JP3976326B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に係り、より詳しくは、チューブに供給する熱交換媒体の量を適正に調整して冷暖房負荷によって熱交換能力の調節を行う熱交換器に関するもので、熱交換器を流れる熱交換媒体の流れを選択的に調節するか開閉して暖房または冷房容量を制御し、熱交換媒体が熱交換器に均一に分布できるようにすると同時に、チューブ側に流れる熱交換媒体量及び流速を一定に維持して左・右温度差を改善し、しかも熱交換性能を向上させた熱交換器に関する。

一般に知られているように、空気調和装置は冷房システムと暖房システムとを含むもので、冷房システムは、圧縮機の駆動によって吐出される熱交換媒体が凝縮器、レシーバードライヤー、膨張弁及び蒸発器を経て再び圧縮機に循環する過程を行い、蒸発器による熱交換によって自動車の室内を冷房する構成を有するものであり、一方、暖房システムは、熱交換媒体（エンジン冷却水）をヒーターコアに流入させて熱交換させることで室内を暖房する構成を有するものである。

前記熱交換媒体を熱交換させる凝縮器と蒸発器およびヒーターコアなどは熱交換器であって、前記熱交換器は熱交換媒体の供給を受けて適正温度で熱交換を行った後循環させる働きをする。
従来の熱交換器は図１に示すように、その両端部が上・下部ヘッダー１，３に固定され、互いに所定距離隔てて並設されている複数個のチューブ５と、前記上・下部ヘッダー１３とそれぞれ結合して各チューブ５の端部と連通する通路を形成する上・下部タンク７．９と、前記各チューブ５の間に設置して放熱表面積を広げるための放熱フィン１１とを具備して構成される。

このように構成された従来の熱交換器は、空気調和装置、特に自動車用空気調和装置に装着された状態で、上部タンク７と上部ヘッダー１とによって形成された通路に供給された熱交換媒体が、バッフルによって区画された一側チューブ５を通過しながら熱交換器周囲の空気と熱交換を行った後、下部タンク９と下部ヘッダー３とによって形成する通路でＵターンし、他側のチューブ５を通過しながら再び熱交換を行い、上部タンク７と上部ヘッダー１とによって形成された通路を経て排出される。

上記のように熱交換が行われる従来の熱交換器は、暖房または冷房負荷にかかわらず熱交換媒体（自動車の冷却水）が供給されるので、暖房または冷房負荷によって熱交換能力を任意に調整するためには別途の制御手段が必要である。例えば、自動車のヒーターコアとして用いられる熱交換器の場合、熱交換器の熱交換能力を調節するためには送風機の回転数を調節する方法を使用したり、熱交換器の前面にドアを設置して熱交換器を通過する風量を調節する方法を使用したりした。このように、風量を制御して熱交換器の熱交換力を制御するには別途の装置を必要とするという問題点を内在していた。

上記問題点を解決するために本出願人が出願して登録を受けた韓国登録特許公報第１７０２３４号によれば、熱交換器は、図２及び図３に示すように、上・下部ヘッダー１、３にその両端部を固定し、等間隔に配置したチューブ５と、上部ヘッダー１に連結して特定チューブ５に熱交換媒体を供給する分割供給手段１３と、下部ヘッダー３に連結して各チューブ５の端部と連通する下部タンク９とから構成される。
分割供給手段１３は、上部ヘッダー１と結合した各チューブ５の上端部と連通する複数個の連結通路１５と、連結通路１５の入口側が所定の角度範囲内で形成される円筒状の熱交換媒体分割部１９とが形成された本体１７と；本体１７に形成された熱交換媒体分割部１９と連通可能に設置した少なくとも一つ以上の熱交換媒体供給管２１と；熱交換媒体分割部１９に回転可能に設置し、熱交換媒体分割部１９と連通する連結通路１５の入口を選択的に遮断する遮断羽根２７を回転軸２５に設置した回転部材２３と；回転軸２５を支持しながら熱交換媒体分割部１９を遮断するカバー部材２９と；から構成される。

上記の状態で熱交換器を用いて熱交換媒体との熱交換を行うためには、先ず、熱交換媒体供給管２１を通して熱交換媒体を供給すると同時に、熱交換媒体分割部１９に回転可能に設置あいた回転部材２３を熱交換器にかかる負荷に応じて回転させる。次いで、回転部材２３の回転によって遮断羽根２７が連結通路１５の入口を選択的に開閉することにより、一部または全体のチューブ５に熱交換媒体を供給する。
連結通路１５の入口が両側に形成されている場合は、回転部材２３の両側に設置した遮断羽根２７が各チューブ５の端部を同時に開くことになり、一部のチューブ５に熱交換媒体を供給することができ、回転部材２３の回転によって熱交換媒体の供給量を調節することができるので、熱交換器の熱交換能力を任意に調節できるようになる。

このように、熱交換器の各チューブ５に熱交換媒体を選択的に流すようにし、その性能を任意に調整することができて、暖房または冷房負荷に対して容易に対処することができる。
しかし、熱交換器は、熱交換媒体の量を選択的に調節することができるという長所はあるが、回転部材２３の遮断羽根２７によってガイドされる熱交換媒体が熱交換器の一側のチューブ列に偏流するため、熱交換媒体のミキシング性能が低下してしまうだけでなく、熱交換器の左・右温度差が発生する問題があった。また、前記熱交換器の場合、構造上チューブ列に供給される熱交換媒体の供給順序および位置を任意に変更／選択するのが容易でなかった。

