JP2005506505A5

JP2005506505A5 -

Info

Publication number: JP2005506505A5
Application number: JP2002557736A
Authority: JP
Filing date: 2002-01-21
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-01-21

Description

熱交換器用偏平管のインナーフィンおよび蒸発器

関連出願の相互参照

この出願は、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１１（ｂ）による２００１年７月５日提出の第６０／３０２，６５４号仮出願の出願日の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１９（ｅ）（１）による利益を主張して、３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．§１１１（ａ）の下に提出された出願である。

本発明は、熱交換器用偏平管のインナーフィン、および同インナーフィンを使用しかつ例えば自動車用エアコンディショナの蒸発器として用いられる蒸発器に関する。更に本発明は、上記の蒸発器を備えた自動車用エアコンディショナおよび該エアコンディショナを備えた自動車にも関する。

自動車用エアコンディショナの蒸発器においては、これの偏平管内にインナーフィンを配設して冷媒側の伝熱面積を拡大し、それによって性能の向上を図ることが従来より行われている。

この種のインナーフィンとしては、横断面波形の金属板よりなり、偏平管に収容され、かつ全ての山頂部および全ての谷底部が偏平管内面にろう付けされるものが知られている。

上記のインナーフィンにあっては、山頂部と谷底部の間隔、即ち、フィンピッチを細かくすることによって伝熱面積の拡大が図られてきたが、これ以上のフィンピッチの細小化は製作上困難になってきており、また、更に細小化できたとしてもそれ程の効果が得られないことが判っている。

本発明の目的は、横断面波形の金属板よりなる熱交換器用偏平管のインナーフィンとして、フィンピッチの細小化によらなくても、更に熱伝達効率を向上できるようなものを提供することにある。本発明のもう１つの目的は、上記インナーフィンを使用することによって、更に性能が向上した蒸発器を提供することにある。

本発明による熱交換器用偏平管のインナーフィンは、横断面波形の金属板よりなり、熱交換器用偏平管に収容されかつ全ての山頂部および全ての谷底部が偏平管内面にろう付けされるものにおいて、全ての山頂部および全ての谷底部のうち少なくともいずれか１つに、これらのろう付けされる側と反対側を向いた乱流促進用凸部が設けられており、乱流促進用凸部が、これの裏側に形成された凹部と偏平管内面との間に生じる隙間をろう材によって塞ぎ得る程度の大きさを有していることを特徴とする。

このように、インナーフィンの全ての山頂部および全ての谷底部のうち少なくともいずれか１つに、これらのろう付けされる側と反対側を向いた乱流促進用凸部を設けておけば、同インナーフィンが収容された偏平管内を流れる流体が、乱流促進用凸部によって乱流状態で流れるように促進され、それによって熱伝達効率が向上する。しかも、乱流促進用凸部は、これの裏側に形成された凹部と偏平管内面との間に生じる隙間をろう材によって塞ぎ得る程度の大きさを有するものであるので、インナーフィンによって偏平管内に幅方向並列状に形成される複数の流体通路どうしが連通した状態とならず、流通抵抗が大きくならない。したがって、本発明によれば、フィンピッチを細小化しなくても、乱流促進用凸部によって熱伝達効率が向上した、更に高性能の熱交換器用偏平管のインナーフィンが得られる。

また、乱流促進用凸部による副次的な効果として次のようなものが挙げられる。即ち、金属板から形成されたインナーフィンは、多数枚が上下に積み重ねられた状態で一時的に保管されるが、インナーフィンどうしが密着してしまうと、剥がれ難くなり、熱交換器の組立作業時に支障が生じるおそれがある。インナーフィンに上記のような乱流促進用凸部が設けられていれば、多数枚のインナーフィンが上下に積み重ねられた状態でも、インナーフィンどうしが密着しないため、インナーフィンを１枚ずつ取り出して、熱交換器の組立作業を効率良く行うことができる。なお、このようなインナーフィン密着防止効果の点から言えば、乱流促進用凸部は、少なくともインナーフィンの両縁部付近に位置する山頂部および／または谷底部に設けられているのが好ましく、それによって積み重ね状態の多数枚のインナーフィンを１枚ずつ容易に剥がすことが可能となる。

