JPH1137683A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換器において、軽量化及びコストの低廉
化を図ると共に、座屈強度の向上を図れるようにする。 【解決手段】 互いに平行に配置される上部ヘッダーパ
イプ１と下部ヘッダーパイプ２の間に複数本の断面略偏
平状の熱交換管３を所定の間隔をおいて両ヘッダーパイ
プ１，２と直交するように連通する。隣接する熱交換管
３間には波形状の２本のコルゲートフィン４を配置し、
かつ両コルゲートフィン４，４間にはシート部材５が挾
持されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱交換器に関す
るもので、更に詳細には、例えば自動車用や家庭用の空
気調和装置に使用される平行流型の熱交換器に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、蒸発器や凝縮器の熱交換器とし
て、平行に配置される一対のヘッダーパイプを有し、こ
れらヘッダーパイプ間にフィンを備えた幅の広い偏平な
熱交換管（チューブ）を、所定の間隔で複数本直行して
連通した構成のものが知られている。この場合、熱交換
効率を向上させるためにフィンの表面積を大きくするよ
うに、また、熱交換器の強度を向上させるようにフィン
には波形状のコルゲートフィンを熱交換管にろう付等に
て接合して使用されている。

【０００３】従来のこの種の熱交換器は、図１０に示す
ように、互いに平行に配置された一対の上部及び下部ヘ
ッダーパイプ１，２間に断面略偏平状の熱交換管として
のチューブ３を所定の間隔で複数本直行して連通した構
成をしており、隣接するチューブ３間には波形状のコル
ゲートフィン４がチューブ３に接するように介在されて
いる。

【０００４】このように構成される熱交換器は、例えば
下部ヘッダーパイプ２の一端から熱媒体（又は冷媒）を
供給することにより、熱媒体が下部ヘッダーパイプ２内
部を通過する過程で途中に設けられた複数本のチューブ
３へ順次流入して上部ヘッダーパイプ１へ伝わり、上部
ヘッダーパイプ１の一端から流出する。このとき、熱媒
体（又は冷媒）がチューブ３を通過する過程で熱媒体の
持つ熱がコルゲートフィン４に伝達され（あるいは、コ
ルゲートフィン４の熱が冷媒に吸収され）、図１０の紙
面に垂直方向に通過する被熱交換流体例えば空気とチュ
ーブ３及びコルゲートフィン４とが効率よく熱交換を行
い、空気の温度を迅速に上昇（又は下降）させることが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種の熱交換器においては、波形状のコルゲートフィ
ン（以下フィンという）を採用しているにもかかわら
ず、フィンの厚さを薄くすると強度が低下し、組付け時
又はろう付け時にフィンが変形する虞れがある。

【０００６】これを克服するにはフィンに相当な厚みを
持たせるか、又は、フィンピッチを十分に小さくする必
要がある。しかし、いずれの場合も熱交換器の軽量化や
コストダウンを制限するという問題があった。また、フ
ィンピッチを必要以上に小さくすると、空気抵抗が増え
熱交換効率が低下するという問題もある。

【０００７】また、蒸発器として使用する場合には、空
気中の水分が凝結すること（結露）によって生じた水滴
が適切に除去される手段もなくフィンの屈曲部やチュー
ブの下端部に溜まるという問題もあった。

【０００８】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、コルゲートに座屈強度を持たせ、軽量化、コストの
低廉化を可能にし、また、結露水の排出を可能にする熱
交換器を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は以下のように構成する。

【００１０】（１）請求項１記載の発明は、互いに適宜
間隔をおいて配設される複数の断面略偏平状の熱交換管
と、これら熱交換管間に介在されるコルゲートフィンと
を具備する熱交換器において、上記熱交換管間に、上記
コルゲートフィンを複数列配置すると共に、コルゲート
フィン同士間にシート部材を介在してなることを特徴と
する。

【００１１】請求項１記載の発明によれば、熱交換管間
に複数列配置したコルゲートフィン同士間にシート部材
を介在させることにより、コルゲートフィンの板厚が相
当な薄さであってもコルゲートフィンの座屈強度を向上
させることができ、コルゲートフィンの板厚が薄くても
組付時やろう付時にフィンが変形することを防止するこ
とができる。また、被熱交換流体例えば空気と接触する
コルゲートフィンの表面積を増大させることで熱交換効
率を向上させることができる。

【００１２】（２）請求項２記載の発明は、請求項１記
載の熱交換器において、上記シート部材を、断面が連続
する波形状部材にて形成してなることを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明によれば、熱交換管間
に複数列配置したコルゲートフィン同士間に介在させる
シート部材を断面が連続する波形状部材にて形成するこ
とにより、結露等によって生じた水滴を波形状シート部
材の凹部を伝って流して外部に排出することができる。