韓国登録特許公報第１７０２３４号 特開２００４−６６８３８号公報

本発明は、かかる従来の問題点を解決するためのもので、その目的は、熱交換器を流れる熱交換媒体の流れを選択的に調節するか開閉して暖房または冷房容量を制御すると同時に、温度偏差を最小化し、熱交換媒体の熱交換器への均一な分布を図った熱交換器を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、チューブ側に流れる熱交換媒体量及び流速を一定に維持して左・右温度差を改善し、且つ熱交換性能を向上させた熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、上部ヘッダー（１０１）と下部ヘッダー（１０３）にその両端部を固定された複数のチューブ（１０５）および一つ以上のリターンパイプ（１４０）を有し、上部ヘッダー（１０１）の上に熱交換媒体分配手段（１１０）、さらにその上に上部タンク（１１５）が連結され、下部ヘッダー（１０３）の下には下部タンク（１３４）が連結されて構成される熱交換器であって、熱交換媒体分配手段（１１０）は、チューブ（１０５）のそれぞれに連通する複数の供給ホール（１４５）と、上部タンク（１１５）の下面に形成された分配流路（１９０）とで熱交換媒体の流路を作って、供給ホール（１４５）のそれぞれに熱交換媒体を案内する案内ガイド（１５０）と、リターンパイプ（１４０）と連通する回収ホール（１５５）と、供給ホール（１４５）相互の間および供給ホール（１４５）と回収ホール（１５５）の間を仕切る隔壁（１６０）とが形成された構造であり、上部タンク（１１５）は、熱交換媒体供給管（１２０）からの熱交換媒体を受け、熱交換媒体分配手段（１１０）に送る案内部（１６５）と、回収ホール（１５５）からの回収熱交換媒体を受け、回収誘導ホール（１８０）を介して熱交換媒体回収管（１２５）に送る回収部（１７５）とに区分され、弁体（１９５）により案内部（１６５）に形成された分配ホール（１７０）を開閉して熱交換媒体分配手段（１１０）への熱交換媒体の供給を制御する熱交換媒体調整手段（１３０）を有する構造である。

上部タンク（１１５）における熱交換媒体回収管（１２５）を挟んで一側には回収部（１７５）と熱交換媒体回収管（１２５）とを連通する回収誘導ホール（１８０）が形成され、他側には案内部（１６５）と熱交換媒体回収管（１２５）とを連通するバイパスホール（１８５）が形成されることが好ましい。

弁体（１９５）は、その回転と同時に前後方向に動くリンク（２０５）と結合した補助弁体（２００）を有し、補助弁体（２００）により回収誘導ホール（１８０）またはバイパスホール（１８５）を選択的に開閉されることが好ましい。
また、熱交換媒体供給管（１２０）と熱交換媒体回収管（１２５）を結んでバイパス通路（１１７）が形成され、バイパスホール（１８５）が形成される部位で断面積が小さく、特にテーパー状にされた縮小バイパス通路（１１７ａ）となることが好ましい。

熱交換媒体分配手段（１１０）の供給ホール（１４５）は、連通する該当チューブ（１０５）の個数に比例する大きさにし、上部タンク（１１５）の分配ホール（１７０）は、連通する該当チューブ（１０５）の個数に比例する大きさにすることが好ましい。

熱交換媒体分配手段（１１０）は、ゴム材質または合成樹脂材質で形成され、弁体（１９５）は、ポリテトラフルオロエチレン材質またはウレタン材質で、または合成樹脂材質で形成されて外表面をゴム材質でコーティングしてなることが好ましい。

また、チューブ（１０５）とリターンパイプ（１４０）が、内部に区画壁（１０５ｃ）が設置されて、「Ｕ」字型流路（１０５ｄ）となる一体化された形体であり、熱交換媒体供給管（１２０）からの熱交換媒体が上部タンク（１１５）の分配ホール（１７０）から区画壁（１０５ｃ）のチューブ入口側（１０５ａ）に供給され、チューブ出口側（１０５ｂ）から上部タンク（１１５）の分割壁（１１６）により仕切られた回収部（１７５）を経て熱交換媒体回収管（１２５）に戻されるようにしてもよい。

本発明は、熱交換媒体調整手段の作動によって特定チューブまたは全チューブに熱交換媒体を供給すると同時に、熱交換媒体の量を適正に調節することにより、冷・暖房負荷によって熱交換能力を簡便に調節することができ、熱交換媒体が移動抵抗性なしに特定チューブまたは全チューブに分配・流入して循環することにより、ミキシング性能及び全体の熱交換性能が向上する。熱交換媒体分配手段をゴム材質または合成樹脂材質で形成することにより、チューブ側に流動する熱交換媒体とバイパスする熱交換媒体との間の熱伝導が最小化できる。

案内部を中心にそれぞれの分配流路と案内ガイド及び供給ホールが熱交換器の両側方にのびていて、熱交換媒体をそれぞれのチューブに一定に供給することができ、さらに段階的に熱交換媒体量を調節することができるので、微細な温度調節が可能になる。
また、分配流路と案内ガイド及び隔壁の位置を多様に変更することができるので、特定チューブに流動する熱交換媒体の流路の数及び形状を自由に調整することができる。
また、一定の個数ずつ区画されたチューブと連通する熱交換媒体の分配ホールを、該当チューブ数に比例する大きさにすることにより、チューブ側に流れる熱交換媒体量及び流速が一定に維持されて、左・右温度差が改善されるとともに、熱交換性能が向上する。

