JPH0833287B2 - 空気調和機用アルミニウム製凝縮器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上利用分野 この発明は空気調和機用冷凍サイクルの中で用いられ
るアルミニウム製凝縮器、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 蒸発器、コンプレッサ等と共に空気調和機用冷凍サイ
クルの中で用いられる凝縮器は、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ューブ
型の熱交換器が用いられている。即ち、ハーモニカチュ
ーブと称されるような多孔押出扁平チューブを蛇行状に
曲げ、その平行部間にフィンを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
ュ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、チューブの幅を拡げ、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
ようにチュ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、隣接チューブ相互の間隔、即ちフィン
高さを小さくしてチューブの平行部間に介在されるフィ
ン数を多くすることも考慮される。しかしながら、チュ
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、チュ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。

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った。

加えて、製作面においても、チュ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、チューブとフィ
ンとの組立も、フィンの挿入によってチューブの蛇行曲
げ状態が拡がり傾向を示すため、該組立を機械的な自動
組立の手段によっ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に難点があった。

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と共に、耐圧性、熱交換効率に優
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、この発明は、蒸発器、コンプレ
ッサ等と共に空気調和機用冷凍サイクルの中で用いら
れ、コンプレッサによって圧縮された高温高圧のガス状
冷媒が導通され、空気との間で熱交換して前記ガス状冷
媒を凝縮せしめる空気調和機用の凝縮器であって、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
ニウム製の筒状短尺ヘッダー単位と、両端をそれぞれ前
記ヘッダー単位に連通接続され、該ヘッダー単位の長さ
方向に沿って一列状に、水平かつ平行状に配置された複
数本の熱交換チューブと、隣接するチューブ間の空気流
通間隙に配置されたフィンとを備え、前記チューブは、
断面が扁平状で、内部に上下壁面にまたがった補強壁を
有する扁平アルミニウム管によって構成され、前記チュ
ーブの両端部が前記ヘッダーに穿たれたチューブ挿入孔
に差し込まれた凝縮器ユニットの複数個からなり、これ
ら凝縮器ユニットがヘッダー単位の長さ方向に順次積層
され、かつ前記ヘッダー単位、チューブ、フィンの相互
及び凝縮器ユニットどうしが液密状態にろう付けされ、
かつ、前記凝縮器ユニットにおけるヘッダー単位の長さ
方向の端部が閉塞されることにより、前記熱交換チュー
ブ群によって構成される冷媒通路がそれぞれ複数本の熱
交換チューブからなる入口側通路群と出口側通路群とを
含む少なくとも２つ以上の通路群に区画され、冷媒を順
次各通路群をめぐって２パス以上の蛇行状に流通させる
ものとなされていることを特徴とする空気調和機用アル
ミニウム製凝縮器を要旨とする。

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ューブ（１）と、
隣接するチューブ（１）（１）間に介在配置されたコル
ゲートフィン（２）と、チューブ群の両端に、それと直
交して平行状に配置された左右１対のヘッダー（３）
（４）とを具備する。

チューブ（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って、内部には第２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った補強壁
（1a）を有し、負荷される大きな内圧にも支障なく耐え
るものとなされると共に、この補強壁（1a）によって内
部が幅方向に区画され、複数の各独立した通路単位（1
b）（1c）に仕切られている。なお、このチューブ
（１）は図示実施例では１つの補強壁（1a）によって２
つの通路単位（1b）（1c）に仕切られたものを示した
が、更に多数の通路単位を有するいわゆるハモニカチュ
ーブと称されるような多孔形のものを用いても良い。ま
た押出型材によらず電縫管を用い、内部に補強壁（1a）
に相当する補強部材を挿入接合したものとしても良い。

コルゲートフィン（２）はチューブ（１）とほゞ同じ
幅を有し、ろう付けによりチューブに接合されている。
コルゲートフィン（２）もアルミニウム製であり、望ま
しくはルーバーを切り起こしたものを用いるのが良い。

