JP2007178015A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】ヒータコアとして用いた場合に、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗の増大を防止しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間にヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する連結部8cとよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィン８とを備えている。コルゲートフィン８の連結部8cに、連結部8cの幅方向にのびる複数のルーバ16を、連結部8cの長さ方向に並んで形成する。コルゲートフィン８の隣り合うルーバ16間のルーバピッチP1を０．４〜０．８ｍｍとする。コルゲートフィン８のルーバ16の連結部8cに対する傾斜角度Ｘを２０〜３０度とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、たとえば車両のカーエアコンに組み込まれるヒータコアとして好適に用いられる熱交換器に関する。
この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。
カーエアコン用のヒータコアは、エンジン冷却用の温水を用いて車室内を暖房する熱交換器であるが、近年ではエンジンの高性能化による発熱量の減少や、ラジエータの高性能化によって、温水の温度が低下している。そのため、車室内の暖房能力を満足させるためには、ヒータコアをさらに高性能化する必要がある。
カーエアコン用のヒータコアとして、従来、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する平坦な連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えており、コルゲートフィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、連結部の長さ方向に並んで形成された熱交換器であって、熱交換管の管高さ（ヘッダ長さ方向の厚み）が１．４〜１．８ｍｍ、熱交換管を形成するアルミニウム条材の肉厚、すなわち熱交換管の管壁の肉厚が０．４ｍｍ、熱交換管の内部高さ（管高さ−管壁肉厚）が０．６〜１．０ｍｍ、コルゲートフィンの奥行き長さが２１〜３２ｍｍ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が２．５〜５．０ｍｍ未満であるものが知られている（特許文献１参照）。
特許文献１記載のヒータコアでは、熱交換管の管高さ、熱交換管の管壁の肉厚、熱交換管の内部高さ、コルゲートフィンの奥行き長さ、およびコルゲートフィンのフィン高さを一定の範囲に設定することにより、高性能化を図っている。
これに対し、本発明者らは、ヒータコアの性能因子である放熱量および通気抵抗の最適化を図るために、コルゲートフィンの連結部に形成された隣り合うルーバ間のルーバピッチおよびルーバの連結部に対する傾斜角度に注目し、本発明の完成に至ったのである。
特許第３４５９２７１号公報（請求項１、段落００１２、段落００１７）
この発明の目的は、上記問題を解決し、ヒータコアとして用いた場合に、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗の増大を防止しうる熱交換器を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。
1)互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えており、コルゲートフィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、連結部の長さ方向に並んで形成された熱交換器であって、
コルゲートフィンの連結部に形成された隣り合うルーバ間のルーバピッチが、０．４〜０．８ｍｍである熱交換器。
2)コルゲートフィンの連結部に形成されたルーバの連結部に対する傾斜角度が、２０〜３０度である上記1)記載の熱交換器。
3)コルゲートフィンの波頂部および波底部が横断面半円形であり、波頂部および波底部の横断面における曲率半径をＲ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離をＨｆ、ルーバの長さをＤとした場合、Ｈｆ＝Ｄ＋２Ｒを満たす上記1)または2)記載の熱交換器。
4)熱交換管の通風方向の幅が２４〜３０ｍｍである上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
5)熱交換管およびコルゲートフィンがアルミニウム製である上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器。
6)上記1)〜5)のうちのいずれかに記載された熱交換器がヒータコアとして用いられているカーエアコン。
7)上記6)記載のカーエアコンが搭載されている車両。
上記1)および2)の熱交換器によれば、カーエアコンのヒータコアとして用いた場合、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗の増大を防止することができる。
上記3)および4)の熱交換器によれば、上記1)の効果が一層向上する。
以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による熱交換器を、カーエアコンのヒータコアに適用したものである。
なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右といものとし、図１の紙面裏側（図２の上側）を前、これと反対側を後というものとする。
