JP2004293874A

JP2004293874A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004293874A
Application number: JP2003085306A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sasaki; 美弘佐々木
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】風上側のコアにより多くの流体を流して熱交換効率を高めることのできる熱交換器を提供する。
【解決手段】放熱器は、内部に流体が流れる流路を複数有した長尺状のチューブ４と、このチューブ４内を流れる流体を当該チューブ４に当たる風と協働して冷却する冷却フィン５とを交互に複数重ねて形成したコア１と、チューブ４の長手方向と略直交する方向に延在して前記コア１の両端にそれぞれ取り付けられ、各チューブ４に形成された流路と連通する第１流路７及び第２流路８を有した第１ヘッダタンク２及び第２ヘッダタンク３とを備える。そして、第１流路７を前記コア１に当たる風の風上側に配置すると共に前記第２流路８を風下側に配置し、前記第２流路８内に、当該第２流路８を狭くする流路絞り部材１２を設けた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばガスクーラ等の熱交換器に関し、詳細には、風上側のコアにより多くの流体を流して熱交換効率を高めた熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護の観点からオゾン層の破壊を防止するため、フロンガスに代えて二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とする熱交換器の開発がなされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載される熱交換器は、複数のチューブと冷却フィンを重ね合わせて構成されたコアの両端に固定したヘッダタンクのうち、チューブに流体を分配供給する側のヘッダタンクに、前記チューブと連通する２つの空間（穴部）を形成し、空気の流れの風下側に配置される空間よりも風上側に配置される空間により多くの流体が流れるように、前記２つの空間を連結させる内部連通穴の開口面積を、ヘッダタンクに接続された接続ブロックに形成された外部連通穴の開口面積よりも小さくしている。
【０００４】
この熱交換器によれば、ヘッダタンクに形成した風下側に位置する空間よりも風上側に位置する空間により多くの冷媒が流れるため、この空間と連通する複数の流路形成用の穴が形成されたチューブの風上側に位置する穴により多くの冷媒が流れることになり、風上側に当たる冷たい空気によって冷媒を効率良く冷却することができ、熱交換器の放熱能力を向上させることができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３２５７８４号公報（第４頁及び第５頁、第１図及び第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に記載の熱交換器では、ヘッダタンクに形成した２つの空間を仕切る仕切り壁に、これら空間同士を連通させる内部連通孔を形成することは製造困難である。また、流体を分配供給する分配ヘッダタンクにのみ下流側の空間よりも上流側の空間により多くの流体を流すようにしただけでは、充分に冷媒を冷却することは難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、風上側のコアにより多くの流体を流して熱交換効率を高めることの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】
請求項１記載の発明は、内部に流体が流れる流路を複数有した長尺状のチューブと、このチューブ内を流れる流体を当該チューブに当たる風と協働して冷却する冷却フィンとを交互に複数重ねて形成したコアと、前記チューブの長手方向と略直交する方向に延在して前記コアの両端にそれぞれ取り付けられ、前記各チューブに形成された流路と連通する第１流路及び第２流路を有した第１ヘッダタンク及び第２ヘッダタンクとを備えた熱交換器であって、前記第１流路を前記コアに当たる風の風上側に配置すると共に前記第２流路を風下側に配置し、前記第２流路内に、当該第２流路を狭くする流路絞り部材を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器であって、前記流路絞り部材は、前記第２流路の流路断面積よりも小さい断面積となる流路を形成する孔部を有した絞り板からなり、前記第１及び第２ヘッダタンクに形成されたスリットより前記第２流路内に挿入固定されたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、第１ヘッダタンク及び第２ヘッダタンクの高