JP2003207294A - 熱交換器 - Google Patents
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Abstract
換効率を高めることができる熱交換器の提供を課題とす
る。 【解決手段】 チューブ13の一側部と他側部との間
に、これら一側部及び他側部間の伝熱を制限する熱抵抗
部として肉抜き部21を設ける構成を採用した。前記熱
抵抗部は、チューブの幅方向の一側部側の流通孔と他側
部側の流通孔との間に、該チューブの長さ方向に沿って
設けられた空間部、一箇所以上の薄肉部、一つ以上の穴
部等であってよい。
Description
熱器)やエバポレータ(蒸発器)などの熱交換器に係
り、特に、二酸化炭素(CO2)を冷媒として用いた超
臨界冷凍サイクルのように高い耐圧設計圧力が要求され
るのに好適な熱交換器に関する。
まっているが、例えば車両用空調装置の冷媒として従来
用いられているR134aといった代替フロンは、地球
温暖化に対して影響を与えることが懸念されている。こ
のため、そのような代替フロン冷媒に代わる物質とし
て、元来自然界に存在する物質、いわゆる自然冷媒を用
いた冷凍サイクルの研究が行われている。このような自
然冷媒の候補として、二酸化炭素(CO2)が注目され
ている。このCO2は、地球温暖化に対する寄与が代替
フロンよりもはるかに小さいだけでなく、可燃性がない
うえ、基本的には人体に無害であるため、そのような背
景から、CO2を使用した蒸気圧縮式冷凍サイクル(以
下、CO2冷凍サイクルと略す)の研究開発が行われて
いる。
フロンを使用した通常の蒸気圧縮式冷凍サイクル(以
下、通常冷凍サイクルと呼ぶ)と比較して、高圧側(圧
縮機の吐出側)の圧力が冷媒の臨界圧力を越え、通常冷
凍サイクルにおける高圧側の約10倍という高圧が作用
する。このような超臨界冷凍サイクルに用いられるマル
チフロー(パラレルフロー)タイプのガスクーラ(放熱
器)は、十分な耐圧強度を確保する必要があり、例えば
特開平10−288476号公報に示される技術が提案
されている。
換器を示す。同図において、符号1はガスクーラ(放熱
器)やエバポレータ(蒸発器)などマルチフロータイプ
の熱交換器であり、一対のヘッダ2,2′と、それら一
対のヘッダ2,2′間に設けられた扁平チューブ3と、
一方のヘッダ2内に、そのヘッダ2の横断面を第1流路
2aと第2流路2bとに二分するよう長さ方向に設けら
れた仕切部4とを備えている。他方のヘッダ2′は、流
路をUターンできるようにU字状に形成されている。ま
た、扁平チューブ3は、図11に示すように、長さ方向
に沿って冷媒を流通させるための流通孔が設けられ、流
通孔のうち、幅方向の一側部側には複数の流通孔3a,
3bが設けられると共に、幅方向の他側部側には複数の
流通孔3c,3dが設けられている。このように、各側
部における流通孔3a,3dの数を複数とすることによ
り、単数の流通孔を各側部それぞれに設ける場合に比較
して、伝熱面積をより広く確保して熱交換効率を向上さ
せることができるようになっている。
第1流路2aに供給されると、その冷媒が扁平チューブ
3内の流通孔3a,3bを流通して他方のヘッダ2′に
至り、ヘッダ2′内でUターンして向きが変えられ、扁
平チューブ3内の流通孔3c,3dを流通することによ
りヘッダ2の第2流路2bに流入して出口5bより排出
される。従って、扁平チューブ3において幅方向の半分
より一側部の孔3a,3dは冷媒が流入する入口側をな
し、幅方向半分より他側部の孔3c,3dは冷媒が流出
する出口側をなし、扁平チューブ3内の幅方向の半分の
一側部と他側部とで冷媒が互いに逆方向になるように構
成されている。
熱交換器においては、CO2冷凍サイクルに用いること
からヘッダの耐圧を上げるため、ヘッダ2,2′を肉厚
にする必要があり、そのため、ヘッダ2の仕切部4をも
肉厚にしなければならない。しかしながら、ヘッダ2の
仕切部4を肉厚にすると、扁平チューブ3の仕切部4と
対応する部分、即ち、孔3bと孔3cとの間の部分3e