また、前記上部タンクの内部に通路断面積を縮小したテーパー状のバイパス通路を形成して、熱交換媒体回収管から熱交換媒体供給管にバイパスする熱交換媒体の量を熱交換媒体調整手段の温度制御位置別に変えることで、円滑な温度制御が可能になり、チューブ側に流れる流量及び速度が一定に維持されて左・右温度差が改善される。
また、初期にバイパスホールがある程度開放されてもバイパスされる流量が少なくてチューブ側に流れる流量を充分に確保することができ、熱交換性能及び流量制御性能が向上する。

以下、本発明の好適な実施例を、添付図を参照して詳細に説明する。

図４は本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す斜視図であり、図５は本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す分解斜視図であり、図６は本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す断面図であり、図７は本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す平面図であり、図８は本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクと熱交換媒体分配手段とを分解した状態を示す底面分解図であり、図９は本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクと熱交換媒体分配手段及び上部ヘッダーを示す結合断面図であり、図１０乃至図１２は本発明の第１実施例に係る熱交換器の作動状態図であり、図１３は本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクに形成された分配ホールの大きさを該当チューブ個数に比例する大きさにした場合を示す平面図である。

図示したように、本発明の第１実施例に係る熱交換器１００は、図５にあるように上部ヘッダー１０１および下部ヘッダー１０３にその両端部が固定され、等間隔に配置され、熱交換媒体の移動を行うチューブ１０５と、上部ヘッダー１０１には熱交換媒体分配手段１１０、上部タンク１１５、熱交換媒体調整手段１３０がそれぞれ設置され、下部ヘッダー１０３には下部タンク１３４が設置されている。熱交換媒体分配手段１１０は、各チューブ１０５に熱交換媒体を供給する部位である。上部タンク１１５は、一側には熱交換媒体が供給される熱交換媒体供給管１２０および熱交換媒体が回収排出される熱交換媒体回収管１２５がそれぞれ形成され、内部には熱交換媒体分配手段１１０の特定部位に熱交換媒体を供給する分配流路１９０が形成されている。熱交換媒体調整手段１３０は、上部タンク１１５の内側に設置され、制御信号によって自動的に作動しながら熱交換媒体の供給量を特定する機能を有している。下部タンク１３４は、各チューブ１０５の端部と連通し、リンターンパイプ１４０を通して熱交換媒体を上部タンク１１５に移送するように上部タンク１０５と連結されている。
また、図には示していないが、チューブ１０５の間には熱交換を促進させる放熱フィンをさらに介在しても良い。

各構成要素件ついて、以下にさらに詳細に説明する。
熱交換媒体分配手段１１０は、図７にあるように、複数の供給ホール１４５が適正位置に形成されて、それぞれチューブ１０５と連通して一定個数ずつ区画され、熱交換媒体をチューブ１０５に移動抵抗なしに供給できるようしている。供給ホール１４５は、隣り合う供給ホール１４５との間に隔壁１６０が形成され、それぞれ独立している。また、供給ホール１４５は、連通する該当チューブ１０５の個数に比例する大きさにすることが好ましい。

熱交換媒体分配手段１１０の上側面には、後述する分配ホール１７０からの熱交換媒体を供給ホール１４５に案内する案内ガイド１５０が形成されている。また、熱交換媒体分配手段１１０の一側には回収ホール１１５が形成され、リターンパイプ１４０と連通して下部タンク１３４から移送された熱交換媒体を受け入れ、上部タンク１１５側に流れるようにしている。
このような熱交換媒体分配手段１１０は、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）材質または合成樹脂材質で形成されると、熱伝導を少なく好ましい。

案内ガイド１５０や隔壁１６０の位置および形状を変えると、区画された特定チューブ１０５に流れる熱交換媒体の流路の数および形状を多様に変更し得るなど任意に調整できるようになるので、温度の変化率（勾配）を一定に維持／制御できる温度直進性が改善され、これにより温度制御の正確度が向上し、微細な温度制御が可能になる。

上部タンク１１５は、図８、１０にあるように、外部から熱交換媒体の入る熱交換媒体供給管１２０と外部に排出する熱交換媒体回収管１２５が形成された部分であり、熱交換媒体供給管１２０は円形状の案内部１６５と連通し、熱交換媒体回収管１２５は一側で回収誘導ホール１８０を介して回収部１７５と連通し、他側でバイパスホール１８５を介して案内部１６５に連通している。案内部１６５は、底部に分配ホール１７０が円周方向に等間隔に形成されて、熱交換媒体を熱交換媒体分配手段１１０に供給することができる。回収部１７５は、戻りの熱交換媒体を受け入れ熱交換媒体回収管１２５に排出する。
案内部１６５にある分配ホール１７０は、連通するそこと連通する該当チューブ１０５の個数に比例する大きさにすることが好ましい。

また、上部タンク１１５の底部側には分配流路１９０が形成され、熱交換媒体分配手段１１０の上に設置されたとき熱交換媒体分配手段１１０の案内ガイド１５０と対応して熱交換媒体の流路となり、分配ホール１７０から供給ホール１４５までの熱交換媒体の流れをガイドしている。

回収誘導ホール１８０は、リターンパイプ１４０を通して戻った熱交換媒体を熱交換媒体回収管１２５を通して排出するようにし、バイパスホール１８５は熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体を直接的に熱交換媒体回収管１２５にバイパスさせる。