本発明による熱交換器用偏平管のインナーフィンにおいて、好ましくは、乱流促進用凸部のインナーフィン長さ方向の寸法が１〜１．５ｍｍであり、同凸部の高さが０．２〜０．４ｍｍである。

乱流促進用凸部のインナーフィン長さ方向の寸法が１ｍｍ未満で、同凸部の高さが０．２ｍｍ未満であると、熱伝達効率向上に寄与する程度の流体の乱流が生じない。一方、乱流促進用凸部のインナーフィン長さ方向の寸法が１．５ｍｍを超え、同凸部の高さが０．４ｍｍを超えると、乱流促進用凸部の裏側に形成された凹部と偏平管内面との間に生じる隙間をろう材によって塞ぐことができなくなるおそれがある上、流通抵抗が大きくなりすぎる。

乱流促進用凸部は、インナーフィンの幅方向にランダムに設けてもよいし、所定間隔おき、例えば２つおきに谷底部に設けるようにしてもよい。また、１つの山頂部または谷底部に設ける乱流促進用凸部の数は、１つでも複数でもよく、複数設ける場合の凸部のピッチは一定でもよいし、ランダムでもよい。なお、１つの山頂部または谷底部に凸部を複数設ける場合には、流通抵抗が大きくなりすぎないように、凸部の数およびピッチを決める必要がある。

例えば、本発明による熱交換器用偏平管のインナーフィンにおいて、乱流促進用凸部が設けられているのが、全ての山頂部と全ての谷底部を合わせた数の約５分の１に相当しかつインナーフィン幅方向にランダムに位置する谷底部であって、各谷底部における乱流促進用凸部の数が１〜５個である場合がある。

また、本発明による熱交換器用偏平管のインナーフィンにおいて、乱流促進用凸部が設けられているのが、インナーフィンの前後両縁部付近に位置する３つの谷底部であって、各谷底部における乱流促進用凸部の数が１〜３個である場合もある。

上記インナーフィンは、通常、ロールフォーミングによって形成される。その場合、乱流促進用凸部は、１対の成形ロールの対応箇所に乱流促進用凸部を形成するための凹凸を設けておくことによって、インナーフィン自体の成形と同時に成形し得る。

本発明によるインナーフィンが収容される熱交換器用偏平管は、特に限定されず、例えば、電縫管で構成されていてもよいし、偏平管部形成用凹部を有する複数対の皿状プレートを対をなすものどうしが向かい合わせになるように接合することにより形成された偏平管部で構成されていてもよい。なお、後者の場合において、仕切用凸条が設けられてその両側が偏平管部形成用凹部となされている対の皿状プレートを向かい合わせになるように接合することにより形成された２つの偏平管部それぞれに配設されるインナーフィンを、本発明によるインナーフィンによって構成するとともに、両インナーフィンを、これらの隣り合う縁部どうしが両皿状プレートの仕切用凸条間に介在される連結部を介してつながった、一体構成のものとしてもよい。

インナーフィンの山頂部および谷底部と偏平管内面とのろう付けは、例えば、インナーフィンおよび偏平管のうち少なくとも一方をブレージングシートで形成し、同シート表面にクラッドされたろう材によって行うようにすればよいが、通常は、偏平管のみをブレージングシートによって形成するようにする。

次に、本発明による蒸発器は、複数の偏平管を備え、各偏平管に本発明による上記インナーフィンが収容されかつインナーフィンの全ての山頂部および全ての谷底部が偏平管内面にろう付けされているものである。

上記蒸発器によれば、インナーフィンの乱流促進用凸部によって、偏平管内を流れる冷媒と偏平管の外部を流れる被冷却空気との間での熱交換効率が向上し、より優れた性能が得られる。

本発明による蒸発器は、偏平管部形成用凹部を有する複数対の皿状プレートを対をなすものどうしが向かい合わせになるように接合することにより形成された偏平管部によって偏平管が構成されている、いわゆる積層型蒸発器の場合がある。

