JP2001133076A

JP2001133076A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2001133076A
Application number: JP31850499A
Authority: JP
Inventors: Hirohiko Watanabe; 寛彦渡辺
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 1999-11-09
Publication date: 2001-05-18

Abstract

(57)【要約】【課題】通路抵抗の増大を防止しつつ、高い熱交換性
能を得ることができる熱交換器を提供する。【解決手段】本発明は、マルチフロータイプの熱交換
器を対象とする。熱交換チューブ１０が、内周面に凹凸
のない複数の熱交換通路１１ａが、チューブ幅方向に並
列状に設けられた第１熱交換チューブ１１と、内周面に
凸状のインナーフィン１５を有する複数の熱交換通路１
２ａがチューブ幅方向に並列状に設けられた第２熱交換
チューブ１２とを具備する。各パスＰ１〜Ｐ３における
総熱交換チューブ１０に対する第１熱交換チューブ１１
の設置本数の比率が、乾き度が高いパスほど小さくなる
ように、各パスＰ１〜Ｐ３ごとに設定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カーエアコン用
のコンデンサとして好適に採用することができる熱交換
器に関する。

【０００２】

【発明の背景】従来、カーエアコン用のコンデンサとし
て、マルチフロータイプと称される熱交換器からなるも
のが周知である。このコンデンサは、一対のヘッダー間
に、両端を連通接続した多数の熱交換チューブが並列状
に配置されてコアが形成される一方、ヘッダー内に設け
られた仕切部材により、多数の熱交換チューブが複数の
パスに区分けされている。そして、冷媒を各パスに順に
通して蛇行状に流通させるとともに、その流通時に冷媒
を、外気との間で熱交換させて凝縮させるものである。

【０００３】従来、上記ヘッダータイプの熱交換器にお
いて、熱交換チューブとしては、高さが幅よりも小さい
扁平状のチューブからなり、複数の熱交換通路が並列状
に設けられたものが通常用いられているが、これ以外に
も、高性能化を目的として、種々の熱交換チューブが開
発されている。

【０００４】例えば、熱交換通路の内周面に、チューブ
長さ方向に延びる多数の筋状凸部（インナーフィン）が
設けられたインナーフィン付き熱交換チューブや、隣り
合う熱交換通路間の仕切壁に冷媒混合用開口が設けられ
た通路間連通型熱交換チューブ等が開発された。

【０００５】しかしながら、インナーフィン付き熱交換
チューブや、通路間連通型熱交換チューブ等の熱交換チ
ューブは、インナーフィン等の無い通常の熱交換チュー
ブと比べて、熱伝達性に優れ、高い熱交換性能を得るこ
とができるが、インナーフィンや、冷媒混合用開口が、
流通する冷媒の抵抗となるので、チューブ内の通路抵抗
は増大してしまう。

【０００６】これに対し、インナーフィン等が無い通常
の熱交換チューブは、インナーフィン付き熱交換チュー
ブや通路間連通型熱交換チューブと比べて、チューブ内
の通路抵抗は低減するものの、熱交換性能の面で遜色が
ある。

【０００７】この発明は、上記の点に鑑みてなされたも
ので、チューブ内における通路抵抗の低減を図りつつ、
高い熱交換性能を得ることができ、効率良く熱交換する
ことができる熱交換器を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような状況下におい
て、上記目的を達成するため、本発明者は鋭意研究を行
い、以下の知見を得た。

【０００９】まず、上記のようなマルチフロータイプの
熱交換器は、冷媒を相変化させるものであるため、各パ
スを通過する冷媒は、各パスごとにおいて、冷媒の乾き
度が異なっている。例えばコンデンサにおいては、下流
側に向かうに従って、各パスにおける冷媒の乾き度が低
くなる。

