JP2005321151A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器に関し、とくに、車両用空調装置のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサとして好適な熱交換器に関する。 The present invention relates to a so-called parallel flow type heat exchanger in which heat exchange tubes are arranged in parallel between header pipes, and more particularly to a heat exchanger suitable as a condenser of a vehicle air conditioner, particularly a subcool type condenser.
2本のヘッダーパイプ間に熱交換チューブを並設した、いわゆるパラレルフロー型の熱交換器はよく知られている。この種の熱交換器においては、少なくとも一方のヘッダーパイプに、比較的大きな容積が要求される場合があり、並行に延びる熱交換チューブの幅(熱交換器の厚み方向の幅)よりも大きな横断面が要求される場合がある。たとえば、車両用空調装置用のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサにおいては、一方のヘッダーパイプに、他方のヘッダーパイプよりも大きな横断面が要求されるとともに、貯液機能を要求されることがある。 A so-called parallel flow type heat exchanger in which a heat exchange tube is provided between two header pipes is well known. In this type of heat exchanger, a relatively large volume may be required for at least one of the header pipes, and the crossing is larger than the width of the heat exchange tubes extending in parallel (the width in the thickness direction of the heat exchanger). A face may be required. For example, in a capacitor for a vehicle air conditioner, particularly a subcool type capacitor, one header pipe may require a larger cross section than the other header pipe, and may require a liquid storage function.
このようなサブクールタイプコンデンサは、たとえば図1に示すように構成される(この図1に示す基本構成は、本発明にも共通する基本構成である)。図1に示す熱交換器1(サブクールタイプコンデンサ)は、2本のヘッダーパイプ2、3と、該ヘッダーパイプ2、3間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ4と、各熱交換チューブ4間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン5とを有している。一方のヘッダーパイプ2には冷媒の入口部6と出口部7が設けられており、内部に仕切板8が設けられている。他方のヘッダーパイプ3には、貯液機能とともに水分除去機能が付与されている。このヘッダーパイプ3内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット9を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ10を有する内蔵物11が収容されており、内蔵物11は、中央部に連通部を有する保持板12によってヘッダーパイプ3内に着脱可能に保持されている。熱交換器1のコア部全体13のうち、上記仕切板8よりも上位に位置する部分は冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部14として構成され、仕切板8よりも下位に位置する部分は冷媒凝縮コア部14で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部15として構成されている。このように区画された各コア部14、15を備えた熱交換器1に、まず、入口部6からヘッダーパイプ2の仕切板8よりも上部側の部分に導入された冷媒が冷媒凝縮コア部14を流通されて凝縮され、ヘッダーパイプ3内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ3内の下部に一時貯留され(とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ3内の下部部分3aに一時貯留され)、そこからサブクールコア部15に流入されて過冷却された後、ヘッダーパイプ2の仕切板8よりも下部側の部分2a、出口部7を通して排出される。このようなサブクールタイプコンデンサでは、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体に構成することができ、しかも、ドライヤ(上記乾燥剤を有する内蔵物11)を交換可能に一方のヘッダーパイプ3に内蔵した、コンパクトで効率の良い構造に構成できる。
Such a subcool type capacitor is configured, for example, as shown in FIG. 1 (the basic configuration shown in FIG. 1 is a basic configuration common to the present invention). A heat exchanger 1 (subcool type condenser) shown in FIG. 1 includes two