もそれに合わせた長さに形成するので、熱交換に寄与す
ることができない部分が増し、しかもそれだけ重量増を
招いてコストアップする問題があった。
器にあっては、例えば冷媒の入口5a側の温度が100
℃以上であって、Uターンして戻ってきた冷媒の出口5
b側の温度が50℃程度にまで冷やされるものとなって
いる。そのため、一本の扁平チューブ3内で50℃以上
の温度差をもつ冷媒が流れていることになる。しかしな
がら、このように一本の扁平チューブ3内で高温の冷媒
と低温の冷媒とが隣り合って流通するように構成する
と、高温の冷媒と低温の冷媒とが互いに熱影響を受ける
ことになり、冷媒同士で熱交換してしまって空気との熱
交換が行われなくなり、空気との熱交換効率が低下する
問題があった。このような問題は、ガスクーラとして使
用する場合のみならず、冷媒の出口に過熱度をもたせる
蒸発器として利用する場合にも同様のことがあてはま
る。
されたもので、その目的は、軽量化してコストダウンを
図ると共に、熱交換効率を高めることができる熱交換器
を提供することにある。
に、この発明は以下の手段を提案している。請求項1に
係る発明は、対向配置された一対のヘッダと、これら一
対のヘッダ間を連結する複数のチューブとを備え、チュ
ーブが、幅方向の一側部側に設けられた流通孔と、幅方
向の他側部側に設けられた流通孔とを有してなる熱交換
器において、前記チューブの一側部と他側部との間に、
これら一側部及び他側部間の伝熱を制限する熱抵抗部が
設けられていることを特徴とする。
一側部側の流通孔と他側部側の流通孔との間に設けられ
た熱抵抗部によって、一側部側の流通孔を流れる冷媒
と、他側部側の流通孔を流れる冷媒が互いに熱伝導によ
って悪影響を受けるのを抑制することができると共に、
冷媒と空気との熱交換を良好に行うことができる。
交換器において、前記熱抵抗部が、前記チューブの幅方
向の一側部側の流通孔と他側部側の流通孔との間に、該
チューブの長さ方向に沿って設けられた空間部であるこ
とを特徴とする。
部が肉抜き部からなるので、冷媒と空気との良好な熱交
換を的確に行うことができる。
交換器において、前記熱抵抗部が、前記チューブの幅方
向の一側部側の流通孔と他側部側の流通孔との間の少な
くとも一部に設けられた一箇所以上の薄肉部からなるこ
とを特徴とする。
部が薄肉部からなるので、冷媒と空気との良好な熱交換
を的確に行うことができる。
交換器において、前記熱抵抗部が、前記チューブの幅方
向の一側部側の流通孔と他側部側の流通孔との間の少な
くとも一部に設けられた一つ以上の穴部であることを特
徴とする。
部が穴部からなるので、これによっても冷媒と空気との
良好な熱交換を的確に行うことができる。
実施の形態について説明する。図1から図3はこの発明
の一実施の形態に係る熱交換器を示す図であって、図1
は熱交換器を示す全体斜視図、図2は熱交換器における
ヘッダと扁平チューブとの関係を示す平面説明図、図3
は熱交換器に適用する扁平チューブを示す斜視図であ
る。
10は、対向配置された一対のヘッダ11,12と、そ
の一対のヘッダ11,12間を連結する複数の扁平チュ
ーブ13と、それら扁平チューブ13の間に設けられた
コルゲートフィン14とを備えている。コルゲートフィ
ン14は、扁平チューブ13内の冷媒と熱交換する空気
側の伝熱面積を増大させることを目的として設けられて
いる。そして、一対のヘッダ11,12のうち、冷媒が
図1に示す入口15aより図2に示すヘッダ11の第1
流路11Aに供給されると、その冷媒が扁平チューブ1
3の幅方向の一側部側に設けられた複数の流通孔13a
〜13dを流通して他方のヘッダ12に至り、そのヘッ
ダ12内で流路がUターンして扁平チューブ13の幅方
向の他側部側に設けられた複数の流通孔13e〜13h
を流通することにより、ヘッダ11内の第2流路11B
に流れ込み、かつ図1に示す出口15bより排出される
ようになっている。
ように、そのヘッダ11の横断面を第1流路11Aと第
2流路11Bとに二分するよう長さ方向に設けられた仕
