JP4147731B2 - 冷却用熱交換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷熱流体通路を構成するプレート状部材だけで構成されるフィンレスタイプの冷却用熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用蒸発器に用いて好適である。
【0002】
【従来の技術】
従来の冷却用熱交換器、例えば、車両空調用蒸発器においては、2枚のプレートを最中状に接合して構成される断面偏平状のチューブ相互の間に、空気側の伝熱面積拡大のためにルーバ付きのコルゲートフィンを介在させている。このコルゲートフィンでは、ルーバの先端効果を利用して境界層の厚さを薄くすることにより、空気側の熱伝達率を向上させている。
【0003】
空気側の熱伝達率向上のために、ルーバは近年、加工限界付近まで微細化されてきているので、コルゲートフィンの加工工数の増加を招いている。また、チューブを構成する2枚のプレートの間に薄肉のコルゲートフィンを組付けるために組付性を悪化させている。従って、コルゲートフィンの存在が熱交換器のコスト低減、および小型化に対して大きな阻害要因となっている。
【0004】
そこで、特開平11−287580号公報では、コルゲートフィン等のフィンを必要とせず、冷媒通路を構成する伝熱プレートだけで必要伝熱性能を確保できるフィンレスタイプの冷却用熱交換器が提案されている。
【0005】
この従来技術では、複数枚の伝熱プレートに、それぞれ複数の突出部を形成し、この突出部の内側に冷媒の流れる冷媒通路を構成し、突出部の凸面頂部が隣接する伝熱プレートに対して隙間を介在して対向し、この隙間により伝熱プレートの外部側を流れる空気の通路を構成するとともに、突出部が空気の流れの直進を妨げて乱れを起こさせる乱れ発生器として作用するようになっている。
【0006】
この従来技術によると、冷媒通路を構成する突出部それ自体が乱れ発生器として作用することにより空気側の熱伝達率を大幅に向上できるので、空気側にフィン部材を設けなくても、必要伝熱性能を確保することができる。
【0007】
従って、冷媒通路を構成する突出部を持つ伝熱プレートだけで熱交換器を構成でき、熱交換器の大幅なコスト低減および小型化を達成できるという特徴を有している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術の実用化に向けて本発明者らが詳細に実験検討したところ、上記従来技術では空気側の通路で送風異音が発生することが判明した。
【0009】
この送風異音の発生は、冷媒通路を構成する突出部の空気流れ後端側に発生する渦に起因することが分かった。特に、冷媒通路を構成する突出部が直線形状で、かつ、同一高さであると、突出部の後端側で突出部長手方向に沿って渦が一斉に剥離しており、このように渦の発生、剥離が突出部長手方向に沿ってつながることにより送風異音を増幅させている。
【0010】
なお、送風異音の低減のための対策として、冷媒通路相互の間隔である通路ピッチを広げて、空気通路の断面積を拡大して通過風速を低下させることが考えられるが、このような対策では風速の低下により空気側の熱伝達率を低下させるとともに、通路ピッチの拡大により伝熱面積の縮小を招き、伝熱性能を低下させる。
【0011】
また、上記従来技術では、別の実施形態として、空気流れ方向に対して所定角度で傾斜する突出部を交差して2枚の伝熱プレートを接合する構成のものを開示しているが、この構成によると、傾斜突出部の凸面同士の交差部(クロスリブ形状)が形成されるので、冷却用熱交換器においては凝縮水が凸面同士の交差部に滞留し、通風抵抗を増加させるという不具合が生じる。
【0012】
本発明は上記点に鑑みて、冷媒通路を構成するプレート状部材だけで構成されるフィンレスタイプの冷却用熱交換器において、伝熱性能および凝縮水の排水性を確保しつつ、送風異音を抑制することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
突出部(14)の外部側にて冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
突出部(14)の側面に突出部幅方向の凹凸部を形成して突出部(14)の側面に突出部幅方向で屈曲する形状を上下方向に延びるように設けることにより渦分断手段が構成されることを特徴とする。
【0014】
これによると、突出部(14)が上下方向に連続して延びる形状であるから、傾斜突出部の凸面同士の交差部(クロスリブ形状)が形成されることがない。そのため、冷却用熱交換器の凝縮水が凸面同士の交差部に滞留して通風抵抗を増加させるという不具合が生じない。
【0015】
しかも、突出部(14)の側面に突出部幅方向で屈曲する形状を上下方向に延びるように設けて渦分断手段を構成することにより、突出部(14)の空気流れ後端側で渦が発生するタイミングを突出部(14)側面の屈曲形状によりずらして突出部空気流れ後端側での渦のつながりを分断できる。これにより、突出部(14)の空気流れ後端側での一斉の渦の剥離を抑制できるので、送風異音を低減できる。
【0018】
特に、請求項2に記載の発明のように、請求項1に記載の冷却用熱交換器において、複数の突出部(14)相互の屈曲形状の位相をずらすことにより、複数の突出部(14)相互間の間隔に大小の変化をつけて空気流れを大きく屈曲させることができ、これにより、渦のつながりの分断効果を高めて、送風異音を一層効果的に低減できる。
請求項3に記載の発明のように、請求項1または2に記載の冷却用熱交換器において、突出部(14)の空気流れ方向前後の両側面のうち空気流れ後端側の側面のみに、突出部幅方向で屈曲する形状を形成するようにしてもよい。
【0019】
また、請求項4に記載の発明では、伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
突出部(14)の外部側にて冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
