JP6708835B2 - 多穴押出チューブ設計 - Google Patents

Description

本発明は、冷却又はヒートポンプシステム、特にこのようなシステムの凝縮器、ガス冷却器又は蒸発器など、溶液の熱交換又は熱回収のための交換器で使用するための多穴押出チューブ、いわゆるＭＰＥチューブに関する新規な設計、多穴押出チューブ（ＭＰＥチューブ）を製造する方法、ＭＰＥチューブを含む熱交換器、並びに熱交換器を製造する方法に関する。

アルミニウム製多穴押出形材に基づくマイクロチャネル型熱交換器が知られている。この熱交換器では、押出管又はチャネル間に同じくアルミニウム製のフィンが設けられている。この種の熱交換器は、例えば、特許文献１から知られている。

特許文献２は、多穴押出管を含む熱交換器について記載している。この多穴押出管はＵ字形の曲げ部を含み、Ｕ字形の曲げ部は、チューブの直線セクションを有する。この直線セクションは、管の２つの湾曲セクション間に延在し、管の１つを連結している第１のねじれ部がＵ字形の曲げ部の湾曲セクションの１つへと延びており、他方の管を連結している第２のねじれ部がＵ字形の曲げ部の他方の湾曲セクションへと延びている。この熱交換器設計の制約は、曲げ部分における大きい体積である。この体積は熱交換器の性能に寄与しない。特許文献２に記載されている曲げの概念では、フィンの高さ（２つのＭＰＥ間の距離）よりも大きいＭＰＥ幅を使用することは不可能である。熱交換器を製造するための別の方法が、特許文献３から知られている。先行技術の多穴押出熱交換器の制約は、それらを、設計最適化に対する高い要求を有する設計に適合させることができないことである。

特許文献４は、多穴押出品が幅方向に９０度曲げられた曲げＭＰＥについて記載している。典型的なＭＰＥをこのように曲げる場合、管の外側のみを支持することができるツール内で行われる。マンドレルをこの小さいポートに挿入することは事実上不可能である。曲げ半径は、これにより、形材幅よりも数倍大きいものに限定される。曲げ外半径は延伸によって厚さを失う。この製造プロセスは非常に複雑であり、時間と工具による仕上げとを要する。この製造プロセスは、また、小さい曲げ半径が実現困難であるため、異なる形状要件への設計の自由を与えない。本発明は、上記の制限を克服するものである。

国際公開第２０１４１３３３９４号 国際公開第０３０８５３４７号 米国特許出願公開第２０１１０２４７７９１号明細書 日本特許第２８９１５２３号公報

本発明は、多穴押出品（ＭＰＥ）から作製される多穴押出チューブ（ＭＰＥチューブ）に関し。前記ＭＰＥは、ウェブによって相互連結された２つ以上の個々の管を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）であり、前記ウェブは、個々の管の管径よりも小さい厚さを有する。ＭＰＥチューブは、少なくとも１つの曲げ領域と、少なくとも２つの直線領域とを含み、ウェブＭＰＥのそれぞれの個々の管がＵ字形を有するように、曲げ領域内のウェブＭＰＥは曲げられており、且つ第１の直線領域内のウェブＭＰＥは、隣接する第２の直線領域内のウェブＭＰＥに並列であり、直線領域内のウェブＭＰＥのすべての個々の管が互いに並列であり且つ同じ面内で延びるように、曲げ領域の各側方の直線領域内のウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びており、及び少なくとも１つの曲げ領域内の個々の管は互いに交差している。ＭＰＥチューブは、典型的には、１０ｍｍ未満の高さ（ｈ_ｔ）を有する。

前記直線領域内のウェブＭＰＥは、直線領域内のウェブＭＰＥに沿って且つそれと平行に延びる線Ｘ−Ｘの各側方に配置されていることが好ましく、線Ｘ−Ｘに最も近い、各直線領域の最も内側の個々の管は、互いに中心間距離Ｂ_２において並列関係にあり、距離Ｂ_２は、個々の管の直径とほぼ等しいか又はそれよりも小さく、好ましくは０．０１〜１ｍｍである。

ＭＰＥチューブのウェブＭＰＥは、曲げられる前にその長さ軸（Ｌ）の周りでねじられていることが好ましい場合があり、それにより、第２の直線セクション内のウェブＭＰＥは、隣接する第１の直線セクション内のウェブＭＰＥに対して１８０°ねじられ、それにより、第１の直線セクション内の個々の管は、曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び曲げ領域後に配列ｄ−ｃ−ｂ−ａを有するか、又は第１の直線セクション内の個々の管は、曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び曲げ領域後に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄを有する。

