JPH08136182A

JPH08136182A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH08136182A
Application number: JP27751494A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Kashihara; 昌和樫原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】熱交換パイプ内に流れる冷媒の状態を均一に
して効率の良い熱交換が行える熱交換器を提供する。【構成】この発明の熱交換器は、一対の第１、第２の
ヘッダ１６、１７間に、複数の熱交換パイプ１８…を所
定間隔で離間対向させて架設し、この熱交換パイプ１８
にピンフィン２０を有する放熱材１９を組み合わせてな
る熱交換器１５であって、上記第１ヘッダ１６の中途部
にはこのヘッダ１６を上部１６ａと下部１６ｂとに仕切
る仕切り板２１を設けこの熱交換器１５内を冷媒が蛇行
するように構成すると共に、上記第１、第２のヘッダ１
６、１７にこのヘッダ１６、１７の内部に凹む第１〜第
３の凹部２５〜２７を設け、この凹部２５〜２７の近傍
で各種状態の冷媒を混合するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばエアコンディ
ショナ（以下「エアコン」と略す。）等に用いられる熱
交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば自動車のエアコン等に用い
られる凝縮器として図５に示すコルゲートフィン形の熱
交換器１がある。この熱交換器１は、上端および下端が
閉塞された状態で立設された筒状の第１、第２のヘッダ
２、３と、上下方向に所定間隔で並列された状態で上記
第１、第２のヘッダ間に架設され両者を連通させる熱交
換パイプ４…と、上下方向に隣合う熱交換パイプ４間に
介装された波状のフィン５（コルゲートフィン）とを有
する。

【０００３】第１のヘッダ２の上端部には冷媒入口管６
が接続され、下端部には冷媒出口管７が接続されてい
る。そして、この第１のヘッダ２内および第２のヘッダ
３内には適宜の箇所に仕切り板９、１０、１１が設けら
れ、冷媒が図に示す一点鎖線で示す矢印（イ）のように
蛇行状に流れるように構成されている。

【０００４】冷媒は、このように上記第１、第２のヘッ
ダ２、３を通じて上記各熱交換パイプ４内を流通するこ
とで、上記フィン５に当たる外気との間で熱交換がなさ
れ、流通するにしたがって凝縮するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記冷媒
は、この熱交換パイプ４内を流通していく間に次第に温
度が低下し、最終的には凝縮温度に達し液冷媒となる。
しかし、上記熱交換パイプ４内を流通する冷媒の状態は
均一ではなく、ガス冷媒の領域と液冷媒の領域とが存在
する。この２つの状態にある冷媒の混合が良好に成され
ていないと、上記液冷媒は上記ヘッダ２、３内に流入す
ると下方に落下し、このヘッダ２、３の下端部に溜まる
こととなる。この状態では、最下端部に位置する熱交換
パイプ内には、液冷媒のみが流れ、もはやガス冷媒は流
れないこととなる。

【０００６】液冷媒は十分に低温になっていることか
ら、この最下端部に位置する熱交換パイプは熱交換のた
めに有効に機能しないこととなる。したがって、このよ
うな状態では、この位置に設けられた熱交換パイプはサ
イズ的に無駄な存在となる。

【０００７】また、熱交換は、この最下端部に位置する
熱交換パイプを除く他の熱交換パイプで行わなければな
らないから、熱交換器の性能の低下の要因となる。した
がって、このような状態を解消するには、ヘッダ内で上
記液冷媒とガス冷媒の混合を行う必要がある。従来、こ
のような混合を行う考えはあったが、このヘッダ内に冷
媒の混合を行うための部品を挿入してろう付けする等、
構成が複雑で組み立てが困難なものであった。また、上
記ヘッダ内の流れを無用に妨げ逆に熱交換器の性能を低
下させる恐れもあった。