熱交換媒体調整手段１３０は、図１１、１２にあるように、上部タンク１１５の案内部１６５に設置されて分配ホール１７０の入口を任意に開閉（一部または全体）する弁体１９５と、弁体１９５とリンク２０５によって連結され、弁体１９５の回転に合わせて前後方向に移動することで回収誘導ホール１８０またはバイパスホール１８５を選択的に開閉する補助弁体２００とで構成される。

弁体１９５は、図５にあるように、制御スィッチ（図示せず）によって自動的に調整されながら回転するもので、弁体１９５に弾性部材２１５を介して多角形状の回転体２１０が設置され、回転体２１０の上端を回転可能に支持するとともに上部タンク１１５の上端を外部と遮断して密閉するカバー２２０が設置される。カバー２２０の外側に突出した回転体２１０の上端にはアクチュエータ（図示せず）と連結された回転補助体２２５が結合される。ここで、弁体１９５は耐熱性及びシーリング性の向上を図るためにポリテトラフルオロエチレン材質またはウレタン材質で作ることが好ましい。

また、弾性部材２１５は弁体１９５が案内部１６５の底面側に密着できるようにバネなどで構成される。さらに、回転体２１０とカバー２２０との間にシーリング部材２３０が設置されてカバー２２０と上部タンク１１５との間のシール性を保持する。また、弁体１９５を合成樹脂材質で形成した場合には、その外側をゴム材質でコーティング処理することもでき、弁体１９５を合成樹脂とゴム材質で段階別処理した場合には、分配ホール１７０と弁体１９５との間のシール性が向上する。

リターンパイプ１４０は、熱伝導効率の向上を図るためにスロット（ｓｌｏｔ）または直方体状に形成するのが望ましいが、この他にもチューブ１０５やチューブ１０５列に取り替えて構成することもできる。

前記では上部タンク１１５の案内部１６５に形成した分配ホール１７０の大きさを均一にしているが、図１３に示すように、分配ホール１７０の大きさを各分配ホール１７０と連通する該当チューブ個数に比例させるようにすることもできる。すなわち、分配ホール１７０の大きさを、該当チューブ１０５の個数が多いほど大きくし、少ないほど小さくすることで、熱交換媒体供給管１２０を通して案内部１６５に流入した後各分配ホール１７０を通過する熱交換媒体量が、該当チューブ１０５の個数に比例するように供給されて各チューブ１０５に均等に分配され、同時にチューブ１０５に沿って流れる熱交換媒体量および流速が一定に維持されて、左・右温度差が改善され、熱交換性能が向上するようになる。

また、図１３では、分配ホール１７０の大きさだけでなく、分配ホール１７０と分配流路１９０の配置や形態を変えた例を示している。その他にもさらに多様に変形することができる。加えて、分配ホール１７０および分配流路１９０を多様に変形するとともに、これに対応して熱交換媒体分配手段１１０および各供給ホール１４５と連通するチューブの個数も多様に変形することができる。一方、分配ホール１７０と連通する分配流路１９０の大きさ及び熱交換媒体分配手段１１０に形成された多数の供給ホール１４５の大きさも、連通する該当チューブ１０５の個数に比例する大きさにすることが好ましい。

上述したように、本発明の第１実施例に係る熱交換器は、多数のチューブ１０５およびリターンパイプ１４０の両端部にそれぞれ上・下部ヘッダー１０１、１０３を結合し、上部ヘッダー１０１には熱交換媒体分配手段１１０および熱交換媒体調整手段１３０が搭載された上部タンク１１５を設置し、下部ヘッダー１０３には下部タンク１３４を設置してなっている。したがって、熱交換媒体が上部タンク１１５の熱交換媒体供給管１２０を通して案内部１６５に供給されると、熱交換媒体は、熱交換媒体調整手段１３０の調節によってバイパスホール１８５を通して直接熱交換媒体回収管１２５にバイパスされるか、または分配ホール１７０を通して多数のチューブ１０５に沿って流れながら外部空気と熱交換した後、リターンパイプ１４０を通してリターンして熱交換媒体回収管１２５に排出される。

以下に、熱交換媒体の循環過程をより詳しく説明する。
熱交換媒体が循環する過程において制御スイッチを用いて回転補助体２２５を特定の角度に回転させると、弁体１９５の回転によって分配ホール１７０のうち一部の分配ホール１７０が開放され、この開放された分配ホール１７０は分配流路１９０および供給ホール１４５と連通し、供給ホール１４５は両側隔壁１６０によって一定個数に区画された特定チューブ１０５と連通する。
したがって、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は、弁体１９５の回転によって開放された分配ホール１７０と連通する特定チューブ１０５に沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、下部タンク１３４に移動する。
下部タンク１３４に移動した熱交換媒体はリターンパイプ１４０を通して上部タンク１１５に移動し、上部タンク１１５に移動した熱交換媒体は回収誘導ホール１８０を通過して熱交換媒体回収管１２５に排出される。

このように弁体１９５が特定の角度に回転すると、回収誘導ホール１８０とバイパスホール１８５との間に位置する、リンク２０５によって作動する補助弁体２００が、回収誘導ホール１８０およびバイパスホール１８５とを完全に遮断しなくなるため、リターンパイプ１４０を通して復帰された熱交換媒体が熱交換媒体回収管１２５に移動する際、熱交換媒体供給管１２０を通して案内部１６５に供給された熱交換媒体の一部は、バイパスホール１８５を通して直接に熱交換媒体回収管１２５に流れるようになる。
すなわち、弁体１９５の回転によって分配ホール１７０が大きく開放されるほど、補助弁体２００はバイパスホール１８５側に移動してバイパスホール１８５を通してバイパスする流量が少なくなり、反対に、分配ホール１７０が小さく開放されるほど、補助弁体２００は回収誘導ホール１８０側に移動してバイパスホール１８５を通してバイパスする流量が多くなる。

