JP3040022B2 - 積層形熱交換器 - Google Patents

積層形熱交換器

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    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F3/00Plate-like or laminated elements; Assemblies of plate-like or laminated elements
    • F28F3/02Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations
    • F28F3/04Elements or assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with recesses, with corrugations the means being integral with the element

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、空調機等に用いられる
積層形熱交換器に係り、特に、カーエアコン用蒸発器と
して好適な積層熱形交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】蒸発器として用いられている従来の積層
形熱交換器は、特開昭63−21495 号に記載のように、U
字形の冷媒流路内に流路幅全体にわたり、所定の角度で
整列し流路深さと同じ高さに突出するように形成された
傾斜リブを有するチューブプレートを傾斜リブがX字状
に交差するように二枚組み合わせてジグザグな冷媒流路
を形成した偏平伝熱管と、被冷却空気側伝熱フィンとを
交互に多数積層した構造となっていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが、U字形の冷
媒流路内に所定の角度で整列し流路深さと同じ高さに突
出するように形成された傾斜リブを有する従来の熱交換
器は、傾斜リブが流路幅全体にわたり流路中央部まで突
出して形成されているためこのリブによって流路断面積
が略半分まで閉塞されるので、流動抵抗が大きいという
問題があった。
【0004】本発明の目的は、流動抵抗が小さい気液二
相冷媒用の高性能な積層形熱交換器を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による積層形熱交換器は、断面が略円形の
突出頂部で互いに接する第一の乱流促進リブ(円形リブ
とも言う)を多数残して流路くぼみ部を形成し、前記流
路くぼみ部に連なる入口、出口タンク部を有する伝熱管
を二枚貼り合わせ内部に冷媒流路を形成した偏平伝熱
管を、前記偏平伝熱管の入口、出口タンク部がそれぞれ
連通するように数積層してなる積層形熱交換器におい
て、前記円形リブの周辺部に配設し、突出高さが前記円
形リブより小さい第二の乱流促進リブ(非接触傾斜リブ
とも言う)を設けた構成を採用した。
【0006】
【作用】したがって、前記形リブは流路断面積の閉塞
割合が少ないので、流路中心部を管軸に沿って流れる気
相冷媒の割合が多い主流は、従来のように流路中心部ま
で突出して流路幅全体にわたり設けられた傾斜リブによ
るような強い縮流作用を受けないので圧力損失が小さ
い。また粘性の作用によって壁面を伝って流れる液冷媒
は、前記円形リブの周辺部に配設し、突出高さが前記円
リブより小さい非接触傾斜リブに沿うように主流と交
叉して流れる二次流れ、すなわち、流路断面の幅端部に
流れ着き、X字状で対向する一方の前記非接触傾斜リブ
を含む壁面に溜まった液冷媒がもう一方の非接触傾斜リ
ブ側に移り、前記もう一方の非接触傾斜リブに沿って再
び前記流路断面の幅端部から流れ去る。この前記流路断
面の幅端部への流れ着きと前記流路断面の幅端部からの
流れ去りの連続繰り返しによる螺旋状の二次流れを生じ
るので熱伝達率の向上が図られる。
【0007】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図5により
説明する。
【0008】図1は本発明に係る積層形熱交換器の偏平
伝熱管1を構成する伝熱管板1の平面図、図2は図1に
示すA−A線に沿う断面図、図3は図1に示すB−B線