本発明は、また、多穴押出品（ＭＰＥ）から作製されたＭＰＥチューブに関し、前記ＭＰＥは、ウェブによって相互連結された２つ以上の個々の管を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）であり、前記ウェブは、個々の管の管径よりも小さい厚さを有し、ＭＰＥチューブは、少なくとも１つの曲げ領域と、少なくとも２つの直線領域とを含み、曲げ領域内のウェブＭＰＥは９０°で２回曲げられており、それによりウェブＭＰＥは合計で１８０°曲げられており、それにより、個々のは曲げ領域内において２回互いに交差しており、且つ第１の直線領域内のウェブＭＰＥは、隣接する第２の直線領域内のＭＰＥに並列であり、直線領域内のウェブＭＰＥのすべての個々の管が互いに並列であり且つ同じ面内で延びるように、曲げ領域の各側方の直線領域内のウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びている。

本発明は、また、最初に記載したＭＰＥチューブを製造する方法に関し、この方法は、ａ）曲げ領域になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブの部分をはぎ取る又は取り除くステップと、ｂ）直線上部分と直線下部分とを有するＵ字形のループが形成されるように、ウェブＭＰＥをその幅軸（Ｙ−Ｙ）の周りで曲げるステップと、ｃ）個々の管が曲げ領域内において互いに交差する一方で、ウェブＭＰＥの直線上部分と直線下部分とが最終的に並列関係になり、且つ同じ面内に位置することになるように、曲げられたウェブＭＰＥの上部分を下部分に対して摺動させるステップとを含む。

ステップａ）及びステップｂ）は、ウェブＭＰＥを交互に反対方向に曲げることにより、交互する直線領域と曲げ領域とを含む蛇行ウェブＭＰＥが形成されるまで繰り返され得る。更に、この方法は、ステップｂ）の前に、個々の管の間の距離が減少するように、後に曲げ領域になる領域内の個々の管をまとめ、且つその後、ウェブＭＰＥをその長さ軸の周りで１８０°ねじるステップを含んでもよい。この方法は、ＭＰＥチューブをその長さ軸（Ｌ）の周りでねじり、それに続き、ＭＰＥチューブを管高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げるステップを更に含んでもよい。

本発明は、また、上記の第２のＭＰＥチューブを製造する方法に関する。この方法は、ウェブＭＰＥを押出方向に対して約９０°折り曲げ、且つその後、再度、前の折り曲げと同一方向に約９０°折り曲げることにより、曲げ領域を形成するステップであって、それによりウェブＭＰＥは合計で１８０°折り曲げられ、それにより、個々の管が互いに２回交差する折り曲げられた管設計が形成される、ステップを含む。

折り曲げるステップは、２つ以上の曲げ領域が得られるように、ウェブＭＰＥを交互に反対方向に曲げることにより、蛇行ＭＰＥチューブが形成されるまで繰り返され得る。

本発明は、また、上記のような少なくとも１つのＭＰＥチューブを含む熱交換器に関する。熱交換器は、ＭＰＥチューブに取り付けられている、高さｈ_ｆを有するフィンを更に含んでもよく、ＭＰＥチューブは、フィン高さよりも大きい、好ましくはフィン高さの少なくとも２倍である幅を有する。

本発明は、また、上記の熱交換器を製造する方法に関し、２つ以上のＭＰＥチューブは、少なくとも１つの曲げ領域を含む扁平蛇行部として作製され、及びフィンの複数の交互する行と組み合わせられ、且つその後、ろう付けされる。

本発明は、また、上記の熱交換器を製造する方法に関し、この方法は、曲げ領域（Ａ）になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブの部分をはぎ取る又は取り除くステップと、２つ以上のウェブＭＰＥをフィンの交互する行と組み合わせ、且つその後、ろう付けして直線の熱交換器要素を形成するステップと、熱交換器要素を曲げ領域（Ａ）において高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げるステップとを含む。

