JP4451981B2 - Heat exchange tube and finless heat exchanger - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和装置等に用いられる熱交換器用の熱交換チューブ及びこの熱交換チューブを用いたフィンレス熱交換器に係り、特に、熱交換器の小型化及び軽量化に用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用等の空気調和装置においては、凝縮器、蒸発器及びヒータコアのような熱交換器が冷凍サイクル中に用いられている。
ここで、従来の熱交換器の構成例を図面に基づいて簡単に説明する。図１７は車両用空気調和装置に用いられる熱交換器の一例としてヒータコアを示したものであり、図中の符号１はエンジン冷却水を導入して空気（熱交換流体）を加熱するヒータコア、２は左右一対のヘッダ、３は熱交換媒体としての温水を流す扁平チューブ、４は空気側の伝熱面積を増大させるコルゲートフィンである。
【０００３】
上述した従来構成のヒータコア１では、ヘッダ２，２間を上下方向に間隙を設けて多段に並べた扁平チューブ３で連結し、隣接する扁平チューブ３，３間にはコルゲートフィン４を設置してある。ヘッダ２及び扁平チューブ３を流れる温水は、扁平チューブ３，３間を通過する空気を加熱するが、この時、コルゲートフィン４が空気への伝熱面積を増すことで熱交換効率の向上を図っている。
なお、従来の熱交換器では、上述した扁平チューブ３とコルゲートフィン４との組合せの他にも、プレートフィンと丸管とを組合せたものもあり、いずれの場合も冷媒や温水などの熱交換媒体と熱交換して冷却または加熱される空気側の伝熱面積を増すため、フィンを付加した構成となっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の空気調和装置においては、空気調和装置自体の小型化、軽量化及び高効率化が望まれており、従って、冷凍サイクル中に設置される熱交換器についても、その効率を向上させることにより、小型化及び軽量化を達成することが求められている。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、小型化及び軽量化したフィンレス熱交換器の提供、そして、このフィンレス熱交換器に好適な熱交換チューブの提供を目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
請求項１に記載の熱交換チューブは、平行に配列された複数のチューブをリブでつなげて一体化した形状の多穴チューブの管群を成形し、ヘッダに挿入される軸方向両端部を残し前記リブを切断除去して、前記チューブの外側を流れる熱交換流体が流れる間隙を形成するように個々の隣接するチューブ間を分離させる熱交換チューブとし、前記チューブが、左右一対の前記ヘッダに連結されており、隣接する前記チューブは、前記軸方向両端部を除いて上下方向へ交互に移動させた千鳥配置とされていることを特徴とするものである。
【０００７】
このような熱交換チューブによれば、多数のチューブをヘッダに組み付ける際において、複数のチューブの両端をリブでつなげた多穴チューブ（管群）として取り扱うことが可能になるので、保持や組み付け作業が容易になる。
また、両端部を除いてリブを切断除去したので、チューブの外側を流れて熱交換する空気等の熱交換流体を流す間隙が隣接するチューブ間を分離して形成され、この間隙を通過する熱交換流体の流れを各チューブの前面に当てて、チューブ内を流れる熱交換媒体と効率よく熱交換させることができる。
また、上述した熱交換チューブは、平行に配列された複数のチューブ（管群）が左右一対のヘッダに連結され、隣接するチューブは、平行に配列された軸方向両端部を除いて上下方向へ交互に移動させた千鳥配置にしたので、空気側の熱伝達率を向上させると共に、配列ピッチの自由度を増すことができる。
【０００８】
このような熱交換チューブは、前記チューブの断面を円形または楕円形にするのが好ましく、円形の断面とすれば耐圧強度の面で有利になる。また、前記チューブを楕円形の断面とすれば、円形断面と比較して管外熱伝達率を向上させ、かつ、チューブ外を流れる空気流の圧損を低減させることができる。なお、より好ましくは、外周長に基づく相当直径で３ｍｍ以下の楕円管にするとよい。
【０００９】
また、前記チューブは、前記円形または前記楕円形の半分に相当する分だけ移動させる前記チューブと、反対に前記円形または前記楕円形の半分に相当する分だけ下に移動させる前記チューブとを交互に配置させた千鳥配置とされていることが好ましい。
そして、前記多穴チューブを熱伝導性金属の押し出し成形品とすれば、熱交換チューブを容易に製造することができる。この場合、前記多穴チューブの成形が、押し出し成形工程と、前記リブの切断除去工程と、該切断除去工程後のプレス成形工程とを具備してなされることで、押し出し成形ができない形状のものであっても、プレス加工を加えることで成形可能となる。
また、前記チューブの断面形状を楕円形とし、内部に複数の円形断面流路を設けることで、楕円形の外形形状により管外熱伝達率及び空気流の圧損面で有利になり、かつ、内部には耐圧強度に優れている円形断面流路を複数設けることが可能になる。
【００１０】
あるいは、前記多穴チューブが、半円形または楕円形の凹部と平面部とを交互に複数列設けた一対の熱伝導性金属よりなる板状部材を合わせて一体化したものでもよく、このような熱交換チューブは、チューブ肉厚を薄くできるなど押し出し成形に比べて設計の自由度が高くなる。
【００１１】
上述した熱交換チューブは、前記熱伝導性金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金製であることが好ましい。
また、上述した熱交換チューブにおいては、前記リブの切断除去を断続的に実施し、前記両端部以外に前記チューブ間の連結リブを設けて補強板として機能させてもよい。
また、上述した熱交換チューブにおいては、前記チューブを千鳥配置にすることで、空気側の熱伝達率を向上させる共に、配列ピッチの自由度を増すことができる。
【００１２】
また、上述した熱交換チューブにおいては、前記チューブの外側を通過して流れる熱交換流体流れ方向の後流側に連なる水平部を残して前記リブの切断除去を実施すれば、チューブ後流側における空気流の剥離や渦の発生を低コストで抑制することができる。
また、上述した熱交換チューブにおいては、前記チューブの内周面に微細溝を設けることが好ましく、これにより、内周の表面積を増加させて管内側の伝熱性能を向上させることができる。
【００１３】
請求項１２に記載の熱交換チューブは、複数のチューブをリブでつなげた形状の多穴チューブを成形し、ヘッダに挿入される両端部を残し前記リブを切断除去して個々のチューブ間を分離させ、前記リブを前記チューブの軸方向に断続的に切断し、該切断部分を屈曲してスペーサとして活用することを特徴とするものである。
このような熱交換チューブによれば、多数のチューブをヘッダに組み付けする際、複数のチューブの両端をリブでつなげた多穴チューブ（管群）として取り扱うことが可能になるので、保持や組み付け作業が容易になる。また、両端部を除いてリブを切断除去したので、熱交換する空気等の熱交換流体の流れを各チューブの前面に当てて、チューブ内を流れる熱交換媒体と効率よく熱交換させることができる。さらに、リブをチューブの軸方向に断続的に切断し、該切断部分を折曲してスペーサとして活用するので、隣接するチューブとの間のピッチを定めるスペーサを一体的に設けることができる。
【００１４】
請求項１３に記載のフィンレス熱交換器は、左右一対のヘッダを有し、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブが、前記ヘッダに連結されて構成されることを特徴とするものである。
このようなフィンレス熱交換器によれば、熱交換チューブのチューブ間に形成された間隙を通過する熱交換流体の流れを各チューブの前面に当て、チューブ内を流れる熱交換媒体と効率よく熱交換させることができ、しかも、隣接するチューブを上下方向へ交互に移動させた千鳥配置により、空気側の熱伝達率を向上させることができる。さらに、フィンをなくしたことで金属間の熱抵抗がなくなるので、熱交換器の熱交換能力を向上させて小型化及び軽量化を可能にする。また、多数のチューブをヘッダに組み付ける際において、複数のチューブの両端をリブでつなげた多穴チューブ（管群）として取り扱うことが可能になるので、保持や組み付け作業が容易になる。
上述したフィンレス熱交換器においては、前記ヘッダに矩形断面の挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端に前記挿入穴の矩形断面に合わせるプレス加工を施すことが好ましく、これにより、ヘッダの挿入穴加工が容易になり、ヘッダの加工コストを低減できる。
【００１５】
請求項１４に記載のフィンレス熱交換器は、熱交換流体流路となる間隙を設けて配列した多数の熱交換媒体流路の細管によりヘッダ間を連結して構成され、前記多数の細管が、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブを組み合わせてなり、前記ヘッダに挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端に前記挿入穴に合わせたアダブタを取り付けたことを特徴とするものである。
このようなフィンレス熱交換器によれば、多数の細管を用いたことで管内側及び熱交換流体（空気等）側の熱伝達率が向上し、さらに、フィンをなくしたことで金属間の熱抵抗がなくなるので、熱交換器の熱交換能力を向上させて小型化及び軽量化を可能にする。この場合、前記多数の細管は、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブを組み合わせることが好ましい。
そして、上記のフィンレス熱交換器においては、ヘッダに挿入穴を設け、熱交換チューブの両端に挿入穴に合わせたアダプタを取り付けたので、ヘッダにおけるチューブの挿入穴加工が容易になり、製造コストの低減に貢献する。この場合、前記アダプタを２分割構造とするのが好ましく、これにより、熱交換チューブの端部を挟み込むようにしてアダプタを容易に取り付けることができる。また、前記挿入穴は矩形断面を有し、該矩形断面に合わせたアダブタを取り付けることが好ましい。
請求項１８に記載のフィンレス熱交換器は、熱交換流体流路となる間隙を設けて配列した多数の熱交換媒体流路の細管によりヘッダ間を連結して構成され、前記多数の細管が、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブを組み合わせてなり、前記ヘッダに挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端を前記挿入穴に合わせて先細に変形させるプレス加工を施したことを特徴とするものである。