【００１４】（３）請求項３記載の発明は、請求項１記
載の熱交換器において、上記熱交換管間に介在されるコ
ルゲートフィンの高さ、ピッチ等の形状を異なる形状と
することを特徴とする。

【００１５】請求項３記載の発明によれば、熱交換管間
に介在される複数のコルゲートフィンそれぞれのフィン
の高さやピッチ等の形状が異なるものを採用することに
より、座屈強度の向上が図れると共に、熱交換管のピッ
チや本数等に自由度をもたせることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態を
図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１０に示す従
来の例と同一の部分については同一の符号を付して説明
する。

【００１７】◎第一実施形態 図１はこの発明の熱交換器の第一実施形態の概略側面
図、図２はその要部を拡大して示す断面斜視図、図３は
要部拡大側面図である。

【００１８】上記熱交換器は互いに平行に配置される上
部ヘッダーパイプ１と下部ヘッダーパイプ２の間に複数
本の断面略偏平状の熱交換管３を所定の間隔をおいてヘ
ッダーパイプ１，２と直行するように連通し、隣接する
熱交換管３間には波形状の２本のコルゲートフィン４が
配置され、両コルゲートフィン４，４間にシート部材５
を挟持してなる。

【００１９】この場合、上記上部及び下部ヘッダーパイ
プ１，２及び熱交換管３は、アルミニウム合金製の押出
形材にて形成されている。また、コルゲートフィン４及
びシート部材５は薄肉のアルミニウム合金製シート部材
にて形成されている。そして、上部及び下部ヘッダーパ
イプ１，２、熱交換管３、コルゲートフィン４及びシー
ト部材５は例えばろう付によって接合されている。

【００２０】なおこの場合、シート部材５は必ずしもろ
う付する必要はない。したがって、シート部材５は予め
表面にろうを付着させたブレージングシートでも、その
ような処理をしていない生地のシート材のいずれでもよ
い。

【００２１】上記のように構成される熱交換器は、例え
ば下部ヘッダーパイプ２の一端に設けられた熱媒体供給
口６から供給された熱媒体が、ヘッダーパイプ２内部を
通過する途中に設けられた複数の熱交換管３内部へ順次
流入し、通過した後それが上部ヘッダーパイプ１へと送
られ、上部ヘッダーパイプ１の一端に設けられた熱媒体
排出口７より排出される。このとき、熱交換管３間に介
設された波形状のコルゲートフィン４に熱媒体から熱が
伝達され、図２の矢印の向きに流れる被熱交換流体例え
ば空気が熱交換される。

【００２２】上記のように熱交換管３間にシート部材５
を挟持するような形で複数本のコルゲートフィン４を介
設することにより、コルゲートフィン４の座屈強度を向
上させることができ、熱交換器の組付時又はろう付時に
コルゲートフィン４が変形するのを防止することができ
る。また、コルゲートフィン４の表面積を増大させるこ
とができ、空気との接触面積を増大させて熱交換効率を
向上させることができる。

【００２３】なおこの場合、図２に示すように、コルゲ
ートフィン４の平坦な部分にルーバー８を設けると、更
に表面積が増大し効率よく熱交換を行うことができる。

【００２４】◎第二実施形態 図４はこの発明の熱交換器の第二実施形態の要部拡大側
面図である。

【００２５】第二実施形態は、上記第一実施形態の熱交
換器に更に結露水等の排水機能をもたせた場合である。
すなわち、隣接するコルゲートフィン４間に挾持される
シート部材を、断面が連続的な波形状のシート部材５ａ
にて形成した場合である。

【００２６】上記のように、隣接するコルゲートフィン
４間に、断面が連続する波形状シート部材５ａを介在す
ることにより、熱交換器を蒸発器として使用した場合、
熱交換によって発生する結露水を波形状シート部材５ａ
の波形状の凹部とコルゲートフィン４ａの稜線との間に
形成される連通穴９を通して結露水を外部へ排出するこ
とができる。この場合、特に熱交換器（蒸発器）を水平
方向に若干傾斜させることにより、更に結露水の排出を
良好にすることができる。したがって、かび等の雑菌が
繁殖することも防止することができる。

【００２７】なお、第二実施形態において、その他の部
分は上記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、その説明は省略する。

