JPH051865A - 空気調和機用アルミニウム製凝縮器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷媒の圧力損失を減少し、耐圧性、熱交換効
率を向上し、従って大幅な小型化、軽量化を達成すると
共に、製造も簡易に行いうるものとする。 【構成】 左右１対の断面円形のヘッダー間に、多数本
の断面扁平状の多孔チューブを平行状かつ水平状に配置
し、隣接チューブ間にフィンを配置する。ヘッダーはろ
う材層をクラッドしたアルミニウムパイプを用い、ヘッ
ダーの両端部をヘッダー内に突出状態に挿入して両者を
ろう付ける。またヘッダーの内部を仕切ることによって
２パス以上の蛇行状冷媒回路を形成し、入口側より出口
側の通路群を断面積の小なるものに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は空気調和機用のアルミ
ニウム製凝縮器、とくにカークーラー用のアルミニウム
製凝縮器に関する。

【０００２】なお、この明細書においてアルミニウムの
語はアルミニウム合金を含む意味において用いられる。

【０００３】

【従来の技術とその問題点】カークーラー用のコンデン
サーとして用いられるような熱交換器は、冷媒に比較的
高圧のガスが取扱われる関係上、安全性の面から耐圧性
に優れたものであることが要請される。

【０００４】このため、従来では一般的にサーペンタイ
ンチューブ型の熱交換器が用いられている。即ち、ハー
モニカチューブと称されるような多孔押出扁平チューブ
を蛇行状に曲げ、その平行部間にフィンを配置してコア
を構成したものが一般に用いられている。

【０００５】しかしながら、斯るサーペンタイン型の凝
縮器では、その本質的な問題点の１つとして、冷媒回路
が１本のチューブ内をその一端から他端に向けて蛇行状
に形成されるものであるため、冷媒の流通抵抗が比較的
大きくなるという問題点がある。この流通抵抗を小さく
するためには、チューブの幅を拡げ、通路断面積を大き
くすることが考慮されるが、凝縮器コアの大きさはその
設置スペースとの関係で制約されるため、かかる対応手
段は適用し難い。

【０００６】また、凝縮器の熱交換効率を上げるために
は、上記のようにチューブの幅を拡げて冷媒の圧力損失
を小さくすることのほかに、隣接チューブ相互の間隔、
即ちフィン高さを小さくしてチューブの平行部間に介在
されるフィン数を多くすることも考慮される。しかしな
がら、チューブ材は加工上その曲げ部の曲率半径を一定
値以上に小さくできないことから、チューブ間隔の狭小
化による熱交換効率の向上にも限界がある。

【０００７】ところで、凝縮器の場合、その冷媒通路
は、冷媒がいまだガス化状態にある入口側に近い冷媒凝
縮部と、冷媒が液化状態となっている出口側に近い過冷
却部とに大別される。而して、熱交換効率を大きく確保
するためには、一般に凝縮部での伝熱面積を大きく確保
する必要があり、過冷却部の伝熱面積は比較的小さくて
もかまわない。ところが、従来のサーペンタインチュー
ブ型のものである場合、冷媒通路が１本のチューブで形
成されるため、上記凝縮部と過冷却部とで通路断面積を
変えるようなことは本質的に不可能である。その結果、
冷媒のガスから液体への相変化に応じて冷媒の入口側か
ら出口側に進むにつれて熱交換効率が低下することゝな
り、それだけ熱交換チューブを余分に長く形成すること
が必要になる。このように、冷媒の相変化に応じた熱交
換ができないため、熱交換効率が悪く、ひいては凝縮器
全体が大型化し、加えてコンプレッサも大型のものが必
要となるというような問題があった。

【０００８】このように、従来のサーペンタイン型凝縮
器は、その構造上、圧力損失の減少や熱交換効率の向上
のために採りうる設計仕様に限界があった。

【０００９】加えて、製作面においても、チューブの蛇
行状の曲げ加工がいさゝか厄介であるのに加えて、チュ
ーブとフィンとの組立も、フィンの挿入によってチュー
ブの蛇行曲げ状態が拡がり傾向を示すため、該組立を機
械的な自動組立の手段によって行うことが困難であり、
生産性が低く結果的にコスト高につくというような難点
があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
凝縮器コアを大型化することなく、その冷媒通路断面積
を大きく確保して、圧力損失の少ないものとなし得る耐
圧性に優れた新規な型式の空気調和機用アルミニウム製
凝縮器を提供することを目的とする。

