JPH11316093A - 液冷二相熱交換器 - Google Patents

液冷二相熱交換器

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JPH11316093A
JPH11316093A JP11006243A JP624399A JPH11316093A JP H11316093 A JPH11316093 A JP H11316093A JP 11006243 A JP11006243 A JP 11006243A JP 624399 A JP624399 A JP 624399A JP H11316093 A JPH11316093 A JP H11316093A
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JP
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plate
flat tubes
tube
heat exchanger
meandering
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JP11006243A
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Inventor
Gregory G Hughes
グレゴリー・ジー・ヒューズ
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Modine Manufacturing Co
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Modine Manufacturing Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 能率的な液冷二相熱交換器を提供すること。 【解決手段】 複数のプレート状扁平管（２２）を互い
に間隔を置いて並置する。プレート状扁平管の両端にヘ
ッダープレート（１０，１２）を配置し、各プレート状
扁平管の両端をヘッダープレートに密封状態に挿入す
る。ヘッダープレートにそれぞれタンク（１４，１６）
を固定し、それらのタンクに液体入口（１８）に液体出
口（２０）を設ける。各々両端間に延長した複数の平行
な直行管部分（４２）を有する複数の蛇行扁平管（４
０）を互いに並置し、その両端をヘッダー（３０，３
２）に密封状態に挿入する。各プレート状扁平管を蛇行
扁平管の２つの隣接する直行管部分の間に熱交換関係を
なして挟み、蛇行扁平管を２つのヘッダープレートの間
に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器に関し、
特に、一方の流体が液体との熱交換の結果として気相か
ら液相へ又は液相から気相へ相変化するようになされた
液冷二相熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】ここ数十年来、内燃エンジンの環境に及
ぼす影響に対する関心が益々高まってきている。いうま
でもなく、内燃エンジンは、あらゆる大きさ及び形状の
車の動力源として最も多く用いられている。環境問題に
関する関心は、１つは、省エネに関するものであり、他
は、排気ガスに関するものである。
【０００３】解決すべき多くの問題とそれらの問題の解
決方法との間には、相互関係がある。例えば、自動車の
動力消費系統の効率を改善すれば、燃料消費量を削減
し、それは環境保護と排気ガス減少のいずれにも貢献す
る。
【０００４】本出願人自身の米国特許第５，４０８，８
４３号及び５，５２０，０１５号には、上記の問題に向
けられた自動車用冷却システムが開示されている。これ
らの特許に開示されたシステムでは、自動車の空調シス
テムに液冷凝縮器が使用される。コンデンサは、冷媒を
気相から液相の凝縮して蒸発器へ再循環させ、蒸発器内
で冷媒を蒸発させて自動車の所要部分に冷気を供給す
る。同特許に記載されているように、蒸発器は空冷であ
るが、場合によっては、特に、冷媒の装入容量を少なく
するために冷媒管の長さをできるだけ短くすることが望
ましい場合、あるいは又、冷却すべき場所が空調システ
ムから多少遠くにある場合、冷却を必要とする場所へ冷
却液体を供給し、その液体を空調システムの他の機器に
近接した位置に配置されている蒸発器によって冷却させ