【００１０】乾き度の高い冷媒は、外気との温度差が大
きい上、冷媒の相変化量も多いので、放熱し易い状態で
あるのに対し、乾き度の低い冷媒は、外気との温度差が
小さい上、冷媒の相変化量も少ないので、放熱し難くい
状態となっている。つまり、乾き度の高い気相冷媒は、
放熱し易いのため、内周面に凹凸のあるインナーフィン
付きの高性能の熱交換チューブを用いた場合、通路抵抗
の増大による影響を加味したとしても、冷媒放熱量の増
大による効果が大きく、効率良く熱交換することができ
る。

【００１１】これに対し、乾き度の低い液相冷媒は、放
熱し難いため、インナーフィン付きの高性能の熱交換チ
ューブを用いた場合、冷媒放熱量の増大効果に対し、通
路抵抗の増大による影響が大きくなってしまう。つま
り、乾き度の低い冷媒に対しては、インナーフィン付き
の熱交換チューブを用いるよりむしろ、チューブ内の通
路抵抗が低いインナーフィン無しの熱交換チューブを用
いて、通路抵抗を低下させる方が、効率良く熱交換する
ことができる。

【００１２】以上のような知見を基に、更に本発明者
は、綿密な実験を引き続き行った結果、本発明の目的を
達成可能な特有の構成を見出し、本発明をなすに至っ
た。

【００１３】すなわち本発明は、間隔をおいて互いに平
行に配置される一対のヘッダー間に、両端を両ヘッダー
に連通接続する複数の熱交換チューブが配置されてコア
が形成される一方、前記ヘッダーの内部に設けられた仕
切部材により、前記複数の熱交換チューブが、少なくと
も２つ以上のパスに区分けされて、それらの各パスを冷
媒が順に通過して蛇行状に流れる熱交換器において、前
記熱交換チューブが、内周面に凹凸のない複数の熱交換
通路がチューブ幅方向に並列状に設けられた第１熱交換
チューブと、内周面に凸状のインナーフィンを有する複
数の熱交換通路がチューブ幅方向に並列状に設けられた
第２熱交換チューブとを具備し、各パスにおける熱交換
チューブの総設置本数に対する第１熱交換チューブの設
置本数の比率（第１熱交換チューブ設置率）が、第１パ
ス及び最終パスのうち冷媒の乾き度が高い方のパスにお
いて、低くなるよう設定されてなるものを要旨としてい
る。

【００１４】この発明の熱交換器においては、熱交換通
路に凹凸のない第１熱交換チューブと、熱交換通路に凸
状のインナーフィンを有する第２熱交換チューブとを用
い、第１熱交換チューブの設置率を、第１パス等の乾き
度の高いパスでは低く設定して、最終パス等の乾き度の
低いパスでは高く設定するものである。このため例えば
乾き度の高いパスでは、熱伝達性に優れたフィン付きの
第２熱交換チューブが多く設置されるため、このパスを
通過する乾き度の高い冷媒は、十分に放熱される。

【００１５】また乾き度の低いパスでは、凹凸のない第
１熱交換チューブが多く設置されるため、このパスを通
過する乾き度の低い冷媒は、スムーズに流通して、通路
抵抗の増大による悪影響を低減させることができる。

【００１６】本発明の熱交換器は、第１パスから最終パ
スにかけて、冷媒の乾き度が次第に低くなるようなカー
エアコン用コンデンサ等に好適に採用することができ
る。すなわち、本発明は、前記第１パスの第１熱交換チ
ューブ設置率が、前記最終パスの第１熱交換チューブ設
置率よりも低く設定されてなる構成を採用するのが好ま
しい。

【００１７】一方、本発明においては、各パスの第１熱
交換チューブ設置率や、第１及び第２熱交換チューブの
総通路断面積を特定の値に設定するのが好ましい。

【００１８】すなわち本発明においては、前記複数のパ
スのうち、第１パスの第１熱交換チューブ設置率が、０
〜３０％に設定されてなる構成を採用するのが良い。

【００１９】更に本発明においては、前記複数のパスの
うち、最終パスの第１熱交換チューブ設置率が、７０〜
１００％に設定されてなる構成を採用するのが望まし
い。

【００２０】更に本発明においては、前記パスが３つ以
上設けられ、中間パスの第１熱交換チューブ設置率が、
３０〜７０％に設定されてなる構成を採用するのが、一
層好ましい。

