JP2005140352A

JP2005140352A - 細径多管式伝熱管およびその製造方法

Info

Publication number: JP2005140352A
Application number: JP2003374774A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Takahashi; 孝幸高橋; Hirokazu Fujino; 宏和藤野; Keiji Ashida; 圭史芦田; Haruo Nakada; 春男中田
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】細径多管式伝熱管の伝熱面積を増大させて熱伝達性能とともに熱交換性能を向上させる。
【解決手段】冷媒等の入口ヘッダ２Ａと出口ヘッダ２Ｂとの間に連通状態で設けられ、内部流体と外部流体との間で熱交換を行わせる多数本の細径の伝熱管４１，４１、４１，４１・・・を備えてなる細径多管式伝熱管において、細径の伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を一体化し、伝熱面積を効果的に増大させた。
【選択図】図１

Description

本願発明は、細径多管式伝熱管の構造とその製造方法に関するものである。

最近では、空気調和機用の熱交換器として一般的に使用されているフィン・アンド・チューブ式の熱交換器（いわゆるクロスフィン熱交換器）に比較して、より高性能で、より通風抵抗が小さい、高効率の熱交換器として、細径多管式の伝熱管を採用したものが提案されている。

この熱交換器は、所定の間隔を置いて対向配置された入口タンクと出口タンクとの間に、断面円環状の複数のチューブを配置して外部流体が流通されるコア部を形成するとともに、同コア部の外部流体の流れ方向に複数のチューブを正方形の碁盤目状に配置するとともに、同チューブの管径ｄを、０．２ｍｍ以上で０．８ｍｍ以下とし、隣接するチューブ２１の中心間隔Ｐを管径ｄで除した値Ｐ／ｄを０．５以上かつ３．５以下の値とし、隣接するするチューブ２１の間隙寸法Ｌをチューブ２１の管径ｄ以上で管径ｄの２倍以下の値に設定して構成されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００１−１１６４８１号公報

ところが、以上のような構成の場合、細径管群となる熱交部（チューブ群）部分の熱伝達率そのものは高いが、他方伝熱面積が小さいために、高性能化を図るためには多数の細径管が必要となる。その結果、組み立てが煩雑となる。

また、細径管群は、外部流体（空気側）の流れ方向に複数の流路を設けて内部流体を流すようになっているが、各流路毎の熱交換量が異なるため、特に気液二相冷媒を流す場合には偏流を生じやすい問題がある。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、さらに伝熱フィンを付加することにより、熱伝達率に加えて、伝熱面積をも増大させた細径多管式伝熱管およびその製造方法を提供することを目的とするものである。

本願発明は、該目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１）第１の課題解決手段
本願発明の第１の課題解決手段は、冷媒等の入口ヘッダ２Ａと出口ヘッダ２Ｂとの間に連通状態で設けられ、内部流体と外部流体との間で熱交換を行わせる多数本の細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・を備えてなる細径多管式伝熱管であって、各細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を一体化したことを特徴としている。

このような構成では、本来熱伝達率の高い細径の伝熱管４１，４１、４１，４１・・・に、さらに伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・が付加されることから、伝熱面積が大きく増大し、熱交換性能が向上して、空気調和機としての使用条件にも適したものとなる。

（２）第２の課題解決手段
本願発明の第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成において、細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・と伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・とは、それぞれ別体に構成され、所定の連結手段により、連結一体化されるように構成されていることを特徴としている。

このような構成によると、細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・部分および伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・部分を別々に製造加工し、その後、両者を所定の連結手段により連結一体化するのみで製造することができるから、製造も容易であり、比較的低コストに実現することができる。

（３）第３の課題解決手段
本願発明の第３の課題解決手段は、上記第２の課題解決手段の構成において、所定の連結手段は、細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に設けられた伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を嵌合してカシメ止着する断面Ｕ状の伝熱フィン嵌合固定部４１ｄ，４１ｄ、４１ｄ，４１ｄよりなることを特徴としている。