また、本発明のフィンレス熱交換器において、上述した細管は、外周長に基づく相当直径で３ｍｍ以下の楕円管であることが望ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る熱交換チューブ及びフィンレス熱交換器の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１２は本発明によるフィンレス熱交換器の構成を示す斜視図であり、図中の符号１００はフィンレス熱交換器、１０１は熱交換媒体流路となる細管（チューブ）、１０２はヘッダを示している。このフィンレス熱交換器１００は、左右一対のヘッダ１０２，１０２間を多数の細管１０１で連結した構成となっており、各細管１０１の間には空気（熱交換流体）流路となる間隙が設けられている。
【００１７】
細管１０１には、図１３に示すように、たとえば長径Ｌが２ｍｍ程度でかつ短径Ｓが１．２ｍｍ程度と細い楕円断面形状のものを採用し、長径Ｌと空気流れ方向とが平行となるように配置して使用する。そして、多数の細管１０１は、たとえば空気流れ方向にピッチＰ（たとえば２．４ｍｍ程度）で配置すると共に、上下方向に間隙Ｈ（たとえば１．９ｍｍ程度）を設けて千鳥状に配列されており、この結果、各細管１０１間には空気流路となる間隙が形成されている。
また、このようにして形成した各細管１０１間の隙間は、従来の熱交換器と異なり、コルゲートフィンなどのフィンを設けることなく空間部をそのまま空気流路として活用している。
【００１８】
このような構成のフィンレス熱交換器１００とすれば、冷媒等熱交換媒体の流路として楕円断面形状の細管１０１を多数配列したので、円形断面の細管と比較して、空気側の熱伝達率が向上する。そして、楕円形状細管は、円形細管と比較して空気流の剥離点が後方に移動するため、形状抵抗の大幅な低下により熱交換器を通過する空気流の圧力損失が低減され、結果として、細管１０１の稠密配置が可能となって高い熱交換能力を得ることができる。
また、径の小さい細管１０１を採用（細径化）したことで、管内側熱伝達率及び空気側熱伝達率が共に向上し、かつ細管１０１の外周面積及び内周面積の合計値が増加する。
さらに、細管１０１間にフィンを設けない構成としたので、金属抵抗（すなわちフィンと細管１０１との間の熱抵抗）がゼロとなり、これによる熱の損失をなくすことができる。
【００１９】
従って、上述した空気側熱伝達率向上、管内側熱伝達率向上、空気圧損の低減及び金属抵抗の解消との相乗効果により、フィンレス熱交換器１００の熱交換能力が向上する。このため、必要な熱交換能力を小型化及び軽量化した熱交換器で得ることが可能となり、熱交換器を設置するスペースの確保が容易になったり、熱交換器を備えた装置自体を小型化することもできる。
あるいは、フィンレス熱交換器１００を従来と同様の大きさにすることで、熱交換能力の高い熱交換器として使用することも可能である。
【００２０】
ところで、上述した楕円形状断面の細管１０１には、その外周長に基づく相当直径Ｄ0 に関して、細径化の最適値があることを見出しており、以下これについて説明する。
図１６は、外周長に基づく相当直径Ｄ0 を１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍとした３種類の細管１０１についてその短径／長径比を変え、フィンレス熱交換器（ここではヒータコア）に用いた場合の実験結果を示したものであり、楕円の短径／長径比を横軸に、熱交換能力ＫＡ0 （Ｗ／Ｋ）を縦軸にとってある。ここで、熱交換能力ＫＡ0 において、Ｋは熱通過率、Ａ0 は外表面積である。
なお、ここで使用しているヒータコアの熱交外寸は、Ｗ（横幅）１６０ｍｍ、Ｈ（高さ）１４５ｍｍ、Ｄ（奥行）２５ｍｍであり、正面風速３ｍ／ｓ、空気圧損１４０Ｐａ、水量３６０ｌ／ｈとして実験し、一方、比較用の従来品については、コルゲートフィンと扁平チューブとを組み合わせたものを使用している。
【００２１】
この実験結果から、楕円形状断面の細管１０１としては、外周長に基づく相当直径Ｄ0 が３ｍｍ以下とするのが好ましい。これは、破線で示す従来品の熱交換能力を基準とした場合、従来品より熱交換能力が高い破線より上の領域は、楕円管として妥当な短径／長径比（０．５程度）より大きいものではＤ0 ＝３ｍｍが限界となるためである。すなわち、Ｄ0 が３ｍｍより大きくなると、短径／長径比を０．５より小さくしなければならず、従って、かなり扁平の楕円形状としなければ従来品の熱交換能力を上回ることができず好ましくない。なお、楕円の短径／長径比を１にすれば円となる。
【００２２】
上述したフィンレス熱交換器１００では、細管１０１内を熱交換媒体が流れるので、熱交換媒体がヘッダ１０２に設けた仕切部材の作用により左右に往復して流れるいわゆるマルチフロータイプとするよりは、一方のヘッダ１０２から他方のヘッダ１０２へ全量が一方向へ流れる１パス方式を採用し、圧損の低減を図ることが望ましい。
【００２３】
なお、細管１０１の断面形状は、上述した楕円形状に限定されることはなく、たとえば円形断面や多角形断面のものを採用してもよいし、また、細管１０１の配置については必ずしも千鳥状とする必要はない。
【００２４】
さて、上述したフィンレス熱交換器１００では、多数の細管１０１をヘッダ１０２に挿入するものであるが、多数の細管１０１をヘッダ１０２に挿入する作業は、作業性や製造コストなどの面で難がある。そこで、上述したフィンレス熱交換器１００に用いて好適な熱交換チューブ、すなわち複数のチューブを一体にまとめた多穴チューブの構成を以下に説明する。
図１は、熱交換チューブに係る第１の実施形態を示しており、図中の符号１０は熱交換チューブ、１１はチューブ、１２はリブ、１３はリブ除去部である。
【００２５】
熱交換チューブ１０は、複数のチューブ１１をリブ１２でつなげた形状の多穴チューブであり、上述したヘッダ１０２に挿入される両端部を残して中央部のリブ１２を切断除去し、隣接するチューブ１１間を分離状態にしたリブ除去部１３を形成してある。
このように構成された熱交換チューブ１０の製造は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金のような熱伝導性金属を押し出し成形することで、図２に示すように、平行に配列された複数（図示の例では６本）のチューブ１１間をリブ１２により連結して一体化した形状の熱交換チューブ基本体（多穴チューブ）１０′とする。この後、チューブ１１における軸方向両端部を残して中央部分のリブ１２を切断除去すれば、６本のチューブ１１が両端部でリブ１２により一体化された管群の熱交換チューブ１０となる。なお、リブ１２を切断除去することにより生じた空間部分がリブ除去部１３である。
【００２６】
上述した熱交換チューブ１０では、各チューブ１１の断面形状として管外熱伝達率の向上や空気圧損の低減などに有利な楕円形を採用しているが、耐圧面で有利になる円形断面としてもよい。なお、チューブ１１の断面形状については、楕円形や円形に限定されることはなく、たとえば多角形断面としてもよい。
【００２７】
このような熱交換チューブ１０をフィンレス熱交換器１００に採用すれば、多数のチューブ１０１をヘッダ１０２に組み付けする作業に代えて、複数のチューブ１１を一体化した多穴チューブの管群として取り扱うことができるので、組み付け作業時における保持や作業が容易になる。
また、両端部を除いてリブ１２を切断除去したので、熱交換する空気の流れはリブ除去部１３を通って各チューブ１１の前面に当たり、チューブ１１内を流れる熱交換媒体と効率よく熱交換させることができる。
なお、ここでのチューブ１１の形状、寸法及び配列等については、上述した単独の細管１０１に関して説明したものを適用すればよい。
【００２８】
そして、上述した熱交換チューブ１０は、アルミニウム等の熱伝導性金属を押し出し成形することで容易に製造することができるため、組み付け作業性の向上と共に製造コストの低減に有効となる。
また、熱交換チューブ基本体１０′の成形が押し出し成形工程のみでは困難な形状の場合には、図３に示すように、押し出し成形工程（ａ）及びリブ１２の切断除去工程（ｂ）に加えて、（ｃ）に示すプレス成形工程を実施すればよい。このプレス成形工程は、最終的に望む外形形状とした成形型１４ａ，１４ｂによるプレス加工を熱交換チューブ基本体１０′に施すものであり、たとえば円形断面のチューブ１１を押し出し成形した後、プレス成形により楕円形断面とすることが可能である。
なお、図中の符号１５は、リブ１２を切断除去するカッタを示している。
【００２９】
続いて、上述した熱交換チューブに関する第２の実施形態を図４に示して説明する。
この熱交換チューブ２０は、チューブ２１全体の断面形状を楕円形として複数をリブ２２でつなぎ、各チューブ２１の内部に複数（図示の例では二つ）の円形断面流路２３を設けてある。このような構成の熱交換チューブ２０とすれば、楕円形としたチューブ２１の外形形状により管外熱伝達率及び空気流の圧損面で有利になり、かつ、内部には耐圧強度に優れている円形断面流路２３を複数設けることが可能になる。
なお、図示の熱交換チューブ２０は、リブ２２を切断除去する前の断面形状を示しており、上述した第１の実施形態と同様の処理が施される。
【００３０】
続いて、上述した熱交換チューブに関する第３の実施形態を図５に示して説明する。
この熱交換チューブ３０は、半円形または楕円形の凹部３１と平面部３２とを交互に複数列設けた上下一対の板状部材３３Ａ，３３Ｂを合わせて一体化したものであり、上下の凹部により形成される熱交換媒体の流路部（チューブに相当）３４と平らなリブ相当部３５とが交互に複数列形成される。この場合、重ね合わせる上下一対の平面部３２間をろう付けするなどして一体化した後、同平面部３２については一体化に必要な部分及び両端部を残して切断除去し、リブ除去部３６を形成する。なお、板状部材３３Ａ，３３Ｂについては、プレス成形により容易に成形することができる。
このような構成の熱交換チューブ３０とすることにより、チューブに相当する流路部３４の肉厚を薄くできるなど、押し出し成形に比べて設計の自由度が高くなるという利点がある。
【００３１】
さて、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０は、熱伝導性金属としてアルミニウムまたはアルミニウム合金を用いたものが好ましく、押し出し加工等の成形性に優れ、良好な熱交換能力を得ることができる。しかし、上述した本発明はこれに限定されるものではなく、他の熱伝導性金属を採用可能なことはもちろんである。
【００３２】
また、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０においては、リブ１２，２２及びリブ相当部３５の切断除去については、図６に示す第１変形例のように、切断除去を断続的に実施してもよい。すなわち、両端部以外にもチューブ間を連結するための連結リブ１６を適当なピッチで残し、熱交換チューブの撓みや変形を防止又は抑制する補強板として機能させてもよい。
なお、図６に示す変形例では、中央部の１箇所にのみ連結リブ１６を設けてあるが、熱交換チューブの長さに応じて連結リブ１６の数を増し、２箇所以上設けるようにしてもよい。