ることが望ましい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、気相
から液相へ又は液相から気相へ相変化する流体と液体と
の間の熱交換を必要とする、上記米国特許等に開示され
ているようなシステムに使用するための液冷二相熱交換
器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】発明の概要 本発明の目的は、新規な改良された液冷二相熱交換器を
提供することである。より特定的にいえば、本発明の目
的は、互いに間隔を置いて並置された複数のプレート状
扁平管を備えた液冷二相熱交換器を提供することであ
る。各プレート状扁平管は、その両端に配置されたヘッ
ダープレート（管寄せ板）に密封状態に挿入される。各
ヘッダープレートにそれぞれタンクが固定されており、
タンクの１つに液体入口が設けられ、タンクの１つに液
体出口が設けられている。互いに並置された複数の蛇行
扁平管も設けられており、各蛇行扁平管は、その両端間
に延長した複数のほぼ平行な直行（直線）管部分を有す
る。各蛇行扁平管は、その両端に互いに平行に配置され
たヘッダー（管寄せ）に密封状態に挿入される。各プレ
ート状扁平管は、蛇行扁平管の２つの隣接する直行管部
分の間に熱交換関係をなして挟まれる。各蛇行扁平管
は、２つのヘッダープレートの間に配置される。
【０００７】好ましい実施形態では、これらのプレート
状扁平管（以下、単に「プレート状管」とも称する）と
蛇行扁平管（以下、単に「蛇行管」とも称する）を圧縮
された積重体として構成する。
【０００８】特に好ましい実施形態では、各蛇行管の隣
接する各直行管部分を順次に連結する湾曲管を設け、そ
れらの湾曲管は、扁平管が積重体の形に圧縮されたとき
平面でみて球根状となる。
【０００９】一実施形態においては、各プレート状管
は、複数の流路を画定する複数の内部ウエブ（リブ）を
有する。蛇行管の直行管部分は、これらの流路に対して
ほぼ横断方向に延長していることが好ましい。
【００１０】一実施形態においては、上記対のヘッダー
は、筒状とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明に従って製造された液冷二
相熱交換器の実施形態を添付図を参照して説明する。こ
の液冷二相熱交換器は、所望に応じて液冷凝縮器又は蒸
発器として使用することを企図したものであるが、他の
目的のための熱交換器としても適用することができる。
【００１２】図１及び２を参照して説明すると、本発明
の熱交換器は、互いに離隔されて対向したヘッダープレ
ート１０，１２を有する。ヘッダープレート１０，１２
は、各々、対応するタンク１４，１６を受容する。一方
のタンク１４は、液体入口１８を有し、他方のタンク１
６は、液体出口２０を有する。ただし、場合によって
は、入口１８と出口２０を同じタンクに接続し、その同
じタンク内での入口と出口間での直接的な液体の流れを
防止するために内部じゃま板（図示せず）を設けるよう
にしてもよい。即ち、図示の実施例は液体側単一通しの
熱交換器であるが、所望ならば多数通しとしてもよい。
【００１３】図３に明示されている複数のプレート状扁
平管（以下、「プレート状管」又は単に「管」とも称す
る）２２は、ヘッダープレート１０と１２の間に延設さ
れる。図２に示されるように、各管２２の両端の端部２
４は、それぞれ対応するヘッダープレート１０，１２の
スロット（図示せず）を貫通して挿入され、例えばろう
付け等によってヘッダープレートにシールされる（密封
状態に固定される）。その結果として、タンク１４，１
６の内部は、各管２２に流体連通する（流体を通すこと
ができる状態に接続される）。
【００１４】又、図２及び３に示されるように、プレー
ト状管２２は、互いにほぼ並行に間隔を置いて配置され
ている。
【００１５】本発明によれば、プレート状管２２の一方
の側に１対のほぼ円筒状のヘッダー／タンク（ヘッダー
兼タンク）３０，３２を互いに平行に間隔を置いて延設
する（図３参照）。ヘッダー／タンク３０，３２（以
下、単に「ヘッダー」とも称する）は、複数の蛇行扁平
管（以下、「蛇行管」又は単に「管」とも称する）４０
の両端３６，３８を受容するスロット３４を有する。扁
平管４０は、押出成形された多ポート付き管であり、各
々、水力直径が比較的小さい（最大約０．０７ｉｎ
（１．７７８ｍｍ））複数の内部流路を有する。管４０
の両端の端部３６，３８は、それぞれ対応するヘッダー
／タンク３０，３２に例えばろう付け等の慣用の方法に