そして、回転補助体２２５を完全に回転させると、弁体１９５の回転によって全ての分配ホール１７０が開放され、この時、分配ホール１７０は分配流路１９０及び供給ホール１４５を通して全チューブ１０５と連通する。
したがって、熱交換媒体は、全体が開放された分配ホール１７０を通して分配流路１９０及び供給ホール１４５を経て全チューブ１０５に沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、下部タンク１３４に移動する。
下部タンク１３４に移動した熱交換媒体はリターンパイプ１４０を通して上部タンク１１５に復帰し、上部タンク１１５に復帰した熱交換媒体は熱交換媒体回収管１２５に排出される。
このように弁体１９５が完全に回転して全ての分配ホール１７０が開放されると、補助弁体２００は回収誘導ホール１８０を完全開放するとともにバイパスホール１８５を完全遮断することになり、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は全てがチューブ１０５側に流動するようになる。

これに対して、弁体１９５が回転して全ての分配ホール１７０が遮断されると、補助弁体２００はバイパスホール１８５を完全開放するとともに回収誘導ホール１８０を完全遮断することになり、これにより熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は全てがバイパスホール１８５を通して熱交換媒体回収管１２５に直接に排出される。
一方、熱交換器１００の中心部に案内部１６５を形成し、この案内部１６５を中心に分配流路１９０と案内ガイド１５０及び供給ホール１４５が両方向に延びていることから、弁体１９５の作動範囲によって、多数の領域に区画された特定チューブ１０５に熱交換媒体を任意調整して流すことにより、ミキシング性能が向上し、且つ段階別調整が可能なので微細な温度調節が可能である。

また、熱交換媒体の移動経路を自由に特定することができて温度直進性が安定的に調整され、さらに、分配流路１９０と案内ガイド１５０及び供給ホール１４５などを多様な形状にすることにより、各チューブ１０５への熱交換媒体の供給を自由に設定することができ、なお、供給ホール１４５を基準として適正位置に隔壁１６０を形成することにより、熱交換媒体の供給量を優先的に特定することができる。

図１４は本発明の第２実施例に係る熱交換器を示す平面図であって、上述した第１実施例と異なる構成および作用についてのみ説明し、反復説明は省略する。
図１４に示すように、第２実施例は、熱交換媒体調整手段１３０におけるバイパスホール１８５がない構造である点を除いては、第１実施例と全体構成が同一である。
第２実施例の熱交換媒体調整手段１３０は、上部タンク１１５の案内部１６５に設置されて分配ホール１７０の入口を任意に開閉（一部または全体）する弁体１９５と、弁体１９５に弾性部材２１５を介して結合される回転体２１０と、回転体２１０の上端を回転可能に支持するとともに上部タンク１１５の上端を外部と遮断するように密閉させるカバー２２０と、カバー２２０の外側に突出した回転体２１０の上端に結合されるとともにアクチュエータ（図示せず）と連結される回転補助体２２５とで構成されている。

第１実施例の熱交換媒体調整手段１３０と異なるのは、リンク２０５と補助弁体２００がないことであり、その他の構成は同一なのでここでより詳細な説明は省略する。
このような熱交換媒体調整手段１３０の構造に対応して、上部タンク１１５の熱交換媒体回収管１２５を挟んで、一側には回収部１７５と熱交換媒体回収管１２５とを連通する回収誘導ホール１８０が形成され、他側は案内部１６５と熱交換媒体回収管１２５との連通を遮断するようになっている。したがって、熱交換媒体が循環する過程において制御スイッチを用いて回転補助体２２５を特定の角度に回転させると、弁体１９５の回転によって分配ホール１７０のうち一部（または全体）の分配ホール１７０が開放され、この開放された分配ホール１７０は分配流路１９０および供給ホール１４５と連通し、供給ホール１４５は両側隔壁１６０によって一定個数に区画された特定チューブ１０５と連通する。

したがって、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は、弁体１９５の回転によって開放された分配ホール１７０と連通する特定チューブ１０５に沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、下部タンク１３４に移動する。下部タンク１３４に移動した熱交換媒体はリターンパイプ１４０を通して上部タンク１１５に移動し、上部タンク１１５に移動した熱交換媒体は回収誘導ホール１８０を通過して熱交換媒体回収管１２５に排出される。

図１５は本発明の第３実施例に係る熱交換器を示す平面図であって、上述した第１実施例と異なる構成および作用についてのみ説明し、反復説明は省略する。
図１５に示すように、第３実施例は第１実施例と全体構成および作用が同一である。ただし、上部タンク１１５における熱交換媒体供給管１２０と熱交換媒体回収管１２５との間のバイパス通路１１７において、バイパスホール１８５が形成される部位の断面積を小さくした縮小バイパス通路１１７ａを形成させる。ここで、縮小バイパス通路１１７ａはテーパ−状に形成されることが好ましい。そして、バイパスホール１８５は縮小バイパス通路１１７ａの最も断面積が小さな位置に形成されることが好ましく、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体を直接熱交換媒体回収管１２５にバイパスさせる役割をする。

