JP3991433B2 - 多段型熱交換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多段型熱交換器に関するもので、更に詳細には、ヘッダーパイプ、熱交換管、熱交換用フィンをろう付けした熱交換器（パラレルフロー型熱交換器）を２台以上組み合わせた多段の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用あるいは家庭用の空気調和機に使用される熱交換器として、いわゆるパラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器が知られている。このＰＦ型熱交換器は、図７に示すように、一対のヘッダーパイプ１、１と、これらヘッダーパイプ１、１間に連結される複数の偏平状の熱交換管２、２…と、熱交換管２、２間に配設される熱交換用フィン３とで主に構成されている。
【０００３】
ヘッダーパイプ１に熱交換管２を組み付けるには、図８に示すように、ヘッダーパイプ１に偏平状の熱交換管挿入用孔４を穿設し、この孔４内に熱交換管２を挿入し、熱交換用フィン３と共にろう付けしている。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）にろう付けされた後のＰＦ型熱交換器の正面図、平面図、側面図を示す。ただし、ＰＦ型熱交換器においては、製造上の安定性、即ち、ろう付け時に熱交換用フィン３が溶けないようにする必要から、熱交換用フィン３はヘッダーパイプ１の手前までに止め、図１０に示すようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３は接触させずに両者間に距離Ｄを開け、隙間５を残す配置にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヘッダーパイプ、熱交換管、熱交換用フィンをろう付けしたＰＦ型熱交換器においては、上記のようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３との間に隙間５を残した構成にしていることから、同熱交換器の使用時には、その隙間を空気が素通りすることとなり、その分だけ熱交換率が低下し、熱交換器の性能面でマイナス要因になっている。従って、この構成のＰＦ型熱交換器ユニットを図１１のように２台以上組み合わせて目的とする多段型の熱交換器を構成した場合においても、それぞれの熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を単に同じ位置関係で重ねて組み合わせただけでは、それぞれの熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の隙間５を空気が素通りしてしまい、ＰＦ型の熱交換器ユニットが１台の場合と同様に熱交換率の低下が生じ、多段に組合せた熱交換器の熱交換率に関し性能面のマイナス要因として作用する。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上記課題を解決し、ヘッダーパイプと熱交換用フィンとの間に隙間を残した構成のＰＦ型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、上記隙間が空気の素通り通路となるのを阻止し、熱交換率を向上させるようにした多段型の熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、次のように構成したものである。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、隣り合う熱交換器ユニットの一方における熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、各熱交換器ユニットを重ね合わせたことを特徴とする。
【０００８】
上記多段型熱交換器の各熱交換器ユニットに同一寸法形状のものを使用することができる（請求項２）。この場合、各熱交換器ユニットの具体的配置は、千鳥状又は階段状の配列となる。
【０００９】
しかし、上記多段型熱交換器の他方の熱交換器ユニットとして、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間隔よりもヘッダーパイプ間隔の短い熱交換器ユニットを用い、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間に上記隙間を覆って上記他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが位置するようにすることもできる（請求項３）。
【００１０】
また、この発明の他の形態では、一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、上記熱交換器ユニットとして、所定長さのヘッダーパイプ間隔を有する第１の熱交換器ユニットと、この第１の熱交換器ユニットよりもヘッダーパイプ間隔が短い第２の熱交換器ユニットとを具備し、上記第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを交互に重ね合わせて２段以上に配置し、その隣り合う熱交換器ユニットの相互において、第１の熱交換器ユニットにおける熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、第２の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを重ね合わせたことを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
