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JP2001012883A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

Info

Publication number
JP2001012883A
JP2001012883A JP11184555A JP18455599A JP2001012883A JP 2001012883 A JP2001012883 A JP 2001012883A JP 11184555 A JP11184555 A JP 11184555A JP 18455599 A JP18455599 A JP 18455599A JP 2001012883 A JP2001012883 A JP 2001012883A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat exchanger
tank
fin
tube element
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11184555A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunihiko Nishishita
邦彦 西下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Corp
Original Assignee
Bosch Automotive Systems Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bosch Automotive Systems Corp filed Critical Bosch Automotive Systems Corp
Priority to JP11184555A priority Critical patent/JP2001012883A/ja
Priority to PCT/JP2000/001808 priority patent/WO2001001058A1/ja
Publication of JP2001012883A publication Critical patent/JP2001012883A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/03Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits
    • F28D1/0308Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other
    • F28D1/0325Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another
    • F28D1/0333Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with plate-like or laminated conduits the conduits being formed by paired plates touching each other the plates having lateral openings therein for circulation of the heat-exchange medium from one conduit to another the plates having integrated connecting members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • F28F1/126Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element consisting of zig-zag shaped fins
    • F28F1/128Fins with openings, e.g. louvered fins

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Air-Conditioning For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 熱交換器の性能を低下させることなく、薄幅
化を達成する。 【解決手段】 通風方向における幅が30mm以上57
mm以下の熱交換器において、熱交換効率を向上させる
ために、フィン5に形成されたルーバ10の角度を変化
させた場合、ルーバ角度を増加させると冷房性能が構造
するが、通気抵抗が増加するという不具合も生じる。こ
のため、ルーバ角度を変化させて、ルーバ角度と冷房性
能/通気抵抗で示される因子(熱交換器能力)との関係
を求める実験を行った結果、ルーバの通風方向に対する
傾斜角度が42°前後である時に上記因子の最大値を求
