JP3996208B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、複数の平形管を備え、これらの平形管の内側を流れる第１流体とこれらの平形管の外側を流れる第２流体との間で熱交換を行い、平形管の端部に１対の中空ヘッダを連結し、ヘッダに入口及び出口を設けて、第１流体を平形管に導入し、そこから第１流体を排出できるようにしており、各ヘッダは、円形断面を有する少なくとも２本の平行な管から成り、隣接した２本の管が共通の壁部分を有して、各ヘッダの総ての管がほぼ平坦な管列を構成している熱交換器に関する。
そのような熱交換器は、ヨーロッパ公開特許公報０６０８４３９号で知られている。
例えばヨーロッパ公開特許公報第０３５９３５８号に記載されているような既知の熱交換器では、ヘッダは、円形断面を有する管で構成されている。これらの管は、熱伝達管の端部を収容するように、それらの管の断面に対応した形状の穴を有している。この構造は、この形式の熱交換器に使用される一般的な圧力では、非常に満足できるものであることがわかっている。一般的に、低圧側に２．５〜６バールの圧力が使用されているのに対して、高圧側に１５〜３０バールの圧力が使用されている。高圧を導入する場合、ヘッダの壁厚を増加させなければならない。このことは、特に、低圧が３５〜８０バールで、高圧が８０〜１７０バールであり、高圧でＣＯ₂を使用する熱交換器に当てはまる。
ヘッダの寸法をこのように増加させることによって、熱交換器の寸法及び重量が増加し、このことは、特に乗用車などの自走装置に使用される熱交換器において欠点になる。
ヘッダの強度に関する問題は、ヨーロッパ公開特許公報第０６０８４３９号に開示されているようにヘッダを樗成することによって解決されている。
このヘッダでは、それぞれが多数の熱交換管に連通する多数の平行な管が設けられている。平行な流れは、ヘッダの異なった管と異なった熱交換管との間に発生している。このシステムの欠点は、得られたそれぞれの流路で圧力降下が、またそのために流れパターンがすべて異なることにある。これによって、さらなる圧力損失や流れの乱れが発生し、このことは熱交換に悪影響を与える。
従って、本発明の目的は、上記の欠点を伴わない熱交換器を提供することである。
上記及び他の目的は、それぞれが平形管の断面に対応した寸法を有する多数の穴を各ヘッダの平坦表面に形成し、ヘッダを構成している平行な管の間に連通路が残る程度まで、平形管の端部を円形管に挿入するだけで達成される。
このようにして、異なった平形管の間に横流が確保され、それによって異なった流路間の圧力を流れパターンと同様に等しくすることができる。
第１図は、本発明に従った熱交換器の概略図、
第２図は、第１図に示されているヘッダのＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図、
第３図は、第１図の熱交換器に使用されているヘッダの正面図、
第４図は、第３図のヘッダの側面図、
第５図は、１つの穴を詳細に示している、第３図のヘッダの拡大正面図である。
第１図ないし第４図を参照するに、図示の熱交換器は、平行に積み重ねられた複数の平形熱伝達管１と、これらの平形管１の間に挟み込まれた波形フィン２とを備えている。平形管１の端部１ａは、ヘッダ３及び４に連結されている。各熱伝達管は、平坦形状の押し出し成形アルミニウムで形成することができる。あるいは、平形管は、一般的に多ポート管（multiport tubes）と呼ばれる多孔平形管にするか、電気継合わせ管（electrically seamed tubes）を使用することができる。多ポート管は、押し出し成形で製造されるが、合わせ板の圧延、折り曲げ及びろう付けによってそのような管を製造することも可能である。さらに、挿入バッフルを備えた溶接管を使用することもできる。
図示の実施例では、各波形フィン２は、平形管１とほぼ同じ幅であるが、他の幅を使用することもできる。波形フィン２及び平形管１は、互いにろう付けされている。ヘッダ３、４は、平形管の端部１ａを収容できるように、熱伝達管１の断面と同一形状の穴５を設けたアルミニウム管で構成されている。これらの穴５は、平形管の進入を容易にすることができるように特別製、例えば円錐形にしてもよい。挿入された平形管の端部１ａは、穴５内にろう付けされる。第１図に示されているように、ヘッダ３及び４は、それぞれ入口マニホルド６及び出口マニホルド７に連結されている。入口マニホルド６は、熱交換流体をヘッダ３に流入させ、出口マニホルド７は、熱交換流体を排出できるようにする。ヘッダ３及び４は、それぞれキャップまたはプラグ８及び９で閉鎖されている。参照番号１３及び１４は、最も外側の波形フィン２に取り付けられた側板を示している。
ヘッダ３は、内部空間がバッフル１０で２分割されており、ヘッダ４は、バッフル１１で２分割されている。このようにして、ヘッダ３から始まって第１組の平形管１を通り、ヘッダ４の一部を経て第２組の平形管１を通ってヘッダ３に流れ、第３組の平形管１を通ってヘッダ４に流れて、出口マニホルド７を通って熱交換器から流出する媒体経路が設けられる。バッフルを備えていないヘッダも可能であると共に、ヘッダ毎に複数のバッフルを設けたヘッダも用いることができる。
熱交換流体は、熱交換器内をジグザグ状に流れる。