図１はこの発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコアの全体構成を示し、図２および図３は要部の構成を示す。
図１において、ヒータコア(1)は、上下方向に間隔をおいて配置されかつ左右方向に長いアルミニウム製上ヘッダタンク(2)および下ヘッダタンク(3)と、上下両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。
上下両ヘッダタンク(2)(3)の左端部は、熱交換コア部(4)よりも左方に突出しており、上ヘッダタンク(2)の左方突出部に出口パイプ(5)が、下ヘッダタンク(3)の左方突出部に入口パイプ(6)がそれぞれ接続されている。
熱交換コア部(4)は、幅方向が前後方向（通風方向）を向くように左右方向に間隔をおいて配置され、かつ上下両端部が上下両ヘッダタンク(2)(3)に接続された複数のアルミニウム製偏平状熱交換管(7)と、隣り合う熱交換管(7)どうしの間および左右両端の熱交換管(7)の外側に配置されて熱交換管(7)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(8)と、左右両端のコルゲートフィン(8)の外側に配置されてコルゲートフィン(8)にろう付されたサイドプレート(9)とからなる。熱交換管(7)の上下両端部は、上下両ヘッダタンク(2)(3)に形成された管挿入穴（図示略）に挿入された状態で両ヘッダタンク(2)(3)にろう付されている。
図２に示すように、熱交換管(7)は、少なくとも片面にろう材層を有する帯状のアルミニウムブレージングシートを、ろう材層が外側に来るように中空状に曲げてろう付することにより形成されたものであり、互いに対向する左右両壁(11)(12)（１対の平坦壁）と、左右両壁(11)(12)の前後両側縁どうしにまたがる前後両側壁(13)(14)と、左右両壁(11)(12)の幅方向の中央部どうしに跨る１つの補強壁(15)とを備えている。右壁(12)は１つの右壁形成部(12A)からなり、左壁(11)は前後両側壁(13)(14)を介して右壁形成部(12A)の前後両側縁に一体に形成されるとともに、側壁(13)(14)とは反対側の縁部どうしが突き合わされた２つの左壁形成部(11A)(11B)からなる。補強壁(15)は、両左壁形成部(11A)(11B)における互いに突き合わされた縁部にそれぞれ右方に突出するように一体に形成され、かつ先端部が右壁形成部(12A)に当接して右壁形成部(12A)にろう付された補強壁形成部(15A)からなる。補強壁形成部(15A)の先端（右端）に前後両側壁(13)(14)側に屈曲した屈曲部(15B)が一体に形成されるとともに当該屈曲部(15B)が右壁形成部(12A)にろう付されている。
熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)が２４〜３０ｍｍであって、かつ熱交換管(7)の内部高さ(Ht)、すなわち屈曲部(15B)が存在しない部分の左右両壁(11)(12)の内面間の直線距離が０．７〜１．２ｍｍであることが好ましい。なお、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)は０．８〜１．０ｍｍであることが望ましい。また、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)が１８〜２４ｍｍであって、かつ熱交換管(7)の内部高さ(Ht)が１．２〜１．７ｍｍであることが好ましい。なお、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)は１．３〜１．５ｍｍであることが好ましい。さらに、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)および内部高さ(Ht)が上記いずれの場合であっても、熱交換管(7)の周壁の肉厚は０．１〜０．４ｍｍ、たとえば０．２ｍｍとすることが好ましい。熱交換管(7)の周壁の肉厚は、製造上の制約や、強度上の要求を考慮して決められる。
図３および図４に示すように、コルゲートフィン(8)は両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートを用いて波状に形成されたものであり、横断面半円形の波頂部(8a)、横断面半円形の波底部(8b)および波頂部(8a)と波底部(8b)とを連結する平坦な水平状連結部(8c)よりなり、連結部(8c)に、左右方向（連結部(8c)の幅方向）にのびる複数のルーバ(16)が、前後方向（連結部(8c)の長さ方向）に並んで形成されている。波頂部(8a)および波底部(8b)の横断面における曲率半径は等しくなっている。コルゲートフィン(8)の前後方向の幅は熱交換管(7)の前後方向の幅と等しくなっている。そして、コルゲートフィン(8)の波頂部(8a)および波底部(8b)が熱交換管(7)およびサイドプレート(9)にろう付されている。
コルゲートフィン(8)の連結部(8c)に形成された隣り合うルーバ(16)間のルーバピッチ(P1)は０．４〜０．８ｍｍであり、コルゲートフィン(8)の連結部(8c)に形成されたルーバ(16)の連結部(8c)、すなわち水平面に対する傾斜角度(X)は２０〜３０度である。また、波頂部(8a)および波底部(8b)の横断面における曲率半径を(R)、波頂部(8a)と波底部(8b)との直線距離であるコルゲートフィン(8)のフィン高さを(Hf)mm、ルーバ(16)の長さを(D)mmとした場合、Ｈｆ＝Ｄ＋２Ｒを満たしていることが好ましい。なお、隣り合う波頂部(8a)のピッチおよび隣り合う波底部(8b)のピッチを(P2)mmとした場合、Ｒ＝P2×１／４となる。また、コルゲートフィン(8)の肉厚は０．０２〜０．１ｍｍ、たとえば０．０６mmとすることが好ましい。コルゲートフィン(8)の隣り合う波頂部(8a)および隣り合う波底部(8b)のピッチ(P2)、ならびにコルゲートフィン(8)の肉厚は、製造上の制約や、強度上の要求や、通気抵抗を考慮して決められる。