めることができ、さらに所望の条件(前記最大値の略8
0%)を満たす適正範囲は28°以上55°以下の範囲
である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】この発明は、車両に搭載され
る冷凍サイクルに用いられ、特に蒸発器として使用され
るもので、コルゲート状に形成されたフィンを有する熱
交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の熱交換器として、特開平7−16
7578号公報は、フィンの通風方向の幅が50mm以
上65mm以下の積層型熱交換器を開示する。この通風
方向の幅が50mm以上65mm以下の積層型熱交換器
において、熱交換効率と通気抵抗とが折り合う最適なフ
ィンは、フィンの高さFHが7.0mm以上9.0mm
以下であり、フィンピッチFPが2.0mm以上3.6
mm以下であり且つフィン厚さが0.06mm以上0.
10mm以下であるフィンであることを引例は開示す
る。
【0003】
【発明が解決しようする課題】しかしながら、上述した
ような積層型熱交換器において、熱交換器表面は耐食性
皮膜が被覆され、さらにその上に親水性皮膜が被覆され
るが、熱交換効率を向上させるためにフィンピッチを狭
くすると、フィンに付着する結露水の水はけ性が低下
し、逆に熱交換効率が低下したり、結露水の凍結すると
いう不具合を生じるので、フィンピッチを小さくできな
いという不具合が生じる。
【0004】また、近年、熱交換器の小型化、薄幅化の
要求が強くなる反面、冷媒として二酸化炭素を使用する
冷凍サイクルに用いたり、また冷暖房サイクルによう
に、蒸発器を凝縮器として使用する場合から、高圧に耐
えうるような構造が望まれるようになっている。
【0005】以上のことから、この発明は、熱交換器の
性能を低下させることなく、薄幅化を達成した熱交換器
を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】したがって、この発明
は、少なくとも冷媒が流れるチューブエレメントと、該
チューブエレメント間に配されるコルゲートフィンとを
有し、該コルゲートフィンが、前記チューブエレメント
と当接するベント部、一方のチューブエレメントに当接
するベント部及び他方のチューブエレメントに当接する
ベント部の間に位置するフラット部からなり、前記フラ
ット部には、通風方向に対して垂直となる方向に延出す
る複数のルーバが、通風方向に順に形成される熱交換器
において、前記コルゲートフィンを流れる空気の通風方
向における熱交換器の幅を30mm以上57mm以下の
範囲内で形成すると共に、通風方向に対するルーバの傾
斜角度を、28°以上55°以下とすることにある。
【0007】通風方向における幅が30mm以上57m
m以下の熱交換器において、熱交換効率を向上させるた
めに、フィンに形成されたルーバの角度を変化させた場
合、ルーバ角度を増加させると冷房性能が構造するが、
通気抵抗が増加するという不具合も生じる。このため、
ルーバ角度を変化させて、ルーバ角度と冷房性能/通気
抵抗で示される因子(冷房能力に比例し、通気抵抗に反
比例する)との関係を求める実験を行った結果、ルーバ
の通風方向に対する傾斜角度が42°前後である時に上
記因子の最大値を求めることができ、さらに所望の条件
(前記最大値の略80%)を満たす範囲として28°以
上55°以下の範囲を設定することができた。
【0008】また、フィンピッチと上述した因子の関係
を求める実験において、一方のチューブエレメントと当
接する折曲部と一方のチューブエレメントと当接する次
の折曲部との間のフィンピッチは、略3.8mmにおい
て前記因子の最大値を得ることができると共に略3.0
mm以上5.0mm以下の範囲において所望の条件を満
たすことができ、フィン高さでは、略7.5mmにおい
て前記因子の最大値を得ることができると共に略5.0
mm以上9.5mm以下の範囲内において所望の条件を
満たすことができるものである。また、フィン高さを設
定することにより、前記チューブエレメント間の間隔を
このフィン高さに対応して形成することが望ましい。
【0009】さらに、前記ルーバを形成するに当り、前
記ルーバの端部と前記チューブエレメントの間の距離
を、略0.2mm以上1.5mm以下の範囲内とするこ
とが望ましく、また、前記コルゲートフィンの板厚を、
0.09mm以上0.2mm以下とすることが望まし
い。
【0010】以上の条件は、前記熱交換器が、長手方向
の少なくとも一端に形成された一対のタンク部及び該タ
ンク部を連通する冷媒通路を有するチューブエレメント
と、該チューブエレメント間に配されるコルゲートフィ
ンとを交互に積層して形成された積層型熱交換器である
場合に適用可能である。
【0011】また、前記積層型熱交換器は、前記チュー
ブエレメントが、長手方向一端に形成された一対の上部
タンク部、長手方向他端に形成された一対の下部タンク
部、前記上部タンク部の一方と前記下部タンク部の一方