突出部(14)の突き出し高さを冷熱流体の流れ方向において変更することにより渦分断手段が構成されることを特徴とする。
【0020】
これによると、突出部(14)の空気流れ後端側で渦が発生するタイミングを突出部(14)の突き出し高さの変更によりずらして突出部空気流れ後端側での渦のつながりを分断できる。これにより、請求項4に記載の発明においても、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を発揮できる。
【0021】
また、請求項5に記載の発明では、伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
突出部(14)の外部側にて冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
突出部(14)の凸面頂部に突起(14b)を部分的に設けることにより渦分断手段が構成されることを特徴とする。
【0022】
これによると、突出部(14)の空気流れ後端側で渦が発生するタイミングを突出部(14)の凸面頂部の部分的な突起(14b)によりずらして突出部空気流れ後端側での渦のつながりを分断できる。これにより、請求項5に記載の発明においても、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を発揮できる。
【0023】
また、請求項6に記載の発明では、伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
突出部(14)の外部側にて冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
突出部(14)から空気の流れ方向前後の少なくとも一方へ突き出す突起(14d)を互いに位置をずらして設けることにより渦分断手段が構成されることを特徴とする。
【0024】
請求項6に記載の発明によると、突起(14d)は互いに位置をずらして設けてあるので、突起(14d)同士が空気通路内で当接して空気通路の一部を閉塞することがない。従って、突起(14d)を形成しても、空気や、凝縮水をスムースに通過させることができるので、通風抵抗、排水性への悪影響を少なくしながら、送風異音の低減効果を発揮することができる。
【0025】
また、請求項7に記載の発明では、伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
突出部(14)の外部側にて冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14c)を伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
伝熱プレート(12a〜12c)において突出部(14)近傍に、空気が通過する貫通穴(14c)を設けることにより渦分断手段が構成され、
貫通穴(14c)は突出部(14)の長手方向に沿う細長の矩形状にて多数個設けられており、
貫通穴(14c)の長さ(L3)は貫通穴(14c)相互の間隔(L4)より大きくなっており、
空気の流れ方向(A)において貫通穴(14c)の部位と貫通穴(14c)を設けない部位が交互に形成されるように貫通穴(14c)を千鳥配列にしたことを特徴とする。
【0026】
これによると、突出部(14)近傍の貫通穴(14c)を通過して空気が流れることにより、渦の発生自体を抑制できる。
【0027】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0028】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
まず、最初に本発明の第1実施形態の前提となる比較例を図1〜図5について説明する。この比較例は本発明者らが試作検討したもので、車両空調用蒸発器10に適用した例を示している。なお、この比較例は、前述の特開平11−287580号公報と基本的には同一構成である。図1は冷媒出入口側における伝熱プレート構成を示す分解斜視図で、図2は蒸発器全体の冷媒通路構成を示す分解斜視図である。図3〜図5は伝熱プレートの具体例を示す。
【0029】
蒸発器10は、空調用空気の流れ方向Aと、伝熱プレート部での冷媒流れ方向B(図2に示す上下方向)とが略直交する直交流熱交換器として構成されている。この蒸発器10は、空調用空気と冷媒(冷熱流体)との熱交換を行うコア部11を、多数枚の伝熱プレート12a、12b、12cを積層するだけで構成している。
【0030】
図1、2の構成例では、第1伝熱プレート12aと第2伝熱プレート12bとの組み合わせ領域X、および第1伝熱プレート12aと第3伝熱プレート12cとの組み合わせ領域Yにより、コア部11を構成している。
【0031】
そして、各伝熱プレート12a、12b、12cは、A3000系のアルミニウム芯材の両面にA4000系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材からなるもので、板厚t=0.1〜0.4mm程度の薄板をプレス成形したものである。この伝熱プレート12a、12b、12cは概略長方形の平面形状を有し、その外形寸法はいずれも同一であり、長辺方向の長さは例えば、245mmで、短辺方向の幅は例えば、45mmである。
【0032】
伝熱プレート12a、12b、12cの具体的な打ち出し形状は、冷媒通路成立、蒸発器の組付性、ろう付け性、凝縮水の排水性等の理由から異なっているが、基本的には同一形状でよい。そこで、次に、第1、第2伝熱プレート12a、12bに例をとって、その具体的な打ち出し形状を図3〜5により説明すると、各伝熱プレート12a、12bは平坦な基板部13から突出部(リブ)14を打ち出し成形している。この突出部14は、冷凍サイクルの減圧手段(膨張弁等)を通過した後の低圧側冷媒が流れる冷媒通路(冷熱流体通路)19、20を構成するものであって、伝熱プレート12の長手方向(換言すると空気流れ方向Aと略直交方向)に連続して平行に延びる形状である。また、突出部14の断面形状は、図4、5に示すように略略台形状である。