【００２１】また本発明においては、前記第１熱交換チ
ューブの前記第２熱交換チューブに対する総通路断面積
の比率が、７５〜１２５％に設定されてなる構成を採用
するのが、一層望ましい。

【００２２】更に本発明においては、前記中間パスが複
数設けられ、中間パスのうち、上流側に配置されるパス
の第１熱交換チューブ設置率が、下流側に配置されるパ
スの第１熱交換チューブ設置率に対し同等もしくは低く
設定されてなる構成を採用するのが、より一層好まし
い。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施形態である
熱交換器が適用されたマルチフロータイプのカーエアコ
ン用コンデンサを示す正面図である。同図に示すよう
に、このコンデンサのコア（１）は、互いに間隔をおい
て対峙した左右一対の垂直方向に沿うヘッダー（２）
（２）が設けられる。この一対のヘッダー（２）（２）
間には、多数の熱交換チューブ（１０）が、それらの両
端を両ヘッダー（２）（２）に連通接続した状態で、上
下方向に所定の間隔おきに並列状に配置される。更に熱
交換チューブ（１０）の各間、及び最外側の熱交換チュ
ーブ（１０）の外側に、コルゲートフィンからなるアウ
ターフィン（３）が配置されるとともに、最外側の熱交
換チューブ（１０）の外側には、帯状のサイドプレート
（４）が配置されている。

【００２４】また一方側（右側）ヘッダー（２）の上
部、及び他方側（左側）ヘッダー（２）の下部には、ヘ
ッダー内部を仕切る仕切部材（５）（５）が設けられ、
この仕切部材（５）（５）により、上記多数の熱交換チ
ューブ（１０）が複数本ずつに区分けされて、３つのパ
ス（Ｐ１）〜（Ｐ３）が形成される。

【００２５】また一方側ヘッダー（２）の上部には、入
口用ユニオン部材（２ａ）が取り付けられるとともに、
他方側ヘッダー（２）の下部には、出口用ユニオン部材
（２ｂ）が取り付けられている。

【００２６】そして、このコンデンサにおいては、入口
側ユニオン部材（２ａ）から流入されるガス冷媒は、第
１ないし第３パス（Ｐ１）〜（Ｐ３）を順に蛇行状に流
れるとともに、その流通時に、外気との熱交換により凝
縮されて液冷媒となり、その液冷媒が出口側ユニオン部
材（２ｂ）から流出される。この凝縮過程において、入
口側ユニオン部材（２ａ）から流入される冷媒は、乾き
度がほぼ１００％であり、図２に示すように、その冷媒
が第１パス（Ｐ１）の上流部を通過する際に、乾き度
（ｘ）が９０〜１００％、第１パス（Ｐ１）の下流部を
通過する際に６０〜８０％、第２パス（Ｐ２）の上流部
を通過する際に４０〜６０％、第２パス（Ｐ２）の下流
部を通過する際に３０〜４０％、第３パス（Ｐ３）の上
流部を通過する際に２０〜３０％、第３パス（Ｐ３）の
下流部を通過する際に０〜２０％となり、最終的には、
乾き度がほぼ０％となって、出口側ユニオン（２ｂ）か
ら流出される。このように冷媒は、第１パス（Ｐ１）か
ら第３パス（Ｐ３）に向かうに従って、乾き度（ｘ）が
次第に低くなる。

【００２７】一方、本実施形態において、熱交換チュー
ブ（１０）は、第１及び第２熱交換チューブ（１１）
（１２）によって構成されている。

【００２８】第１熱交換チューブ（１１）は、図３に示
すように、チューブ高さ（Ｔh ）がチューブ幅（Ｔw ）
よりも小さい扁平チューブからなり、内部に長さ方向に
延びる８つの熱交換通路（１１ａ）が幅方向に並列状に
設けられている。