【００３３】
また、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０においては、図７に示す第２変形例のように、隣接するチューブ１１を上下方向へ交互に移動させ、千鳥配置にするとよい。すなわち、図７（ａ）に想像線で示す成形当初のチューブ位置から、ほぼ短径の半分に相当する分だけ上に変形移動させるチューブ１１ａと、反対にほぼ短径の半分に相当する分だけ下に変形移動させるチューブ１１ｂとを交互に配置する。
このようにチューブ１１を千鳥配置とすれば、各チューブ１１ａ，１１ｂの先端に空気流が当たりやすくなるので、空気側の熱伝達率をより一層向上させることができると共に、チューブの配列ピッチに関する設計上の自由度を増すことができる。
【００３４】
また、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０においては、図８（ｂ）に示す第３変形例のように、チューブ１１の後流側に水平部となる部分リブ１２ａを部分的に残してもよい。この部分リブ１２ａは、チューブ１１の外側を図中に矢印で示すように通過して流れる空気（熱交換流体）流れ方向において、その後流側に連なるリブ１２の一部をチューブ１１につなげた状態で残し、他を切断除去することで形成したものである。すなわち、上述したリブ１２の切断除去範囲を狭めるだけであり、実質的な工数の増加はなく低コストで容易に実施できる。
このような図８（ｂ）の構成とすれば、図８（ａ）に示すように部分リブ１２ａがない場合と比較して、チューブ後流側における空気流の剥離や渦の発生が抑制されるので、空気流の圧力損失を低コストで低減することができる。
【００３５】
なお、図８（ｂ）に示した第３変形例のように空気流の圧力損失を低減させるためには、たとえば図９に示す他の実施例のように、リブ１２の切断除去工程をなくし、全面的にリブ１２を残すようにしてもよい。この場合、リブ１２が全面的に存在しているため熱伝達率の面では不利になる反面、リブ１２がチューブ後流側における空気流の剥離や渦の発生を抑制し、しかも、製造工程が減ることから、より低コストで圧力損失を低減できるという利点がある。すなわち、この場合の熱交換チューブ１０は、図２に示した熱交換チューブ基本体１０′と実質的に同じものとなる。
【００３６】
また、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０においては、たとえば図１０に示す第４変形例のように、チューブ１１の内周面に微細溝１７を設けることが好ましい。この微細溝１７は、第１及び第２の実施形態では押し出し成形と同時に軸方向（押し出し方向）へ設けることが可能であり、第３の実施形態では、板状部材３３Ａ，３３Ｂのプレス整形と同時に所望の方向に形成することが可能である。
このような微細溝１７を設けたチューブとすることにより、内周の表面積が増加する分管内側の伝熱性能を向上させることができる。
【００３７】
また、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０においては、たとえば図１１に示す第５変形例のように、リブ１２を隣接するチューブ１１に沿って軸方向へ断続的に切断しておき、この切断部分を下向きに折曲してスペーサ１８として活用する。これにより、上下方向に隣接するチューブ１１間のピッチ（図１３における間隙Ｈ）を容易に規定できるようにしたスペーサ１８を、熱交換チューブと一体的に設けることができる。
【００３８】
さて、上述した各実施形態の熱交換チューブ１０，２０，３０をフィンレス熱交換器１００のヘッダ１０２に挿入する部分の構成例に関し、その好適な実施形態を図１４及び図１５に示して説明する。
図１４に示す第１の実施形態では、ヘッダ１０２に矩形断面の挿入穴１０３を多段に設けておき、一方、熱交換チューブ１０側では、両端を挿入穴１０３の矩形断面に合わせるためにプレス加工を施す。すなわち、図１４（ｂ）に示すように、熱交換チューブ１０を先端側の正面から見た形状が挿入穴１０３と一致する矩形となるように変形させた熱交換チューブ１０Ａとする。
このようにプレス加工を施した熱交換チューブ１０Ａとすることにより、ヘッダ１０２側に設ける挿入穴１０３の形状を単純な矩形形状とすることができ、従って、挿入穴１０３の加工が容易になり、ヘッダ１０２の加工コストを低減できる。なお、上下に隣接する挿入穴１０３については、チューブ１１の配置が千鳥状となるよう左右に交互にずらして設けておくとよい。
【００３９】
図１５に示す第２の実施形態では、ヘッダ１０２に矩形断面の挿入穴１０３を同様に設け、熱交換チューブ１０の両端にそれぞれ挿入穴１０３の矩形断面に合わせたアダプタ１０４を取り付けておく。
このような構成としても、ヘッダ１０２におけるチューブ１０の挿入穴加工が容易になり、製造コストの低減に貢献することができる。なお、この場合においては、アダプタ１０４をチューブ１１の配列方向と平行に２分割した構造とするのが好ましく、これにより、熱交換チューブ１０の端部を上下から挟み込むようにしてアダプタ１０４を容易に取り付けることができる。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能であることは言うまでもない。
【００４１】
【発明の効果】
上述した本発明の熱交換チューブ及びフィンレス熱交換器によれば、以下の効果を奏する。
（１） 多数の細管を用いてヘッダ間を連結すると共に、フィンを全く用いない構成のフィンレス熱交換器としたので、管内側熱伝達率及び空気側熱伝達率が共に向上し、かつ、金属抵抗がゼロとなる。このため、熱交換器の熱交換能力が向上し、熱交換器を小型化及び軽量化することが可能となる。
（２） 特に、細管（チューブ）として外周長に基づく相当直径が３ｍｍ以下の楕円形断面（楕円チューブ）を採用すれば、円形断面と比較して空気側熱伝達率が向上し、かつ、空気流の圧力損失も低減するので、この点からも熱交換器の熱交換能力が向上し、小型化及び軽量化に貢献できる。
（３） 複数のチューブを一体化した熱交換チューブを採用すれば、フィンレス熱交換器のヘッダに細管を組み付けする際、多数のチューブの保持や組み付け作業が容易になる。このため、フィンレス熱交換器の製造コストを低下させ、安価に製造できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る熱交換チューブの第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】 図１の熱交換チューブが押し出し成形された状態にある熱交換チューブ基本体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図３】 図１に示す熱交換チューブに係る製造工程の変形例を示す図で、（ａ）は押し出し成形工程、（ｂ）は切断除去工程、（ｃ）はプレス加工工程を示す説明図である。
【図４】 本発明に係る熱交換チューブの第２の実施形態を示す断面図である。
【図５】 本発明に係る熱交換チューブの第３の実施形態を示す図であり、（ａ）は部品段階の板状部材を示す斜視図、（ｂ）は板状部材を合わせて一体化した状態を示す断面図、（ｃ）は切断除去後の完成状態を示す断面図である。
【図６】 本発明による熱交換チューブの第１〜第３の実施形態に係る第１変形例を示す平面図である。
【図７】 本発明による熱交換チューブの第１〜第３の実施形態に係る第２変形例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。
【図８】 本発明による熱交換チューブの第１〜第３の実施形態に係る第３変形例に関する図であり、（ａ）は部分リブがない場合の断面図、（ｂ）は部分リブを設けた第３変形例を示す断面図である。
【図９】 図８（ｂ）に示した第３変形例に関する他の実施例を示す断面図である。
【図１０】 本発明による熱交換チューブの第１〜第３の実施形態に係る第４変形例を示すである。
【図１１】 本発明による熱交換チューブの第１〜第３の実施形態に係る第５変形例を示す図であり、（ａ）は要部斜視図、（ｂ）は先端側から見た要部正面図である。
【図１２】 本発明に係るフィンレス熱交換器の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図１３】 図１２のフィンレス熱交換器に用いられている細管を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は細管配列例を示す図である。
【図１４】 熱交換チューブをヘッダに挿入する部分の構成に関する第１の実施形態を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は熱交換チューブ先端のプレス加工による変形を示す図である。
【図１５】 熱交換チューブをヘッダに挿入する部分の構成に関する第２の実施形態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は分解斜視図である。
【図１６】 本発明におけるフィンレス熱交換器において、楕円の短径／長径比と熱交換能力（ＫＡ0 ）との関係を示す実験結果の図である。
【図１７】 従来の熱交換器の構成例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０ 熱交換チューブ
１１，２１ チューブ
１２，２２ リブ
１２ａ 部分リブ
１６ 連結リブ
１７ 微細溝
１８ スペーサ
２３ 円形断面流路
３１ 凹部
３２ 平面部
３３Ａ，３３Ｂ 板状部材
３４ 流路部（チューブに相当）
３５ リブ相当部
１００ フィンレス熱交換器
１０１ 細管（チューブ）
１０２ ヘッダ
１０３ 挿入穴
１０４ アダプタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchange tube for a heat exchanger used in an air conditioner or the like and a finless heat exchanger using the heat exchange tube, and in particular, a technique suitable for downsizing and weight reduction of the heat exchanger. About.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in an air conditioner for a vehicle or the like, a heat exchanger such as a condenser, an evaporator, and a heater core is used in the refrigeration cycle.
