JP4169324B2 - 複式熱交換装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、複式熱交換装置に関するもので、更に詳細には、例えば空気、水あるいはオイル等の熱媒体を使用する熱交換器を複数並設してなる複式熱交換装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば工業用低温圧縮乾燥装置においては、コンプレッサから供給される高温の圧縮空気を、例えばフロンガス等の熱媒体(冷媒)を用いた熱交換器に直接導入すると、熱交換器において圧縮空気の持つ顕熱と湿分の凝縮潜熱量を同時に除去しなければならないため、冷凍負荷が大きくなり、熱交換器の容量が大きく、設備も大きくなると共に、設備費用や運転費用も高価なものになる。
【0003】
そのため、このようなコスト面を改善し、省エネ化と設備のコンパクト化を図る方策として、図9に示すように、コンプレッサ1から供給される高温の圧縮空気を、アフタークーラと称する熱交換装置2によって予め冷却してから低温圧縮乾燥装置3へ供給して低温乾燥圧縮空気を生成している。このように構成することにより、冷媒による冷却と湿分の除去負荷を軽減することができる。
【0004】
ところで、アフタークーラ2において、大量の高温圧縮空気を冷却しようとすると、アフタークーラ2を構成する熱交換器10には大きな熱交換面積が必要となる。しかしながら、プレートタイプフィン等で単純に熱交換面積を増大させると、それに伴い熱交換器自体も大型化してしまい、設備の大型化やコストアップになってしまうという問題がある。この問題を解決する手段として、互いに平行に配設される複数の熱交換管の間にコルゲートフィンを備えたパラレルフロー型熱交換器が使用されている。このパラレルフロー型熱交換器によれば、熱交換器自体をそれ程大型化することなく、熱交換面積を大きく取れるという効果が得られる。また、更に大きな熱交換面積を得るためには、設置場所のスペースや送風用ファンの大きさや個数の制約もあり、多くの場合は、冷却通風側の投影面積は広げずに、標準的な熱交換器を複数個並列に隣接させている。
【0005】
従来のこの種のアフタークーラ2用熱交換器の中には、図10ないし図12に示すように、一対のヘッダーパイプ11a,11bと、両ヘッダーパイプ11a,11b間に架設される互いに平行な複数の熱交換管12と、隣接する熱交換管12間に介在される熱交換フィン例えばコルゲートフィン13とを具備する熱交換器10を熱交換用空気Aの流通方向に対して直交する状態に並設されたものがある。そして、両熱交換器10の一方の(図において左側の)ヘッダーパイプ11aの両端のうちの一方の端部例えば上端部、及び、他方の(図において右側の)ヘッダーパイプ11bの両端のうちの他方の端部例えば下端部に、冷媒(被冷却体、熱媒体)の流入口4a又は流出口4bを有するマニホールド5A,5Bを、接合部材6及びOリング7を介して装着されていた。なお、熱交換器の上端部と下端部にはサイドプレート8が設けられており、このサイドプレート8と熱交換管12との間にコルゲートフィン13が介在されている。
【0006】
上記のように構成されるアフタークーラ2(熱交換装置)を製造するには、2個の熱交換器10,10のヘッダーパイプ11a,11b、熱交換管12及びコルゲートフィン13と接合部材6を別々にろう付け接合し、最終的にマニホールド5A,5Bを組み合わせてボルト締結等の機械的接合にて一体製品としていた。なお、アフタークーラ2を例えばファンダクト等の被取付部(図示せず)への取付を容易にするために、熱交換器10における熱交換管12の外方側端部に設けられたサイドプレート8にブラケット9が一体に形成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこの種の熱交換装置においては、熱交換器10とマニホールド5A,5Bとの洩れ防止のためにOリング7を介して嵌合するため、図11に示すように、2個の熱交換器10,10間の寸法Sを所定寸法離す必要があった。そのため、図13に示すように、両熱交換器10,10の隣接するヘッダーパイプ11a又は11bの開口端11c,11dの投影断面積が少ししか取れず、そのため、冷媒(被冷却体、熱媒体)の分流や圧力損失の悪化をきたすという問題があった。この問題を解決するためには、鉛直方向重複長さをある程度長くして分岐部の通路断面積を大きくすることが考えられるが、このようにすると、マニホールド5A,5Bが大きくなり、熱交換装置全体が大型化すると共に、重量が嵩むという問題がある。更には、2個の熱交換器10,10間の隙間Sから熱交換用空気Aが漏れだし、必要空気量が稼げず、性能に悪影響を与える場合があった。
【0008】
また、従来のこの種の熱交換装置においては、熱交換器10とマニホ−ルド5A,5Bとの間に、接合部材6及びOリング7を介在し、また、ブラケット9を有するサイド部材8を具備するため、構成部材が多くなると共に、製造に多くの工数がかかるという問題もあった。更には、各熱交換器10を別々に製造した後、マニホールド5A,5Bを介して一体化するため、熱交換器10の変形、寸法のバラツキ等により両者の穴位置がずれ、マニホールド5A,5Bと熱交換器10の嵌合性が悪い場合があった。また、サイドプレートに形成されたブラケットも、変形、バラツキにより取付位置にずれが生じる虞もあった。
