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JP3030036B2 - 複式熱交換器 - Google Patents

複式熱交換器

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Publication number
JP3030036B2
JP3030036B2 JP1217959A JP21795989A JP3030036B2 JP 3030036 B2 JP3030036 B2 JP 3030036B2 JP 1217959 A JP1217959 A JP 1217959A JP 21795989 A JP21795989 A JP 21795989A JP 3030036 B2 JP3030036 B2 JP 3030036B2
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JP
Japan
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heat exchanger
tube
refrigerant
tubes
heat exchangers
Prior art date
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JP1217959A
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JPH0384395A (ja
Inventor
広仲 佐々木
寛彦 渡辺
哲也 立髪
Original Assignee
昭和アルミニウム株式会社
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.)
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明はカークーラー用の凝縮器、蒸発器、オイル
クーラー等に使用される熱交換器、特に複数の熱交換器
によって構成される複式熱交換器に関する。
従来の技術 上記用途に用いられる熱交換器として、マルチフロー
タイプと称されるような熱交換器が多くの注目を浴びて
いる。この熱交換器は、例えば特開昭63−34466号公報
に示されるように、複数の偏平チューブが並列状に配置
されるとともに、隣接チューブ間にコルゲートフィンが
配置され、かつ各チューブの両端が１対の中空ヘッダー
に連通接続された構成を有している。かかるマルチフロ
ータイプの熱交換器では、冷媒がチューブ群によって構
成される冷媒回路を流通する間にチューブ間を流通する
空気と熱交換を行うものとなされており、極薄型に構成
しえてしかも優れた熱交換効率を有する点で従来汎用型
のサーペンタイン型熱交換器等に較べ卓越した性能を有
することが認められている。
発明が解決しようとする課題 ところで、上記マルチフロータイプの熱交換器におい
て、交換熱量の増大を図る必要が生ずる場合があるが、
設置スペースとの関係で一般的に、熱交換器の縦、横寸
法即ちチューブ長さやチューブ本数の増加に対し寸法的
な制約を受ける場合が多い。このため、チューブの幅換
言すれば熱交換器の奥行きを大にして交換熱量の増大に
対処することが行われている。
しかしながら、チューブの幅を大にするとそれに伴っ
てヘッダーの外径も大きくなるため、熱交換に寄与する
チューブの有効長さが減少し、所期するほどの交換熱量
の増大が得られないというような欠点があった。
この発明は、かかる欠点を解消するためになされたも
のであって、交換熱量を増大できる熱交換器の提供を目
的とする。
課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、この発明の一つは、複数
のチューブが並列状に配置されるとともに、隣接チュー
ブ間にフィンが配置され、各チューブの両端が一対の中
空ヘッダーに連通接続された熱交換器の複数個が、空気
流通方向において前後に並設され、かつ各熱交換器の冷
媒回路が直列あるいは並列に接続されてなる複式熱交換
器において、前記前後の各熱交換器のチューブ長さ方向
の幅が、相互に異なるものに設定されていることを特徴
とし、あるいは前後の各熱交換器のフィンのピッチが、
相互に異なるものに設定されていることを特徴とする。
この複式熱交換器によれば、前後の各熱交換器のチュ
ーブ長さ方向の幅、あるいは前後の各熱交換器のフィン
ピッチが、相互に異なるものに設定されているから、腹
式熱交換機の設計段階において、どちらを前後に配置す
るかとか、前後どちらのフィンピッチを大きくするかの