切部16が設けられる一方、ヘッダ12内には中間壁1
7を中心として冷媒をUターンさせるための折り返し流
路12Aが形成され、また、扁平チューブ13において
は、第1流路11Aと対応する一側部側に流通孔13a
〜13dが設けられると共に、第2流路11Bと対応す
る他側部側に流通孔13e〜13hが設けられている。
中間壁17は、折り返し流路12A内で冷媒がUターン
する際の冷媒の流れを整流させてスムーズに折り返しさ
せるためのものである。なお、この実施の形態における
中間壁17の形状は、ヘッダ12の長さ方向に長い四角
柱形状となっているが、これに限らず、例えば半円柱形
状など、その他の形状を採用しても良いことは勿論であ
る。
ーブ13の幅方向の一側部側と他側部側との間の中央に
は、これら一側部側の流通孔13a〜13dを通る冷媒
と、他側部側の流通孔13e〜13hを通る冷媒との間
における伝熱を制限する熱抵抗部(符示せず)が設けら
れている。
に、扁平チューブ13の幅方向において、ヘッダ11の
仕切部16と対応する中央部に形成された空間部である
肉抜き部21よりなっている。肉抜き部21は、扁平チ
ューブ13の幅方向の中央部に長さ方向に沿って矩形状
に設けられており、冷媒が侵入しない程度に仕切部16
の幅より小さい幅寸法をなしている。
媒が入口15aからヘッダ11内の第1流路11Aに供
給されると、そこから図2に示すように、扁平チューブ
13の幅方向の一側部側に設けられている流通孔13a
〜13dを流通して他方のヘッダ12に流れ込み、ヘッ
ダ12内でUターンして扁平チューブ13内の流通孔1
3e〜13hを流通してヘッダ11内の第2流路11B
に戻り、かつ出口15bより排出される。
a〜13d内の高温の冷媒と、流通孔13e〜13h内
の低温の冷媒とが隣り合って流通するので、熱伝導によ
って互いに熱影響を与えるおそれがある。しかしなが
ら、扁平チューブ13の一側部側と他側部側との間の中
央部に肉抜き部21からなる熱抵抗部が設けられ、肉抜
き部21が流通孔13a〜13dを流れる冷媒と、流通
孔13e〜13hを流れる冷媒とが互いに熱伝導によっ
て悪影響を受けるのを抑制することができるため、空気
との熱交換が促進される。
他側部側に逃げる熱を考えた場合、従来では、空気に比
較して熱伝導効率が桁違いに高い、両側部間の壁部を通
ることができたため、比較的熱が逃げやすい構造となっ
ていた。これに対し、この実施の形態の熱交換器10
は、前記壁部に相当する部分が肉抜き部21とされてい
るため、前記一側部側から他側部側に熱が逃げようとす
ると、肉抜き部21内の空気を介して伝熱するか、もし
くは、この肉抜き部21を形成する薄肉壁部21a,2
1b(図3参照)を通らなければならなくなる。したが
って、従来のような金属製の前記壁部に比較して、空気
の方が桁違いに熱伝導率が低いことと、従来の肉厚の前
記壁部に比較して、板厚の薄い薄肉壁部21a,21b
の方が熱抵抗が高いこととから、伝熱量を著しく低減さ
せることができるようになる。このような理由により、
流通孔13a〜13dを流れる冷媒から、流通孔13e
〜13hを流れる冷媒に向かって逃げる伝熱量を低く抑
えられるようになるので、扁平チューブ13内を流れる
冷媒と、扁平チューブ13の周囲を流れる空気との温度
差を大きくすることができ、これら冷媒及び空気間での
熱交換が促進されるものとなっている。
ーブの中央部に何等工夫されていないものに比較する
と、冷媒と空気との熱交換の性能を確実に高めることが
できる。その結果、ガスクーラのように入口15aと出
口15bとで50℃以上の温度差をもつ冷媒が流れて
も、入口側の冷媒と出口側の冷媒とがそれぞれ空気と良
好に熱交換できる。
き部21が設けられていると、それだけ扁平チューブ1
3それぞれの重量を軽減することができるので、熱交換
器10全体を大幅に軽量化することができる。
e〜13h及び肉抜き部21を有する扁平チューブ13
は、引き抜き加工又は押し出し加工によって一体に成形
できるので、肉抜き部21を設けるにも拘わらず、容易