上記のように、この発明は、いわゆるパラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、風上側、風下側の各熱交換器ユニットのヘッダーパイプ方向の位置関係をずらして配置したものであり、これにより、上記隙間部が風上から風下にかけて連通しないようにし、空気が熱交換器内を素通りするのを防止する。
【００１２】
また、位置関係をずらして配置することで ヘッダーパイプとヘッダーパイプが水平方向で干渉することを避けられるので、２台以上の熱交換器ユニットを組み合わせた多段型熱交換器の奥行きを薄くすることが可能である。これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットの隙間が短くなることを意味するのであって、１台目の熱交換器ユニットで熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットで吸い込まれる結果、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の熱交換率の性能向上に寄与する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
◎第１実施形態
図１はこの発明の第１実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。この多段型熱交換器は、同じ寸法形状の２台のＰＦ型熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を用い、これを多段に組み合わせて構成したものである。各ＰＦ型熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の構成自体は従来と同じであり、それぞれ、一対のヘッダーパイプ１，１と、これらヘッダーパイプ１，１間に連結された複数の偏平状の熱交換管２，２…と、熱交換管２，２間に配設された熱交換用フィンであってヘッダーパイプとの間に隙間５を残して配設された熱交換用フィン３とで構成され、これらは共にろう付けされている。また、熱交換用フィン３の配設はヘッダーパイプ１の手前までに止められ、図２に示すようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３は接触させずに両者間に距離Ｄを開け、隙間５を残す配置にしている。
【００１４】
しかし、従来と異なり、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は互いに重ね合わせられ、且つヘッダーパイプ１の外側方向、即ち熱交換器ユニットの幅方向にずらされて配設されている。熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２をこのようにヘッダーパイプ１の存在する側に互いにずらせて配設している点で、従来と異なる。そのずらせ量は、隣り合う熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の一方Ｕ１における熱交換用フィン３とヘッダーパイプ１との間の隙間５を、他方の熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が覆うように、定められている。換言すれば、熱交換器ユニットＵ２は、多段型熱交換器の奥行き方向に見て、そのヘッダーパイプ１が熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１の半径以内に残るように、つまりヘッダーパイプ１同士が部分的に重なるように、奥行き方向にもずらされている。この奥行き方向のずらせ量は、この実施形態の場合、熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が、熱交換器ユニットＵ１の熱交換用フィン３の側部に接触するまで大きくずらせているが、熱交換器ユニットＵ１の熱交換用フィン３の側部に接触する手前までとなるように、熱交換器ユニットＵ２の熱交換器ユニットＵ１に対する幅方向のずらし位置を止めておくこともできる。
【００１５】
この実施形態の場合、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は同じ寸法形状であるので、熱交換器ユニットＵ１の一側（図１の左端側）における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５が、熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１（図１の左端側）で覆われるときは、同時に、熱交換器ユニットＵ２の他側（図１の右端側）における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５が、熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１（図１の右端側）で覆われる状態となる。図２にはこの図１の右端側の重なり状態を示してある。図２から分かるように、隣の熱交換器ユニットＵ２に対して内側にヘッダーパイプ１が位置している熱交換器ユニットＵ１は、その熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５上に、熱交換器ユニットＵ２の交換用フィン３が位置する状態となる。
【００１６】