【0033】
この突出部14の打ち出し数は、図3〜図5に示すように伝熱プレート12a、12bのいずれも5本であるが、両伝熱プレート12a、12b(又は12a、12c)の突出部14の打ち出し位置が空気流れ方向Aにおいて互いにずれており、一方の伝熱プレートの各突出部14の間隔である突出部ピッチP1の中心位置に相手側の伝熱プレートの各突出部14が位置する。
【0034】
そのため、両伝熱プレート12a、12b(又は12a、12c)を、互いの突出部14が外側へ向くように向かい合わせて、互いの基板部13同士を当接させ接合すると、一方の伝熱プレートの各突出部14の内面側は相手側の伝熱プレートの基板部13により密封される。従って、各突出部14の内面側と相手側の伝熱プレートの基板部13との間に冷媒通路19、20を構成することができる。
【0035】
すなわち、各伝熱プレート12a〜12cの幅方向(空気流れ方向A)において、中央部C(図4、5)より風上側に位置する突出部14の内側には、風上側の冷媒通路20を形成し、各伝熱プレート12a〜12cの幅方向において、中央部Cより風下側に位置する突出部14の内側には、風下側の冷媒通路19を形成する。
【0036】
風上側の冷媒通路20と風下側の冷媒通路19は、図4、5に示すように、両伝熱プレート12a、12b(又は12a、12c)の間にそれぞれ、5個づつ並列に形成されている。
【0037】
一方、伝熱プレート12a〜12cのうち、空気流れ方向Aと直交する方向(伝熱プレート長手方向)Bの両端部に、それぞれ伝熱プレート幅方向(空気流れ方向A)に分割されたタンク部15〜18が2個づつ形成してある。このタンク部15〜18は各伝熱プレート12a〜12cにおいて、突出部14、140と同一方向に打ち出されるもので、その打ち出し高さは突出部14、140と同一高さh(図7)である。
【0038】
このように、タンク部15〜18を突出部14と同一方向に打ち出すとともに、突出部14の長手方向の両端部の打ち出しによる凹形状がタンク部15〜18の打ち出し凹形状に連続するようにしてあるので、風上側の冷媒通路20の両端部は風上側のタンク部17、18に連通し、また、風下側の冷媒通路19の両端部は風下側のタンク部15、16に連通する。
【0039】
また、伝熱プレート上端のタンク部15と17、および伝熱プレート下端のタンク部16と18は、伝熱プレート幅方向に2分割されている。各タンク部15〜18の打ち出し形状は図3の図示例では円形状にしてあるが、図1、2の図示例のように各タンク部15〜18を略長円状に形成してもよい。また、各タンク部15〜18の打ち出し形状を略D字状にしてもよい。
【0040】
各タンク部15〜18の中央部には連通穴15a〜18aが開口している。この連通穴15a〜18aにより図1、2に示す左右方向(伝熱プレート積層方向)において、隣接する伝熱プレート相互間でタンク部15〜18同士の流路を連通させることができる。すなわち、隣接する各タンク部15〜18の打ち出し頂部は互いに当接して接合されることにより、連通穴15a〜18a相互の連通がなされる。
【0041】
なお、図1、図3に示すように、各伝熱プレート12a〜12cのいずれにおいても、風上側のタンク部17、18に比して風下側のタンク部15、16の高さを所定寸法だけ小さくしている。これにより、後述するようにコア部11において風上側の領域に比して風下側の領域における通風面積を拡大して凝縮水の排水性を向上できる。
【0042】
また、風下側の冷媒通路19は後述するように入口側冷媒通路であり、また、風上側の冷媒通路20は出口側冷媒通路である。そして、風上側(出口側)の冷媒通路20は風下側(入口側)の冷媒通路19に比較して冷媒乾き度が増加して冷媒の比容積が増加するので、風上側(出口側)のタンク部17、18の通路断面積を風下側(入口側)のタンク部15、16より拡大することは、冷媒側の圧損低減のためにも有利である。
【0043】
また、各伝熱プレート12a〜12cの各突出部14の側面部から伝熱プレート幅方向(空気流れ方向A)へ突出する小突起14aを形成している。この小突起14aは、各突出部14の長手方向において同一位置にて複数個(図4の例では4個)設けている。
【0044】
このため、隣接する2枚の伝熱プレート12a、12bまたは12a、12cの小突起14a同志を当接させ、この小突起14a同志の当接部に伝熱プレート積層方向の押圧力が作用した状態で、伝熱プレート12a〜12c相互を接合することができる。
【0045】
これにより、伝熱プレート12のうち、長手方向両端のタンク部15〜18を除く中間部位(冷媒通路19、20の形成部位)でも、上記押圧力を作用させて伝熱プレート12の基板部13同志を全面的に確実に当接させて、この基板部13同志の当接面を良好にろう付けすることができる。よって、ろう付け不良による冷媒通路19、20からの冷媒洩れを防止できる。
【0046】
ところで、各伝熱プレート12a〜12cの幅方向(空気流れ方向A)において、複数の突出部14は図4、5に示すように、互いに隣接する各伝熱プレート12a〜12cの突出部14と形成位置がずれているので、各突出部14、140を隣接する各伝熱プレート12a〜12cの基板部13により形成される凹面部に位置させることができる。
【0047】
その結果、各突出部14の凸面側の頂部と、隣接する他の伝熱プレート12a〜12cの基板部13による凹面部との間に必ず隙間が形成される。この隙間は突出部14の打ち出し高さhからプレート板厚分を引いた大きさの隙間であって、この隙間により、伝熱プレート幅方向(空気流れ方向A)の全長にわたって矢印A1 のごとく波状に蛇行した空気通路が連続して形成される。
【0048】
従って、矢印A方向に送風される空調空気は、上記空気通路を矢印A1 のごとく波状に蛇行しながら2枚の伝熱プレート12a、12bまたは12a、12cの間を通り抜けることができる。
