JP2002318086A

JP2002318086A - 熱交換器用チューブ

Info

Publication number: JP2002318086A
Application number: JP2001116933A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yoshida; 吉田　　敬; Taisuke Ueno; 泰典植野
Original assignee: Japan Climate Systems Corp
Current assignee: Japan Climate Systems Corp
Priority date: 2001-04-16
Filing date: 2001-04-16
Publication date: 2002-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】流体直径Ｄは、穴面積に比例し穴周囲の長さ
に反比例するので、同じ流体直径であっても、穴形状に
よっては、内部を流れる冷媒の流速等が異なり、熱交換
効率が異なる。本発明は流速の遅い領域の面積を少なく
することにより、熱伝達効率を従来よりも改善すること
を狙いとする。【解決手段】熱交換器の多穴式扁平チューブにおい
て、扁平チューブの穴の流体直径が０．６ｍｍ〜１．１
ｍｍであって、かつ穴の内周面に突出するリブを複数個
設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンデンサ等の熱
交換器に使用される熱交換器用チューブに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、コンデンサ等の熱交換器で
は、熱交換部に高圧の熱交換流体を循環させるための熱
交換器用チューブが配置されており、従来、このような
熱交換器用チューブとして、例えば、特開平０６−２１
３５３４号公報に開示されたものが知られている。

【０００３】この種の熱交換器用チューブを用いた熱交
換器はマルチフロー型の凝縮器が知られている。即ち、
対向配置されるヘッダータンクの間に扁平チューブと放
熱フィンとが積層配置されている。各ヘッダータンク内
には、セパレータが所定位置に配設されており、扁平チ
ューブを通じてヘッダータンク間を蛇行状に冷媒が流れ
るように構成されている。

【０００４】この種の扁平チューブは、多穴を有する扁
平チューブを一体押出しで成形している。この穴の大き
さや数値は所定範囲で設定されている（図８）。穴の数
を多くすると、穴間に仕切壁が多く設けられるので、扁
平チューブの変形防止上は有効である。しかし、１つの
穴の大きさが小さくなるために、製作が困難となる。そ
れとともに管内側の圧力損失が増加することにより冷媒
圧力が低下し、それに伴なって冷媒の凝縮温度が低下す
る。その結果、外気温と冷媒との温度差が小さくなって
熱交換効率が低下する。

【０００５】一方、扁平チューブの穴数を少なくする
と、仕切壁が少なくなることにより、強度不足になり、
扁平チューブが変形する不具合を発生する。それととも
に、冷媒の流速が低下することにより、管内側熱伝達率
が小さくなり、また管内側面積の低下により性能が低下
するという事情がある。

【０００６】これらのことから、適切な穴の数や大きさ
が存在するはずである。穴面積（Ｓ）に対する穴周囲の
長さ（Ｌ）の関係で求められる流体直径（Ｄ）を適切な
数値に設定することが提案されている。Ｄ＝４×Ｓ／Ｌ例えば、特開平０６−２１３５３４号公報では、０．６
０ｍｍ＜Ｄ＜１．１５ｍｍにして、扁平チューブ間を蛇
行して流れる経路管の長さを設定することを開示してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、流体直
径Ｄは、Ｄ＝４×Ｓ／Ｌの関係から、穴面積に比例し、
穴周囲の長さに反比例するが、同じ流体直径であって
も、穴形状が丸形状、多角形状等によっては、内部を流
れる冷媒の流速分布等が異なり、熱交換効率が異なるは
ずである。

【０００８】例えば、扁平チューブの個々の穴形状を矩
形状にした場合、図６で示すように、中央部分では流速
が早く、四角部分では流速が遅くなり、熱伝達効率が悪
い。図６の斜線部分が流速の遅いエリアを示す。穴形状
を三角形状にしても、図７の斜線で示すように、三つの
角で流速が遅く、熱伝達効率が悪い。特に、これらの形
状では、四角や三角部分の流速の遅い領域面積が大き
く、熱伝達効率が劣る結果となっている。