従って、熱交換器ユニットＵ１又はＵ２における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５は、必ず隣りの熱交換器ユニットＵ２又はＵ１のヘッダーパイプ１又は交換用フィン３で覆われて、風上から風下にかけて相互に連通した連通部が形成されることがなくなる。即ち、空気が熱交換器内を素通りするのが防止され、空気は必ず交換用フィン３と接触して多段型熱交換器を出るため、従来の真上に同じ位置関係で重ねた多段型熱交換器に較べて熱交換率が向上する。
【００１７】
図３に熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２のずらせ量と多段型熱交換器の奥行き長さとの関係を示す。図３（ａ）に示すように、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は、その熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が、熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１の半径以内に残るように幅方向位置がずらされているので、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の重なり方向（図３の上下方向）に相互にヘッダーパイプ１が入り込んで重複した部分（長さＬ３）が生まれ、その分だけ多段型熱交換器の奥行き長さＬ２が小さくなる。即ち、図３（ｂ）に示す従来の真上に重ねた多段型熱交換器の奥行き長さＬ１に較べ、多段型熱交換器の奥行き長さＬ２が、Ｌ２＝Ｌ１−Ｌ３だけ薄くなる。
【００１８】
これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の相互の隙間（相互間隔距離Ｌ）が短くなることであって、１台目の熱交換器ユニットＵ１で熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットＵ２で吸い込まれるので、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の性能向上に寄与する。
【００１９】
上記実施形態では２台の熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を用いているが、３台以上の熱交換器ユニットを用いて、それらをほぼヘッダーパイプ１個分ずつずらせながら、千鳥状又は階段状に配列することもできる。
【００２０】
◎第２実施形態
図４（ａ），（ｂ）は、この発明の多段型熱交換器に係る第２実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。第２実施形態は、ヘッダーパイプ間隔が異なる２種類の熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂを用いたものである。即ち、所定長さのヘッダーパイプ間隔を有する第１の熱交換器ユニットＵａと、この第１の熱交換器ユニットＵａよりもヘッダーパイプ間隔が短い第２の熱交換器ユニットＵｂとを用意し、この第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて２段に配置し、その隣り合う熱交換器ユニットの相互において、第１の熱交換器ユニットＵａにおける熱交換用フィン３とヘッダーパイプ１との間の隙間５を、第２の熱交換器ユニットＵｂのヘッダーパイプ１が覆うように、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを重ね合わせて、多段型熱交換器を構成したものである。
【００２１】
なお、上記説明では、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換ユニットＵｂとを２段に重ねあわせた場合について述べたが、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて２段以上に配置することもできる。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて３段に配置することができる。
【００２２】
上記図４〜図５の実施形態における作用効果も上記図１の場合と同じである。即ち、熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂの配置を、上記のようにヘッダーパイプ１の外側方向つまり熱交換器ユニットの幅方向に、ヘッダーパイプ１のほぼ１個分又はそれ以下の量でずらせた構成とすることにより、風上側の熱交換器ユニットＵａで吸入した空気は、熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂ内の隙間５を素通りして吹き出てしまうことなく、熱交換用フィンの部分を必ず通過する配置になる。その結果、吸入空気は熱交換用フィンの部分で熱交換して風下側の熱交換器から吹き出されるようになり、多段型熱交換器の熱交換率について性能の向上が図られる。
【００２３】
上記図４の実施形態において組み合わせる熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂは、コンデンサとコンデンサのように同種の熱交換器であっても良いし、又はコンデンサとラジエータのように異なる種類の熱交換器であっても良い。図６（ａ）に、相隣る第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとにおいて、風下側の第１の熱交換器ユニットＵａをラジエータとして大きく構成し、風上側の第２の熱交換器ユニットＵｂをコンデンサとして小さく構成した場合を示す。また図６（ｂ）に、風下側の第１の熱交換器ユニットＵａをラジエータとして小さく構成し、風上側の第２の熱交換器ユニットＵｂをコンデンサとして大きく構成した場合を示す。