ヘッダー（３）（４）は断面円形のアルミニウム製パ
イプ材をもって形成されている。各ヘッダー（３）
（４）には長さ方向に沿って間隔的にチューブ挿入孔
（５）が穿設されるとゝもに、該孔に各チューブ（５）
の両端部が挿入され、かつろう付けにより強固に接合連
結されている。さらに左ヘッダー（３）の上端には冷媒
入口管（８）が連結されまた右ヘッダー（４）の下端に
は冷媒出口管（11）が連結されている。また左ヘッダー
（３）の下端および右ヘッダー（４）の上端には閉塞用
蓋片（10）（９）がそれぞれ取着されている。なお第１
図に示す（６）（７）は最外側のコルゲートフィン
（４）（４）の外側に配置された上下のサイドプレート
である。

そして又、上記左ヘッダー（１）にはその長さ方向の
中央部のやや上方寄りの位置及び右ヘッダー（４）中央
部のやや下方寄りの位置には各１個ずつ合計２個の盲蓋
（20）からなる閉塞部が設けられ、各ヘッダー内が上下
２室に仕切られている。そしてかゝる閉塞部の設置によ
り、チューブ（１）群によって構成される全冷媒通路
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って蛇行状に
流通させるようになされている。

上記の凝縮器は次のようにして製作されたものであ
る。即ち、まず第１図〜第３図に示すような凝縮器ユニ
ット（Ａ）を製作するが、このためにチューブ（１）、
コルゲートフィン（２）、２本の短尺のヘッダー単位
（31）（41）を用意する。そしてヘッダー単位（31）
（41）の一端には縮径加工を施して別のヘッダー単位の
他端開口部に嵌合しうる雌型嵌合部（31a）（41a）を予
め形成するとともに、その長さ方向に沿って所定間隔で
チューブ挿入孔（５）を穿設しておく。また第１図及び
第４図に示すように、最上段の凝縮器ユニット（Ａ）の
左ヘッダー単位（31）下端及び中段のユニットの右ヘッ
ダー単位（41）下端に盲蓋（20）を取着してその開口部
を閉塞状態としておく。

次に、上記チューブ（１）、コルゲートフィン
（２）、ヘッダー単位（31）（41）を用いて、凝縮器ユ
ニット（Ａ）を予め複数個仮組状態に製作する。凝縮器
ユニット（Ａ）製作は、第２図に示すようにチューブ
（１）の両端を左右のヘッダー単位（31）（41）のチュ
ーブ挿入孔（５）に挿入したのち、隣接チューブ（１）
（１）間にコルゲートフィン（２）を介在状態に配置さ
せることにより行う。この際、コルゲートフィン（２）
の高さを隣接チューブ間隔よりもやや大に設定しておく
と、コルゲートフィンによる隣接チューブの拡開方向へ
の弾力作用によって該フィンを挟圧状態でチューブ間に
自己保持させることができる。

続いて所期する凝縮器の大きさに応じて、凝縮器ユニ
ット（Ａ）の複数個を、ヘッダー単位（31）（41）の長
さ方向に順次的に積層する。この積層作業は、第３図に
示すように、ヘッダー単位（31）（41）の一端雌型嵌合
部（31a）（41a）を次段のヘッダー単位の他端開口部に
嵌め合せることにより容易に行うことができる。

こうしてユニット（Ａ）を積層したのち、第１図に示
すように、最外側のチューブの外側上下にコルゲートフ
ィンを配設するとともにさらにその外側に上下のサイド
プレート（６）（７）を配設し、かつ凝縮器ユニット
（Ａ）相互の隣接チューブ間にもコルゲートフィンを配
設して凝縮器組立物とし、次いでろう付を実施してチュ
ーブ（１）とコルゲートフィン（２）、チューブ（１）
とヘッダー単位（31）（41）、及び凝縮器ユニット
（Ａ）相互を接合一体化する。接合は、チューブ
（１）、コゲートフィン（２）、ヘッダー単位（31）
（41）をブレージングシートをもって構成し、真空ろう
付等の一括ろう付けにより行うものとするのが生産性等
の点で好ましい。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。

