(57)【要約】【課題】パラレルフロー型熱交換器において、冷媒流出口に対する位置の如何に関わらず、偏平チューブ内の冷媒の流量に大きな差がつかないようにして、熱交換効率を向上させる。【解決手段】熱交換器１は、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプ２、３と、ヘッダパイプ２、３の間に所定ピッチで複数配置され、内部に設けた垂直な冷媒通路５をヘッダパイプの内部に連通させた偏平チューブ４と、偏平チューブ４間に配置されたコルゲートフィン６を備える。ヘッダパイプ３の一端には冷媒流入口７が設けられ、ヘッダパイプ２の一端には冷媒流出口８が設けられる。冷媒流出口８に近い偏平チューブ４の内部流路抵抗は、冷媒流出口９から遠い偏平チューブ４の内部流路抵抗に比べ、相対的に大とされている。偏平チューブ４の内部流路抵抗に差を生じさせるのは、冷媒通路５の断面積を変えるか、冷媒通路５の数を変えることにより行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置された偏平チューブとを備え、前記偏平チューブは垂直方向に冷媒を流通させる冷媒通路を内部に有し、この冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた熱交換器において、
前記２本のヘッダパイプの一方に冷媒流出口を設けるとともに、前記偏平チューブの中で、前記冷媒流出口に近い偏平チューブの内部流路抵抗を、冷媒流出口から遠い偏平チューブの内部流路抵抗に比べ、相対的に大とすることにより、偏平チューブ間の冷媒流量差の縮小を図ることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記偏平チューブ内の冷媒通路の断面積を変えて内部流路抵抗に差を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記偏平チューブに塑性変形を与えて前記冷媒通路の断面積を変えることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記偏平チューブは内部に複数の冷媒通路を有するものであり、その冷媒通路の数を変えて内部流路抵抗に差を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記複数の冷媒通路のうち、選択されたものをプラグで閉塞して冷媒通路の数を変えることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はパラレルフロー型の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２本のヘッダパイプの間に複数の偏平チューブを配置して偏平チューブ内部の冷媒通路をヘッダパイプの内部に連通させるとともに、偏平チューブ間にコルゲートフィン等のフィンを配置したパラレルフロー型の熱交換器はカーエアコンなどに広く利用されている。その例を特許文献１、２に見ることができる。
【０００３】
従来のパラレルフロー型熱交換器の一例を図１４に示す。熱交換器１は、２本の水平なヘッダパイプ２、３を上下に間隔を置いて平行に配置し、ヘッダパイプ２、３の間に垂直な偏平チューブ４を所定ピッチで複数配置する。偏平チューブ４はアルミニウム等熱伝導の良い金属を押出成型した細長い成型品であり、内部には冷媒を流通させる冷媒通路５が形成されている。偏平チューブ４は押出成型方向を垂直にする形で配置されるので、冷媒通路５の冷媒流通方向も垂直になる。各冷媒通路５はヘッダパイプ２、３の内部に連通する。なお図１４において紙面上側が垂直方向の上側、紙面下側が垂直方向の下側であり、上側のヘッダパイプ２と下側のヘッダパイプ３の間に複数の偏平チューブ４が長手方向を垂直にして所定ピッチで配置された構成となっている。
【０００４】
ヘッダパイプ２、３と偏平チューブ４は溶着により固定される。冷媒通路５は断面形状及び断面面積の等しいものが図の奥行き方向に複数個並び、そのため偏平チューブ４はハーモニカのような断面を呈している。偏平チューブ４同士の間にはコルゲートフィン６が配置される。偏平チューブ４とコルゲートフィン６は溶着により固定される。偏平チューブ４の他、ヘッダパイプ２、３及びコルゲートフィン６も熱伝導の良い金属からなる。
【０００５】
ヘッダパイプ２、３の間に多数の偏平チューブ４を設け、偏平チューブ４間にコルゲートフィン６を設けた構造であるから、熱交換器１の放熱（吸熱）面積は大きく、効率的に熱交換を行うことができる。下側のヘッダパイプ（下部ヘッダパイプと称することもある）３の一端には冷媒流入口７が設けられ、上側のヘッダパイプ（上部ヘッダパイプと称することもある）２の一端には、冷媒流入口７と対角をなす位置に冷媒流出口８が設けられている。
【特許文献１】特開２００５−３７０５４号公報
