JP2005321151A

JP2005321151A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2005321151A
Application number: JP2004139608A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Wada; 賢一和田; Takenori Sakamoto; 武則坂本; Yusuke Iino; 祐介飯野
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2004-05-10
Filing date: 2004-05-10
Publication date: 2005-11-17
Also published as: EP1596146A2; EP1596146A3; US20050247439A1

Abstract

【課題】ヘッダーパイプのオフセット配置を可能とするとともに、該ヘッダーパイプの生産性の低下、重量増加等を防止可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】２本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、熱交換器のコア部全体を、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させたことを特徴とする熱交換器。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器に関し、とくに、車両用空調装置のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサとして好適な熱交換器に関する。

２本のヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器はよく知られている。この種の熱交換器においては、少なくとも一方のヘッダーパイプに、比較的大きな容積が要求される場合があり、並行に延びる熱交換チューブの幅（熱交換器の厚み方向の幅）よりも大きな横断面が要求される場合がある。たとえば、車両用空調装置用のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサにおいては、一方のヘッダーパイプに、他方のヘッダーパイプよりも大きな横断面が要求されるとともに、貯液機能を要求されることがある。

このようなサブクールタイプコンデンサは、たとえば図１に示すように構成される（この図１に示す基本構成は、本発明にも共通する基本構成である）。図１に示す熱交換器１（サブクールタイプコンデンサ）は、２本のヘッダーパイプ２、３と、該ヘッダーパイプ２、３間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ４と、各熱交換チューブ４間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン５とを有している。一方のヘッダーパイプ２には冷媒の入口部６と出口部７が設けられており、内部に仕切板８が設けられている。他方のヘッダーパイプ３には、貯液機能とともに水分除去機能が付与されている。このヘッダーパイプ３内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット９を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ１０を有する内蔵物１１が収容されており、内蔵物１１は、中央部に連通部を有する保持板１２によってヘッダーパイプ３内に着脱可能に保持されている。熱交換器１のコア部全体１３のうち、上記仕切板８よりも上位に位置する部分は冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部１４として構成され、仕切板８よりも下位に位置する部分は冷媒凝縮コア部１４で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部１５として構成されている。このように区画された各コア部１４、１５を備えた熱交換器１に、まず、入口部６からヘッダーパイプ２の仕切板８よりも上部側の部分に導入された冷媒が冷媒凝縮コア部１４を流通されて凝縮され、ヘッダーパイプ３内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ３内の下部に一時貯留され（とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ３内の下部部分３ａに一時貯留され）、そこからサブクールコア部１５に流入されて過冷却された後、ヘッダーパイプ２の仕切板８よりも下部側の部分２ａ、出口部７を通して排出される。このようなサブクールタイプコンデンサでは、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体に構成することができ、しかも、ドライヤ（上記乾燥剤を有する内蔵物１１）を交換可能に一方のヘッダーパイプ３に内蔵した、コンパクトで効率の良い構造に構成できる。

このような熱交換器１は、コンパクトに構成できるため、設置スペースが限られる車両用空調装置用等として最適なものである。ところが、このような熱交換器１においては、少なくとも一方のヘッダーパイプ、つまり、上記形態における内蔵物１１を収容するヘッダーパイプ３の横断面積を大きくしなければならないため、次のような問題を生じることがある。たとえば、上記ヘッダーパイプ３に、図２に示すような横断面円形のヘッダーパイプ２１を採用する場合、熱交換器１の厚み方向において、熱交換チューブ４の幅に対し、冷媒凝縮コア部１４の出口部およびサブクールコア部１５の入口部となるヘッダーパイプ２１が、前後方向に大きく突出することになる。そのため、たとえば図３に示すように、コンデンサ（熱交換器１）とラジエータ３０が前後に配置されるような車載レイアウトとなっている場合、熱交換チューブ４とラジエータ３０の放熱部が大きく離れてしまい、その配置状態でのコンデンサプラスラジエータ３０の厚み寸法が拡大して車載レイアウト上不利になるとともに、コンデンサとラジエータ３０間の気洩れによりコンデンサ通過風量が減少し、それによってコンデンサの性能低下の問題を招くおそれがある。

このような問題を解消するために、たとえば図４に示すように、横断面の大きなヘッダーパイプ４１を、その中心の位置を熱交換器の厚み方向の中心の位置、つまり、熱交換チューブ４の熱交換器厚み方向中心位置に対し、熱交換器の厚み方向の一方側（図３の形態では反ラジエータ側）にオフセット（偏心）させて配置する構成が考えられる。しかしこの場合には、ヘッダーパイプ４１内へのチューブ挿入部寸法４２が大きくなり、チューブ端と内蔵物４３との干渉を回避するためには内蔵物４３の径を縮小せざるを得ないという問題が生じる。