さ方向所定位置に、第１流路及び第２流路を塞ぐ仕切部材を設け、前記チューブを流れる流体を前記コアの上段部から中段部、中段部から下段部へと流れるようにし、前記上段部から中段部へ流れる前記第２流路の折返し部、及び、前記中段部から下段部に流れる前記第２流路の折返し部に、それぞれ流路絞り部材を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、第１ヘッダタンク及び第２ヘッダタンクの高さ方向所定位置に、第１流路及び第２流路を塞ぐ仕切部材を設け、前記チューブを流れる流体を前記コアの上段部から中段部、中段部から下段部へと流れるようにし、前記中段部から下段部に流れる、前記第１ヘッダタンクの前記第２流路の最終折返し部に、流路絞り部材を設けたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ヘッダタンクに形成した２つの流路のうち、第１流路をコアに当たる風の風上側に配置すると共に第２流路を風下側に配置し、その第２流路内に、この第２流路を狭くする流路絞り部材を設けているので、当該流路絞り部材の部分で流量が絞られるため、流体は第２流路から風上側の第１流路へと流れ込むことになり、冷たい空気によって冷媒が冷却される。これにより、本発明の熱交換器によれば、熱交換効率を大幅に高めることができる。
【００１３】
請求項２記載の発明によれば、第１及び第２ヘッダタンクに形成したスリットより第２流路内に、この第２流路の流路断面積よりも小さい断面積となる流路を形成する孔部を有した絞り板を挿入固定しているので、風上側に配置される第１流路により多くの流体を流入させることを簡単な構成で実現することができ、コストの低減も実現できる。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、第１ヘッダタンク及び第２ヘッダタンクの高さ方向所定位置に、第１流路及び第２流路を塞ぐ仕切部材を設け、チューブを流れる流体をコアの上段部から中段部、中段部から下段部へと流れるようにし、上段部から中段部へ流れる第２流路の折返し部、及び、中段部から下段部に流れる第２流路の折返し部に、それぞれ流路絞り部材を設けたので、より多くの流体を風上側の第１流路に流入させることができ、さらなる熱交換効率を向上させることができる。
【００１５】
請求項４記載の発明によれば、第１ヘッダタンクの第２流路の最終折返し部に流路絞り部材を設けているので、出口部での冷媒密度が大きくなり、最終折返し部では冷媒温度が下がることから、より効果的に熱交換効率を高めることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、環境保護の観点より二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒とするＣＯ_２冷凍サイクルで使用される放熱器（熱交換器）に本発明を適用したものである。
【００１７】
「放熱器の構成」
本実施の形態の放熱器は、図１に示すように、矩形状をなすコア１と、このコア１の両端にそれぞれ取り付けられる冷媒供給側の第１ヘッダタンク２と、冷媒取り出し側の第２ヘッダタンク３とから構成される。
【００１８】
コア１は、図２に示すように、チューブ４と冷却フィン５とから構成され、これらを交互に複数重ねてろう付けすることにより形成される。チューブ４は、例えばアルミニウム合金を断面略扁平形状とする長尺板として形成される。そして、このチューブ４には、冷媒をその内部に流入させる流路６が複数形成されている。これら流路６は、チューブ４の長手方向に一端から他端に亘って貫通形成されており、それぞれの流路６内に冷媒が流れる。本実施の形態では、前記流路６には、冷媒として二酸化炭素（ＣＯ_２）が流れる。
【００１９】
冷却フィン５は、チューブ４内を流れる冷媒を当該チューブ４に当たる風と協働して冷却する役目をする。この冷却フィン５は、細長い長尺状の金属板を波形状をなすローラによって加工されることによって蛇腹形状とされる。
【００２０】
第１ヘッダタンク２は、図１及び図３に示すように、長さの短い上ヘッダタンク２ａと、上ヘッダタンク２ａのほぼ倍の長さとされた下ヘッダタンク２ｂとを有し、これら上ヘッダタンク２ａと下ヘッダタンク２ｂとが高さ方向で結合されることにより形成されている。この第１ヘッダタンク２には、高さ方向に貫通して形成される断面略円形状の第１貫通孔（以下、これを第１流路７という）及び第２貫通孔（以下、これを第２流路８という）が形成されている。
【００２１】
なお、これら第１ヘッダタンク２の上下端には、第１流路７及び第２流路８の開口端を塞ぐ蓋（図示は省略する）がそれぞれ取り付けられる。
【００２２】
また、第１ヘッダタンク２は、図１に示すように、コア１に風（空気）が当たる風上側に第１流路７が、風下側に第２流路８がくるように配置される。そして、第１流路７と第２流路８は、図４に示すように、各チューブ４の端部を前記第１ヘッダタンク２に固定させる部分で連通するようになっている。すなわち、第１ヘッダタンク２には、各チューブ４の端部を当該第１ヘッダタンク２に固定させるための細長いスリット９が高さ方向に所定間隔で複数形成されており、その各スリット９において前記第１流路７と第２流路８とが連通するようになっている。