Here, the structural example of the conventional heat exchanger is demonstrated easily based on drawing. FIG. 17 shows a heater core as an example of a heat exchanger used in a vehicle air conditioner. Reference numeral 1 in the drawing denotes a heater core that heats air (heat exchange fluid) by introducing engine coolant. Is a pair of left and right headers, 3 is a flat tube through which hot water as a heat exchange medium flows, and 4 is a corrugated fin that increases the heat transfer area on the air side.
[0003]
In the heater core 1 of the conventional configuration described above, the headers 2 and 2 are connected by the flat tubes 3 arranged in multiple stages with a gap in the vertical direction, and the corrugated fins 4 are installed between the adjacent flat tubes 3 and 3. is there. The hot water flowing through the header 2 and the flat tube 3 heats the air passing between the flat tubes 3 and 3. At this time, the corrugated fins 4 increase the heat transfer area to the air, thereby improving the heat exchange efficiency. ing.
In addition to the combination of the flat tube 3 and the corrugated fin 4 described above, there is a conventional heat exchanger in which a plate fin and a round tube are combined. In order to increase the heat transfer area on the air side that is cooled or heated by exchanging heat with the medium, fins are added.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent air conditioners, it is desired to reduce the size, weight and efficiency of the air conditioner itself. Therefore, the efficiency of a heat exchanger installed in a refrigeration cycle is also improved. Therefore, it is required to achieve a reduction in size and weight.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a finless heat exchanger that is reduced in size and weight, and to provide a heat exchange tube that is suitable for the finless heat exchanger. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
  The heat exchange tube according to claim 1,Arranged in parallelConnect multiple tubes with ribsIntegratedShaped multi-hole tubeTube groupIs molded and inserted into the headerAxial directionCut and remove the ribs leaving both endsForming a gap through which the heat exchange fluid flowing outside the tube flows.IndividualAdjacentHeat exchange tube that separates tubesThe tubes are connected to the pair of left and right headers, and the adjacent tubes are arranged in a zigzag arrangement alternately moved in the vertical direction except for both axial end portions.It is characterized by this.
[0007]
  According to such a heat exchange tube, when assembling a large number of tubes to the header, it becomes possible to handle them as a multi-hole tube (tube group) in which both ends of a plurality of tubes are connected by ribs. Becomes easier.
  Also, since the ribs were cut and removed except for both ends,A gap through which heat exchange fluid such as air that flows outside the tube to exchange heat is formed separately between adjacent tubes, and the flow of heat exchange fluid that passes through this gapIt is possible to efficiently exchange heat with the heat exchange medium flowing in the tube by being applied to the front surface of each tube.
  In addition, in the heat exchange tube described above, a plurality of tubes (tube groups) arranged in parallel are connected to a pair of left and right headers, and adjacent tubes are vertically moved except for both axial ends arranged in parallel. Since the staggered arrangement is moved alternately, the heat transfer rate on the air side can be improved and the degree of freedom of the arrangement pitch can be increased.
[0008]
In such a heat exchange tube, it is preferable that the tube has a circular or elliptical cross section, and a circular cross section is advantageous in terms of pressure resistance. Further, if the tube has an elliptical cross section, the heat transfer coefficient outside the tube can be improved and the pressure loss of the air flow flowing outside the tube can be reduced as compared with the circular cross section. More preferably, an elliptical tube having an equivalent diameter based on the outer peripheral length of 3 mm or less may be used.
[0009]
  In addition, the tube is alternately moved by the tube corresponding to the half of the circle or the ellipse and the tube moved downward by the amount corresponding to the half of the circle or the ellipse. It is preferable that the arrangement is a staggered arrangement.
  And if the said multi-hole tube is made into the extrusion molding product of a heat conductive metal, a heat exchange tube can be manufactured easily. In this case, the multi-hole tube has a shape that cannot be extruded by forming an extrusion molding process, a cutting and removing process of the rib, and a press molding process after the cutting and removing process. Even so, it can be formed by applying press working.