【0049】
次に、コア部11に対する冷媒の入出を行う部分について説明すると、図1、図2に示すように、伝熱プレート積層方向の両端側には、伝熱プレート12a〜12cと同一の大きさを持ったエンドプレート21、22が配設されている。このエンドプレート21、22はいずれも伝熱プレート12aの突出部14およびタンク部15〜18の凸面側に当接して伝熱プレート12aと接合される平坦な板形状になっている。
【0050】
図1、2の左側のエンドプレート21には、その下端部近傍位置に冷媒入口穴21aおよび冷媒出口穴21bが開けられ、この冷媒入口穴21aは伝熱プレート12aの下端部の風下側タンク部16の連通穴16aと連通し、また、冷媒出口穴21bは伝熱プレート12aの下端部の風上側タンク部18の連通穴18aと連通する。また、エンドプレート21の冷媒入口穴21aおよび冷媒出口穴21bにはそれぞれ冷媒入口パイプ23、冷媒出口パイプ24が接合される。
【0051】
一方のエンドプレート21は、冷媒入口、出口パイプ23、24との接合のために、伝熱プレート12a〜12cと同様にA3000系のアルミニウム芯材の両面にA4000系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材からなる。他方のエンドプレート22は、A3000系のアルミニウム芯材の片面(伝熱プレート12aと接合される側の面)のみにA4000系のアルミニウムろう材をクラッドした片面クラッド材からなる。また、両エンドプレート21、22は、伝熱プレート12に比して板厚tを厚く(例えば、板厚t=1.0mm程度)して強度向上を図っている。
【0052】
上記冷媒入口パイプ23には、図示しない膨張弁等の減圧手段で減圧された気液2相冷媒が流入し、冷媒出口パイプ24は図示しない圧縮機吸入側に接続され、蒸発器10で蒸発したガス冷媒を圧縮機吸入側に導くものである。
【0053】
各伝熱プレート12a〜12cにおいて、風下側の冷媒通路19は、冷媒入口パイプ23からの冷媒が流入するため、蒸発器全体の冷媒通路の中で、入口側冷媒通路を構成し、風上側の冷媒通路20は、風下側(入口側)の冷媒通路19を通過した冷媒が流入し、冷媒出口パイプ24へと冷媒を流出させるため、出口側冷媒通路を構成することになる。
【0054】
次に、蒸発器10全体としての冷媒通路を図2により説明すると、まず、図1、2の左右方向(伝熱プレート積層方向)において、一方のエンドプレート21側の半分領域Xでは、2枚の伝熱プレート12aと12bを1組として多数組積層し、また、他方のエンドプレート22側の半分領域Yでは、2枚の伝熱プレート12aと12cを1組として多数組積層し、各伝熱プレート間を接合することによりコア部11を構成している。
【0055】
そして、蒸発器10の上下両端部に位置するタンク部15〜18のうち、風下側のタンク部15、16が冷媒入口側タンク部を構成し、また、風上側のタンク部17、18が冷媒出口側タンク部を構成している。風下側の下側の冷媒入口側タンク部16は、伝熱プレート12の積層方向の中間位置(領域Xと領域Yの境界部)に配設した仕切り部27により、図2左側流路(領域X側の流路)と図2右側流路(領域Y側の流路)とに仕切られている。
【0056】
同様に、風上側の下側の冷媒出口側タンク部18も、同様に中間位置に配設した仕切り部28により、図2左側流路(領域X側の流路)と図2右側流路(領域Y側の流路)とに仕切られている。これらの仕切り部27、28は、前述した伝熱プレート12a〜12cのうち、該当部位に位置する伝熱プレートのみ、そのタンク部15、18の連通穴15a、18a部分を閉塞した盲蓋形状のものを使用することにより簡単に構成できる。
【0057】
図2の冷媒通路構成によると、膨張弁で減圧された低圧の気液2相冷媒が冷媒入口パイプ23から矢印aのように風下側の下側の入口側タンク部16に入る。この入口側タンク部16の流路は仕切り部27より左右の領域XとYに分断されているので、冷媒は入口側タンク部16の左側領域Xの流路のみに入る。
【0058】
そして、冷媒は図2の左側領域Xにおいて、伝熱プレート12a、12bの風下側突出部14により形成される冷媒通路19を矢印bのように上昇して上側の入口側タンク部15に入る。次に、冷媒は上側の入口側タンク部15を矢印cのように図2の右側領域Yに移行して、伝熱プレート12a、12cの風下側突出部14により形成される冷媒通路19を矢印dのように下降して下側の入口側タンク部16の右側領域Yの流路に入る。
【0059】
ここで、右側領域Yに組み込まれている第3伝熱プレート12cの下側のタンク部16と18の中間位置には、この両タンク部16、18を直接連通するための連通路120(図2参照)が形成されているので、タンク部16の右側領域Yの冷媒は、次に、この連通路120を通って矢印eのように風上側の下側の出口側タンク部18に入る。
【0060】
ここで、この出口側タンク部18の流路は仕切り部28より左右の領域XとYに分断されているので、冷媒は出口側タンク部18の右側領域Yの流路のみに入る。次に、冷媒はこのタンク部18の右側領域Yにおいて、伝熱プレート12a、12cの風上側突出部14により形成される冷媒通路20を矢印fのように上昇して上側の出口側タンク部17の右側領域Yに入る。
【0061】
この右側領域Yから冷媒は上側の出口側タンク部17を矢印gのように図2の左側領域Xに移行し、その後、伝熱プレート12a、12bの風上側突出部14により形成される冷媒通路20を矢印hのように下降して下側の出口側タンク部18の左側領域Xの流路に入る。この出口側タンク部18を冷媒は矢印iのように左側へ流れて、冷媒出口パイプ24から蒸発器外部へ流出する。
【0062】
図1、2の蒸発器10では冷媒通路が以上のように構成されており、図1、2に示す各構成部品を相互に当接した状態に積層して、その積層状態(組付状態)を適宜の治具により保持してろう付け加熱炉内に搬入して、組付体をろう材の融点まで加熱することにより組付体を一体ろう付けする。これにより、蒸発器10の組付を完了できる。