【特許文献２】特開２００１−５９６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１４の中の網掛け図形は、熱交換器１を蒸発器として用いた場合に各偏平チューブ４を流れる冷媒の量を象徴化して示したものである。そこに示されるように、冷媒流出口８に近い方の偏平チューブ４には多くの冷媒が流れ、冷媒流出口８から離れるに従って冷媒流量が減少する傾向がある。すなわち冷媒の偏流が生じる傾向がある。冷媒流量が多い偏平チューブ４と冷媒流量が少ない偏平チューブ４とでは熱交換量に大きな差があるので、偏流が生じた場合、偏流がなく均一に冷媒が流れた場合に比べて著しく熱交換効率が低下してしまう。図１５のように、冷媒流入口７と冷媒流出口８が同じ側にある場合でも同じことが言える。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、パラレルフロー型熱交換器において、冷媒流出口に対する位置の如何に関わらず、偏平チューブ内の冷媒の流量に大きな差がつかないようにして、熱交換効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明は、間隔を置いて平行に配置された２本のヘッダパイプと、前記２本のヘッダパイプの間に所定ピッチで複数配置された偏平チューブとを備え、前記偏平チューブは垂直方向に冷媒を流通させる冷媒通路を内部に有し、この冷媒通路を前記ヘッダパイプの内部に連通させた熱交換器において、前記２本のヘッダパイプの一方に冷媒流出口を設けるとともに、前記偏平チューブの中で、前記冷媒流出口に近い偏平チューブの内部流路抵抗を、冷媒流出口から遠い偏平チューブの内部流路抵抗に比べ、相対的に大とすることにより、偏平チューブ間の冷媒流量差の縮小を図ることを特徴としている。
【０００９】
この構成によると、熱交換器の冷媒流出口側に冷媒の流れが偏らず、熱交換器全体にわたり冷媒流量が均一化するので、熱交換器全体がムラなく放熱（吸熱）に関わることになり、熱交換効率が向上する。
【００１０】
上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブ内の冷媒通路の断面積を変えて内部流路抵抗に差を生じさせることが好ましい。
【００１１】
このような構成にすれば、内部流路抵抗を精密に異ならせることができる。
【００１２】
上記構成の熱交換器において、前記偏平チューブに塑性変形を与えて前記冷媒通路の断面積を変えることが好ましい。
【００１３】
このような構成にすれば、偏平チューブの冷媒通路断面積を簡単に変えることができる。
【００１４】
上記構成の熱交換器において、偏平チューブは内部に複数の冷媒通路を有するものであり、その冷媒通路の数を変えて内部流路抵抗に差を生じさせることが好ましい。
【００１５】
このような構成にすれば、内部流路抵抗の差を簡単に得ることができる。
【００１６】
上記構成の熱交換器において、前記複数の冷媒通路のうち、選択されたものをプラグで閉塞して冷媒通路の数を変えることが好ましい。
【００１７】
このような構成にすれば、冷媒通路の数を簡単に変えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、パラレルフロー型熱交換器において、冷媒流出口がどの位置に設けられていたとしても、各偏平チューブの冷媒流量を均一化することで、熱交換器の熱交換効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下本発明の第１実施形態を図１、２に基づき説明する。図１は熱交換器の概略構造を示す垂直断面図、図２は偏平チューブの水平断面図である。なお図１４、１５に示した従来構造の熱交換器と機能的に共通する要素には図１４、１５で用いたのと同じ符号を付し、説明は省略する。第２実施形態以下の実施形態についても同様とする。
【００２０】
熱交換器１は、図１４のものと同様、冷媒流入口７と対角の位置に冷媒流出口８を有する。偏平チューブ４の中で、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４の内部流路抵抗は、冷媒流出口８から遠い偏平チューブ４の内部流路抵抗に比べ、相対的に大とされている。そのため、図１の網掛け図形に見られるように、冷媒流出口８から離れた位置にある偏平チューブ４の冷媒流量が増し、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４の冷媒流量との差が小さくなっている。これにより、熱交換器１の冷媒流出口８側に冷媒の流れが偏らず、熱交換器１全体にわたり冷媒流量が均一化するので、熱交換器１全体がムラなく放熱（吸熱）に関わることになり、熱交換効率が向上する。
【００２１】
