JP2008121931A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】扁平チューブ先端のセージング加工を廃止し扁平チューブの熱交換媒体通路の閉塞を確実に防止しつつ、しかもヘッダパイプへの扁平チューブの挿入代を所定量に規制可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】一対のヘッダパイプと、両端部がヘッダパイプに挿入され一対のヘッダパイプを互いに連通する扁平チューブとを備えた熱交換器において、前記扁平チューブの少なくとも一端部をその厚み方向に斜めにまたは／および幅方向に斜めに切断するとともに、該チューブ切断部の先端をヘッダパイプの内面に当接させたことを特徴とする熱交換器。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対のヘッダパイプと、端部がヘッダパイプに挿入され一対のヘッダパイプを互いに連通する扁平チューブとを有する熱交換器に関し、とくにガスクーラとして好適な熱交換器に関する。

二酸化炭素を冷媒として使用する場合等、超臨界冷凍サイクルにおいては、通常の冷凍サイクルにおける凝縮器に当たる部分では冷媒が臨界点を超えるため超臨界冷却となる。このような状態で運転される冷凍サイクルの凝縮器は、一般にガスクーラと呼ばれる。このようなガスクーラ内では、たとえば、冷媒入口温度が１００℃以上、出口温度が４５℃といった具合に入口出口において、５０℃以上の温度変化がある。そのため、冷媒を一方のヘッダから他方のヘッダまで扁平チューブを介して流した後、Ｕターンさせて流す対向流熱交換器とした方が熱交換効率がよくなることが知られている。また、二酸化炭素冷媒を用いる場合、圧力が高圧になる。このため、装置の耐圧性を確保すべくヘッダパイプ、扁平チューブの冷媒通路（たとえば、扁平チューブ内に複数配列される冷媒通路）を小径化したり、ヘッダパイプ、扁平チューブの肉厚化が必要となる。このような場合、扁平チューブを肉厚化し幅方向の寸法が増大すると、ヘッダパイプも大径化せざるを得なくなり装置の大型化は避けられない。このため、たとえば扁平チューブの端部をヘッダパイプの長手方向に捩りヘッダパイプに挿入することによりヘッダパイプの小径化を企図した提案がなされている（たとえば、特許文献１）。

一方、上記のように冷媒をＵターンさせて流すマルチフロー熱交換器においては、扁平チューブの先端にセージング加工を施すことにより、ヘッダパイプへの扁平チューブの挿入作業性を向上するとともに、扁平チューブの挿入代の規制が行われていた。

ところで、扁平チューブの先端にセージング加工を施した場合には、扁平チューブの幅方向に配列されている熱交換媒体通路のうち、外側に存在する熱交換媒体通路が押し潰されるおそれがある。このため、熱交換器をろう付けする際にフラックスにより上記外側の熱交換媒体通路が閉塞されるおそれがある。とくに二酸化炭素冷媒は圧力損失がフロン系冷媒に比べて小さく、熱交換媒体通路の内径が小さい方が高性能となることが知られている。たとえば、熱交換媒体通路の内径を０．５ｍｍ程度としてセージング加工を施すと、外側の熱交換媒体通路は押し潰され０．３ｍｍ程度となり、ろう付けの際にフラックスが表面張力により外側の熱交換媒体通路を閉塞するおそれがある。なお、セージング加工を施さないで扁平チューブの挿入代等を規制可能な提案もなされているが（たとえば、特許文献２）、該提案においては、たとえば扁平チューブの先端を上記のように捩る構成を採用できなくなるおそれがある。
特表２００３−０４０６４０号公報 特開２００５−９０８２３号公報