  Further, by providing the tube with an elliptical cross-sectional shape and providing a plurality of circular cross-sectional flow passages therein, the elliptical outer shape is advantageous in terms of the heat transfer coefficient outside the tube and the pressure loss surface of the air flow, and the internal It is possible to provide a plurality of circular cross-sectional flow paths having excellent pressure strength.
[0010]
Alternatively, the multi-hole tube may be formed by integrating a pair of plate-like members made of a heat conductive metal in which a plurality of rows of alternating semicircular or elliptical concave portions and flat portions are provided. The heat exchange tube has a higher degree of design freedom than extrusion molding because the tube thickness can be reduced.
[0011]
In the heat exchange tube described above, the heat conductive metal is preferably made of aluminum or an aluminum alloy.
In the heat exchange tube described above, the rib may be cut and removed intermittently, and a connecting rib between the tubes may be provided in addition to the both end portions to function as a reinforcing plate.
Moreover, in the heat exchange tube mentioned above, by arranging the tubes in a staggered arrangement, the heat transfer coefficient on the air side can be improved and the degree of freedom of the arrangement pitch can be increased.
[0012]
  Further, in the heat exchange tube described above, if the ribs are cut and removed while leaving the horizontal portion connected to the wake side in the heat exchange fluid flow direction flowing through the outside of the tube, Air flow separation and vortex generation can be suppressed at low cost.
  Moreover, in the heat exchange tube mentioned above, it is preferable to provide a fine groove on the inner peripheral surface of the tube, thereby increasing the surface area of the inner periphery and improving the heat transfer performance inside the tube..
[0013]
  The heat exchange tube according to claim 12 forms a multi-hole tube having a shape in which a plurality of tubes are connected by ribs, and separates the individual tubes by cutting and removing the ribs leaving both ends inserted into the header. The rib is cut intermittently in the axial direction of the tube, and the cut portion is bent and used as a spacer.
According to such a heat exchange tube, when assembling a large number of tubes to the header, it becomes possible to handle them as a multi-hole tube (tube group) in which both ends of a plurality of tubes are connected by ribs. Becomes easier. Further, since the ribs are cut and removed except for both ends, the flow of heat exchange fluid such as air for heat exchange can be applied to the front surface of each tube to efficiently exchange heat with the heat exchange medium flowing in the tube. . Furthermore, since the rib is intermittently cut in the axial direction of the tube and the cut portion is bent and used as a spacer, a spacer that determines the pitch between adjacent tubes can be provided integrally.
[0014]
  The finless heat exchanger according to claim 13 includes a pair of left and right headers, and the heat exchange tube according to any one of claims 1 to 12 is configured to be connected to the header. Is.
  According to such a finless heat exchanger,The flow of heat exchange fluid passing through the gap formed between the tubes of the heat exchange tubes can be applied to the front surface of each tube to efficiently exchange heat with the heat exchange medium flowing in the tubes. By the staggered arrangement alternately moved in the vertical direction, the heat transfer rate on the air side can be improved.Further, since the heat resistance between the metals is eliminated by eliminating the fins, the heat exchanging ability of the heat exchanger is improved, thereby enabling a reduction in size and weight.In addition, when assembling a large number of tubes to the header, it becomes possible to handle them as a multi-hole tube (tube group) in which both ends of a plurality of tubes are connected by ribs, so that holding and assembling operations are facilitated.
In the finless heat exchanger described above, it is preferable that an insertion hole having a rectangular cross section is provided in the header, and press processing is performed on both ends of the heat exchange tube so as to match the rectangular cross section of the insertion hole. Processing becomes easy and the processing cost of the header can be reduced.
[0015]
  The finless heat exchanger according to claim 14 is configured by connecting headers by a plurality of heat exchange medium flow passages arranged with gaps serving as heat exchange fluid flow passages, and the plurality of thin tubes are A combination of the heat exchange tubes according to any one of claims 1 to 12, wherein an insertion hole is provided in the header, and adapters adapted to the insertion holes are attached to both ends of the heat exchange tube. It is.
According to such a finless heat exchanger, the heat transfer coefficient on the inside of the tube and the heat exchange fluid (air, etc.) side is improved by using a large number of thin tubes, and furthermore, the heat between the metals is eliminated by eliminating the fins. Since there is no resistance, the heat exchanging ability of the heat exchanger is improved to enable miniaturization and weight reduction. In this case, it is preferable that the large number of thin tubes be combined with the heat exchange tube according to any one of claims 1 to 12.
And in said finless heat exchanger, since the insertion hole was provided in the header and the adapter matched with the insertion hole was attached to the both ends of the heat exchange tube, the insertion hole processing of the tube in the header became easy, and the manufacturing cost was reduced. Contributes to reduction. In this case, it is preferable that the adapter has a two-part structure, whereby the adapter can be easily attached so as to sandwich the end portion of the heat exchange tube. Moreover, it is preferable that the insertion hole has a rectangular cross section, and an adapter that matches the rectangular cross section is attached.
  The finless heat exchanger according to claim 18 is configured by connecting headers with a plurality of heat exchange medium flow passages arranged with gaps serving as heat exchange fluid flow passages, and the plurality of thin tubes, A combination of the heat exchange tubes according to any one of claims 1 to 12, wherein an insertion hole is provided in the header, and press processing is performed to taperly deform both ends of the heat exchange tube in accordance with the insertion holes. It is characterized by.
  Moreover, in the finless heat exchanger of the present invention, the above-described thin tube is preferably an elliptic tube having an equivalent diameter based on the outer peripheral length of 3 mm or less.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, one embodiment of the heat exchange tube and finless heat exchanger concerning the present invention is described based on a drawing.
FIG. 12 is a perspective view showing a configuration of a finless heat exchanger according to the present invention, in which reference numeral 100 denotes a finless heat exchanger, 101 denotes a thin tube (tube) serving as a heat exchange medium flow path, and 102 denotes a header. Yes. The finless heat exchanger 100 has a structure in which a pair of left and right headers 102 are connected by a large number of thin tubes 101, and a gap serving as an air (heat exchange fluid) flow path is provided between the thin tubes 101. It has been.
[0017]
As shown in FIG. 13, the thin tube 101 is, for example, a thin elliptical cross section having a major axis L of about 2 mm and a minor axis S of about 1.2 mm, and the major axis L and the air flow direction are parallel to each other. Place and use as such. A large number of thin tubes 101 are arranged at a pitch P (for example, about 2.4 mm) in the air flow direction, for example, and are arranged in a staggered manner with gaps H (for example, about 1.9 mm) in the vertical direction, As a result, a gap serving as an air flow path is formed between the thin tubes 101.
Further, unlike the conventional heat exchanger, the gaps between the thin tubes 101 formed in this way utilize the space as it is as an air flow path without providing fins such as corrugated fins.
[0018]
In the finless heat exchanger 100 having such a configuration, since a large number of narrow tubes 101 having an elliptical cross section are arranged as a flow path of a heat exchange medium such as a refrigerant, the heat transfer coefficient on the air side is compared with a thin tube having a circular cross section. Will improve. And since the separation point of the air flow moves backward compared to the circular thin tube in the elliptical thin tube, the pressure loss of the air flow passing through the heat exchanger is reduced due to a significant decrease in shape resistance. The dense arrangement of the thin tubes 101 becomes possible, and a high heat exchange capability can be obtained.
Further, by adopting (thinning the diameter) the thin tube 101 having a small diameter, both the tube inner heat transfer coefficient and the air side heat transfer coefficient are improved, and the total value of the outer peripheral area and the inner peripheral area of the thin tube 101 is increased. .
Further, since the fins are not provided between the thin tubes 101, the metal resistance (that is, the thermal resistance between the fins and the thin tubes 101) becomes zero, and the heat loss due to this can be eliminated.
[0019]
Therefore, the heat exchange capability of the finless heat exchanger 100 is improved by the synergistic effects of the above-described air-side heat transfer coefficient improvement, pipe inner heat transfer coefficient improvement, air pressure loss reduction, and metal resistance elimination. For this reason, it becomes possible to obtain the required heat exchange capacity with a heat exchanger that has been reduced in size and weight, making it easy to secure a space for installing the heat exchanger, or reducing the size of the device itself equipped with the heat exchanger. It can also be converted.