【0063】
この一体ろう付けにおいて、伝熱プレート12a〜12cの長手方向の接合面において、隣接する2枚の伝熱プレート12a、12bまたは12a、12cの小突起14a同士を当接(図5参照)させ、この小突起14a同志の当接部に伝熱プレート積層方向の押圧力を上記治具により作用させた状態で、伝熱プレート12a〜12c相互を接合することができる。
【0064】
次に、上記蒸発器10の作用を説明すると、蒸発器10は図示しない空調ユニットケース内に図1、2の上下方向を上下にして収容され、図示しない空調用送風機の作動により矢印A方向に空気が送風される。
【0065】
そして、冷凍サイクルの圧縮機が作動すると、図示しない膨張弁により減圧された低圧側の気液2相冷媒が前述した図2の矢印a〜iの通路構成に従って流れる。一方、コア部11の伝熱プレート12a〜12cの外面側に凸状に突出している突出部14、140と基板部13の間に形成される隙間により、伝熱プレート幅方向(空気流れ方向A)の全長にわたって図4の矢印A1 のごとく波状に蛇行した空気通路が連続して形成されている。
【0066】
その結果、矢印A方向に送風される空調空気は、上記空気通路を矢印A1 のごとく波状に蛇行しながら2枚の伝熱プレート12aと12bの間または12aと12cの間を通り抜けることができ、この空気の流れから冷媒は蒸発潜熱を吸熱して蒸発するので、空調空気は冷却され、冷風となる。
【0067】
この際、空調空気の流れ方向Aに対して、風下側に入口側冷媒通路19を、また、風上側に出口側冷媒通路20を配置することにより、空気流れに対する冷媒出入口が対向流の関係となる。
【0068】
さらに、空気側においては、空気流れ方向Aが、伝熱プレート12a〜12cの突出部14の長手方向(冷媒通路19、20での冷媒流れ方向B)に対して直交する方向になっており、突出部14、140が空気流れと直交状に突出する凸面(伝熱面)を形成しているので、空気はこの直交状に延びる突出部14、140の凸面形状により直進を妨げられる。
【0069】
このため、空気流の流れが乱れて乱流状態となり、空気側の熱伝達率を飛躍的に向上することができる。ここで、コア部11が伝熱プレート12a〜12cのみで構成されているため、従来のフィン部材を備えている通常の蒸発器に比して、空気側の伝熱面積が大幅に減少するが、乱流状態の設定により空気側の熱伝達率が飛躍的に向上するため、空気側伝熱面積の減少を空気側熱伝達率の向上により補うことが可能となり、必要冷却性能を確保できるのである。
【0070】
ところで、上記した比較例について詳細に実験検討してみると、図6に示すように冷媒通路19、20を構成する突出部14の空気流れ後端部Dに主流Eから剥離した剥離層を発生するとともに、この剥離層に渦を発生する。しかも、突出部14が空気流れ方向Aと直交する方向に直線状に、且つ、同一高さで延びているので、突出部14の空気流れ後端部Dに同一のタイミングで一斉に渦を発生する。このように突出部14の長手方向に沿ってつながった渦が一斉に発生することにより送風異音を増幅させることが判明した。
【0071】
そこで、第1実施形態では、突出部14を乗り越える空気流れのタイミングを突出部14の長手方向においてずらし、渦のつながりを分断することにより送風異音の低減を図るものである。図7〜図9は前述の比較例の図3〜図5に対応する第1実施形態の図であり、突出部14の形状を長手方向、すなわち、冷媒流れ方向Bで蛇行状に屈曲させている。
【0072】
これによると、突出部14を乗り越える空気流れのタイミングが突出部14の長手方向において同一とならず、蛇行状の屈曲形状に従ってずれるので、突出部14の空気流れ後端部Dにおける渦の発生(剥離)タイミングもずれる。また、蛇行状の屈曲形状により冷媒流れ方向(図7の上下方向)の速度成分を空気流れに誘起するため、空気流れを攪乱して渦の連携を妨げる。
【0073】
以上の結果、渦のつながりを分断して送風異音の増幅を防止することができるので、送風異音を低減できる。
【0074】
しかも、第1実施形態によると、冷媒通路19、20の相互の間隔である通路ピッチP2を広げる必要がないので、通路ピッチP2の拡大による伝熱性能低下の問題が生じない。
【0075】
次に、蒸発器10の凝縮水の排水性について説明すると、蒸発器10は、図1、2に示すように伝熱プレート12a〜12c(突出部14)の長手方向が上下方向となるように配置されて実際に使用される。従って、蒸発器10の使用状態において、伝熱プレート12a〜12cの相互間に、その長手方向(上下方向)に延びる隙間(図8、9参照)を連続して形成できる。
【0076】
その場合、突出部14はその長手方向(上下方向)において蛇行状に屈曲するだけで、連続して延びる形状を維持しているので、従来技術の傾斜突出部のような交差部(クロスリブ形状)を形成しない。それ故、突出部14の長手方向(上下方向)に沿って凝縮水の落下する経路を連続的に形成できる。そのため、伝熱プレート12a〜12cの表面に発生する凝縮水を、上下方向に連続して延びる経路により下方側へスムースに落下させることができる。
【0077】
また、凝縮水の一部は送風空気の風圧により風下側へ移行する傾向にあるが、本実施形態によると、伝熱プレート12a〜12cのいずれにおいても、風上側のタンク部17、18に比して風下側のタンク部15、16の径を所定寸法だけ小さくしている。これにより、コア部11において風上側の領域に比して風下側の領域における通風面積を拡大することができ、風下側の領域における空気流速を低下できる。
【0078】
そのため、凝縮水の一部が風下側へ移行しても、伝熱プレート12a〜12cの風下側端部から凝縮水が下流側へ飛散することを上記空気流速の低下により効果的に抑制できる。
【0079】
(第2実施形態)
