JP2004053045A - 複式熱交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の小型化を図り、構成部材の削減及び製造工数の低減が図れ、変形を抑制して寸法精度の向上が図れるようにした複式熱交換装置を提供すること。
【解決手段】並設される複数の熱交換器１０の一方のヘッダーパイプ１１ａの両端のうちの少なくとも一方の端部及び他方のヘッダーパイプ１１ｂの両端のうちの少なくとも一方の端部に、それぞれろう付け接合されるマニホールド２０Ａ，２０Ｂを具備する複式熱交換装置において、マニホールド２０Ａ，２０Ｂに、隣接部が当接されるヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂの開口端１１ｃ，１１ｄの全てと連通する連通路を有する接合基部２２と、この接合基部２２の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部２５及び熱媒体流出口部２６とを設け、隣接するヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂをろう付け一体接合する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複式熱交換装置に関するもので、更に詳細には、例えば空気、水あるいはオイル等の熱媒体を使用する熱交換器を複数並設してなる複式熱交換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば工業用低温圧縮乾燥装置においては、コンプレッサから供給される高温の圧縮空気を、例えばフロンガス等の熱媒体（冷媒）を用いた熱交換器に直接導入すると、熱交換器において圧縮空気の持つ顕熱と湿分の凝縮潜熱量を同時に除去しなければならないため、冷凍負荷が大きくなり、熱交換器の容量が大きく、設備も大きくなると共に、設備費用や運転費用も高価なものになる。
【０００３】
そのため、このようなコスト面を改善し、省エネ化と設備のコンパクト化を図る方策として、図９に示すように、コンプレッサ１から供給される高温の圧縮空気を、アフタークーラと称する熱交換装置２によって予め冷却してから低温圧縮乾燥装置３へ供給して低温乾燥圧縮空気を生成している。このように構成することにより、冷媒による冷却と湿分の除去負荷を軽減することができる。
【０００４】
ところで、アフタークーラ２において、大量の高温圧縮空気を冷却しようとすると、アフタークーラ２を構成する熱交換器１０には大きな熱交換面積が必要となる。しかしながら、プレートタイプフィン等で単純に熱交換面積を増大させると、それに伴い熱交換器自体も大型化してしまい、設備の大型化やコストアップになってしまうという問題がある。この問題を解決する手段として、互いに平行に配設される複数の熱交換管の間にコルゲートフィンを備えたパラレルフロー型熱交換器が使用されている。このパラレルフロー型熱交換器によれば、熱交換器自体をそれ程大型化することなく、熱交換面積を大きく取れるという効果が得られる。また、更に大きな熱交換面積を得るためには、設置場所のスペースや送風用ファンの大きさや個数の制約もあり、多くの場合は、冷却通風側の投影面積は広げずに、標準的な熱交換器を複数個並列に隣接させている。
【０００５】
従来のこの種のアフタークーラ２用熱交換器の中には、図１０ないし図１２に示すように、一対のヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂと、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ間に架設される互いに平行な複数の熱交換管１２と、隣接する熱交換管１２間に介在される熱交換フィン例えばコルゲートフィン１３とを具備する熱交換器１０を熱交換用空気Ａの流通方向に対して直交する状態に並設されたものがある。そして、両熱交換器１０の一方の（図において左側の）ヘッダーパイプ１１ａの両端のうちの一方の端部例えば上端部、及び、他方の（図において右側の）ヘッダーパイプ１１ｂの両端のうちの他方の端部例えば下端部に、冷媒（被冷却体、熱媒体）の流入口４ａ又は流出口４ｂを有するマニホールド５Ａ，５Ｂを、接合部材６及びＯリング７を介して装着されていた。なお、熱交換器の上端部と下端部にはサイドプレート８が設けられており、このサイドプレート８と熱交換管１２との間にコルゲートフィン１３が介在されている。
【０００６】
上記のように構成されるアフタークーラ２（熱交換装置）を製造するには、２個の熱交換器１０，１０のヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ、熱交換管１２及びコルゲートフィン１３と接合部材６を別々にろう付け接合し、最終的にマニホールド５Ａ，５Ｂを組み合わせてボルト締結等の機械的接合にて一体製品としていた。なお、アフタークーラ２を例えばファンダクト等の被取付部（図示せず）への取付を容易にするために、熱交換器１０における熱交換管１２の外方側端部に設けられたサイドプレート８にブラケット９が一体に形成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の熱交換装置においては、熱交換器１０とマニホールド５Ａ，５Ｂとの洩れ防止のためにＯリング７を介して嵌合するため、図１１に示すように、２個の熱交換器１０，１０間の寸法Ｓを所定寸法離す必要があった。そのため、図１３に示すように、両熱交換器１０，１０の隣接するヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの開口端１１ｃ，１１ｄの投影断面積が少ししか取れず、そのため、冷媒（被冷却体、熱媒体）の分流や圧力損失の悪化をきたすという問題があった。この問題を解決するためには、鉛直方向重複長さをある程度長くして分岐部の通路断面積を大きくすることが考えられるが、このようにすると、マニホールド５Ａ，５Ｂが大きくなり、熱交換装置全体が大型化すると共に、重量が嵩むという問題がある。更には、２個の熱交換器１０，１０間の隙間Ｓから熱交換用空気Ａが漏れだし、必要空気量が稼げず、性能に悪影響を与える場合があった。
