JP2007093023A

JP2007093023A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2007093023A
Application number: JP2005279096A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yabe; 隆矢部; Hiroyuki Sudo; 博之須藤; Takashi Hirayama; 貴司平山
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12
Also published as: US20070068661A1; CN1940450A

Abstract

【課題】ヒータコアとして用いた場合に、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗および通水抵抗の増大を防止しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管７と、隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィン８とを備えている。熱交換管７の内部高さHtを１．２〜１．７ｍｍ、熱交換管７の通風方向の幅を１８〜２４ｍｍ、コルゲートフィン８のフィン高さHfを４．０〜６．５ｍｍとする。
【選択図】図２

Description

この発明は、たとえば車両のカーエアコンに組み込まれるヒータコアとして好適に用いられる熱交換器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

カーエアコン用のヒータコアとして、従来、互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する平坦な連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えており、熱交換管の管高さ（ヘッダ長さ方向の厚み）が１．４〜１．８ｍｍ、熱交換管を形成するアルミニウム条材の肉厚、すなわち熱交換管の管壁の肉厚が０．４ｍｍ、熱交換管の内部高さ（管高さ−管壁肉厚）が０．６〜１．０ｍｍ、コルゲートフィンの奥行き長さが２１〜３２ｍｍ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が２．５〜５．０ｍｍ未満であるものが知られている（特許文献１参照）。

ところで、最近では、ヒータコアの性能のさらなる向上が要求されているが、特許文献１記載のヒータコアによれば、放熱性能は優れているものの、通気抵抗および通水抵抗が高くなり、全体としての要求性能を満足できないという問題がある。

そして、本発明者らは、ヒータコアの性能因子である放熱量、通気抵抗および通水抵抗の最適化を図るために、熱交換管の内部高さおよびコルゲートフィンのフィン高さに注目し、本発明の完成に至ったのである。
特許第３４５９２７１号公報（請求項１、段落００１２、段落００１７）

この発明の目的は、上記問題を解決し、ヒータコアとして用いた場合に、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗および通水抵抗の増大を防止しうる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する平坦な連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器であって、
熱交換管の内部高さが１．２〜１．７ｍｍ、熱交換管の通風方向の幅が１８〜２４ｍｍ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が４．０〜７．５ｍｍである熱交換器。

2)熱交換管の内部高さが１．３〜１．５ｍｍである上記1)記載の熱交換器。

3)コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が５．０〜６．５ｍｍである上記1)または2)記載の熱交換器。

4)熱交換管が、互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしにまたがる２つの側壁と、両平坦壁の幅方向の中間部どうしに跨る１つの補強壁とを備えており、一方の平坦壁が１つの第１平坦壁形成部からなり、他方の平坦壁が、側壁を介して第１平坦壁形成部の両側縁に一体に形成されるとともに、側壁とは反対側の縁部どうしが突き合わされた２つの第２平坦壁形成部からなり、補強壁が、両第２平坦壁形成部における互いに突き合わされた縁部にそれぞれ第１平坦壁形成部側に突出するように一体に形成され、かつ先端部が第１平坦壁形成部に当接した補強壁形成部からなり、補強壁形成部の先端に両側壁側に屈曲した屈曲部が一体に形成されるとともに当該屈曲部が第１平坦壁形成部に接合されている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)熱交換管の内部高さが、第１平坦壁形成部内面と第２平坦壁形成部内面との直線距離である上記4)記載の熱交換器。

6)熱交換管およびコルゲートフィンがアルミニウム製である上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

7)上記1)〜6)のうちのいずれかに記載された熱交換器がヒータコアとして用いられているカーエアコン。

8)上記7)記載のカーエアコンが搭載されている車両。

上記1)の熱交換器によれば、カーエアコンのヒータコアとして用いた場合、放熱性能が優れているとともに、通気抵抗および通水抵抗の増大を防止することができる。

上記2)および3)の熱交換器によれば、上記1)の効果が一層向上する。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による熱交換器を、カーエアコンのヒータコアに適用したものである。

なお、以下の説明において、図１の上下、左右を上下、左右といものとし、図１の紙面裏側（図２の上側）を前、これと反対側を後というものとする。

図１はこの発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコアの全体構成を示し、図２および図３は要部の構成を示す。

図１において、ヒータコア(1)は、上下方向に間隔をおいて配置されかつ左右方向に長いアルミニウム製上ヘッダタンク(2)および下ヘッダタンク(3)と、上下両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

