JPH0612228B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は熱交換器、とくにカークーラー用コンデンサ
ーとして使用されるようなアルミニウム製熱交換器に関
する。

従来の技術 カークーラー用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
求される。

このため従来では一般的には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。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、上記のような熱交換器では、冷媒回路が
一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
きくなるという難点があった。この流通抵抗を小さくす
るためには、チューブの断面積を大きくすることが当然
考慮されるが、熱交換器の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
し難いものであった。加えて、上記サーペンタインチュ
ーブ型熱交換器では、前記のようにチューブの一端から
他端に向けて蛇行状に冷媒回路が構成されるものである
ため、細かく分析すると、冷媒の入口側近傍部分と出口
側近傍部分とで熱交換効率の差が大きく、またチューブ
の幅方向、即ち空気流の流入側に位置する前部と流出側
に位置する後部との間でも熱交換効率に差を生じるた
め、必ずしもコアの全域を最大限に有効活用して効率の
良い熱交換を行い得ているものとはいい得なかった。更
にまた、製作面においても、チューブの蛇行状の曲げ加
工がいささ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憾みがあった。

この発明は上記のような従来技術に鑑み、コンデンサー
としての実用に適する耐圧性を保有しながら、流通抵抗
の減少、熱交換効率の向上をはかり得ると共に、組立製
作も自動化を可能とする熱交換器を提供することを目的
とする。

問題点を解決する為の手段 この発明は、１対のヘッダー間に多数のチューブを平行
状に配置したヘッダー型のものとし、かつチューブ群内
の冷媒通路を系外空気の流通方向に対して前部側の通路
と後部側の通路とに分けて、コアの厚さ方向に対し各チ
ューブ内を前後において対抗方向に冷媒を流すようにし
たものである。

更に具体的には、この発明に係る熱交換器は、平行状に
配置された１体の中空押出型材製ヘッダー（１）（２）
と、両ヘッダー間に並列状に配置され両端をヘッダーに
挿入してその内部の冷媒通路（18）（10）に連通接続さ
れた多数本のチューブ（３）と、隣接するチューブ間及
び両端のチューブ（３）とサイドプレート（４）との間
の空気流通間隙に配置されたフィン（５）とを備え、前
記両ヘッダー（１）（２）のうち冷媒出入口側の一方の
ヘッダー（２）内に、その内部の冷媒通路（10）を長さ
方向に沿って前側通路（10ａ）と後側通路（10ｂ）とに
２分する中央隔壁（９）が一体に設けられ、かつ前記チ
ューブ（３）にもその内部の冷媒通路（13）を前側通路
（13ａ）と後側通路（13ｂ）とに２分する中央隔壁（1
2）が設けられ、該ヘッダー（２）とチューブ（３）と
の接続状態においてそれらの上記隔壁（９）（12）が当
接されることにより、両者の前側通路（10ａ）（13ａ）
どおし及び後側通路（10ｂ）（13ｂどおしが相互に各独
立状態に連通されたものとなされる一方、他方のヘッダ
ー（１）内に、その内面から中心部に向ってのびた位置
決め兼撹乱板（17）が長さ方向に沿って突設され、この
位置決め兼撹乱板に前記チューブ（３）の中央隔壁（1
2）が当接されることにより、当該ヘッダー（１）内に
前記位置決め兼撹乱板（17）の頂端をこえる迂回状の冷
媒反転通路部分（18ａ）が形成され、該反転通路部分
（18ａ）を介して前記チューブ（３）の前記通路（13
ａ）と後側通路（13ｂ）とが連通されてなることを特徴
とする熱交換器を要旨とする。

実施例 以下、この発明の構成を更に図示の実施例に基づいて詳
しく説明する。

この発明の適用による最も基本的な熱交換器の具体的構
成例を、第１図ないし第５図に示す。

この実施例の熱交換器は、アルミニウム合金製のもので
あり、その主要構成部材として、第１図に示すように上
下の１対の平行状に配置されたヘッダー（１）（２）
と、それらの間に渡して並列状に配置され、両端部がそ
れぞれ上記ヘッダー（１）（２）に連通接合された多数
本のチューブ（３）と、この隣接するチューブ間及び最
外側のチューブ（３）とサイドプレート（４）（４）と
の間の空気流通空間内に介在配置されたコルゲート型の
フィン（５）とを有する。