また、この問題を防止する方策として、たとえば図５に示すような部分的に平坦面Ａを有する横断面形状のヘッダーパイプ５１を用い、図６に示すように、ヘッダーパイプ５１の平坦面Ａの部分に熱交換チューブ４の挿入穴を加工するとともに、ヘッダーパイプ５１の横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向の一方側にオフセットして配置した構造が知られている（特許文献１）。このように構成することで、図４に示すようにチューブ挿入寸法４２を大きくすることなく、内蔵物４３の所定の径を確保しつつ、熱交換チューブ４とラジエータ間の隙間を小さく保つことが可能になる。しかし、この場合には、ヘッダーパイプ５１の内部横断面形状が円形ではないため、内圧が増加した際には、とくに上記平坦面Ａを形成した部分およびこれに隣接する平坦面を形成した部分に変形が生じヘッダーパイプ５１の耐圧性が低下するおそれもある。

そこで、このような問題を防止するため、未だ出願未公開の段階ではあるが、本出願人により図７、図８に示すように、ヘッダーパイプ５２の熱交換チューブ４が接続される部分の外面を平坦面Ａに形成するとともに、該ヘッダーパイプ５２の内部横断面形状を円形に形成した提案がなされている（特許文献２）。

しかしながら、上記のような構造においては、図９に示すように余剰肉部５３が増加するため、ヘッダーパイプ５２の重量増加、製造コストの上昇を招来するおそれがある。また、ヘッダーパイプ５２は、通常、押出成形等により成形されるが、余剰肉部５３が存在するため、横断面形状が円形の円管を成形する場合に比べ、成形時に厳格な寸法精度が要求されるので、生産性が低下するおそれもある。
特開２００３−１８５２９６号公報

特願２００３−３１９６９２号

そこで本発明の課題は、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面積を大きく形成することが要求されるパラレルフロー型の熱交換器において、該ヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプの熱交換器厚み方向へのオフセット配置を可能とするとともに、該ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を防止でき、さらに生産性を向上しつつ軽量化、低コスト化を実現可能な熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、２本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、熱交換器のコア部全体を、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させたことを特徴とするものからなる。

このような熱交換器においては、熱交換器のコア部全体は、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲されるので、たとえば上記一方のヘッダーパイプと干渉するおそれのある隣接機器（たとえば、ラジエータ等）が通風方向下流側に存在するときは熱交換器のコア部全体を通風方向上流側（たとえば、反ラジエータ側）に屈曲させ、隣接機器が通風方向上流側に存在するときは、熱交換器のコア部全体を通風方向下流側（たとえば、ラジエータ側）に屈曲させることができる。したがって、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面積を大きく形成することが要求されるパラレルフロー型の熱交換器において、隣接機器（たとえば、ラジエータ）と熱交換チューブとの間の隙間を小さくすることが可能になる。つまり、上記一方のヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプの熱交換器厚み方向へのオフセット配置が可能となる。

また、このような熱交換器においては、上記少なくとも一方のヘッダーパイプは、横断面形状が円形の円管から構成することができるので、内部横断面形状を円形に形成することができる。したがって、内圧をヘッダーパイプ内面で均等に受けて大きな内圧がかかる場合にもヘッダーパイプの変形を抑えて、耐圧性能の低下を防止することができる。また、余剰肉部を廃止できるので、生産性を向上し軽量化、低コスト化を実現することができる。

このような本発明に係る熱交換器は、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。つまり、熱交換器のコア部全体が、冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部と、該冷媒凝縮コア部で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部とに区画されたサブクールタイプコンデンサとして好適なものである。この場合、内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプの少なくとも下部が貯液機能を有する構成とすることが好ましい。これによって、貯液機能を有するヘッダーパイプ部分から、液冷媒をサブクールコア部に流入させることができる。

また、本発明に係る熱交換器は、とくに設置スペースが限られる車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものである。

このように、本発明に係る熱交換器によれば、ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を招くことなく、かつ、熱交換チューブの挿入寸法の増加、ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプを熱交換器の厚み方向の一方側へオフセット配置した構成を採ることができるようになり、所望の性能を確保しつつ、設置上最適な外形形状の熱交換器を達成することができる。したがって、ラジエータ等の隣接機器隣接がされる場合にあっても、熱交換チューブとラジエータの放熱部が大きく離れることや、熱交換器（コンデンサ）＋ラジエータの厚さが拡大することや、コンデンサとラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下等を防止することが可能になる。

以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る熱交換器は、車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものであり、中でも、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。サブクールタイプコンデンサの基本構成は、図１に示した通りである。すなわち、熱交換器としてのサブクールタイプコンデンサ１は、小径のヘッダーパイプ２と大径のヘッダーパイプ３の２本のヘッダーパイプと、該ヘッダーパイプ２、３間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ４と、各熱交換チューブ４間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン５とを有しており、一方のヘッダーパイプ２には冷媒の入口部６と出口部７が設けられており、内部に仕切板８が設けられている。他方のヘッダーパイプ３は、ヘッダーパイプ２よりも大きな内容積を有する大径のヘッダーパイプに形成され、このヘッダーパイプ３内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット９を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ１０を有する内蔵物１１が収容されており、内蔵物１１は、中央部に連通部を有する保持板１２によってヘッダーパイプ６１内に着脱可能に保持されている。コア部全体１３のうち、上記仕切板８よりも上位に位置する部分が冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部１４として構成され、仕切板８よりも下位に位置する部分が冷媒凝縮コア部１４で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部１５として構成されている。冷媒凝縮コア部１４を通過して凝縮され、ヘッダーパイプ３内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ３内の下部に一時貯留され（とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ３内の下部部分３ａに一時貯留され）、そこからサブクールコア部１５に流入されて過冷却される。つまり、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体化したサブクールタイプコンデンサ１として構成されている。