【００２４】
【実施例】
次に、この発明の多段型熱交換器の実験結果について説明する。
上記第１実施形態における多段熱交換器の供試体を次のように構成し、隙間５の連通部分を無くした場合、多段熱交換器の性能である熱交換率が向上することを確認した。
＜供試体の熱交換器ユニット＞
熱交換器ユニットＵ１，Ｕ２の有効幅：３００ｍｍ、
熱交換管の本数：２０本、
熱交換管のピッチ：９.８３ｍｍ、
熱交換管：１.９３ｍｍ（厚さｔ）×１８.８ｍｍ（幅ｗ）、
ヘッダーパイプ１の外径：φ２２.２ｍｍ、
熱交換用フィンの本数：２１本、
熱交換用フィンの高さ：７.９２ｍｍ（高さｈ）×０.１（厚さｔ）、
熱交換用フィンのピッチ：１.４ｍｍ。
【００２５】
なお、熱交換用フィン３の本数が２１本であり、熱交換管本数の２０本より多いのは、熱交換管２の外側にも熱交換用フィン３を設ける構成としたためである。
【００２６】
上記熱交換器ユニットＵ１，Ｕ２のずらせ量は、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の相互間隔距離Ｌ（図３参照）が１.７ｍｍとなるようにした。
＜測定条件＞
性能（熱交換率）の測定条件は次の通りとした。
【００２７】
過熱度：２５℃、
過冷度：５℃、
平均凝縮圧力：１５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、
吸い込み空気温度：３５℃、
吸い込み風速：４.５ｍ／ｓｅｃ、
冷媒：Ｒ１３４ａ
表１にこの結果を示す。表１は、１台目と２台目の熱交換器ユニットの相互間隔距離Ｌを狭めた場合に、多段熱交換器の熱交換率がどのように向上して行くかを示している。なお、熱交換率は、比較のため、従来の構成（図３（ｂ））の多段熱交換器の間隔距離Ｌ（Ｌ＝３.４ｍｍ）のときの熱交換率を指数１００として示した。
【００２８】
【表１】
上記実験の結果、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の幅方向のずらせ量が多くなり、これに伴って熱交換器ユニットの相互間隔距離Ｌが小さくなるにつれ、熱交換率が向上して行くことが分かる。この実施例の場合、熱交換器ユニットの相互間隔距離Ｌ（図３参照）が１.７ｍｍであり、従来の熱交換器ユニット相互間隔距離Ｌが３.４ｍｍのときに較べると、１００.５％に熱交換率の向上が図られている。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１〜４に記載の発明によれば、パラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、風上側、風下側の各熱交換器ユニットをそのヘッダーパイプの存在する幅方向に位置関係をずらして配置することにより、上記隙間部が風上から風下にかけて連通しないようにしているので、空気が熱交換器内を素通りするのを防止することができる。
【００３０】
また、熱交換器ユニットの幅方向の位置関係をずらして配置することで、ヘッダーパイプとヘッダーパイプが水平方向で干渉することを避けることができるので、２台以上の熱交換器ユニットを組み合わせた多段型熱交換器の奥行きを薄くすることが可能である。これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットの隙間が短くなることを意味するものであって、１台目の熱交換器ユニットで熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットで吸い込まれる結果、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の熱交換率の性能向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態における１台目と２台目の熱交換器ユニットの相対位置関係を示した図である。
【図３】多段型熱交換器の奥行き長さの変化を示した図であり、（ａ）はこの発明の第１の実施形態における多段型熱交換器の場合を示した図、（ｂ）は従来の多段型熱交換器の場合を示した図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係る多段型熱交換器の変形例を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】この発明の第２実施形態の応用例を示したもので、相隣るラジエータとコンデンサのうち、（ａ）は風下側のラジエータを大きくした場合を、また（ｂ）は風上側のコンデンを大きくした場合を示す図である。
【図７】従来のＰＦ型熱交換器を示した正面図である。
【図８】従来のヘッダーパイプと熱交換管との連結状態を示す斜視図である。
【図９】従来のＰＦ型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図１０】従来のＰＦ型熱交換器の一部を示した図である。
【図１１】従来の多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１ ヘッダーパイプ
２ 偏平状の熱交換管
３ 熱交換用フィン
４ 熱交換管挿入用孔
５ 隙間
Ｄ 隙間の距離
Ｕ１、Ｕ２ 熱交換器ユニット
Ｕａ，Ｕｂ 第１の熱交換器ユニット
【発明の属する技術分野】
