JPH0914885A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 比較的簡潔な構成でもって、しかも流体の種
類の如何に係わらず、多数本の各チューブへの流体の流
量の均一化を図る。 【構成】 流体入口１を有する入口タンク２により、流
体を並列配置された多数本のチューブ３、３ａ〜３ｉに
分配するとともに、この多数本のチューブ３、３ａ〜３
ｉからの流体を出口タンク４に集合して流体出口５から
流出させる熱交換器において、入口タンク２および出口
タンク４の少なくとも一方に仕切り板７ａ、７ｂを設置
し、この仕切り板７ａ、７ｂにより、タンク内の流路が
チューブ並列配置方向ロに沿った複数の流路２ａ、２
ｂ、２ｃに仕切るとともに、この複数の流路２ａ、２
ｂ、２ｃにおける流体の圧力損失が略均等となるように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多数本のチューブを持つ
熱交換器において、空気等の被熱交換媒体の温度分布の
均一化を図るための改良構造に関するもので、車載空調
用熱交換器等に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、車載用等の熱交換器においては、
その小型化への要求が強まるとともに、タンク部分の大
きさを十分確保できないようになってきている。このタ
ンク部分は、多数本のチューブへ流体を分配したり、多
数本のチューブからの流体を集合させたりする機能を果
たすものであって、その大きさを十分確保できないと、
タンク部分での圧力損失が大きくなる。

【０００３】その結果、熱交換器のタンクに流入する流
体の流速が低い場合とか、流体が液体とか気液２相流で
あって、重力の影響を受けるような場合には、タンク部
分において、圧力損失の小さい部分（タンクの流体入口
に近い部分）に連通するチューブには流体が多く流れ、
圧力損失の大きい部分（タンクの流体入口から遠い部
分）に連通するチューブへの流体の流量が減少し、多数
本のチューブ間での流量の不均一が生じるので、熱交換
器を流れる流体との間で熱交換をした空気等の被熱交換
媒体の温度差が大きくなり、温度分布が大きくなるとい
う問題が発生する。この温度分布の増大は、空調装置の
場合には、室内への吹出空気温度のばらつきとなり、空
調フィーリングの悪化を招く。

【０００４】そこで、特開平４−１５５１９４号公報に
おいては、熱交換器の入口タンク内に、多数本のチュー
ブと同数の流体通路を形成した多穴管を配設し、この多
穴管の各流体通路からそれぞれ個別に各チューブに流体
を流入させるようにして、多数本の各チューブへ流入す
る流体の流量の均一化を図るものが提案されている。ま
た、実開昭６１−１８３９４号公報では、自動車のイン
タークーラのように圧縮空気の冷却を行う熱交換器にお
いて、空気入口を有する入口タンクおよび、空気出口を
有する出口タンクの形状を、空気入口、空気出口が設け
られた一端から、この出入口の設けてない他端側へ向か
って漸次縮小する形状とするとともに、この入口タンク
および出口タンク内に渦流の発生を防止する流線形の多
数のガイド板を設置するようにしたものが提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
公報記載のものでは、１つの多穴管の内部をチューブ本
数と同数の、多数の通路に仕切る必要があるので、多穴
管は極めて煩雑な構造となり、製造コストがどうしても
上昇する。また、多穴管の構造が極めて煩雑であるた
め、品質上のばらつきも発生しやすい等の問題がある。

【０００６】また、後者の公報記載のものでは、タンク
形状を、空気入口、空気出口が設けられた一端から他端
側へ向かって漸次縮小する形状にしているから、熱交換
器のタンクに流入する流体の流速が低い場合とか、流体
が液体とか気液２相流であって、重力の影響を受けるよ
うな場合には、出入口の設けられている一端側に近接し
ているチューブに多量の流体が流れ、他端側のチューブ
には少量の流体しか流れず、各チューブへの流体の流量
の均一化を図ることができない。

【０００７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
比較的簡潔な構成でもって、しかも流体の種類の如何に
係わらず、多数本の各チューブへの流体の流量の均一化
を図ることができる熱交換器を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１記載
の発明では、並列配置された多数本のチューブ（３、３
ａ〜３ｉ）と、流体入口（１）を有し、この流体入口
（１）から流入する流体を前記多数本のチューブ（３、
３ａ〜３ｉ）に分配する入口タンク（２）と、流体出口
（５）を有し、前記多数本のチューブ（３、３ａ〜３
ｉ）からの流体を集合して前記流体出口（５）から流出
させる出口タンク（４）と、前記入口タンク（２）およ
び出口タンク（４）の少なくとも一方に設置された仕切
り板（７ａ、７ｂ）とを備え、この仕切り板（７ａ、７
ｂ）により、前記タンク内の流路が前記多数本のチュー
ブ（３、３ａ〜３ｉ）の並列配置方向（ロ）に沿った複
数の流路（２ａ、２ｂ、２ｃ）に仕切られているととも
に、この複数の流路（２ａ、２ｂ、２ｃ）における流体
の圧力損失が略均等となるようにした熱交換器を特徴と
する。