このように縮小バイパス通路１１７ａは、テーパー状に形成されることにより、熱交換媒体調整手段１３０の温度制御により、補助弁体２００がバイパスホール１８５から離れるに従い漸次開放度合いが大きくなり、熱交換媒体のバイパス流量も次第に増加することになる。
すなわち、このように、補助弁体２００の断続によって縮小バイパス通路１１７ａを経てバイパスされる熱交換媒体が、急激な流量変化なしに熱交換媒体調整手段１３０の温度制御位置別に変更することができるので、円滑な温度制御が可能であり、チューブ１０５側に流れる流量および速度が一定に維持されて左・右温度差が改善される。
また、初期にバイパスホール１８５がある程度開放されてもバイパスされる流量が少ないので、チューブ１０５側に流れる流量が充分確保されて、熱交換性能が向上する。

図１６は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す結合斜視図であり、図１７は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す分解斜視図であり、図１８は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す正面断面図であり、図１９は本発明の第４実施例に係る熱交換器におけるタンクと熱交換媒体供給手段とを示す分解斜視図であり、図２０は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す側面断面図であり、図２１は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す平面図であり、図２２は本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す作動状態図であって、第１実施例と異なる部分についてのみ説明する。
第１実施例では熱交換媒体が複数のチューブ１０５を通って下部タンク１３４に下降し、一つ以上のリターンパイプ１４０にまとめられて上昇して回収されるのに対して、第４実施例では、図２０に示されるようにチューブの内部に区画壁１０５ｃがあり、一側をチューブ入口側１０５ａ、他側をチューブ出口側１０５ｂとする「Ｕ」字型流路が形成された構造を有する。

これにより第４実施例に係る熱交換器１００は、上部ヘッダー１０１に開口してチューブ１０５に結合されて一定間隔で配置され、チューブ１０５は、下端部にはリターン手段１０６を備え、内部にチューブ入口側１０５ａとチューブ出口側１０５ｂを連結する「Ｕ」字型流路１０５ｄを有している。

そして、上部ヘッダー１０１では、熱交換媒体供給管１２０からの熱交換媒体が分配ホールから案内ガイド１５０および供給ホール１４５を通ってチューブ入口側１０５ａに流れ、チューブ出口側１０５ｂからの戻り熱交換媒体が熱交換媒体回収管１２５に流れるようにされる。

先ず、熱交換媒体分配手段１１０は、チューブ１０５に熱交換媒体を供給できるように、多数の領域に区画されたチューブ入口側１０５ａ側とそれぞれ連通する多数の供給ホール１４５が、適正位置に形成され、上側面には、各分配流路１９０の開口された下端を密閉するとともに分配流路１９０に沿って流動する熱交換媒体を各供給ホール１４５に案内する案内ガイド１５０が形成され、各供給ホール１４５の間には隔壁１６０が形成されてなる。
隔壁１６０は、供給ホール１４５を通して供給された熱交換媒体が隔壁１６０によって区画された一定個数の該当チューブ１０５に供給されるようにする。

ここで、熱交換媒体分配手段１１０は、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）材質または合成樹脂材質で形成されることが望ましい。すなわち、熱交換媒体分配手段１１０は、タンク１１５とヘッダー１０１との間でチューブ入口側１０５ａ側に設置され、チューブ入口側１０５ａに流入する熱交換媒体とチューブ出口側１０５ｂから排出される熱交換媒体との間の熱伝導を最小化し、同時に熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体がチューブ入口側１０５ａにのみ流入するようにする。
一方、熱交換媒体分配手段１１０の隔壁１６０の位置および個数を変更すると、区画されたチューブ１０５を流動する熱交換媒体の流路数および各流路の大きさを多様に変更することができ、同時に熱交換媒体分配手段１１０の案内ガイド１５０とタンク１１５の分配流路１９０との位置および形状を変更すると、隔壁１６０によって区画された各流路に供給される熱交換媒体の供給順序を任意に変更することができる。

そして、タンク１１５には熱交換媒体供給管１２０と連通した円形状の案内部１６５が形成され、該案内部１６５の底部には、各分配流路１９０を通して熱交換媒体分配手段１１０に熱交換媒体が供給できるような多数の分配ホール１７０が円周方向に等間隔に形成される。
また、タンク１１５の内部には、チューブ入口側１０５ａに流入する熱交換媒体とチューブ出口側１０５ｂから排出される熱交換媒体とを区画分離するための分割壁１１６が一体形成される。
そして、タンク１１５の熱交換媒体供給管１２０は分割壁を基準としてチューブ入口側１０５ａと連通するように配設され、熱交換媒体回収管１２５はチューブ出口側１０５ｂと連通するように配設される。

一方、タンク１１５の底部側には熱交換媒体分配手段１１０の案内ガイド１５０と対応する分配流路１９０が形成されるが、分配流路１９０は案内ガイド１５０と対応するように適正間隔に形成され、その先端は案内部１６５の分配ホール１７０と連通し、その末端は熱交換媒体分配手段１１０の各供給ホール１４５の位置まで延設される。

すなわち、分配流路１９０は、案内部１６５の各分配ホール１７０と熱交換媒体分配手段１１０の各供給ホール１４５とを連通するための一定形状および長さを有する。
このような分配流路１９０は案内ガイド１５０と結合すれば密閉した流路を形成することになり、これにより、案内部１６５の分配ホール１７０を通して供給された熱交換媒体が熱交換媒体分配手段１１０の各供給ホール１４５に安定的に移動できるようになる。
そして、熱交換媒体調整手段１３０は、タンク１１５の案内部１６５に設置されて分配ホール１７０の入口を任意に開閉（一部または全体）する弁体１９５と、弁体１９５に弾性部材２１５を介して結合される回転体２１０と、回転体２１０の上端を支持するとともにタンク１１５の開口された上側を外部と遮断するように密閉させるカバー２２０と、カバー２２０の外側に突出した回転体２１０の一側に結合されるととともにアクチュエータ（図示せず）と連結される回転補助体２２５とで構成される。