そこで本発明の課題は、扁平チューブの端部のセージング加工を廃止し扁平チューブの熱交換媒体通路の閉塞を確実に防止しつつ、ヘッダパイプへの扁平チューブの挿入代を所定量に規制可能な熱交換器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、一対のヘッダパイプと、両端部がヘッダパイプに挿入され一対のヘッダパイプを互いに連通する扁平チューブとを備えた熱交換器において、前記扁平チューブの少なくとも一端部をその厚み方向に斜めにまたは／および幅方向に斜めに切断するとともに、該チューブ切断部の先端をヘッダパイプの内面に当接させたことを特徴とするものからなる。このような構成においては、扁平チューブの少なくとも一端部は、その厚み方向に斜めにまたは／および幅方向に斜めに切断されるので、たとえば、熱交換媒体通路が円形であれば該切断面における熱交換媒体通路は楕円形とされて開口面積が拡大され、熱交換媒体通路が楕円形であれば該切断面における熱交換媒体通路はさらに大きな楕円形とされて開口面積が拡大される。また、扁平チューブの端部がヘッダパイプに挿入される際に、扁平チューブの斜めに切断された切断部の先端がヘッダパイプの内面に当接されるので、切断面における熱交換媒体通路の開口状態が保たれたまま、切断部の先端のみがヘッダパイプ内面に当接することになり、その当接により扁平チューブの挿入代が規制されることになる。したがって、端部へのセージング加工を廃止しつつ扁平チューブのヘッダパイプ内への挿入代を所定量に規制することができるようになる。また、セージング加工が不要となるので、扁平チューブ内に形成された熱交換媒体通路の潰れのおそれが解消され、フラックスによる熱交換媒体通路の閉塞が確実に防止される。

上記チューブ切断部における切断面は、ヘッダパイプ内における熱交換媒体の流れ方向に対面する方向に向けられていることが好ましい。このような態様によれば、切断面における熱交換媒体通路の開口が流れに対面する方向に向けられることになるので、たとえばヘッダパイプ内を流通する熱交換媒体が容易に扁平チューブ内へ導入され、熱交換媒体の流れに対する圧力損失を低減することができる。

上記扁平チューブのヘッダパイプとの接合部とチューブ切断部との間には、溝が設けられることが好ましい。このような溝を設ければ、たとえば扁平チューブとヘッダパイプとをろう付けする際にフラックスが流出しても該フラックスは溝内に溜められたり、あるいは溝に沿って下方に落下されチューブ切断部側への流入が防止されるので、ろう付け時に流出したフラックスにより扁平チューブの熱交換媒体通路が閉塞されるような不都合が確実に解消される。

また、上記溝は、扁平チューブの幅方向および厚み方向に延設することが可能であるが、とくに扁平チューブの幅方向に延設される態様が好ましい。このような構成においては、溝を長く広範に設定できるので、チューブ切断部側へのフラックスの流入をより確実に防止できる。

本発明に係る熱交換器においては、扁平チューブ内に複数の熱交換媒体通路を形成する構成を採用できる。この構成では、斜めに切断されたチューブ切断部におけるそれぞれの熱交換媒体通路の開口部が拡大されるので、扁平チューブの幅方向の外側に位置する熱交換媒体通路がフラックスにより閉塞される事態を防止することができる。また、扁平チューブのヘッダパイプとの接合部とチューブ切断部との間に溝を設ければ、ろう付け時に流出したフラックスのチューブ切断部側への流入を確実に防止できるので、熱交換媒体通路がフラックスにより閉塞される不具合を解消できる。

上記扁平チューブの端部はヘッダパイプの長手方向に沿う方向に捩られた状態でヘッダパイプに挿入することも可能である。このような態様においては、扁平チューブの端部がヘッダパイプの長手方向に沿って挿入されることになるので、耐圧性の向上や熱交換性能の向上を目的として扁平チューブの幅方向の寸法を増大させても、ヘッダパイプの大径化を防止あるいは最小限に抑制できる。このような態様は、とくに二酸化炭素等を熱交換媒体とするガスクーラの小型化の促進に有効である。

このような特徴を有する記熱交換器はガスクーラとして好適なものであり、また、熱交換媒体が二酸化炭素の場合に好適なものである。

このような本発明に係る熱交換器によれば、扁平チューブの少なくとも一端部は、その厚み方向に斜めにまたは／および幅方向に斜めに切断されているので、扁平チューブのヘッダパイプへの挿入に際し、扁平チューブの切断部の先端をヘッダパイプの内面に当接させることにより、セージング加工を廃止しつつヘッダパイプ内への扁平チューブの挿入代を所定量に規制することができる。また、セージング加工の廃止により熱交換媒体通路の潰れのおそれが解消されるので、フラックスによる熱交換媒体通路の閉塞を防止できる。