【００２３】
また、上ヘッダタンク２ａには、図１に示すように、第１流路７及び第２流路８に冷媒を流入させるための導入側接続ブロック１０が取り付けられている。この導入側接続ブロック１０には、ＣＯ_２サイクル圧縮機の吐出側に接続された外部配管（図示は省略する）が接続され、ここから冷媒が第１流路７及び第２流路８に導入される。
【００２４】
また、これら上ヘッダタンク２ａと下ヘッダタンク２ｂとの間には、図１に示すように、コア１を流れる冷媒の向きを変えるためのコアパス用仕切り板１１が設けられている。コアパス用仕切り板１１は、第１流路７及び第２流路８を塞ぐことのできる大きさの平板からなり、前記上ヘッダタンク２ａの第１流路７及び第２流路８と、下ヘッダタンク２ｂの第１流路７及び第２流路８とがそれぞれ連通しないように遮断する。
【００２５】
また、下ヘッダタンク２ｂには、図３に示すように、第２流路８内に当該第２流路８を狭くする流路絞り部材１２が設けられている。流路絞り部材１２は、図５に示すように、第２流路８の流路断面積よりも小さい断面積となる流路を形成する孔部１３を有した絞り板からなる。そして、この流路絞り部材１２は、下ヘッダタンク２ｂのほぼ中央高さ位置（冷媒の流れる向きが変わる流路折り返し位置）に形成されたスリット１４より前記第２流路８内に挿入固定される。
【００２６】
一方、第２ヘッダタンク３は、図１に示すように、第１ヘッダタンク２と同じく第１流路７及び第２流路８を有した長さの短い上ヘッダタンク３ａと、この上ヘッダタンク３ａのほぼ倍の長さとされた下ヘッダタンク３ｂとを有し、これら上ヘッダタンク３ａと下ヘッダタンク３ｂとが高さ方向で結合されることにより形成されている。なお、第２ヘッダタンク３は、第１ヘッダタンク２とは逆に、上ヘッダタンク３ａが長く、下ヘッダタンク３ｂが短い。
【００２７】
そして、この第２ヘッダタンク３では、図１に示すように、ＣＯ_２サイクル減圧機に接続された外部配管と接続される接続ブロック１５が下ヘッダタンク３ｂに取り付けられている。各チューブ４を流れて風と熱交換されて冷却された冷媒は、この接続ブロック１５から排出される。
【００２８】
また、この第２ヘッダタンク３では、第１ヘッダタンク２と同様に、上ヘッダタンク３ａと下ヘッダタンク３ｂとの間にコアパス用仕切り板１１が設けられている。さらに、この上ヘッダタンク３ａには、そのほぼ中央高さ位置（冷媒の流れる向きが変わる流路折り返し位置）に形成されたスリットに当該第２流路８を狭くする前記した流路絞り部材１２が挿入固定されている。この流路絞り部材１２は、第１ヘッダタンク２に設けられたものと同じく、第２流路８の流路断面積よりも小さい断面積となる流路を形成する孔部１３を有した絞り板からなる。
【００２９】
「動作説明」
以上のように構成された放熱器においては、図１に示すように、第１ヘッダタンク２の上ヘッダタンク２ａに取り付けられた接続ブロック１０から導入された冷媒は、第２流路８及び第１流路７へと流れる。そして、冷媒は、これら第１流路７及び第２流路８から各チューブ４に形成された複数の流路６へと流れ込む。この実施の形態の放熱器では、前記したように、上ヘッダタンク２ａ，３ａと下ヘッダタンク２ｂ，３ｂとの間にコアパス用仕切り板１１を設けているので、チューブ４を流れる冷媒は、図１中矢印で示すように、コア上段部１ａからコア中段部１ｂ、コア中段部１ｂからコア下段部１ｃへと流れる。
【００３０】
第１ヘッダタンク２から導入されてコア上段部１ａを流れる冷媒は、第２ヘッダタンク３へと流れた後、流路折返し位置で折り返されてコア中段部１ｂへと流れる。このとき、第２ヘッダタンク３では、コア上段部１ａからコア中段部１ｂへ流れる前記第２流路８の折返し部に流路絞り部材１２を設けているので、この流路絞り部材１２により狭められた流路によって当該第２流路８から第１流路７へと冷媒が流れ込む。この結果、コア中段部１ｂには、第１流路７からチューブ４に形成された複数の流路６のうち風上側に配置される流路６に、より多くの冷媒が流入することになる。風上側では、風下側を流れる冷媒に比べて冷たい空気で熱交換されることから、熱交換効率が大幅に向上する。
【００３１】
そして、コア中段部１ｂを流れた冷媒は、第１ヘッダタンク２へと流れた後、流路折返し位置で折り返されてコア下段部１ｃへと流れる。このとき、第１ヘッダタンク２では、同様にコア中段部１ｂからコア下段部１ｃへ流れる前記第２流路８の折返し部に流路絞り部材１２を設けているので、この流路絞り部材１２により狭められた流路によって第２流路８から第１流路７へと冷媒が流れ込む。図６は、コア中段部１ｂからコア下段部１ｃへと垂直に下方へ折り返される折返し部における冷媒の流れを矢印で示した図である。図６中、太い矢印は流量が多く、細い矢印は流量が少ないこと示している。
【００３２】