このように構成されたサブクールタイプコンデンサ１（熱交換器）においては、図１０に示すように熱交換器のコア部全体１３を、少なくとも一方のヘッダーパイプ３の横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させている。たとえば図１１に示すように、隣接機器としてラジエータ３０が通風方向下流側に存在するときは熱交換器のコア部全体１３を通風方向上流側（反ラジエータ側）に屈曲させれば、屈曲部１６から先のヘッダーパイプ３側はラジエータ３０の反対側にオフセットして配置される。したがって、ヘッダーパイプ３とラジエータ３０との干渉を防止しつつ両者の間の隙間を小さくすることが可能になるので、コンデンサとラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下等を防止することが可能になる。つまり、ヘッダーパイプ３へのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ３内に収容される内蔵物１１の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプ３の熱交換器厚み方向へのオフセット配置が可能となる。

また、このような熱交換器においては、ヘッダーパイプ３は、横断面形状が円形の円管から構成することができるので、内部横断面形状を円形に形成することができる。したがって、内圧をヘッダーパイプ３の内面で均等に受けて大きな内圧がかかる場合にもヘッダーパイプ３の変形を抑えて、耐圧性能の低下を防止することができる。また、余剰肉部を廃止できるので、押出成形等による生産性を向上し軽量化、低コスト化を実現することができる。

図１２は本発明の別の実施態様に係るサブクールタイプコンデンサ１（熱交換器）の配置例を示している。図１１においては、熱交換器のコア部全体１３を通風方向上流側に屈曲させているが、ヘッダーパイプ３とラジエータ３０の接触よりも、むしろ通風方向上流側に存在する隣接機器との接触のおそれが懸念される場合には、図１２に示すように熱交換器のコア部全体１３を通風方向下流側（ラジエータ側）に屈曲させるようにしてもよい。

本発明は、少なくとも一方のヘッダーパイプを大径に構成することが要求されるあらゆるパラレルフロー型熱交換器に適用でき、とくに車載のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサに好適に適用できる。

熱交換器としてのサブクールタイプコンデンサの基本構成例を示す正面図である。従来のサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。図２のヘッダーパイプを備えたコンデンサの配置例を示す、部分断面表示平面図である。図３のヘッダーパイプを偏心させた場合のコンデンサの部分断面表示平面図である。従来の別のサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。図５のヘッダーパイプを備えたコンデンサの配置例を示す、部分断面表示平面図である。本出願人の先の提案に係るサブクールタイプコンデンサの一方のヘッダーパイプの横断面図である。図７のヘッダーパイプを備えたコンデンサの部分断面表示平面図である。図７のヘッダーパイプの余剰肉部を示す横断面図である。本発明の一実施態様に係るコンデンサの部分断面表示平面図である。図１０のコンデンサの配置例を示す、部分断面表示平面図である。本発明の別の実施態様に係るコンデンサの配置例を示す、部分断面表示平面図である。

符号の説明

１熱交換器（サブクールタイプコンデンサ）
２小径のヘッダーパイプ
３、２１、４１、５１、５２大径のヘッダーパイプ
４熱交換チューブ４
５フィン
６冷媒の入口部
７冷媒の出口部
８仕切板
９乾燥剤ユニット
１０ストレーナ
１１、４３内蔵物
１２保持板
１３コア部全体
１４冷媒凝縮コア部
１５サブクールコア部
１６屈曲部
３０ラジエータ
４２チューブ端部挿入寸法
５３余剰肉部
Ａ平坦面

Claims

２本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、熱交換器のコア部全体を、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させたことを特徴とする熱交換器。
前記熱交換器のコア部全体が通風方向上流側に屈曲している、請求項１の熱交換器。
前記熱交換器のコア部全体が通風方向下流側に屈曲している、請求項１の熱交換器。
前記一方のヘッダーパイプ内に、乾燥剤ユニットを有する内蔵物が収容されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の熱交換器。
前記２本のヘッダーパイプの内部横断面積に大小関係が付与され、前記一方のヘッダーパイプが、大きい方のヘッダーパイプからなる、請求項１ないし４のいずれかに記載の熱交換器。
前記熱交換器のコア部が、冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部と、該冷媒凝縮コア部で冷却された冷媒を過冷却するサブクールコア部とに区画されたサブクールタイプコンデンサからなる、請求項１ないし５のいずれかに記載の熱交換器。
車両用空調装置に用いられるコンデンサからなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の熱交換器。