JPH03279763A - 複式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
イブ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
フロータイブの熱交換器では、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、上記のマルチフロータイブの熱交換器におい
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股肉に、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、チューブの幅を広く設定するとそれに伴
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。

而して、本願出願人は先の出願において上記欠点を解消
するために、マルチフロータイブの熱交換器（Ａ）（Ｂ
）を複数個用い、これらを空気流通方向において前後に
並設して１の複式熱交換器に構成したものを提案した（
第１１図参照）。

しかし、このように前後に並設すると、空気流通方向に
おいてヘッダーどおしが前後に重なった状態に配置され
るため熱交換器全体としての厚さが厚くなって嵩張って
しまうという難がある。特に、取付側が車体のフロント
′グリル部分のように緩い弧状等に形成されている場合
には、それとの間にデッドスペースが生じてしまう。

この発明は上述の問題点をも解消することができ、かつ
交換熱量をより一層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、この発明は、マルチフロー
タイブの熱交換器であって、ヘッダー間寸法の異なるも
のを空気流通方向において前後隣接状態に並設して１の
複式熱交換器に構成しようというものである。

即ちこの発明は、複数本のチューブが並列状に配置され
るとともに、これら隣接チューブ間にフィンが配置され
、かつ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、ヘッダー間寸法の異なる少なくとも２個の熱
交換器を有し、これら両熱交換器が、空気流通方向にお
いて前後隣接状態に並設され、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。

作用 前後に並設した各熱交換器において流通空気と熱交換が
行われるから、全体の交換熱量は増大する。

ヘッダー間寸法の異なる熱交換器が、空気流通方向にお
いて前後隣接状態に並設されているので、ヘッダーどお
しが重なるようなこともなく熱交換器全体としての厚さ
を薄くできる。

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両熱交換器（Ａ）
と風下側の後両熱交換器（Ｂ）とからなる。

前両熱交換器（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−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）
はアルミニウム利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
良く、また押出形材によらず電縫管を用いても良いが、
いずれの場合にも内圧に十分耐え得るようにする目的で
上下両内壁面を連結する補強仕切壁ないしは補強仕切桟
等を有するものを用いることが好ましい。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
切り起こしたち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、鎖
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）
の上下端には蓋片（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、後両熱交換器（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、（２Ｇ）
　　（２Ｂ）　　（２７）　　（２７）は蓋片、（２８
）（２８）はサイトプレー１・であり、前両熱交換器（
Ａ）とほぼ同様の構成を有しているが、ヘッダー間寸法
（ＬＡ）が前両熱交換器（Ａ）のヘッダー間寸法（ＬＤ
）よりも長く設定されている。

そしてこの後両熱交換器（Ｂ）の前面側中央部に前両熱
交換器（Ａ）が、空気流通方向においてヘッダー（３）
　　（２３）、（４）　　（２４）とおしが重ならない
前後隣接状態で並設されている。

上記の前両熱交換器（Ａ）と後両熱交換器（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、後両
熱交換器（Ｂ）の左ヘッダー（２３）上部には冷媒入口
管（４０）が接続される一方、前両熱交換器（Ａ）の左
ヘッダー（３）の下部には冷媒出口管（５０）が接続さ
れている。そして後両熱交換器（Ｂ）と前両熱交換器（
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、後両熱交換器（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、前両熱交換器（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）にもそのほぼ中央
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）から後両熱交換器（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、後両熱交換器（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
）を介して前両熱交換器（Ａ）の左ヘッダー（３）の上
部に至り、ここから前両熱交換器（Ａ）のチューブ群を
３回蛇行しつつ下降して左ヘッダー（３）の下部に至り
、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、後両熱交換器（Ｂ
）から前両熱交換器（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、各熱交換器とこれに流通す
る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、前両熱交換器（Ａ）および後両熱交換器（Ｂ）の
蛇行する各通路群の通路断面積は人口側から出口側に至
るに従って、漸次的に小さくなるように設定されている
。この通路断面積の設定は、仕切板（９）　　（１０）
　　（２９）の仕切位置により定まるチューブ（２）　
　（２１）本数によって決定されるものであり、入口側
から出口側に至る各通路群を構成するチューブ本数は１
３本、１０本、８本、６本、５本、４本にそれぞれ設定
されている。このように通路断面積を漸次的に小さくし
たのは、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、後両熱交換器（Ｂ）
に流入した流入直後の冷媒はいまだ体積の大きいガス化
状態にあるが、各冷媒通路を通過するうちに熱交換され
て徐々に冷却されて液化し体積が漸減する。

