JPH0345301B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は凝縮器、とくにカークーラー用のア
ルミニウム製凝縮器に関する。

なお、この明細書においてアルミニウムの語は
アルミニウム合金を含む意味において用いられ
る。

従来の技術とその問題点 カークーラー用のコンデンサーとして用いられ
るような熱交換器は、冷媒に比較的高圧のガスが
取扱われる関係上、安全性の面から耐圧性に優れ
たものであることが要請される。

このため、従来では一般的にサーペンタインチ
ユーブ型の熱交換器が用いられている。即ち、ハ
ーモニカチユーブと称されるような多孔押出扁平
チユーブを蛇行状に曲げ、その平行部間にフイン
配置してコアを構成したものが一般に用いられて
いる。

しかしながら、斯るサーペンタイン型の凝縮器
では、その本質的な問題点の１つとして、冷媒回
路が１本のチユーブ内をその一端から他端に向け
て蛇行状に形成されるものであるため、冷媒の流
通抵抗が比較的大きくなるという問題点がある。
この流通抵抗を小さくするためには、チユーブの
幅を拡げ、通路断面積を大きくすることが考慮さ
れるが、凝縮器コアの大きさはその設置スペース
との関係で制約されるため、かかる対応手段は適
用し難い。

また、凝縮器の熱交換効率を上げるためには、
上記のようにチユーブの幅を拡げて冷媒の圧力損
失を小さくすることのほかに、隣接チユーブ相互
の間隔、即ちフイン高さを小さくしてチユーブの
平行部間に介在されるフイン数を多くすることも
考慮される。しかしながら、チユーブ材は加工上
その曲げ部の曲率半径を一定値以上に小さくでき
ないことから、チユーブ間隔の狭小化による熱交
換効率の向上にも限界がある。

ところで、凝縮器の場合、その冷媒通路は、冷
媒がいまだガス化状態にある入口側に近い冷媒凝
縮部と、冷媒が液化状態となつている出口側に近
い過冷却部とに大別される。而して、熱交換効率
を大きく確保するためには、一般に凝縮器での伝
熱面積を大きく確保する必要があり、過冷却部の
伝熱面積は比較的小さくてもかまわない。ところ
が、従来のサーペンタインチユーブ型のものであ
る場合、冷媒通路が１本のチユーブで形成される
ため、上記凝縮部と過冷却部とで通路断面積を変
えるようなことは本質的に不可能である。その結
果、冷媒のガスから液体への相変化に応じて冷媒
の入口側から出口側に進むにつれてとくに風上側
に近い冷媒通路内において液化冷媒による液封状
態を生じ、熱交換効率が低下することゝなり、そ
れだけ熱交換チユーブを余分に長く形成すること
が必要になる。このように、冷媒の相変化に応じ
た熱交換ができないため、熱交換効率が悪く、ひ
いては凝縮器全体が大型化し、加えてコンプレツ
サも大型のものが必要となるというような問題が
あつた。

このように、従来のサーペンタイン型凝縮器
は、その構造上、圧力損失の減少や熱交換効率の
向上のために採りうる設計仕様に限界があつた。

加えて、製作面においても、チユーブの蛇行状
の曲げ加工がいさゝか厄介であるのに加えて、チ
ユーブとフインとの組立も、フインの挿入によつ
てチユーブの蛇行曲げ状態が拡がり傾向を示すた
め、該組立を機械的な自動組立の手段によつて行
うことが困難であり、生産性が低く結果的にコス
ト高につくというような難点があつた。

発明が解決しようとする課題 そこで、この発明は、凝縮器コアを大型化する
ことなく、その冷媒通路断面積を大きく確保し
て、圧力損失の少ないものとなし得る耐圧性に優
れた新規な型式の凝縮器を提供することを目的と
する。