本発明は、ＭＰＥ製造技術の利点を用いる改良ＭＰＥ設計を提供することにより、向上した冷却性能を備える熱交換器を提供し、且つ改良された設計の選択肢を与える。

本発明は、添付の特許請求の範囲に定義される特徴を特徴とする。

本発明を、以下で例を用いて及び添付の図面を参照して更に詳細に記載する。

蛇行フィンアセンブリを有する一般に知られているＭＰＥに基づく熱交換器の一部の斜視図を示す。 先行技術によるねじられ且つ曲げられた蛇行ＭＰＥチューブの斜視図を示す。 先行技術によるねじられ且つ曲げられた蛇行ＭＰＥチューブの斜視図を示す。 先行技術による別のねじられたＭＰＥチューブを示す。 本発明によるＭＰＥチューブの一部の斜視図を示す。 先行技術の解決策（４ａ）によるウェブＭＰＥチューブと本発明（４ｂ）による曲げられたウェブＭＰＥチューブとの間の比較を示す。図４ｃは図４ｂの設計の側面図を示す。 より薄いフランジ若しくはウェブ（９）によって相互連結された「個々の」管（８）又はマイクロチャネル（７）を有する本発明によるウェブＭＰＥを示す。 本発明によるウェブＭＰＥチューブの写真を示す。 本発明によるウェブＭＰＥチューブの写真を示す。 本発明によるウェブＭＰＥチューブの写真を示す。 本発明による扁平ＭＰＥチューブを形成するために、管部品を曲げ、互いに対し摺動させる前に例えば１８０°ねじられた管ａ、ｂ及びｃを示す。 本発明による扁平ＭＰＥチューブを形成するために、管部品を曲げ、互いに対し摺動させる前に例えば１８０°ねじられた管ａ、ｂ及びｃを示す。 本発明による扁平ＭＰＥチューブを形成するために、管部品を曲げ、互いに対し摺動させる前に例えば１８０°ねじられた管ａ、ｂ及びｃを示す。 本発明による扁平ＭＰＥチューブを形成するために、管部品を曲げ、互いに対し摺動させる前に例えば１８０°ねじられた管ａ、ｂ及びｃを示す。 扁平蛇行部として作製され、フィンの複数の交互する行と組み合わせられ、及びその後、ヘッダに挿入され且つろう付けされるＭＰＥチューブの製造を示す。 本発明によるＭＰＥチューブの別の製造法を示す。 本発明による向流配置のＭＰＥを用いた凝縮器の冷却性能（破線）の、深さ１６ｍｍ〜３２ｍｍの並流型マイクロチャネル熱交換器と、２〜６つの管の行を有するシングルチャネル管熱交換器との比較を示す。 ＣＯ_２ガス冷却器などのトランスクリティカルシステムにおいてガス冷却器として使用されるＭＰＥチューブの性能を示す。より深い熱交換器が、温度差の減少を提供し、より高い熱交換器性能をもたらす。 並流型熱交換器のろう付け後に曲げられた並流型熱交換器の曲げを示す。

本発明は、性能を維持／向上したよりコンパクトな熱交換器設計を作製することができる入口及び出口設計を有する改良した熱交換器を提供する。

本発明は、熱交換器の熱交換器構成要素として使用するための扁平ウェブ多穴押出チューブ（ＭＰＥチューブ）に関する。ウェブ多穴押出品は、ウェブによって相互連結された２つ以上の個々の管を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）である。ＭＰＥチューブにおけるウェブＭＰＥの使用は、並列方向にともにまとめられた複数の管を提供する効果的な手法であり、且つ簡単な製造を可能にすることから有利である。本出願のＭＰＥチューブなどの熱交換器構成要素をウェブＭＰＥから製造することにより、熱交換器構成要素を一体形成することができ、製造が簡単であり且つ向上した熱伝達特性を有する頑丈な構成要素につながる。ウェブＭＰＥは、押出方向に相当する長さ方向（Ｌ）と、長さ方向に垂直な幅方向と、高さ方向とを有する。幅軸（Ｙ−Ｙ）は幅方向に向けられている。ウェブＭＰＥでは、個々の管と相互連結ウェブとが幅方向（Ｙ−Ｙ）に交互に配置されている。相互連結ウェブは押し出された金属の平坦中実部分であり、個々の管とともに一部品で一体に押し出され、個々の管の直径よりも小さい高さ方向の厚さを有する。ＭＰＥチューブは、少なくとも１つの曲げ領域（Ａ）と、少なくとも２つの直線領域（Ｃ１、Ｃ２）と、少なくとも１つの曲げ領域（Ａ）と、少なくとも２つの直線領域（Ｃ１、Ｃ２）とを含み、ウェブＭＰＥのそれぞれ個々の管（８）がＵ字形を有するように、曲げ領域（Ａ）内のウェブＭＰＥは曲げられており、第１の直線領域（Ｃ１）内のウェブＭＰＥは、隣接する第２の直線領域（Ｃ２）内のウェブＭＰＥに並列であり、且つ直線領域内のウェブＭＰＥのすべての個々の管（８）が互いに並列であり且つ同じ面内で延びるように、曲げ領域（Ａ）の各側方の直線領域（Ｃ１、Ｃ２）内のウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びており、少なくとも１つの曲げ領域内の個々の管は互いに交差している。すべての直線領域内のウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びていることから、ＭＰＥチューブは実質的に扁平である。これにより、ＭＰＥチューブは、その体積に対し大きい伝熱面を有する。

隣接する直線領域の個々の管は、互いに中心間距離Ｂ_２において並列関係にある。曲げ領域の各側方の直線領域の並列管は、したがって、実質的に同じ面内にあり、少なくとも１つの曲げ領域内の個々の管は互いに交差している。したがって、曲げ領域において、ＭＰＥチューブが曲げ領域においても比較的扁平になり、それらが最終的に重なった関係になるように、個々の管は横方向にずらされている。ウェブＭＰＥの曲げを容易にするために、少なくとも曲げ領域（Ａ）において相互連結ウェブは部分的にはぎ取られるか、又は取り外される。