また、本発明には、本発明による上記蒸発器を備えた自動車用エアコンディショナが含まれる。

更に本発明には、本発明による上記エアコンディショナを備えた自動車が含まれる。

図１は、本発明の実施形態を示すものであって、自動車用エアコンディショナの積層型蒸発器の斜視図である。図２は、チューブエレメントを構成する２枚の皿状プレートと、これらの内部に収容されるインナーフィンとを示す斜視図である。図３の(a)はインナーフィンの側面図、(b)はインナーフィンの横断面図である。図４の(a)はインナーフィンが偏平管部に収容された状態を示す一部拡大横断面図、(b)は(a)のｂ−ｂ線に沿う一部拡大縦断面図である。図５は、本発明の他の実施形態を示すものであって、(a)はインナーフィンの側面図、(b)はインナーフィンの横断面図である。

図１〜４は、本発明の実施形態を示すものである。図示の実施形態では、本発明を、自動車用エアコンディショナの積層型蒸発器に適用している。

図１は、自動車用エアコンディショナの積層型蒸発器の全体を示すものである。この積層型蒸発器(1)は、対をなす皿状プレート(20)(20A)どうしを向かい合わせに接合してなる複数のチューブエレメント(2)(2A)をアウターフィン(3)を介して接合することにより形成された蒸発器コア(10)を備えている。蒸発器コア(10)は、左端以外のチューブエレメント(2)によって構成された、複数の左右並列状前側偏平管部(22A)、複数の左右並列状後側偏平管部(22A)、前側偏平管部(22A)の上端部どうしおよび下端部どうしを連通させる前側上ヘッダ部(22B)および前側下ヘッダ部(22B)、ならびに後側偏平管部(22A)の上端部どうしおよび下端部どうしを連通させる後側上ヘッダ部(22B)および後側下ヘッダ部(22B)を備えている。左端のチューブエレメント(2A)は、冷媒導入通路(201)および冷媒排出通路(202)を備えている。同チューブエレメント(2A)の外面には、冷媒導入管接続口(41)および冷媒排出管接続口(42)を有する管接続用ブロック(4)が取り付けられている。ヘッダ部(22B)の所要箇所には仕切壁（図示略）が設けられており、冷媒導入管接続口(41)から冷媒導入通路(201)を経て後側上ヘッダ部(22B)の左端部に流入した冷媒が、所定のパターンで全てのヘッダ部(22B)および偏平管部(22A)を流れた後、前側上ヘッダ部(22B)の左端部から冷媒排出通路(202)を経て冷媒排出管接続口(42)から排出されるようになっている。

図２は、左端以外のチューブエレメント(2)を構成する２枚の皿状プレート(20)と、これらの内部に収容されるインナーフィン(5)とを示すものである。皿状プレート(20)は、両面にろう材がクラッドされたブレージングシートからなる。各皿状プレート(20)の幅中央部には、垂直な仕切用凸条(21)が設けられて、同凸条(21)の前後両側が偏平管部形成用凹部(22)となされている。また、各皿状プレート(20)には、前後偏平管部形成用凹部(22)の上下両端に連なるようにヘッダ形成用凹部(23)が設けられ、同凹部(23)の底に冷媒通過孔(24)があけられている。但し、一部の皿状プレート(20)における所要のヘッダ形成用凹部(23)の底には冷媒通過孔(24)があけられておらず、同底によって上記仕切壁が構成されている。そして、両皿状プレート(20)が向かい合わせに接合されることにより、前後２つの偏平管部(22A)が形成される。２つの偏平管部(22A)それぞれに配設されるインナーフィン(5)は、本発明によるインナーフィンによって構成されており、両インナーフィン(5)は、これらの隣り合う縁部どうしが両皿状プレート(20)の仕切用凸条(21)間に介在される連結部(50)を介してつながった、一体構成のものとなされている。

図２〜４に示すように、本発明によるインナーフィン(5)は、ロールフォーミングによって形成された横断面波形のアルミニウム合金板よりなり、偏平管部(22A)に収容されかつ全ての山頂部(51)および全ての谷底部(52)が偏平管部(22A)内面にろう付けされている。このインナーフィン(5)によって、偏平管部(22A)内に前後方向に並ぶ複数の冷媒通路(221)が形成されている。そして、図３および４に示すように、インナーフィン(5)における複数の谷底部(52)に、これらの接合される側と反対側を向いた乱流促進用凸部(53)が設けられている。

上記インナーフィン(5)は、横断面波形に形成されたアルミニウム合金板を所定長さに切断することによって形成された後、上下に多数枚積み重ねられて一時的に保管される。この状態において、隣り合うインナーフィン(5)どうしは、乱流促進用凸部(53)の存在により密着しない。したがって、積み重ね状態からインナーフィン(5)を１枚ずつ取り出して、蒸発器(1)の組立作業を効率良く行うことができる。