とを連通する第1の冷媒通路及び前記上部タンク部の他
方と前記下部タンク部の他方とを連通する第2の冷媒通
路を有する両タンク型熱交換器であっても良く、さら
に、前記チューブエレメントが、長手方向一端に形成さ
れた一対のタンク部及び該一対のタンク部を連通するU
字型通路を有する片タンク型熱交換器であってもよいも
のである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面により説明する。
【0013】図1(a),(b)に示す熱交換器1は、
片タンクの積層型熱交換器であり、長手方向一端に形成
された一対のタンク部2,2と、該一対のタンク部2,
2を連通する冷媒通路部3とからなる複数のチューブエ
レメント4と、該チューブエレメント4の冷媒通路部3
間に配されるコルゲート状のフィン5とによって構成さ
れる。尚、図1(a),(b)で示す熱交換器1は、チ
ューブエレメント4とフィン5との積層方向両端にエン
ドプレート6,6が配され、積層方向の略中央に位置す
るチューブエレメント4’は、前記タンク部2が積層方
向に連通されて形成された一対のタンク群7,7の一方
を2つのタンクブロック7A,7Bに分割する盲タンク
部2’を有する。
【0014】そして、前記タンクブロック7Aの略中央
には、冷媒の流入パイプ(図示せず)を装着するための
入口側装着部8が前記タンク部2から空気の通風方向に
沿って延出して形成され、また前記タンクブロック7B
の略中央には、冷媒の流出パイプ(図示せず)を装着す
るために出口側装着部9が前記タンク部2から空気の通
風方向に沿って延出して形成される。
【0015】これによって、入口側装着部8に装着され
た流入パイプからタンクブロック7Aに流入した冷媒
は、冷媒流路3を介して他方の側のタンク群7に流れ、
このタンク群7内を移動する。そして、他方のタンク群
7を移動した冷媒は、冷媒流路3を通過してタンクブロ
ック7Bに移動し、出口側装着部9に装着された冷媒の
流出パイプに流れ出るようになっているものである。
【0016】以上の構成の熱交換器1において、空調装
置自体の省スペース化や車両自体の省スペース化に対応
して、通風方向の幅Cwが、30mm以上57mm以下
の範囲内に形成されることが要望される。そして、本実
施の形態においては、熱交換器1の幅Cwは40mmと
して形成される。
【0017】前記フィン5は、図2乃至図4に示すよう
に、チューブエレメント4の冷媒流路部3に当接接合さ
れるベント部11a,11bと、一方のチューブエレメ
ント4に当接するベント部11aと他方のチューブエレ
メント4に当接するベント部11bとの間に位置するフ
ラット部12とを有し、隣合うチューブエレメント4の
冷媒流路部3間に相当する所定のフィン高さFhと、前
記一方のチューブエレメント4と当接接合される前記ベ
ント部11aの頂点間であるフィンピッチFpとを有す
る。
【0018】また、前記フィン5には、通風方向に垂直
に延出するルーバ10が、通風方向に順に複数切起こさ
れて形成されており、フィン5に沿って通過する空気が
ルーバ10に沿ってフィン5を交差するように通過する
ことができるので、フィン5のフラット部12に対する
ルーバの傾斜角度(ルーバ角度)Raを増加させると熱
交換能力を上昇させることができるものであるが、反
面、ルーバ角度Raを大きくすると通風抵抗が大きくな
り、熱交換能力は低下する。
【0019】以上のことから、通風方向の幅が40mm
の熱交換器において、ルーバ角度Raを変化させて実験
し、冷房性能示す因子と通風抵抗を示す因子を求め、こ
れらの因子から熱交換器の総合的な能力を示す因子(熱
交換器能力)Faを求めた(Fa=冷房性能/通風抵
抗)。尚、この熱交換器能力Faは、冷房能力に比例
し、通風抵抗に反比例する。
【0020】実験によって求められたこのルーバ角度R
aと熱交換器能力Faとの関係を示す特性線図は、図5
に示すものであり、ルーバ角度Raが略42°の時に最
大能力となることがわかる。そして、この最大能力を1
00%とした場合に80%以上となる範囲を、ルーバ角
度Raの適正範囲Rasとした。そして、その適正範囲
Rasは、前記図5で示す特性線図より、28°以上5
5°以下の範囲である。
【0021】また、同様に、前記フィンピッチFpと前
記熱交換器能力Faとの関係を実験によって求めたもの
が、図6で示すものであり、フィンピッチFpが約4.
0mmの時に最大能力となることがわかる。そして、前
述した場合と同様に熱交換器能力Faが最大時の80%
以上となる範囲をフィンピッチFpの適正範囲Fpsと
すると、その適正範囲Fpsは、図6で示す前記特性線
図より、3.0mm以上5.0mm以下となる。
【0022】さらに、前記フィン高さFhと前記熱交換
器能力Faとの関係を実験によって求めたものが、図7
で示すものであり、フィン高さFhが約7.5mmの時
に最大能力となることがわかる。そして、前述した場合
と同様に熱交換器能力Faが最大時の80%以上となる
範囲をフィン高さFhの適正範囲Fhsとすると、その
適正範囲Fhsは、図6で示す前記特性線図より、5.
