JPH1194481A

JPH1194481A - 熱交換器用チューブおよび熱交換器

Info

Publication number: JPH1194481A
Application number: JP25954597A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Inkiyo; 将一隠居
Original assignee: Denso Aircool Corp
Current assignee: Denso Aircool Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-09

Abstract

(57)【要約】【課題】低価格で熱伝達率が高く、少量多品種の熱交
換器の製造にも対応可能な熱交換器用チューブを提供す
る。【解決手段】偏平なチューブ１の内面３に軸方向に沿
って微小な凹凸５を形成する。これによって、接触面積
が増加するので熱伝達効率を向上できる。また、このよ
うな凹凸５であれば、冷媒サイクル内のオイルなどが蓄
積されることもなく熱伝達性能が低下することもない。
さらに、冷媒の圧力損失も低く押さえることができる。
従って、この偏平チューブ１を用いることにより、サー
ペンタインタイプの熱交換器と同等あるいはそれ以上の
性能を備えたパラレルフロータイプの熱交換器を提供で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用空調装置
などに用いられる熱交換器およびその熱交換器用の偏平
チューブに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用空調装置の冷媒用コンデンサー
などの熱交換器には、冷媒が流れる複数のパスが形成さ
れた偏平なチューブを蛇行させたサーペンタインタイプ
の熱交換器が主に用いられており、ヘッダーが両側に設
置され、それらの間を複数の直線的なチューブで連絡し
たパラレルフロータイプの熱交換器が用いられているこ
とは少ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】サーペンタインタイプ
の熱交換器は、フラットなチューブを用いているので熱
交換器を通過する空気に対する抵抗を小さくできる。ま
た、冷媒側ではフラットなチューブ内に複数のパスを設
けているので接触面積が大きく効率良く熱交換できる。
さらに、フラットなチューブ内に複数のパスを設けてあ
るので、パスの間が補強部分となり、膨張および圧縮に
対する強度が十分に高くなる。このため、チューブ自体
を蛇行して曲げること（サーペンタイン曲げ）ができ
る。しかしながら、このような複数のパスが内部に形成
されたチューブは引き抜き工法を用いて製造するのでコ
ストが高い。また、サーペンタイン曲げするときに、チ
ューブ同士の間あるいはチューブの外側に設置される複
数のフィンも含めて加工する必要があるので専用の設備
と熟練した作業員が必要であり、この点でも製造コスト
が高くなる。さらに、偏平チューブ内に複数のパスを設
けてあるためにパスの断面積は小さくなり、冷媒の圧力
損失が大きくなる。

【０００４】そこで、内部が１室になった偏平チューブ
を用いたパラレルフロータイプの熱交換器が提案されて
いる。このタイプの熱交換器は偏平チューブを用いてい
るので空気抵抗が小さく、伝熱面積も大きく確保できる
ので熱交換効率も良い。さらに、チューブ内の断面積も
大きくなるので、冷媒の圧力損失も低減される。近年、
偏平チューブを用いたパラレルフロータイプの熱交換器
の熱交換効率をさらに向上して熱交換器を小型化し、あ
るいは熱交換器の能力をさらに高めることが検討されて
いる。このため、例えば、特開平８−２２６７８４号に
は、偏平チューブ内に長手方向に傾斜した方向に延びた
インナーフィンを設けることが記載されている。このよ
うなフィンを設けることにより、内部を流れる冷媒の乱
流化が促進されるので熱交換性能が向上される。しかし
ながら、その一方で、チューブの製造コストが高くなっ
てしまう。例えば、このようなチューブを製造するため
には、チューブ内に傾斜したフィンが形成された断面が
円形のチューブを引き抜き工法によって製造し、適当な
偏平形状にするためにプレス加工する必要がある。ある
いは、傾斜のあるフィンが形成された平板部材を用いて
シームレスなチューブを製造して、さらにプレス加工す
るなどの複雑な製造過程が必要になるので製造コストは
高くなる。また、冷媒の流れ方向に対し斜めにフィンが
設置されるので、抵抗も大きくなり、圧力損失も増大す
る。従って、サーペンタインタイプの熱交換器に対する
パラレルフロータイプのメリットが少なくなってしま
う。