【０００８】この発明は、このような事情に鑑みて成さ
れたもので、熱交換パイプ内に流れる冷媒の状態を均一
にして効率の良い熱交換が行える熱交換器を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の手段
は、内部に冷媒が流通する一対のヘッダと、このヘッダ
間に架設され、上記一対のヘッダから分流した冷媒が流
通する複数本の熱交換パイプと、この熱交換パイプ間に
介装された放熱フィンとを有する熱交換器において、上
記ヘッダは、筒状をなし、その周壁にはこのヘッダの内
部方向に凹む凹部が形成されてなることを特徴とする熱
交換器である。

【００１０】第２の手段は、第１の手段の熱交換器にお
いて、上記ヘッダは、上記凹部の形成された部位で折曲
されてなることを特徴とする熱交換器である。第３の手
段は、第２の手段の熱交換器において、上記凹部は、上
記ヘッダがこの凹部の形成された部位で折曲された際に
このヘッダ内を閉塞するように形成されてなるものを含
むことを特徴とする熱交換器である。第４の手段は、第
１の手段の熱交換器において、上記凹部は、上記ヘッダ
内を閉塞するように形成されてなるものを含むことを特
徴とする熱交換器である。

【００１１】

【作用】このような構成によれば、上記凹部によってヘ
ッダ内の冷媒の流れを乱し、各種状態の冷媒を混合する
ことができる。また、この凹部の形成された部位でこの
ヘッダを折曲することができる。また、上記凹部をこの
ヘッダを閉塞するように形成することで、このヘッダ内
を仕切ることができる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を参照して
説明する。まず、第１の実施例について説明する。この
実施例の熱交換器１５は、ピンフィン形熱交換器であ
る。

【００１３】すなわち、図１に示すように、この熱交換
器１５は、立設された第１、第２のヘッダ１６、１７
と、この第１、第２のヘッダ１６、１７間に架設された
複数本の熱交換パイプ１８と、所定間隔で積層されかつ
長手方向を上記各熱交換パイプ１８と直交させた状態で
この熱交換パイプ１８に組み合わされた複数枚の放熱材
１９とを有し、かつ、上記放熱材１９には、この放熱材
を所定間隔で打ち抜くことで多数本のピン状のフィン２
０（ピンフィン）が形成されてなる熱交換器である。

【００１４】上記ピンフィン２０は、横断面形状が０．
２ミリ×０．２ミリという微細な角状をなし、かつ隣合
うピンフィン２０の間隔が約０．２ミリとなるように形
成されている。そして、この熱交換器の横断面をとる
と、各ピンフィン２０はマトリックス状に配置されてい
る。

【００１５】このようなピンフィン２０を有する熱交換
器によれば、従来のプレートフィン形熱交換器や従来例
の項で述べたコルゲートフィン形熱交換器等と比較して
熱交換効率が非常に高いということが一般に知られてい
る。

【００１６】一方、上記第１のヘッダ１６の内部は、図
に２１で示す仕切り板によって仕切られ、上部１６ａお
よび下部１６ｂの２つの領域に区画されている。そし
て、この第１のヘッダ１６の上部１６ａには冷媒入口管
２２が接続され、下部１６ｂには冷媒出口管２３が接続
されている。

【００１７】したがって、この熱交換器１５内を流通す
る冷媒は、図２に示すように、ガス冷媒の状態で上記冷
媒入口管２２からこの第１のヘッダ１６の上部１６ａ内
に流入し、この上部１６ａに接続された各熱交換パイプ
１８（この実施例では３本の熱交換パイプ１８）に分流
する。

【００１８】上記各熱交換パイプ１８を通過した冷媒は
上記第２のヘッダ１７内に流入し、これよりも下側に位
置する各熱交換パイプ１８内に分流する。そしてこの熱
交換パイプ１８を通過した冷媒は上記第１のヘッダ１６
の下部１６ａ内に流入し、液冷媒の状態となって上記冷
媒出口管２３から外部（例えば流体圧縮機側）に排出さ
れるようになっている。