0mm以上9.5mm以下となる。また、このフィン高
さFhに合わせて、隣合うチューブエレメント4の冷媒
流路部3間の幅を形成する必要がある。
【0023】また、フィン板厚さFtに関しては、コス
ト状薄ければ薄いほど好ましいが、フィン強度を高める
ためには所定以上の厚さを必要とするので、フィン板厚
さFtを0.09mm以上0.2mm以下の範囲内に設
定することが望ましい。さらに、フィン5に形成される
ルーバ10の端部とフィンのベント部11a,11bの
頂点との間の距離Drは、0.2mm以上1.5mm以
下とすることが望ましい。前記距離Drをこの範囲に設
定することによって、フィンの水はけ性を向上できると
共にフィンをコルゲート状に形成する場合のフィン強度
を保持できるものである。またフィン5とチューブエレ
メント4との間のろう付けによる接合性を向上できるも
のである。
【0024】以上の熱交換器1は、前述したように通風
方向の幅Cwを40mmとして設定したが、図8に示す
ように、通風方向の幅が30mm以上57mm以下の範
囲内に設定した熱交換器において前述した種々の適正範
囲を得ることができた。
【0025】図9に示す熱交換器30は、上述した熱交
換器1の別の実施の形態を示すものであり、上記フィン
5の形状及びルーバ10の形状を前記熱交換器1と同様
に使用することができるものである。
【0026】この熱交換器30は、長手方向一端に形成
された一対の上部タンク部31,32と、長手方向他端
に形成された一対の下部タンク部33,34と、一方の
上部タンク部31と一方の下部タンク部33とを連通す
る第1の冷媒流路35と、他方の上部タンク部32と他
方の下部タンク部とを連通する第2の冷媒流路36とを
有する複数のチューブエレメント37を有し、このチュ
ーブエレメント37の間に前述して条件のフィン5が配
されるものである。これによって、この熱交換器30の
通風方向に沿った幅を、30mm以上57mm以下に形
成することができるものである。尚、44は、積層方向
両端に配されるエンドプレートである。
【0027】尚、この熱交換器30は、前記タンク部3
1,32,33,34が積層方向に連通して構成された
4つのタンク群38,39,40,41を有する。一方
の上部タンク部31からなる第1のタンク群38には冷
媒入口パイプ42が連通され、他方の上部タンク部32
からなる第4のタンク群41には、冷媒出口パイプ43
が連通される。また、一方の下部タンク部33からなる
第2のタンク群39と他方の下部タンク部34からなる
第3のタンク群40は、第2のタンク群39の端部に形
成された開口部45、迂回流路部44及び第3のタンク
群40の端部形成された開口部46を介して連通され
る。
【0028】以上の構成から、冷媒入口パイプ42から
流入した冷媒は、第1のタンク群38から第1の冷媒流
路35を通過して第2のタンク群39に流れ、迂回流路
部44を介して第3のタンク群40に流れ、第2の冷媒
流路35を通過して第4のタンク群41に流れ込み、冷
媒出口パイプ43から流出するようになっているもので
ある。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、通風方向の幅が35mm以上57mm以下に形成さ
れた熱交換器において、ルーバの角度を28°以上55
°以下にすることによって、フィンピッチを3.0mm
以上5.0mm以下としても熱交換器の能力を所定以上
に確保できるので、熱交換器の能力を維持しつつフィン
の水はけ性を良好にすることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はこの発明の実施の形態に係る熱交換器
で、片タンクの積層型熱交換器を示した正面図であり、
(b)はその側面図である。
【図2】(a)は、フィンのフィン高さFhを示した正
面図であり、(b)はその断面図である。
【図3】フィンのルーバ角度Raを示した一部拡大断面
図である。
【図4】フィンピッチFp、フィン高さFp、及びルー
バ端部とベント部頂点との間の距離Drを示した概略側
面図である。
【図5】ルーバ角度Raと熱交換器能力Faとの関係を
示した特性線図である。
【図6】フィンピッチFpと熱交換器能力Faとの関係
を示した特性線図である。
【図7】フィン高さFhと熱交換器能力Faとの関係を
示した特性線図である。
【図8】熱交換器の通風方向の幅Cwと熱交換器能力F