【００２８】◎第三実施形態 図５はこの発明の熱交換器の第三実施形態の要部拡大側
面図である。

【００２９】第三実施形態は、コルゲートフィン４の座
屈強度を向上させると共に、異なる大きさや形状の熱交
換器へのコルゲートフィン４の適用の自由度をもたせる
ようにした場合である。すなわち、図５に示すように、
フィン高さの異なる例えば２種類のコルゲートフィン４
ａ，４ｂ間に、シート部材５が挟持されるように配置し
た場合である。

【００３０】このように、異なる種類のコルゲートフィ
ン４ａ，４ｂを選択して熱交換管３間にコルゲートフィ
ン４ａ，４ｂ及びコルゲートフィン４ａ，４ｂ間にシー
ト部材５を介在させることにより、予め数種のコルゲー
トフィン４ａ，４ｂ…４ｎを用意しておけば、大きさや
形状の異なる熱交換器の熱交換管３のピッチ幅を柔軟に
決定できる。したがって、設置場所等により大きさや形
状が限定される場合に好適である。

【００３１】◎第四実施形態 図６はこの発明の熱交換器の第四実施形態の要部拡大側
面図である。

【００３２】上記第一ないし第三実施形態においては、
図３ないし図５に示すように、隣接するコルゲートフィ
ン４，４（４ａ，４ｂ）は、その波形が同位相をなすよ
うに配置される場合について説明したが、必しもこのよ
うな配列にする必要はなく、図６に示すように、フィン
波形が逆位相をなすように、すなわち隣接するコルゲー
トフィン４（４ａ，４ｂ）の波形がシート部材５の面に
関して対称になるように配置してもよい。

【００３３】上記のように、シート部材５（５ａ）に関
してコルゲートフィン４（４ａ，４ｂ）を対称に配置す
ることにより、隣接するコルゲートフィン４（４ａ，４
ｂ）の山部又は谷部間にてシート部材５（５ａ）を挾持
するので、シート部材５（５ａ）の撓みを少なくするこ
とができると共に、外部から負荷が加わった場合、その
荷重を均等に分散することができるので、変形を少なく
することができる。

【００３４】◎その他の実施形態 上記実施形態では、隣接する熱交換管３，３間にコルゲ
ートフィン４（４ａ，４ｂ）を２列配置した場合につい
て説明したが、必しもコルゲートフィン４（４ａ，４
ｂ）は２列である必要はなく、例えば図７に示すよう
に、隣接する熱交換管３，３間にコルゲートフィン４を
３列配置すると共に、コルゲートフィン４同士間にシー
ト部材５を介在してもよく、また、コルゲートフィン４
を４列以上配置すると共に、コルゲートフィン４同士間
にシート部材５を介在してもよい。

【００３５】

【実施例】次に、この発明の熱交換器と従来の熱交換器
のコルゲートフィンの座屈強度の比較実験について説明
する。

【００３６】☆実験条件 ○共通条件 ・熱交換管の本数：５０本 ・フィンピッチ：１．３ｍｍ ・ヘッダーパイプ径：２２．２ｍｍφ ・熱交換管幅：１８．８ｍｍ ・コルゲートフィン幅：２１．１ｍｍ （コルゲートフィンハルーバー付） ・コルゲートフィンの材質：Ａ３００３＋２％Ｚｎ
。

【００３７】実験１ 上記の条件の熱交換器において、図８（ａ）に示す比較
例１（コルゲートフィン高さ：７．９ｍｍ）と図８
（ｂ）に示す実施例１（コルゲートフィン高さ：３．９
ｍｍ）とのフィン板厚を適宜変えて座屈強度を調べたと
ころ、表１に示すような結果が得られた。なお、実施例
１におけるシート部材５の板厚は０．１ｍｍである。

【００３８】実験２ また、図９（ａ）に示す比較例２と図９（ｂ）に示す実
施例２のフィン板厚を０．１ｍｍにして、フィン高さｈ
を適宜変えて座屈強度を調べたところ、表２に示すよう
な結果が得られた。なお、実施例２におけるシート部材
５の板厚は０．１ｍｍである。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】上記実験１の結果、フィン高さを一定
（７．９ｍｍ）にしてフィン板厚を適宜変えてコルゲー
トフィンの座屈強度を調べたところ、比較例１において
は、フィン板厚が０．１ｍｍ，０．０８ｍｍでは、ろう
付後にフィンの変形は見られなかったものの、フィン板
厚が０．０７ｍｍ，０．０４ｍｍではろう付後にフィン
の変形が見られ、フィン板厚が０．０２ｍｍ以下ではろ
う付後にフィンが座屈していた。これに対し、実施例１
のものでは、フィン板厚が０．００５ｍｍ以上ではろう
付後にフィンの変形は見られなかった。唯、フィン板厚
が０．００４ｍｍ，０．００２ｍｍの場合にろう付後に
フィンの変形が見られた。