【００１９】上記冷媒は、このように熱交換器１５内を
蛇行的に流通することで、上記熱交換パイプ１８に取着
されたピンフィン２０に衝突する外気との間で熱交換を
行い、流通するにしたがって温度が低下して次第に凝縮
し、ガス冷媒から液冷媒へと状態変化するようになって
いる。

【００２０】また、上記第１、第２のヘッダ１６、１７
には、図１および図２に示すように、その周壁に、この
ヘッダ１６、１７の内側方向に窪む（凹む）第１〜第３
の凹部２５〜２７が形成されている。この第１〜第３の
凹部２５〜２７は、上記各ヘッダ１６、１７の流通路を
狭め、冷媒の流通を規制する機能を有するものである。

【００２１】この凹部２５〜２７の形成は、プレス加工
で行う。例えば、筒状に形成されたアルミニウム材製の
ヘッダ材料の側面にＶ字あるいは半円状に凸なる型を押
し付けるようにして形成すれば良い。

【００２２】また、凹状のキャビティが形成されてなる
棒状の下型を上記ヘッダ材料内に挿入し、ついで、上記
ヘッダ材料の周壁の、上記下型のキャビティに対応する
部位に凸状の上型を押し付ける。このことで、上記ヘッ
ダ材料の周壁に上記凹部２５〜２７を形成するようにし
ても良い。

【００２３】なお、このような加工を金型で行うのでは
なく、エア圧で行うようにしても良い。さらに、一旦こ
のヘッダ材料を折曲し、元の状態に戻すことで上記凹部
２５〜２７を形成するようにしても良い。

【００２４】次に、この第１〜第３の凹部２５〜２７に
よる効果について説明する。図２に示すように、この凹
部２５〜２７は、ヘッダ１６、１７内で流通抵抗となっ
て冷媒の流れを規制することで、このヘッダ１６、１７
内に流入あるいは流出する各種状態の冷媒を混合し、冷
媒の状態を均一化する役割を有する。

【００２５】すなわち、第２のヘッダ２７において、上
記第２、第３の凹部２６、２７が形成されていない状態
であると、この第２のヘッダ１７内に流入する各種状態
の冷媒（ガス冷媒、液冷媒）は、互いに混合されない状
態でこの第２のヘッダ１７の下部方向にストレートに流
通する。

【００２６】そして、この第２のヘッダ１７内で、液冷
媒とガス冷媒とが分離し、このうち液冷媒が上記第２の
ヘッダ１７の下部に溜まるということがある。このよう
な現象が生じると、最下端部に位置する熱交換パイプ１
８には液冷媒しか流通せず、この熱交換パイプ１８は熱
交換のためには機能しないこととなる。

【００２７】一方、この発明のように、上記第２のヘッ
ダ１７内に上記第１、第２の凹部２５、２６が設けられ
ていると、上記第２のヘッダ１７内の冷媒の流れが規制
される。このことによって、各熱交換パイプ１８から流
入した冷媒の流れが乱され、上記各種状態の冷媒はこの
凹部２５、２６の近傍で混合されることとなる。

【００２８】このことで、ガス冷媒と液冷媒が分離して
上記ヘッダ１７の底部に溜まってしまうということが少
なくなるので、すべての熱交換パイプ１８を有効に使用
することができる。

【００２９】言い換えると、すべての熱交換パイプ１８
を熱交換に有効に寄与させることができるから、この熱
交換器１５の熱交換性能が向上する効果がある。また、
上述したように、上記凹部２５〜２７は、プレス加工に
よって形成することができるので、例えば、この熱交換
器１５に上記仕切り板２１のような部品を挿入してろう
付けしたり、このヘッダ１６、１７の外部に切り込みを
設け、この切り込みを通して上記ヘッダ１６、１７内に
混合を行うための部品を挿入する場合等と比較してその
製造を容易に行うことができる効果がある。