【０００５】そこで、本発明においては、パラレルフロ
ータイプのメリットを活かし、低コストで製造が可能で
あり、圧力損失も低く、さらに、熱交換性能を向上でき
る偏平形状の熱交換器用チューブを提供することを目的
としている。そして、本発明の熱交換器用チューブを用
いることにより、低コストで、小型で十分な能力を備え
たパラレルフロータイプの熱交換器を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の熱交
換器用チューブは、偏平で内部が１室となった熱交換器
用チューブであって、その内面にチューブの軸方向に沿
って延びた複数の凹凸を形成するようにしている。この
凹凸を設けることにより、接触面積が増えるので熱交換
効率を高めることができる。その一方で、内部を流れる
冷媒などの流体の圧力損失は殆ど増えず、十分に低い値
にすることができる。さらに、軸方向に延びた凹凸を備
えた偏平チューブは、低コストの押し出し成形で直に製
造できるので、複数の工程を組み合わせる必要もない。
このため、熱交換性能の高い偏平チューブを低コストで
提供することが可能となり、この熱交換器用チューブを
用いてパラレルフロータイプの熱交換器を製造すること
により、熱交換性能が高く、圧力損失も小さな熱交換器
を提供することができる。従って、本発明の熱交換器を
用いることにより、自動車用空調装置のコンデンサーな
どをさらに小型化することができる。

【０００７】本発明の熱交換器用チューブの凹凸は、ピ
ッチを細かくし、また、凹凸の段差を大きくすることに
よって伝熱面積が増えて熱交換性能が向上する方向にな
る。しかしながら、ピッチが細かくなり、凹凸の差が大
きくなると、圧力損失が増大すると共に冷媒サイクル内
のコンプレッサーのオイルなどがチューブ内に蓄積され
易くなり、これによって逆に熱伝達率が減少し易くな
る。また、チューブ内にオイルが蓄積されると、コンプ
レッサーのオイル切れの原因になる可能性がある。そこ
で、凹凸のピッチは０．５から１ｍｍ程度の範囲、ま
た、凹凸の段差も０．１から０．３ｍｍ程度の微小な凹
凸を偏平チューブの内面に形成することが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１に本発明に係る熱交換器用チュ
ーブの断面を示し、また、図２に熱交換器用チューブの
概要を一部欠いて示してある。本例の熱交換器用チュー
ブ（以下ではチューブ）１は、アルミニウム製で断面が
偏平したフラットな形状のチューブであり、このチュー
ブ１の内部２は全体が１室となり冷媒が流れる１つのパ
スが形成されるようになっている。チューブ１の外面４
はスムーズな面で構成されており、チューブ１の内面３
には、チューブ１の軸方向Ｘに沿って複数の凹凸５が形
成されている。凹凸５は、チューブ１の上下に対向する
面３ａおよび３ｂのほぼ対象な位置に形成されており、
本例のチューブ１は平坦な面に対し軸方向Ｘに延びた凸
部６がほぼ同じピッチで形成され、これらの凸部６の間
が凹部７となっている。

【０００９】本例のチューブ１のさらに詳しい形状を具
体的な寸法を例に説明すると、軸方向Ｘと直交する横断
方向（幅方向）Ｙが１２．２ｍｍ、幅方向Ｙに直交する
高さ（厚み）Ｚが３．４ｍｍの若干菱形に近い偏平な形
状をしており、チューブ１の中央部１ａには３ｍｍ程度
の平らな部分が形成され、チューブ１の端１ｂは一定の
半径Ｒ（外面は１．１ｍｍ程度）の半円柱状になってい
る。本例のチューブ１の厚みｔは０．６５ｍｍであり、
その内面３に形成されている凹凸５はピッチ（凸部６の
中央部の間隔）ｐが０．８ｍｍ、凹凸５の段差（凸部６
と凹部７の差）ｈが０．２ｍｍに設定されている。そし
て、凸部６は半径０．１５ｍｍの半円柱状に形成されて
いる。

【００１０】本例のチューブ１は、内面３の凹凸５が大
きくないので、内面３に微小な段差が形成されており、
さらに、凹凸５が軸方向Ｘに沿って配置されるようにな
っている。このような形状のチューブ１は、図１に示し
た断面で押し出し成形することにより直に製造すること
ができる。従って、適当な長さのチューブ１を低価格で
量産し供給することができる。また、内面３に設けられ
た凹凸５によって、内部を流れる冷媒が接触する内面３
の面積が増大される。このため、本例のチューブ１の内
部２を流れる冷媒と、チューブ１の外面４を通過する空
気との熱交換効率は高くなる。さらに、チューブ１の内
部２は全体が１室の１パス構造となっているので内部２
の断面積は大きく、冷媒の圧力損失はできるかぎり低く
できる。