【００２９】第２熱交換チューブ（１１）は、図４に示
すように、外径サイズが上記と同様な扁平チューブから
なり、内部に長さ方向に延びる５つの熱交換通路（１２
ａ）が幅方向に並列状に設けられている。更に図４及び
図５に示すように熱交換通路（１２ａ）の内周面には、
長さ方向に連続状に延びる凸状のインナーフィン（１
５）が周囲方向に適当な間隔おきに複数形成されてい
る。

【００３０】ここで、第１及び第２熱交換チューブ（１
１）（１２）を対比しながら、構成上の相違について説
明すると、まず第１熱交換チューブ（１１）は、その熱
交換通路（１１ａ）の本数が８本であり、第２熱交換チ
ューブ（１２）のそれは５本であり、第１熱交換チュー
ブ（１１）の通路本数が第２熱交換チューブ（１２）の
通路本数よりも多くなっている。

【００３１】更に第１熱交換チューブ（１１）における
熱交換通路（１１ａ）の単独通路断面積は、第２熱交換
チューブ（１２）における熱交換通路（１２ａ）の単独
通路断面積よりも小さく形成されるとともに、第１熱交
換通路（１１ａ）の濡れ周囲長は、第２熱交換通路（１
２ａ）の濡れ周囲長よりも短く形成されている。

【００３２】また第１熱交換チューブ（１１）の総通路
断面積は、第２熱交換チューブ（１２）における熱交換
通路（１２ａ）の総通路断面積とほぼ等しく形成されて
いる。具体的には、本発明において、第１熱交換チュー
ブ（１１）の総通路断面積は、第２熱交換チューブ（１
２）の総通路断面積に対し、７５〜１２５％の比率、よ
り好ましくは、下限値を９０％以上、上限値を１１０％
以下に設定するのが良い。すなわち、これらの総通路断
面積が互いに大きく異なる場合、第１及び第２熱交換チ
ューブ（１１）（１２）間において、冷媒の流量が大き
く異なるので、冷媒がスムーズに流れ難くくなる恐れが
ある。

【００３３】また第１熱交換通路（１１ａ）の相当直径
は、第２熱交換通路（１２ａ）の相当直径とほぼ等しく
形成されている。具体的には、第１熱交換通路（１１
ａ）の相当直径は、第２熱交換通路（１２ａ）の相当直
径を１００％としたとき、９０〜１１０％、より好まし
くは、下限値を９５％以上、上限値を１０５％以下に設
定するのが良い。すなわち、両熱交換通路（１１ａ）
（１２ａ）間の相当直径が大きく異なる場合には、両熱
交換通路（１１ａ）（１２ａ）間において、バランス良
く熱交換することが困難になり、効率良く熱交換するこ
とが困難になる恐れがある。

【００３４】なお参考までに、本実施形態において、第
１熱交換チューブ（１１）としては、チューブ高さ（Ｔ
h ）が２．１ｍｍ、チューブ幅（Ｔw ）が１６ｍｍ、通
路高さ（Ｃh ）が１．４ｍｍ、通路幅（Ｃw ）が１．６
ｍｍのものを使用している。更に第２熱交換チューブ
（１２）としては、チューブ高さ（Ｔh ）が２．１ｍ
ｍ、チューブ幅（Ｔw ）が１６ｍｍ、通路高さ（Ｃh ）
が１．４ｍｍ、通路幅（Ｃw ）が２．７のものを使用し
ており、更にインナーフィン（１５）のピッチ（Ｆp ）
は０．３８ｍｍ、フィン高さ（Ｆh ）が０．１９ｍｍの
ものを使用している。

【００３５】また、第１熱交換チューブ（１１）の総通
路断面積は、１８．５ｍｍ²、相当直径は１．５４ｍｍ
に設定され、第２熱交換チューブ（１２）の総通路断面
積は、１８．０ｍｍ²、相当直径は１．５９ｍｍに設定
されている。