【０００９】本発明は角の流速の遅い領域の面積を少な
くすることにより、熱伝達効率を従来よりも改善するこ
とを狙いとする。このような問題を解決するために、
扁平チューブの穴壁に内部に突出する突起を形成し、穴
中央部分と周囲との流速差を少なくし、かつ流速の遅い
領域の面積を少なくすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、熱交
換器の多穴式扁平チューブにおいて、扁平チューブの穴
の流体直径が０．６ｍｍ〜１．１ｍｍであって、かつ穴
の内周面に突出するリブを複数個設けてなる構成であ
り、熱交換効率に優れた熱交換器を得られる。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１記載の熱交換
器用チューブにおいて、１穴当たりのリブ数が４〜１０
個である構成であり、更に熱交換効率の良い熱交換器を
得られる。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の熱交換器用チューブにおいて、扁平チューブは押出し
チューブからなる構成であり、穴内部に突出するリブも
扁平チューブの押出し成形時に同時に成形することがで
き、製作工数、コストの増加を伴うことなく製造でき
る。

【００１３】本発明では、熱交換効率の関係で、穴の流
体直径を０．６ｍｍ〜１．１ｍｍの範囲に設定してい
る。この理由は、０．６ｍｍより小さいものでは、穴形
状が小さくなりすぎる。そのため、管内圧損が増加し凝
縮温度が低下することにより熱交換効率が低下する。ま
た、扁平チューブ内の穴を製作することが非常に難しく
なる。穴の流体直径を１．１ｍｍより大きくすると、大
きな穴となり、穴数が少なくなる。そのため、冷媒流速
が低下することによる管内側熱伝達率の低下及び管内側
面積の低下により性能が悪化する。

【００１４】また、リブ数は４個〜１０個の範囲とする
ことが好ましい。４個よりも少ないと、それと同等の流
体直径の穴を得るには、穴の面積を小さくする必要があ
るが、穴の面積を小さくすると内部を流通する熱交換流
体の管内圧損が増大することによる性能低下と、リブの
数が少ないため内表面積近傍流速の遅い領域が増え管内
側熱伝達率が低下する。

【００１５】一方、リブ数を１０個よりも多くすると、
同じ流体直径を得るためには、リブ高さを小さくする必
要がある。小さくなりすぎるとリブによって内表面積近
傍で流速の遅い領域を減少させる効果が弱くなり管内側
熱伝達率が低下する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施例を図面
に基づいて説明する。この実施例のマルチフロー型凝縮
機１０は、図１に示すように、複数の扁平チューブ１１
が放熱用の波状フィン１２を介して積層されている。積
層された扁平チューブ１１及び波状フィン１２の上下に
サイドプレート１３，１４が設けられている。これらの
複数の扁平チューブ１１の各開口端部が両側のヘッダー
タンク１５，１６に形成された挿入穴（図示せず）に挿
入されている。また、図示してないが、各ヘッダータン
ク１５，１６の上下の開口部は蓋部材により閉塞され、
各ヘッダータンク１５，１６の所定箇所には仕切板が設
けられている。

【００１７】更に、一方のヘッダータンク１５に入口接
続部１８、他方のヘッダータンク１６に出口接続部１９
が設けられている。この入口接続部１８から流入する熱
交換流体はヘッダータンク１５，１６、扁平チューブ１
１の間で複数回蛇行して通流され、出口接続部１９から
流出する。尚、この実施例では、入口接続部１８、出口
接続部１９は別々のヘッダータンク１５，１６に設けら
れているが、同じヘッダータンクに設けるように流路を
形成しても良い。

【００１８】上記各扁平チューブ１１は、図４及び図５
に示すように、内部に仕切壁２１を有し、この仕切壁２
１で仕切られた個々の穴２２内を熱交換流体が通流する
ようになっている。穴２２内周面の上下面に対向するリ
ブ２３が形成されている。実施例では、リブ２３は上下
面にそれぞれ図４では３個づつ、図５では５個づつ設け
られている。

【００１９】次に、扁平チューブの製造方法を説明す
る。５個の穴を有し、個々の穴の上下面にリブを有する
扁平チューブが押出し成形により同時に成形される。従
来のリブのない扁平チューブを成形する場合と比較し
て、製作工数などに大差なく製作できる。