交互する曲げ領域と直線領域とを含むＭＰＥチューブにおける扁平ウェブＭＰＥの高さ（ｈ_ｔ）は、１０ｍｍ未満であることが好ましい。

前記直線領域（Ｃ１、Ｃ２）内のウェブＭＰＥは、直線領域内のウェブＭＰＥに沿って且つそれと平行に延びる線Ｘ−Ｘの各側方に配置されていることが好ましく、線Ｘ−Ｘに最も近い、各直線領域（Ｃ１、Ｃ２）の最も内側の個々の管（８’、８”）は、互いに中心間距離Ｂ２において並列関係にあり、距離Ｂ２は、個々の管の直径とほぼ等しいか又はそれよりも小さく、好ましくは０．０１〜１ｍｍである。前記線Ｘ−Ｘは、曲げる前のウェブＭＰＥの長さ方向（Ｌ）に平行である。距離Ｂ_２は、したがって、曲げ領域の各側方の隣接する直線領域間の距離に関係する。本発明は、距離Ｂ_２がほぼゼロであるように、扁平ＭＰＥチューブの直線領域部分（Ｃ１、Ｃ２）を近接させて隣り合わせに配置することを可能にする。

扁平ＭＰＥチューブは、それらの相対的な順序が曲げ領域の各側方において同一となるように曲げられてもよく、例えば、ウェブＭＰＥが４つの個々の管（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）を含む場合、曲げ領域の前と後との個々の管の配列は、それぞれａ−ｂ−ｃ−ｄ／ａ−ｂ−ｃ−ｄである。或いは、曲げ領域の前と後との個々の管（ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の配列がそれぞれａ−ｂ−ｃ−ｄ／ｄ−ｃ−ｂ−ａになるように、扁平ＭＰＥチューブは、それらの相対的な順序が曲げ領域の各側方で逆になるようにねじられ、その後、曲げられてもよい。したがって、第１の直線セクション（Ｃ１）内の個々の管（８）は、第２の直線セクション（Ｃ２）内のウェブＭＰＥチューブが隣接する第１の直線セクション（Ｃ１）内のウェブＭＰＥチューブに対して１８０°反転するように、曲げられる前にウェブＭＰＥをその長さ軸（Ｌ）の周りでねじることにより得られる曲げ領域前の配列ａ−ｂ−ｃ−ｄと、曲げ領域後の配列ｄ−ｃ−ｂ−ａとを有してもよい。

ＭＰＥチューブは、好ましくは２つ以上の曲げ領域、より好ましくは２〜４つの曲げ領域を含む。２つ以上の曲げ領域を含むことにより、ウェブＭＰＥは前方及び後方に蛇行状に延び、ＭＰＥチューブの表面積の増加を可能にする。

本発明は、また、上記扁平ＭＰＥチューブを製造する方法に関し、この方法は、以下のステップ：
ａ）曲げ領域になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、
ｂ）直線上部分（Ｃ１）と直線下部分（Ｃ２）とを有するＵ字形のループが形成されるように、ウェブＭＰＥをその幅軸（Ｙ−Ｙ）の周りで曲げるステップと、
ｃ）個々の管（８）が曲げ領域内において互いに交差する一方で、ウェブＭＰＥの直線上部分と直線下部分とが最終的に並列関係になり、且つ同じ面内に位置することになるように、曲げられたウェブＭＰＥの上部分（Ｃ１）を下部分（Ｃ２）に対して摺動させるステップと
を含む。

ステップａ）及びステップｂ）は、ウェブＭＰＥを交互に反対方向に曲げることにより、交互する直線領域と曲げられた領域とを含む蛇行ウェブＭＰＥが形成されるまで繰り返され得る。最終的なＭＰＥチューブは、これにより、ウェブＭＰＥの２つ以上の曲げ領域と、３つ以上の直線部分とを含む。

上記のステップｂ）の前に、個々の管の間の距離が減少するように、後に曲げ領域になる領域内の個々の管はまとめられてもよく、且つその後、ねじり部分後の直線領域が１８０°反転するように、その長さ軸の周りでねじられてもよい。

或いは、ＭＰＥチューブは、ウェブＭＰＥをねじり、それに続き、ウェブＭＰＥを、幅軸Ｘ−Ｘ及び長さ方向（Ｌ）に垂直な管の高さ軸Ｚ−Ｚの周りで曲げることにより得られてもよい。方法は、したがって、ａ）曲げ領域になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、ｂ）個々の管の間の距離が減少するように、後に曲げ領域（Ａ）になる領域内の個々の管（８）をまとめ、且つその後、ＭＰＥをその長さ軸（Ｌ）の周りで１８０°ねじるステップと、ｃ）直線部Ｃ１、Ｃ２が最終的に並列関係になるように、ＭＰＥをその高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げるステップとを含んでもよい。

折り曲げるステップは、交互に反対方向に曲げることにより、蛇行ＭＰＥチューブが形成されるまで繰り返され得る。

或いは、上記の扁平ＭＰＥチューブは、ウェブＭＰＥを押出方向に対して約９０°°折り曲げ、且つその後、再度、前の折り曲げと同一方向に約９０°°折り曲げることによって曲げ領域が形成され、それによりウェブＭＰＥは合計で１８０°折り曲げられ、それにより、個々の管が互いに２回交差する折り曲げられた管設計（Ｆ）が形成される（図９を参照）、方法により製造してもよい。折り曲げるステップは、交互に反対方向に曲げることにより、蛇行ＭＰＥが形成されるまで繰り返され得る。曲げ領域（Ａ）になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分は引きはがされ得るか、又は取り外され得る。本方法により得られるＭＰＥチューブは、少なくとも１つの曲げ領域を含む。少なくとも１つの曲げ領域は、ウェブＭＰＥの個々の管が９０°で２回曲げられ、個々の管が曲げ領域内において２回互いに交差し、直線ウェブＭＰＥ部分が曲げ領域の各側方に互いに並列に配置されている。

