。
【００４０】
［0048］本発明のいくつかの特徴および要素の様々な代替形態が、本発明の特定の実施形態を参照して説明されている。上述の各実施形態と相互に排他的であるかまたは矛盾する特徴、要素および工程の方法を除いて、１つの特定の実施形態を参照して説明された代替的な特徴、要素および工程の方法は、他の実施形態にも適用可能であることが留意されるべきである。
【００４１】
［0081］上述され図面に図示された実施形態は、例示目的のみで提示されており、本発明の概念および原理についての限定を意図するものではない。このため、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、要素ならびにそれらの構成および配置における様々な変更が可能であることが当業者には理解されるであろう。
【符号の説明】
【００４２】
１，１’…熱交換器
２…チューブ長
３…波形フィンセグメント
４…熱交換器コア
５…サイドプレート
６，７…管状ヘッダ
８…コモンヘッダ
９…共通軸線
１０，１０’，１０’’…平面状熱交換器コア
１１…スリット
１２…接続点
１３，１４…フィン部分
１５，１６…ポート
１７…スロット
１８…隙間
１９…接続点
２０…フィン材料
２１…平坦シート
２２…スリット形成位置
２３…成形位置
２４…分離位置
２５…幅広平坦側面
２６…幅狭側面
２７，２８…コラム
２９，２９ａ，２９ｂ…チューブ列
３０…流体導管
３１，３２…弓状経路
３３…共通平面
３４…非フィン形状領域
３５…チューブ
３６…ベンド
３７…内側ウェブ
３８…ルーバ
３９…フィンロール工程
【図１】
2017516660.tif 000003
【図２】
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【図３】
2017516660.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017516660.tif 000007
【図６】
2017516660.tif 000008
【図７】
2017516660.tif 000009
【図８】
2017516660.tif 000010
【図９】
2017516660.tif 000011
【国際調査報告】
2017516660.tif 000012