選択要素が加わることになり、好適な熱交換の実現に対
してとりうる設計自由度が拡大する。
実施例 ［第１実施例］ 第１図〜第９図はこの発明をカークーラー用のアルミ
ニウム製凝縮器に適用した実施例を示すものである。こ
れらの図において、（Ｈ）は複式熱交換器であり、この
複式熱交換器（Ｈ）は熱交換用空気の流通方向（Ｗ）に
おいて前後２段に並設された風上側の前側熱交換器
（Ａ）と風下側の後側熱交換器（Ｂ）とからなる。
前側熱交換器（Ａ）は、水平状態で上下方向に配置さ
れた複数のチューブ（１）と、隣接するチューブ（１）
（１）間に介在されたコルゲートフィン（２）と、左右
のヘッダー（３）（４）とを有している。
チューブ（１）はアルミニウム材による偏平状の押出
形材をもって構成されたものである。このチューブ
（１）はいわゆるハモニカチューブと称されるような多
孔型のものを用いても良い。また押出形材によらず電縫
管を用いても良い。
コルゲートフィン（２）はチューブ（１）とほぼ同じ
幅を有し、ろう付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。
ヘッダー（３）（４）は、断面円形のアルミニウム製
パイプをもって形成されたものである。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（５）が穿設
されるとともに、該孔に各チューブ（１）の両端が挿入
され、かつろう付により強固に接合連結されている。ま
た左ヘッダー（３）上下端には蓋片（６）（６）が取着
されるとともに、右ヘッダー（４）の上下端にも蓋片
（７）（７）が取着されている。なお最外側のコルゲー
トフィン（２）の外側にはサイドプレート（８）（８）
が配置されている。
一方、後側熱交換器（Ｂ）において、（21）はチュー
ブ、（22）はコルゲートフィン、（23）（24）は左右の
ヘッダー、（25）はチューブ挿入孔、（26）（26）（2
7）（27）は蓋片、（28）（28）はサイドプレートであ
り、前側熱交換器（Ａ）とほぼ同様の構成を有している
が、前側熱交換器（Ａ）よりもチューブ（21）の長さ従
って熱交換器の横方向の長さが長く設定されている。
上記の前側熱交換器（Ａ）と後側熱交換器（Ｂ）とは
それぞれの冷媒回路が直列に接続されている。即ち、後
側熱交換器（Ｂ）の左ヘッダー（23）上部には冷媒入口
管（40）が接続さされる一方、前側熱交換器（Ａ）の左
ヘッダー（３）の上部には冷媒出口管（50）が接続され
ている。そして後側熱交換器（Ｂ）と前側熱交換器
（Ａ）の左ヘッダー（23）（３）どうしが接続管（60）
にて連通接続されている。なお、第２図〜第４図に示す
（71）（72）は該熱交換器の車体への取付用ブラケット
である。ところで、後側熱交換器（Ｂ）の左ヘッダー
（23）には、そのほぼ中央部に仕切板（29）が設けられ
てヘッダーが上下２室に仕切られている。これに対し、
前側熱交換器（Ａ）の左ヘッダー（３）には中央部の上
側と下側の位置に各１個合計２個の仕切板（９）（９）
が設けられ、ヘッダー（３）内が３室に仕切られる一
方、右ヘッダー（４）にもほぼ中央部に仕切板（10）が
設けられ、ヘッダー内が２室に仕切られている。かかる
仕切板（29）（９）（10）の設置により、冷媒入口管
（40）から後側熱交換器（Ｂ）の左ヘッダー（23）に流
入した冷媒は、第９図に示すように、後側熱交換器
（Ｂ）のチューブ群を１回蛇行して左ヘッダー（23）の
下部へと流れたのち、接続管（60）を介して前側熱交換
器（Ａ）の左ヘッダー（３）の下部へと至り、ここから
前側熱交換器（Ａ）のチューブ群を３回蛇行しつつ上昇
して左ヘッダー（３）の上部に至り、冷媒出口管（50）
から器外へと流出する。そして冷媒が前後熱交換器
（Ａ）（Ｂ）の各チューブを流通する間に矢印（Ｗ）で
示す方向に流通する空気との間で熱交換が行われる。
このように、後側熱交換器（Ｂ）から前側熱交換器
（Ａ）へと冷媒を流通させるのは、まず風下側の熱交換
器に流通させ次いで風上側の熱交換器に流通させること
により、空気との温度差を大きくでき、熱交換効率の増
大を図るためである。また、前側熱交換器（Ａ）の蛇行
回数を後側熱交換器（Ｂ）の蛇行回数よりも多くしたの
は、それにより前側熱交換器（Ａ）の通路断面積を小さ
くでき、冷媒の体積変化に応じて通路断面積を変化させ
た凝縮器となすためである。即ち、後側熱交換器（Ｂ）
に流入した冷媒はいまだ体積の大きいガス化状態にある
が、熱交換されるに従い徐々に冷却されて液化し体積は
減少する。従って、冷媒がガス化状態にある後側熱交換
器の冷媒通路断面積を大きく確保して十分な熱交換を行