ヘッダー（１）（２）はいずれもアルミニウム材による
円形パイプ状の中空押出型材からなるものであり、上段
側のヘッダー（１）は、第２図に示すように内面の中央
上部に、該ヘッダー（１）の中心部に向って延び、下端
がヘッダーの略中心点近くまで達する位置決め兼撹乱板
（17）が垂下状に突設されると共に、両端が蓋片（６）
（６）で閉塞されて内部に密閉空間としての単一の冷媒
通路（18）を形成したものとなされている。一方、下段
側のヘッダー（２）は、両端が冷媒の入口（７）と同出
口（８）に形成されると共に、内部中央に縦向きの隔壁
（９）が一体に縦設され、これによって内部冷媒通路
（10）が長さ方向に沿って２分されて、前側通路（10
ａ）と後側通路（10ｂ）とに仕切られている。そしてそ
の後側通路（10ｂ）における冷媒入口（７）側の一端
は、第３図に示すようにサイドプレート（４）から延長
された差込遮断板（11）によって閉塞され、冷媒入口
（７）から流入される冷媒を前側通路（10ａ）側にのみ
導入しうるようになされている。またこれとは逆に、前
側通路（10ａ）は冷媒出口（８）側の一端において前記
同様にサイドプレート（４）の差込遮断板（11）によっ
て塞がれており、冷媒出口（８）を後側通路（10ｂ）の
みに開口せしめたものとなされている。

チューブ（３）は、アルミニウム材による扁平状の中空
押出型材からなるものであり、これも内部の幅方向中央
部に中央隔壁（12）を有して、下段ヘッダー（２）に対
応するように内部の冷媒通路（13）が前側通路（13ａ）
と後側通路（13ｂ）に２分されている。このチューブ
（３）は所謂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。この場合、前側通路及び後側通
路がそれぞれ複数個ずつの独立した通路部分をもって形
成される。

ヘッダー（１）（２）とチューブ（３）の連通接続は、
第３図に示されるようにヘッダー（１）（２）のチュー
ブ取付部分にチューブ幅対応の切込み（14）を形成し、
これにチューブ（３）の端部を緊密に嵌合すると共に、
チューブ材に予め被覆した亜鉛層あるいは別途付着させ
るろう材等の接合用材料を利用して、両者を強固に接合
することによって行われている。この接合時において、
チューブ（３）はその端部中央に予め形成した切込凹部
（15）を各ヘッダー（１）（２）の位置決め兼撹乱板
（17）及び隔壁（９）に適合させることにより、その嵌
合深さと相対位置を規制されるものとなっている。かつ
接続状態においてチューブ（３）の中央隔壁（12）は、
特にその下端が下段ヘッダー（２）の隔壁（９）に密接
状態に当接されたものとなされ、これによって該下段ヘ
ッダー（２）とチューブ（３）の各前側通路（10ａ）
（13ａ）どおし、及び後側通路（10ｂ）（13ｂ）どおし
が各独立状態に連通されたものとなされている。また、
上記中央隔壁（12）の上端が、上段ヘッダー（１）の位
置決め兼撹乱板（17）の頂端に当接されたものとなさ
れ、これによって上段ヘッダー（１）内の冷媒通路（1
8）に上記位置決め兼撹乱板（17）の頂端をこえる迂回
状の冷媒反転通路部分（18ａ）が形成され、（第２図参
照）該反転通路部分（18ａ）を介してチューブ（３）の
前側通路（13ａ）と後側通路（13ｂ）とが連通されたも
のとなされている。従ってこの熱交換器における冷媒回
路（Ｃ１）は、第５図に示すように下段ヘッダー（２）
の前側通路（10ａ）からチューブ（３）の前側通路を経
て上段ヘッダー（１）内の冷媒通路（18）内で上記反転
通路部分（18ａ）により反転し、然るのちチューブ
（３）の後側通路（13ｂ）から下段ヘッダー（２）の後
側通路（10ｂ）を経て冷媒出口（８）に至るものとなさ
れている。

フィン（５）は隣接するチューブ（３）（３）の間隔に
相当する高さを有するコルゲート状のもので、一般的な
ろう付けの手段でチューブ（３）及びサイドプレート
（４）に接合されている。

サイドプレート（４）は、第３図に示すような断面略コ
字状のもので、その開口面側を外向きにして両ヘッダー
（１）（２）の両端部間に配置されている。このサイド
プレート（４）の取付けは、その両端部に延長状に突出
された差込部（４ａ）（４ｂ）を、ヘッダー（１）
（２）の対応部分に穿たれたスリット（16）に差込み、
かつ適宜ろう接することによって行われている。