Alternatively, the finless heat exchanger 100 can be used as a heat exchanger having a high heat exchange capability by making the finless heat exchanger 100 the same size as the conventional one.
[0020]
By the way, the above-mentioned narrow tube 101 having an elliptical cross section has an equivalent diameter D based on the outer peripheral length thereof.0 , There is an optimum value for reducing the diameter, which will be described below.
FIG. 16 shows the equivalent diameter D based on the outer peripheral length.0 3 shows the experimental results when three types of thin tubes 101 having a diameter of 1 mm, 2 mm, and 3 mm are used in a finless heat exchanger (here, a heater core) by changing the minor axis / major axis ratio. / The ratio of major axis to horizontal axis, heat exchange capacity KA0 (W / K) is on the vertical axis. Where heat exchange capacity KA0 K is the heat transfer rate, A0 Is the outer surface area.
The heat exchange outer dimensions of the heater core used here are W (width) 160 mm, H (height) 145 mm, D (depth) 25 mm, front wind speed 3 m / s, air pressure loss 140 Pa, water volume 360 l / On the other hand, as a conventional product for comparison, a combination of a corrugated fin and a flat tube is used.
[0021]
From this experimental result, the narrow tube 101 having an elliptical cross section has an equivalent diameter D based on the outer peripheral length.0 Is preferably 3 mm or less. This is based on the heat exchange capacity of the conventional product indicated by the broken line, and the region above the broken line, which has a higher heat exchange capacity than the conventional product, is from the short diameter / major diameter ratio (about 0.5) that is reasonable for an elliptical tube. D for large ones0 This is because 3 mm is the limit. That is, D0 Is larger than 3 mm, the ratio of the minor axis / major axis must be smaller than 0.5. Therefore, unless the shape is considerably flat and elliptical, the heat exchange capacity of the conventional product cannot be exceeded, which is not preferable. If the minor axis / major axis ratio of the ellipse is 1, a circle is formed.
[0022]
In the finless heat exchanger 100 described above, the heat exchange medium flows in the narrow tube 101, so that the heat exchange medium reciprocates to the left and right by the action of the partition member provided on the header 102 rather than the so-called multiflow type. It is desirable to reduce pressure loss by adopting a one-pass method in which the entire amount flows from one header 102 to the other header 102 in one direction.
[0023]
The cross-sectional shape of the thin tube 101 is not limited to the above-described elliptical shape, and for example, a circular cross-section or a polygonal cross-section may be adopted, and the arrangement of the thin tubes 101 is not necessarily staggered. do not have to.
[0024]
In the finless heat exchanger 100 described above, a large number of thin tubes 101 are inserted into the header 102, but the operation of inserting the large numbers of thin tubes 101 into the header 102 is difficult in terms of workability and manufacturing cost. is there. Therefore, a configuration of a heat exchange tube suitable for the finless heat exchanger 100 described above, that is, a multi-hole tube in which a plurality of tubes are integrated together will be described below.
FIG. 1 shows a first embodiment relating to a heat exchange tube. In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a heat exchange tube, 11 denotes a tube, 12 denotes a rib, and 13 denotes a rib removing portion.
[0025]
The heat exchange tube 10 is a multi-hole tube having a shape in which a plurality of tubes 11 are connected by ribs 12, and the ribs 12 in the central portion are cut and removed, leaving both ends inserted into the header 102 described above, and adjacent tubes. The rib removal part 13 which made the 11 state into the isolation | separation state is formed.
The heat exchange tube 10 thus configured is manufactured by extruding a heat conductive metal such as aluminum or an aluminum alloy, for example, as shown in FIG. In this case, the heat exchange tube basic body (multi-hole tube) 10 ′ having a shape in which the six tubes 11 are connected and integrated by the ribs 12 is used. Then, if the rib 12 of the center part is cut and removed leaving the axial direction both ends in the tube 11, it will become the heat exchange tube 10 of the tube group by which the six tubes 11 were integrated by the rib 12 at both ends. A space portion generated by cutting and removing the rib 12 is a rib removing portion 13.
[0026]
In the heat exchange tube 10 described above, an elliptical shape that is advantageous for improving the heat transfer coefficient outside the tube and reducing the air pressure loss is adopted as the cross-sectional shape of each tube 11. Good. In addition, about the cross-sectional shape of the tube 11, it is not limited to an ellipse or a circle, For example, it is good also as a polygonal cross section.
[0027]
If such a heat exchange tube 10 is employed in the finless heat exchanger 100, it is handled as a tube group of a multi-hole tube in which a plurality of tubes 11 are integrated instead of the operation of assembling a large number of tubes 101 to the header 102. Therefore, it is easy to hold and work during assembly work.
Further, since the ribs 12 are cut and removed except for both ends, the flow of air to exchange heat hits the front surface of each tube 11 through the rib removing unit 13 and efficiently exchanges heat with the heat exchange medium flowing in the tube 11. be able to.
In addition, what was demonstrated regarding the single thin tube 101 mentioned above should just be applied about the shape of the tube 11, a dimension, an arrangement | sequence, etc. here.
[0028]
And since the heat exchange tube 10 mentioned above can be easily manufactured by extruding heat conductive metals, such as aluminum, it becomes effective for reduction of manufacturing cost with improvement of assembly workability | operativity.
Further, in the case where it is difficult to form the heat exchange tube basic body 10 'only by the extrusion molding process, as shown in FIG. 3, in addition to the extrusion molding process (a) and the rib 12 cutting and removing process (b). Then, the press molding step shown in (c) may be performed. In this press molding process, the heat exchanging tube basic body 10 'is subjected to press working with the molds 14a and 14b having the final desired outer shape. For example, the tube 11 having a circular cross section is extruded and then press molded. The oval cross section can be obtained.
Reference numeral 15 in the drawing denotes a cutter for cutting and removing the ribs 12.
[0029]
Next, a second embodiment relating to the heat exchange tube described above will be described with reference to FIG.
In this heat exchange tube 20, the cross-sectional shape of the entire tube 21 is an ellipse, a plurality of them are connected by ribs 22, and a plurality (two in the illustrated example) of circular cross-sectional flow paths 23 are provided inside each tube 21. With the heat exchange tube 20 having such a configuration, the outer shape of the tube 21 having an elliptical shape is advantageous in terms of heat transfer coefficient outside the tube and the pressure loss of the air flow, and has excellent pressure resistance inside. A plurality of circular cross-section flow paths 23 can be provided.
The illustrated heat exchange tube 20 shows a cross-sectional shape before the rib 22 is cut and removed, and the same processing as in the first embodiment described above is performed.
[0030]
Next, a third embodiment relating to the above-described heat exchange tube will be described with reference to FIG.
This heat exchanging tube 30 is formed by integrating a pair of upper and lower plate-like members 33A and 33B in which a plurality of rows of semicircular or elliptical concave portions 31 and flat surface portions 32 are alternately provided. The formed heat exchange medium flow path portions (corresponding to tubes) 34 and flat rib equivalent portions 35 are alternately formed in a plurality of rows. In this case, after a pair of upper and lower plane portions 32 to be overlapped and integrated, the plane portion 32 is cut and removed, leaving portions and both ends necessary for the integration, and the rib removing portion 36 is removed. Form. In addition, about plate-shaped member 33A, 33B, it can shape | mold easily by press molding.
By using the heat exchange tube 30 having such a configuration, there is an advantage that the degree of freedom in design is higher than that of extrusion molding, for example, the thickness of the flow path portion 34 corresponding to the tube can be reduced.
[0031]
The heat exchange tubes 10, 20, and 30 of each embodiment described above preferably use aluminum or an aluminum alloy as the heat conductive metal, have excellent formability such as extrusion, and obtain a good heat exchange capacity. be able to. However, the present invention described above is not limited to this, and other heat conductive metals can be used.
[0032]
Further, in the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of the above-described embodiments, the cutting and removal of the ribs 12 and 22 and the rib equivalent portion 35 are intermittently cut and removed as in the first modification shown in FIG. May also be implemented. That is, the connecting ribs 16 for connecting the tubes other than both end portions may be left at an appropriate pitch to function as a reinforcing plate that prevents or suppresses the deflection and deformation of the heat exchange tube.
In the modification shown in FIG. 6, the connecting ribs 16 are provided only at one place in the center. However, the number of connecting ribs 16 is increased according to the length of the heat exchange tube so that two or more connecting ribs 16 are provided. Also good.