また、他の目的として、冷媒の相変化に対応し
て冷媒通路の通路断面積を順次変化せしめるもの
とした熱交換性能の卓越した凝縮器を提供するこ
とである。

更に他の目的は、組立製作を簡易に行い得て、
生産能率が良く、コストの低減をはかりうる凝縮
器を提供することである。

課題を解決するための手段 上記の目的において、この発明に係るアルミニ
ウム製凝縮器は、互いに間隔をおいて左右に平行
状に配置された１対のアルミニウム製の筒状ヘツ
ダーと、 両端をそれぞれ前記ヘツダーに連通接続して水
平かつ平行状に配置された多数本の熱交換チユー
ブと、 隣接するチユーブ間の空気流通間隙に配置され
たフインとを備え、 前記チユーブは、断面が扁平状で、内部に上下
壁間にまたがつて補強壁を有する扁平アルミニウ
ム管によつて構成され、 前記チユーブの両端部が前記ヘツダーに穿たれ
たチユーブ挿入孔に差し込まれて液密状態にろう
付けされ、 前記１対の両ヘツダーの内部が、その長さ方向
の所定位置において仕切手段によつてそれぞれ長
さ方向に仕切られることにより、前記熱交換チユ
ーブ群によつて構成される冷媒通路がそれぞれ複
数本の熱交換チユーブからなる入口側通路群と１
ないし複数の中間通路群と出口側通路群とを含む
少なくとも３つ以上の通路群に区画されると共
に、 前記入口通路群、中間通路群および出口側通路
群の通路断面積が、入口側から出口側に至るに従
つて順次段階的に減少されていることを特徴とす
るものである。

実施例 次に、この発明の実施例をその作用とゝもに説
明する。

この発明による凝縮器は、第１図及び第２図に
示すように、水平方向に平行状に配置された多数
本のチユーブ１と、隣接するチユーブ１，１間に
介在配置されたコルゲートフイン２と、チユーブ
群の両端に、それと直交して平行状に配置された
左右１対のヘツダー３，４とを具備する。

チユーブ１はアルミニウム材による扁平状の押
出型材からなるものであつて、内部には第３図に
示すように幅方向の中央部において上下壁間にま
たがつた補強壁１ａを有し、負荷される大きな内
圧にも支障なく耐えるものとなされている。なお
押出型材によらず第６図に示すように、アルミニ
ウム板１５とろう材１６とをクラツドした片面ブ
レージングシート１７を、ろう材１６が外側とな
るようにロールフオーミングにより曲げ加工を施
して偏平管に成形したのち、両側端部１７ａ，１
７ａを内方に折曲して衝き合せるとゝもに、両端
部端面を偏平管内面に当接せしめた状態で端部側
面のろう材どうしを溶融して接合することにより
チユーブ１′を形成しても良い。この場合には両
端部１７ａ，１７ａが内部補強壁１a′の役割を果
たす。またチユーブの補強壁は１個に限らず、第
７図に示すように、２個以上の補強壁１a″を有す
るチユーブ１″を用いても良い。

コルゲートフイン２はチユーブ１とほゞ同じ幅
を有し、ろう付けによりチユーブに接合されてい
る。コルゲートフイン２もアルミニウム製であ
り、望ましくはルーパーを切り起こしたものを用
いるのが良い。

ヘツダー３，４は押出材等からなる断面円形の
アルミニウム製パイプ材をもつて形成されてい
る。そして各ヘツダー３，４には長さ方向に沿つ
て間隔的にチユーブ挿入孔５が穿設されるとゝも
に、該孔に各チユーブ１の両端部が挿入され、か
つろう付けにより液密状態に接合連結されてい
る。さらに左ヘツダー３の上端には冷媒入口管６
が連結されまた同下端には閉塞用蓋片７が取着さ
れる一方、右ヘツダー４の下端には冷媒出口管８
が連結され、また同上端には閉塞用蓋片９が取着
されている。なお第１図に示す１３，１４は最外
側のコルゲートフイン２，２の外側に配置された
上下のサイドプレートである。