弁体１９５は制御スィッチ（図示せず）によって自動的に調整されながら回転し、耐熱性及びシーリング性を向上させ得るようにポリテトラフルオロエチレン材質またはウレタン材質で形成さ
れる。
また、弾性部材２１５は弁体１９５が案内部１６５の底面側に密着できるようにバネなどで構成される。さらに、回転体２１０とカバー２２０との間にはシーリング部材２３０が設置されてカバー２２０とタンク１１５との間にシール性を保持する。
一方、弁体１９５を合成樹脂材質で形成した場合には、その外側面にゴム材質でコーティング処理することもでき、弁体１９５を合成樹脂とゴム材質で段階別処理した場合には、分配ホール１７０と弁体１９５との間のシール性が向上する。
そして、チューブ１０５は内部に「Ｕ」字型流路１０５ｄを形成するような区画壁１０５ｃを有する一体型チューブ１０５である。

また、一体型チューブ１０５の下端部に具備されるリターン手段１０６は、チューブ１０５の下端部に閉鎖壁１０６ａを一体形成してなる。すなわち、一体型チューブ１０５は、上端部に開口するチューブ入口側１０５ａとチューブ出口側１０５ｂが形成され、下端部は閉鎖壁１０６ａで閉鎖され、内部にはチューブ入口側１０５ａとチューブ出口側１０５ｂの間で垂直方向に一定の長さの区画壁１０５ｃが形成されることで、内部にチューブ入口側１０５ａとチューブ出口側１０５ｂを連結する「Ｕ」字型の流路１０５ｄが形成される。

上記のように、本発明の第４実施例に係る熱交換器１００は、一定間隔で配列した多数のチューブ１０５の上端部にヘッダー１０１を結合し、ヘッダー１０１には熱交換媒体分配手段１１０を設置し、その上側に熱交換媒体調整手段１３０を載したタンク１１５を結合／設置してなる。したがって、熱交換器１００を流れる熱交換媒体の流れを選択的に調節または開閉して暖房または冷房用量を制御すると同時に温度偏差を最小にできる。

以下、熱交換媒体の循環過程をより詳しく説明する。
熱交換媒体が循環する過程において制御スィッチを用いて回転補助体２２５を特定の角度に回転させると、弁体１９５の回転によって分配ホール１７０のうち一部の分配ホール１７０が開放され、この開放された分配ホール１７０は分配流路１９０及び供給ホール１４５と連通し、供給ホール１４５は隔壁１６０によって多数の領域に区画された特定チューブ１０５の入口１０５ａと連通する。したがって、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は、弁体１９５の回転によって開放された分配ホール１７０と連通する特定チューブ１０５のチューブ入口側１０５ａに流入し、特定チューブ１０５のチューブ入口側１０５ａに流入した熱交換媒体は、チューブ１０５の「Ｕ」字型流路１０５ｄに沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、チューブ出口側１０５ｂから排出される。

チューブ出口側１０５ｂから排出された熱交換媒体は、分割壁１１６によって区画されたタンク１１５内部を経て熱交換媒体回収管１２５に最終排出される。そして、回転補助体２２５を完全に回転させると、弁体１９５の回転によって全分配ホール１７０が開放され、この時、分配ホール１７０は分配流路１９０及び供給ホール１４５を介して全チューブ１０５のチューブ入口側１０５ａと連通する。したがって、熱交換媒体供給管１２０を通して供給された熱交換媒体は、全体が開放された分配ホール１７０と連通する全チューブ１０５のチューブ入口側１０５ａに流入し、全チューブ１０５のチューブ入口側１０５ａに流入した熱交換媒体は、チューブ１０５の「Ｕ」字型流路１０５ｄに沿って流動しながら外部空気と活発な熱交換を行った後、チューブ出口側１０５ｂから排出される。
続いて、チューブ出口側１０５ｂから排出された熱交換媒体は、分割壁１１６に区画されたタンク１１５の内部を経て熱交換媒体回収管１２５に最終排出される。そして、「Ｕ」字型流路１０５ｄを有するチューブ１０５を用いることで、熱交換媒体が「Ｕ」字型流路１０５ｄを流動する時、上・下温度の偏差を最小にすることができ、温度が均一に維持されて熱交換性能が向上する。

従来の熱交換器を示す斜視図である。 従来の熱交換器の他の例を示す正面図である。 従来の熱交換器のまた他の例を示す要部図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す斜視図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す分解斜視図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器を示す断面図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器における熱交換媒体分配手段を示す平面図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクと熱交換媒体分配手段とを分解した状態を示す底面分解図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクと熱交換媒体分配手段及び上部ヘッダーを示す結合断面図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器の作動状態図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器の作動状態図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器の作動状態図である。 本発明の第１実施例に係る熱交換器における上部タンクに形成された分配ホールの大きさを該当チューブ個数に比例する大きさにした場合を示す平面図である。 本発明の第２実施例に係る熱交換器を示す平面図である。 本発明の第３実施例に係る熱交換器を示す平面図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す結合斜視図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す正面断面図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器におけるタンクと熱交換媒体供給手段を示す分解斜視図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す側面断面図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す平面図である。 本発明の第４実施例に係る熱交換器を示す作動状態図である。