【０００８】
また、従来のこの種の熱交換装置においては、熱交換器１０とマニホ−ルド５Ａ，５Ｂとの間に、接合部材６及びＯリング７を介在し、また、ブラケット９を有するサイド部材８を具備するため、構成部材が多くなると共に、製造に多くの工数がかかるという問題もあった。更には、各熱交換器１０を別々に製造した後、マニホールド５Ａ，５Ｂを介して一体化するため、熱交換器１０の変形、寸法のバラツキ等により両者の穴位置がずれ、マニホールド５Ａ，５Ｂと熱交換器１０の嵌合性が悪い場合があった。また、サイドプレートに形成されたブラケットも、変形、バラツキにより取付位置にずれが生じる虞もあった。
【０００９】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置の小型化が図れると共に、構成部材の削減及び製造工数の低減が図れ、また、変形を抑制して寸法精度の向上が図れるようにした複式熱交換装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の複式熱交換装置は、並設される複数の熱交換器が、それぞれ一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換管と、隣接する熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備し、　上記複数の熱交換器の一方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部及び他方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部に、それぞれろう付け接合されるマニホールドを具備する複式熱交換装置であって、　上記マニホールドは、隣接部が当接される上記ヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、　隣接する上記ヘッダーパイプをろう付け一体接合してなることを特徴とする（請求項１）。
【００１１】
この発明において、上記マニホールドにブラケットを一体に形成する方が好ましい（請求項２）。また、上記熱交換器におけるマニホールドを接合していない隣接するヘッダーパイプには、ブラケットを一体に形成した接合部材をろう付け接合する方が好ましい（請求項３）。
【００１２】
上記熱交換器を構成するヘッダーパイプ、熱交換管と熱交換フィン及び上記マニホールドを、それぞれアルミニウム製部材にて形成する方が好ましい。ここで、アルミニウムとは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む意味である。
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、熱交換器へ熱媒体を分岐するマニホールドは、隣接部が当接されるヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、隣接するヘッダーパイプをろう付け一体接合することで、分岐部における隣接するヘッダーパイプの開口端の投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールドの圧力損失を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。したがって、マニホールドを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。また、隣接するヘッダーパイプが一体にろう付けされているため、ヘッダーパイプ間の隙間をなくすことができる。したがって、熱交換用空気が漏れず熱交換性能の向上が図れる。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、マニホールドにブラケットを一体に形成するので、ブラケットをサイドプレートに別個に設ける場合に比べて構成部材の削減が図れると共に、製造工程の削減が図れる。また、取付位置合わせの精度の向上が図れる。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、熱交換器におけるマニホールドを接合していない隣接するヘッダーパイプには、ブラケットを一体に形成した接合部材をろう付け接合することにより、マニホールドを４隅に接合した場合と同様に熱交換器の４方向を拘束した状態でろう付けすることができる。したがって、ろう付けにより熱交換器が変形するのを防止することができ、製品品質の向上が図れる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る複式熱交換装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、従来の複式熱交換装置と同じ部分には同一符号を付して説明する。