従って、冷媒がガス化状態にある冷媒入口側はど冷媒通
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各通路断面積を漸減せし
めて、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。

また、後側の熱交換器（Ｂ）のフィンピッチ０ （ＰｐＡ）は前側の熱交換器（Ａ）のフィンピッチ（Ｐ
ｐＢ）より大きく設定されている。このように前後でフ
ィンピッチ（ｐｐＡ）　（ＦｐＢ）を変更したのは、圧
力損失を増大させることなく熱交換効率を向上させるた
めである。

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
６〜２０＃の範囲に、高さ（Ｈｔ）を１．５〜７ｍＩｎ
に、チューブ内の冷媒通路の高さ（Ｈｐ）を１．０＃ｌ
＃Ｉ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）　　（２１）の
間隔を６〜１６ＩＩｕｎの範囲に、フィンピッチ（Ｆ　
ｐ）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（ｗＢは、これが６ｍｍ未満では隣接チュー
ブ（１）（１）あるいは（２１）　　（２１）１ 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２
０＃を超えて広幅に形成されるとフィン（２）　　（２
２）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６〜１６＃Ｉ＃Ｉ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．　５＃
ｌＩｌ＋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゜５〜５＃ｌｌｌ＋とするのが
良い。最も好適な範囲は２゜５〜４ｍである。

チューブ（１）　　（２１）内の冷媒通路高さ（Ｈｐ）
は、これが１．、Ｏｓ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１，５〜２．０＃とするのが良い。

一方、フィン高さ（Ｈｆ）は、これが６＃未２ 満では流通空気の圧力損失が増大し、逆に１６ｍ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８〜１６ｍとするのが良
い。最も好適な範囲は８〜１２ＩｎＩｎである。

またフィンピッチ（ＰｐＡ）　（ＦｐＩ３）はいずれも
、１．６１１１１１１未満では空気の圧力損失が増大し
、逆に４．０ｍを超えると熱交換性能が劣化する。

好ましくは１．６〜３．２ｍ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、冷媒や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。

なお、上記実施例では熱交換器を前後２段に３ 並設したものを示したが、この発明はこれに限られるも
のではなく第１０図に示すように熱交換器（Ｂ）の前後
にヘッダー間寸法の小さい熱交換器（Ａ）（Ｃ）を並設
したもの、あるいはそれ以上に並設したものについても
適用しうる。

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、かつ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が、空気流通方向において前後隣接
状態に並設され、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４ 熱交換器となしうる。

しかも、前両熱交換器のヘッダー間寸法と後両熱交換器
のヘッダー間寸法とが異に設定され、これら熱交換器が
空気流通方向において前後隣接状態に並設されているか
ら、複数個の熱交換器を前後に並設した複式熱交換器で
ありながらヘッダーどおしが前後に重ならず熱交換器全
体としての厚さを薄くすることができ、コンパクト化を
図ることができると共に、取付側の形状を考慮した最適
な形状設計が可能となり、取付状態において取付側との
間のデッドスペースをなくすことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１０図はこの発明の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図は前側または後両熱交換器
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■−■線断面図、第５ ７図は第６図と同一方向から見た前側または後両熱交換
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図は他
の実施例を示す概略平面図である。第１１図は従前の複
式熱交換器の概略平面図である。 （Ｈ）・・・複式熱交換器、（Ａ）・・・前両熱交換器
、（Ｂ）・・・後両熱交換器、（１）　　（２１）・・
・チューブ、　（２）　　（２２）・・・フィン、　（
３）　　（３）（２３）　　（２４）・・・ヘッダー　
（ＬＡ）　　（ＬＢ）・・・ヘッダー間寸法。 以上 ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数本のチューブが並列状に配置されると ともに、これら隣接チューブ間にフィンが配置され、か
   つ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、ヘッダー間寸法の異なる少なくとも２個の熱交換
   器を有し、これら両熱交換器が、空気流通方向において
   前後隣接状態に並設され、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複
   式熱交換器。