図３に示すように、前後各インナーフィン(5)において、乱流促進用凸部(53)が設けられている谷底部(52)の数は５であって、これは、全ての山頂部(51)と全ての谷底部(52)を合わせた数（＝２３）の約５分の１に相当する。乱流促進用凸部(53)が設けらている５つの谷底部(52)は、図３の通り、インナーフィン幅方向にランダムに配置されている。上記５つの谷底部(52)における乱流促進用凸部(53)の数は、１〜５個である。

図４（ｂ）に示すように、乱流促進用凸部(53)の裏側に形成された凹部(54)と偏平管部(22A)内面との間に生じる隙間は、ろう材(6)によって塞がれている（図４（ａ）では、ろう材(6)は省略した）。乱流促進用凸部(53)のインナーフィン長さ方向の寸法(A)は１ｍｍであり、同凸部(53)の高さ(B)は０．４ｍｍである。

上記の蒸発器(1)において、偏平管部(22A)内の冷媒通路(221)を流れる冷媒は、沸騰状態であるため、通常でも乱流状態となっているが、インナーフィン(5)の乱流促進用凸部(53)によって更に程度の大きい乱流状態で流れるように促進され、それによって熱伝達効率が向上する。また、冷媒は、途中で他の冷媒通路(221)に流れ込むことなく、各冷媒通路(221)を真っ直ぐに流れるので、流通抵抗が少ない。

図５は、本発明の他の実施形態を示すものである。図５において、連結部(50)を介してつながった前後各インナーフィン(5)には、前後両縁部付近に位置する３つの谷底部(52)に、乱流促進用凸部(53)が設けられている。上記３つの谷底部(52)における凸部(53)の数は、１〜３個である。その他は、図１〜４に示す実施形態とほぼ同じである。

なお、上記の実施形態はあくまでも例示にすぎず、請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に変更の上、本発明を実施することは勿論可能である。

以上のように、本発明は、内部にインナーフィンが配設された偏平管を備えた熱交換器の高性能化に有用であり、特に、自動車用エアコンディショナの蒸発器のような蒸発器の高性能化に有用である。

Claims

横断面波形の金属板よりなり、熱交換器用偏平管に収容され、かつ全ての山頂部および全ての谷底部が偏平管内面にろう付けされる熱交換器用偏平管のインナーフィンにおいて、全ての山頂部および全ての谷底部のうち少なくともいずれか１つに、これらのろう付けされる側と反対側を向いた乱流促進用凸部が設けられており、乱流促進用凸部が、これの裏側に形成された凹部と偏平管内面との間に生じる隙間をろう材によって塞ぎ得る程度の大きさを有していることを特徴とする、熱交換器用偏平管のインナーフィン。
乱流促進用凸部のインナーフィン長さ方向の寸法が１〜１．５ｍｍであり、同凸部の高さが０．２〜０．４ｍｍである、請求項１に記載の熱交換器用偏平管のインナーフィン。
乱流促進用凸部が設けられているのが、全ての山頂部と全ての谷底部を合わせた数の約５分の１に相当しかつインナーフィン幅方向にランダムに位置する谷底部であって、各谷底部における乱流促進用凸部の数が１〜５個である、請求項１または２に記載の熱交換器用偏平管のインナーフィン。
乱流促進用凸部が設けられているのが、インナーフィンの前後両縁部付近に位置する３つの谷底部であって、各谷底部における乱流促進用凸部の数が１〜３個である、請求項１または２に記載の熱交換器用偏平管のインナーフィン。
複数の偏平管を備え、各偏平管に請求項１〜４のいずれか１項に記載のインナーフィンが収容され、かつインナーフィンの全ての山頂部および全ての谷底部が偏平管内面にろう付けされている、蒸発器。
複数の偏平管が、偏平管部形成用凹部を有する複数対の皿状プレートを対をなすものどうしが向かい合わせになるように接合することにより形成された偏平管部によって構成されている、請求項５に記載の蒸発器。
請求項５または６に記載の蒸発器を備えた、自動車用エアコンディショナ。
請求項７に記載のエアコンディショナを備えた、自動車。