【００３６】ここで、相当直径とは、通路断面積を４倍
したものを濡れ周囲長によって除した値である。

【００３７】本実施形態の熱交換器においては、熱交換
チューブ（１０）として、上記第１及び第２熱交換チュ
ーブ（１１）（１２）を特有の割合で組み合わせて用い
るものである。すなわち、各パスにおける第１及び第２
熱交換チューブ（１１）（１２）の設置本数（熱交換チ
ューブの総設置本数）に対する第１熱交換チューブ（１
１）の設置本数の比率（第１熱交換チューブ設置率）
を、各パス（Ｐ１）〜（Ｐ３）を流れる冷媒の乾き度に
応じて、各パスごとに設定するものである。

【００３８】具体的には、パス（Ｐ１）〜（Ｐ３）のう
ち、冷媒の乾き度がもっとも高い第１パス（Ｐ１）にお
いては、第１熱交換チューブ設置率が０〜３０％に、乾
き度が中間値の中間パス（第２パスＰ２）においては、
第１熱交換チューブ設置率が３０〜７０％に、乾き度が
もっとも低い最終パス（第３パスＰ３）においては、第
１熱交換チューブ設置率が７０〜１００％に設定されて
いる。

【００３９】また、本発明においては、各パス（Ｐ１）
〜（Ｐ３）内における第１熱交換チューブ（１１）及び
第２熱交換チューブ（１２）の設置位置は、特に限定さ
れるものではないが、各パス内においても、乾き度が高
い上側の熱交換チューブに、第２熱交換チューブ（１
２）を設置するのが好ましい。

【００４０】この実施形態のコンデンサでは、例えば乾
き度の高い第１パス（Ｐ１）においては、第１熱交換チ
ューブ設置率を低く、つまり熱伝達性に優れたインナー
フィン（１５）付き第２熱交換チューブ（１２）を多く
設置しているため、第１パス（Ｐ１）を通過する乾き度
の高い冷媒は、十分に放熱される。

【００４１】また乾き度の低い第３パス（Ｐ３）におい
ては、第１熱交換チューブ設置率を高く、つまり通路内
周面にインナーフィン等の凹凸のない第１熱交換チュー
ブ（１０）を多く設置しているため、このパス（Ｐ３）
を通過する冷媒は、スムーズに流通し、通路抵抗による
悪影響を低減することができる。

【００４２】このように各パスごとの冷媒の乾き度に応
じて、インナーフィン無しの第１熱交換チューブ（１
１）と、インナーフィン付きの第２熱交換チューブ（１
２）との組合せ率を適宜設定しているため、チューブ内
における通路抵抗の増大を防止しつつ、高い熱交換性能
を得ることができ、効率良く熱交換することができ、ひ
いては冷媒サイクル全体の冷房効果を向上させることが
できる。

【００４３】更に本実施形態において、各熱交換チュー
ブ（１１）（１２）は、それぞれ同一形状の断面が連続
するものであるため、押出成形のみで簡単に製作するこ
とができる。

【００４４】なお、上記実施形態においては、本発明を
パス数が３つの熱交換器に適用する場合について説明し
たが、本発明はそれだけに限られず、パス数が２つ、あ
るいは４つ以上の熱交換器にも適用することができる。
この場合、例えばパス数が４つ以上、つまり中間パスが
２つ以上形成される場合には、中間パスのうち、上流側
に配置されるパスの第１熱交換チューブ設置率は、下流
側に配置されるパスの第１熱交換チューブ設置率に対
し、同等、もしくは低く設定するのが良い。