【0009】
この発明は上記事情に鑑みてなされたもので、装置の小型化が図れると共に、構成部材の削減及び製造工数の低減が図れ、また、変形を抑制して寸法精度の向上が図れるようにした複式熱交換装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の複式熱交換装置は、並設される複数の熱交換器が、それぞれ一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換管と、隣接する熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備し、 上記複数の熱交換器の一方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部及び他方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部に、それぞれろう付け接合されるマニホールドを具備する複式熱交換装置であって、 上記マニホールドは、隣接部が当接される上記ヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、 かつ、上記マニホールドにブラケットを一体に形成してなり、 隣接する上記ヘッダーパイプをろう付け一体接合してなることを特徴とする(請求項1)。
【0012】
上記熱交換器を構成するヘッダーパイプ、熱交換管と熱交換フィン及び上記マニホールドを、それぞれアルミニウム製部材にて形成する方が好ましい。ここで、アルミニウムとは、アルミニウム又はアルミニウム合金を含む意味である。
【0013】
請求項1記載の発明によれば、熱交換器へ熱媒体を分岐するマニホールドは、隣接部が当接されるヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、隣接するヘッダーパイプをろう付け一体接合することで、分岐部における隣接するヘッダーパイプの開口端の投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールドの圧力損失を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。したがって、マニホールドを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。また、隣接するヘッダーパイプが一体にろう付けされているため、ヘッダーパイプ間の隙間をなくすことができる。したがって、熱交換用空気が漏れず熱交換性能の向上が図れる。
【0014】
また、請求項1記載の発明によれば、マニホールドにブラケットを一体に形成するので、ブラケットをサイドプレートに別個に設ける場合に比べて構成部材の削減が図れると共に、製造工程の削減が図れる。また、取付位置合わせの精度の向上が図れる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る複式熱交換装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、従来の複式熱交換装置と同じ部分には同一符号を付して説明する。
【0017】
図1は、この発明に係る複式熱交換装置の一例を示す平面図(a)及び正面図(b)、図2は、上記複式熱交換装置の左側面図(a)及び右側面図(b)である。
【0018】
上記複式熱交換装置は、熱交換用空気Aの流れ方向に対して交差例えば略直交する方向に並設される複数例えば2個の熱交換器10と、各熱交換器10の一方のヘッダーパイプ11aの両端のうちの一方の端部例えば上端部及び他方のヘッダーパイプ11bの両端のうちの一方の端部例えば下端部に、それぞれろう付け接合される、熱交換器10へ熱媒体を分岐するマニホールド20A,20Bとを具備している。
【0019】
この場合、マニホールド20A,20Bにはブラケット30が一体に形成されている。また、各熱交換器10におけるマニホールド20A,20Bを接合していない隣接するヘッダーパイプ11a,11bには、ブラケット30Aを一体に形成した接合部材40がろう付け接合されている。
【0020】
上記熱交換器10は、それぞれがアルミニウム製の一対のヘッダーパイプ11a,11bと、これらのヘッダーパイプ11a,11b間に架設される複数の熱交換管12と、各熱交換管12の間に介設されると共に、一体に接合される熱交換フィン例えばコルゲートフィン13とで主に構成されている。
【0021】
上記ヘッダーパイプ11a,11bは、例えばアルミニウム製の押出形材にて略円筒状に形成されており、一方の(図1において左側の)ヘッダーパイプ11aの下端部及び他方の(図1において右側の)ヘッダーパイプ11bの上端部には、図6に示すように、アルミニウム製のキヤップ部材14がろう付けによって被着固定されている。
【0022】
上記熱交換管12は、図7に示すように、アルミニウム製の押出形材にて例えば偏平な板状に形成されており、その内部には長手方向に向かって貫通する複数に区画された熱媒体の流路12aが形成されている。このように形成される熱交換管12の両端部は、両ヘッダーパイプ11a,11b側面の対向する側に、適宜間隔をおいて互いに平行に配列される複数のスリット15に挿入固着されている(図7参照)。