このような構成によると、細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・部分と伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・部分を別々に製造加工し、その後、伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に設けられた、伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を嵌合してカシメ止着する断面Ｕ状の伝熱フィン嵌合固定部４１ｄ，４１ｄ、４１ｄ，４１ｄに嵌合し、さらに同嵌合部４１ｄ，４１ｄを所定のカシメ手段によりカシメて止着固定するのみで製造することができるから、製造も容易であり、比較的低コストに実現することができる。

（４）第４の課題解決手段
本願発明の第４の課題解決手段は、冷媒等の入口ヘッダ２Ａと出口ヘッダ２Ｂとの間に連通状態で設けられ、内部流体と外部流体との間で熱交換を行わせる多数本の細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・を備え、各細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を一体化してなる細径多管式伝熱管の製造方法であって、上記細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・と伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・とをそれぞれ別体に形成し、その後、上記細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に設けた伝熱フィンカシメ嵌合部４１ｅ，４１ｅに対して上記伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を嵌合し、さらにカシメ止着して固定一体化するようにしたことを特徴としている。

このような構成の細径多管式伝熱管の製造方法によると、細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・部分および伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・部分を別々に製造加工し、その後、伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・の外周に設けた伝熱フィンカシメ嵌合部４１ｅ，４１ｅに対して嵌合し、カシメ止着するのみで製造することができるから、製造も容易であり、比較的低コストに実現することができる。

以上の結果、本願発明によれば、熱交換性能が高く、空気調和機としての使用条件にも適した細径多管式伝熱管を低コストに実現することができるようになる。

（最良の実施の形態）
（１）基本的な構成
先ず図１および図２は、本願発明を実施するに際しての最良の実施の形態１に係る細径多管式伝熱管の基本的な構造を示している。

また図３は、同構造の伝熱管を採用して構成した熱交換器の構成を示している。

すなわち、図３の熱交換器１は、相互に所定の間隔を保って並設された冷媒分配機能を有する入口ヘッダ２Ａおよび出口ヘッダ２Ｂと、該入口ヘッダ２Ａと出口ヘッダ２Ｂの各々に接続され、その下部に長手方向に沿って多数本並設された細径伝熱管ユニット４，４・・・よりなる熱交部３とから構成されている。

上記細径伝熱管ユニット４，４・・・は、例えば図１に示すように、全体としてＵ状に曲成され、その上端側各開口端部４１ｃ，４１ｃが上記入口ヘッダ２Ａ、出口ヘッダ２Ｂの底部側開口部に各々接続されるようになっている一方、ストレートな本体部分４１ａ，４１ａには、それぞれその前後両側に位置して所定の幅のフィン片４２ａ，４２ａを有する伝熱フィン４２，４２が一体に設けられている。これら各伝熱フィン４２，４２の間には、前縁効果を得るための所定の隙間５が設けられている。

なお、上記細径伝熱管４１，４１の底部のＵ状管部４１ｂは、別体のＵ状管構造をストレート部４１ａ，４１ａに連結する構造又はストレート部４１ａ，４１ａと一体の構造の何れであっても構わない。

これら細径伝熱管ユニット４，４・・・は、例えば図２に示すように、細径伝熱管４１，４１部分（冷媒流路部分）が千鳥状になるように、外部流体の流れ方向（図面の上下方向）に対して交互に位置を前後させて配列されている。

この場合、例えば上記細径伝熱管４１および伝熱フィン４２の仕様としては、細径化による伝熱促進効果と外部流体側の通風抵抗とを考慮して、内部流体の流路径φ₂はφ₂＝１．５〜０．８ｍｍ、外部流体に正対する方向の管ピッチＰは１．５φ₂＜Ｐ＜２．０φ₂、また内部流体からのフィン効率と外部流体の通風抵抗とを考慮してフィン形状は肉厚ｔ＝０．４〜０．１ｍｍと、さらにフィン部分の長さ（管部外周から縁部まで）は１２ｍｍ以下とするのが好ましい（φ₂，ｔについては後述の図４参照）。

なお、外部流体の流れ方向に対する内部流体の偏流を抑制するため、好ましくは連続した流路を形成するようにする。そして、外部流体と内部流体の温度差を有効に利用するため、凝縮器の場合は外部流体の後流側より、他方蒸発器の場合は、外部流体の前側より流入させる形態とする。