よってシールされる。
【００１６】各蛇行管４０の両端３６，３８の間に複数
の直行管部分４２が延長しており、各隣接する直行管部
分４２は、プレート状扁平管２２の側部を越えて外方に
突出する湾曲管４４によって互いに連結されている。
【００１７】図５を参照して説明すると、湾曲管４４
は、蛇行管４０の各直行管部分４２と４２の間で１８０
°反転させて、直列流路を形成する。
【００１８】図１に示されるように、蛇行扁平管４０
は、互いに並置関係に配置され、ヘッダープレート１０
と１２の間に配設される。図３にみられるように、各プ
レート状扁平管２２（図３の紙面に対して垂直方向に延
長している）は、蛇行管４０の隣接する直行管部分４２
の間に挟まれている。
【００１９】組立初期の段階では、蛇行管４０は、図５
に示されるような形状を有している。各プレート状扁平
管２２を図５の紙面に対して垂直方向に蛇行管４０の隣
接する直行管部分４２の間に挿入し、図５でみて左右の
末端直行管部分４２の外側にプレート状扁平管２２を位
置付けし、それらの左右末端のプレート状扁平管２２の
外側面に側板４６を当てがって適当な固定具によって保
持した後、押圧力を加えて側板４６、プレート状扁平管
２２及び蛇行管４０の直行管部分４２を圧縮し、図３に
示されるような積重体５０とする。この積重体５０は、
通常、長方形とし、圧縮された結果として、積重体から
突出した湾曲管４４は、図３にみられるように球根状と
なる。
【００２０】図６を参照して説明すると、各プレート状
扁平管２２は、その対向した側壁５４と５６の間に延長
した複数の内部ウエブ５２を有し、それによって、管２
２内に複数の個別流路５８が画定されている。これらの
流路５８は、蛇行管４０の直行管部分４２に対して横断
方向をなしている。もちろん、同様なウエブが蛇行管４
０内にも設けられており、組立の際の圧縮工程中管が圧
潰するのを防止するとともに、熱交換器の使用中圧力に
耐える働きをもする。
【００２１】作動においては、例えば液体冷却剤を入口
１８を通してタンク１４に流入させ、タンク１４から各
プレート状扁平管２２に流入させてその各流路５８を通
して通流させタンク１６へ流入させてその出口２０から
流出させることができる。上述したように、この熱交換
器の構成部品は積重体５０として圧縮され、ろう付けに
よって結合されているので、プレート状扁平管２２と蛇
行管４０の直行管部分４２の間に良好な熱交換接触が設
定される。冷媒は、例えばヘッダー３０の一端に接続さ
れた取付管６０（図２参照）を通して一方のヘッダー３
０に導入され、そこから各蛇行管４０に流入する。冷媒
は、各蛇行管４０の直行管部分４２を流れる間にプレー
ト状扁平管２２内の液体（冷却液）と熱を交換し、最終
的に他方のヘッダー３２へ流入して取付管６２へ導か
れ、そこから系の他の部分（図示せず）へ戻される。
【００２２】ここに例示したように、取付管６０が系の
冷媒側への入口として用いられる場合は、取付管６０は
比較的径が小さいので、取付管６０へは液相の冷媒が導
入され、蒸気相の冷媒が他方の取付管６２から回収され
る。この場合、熱交換器は蒸発器として用いられ、プレ
ート状扁平管２２内を通る冷却液を冷却する。別法とし
て、熱交換器が凝縮器として用いられる場合は、蒸気相
の冷媒が、プレート状扁平管２２内を通る冷却液によっ
て蛇行管４０内で冷却凝縮される。
【００２３】
【発明の効果】以上の説明から分かるように、本発明の
熱交換器は、極めてコンパクトであり、しかも、各流路
を構成する管と管の間に緊密な接触を維持するので、優
れた熱交換を発揮する。従って、高い対容量性能比が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従って製造された液冷二相熱
交換器の側面図である。
【図２】図２は、図１の熱交換器の平面図である。
【図３】図３は、図１の線３−３に沿ってみた断面図で
ある。
【図４】図４は、図１の熱交換器の端面図である。
【図５】図５は、本発明に使用される蛇行管の立面図で
ある。
【図６】図６は、本発明に使用されるプレート状扁平管
の断面図である。
【符号の説明】
１０，１２ ヘッダープレート １４，１６ タンク １８ 入口 ２０ 出口 ２２ プレート状扁平管 ２４ 端部 ３０，３２ ヘッダー／タンク ３４ スロット ３６，３８ 端部 ４０ 蛇行扁平管 ４２ 直行管部分 ４４ 湾曲管 ４６ 側板 ５０ 積重体 ５２ 内部ウエブ ５４ 側壁 ５８ 流路 ６０，６２ 取付管

