JP3983512B2 - 蛇行熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛇行構造様式の熱交換器に関する。このような熱交換器は、例えば、特に車両の空調装置内で使用する蒸発器または凝縮／ガス冷却器として適している。
【０００２】
【従来の技術】
ドイツ公開公報ＤＥ １９７ ２９ ４９７ Ａ１に開示されている蛇行熱交換器はブロック奥行方向で相前後する複数の管ブロックを含み、これらの管ブロックはそれぞれブロック高さ方向で並置された複数の蛇行状偏平管列からなり、すべての管ブロックの全偏平管列は空調装置冷媒を並行に貫流させることができるように好適な集合室に注いでいる。一層均一な熱分布を達成するために各管ブロックの内部で、各１つの偏平管列の入口側が隣接偏平管列の出口側に境接するように設けておくことができる。さらにそこで開示された熱交換器タイプは入口側管ブロックと出口側管ブロックとを含み、これらの管ブロックはブロック奥行方向で相前後して配置されて、Ｕ形扁平管の各半部によって一体に形成されている。
【０００３】
両方の偏平管半部はＵ形弧領域を介して流体接続されており、従ってこのＵ形弧領域は相応する流体転向領域を形成し、それぞれ並置された直線的偏平管部分からなる両方の管ブロックはこの流体転向領域を介して直列に接続されている。両方の偏平管半部はＵ形弧領域に対して捩られてブロック高さ方向に対して垂直である一方、Ｕ形弧領域はブロック高さ方向に対して平行または鋭角をなしている。Ｕ形偏平管の代わりに、Ｕ形弧領域の代わりとなる転向通路を有する各２つの直線的偏平管を設けておくことができ、これらの転向領域に偏平管は当該ブロック側で注ぐ。並行に貫流させることのできる偏平管は入口側と出口側で接続管に注ぎ、この接続管は横隔壁によって、ブロック奥行方向で相前後する２つの分離された集合管に区画されている。
【０００４】
最後に指摘した熱交換器タイプに類似した自動車空調装置用偏平管蒸発器がドイツ公開公報ＤＥ １９７ １９ ２６１ Ａ１に述べられている。その蒸発器は直線的多路偏平管からなる管ブロックを含む。２つの分離して並置された集合室が一方のブロック側に設けられており、これらの集合室に各偏平管は複数の流体通路の各一部が注ぐ。反対側のブロック側には各偏平管用に個々の転向通路 が、またはすべての偏平管用に共通の転向通路が設けられて、入口側偏平管通路からくる流れをそこで出口側偏平管通路へと転向させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の技術的課題は、比較的均一な熱分布、従って温度分布を達成することができ、また、ごく簡単に製造することができる、発明の属する技術分野に指摘した種類の蛇行熱交換器を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、この課題を、請求項１の特徴を有する蛇行熱交換器を提供することによって解決する。この熱交換器では、後側管ブロックの第２蛇行管部分の少なくとも１つが、それに向き合う前側管ブロックの第１蛇行管部分に、付属の転向部分を介して流体工学上直列に接続されている。それに応じて、相前後する両方の蛇行管部分の直列貫流が得られ、これにより熱交換器の全長を越えて良好な熱分布もしくは温度分布を達成することができる。同時に、このような熱交換器はろう接箇所等の比較的少ない接合箇所と所要の圧力安定性と比較的僅かな圧力降下とで比較的簡単に製造することができる。
【０００７】
請求項２に記載された本発明の１展開では、それぞれ両方の相前後する蛇行管部分が逆向きに貫流させるように流体工学上直列に接続されており、そのことがさらに、均一な温度分布に寄与する。均一な温度分布に関するさらなる向上は請求項３に記載されたこの措置の１構成で達成することができ、すなわち両方の相前後する管ブロックの各管ブロック内に複数の蛇行管部分が設けられており、一方の管ブロックの各２つの隣接する蛇行管部分が他方の管ブロックの相向き合う両方の隣接する付属の蛇行管部分と同様に付属の転向部分を介して互いに接続されて、相前後する蛇行管部分もそれぞれ隣接する蛇行管部分も逆方向に貫流させるようになった構成で達成することができる。