また、本発明に係る熱交換器によれば、チューブ切断部における切断面はヘッダパイプ内における熱交換媒体の流れ方向に対面する方向に向けられるので、扁平チューブ内への熱交換媒体の流入時の圧力損失を低減することができる。

また、本発明に係る熱交換器によれば、ろう付け時におけるフラックスによる閉塞のおそれを解消できるので、扁平チューブ内に複数の熱交換媒体通路が形成される態様を採用しても、外側の熱交換媒体通路が閉塞されるような不具合のおそれを解消できる。

さらに、本発明に係る熱交換器によれば、捩って扁平チューブの端部をヘッダパイプの長手方向に沿って挿入する態様を採用することもできるので、ヘッダパイプひいては装置全体の大型化を防止しつつ耐圧性を向上できる。

以下に、本発明に係る熱交換器の望ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１〜図６は、本発明の一実施態様に係る熱交換器を示している。本実施態様における熱交換器は、二酸化炭素を冷媒とするガスクーラに構成されている。ガスクーラ１は、一対のヘッダパイプ２、３を有しており、ヘッダパイプ２、３は複数の扁平チューブ４により互いに連通されている。各扁平チューブ４の間、および最外側の扁平チューブ４とサイドプレート５、６の間にはコルゲートフィン７が設けられている。

本実施態様においては、ヘッダパイプ２内は、仕切り１２により２室に区画されており、上部側の室には冷媒導入パイプ１３が、下部側の室には冷媒導出パイプ１４が接続されている。冷媒導入パイプ１３からヘッダパイプ２の上部側の室内に流入した冷媒は扁平チューブ４を介してヘッダパイプ３側に流入した後、ヘッダパイプ２の下部側の室に連通する扁平チューブ４を介して下部側の室に導入され冷媒導出パイプ１４から外部へ導出されるようになっている。

扁平チューブ４の端部は、ヘッダパイプ２、３に挿入されている。本実施態様においては、扁平チューブ４の端部８、９が略９０度捩られヘッダパイプ２、３の長手方向に沿うように挿入されている。また、端部８、９はその厚み方向に斜めに切断されており、チューブ切断部１０、１１の先端１０ａ、１１ａはヘッダパイプ２、３の内面に当接されている。なお、本実施態様においては、扁平チューブ４の端部８、９が略９０度捩られヘッダパイプ２、３の長手方向に沿うように挿入されているが、端部８、９に捩りを加えずにそのままヘッダパイプ２、３に挿入するようにしてもよい。また、扁平チューブ４の端部８、９は、その厚み方向に斜めに切断されているが、たとえば、図４に示すように扁平チューブ４の幅方向に斜めに切断する態様を採ることも可能である。また、図５に示すように、厚み方向および幅方向に斜めに切断する態様も可能である。

扁平チューブ４の端部は、ヘッダパイプ２、３にろう付けされている。本実施態様においては、扁平チューブ４のヘッダパイプ２、３との接合部１６、１７とチューブ切断部１０、１１との間には溝１８、１９が設けられている。本実施態様においては、溝１８、１９は扁平チューブ４の幅方向に延設されている。なお、溝１８、１９は扁平チューブ４の厚み方向に延設することも可能である。また、幅方向に延設される溝と幅方向に延設される溝を併せて設けてもよい。このような構成においては、熱交換器の設置方向に対して溝１８、１９が垂直に配置される場合には、ろう付け時に溶融したフラックスは溝１８、１９に沿って下方に落下する。また、熱交換器の配置方向に対して溝１８、１９が水平に配置される場合には、ろう付け時に溶融したフラックスは溝１８、１９に溜められる。したがって、フラックスがチューブ切断部側へ流入し、偏平チューブ４の熱交換媒体通路１５を閉塞するような不具合を確実に解消できる。なお、本実施態様においては、扁平チューブ４の接合部１６（１７）とチューブ切断部１０（１１）との間には溝１８（１９）が１本設けられているが、複数設けることも可能である。溝を複数設ければ、熱交換媒体通路１５内へのフラックスの流入をより確実に防止することができる。

また、扁平チューブ４内には幅方向に複数の熱交換媒体通路１５が形成されている。熱交換媒体通路１５は断面略楕円形に形成されている。扁平チューブ４のチューブ切断部１０、１１は、図６に示すようにヘッダパイプ２、３内における熱交換媒体の流れ方向に対面する方向に向けられている。