この発明は、多段型熱交換器に関するもので、更に詳細には、ヘッダーパイプ、熱交換管、熱交換用フィンをろう付けした熱交換器（パラレルフロー型熱交換器）を２台以上組み合わせた多段の熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用あるいは家庭用の空気調和機に使用される熱交換器として、いわゆるパラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器が知られている。このＰＦ型熱交換器は、図７に示すように、一対のヘッダーパイプ１、１と、これらヘッダーパイプ１、１間に連結される複数の偏平状の熱交換管２、２…と、熱交換管２、２間に配設される熱交換用フィン３とで主に構成されている。
【０００３】
ヘッダーパイプ１に熱交換管２を組み付けるには、図８に示すように、ヘッダーパイプ１に偏平状の熱交換管挿入用孔４を穿設し、この孔４内に熱交換管２を挿入し、熱交換用フィン３と共にろう付けしている。図９（ａ），（ｂ），（ｃ）にろう付けされた後のＰＦ型熱交換器の正面図、平面図、側面図を示す。ただし、ＰＦ型熱交換器においては、製造上の安定性、即ち、ろう付け時に熱交換用フィン３が溶けないようにする必要から、熱交換用フィン３はヘッダーパイプ１の手前までに止め、図１０に示すようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３は接触させずに両者間に距離Ｄを開け、隙間５を残す配置にしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヘッダーパイプ、熱交換管、熱交換用フィンをろう付けしたＰＦ型熱交換器においては、上記のようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３との間に隙間５を残した構成にしていることから、同熱交換器の使用時には、その隙間を空気が素通りすることとなり、その分だけ熱交換率が低下し、熱交換器の性能面でマイナス要因になっている。従って、この構成のＰＦ型熱交換器ユニットを図１１のように２台以上組み合わせて目的とする多段型の熱交換器を構成した場合においても、それぞれの熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を単に同じ位置関係で重ねて組み合わせただけでは、それぞれの熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の隙間５を空気が素通りしてしまい、ＰＦ型の熱交換器ユニットが１台の場合と同様に熱交換率の低下が生じ、多段に組合せた熱交換器の熱交換率に関し性能面のマイナス要因として作用する。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、上記課題を解決し、ヘッダーパイプと熱交換用フィンとの間に隙間を残した構成のＰＦ型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、上記隙間が空気の素通り通路となるのを阻止し、熱交換率を向上させるようにした多段型の熱交換器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明は、次のように構成したものである。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、隣り合う熱交換器ユニットの一方における熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、各熱交換器ユニットを重ね合わせたことを特徴とする。
【０００８】
上記多段型熱交換器の各熱交換器ユニットに同一寸法形状のものを使用することができる（請求項２）。この場合、各熱交換器ユニットの具体的配置は、千鳥状又は階段状の配列となる。
【０００９】
しかし、上記多段型熱交換器の他方の熱交換器ユニットとして、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間隔よりもヘッダーパイプ間隔の短い熱交換器ユニットを用い、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間に上記隙間を覆って上記他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが位置するようにすることもできる（請求項３）。
【００１０】
また、この発明の他の形態では、一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、上記熱交換器ユニットとして、所定長さのヘッダーパイプ間隔を有する第１の熱交換器ユニットと、この第１の熱交換器ユニットよりもヘッダーパイプ間隔が短い第２の熱交換器ユニットとを具備し、上記第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを交互に重ね合わせて２段以上に配置し、その隣り合う熱交換器ユニットの相互において、第１の熱交換器ユニットにおける熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、第２の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを重ね合わせたことを特徴とする（請求項４）。
【００１１】
上記のように、この発明は、いわゆるパラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、風上側、風下側の各熱交換器ユニットのヘッダーパイプ方向の位置関係をずらして配置したものであり、これにより、上記隙間部が風上から風下にかけて連通しないようにし、空気が熱交換器内を素通りするのを防止する。
【００１２】