【０００９】請求項２記載の発明では、請求項１に記載
の熱交換器において、前記流体入口（１）は、前記入口
タンク（２）のうち、前記多数本のチューブ（３、３ａ
〜３ｉ）の並列配置方向（ロ）の一端側に配置され、前
記流体出口（５）は、前記出口タンク（４）のうち、前
記多数本のチューブ（３、３ａ〜３ｉ）の並列配置方向
（ロ）の一端側に配置され、前記仕切り板（７ａ、７
ｂ）により仕切られた前記複数の流路（２ａ、２ｂ、２
ｃ）の平均通路長さ（Ｌ₁ 〜Ｌ₃ ）は、前記一端側のチ
ューブ（３ａ〜３ｃ）に対向する流路（２ａ）よりも、
前記多数本のチューブ（３、３ａ〜３ｉ）の並列配置方
向（ロ）の他端側のチューブ（３ｇ〜３ｉ）に対向する
流路（２ｃ）の方が長くなるようにしたことを特徴とす
る。

【００１０】請求項３記載の発明では、請求項１または
２に記載の熱交換器において、前記仕切り板（７ａ、７
ｂ）により仕切られた前記複数の流路（２ａ、２ｂ、２
ｃ）の間隔（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、前記一端側のチューブ
（３ａ〜３ｃ）に対向する流路（２ａ）よりも、前記多
数本のチューブ（３、３ａ〜３ｉ）の並列配置方向
（ロ）の他端側のチューブ（３ｇ〜３ｉ）に対向する流
路（２ｃ）の方が大きくなるように不等ピッチとしたこ
とを特徴とする。

【００１１】請求項４記載の発明では、請求項１ないし
３のいずれか１つに記載の熱交換器において、前記仕切
り板（７ａ、７ｂ）は前記タンクに設けられた凹部（２
ｄ、２ｅ）に嵌入、保持されてろう付けされていること
を特徴とする。なお、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１２】

【発明の作用効果】請求項１〜４記載の発明によれば、
上記技術的手段を有しているため、熱交換器の流体の分
配、集合を行うタンク内の流路を複数に仕切る仕切り板
を設置して、この複数の流路における流体の圧力損失が
略均等となるようにしているから、流体の種類の如何に
係わらず、多数本の各チューブへの流体流量の均一化を
図って、被熱交換媒体の温度分布の均一化を実現でき
る。

【００１３】しかも、タンク内への仕切り板の設置とい
う、比較的簡単な構造で各チューブへの流体流量を均一
化できるので、低コストで高品質の熱交換器を製造でき
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図に示す実施例について説明
する。図１、２は本発明の一実施例を示すもので、本発
明を自動車用空調装置の暖房用熱交換器（ヒータコア）
に適用した場合を示しており、従って本例では熱交換器
内を流通する流体として水（温水）の場合について述べ
る。

【００１５】１は入口パイプ（流体入口）、２はこの入
口パイプ１から温水が流入する入口タンク（上タン
ク）、３は並列配置された多数本のチューブで、入口パ
イプ１から流入する温水を入口タンク２で多数本のチュ
ーブ３に分配するようになっている。図１の例では、チ
ューブ３として、３ａ〜３ｉの９本が図示されている
が、実際の製品では、３０本程度の多数本設けられてい
る。また、チューブ３は空気（被熱交換媒体）の流れ方
向イ（図２参照）の長さを空気流れ方向イと直角方向ロ
（図１参照）の長さより長くした断面偏平状にアルミニ
ュウム等の金属で成形されている。

【００１６】入口パイプ１は、入口タンク２のうち、多
数本のチューブ３の並列配置方向ロ（図１左右方向）の
一端側に配置されているので、入口パイプ１から流入す
る温水は入口タンク２内をチューブ並列配置方向ロに流
れるようになっている。４は出口タンク（下タンク）
で、多数本のチューブ３からの温水を集合して出口パイ
プ（流体出口）５から流出させるものである。この出口
パイプ５も、出口タンク４のうち、多数本のチューブ３
の並列配置方向ロ（図１左右方向）の一端側に配置され
ている。

【００１７】６はコルゲートフィンで、多数本のチュー
ブ３相互の間に配置され接合される。７ａ、７ｂは入口
タンク２内に水平に設置された仕切り板で、この２枚の
仕切り板７ａ、７ｂにより、入口タンク２内の温水流路
がチューブ並列配置方向ロに沿った３つの流路２ａ、２
ｂ、２ｃに仕切られている。この仕切り板７ａ、７ｂに
より仕切られた３つの温水流路２ａ、２ｂ、２ｃの平均
長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ は、チューブ並列配置方向ロの一
端側のチューブ３ａ〜３ｃ側に対向する流路２ａより
も、チューブ並列配置方向ロの他端側のチューブ３ｇ〜
３ｉ側に対向する流路２ｃの方が長くなるようにしてあ
る。