【０００８】
請求項１に記載された本発明の構成では、熱交換器が多路−蛇行偏平管で構成されており、これらの多路−蛇行偏平管が各偏平管の複数の通路の適切な分割によって相前後する管ブロックを一体に形成する。
【０００９】
請求項１に従って構成された蛇行熱交換器では、すべての蛇行管部分用の接続構造体として共通の集合管が設けられており、この集合管は少なくとも２つの相前後する管ブロックからなる管ブロック構造体の短辺面に、しかも縦軸線をブロック奥行方向にして、配置されている。横隔壁によって集合管は２つの相前後する集合室に区画されおり、これらの集合室に前側もしくは後側管ブロックのすべての蛇行管部分はそれらの接続端が注ぐ。
【００１０】
請求項４に従って構成された蛇行熱交換器は選択的接続構造体を有し、この接続構造体は両方の相前後する管ブロックのそれぞれに対して、ブロック接続側に沿って延びる各１つの集合管を含み、この集合管に当該管ブロックのすべての蛇行管部分の接続端が直接に、または付属の接続部材を介して、注ぐ。この措置の１構成において請求項５によれば接続部材はブロック奥行方向に沿って延びる接続管部材からなり、これらの接続管部材は横隔壁によって２つの接続室に分割されており、これらの接続室に前側もしくは後側管ブロックの隣接する２つの蛇行管部分の接続端がそれぞれ注ぐ。
【００１１】
本発明の有利な実施形態が図面に示してあり、以下に説明される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図３に示す第１蛇行熱交換器は、ブロック横方向で並置される４つの多路偏平管１、２、３、４を含む管ブロック構造体を有する。それぞれ隣接する蛇行偏平管は相向き合うそれらの端部分１ｂ、２ａと２ｂ、３ａおよび３ｂ、４ａに沿って接触して互いに固定されている。
【００１３】
両方の内側蛇行偏平管２、３はそれらの相隣接する内側端部分２ｂ、３ａが集合管５に注ぎ、この集合管は縦軸線をブロック奥行方向に向けた管ブロック構造体の、このようにして接続側として機能するブロック側の中心に配置されて、両方の正面端に接続されている。集合管５内のほぼ中心にある横隔壁６が集合管を２つの相前後する集合室７ａ、７ｂに区画し、そのうち一方は入口側分配室として役立ち、他方は出口側集合室として役立つ。熱交換器を特に蒸発器または凝縮／ガス冷却器として使用することのできる自動車空調装置の冷媒のように蛇行偏平管１〜４に通すことのできる媒体を給排するための各１つの接続管８、９が両方の集合室７ａ、７ｂに注ぐ。両方の外側蛇行偏平管１、４の外側端部分１ａ、４ｂはブロック接続側でこれと平行に延びて各管接続延長部材として折り曲げられており、やはり末端側で集合管５に注ぐ。
【００１４】
周面側で集合管５に挿嵌される蛇行偏平管末端は、見易くするために明確には図示されていないが偏平管幅に沿って離間並置される複数の通路の各一部が、横隔壁６によって分離された両方の集合室７ａ、７ｂの一方もしくは他方に注ぐ。
集合管に差し込まれるべき偏平管末端は２つの通路の間に好適な条溝を備えており、この条溝内で横隔壁６を受容することができる。
【００１５】
ブロック接続側とは反対側の管ブロック側で、各外側蛇行偏平管１、４および隣接する内側蛇行偏平管２、３の相隣接する端部分１ｂ、２ａもしくは３ｂ、４ａの末端が転向部分に注ぎ、この転向部は、実質的に管ブロック奥行に一致する長さにわたってブロック奥行方向に延びる転向管部材１０、１１によって形成されており、この転向管部材に付属の偏平管末端が周面側で注ぎ、また転向管部材は両方の正面側に接続されている。転向管部材１０、１１は同時に、混合しまた必要な場合には均質化する中間受器として役立ち、この中間受器で各２つの並流が再び一緒にされ、新たに混合され、必要なら均質化され、次にブロック奥行方向に転向され、再び各２つの並流に分割される。
【００１６】