aとの関係を示した特性線図である。
【図9】この発明の実施の形態に係る熱交換器で、両タ
ンク型の積層型熱交換器を示した斜視図である。
【符号の説明】
1 熱交換器 4 チューブエレメント 5 フィン 10 ルーバ 11a,11b ベント部 12 フラット部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも冷媒が流れるチューブエレメ
    ントと、該チューブエレメント間に配されるコルゲート
    フィンとを有し、該コルゲートフィンが、前記チューブ
    エレメントと当接するベント部、一方のチューブエレメ
    ントに当接するベント部及び他方のチューブエレメント
    に当接するベント部の間に位置するフラット部からな
    り、前記フラット部には、通風方向に対して垂直となる
    方向に延出する複数のルーバが、通風方向に順に形成さ
    れる熱交換器において、 前記コルゲートフィンを流れる空気の通風方向における
    熱交換器の幅を30mm以上57mm以下の範囲内で形
    成すると共に、 通風方向に対するルーバの傾斜角度を、28°以上55
    °以下とすることを特徴とする熱交換器。
  2. 【請求項2】 前記コルゲートフィンの各々において、
    一方のチューブエレメントと当接する折曲部と一方のチ
    ューブエレメントと当接する次の折曲部との間のフィン
    ピッチを、略3.0mm以上5.0mm以下とすること
    を特徴とする請求項1記載の熱交換器。
  3. 【請求項3】 前記コルゲートフィンの各々において、
    フィン高さを略5.0mm以上9.5mm以下の範囲内
    に形成すると共に、前記チューブエレメント間の間隔を
    このフィン高さに対応して形成することを特徴とする請
    求項1又は2記載の熱交換器。
  4. 【請求項4】 前記ルーバの端部と前記チューブエレメ
    ントの間の距離を、略0.2mm以上1.5mm以下の
    範囲内とすることを特徴とする請求項1、2又は3記載
    の熱交換器。
  5. 【請求項5】 前記コルゲートフィンの板厚を、0.0
    9mm以上0.2mm以下とすることを特徴とする請求
    項1〜4のいずれか一つに記載の熱交換器。
  6. 【請求項6】 前記熱交換器は、長手方向の少なくとも
    一端に形成された一対のタンク部及び該タンク部を連通
    する冷媒通路を有するチューブエレメントと、該チュー
    ブエレメント間に配されるコルゲートフィンとを交互に
    積層して形成された積層型熱交換器であることを特徴と
    する請求項1〜5のいずれか一つに記載の熱交換器。
  7. 【請求項7】 前記チューブエレメントが、長手方向一
    端に形成された一対の上部タンク部、長手方向他端に形
    成された一対の下部タンク部、前記上部タンク部の一方
    と前記下部タンク部の一方とを連通する第1の冷媒通路
    及び前記上部タンク部の他方と前記下部タンク部の他方
    とを連通する第2の冷媒通路を有する両タンク型熱交換
    器であることを特徴とする請求項6記載の熱交換器。
  8. 【請求項8】 前記チューブエレメントが、長手方向一
    端に形成された一対のタンク部及び該一対のタンク部を
    連通するU字型通路を有する片タンク型熱交換器である
    ことを特徴とする請求項6記載の熱交換器。
JP11184555A 1999-06-30 1999-06-30 熱交換器 Pending JP2001012883A (ja)

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JP11184555A JP2001012883A (ja) 1999-06-30 1999-06-30 熱交換器
PCT/JP2000/001808 WO2001001058A1 (fr) 1999-06-30 2000-03-24 Echangeur de chaleur

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JP11184555A JP2001012883A (ja) 1999-06-30 1999-06-30 熱交換器

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