コルゲートフィン(8)の連結部(8c)に形成された隣り合うルーバ(16)間のルーバピッチ(P1)を０．４〜０．８mmとしたのは、コンピュータシュミレーション計算をしたところ、図５に示すような結果が得られたからである。このコンピュータシュミレーション計算は、熱交換コア部(4)の高さ：１４７mm、熱交換コア部(4)の左右方向の幅：２４５mm、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)：２７mm、熱交換管(7)の周壁の肉厚：０．２mm、コルゲートフィン(8)の隣り合う波頂部(8a)のピッチ(P2)：１．５mm、ルーバ(16)の長さ(D)：５．２５mm、コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)：６mm、コルゲートフィン(8)の肉厚：０．０６mmとし、ルーバピッチ(P1)を変化させて行った。
図５に示すグラフの縦軸は、放熱量および通気抵抗を表す。そして、図５に示すグラフから、放熱量および通気抵抗のいずれもが好ましい値となっている範囲である０．４〜０．８mmをコルゲートフィン(8)のルーバピッチ(P1)とした。
コルゲートフィン(8)のルーバ(16)の連結部(8c)に対する傾斜角度(X)を２０〜３０度としたのは、コンピュータシュミレーション計算をしたところ、図６に示すような結果が得られたからである。このコンピュータシュミレーション計算は、熱交換コア部(4)の高さ：１４７mm、熱交換コア部(4)の左右方向の幅：２４５mm、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)：２７mm、熱交換管(7)の周壁の肉厚：０．２mm、コルゲートフィン(8)の隣り合う波頂部(8a)のピッチ(P2)：１．５mm、ルーバ(16)の長さ(D)：５．２５mm、コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)：６mm、コルゲートフィン(8)の肉厚：０．０６mmとし、ルーバ(16)の傾斜角度(X)を変化させて行った。
図６に示すグラフの縦軸は、放熱量および通気抵抗を表す。そして、図６に示すグラフから、放熱量および通気抵抗のいずれもが好ましい値となっている範囲である２０〜３０度をコルゲートフィン(8)のルーバ(16)の連結部(8c)に対する傾斜角度(X)とした。
上述したヒータコア(1)において、高温のエンジン冷却水が、エンジンから入口パイプ(6)を通して下ヘッダタンク(3)内に送り込まれる。下ヘッダタンク(3)(3)内に流入した高温エンジン冷却水は分流して熱交換管(7)内に流入し、熱交換管(7)内を上方に流れて上ヘッダタンク(2)内に入る。上ヘッダタンク(2)内に流入した高温エンジン冷却水は出口パイプ(5)を通ってエンジンに戻される。なお、高温のエンジン冷却水は、エンジンからヒータコア(1)およびラジエータに送られることがあり、あるいはエンジンからラジエータのみに送られることがある。
この発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコア(1)の全体構成を示す正面図である。 図１のII−II線拡大断面図である。 図２のIII−III線拡大断面図である。 図３のIV−IV線断面図である。 放熱量および通気抵抗とコルゲートフィンのルーバピッチとの関係を示すグラフである。 放熱量および通気抵抗とコルゲートフィンのルーバの連結部に対する傾斜角度との関係を示すグラフである。
符号の説明
(1)：ヒータコア（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(7)：熱交換管
(8)：コルゲートフィン
(8a)：波頂部
(8b)：波底部
(8c)：連結部
(16)：ルーバ

Claims (7)

  1. 互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えており、コルゲートフィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、連結部の長さ方向に並んで形成された熱交換器であって、
    コルゲートフィンの連結部に形成された隣り合うルーバ間のルーバピッチが、０．４〜０．８ｍｍである熱交換器。
  2. コルゲートフィンの連結部に形成されたルーバの連結部に対する傾斜角度が、２０〜３０度である請求項１記載の熱交換器。
  3. コルゲートフィンの波頂部および波底部が横断面半円形であり、波頂部および波底部の横断面における曲率半径をＲ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離をＨｆ、ルーバの長さをＤとした場合、Ｈｆ＝Ｄ＋２Ｒを満たす請求項１または２記載の熱交換器。
  4. 熱交換管の通風方向の幅が２４〜３０ｍｍである請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  5. 熱交換管およびコルゲートフィンがアルミニウム製である請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器。
  6. 請求項１〜５のうちのいずれかに記載された熱交換器がヒータコアとして用いられているカーエアコン。
  7. 請求項６記載のカーエアコンが搭載されている車両。
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