に製作することができる。
に係る熱交換器をそれぞれ示している。まず、図4に示
す第2の実施形態は、熱抵抗部として、扁平チューブ1
3の幅方向の中央部に、一側部側及び他側部側の肉厚よ
り薄くすることによって形成された薄肉部22が設けら
れている。この薄肉部22により、冷媒と空気との熱交
換を促進させると共に、扁平チューブ13の重量を軽減
し、熱交換器全体の軽量化を図ることができる。
できる理由は、第1の実施形態で説明したのと同様の理
由によるものである。すなわち、前記一側部側から他側
部側に熱が逃げようとすると、肉厚の薄い薄肉部22を
介して伝熱するか、もしくは、この薄肉部22を間に挟
む空気層を通らなければならなくなる。したがって、従
来の肉厚の壁部に比較して、板厚の薄い薄肉部22の方
が熱抵抗が高いことと、従来のような金属製の壁部に比
較して、空気の方が桁違いに熱伝導率が低いこととか
ら、伝熱量を著しく低減させることができるようにな
る。このような理由により、流通孔13a〜13dを流
れる冷媒から、流通孔13e〜13hを流れる冷媒に向
かって逃げる伝熱量を低く抑えられるようになるので、
扁平チューブ13内を流れる冷媒と、扁平チューブ13
の周囲を流れる空気との温度差を大きくすることがで
き、これら冷媒及び空気間での熱交換が促進されるもの
となっている。
して、扁平チューブ13の中央部に穴部23が長さ方向
に沿って設けられている。即ち、この穴部23は、冷媒
の熱交換に寄与しない部分を削除したものであり、これ
によっても上述と同様の作用効果を得ることができる
上、軽量化を実現することもできる。この場合、穴部2
3は、扁平チューブ13の薄肉部22に設けられること
によって熱交換や軽量化の実現をいっそう果たすことが
できる。
d,13e〜13hを有する扁平チューブ13が押し出
し加工等によって成形された後、所定の位置に穴部23
がプレス加工等によって形成される。なお、図5では穴
部23が扁平チューブ13に長さ方向に沿って一体に形
成された例を示したが、これに限らず、断続的に複数形
成してもよい。穴部23を断続的に複数形成する場合
は、一体に形成する場合に比べて,偏平チューブ13の
強度を高く保つのに有利である。よって、高温冷媒と低
温冷媒との冷媒相互熱交換の影響が少ない場合において
は、断続的に形成する形態の方が有利である。
交換器10を構成するヘッダ11は、図6に示すよう
に、内部に互いに切り離して設けられた第1流路10
A,第2流路10Bを有する筒状をなしており、また、
その内側面には扁平チューブ13を嵌入するための嵌入
部19を有している。そして、詳細に図示していない
が、扁平チューブ13の一側部側に設けられた流通孔1
3a〜13dと他側部側に設けられた流通孔13e〜1
3hとがヘッダ11の第1流路10A,第2流路10B
とそれぞれ接続されるようになっている。
て、前記肉抜き部21,薄肉部22,穴部23のいずれ
かひとつが扁平チューブ13に設けられる他、図6及び
図7に示すように、扁平チューブ13の先端部に凹部2
4とその両側に配置される挿入突起25とが設けられ、
その挿入突起25が図6のようにヘッダ11の嵌入部1
9に挿入されたとき、凹部24がヘッダ11と当接する
ことにより、ヘッダ11に対する扁平チューブ13の取
り付け位置を決定するようにしたものである。そのた
め、ヘッダ11の嵌入部19は、扁平チューブ13の挿
入突起25のみを嵌入し得るように形成されている。
切り部16と、偏平チューブ13の端面のうち、仕切り
部16と対応する部分とのろう付けが不良であった場
合、ヘッダ11の第1流路11Aとヘッダ11の第2流
路11Bが直接連通する内部漏れの状態になる。このよ
うな内部漏れの状態になると、冷媒が偏平チューブ13
を通過することなくヘッダ11の第1流路11Aから第
2流路11Bへと流通し、熱交換性能が低下し、製品不
良となる。この内部漏れは、冷媒漏れによる製品不良を
発見するための冷媒漏れ検査では、熱交換器の外部へ検
査流体が漏れないために、検出できない。図6の第4の