ヘッダ３及び４は基本的に同一であり、第２図ないし第４図にヘッダ３の一例が詳細に示されている。ヘッダ３は、実際には多ポート押し出し成形管で構成されており、図示の例では、４つのチャネル１６、１７、１８及び１９が存在している。しかし、いずれの数のチャネルを設けることもできることは明らかである。ヘッダ３は、それぞれがチャネル１６、１７、１８及び１９の１つを形成する多数の管であり、これらの管の２本に共通する壁部分２０、２１及び２２を有していることがわかる。そのため、壁部分２０はチャネル１６及び１７を形成している管に共通であり、壁部分２１はチャネル１７及び１８を形成している管に共通であり、壁部分２２はチャネル１８及び１９を形成している管に共通である。共通の壁部分２０、２１及び２２にほぼ直交する方向の管の壁部分２４及び２５は、実質的に同一平面上にあり、そのため実質的に平坦表面を形成している。
第３図及び第４図に分かり易く示されているように、ヘッダ３の壁部分２４には、多数の穴５が設けられている。これらの穴５は、平形管１の断面の外寸及び断面形状にほぼ対応した断面を有している。これらの穴は、セレーションまたは切り欠きによって得ることができる。第２図に示されているように、これらの穴は、共通の壁部分２０、２１及び２２に達する所定深さまで延在し、その位置において共通の平坦表面３１で終わっている。平形管１の端部１ａを穴５のその深さまで挿入することができ、ろう付けなどの周知の方法の１つでヘッダ３に連結することができる。このようにして、ヘッダ３と個々の平形管１との間が流体接続される。好ましくは、ヘッダに材料を追加することによって、各穴を深くする。
多ポート押し出し成形管の平形管の端部１ａをヘッダ２内に平坦表面３１の位置まで完全に挿入した場合、この多ポート押し出し成形管の多数のチャネルは、壁部分２０、２１及び２２によって閉塞され、熱伝達処理で有効に作用しない。チャネル１６、１７、１８及び１９の開放部分の前方において各切り欠き部分に嵌め込まれた多数の多ポート押し出し成形管を使用することができる。一般的にこれは面倒であり、多ポートの熱伝達管１内の壁部分２０、２１及び２２と向き合ったチャネルが妨害されることの方が好まれる。あるいは、穴５を３２で示されいる位置の表面まで深くすることができる。この時に平形管１を表面３１の位置まで挿入してその位置に固定した場合、ヘッダ３内の異なったチャネル１６、１７、１８及び１９間に連通が得られる。これによって、異なったチャネル間で圧力及び流れパターンを同一にすることができる。
組み立てを容易にするため、第５図に示されているように、穴５を２段階で形成することができる。第１段階で、穴５を全幅で、すなわち平形管１の厚さで平坦表面３１の位置まで形成する。第２段階で、穴を狭い幅で、すなわちほぼ平形管の厚さから壁厚の２倍を引いた幅で表面３２の位置まで深くする。第５図に示されているように、このようにして多数の肩部３３をヘッダの穴に形成して、平形管の端部１ａを平坦表面３１の位置まで挿入してヘッダに連結することによって、ヘッダ３または４の異なったチャネル間が開放連通され、これによってチャネル間の横流パターンを改善することができる。
肩部３３は、第２図及び第５図に示されているように、ヘッダ３または４の異なったチャネル間の共通の壁部分２０、２１または２２の厚さに対応した所定長さを有している。ろう付けによって平形管１をヘッダ３及び４に連結する場合、ろう付け材料のその部分が肩部３３の表面上を流れて平形管１の内部チャネルに流れ込む可能性がある。このろう付け材料の流れ込みを防止するために、肩部３３のごく一部分だけが平形管の端部１ａに接触する程度まで肩部の長さを縮めることが可能である。
本発明は、以上に記載されている実施例に制限されることはなく、添付の請求の範囲に含まれる発明的概念内で変更が可能であることは明らかである。さらに言えば、２つの異なるヘッダを使用して、一方では平形管１を完全に挿入し、他方では平形管１を部分的に挿入することによって、内部連通を得られるようにすることも可能である。

Claims (3)

1. 複数の平形管を備え、該平形管の内側を流れる第１流体と該平形管の外側を流れる第２流体との間で熱交換を行い、該平形管の端部に１対の中空のヘッダを連結し、該ヘッダに入口及び出口を設けて、前記第１流体を前記平形管に導入し、そこから該第１流体を排出できるようにし、前記個々のヘッダは、円形断面を有する少なくとも２本の平行な管から成り、隣接した２本の前記管が共通の壁部分を有して、前記個々のヘッダの総て管がほぼ平坦な管列を構成している熱交換器において、それぞれが前記平形管の断面に対応した寸法を有する多数の穴を前記個々のヘッダの平坦表面に形成し、前記ヘッダを構成している平行な前記管の間の連通路が残る程度まで、前記平形管の前記端部を円形の前記管に単に挿入することを特徴とする熱交換器。
2. 前記管は、多ポート押し出し成形管であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の熱交換器。
3. 前記多ポート押し出し成形管内の前記ヘッダの壁部分と向き合ったチャネルは、閉塞されることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の熱交換器。

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