【００１８】すなわち、Ｌ₁ ＜Ｌ₂ ＜Ｌ₃ の関係に設定
されている。また、上記仕切り板７ａ、７ｂにより仕切
られた複数の温水流路２ａ、２ｂ、２ｃの間隔Ａ、Ｂ、
Ｃ（図２参照）は、前記一端側のチューブ３ａ〜３ｃに
対向する流路２ａよりも、チューブ並列配置方向ロの他
端側のチューブ３ｇ〜３ｉに対向する流路２ｃの方が大
きくなるように不等ピッチとしてある。

【００１９】すなわち、Ａ＜Ｂ＜Ｃの関係に設定されて
いる。なお、上記仕切り板７ａ、７ｂは長方形に成形さ
れ、図２に示すように矢印イ方向の両端部は入口タンク
２に形成された凹部２ｄ、２ｅに嵌入されて保持される
ようになっている。また、上述した熱交換器の各部品は
アルミニュウム等の金属で所定形状に成形された後、図
１、２の構造に仮組付され、加熱炉中にて一体構造にろ
う付けにより接合されるようになっている。

【００２０】次に、上記構成において本実施例による熱
交換器の作用を説明する。入口パイプ１から流入した温
水は、入口タンク２内において仕切り板７ａ、７ｂによ
り仕切られた３つの温水流路２ａ、２ｂ、２ｃに分配さ
れる。そして、最下部の温水流路２ａに分配された温水
は主にチューブ３ａ〜３ｃに流入する。また、中間部の
温水流路２ｂに分配された温水は主にチューブ３ｄ〜３
ｆに流入し、最上部の温水流路２ｃに分配された温水は
主にチューブ３ｇ〜３ｉに流入する。

【００２１】各チューブ３ａ〜３ｉに流入した温水は、
コルゲートフィン６を介して矢印イ方向に図示しない送
風機により送風される空調用空気と熱交換して、この空
調用空気に放熱する。従って、空調用空気は加熱され、
温風となる。熱交換を終了した温水は、出口タンク４内
で集合した後、出口パイプ５から外部へ流出する。

【００２２】ところで、上記熱交換作用において、各チ
ューブ３ａ〜３ｉを流れる温水の流量は、空調用空気の
温度分布均一化のために極力均等にすることが望まし
い。この温水流量均等化のためには、仕切り板７ａ、７
ｂにより仕切られた３つの温水流路２ａ、２ｂ、２ｃの
断面積の比、すなわち、各流路２ａ、２ｂ、２ｃの間隔
Ａ、Ｂ、Ｃの比が重要となる。

【００２３】そこで、この各流路２ａ、２ｂ、２ｃの間
隔Ａ、Ｂ、Ｃの比を決定するための考え方について以下
述べる。図１、２に示す本実施例の構成のように、２枚
の仕切り板７ａ、７ｂを用い、この仕切り板７ａ、７ｂ
により多数本のチューブ３を、チューブ３ａ〜３ｃと、
チューブ３ｄ〜３ｆと、チューブ３ｇ〜３ｉとの３つの
ブロックに分けて考える場合について説明すると、一般
に、流路内を流れる流体には、次の数式１による圧力損
失ΔＰがかかる。

【００２４】

【数１】

【００２５】仕切り板７ａ、７ｂの効果により各流路２
ａ、２ｂ、２ｃの体積流量が等しくＷとなったとする
と、各流路２ａ、２ｂ、２ｃの流速Ｖは、次の数式２に
て表される。

【００２６】

【数２】

【００２７】上記数式２において、Ｘは各流路２ａ、２
ｂ、２ｃの幅（図２参照）である。また、各流路２ａ、
２ｂ、２ｃの水力直径ｄは次の数式３にて表される。

【００２８】

【数３】

【００２９】チューブ３の１つ目のブロック（チューブ
３ａ〜３ｃ）と、２つ目のブロック（チューブ３ｄ〜３
ｆ）と、３つ目のブロック（チューブ３ｇ〜３ｉ）に対
する各流路２ａ、２ｂ、２ｃの平均通路長さをそれぞれ
Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ としたとき、 各流路２ａ、２ｂ、２
ｃの圧力損失ΔＰ₁ 、ΔＰ₂ 、ΔＰ₃ は次の数式４にて
表される。

【００３０】

【数４】

【００３１】そして、ΔＰ₁ ＝ΔＰ₂ ＝ΔＰ₃ となれ
ば、各ブロックへの流入量はほぼ等しくなると考えられ
るため、各流路２ａ、２ｂ、２ｃの間隔Ａ、Ｂ、Ｃは、
次の数式５を満足するような比率に設定すればよいこと
になる。