【００１１】また、他の目的として、冷媒ガスを専ら凝
縮する凝縮部と、液化した冷媒が主に流れる過冷却部と
の間で、それぞれの通路断面積を変化させたものとなし
うる凝縮器を提供することである。

【００１２】更に他の目的は、組立製作を簡易に行い得
て、生産能率が良く、コストの低減をはかりうる凝縮器
を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的において、こ
の発明に係る空気調和機用アルミニウム製凝縮器は、互
いに間隔をおいて左右に平行状に配置された１対のヘッ
ダーと、両端をそれぞれ前記ヘッダーに連通接続して平
行状に配置された多数本の熱交換チューブと、隣接する
チューブ間の空気流通間隙に配置されたフィンとを備
え、前記ヘッダーは、いずれも断面が実質円形であるア
ルミニウム管の内面または外面のいずれか一方あるいは
両方にろう材層が被覆形成されたクラッド管によって構
成され、前記チューブは、断面が扁平状で、内部に上下
壁間にまたがった補強壁を有する扁平アルミニウム管に
よって構成され、前記チューブの両端部が前記ヘッダー
に穿たれたチューブ挿入孔に、チューブ端縁の全周がヘ
ッダーの内面より内方に突出して所定長さの突出部を形
成する態様において差し込まれかつ前記ろう材層によっ
て液密状態にろう付けされ、少なくとも一方のヘッダー
の内部が、仕切手段によって長さ方向に仕切られること
により、前記熱交換チューブ群によって構成される冷媒
通路が入口側通路群と出口側通路群とを含む少なくとも
２つ以上の通路群に区画されると共に、前記入口側通路
群に対し出口側通路群の通路断面積が相対的に小に設定
されてなることを特徴とするものである。

【００１４】

【実施例】次に、この発明の実施例をその作用とゝもに
説明する。

【００１５】この発明による凝縮器は、第２図に示すよ
うに、水平方向に平行状に配置された多数本のチューブ
（１）と、隣接するチューブ（１）（１）間に介在配置
されたコルゲートフィン（２）と、チューブ群の両端
に、それと直交して平行状に配置された左右１対のヘッ
ダー（３）（４）とを具備する。

【００１６】チューブ（１）はアルミニウム材による扁
平状の押出型材からなるものであって、内部には第４図
に示すように幅方向の中央部において上下壁間にまたが
った補強壁（１ａ）を有し、負荷される大きな内圧にも
支障なく耐えるものとなされると共に、この補強壁（１
ａ）によって内部の冷媒通路の表面積を増大し、熱交換
効率の向上に寄与するものとなされている。なお、この
チューブ（１）は更に多数の通路単位を有するいわゆる
ハモニカチューブと称されるような多孔形のものを用い
ても良い。また押出型材によらず電縫管を用い、内部に
補強壁（１ａ）に相当する補強部材を挿入接合したもの
としても良い。コルゲートフィン（２）はチューブ
（１）とほゞ同じ幅を有し、ろう付けによりチューブに
接合されている。コルゲートフィン（２）もアルミニウ
ム製であり、望ましくはルーバーを切り起こしたものを
用いるのが良い。