[0033]
Moreover, in the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of each embodiment mentioned above, it is good to carry out the staggered arrangement | positioning by moving the adjacent tubes 11 alternately up and down like the 2nd modification shown in FIG. That is, the tube 11a that is deformed and moved upward from the tube position at the beginning of molding indicated by an imaginary line in FIG. The tubes 11b that are deformed and moved downward are alternately arranged.
If the tubes 11 are arranged in a staggered manner in this way, the air flow is likely to hit the tips of the tubes 11a and 11b, so that the heat transfer rate on the air side can be further improved and the design related to the arrangement pitch of the tubes. The degree of freedom above can be increased.
[0034]
Moreover, in the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of each embodiment mentioned above, the partial rib 12a used as a horizontal part is partially provided in the back flow side of the tube 11, like the 3rd modification shown in FIG.8 (b). You may leave it. The partial rib 12a is a state in which a part of the rib 12 connected to the downstream side is connected to the tube 11 in the flow direction of the air (heat exchange fluid) flowing through the outside of the tube 11 as indicated by an arrow in the drawing. It is formed by cutting and removing others. That is, only the above-described cutting and removing range of the rib 12 is narrowed, and there is no substantial increase in the number of man-hours.
With the configuration shown in FIG. 8B, the separation of the air flow and the generation of vortices on the downstream side of the tube are suppressed as compared with the case where the partial rib 12a is not provided as shown in FIG. 8A. Therefore, the pressure loss of the air flow can be reduced at a low cost.
[0035]
In order to reduce the pressure loss of the air flow as in the third modified example shown in FIG. 8B, the step of cutting and removing the ribs 12 is eliminated as in the other embodiment shown in FIG. The ribs 12 may be left on the entire surface. In this case, the rib 12 is present on the entire surface, which is disadvantageous in terms of heat transfer coefficient. On the other hand, the rib 12 suppresses the separation of the air flow and the generation of vortices on the downstream side of the tube. Therefore, there is an advantage that the pressure loss can be reduced at a lower cost. That is, the heat exchange tube 10 in this case is substantially the same as the heat exchange tube basic body 10 'shown in FIG.
[0036]
Moreover, in the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of each embodiment mentioned above, it is preferable to provide the fine groove | channel 17 in the internal peripheral surface of the tube 11, for example like the 4th modification shown in FIG. The fine grooves 17 can be provided in the axial direction (extrusion direction) simultaneously with the extrusion in the first and second embodiments. In the third embodiment, the fine grooves 17 are formed by pressing the plate-like members 33A and 33B. At the same time, it can be formed in a desired direction.
By making the tube provided with such a fine groove 17, the heat transfer performance inside the distribution pipe, in which the surface area of the inner periphery increases, can be improved.
[0037]
Moreover, in the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of each embodiment mentioned above, the rib 12 is intermittently cut | disconnected to the axial direction along the adjacent tube 11, like the 5th modification shown in FIG. The cut portion is bent downward and used as the spacer 18. Thereby, the spacer 18 that can easily define the pitch between the tubes 11 adjacent in the vertical direction (the gap H in FIG. 13) can be provided integrally with the heat exchange tube.
[0038]
Now, regarding a configuration example of a portion where the heat exchange tubes 10, 20, and 30 of the above-described embodiments are inserted into the header 102 of the finless heat exchanger 100, a preferred embodiment will be described with reference to FIGS. .
In the first embodiment shown in FIG. 14, insertion holes 103 having a rectangular cross section are provided in the header 102 in multiple stages. On the other hand, on the heat exchange tube 10 side, both ends are pressed to match the rectangular cross section of the insertion hole 103. Apply. That is, as shown in FIG. 14B, the heat exchange tube 10 </ b> A is obtained by deforming the heat exchange tube 10 so that the shape of the heat exchange tube 10 viewed from the front side on the front end side becomes a rectangle that matches the insertion hole 103.
By making the heat exchange tube 10A subjected to press working in this way, the shape of the insertion hole 103 provided on the header 102 side can be made a simple rectangular shape, and therefore, the processing of the insertion hole 103 is facilitated. The processing cost of the header 102 can be reduced. Note that the insertion holes 103 that are vertically adjacent to each other may be provided by alternately shifting left and right so that the tubes 11 are arranged in a staggered manner.
[0039]
In the second embodiment shown in FIG. 15, the insertion hole 103 having a rectangular cross section is similarly provided in the header 102, and adapters 104 that match the rectangular cross section of the insertion hole 103 are attached to both ends of the heat exchange tube 10.
Even with such a configuration, the insertion hole processing of the tube 10 in the header 102 is facilitated, which can contribute to a reduction in manufacturing cost. In this case, the adapter 104 is preferably divided into two parts in parallel with the arrangement direction of the tubes 11, so that the adapter 104 can be easily held by sandwiching the end of the heat exchange tube 10 from above and below. Can be attached.
[0040]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the design can be changed without departing from the gist of the invention.
[0041]
【The invention's effect】
The above-described heat exchange tube and finless heat exchanger of the present invention have the following effects.
(1) Since the finless heat exchanger has a structure in which the headers are connected by using a large number of thin tubes and no fins are used, both the heat transfer coefficient inside the tube and the heat transfer coefficient on the air side are improved. Resistance becomes zero. For this reason, the heat exchange capability of the heat exchanger is improved, and the heat exchanger can be reduced in size and weight.
(2) In particular, if an elliptical cross section (elliptical tube) having an equivalent diameter of 3 mm or less based on the outer peripheral length is adopted as the thin tube (tube), the air side heat transfer coefficient is improved as compared with the circular cross section, and the air Since the pressure loss of the flow is also reduced, the heat exchange capability of the heat exchanger is improved from this point as well, which can contribute to miniaturization and weight reduction.
(3) If a heat exchange tube in which a plurality of tubes are integrated is employed, a large number of tubes can be easily held and assembled when the thin tubes are assembled to the header of the finless heat exchanger. For this reason, the manufacturing cost of a finless heat exchanger can be reduced and can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views showing a first embodiment of a heat exchange tube according to the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view showing an overall configuration, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 2 is a view showing a heat exchange tube basic body in a state where the heat exchange tube of FIG. 1 is extruded, (a) is a plan view, and (b) is a sectional view taken along line BB of (a). is there.
3 is a view showing a modification of the manufacturing process related to the heat exchange tube shown in FIG. 1, wherein (a) is an extrusion molding process, (b) is a cutting and removing process, and (c) is an explanatory view showing a pressing process. It is.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a heat exchange tube according to the present invention.
5A and 5B are views showing a third embodiment of a heat exchange tube according to the present invention, in which FIG. 5A is a perspective view showing a plate-like member at a component stage, and FIG. Sectional drawing which shows the state which carried out, (c) is sectional drawing which shows the completion state after cutting removal.
FIG. 6 is a plan view showing a first modification of the first to third embodiments of the heat exchange tube according to the present invention.
7A and 7B are views showing a second modification of the heat exchange tube according to the first to third embodiments of the present invention, wherein FIG. 7A is a cross-sectional view, and FIG. 7B is a left side view of FIG. is there.
FIG. 8 is a view relating to a third modification of the first to third embodiments of the heat exchange tube according to the present invention, in which (a) is a cross-sectional view when there is no partial rib, and (b) is a partial rib. It is sectional drawing which shows the 3rd modification provided.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing another embodiment related to the third modification shown in FIG.
FIG. 10 shows a fourth modification of the first to third embodiments of the heat exchange tube according to the present invention.
FIGS. 11A and 11B are views showing a fifth modified example according to the first to third embodiments of the heat exchange tube according to the present invention, wherein FIG. 11A is a perspective view of a main part, and FIG. FIG.
12A and 12B are views showing an embodiment of a finless heat exchanger according to the present invention, in which FIG. 12A is a perspective view and FIG. 12B is an enlarged view of a main part of FIG.
13A and 13B are diagrams showing thin tubes used in the finless heat exchanger of FIG. 12, in which FIG. 13A is a cross-sectional view, and FIG.
FIGS. 14A and 14B are views showing a first embodiment relating to a configuration of a portion in which a heat exchange tube is inserted into a header, wherein FIG. 14A is an exploded perspective view, and FIG. FIG.
FIGS. 15A and 15B are views showing a second embodiment relating to a configuration of a portion where a heat exchange tube is inserted into a header, wherein FIG. 15A is a cross-sectional view, and FIG. 15B is an exploded perspective view.