実施形態では、ろう付け不良の場合、偏平チューブ13
の挿入突起25とヘッダ11のチューブ挿入部19との
隙間から、冷媒が必ず外部へ漏れるために、製品不良を
発見することができる。
に熱抵抗部が設けられる他、凹部24と挿入突起25が
設けられることにより、ヘッダ11,12に対する扁平
チューブ13の取り付け位置を容易に決定できるので、
前述した作用効果に加え、熱交換の製作が容易になるば
かりでなく、内部漏れがないため製品不良を必ず発見で
き、製品の信頼性を高めることもできる利点を有する。
平チューブ13の挿入突起25に、ヘッダ11,12の
第1流路10A及び第2路10Bと対応する形状の切り
欠き26が形成されている。そして、扁平チューブ13
が図9に示すようにヘッダ11,12に挿入して取り付
けられたとき、切り欠き26によって第1流路10A,
第2流路10Bを流れる冷媒の圧力損失を減少させるよ
うにしたものである。これにより、冷媒の流れがスムー
ズになり、熱交換の性能をより高めることができる。ま
た、流れの乱れをなくして冷媒流動音を低減することが
できる。なお、上記の各実施の形態においては、扁平チ
ューブの断面形状として、その基本部分の形状を長円形
としたが、この形状は長円形に限られることなく長方形
(四角形)であってもよい。また、上記の実施の形態に
おいて、各種の熱抵抗部の構成を示したが、扁平チュー
ブ自体を二分割する形態であってもよい。−
明によれば、チューブの一側部側と他側部側との間に設
けられた熱抵抗部により、一側部側の流通孔を流れる冷
媒と、他側部側の流通孔を流れる冷媒とが互いに熱伝導
によって冷媒同士で熱交換して悪影響を受けるのを抑制
し、冷媒と空気との熱交換を良好に行うことができるた
め、熱交換器の性能を確実に高めることができ、しかも
チューブ個々の重量を軽減して熱交換器全体を大幅に軽
量化することができる効果が得られる。
肉抜き部からなるので、冷媒と空気との良好な熱交換を
的確に行うことができる。
薄肉部からなるので、冷媒と空気との良好な熱交換を的
確に行うことができる。
穴部からなるので、これによっても冷媒と空気との良好
な熱交換を的確に行うことができる。
す全体斜視図である。
チューブとの関係を示す断面説明図である。
図である。
示す要部の斜視図である。
示す要部の図であって、(a)は扁平チューブの要部の
平面図、(b)はその縦断面図である。
ブの先端をヘッダに全体的に挿入したときの状態を示す
説明図である。
示す要部の平面図である。
態を示す説明図である。
ーブとを示す説明図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 対向配置された一対のヘッダと、これら
一対のヘッダ間を連結する複数のチューブとを備え、チ
ューブが、幅方向の一側部側に設けられた流通孔と、幅
方向の他側部側に設けられた流通孔とを有してなる熱交
換器において、 前記チューブの一側部と他側部との間には、これら一側
部及び他側部間の伝熱を制限する熱抵抗部が設けられて
いることを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】 請求項1記載の熱交換器において、 前記熱抵抗部は、前記チューブの幅方向の一側部側の流
通孔と他側部側の流通孔との間に、該チューブの長さ方
向に沿って設けられた空間部であることを特徴とする熱
交換器。 - 【請求項3】 請求項1記載の熱交換器において、 前記熱抵抗部は、前記チューブの幅方向の一側部側の流
通孔と他側部側の流通孔との間の少なくとも一部に設け
られた一箇所以上の薄肉部からなることを特徴とする熱
交換器。 - 【請求項4】 請求項1記載の熱交換器において、 前記熱抵抗部は、前記チューブの幅方向の一側部側の流
通孔と他側部側の流通孔との間の少なくとも一部に設け
られた一つ以上の穴部であることを特徴とする熱交換
器。
Priority Applications (1)
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