JPH05288489A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 チューブの一端側のみにヘッダを接続した熱
交換器において、重量の増大やコストの上昇を招くこと
なく、ヘッダ内の入口室と出口室との分離を確実に行え
るようにする。 【構成】 冷媒凝縮器１は、冷媒が流れる複数本のチュ
ーブ４と、これらのチューブ４の一端側のみに接続さ
れ、押し出し成形により内部に入口室１５と出口室１６
との上下２段に区画する仕切り壁１４が形成された２段
式ヘッダ３とを備え、仮に仕切り壁１４の設置位置がず
れた場合でもヘッダ３内の入口室１５と出口室１６とを
確実に分離するようにした。また、各チューブ４内に取
り付けられたインナーフィンによって、チューブ４の表
面側に形成された複数の行き細流路１２内を流れる過熱
ガスとチューブ４の裏面側に形成された複数の戻り細流
路１３内を流れる凝縮液とを熱交換させて、冷媒側の熱
伝達率の高い気液二相領域を増大させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば複数本のチュー
ブの一端側のみにヘッダを接続した冷媒凝縮器、冷媒蒸
発器等の熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、自動車に搭載される空気調和
装置の冷媒凝縮器や冷媒蒸発器等に使用される熱交換器
では、設置スペースの狭いエンジンルーム内への搭載性
を向上させるために、複数本のチューブの一端側にのみ
ヘッダを接続して、コア部の正面形状を変更したものが
ある（実開平３−５６０６１号公報など）。この熱交換
器の場合には、図１４に示したように、ヘッダ１０１内
に差し込まれたチューブ１０２の一端面に仕切り板１０
３がろう付けされて、ヘッダ１０１内を入口室１０４と
出口室１０５とに区画している。そして、チューブ１０
２の他端側には、キャプセル１０６が被せられ、チュー
ブ１０２内にチューブ１０２の長手方向に行き細流路１
０７と戻り細流路１０８とが形成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この熱交換
器では、仕切り板１０３のろう付け位置がずれるとヘッ
ダ１０１内の入口室１０４と出口室１０５とを確実に分
離することができなくなる。そこで、複数本のチューブ
の一端側にのみヘッダを接続した熱交換器としては、一
般的に、一対の成形プレートを張り合わせてチューブと
ヘッダとを一体的に形成したドロンカップ型の熱交換器
が採用されている。

【０００４】ところが、ドロンカップ型の熱交換器にお
いては、構造上チューブとヘッダとの板厚が同一である
ことから、例えば内部に高圧の冷媒が流れる冷媒凝縮器
として使用した場合に、ヘッダの耐圧強度を基準として
成形プレートを製造すると、チューブの板厚が大きくな
ってしまう。この結果、重量の増大やコストの上昇を招
くという課題があった。本発明は、チューブの一端側の
みにヘッダを接続した熱交換器において、重量の増大や
コストの上昇を招くことなく、ヘッダ内の入口室と出口
室との分離を確実に行える熱交換器の提供を目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

〔請求項１〕本発明は、内部を熱媒体が長手方向に流れ
る複数本のチューブと、これらのチューブ内に熱媒体を
流入させる入口室、前記複数本のチューブ内より熱媒体
を流出させる出口室、および前記入口室と前記出口室と
を前記複数本のチューブの長手方向に２段に区画する仕
切り手段を有し、前記仕切り手段を貫通した状態で前記
複数本のチューブの一端側のみが差し込まれる１つのヘ
ッダとを備えた技術手段を採用した。

【０００６】〔請求項２〕前記複数本のチューブの内部
には、前記複数本のチューブの長手方向に平行な複数の
細流路を形成するとともに、前記複数の細流路のうちの
一部の細流路内を流れる熱媒体と前記複数の細流路のう
ちの他部の細流路内を流れる熱媒体とを熱交換させるイ
ンナーフィンがそれぞれ配されている。