【００１７】ヘッダー（３）（４）は断面円形のアルミ
ニウム製パイプ材をもって形成されている。各ヘッダー
には長さ方向に沿って間隔的にチューブ挿入孔（14）が
穿設されるとゝもに、該孔に各チューブ（１）の両端部
が挿入され、かつろう付けにより強固に接合連結されて
いる。しかも、上記チューブ（１）の両端部は、第４図
に示すようにその端縁の全周がヘッダー（３）（４）の
内面より内方に突出して、ヘッダー（３）（４）内に所
定長さの突出部（１６）を形成する態様において挿入さ
れている。即ち、チューブ（１）の両端部がその幅方向
の両端においてもヘッダー（３）（４）の内面より内方
に長さ（Ｌ）をもって突出する態様に挿入されている。
このことによって形成される前記突出部（１６）は、こ
れがヘッダー（３）（４）内において一種の邪魔板を構
成し、後述するように冷媒の気液混合作用を促進すると
共に、チューブ（１）とヘッダー（３）（４）との接合
を強固なものとし、かつろう材（１３ｂ）がチューブ
（１）の特に幅方向の端部において通路単位（２０ａ）
（２０ｂ）内に侵入するのを防止する作用を果たす点で
有用なものである。さらに左ヘッダー（３）の上端には
冷媒入口管（５）が連結されまた同下端には閉塞用蓋片
（７）が取着される一方、右ヘッダー（４）の下端には
冷媒出口管（６）が連結されまた同上端には閉塞用蓋片
（８）が取着されている。なお第２図に示す（11）（1
2）は最外側のコルゲートフィン（２）（２）の外側に
配置された上下のサイドプレートである。

【００１８】ところで、両側のヘッダー（３）（４）内
には、各１個の仕切板（９）（10）が設けられ、これに
よって各ヘッダー（３）（３）内が長さ方向に仕切られ
それぞれ上下２室に分けられている。しかも左側の仕切
板（９）はヘッダー（３）の中央部やゝ上の位置に設け
られ、右側の仕切板（10）は下端から全長の１／３程度
の位置に設けられている。

【００１９】上記のような仕切板（９）（10）の設置に
より、チューブ（１）群によって構成される全冷媒通路
（20）（第６図参照）は、入口側通路群（Ａ）と、出口
側通路群（Ｃ）と、それらの中間に位置する中間通路群
（Ｂ）との３つの通路群に分けられ、冷媒を順次各通路
群をめぐって蛇行状に流通させるようになされている。
かつ中間通路群（Ｂ）は出口側通路群（Ｃ）よりも多く
のチューブ数すなわち冷媒通路数を含んで、その通路断
面積が出口側通路群（Ｃ）の通路断面積よりも大きいも
のとなされ、さらに入口側通路群（Ａ）の通路断面積は
中間通路群（Ｂ）の通路断面積よりも大きいものに設定
されている。

【００２０】上記構成において、左ヘッダー（３）の上
部入口管（５）から流入した冷媒は、第６図に示すよう
に、入口側通路群（Ａ）の各チューブ（１）を通過して
右ヘッダー（４）に至ったのち、反転して中間通路群
（Ｂ）の各通路を左ヘッダー（３）へと流れ、さらに反
転して出口側通路群（Ｃ）の各通路を右ヘッダーへと流
れて出口管（６）から凝縮器外へと流出する。そして各
通路群を流通する間に、チューブ（１）（１）間に形成
された、コルゲートフィン（２）を含む空気流通間隙を
第４図に矢印（Ｗ）で示す方向に流通する空気と熱交換
を行う。また、上記のように冷媒がヘッダー（３）
（４）内で反転する際、該ヘッダー（３）（４）内にチ
ューブ（１）の端部が突出して突出部（１６）を形成し
ているため、ヘッダー（３）（４）内での冷媒のミキシ
ング作用、即ち気液混合作用が促進され、次位の冷媒通
路群に入るときに均一な気液混合状態となって各チュー
ブ（１）内に分配される。従って特定の冷媒通路が凝縮
した液相冷媒によって充満され所謂液封現象を生じるの
が防止される。