偏平チューブ４の内部流路抵抗に差を生じさせるにあたり、第１実施形態では、偏平チューブ４内の冷媒通路５の断面積を変えるという手法を採用している。図２において、図の左側が冷媒流入口７の側、図の右側が冷媒流出口８の側であるが、左右方向に並ぶ偏平チューブ４の内部には、それぞれ６個の冷媒通路５が一列に並ぶ形で形成されている（６個というのは単なる例示にすぎず、任意の数の冷媒通路を設けることができる）。その冷媒通路５の断面積は、冷媒流出口８から遠い偏平チューブ４に設けられたものに比べ、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４に設けられたものは相対的に小さくなっている。言い換えると、１本の偏平チューブ４に形成された冷媒通路５の総断面積（本実施形態では６個の冷媒通路５の断面積の合計）を比較した場合、冷媒流出口８から遠い偏平チューブ４に比べ、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４の方が相対的に小さくなっている。
【００２２】
これにより、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４は相対的に内部流路抵抗が大きく、冷媒流出口８から遠い偏平チューブ４は相対的に内部流路抵抗が小さくなり、偏平チューブ４間の冷媒流量差が縮小する。断面積比をどのようにするかは実験を通じて決定するのがよい。冷媒通路５の断面積を異ならせるのは、偏平チューブ４の押出成型金型を取り替えることで可能となる。
【００２３】
図２では、冷媒流入口７に最も近い偏平チューブ４から冷媒流出口８に最も近い偏平チューブ４まで、偏平チューブ４の１本毎に冷媒通路５の断面積を縮小しているが、この方式は絶対的なものではない。冷媒通路断面積の等しい偏平チューブ４を任意本数連続させた後、冷媒通路断面積を一段と縮小した偏平チューブ４を任意本数連続させることを繰り返す構成であっても良い。
【００２４】
本発明の第２実施形態を図３に示す。図３は偏平チューブの水平断面図である。なお図３において、図の左側が冷媒流入口７の側、図の右側が冷媒流出口８の側である。
【００２５】
第２実施形態では、個々の偏平チューブ４の冷媒通路５の断面積は共通であるが、冷媒通路５の数が偏平チューブ４毎に異なっている。すなわち、冷媒流出口８から最も遠い偏平チューブ４は６個の冷媒通路５を有するのに対し、冷媒流出口８に最も近い偏平チューブ４では冷媒通路５が２個しかない。中間の偏平チューブ４は、冷媒流出口８に近づくにつれ冷媒通路５の数が減る形で、５個、４個、３個の冷媒通路５を有する。冷媒通路５の数を変えるのは、偏平チューブ４の押出成型金型を取り替えることで可能となる。
【００２６】
上記のように構成することにより、冷媒流出口８に近い偏平チューブ４は相対的に内部流路抵抗が大きく、冷媒流出口８から遠い偏平チューブ４は相対的に内部流路抵抗が小さくなり、熱交換器１全体で冷媒流量が均一化する。これにより熱交換器１全体がムラなく放熱（吸熱）に関わることになり、熱交換効率が向上する。
【００２７】
図３では、冷媒流入口７に最も近い偏平チューブ４から冷媒流出口８に最も近い偏平チューブ４まで、偏平チューブ４の１本毎に冷媒通路５の数を少なくしているが、この方式は絶対的なものではない。冷媒通路５の数の等しい偏平チューブ４を任意本数連続させた後、冷媒通路５の数を一段と減らした偏平チューブ４を任意本数連続させることを繰り返す構成であっても良い。
【００２８】
第１実施形態と第２実施形態の技術内容は排他的・択一的ではないので、両者を同時に実施しても構わない。
【００２９】
本発明の第３実施形態を図４、５に示す。図４はヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図、図５は偏平チューブの水平断面図である。
【００３０】
第３実施形態は、第１実施形態と同じく、冷媒通路５の断面積を変えて内部流路抵抗に差を生じさせる。冷媒通路５の断面積を変えるのは次のようにして行う。すなわち図示しない工具で冷媒通路５を挟みつけ、図５に示すように塑性変形部９を形成して冷媒通路５の断面積を縮小する。ここでは６個ある冷媒通路５のうち、２個の断面積を縮小している。このようにすることで、１本の偏平チューブ４に設けられた冷媒通路５の総断面積（図５では６個の冷媒通路５の断面積の合計）を小さくする。塑性変形部９の塑性変形量と、塑性変形させる冷媒通路５の数を適切に設定することにより、内部流路抵抗を所望量だけ増大させることができる。
【００３１】
冷媒通路５の塑性変形は、ヘッダパイプ２または３の内部に突き出した偏平チューブ４の中で、ヘッダパイプとの溶着に影響を与えない箇所を選んで行う。ヘッダパイプ２または３から外に出た箇所を選ぶのは、偏平チューブ４とコルゲートフィン６の溶着に悪影響を与えるおそれがあり、好ましくない。
【００３２】
本発明の第４実施形態を図６、７に示す。図６はヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図、図７は偏平チューブの水平断面図である。
【００３３】
第４実施形態は、第１実施形態と同じく、冷媒通路５の断面積を変えて内部流路抵抗に差を生じさせる。冷媒通路５の断面積を変えるのは次のようにして行う。すなわち所定断面のプラグ１０を冷媒通路５に押し込み、冷媒通路５の断面積を縮小する。このようにすることで、１本の偏平チューブ４に設けられた冷媒通路５の総断面積（図５では６個の冷媒通路５の断面積の合計）を小さくする。ここでは角形断面の冷媒通路４に断面Ｘ形のプラグ１０が押し込まれている。プラグ１０の断面形状と、それを押し込む冷媒通路５の数を適切に設定することにより、内部流路抵抗を所望量だけ増大させることができる。