【０００７】〔請求項３〕前記複数本のチューブの一端
側の表面には、前記入口室と前記複数の細流路のうちの
一部の細流路とを連通させる入口孔が前記入口室内でそ
れぞれ開口している。前記複数本のチューブの一端側の
裏面には、前記出口室と前記複数の細流路のうちの他部
の細流路とを連通させる出口孔が前記出口室内でそれぞ
れ開口している。

【０００８】

【作用】

〔請求項１〕本発明は、ヘッダ内の入口室と出口室とを
複数本のチューブの長手方向に２段に区画する仕切り手
段を設けているので、仮に仕切り手段をヘッダにろう付
けにより取り付ける場合に、仕切り手段のろう付け位置
がずれてもヘッダ内の入口室と出口室とが連通してしま
うことはない。したがって、高いろう付け精度が不要と
なり、ヘッダ内の入口室と出口室との分離を確実に行え
る。また、ヘッダと複数本のチューブとを別途形成して
いるので、ヘッダの板厚と複数本のチューブの板厚とを
任意に設定することが可能となる。したがって、複数本
のチューブの板厚が不必要に大きくなることはないの
で、熱交換器の重量およびコストが軽減される。

【０００９】〔請求項２〕本発明は、複数本のチューブ
の内部にそれぞれインナーフィンを取り付けているの
で、複数本のチューブ内にインナーフィンにより形成さ
れる複数の細流路のうちの一部の細流路内を流れる熱媒
体と複数本のチューブ外を流れる流体とが熱交換するこ
とによって、熱伝達率の高い状態の熱媒体が加熱または
冷却される。そして、熱媒体は、複数の細流路のうちの
他部の細流路内を流れる際に、複数の細流路のうちの一
部の細流路内を流れる熱媒体と熱交換することによって
熱媒体が冷却または加熱される。したがって、複数の細
流路のうちの他部の細流路内を流れる際に再び熱媒体側
の熱伝達率が高くなるので熱交換効率が向上する。

【００１０】〔請求項３〕ヘッダの入口室内の熱媒体
は、複数本のチューブの一端側の表面にそれぞれ形成さ
れた入口孔を介して複数の細流路の一部の細流路内に流
入して複数本のチューブの他端側に送られた後に、複数
本のチューブの他端側でＵターンして複数の細流路の他
部の細流路を流れ、複数本のチューブの一端側の裏面に
それぞれ形成された出口孔を介してヘッダの出口室内に
流入する。

【００１１】

【実施例】つぎに、本発明の熱交換器を図１ないし図１
３に示す複数の実施例に基づいて説明する。図１ないし
図８は本発明の第１実施例を示す。図１ないし図３は自
動車用空気調和装置に組み込まれる冷媒凝縮器を示した
図である。冷媒凝縮器１は、冷媒と空気とを熱交換させ
るコア部２と、このコア部２の一端側のみに配された１
つの２段式ヘッダ３とを備え、コア部２とヘッダ３とサ
イドフレーム２ａとを組付けた後に炉中にて一体ろう付
けされて製造される。コア部２は、幅方向に複数列設さ
れた複数本のチューブ４と隣設する２つのチューブ４間
にろう付けにより接合され、表面に熱交換効率を高める
ためのルーバ（図示せず）が形成されたコルゲートフィ
ン５とを交互に積層して、正面形状が方形状となるよう
に配されている。

【００１２】図４は冷媒凝縮器１に組み込まれたチュー
ブ４を示した図である。チューブ４は、アルミニウム製
で断面形状が偏平な長円形状に形成されており、内外表
面にろう材がクラッドされている。このチューブ４の一
端側の表面（図１において右側面）には略楕円形状の入
口孔６が形成され、チューブ４の一端側の裏面（図１に
おいて左側面）には略楕円形状の出口孔７が形成されて
いる。入口孔６および出口孔７は、切削加工により形成
され、ヘッダ３内で開口しており、入口孔６の開口位置
は出口孔７の開口位置より図１において下側となるよう
に設定されている。また、チューブ４の一端面および他
端面は、開口しており、一端面はヘッダ３の内壁にろう
付けにより接合されて塞がれ、他端面にはキャプセル８
が被せられて内部を流れる冷媒をＵターンさせる。そし
て、チューブ４の内部にはインナーフィン９がろう付け
により接合されている。