【００２１】而して、入口側通路群（Ａ）を通過する冷
媒はいまだ体積の大きいガス化状態にあるが、入口側通
路群（Ａ）の通路断面積を大きく設定してあるので、伝
熱面積が大きいものとなされており効率良く冷媒の凝縮
が行われる。中間通路群（Ｂ）を通過する冷媒は入口側
通路群（Ａ）で一部が液化されるため気液混合状態を呈
している。従って伝熱面積は少なくて良いが、これに応
じて中間通路群（Ｂ）の通路断面積は入口側通路群
（Ａ）よりも小に設定してあるので、必要かつ充分な熱
交換を行わせつゝ冷媒を通過させることができる。出口
側通路群（Ｃ）を通過する時には冷媒はすでに液体状態
を呈し体積も小さくなっているから通路断面積も小さく
て良いが、これに応じて出口側通路群（Ｃ）の通路断面
積は中間通路群（Ｂ）よりもさらに小に設定されている
ので、冷媒を通過させるのにスペースの無駄がなくな
る。このように凝縮部に相当する入口側通路群（Ａ）さ
らには中間通路群（Ｂ）から過冷却部に相当する出口側
通路群（Ｃ）へと至るに従って、各通路群の通路断面積
を小さくすることによって、効率の良い熱交換が行われ
ることゝなる。

【００２２】なお上記に説明した実施例においては、入
口側通路群（Ａ）から出口側通路群（Ｃ）にかけて段階
的に通路断面積を減少した場合を示したが、入口側通路
群（Ａ）と中間通路群（Ｂ）の通路断面積を同一とし、
出口側通路群（Ｃ）の通路断面積のみを減少せしめても
良い。また各通路群の通路断面積を入口側から出口側に
向かって減少する手段として各通路群に含まれるチュー
ブ（１）の本数を変える方法を採用したが、チューブ本
数を同一として各チューブ自体の断面積を変える方法を
採用しても良い。さらに上記実施例は３個の通路群を設
けて冷媒を２回Ｕターンさせて３回蛇行させる３パス方
式のものを示したが、入口側通路群（Ａ）と出口側通路
群（Ｃ）のみからなる１回のみＵターンする２パス方式
の凝縮器や、中間通路群を２以上の通路に形成した４パ
ス以上の蛇行式の凝縮器についても適用可能である。

【００２３】ところで、上記チューブ（１）とヘッダー
（３）（４）の接合は、ヘッダーの内面および（また
は）外面のいずれかに予め被覆されたろう材層をもっ
て、ろう付けすることによって行われる。即ち、図示実
施例においては第３図に示されるように、ヘッダー構成
用部材として、アルミニウム管（13ａ）の内面にろう材
層（13ｂ）が被覆形成されたクラッド管（13）が用いら
れている。このクラッド管（13）は電縫溶接によって製
作するのが一般的であるが、押出しやその他の方法によ
って製作しても良い。またろう材層（13ｂ）としては、
一般的には、Ｓｉ含有量が約６〜１３wt％程度のＡｌ−
Ｓｉ系合金が用いられる。そしてかかるクラッド管（1
3）に、チューブ挿入孔（14）を列設したのち、チュー
ブ（１）の端部を該挿入孔（14）に挿入して仮組状態と
したのち、これを真空ろう付等により一括ろう付するこ
とによって接合されている。かかるろう付後において
は、第５図に示されるように、ヘッダー（３）（４）と
チューブ（１）との接続部にチューブ（１）の突出部
（１６）のまわりにおいて充分なフィレット（15）が形
成され、ヘッダー（３）（４）とチューブ（１）とが隙
間なく強固に接合一体化されたものとなる。このヘッダ
ーとチューブとのろう接固定に際し、コルゲートフィン
（２）の材料としてろう材を被覆したブレージングシー
トを用いたり、あるいはチューブ（１）の材料として、
外面側にろう材層を被覆形成したクラッド管を用いるも
のとすれば、ヘッダー（３）（４）とチューブ（１）の
ろう接と同時にチューブ（１）とコルゲートフィン
（２）とのろう接をも行うことができ、より一層熱交換
器の生産性を向上しうる。なお、図示実施例では、ヘッ
ダー（３）（４）の構成用部材として、アルミニウム管
（13ａ）の内面のみにろう材層（13ｂ）を被覆形成した
クラッド管（13）を示したが、ろう材層はアルミニウム
管（13ａ）の外面のみに被覆形成されていても良く、あ
るいは内面、外面両方に被覆形成されていても良い。