【００４５】また本発明においては、各パスの熱交換チ
ューブの本数や、熱交換チューブの通路数等は特に限定
されるものではない。

【００４６】

【発明の効果】以上のように、この発明の熱交換器によ
れば、熱媒体通路に凹凸のない第１熱交換チューブと、
熱媒体通路に凸状のインナーフィンを有する第２熱交換
チューブとを用い、第１パス等の乾き度の高いパスでは
第１熱交換チューブ設置率を低くして、最終パス等の乾
き度の低いパスでは第１熱交換チューブの設置率を高く
設定するものである。このため、例えば乾き度の高いパ
スでは、熱伝達性に優れたフィン付きの第２熱交換チュ
ーブが多く設置されるため、このパスを通過する冷媒
は、十分に熱交換される。また乾き度の低いパスでは、
フィン等の凹凸の無い第１熱交換チューブが多く設置さ
れるため、このパスを通過する冷媒は、スムーズに流通
して、通路抵抗による悪影響を回避することができる。
このように通路抵抗の低減を図りつつ、高い熱交換性能
を得ることができ、効率良く熱交換することができると
いう効果がある。

【００４７】本発明においては、各パスごとの第１熱交
換チューブ設置率を特定値に設定したり、第１及び第２
熱交換通路間の総通路断面積比率を特定値に設定する場
合には、上記の効果を、より確実に得ることができると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施形態である熱交換器が適用され
たカーエアコン用コンデンサを示す正面図である。

【図２】実施形態のコンデンサにおける各パスの冷媒乾
き度を示す正面図である。

【図３】実施形態のコンデンサに適用された第１熱交換
チューブを示す断面図である。

【図４】実施形態のコンデンサに適用された第２熱交換
チューブを示す断面図である。

【図５】図４の一点鎖線で囲まれる部分を拡大して示す
断面図である。

【符号の説明】

１…コア２…ヘッダー１０…熱交換チューブ１１…第１熱交換チューブ１１ａ、１２ａ…熱交換通路１２…第２熱交換チューブ１５…インナーフィンＰ１〜Ｐ３…パス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】間隔をおいて互いに平行に配置される一
対のヘッダー間に、両端を両ヘッダーに連通接続する複
数の熱交換チューブが配置されてコアが形成される一
方、前記ヘッダーの内部に設けられた仕切部材により、
前記複数の熱交換チューブが、少なくとも２つ以上のパ
スに区分けされて、それらの各パスを冷媒が順に通過し
て蛇行状に流れる熱交換器において、前記熱交換チューブが、内周面に凹凸のない複数の熱交
換通路がチューブ幅方向に並列状に設けられた第１熱交
換チューブと、内周面に凸状のインナーフィンを有する
複数の熱交換通路がチューブ幅方向に並列状に設けられ
た第２熱交換チューブとを具備し、各パスにおける熱交換チューブの総設置本数に対する第
１熱交換チューブの設置本数の比率（第１熱交換チュー
ブ設置率）が、第１パス及び最終パスのうち冷媒の乾き
度が高い方のパスにおいて、低くなるよう設定されてな
ることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】前記第１パスの第１熱交換チューブ設置
率が、前記最終パスの第１熱交換チューブ設置率よりも
低く設定されてなる請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】前記第１パスの第１熱交換チューブ設置
率が、０〜３０％に設定されてなる請求項２記載の熱交
換器。
【請求項４】前記最終パスの第１熱交換チューブ設置
率が、７０〜１００％に設定されてなる請求項２又は３
記載の熱交換器。
【請求項５】前記パスが３つ以上設けられ、中間パス
の第１熱交換チューブ設置率が、３０〜７０％に設定さ
れてなる請求項２ないし４のいずれかに記載の熱交換
器。
【請求項６】前記第１熱交換チューブの前記第２熱交
換チューブに対する総通路断面積の比率が、７５〜１２
５％に設定されてなる請求項２ないし５のいずれかに記
載の熱交換器。
【請求項７】前記中間パスが複数設けられ、中間パス
のうち、上流側に配置されるパスの第１熱交換チューブ
設置率が、下流側に配置されるパスの第１熱交換チュー
ブ設置率に対し同等もしくは低く設定されてなる請求項
５記載の熱交換器。