また、位置関係をずらして配置することで ヘッダーパイプとヘッダーパイプが水平方向で干渉することを避けられるので、２台以上の熱交換器ユニットを組み合わせた多段型熱交換器の奥行きを薄くすることが可能である。これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットの隙間が短くなることを意味するのであって、１台目の熱交換器ユニットで熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットで吸い込まれる結果、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の熱交換率の性能向上に寄与する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
◎第１実施形態
図１はこの発明の第１実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。この多段型熱交換器は、同じ寸法形状の２台のＰＦ型熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を用い、これを多段に組み合わせて構成したものである。各ＰＦ型熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の構成自体は従来と同じであり、それぞれ、一対のヘッダーパイプ１，１と、これらヘッダーパイプ１，１間に連結された複数の偏平状の熱交換管２，２…と、熱交換管２，２間に配設された熱交換用フィンであってヘッダーパイプとの間に隙間５を残して配設された熱交換用フィン３とで構成され、これらは共にろう付けされている。また、熱交換用フィン３の配設はヘッダーパイプ１の手前までに止められ、図２に示すようにヘッダーパイプ１と熱交換用フィン３は接触させずに両者間に距離Ｄを開け、隙間５を残す配置にしている。
【００１４】
しかし、従来と異なり、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は互いに重ね合わせられ、且つヘッダーパイプ１の外側方向、即ち熱交換器ユニットの幅方向にずらされて配設されている。熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２をこのようにヘッダーパイプ１の存在する側に互いにずらせて配設している点で、従来と異なる。そのずらせ量は、隣り合う熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の一方Ｕ１における熱交換用フィン３とヘッダーパイプ１との間の隙間５を、他方の熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が覆うように、定められている。換言すれば、熱交換器ユニットＵ２は、多段型熱交換器の奥行き方向に見て、そのヘッダーパイプ１が熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１の半径以内に残るように、つまりヘッダーパイプ１同士が部分的に重なるように、奥行き方向にもずらされている。この奥行き方向のずらせ量は、この実施形態の場合、熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が、熱交換器ユニットＵ１の熱交換用フィン３の側部に接触するまで大きくずらせているが、熱交換器ユニットＵ１の熱交換用フィン３の側部に接触する手前までとなるように、熱交換器ユニットＵ２の熱交換器ユニットＵ１に対する幅方向のずらし位置を止めておくこともできる。
【００１５】
この実施形態の場合、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は同じ寸法形状であるので、熱交換器ユニットＵ１の一側（図１の左端側）における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５が、熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１（図１の左端側）で覆われるときは、同時に、熱交換器ユニットＵ２の他側（図１の右端側）における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５が、熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１（図１の右端側）で覆われる状態となる。図２にはこの図１の右端側の重なり状態を示してある。図２から分かるように、隣の熱交換器ユニットＵ２に対して内側にヘッダーパイプ１が位置している熱交換器ユニットＵ１は、その熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５上に、熱交換器ユニットＵ２の交換用フィン３が位置する状態となる。
【００１６】
従って、熱交換器ユニットＵ１又はＵ２における熱交換用フィン３およびヘッダーパイプ１間の隙間５は、必ず隣りの熱交換器ユニットＵ２又はＵ１のヘッダーパイプ１又は交換用フィン３で覆われて、風上から風下にかけて相互に連通した連通部が形成されることがなくなる。即ち、空気が熱交換器内を素通りするのが防止され、空気は必ず交換用フィン３と接触して多段型熱交換器を出るため、従来の真上に同じ位置関係で重ねた多段型熱交換器に較べて熱交換率が向上する。
【００１７】