本発明は、また、上記扁平ＭＰＥチューブの１つ以上を含む熱交換器に関する。熱交換器は、好ましくは、ＭＰＥチューブに取り付けられている、高さ（ｈ_ｆ）を有するフィンを含んでもよく、ＭＰＥチューブは幅（Ｗｌ）を有してもよい。幅（Ｗｌ）は、フィン高さ（ｈ_ｆ）よりも大きく、好ましくはフィン高さ（ｈ_ｆ）の少なくとも２倍である。熱交換器は、好ましくは、互いに重ねられて配置された２つ以上のＭＰＥチューブを含み、且つ各ＭＰＥチューブ間に配置されたフィンの行を有する。

熱交換器は、フィンの交互する行と交互する複数の扁平ＭＰＥチューブを組み合わせ、これをろう付けすることによって製造してもよい。

図１は、先行技術による一般に知られているＭＰＥに基づく熱交換器の一部分を示す。この熱交換器は、蛇行フィンアセンブリ１を有する。熱交換器の蛇行フィン２は、多管押出品３と多管押出品４との間に長手方向に提供されており、押出品に、フィン頂部又は曲げ部５、６の外面においてろう付けによって取り付けられている。この種の熱交換器は、通常、いくつかのこのような押出品で構成され、フィンと押出品との「層」（上下／並流）を有する。

図２は、先行技術の設計の別の例を示す。チューブは、ウェブＭＰＥを９０°ねじり、管を曲げ、その後、Ｕ字形のＭＰＥチューブ（図２ａ）を形成するように管を再びねじり戻すことにより形成されている。ねじられたセクションにより、曲げた後のチューブの厚さは曲げられた部分の外側の管幅と同一である。図２ｂは、側面から見た図２ａのチューブを含む熱交換器を示す。図２ｃは、国際公開第２０１４／１３３３９４号で述べられた方法に従って作製された先行技術のねじられたＭＰＥチューブを示す。

図３は、本発明による扁平ウェブ多穴押出（ＭＰＥ）チューブの形態のＭＰＥチューブ１０を示す。この設計により、曲げ部の内部曲げ半径がほぼ０に減る可能性が生じる。ＭＰＥは、管径（ｄ_１）よりも薄い厚さを有するウェブ９によって相互連結された管８を有するウェブＭＰＥである。図５も参照されたい。図３に示すＭＰＥチューブは、個々の管がＵ字形に曲げられ、互いに交差している曲げ領域（Ａ）と、個々の管８が並列関係にあり、実質的に同じ面内で延びている２つの直線領域Ｃ１、Ｃ２とを有する。本例では、個々の管ａ、ｂ、ｃ、ｄは、曲げ領域の前と後とで同一配列を有する。図３は、１つの曲げ領域を有するＭＰＥチューブを示すが、２つ以上の曲げ領域を得ることによりＭＰＥが蛇行状構成を得るように、ＭＰＥは、有利には、曲げることができる。

先行技術によるＭＰＥ設計（図４ａ）と本発明によるウェブＭＰＥチューブ（図４ｂ）との間の比較では、本発明による設計を使用することで熱交換器の総外容積が減少し得ることを示す。図４ａに示される設計では、曲げ領域Ａ１と、曲げ領域の前と後との直線ＭＰＥ部分間の距離Ｂ１との両方が比較的大きい。曲げに使用される空間（Ａ１、Ａ２）は、通常は伝熱に用いられない空間であり、したがって、小さい曲げ領域を有することが有利である。図面から、容積は本発明による設計の方が小さいことは明らかである。曲げの手法によって直線部分を互いに近接させて配置することを可能にすることから、管セクション（Ｂ１、Ｂ２）の間の間隔も本発明の方が小さい。これにより、容積当たりの効率がより高い冷却器、すなわち、利用可能な空間のより効率的な使用を提供する。また、先行技術の設計がより３次元的（図２ｂを参照）であるのに対し、チューブをほぼ扁平にすることが可能である。扁平ウェブＭＰＥチューブの高さ（ｈ_ｔ）は１０ｍｍ未満であることが好ましい（図４ｃ）。

本発明は、並流型熱交換器、又は扁平曲げＭＰＥが蛇行状に曲げられるハイブリッド式の解決策で使用してもよい。

より薄いフランジ若しくはウェブ（９）によって相互連結された個々の管又はマイクロチャネル（８）を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）の一例（本発明で使用してもよい）を図５に示す。ＭＰＥは、好ましくは、３つ以上の管、より好ましくは、３〜２０本の管を含む。図５には、個々の管内における流れの方向（７）も示す。ＭＰＥチューブの相互連結フランジ又はウェブの一部分は、特に曲げ領域におけるローラパンチング又は引きはがしなどによって押出し後に取り外してもよい。