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 互いに間隔を置いて並置された複数のプ
    レート状扁平管と、 該複数のプレート状扁平管の両端に配置されており、該
    各プレート状扁平管の両端のそれぞれ対応する端部を密
    封状態に受容する１対のヘッダープレートと、 該各ヘッダープレートにそれぞれ１つづつ固定された複
    数のタンクと、 前記タンクの１つに設けられた液体入口と、 前記タンクの１つに設けられた液体出口と、 互いに並置して配置されており、両端間に延長した複数
    のほぼ平行な直行管部分を有する複数の蛇行扁平管と、 該複数の蛇行扁平管の両端に互いに平行に配置されてお
    り、該各蛇行扁平管の両端のそれぞれ対応する端部を密
    封状態に受容する対のヘッダーとから成り、 前記各プレート状扁平管は、前記各蛇行扁平管の２つの
    隣接する直行管部分の間に熱交換関係をなして挟まれて
    おり、該各蛇行扁平管は、前記１対のヘッダープレート
    の間に配置されていることを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項２】 前記複数のプレート状扁平管及び前記複
    数の蛇行扁平管は、圧縮された積重体を構成しているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  3. 【請求項３】 前記各蛇行扁平管は、その隣接する各直
    行管部分を順次に連結する湾曲管を有し、該湾曲管は、
    前記プレート状扁平管及び蛇行扁平管が圧縮された積重
    体とされた状態において平面でみて球根形状を有するこ
    とを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
  4. 【請求項４】 前記各プレート状扁平管は、複数の流路
    を画定する複数の内部ウエブを有することを特徴とする
    請求項１に記載の熱交換器。
  5. 【請求項５】 前記各直行管部分は、前記流路に対して
    ほぼ横断方向に延長していることを特徴とする請求項４
    に記載の熱交換器。
  6. 【請求項６】 前記対のヘッダーは、筒状であることを
    特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
  7. 【請求項７】 互いに間隔を置いて並置された複数のプ
    レート状扁平管と、該複数のプレート状扁平管の両端に
    配置されており、該各プレート状扁平管の両端のそれぞ
    れ対応する端部を密封状態に受容する１対のヘッダープ
    レートと、 該各ヘッダープレートにそれぞれ１つづつ固定された複
    数のタンクと、 前記タンクの１つに設けられた液体入口と、 前記タンクの１つに設けられた液体出口と、 互いに並置して配置されており、両端間に延長し、湾曲
    管によって互いに連結されたた複数のほぼ平行な直行管
    部分を有する複数の蛇行扁平管と、 該複数の蛇行扁平管の両端に互いに平行に配置されてお
    り、該各蛇行扁平管の両端のそれぞれ対応する端部を密
    封状態に受容する１対の筒状ヘッダーと、 前記複数のプレート状扁平管の両側に該プレート状扁平
    管に平行に配置され、前記１対の筒状ヘッダーの間に延
    設された１対の側板とから成り、 前記各プレート状扁平管は、前記各蛇行扁平管の２つの
    隣接する直行管部分の間に熱交換関係をなして挟まれて
    おり、 前記各蛇行扁平管は、前記１対のヘッダープレートの間
    に配置され、前記湾曲管は、前記プレート状扁平管を越
    えて外方へ突出しており、 前記１対の側板は、前記プレート状扁平管と蛇行扁平管
    との間に良好な熱交換接触を設定するために該プレート
    状扁平管及び前記直行管部分を積重体の形に圧縮してい
    ることを特徴とする熱交換器。
  8. 【請求項８】 前記対のヘッダーは、前記積重体の同一
    の側に配置されていることを特徴とする請求項７に記載
    の熱交換器。
  9. 【請求項９】 前記湾曲管のうちの幾つかは、前記積重
    体の一方の側から突出しており、該湾曲管のうちの他の
    幾つかは該積重体の該一方の側とは反対側の他方の側か
    ら突出しており、前記湾曲管は、前記１対の側板による
    前記圧縮の結果として球根形状とされていることを特徴
    とする請求項８に記載の熱交換器。
JP11006243A 1998-01-15 1999-01-13 液冷二相熱交換器 Pending JPH11316093A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/007,663 US5875837A (en) 1998-01-15 1998-01-15 Liquid cooled two phase heat exchanger
US09/007663 1998-01-15

Publications (1)

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JPH11316093A true JPH11316093A (ja) 1999-11-16

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ID=21727466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11006243A Pending JPH11316093A (ja) 1998-01-15 1999-01-13 液冷二相熱交換器

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US (1) US5875837A (ja)
EP (1) EP0930477B1 (ja)
JP (1) JPH11316093A (ja)
KR (1) KR19990067881A (ja)
CN (1) CN1154833C (ja)
AR (1) AR014311A1 (ja)
AT (1) ATE237111T1 (ja)
AU (1) AU740465B2 (ja)
BR (1) BR9900225A (ja)
CA (1) CA2259068A1 (ja)
DE (1) DE69813171T2 (ja)
MY (1) MY132957A (ja)
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