以上のような構成によれば、熱伝達率の高い細径の伝熱管４１，４１、４１，４１・・・に、さらに伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・が付加されていることから、伝熱面積も大きく増大し、熱伝達性能が大きく向上し、空気調和機用熱交換器としての使用条件にも適したものとなる。

（２）具体的な構成とその製造方法
次に図４〜図６は、上記のような細径伝熱管ユニット４，４・・・の実際の製造に適した具体的な構成と同構成に基く製造方法を示している。

図４〜図５の構成では、上記図１〜図３のような構造の細径伝熱管ユニット４，４・・・を製造するに際して、細径伝熱管４１，４１部分と伝熱フィン４２，４２の前後一対のフィン片４２ａ，４２ｂ部分とを各々別体に製造加工し、細径伝熱管４１，４１部分の前後に前後一対のフィン片４２ａ，４２ｂがカシメ嵌合されるフィン嵌合溝４１ｅ，４１ｅを備えた断面Ｕ状の伝熱フィン嵌合固定部（所定の連結手段）４１ｄ，４１ｄを設けて、上記前後一対のフィン片４２ａ，４２ｂの一端側を嵌合し、その後同伝熱フィン嵌合固定部４１ｄ，４１ｄを両側からカシメ付け、さらにロー付けすることにより、確実に一体化するようにしている。

このような構成の細径伝熱管ユニットおよびその製造方法によると、細径伝熱管４１，４１部分および伝熱フィン４２のフィン片４２ａ，４２ｂ部分を別々に製造加工し、その後、両者をカシメ手段によりカシメて、ロー付け止着するのみで製造することができるから、製造も容易であり、比較的低コストに実現することができる。

（３）従来のフィン・アンド・チューブ式熱交換器の場合との対比
上記図４〜図６の構成の細径伝熱管ユニット４，４・・・を採用して図３のような熱交換器１を構成した場合、例えば図７のグラフに示すように、従来一般のフィン・アンド・チューブ式の熱交換器と同様又はそれ以上の熱交換性能を得ようとした時の有効な細径伝熱管内径φ₂（図４参照、φ₁は外径）は、略０．８〜１．５ｍｍが適当である。

（最良の実施の形態２）
次に図８および図９は、本願発明を実施するに際しての最良の実施の形態２に係る細径多管式伝熱管の構造および同構成の伝熱管を採用して構成した熱交換器の構成を示している。

この構成では、上記最良の実施の形態１の構成における前後の細径伝熱管４１，４１の伝熱フィン４２，４２を相互に連続する１枚のプレート（薄板）とする一方、前縁効果を確保するために、それらの間の隙間５に対応する部分をスリットに形成して構成されている。

また、強度を向上するために、当該スリット５の部分に上下４ケ所の連結部６，６，６，７を残し、さらに最下端の連結部７部分には細径伝熱管４１，４１のＵ状管部分４１ｂを連通させている。したがって、同Ｕ状管部分４１ｂでも有効な伝熱効果を得ることができる。

（最良の実施の形態３）
次に図１０は、本願発明を実施するに際しての最良の実施の形態３に係る細径多管式伝熱管の構成を示している。

この最良の実施の形態３の構成では、上記最良の実施の形態１の図２の構成において、各伝熱フィン４２，４２の後縁４２ｃ，４２ｃ部分に断面くの字形状のリブを形成したことを特徴としている。

このような構成によれば、同伝熱フィン４２，４２部分の強度が向上するとともに、熱交換器凝縮時や除霜時の水はけ性能がよくなる。

（最良の実施の形態４）
次に図１１は、本願発明を実施するに際しての最良の実施の形態４に係る細径多管式伝熱管の構成を示している。

この最良の実施の形態４の構成は、上記最良の実施の形態１の図４〜図６の構成の伝熱フィン４２，４２部分を図示のように螺旋状形状に加工したものである。

このような構成によると、強度および伝熱面積が一層増大する。

（最良の実施の形態５）
次に図１２は、本願発明を実施するに際しての最良の実施の形態５に係る細径多管式伝熱管の構成を示している。

この最良の実施の形態５の構成は、細径伝熱管４１，４１部分を若干厚肉の円筒体とし、同部分に、周方向に所定の間隔で半径方向外方に延びる多数枚の伝熱フィン４２，４２を設けたことを特徴とするものである。