【００１３】図５はチューブ４に取り付けられるインナ
ーフィン９を示した図である。インナーフィン９は、チ
ューブ４の長手方向に直交する方向に山部１０と谷部１
１とが繰り返されるように薄いプレートを波形形状に折
り曲げられており、チューブ４の内部にチューブ４の長
手方向に平行な複数の細流路を形成する。そして、イン
ナーフィン９は、チューブ４の表面がわの側壁（図４に
おいて空気の流れ方向と直交する方向に配された図示右
側の側壁４ａ）との間に形成される複数の行き細流路１
２（図１において実線矢印）内を流れる冷媒とチューブ
４の裏面がわの側壁（図４において空気の流れ方向と直
交する方向に配された図示左側の側壁４ｂ）との間に形
成される複数の戻り細流路１３（図１において破線矢
印）内を流れる冷媒とを熱交換させる。

【００１４】ヘッダ３は、アルミニウムを押し出し成形
することによって、断面形状が方形形状に形成され、内
部に仕切り壁１４を形成している。この仕切り壁１４
は、本発明の仕切り手段であって、複数本のチューブ４
の一端側が貫通する貫通孔１４ａをチューブ４と対応す
る個数だけ形成している。また、仕切り壁１４は、ヘッ
ダ３内をチューブ４の長手方向（図１において上下方
向）に２段に区画して、図１において下側に入口室１５
を形成し、図１において上側に出口室１６を形成してい
る。なお、入口室１５は、各チューブ４に冷媒を分配す
る分配室を構成し、各チューブ４の一端側に形成された
入口孔６を介して複数の行き細流路１２に連通してい
る。また、出口室１６は、各チューブ４より冷媒を集合
させる集合室を構成し、各チューブ４の一端側に形成さ
れた出口孔７を介して複数の戻り細流路１３に連通して
いる。

【００１５】そして、入口室１５の右側端部に相当する
ヘッダ３の右側壁部には、円形穴（図示せず）が形成さ
れており、この円形穴内には冷媒圧縮機（図示せず）よ
り吐出された高温高圧の過熱ガスをヘッダ３内に流入さ
せるための入口配管１７（図３参照）が挿入されてい
る。また、出口室１６の左側端部に相当するヘッダ３の
左側壁部には、円形穴１８が形成されており、この円形
穴１８内には減圧装置（図示せず）に凝縮液を流出させ
るための出口配管１９（図３参照）が挿入されている。

【００１６】つぎに、この冷媒凝縮器１の作用を図１な
いし図８に基づいて簡単に説明する。図６はこの冷媒凝
縮器１を冷凍サイクル（図示せず）に組み込んだ時の冷
媒の状態を示したモリエル線図である。冷媒圧縮機より
吐出された高温、高圧の過熱ガス（図６において状態点
ａ）は、入口配管１７よりヘッダ３の入口室１５内に流
入し、入口室１５より複数本のチューブ４の入口孔６を
介して各チューブ４に分配される。各チューブ４に分配
された過熱ガスは、インナーフィン９によりチューブ４
の表面側に形成される複数の行き細流路１２内をチュー
ブ４の他端側に向かって流れる。その後に、キャプセル
８でＵターンして（図６において状態点ｂ）チューブ４
の裏面側に形成される複数の戻り細流路１３内をチュー
ブ４の一端側に向かって流れる。そして、チューブ４内
を流れる際に、コルゲートフィン５を介してコア部２を
通過する空気と熱交換することによって冷却液化されて
凝縮液となる。この凝縮液は、出口孔７を介してヘッダ
３の出口室１６内に流入した後に、出口配管１９に流入
する。さらに、出口配管１９内に流出した気液二相冷媒
（図６において状態点ｃ）は、減圧装置で減圧されて低
温低圧の霧状冷媒となる（図６において状態点ｄ）。そ
の霧状冷媒は、冷媒蒸発器（図示せず）を通る際に蒸発
気化して冷媒ガス（図６において状態点ｅ）となり冷媒
圧縮機に吸引される。