図６ａは、本発明による扁平蛇行ＭＰＥチューブがどのように製造され得るかを示す。まず、Ｕ字形の管を形成するためにウェブＭＰＥ直線管を幅軸（図５のＹ−Ｙ）の周りで曲げる。次に、ＭＰＥの直線部分が実質的に同じ面内に隣り合わせに配置されるまで管部品を互いに対し側方に摺動させる。毎回の曲げの後、ＭＰＥが側方に摺動し、その後、次の曲げが反対方向に作製されるように、この摺動はまた曲げプロセスと併せて加えることができる。曲げ及び摺動は所望の回数繰り返してもよく、蛇行ウェブＭＰＥが形成されるまで毎回の曲げは反対方向に行う。第１の直線セクション（Ｃ１）内の個々の管（８）は、曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び曲げ領域後に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄを有する。

図６ｂは、本発明によるＭＰＥチューブの一例を示す。この例では、ウェブＭＰＥは曲げられる前にその長さ軸の周りでねじられており、第２の直線セクション（Ｃ２）内のウェブＭＰＥは、隣接する第１の直線セクション（Ｃ１）内のウェブＭＰＥに対して１８０°ねじられ、第１の直線セクション（Ｃ１）内の個々の管（８）は、曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び曲げ領域後に配列ｄ−ｃ−ｂ−ａを有する。この場合、ウェブＭＰＥはその高さ軸Ｚ−Ｚの周りで曲げられており、個々の管はねじる前及び曲げる前にまとめられている。

図６ｃは、本発明によるＭＰＥチューブの別の例を示す。この例では、ウェブＭＰＥは曲げられる前にその長さ軸の周りでねじられており、第２の直線セクション（Ｃ２）内のウェブＭＰＥは、隣接する第１の直線セクション（Ｃ１）内のウェブＭＰＥに対して１８０°ねじられ、第１の直線セクション（Ｃ１）内の個々の管（８）は、曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び曲げ領域後に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄを有する。この場合、ウェブＭＰＥはその高さ軸Ｚ−Ｚの周りで曲げられており、個々の管はねじる前及び曲げる前にまとめられている。

ウェブＭＰＥを製造する別の手法は、ＭＰＥチューブを１８０°ねじり、且つその後、このＭＰＥチューブを押出方向に垂直に曲げることである。

図７に、曲げる前及び摺動する前のウェブＭＰＥの好ましい設計を示す。ＭＰＥの管８の間の相互連結ウェブ９の材料はある長さ２１にわたって取り外されており（図７ａ）、管はまとめられている（図７ｂ）。この変更により、更に、管を曲げる前にねじることを可能にする。管ａ、ｂ、ｃは、曲げて、その後、これら部品を互いに摺動させる（図７ｄ）前に例えば１８０°（図７ｃ）ねじられてもよい。製造後、扁平ＭＰＥチューブの１つ以上は、ＭＰＥチューブをフィン２２及びヘッダ２３と組み合わせることによって所望の大きさの熱交換器２０へと組み立てられてもよく、その後、熱交換器は、１つ又はいくつかの交互する行において重ね合わされたチューブにろう付けされ、最終熱交換器を形成してもよい（図８を参照）。熱交換器２０内の各ＭＰＥチューブ１０は、隣接するＭＰＥチューブからｈ_ｆの距離で配置されており、この距離は、フィンの行の高さでもある。各ＭＰＥチューブＷ１の幅はフィンの行の高さよりも大きい。

図９は、本発明による扁平式熱交換器を製造する別の手法を示す。ＭＰＥは、ここでは、最初に押出方向に対して約９０°、次に、再度、同一方向に９０°の２回、したがって全体で１８０°折り曲げられており、それにより、個々の管が互いに２回交差する折り曲げられたＭＰＥ設計（Ｆ）が形成されている。したがって、ＭＰＥの個々の管（ａ−ｂ−ｃ−ｄ）は、曲げ領域後、逆の順序（ｄ−ｃ−ｂ−ａ）で配置される。曲げ領域の各側方の直線領域は互いから距離Ｂ３にあり、この距離は、隣接する直線領域に最も近い個々の管の中心間距離である。距離Ｂ３は０．０１〜１ｍｍであることが好ましい。

図１０は、本発明による熱交換器（図８に示す）の、図１に示す種類の熱交換器（単一ＭＰＥ）と、先行技術のフィンアンドチューブ熱交換器（フィンアンドチューブは単一管熱交換器であり、すなわち、ＭＰＥではない）との比較を示す。図１０に示すように、本発明による向流配置を有するＭＰＥチューブを用いた凝縮器の冷却性能は先行技術の熱交換器と比較して大幅に向上する。本発明による向流配置を有するウェブＭＰＥに基づく熱交換器は、深さ１６ｍｍ〜３２ｍｍの並流ＭＰＥ（すなわち非蛇行）と比較してより高い冷却性能、及び２〜６つの管の行を有するシングルチャネル管熱交換器で得られる性能よりも同一の行数において高い性能に達する可能性を示す。