このような熱交換器1は、コンパクトに構成できるため、設置スペースが限られる車両用空調装置用等として最適なものである。ところが、このような熱交換器1においては、少なくとも一方のヘッダーパイプ、つまり、上記形態における内蔵物11を収容するヘッダーパイプ3の横断面積を大きくしなければならないため、次のような問題を生じることがある。たとえば、上記ヘッダーパイプ3に、図2に示すような横断面円形のヘッダーパイプ21を採用する場合、熱交換器1の厚み方向において、熱交換チューブ4の幅に対し、冷媒凝縮コア部14の出口部およびサブクールコア部15の入口部となるヘッダーパイプ21が、前後方向に大きく突出することになる。そのため、たとえば図3に示すように、コンデンサ(熱交換器1)とラジエータ30が前後に配置されるような車載レイアウトとなっている場合、熱交換チューブ4とラジエータ30の放熱部が大きく離れてしまい、その配置状態でのコンデンサプラスラジエータ30の厚み寸法が拡大して車載レイアウト上不利になるとともに、コンデンサとラジエータ30間の気洩れによりコンデンサ通過風量が減少し、それによってコンデンサの性能低下の問題を招くおそれがある。
Since such a heat exchanger 1 can be configured compactly, it is optimal for a vehicle air conditioner or the like where installation space is limited. However, in such a heat exchanger 1, since the cross-sectional area of at least one header pipe, that is, the
このような問題を解消するために、たとえば図4に示すように、横断面の大きなヘッダーパイプ41を、その中心の位置を熱交換器の厚み方向の中心の位置、つまり、熱交換チューブ4の熱交換器厚み方向中心位置に対し、熱交換器の厚み方向の一方側(図3の形態では反ラジエータ側)にオフセット(偏心)させて配置する構成が考えられる。しかしこの場合には、ヘッダーパイプ41内へのチューブ挿入部寸法42が大きくなり、チューブ端と内蔵物43との干渉を回避するためには内蔵物43の径を縮小せざるを得ないという問題が生じる。
In order to solve such a problem, for example, as shown in FIG. 4, the
また、この問題を防止する方策として、たとえば図5に示すような部分的に平坦面Aを有する横断面形状のヘッダーパイプ51を用い、図6に示すように、ヘッダーパイプ51の平坦面Aの部分に熱交換チューブ4の挿入穴を加工するとともに、ヘッダーパイプ51の横断面中心の位置を熱交換器の厚み方向の一方側にオフセットして配置した構造が知られている(特許文献1)。このように構成することで、図4に示すようにチューブ挿入寸法42を大きくすることなく、内蔵物43の所定の径を確保しつつ、熱交換チューブ4とラジエータ間の隙間を小さく保つことが可能になる。しかし、この場合には、ヘッダーパイプ51の内部横断面形状が円形ではないため、内圧が増加した際には、とくに上記平坦面Aを形成した部分およびこれに隣接する平坦面を形成した部分に変形が生じヘッダーパイプ51の耐圧性が低下するおそれもある。
Further, as a measure for preventing this problem, for example, a
そこで、このような問題を防止するため、未だ出願未公開の段階ではあるが、本出願人により図7、図8に示すように、ヘッダーパイプ52の熱交換チューブ4が接続される部分の外面を平坦面Aに形成するとともに、該ヘッダーパイプ52の内部横断面形状を円形に形成した提案がなされている(特許文献2)。
Therefore, in order to prevent such a problem, the outer surface of the portion of the
しかしながら、上記のような構造においては、図9に示すように余剰肉部53が増加するため、ヘッダーパイプ52の重量増加、製造コストの上昇を招来するおそれがある。また、ヘッダーパイプ52は、通常、押出成形等により成形されるが、余剰肉部53が存在するため、横断面形状が円形の円管を成形する場合に比べ、成形時に厳格な寸法精度が要求されるので、生産性が低下するおそれもある。
そこで本発明の課題は、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面積を大きく形成することが要求されるパラレルフロー型の熱交換器において、該ヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプの熱交換器厚み方向へのオフセット配置を可能とするとともに、該ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を防止でき、さらに生産性を向上しつつ軽量化、低コスト化を実現可能な熱交換器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to increase the tube insertion dimension in the header pipe and accommodate it in the header pipe in a parallel flow type heat exchanger that requires a large cross-sectional area of at least one header pipe. It is possible to offset the header pipe in the thickness direction of the heat exchanger without reducing the diameter of the built-in components, prevent the pressure resistance of the header pipe from decreasing, and further improve productivity. It is another object of the present invention to provide a heat exchanger that can realize weight reduction and cost reduction.