【００１７】
図１は、この発明に係る複式熱交換装置の一例を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）、図２は、上記複式熱交換装置の左側面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。
【００１８】
上記複式熱交換装置は、熱交換用空気Ａの流れ方向に対して交差例えば略直交する方向に並設される複数例えば２個の熱交換器１０と、各熱交換器１０の一方のヘッダーパイプ１１ａの両端のうちの一方の端部例えば上端部及び他方のヘッダーパイプ１１ｂの両端のうちの一方の端部例えば下端部に、それぞれろう付け接合される、熱交換器１０へ熱媒体を分岐するマニホールド２０Ａ，２０Ｂとを具備している。
【００１９】
この場合、マニホールド２０Ａ，２０Ｂにはブラケット３０が一体に形成されている。また、各熱交換器１０におけるマニホールド２０Ａ，２０Ｂを接合していない隣接するヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂには、ブラケット３０Ａを一体に形成した接合部材４０がろう付け接合されている。
【００２０】
上記熱交換器１０は、それぞれがアルミニウム製の一対のヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂと、これらのヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ間に架設される複数の熱交換管１２と、各熱交換管１２の間に介設されると共に、一体に接合される熱交換フィン例えばコルゲートフィン１３とで主に構成されている。
【００２１】
上記ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂは、例えばアルミニウム製の押出形材にて略円筒状に形成されており、一方の（図１において左側の）ヘッダーパイプ１１ａの下端部及び他方の（図１において右側の）ヘッダーパイプ１１ｂの上端部には、図６に示すように、アルミニウム製のキヤップ部材１４がろう付けによって被着固定されている。
【００２２】
上記熱交換管１２は、図７に示すように、アルミニウム製の押出形材にて例えば偏平な板状に形成されており、その内部には長手方向に向かって貫通する複数に区画された熱媒体の流路１２ａが形成されている。このように形成される熱交換管１２の両端部は、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ側面の対向する側に、適宜間隔をおいて互いに平行に配列される複数のスリット１５に挿入固着されている（図７参照）。
【００２３】
熱交換フィンすなわちコルゲートフィン１３は、図１（ｂ）及び図７に示すように、アルミニウム製の板材を屈曲することにより連続波形状に形成されており、各熱交換管１２の間に介設されてろう付されている。この場合、最上段及び最下段に配設された熱交換管１２の外方側にもコルゲートフィン１３がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン１３を保護するために、両コルゲートフィン１３の更に外方側にはサイドプレート１６がろう付接合されている。この場合、サイドプレート１６を単独に形成してもよく、サイドプレート１６に熱交換管１２を兼用することも可能である。
【００２４】
上記マニホールド２０Ａ，２０Ｂは、図３、図４及び図７に示すように、隣接部が当接されるヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの開口端１１ｃ，１１ｄの全てと連通する連通路２１を有する略矩形ブロック状の接合基部２２と、この接合基部２２の連通路２１に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの開口端１１ｃ，１１ｄに跨って開口する熱媒体の流入口２３又は流出口２４を有する熱媒体流入口部２５及び熱媒体流出口部２６とを具備している。このように、流入口２３が最大限近接され、一体ろう付け接合された隣接するヘッダーパイプ１１ａ（１１ｂ）の開口端１１ｃ，１１ｄに跨って開口することにより、分岐部における隣接するヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの開口端１１ｃ，１１ｄの投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールド２０Ａ，２０Ｂの圧力損失を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。更には、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂが一体に接合されていることにより熱交換用空気Ａが漏れず、熱交換性能の向上が図れる。なお、この実施形態では、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ間の距離を０．９ｍｍ以下に設定することで、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂが完全に一体ろう付けされている。また、接合基部２２には、ヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの端部を嵌合する嵌合穴２８が設けられている（図４参照）。更には、熱媒体流入口部２５及び熱媒体流出口部２６には、例えば図８に示す上記コンプレッサ１又は低温圧縮乾燥装置３に接続する図示しない熱媒体流入管又は熱媒体流出管を接続するための雄ねじ部２７が刻設されている。