に沿う断面図、図4は積層形熱交換器の平面図を示す。
【0009】本発明に係る積層形熱交換器は、伝熱管板
1を2枚組み合わせて構成される偏平伝熱管10を、図
5に示すように入口タンク部7,出口タンク部8が各々
連通孔a,bを介して連通するように多数積層し、隣接
する偏平管10の間にできる空間部に被冷却空気側伝熱
フィン13を介挿固着し、被冷却空気100の下流側に
連なるヘッダタンク部7aを入口ヘッダタンク20,上
流側に連なるヘッダタンク部8aを出口ヘッダタンク3
0とし、各々入口パイプ11,出口パイプ12を接続し
て構成されている。尚、この実施例では被冷却空気の上
流側および下流側に連なるヘッダタンク部7,8をそれ
ぞれ出口および入り口ヘッダタンクとするように構成
し、これに連なる伝熱管群からなる流路を1パスで構成
しているが、ヘッダタンク部7a,8a内に1個又は複
数個の仕切りを設けて分割し蛇行した複数パスの流路群
を構成するようにしてもよい。
【0010】伝熱管板1は、図1,図2に示すように密
閉された流路を形成するための接合リブ部5を素材平板
の全周にわたって残して冷媒流路となるべきU字形くぼ
み部2を押し出し、さらにこれより深く入口タンク部
7,出口タンク部8を押し出し成形されている。入口,
出口タンク部にはそれぞれ連通孔a,bが打ち抜かれて
おり、反タンク側端部には、積層して組立てたとき偏平
伝熱管10の間隔を保持するための折り返し部9が設け
られている。U字形流路の中間部には接合リブ5に連な
る流路仕切り部6が設けられている。
【0011】冷媒流路2内には、その押し出し高さが冷
媒流路の押し出し深さと同じになるように千鳥状配列の
円形リブ3が形成されている。円形リブ3の頂部は接合
リブ部5と同一平面に位置するように形成されており、
流路伝熱管板を2枚貼りあわせた時に頂部が互いに接合
されることによって、冷媒流路の耐圧強度が保たれる。
この円形接合リブの周辺部にはこの配列方向に沿うよう
に整列して流路に突出するように押し出し成形された傾
斜リブ4が設けられている。
【0012】傾斜リブ4の押し出し高さh4 は、図3に
示す様に、円形リブ3の押し出し高さh3 に比べて小さ
く設定されている。更に詳しくは、通常h3 の寸法は1
〜1.5 mmであるのに対して、h4の寸法は好ましくは
0.5〜1mm程度に設定されるもので、即ちh3 の略1
/2程度に設定されるものである。
【0013】次に本実施例の動作について説明する。
【0014】入口パイプ11より入口ヘッダタンク20
内に流入した気液二相冷媒は、偏平伝熱管内へ略一様に
分岐流入し、伝熱管板1,空気側フィン13を介して空
気と熱交換しながら蒸発して気相冷媒となり、出口タン
ク30内で再び合流して、出口パイプ12より外部に流
出する。
【0015】偏平伝熱管1内では粘性の大きい液冷媒が
管壁に付着するように液膜を形成して流れ、気相冷媒は
流路中心部を管軸に沿って吹き抜けるように流れる主流
部を形成している。このような流れでは、壁面と冷媒液
膜との熱伝達によって管内熱伝達率が支配されるが、本
発明による偏平伝熱管では、壁面に付着して流れている
液膜は、冷媒流路2内の互いに向かい合った壁面上にX
字状に交差するように形成されている傾斜リブ4に案内
されて、図4に示すように一方の壁面上の2次流れ20
0a及びこれに対向する壁面上の2次流れ200bが互
いに交差するように形成され、流路全体としてはX字状
の2次流れを生じる。このX字状の2次流れによって液
膜の流れが乱されるとともに螺旋状の流れが誘起される
ので伝熱が促進される。また、傾斜リブの高さが円形リ
ブ3の高さの略半分、即ち、流路高さの略1/4と小さ
いので、従来のX字形リブ構造の伝熱管内とは違って、
流路の閉塞割合が小さく縮流,拡大による圧力損失を小
さく抑えることができる。
【0016】伝熱促進作用は主として傾斜リブ4の高さ
によって影響を受けるが圧力損失との兼ね合いによって
適正な値が適宜選定される。即ち、傾斜リブの高さh4
が大きい程、2次流れを誘起させる作用が大きくなり伝
熱が促進されて熱伝達率αが向上するが、一方で冷媒流
路を閉塞する割合も大きくなり圧力損失ΔPが増大する
(図9)。したがって、圧力損失を抑えて熱伝達率を向
上できるh4 寸法の適正値は、伝熱性能評価指数α/Δ
Pが最大になる点として求まり、図9に示す伝熱管要素
の実験結果によればその時リブ高さ比h4/h3の値は大
略0.5 となる。