上記課題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、2本のヘッダーパイプ間に並行に延びる複数の熱交換チューブを配設したパラレルフロー型の熱交換器において、熱交換器のコア部全体を、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させたことを特徴とするものからなる。 In order to solve the above-described problems, a heat exchanger according to the present invention is a parallel flow type heat exchanger in which a plurality of heat exchange tubes extending in parallel between two header pipes are disposed. The entire part is bent so that the position of the center of the cross section of at least one header pipe is arranged offset to one side in the thickness direction of the heat exchanger with respect to the center position in the thickness direction of the heat exchanger. Consists of features.
このような熱交換器においては、熱交換器のコア部全体は、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲されるので、たとえば上記一方のヘッダーパイプと干渉するおそれのある隣接機器(たとえば、ラジエータ等)が通風方向下流側に存在するときは熱交換器のコア部全体を通風方向上流側(たとえば、反ラジエータ側)に屈曲させ、隣接機器が通風方向上流側に存在するときは、熱交換器のコア部全体を通風方向下流側(たとえば、ラジエータ側)に屈曲させることができる。したがって、少なくとも一方のヘッダーパイプの横断面積を大きく形成することが要求されるパラレルフロー型の熱交換器において、隣接機器(たとえば、ラジエータ)と熱交換チューブとの間の隙間を小さくすることが可能になる。つまり、上記一方のヘッダーパイプへのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプの熱交換器厚み方向へのオフセット配置が可能となる。 In such a heat exchanger, the entire core portion of the heat exchanger has at least one header pipe in the thickness direction of the heat exchanger with respect to the center position of the cross section of the header pipe in the thickness direction of the heat exchanger. When the adjacent equipment (for example, a radiator, etc.) that may interfere with the one header pipe exists on the downstream side in the ventilation direction, for example, the core portion of the heat exchanger Bend to the upstream side in the ventilation direction (for example, the anti-radiator side), and when adjacent equipment exists on the upstream side in the ventilation direction, bend the entire core of the heat exchanger to the downstream side in the ventilation direction (for example, the radiator side) Can be made. Therefore, in a parallel flow type heat exchanger that requires a large cross-sectional area of at least one header pipe, it is possible to reduce the gap between adjacent equipment (for example, a radiator) and a heat exchange tube. become. In other words, it is possible to offset the header pipe in the heat exchanger thickness direction without increasing the tube insertion dimension into the one header pipe and reducing the diameter of the built-in material accommodated in the header pipe. Become.
また、このような熱交換器においては、上記少なくとも一方のヘッダーパイプは、横断面形状が円形の円管から構成することができるので、内部横断面形状を円形に形成することができる。したがって、内圧をヘッダーパイプ内面で均等に受けて大きな内圧がかかる場合にもヘッダーパイプの変形を抑えて、耐圧性能の低下を防止することができる。また、余剰肉部を廃止できるので、生産性を向上し軽量化、低コスト化を実現することができる。 In such a heat exchanger, the at least one header pipe can be formed of a circular tube having a circular cross-sectional shape, so that the internal cross-sectional shape can be formed in a circular shape. Therefore, even when the internal pressure is evenly received on the inner surface of the header pipe and a large internal pressure is applied, deformation of the header pipe can be suppressed to prevent the pressure resistance performance from being lowered. Moreover, since the surplus meat part can be abolished, productivity can be improved, and weight reduction and cost reduction can be realized.