ところで、両側のヘツダー３，４内には、各１
個の仕切板１０，１１が設けられ、これによつて
各ヘツダー３，３内が長さ方向に仕切られそれぞ
れ上下２室に分けられている。しかも左側の仕切
板１０はヘツダー３の中央部やゝ上の位置に設け
られ、右側の仕切板１１は下端から全長の1/3程
度の位置に設けられている。

上記のような仕切板１０，１１の設置により、
チユーブ１群によつて構成される全冷媒通路１２
（第５図参照）は、入口側通路群Ａと、出口側通
路群Ｃと、それらの中間に位置する中間通路群Ｂ
との３つの通路群に分けられ、冷媒を順次各通路
群をめぐつて蛇行状に流通させるようになされて
いる。かつ中間通路群Ｂは出口側通路群Ｃよりも
多くのチユーブ数すなわち冷媒通路数を含んで、
その通路断面積が出口側通路群Ｃの通路断面積よ
りも大きいものとなされ、さらに入口側通路群Ａ
の通路断面積は中間通路群Ｂの通路断面積よりも
大きいものに設定されている。即ち、上記入口側
通路群Ａ、中間通路群Ｂおよび出口側通路群Ｃの
通路断面積が、入口側から出口側に至るに従つて
順次段階的に減少したものに設定されている。

上記構成において、左ヘツダー３の上部の冷媒
入口管６から流入した冷媒は、第５図に示すよう
に、入口側通路群Ａの各チユーブ１を通過して右
ヘツダー４に至つたのち、反転して中間通路群Ｂ
の各通路を左ヘツダー３へと流れ、さらに反転し
て出口側通路群Ｃの各通路を右ヘツダーへと流れ
て出口管８から凝縮器外へと流出する。そして各
通路群を流通する間に、チユーブ１，１間に形成
された、コルゲートフイン２を含む空気流通間隙
を第３図に矢印Ｗで示す方向に流通する空気と熱
交換を行う。而して、入口側通路群Ａを通過する
冷媒はいまだ体積の大きいガス化状態にあるが、
入口側通路群Ａの通路断面積を大きく設定してあ
るので、伝熱面積が大きいものとなされており効
率良く冷媒の凝縮が行われる。そして、右ヘツダ
ー４内で混合作用を受けたのち中間通路群Ｂを通
過する冷媒は入口側通路群Ａで一部が液化される
ため気液混合状態を呈している。従つて伝熱面積
は少なくて良いが、これに応じて中間通路群Ｂの
通路断面積は入口側通路群Ａよりも小に設定して
あるので、必要かつ充分な熱交換を行わせつゝ冷
媒を通過させることができる。そして更に、左ヘ
ツダー３内で気液混合されるが、出口側通路群Ｃ
を通過する時には冷媒はすでに多くの部分が液体
状態を呈し体積も小さくなつている。従つて通路
断面積も小さくて良いが、これに応じて出口側通
路群Ｃの通路断面積は中間通路群Ｂよりもさらに
小に設定されているので、冷媒を通過させるのに
スペースの無駄がなくなる。このように凝縮部に
相当する入口側通路群Ａさらには中間通路群Ｂか
ら過冷却部に相当する出口側通路群Ｃへと至るに
従つて、各通路群の通路断面積を小さくすること
によつて、効率の良い熱交換が行われることゝな
る。

