JP2019045048A - 熱交換器用偏平チューブ - Google Patents

Abstract

【課題】 偏平チューブ内に直列に複数のインナーフィン４を挿入するものにおいて、重なり部を可及的に少なくし、熱交換性能の向上を図ること。【解決手段】 インナーフィン４の端部にストッパ部５を厚み方向に形成し、先行インナーフィン４ａの後端部４ｄに、後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃがストッパ部５を介して係止される。【選択図】図３

Description

本発明は、例えば、インタークーラー、オイルクーラーなどに用いられる、熱交換用偏平チューブであって、チューブ内にコルゲートフィンが複数挿入されたものに関する。

近年、インタークーラーやオイルクーラー等に使用される偏平チューブには、熱交換性能の向上を目的としたインナーフィンとして、コルゲートフィンを備えたものが多用されている。特に、偏平チューブ内に流入する流体の乱流化を向上させるため、及びその流体との伝熱面積を増大させるため、複数のコルゲートフィンを挿入したものがある。
このような熱交換管の製造方法としては、平板状の上下壁および断面略半円形の左右側壁を有して長手方向に伸びる偏平チューブの内部に、複数のコルゲートフィンが長手方向に直列するよう、自動挿入機で複数枚のコルゲートフィンを順次挿入した後、ローラーまたはプレスによってその上下壁の全面を所定の位置まで均一に加圧して変形させ、偏平チューブ内面とコルゲートフィンの頂部と谷部とを密着させ、この密着部間をろう付けしていた。

実開昭５５−１１４８９５号公報

自動挿入機を用いて複数のコルゲートフィンを偏平チューブの一方の開口部から順次挿入する場合、コルゲートフィンを容易に挿入できるよう、図１２に示す如く、偏平チューブ２３の内側の高さＡ１はコルゲートフィン２４の山高さＡ２よりｔが若干大きく設定されている。この設定よりコルゲートフィン２４と偏平チューブ２３の上下壁２１の内面の間には隙間が生じるが、その隙間がコルゲートフィン２４の板厚より大きい場合は、コルゲートフィン２４を複数挿入する際に、コルゲートフィン２４同士が隣接部において、図１３に示す如く、重なり部Ｓが発生する不具合があった。
隣接する先行コルゲートフィン２４ａと後続インナーフィン２４ｂに重なりが発生した場合、コルゲートフィン２４自体はろう材層を有しないため、偏平チューブ２３との接合が重なり部Ｓの分だけコルゲートフィン片面のみの接合になる。このため、コルゲートフィンの重なり部Ｓは、コルゲートフィン同士、未接合により、熱伝導性の低下、強度低下の問題を引き起こす懸念があった。
本発明は、上記問題点である重なり部の面積をできる限り小さくすることで、伝熱性及び耐久性の高い熱交換器用偏平チューブを提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、内部流体の流通方向（７）に直交する横断面が、対向する一対の平行で細長い平坦面（１）および、その平坦面（１）間を連結する一対の側面（２）により形成された偏平チューブ（３）と、
前記偏平チューブ（３）の内部に挿入されて、前記流通方向（７）に直交する方向に波が進行する波形に曲折されて、その波の振幅が偏平チューブの前記平担面（１）間の高さに略整合するように形成されたインナーフィン（４）とを有し、
偏平チューブ（３）の内幅に略整合する幅の同一形状の複数のインナーフィン（４）が、偏平チューブ（３）の内部に直列に隣接して配置されてなる熱交換器用偏平チューブにおいて、
各インナーフィン（４）の前記流通方向（７）の端部で、波の一部が厚み方向に変形されたストッパ部（５）を有し、
隣接するインナーフィン（４）のうち、先行インナーフィン（４ａ）の後端部（４ｄ）に、後続インナーフィン（４ｂ）の先端部（４ｃ）が前記ストッパ部（５）を介して係止されて、前記後続インナーフィン（４ｂ）の先端部（４ｃ）が前記先行インナーフィン（４ａ）のストッパ部（５）を乗り越えた位置では重ならないように形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブである。

請求項２に記載の本発明は、各インナーフィン（４）の前記流通方向の両端部（４ｃ，４ｄ）に前記ストッパ部（５）が形成された請求項１に記載の熱交換器用偏平チューブである。
請求項３に記載の本発明は、各インナーフィン（４）の前記流通方向の中間部（４ｅ）にも前記ストッパ部（５）が形成された請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブである。
請求項４に記載の本発明は、インナーフィン（４）の対向する波の立ち上がり面（６）の一方側と他方側とにそれぞれストッパ部（５）が形成された請求項１〜請求項３に記載の熱交換器用偏平チューブである。