【００２５】
また、接合基部２２の熱交換器１０内方側に位置する長辺側の外側面の中央部にはブラケット３０が突設（一体形成）されている。なお、このブラケット３０には、取付孔３１が穿設されている。
【００２６】
上記のように構成されるマニホールド２０Ａ，２０Ｂは、例えばアルミニウムダイキャスト等にて形成されている。
【００２７】
上記接合部材４０は、図５に示すように、隣接するヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの熱交換器１０内方側円弧面に当接する円弧状当接面４１を有し、この円弧状当接面４１と反対側の側面中央部にブラケット３０Ａを突設（一体形成）してなる例えばアルミニウムダイキャストにて形成されている。なお、ブラケット３０Ａには取付孔３１が穿設されている。
【００２８】
上記のように構成される複式熱交換装置を製造するには、各熱交換器１０を構成するヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ、熱交換管１２、コルゲートフィン１３及びサイドプレート１６等を組み付けると共に、隣接するヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの開口端部にマニホールド２０Ａ，２０Ｂを嵌合して組み付け、また、接合部材４０の円弧状当接面４１をヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂに当接した状態で、マニホールド２０Ａ，２０Ｂ及び２個の接合部材４０を、例えば点溶接等で仮固定すると共に、ろう付け治具（図示せず）にて熱交換器全体を仮固定する。そして、この状態で炉内に収容して例えば６００℃の温度に加熱することによって、両熱交換器１０すなわちヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂ、熱交換管１２、コルゲートフィン１３及びサイドプレート１６等と、マニホールド２０Ａ，２０Ｂ及び接合部材４０を一体ろう付け接合する。
【００２９】
上記のように、マニホールド２０Ａ，２０Ｂ及び２個の接合部材４０が、それぞれヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂに、例えば点溶接等で仮固定されることにより、熱交換器の４隅を仮固定した状態でろう付け接合するので、ろう付けにより熱交換器１０が変形するのを防止することができる。
【００３０】
なお、ろう付け形態は、接合される部材のうちの少なくとも一方の部材にろう材を被覆したクラッド材やブレージング材を用いるか、あるいは、接合部間にろう材を介在させてろう付けすることができる。
【００３１】
上記のようにして作製された複式熱交換装置は、熱交換器１０のヘッダーパイプ１１ａ又は１１ｂの端部に直接マニホールド２０Ａ，２０Ｂをろう付け接合するため、従来の複式熱交換装置のように、別個に接合部材やＯリングを用いてマニホールドを装着する必要がない。したがって、構成部材の削減が図れると共に、熱交換装置全体の小型化が図れる。また、マニホールド２０Ａ，２０Ｂと一体にブラケット３０を突設するので、別個にサイドプレートにブラケットを設ける場合に比べて、寸法精度が向上するため、熱交換装置を被取付体例えばファンダクトに取り付ける際の位置合せを容易にすることができる。
【００３２】
また、上記のようにして作製された複式熱交換装置は、２個のマニホールド２０Ａ，２０Ｂに設けられる２個のブラケット３０と、２個の接合部材４０にそれぞれ設けられた２個のブラケット３０Ａの計４個のブラケットを具備しているので、被取付体例えばファンダクト等への取付を容易にすることができる。したがって、構成部材の削減が図れると共に、マニホールド２０Ａ，２０Ｂを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。
【００３３】
なお、上記実施形態では、各熱交換器１０のヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂの一端にマニホールド２０Ａ，２０Ｂを具備する場合について説明したが、図８に示すように、両ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂの両端にそれぞれ同様にマニホールド２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを具備させてもよい。このように、ヘッダーパイプ１１ａ，１１ｂの４隅の全てにマニホールド２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄを具備することにより、必要に応じて被冷却流体の流入位置や流出位置を選択することができ、熱交換器１０の設置や取付を容易にすることができる。なお、図８において、その他の部分は、第一実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【００３４】