【００３４】
本発明の第５実施形態を図８、９に示す。図８はヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図、図９は偏平チューブの水平断面図である。
【００３５】
第５実施形態は、第２実施形態と同じく、冷媒通路５の数を変えて内部流路抵抗に差を生じさせる。冷媒通路５の数を変えるのは次のようにして行う。すなわち隣接する２個の冷媒通路５にＵ字形のプラグ１１を挿入し、これら２個の冷媒通路５を閉塞する。プラグ１１の数を増やせば、閉塞される冷媒通路５の数を多くすることができる。なお図ではプラグ１１の断面が円形になっているが、冷媒通路５の形に合わせた角形断面にすれば閉塞度が一層向上する。
【００３６】
本発明の第６実施形態を図１０、１１に示す。図１０はヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図、図１１は偏平チューブの水平断面図である。
【００３７】
第６実施形態は、第５実施形態と同じく、プラグにより冷媒通路５の数を減らして行く。ここで用いるプラグ１２は冷媒通路５の形に合わせた角形断面のものであり、一端にフランジ１２ａを有している。このプラグ１２を用いれば、冷媒通路５を１個ずつ閉塞して行くことができる。
【００３８】
第４実施形態から第６実施形態までのプラグ１０、１１、１２は、金属でも、あるいは合成樹脂やセラミックでも、製造することができる。
【００３９】
第１実施形態から第６実施形態までの手法は、図１２に示す、冷媒流入口７と冷媒流出口８が同じ側にある熱交換器１にも適用することができる。また図１３にはヘッダパイプ３の両端に冷媒流入口７があり、ヘッダパイプ２の中央に冷媒流出口８があるという熱交換器１が示されているが、この熱交換器１にも第１実施形態から第６実施形態までの手法を適用することができる。
【００４０】
第１実施形態から第６実施形態において、偏平チューブ４同士の間にコルゲートフィン６が配置されている構成としたが、フィンの種類はコルゲートフィンに限られない。ストレートフィンやスリットフィンなど別の種類のフィンを配置してもよい。また、複数のヘッダパイプ（例えば、上部ヘッダパイプと下部ヘッダパイプの２本のヘッダパイプ）と複数の偏平チューブのみからなり、フィンを備えない熱交換器に対しても本発明は適用可能である。
【００４１】
以上、本発明の各実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明はパラレルフロー型熱交換器に広く利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１実施形態に係る熱交換器の概略構造を示す垂直断面図
【図２】第１実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図３】第２実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図４】第３実施形態に係る熱交換器のヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図
【図５】第３実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図６】第４実施形態に係る熱交換器のヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図
【図７】第４実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図８】第５実施形態に係る熱交換器のヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図
【図９】第５実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図１０】第６実施形態に係る熱交換器のヘッダパイプと偏平チューブとの接続部の拡大断面図
【図１１】第６実施形態に係る熱交換器の偏平チューブの水平断面図
【図１２】本発明を実施可能な他の形態の熱交換器の概略構造を示す垂直断面図
【図１３】本発明を実施可能なさらに他の形態の熱交換器の概略構造を示す垂直断面図
【図１４】従来の熱交換器の概略構造を示す垂直断面図
【図１５】従来の他の熱交換器の概略構造を示す垂直断面図
【符号の説明】
【００４４】
１    熱交換器
２、３  ヘッダパイプ
４    偏平チューブ
５    冷媒通路
６    コルゲートフィン
７    冷媒流入口
８    冷媒流出口
９    塑性変形部
１０、１１、１２  プラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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