わしめるとともに、冷媒体積の減少に伴い前側熱交換器
（Ａ）の通路断面積を小にして、熱交換器全体の熱交換
効率を向上させ、併せて圧力損失の可及的抑制をも図っ
たものである。ここに、前側熱交換器（Ａ）の通路断面
積は、後側熱交換器（Ｂ）の通路断面積の30〜60％に設
定されている。これが30％を下回るときは、過冷却部に
相当する前側熱交換器（Ａ）の通路断面積が小さくなり
すぎて冷媒の圧力損失が大きくなるとともに、凝縮部に
相当する後側熱交換器（Ｂ）の通路断面積が大きくなり
すぎて冷媒の流速が減少することになり効率の良い熱交
換がなされなくなるおそれがある。また60％を超えると
きは、凝縮部に相当する後側熱交換器（Ｂ）の通路断面
積が小さくなりすぎて冷媒の圧力損失が大きくなるとと
もに、伝熱面積が不足して熱交換効率が低下することに
なる。従って、効率の良い熱交換を行い、かつ圧力損失
を低くするには、前側熱交換器（Ａ）の通路断面積を後
側熱交換器（Ｂ）の通路断面積の30〜60％に設定するこ
とが好ましく、特に35〜50％に設定するのが好ましい。
また、前後熱交換器（Ａ）（Ｂ）のその他の好ましい
設計条件について説明すると次のとおりである。
前記チューブ（１）（21）はその幅（Wt）を６〜20mm
の範囲に、高さ（Ht）を1.5〜7mmに、チューブ内の冷媒
通路の高さ（Hp）を1.0mm以上にそれぞれ設定するのが
好ましく、またコルゲートフィン（２）（22）はその高
さ（Hf）すなわち隣接チューブ（１）（１）（21）（2
1）の間隔を６〜16mmの範囲に、フィンピッチ（Fp）を
1.6〜4.0mmの範囲にそれぞれ設定するのが好ましい。以
下、それぞれの理由について説明する。
チューブ幅（Wt）は、これが6mm未満では隣接チュー
ブ（１）（１）あるいは（21）（21）間に介在されるコ
ルゲートフィン（２）（22）の幅も小さいものとなり、
熱交換性能が劣化する。逆に20mmを超えて広幅に形成さ
れるとフィン（２）（22）の幅も大きくなり流通空気の
流通抵抗の増大による圧力損失の増大、及び凝縮器の重
量の増大を招来する。従って好ましくは６〜16mmとする
のが良く、最も好適な範囲は10〜14mmである。
チューブ高さ（Ht）は、これが7mmを超えて高くなる
と、流通空気の圧力損失が高くなり、逆に1.5mm未満で
はチューブ内の冷媒通路高さ（Hp）をチューブ肉厚との
関係で1.0mm以上確保するのが困難となる。好ましくは
1.5〜5mmとするのが良い。最も好適な範囲は2.5〜4mmで
ある。
チューブ（１）（21）内の冷媒通路高さ（Hp）は、こ
れが1.0mm未満では冷媒の圧力損失が高くなり、熱交換
効率の低下を招来する。好ましくは1.5〜2.0mmとするの
が良い。
一方、フィン高さ（Hf）は、これが6mm未満では流通
空気の圧力損失が増大し、逆に16mm以上では全体のフィ
ン数が少なくなりフィン効率が低下し熱交換性能が悪く
なる。好ましくは８〜16mmとするのが良い。最も好適な
範囲は８〜12mmである。
またフィンピッチ（Fp）は、これが1.6mm未満では空
気の圧力損失が増大し、逆に4.0mmを超えると熱交換性
能が劣化する。好ましくは1.6〜3.2mmとするのが良い。
最も好適な範囲は2.0〜3.2mmである。
このように、凝縮器の性能に影響を及ぼすチューブ
（１）（21）とコルゲートフィン（２）（22）に関し、
チューブ幅、チューブ高さ、チューブ内の冷媒通路高
さ、フィン高さ、フィンピッチを上記のような最も適正
な範囲に設定することにより、重量の増大を招来するこ
となく、冷媒が流通空気の圧力損失と熱交換性能とがよ
り一層調和した効率の良い最適状態で動作せしめうる凝
縮器の提供が可能となる。
［第２実施例］ 第10図及び第11図はこの発明の第２実施例を示すもの
である。この実施例はカークーラー用の蒸発器に適用し
た場合を示している。この実施例のように蒸発器に適用
することにより、冷媒圧力損失の低減を図りうる。
この実施例では、前後熱交換器（Ａ）（Ｂ）はともに
チューブ（１）（21）が垂直状態で左右方向に平行配置
されるとともに、ヘッダー（３）（４）（23）（24）が
上下に水平状態に配置されている。そして、各上部ヘッ
ダー（３）（23）の左端に二股状の冷媒入口管（220）
が連結されるとともに、各下部ヘッダー（４）（24）の
右端に二股状の冷媒出口管（230）が接続され、もって
前後熱交換器（Ａ）（Ｂ）の冷媒回路が並列に接続され
ている。従って、冷媒入口管（220）から前後熱交換器
（Ａ）（Ｂ）の上部ヘッダー（３）（23）に流入した冷
媒は各チューブ（１）（21）を下方に流して下部ヘッダ
ー（４）（24）へと至り、出口管（230）から流出する