ところで、上記チユーブ１とヘツダー３，４の
接合は、ヘツダーの内面および（または）外面の
いずれかに予め被覆されたろう材層をもつて、ろ
う付けすることによつて行われる。即ち、ヘツダ
ー構成用部材として、アルミニウム管の内面にろ
う材層が被覆形成されたクラツド管が用いられこ
のクラツド管に、チユーブ挿入孔５を列設したの
ち、チユーブ１の端部を該挿入孔５に挿入して仮
組状態としたのち、これを真空ろう付等により一
括ろう付することによつて接合されている。上記
クラツド管は電縫溶接によつて製作するのが好都
合であるが、押出しやその他の方法によつて製作
したものを用いても良い。またろう材層として
は、一般的には、Si含有量が約６〜13wt％程度
のAl−Si系合金が用いられる。ろう付後におい
ては、ヘツダー３，４とチユーブ１との接続部に
充分なフイレツトが形成され、ヘツダー３，４と
チユーブ１とが間隙なく強固に接合一体化された
ものとなる。このヘツダーとチユーブとのろう接
固定に際し、コルゲートフイン２の材料としてろ
う材を被覆したブレージングシートを用いたり、
あるいはチユーブ１の材料として、外面側にろう
材層を被覆形成したクラツド管を用いるものとす
れば、ヘツダー３，４とチユーブ１のろう接と同
時にチユーブ１とコルゲートフイン２とのろう接
をも行うことができ、より一層熱交換器の生産性
を向上しうる。

発明の効果 この発明は、次のような作用効果を奏する。

(1) 先ず、冷媒の圧力損失を大幅に減らすことが
できる。

即ち、この発明に係る凝縮器は、左右に平行
状に配置された１対のヘツダー間に多数本の熱
交換チユーブが連通接続状態に配設され、一方
のヘツダーの冷媒入口から導入されるガス状冷
媒を同時に複数本のチユーブに分配して流通さ
せるいわゆるマルチフロー型の熱交換器として
構成されたものであるから、殊に限られた器体
厚みの範囲内で冷媒通路断面積を任意に大きく
確保することができ、冷媒流通のための圧力損
失を大幅に減らすことができる。従つて、熱交
換効率の向上と共に、コンプレツサの所要能力
を低減化することが可能となる。

(2) また耐圧性に優れ、高い安全性を有する。

即ち、マルチフロー型の熱交換器としては従
来ラジエータとして一般に知られているものが
ある。しかしながら、この公知の熱交換器で
は、そのタンク部の構造、チユーブとタンク部
の接合構造、チユーブの構造等の多くの面で、
14〜16Kg／cm²もの相当大きな内圧が負荷される
凝縮器としての用途においては、その使用に耐
えられるだけの充分な耐圧性の確保が困難であ
る。しかるに、この発明においては、熱交換チ
ユーブとして断面が扁平状でしかも内部の上下
壁間に補強壁が設けられた管材が用いられ、更
にチユーブとヘツダーとの連通接続構造とし
て、チユーブの端部を前記ヘツダーの周壁に穿
たれた孔に差込み状態にしてろう付けされてい
ることにより、十分に優れた耐圧性を保有し、
液もれ等のおそれのない十分な安全性、耐久性
を有するものとすることができる。