【００３０】また、設計変更も容易に行える効果があ
る。例えば、上記第１の実施例では、上記凹部２５〜２
７は、ヘッダ１６、１７内に向かって尖る円錐形状を有
するものであったが、半球形状のものや立方体形状のも
のでも良く、熱交換器１５の大きさに応じて冷媒の混合
が最も良く行える形状に形成すれば良い。

【００３１】また、この凹部２５〜２７の個数および配
置も、上記冷媒の混合が効率良くかつ確実に行える個数
および配置の組み合わせを選択して決定するようにすれ
ば良い。

【００３２】また、プレス加工であると、溶接が不要で
あり、また、ヘッダ１６、１７に切り込み等を設けると
いうことが不要になるので冷媒の漏れ等が生じる心配も
ない。

【００３３】次に、この発明の第２の実施例について説
明する。なお、上記第１の実施例と同様の構成要素に
は、同一符号を付してその説明は省略する。この第２の
実施例の熱交換器は、上述したピンフィン形の熱交換器
において、図３に示すように、上記第１、第２のヘッダ
１６´、１７´が、図にＡ、Ｂ、Ｃで示す３か所で折曲
されてなり、熱交換器１５´全体がこの３か所で屈曲さ
れてなるものである。

【００３４】次に、この熱交換器の製造方法について説
明する。まず、上記第１のヘッダ１６´を成形する。こ
の第１のヘッダ１６´の成形は、図４（ａ）に示すよう
に、このヘッダ１６´の折曲する部位Ａ〜Ｃに、プレス
加工によりＶ字谷形状の第１〜第３の凹部３０ａ、３１
ａ、３２ａを設ける。このとき、部位Ｂに設けた第２の
凹部３０ｂについては、図４（ａ）に示すように、この
凹部３０ｂの上記ヘッダ１６´内に突出する突端部が対
向するヘッダ１６´の内壁面に当接するように成形す
る。そして他の部位Ａ、Ｃについては、図に示すよう
に、上記凹部３１ａ、３２ｃの深さが余り大きくならな
いようにする。

【００３５】ついで、この第１のヘッダ１６´をＡ〜Ｃ
の各部位で折曲すると、上記第１〜第３の凹部３０ａ、
３１ａ、３２ａの各側壁どうしが接合され、図３に示す
ように、この第１のヘッダ１６´内に突出する板状の第
１〜第３の突出部３４ａ、３５ａ、３６ａとなる。な
お、部位Ｂに設けられた突出部３５ａは、このヘッダ１
６を完全に閉塞する。

【００３６】この部位Ｂに設けられた突出部３５ａは、
この第１のヘッダ１６´内を上部１６ａと下部１６ｂと
に区画する。したがって、上記第１の実施例の第１のヘ
ッダ１６に設けられた仕切り板２１と同じ役割を奏する
ので、以下「仕切り板３５ａ」と称することとする。

【００３７】次に、第２のヘッダ１７´を成形する。こ
の第２のヘッダ１７´の成形は、上記第１のヘッダ１６
´と略同じ方法で行う。すなわち、図４（ｂ）に示すよ
うに、この第２のヘッダ１７´の側面の各部位Ａ〜Ｃに
対応する位置に第１〜第３の凹部３０ｂ、３１ｂ、３２
ｂを設け、各凹部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂの部分でこの
ヘッダ１７´を折曲するようにする。このことで、上記
各凹部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂは、図３に示すように、
上記第１のヘッダ１６´と同様に、第１〜第３の突出部
３４ｂ、３５ｂ、３６ｂとなる。

【００３８】ただし、この第２のヘッダ１７´に設ける
凹部３０ｂ、３１ｂ、３２ｂは、上記第１のヘッダ１６
´と異なり、図４（ｂ）に示すように、すべて略同じ深
さで設けられ、上記第１のヘッダ１６´の第２の凹部３
１ａのように内部への突端部がこのヘッダ１７´の内壁
面に当接するということがないようにする。