FIG. 16 shows the ellipse minor axis / major axis ratio and heat exchange capacity (KA) in the finless heat exchanger of the present invention.0 It is a figure of the experimental result which shows the relationship between these.
FIG. 17 is a perspective view showing a configuration example of a conventional heat exchanger.
[Explanation of symbols]
10, 20, 30 Heat exchange tube
11,21 tube
12,22 rib
12a Partial rib
16 connecting ribs
17 Fine groove
18 Spacer
23 Circular cross-section flow path
31 recess
32 Plane section
33A, 33B Plate member
34 Channel section (equivalent to tube)
35 Rib equivalent part
100 finless heat exchanger
101 tubule
102 header
103 Insertion hole
104 adapter

Claims (19)

平行に配列された複数のチューブをリブでつなげて一体化した形状の多穴チューブの管群を成形し、ヘッダに挿入される軸方向両端部を残し前記リブを切断除去して、前記チューブの外側を流れる熱交換流体が流れる間隙を形成するように個々の隣接するチューブ間を分離させる熱交換チューブとし、
前記チューブが、左右一対の前記ヘッダに連結されており、隣接する前記チューブは、前記軸方向両端部を除いて上下方向へ交互に移動させた千鳥配置とされていることを特徴とする熱交換チューブ。 A plurality of tubes arranged in parallel are connected by ribs to form a tube group of multi-hole tubes , and the ribs are cut and removed leaving both axial ends inserted into the header . A heat exchange tube that separates each adjacent tube so as to form a gap through which the heat exchange fluid flowing outside flows ;
The tubes are connected to a pair of left and right headers, and the adjacent tubes are arranged in a staggered arrangement alternately moved in the vertical direction except for both axial end portions. tube. 前記チューブの断面を円形または楕円形にしたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換チューブ。  The heat exchange tube according to claim 1, wherein a cross section of the tube is circular or elliptical. 前記チューブは、前記円形または前記楕円形の半分に相当する分だけ移動させる前記チューブと、反対に前記円形または前記楕円形の半分に相当する分だけ下に移動させる前記チューブとを交互に配置させた千鳥配置とされていることを特徴とする請求項２に記載の熱交換チューブ。The tube is alternately arranged such that the tube moved by an amount corresponding to the half of the circle or the ellipse and the tube moved downward by an amount corresponding to the half of the circle or the ellipse are alternately arranged. The heat exchange tube according to claim 2, wherein the heat exchange tube is arranged in a staggered arrangement. 前記多穴チューブが熱伝導性金属の押し出し成形品であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換チューブ。The heat exchange tube according to any one of claims 1 to 3, wherein the multi-hole tube is an extruded product of a heat conductive metal. 前記多穴チューブの成形が、押し出し成形工程と、前記リブの切断除去工程と、該切断除去工程後のプレス成形工程とを具備してなされることを特徴とする請求項４に記載の熱交換チューブ。5. The heat exchange according to claim 4 , wherein the multi-hole tube is formed by an extrusion molding process, a rib cutting and removing process, and a press molding process after the cutting and removing process. tube. 前記チューブの断面形状を楕円形とし、内部に複数の円形断面流路を設けたことを特徴とする請求項２に記載の熱交換チューブ。The heat exchange tube according to claim 2 , wherein a cross-sectional shape of the tube is an ellipse, and a plurality of circular cross-sectional flow paths are provided therein. 前記多穴チューブが、半円形または楕円形の凹部と平面部とを交互に複数列設けた一対の熱伝導性金属よりなる板状部材を合わせて一体化したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の熱交換チューブ。 Claims wherein the multi-hole tube, characterized in that it is formed by integrating together semicircular or the elliptical recess and the flat portion consists of a pair of thermally conductive metal provided a plurality of rows alternately plate-shaped member Item 4. The heat exchange tube according to any one of Items 1 to 3 . 前記熱伝導性金属がアルミニウムまたはアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項４から７のいずれかに記載の熱交換チューブ。The heat exchange tube according to any one of claims 4 to 7 , wherein the heat conductive metal is made of aluminum or an aluminum alloy. 前記リブの切断除去を断続的に実施し、前記両端部以外に前記チューブ間の連結リブを設けたことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の熱交換チューブ。The heat exchange tube according to any one of claims 1 to 8 , wherein the rib is cut and removed intermittently, and a connecting rib between the tubes is provided in addition to the both end portions. 前記チューブの外側を通過して流れる熱交換流体流れ方向の後流側に連なる水平部を残して前記リブの切断除去を実施したことを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の熱交換チューブ。The heat according to any one of claims 1 to 9 , wherein the rib is cut and removed while leaving a horizontal portion connected to the wake side in the heat exchange fluid flow direction flowing through the outside of the tube. Exchange tube. 前記チューブの内周面に微細溝を設けたことを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の熱交換チューブ。The heat exchange tube according to any one of claims 1 to 10 , wherein a fine groove is provided on an inner peripheral surface of the tube. 複数のチューブをリブでつなげた形状の多穴チューブを成形し、ヘッダに挿入される両端部を残し前記リブを切断除去して個々のチューブ間を分離させ、前記リブを前記チューブの軸方向に断続的に切断し、該切断部分を屈曲してスペーサとして活用することを特徴とする熱交換チューブ。 Forming a multi-hole tube with a plurality of tubes connected by ribs, cutting and removing the ribs leaving both ends inserted into the header, separating the individual tubes, and extending the ribs in the axial direction of the tubes A heat exchange tube characterized by being intermittently cut and bending the cut portion to be used as a spacer . 左右一対のヘッダを有し、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブが、前記ヘッダに連結されて構成されることを特徴とするフィンレス熱交換器。A finless heat exchanger comprising a pair of left and right headers, wherein the heat exchange tube according to any one of claims 1 to 12 is connected to the header. 熱交換流体流路となる間隙を設けて配列した多数の熱交換媒体流路の細管によりヘッダ間を連結して構成され、前記多数の細管が、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブを組み合わせてなり、前記ヘッダに挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端に前記挿入穴に合わせたアダブタを取り付けたことを特徴とするフィンレス熱交換器。 The header is connected by a plurality of thin tubes of heat exchange medium flow paths arranged with gaps serving as heat exchange fluid flow paths, and the multiple thin tubes are defined in any one of claims 1 to 12. A finless heat exchanger comprising a combination of heat exchange tubes, an insertion hole provided in the header, and adapters adapted to the insertion holes attached to both ends of the heat exchange tube. 前記アダプタを２分割構造としたことを特徴とする請求項１４に記載のフィンレス熱交換器。The finless heat exchanger according to claim 14 , wherein the adapter has a two-part structure. 前記挿入穴は矩形断面を有し、該矩形断面に合わせたアダブタを取り付けたことを特徴とする請求項１４または１５に記載のフィンレス熱交換器。The finless heat exchanger according to claim 14 or 15, wherein the insertion hole has a rectangular cross section, and an adapter that fits the rectangular cross section is attached. 前記ヘッダに矩形断面の挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端に前記挿入穴の矩形断面に合わせるプレス加工を施したことを特徴とする請求項１３に記載のフィンレス熱交換器。14. The finless heat exchanger according to claim 13, wherein an insertion hole having a rectangular cross section is provided in the header, and press processing is performed on both ends of the heat exchange tube to match the rectangular cross section of the insertion hole. 熱交換流体流路となる間隙を設けて配列した多数の熱交換媒体流路の細管によりヘッダ間を連結して構成され、前記多数の細管が、請求項１から１２のいずれかに記載の熱交換チューブを組み合わせてなり、前記ヘッダに挿入穴を設け、前記熱交換チューブの両端を前記挿入穴に合わせて先細に変形させるプレス加工を施したことを特徴とするフィンレス熱交換器。The heat exchanger according to any one of claims 1 to 12, wherein the plurality of capillaries are configured by connecting headers by a plurality of capillaries of heat exchange medium channels arranged with gaps serving as heat exchange fluid channels. A finless heat exchanger comprising a combination of exchange tubes, wherein an insertion hole is provided in the header, and press processing is performed to taperly deform both ends of the heat exchange tube in accordance with the insertion hole. 前記細管が外周長に基づく相当直径で３ｍｍ以下の楕円管であることを特徴とする請求項１４、１５、１６、及び１８のいずれかに記載のフィンレス熱交換器。19. The finless heat exchanger according to claim 14, wherein the narrow tube is an elliptic tube having an equivalent diameter based on an outer peripheral length of 3 mm or less.
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