第1実施形態では、送風異音の低減のために、複数の突出部14の全部を図7のように蛇行状に屈曲させているが、第2実施形態では図10〜図12のように、複数の突出部14のうち、例えば、空気流れ方向Aの中央部の突出部14のみを蛇行状に屈曲させる形状としている。このようにしても送風異音を低減する効果を発揮できる。
【0080】
(第3実施形態)
第1、第2実施形態では、複数の突出部14の屈曲形状の位相(凹凸の位相)を一致させているが、第3実施形態では図13〜図14(a)、(b)に示すように、複数の突出部14の屈曲形状の位相(凹凸の位相)をずらしている。より具体的には、各突出部14の屈曲形状の凸部と凸部、凹部と凹部が突出部長手方向で互いに対向するように、屈曲形状の位相をずらして(反転して)いる。
【0081】
第3実施形態のように屈曲形状の凹凸の位相がずれていると、第1実施形態のように屈曲形状の凹凸の位相を一致させるものに比較して、送風異音をより一層効果的に低減できる。
【0082】
この理由を図15(a)〜(d)により説明すると、図15(a)、(b)は第1実施形態の場合であり、図15(c)、(d)は第3実施形態の場合であり、いずれも各突出部14の屈曲形状の振れ幅Wは同一値(例えば、1mm)としている。
【0083】
図15(a)、(b)の第1実施形態では、屈曲形状の凹凸の位相が一致しているので、伝熱プレート積層方向に蛇行した空気通路を形成する、対向する各突出部14相互の間隔、すなわち斜線部の突出部14と細点部の突出部14の間隔が突出部長手方向においてどの部位でも同じになる。このため、第1実施形態では空気が図15(b)の矢印a1のように突出部長手方向と直交する方向に直線的に流れる。
【0084】
これに対し、図15(c)、(d)の第3実施形態では、屈曲形状の凹凸の位相がずれている(反転している)ので、伝熱プレート積層方向に蛇行した空気通路を形成する、対向する各突出部14相互の間隔、すなわち斜線部の突出部14と細点部の突出部14の間隔が突出部長手方向において一定とならず、この間隔の広い部分Y1と狭い部分Y2が突出部長手方向において交互に生じる。
【0085】
その結果、空気の流れは通風抵抗の小さい部分である間隔の広い部分Y1を通過しようとするので、空気の流れは突出部長手方向においても図15(d)の矢印a2のように蛇行(屈曲)する。この突出部長手方向に対する空気流れの蛇行が加わることにより、突出部長手方向における渦のつながり、増幅をより確実に遮断でき、送風異音の低減効果を第1実施形態より向上できる。
【0086】
(第4実施形態)
第1〜第3実施形態ではいずれも複数の突出部14の屈曲形状を同一としているが、第4実施形態では図16〜図18に示すように、接合される一対の伝熱プレート12a、12b(12c)のうち、一方の伝熱プレート12aの突出部14の屈曲形状と他方の伝熱プレート12b(12c)の突出部14の屈曲形状とを異なる形状にしている。
【0087】
より具体的には、一方の伝熱プレート12aの突出部14の屈曲形状(図16の実線形状)の凹凸間隔を小とし、他方の伝熱プレート12b(12c)の突出部14の屈曲形状(図16の破線形状)の凹凸間隔を大にしている。このように突出部14の屈曲形状を変更しても、空気流れ後端部Dにおける渦のつながりを抑えて送風異音の低減効果を発揮できる。
【0088】
(第5実施形態)
第1〜第4実施形態ではいずれも各伝熱プレート12a、12b(12c)の複数の突出部14における空気流れ前後の側面をともに屈曲させているが、第5実施形態では図19〜図21に示すように、各突出部14における空気流れ前後の側面のうち、空気流れ後端側の側面のみ屈曲形状とし、空気流れ前端側の側面は直線形状としている。このように空気流れ後端側の側面のみを屈曲させる形状としても空気流れ後端部Dにおける渦のつながりを抑えて送風異音の低減効果を発揮できる。
【0089】
(第6実施形態)
図22、23は第6実施形態であり、各伝熱プレート12a、12b(12c)の複数の突出部14の長手方向の一部のみに蛇行状の屈曲形状を設け、長手方向の他の部分は直線状としている。このような屈曲形状にしても空気流れ後端部Dにおける渦のつながりを抑えて送風異音の低減効果を発揮できる。
【0090】
(第7実施形態)
図24〜図26は第7実施形態であり、各伝熱プレート12a、12b(12cの突出部14の打ち出し高さを突出部長手方向(冷媒流れ方向)において部分的に変更するようにしたものである。
【0091】
より具体的には、図25、26の断面図に示すように各伝熱プレート12a、12b(12c)の突出部14の打ち出し高さを突出部長手方向(冷媒流れ方向)においてh1とh2(h1>h2)の2段階に交互に変更している。
【0092】
このように突出部14の打ち出し高さを部分的に変更しても空気流れ後端部Dにおける渦の一斉発生を抑えて送風異音の低減効果を発揮できる。
【0093】
(第8実施形態)
図27〜図29は第8実施形態であり、各伝熱プレート12a、12b(12cの突出部14の凸面頂部に部分的に突起14bを設けて、突出部14の打ち出し高さを突出部長手方向において部分的に変更するようにしたものである。
【0094】
より具体的には、突起14bは突出部14の長手方向に延びる細長の矩形状であり、この突起14bの長さL1は例えば、6mm程度であり、所定間隔L2(例えば、4mm程度)を開けて突起14bを突出部14の凸面頂部上に多数個設けている。このように突出部14の凸面頂部に部分的に突起14bを設けても空気流れ後端部Dにおける渦のつながりを抑えて送風異音の低減効果を発揮できる。
【0095】
(第9実施形態)
図30、31は第9実施形態であり、各伝熱プレート12a、12b(12c)の基板部13において、突出部14の空気流れ後端側の部位に貫通穴14cを設けている。
【0096】
より具体的には、貫通穴14cは突出部14の長手方向に沿う細長の矩形状であり、この貫通穴14cの長さL3は例えば、6mm程度であり、所定間隔L4(例えば、4mm程度)を開けて貫通穴14cを突出部14の空気流れ後端側の部位に多数個設けている。また、図30の配置例では、貫通穴14cの長さL3を間隔L4より大きくするとともに、空気流れ方向Aにおいて貫通穴14cの部位と、貫通穴14cを設けない部位(間隔L4の部位)が交互に形成されるように、貫通穴14cを千鳥配列にしている。