【００３９】したがって、この第２のヘッダ１７´に形
成された上記第１〜第３の突出部３４ｂ、３５ｂ、３６
ｂは、いずれもこのヘッダ１７´を閉塞しない。つい
で、上記第１、第２のヘッダ１６´、１７´間に、複数
本の熱交換パイプ１８を架設する。そして、この熱交換
パイプ１８に上記ピンフィン２０が形成されてなる放熱
材１９を組み付ける。なお、この放熱材１９は、上記第
１の実施例のように長尺ではなく、屈曲部であるＡ〜Ｃ
に対応する部位で短冊状に切断分割されている。

【００４０】このような熱交換器１５´によれば、第１
のヘッダ１６´は、上記第１の実施例と同様に、仕切り
板３５ａによって上部１６ａと下部１６ｂとに区画され
ている。また、上記第１、第２のヘッダ１６´、１７´
内は、上記第１の実施例の凹部２５〜２７と同じ機能を
奏する突出部３４ａ、３６ａ、３４ｂ、３５ｂ、３６ｂ
が設けられる。

【００４１】したがって、上記冷媒入口管２２を通して
上記第１のヘッダ１６´内に供給された冷媒は、この第
１のヘッダ１６´の上部１６ａから上記熱交換パイプ１
８を通って上記第２のヘッダ１７´内に流入し、この第
２のヘッダ１７´内から上記熱交換パイプ１８を通って
上記第１のヘッダ１６´の下部１６ｂ内に流入し、上記
冷媒出口管２３から外部へ排出されるようになってい
る。

【００４２】そして、上記第１、第２のヘッダ１６´、
１７´内には、上記突出部３４ａ〜３６ｂが設けられて
いるから、各突出部３４ａ〜３６ｂの近傍で、各種状態
の冷媒（ガス冷媒、液冷媒）が混合され、上記熱交換パ
イプ１８内には均一な状態の冷媒が分流していくことと
なる。

【００４３】したがって、第２の実施例によれば、上記
第１の実施例と同様の効果を得ることができる。さら
に、上記第１の実施例では、上記仕切り板２１は円板状
の部品を第１のヘッダ内に挿入しろう付けすることで形
成されていたが、この第２の実施例では、上記第１のヘ
ッダ１６´に上記凹部３１ａを設け、この部分で折り曲
げるのみで上記仕切り板３５ａを成形することができ
る。したがって、この仕切り板３５ａの形成が容易にな
る効果がある。

【００４４】なお、上記凹部３０ａ〜３２ａが存在する
ことで、ヘッダ１６´、１７´の折り曲げを容易に行
え、このようにヘッダ１６´、１７´が折り曲げられて
なる熱交換器１５´の製造を容易に行うことができる効
果がある。また、折り曲げることにより板状に形成され
た各突出部３４ａ〜３６ｂが上記ヘッダ１６´、１７´
の補強部材となるから、このヘッダ１６´、１７´の強
度が向上するという効果もある。

【００４５】なお、この発明は、上記一実施例に限定さ
れるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種々
変形可能である。上記第１、第２の実施例では、上記熱
交換器１５、１５´を凝縮器として用いる場合を説明し
たが、蒸発器として用いるようにしても良い。この場合
でも、液冷媒とガス冷媒との混合が行えるから、熱交換
効率が向上する効果がある。

【００４６】また、上記第２の実施例では、上記ヘッダ
１６´、１７´の側面に凹部３０ａ、３１ａ、３２ａお
よび３０ｂ、３１ｂ、３２ｂを設け、この部分で折曲す
るようにしていたが、これに限定されるものではなく、
上記仕切り板３５ａとなる部位以外はヘッダ内への突出
量は少なくて良いので、上述したような凹部を設けない
でヘッダ１６´、１７´を折曲するようにしても良い。

