JPH0213788A - 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］ 本発明はサーペンタインチューブとコルゲートフィンと
を組み合わせて構成される熱交換器に関する。

［従来の技術〕 従来、この種の熱交換器は、第１１図に示すように入口
ヘッダ１０１と出口ヘッダ１０２とを２本のチューブ１
０３ａ、１０３ｂで接続した２パス熱交換器１００が主
流であった。

従って、熱交換器１００に供給された流体は、入口ヘッ
ダ１０１より分岐して各チューブ１０３ａ、１０３ｂを
流れ、それぞれ熱交換を行った後、出口ヘッダ１０２に
至る。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した熱交換器の適用例として車両用冷凍サイクルの
冷媒凝縮器あるいは冷媒蒸発器を考えた場合、近年、冷
房能力向上の要求が強まる一方、車両への搭載スペース
の制約が大きくなっていることから、ますます熱交換器
の小型化、高性能化が要求されている。

そこで、高性能化の一手段として、コルゲートフィンの
高さを低くしてフィン効率を上げる方法がある。ところ
が、フィンの高さを低くするためにはチューブのピッチ
を小さくする必要があるが現状ではピッチを小さくする
ためのチューブの曲げ加工が難しく、従って、フィンの
高さを低くすることが困難である。

仮にチューブの厚さを薄くすることでデユープの曲げ加
工を可能とし、フィンの高さを低くすることができたと
しても、従来の熱交換器と同一コアサイズで比較した場
合、２バス熱交換器では、１バスあたりのチューブの長
さが長くなるとともに、チューブの厚さを薄くしている
ことから冷媒の通路断面積が小さくなり、その結果、冷
媒の圧力損失が増大してフィンの高さを低くした効果が
低減してしまう。

このようなことから、従来の２バス熱交換器では、その
熱交換性能をさらに向上させることが困難であった。

また、１バスあたりのチューブの長さを短くするために
４バス以上の熱交換器を考えた場合には、チューブの数
が多くなるために入口ヘッダおよび出口ヘッダと各チュ
ーブとの組み付は部分の構造・　　が複雑となり、熱交
換器の組み付は性および生産性が低下する。その上、熱
交換に関与しないデッドスペースが増加する問題点が生
じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、組み付は性を低下させることなく熱交換性能を向上
させた熱交１梃器を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するために、熱交換用の流体通
路である偏平チューブを蛇行状に屈曲させてなる複数本
のサーペンタインチューブと、前記サーペンタインチュ
ーブの間隙に介挿されたコルゲートフィンと、熱交換用
の流体を流入させるとともに、該流体を前記複数本のサ
ーペンタインチューブに分配する入口ヘッダと、前記複
数本のサーペンタインチューブを通過した流体を集合さ
せて流出させる出口ヘッダとを備えた熱交換器において
、前記サーペンタインチューブの数を３本に設定すると
ともに、前記サーペンタインチューブの厚さを３〜４１
ＩＩＩ１１、および前記コルゲートフィンの高さを１１
〜１４ｕの範囲に設けたことを技術的手段とする。

［作用および発明の効果］ 上記構成よりなる本発明は、サーペンタインチューブの
厚さを３〜４關の範囲（従来では約５龍〉に設けたこと
により、チューブのピッチを従来より小さく設定してチ
ューブの曲げ加工を行うことが可能となる。

従って、コルゲートフィンの高さを１１〜１４ｍｍの範
囲（従来では約１６＋ｎｍ）に設けてフィン効率を向上
させることができるとともに、サーペンタインチューブ
の数を３本に設定することで１バスあたりのチューブの
長さを短くすることができ、従来の主流であった２バス
熱交換器と比較して圧力損失を減少させることができる
。

［実施例］ 次に、本発明の熱交換器を冷凍サイクルの冷媒凝縮器に
適用した場合の一実施例を説明する。

第１図はサーペンタインチューブとコルゲートフィンと
の各寸法を示す冷媒′ａ縮器の部分断面図、第２図は冷
媒凝縮器の斜視図である。

本実施例の冷媒凝縮器１は、冷媒の流通路となる偏平チ
ューブ２と放熱用のコルゲートフィン３とを組み合わせ
て構成され、偏平デユープ２は、それぞれ蛇行状に屈曲
形成された３本のサーペンタインチューブ（以下チュニ
ブと呼ぶ）２ａ、２ｂ、２ｃからなる。

３本のチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃの上流端（第２図右側
）および下流端（第２図左側）には、図示しない冷媒圧
縮機より供給されたガス状冷媒を導入して３本のチュー
ブに分配する入口へラダ４、および３本のチューブを通
過する際に空気と熱交換されて凝縮液化された冷媒が集
合する出口へラダ５が設けられている。

３本のチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃとコルゲートフィン３
とにより冷媒凝縮器１のコア１ａが形成され、第２図に
示すように、チューブ２ａがコア１ａの上部位置、デユ
ープ２ｂがコア１ａの中間位置、およびチューブ２Ｃが
コア１ａの下部位置となるように配置されるとともに、
それぞれのチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃの間隙にコルゲー
トフィン３が介挿されている。