【0097】
貫通穴14cの形成部位では貫通穴14cを通過する空気流れが生じ、この空気流れにより渦の発生を抑制できるので、第9実施形態の構成によっても送風異音の低減効果を発揮できる。
【0098】
(第10実施形態)
図32〜34は第10実施形態であり、各伝熱プレートの各突出部14から空気流れ後端側あるいは空気流れ前端側へ突き出す突起14dを設けるものであり、この突起14dは空気通路を形成する対向する伝熱プレート相互間で互いにずれた位置(オフセット位置)に配置されている。
【0099】
ところで、第1実施形態の比較例の中で説明した小突起14aは図5の断面図に示すように空気通路を形成する対向する伝熱プレート相互間で当接する位置に配置されている。これにより、小突起14aは、ろう付け時に伝熱プレート積層方向の押圧力を伝熱プレートの接合面全域に作用させて、ろう付け性を向上させるものである。
【0100】
従って、この小突起14a同士の当接部は空気通路を部分的に遮断するので、その形成数を増やすと、通風抵抗を増大させたり、排水性を悪化させる。
【0101】
これに対し、第10実施形態の突起14dは、空気通路を形成する対向する伝熱プレート相互間で互いにずれた位置(オフセット位置)に配置されているので、通風抵抗の増大や排水性の悪化を生じることなく、送風異音の低減効果を発揮できる。
【0102】
(他の実施形態)
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のごとく種々変形可能である。
【0103】
▲1▼第3実施形態〜第10実施形態ではいずれも多数の突出部14にそれぞれ対応して送風異音低減のための技術手段を設ける場合について説明したが、第2実施形態と同様に第3実施形態〜第10実施形態においても、各実施形態の技術手段を多数の突出部14のうち、一部の突出部14のみに実施するようにしてもよい。
【0104】
▲2▼多数の突出部14に対して第1〜第10実施形態のいずれか1つの技術手段を一律に適用せず、多数の突出部14に対して各実施形態の技術手段を複数個組み合わせて実施するようにしてもよい。
【0105】
▲3▼上記各実施形態では、伝熱プレート12の冷媒通路19、20を冷凍サイクルの低圧側の低温冷媒が流れる蒸発器10に本発明を適用した場合について説明したが、伝熱プレート12の冷媒通路(冷熱流体通路)19、20を他の種類の冷熱流体、例えば、冷水が流れる冷却用熱交換器等にも本発明は適用できる。
【0106】
▲4▼熱交換器の分野では、2枚の伝熱プレートに相当する大きさ、形状を持った1枚のプレート材を折り曲げて、冷熱流体通路を形成することは周知技術であるから、本発明においても、このように、1枚のプレート材を折り曲げて2枚の伝熱プレート12aと12b、12aと12cに相当する部材を形成し、そして、この折り曲げた伝熱プレートの間に、冷媒通路(冷熱流体通路)19、20を形成してもよい。
【0107】
更に、この折り曲げた1組みのプレート単位を幅の狭い連結部を介して必要数だけ一体に連結することも可能である。
【0108】
従って、本明細書における「複数枚の伝熱プレート」という用語は、上記した各実施形態で開示した完全に切り離された複数枚の伝熱プレートに限定されることなく、1枚の伝熱プレートから折り曲げ形成されたプレートも包含する意味で用いている。
【0109】
▲5▼各実施形態では、伝熱プレート12a〜12cおよび突出部14が上下方向に延びるように配置しているが、この上下方向とは水平面に対する垂直方向だけに限定されるものではなく、凝縮水の排水性を損なわない範囲で伝熱プレート12a〜12cおよび突出部14を垂直方向から多少傾斜配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の前提となる比較例の熱交換器構成を示す分解斜視図である。
【図2】図1の比較例の冷媒通路を示す分解斜視図である。
【図3】図1の比較例における伝熱プレートの平面図である。
【図4】図3のA−A断面図である。
【図5】図3のB−B断面図である。
【図6】図1の比較例における空気流れの挙動の説明図である。
【図7】第1実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図8】図7のA−A断面図である。
【図9】図7のB−B断面図である。
【図10】第2実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図11】図10のA−A断面図である。
【図12】図10のB−B断面図である。
【図13】第3実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図14】(a)は図13のA−A断面図で、(b)は図13のB−B断面図である。
【図15】第1実施形態と第3実施形態の作用の相違点の説明図である。
【図16】第4実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図17】図16のA−A断面図である。
【図18】図16のB−B断面図である。
【図19】第5実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図20】図19のA−A断面図である。
【図21】図19のB−B断面図である。
【図22】第6実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図23】図22のA−A断面図である。
【図24】第7実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図25】図24のA−A断面図である。
【図26】(a)は図24のB−B断面図、(b)は(a)のC部拡大図である。