この図６からわかるように、第２流路８に設けられた流路絞り部材１２によって、当該第２流路８は狭められるために第２流路８から第１流路７へと冷媒が流れ込み、第１流路７には第２流路８に比べてより多くの冷媒が流れることになる。また、冷媒は、流路絞り部材１２によって流路が狭められることにより、出口部で密度が大きくなる。特に、この最終折返し部に流路絞り部材１２を設ければ、冷媒温度が下がっているため、より効果的に冷却効率を高めることができる。
【００３３】
そして、コア下段部１ｃから第２ヘッダタンク３へと流れた冷媒は、コア１に当たる風と冷却フィン５との協働によって熱交換され冷却された後、第２ヘッダタンク３の下ヘッダタンク２ｂに取り付けられた接続用ブロック１５から排出される。
【００３４】
「他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に限定されることなく種々の変更が可能である。
【００３５】
例えば、上述の実施の形態では、流路絞り部材１２を、第１ヘッダタンク２と第２ヘッダタンク３の第２流路８にそれぞれ設けたが、一方のヘッダタンクの第２流路８にのみに前記流路絞り部材１２を設けても同様の効果が得られる。
【００３６】
また、本実施の形態では、流路絞り部材１２に形成した孔部１３は円形孔としたが、円形孔でなくても構わない。要は、第２流路８の流路断面積を狭めることができるような形状であれば、前記孔部１３の形状は問わない。
【００３７】
また、本実施の形態では、本発明を放熱器に適用したが、放熱器に制限されることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の放熱器の斜視図である。
【図２】本実施の形態の放熱器を示すもので、コアを構成するチューブと冷却フィンの斜視図である。
【図３】本実施の形態の放熱器を示すもので、第１ヘッダタンクの斜視図である。
【図４】本実施の形態の放熱器を示すもので、チューブに形成された流路から第１流路及び第２流路に冷媒が流れる様子を示す図である。
【図５】本実施の形態の放熱器を示すもので、第２流路に設けた流路絞り部材の孔部を冷媒が流れる様子を示す図である。
【図６】本実施の形態の放熱器を示すもので、第１ヘッダタンクの断面図である。
【符号の説明】
１…コア
１ａ…コア上段部
１ｂ…コア中段部
１ｃ…コア下段部
２…第１ヘッダタンク
３…第２ヘッダタンク
４…チューブ
５…冷却フィン
６…流路
７…第１流路
８…第２流路
１１…コアパス用仕切り板
１２…流路絞り部材
１３…孔部
１４…スリット

Claims

内部に流体が流れる流路（６）を複数有した長尺状のチューブ（４）と、このチューブ（４）内を流れる流体を当該チューブ（４）に当たる風と協働して冷却する冷却フィン（５）とを交互に複数重ねて形成したコア（１）と、
前記チューブ（４）の長手方向と略直交する方向に延在して前記コア（１）の両端にそれぞれ取り付けられ、前記各チューブ（４）に形成された流路（６）と連通する第１流路（７）及び第２流路（８）を有した第１ヘッダタンク（２）及び第２ヘッダタンク（３）とを備え、
前記第１流路（７）を前記コア（１）に当たる風の風上側に配置すると共に前記第２流路（８）を風下側に配置し、前記第２流路（８）内に、当該第２流路（８）を狭くする流路絞り部材（１２）を設けたことを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器であって、
前記流路絞り部材（１２）は、前記第２流路（８）の流路断面積よりも小さい断面積となる流路を形成する孔部（１３）を有した絞り板からなり、前記第１及び第２ヘッダタンク（２，３）に形成されたスリット（１４）より前記第２流路（８）内に挿入固定されたことを特徴とする熱交換器。
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第１ヘッダタンク（２）及び第２ヘッダタンク（３）の高さ方向所定位置に、前記第１流路（７）及び第２流路（８）を塞ぐ仕切部材（１１）を設け、前記チューブ（４）を流れる流体を前記コア（１）の上段部（１ａ）から中段部（１ｂ）、中段部（１ｂ）から下段部（１ｃ）へと流れるようにし、
前記上段部（１ａ）から中段部（１ｂ）へ流れる前記第２流路（８）の折返し部、及び、前記中段部（１ｂ）から下段部（１ｃ）に流れる前記第２流路（８）の折返し部に、それぞれ前記流路絞り部材（１２）を設けたことを特徴とする熱交換器。
請求項１又は請求項２に記載の熱交換器であって、
前記第１ヘッダタンク（２）及び第２ヘッダタンク（３）の高さ方向所定位置に、前記第１流路（７）及び第２流路（８）を塞ぐ仕切部材（１１）を設け、前記チューブ（４）を流れる流体を前記コア（１）の上段部（１ａ）から中段部（１ｂ）、中段部（１ｂ）から下段部（１ｃ）へと流れるようにし、
前記中段部（１ｂ）から下段部（１ｃ）に流れる、前記第１ヘッダタンク（２）の前記第２流路（８）の最終折返し部に、前記流路絞り部材（１２）を設けたことを特徴とする熱交換器。