このような本発明に係る熱交換器は、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。つまり、熱交換器のコア部全体が、冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部と、該冷媒凝縮コア部で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部とに区画されたサブクールタイプコンデンサとして好適なものである。この場合、内部横断面形状が円形に形成されたヘッダーパイプの少なくとも下部が貯液機能を有する構成とすることが好ましい。これによって、貯液機能を有するヘッダーパイプ部分から、液冷媒をサブクールコア部に流入させることができる。 Such a heat exchanger according to the present invention is suitable as a subcool type capacitor. In other words, the entire core portion of the heat exchanger is suitable as a subcool type capacitor partitioned into a refrigerant condensation core portion that condenses the refrigerant and a subcool core portion that further supercools the refrigerant condensed in the refrigerant condensation core portion. Is. In this case, it is preferable that at least the lower part of the header pipe having a circular inner cross-sectional shape has a liquid storage function. Thereby, the liquid refrigerant can be caused to flow into the subcool core portion from the header pipe portion having the liquid storage function.
また、本発明に係る熱交換器は、とくに設置スペースが限られる車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものである。 In addition, the heat exchanger according to the present invention is particularly suitable as a condenser used in a vehicle air conditioner where installation space is limited.
このように、本発明に係る熱交換器によれば、ヘッダーパイプの耐圧性能の低下を招くことなく、かつ、熱交換チューブの挿入寸法の増加、ヘッダーパイプ内に収容される内蔵物の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプを熱交換器の厚み方向の一方側へオフセット配置した構成を採ることができるようになり、所望の性能を確保しつつ、設置上最適な外形形状の熱交換器を達成することができる。したがって、ラジエータ等の隣接機器隣接がされる場合にあっても、熱交換チューブとラジエータの放熱部が大きく離れることや、熱交換器(コンデンサ)+ラジエータの厚さが拡大することや、コンデンサとラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下等を防止することが可能になる。 Thus, according to the heat exchanger according to the present invention, without reducing the pressure resistance performance of the header pipe, and increasing the insertion dimension of the heat exchange tube, the diameter of the built-in material accommodated in the header pipe It is possible to adopt a configuration in which the header pipe is offset to one side in the thickness direction of the heat exchanger without incurring reduction, and heat exchange with an optimum outer shape for installation while ensuring desired performance Can be achieved. Therefore, even when adjacent equipment such as a radiator is adjacent, the heat exchanger tube and the radiator's heat radiation part are greatly separated, the thickness of the heat exchanger (condenser) + radiator is increased, It is possible to prevent a decrease in the amount of air passing through the capacitor due to air leakage between the radiators.
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