デユープ２は、アルミニウム、あるいはアルミニウム合
金の押出し成形によるもので、その断面形状が清平な長
円形となるように形成されるとともに、内部に複数の冷
媒流路２０が形成されている。

デユープ２の各寸法は、第１図に示すように、チューブ
２の厚さＡが３〜４ｉｌＩ１１、チューブ２の幅Ｂが１
６〜３２ｍｍ、外周肉厚Ｃが０．４〜０．８１１１ｍ、
内柱肉厚りが０．３〜０．８ｍｍ、内柱ピッチＰが１．
８〜３．０ｉｎ、曲げ半径Ｒが７〜９ｍｍの範囲に設け
られている。

コルゲートフィン３は、アルミニウムの帯状の板材を波
形に屈曲成形したもので、第１図に示すように、フィン
の高さＦＨが１１〜１４ＩＩｌ１ｍ、フィンピッチＦＰ
が２．５〜５ｍ１１１、フィンの板厚［■が０．０８〜
，０．１６ｍｍの範囲に設けられている。

またコルゲートフィン３の表面には、冷媒凝縮器１への
空気の流入方向に沿って所定の角度で切り起こされた複
数のルーバ６が形成され、このルーバ６は、第１図に示
すように、ルーバピッチＲＰが０．８〜１．７ｍｍ、ル
ーバ傾斜角θが２４〜・３０度の範囲に設けられている
。

ここで、上記チューブ２ａ、２ｂ、２Ｃとコルゲートフ
ィン３との組み付けについて説明する。

まず、３本のチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃのそれぞれの間
隙にコルゲートフィン３を介挿させる（第３図参照）。

次に、中央に配置されるチューブ２ｂの」二流端および
下流端に入口へラダ４および出口ヘッダ５を取り付ける
（第４図参照）。

その後、中央のチューブ２ｂと上下のチューブ２ａ、２
Ｃとの間隙にコルゲートフィン３を介挿させるとともに
、第６図に示すように、上下のチューブ２ａ、２Ｃの各
上流端および下流端を中央のチューブ２ｂに取り付けた
入口ヘッダ４および出口ヘッダ５に取り付けることによ
り組み付けが完了する（第５図参照）。

なお、チューブ２ａ、２ｂ、２Ｃおよびコルゲートフィ
ン３は、あらかじめ表面にろう材がクラッドされており
、上述のように組み付けた後、炉内でろう材の融点温度
以上に加熱してろう材を溶かすことによりろう付は接合
される。

上記したように、チューブ２の厚さＡを３〜４ｍｍの範
囲に設定することにより、チューブ２の曲げ半径Ｒを小
さくすることができ（本実施例では、曲げ半径Ｒ７〜９
ｍｍ）　、コルゲートフィン３の高さＦＨを１１〜１４
ｍｍの範囲に設定することができる。

従って、チューブの厚さが約５■、コルゲートフィンの
高さが約１６ｍｍであった従来の熱交換器と比較して、
本実施例の冷媒凝縮器１では、コルゲートフィン３の高
さＦＨを低くしたことによりフィン効率が」二がり、放
熱能力が向上する。

このようにチューブ２の厚さＡを薄くするとともに、コ
ルゲートフィン３の高さトＨを低くしな際に、従来どお
りチューブ２を２パスとしてコア１ａを形成した場合に
は、冷媒の通路断面積が小さくなるとともに１バスあた
りのチューブ２の長さが長くなり、冷媒の圧力損失が増
加してしまう。このため本発明では、冷媒の圧力損失を
増加させないように１バスあたりのチューブ２の長さが
短くなるようにチューブ２を３パスとしてコア１ａを形
成した。

１バスあたりのチューブ２の長さを短くするためにデユ
ープ２を４バス以上、とすることも省えられるが、チュ
ーブ２の数が多くなるにしたがって入口ヘッダ４および
出口へ；ンダ５と各チューブ２との組み付は部分の構造
が複雑となり、熱交換器の組み付は性および生産性が低
下する。その上、熱交換に関与しないデッドスペースが
増加する問題点が生じる。

そこで、３パスのチューブ２が最適であることを得るた
め、以下に、冷媒凝縮器１の放熱性能の面から最適なチ
ューブ２のバス数を検討した結果を示す。

ここでは、一定条件の下でチューブ２のパス数のみを変
えた場合の冷媒凝縮器１の放熱性能を推定（計算）した
。そのチューブ２のパス数と放熱性能との関係を第７図
のグラフに示す。

なお、コアサイズ６４６Ｘ　３１９Ｘ２２、フィンピッ
チ４１１１、空気入口温度３５℃、冷媒入口圧力１６ｋ
ｉｒ／ｃＡ　ａｂｓ、スーパヒート２０℃、サブクール
Ｏ℃の条件の下でチューブ２のパス数を１〜５として推
定（計算）した。