本実施態様においては、扁平チューブ４の端部８、９はその厚み方向に斜めに切断されるので、切断面１０ｂ、１１ｂにおける熱交換媒体通路１５はさらに大きな楕円形とされて開口面積が拡大される。また、扁平チューブ４の端部８、９がヘッダパイプに挿入される際に、扁平チューブ４の斜めに切断された切断部１０、１１の先端１０ａ、１１ａがヘッダパイプ４の内面に当接されるので、切断面１０ｂ、１１ｂにおける熱交換媒体通路１５の開口状態が保たれたまま、切断部１０、１１の先端１０ａ、１１ａのみがヘッダパイプ内面に当接することになり、その当接により扁平チューブ４の挿入代が規制されることになる。したがって、端部８、９へのセージング加工を廃止しつつ扁平チューブ４のヘッダパイプ内への挿入代を所定量に規制することができるようになる。また、セージング加工が不要となるので、扁平チューブ４内に形成された熱交換媒体通路１５の潰れのおそれが解消され、フラックスによる熱交換媒体通路１５の閉塞が確実に防止される。

また、本実施態様においては、チューブ切断部１０、１１における切断面１０ｂ、１１ｂは、図６に示すようにヘッダパイプ２、３内における熱交換媒体の流れ方向に対面する方向に向けられているので、ヘッダパイプ２、３内を流通する熱交換媒体が容易に扁平チューブ４内へ導入され、熱交換媒体の流れに対する圧力損失を低減することができる。

さらに、本実施態様においては、扁平チューブ４の端部８、９はヘッダパイプ２、３の長手方向に沿う方向に略９０度捩られた状態でヘッダパイプ２、３に挿入されているので、耐圧性の向上や熱交換性能の向上を目的として扁平チューブ４の幅方向の寸法を増大させても、ヘッダパイプ２、３の大径化を防止あるいは最小限に抑制できる。このような態様は、とくに二酸化炭素等を熱交換媒体とするガスクーラの小型化の促進に有効である。

本発明は、一対のヘッダパイプを扁平チューブで互いに連通する熱交換器に適当可能であり、とくに二酸化炭素を熱交換媒体とするガスクーラに好適である

本発明の一実施態様に係る熱交換器としてのガスクーラの正面図である。 図１のガスクーラの扁平チューブの端部の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 図２のＡ部の拡大図である 図２の扁平チューブとは別の態様の扁平チューブの端部の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 図２の扁平チューブとはもう一つ別の態様の扁平チューブの端部の上面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 図１のガスクーラのヘッダパイプへの扁平チューブの挿入状態を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 熱交換器としてのガスクーラ
２、３ ヘッダパイプ
４ 扁平チューブ
５、６ サイドプレート
７ フィン
８、９ 扁平チューブの端部
１０、１１ チューブ切断部
１０ａ、１１ａ 先端
１０ｂ、１１ｂ 切断面
１２ 仕切り
１３ 冷媒導入パイプ
１４ 冷媒導出パイプ
１５ 熱交換媒体通路
１６、１７ 接合部
１８、１９ 溝

Claims (8)

1. 一対のヘッダパイプと、両端部がヘッダパイプに挿入され一対のヘッダパイプを互いに連通する扁平チューブとを備えた熱交換器において、前記扁平チューブの少なくとも一端部をその厚み方向に斜めにまたは／および幅方向に斜めに切断するとともに、該チューブ切断部の先端をヘッダパイプの内面に当接させたことを特徴とする熱交換器。
2. 前記チューブ切断部における切断面が、ヘッダパイプ内における熱交換媒体の流れ方向に対面する方向に向けられていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記扁平チューブのヘッダパイプとの接合部とチューブ切断部との間に溝が設けられていることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器。
4. 前記溝が扁平チューブの幅方向に延設されていることを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記扁平チューブ内に複数の熱交換媒体通路が形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記扁平チューブの少なくとも一端部が、ヘッダパイプの長手方向に沿う方向に捩じられた状態にて該ヘッダパイプに挿入されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記熱交換器がガスクーラであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 熱交換媒体が二酸化炭素からなることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器。