その後、第１図に示すように、最上段の凝縮器ユニッ
ト（Ａ）の左ヘッダー単位（31）上端に冷媒入口管
（８）を、右ヘッダー単位（41）の上端に蓋片（９）を
それぞれ接合するとともに、最下段のユニット（Ａ）の
左ヘッダー単位（31）下端に蓋片（10）を、右ヘッダー
単位（41）下端に冷媒出口管（11）をそれぞれ接合して
完成品とする。

こうして製作された凝縮器は、第１図に示すように、
チューブ（１）とコルゲートフィン（２）とが交互配置
に積層されるとともに、チューブ（１）の両端が各左右
ヘッダー単位（31）（41）の集合からなる左右のヘッダ
ー（３）（４）に連結されてなるものに形成され、冷媒
入口管（８）から左ヘッダー（３）に流入した冷媒は、
入口側通路群（Ａ）の各チューブ（１）を通過して右ヘ
ッダー（４）に至ったのち、反転して中間通路群（Ｂ）
を左ヘッダー（３）へと流れ、さらに反転して出口側通
路群（Ｃ）の各通路を右ヘッダー（４）へと流れて出口
管（11）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、チューブ（１）（１）間に形成された、
コルゲートフィン（２）を含む空気流通間隙を流通する
空気と熱交換を行う。

以上の実施例では、凝縮器ユニット（Ａ）を仮組状態
に製作し、各ユニットを積層して所期する大きさの凝縮
器に組立てたのちにろう付けにより全体を接合一体化す
るものとして説明したが、凝縮器ユニット（Ａ）を組立
てた段階で各ユニットごとにチューブ（１）、コルゲー
トフィン（２）、左右ヘッダー単位（31）（41）を接合
しておき、ユニット積層後に隣接ユニット相互の接合を
行って製作するものとしても良い。またユニットごとに
コルゲートフィン（２）のフィンピッチを変えるものと
しても良い。