(3) 熱交換効率に優れ、顕著な小型化をはかりう
る。

即ち、この発明の凝縮器においてはまた、１
対のヘツダーが左右に平行状に配置され、それ
らの間に多数本のチユーブが水平状に配置され
た横式のものとして構成され、しかも左右の両
ヘツダーの内部が仕切手段によつて仕切られ、
それによつて前記チユーブによつて構成される
冷媒通路が、入口側通路群と中間通路群と出口
側通路群とを含む少なくとも３つ以上の通路群
に区画され、冷媒をヘツダー内で２回以上Ｕタ
ーンさせて３パス以上の蛇行状に流通せしめる
ものとなされている。しかも上記各通路群の通
路断面積が、入口側から出口側に至るに従つ
て、順次段階的に減少されたものとなされてい
る。従つて、冷媒の相変化、即ちガスの状態か
ら液体の状態への相変化に合理的に対応し、熱
交換効率の向上をはかることができると共に、
冷媒の流速の安定化をはかることができる。加
えて、冷媒は縦向きのヘツダー内でＵターンす
る際に気液混合作用を受け、然るのち次位の水
平方向にのびた冷媒通路に分配導入されて更に
冷却される。従つて、従来のサーペンタイン型
凝縮器の場合のように、冷媒通路内で凝縮した
液相冷媒がとくに出口側に近づくに従つて冷媒
通路を閉塞したり、あるいはチユーブを垂直状
に配置したタテ型熱交換器の場合のように、凝
縮した液相冷媒が重力で下部ヘツダー内に滞留
して冷媒通路を閉塞する、所謂液封の状態を生
じるのが効果的に防止され、コアの前面々積を
熱交換のための有効面積として最大限に活用し
て、熱交換能力の顕著な向上をはかることがで
きる。かつまた、従来のサーペンタイン型凝縮
器のように、曲げ部の曲率半径に制限を受ける
ためチユーブピツチに制限を受けるというよう
な不都合がなくなり、自由なチユーブピツチを
選定できるから、冷媒通路の蛇行回数、全長が
同じであれば、チユーブピツチを小さくするこ
とによつて各隣接チユーブ間に介在されるコル
ゲートフインの数を格段に多くすることがで
き、フイン効率を向上し得る。従つて更に熱交
換効率の向上をはかることができ、ひいては凝
縮器の全体の小型化をはかることができ、殊に
狭いスペースに適用される車輌用の凝縮器とし
て最適のものとなしうると共に、近時公害要因
の１つとして社会問題を提起している冷媒フロ
ンの使用量を従来のサーペンタイン型凝縮器に
よる場合に較べ30％以上も大幅に減少すること
ができる。

(4) 製造が容易で生産性に優れる。

即ち、この発明の凝縮器は、その組立製作に
おいても、例えば先ずチユーブの両端部をヘツ
ダーの孔に差し込んで枠状のスケルトンを構成
し、隣接チユーブ間にフインをはめ込んで全体
を仮組状態としたり、あるいはチユーブとフイ
ンとを交互に並べたのちヘツダーと組合せて仮
組状態としたのち、炉中で一括ろう付けするこ
とにより簡単に行うことができ、生産性を向上
して結果的に製造コストの低減化をはかること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例を示すもので、第１図
は凝縮器の全体正面図、第２図は同じく平面図、
第３図は第１図における−線の断面図、第４
図はヘツダーとチユーブを分離状態で示した斜視
図、第５図は第１図に示す凝縮器の冷媒流れを示
す模式図、第６図はチユーブの変形例を示す断面
図、第７図はチユーブの他の変形例を示す断面図
である。 １，１′，１″……チユーブ、１ａ，１a′，１
a″……補強壁、２……コルゲートフイン、３，４
……ヘツダー、１０，１１……仕切板、１２……
冷媒通路、Ａ……入口側通路群、Ｂ……中間通路
群、Ｃ……出口側通路群。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに間隔をおいて左右に平行状に配置され
   た１対のアルミニウム製の筒状ヘツダーと、 両端をそれぞれ前記ヘツダーに連通接続して水
   平かつ平行状に配置された多数本の熱交換チユー
   ブと、 隣接するチユーブ間の空気流通間隙に配置され
   たフインとを備え、 前記チユーブは、断面が扁平状で、内部に上下
   壁間にまたがつた補強壁を有する扁平アルミニウ
   ム管によつて構成され、 前記チユーブの両端部が前記ヘツダーに穿たれ
   たチユーブ挿入孔に差し込まれて液密状態にろう
   付けされ、 前記１対の両ヘツダーの内部が、その長さ方向
   の所定位置において仕切手段によつてそれぞれ長
   さ方向に仕切られることにより、前記熱交換チユ
   ーブ群によつて構成される冷媒通路がそれぞれ複
   数本の熱交換チユーブからなる入口側通路群と１
   ないし複数の中間通路群と出口側通路群とを含む
   少なくとも３つ以上の通路群に区画され、冷媒を
   順次各通路群をめぐつて３パス以上の蛇行状に流
   通させるようになされると共に、 前記入口側通路群、中間通路群および出口側通
   路群の通路断面積が、入口側から出口側に至るに
   従つて順次段階的に減少されていることを特徴と
   する凝縮器。