【0017】上記の伝熱促進作用は傾斜リブの高さにの
み着目しているが、この他にも断面形状,傾斜角,隣合
う円形リブ間に形成される傾斜リブの本数等によっても
影響を受けるので、これらについても設計事項として適
宜選定できる。
【0018】本発明の他の実施例を図6に示す。第1実
施例の熱交換器における各々の傾斜リブ4は頂部が連続
して形成されているが、この実施例では各々の傾斜リブ
4は隙間40によってリブ部4a,4b,4cに分けら
れている。この場合はリブに沿って流れる液膜が隙間4
0によって細かく分断され乱流が促進されるので熱伝達
率が更に向上する。
【0019】なお、上記実施例は傾斜リブ4を円形リブ
3の配列方向に沿って各々の配列の中間部に1個ずつ形
成したものであるが、図7に示すように円形リブ3の配
列に沿って隣接する円形リブの間にリブ部4eを形成し
てもよい。また、図8に示すように円形リブ3の間をジ
グザグに蛇行するようにして傾斜リブ4を設けても本発
明による作用効果は変わらない。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、X字状の2次流れによ
って液膜の流れが乱されるとともに螺旋状の流れが誘起
されるので伝熱が促進される。また、従来のX字形リブ
構造の伝熱管内とは違って、流路の閉塞割合が小さく縮
流,拡大による圧力損失を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による1実施例を示す伝熱管板の平面
図。
【図2】図1のAA線で切った断面図。
【図3】図1のBB線で切った断面図。
【図4】本発明の作用を説明するための偏平伝熱管内の
冷媒の流動状態を示す平面図。
【図5】本発明による積層形熱交換器の斜視図。
【図6】隙間により分割された傾斜リブを設けてなる伝
熱管板の要部の平面図。
【図7】隣接する円形リブの配列方向に沿う中間部に傾
斜リブを設けてなる伝熱管板の平面図。
【図8】円形リブ管にジグザグに蛇行して形成された傾
斜リブを設けてなる伝熱管板の平面図。
【図9】本発明による扁平伝熱管の伝熱特性に及ぼす傾
斜リブ高さの影響を示す特性図。
【符号の説明】
1…伝熱管板、2…冷媒流路、3…円形リブ、4…傾斜
リブ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 敏彦 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所 機械研究所内 (72)発明者 北原 雄一 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 渡辺 正和 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地3 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 審査官 佐伯 義文 (56)参考文献 特開 平1−184399(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F28F 3/04 F28D 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 乱流促進リブ部を有する気液二相冷媒用
    流路くぼみ部を設けた伝熱管板を二枚貼り合わせ、内部
    に冷媒流路を形成した偏平伝熱管を数積層した積層形
    熱交換器において、前記伝熱管板二枚貼り合わさって
    おり、前記伝熱管板には互いに前記冷媒流路に突出し
    うリブ同士が接するように、前記リブの高さが前記
    流路くぼみ部深さと同じに形成された第一の乱流促進リ
    ブと、前記冷媒流路に突出し、前記第一の乱流促進リブ
    の周りに配設し、前記伝熱管板を二枚貼り合わせた状態
    でX字状に向き合うリブであって、このリブはお互いに
    接しないように、高さが前記流路くぼみ部深さより小さ
    い第二の乱流促進リブを設けたことを特徴とする積層形
    熱交換器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記第一の乱流促進
    リブ同士を接合したことを特徴とする積層形熱交換器。
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