【００１７】なお、各チューブ４内に流入する過熱ガス
は、複数の行き細流路１２を通過する際に、コルゲート
フィン５を介してコア部２を通過する空気と熱交換する
ことによって冷却液化されて凝縮液となる。この凝縮液
は、キャプセル８でＵターンして複数の戻り細流路１３
内を通過する際に、インナーフィン９を介して複数の行
き細流路１２を通過する過熱ガスと熱交換する。

【００１８】したがって、通常（従来パターン）は図６
に一点鎖線で示したように冷媒の状態が変化するが、本
実施例のように複数の戻り細流路１３内を通過する凝縮
液と複数の行き細流路１２を通過する過熱ガスとが熱交
換することによって、図６に実線で示したように凝縮液
が加熱される。よって、複数の行き細流路１２内の冷媒
の液成分が増加し、逆に複数の戻り細流路１３内のガス
成分が増加する。この結果、チューブ４内における過熱
ガス領域と気液二相領域との割合は、図７（Ａ）の状態
（従来パターン）から図７（Ｂ）の状態へ移行すること
によって、気液二相領域側の冷媒の乾き度が高くなる。
すなわち、複数の行き細流路１２内の気液二相領域の乾
き度１の部分がチューブ４の一端側に移行し、キャプセ
ル８付近の乾き度がほぼ０．５となり、複数の戻り細流
路１３のチューブ４の一端側の乾き度がほぼ１となって
乾き度が高くなる。したがって、図８のグラフに示した
ように、冷媒側の熱伝達率の高い領域、つまり気液二相
領域でしかも乾き度１付近の領域が増大することにより
冷媒凝縮器１の熱交換効率（放熱性能）を向上させるこ
とができる。

【００１９】なお、この冷媒凝縮器１は、複数本のチュ
ーブ４の一端側のみに２段式ヘッダ３を取り付けたもの
であるため、図３に示した矩形状のコア部２形状以外に
も、各チューブ４の長さを適宜変更することにより、冷
媒凝縮器１の正面形状を異形化することができる。した
がって、この冷媒凝縮器１は、設置スペース上の制限の
大きいエンジンルーム内への搭載性を著しく向上するこ
とができる。また、ヘッダ３を押し出し成形する際に、
ヘッダ３の長手方向に、つまりコア部２の幅方向に一体
的に仕切り壁１４を形成しており、チューブ４の一端側
の表面および裏面に入口孔６および出口孔７をそれぞれ
形成しているので、仕切り壁１４の設置位置がずれて
も、ヘッダ３内の入口室１５と出口室１６とを確実に分
離することができる。したがって、高いろう付け精度を
必要とする従来の熱交換器と比較して、ヘッダ３内の入
口室１５と出口室１６とシールを容易に行うことができ
る。

【００２０】そして、この冷媒凝縮器１は、ヘッダ３を
複数本のチューブ４の一端側のみに接続する構造を採用
する上で、ヘッダ３と複数本のチューブ４とを別体で製
作することができる。このため、ヘッダ３とチューブ４
の板厚を任意に設定することができ、チューブ４の板厚
をヘッダ３の板厚を同一にする必要はない。したがっ
て、内部に高圧の冷媒が流れる冷媒凝縮器１としてヘッ
ダ３の耐圧強度を基準として板厚を設定した場合でも、
チューブ４の板厚が不必要に大きくなることはなく、チ
ューブの板厚を最適な値とすることによって、冷媒凝縮
器１の重量の低減およびコストの低減を図ることができ
る。

【００２１】図９ないし図１１は本発明の第２実施例と
して採用された自動車用空気調和装置に組み込まれる冷
媒凝縮器を示した図である。この冷媒凝縮器１のチュー
ブ２０は、インナーフィン（図示せず）または押し出し
成形により、チューブ２０の長手方向に直交する方向に
複数の細流路を形成している。これらの細流路のうち空
気の流れ方向の上流側（前方側）は、チューブ２０の一
端側より他端側に冷媒を送る複数の行き細流路２１とし
て働く。また、複数の細流路のうち空気の流れ方向の下
流側（後方側）は、チューブ２０の他端側より一端側に
冷媒を送る複数の戻り細流路２２として働く。