本発明に係る熱交換器は、車両用空調装置に用いられるコンデンサとして好適なものであり、中でも、サブクールタイプコンデンサとして好適なものである。サブクールタイプコンデンサの基本構成は、図1に示した通りである。すなわち、熱交換器としてのサブクールタイプコンデンサ1は、小径のヘッダーパイプ2と大径のヘッダーパイプ3の2本のヘッダーパイプと、該ヘッダーパイプ2、3間に配設された並行に延びる複数の偏平タイプの熱交換チューブ4と、各熱交換チューブ4間および最外層部に設けられたコルゲートタイプのフィン5とを有しており、一方のヘッダーパイプ2には冷媒の入口部6と出口部7が設けられており、内部に仕切板8が設けられている。他方のヘッダーパイプ3は、ヘッダーパイプ2よりも大きな内容積を有する大径のヘッダーパイプに形成され、このヘッダーパイプ3内には、たとえば上部側に水分除去のための乾燥剤袋を保持した乾燥剤ユニット9を有し、下部側に異物除去のためのストレーナ10を有する内蔵物11が収容されており、内蔵物11は、中央部に連通部を有する保持板12によってヘッダーパイプ61内に着脱可能に保持されている。コア部全体13のうち、上記仕切板8よりも上位に位置する部分が冷媒を凝縮する冷媒凝縮コア部14として構成され、仕切板8よりも下位に位置する部分が冷媒凝縮コア部14で凝縮された冷媒をさらに過冷却するサブクールコア部15として構成されている。冷媒凝縮コア部14を通過して凝縮され、ヘッダーパイプ3内に流入した冷媒から水分が除去されるとともに異物が除去されて、液化された冷媒がヘッダーパイプ3内の下部に一時貯留され(とくに、液溜め部として機能するヘッダーパイプ3内の下部部分3aに一時貯留され)、そこからサブクールコア部15に流入されて過冷却される。つまり、冷凍システムにおけるレシーバドライヤの機能を、別部品を設けることなくコンデンサと一体化したサブクールタイプコンデンサ1として構成されている。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The heat exchanger according to the present invention is suitable as a condenser used in a vehicle air conditioner, and is particularly suitable as a subcool type condenser. The basic configuration of the subcool type capacitor is as shown in FIG. That is, the subcool type condenser 1 as a heat exchanger includes a plurality of header pipes, a small-
このように構成されたサブクールタイプコンデンサ1(熱交換器)においては、図10に示すように熱交換器のコア部全体13を、少なくとも一方のヘッダーパイプ3の横断面中心の位置が熱交換器の厚み方向の中心位置に対し熱交換器の厚み方向の一方側へオフセットして配置されるように屈曲させている。たとえば図11に示すように、隣接機器としてラジエータ30が通風方向下流側に存在するときは熱交換器のコア部全体13を通風方向上流側(反ラジエータ側)に屈曲させれば、屈曲部16から先のヘッダーパイプ3側はラジエータ30の反対側にオフセットして配置される。したがって、ヘッダーパイプ3とラジエータ30との干渉を防止しつつ両者の間の隙間を小さくすることが可能になるので、コンデンサとラジエータ間の気洩れによるコンデンサ通過風量の低下等を防止することが可能になる。つまり、ヘッダーパイプ3へのチューブ挿入寸法の増加、該ヘッダーパイプ3内に収容される内蔵物11の径の縮小を招くことなく、該ヘッダーパイプ3の熱交換器厚み方向へのオフセット配置が可能となる。
In the subcool type condenser 1 (heat exchanger) configured as described above, as shown in FIG. 10, the
また、このような熱交換器においては、ヘッダーパイプ3は、横断面形状が円形の円管から構成することができるので、内部横断面形状を円形に形成することができる。したがって、内圧をヘッダーパイプ3の内面で均等に受けて大きな内圧がかかる場合にもヘッダーパイプ3の変形を抑えて、耐圧性能の低下を防止することができる。また、余剰肉部を廃止できるので、押出成形等による生産性を向上し軽量化、低コスト化を実現することができる。
In such a heat exchanger, the
図12は本発明の別の実施態様に係るサブクールタイプコンデンサ1(熱交換器)の配置例を示している。図11においては、熱交換器のコア部全体13を通風方向上流側に屈曲させているが、ヘッダーパイプ3とラジエータ30の接触よりも、むしろ通風方向上流側に存在する隣接機器との接触のおそれが懸念される場合には、図12に示すように熱交換器のコア部全体13を通風方向下流側(ラジエータ側)に屈曲させるようにしてもよい。
FIG. 12 shows an arrangement example of the subcool type condenser 1 (heat exchanger) according to another embodiment of the present invention. In FIG. 11, the
本発明は、少なくとも一方のヘッダーパイプを大径に構成することが要求されるあらゆるパラレルフロー型熱交換器に適用でき、とくに車載のコンデンサ、中でもサブクールタイプコンデンサに好適に適用できる。 The present invention can be applied to any parallel flow type heat exchanger in which at least one header pipe is required to have a large diameter, and is particularly suitable for an on-vehicle capacitor, particularly a subcool type capacitor.
1 熱交換器(サブクールタイプコンデンサ)
2 小径のヘッダーパイプ
3、21、41、51、52 大径のヘッダーパイプ
4 熱交換チューブ4
5 フィン
6 冷媒の入口部
7 冷媒の出口部
8 仕切板
9 乾燥剤ユニット
10 ストレーナ
11、43 内蔵物
12 保持板
13 コア部全体
14 冷媒凝縮コア部
15 サブクールコア部
16 屈曲部
30 ラジエータ
42 チューブ端部挿入寸法
53 余剰肉部
A 平坦面
1 Heat exchanger (subcool type condenser)
2 Small
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 Fin 6
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