符号の説明

１００； 熱交換器
１０１、１０３； ヘッダー
１０４； 放熱フィン
１０５； チューブ
１０５ａ； チューブ入口側
１０５ｂ； チューブ出口側
１０５ｃ； 区画壁
１０５ｄ； 「Ｕ」字型流路
１０６； リターン手段
１０６ａ； 閉鎖壁
１０６ｂ； リターンプレート
１０８； 熱遮断手段
１０８ａ 遮断孔
１１０； 熱交換媒体分配手段
１１５ 上部タンク
１１５ａ； 供給タンク
１１５ｂ； 回収タンク
１１６； 分割壁
１１７； 内部通路
１１７ａ； バイパス通路
１２０； 熱交換媒体供給管
１２５； 熱交換媒体回収管
１３０； 熱交換媒体調整手段
１３４； 下部タンク
１３５； リターンタンク
１３５ａ； 連通路
１３６； バッフル
１４０； リターンパイプ
１４５； 供給ホール
１５０； 案内ガイド
１５５； 回収ホール
１６０； 隔壁
１６５； 案内部
１７０； 分配ホール
１７５； 回収部
１８０； 回収誘導ホール
１８５； バイパスホール
１９０； 分配流路
１９５； 弁体
２００； 補助弁体
２０５； リンク
２１０； 回転体
２１５； 弾性部材
２２０； カバー
２２５； 回転補助体
２３０； シーリング部材

Claims (11)

1. 上部ヘッダー（１０１）と下部ヘッダー（１０３）にその両端部を固定された複数のチューブ（１０５）および一つ以上のリターンパイプ（１４０）を有し、前記上部ヘッダー（１０１）の上に熱交換媒体分配手段（１１０）、さらにその上に上部タンク（１１５）が連結され、前記下部ヘッダー（１０３）の下には下部タンク（１３４）が連結されて構成される熱交換器であって、
   前記熱交換媒体分配手段（１１０）は、前記チューブ（１０５）のそれぞれに連通する複数の供給ホール（１４５）と、前記上部タンク（１１５）の下面に形成された分配流路（１９０）とで熱交換媒体の流路を作って、前記供給ホール（１４５）のそれぞれに熱交換媒体を案内する案内ガイド（１５０）と、前記リターンパイプ（１４０）と連通する回収ホール（１５５）と、前記供給ホール（１４５）相互の間および前記供給ホール（１４５）と前記回収ホール（１５５）の間を仕切る隔壁（１６０）とが形成された構造であり、前記上部タンク（１１５）は、熱交換媒体供給管（１２０）からの熱交換媒体を受け、前記熱交換媒体分配手段（１１０）に送る案内部（１６５）と、前記回収ホール（１５５）からの回収熱交換媒体を受け、回収誘導ホール（１８０）を介して熱交換媒体回収管（１２５）に送る回収部（１７５）とに区分され、弁体（１９５）により前記案内部（１６５）に形成された分配ホール（１７０）を開閉して前記熱交換媒体分配手段（１１０）への熱交換媒体の供給を制御する熱交換媒体調整手段（１３０）を有する構造であることを特徴とする熱交換器。
2. 前記上部タンク（１１５）において、前記熱交換媒体回収管（１２５）を挟んで一側には前記回収部（１７５）と熱交換媒体回収管（１２５）とを連通する回収誘導ホール（１８０）が形成され、他側には前記案内部（１６５）と熱交換媒体回収管（１２５）とを連通するバイパスホール（１８５）が形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記弁体（１９５）が、その回転と同時に前後方向に動くリンク（２０５）と結合した補助弁体（２００）を有し、前記補助弁体（２００）により前記回収誘導ホール（１８０）または前記バイパスホール（１８５）を選択的に開閉することを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記熱交換媒体供給管（１２０）と前記熱交換媒体回収管（１２５）を結んでバイパス通路（１１７）が形成され、前記バイパスホール（１８５）が形成される部位で断面積が小さくされた縮小バイパス通路（１１７ａ）となることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
5. 前記縮小バイパス通路（１１７ａ）が、テーパー状に形成することを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 前記供給ホール（１４５）が、連通する該当チューブ（１０５）の個数に比例する大きさにすることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
7. 前記分配ホール（１７０）が、連通する該当チューブ（１０５）の個数に比例する大きさにすることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
8. 前記熱交換媒体分配手段（１１０）が、ゴム材質または合成樹脂材質で形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
9. 
   前記弁体（１９５）が、ポリテトラフルオロエチレン材質またはウレタン材質で形成されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
10. 前記弁体（１９５）が、合成樹脂材質で形成され、外表面をゴム材質でコーティングしてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
11. 前記チューブ（１０５）と前記リターンパイプ（１４０）は、内部に区画壁（１０５ｃ）が設置されて「Ｕ」字型流路（１０５ｄ）となる一体化された形体であり、前記熱交換媒体供給管（１２０）からの熱交換媒体が前記上部タンク（１１５）の分配ホール（１７０）から前記区画壁（１０５ｃ）のチューブ入口側（１０５ａ）に供給され、チューブ出口側（１０５ｂ）から前記上部タンク（１１５）の分割壁（１１６）により仕切られた回収部（１７５）を経て前記熱交換媒体回収管（１２５）に戻されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。

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