【００２４】

【発明の効果】この発明は、次のような作用効果を奏す
る。

【００２５】（１）先ず、冷媒の圧力損失を大幅に減ら
すことができる。

【００２６】即ち、この発明に係る凝縮器は、左右に平
行状に配置された１対のヘッダー間に多数本の熱交換チ
ューブが連通接続状態に配設され、一方のヘッダーの冷
媒入口から導入される液状冷媒を同時に複数本のチュー
ブに分配して流通させるいわばマルチフロー型の熱交換
器として構成されたものであるから、殊に限られた器体
厚みの範囲内で冷媒通路断面積を任意に大きく確保する
ことができ、冷媒流通のための圧力損失を大幅に減らす
ことができる。従って、熱交換効率の向上と共に、コン
プレッサの所要能力を低減化することが可能となる。

【００２７】（２）また耐圧性に優れ、高い安全性を有
する。

【００２８】即ち、マルチフロー型の熱交換器としては
従来ラジエータとして一般に知られているものがある。
しかしながら、この公知の熱交換器では、そのタンク部
の構造、チューブとタンク部の接合構造、チューブの構
造等の多くの面で、相当大きな内圧が負荷される凝縮器
としての用途においては、その使用に耐えられるだけの
充分な耐圧性の確保が困難である。しかるに、この発明
においては、ヘッダーとして断面が円形であるアルミニ
ウム管が用いられ、熱交換チューブとして断面が扁平状
でしかも内部の上下壁間に補強壁が設けられた管材が用
いられ、更にチューブとヘッダーとの連通接続構造とし
て、チューブの端部を前記ヘッダーの周壁に穿たれた孔
に、チューブ端部を内方に突出させた態様で差込み状態
にしてろう付けされており、しかも該ろう付けが、ヘッ
ダーの内面または外面のいずれか一方あるいは両方に予
め被覆形成されたろう材層をもって行われていることに
より、十分に優れた耐圧性を保有し、液もれ等のおそれ
のない十分な安全性、耐久性を有するものとすることが
できる。

【００２９】（３）熱交換効率に優れ、顕著な小型化を
はかりうる。

【００３０】即ち、この発明の凝縮器においてはまた、
１対のヘッダーが左右に平行状に配置され、それらの間
に多数本のチューブが水平状に配置された横式のものと
して構成され、一方のヘッダーまたは両方のヘッダーの
内部に仕切板が設けられ、それによって前記チューブに
よって構成される冷媒通路が、入口側通路群と出口側通
路群とを含む少なくとも２つ以上の通路群に区画され、
冷媒をヘッダー内で１回以上Ｕターンさせて２パス以上
の蛇行状に流通せしめるものとなされると共に、前記入
口側通路群に対し出口側通路群の通路断面積が相対的に
小に設定されたものとなされている。従って、これによ
って、凝縮部と過冷却部とのそれぞれに冷媒の相状態の
変化、すなわちガスの状態から液体の状態への相変化に
合理的に対応した必要かつ十分な通路断面積を確保しな
がら、入口から出口に至るまでの冷媒通路に所要の十分
な長さを確保することができる。加えて上記のように、
ヘッダー内に仕切り手段が設けられ、各通路群を流れて
きた冷媒が該ヘッダー内でＵターンされるものとなされ
ていること、及びヘッダー内にチューブ端部が突出し
て、内方に突き出した突出部を形成しており、これが一
種の邪魔板として機能するものとなされていることが相
俟って、冷媒がヘッダー内でＵターンする際に該冷媒は
十分なミキシング作用、即ち気液混合作用を受けて温度
の均一化がはかられ、然るのち次位の冷媒通路に分配導
入されて更に冷却される。従って、例えば従来のサーペ
ンタイン型凝縮器の場合のように、各冷媒通路内で凝縮
した液相冷媒がとくに出口側に近づくに従って冷媒通路
を大きな範囲に亘って閉塞したり、あるいはチューブを
垂直状に配置したタテ型熱交換器の場合のように、凝縮
した液相冷媒が重力で下部ヘッダー内に滞留して冷媒通
路を閉塞する、所謂液封現象を生じるのを効果的に減少
させることができ、ひいては、コアの前面々積を熱交換
のための有効面積として最大限に活用して、熱交換能力
の顕著な向上をはかることができる。