従って、このように構成された蛇行偏平管ブロックは設計技術上一体化された構造形状のなかに流体工学上区別可能な２つの管ブロック、すなわち前側管ブロック１２ａと後側管ブロック１２ｂ、を含んでいる。前側管ブロック１２ａは蛇行偏平管１〜４のうちその偏平管通路が前側集合室７ａに注ぐ前部を含む一方、後側管ブロック１２ｂは蛇行偏平管１〜４の残りの後部を含み、この後部は各蛇行偏平管１〜４のうち後側集合室７ｂに注ぐ残りの通路を含む。前側および後側管ブロック１２ａ、１２ｂ内で付属の前側もしくは後側蛇行偏平管半部が流体工学上並列に接続されており、各隣接蛇行偏平管は逆方向に貫流させ、すなわち図１において２つの隣接蛇行偏平管のうち一方は左から右に、他方は右から左へと貫流させる。転向管部材１０、１１はブロック奥行方向に流れを転向させるのに役立ち、すなわち前側および後側管ブロック１２ａ、１２ｂは両方の転向管部材１０、１１を介して流体工学上直列に接続されている。
【００１７】
そのことから得られる、蛇行偏平管１〜４に通される媒体の貫流特性は、図１〜図３において流れ矢印に基づいて、両方の可能な貫流方向のうち、媒体がこの場合供給管として働く接続管９を介して後側集合室７ｂ内に供給され、両方の管ブロック１２ａ、１２ｂを貫流後、この場合排出管として働く接続管８を介して前側集合室７ａから抽出される貫流特性について概略示してある。流れ矢印で示唆されたように、後側集合室７ｂ内に供給された媒体はそこから後側管ブロック１２ｂの平行な流路に分配される。一層精確に述べるなら、媒体は一方で、両方の内側蛇行偏平管２、３の両方の隣接する内側端部分２ｂ、３ａの単数または複数の後側通路に流入し、後者内で蛇行状に転向管部材１０、１１にまで外方に流れ、他方で両方の外側蛇行偏平管１、４の接続延長部１ａ、４ｂの後側通路内に流れ、そこからブロック接続側に沿って流れ、引き続き蛇行状に内側に、やはり転向管部材１０、１１にまで流れる。従って、各隣接する後側蛇行偏平管部分の前記逆方向の蛇行貫流が得られる。転向管部材１０、１１を介して媒体は次に前側管ブロック１２ａ内に達し、一層精確に述べるならまず付属の隣接する偏平管部分１ｂ、２ａもしくは３ｂ、４ａのそこに注ぐ前側通路内に達し、そこから外側蛇行偏平管１、４内で蛇行状に外方に、そして内側蛇行偏平管２、３内で内方に流れる。前側管ブロック１２ａの４つの並行流は次に前側集合室７ａ内で合流する。
【００１８】
従って、前側および後側管ブロック１２ａ、１２ｂのそれぞれの内部で隣接蛇行偏平管の流路に関しても、また前側管ブロック１２ａおよび後側管ブロック１２ｂのブロック奥行方向で相前後する流路に関しても、蛇行偏平管１〜４のそれぞれについて各逆方向の蛇行貫流が得られる。そのことから、加熱もしくは冷却されるべき媒体用の適当な加熱媒体または冷却媒体を貫流させて熱交換器管ブロック全体を加熱目的または冷却目的に使用する場合全体としてきわめて均一な温度分布が可能となる。この媒体はブロック奥行方向に蛇行偏平管１〜４の外面で熱交換器管ブロックを越えて案内され、例えば車室の空調に役立つ空気流である。熱交換器管ブロックを越えた均一な温度分布は、温度調節されるべき媒体の相応の均一な温度調節をもたらし、熱交換器ブロックに配置される温度センサを介して場合によって予定される温度調節も向上させる。というのも、場合によってはセンサが温度平均値からの温度偏差の高い箇所に位置決めされ、そのことによって制御に不利な影響を及ぼすことは防止されるからである。蒸発器に適用する場合、個々の偏平管通路が例えば自動車空調装置において車両の走行状態に応じて過剰充填となる一方、他の通路が過少充填となって乾燥し、そのことで空調装置の可制御性が不利な影響を受けてしまうことは、比較的均一な温度分布が防止する。
【００１９】
他の利点として、熱交換器−管ブロック構造体は希望する圧力安定性を有する相応する耐圧蛇行偏平管の使用によって製造することができ、管ブロックの接合は比較的僅かなろう接箇所を必要とするだけである。さらにこの蛇行熱交換器は、蛇行偏平管１〜４に通される媒体の圧力降下を比較的僅かにして実現することができる。蒸発器として利用する他に、蛇行熱交換器は例えば自動車の空調装置内で凝縮／ガス冷却器としても利用することができる。