請求項５に記載の本発明は、前記ストッパ部（５）は、波の立ち上がり面（６）に四角錐台形状に突出する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブである。
請求項６に記載の本発明は、前記ストッパ部（５）は、波の立ち上がり面（６）に厚み方向へ切り起こし形成された請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブである。
請求項７に記載の本発明は、コルゲートフィンの内部流体の流通方向（７）の両端部（４ｃ，４ｄ）及びその両端部間の非対象位置に、一か所以上、凸部を設ける構成した請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブである。

請求項１に記載の発明のように、複数のインナーフィン４が内部流体の流通方向に直列に配置された偏平チューブ３の内部において、隣接するインナーフィン４のうち、先行インナーフィン４ａの後端部４ｄに後続のインナーフィン４ｂの先端部４ｃがストッパ部５を介して係止されるので、両インナーフィン４ａ、４ｂの重なり部を規制して、インナーフィンのろう付面積を大きく保ち、熱交換性能を可能な限り大きくできる。

請求項２に記載の発明のように、インナーフィン４の両端部４ｃ、４ｄに前記ストッパ部５を設けた場合には、各インナーフィンの挿入時の向きに拘わらず、先行インナーフィン４ａの後端部４ｄと後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃとをストッパ部５を介して係止できる。
請求項３に記載の発明のように、インナーフィン４の前記流通方向の中間部４ｅにも前記ストッパ部５を形成した場合には、その中間のストッパ部５の位置でインナーフィン４を分断して、インナーフィン４の接続長さを調整できる。
請求項４に記載の発明のように、インナーフィン４の対向する波の立ち上がり面６の一方側と他方側とにそれぞれストッパ部５を設けた場合には、先行インナーフィン４ａの後端部４ｄと後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃとをストッパ部５により確実に係止できる。

請求項５に記載の発明のように、前記ストッパ部５を波の立ち上がり面６に四角錐台形状に突出形成した場合には、フィンの剛性を確保しつつ、先行インナーフィン４ａと後続インナーフィン４ｂとをストッパ部５により係止できる。
請求項６に記載の発明のように、ストッパ部５を、波の立ち上がり面６に厚み方向へ切り起こし形成した場合には、先行インナーフィン４ａと後続インナーフィン４ｂとの係止状態を、切り起こし縁を利用して正確に保持できる。
請求項７に記載の発明は、コルゲートフィンの内部流体の流通方向の両端部及びその両端部間の非対象位置に、ストッパ部５を配置したので、内部流体の流通方向の材料の長さを変えるだけで、各種長さのインナーフィンを製作することができる。
即ち、一つのコルゲートフィン用の一つの金型にて、多様な長さの偏平チューブに対しても、各種長さのインナーフィンを適切に組み合わせて対応でき、フィンの破棄量を低減することが出来る。

本発明の第１実施形態の熱交換器用偏平チューブの要部分解斜視図。 同偏平チューブに挿入されるインナーフィン４の第１実施例の斜視図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。 同インナーフィン４の先行インナーフィン４ａと後続インナーフィン４ｂとの係止状態を示す斜視図。 複数のインナーフィン４を直列に配置した状態を示す説明図（Ａ）、同インナーフィン４の平面図（Ｂ）及びそれを分断した状態を示す平面図（Ｃ）。 同インナーフィン４のストッパ部５の他の実施形態の斜視図。 同インナーフィン４のさらに他の実施形態の斜視図。 同インナーフィン４の第２実施形態の要部斜視図（Ａ）及び側面図（Ｂ）。 同インナーフィン４の他の実施形態の要部斜視図。 同インナーフィン４のさらに他の実施形態の要部斜視図（Ａ）、その係止状態を示す斜視図（Ｂ）。 本発明の第３実施形態の要部分解斜視図。 本発明の第４実施形態の要部分解斜視図。 偏平チューブ３内にインナーフィン４を配置した状態を示す説明図。 先行インナーフィン４ａと後続インナーフィン４ｂとの重なり部Ｓを説明する説明図。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の第１実施形態の熱交換器用偏平チューブの要部分解斜視図であり、図２はそのインナーフィン４の要部斜視図、図３はその先行インナーフィン４ａと後続インナーフィン４ｂとの係止状態の重なり部Ｗを示す説明図である。
図１に示す如く、この熱交換器用偏平チューブは、偏平チューブ１とその内部に複数のインナーフィン４が直列的に配置されるものである。この偏平チューブ３は、偏平チューブ３の内部を流通する内部流体の流通方向７とそれに直行する幅方向８とを有し、その流通方向７に直行する断面の形状が互いに平行に対向する一対の平坦面１の両縁部間が側面２で連結されている。この側面２は、円弧状又は円弧に近い横断面鈎型に形成されている。