ものとなされている。さらにこの実施例では、第17図に
示すように、後側熱交換器（Ｂ）のコルゲートフィン
（22）のフィンピッチ（Fp′）が前側熱交換器（Ａ）の
コルゲートフィン（２）のフィンピッチ（Fp）よりも大
に設定されている。こうすることにより、流通空気の圧
力損失を低減しうるとともに、結露水が後側熱交換器の
フィン間に滞留してこれが流通空気によって車室側に飛
ばされるいわゆる水飛びを防止できる。なお、上下ヘッ
ダーに仕切板を設けて冷媒を蛇行させるものとしても良
い。
発明の効果 この発明は、上述の次第で、複数のチューブが並列状
に配置されるとともに、隣接チューブ間にフィンが配置
され、各チューブの両端が一対の中空ヘッダーに連通接
続された熱交換器の複数個が、空気流通方向において前
後に並設され、かつ各熱交換器の冷媒回路が直列あるい
は並列に接続されてなることを特徴とするものである。
従って、各熱交換器において熱交換が行われるから、交
換熱量の増大を図ることができる。しかも、熱交換器を
複数個組合せたことでヘッダーの仕切位置や仕切りの数
等を冷媒流通形態に応じて適宜変更することに対しての
変更自由性を拡大でき、高熱交換効率、低圧力損失を得
るために最適な設計使用を選択でき、優れた性能を有す
る熱交換器となしうる。
加えて、前後の各熱交換器のチューブ長さ方向の幅、
あるいは前後の各熱交換器のフィンピッチが、相互に異
なるものに設定されているから、腹式熱交換器の設計段
階において、どちらを前後に配置するかとか、前後どち
らのフィンピッチを大きくするかの選択要素が加わるこ
とになり、好適な熱交換の実現に対してとりうる設計自
由度を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第第９図はこの発明の第１実施例を示すもの
で、第１図は前後熱交換器を分離して示した斜視図、第
２図は複式熱交換器全体の正面図、第３図は同じく平面
図、第４図は同じく側面図、第５図は前側または後側熱
交換器のヘッダーとチューブとコルゲートフィンを分離
して示した斜視図、第６図は第２図のVI−VI線断面図、
第７図は第６図と同一方向から見た前側または後側熱交
換器の拡大断面図、第８図はコルゲートフィンとチュー
ブを示す拡大正面図、第９図は冷媒回路図、第10図及び
第11図はこの発明の第２実施例を示すもので、第10図は
全体斜視図、第11図はその要部の断面斜視図である。 （Ｈ）……複式熱交換器、（Ａ）……前側熱交換器、
（Ｂ）……後側熱交換器、（１）（21）……チューブ、
（２）（22）……コルゲートフィン、（３）（４）（2
3）（24）……ヘッダー。
フロントページの続き (56)参考文献 実開 平１−88162（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−74470（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭59−37566（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭50−37085（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F28D 1/00 - 13/00 F25B 39/00 - 39/04 F28F 9/00 - 9/26

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のチューブが並列状に配置されるとと
    もに、隣接チューブ間にフィンが配置され、各チューブ
    の両端が一対の中空ヘッダーに連通接続された熱交換器
    の複数個が、空気流通方向において前後に並設され、か
    つ各熱交換器の冷媒回路が直列あるいは並列に接続され
    てなる複式熱交換器において、 前記前後の各熱交換器のチューブ長さ方向の幅が、相互
    に異なるものに設定されていることを特徴とする複式熱
    交換器。
  2. 【請求項２】複数のチューブが並列状に配置されるとと
    もに、隣接チューブ間にフィンが配置され、各チューブ
    の両端が一対の中空ヘッダーに連通接続された熱交換器
    の複数個が、空気流通方向において前後に並設され、か
    つ各熱交換器の冷媒回路が直列あるいは並列に接続され
    てなる複式熱交換器において、 前記前後の各熱交換器のフィンのピッチが、相互に異な
    るものに設定されていることを特徴とする複式熱交換
    器。
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