【００２０】
図４と図５は、本発明による他の実施例として、図１〜図３の実施例のものに殆ど一致した設計原理を有する蛇行熱交換器を示す。主要な違いとして図４、図５の熱交換器は分散接続構造体を有し、この接続構造体は後側管ブロック用後側接続管または集合管１３と前側管ブロック用前側接続管もしくは集合管１４とを含む。前側および後側管ブロックは、やはり管ブロック全体の一体な部分として、並置された複数の多路−蛇行偏平管１５ａ〜１５ｆで形成されている。
【００２１】
前側および後側管ブロックへの管ブロック全体の分割はこの実施例では４つの同種の接続管部材１９〜２２によって行われる。これらの接続管部材は図１〜図３の実施例における集合管部材５のようにそれぞれブロック奥行方向に縦軸線を向けて配置され、横隔壁２３〜２６によって、前側集合管１４に接続された前側集合室と後側集合管１３に接続された後側集合室とに区画され、両方の正面側に接続されている。
【００２２】
各２つの隣接する蛇行偏平管の相向き合う端部分はやはり互いに固定されており、ブロック接続側で付属の接続管部材２０、２１に注ぎ、または反対側で３つの転向管部材１６、１７、１８の１つに注ぐ。転向管部材はやはり前側管ブロックと後側管ブロックとの間で直列に接続する要素として役立つ。両方の外側蛇行偏平管１５ａ、１５ｆはそれらの外側端部分が接続側延長なしに両方の外側接続管部材１９、２２となって成端している。２つの側板２７、２８が蛇行管ブロックの横方向成端部として役立つ。
【００２３】
図４〜図５の熱交換器の貫流特性は図１〜図３の熱交換器の貫流特性に一致する。すなわち、通されるべき媒体は接続口の実現に応じて入口管としての前側または後側集合管を介して、前側もしくは後側管ブロックのそれに接続された集合管と平行に供給され、そこから、平行に分岐する前側もしくは後側偏平管通路に分配され、次にまず入口側管ブロックの各隣接蛇行偏平管内に逆方向に転向管部材１６、１７、１８に至るまで流れ、次に別の出口側後側もしくは前側管ブロック内に転向される。そこで媒体は再び隣接蛇行偏平管に関しても相前後する通路に関しても出口側管ブロック内を逆方向に流れる。次に出口側集合室と出口管としての付属の集合管とを介して媒体は再び蛇行管ブロックから排出される。流れ特性が同じであるので図４、図５の蛇行熱交換器はその他の点でも、図１〜図３の熱交換器について上で述べたのと同じ特性および利点を有しており、それを参照するように指示することができる。
【００２４】
なお触れておくなら、図示された熱交換器は自動車空調装置内で蒸発器として使用される場合それによってもたらされる均一な温度分布に基づいて逆の組付けも可能とし、すなわちブロック接続側を下にした組付けも可能とし、供給された冷媒はまず下から上へと流れる。通常の運転モードのとき蒸発器として働く熱交換器が、加熱体として機能すべき別の運転モードのとき自動的に希望の如くに一層高く温度調節された空気流を足元領域用に用意し、空調されるべき車室の頭部領域用には一層低く温度調節された空気流を用意することは、こうして達成することができる。
【００２５】
自明のことであるが、図示された熱交換器は必要に応じて、ここで詳しくは検討しない他の構成要素、例えば安定性と熱交換能力を向上するために直線的蛇行管部分の間の空隙内の波形フィン、を含むことができる。相向き合う端部分１ｂ、２ａ；２ｂ、３ａ；３ｂ、４ａの相接触する図示接合の代わりに、端部分の間にも各１つのこのような波形フィンを設けておくことができる。すなわち、管端部分はその場合相互に離間させてその間にある波形フィンに固定されている。