図１１は、ＣＯ_２ガス冷却器などのトランスクリティカルシステムにおいてガス冷却器として使用される、本発明による熱交換器の性能を示す。曲げ領域に開けられた開口部は幅軸に沿う簡単且つ細い曲げを可能にし、向流を可能にする／温度を最小へと低下させる。行の数が増加するにつれて性能が向上することは図から明らかである。

フィン及びチューブを含むろう付け済みの熱交換器の曲げは、また、チューブの切り欠き又は裂け目が熱交換器の高さに沿って重なるように作製される場合、チューブの切り欠き又は裂け目によって可能にされる。このようにして設計の自由が更に増す。図１２を参照されたい。図１２では、曲げ領域のウェブが部分的に又は完全にはぎ取られるかパンチング除去され、ＭＰＥの各行の間にろう付けされたフィンを有するウェブＭＰＥを有する長い並流型熱交換器が、ろう付け後、高さ軸の周りで蛇行状に曲げられている。曲げ領域内の単一管は曲げる前に、その変形を容易にするためにまとめられてもよい。熱交換器は、したがって、ａ）曲げ領域（Ａ）になる領域内のウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、ｂ）２つ以上のウェブＭＰＥをフィン（２２）の交互する行と組み合わせ、且つその後、ろう付けして直線の熱交換器要素を形成するステップと、ｃ）熱交換器要素を高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げて、曲げ領域（Ａ）を形成するステップとによって作製してもよい。

特許請求の範囲に記載の本発明は、上記の及び図に示される例に限定されない。したがって、この熱交換器は、冷房システムの凝縮器、ガス冷却器又は蒸発器としてだけでなく、空気又は他の流体によって熱が交換される又は回収されるあらゆるシステムにおいて使用可能である。

Claims (15)