【００４７】また、上記一実施例では、上記熱交換器１
５、１５´はピンフィン形熱交換器であったが、これに
限定されるものではなく、ヘッダを用いる熱交換器であ
れば、プレートフィン形熱交換器やコルゲートフィン形
熱交換器等にも適用することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、この発明の第１の構
成は、内部に冷媒が流通する一対のヘッダと、このヘッ
ダ間に架設され、上記一対のヘッダから分流した冷媒が
流通する複数本の熱交換パイプと、この熱交換パイプ間
に介装された放熱フィンとを有する熱交換器において、
上記ヘッダは、筒状をなし、その周壁にはこのヘッダの
内部方向に凹む凹部が形成されてなることを特徴とする
ものである。

【００４９】このような構成によれば、この凹部の近傍
でヘッダ内に流通する各種状態の冷媒を混合することが
できるから、液冷媒のみが分離することを防止でき、こ
の熱交換器全体を有効に機能させることができる。した
がって、熱交換性能の高い熱交換器を得ることができる
効果がある。

【００５０】また、上記凹部は、例えばプレス加工によ
り成形することができ、このヘッダに孔を穿設したり溶
接したりするなどの作業は不要である。したがって、上
記効果を奏するヘッダの成形を容易に行える効果があ
る。

【００５１】さらに、設計変更も容易に行える効果もあ
る。第２の手段は、第１の手段の熱交換器において、上
記ヘッダは、上記凹部の形成された部位で折曲されてな
ることを特徴とするものである。

【００５２】上記凹部を用いることで、冷媒の混合を行
うことができ、かつ、凹部の存在により上記ヘッダを折
曲することも容易に行える効果がある。第３の手段は、
第２の手段の熱交換器において、上記凹部は、上記ヘッ
ダがこの凹部の形成された部位で折曲された場合にこの
ヘッダを閉塞するように形成されてなるものを含むこと
を特徴とする熱交換器である。

【００５３】この熱交換器内で冷媒を蛇行させるため
に、このヘッダ内を仕切り板で仕切るということが行わ
れるが、この第３の手段によれば、この仕切り板を、ヘ
ッダを折り曲げという作業のみで、溶接などの作業を経
ずに容易に成形することができる効果がある。

【００５４】第４の手段は、第１の手段の熱交換器にお
いて、上記凹部は、上記ヘッダ内を閉塞するように形成
されてなるものを含むことを特徴とする熱交換器であ
る。このような構成によれば、ヘッダ内に円盤などを挿
入して溶接する等の作業を経ることなく、上記凹部で上
記ヘッダ内を仕切ることができるので、上記ヘッダの成
形が容易に行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す全体斜視図。

【図２】同じく、簡略化して示す概略縦断面図。

【図３】第２の実施例を示す正面図および縦断面図。

【図４】同じく、ヘッダの成形を示す縦断面図。

【図５】一般的なコルゲート形熱交換器を示す正面図。

【符号の説明】

１５…熱交換器（第１の実施例）、１６…第１のヘッ
ダ、１７…第２のヘッダ、１８…熱交換パイプ、１９…
放熱材、２０…ピンフィン、２５…第１の凹部、２６…
第２の凹部、２７…第３の凹部、１５´…熱交換器（第
２の実施例）、１６´…第１のヘッダ、１７´…第２の
ヘッダ、３１ａ（３５ａ）…第２の凹部（突出部、仕切
り板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に冷媒が流通する一対のヘッダと、このヘッダ間に架設され、上記一対のヘッダから分流し
た冷媒が流通する複数本の熱交換パイプと、この熱交換パイプ間に介装された放熱フィンとを有する
熱交換器において、上記ヘッダは、筒状をなし、その周壁にはこのヘッダの
内部方向に凹む凹部が形成されてな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、上記ヘッダは、上記凹部の形成された部位で折曲されて
なることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】請求項２記載の熱交換器において、上記凹部は、上記ヘッダがこの凹部の形成された部位で
折曲された際にこのヘッダ内を閉塞するように形成され
てなるものを含む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、上記凹部は、上記ヘッダ内を閉塞するように形成されて
なるものを含むことを特徴とする熱交換器。