図３に熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２のずらせ量と多段型熱交換器の奥行き長さとの関係を示す。図３（ａ）に示すように、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２は、その熱交換器ユニットＵ２のヘッダーパイプ１が、熱交換器ユニットＵ１のヘッダーパイプ１の半径以内に残るように幅方向位置がずらされているので、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の重なり方向（図３の上下方向）に相互にヘッダーパイプ１が入り込んで重複した部分（長さＬ３）が生まれ、その分だけ多段型熱交換器の奥行き長さＬ２が小さくなる。即ち、図３（ｂ）に示す従来の真上に重ねた多段型熱交換器の奥行き長さＬ１に較べ、多段型熱交換器の奥行き長さＬ２が、Ｌ２＝Ｌ１−Ｌ３だけ薄くなる。
【００１８】
これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の相互の隙間（相互間隔距離Ｌ）が短くなることであって、１台目の熱交換器ユニットＵ１で熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットＵ２で吸い込まれるので、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の性能向上に寄与する。
【００１９】
上記実施形態では２台の熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２を用いているが、３台以上の熱交換器ユニットを用いて、それらをほぼヘッダーパイプ１個分ずつずらせながら、千鳥状又は階段状に配列することもできる。
【００２０】
◎第２実施形態
図４（ａ），（ｂ）は、この発明の多段型熱交換器に係る第２実施形態を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。第２実施形態は、ヘッダーパイプ間隔が異なる２種類の熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂを用いたものである。即ち、所定長さのヘッダーパイプ間隔を有する第１の熱交換器ユニットＵａと、この第１の熱交換器ユニットＵａよりもヘッダーパイプ間隔が短い第２の熱交換器ユニットＵｂとを用意し、この第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて２段に配置し、その隣り合う熱交換器ユニットの相互において、第１の熱交換器ユニットＵａにおける熱交換用フィン３とヘッダーパイプ１との間の隙間５を、第２の熱交換器ユニットＵｂのヘッダーパイプ１が覆うように、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを重ね合わせて、多段型熱交換器を構成したものである。
【００２１】
なお、上記説明では、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換ユニットＵｂとを２段に重ねあわせた場合について述べたが、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて２段以上に配置することもできる。例えば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとを交互に重ね合わせて３段に配置することができる。
【００２２】
上記図４〜図５の実施形態における作用効果も上記図１の場合と同じである。即ち、熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂの配置を、上記のようにヘッダーパイプ１の外側方向つまり熱交換器ユニットの幅方向に、ヘッダーパイプ１のほぼ１個分又はそれ以下の量でずらせた構成とすることにより、風上側の熱交換器ユニットＵａで吸入した空気は、熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂ内の隙間５を素通りして吹き出てしまうことなく、熱交換用フィンの部分を必ず通過する配置になる。その結果、吸入空気は熱交換用フィンの部分で熱交換して風下側の熱交換器から吹き出されるようになり、多段型熱交換器の熱交換率について性能の向上が図られる。
【００２３】
上記図４の実施形態において組み合わせる熱交換器ユニットＵａ、Ｕｂは、コンデンサとコンデンサのように同種の熱交換器であっても良いし、又はコンデンサとラジエータのように異なる種類の熱交換器であっても良い。図６（ａ）に、相隣る第１の熱交換器ユニットＵａと第２の熱交換器ユニットＵｂとにおいて、風下側の第１の熱交換器ユニットＵａをラジエータとして大きく構成し、風上側の第２の熱交換器ユニットＵｂをコンデンサとして小さく構成した場合を示す。また図６（ｂ）に、風下側の第１の熱交換器ユニットＵａをラジエータとして小さく構成し、風上側の第２の熱交換器ユニットＵｂをコンデンサとして大きく構成した場合を示す。
【００２４】
【実施例】
次に、この発明の多段型熱交換器の実験結果について説明する。
上記第１実施形態における多段熱交換器の供試体を次のように構成し、隙間５の連通部分を無くした場合、多段熱交換器の性能である熱交換率が向上することを確認した。
＜供試体の熱交換器ユニット＞
熱交換器ユニットＵ１，Ｕ２の有効幅：３００ｍｍ、
熱交換管の本数：２０本、
熱交換管のピッチ：９.８３ｍｍ、
熱交換管：１.９３ｍｍ（厚さｔ）×１８.８ｍｍ（幅ｗ）、
ヘッダーパイプ１の外径：φ２２.２ｍｍ、
熱交換用フィンの本数：２１本、
熱交換用フィンの高さ：７.９２ｍｍ（高さｈ）×０.１（厚さｔ）、
熱交換用フィンのピッチ：１.４ｍｍ。
【００２５】
なお、熱交換用フィン３の本数が２１本であり、熱交換管本数の２０本より多いのは、熱交換管２の外側にも熱交換用フィン３を設ける構成としたためである。
【００２６】
上記熱交換器ユニットＵ１，Ｕ２のずらせ量は、熱交換器ユニットＵ１、Ｕ２の相互間隔距離Ｌ（図３参照）が１.７ｍｍとなるようにした。