上記において、冷媒は下段ヘッダー（２）の一端の冷媒
入口（７）から該ヘッダー内の前側通路（10ａ）に入
る。後側通路（10ｂ）は前記のようにサイドプレート
（４）の差込遮断板（11）によって入口側が塞がれてい
るため、入口（７）からのガス状冷媒が直接入ることは
ない。下段ヘッダー（２）の前側通路（10ａ）に入った
ガス状冷媒は、続いてチューブ（３）の前側通路（13
ａ）に分配されてその中を上昇する。この過程で先ず隣
接チューブ（３）（３）間を流れる外部空気流により、
ガス状冷媒は、空気流との相対的温度差が大きいことも
相俟ってコアの全域において効率の良い熱交換が行われ
る。続いて冷媒は、上段ヘッダー（１）内の冷媒通路
（18）に入る。そして、ここで位置決め兼撹乱板（17）
の存在により、その下方の冷媒反転通路部分（18ａ）を
第４図に矢印で示すように迂回して方向転換する。この
際、チューブ（３）の前側通路（13ａ）からヘッダー
（１）内に流入してくる冷媒は既に一部が液化している
が、上記位置決め兼撹乱板（17）が一種の邪魔板として
作用し、冷媒流れが上記のように撹乱板（17）の頂端を
こえて迂回状に反転されることにより、ここで冷媒は激
しい混合作用を受ける。従って相互間に温度勾配を有す
る冷媒部分どおしがミキシングされ、気液混合作用を受
けて冷媒温度の均一化がはかられたのち、続いてチュー
ブ（３）の後側通路（13ｂ）に入ってこれを下降する。
このときには既に冷媒は多くの部分が気液混合状態であ
り、この下降中にも更に外気との間で熱交換して保有熱
量を奪われ、やがて所要の低温状態、すなわち過冷却状
態になって下段ヘッダー（２）の後側通路（10ｂ）に集
合し、次いで出口（８）から送出される。

なお、上記実施例では、１対のヘッダーを上下に配置し
た縦型の熱交換器を示したが、この発明はヘッダーを左
右に配置した横型のものとして構成することも許容され
る。また、少なくとも出入口を有する側のヘッダー
（２）内に、その長さ方向の適所に仕切を設けることに
より、冷媒回路を４パスに構成しても良い。即ち、複数
本のチューブ（３）群についてその前側通路（13ａ）か
ら後側通路（13ｂ）を経たのち、更に隣接のチューブ群
中を、今度は後側通路（13ｂ）から前側通路（13ａ）に
流れて、最終的にヘッダー（２）の出口（８）から送り
出されるものとしてもよい。更には、他方の反転側のヘ
ッダー（１）にも適所に仕切りを設けることにより、６
パス以上の冷媒回路を構成するものとしても良い。

発明の効果 この発明に係る熱交換器は、冷媒回路を構成する１対の
ヘッダーが、いずれもアルミニウム材による中空押出型
材によって構成され、しかもそれらがチューブの端部を
ヘッダーの周面に挿入することによって連通状態に接続
されたものとなされている。このため、従来のサーペン
タインチューブ型の熱交換器に較べても何ら遜色のない
耐圧強度を有し、比較的高圧のガス状冷媒を取扱い対象
とするカークーラー用のコンデンサーとしての用途にも
好都合に使用しうるものとなしうる。

また、両ヘッダー間に多数本のチューブを平行状に設
け、その全部または所定本数のチューブ群毎に、冷媒を
それらの前側通路と後側通路とに巡らせて流通させるも
のとなされているから、冷媒回路の通路断面積を設計上
の要請に応じて任意に拡縮変更することが容易である。
したがって冷媒の流通抵抗を充分に小さくすることが可
能であり、従来のサーペンタインチューブ型のコンデン
サーに較べ、圧力損失の少ないものとなしうる。

更に、この発明の熱交換器では、チューブ内の冷媒通路
が、前側通路を後側通路とに分けられ、コアの少なくと
も一部において上記前側通路から後側通路に冷媒を反転
させて各単一のチューブ内を対向状に２回パスさせるよ
うになっている。従って、例えば隣接チューブ間を流れ
る空気の風上側、即ちチューブの前方部分において効率
の高い熱交換が行われたのち、更にその後方部分でも別
途繰返して熱交換が行われる。このため全チューブによ
る総合的な評価において、熱交換効率をコアの全体に平
均化し、かつ個々のチューブ部分の受けもつ熱交換効率
も増大して、全体として熱交換効率を大幅に増大するこ
とができる。