【００３１】かつまた、従来のサーペンタイン型凝縮器
のように、曲げ部の曲率半径に制限を受けるためチュー
ブピッチに制限を受けるというような不都合がなくな
り、自由なチューブピッチを選定できるから、冷媒通路
の蛇行回数、全長が同じであれば、チューブピッチを小
さくすることによって各隣接チューブ間に介在されるコ
ルゲートフィンの数を格段に多くすることができ、フィ
ン効率を向上し得る。従って熱交換効率の向上をはかる
ことができ、ひいては凝縮器の全体の小型化をはかるこ
とができ、殊に狭いスペースに適用される車輌用の凝縮
器として最適なものとなしうると共に、近時公害要因の
１つとして社会問題を提起している冷媒フロンの使用量
を従来のサーペンタイン型凝縮器による場合に較べ３０
％以上も大幅に減少することができる。

【００３２】（４）製造が容易で生産性に優れる。

【００３３】即ち、更にまた、この発明の凝縮器におけ
るチューブとヘッダーの接合は、ヘッダー構成部材とし
て適用されたクラッド管の内外少なくともいずれか一方
の面に予め被覆されているろう材層をもって行われ、し
かもチューブの端部をヘッダー内に突出させた態様のも
とでろう付することによって行われるので、ろう材がチ
ューブ内に端部から侵入するのを防止しつつチューブの
突出部の周りに十分なフィレットを形成せしめて、両者
の確実な気密接合を簡単に行うことができるのはもとよ
り、凝縮器の組立製作においても、例えば先ずチューブ
の両端部をヘッダーの孔に差し込んで枠状のスケルトン
を構成し、隣接チューブ間にフィンをはめ込んで全体を
仮組状態としたり、あるいはチューブとフィンとを交互
に並べたのちヘッダーと組合わせて仮組状態としたの
ち、炉中で一括ろう付けすることにより簡単に行うこと
ができ、生産性を向上して結果的に製造コストの低減化
をはかることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ヘッダー構成用部材であるクラッド管とチュー
ブとを仮組する前の状態を示す斜視図。

【図２】全体正面図。

【図３】同じく平面図。

【図４】図２におけるＩＶ−ＩＶ線断面図。

【図５】同じく図２におけるＶ―Ｖ線の断面拡大図。

【図６】冷媒回路図。

【符号の説明】

（１）…チューブ （１ａ）…補強壁 （２）…コルゲートフィン （３）（４）…ヘッダー （13）…クラッド管 （13ａ）…アルミニウム管 （13ｂ）…ろう材層 （20）…冷媒通路 （20a ）（20b ）…通路単位 （Ａ）…入口側通路群 （Ｃ）…出口側通路群

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 互いに間隔をおいて左右に平行状に配置
   された１対のヘッダーと、 両端をそれぞれ前記ヘッダ
   ーに連通接続して平行状に配置された多数本の熱交換チ
   ューブと、隣接するチューブ間の空気流通間隙に配置さ
   れたフィンとを備え、前記ヘッダーは、いずれも断面が
   実質円形であるアルミニウム管の内面または外面のいず
   れか一方あるいは両方にろう材層が被覆形成されたクラ
   ッド管によって構成され、前記チューブは、断面が扁平
   状で、内部に上下壁間にまたがった補強壁を有する扁平
   アルミニウム管によって構成され、前記チューブの両端
   部が前記ヘッダーに穿たれたチューブ挿入孔に、チュー
   ブ端縁の全周がヘッダーの内面より内方に突出して所定
   長さの突出部を形成する態様において差し込まれかつ前
   記ろう材層によって液密状態にろう付けされ、少なくと
   も一方のヘッダーの内部が、仕切手段によって長さ方向
   に仕切られることにより、前記熱交換チューブ群によっ
   て構成される冷媒通路が入口側通路群と出口側通路群と
   を含む少なくとも２つ以上の通路群に区画されると共
   に、前記入口側通路群に対し出口側通路群の通路断面積
   が相対的に小に設定されてなることを特徴とする空気調
   和機用アルミニウム製凝縮器。