また、３個のブラケット付マニホールドと１個のブラケット付接合部材を具備した場合にも、上記と同様の効果が得られる。
【００３５】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。
【００３６】
（１）請求項１記載の発明によれば、熱交換器へ熱媒体を分岐するマニホールドは、隣接部が当接されるヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、隣接するヘッダーパイプをろう付け一体接合することで、両ヘッダーパイプが最大限近接されることにより、分岐部における隣接するヘッダーパイプの開口端の投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールドの圧力損出を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。したがって、マニホールドを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。また、両ヘッダーパイプが一体ろう付けされているため、ヘッダーパイプ間の隙間がなくなるので、熱交換用空気の漏れをなくすことができ、熱交換性能の向上が図れる。
【００３７】
（２）請求項２記載の発明によれば、マニホールドにブラケットを一体に形成するので、ブラケットをサイドプレートに別個に設ける場合に比べて構成部材の削減が図れると共に、製造工程の削減が図れる。更に、取付位置合わせの精度の向上が図れる。
【００３８】
（３）請求項３記載の発明によれば、熱交換器におけるマニホールドを接合していない隣接するヘッダーパイプには、ブラケットを一体に形成した接合部材をろう付け接合することにより、マニホールドを４隅に接合した場合と同様に熱交換器の４方向を拘束した状態でろう付けすることができる。したがって、ろう付けにより熱交換器が変形するのを防止することができ、製品品質の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る複式熱交換装置の第一実施形態を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図２】上記複式熱交換装置の左側面図（ａ）及び右側面図（ｂ）である。
【図３】この発明におけるマニホールドを示す平面図である。
【図４】図３のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図５】上記複式熱交換装置におけるブラケット取付部を示す平面図である。
【図６】図５のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図７】上記複式熱交換装置の要部を示す斜視図である。
【図８】この発明に係る複式熱交換装置の第二実施形態を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図９】熱交換装置を低温圧縮乾燥装置のアフタークーラに適用した例を示す概略構成図である。
【図１０】従来の複式熱交換装置の連結前の状態を示す平面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。
【図１１】従来の複式熱交換装置のとマニホールドを示す分解側面図である。
【図１２】従来の複式熱交換装置の要部を示す断面図である。
【図１３】従来の複式熱交換装置におけるマニホールドを取り付けた状態を示す要部平面図である。
【符号の説明】
１０　熱交換器
１１ａ，１１ｂ　ヘッダーパイプ
１１ｃ，１１ｄ　開口端
１２　熱交換管
１３　コルゲートフィン（熱交換フィン）
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ　マニホールド
２１　連通路
２２　接合基部
２３　流入口
２４　流出口
２５　熱媒体流入口部
２６　熱媒体流出口部
３０，３０Ａ　ブラケット
４０　接合部材

Claims (3)

1. 並設される複数の熱交換器が、それぞれ一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換管と、隣接する熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備し、
   上記複数の熱交換器の一方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部及び他方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部に、それぞれろう付け接合されるマニホールドを具備する複式熱交換装置であって、
   上記マニホールドは、隣接部が当接される上記ヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、
   隣接する上記ヘッダーパイプをろう付け一体接合してなることを特徴とする複式熱交換装置。
2. 請求項１記載の複式熱交換装置において、
   上記マニホールドにブラケットを一体に形成してなることを特徴とする複式熱交換装置。
3. 請求項１又は２記載の複式熱交換装置において、
   上記熱交換器におけるマニホールドを接合していない隣接するヘッダーパイプに、ブラケットを一体に形成した接合部材をろう付け接合してなることを特徴とする複式熱交換装置。

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