加えて、冷媒がＵターンする側のヘッダー、即ち冷媒出
入口を有しない側のヘッダー内に、その長さ方向に沿っ
てかつヘッダー内の中心部に向ってのびた位置決め兼撹
乱板が突設され、これに前記チューブの中央隔壁が当接
されることにより、当該ヘッダー内に前記位置決め兼撹
乱板の頂端をこえる迂回状の冷媒反転通路部分が形成さ
れたものとなされている。従って、チューブ群の例えば
前側通路を通って凝縮のある程度進行した冷媒が、上記
ヘッダー内の反転通路部分で激しく混合される。即ち、
気液の混合作用を受けてその温度の均一化が達成され
る。そして、その後に続いてチューブ群の反対側の例え
ば後側通路にに分配導入され、更に熱交換が行われる。
従って、該後側通路内においても、全チューブ群に亘っ
て効率の良い熱交換が行われ、一部の通路内に凝縮冷媒
が滞溜して熱交換を阻害する所謂液封現象等の発生を防
止し、愈々熱交換効率を良好なものにする。ひいては前
記両事項が相俟って、熱交換効率に優れることにより熱
交換器の小型化を可能にすると共に、近時公害問題を惹
起している冷媒フロンの使用量も大幅な削減を可能にす
る。

更にまた、この発明の熱交換器は、１対の押出型材製ヘ
ッダー間に、サイドプレートとチューブ及びフィンを配
して組立てられるものであるから、組立てに際し両ヘッ
ダーとサイドプレート及びチューブによって強固な枠組
みを形成しうる。従ってこの枠組み中にフィンを強制的
に嵌合しても著しく形状変化を来たすことがなく、構成
部材相互の仮組み状態をそれ自体で安定に保持しうる。
ひいてはこのため、組立工程を機械的に実施することが
可能となり、熱交換器の製造工程を自動化してコストダ
ウンをはかることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図はこの発明の実施例を示すもので、
第１図は熱交換器の全体の正面図、第２図は第１図II−
II線の断面図、第３図は構成部材を分離状態にして示し
た要部の斜視図、第４図は第１図IV−IV線の断面図、第
５図は冷媒回路構成図である。 （１）……上段のヘッダー、（２）……下段のヘッダ
ー、（３）……チューブ、（４）……サイドプレート、
（５）……フィン、（７）……冷媒入口、（８）……冷
媒出口、（９）……隔壁、（10）……冷媒通路、（10
ａ）……前側通路、（10ｂ）……後側通路、（12）……
中央隔壁、（13）……冷媒通路、（13ａ）……前側通
路、（13ｂ）……後側通路、（17）……位置決め兼撹乱
板、（18）……冷媒通路、（18ａ）……冷媒反転通路部
分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行状に配置された１対の中空押出型材製
   ヘッダー（１）（２）と、両ヘッダー間に並列状に配置
   され両端をヘッダーに挿入してその内部の冷媒通路（1
   8）（10）に連通接続された多数本のチューブ（３）
   と、隣接するチューブ間及び両端のチューブ（３）とサ
   イドプレート（４）との間の空気流通間隙に配置された
   フィン（５）とを備え、 前記両ヘッダー（１）（２）のうち冷媒出入口側の一方
   のヘッダー（２）内に、その内部の冷媒通路（10）を長
   さ方向に沿って前側通路（10ａ）と後側通路（10ｂ）と
   に２分する中央隔壁（９）が一体に設けられ、かつ前記
   チューブ（３）にもその内部の冷媒通路（13）を前側通
   路（13ａ）と後側通路（13ｂ）とに２分する中央隔壁
   （12）が設けられ、該ヘッダー（２）とチューブ（３）
   との接続状態においてそれらの上記隔壁（９）（12）が
   当接されることにより、両者の前側通路（10ａ）（13
   ａ）どおし及び後側通路（10ｂ）（13ｂ）どおしが相互
   に各独立状態に連通されたものとなされる一方、 他方のヘッダー（１）内に、その内面から中心部に向っ
   てのびた位置決め兼撹乱板（17）が長さ方向に沿って突
   設され、この位置決め兼撹乱板に前記チューブ（３）の
   中央隔壁（12）が当接されることにより、当該ヘッダー
   （１）内に前記位置決め兼撹乱板（17）の頂端をこえる
   迂回状の冷媒反転通路部分（18ａ）が形成され、該反転
   通路部分（18ａ）を介して前記チューブ（３）の前側通
   路（13ａ）と後側通路（13ｂ）とが連通されてなること
   を特徴とする熱交換器。