【００２２】そして、複数の行き細流路２１の一端部に
相当するチューブ２０の前方側の一端は、ヘッダ３の仕
切り壁１４の図示下端面にろう付けにより接合されてい
る。また、複数の戻り細流路２２の一端部に相当するチ
ューブ２０の前方側の一端は、ヘッダ３の仕切り壁１４
の貫通孔１４ａを貫通してヘッダ３の内壁の図示下端面
にろう付けにより接合されている。

【００２３】さらに、ヘッダ３内に差し込まれるチュー
ブ２０の一端側の前方側の表裏面には、ヘッダ３の入口
室１５と複数の行き細流路２１とを連通させる楕円形状
の入口孔２３がそれぞれ形成されている。また、チュー
ブ２０の一端側の後方側の表裏面には、ヘッダ３の出口
室１６と複数の戻り細流路２２とを連通させる楕円形状
の出口孔２４がそれぞれ形成されている。このような冷
媒凝縮器１の構造を採用することによって、チューブ２
０の一端面とヘッダ３の内壁とのろう付け不良によるヘ
ッダ３内の入口室１５と出口室１６とのシール性の低下
を確実に防止することができる。

【００２４】図１２および図１３は本発明の第３実施例
として採用された自動車用空気調和装置に組み込まれる
冷媒凝縮器を示した図である。この冷媒凝縮器１のチュ
ーブ３０の内部には、第２実施例と同様にして、複数の
行き細流路３１および複数の戻り細流路３２が形成され
ている。そして、複数の行き細流路３１の一端部に相当
するチューブ３０の前方側の一端は、ヘッダ３の入口室
１５内に位置するように設置されている。また、複数の
戻り細流路３２の一端部に相当するチューブ３０の前方
側の一端は、ヘッダ３の仕切り壁１４の貫通孔１４ａを
貫通してヘッダ３の出口室１６内に位置するように設置
されている。さらに、ヘッダ３内に差し込まれるチュー
ブ３０の前方側の一端面には、ヘッダ３の入口室１５と
複数の行き細流路３１とを連通させる複数の入口孔３３
が形成されている。また、チューブ３０の後方側の一端
面には、ヘッダ３の出口室１６と複数の戻り細流路３２
とを連通させる複数の出口孔３４が形成されている。

【００２５】〔変形例〕本実施例では、ヘッダと仕切り
壁とを押し出し成形によって一体的に形成したが、ヘッ
ダと仕切り手段とを別途形成した後にろう付け等の手段
により接合しても良い。本実施例では、断面形状が方形
形状のヘッダを設けたが、断面形状が円形状、長円形
状、楕円形状、多角形状のヘッダを設けても良い。ま
た、チューブの断面形状も同様に変更しても良く、チュ
ーブの入口孔や出口孔の形状も任意に変更しても良い。
本実施例では、下側に入口室、および上側に出口室を有
する２段式ヘッダを採用したが、下側に出口室、および
上側に入口室を有する２段式ヘッダを採用しても良い。
なお、入口室と出口室とは、チューブの長手方向に２段
となるように形成されていれば仕切り手段を傾斜させて
取り付けても良い。例えば入口配管より遠ざかるにした
がって入口室が狭くなるようにセパレータ（仕切り板）
を傾斜させて取り付けても良い。

【００２６】本実施例では、チューブ内にインナーフィ
ンを配してチューブ内に平行な複数の細流路を形成した
が、押し出し成形チューブを用いることによりチューブ
内に平行な複数の細流路を形成しても良い。本実施例で
は、本発明を冷媒凝縮器に適用したが、本発明を冷媒蒸
発器、ラジエータ、ヒータコアまたはオイルクーラ等の
他の熱交換器に適用しても良い。また、熱媒体と熱交換
する流体は、空気だけでなく、エンジン等で発生する冷
却水や潤滑油等の排熱を利用した流体を用いても良い。