【0023】
熱交換フィンすなわちコルゲートフィン13は、図1(b)及び図7に示すように、アルミニウム製の板材を屈曲することにより連続波形状に形成されており、各熱交換管12の間に介設されてろう付されている。この場合、最上段及び最下段に配設された熱交換管12の外方側にもコルゲートフィン13がろう付接合されており、これらの両コルゲートフィン13を保護するために、両コルゲートフィン13の更に外方側にはサイドプレート16がろう付接合されている。この場合、サイドプレート16を単独に形成してもよく、サイドプレート16に熱交換管12を兼用することも可能である。
【0024】
上記マニホールド20A,20Bは、図3、図4及び図7に示すように、隣接部が当接されるヘッダーパイプ11a又は11bの開口端11c,11dの全てと連通する連通路21を有する略矩形ブロック状の接合基部22と、この接合基部22の連通路21に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプ11a又は11bの開口端11c,11dに跨って開口する熱媒体の流入口23又は流出口24を有する熱媒体流入口部25及び熱媒体流出口部26とを具備している。このように、流入口23が最大限近接され、一体ろう付け接合された隣接するヘッダーパイプ11a(11b)の開口端11c,11dに跨って開口することにより、分岐部における隣接するヘッダーパイプ11a又は11bの開口端11c,11dの投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールド20A,20Bの圧力損失を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。更には、両ヘッダーパイプ11a,11bが一体に接合されていることにより熱交換用空気Aが漏れず、熱交換性能の向上が図れる。なお、この実施形態では、両ヘッダーパイプ11a,11b間の距離を0.9mm以下に設定することで、両ヘッダーパイプ11a,11bが完全に一体ろう付けされている。また、接合基部22には、ヘッダーパイプ11a又は11bの端部を嵌合する嵌合穴28が設けられている(図4参照)。更には、熱媒体流入口部25及び熱媒体流出口部26には、例えば図8に示す上記コンプレッサ1又は低温圧縮乾燥装置3に接続する図示しない熱媒体流入管又は熱媒体流出管を接続するための雄ねじ部27が刻設されている。
【0025】
また、接合基部22の熱交換器10内方側に位置する長辺側の外側面の中央部にはブラケット30が突設(一体形成)されている。なお、このブラケット30には、取付孔31が穿設されている。
【0026】
上記のように構成されるマニホールド20A,20Bは、例えばアルミニウムダイキャスト等にて形成されている。
【0027】
上記接合部材40は、図5に示すように、隣接するヘッダーパイプ11a又は11bの熱交換器10内方側円弧面に当接する円弧状当接面41を有し、この円弧状当接面41と反対側の側面中央部にブラケット30Aを突設(一体形成)してなる例えばアルミニウムダイキャストにて形成されている。なお、ブラケット30Aには取付孔31が穿設されている。
【0028】
上記のように構成される複式熱交換装置を製造するには、各熱交換器10を構成するヘッダーパイプ11a,11b、熱交換管12、コルゲートフィン13及びサイドプレート16等を組み付けると共に、隣接するヘッダーパイプ11a又は11bの開口端部にマニホールド20A,20Bを嵌合して組み付け、また、接合部材40の円弧状当接面41をヘッダーパイプ11a又は11bに当接した状態で、マニホールド20A,20B及び2個の接合部材40を、例えば点溶接等で仮固定すると共に、ろう付け治具(図示せず)にて熱交換器全体を仮固定する。そして、この状態で炉内に収容して例えば600℃の温度に加熱することによって、両熱交換器10すなわちヘッダーパイプ11a,11b、熱交換管12、コルゲートフィン13及びサイドプレート16等と、マニホールド20A,20B及び接合部材40を一体ろう付け接合する。
【0029】
上記のように、マニホールド20A,20B及び2個の接合部材40が、それぞれヘッダーパイプ11a,11bに、例えば点溶接等で仮固定されることにより、熱交換器の4隅を仮固定した状態でろう付け接合するので、ろう付けにより熱交換器10が変形するのを防止することができる。
【0030】
なお、ろう付け形態は、接合される部材のうちの少なくとも一方の部材にろう材を被覆したクラッド材やブレージング材を用いるか、あるいは、接合部間にろう材を介在させてろう付けすることができる。
【0031】
上記のようにして作製された複式熱交換装置は、熱交換器10のヘッダーパイプ11a又は11bの端部に直接マニホールド20A,20Bをろう付け接合するため、従来の複式熱交換装置のように、別個に接合部材やOリングを用いてマニホールドを装着する必要がない。したがって、構成部材の削減が図れると共に、熱交換装置全体の小型化が図れる。また、マニホールド20A,20Bと一体にブラケット30を突設するので、別個にサイドプレートにブラケットを設ける場合に比べて、寸法精度が向上するため、熱交換装置を被取付体例えばファンダクトに取り付ける際の位置合せを容易にすることができる。
【0032】