＜測定条件＞
性能（熱交換率）の測定条件は次の通りとした。
【００２７】
過熱度：２５℃、
過冷度：５℃、
平均凝縮圧力：１５ｋｇ／ｃｍ2Ｇ、
吸い込み空気温度：３５℃、
吸い込み風速：４.５ｍ／ｓｅｃ、
冷媒：Ｒ１３４ａ
表１にこの結果を示す。表１は、１台目と２台目の熱交換器ユニットの相互間隔距離Ｌを狭めた場合に、多段熱交換器の熱交換率がどのように向上して行くかを示している。なお、熱交換率は、比較のため、従来の構成（図３（ｂ））の多段熱交換器の間隔距離Ｌ（Ｌ＝３.４ｍｍ）のときの熱交換率を指数１００として示した。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、請求項１〜４に記載の発明によれば、パラレルフロー（ＰＦ）型熱交換器ユニットを２台以上組み合わせた多段型熱交換器において、風上側、風下側の各熱交換器ユニットをそのヘッダーパイプの存在する幅方向に位置関係をずらして配置することにより、上記隙間部が風上から風下にかけて連通しないようにしているので、空気が熱交換器内を素通りするのを防止することができる。
【００３０】
また、熱交換器ユニットの幅方向の位置関係をずらして配置することで、ヘッダーパイプとヘッダーパイプが水平方向で干渉することを避けることができるので、２台以上の熱交換器ユニットを組み合わせた多段型熱交換器の奥行きを薄くすることが可能である。これは、１台目と２台目の熱交換器ユニットの隙間が短くなることを意味するものであって、１台目の熱交換器ユニットで熱交換した空気が直ちに２台目の熱交換器ユニットで吸い込まれる結果、外気と無駄に熱交換するのが防止され、多段型熱交換器の熱交換率の性能向上に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態における１台目と２台目の熱交換器ユニットの相対位置関係を示した図である。
【図３】多段型熱交換器の奥行き長さの変化を示した図であり、（ａ）はこの発明の第１の実施形態における多段型熱交換器の場合を示した図、（ｂ）は従来の多段型熱交換器の場合を示した図である。
【図４】この発明の第２実施形態に係る多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】この発明の第３実施形態に係る多段型熱交換器の変形例を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】この発明の第２実施形態の応用例を示したもので、相隣るラジエータとコンデンサのうち、（ａ）は風下側のラジエータを大きくした場合を、また（ｂ）は風上側のコンデンを大きくした場合を示す図である。
【図７】従来のＰＦ型熱交換器を示した正面図である。
【図８】従来のヘッダーパイプと熱交換管との連結状態を示す斜視図である。
【図９】従来のＰＦ型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【図１０】従来のＰＦ型熱交換器の一部を示した図である。
【図１１】従来の多段型熱交換器を示したもので、（ａ）はその正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。
【符号の説明】
１ ヘッダーパイプ
２ 偏平状の熱交換管
３ 熱交換用フィン
４ 熱交換管挿入用孔
５ 隙間
Ｄ 隙間の距離
Ｕ１、Ｕ２ 熱交換器ユニット
Ｕａ，Ｕｂ 第１の熱交換器ユニット
Claims (4)
- 一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、
隣り合う熱交換器ユニットの一方における熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、各熱交換器ユニットを重ね合わせたことを特徴とする多段型熱交換器。 - 上記多段型熱交換器の各熱交換器ユニットに同一寸法形状のものを使用したことを特徴とする請求項１記載の多段型熱交換器。
- 上記多段型熱交換器の他方の熱交換器ユニットとして、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間隔よりもヘッダーパイプ間隔の短い熱交換器ユニットを用い、上記一方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプ間に上記隙間を覆って上記他方の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが位置するようにしたことを特徴とする請求項１記載の多段型熱交換器。
- 一対のヘッダーパイプと、これらヘッダーパイプ間に連結される複数の偏平状の熱交換管と、熱交換管間に配設された熱交換用フィンであって、ヘッダーパイプとの間に隙間を残して配設された熱交換用フィンとで熱交換器ユニットを構成し、この熱交換器ユニットを２台以上多段に組み合わせた多段型熱交換器において、
上記熱交換器ユニットとして、所定長さのヘッダーパイプ間隔を有する第１の熱交換器ユニットと、該第１の熱交換器ユニットよりもヘッダーパイプ間隔が短い第２の熱交換器ユニットとを具備し、
上記第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを交互に重ね合わせて２段以上に配置し、その隣り合う熱交換器ユニットの相互において、第１の熱交換器ユニットにおける熱交換用フィンとヘッダーパイプとの間の隙間を、第２の熱交換器ユニットのヘッダーパイプが覆うように、第１の熱交換器ユニットと第２の熱交換器ユニットとを重ね合わせたことを特徴とする多段型熱交換器。
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