波形フィンは望ましくは、付属する両方の管端部分が注ぐ付属の集合管もしくは転向管部材から多少離間して成端している。波形フィンから突出する両方の管端はその場合好ましくは一緒にされ、その全長にわたって接触して隣接する管端部分の図示事例におけると同様に、相接触して当該集合管もしくは転向管部材内に挿嵌されている。さらに自明のことであるが本発明は添付された請求項に定義された特性を有する蛇行熱交換器の他の有利な諸実現を含み、例えばブロック奥行方向で相前後する３つ以上の管ブロックを有するもの、または、一体に実現された管ブロックではなくそれぞれ独自の蛇行偏平管で別々に構成された相前後する管ブロックを有するものを含み、これらの管ブロックは図示種類の転向管部材を介して、または希望する転向機能を果す任意の別の種類の転向部分を介して、流体工学上互いに直列に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ブロック奥行方向で流体工学上２分割されたブロック構造体と横方向中心に集合管接続口とを有する多路−蛇行偏平管からなる蛇行熱交換器の略斜視図である。
【図２】 図１に示す蛇行熱交換器の後側の管ブロックの斜視図である。
【図３】 図１に示す蛇行熱交換器の、とくに蛇行熱交換器管ブロック構造体の、図１の右側の部分の斜視図である。
【図４】 ブロック奥行方向で２分割された管ブロック構造体と、複数の接続管部材を備えた側部接続構造体とを有する多路-蛇行偏平管からなる蛇行熱交換器の斜視図 である。
【図５】 図４に示す熱交換器の、とくに後側の管ブロックの平面図である。
【符号の説明】
１、２、３、４ 多路偏平管
１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ 端部分
５ 集合管
６、２３〜２６ 横隔壁
７ａ、７ｂ 集合室
８、９ 接続管
１０、１１、１６、１７、１８、 転向管部材
１２ａ 前側管ブロック
１２ｂ 後側管ブロック
１３ 後側管ブロック用後側接続管または集合管
１４ 前側管ブロック用前側接続管または集合管
１５ａ〜１５ｆ 多路−蛇行偏平管
１９〜２２ 接続管部材
２７、２８ 側板

Claims (5)

1. 単数または複数の並置されて並行に貫流させることのできる第１蛇行管部分を有する第１蛇行管ブロック（１２ａ）と、
   第１蛇行管ブロックの背後に配置され、単数または複数の並置されて並行に貫流させることのできる第２蛇行管部分を有する第２蛇行管ブロック（１２ｂ）とを備えており、
   第２蛇行管部分の少なくとも１つが、それに向き合う第１蛇行管部分に転向部分（１０、１１）を介して流体工学上直列に接続されており、
   蛇行熱交換器が複数の並置された多路−蛇行偏平管を含み、これらの多路−蛇行偏平管が第１、第２蛇行管ブロックを有し、第１、第２蛇行管ブロックが各蛇行偏平管の複数の通路の適切な分割によって形成されており、
   ブロック接続側に一つの集合管（５）が熱交換器用に設けられており、この集合管がブロック奥行方向に縦軸線を有し、かつ、集合管が横隔壁（６）によって区画された２つの相前後する集合室（７ａ、７ｂ）を有することを特徴とする蛇行熱交換器。
2. さらに、両方の蛇行管部分が相反する蛇行流れ方向に貫流させることができるように、前記少なくとも１つの第２蛇行管部分が転向部分（１０、１１）を介して当該第１蛇行管部分に直列に接続されていることを特徴とする、請求項１記載の蛇行熱交換器。
3. さらに、それぞれ複数の並置された第１、第２蛇行管部分が設けられており、２つの隣接して逆方向に貫流させることのできる第１蛇行管部分と、これに向き合う２つの隣接して逆方向に貫流させることのできる第２蛇行管部分が各転向部分（１０、１１）に注ぐことを特徴とする、請求項２記載の蛇行熱交換器。
4. さらに、熱交換器ブロックのブロック接続側に沿って延びる２つの集合管（１３、１４）が両方の相前後する蛇行管ブロックのそれぞれに対して設けられていることを特徴とする、請求項１記載の蛇行熱交換器。
5. さらに、ブロック奥行方向に縦軸線を有する複数の接続管部材が相互に離間してブロック接続側に配置されており、これらの接続管部材がそれぞれ横隔壁（２３〜２６）によって２つの相前後する集合室に区画されており、これらの集合室が両方の集合管（１３、１４）の各１つに接続されていることを特徴とする、請求項４記載の蛇行熱交換器。

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