【００４２】また、実験２の結果、フィン板厚を一定
（０．１ｍｍ）にしてフィン高さを適宜変えてコルゲー
トフィンの座屈強度を調べたところ、比較例２では、フ
ィン高さが８ｍｍ〜１０ｍｍの場合ではろう付後にフィ
ンの変形は見られなかったものの、フィン高さが１１ｍ
ｍ〜１６ｍｍではろう付後にフィンの変形が見られ、フ
ィン高さが１７ｍｍ以上ではろう付後にフィンが座屈し
ていた。これに対し、実施例２のものでは、フィン高さ
８ｍｍ〜２０ｍｍのいずれの場合においてもろう付後に
フィンの変形は見られなかった。上記実験１，２の結果
から熱交換管３間に、コルゲートフィン４を複数列配置
すると共に、コルゲートフィン同士間にシート部材５を
介在することにより、コルゲートフィンの座屈強度の向
上が図れることが判った。

【００４３】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の熱交
換器によれば、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。

【００４４】（１）請求項１記載の発明によれば、熱交
換管間に複数列配置したコルゲートフィン同士間にシー
ト部材を介在させるので、コルゲートフィンの座屈強度
を向上させることができ、コルゲートフィンの板厚が薄
くても組付時やろう付時にフィンが変形することを防止
することができる。

【００４５】したがって、コルゲートフィンの板厚を薄
くすることができると共に、熱交換器の軽量化及びコス
トの低廉化を図ることができる。また、コルゲートフィ
ンの表面積を増大させることができ、熱交換効率を向上
させることができる。

【００４６】（２）請求項２記載の発明によれば、熱交
換管間に複数列配置したコルゲートフィン同士間に介在
させるシート部材を断面が連続する波形状部材にて形成
することにより、結露等によって生じた水滴を波形状シ
ート部材の凹部を伝って流出させることができ、水滴を
容易に除去することができる。したがって、かび等の雑
菌が繁殖することを防ぐことができる。

【００４７】（３）請求項３記載の発明によれば、熱交
換管間に介在される複数のコルゲートフィンそれぞれの
フィンの高さやピッチ等の形状が異なるものを採用する
ことにより、熱交換管のピッチや本数等に自由度をもた
せることができる。したがって、用途や設置場所等に応
じた大きさや形状の熱交換器を容易に作製することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の熱交換器の第一実施形態を示す概略
側面図である。

【図２】第一実施形態の要部を拡大して示す斜視図であ
る。

【図３】第一実施形態の要部拡大側面図である。

【図４】この発明の熱交換器の第二実施形態を示す要部
拡大側面図（ａ）及びその概略横断面図（ｂ）である。

【図５】この発明の熱交換器の第三実施形態を示す要部
拡大側面図である。

【図６】この発明の熱交換器の第四実施形態を示す要部
拡大側面図である。

【図７】この発明の熱交換器の第五実施形態を示す要部
拡大側面図である。

【図８】フィン高さを一定にして板厚を変数とした座屈
強度実験において、（ａ）は従来の熱交換器におけるフ
ィンの形状を示す概略側面図、（ｂ）はこの発明の熱交
換器におけるフィンの概略側面図である。

【図９】フィン板厚を一定にてフィン高さを変数とした
座屈強度実験において、（ａ）は従来の熱交換器におけ
るフィンの形状を示す概略側面図、（ｂ）はこの発明の
熱交換器におけるフィンの概略側面図である。

【図１０】従来の熱交換器の一例を示す概略側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 上部ヘッダーパイプ ２ 下部ヘッダーパイプ ３ 熱交換管（チューブ） ４，４ａ，４ｂ コルゲートフィン ５ シート部材 ５ａ 波形状シート部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに適宜間隔をおいて配設される複数
   の断面略偏平状の熱交換管と、これら熱交換管間に介在
   されるコルゲートフィンとを具備する熱交換器におい
   て、 上記熱交換管間に、上記コルゲートフィンを複数列配置
   すると共に、コルゲートフィン同士間にシート部材を介
   在してなることを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 請求項１記載の熱交換器において、 上記シート部材を、断面が連続する波形状部材にて形成
   してなることを特徴とする熱交換器。
3. 【請求項３】 請求項１記載の熱交換器において、 上記熱交換管間に介在されるコルゲートフィンの高さ、
   ピッチ等の形状を異なる形状とすることを特徴とする熱
   交換器。