【００１１】図３に、本例のチューブ１を用いたパラレ
ルフロー型のコンデンサー（熱交換器）１０の概略を示
してある。本例のコンデンサー１０は、複数のチューブ
１が中央に上下に並んで配置されており、これらのチュ
ーブ１の両端１１がヘッダー（分配ヘッダー）１２に接
合されている。さらに、チューブ１の周囲には放熱用の
薄いフィン１３が取り付けられ、チューブ内を流れる冷
媒と空気との熱交換が促進されるようになっている。自
動車用空調装置（カーエアコン）においては、コンデン
サー１０がラジエターに重ねられてエンジンルームの空
気取入口の側に設置されるようになっているので、空気
抵抗はできるだけ小さいことが望ましい。このため、本
例の偏平な形状をしたチューブ１はフラットな面が水平
方向、すなわち、空気が流れる方向に沿って設置され
て、空気との接触面積は大きく確保しながら空気抵抗は
小さくできるようにしている。そして、ヘッダー１２の
内部で冷媒が適当に分配され、上下に配置されたチュー
ブ１の内部を同一方向に、あるいは逆方向に冷媒が流れ
て空気と熱交換し、冷媒から空気側に熱が放出されるよ
うになっている。

【００１２】本例のチューブ１は、内部２が１室となっ
ておりベンディング（曲げ加工）する際の圧縮力に対抗
することは難しく、サーペンタイン状に曲げてコンデン
サーを構成するには適していない。従って、ヘッダー１
２で複数のチューブ１を連絡することにより、適当な冷
媒のルートを構成するようにしている。チューブをサー
ペンタイン状に曲げてコンデンサーを構成するには、フ
ィンも一括してチューブに取り付ける必要があるので、
製造するコンデンサーのサイズなどに適応した専用の設
備や熟練工が必要となる。従って、製造コストを引き下
げるには同一サイズのコンデンサーを大量生産する必要
があり、サイズなどの異なるコンデンサーを製造するに
は適していない。これに対し、本例のようなパラレルフ
ロー型のコンデンサー１０は、チューブを拡管すること
によりフィンとの密着構造を作ることができるため、製
造が簡単であり専用の製造装置なども不要なので、製造
コストを低減でき、大量生産はもちろん少量多品種の製
造にも適している。そして、本例のコンデンサー１０
は、偏平したチューブ１を用いているので、サーペンタ
インタイプのコンデンサーと同程度に空気抵抗を低くす
ることが可能である。さらに、チューブ１の内面に凹凸
５を設けてあるので熱交換性能もサーペンタインタイプ
のコンデンサーと同程度あるいはそれ以上に高いコンデ
ンサーを提供することができる。従って、小型で高性能
のコンデンサーを提供することができる。また、冷媒側
の圧力損失についても、本例のチューブ１は内部が１室
になっているので、内部に複数のパスが設けられたサー
ペンタインタイプに比ベて圧力損失は小さく、コンプレ
ッサーの負荷を低減できる。このため、本例のコンデン
サーを用いることにより、省エネルギー型の空調システ
ムを提供することができる。

【００１３】図４に、カーエアコンの冷媒サイクル２０
の概略を示してある。エンジンによって回転駆動される
コンプレッサー２１によって圧縮された冷媒はコンデン
サー１０に導かれて放熱し、冷却された冷媒がレシーバ
ー２２にいったん蓄積される。冷媒は、さらに、レシー
バー２２から膨張弁２３を介してエバポレータ２４に導
かれて吸熱し、それによって発生された冷風が車内に導
かれて空調を行う。そして、膨張した冷媒はコンプレッ
サー２１に再び圧縮し、コンデンサー１０に導かれる。
このような冷媒サイクル２０では、コンプレッサー２１
のオイルの一部が冷媒と共に運ばれてサイクル内を巡回
している。したがって、コンデンサー１０のチューブ１
の内部にも冷媒と共に微少なオイルが進入しており、こ
のオイルがチューブ１の凹凸５にトラップされてしまう
と熱伝達率が大幅に低下してコンデンサー１０の能力が
低下することになる。また、大量のオイルがコンデンサ
ー１０の内部にトラップされてしまうと、コンプレッサ
ー２１のオイル切れという問題も発生する。これに対
し、本例のチューブ１においては、チューブの内面３の
凹凸５が軸方向（長手方向）に配置されてオイルが溜ま
り難くなっており、さらに、凹凸５のサイズを適当な範
囲に設定することにより、オイルがチューブ内でトラッ
プされないようにしている。