次に、インナーフィン４は偏平チューブ３の幅方向８に波が進行するように曲折されるコルゲートフィンからなり、その波の振幅の高さが自由状態で、偏平チューブ３の一対の平坦面１の内面間高さよりも僅かに小に形成されている。そして、各インナーフィン４の両端部４ｃ、４ｄには、ストッパ部５がインナーフィン４の立ち上がり面６に、その厚み方向に突設されている。
このストッパ部５は、図２に示す如く、インナーフィン４の縁部に隣接して四角錐台形状に形成されている。一例として、ストッパ部５はインナーフィン４の振幅の高さの中央位置に配置され、対向する立ち上がり面６の同一側に形成されている。この例は、インナーフィン４の振幅の高さが７ｍｍであり、その振幅の中央位置に裾が４ｍｍ角程度、頂部１ｍｍ角程度に形成されている。

インナーフィン４の幅（波の進行方向の幅）は、偏平チューブ３の内部幅に略整合する。複数のインナーフィン４が直列的に配置される偏平チューブを製造する場合、偏平チューブ３の全長に渡り、複数のインナーフィン４を順次偏平チューブ３内に挿入して製造することができる。一例として、図４に示す如く、流通方向７の長さＬのインナーフィン４が直列に３つ挿入され、最後端に長さＬ／２のインナーフィン４が挿入される。この時、図３に示す如く、隣接するインナーフィン４のうち、先行して偏平チューブ３内に挿入される先行インナーフィン４ａの後端部４ｄのストッパ部５に後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃの端縁９が係止される。即ち、後続インナーフィン４ｂの端縁９がストッパ部５の後縁に係止され、両インナーフィン４の端部間に重なり部Ｗが形成される。

係る状態において、偏平チューブ３の一対の平坦面１間が厚み方向に圧縮され、偏平チューブ３の内面とインナーフィン４の振幅方向の頂部とが接触する。インナーフィンは図面に記載された頂部が弧状に形成された波形状に限定されないものであり、例えば、波形状が矩形波状のもので、頂部が平坦に形成されていても良い。
偏平チューブ３は、その内面側にろう材が被覆され、インナーフィン４と偏平チューブ３の内面とがろう材を介して接合される。このとき、図３に示す如く、先行インナーフィン４ａのストッパ部５と後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃとの重なり部Ｗは、極めて小に形成することにより、インナーフィン４の有効表面積を大きくすることができる。
図２におけるストッパ部５の位置を、図５に示す如く、インナーフィン４の端部に、限りなく近づけることにより、さらにインナーフィン４の有効表面積を拡大することができる。さらには、図６に示す如く、ストッパ部５をインナーフィン４の端部に曲折形成してもよい。その場合には、同図（Ｂ）の如く、先行インナーフィン４ａのストッパ部５と後続インナーフィン４ｂの端縁９とが係止される。

次に、図７は本発明のインナーフィン４のストッパ部５の第２実施形態であり、この例のストッパ部５は、その流通方向７の両縁が切り起こされている。このようにすることにより、先行インナーフィン４ａの後端部４ｄのストッパ部５と後続インナーフィン４ｂの先端部４ｃのストッパ部５との係止状態を確実に保持することができる。
即ち、ストッパ部５の縁部に後続のインナーフィン４の先端縁が確実に係止される。また、その切り起こし部を図８に示す如く、インナーフィンの端部に限りなく近接することもできる。
図９は、インナーフィン４の端部に切り起こしを設けた例である。

図４の例では、内部流体の流通方向に両端部及び中間部にストッパ部５を設けたが、これに変えて、中間部のストッパ部５の位置をその両端位置から非対称位置に配置してもよい。そのようにすることにより、中間のストッパ部５に近接して、任意の位置で切断されたインナーフィン４を各種用意することができる。それにより、偏平チューブ３の各種長さに対応して、その内部にインナーフィン４を配置することが可能となる。
なお、図４の例では３つのインナーフィン４を偏平チューブ３内に挿入する例を示したが、これを２つでも、或いは１つ半でもよい。