1. 多穴押出品（ＭＰＥ）から作製される多穴押出チューブ（ＭＰＥチューブ）（１０）であって、前記ＭＰＥは、ウェブ（９）によって相互連結された２つ以上の個々の管（８）を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）であり、前記ウェブは、前記個々の管（８）の管径よりも小さい厚さを有する、ＭＰＥチューブ（１０）において、
   少なくとも１つの曲げ領域（Ａ）と、少なくとも２つの直線領域（Ｃ１、Ｃ２）とを含み、
   前記ウェブ（９）は、前記曲げ領域（Ａ）において、部分的にはぎ取られるか、又は取り外され、
   前記ウェブＭＰＥのそれぞれの個々の管（８）がＵ字形を有するように、前記曲げ領域（Ａ）内の前記ウェブＭＰＥは曲げられていることと、
   第１の直線領域（Ｃ１）内の前記ウェブＭＰＥは、隣接する第２の直線領域（Ｃ２）内の前記ウェブＭＰＥに並列であり、
   前記直線領域内の前記ウェブＭＰＥのすべての個々の管（８）が互いに並列であり且つ同じ面内で延びるように、前記曲げ領域（Ａ）の各側方の前記直線領域（Ｃ１、Ｃ２）内の前記ウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びており、及び
   前記少なくとも１つの曲げ領域内の前記個々の管は互いに交差していることと
   を特徴とする、ＭＰＥチューブ（１０）。
2. １０ｍｍ未満の高さ（ｈ_t）を有する、請求項１に記載のＭＰＥチューブ。
3. 前記直線領域（Ｃ１、Ｃ２）内の前記ウェブＭＰＥは、前記直線領域内の前記ウェブＭＰＥに沿って且つそれと平行に延びる線Ｘ−Ｘの各側方に配置されており、前記線Ｘ−Ｘに最も近い、各直線領域（Ｃ１、Ｃ２）の最も内側の個々の管（８’、８”）は、互いに中心間距離Ｂ２において並列関係にあり、前記距離Ｂ₂は、前記個々の管の直径とほぼ等しいか又はそれよりも小さく、好ましくは０．０１〜１ｍｍである、請求項１又は２に記載のＭＰＥチューブ。
4. 前記ウェブＭＰＥは、曲げられる前にその長さ軸（Ｌ）の周りでねじられており、それにより、前記第２の直線セクション（Ｃ２）内の前記ウェブＭＰＥは、前記隣接する第１の直線セクション（Ｃ１）内の前記ウェブＭＰＥに対して１８０°ねじられ、それにより、前記第１の直線セクション（Ｃ１）内の前記個々の管（８）は、前記曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び前記曲げ領域後に配列ｄ−ｃ−ｂ−ａを有するか、又は前記第１の直線セクション（Ｃ１）内の前記個々の管（８）は、前記曲げ領域前に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄ、及び前記曲げ領域後に配列ａ−ｂ−ｃ−ｄを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＰＥチューブ。
5. 多穴押出品（ＭＰＥ）から作製されたＭＰＥチューブであって、前記ＭＰＥは、ウェブ（９）によって相互連結された２つ以上の個々の管（８）を有するウェブ状押出品（ウェブＭＰＥ）であり、前記ウェブは、前記個々の管（８）の管径よりも小さい厚さを有する、ＭＰＥチューブにおいて、
   少なくとも１つの曲げ領域（Ａ）と、少なくとも２つの直線領域（Ｃ１、Ｃ２）とを含み、
   前記ウェブ（９）は、前記曲げ領域（Ａ）において、部分的にはぎ取られるか、又は取り外され、
   前記曲げ領域（Ａ）内の前記ウェブＭＰＥは９０°で２回曲げられており、それにより前記ウェブＭＰＥは合計で１８０°曲げられており、それにより、前記個々の管は前記曲げ領域内において２回互いに交差していることと、
   第１の直線領域（Ｃ１）内の前記ウェブＭＰＥは、隣接する第２の直線領域（Ｃ２）内の前記ＭＰＥに並列であり、
   前記直線領域内の前記ウェブＭＰＥのすべての個々の管（８）が互いに並列であり且つ同じ面内で延びるように、前記曲げ領域（Ａ）の各側方の前記直線領域（Ｃ１、Ｃ２）内の前記ウェブＭＰＥは実質的に同じ面内で延びていることと
   を特徴とする、ＭＰＥチューブ。
6. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＰＥチューブを製造する方法において、
   ａ）前記曲げ領域になる領域内の前記ウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、
   ｂ）直線上部分（Ｃ１）と直線下部分（Ｃ２）とを有するＵ字形のループが形成されるように、前記ウェブＭＰＥをその幅軸（Ｙ−Ｙ）の周りで曲げるステップと、
   ｃ）前記個々の管（８）が前記曲げ領域（Ａ）内において互いに交差する一方で、前記ウェブＭＰＥの前記直線上部分と前記直線下部分とが最終的に並列関係になり、且つ同じ面内に位置することになるように、前記曲げられたウェブＭＰＥの前記上部分（Ｃ１）を前記下部分（Ｃ２）に対して側方に摺動させるステップと
   を特徴とする、方法。
7. 前記ステップａ）及び前記ステップｂ）は、前記ウェブＭＰＥを交互に反対方向に曲げることにより、交互する直線領域と曲げ領域とを含む蛇行ウェブＭＰＥが形成されるまで繰り返される、請求項６に記載の方法。
8. ステップｂ）の前に、前記個々の管の間の距離が減少するように、後に前記曲げ領域（Ａ）になる前記領域内の前記個々の管（８）をまとめ、且つその後、前記ウェブＭＰＥをその長さ軸の周りで１８０°ねじるステップを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
9. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＰＥチューブを製造する方法であって、
   ａ）前記曲げ領域になる領域内の前記ウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、
   ｂ）前記ＭＰＥチューブをその長さ軸（Ｌ）の周りで１８０°ねじり、それに続き、
   ｃ）前記ＭＰＥチューブを管高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げるステップによって特徴付けられる、方法。
10. 請求項５に記載のＭＰＥチューブを製造する方法であって、前記ウェブＭＰＥを押出方向に対して約９０°折り曲げ、且つその後、再度、前の折り曲げと同一方向に約９０°折り曲げることにより、曲げ領域を形成するステップであって、それにより前記ウェブＭＰＥは合計で１８０°折り曲げられ、それにより、個々の管（８）が互いに２回交差する折り曲げられた管設計（Ｆ）が形成される、ステップによって特徴付けられる、方法。
11. 前記折り曲げるステップは、２つ以上の曲げ領域が得られるように、前記ウェブＭＰＥを交互に反対方向に曲げることにより、蛇行ＭＰＥチューブが形成されるまで繰り返される、請求項１０に記載の方法。
12. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の少なくとも１つのＭＰＥチューブ（１０）を含む熱交換器（２０）。
13. 前記ＭＰＥチューブ（１０）に取り付けられている、高さ（ｈ_f）を有するフィン（２２）を更に含み、前記ＭＰＥチューブは、前記フィン高さ（ｈ_f）よりも大きい、好ましくは前記フィン高さ（ｈ_f）の少なくとも２倍である幅（Ｗｌ）を有する、請求項１２に記載の熱交換器。
14. 請求項１２又は１３に記載の熱交換器を製造する方法において、前記２つ以上のＭＰＥチューブ（１０）は、少なくとも１つの曲げ領域（Ａ）を含む扁平蛇行部として作製され、及びフィン（２２）の複数の交互する行と組み合わせられ、且つその後、ろう付けされることを特徴とする、方法。
15. 請求項１２又は１３に記載の熱交換器を製造する方法において、
    ａ）前記曲げ領域（Ａ）になる領域内の前記ウェブＭＰＥ管相互連結ウェブ（９）の部分をはぎ取る又は取り除くステップと、
    ｂ）２つ以上のウェブＭＰＥをフィン（２２）の交互する行と組み合わせ、且つその後、ろう付けして直線の熱交換器要素を形成するステップと、
    ｃ）前記熱交換器要素を前記曲げ領域（Ａ）において高さ軸（Ｚ−Ｚ）の周りで曲げるステップと
    を特徴とする、方法。

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