【００２７】

【発明の効果】

〔請求項１〕本発明は、ヘッダをチューブの一端側にの
みに接続することにより、設置スペースに制限のあるエ
ンジンルーム等の設置箇所への搭載性を向上することが
できる。また、重量の増大やコストの上昇を招くことな
く、ヘッダ内を入口室と出口室とに確実に分離すること
ができる。 〔請求項２〕本発明は、複数の細流路のうちの他部の細
流路内を流れる熱媒体側の熱伝達率を高くすることがで
きるので、熱交換器の熱交換効率を向上することができ
る。 〔請求項３〕本発明は、チューブ内のインナーフィンに
よってチューブの表面を流れる細流路とチューブの裏面
を流れる細流路とに分離することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例として採用された冷媒凝縮
器を示した正面断面図である。

【図２】本発明の第１実施例として採用された冷媒凝縮
器を示した側面断面図である。

【図３】本発明の第１実施例として採用された冷媒凝縮
器を示した斜視図である。

【図４】冷媒凝縮器に組み込まれるチューブを示した断
面図である。

【図５】チューブ内に取り付けられるインナーフィンを
示した概略図である。

【図６】冷媒の状態を示したモリエル線図である。

【図７】（Ａ）はチューブ内で熱交換のない場合のチュ
ーブ内の過熱ガス領域と気液二相領域とを示した説明図
で、（Ｂ）はチューブ内で熱交換のある場合のチューブ
内の過熱ガス領域と気液二相領域とを示した説明図であ
る。

【図８】冷媒側の熱伝達率と乾き度との関係を示したグ
ラフである。

【図９】本発明の第２実施例として採用された冷媒凝縮
器を示した斜視図である。

【図１０】本発明の第２実施例として採用された冷媒凝
縮器を示した平面図である。

【図１１】本発明の第２実施例として採用された冷媒凝
縮器を示した断面図である。

【図１２】本発明の第３実施例として採用された冷媒凝
縮器を示した平面図である。

【図１３】本発明の第３実施例として採用された冷媒凝
縮器を示した断面図である。

【図１４】従来の技術として用いた熱交換器のチューブ
とヘッダとの接続構造を示した断面図である。

【符号の説明】

１ 冷媒凝縮器（熱交換器） ３ ヘッダ ４ チューブ ６ 入口孔 ７ 出口孔 ９ インナーフィン １２ 複数の細流路（一部の細流路） １３ 複数の細流路（他部の細流路） １４ 仕切り壁（仕切り手段） １５ 入口室 １６ 出口室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）内部を熱媒体が長手方向に流れる
   複数本のチューブと、 （ｂ）これらのチューブ内に熱媒体を流入させる入口
   室、前記複数本のチューブ内より熱媒体を流出させる出
   口室、および前記入口室と前記出口室とを前記複数本の
   チューブの長手方向に２段に区画する仕切り手段を有
   し、前記仕切り手段を貫通した状態で前記複数本のチュ
   ーブの一端側のみが差し込まれる１つのヘッダとを備え
   た熱交換器。
2. 【請求項２】 前記複数本のチューブの内部には、前記
   複数本のチューブの長手方向に平行な複数の細流路を形
   成するとともに、前記複数の細流路のうちの一部の細流
   路内を流れる熱媒体と前記複数の細流路のうちの他部の
   細流路内を流れる熱媒体とを熱交換させるインナーフィ
   ンがそれぞれ配されていることを特徴とする請求項１に
   記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記複数本のチューブの一端側の表面に
   は、前記入口室と前記複数の細流路のうちの一部の細流
   路とを連通させる入口孔が前記入口室内でそれぞれ開口
   しており、 前記複数本のチューブの一端側の裏面には、前記出口室
   と前記複数の細流路のうちの他部の細流路とを連通させ
   る出口孔が前記出口室内でそれぞれ開口していることを
   特徴とする請求項２に記載の熱交換器。