【図27】第8実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図28】(a)は図27のA−A断面図、(b)は図27のB−B断面図である。
【図29】(a)は図27のC−C断面図、(b)は図27のD−D断面図、(c)は(a)の一部拡大図、(d)は(b)の一部拡大図である。
【図30】第9実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図31】図30のA−A断面図である。
【図32】第10実施形態における伝熱プレートの一部平面図である。
【図33】図32のA−A断面図である。
【図34】図32のB−B断面図である。
【符号の説明】
12a〜12c…伝熱プレート、14…突出部、15〜18…タンク部、
19、20…冷媒通路。
Claims (7)
- 伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、前記突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
前記突出部(14)の外部側にて前記冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、前記突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を前記伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
前記突出部(14)の側面に突出部幅方向の凹凸部を形成して前記突出部(14)の側面に前記突出部幅方向で屈曲する形状を前記上下方向に延びるように設けることにより前記渦分断手段が構成されることを特徴とする冷却用熱交換器。 - 前記複数の突出部(14)相互の屈曲形状の位相をずらすことを特徴とする請求項1に記載の冷却用熱交換器。
- 前記突出部(14)の空気流れ方向前後の両側面のうち空気流れ後端側の側面のみに、前記突出部幅方向で屈曲する形状が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の冷却用熱交換器。
- 伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、前記突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
前記突出部(14)の外部側にて前記冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、前記突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を前記伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
前記突出部(14)の突き出し高さを前記冷熱流体の流れ方向において変更することにより前記渦分断手段が構成されることを特徴とする冷却用熱交換器。 - 伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、前記突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
前記突出部(14)の外部側にて前記冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、前記突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を前記伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
前記突出部(14)の凸面頂部に突起(14b)を部分的に設けることにより前記渦分断手段が構成されることを特徴とする冷却用熱交換器。 - 伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、前記突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
前記突出部(14)の外部側にて前記冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、前記突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14b、14c、14d)を前記伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
前記突出部(14)から前記空気の流れ方向前後の少なくとも一方へ突き出す複数の突起(14d)を互いに位置をずらして設けることにより前記渦分断手段が構成されることを特徴とする冷却用熱交換器。 - 伝熱プレート(12a〜12c)に、上下方向に連続して延びる形状からなる複数の突出部(14)を形成するとともに、前記突出部(14)の内側に冷熱流体の流れる冷熱流体通路(19、20)を構成し、
前記突出部(14)の外部側にて前記冷熱流体の流れ方向と交差する方向に空気が流れるようにし、
更に、前記突出部(14)の空気流れ後端側での突出部長手方向に沿った渦のつながりを分断する渦分断手段(14c)を前記伝熱プレート(12a〜12c)に備え、
前記伝熱プレート(12a〜12c)において前記突出部(14)近傍に、空気が通過する貫通穴(14c)を設けることにより前記渦分断手段が構成され、
前記貫通穴(14c)は前記突出部(14)の長手方向に沿う細長の矩形状にて多数個設けられており、
前記貫通穴(14c)の長さ(L3)は前記貫通穴(14c)相互の間隔(L4)より大きくなっており、
前記空気の流れ方向(A)において前記貫通穴(14c)の部位と前記貫通穴(14c)を設けない部位が交互に形成されるように前記貫通穴(14c)を千鳥配列にしたことを特徴とする冷却用熱交換器。
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