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対のヘッダー間に多数本の熱交換チューブが連
通接続状態に配設され、一方のヘッ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ューブに分配
して流通させるいわば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。従って、熱交換効率の向上と共に、コンプレッサ
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
ューブとタンク部の接合構造、チューブの構造等の多く
の面で、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、断面扁平状の熱交換チューブが内部の上下壁間に設
けられた補強壁によって補強され、更にチューブとヘッ
ダーとの連通接続構造として、チューブの端部を前記ヘ
ッダーの周壁に穿たれた孔に差込み状態にしてろう付け
されたものとなされていることにより、冷媒の流通され
るヘッダー、チューブ及びそれらの接続部がともに十分
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、ヘッダー単
位の長さ方向の端部が閉塞されることにより、チューブ
によって構成される冷媒通路が、それぞれ複数本ずつの
チューブからなる入口側通路群と出口側通路群とを含む
少なくとも２つ以上の通路群に区画され、冷媒をヘッダ
ー内で１回以上Ｕターンさせて２パス以上の蛇行状に流
通せしめるものとなされている。従って、必要かつ十分
な通路断面積を確保しながら、入口から出口に至るまで
の冷媒通路に所要の十分な長さを確保することが可能と
なる。また、チューブがヘッダーの長さ方向に一列に配
列されていることにより、コア部分を極めて薄型のもの
に構成できて空気の導通も良く、チューブ自体の熱交換
効率を良好なものとすることができる。加えて、各チュ
ーブ内を流れる冷媒、隣接チューブ間を流通する冷却空
気の風上側に位置する通路単位内の冷媒と、同風下側に
位置する冷媒との間で相当な温度差を生じる。即ち、風
上側の方が凝縮が早く進行し、相対的に低温になって過
冷却状態になり、爾後の有効な熱交換を阻害する傾向を
示す。このような現象に対し、この発明においては、ヘ
ッダー単位の長さ方向の端部が閉塞され、各通路群を流
れてきた冷媒が該ヘッダー内でＵターンされるものとな
されているから、この際に冷媒は十分なミキシング作
用、即ち気液混合作用を受けて温度の均一化がはから
れ、然るのち次位の冷媒通路に分配導入されて更に冷却
される。従って、中間通路群あるいは出口側通路群にお
いても、その各チューブ内を流れる冷媒の温度勾配を少
なくして、それらのいずれもを凝縮のための熱交換に有
効に寄与させることができる。このため、例えば従来の
サーペンタイン型凝縮器の場合のように、各冷媒通路内
で凝縮した液相冷媒がとくに風上側において出口側に近
付くに従って冷媒通路を大きな範囲に亘って閉塞した
り、あるいはチューブを垂直状に配置したタテ形凝縮器
の場合のように、凝縮した液相冷媒が重力で下部ヘッダ
ー内に滞溜して冷媒通路を閉塞する、所謂液封現象を生
じるのを効果的に防止することができ、ひいては、コア
の前面面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ューブピッチに
制限を受けるというような不都合がなくなり、自由なチ
ューブピッ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、チューブピッチを小さくすること
によって各隣接チューブ間に介在されるコルゲートフィ
ンの数を格段に多くすることができ、フィン効率を向上
し得る。従って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、短尺のヘッダー単位を用いて予め製作された凝縮器
ユニットを順次積層して所期する大きさの凝縮器を製作
することができる。従って同一長さのヘッダー単位を用
いることができ、凝縮器の大きさに応じて異なる長さの
ヘッダーを用意しておかなければならない不便はなくな
るから、部品管理が容易となるとともに、ヘッダー単位
の大量生産も可能となりコストも安価となる。しかも凝
縮器ユニットを必要数積層することで、所期する大きさ
の凝縮器を容易に製作することができるから、異なる大
きさの凝縮器の製作要求に対してもこれに充分かつ迅速
に対応できる。また、凝縮器ユニットの製作に際して
は、例えばまずチューブの両端部をヘッダー単位のチュ
ーブ挿入孔に差し込んで枠状のスケルトンを構成し、隣
接チューブ間にフィンを嵌め込むことにより行い得るか
ら、簡単に凝縮器ユニットを製造することができるとと
もに、かかる凝縮器ユニットを積層すれば良いから、凝
縮器の生産性も向上しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る凝縮器の一例を示す全体正面
図、第２図は凝縮器ユニットをその構成部品を分離して
示す斜視図、第３図は凝縮器ユニット相互の取付を示す
要部の斜視図、第４図は第１図のIV−IV線断面図であ
る。 （１）……チューブ、（２）……コルゲートフィン、
（３）（４）……ヘッダー、（31）（41）……ヘッダー
単位、（20）……盲蓋、（Ａ）凝縮器ユニット。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸発器、コンプレッサ等と共に空気調和機
   用冷凍サイクルの中で用いられ、コンプレッサによって
   圧縮された高温高圧のガス状冷媒が導通され、空気との
   間で熱交換して前記ガス状冷媒を凝縮せしめる空気調和
   機用の凝縮器であって、 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短尺ヘッダー単位と、両端をそれぞ
   れ前記ヘッダー単位に連通接続され、該ヘッダー単位の
   長さ方向に沿って一列状に、水平かつ平行状に配置され
   た複数本の熱交換チューブと、隣接するチューブ間の空
   気流通間隙に配置されたフィンとを備え、前記チューブ
   は、断面が扁平状で、内部に上下壁面にまたがった補強
   壁を有する扁平アルミニウム管によって構成され、前記
   チューブの両端部が前記ヘッダーに穿たれたチューブ挿
   入孔に差し込まれた凝縮器ユニットの複数個からなり、 これら凝縮器ユニットがヘッダー単位の長さ方向に順次
   積層され、かつ前記ヘッダー単位、チューブ、フィンの
   相互及び凝縮器ユニットどうしが液密状態にろう付さ
   れ、 かつ、前記凝縮器ユニットにおけるヘッダー単位の長さ
   方向の端部が閉塞されることにより、前記熱交換チュー
   ブ群によって構成される冷媒通路がそれぞれ複数本の熱
   交換チューブからなる入口側通路群と出口側通路群とを
   含む少なくとも２つ以上の通路群に区画され、冷媒を順
   次各通路群をめぐって２パス以上の蛇行状に流通させる
   ものとなされていることを特徴とする空気調和機用アル
   ミニウム製凝縮器。