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技術 多穴押出チューブ設計

出願人 サパ・アーエス
発明者 ヴェスターゴールド、ビヨルンプローグ、オーレ
出願日 2015年11月25日 (5年0ヶ月経過) 出願番号 2017-527612
公開日 2017年12月21日 (2年11ヶ月経過) 公開番号 2017-537795
状態 特許登録済
技術分野 一般的な熱交換又は熱伝達装置の細部1 ラジエータ、流路群をもつ熱交換装置 特定物品の製造
主要キーワード 直線セクション 形状要件 湾曲セクション 熱交換器構成要素 直線管 管セクション 熱交換器要素 並流型
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図面 (20)

課題・解決手段

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)の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、ウェブは、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、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、曲げ領域A内のウェブ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、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、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。

概要

背景

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字形曲げ部を含み、U字形の曲げ部は、チューブ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。

概要

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)の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、ウェブは、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、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、曲げ領域A内のウェブ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、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、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。

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項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)。

請求項2

10mm未満の高さ(ht)を有する、請求項1又は2に記載のMPEチューブ。

請求項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1〜3のいずれか一項に記載のMPEチューブ。

請求項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1〜4のいずれか一項に記載のMPEチューブ。

請求項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。

請求項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)に対して摺動させるステップとを特徴とする、方法。

請求項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。

請求項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。

請求項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、前記MPEチューブをその長さ軸(L)の周りでねじり、それに続き、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。

請求項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。

請求項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。

請求項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)。

請求項13

前記MPEチューブ(10)に取り付けられている、高さ(hf)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(hf)よりも大きい、好ましくは前記フィン高さ(hf)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。

請求項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。

請求項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。

技術分野

0001

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凝縮器ガス冷却器又は蒸発器など、溶液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。

背景技術

0002

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。

0003

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。

0004

特許文献4は、多穴押出品幅方向に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。

先行技術

0005

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

課題を解決するための手段

0006

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(ht)を有する。

0007

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。

0008

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。

0009

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。

0010

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。

0011

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。

0012

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。

0013

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。

0014

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hf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。

0015

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。

0016

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。

0017

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。

0018

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。

0019

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。

図面の簡単な説明

0020

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。
CO2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。

実施例

0021

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。

0022

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。

0023

隣接する直線領域の個々の管は、互いに中心間距離B2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。

0024

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(ht)は、10mm未満であることが好ましい。

0025

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B2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B2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。

0026

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。

0027

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。

0028

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。

0029

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。

0030

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。

0031

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。

0032

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。

0033

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。

0034

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(hf)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(hf)よりも大きく、好ましくはフィン高さ(hf)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。

0035

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。

0036

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。

0037

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。

0038

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(d1)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。

0039

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(ht)は10mm未満であることが好ましい(図4c)。

0040

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。

0041

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。

0042

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。

0043

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。

0044

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。

0045

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。

0046

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hf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。

0047

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。

0048

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。

0049

図11は、CO2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。

0050

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。

0051

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。

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