また、第１実施形態のインナーフィン４のストッパ部５は、各インナーフィン４の流通方向７の先端部４ｃ及び後端部４ｄに設けられているが、第３実施形態である図１０に示す如く、各インナーフィン４の流通方向７のいずれか一方にストッパ部５が設けられていればよい。この場合の偏平チューブを製造する場合、各インナーフィン４の偏平チューブ３への挿入時にストッパ部５の向きが一定の方向に向いている必要がある。
さらに、第１実施形態のインナーフィン４のストッパ部５は、各インナーフィン４の流通方向７の先端部４ｃ及び後端部４ｄに幅方向（波の進行方向）のすべての立ち上がり面６に設けられているが、第４実施形態である図１１に示す如く、各インナーフィン４の幅方向の中間部のストッパ部５を除くこともできる。逆に、幅方向の中間部のみにストッパ部５を設けることもできる。ストッパ部５を必要最小限にすることで、内部流体を円滑に流通させることができる。

そして、ストッパ部５の形状は、四角錐台形や図７に示す切り起こし形状に限定されるものではない。例えば、円錐台形状のものを形成することもできる。後続インナーフィンの先端部を係止（位置決め）し、内部流体が偏平チューブ内を流通できる形状であればよい。
これらの熱交換器用偏平チューブは、一例として、インタークーラーやオイルクーラー、空調用熱交換器その他に使用することができる。

１ 平坦面
２ 側面
３ 偏平チューブ
４ インナーフィン
４ａ 先行インナーフィン
４ｂ 後続インナーフィン
４ｃ 先端部
４ｄ 後端部
４ｅ 中間部
５ ストッパ部
６ 立ち上がり面

７ 流通方向
８ 幅方向
９ 端縁
２１ 平坦面
２２ 側面
２３ 偏平チューブ
２４ インナーフィン
２４ａ 先行インナーフィン
２４ｂ 後続インナーフィン
Ｓ 重なり部
Ｗ 重なり部
Ｌ 長さ
Ａ１ 偏平チューブの内側の高さ
Ａ２ コルゲートフィンの山高さ
ｔ 隙間

Claims (7)

1. 内部流体の流通方向（７）に直交する横断面が、対向する一対の平行で細長い平坦面（１）および、その平坦面（１）間を連結する一対の側面（２）により形成された偏平チューブ（３）と、
   前記偏平チューブ（３）の内部に挿入されて、前記流通方向（７）に直交する方向に波が進行する波形に曲折されて、その波の振幅が偏平チューブの前記平担面（１）間の高さに略整合するように形成されたインナーフィン（４）とを有し、
   偏平チューブ（３）の内幅に略整合する幅の同一形状の複数のインナーフィン（４）が、偏平チューブ（３）の内部に直列に隣接して配置されてなる熱交換器用偏平チューブにおいて、
   各インナーフィン（４）の前記流通方向（７）の端部で、波の一部が厚み方向に変形されたストッパ部（５）を有し、
   隣接するインナーフィン（４）のうち、先行インナーフィン（４ａ）の後端部（４ｄ）に、後続インナーフィン（４ｂ）の先端部（４ｃ）が前記ストッパ部（５）を介して係止されて、前記後続インナーフィン（４ｂ）の先端部（４ｃ）が前記先行インナーフィン（４ａ）のストッパ部（５）を乗り越えた位置では重ならないように形成されたことを特徴とする熱交換器用偏平チューブ。
2. 各インナーフィン（４）の前記流通方向の両端部（４ｃ，４ｄ）に前記ストッパ部（５）が形成された請求項１に記載の熱交換器用偏平チューブ。
3. 各インナーフィン（４）の前記流通方向の中間部（４ｅ）にも前記ストッパ部（５）が形成された請求項２に記載の熱交換器用偏平チューブ。
4. インナーフィン（４）の対向する波の立ち上がり面（６）の一方側と他方側とにそれぞれストッパ部（５）が形成された請求項１〜請求項３に記載の熱交換器用偏平チューブ。
5. 前記ストッパ部（５）は、波の立ち上がり面（６）に四角錐台形状に突出する請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブ。
6. 前記ストッパ部（５）は、波の立ち上がり面（６）に厚み方向へ切り起こし形成された請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブ。
7. コルゲートフィンの内部流体の流通方向（７）の両端部及びその両端部間の非対象位置に、一か所以上、凸部を設ける構成した請求項１〜請求項４のいずれかに記載の熱交換器用偏平チューブ。

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