【００２０】穴内部のリブ数を変更し、流体直径も変更
した扁平チューブについて、放熱量比（％）を測定し
た。コアサイズ：コア幅＝６０３ｍｍ、コア高さ＝２９
７ｍｍ、コア厚さ＝１８ｍｍチューブ本数：２６本、フ
ィンピッチは１．４、チューブは下記のサンプルａ〜ｈ
の８種類の押出しチューブを試作した。ａ：１４穴６リブｂ：８穴１０リブ c：６穴８
リブｄ：７穴４リブｅ：１８穴０リブｆ：１０穴２リブｇ：９穴２
リブｈ：８穴０リブ実験条件は、コンデンサ入口の空気温度が３７℃、コン
デンサ入口圧力１．７４ＭＰａ、コンデンサ入口のスー
パーヒート２５℃、コンデンサ出口のサブクール５℃、
コンデンサ入口の風速１．５ｍ/ｓ、使用冷媒はＨＦＣ
−１３４ａを採用した。

【００２１】サンプルａ〜ｈについて、３パス及び４パ
スを試作し性能評価を行った。それぞれ性能の高いほう
を選択し、横軸に流体直径（ｍｍ）、縦軸に放熱量比
（％）をとり、測定した結果を図２に示す。図２に示す
ように、流体直径０．８〜０．９付近を頂点とした放物
線を描くように流体直径が大きくても、小さくても放熱
量比は低下する。この実験結果からして、流体直径は
０．６ｍｍ〜１．１ｍｍとする。

【００２２】そして、この放物線が、リブ数が０〜２の
グループとリブ数が４〜１０のグループでは異なった軌
跡上になった。リブ数が０〜２のグループとリブ数が４
〜１０のグループとで性能が分かれるので、この２つの
グループについて、別の観点から性能を評価した。流体
直径がほぼ同じであるサンプルｂとｆについて、管内流
速と管内側熱伝達係数を比較した。その結果を図３に示
す。同じ流体直径１．１であっても、サンプルｆの１０
穴２リブに対してサンプルｂの８穴１０リブの構造のほ
うが管内側熱伝達係数が高い。このことは、サンプルｂ
のほうが熱交換効率が良いことを意味している。これ
は、サンプルｆの１０穴２リブに対してサンプルｂの８
穴１０リブの構造のほうが穴内周面近傍の低流速エリア
が少なくなっているからと思われる（図５参照）。この
実験結果からして、同じ流体直径でも、リブ数を特定の
範囲に設定すると熱交換効率が向上することが判明し
た。特にリブ数を４〜１０とすることが好ましいと判っ
た。

【００２３】この結果から、扁平チューブの穴の流体直
径を０．６ｍｍ〜１．１ｍｍとし、かつ１穴当たりのリ
ブ数は４〜１０個とすると最適な熱交換効率のものが得
られる。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、熱交換器の多穴式扁平チュ
ーブにおいて、扁平チューブの穴の流体直径が０．６ｍ
ｍ〜１．１ｍｍであって、かつ穴の内周面に突出するリ
ブを複数個設けてなる構成とすることにより、熱交換効
率の優れた熱交換器用扁平チューブを得ることができ
る。

【００２５】また、更に１穴当たりのリブ数を４〜１０
個とした場合には、更に熱交換効率の良い熱交換器用扁
平チューブが得られる。

【００２６】扁平チューブを押出しチューブからなる場
合には、穴内部に突出するリブも扁平チューブの押出し
成形時に同時に成形することができ、製作工数、コスト
の増加を伴うことなく製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した熱交換器を示す概略図であ
る。

【図２】流体直径と放熱量比との関係を示す図である。

【図３】管内流速と管内側熱伝達係数を示す図である。

【図４】本発明の実施例による扁平チューブの断面図で
ある。

【図５】本発明の実施例による扁平チューブの穴形状を
示す図である。

【図６】従来の扁平チューブの穴形状を示す図である。

【図７】従来の扁平チューブの別の穴形状を示す図であ
る。

【図８】従来の扁平チューブの断面図である。

【符号の説明】

１０熱交換器１１扁平チューブ１２波状フィン１３サイドプレート１４サイドプレート１５ヘッダータンク１６ヘッダータンク１８入口接続部１９出口接続部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器の多穴式扁平チューブにおいて、
扁平チューブの穴の流体直径が０．６ｍｍ〜１．１ｍｍ
であって、かつ穴の内周面に突出するリブを複数個設け
てなることを特徴とする熱交換器用チューブ。
【請求項２】１穴当たりのリブ数が４〜１０個であるこ
とを特徴とする請求項１記載の熱交換器用チューブ。
【請求項３】該扁平チューブは押出しチューブからなる
ことを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器用チ
ューブ。