このような構成によっても、伝熱面積を有効に拡大することができる。

（最良の実施の形態６）
以上の最良の実施の形態１〜５の構成では、いずれも細径伝熱管４１，４１側に伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・の嵌合固定部４１ｄ，４１ｄ、４１ｄ，４１ｄを設けて、薄板構造の伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・を嵌合固定するようにしたが、これら相互の連結固定は、以上の構成とは逆に、例えば上記伝熱フィン４２，４２、４２，４２・・・側に上記細径伝熱管４１，４１、４１，４１・・・との連結固定手段、連結固定構造を設けることにより両者を一体化するようにしてもよい。

また、もちろん両者各々に相互に係合して連結固定される連結固定構造を設けて、相互に一体化するようにしてもよい。

要するに、本願発明では、種々の連結固定構造の採用が可能である。

本願発明の最良の実施の形態１に係る細径多管式伝熱管の基本的な構成を示す側面図である。同伝熱管を用いて構成した熱交換器の熱交部の構成を示す水平断面図である。同熱交換器の構成を示す斜視図である。本願発明の最良の実施の形態１に係る細径多管式伝熱管の具体的な構成と製造方法を示す水平断面図である。同伝熱管の具体的な構成と製造方法を示す全体の水平断面図である。同伝熱管の構成と製造方法を示す一部切欠斜視図である。同最良の実施の形態１の細径多管式伝熱管を用いた熱交換器で、従来のフィン・アンド・チューブ式熱交換器の熱伝達性能を得るための有効な細径伝熱管の管径（内径）を示すグラフである。本願発明の最良の実施の形態２に係る細径多管式伝熱管の基本的な構成を示す側面図である。同伝熱管を用いて構成した熱交換器の構成を示す斜視図である。本願発明の最良の実施の形態３に係る細径多管式伝熱管を用いて構成した熱交部の基本的な構成を示す水平断面図である。本願発明の最良の実施の形態４に係る細径多管式伝熱管の構成を示す斜視図である。本願発明の最良の実施の形態５に係る細径多管式伝熱管の構成を示す水平断面図である。

符号の説明

１：熱交換器
２Ａ：入口ヘッダ
２Ｂ：出口ヘッダ
３：熱交部
４：細径伝熱管ユニット
５：隙間（スリット）
６：連結部
７：連結部
４１：細径伝熱管
４１ａ：ストレート部
４２：伝熱フィン
４２ａ：フィン片
４２ｂ：フィン片

Claims

冷媒等の入口ヘッダ（２Ａ）と出口ヘッダ（２Ｂ）との間に連通状態で設けられ、内部流体と外部流体との間で熱交換を行わせる多数本の細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・を備えてなる細径多管式伝熱管であって、各細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・の外周に伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・を一体化したことを特徴とする細径多管式伝熱管。
細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・と伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・とは、それぞれ別体に構成され、所定の連結手段により、連結一体化されるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の細径多管式伝熱管。
所定の連結手段は、細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・の外周に設けられた伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・を嵌合してカシメ止着する断面Ｕ状の伝熱フィン嵌合固定部（４１ｄ），（４１ｄ）、（４１ｄ），（４１ｄ）よりなることを特徴とする請求項２記載の細径多管式伝熱管。
冷媒等の入口ヘッダ（２Ａ）と出口ヘッダ（２Ｂ）との間に連通状態で設けられ、内部流体と外部流体との間で熱交換を行わせる多数本の細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・を備え、各細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・の外周に伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・を一体化してなる細径多管式伝熱管の製造方法であって、上記細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・と伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・とをそれぞれ別体に形成し、その後、上記細径伝熱管（４１），（４１）、（４１），（４１）・・・の外周に設けた伝熱フィンカシメ嵌合部（４１ｅ），（４１ｅ）に対して上記伝熱フィン（４２），（４２）、（４２），（４２）・・・を嵌合し、さらにカシメ止着して固定一体化するようにしたことを特徴とする細径多管式伝熱管の製造方法。