また、上記のようにして作製された複式熱交換装置は、2個のマニホールド20A,20Bに設けられる2個のブラケット30と、2個の接合部材40にそれぞれ設けられた2個のブラケット30Aの計4個のブラケットを具備しているので、被取付体例えばファンダクト等への取付を容易にすることができる。したがって、構成部材の削減が図れると共に、マニホールド20A,20Bを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。
【0033】
なお、上記実施形態では、各熱交換器10のヘッダーパイプ11a,11bの一端にマニホールド20A,20Bを具備する場合について説明したが、図8に示すように、両ヘッダーパイプ11a,11bの両端にそれぞれ同様にマニホールド20A,20B,20C,20Dを具備させてもよい。このように、ヘッダーパイプ11a,11bの4隅の全てにマニホールド20A,20B,20C,20Dを具備することにより、必要に応じて被冷却流体の流入位置や流出位置を選択することができ、熱交換器10の設置や取付を容易にすることができる。なお、図8において、その他の部分は、第一実施形態と同じであるので、同一部分には同一符号を付して説明は省略する。
【0034】
また、3個のブラケット付マニホールドと1個のブラケット付接合部材を具備した場合にも、上記と同様の効果が得られる。
【0035】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような優れた効果が得られる。
【0036】
(1)請求項1記載の発明によれば、熱交換器へ熱媒体を分岐するマニホールドは、隣接部が当接されるヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、隣接するヘッダーパイプをろう付け一体接合することで、両ヘッダーパイプが最大限近接されることにより、分岐部における隣接するヘッダーパイプの開口端の投影断面積を可及的に大きくすることができるので、マニホールドの圧力損出を可及的に少なくすることができると共に、熱媒体の分流を良好にすることができる。したがって、マニホールドを小型にすることができると共に、熱交換装置全体を小型化にすることができる。また、両ヘッダーパイプが一体ろう付けされているため、ヘッダーパイプ間の隙間がなくなるので、熱交換用空気の漏れをなくすことができ、熱交換性能の向上が図れる。
【0037】
(2)また、請求項1記載の発明によれば、マニホールドにブラケットを一体に形成するので、ブラケットをサイドプレートに別個に設ける場合に比べて構成部材の削減が図れると共に、製造工程の削減が図れる。更に、取付位置合わせの精度の向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る複式熱交換装置の第一実施形態を示す平面図(a)及び正面図(b)である。
【図2】上記複式熱交換装置の左側面図(a)及び右側面図(b)である。
【図3】この発明におけるマニホールドを示す平面図である。
【図4】図3のI−I線に沿う断面図である。
【図5】上記複式熱交換装置におけるブラケット取付部を示す平面図である。
【図6】図5のII−II線に沿う断面図である。
【図7】上記複式熱交換装置の要部を示す斜視図である。
【図8】この発明に係る複式熱交換装置の第二実施形態を示す平面図(a)及び正面図(b)である。
【図9】熱交換装置を低温圧縮乾燥装置のアフタークーラに適用した例を示す概略構成図である。
【図10】従来の複式熱交換装置の連結前の状態を示す平面図(a)及び正面図(b)である。
【図11】従来の複式熱交換装置のとマニホールドを示す分解側面図である。
【図12】従来の複式熱交換装置の要部を示す断面図である。
【図13】従来の複式熱交換装置におけるマニホールドを取り付けた状態を示す要部平面図である。
【符号の説明】
10 熱交換器
11a,11b ヘッダーパイプ
11c,11d 開口端
12 熱交換管
13 コルゲートフィン(熱交換フィン)
20A,20B,20C,20D マニホールド
21 連通路
22 接合基部
23 流入口
24 流出口
25 熱媒体流入口部
26 熱媒体流出口部
30,30A ブラケット
40 接合部材
Claims (1)
- 並設される複数の熱交換器が、それぞれ一対のヘッダーパイプと、両ヘッダーパイプ間に架設される互いに平行な複数の熱交換管と、隣接する熱交換管間に介在される熱交換フィンとを具備し、
上記複数の熱交換器の一方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部及び他方のヘッダーパイプの両端のうちの少なくとも一方の端部に、それぞれろう付け接合されるマニホールドを具備する複式熱交換装置であって、
上記マニホールドは、隣接部が当接される上記ヘッダーパイプの開口端の全てと連通する連通路を有する接合基部と、この接合基部の連通路に連通すると共に、少なくとも隣接するヘッダーパイプの開口端に跨って開口する熱媒体の流入口又は流出口を有する熱媒体流入口部及び熱媒体流出口部とを具備し、
かつ、上記マニホールドにブラケットを一体に形成してなり、
隣接する上記ヘッダーパイプをろう付け一体接合してなることを特徴とする複式熱交換装置。
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