【００１４】チューブ内面の凹凸５のサイズは、上述し
たように、冷媒の接触面積を増やすと共に圧力損失は増
大しない程度が望ましく、さらに、オイルがトラップさ
れない程度の範囲が望ましい。発明者がいくつかのサン
プルで実験したところ、凹凸５のピッチｐは０．５から
１ｍｍ程度にすることが望ましく、また、凹凸５の段差
ｈは０．１から０．３ｍｍ程度にすることが望ましいこ
とがわかった。

【００１５】このように、本例のチューブ１は凹凸５に
よって熱交換性能が向上されていると共に低価格で製造
できるので、本例のチューブ１を用いることにより低価
格で高性能の小型化可能な熱交換器を提供することがで
きる。さらに、凹凸５が適当な範囲に設定されているの
で、凹凸５によってオイルなどが大量に蓄積されること
はなく、熱交換性能を高く保持できる。また、冷媒側の
圧力損失、および空気側の圧力損失も低くできるので、
低コストで組み立てできるというパラレルフロー型のメ
リットを活かして、熱伝達性能の高く、小型で高性能の
コンデンサー１０を低価格で提供することができる。

【００１６】なお、本例では、上述したようにチューブ
の内面に半円柱状の凸部を設けてあるが、逆に凹部
（溝）を設けてチューブの内面に凹凸を形成しても良
い。さらに、凹凸の配置は、本例と異なり上下の面が非
対象であってももちろん良い。また、チューブ全体の形
状としても、本例に限らず、楕円状や、さらにフラット
な形状を採用することももちろん可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、偏平チューブの内面に微小な凹凸を軸方向に沿って
設けることにより、熱伝達性能を向上すると共に、押し
出し成形が可能な低コストで製造できる形状として、圧
力損失が低く、小型で高性能の熱交換器に適した熱交換
器用チューブを実現している。従って、本発明のチュー
ブを用いることにより、少量多品種にも容易に対応でき
るパラレルフロータイプで、サーペンタインタイプの熱
交換器と同等あるいはそれ以上の熱交換性能の高い熱交
換器を提供することができる。特に、本発明の熱交換器
用チューブおよび熱交換器は、カーエアコンのような小
規模で閉鎖型の空調システムに適しており、コンプレッ
サーのオイルなどがチューブ内に蓄積されて熱交換効率
が低下したり、あるいは、コンプレッサーの作動障害が
発生するような事態をも未然に防止でき、高い性能を長
期間にわたって維持できる空調システムを提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱交換器用チューブの断面を示す
図である。

【図２】図１に示す熱交換器用チューブの構成を一部欠
いて示す斜視図である。

【図３】図１に示す熱交換器用チューブを用いたパラレ
ルフロータイプの熱交換器の概要を示す図である。

【図４】カーエアコンにおける冷媒サイクルの概要を示
す図である。

【符号の説明】

１熱交換器用チューブ２チューブ内部３チューブの内面４チューブの外面５凹凸６凸部７凹部１０熱交換器１２ヘッダー１３フィン２０冷媒サイクル２１コンプレッサー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏平で内部が１室となった熱交換器用チ
ューブであって、この熱交換器用チューブの内面にチュ
ーブの軸方向に沿って延びた複数の凹凸が形成されてい
ることを特徴とする熱交換器用チューブ。
【請求項２】請求項１において、前記凹凸のピッチが
０．５から１ｍｍ程度の範囲であることを特徴とする熱
交換器用チューブ。
【請求項３】請求項１において、前記凹凸の段差が
０．１から０．３ｍｍ程度であることを特徴とする熱交
換器用チューブ。
【請求項４】複数の請求項１に記載の熱交換器用チュ
ーブと、これらの熱交換用チューブの両端に接続された
ヘッダーとを有することを特徴とする熱交換器。