また、（イ）のグラフは前面風還りａ＝２．０ｍ／ｓの
場合、 （ロ）のグラフは前面風速υａ＝２．５ｍ／ｓの場合、
（ハ）のグラフは前面風速Ｕａ＝３．５ｍ／ｓの場合、
（ニ）のグラフは前面風速Ｕａ＝　４．５ｍ／ｓの場合
、（ホ）のグラフは前面風速Ｕａ＝５．５ｍ／ｓの場合
の推定（計算）結果である。

これらの推定（計算）結果より前面風速Ｕａ＝２゜０ｍ
／ｓの場合以外では、チューブ２のパス数を３とした場
合に放熱性能が優れていることが確認された。

このようにチューブ２を３パスとしてコア１ａを形成し
た本実施例の冷媒凝縮器１と、従来の２バス熱交換器と
を比較した場合、第８図のグラフに示すように、同一通
風抵抗で放熱性能が１７％向上した結果を得ることがで
きた。なお第８図のグラフにおいて、グラフ（へ）は、
従来の２バス熱交換器の前面風速と放熱性能との関係を
示し、グラフ（ト）は、本実施例の冷媒凝縮器１の前面
風速と放熱性能との関係を示す。

上述したように、デユープ２を３バスに設定するととも
に、チューブ２の厚さＡを３〜４ＩＩＩＩ１１、コルゲ
ートフィン３の高さＦＨを１１〜１４ｍｍの範囲に設け
たことにより、フィン効率を上げて放熱性能を向上させ
ることができ、従来の２バス熱交換器より高性能な熱交
換器を提供することができる。また、高性能化できるこ
とにより、従来と同程度の性能を維持した場合には小型
化することができ、性能面より車両への搭載スペースを
重視する場合に対応することができる。

第９図および第１０図に本発明の第２実施例を示す。

本実施例では、入口ヘッダ４および出口ヘッダ５をヘッ
ダの軸方向に対して２分割されるように形成したもので
ある。

従って、入口ヘッダ４および出口ヘッダ５を取り付ける
際には、すべてのチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃとコルゲー
トフィン３とを所定の位置に組み付けた後、第９図に示
すように、チューブ２の幅方向の両側より分割された入
口ヘッダ４ａ、４ｂおよび出口ヘッダ５ａ、５ｂを嵌め
合わせるようにして取り付けるものである。

なお、第１０図は入口ヘッダ４（あるいは出口へラダ５
）をチューブ２ａ、２ｂ、２Ｃに取り付けた状態を示す
斜視図である。

（変形例） 上記実施例では、本発明の熱交換器を冷媒凝縮器に適用
した場合を例示したが、冷媒凝縮器に限定する必要はな
く、冷媒蒸発器、温水式のヒータコアなど他の熱交換器
に適用しても良い。

実施例中において、チューブ２、コルゲートフィン３、
およびルーバ６の各寸法を示したが、チューブ２の厚さ
、およびコルゲートフィン３の高さ以外の寸法に関して
は例示した寸法に限定する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の第１実施例であり、第１
図はサーペンタインチューブとコルゲートフィンとの各
寸法を示す冷媒凝縮器の部分断面図、第２図は冷媒凝縮
器の斜視図、第３図ないし第５図は冷媒ａＷＪ器の組み
付は説明図、第６図は入口ヘッダ（あるいは出口ヘッダ
）とチューブとの組付状態を示す斜視図、示７図はチュ
ーブのパス数と放熱性能との関係を示すグラフ、第８図
は冷媒凝縮器の放熱性能の向上を示すグラフ、第９図お
よび第１０図は本発明の第２実施例であり、第９図は入
口ヘッダ（あるいは出口ヘッダ）とチューブとの組み付
は説明図、第１０図は第９図で示した入口ヘッダ（ある
いは出口ヘッダ）とチューブとの組付状態図、第１１図
は従来技術による熱交換器の平面図である。 図中 １・・・冷媒凝縮器（熱交換器） ２・・・サーペンタインチューブ ３・・・コルゲートフィン ４・・・入口ヘッダ ５・・・出口ヘッダ Ａ・・・サーペンタインデユープの厚さＦ）Ｉ・・・コ
ルゲートフィンの高さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　１）熱交換用の流体通路である偏平チューブを蛇行状
   に屈曲させてなる複数本のサーペンタインチューブと、 前記サーペンタインチューブの間隙に介挿されたコルゲ
   ートフィンと、 熱交換用の流体を流入させるとともに、該流体を前記複
   数本のサーペンタインチューブに分配する入口ヘッダと
   、 前記複数本のサーペンタインチューブを通過した流体を
   集合させて流出させる出口ヘッダとを備えた熱交換器に
   おいて、 前記サーペンタインチューブの数を３本に設定するとと
   もに、 前記サーペンタインチューブの厚さを３〜４ｍｍ、およ
   び前記コルゲートフィンの高さを１１〜１４ｍｍの範囲
   に設けたことを特徴とする熱交換器。