【００３２】

【数５】

【００３３】なお、上述した各流路２ａ、２ｂ、２ｃの
間隔Ａ、Ｂ、Ｃを決定するための計算は、入口タンク２
の部分での圧力損失の差が各ブロックへの流入量の差に
対する支配的要因であると考えて、入口タンク２の部分
のみの圧力損失を計算しているが、その他の部分、例え
ば入口タンク２からチューブ３への流入損失や、チュー
ブ３から出口タンク４への流出損失を考慮することよ
り、各流路２ａ、２ｂ、２ｃの間隔Ａ、Ｂ、Ｃの比率を
より高精度に計算できることはいうまでもない。

【００３４】また、試作品を作り、実験結果から各流路
２ａ、２ｂ、２ｃの間隔Ａ、Ｂ、Ｃの最適比率を求める
こともできる。いずれにしても、前記数式５から理解さ
れるように、各流路２ａ、２ｂ、２ｃの間隔Ａ、Ｂ、Ｃ
が通路長さＬ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ に対応した不等ピッチとな
るように、仕切り板７ａ、７ｂの配設位置を設定するこ
とにより、各チューブ３への流量の均等化を大幅に改善
できる。

【００３５】なお、上述した図１、２の実施例構造で
は、入口タンク２内のみに仕切り板７ａ、７ｂを設置し
ているが、入口タンク２内でなく、出口タンク４内のみ
に同様の仕切り板７ａ、７ｂを設置してもよい。また、
入口タンク２内と出口タンク４内の両方に仕切り板７
ａ、７ｂを設置してもよい。

【００３６】また、上述した図１、２の実施例構造で
は、仕切り板７ａ、７ｂを２枚設置しているが、この仕
切り板７ａ、７ｂの数をチューブ３の本数の増減等に対
応して１枚のみとしたり、３枚以上としてもよい。仕切
り板７ａ、７ｂの数は、多いほど、前述したチューブ３
のブロック数が増えて、１つのブロック当たりのチュー
ブ数が減るので、各チューブ３への流体分配をより一層
均等化できる。逆に、仕切り板７ａ、７ｂの数が少ない
ほど、各チューブ３への流体分配の均等さは低下する
が、仕切り板７ａ、７ｂによる製造コストの上昇を抑制
できる。このように、仕切り板７ａ、７ｂの数は目的に
合わせて、容易に自由に選定することができる。

【００３７】なお、上述した実施例では、本発明を自動
車用空調装置の暖房用熱交換器に適用した例について述
べたが、本発明はこれに限定されることなく、自動車の
エンジン冷却用ラジエータ、自動車用空調装置の冷媒凝
縮器、冷媒蒸発器等の熱交換器に適用でき、さらには自
動車用以外の種々の熱交換器にも広く適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す正面断面図である。

【図２】図１の熱交換器の側面断面図である。

【符号の説明】

１…入口パイプ、２…入口タンク、３、３ａ〜３ｉ…チ
ューブ、４…出口タンク、５…出口パイプ、７ａ、７ｂ
…仕切り板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 並列配置された多数本のチューブと、 流体入口を有し、この流体入口から流入する流体を前記
   多数本のチューブに分配する入口タンクと、 流体出口を有し、前記多数本のチューブからの流体を集
   合して前記流体出口から流出させる出口タンクと、 前記入口タンクおよび出口タンクの少なくとも一方に設
   置された仕切り板とを備え、 この仕切り板により、前記タンク内の流路が前記多数本
   のチューブの並列配置方向に沿った複数の流路に仕切ら
   れているとともに、この複数の流路における流体の圧力
   損失が略均等となるようにしたことを特徴とする熱交換
   器。
2. 【請求項２】 前記流体入口は、前記入口タンクのう
   ち、前記多数本のチューブの並列配置方向の一端側に配
   置され、 前記流体出口は、前記出口タンクのうち、前記多数本の
   チューブの並列配置方向の一端側に配置され、 前記仕切り板により仕切られた前記複数の流路の平均通
   路長さは、前記一端側のチューブに対向する流路より
   も、前記多数本のチューブの並列配置方向の他端側のチ
   ューブに対向する流路の方が長くなるようにしたことを
   特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記仕切り板により仕切られた前記複数
   の流路の間隔は、前記一端側のチューブに対向する流路
   よりも、前記多数本のチューブの並列配置方向の他端側
   のチューブに対向する流路の方が大きくなるように不等
   ピッチとしたことを特徴とする請求項１または２に記載
   の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記仕切り板は前記タンクに設けられた
   凹部に嵌入、保持されてろう付けされていることを特徴
   とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換
   器。