上下両ヘッダタンク(2)(3)の左端部は、熱交換コア部(4)よりも左方に突出しており、上ヘッダタンク(2)の左方突出部に出口パイプ(5)が、下ヘッダタンク(3)の左方突出部に入口パイプ(6)がそれぞれ接続されている。

熱交換コア部(4)は、幅方向が前後方向（通風方向）を向くように左右方向に間隔をおいて配置され、かつ上下両端部が上下両ヘッダタンク(2)(3)に接続された複数のアルミニウム製偏平状熱交換管(7)と、隣り合う熱交換管(7)どうしの間および左右両端の熱交換管(7)の外側に配置されて熱交換管(7)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(8)と、左右両端のコルゲートフィン(8)の外側に配置されてコルゲートフィン(8)にろう付されたサイドプレート(9)とからなる。熱交換管(7)の上下両端部は、上下両ヘッダタンク(2)(3)に形成された管挿入穴（図示略）に挿入された状態で両ヘッダタンク(2)(3)にろう付されている。

図２および図３に示すように、熱交換管(7)は、少なくとも片面にろう材層を有する帯状のアルミニウムブレージングシートを、ろう材層が外側に来るように中空状に曲げてろう付することにより形成されたものであり、互いに対向する左右両壁(11)(12)（１対の平坦壁）と、左右両壁(11)(12)の前後両側縁どうしにまたがる前後両側壁(13)(14)と、左右両壁(11)(12)の幅方向の中央部どうしに跨る１つの補強壁(15)とを備えている。右壁(12)は１つの右壁形成部(12A)からなり、左壁(11)は前後両側壁(13)(14)を介して右壁形成部(12A)の前後両側縁に一体に形成されるとともに、側壁(13)(14)とは反対側の縁部どうしが突き合わされた２つの左壁形成部(11A)(11B)からなる。補強壁(15)は、両左壁形成部(11A)(11B)における互いに突き合わされた縁部にそれぞれ右方に突出するように一体に形成され、かつ先端部が右壁形成部(12A)に当接して右壁形成部(12A)にろう付された補強壁形成部(15A)からなる。補強壁形成部(15A)の先端（右端）に前後両側壁(13)(14)側に屈曲した屈曲部(15B)が一体に形成されるとともに当該屈曲部(15B)が右壁形成部(12A)にろう付されている。

熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)は１８〜２４ｍｍであり、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)、すなわち屈曲部(15B)が存在しない部分の左右両壁(11)(12)の内面間の直線距離は１．２〜１．７ｍｍである。熱交換管(7)の内部高さ(Ht)は１．３〜１．５ｍｍであることが好ましい。さらに、熱交換管(7)の周壁の肉厚は０．１〜０．４ｍｍ、たとえば０．２ｍｍとする。熱交換管(7)の周壁の肉厚は、製造上の制約や、強度上の要求を考慮して決められる。

コルゲートフィン(8)は両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートを用いて波状に形成されたものであり、波頂部(8a)、波底部(8b)および波頂部(8a)と波底部(8b)とを連結する平坦な水平状連結部(8c)よりなり、連結部(8c)に複数のルーバ(16)が前後方向に並んで形成されている。コルゲートフィン(8)の前後方向の幅は熱交換管(7)の前後方向の幅と等しくなっている。そして、コルゲートフィン(8)の波頂部(8a)および波底部(8b)が熱交換管(7)およびサイドプレート(9)にろう付されている。

コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)である波頂部(8a)と波底部(8b)との直線距離は４．０〜７．５ｍｍであり、５．０〜６．５ｍｍであることが好ましい。また、コルゲートフィン(8)の隣り合う波頂部(8a)のピッチを(P)とした場合、フィンピッチ(Pf)はP/2に等しく、Pf＝０．８〜３．０ｍｍ、たとえば１．５ｍｍであることが好ましい。また、コルゲートフィン(8)の肉厚は０．０２〜０．１ｍｍ、たとえば０．０６ｍｍとする。コルゲートフィン(8)のフィンピッチ(Pf)および肉厚は、製造上の制約や、強度上の要求や、通気抵抗を考慮して決められる。

熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を１．２〜１．７ｍｍとしたのは、コンピュータシュミレーション計算をしたところ、図４に示すような結果が得られたからである。このコンピュータシュミレーション計算は、熱交換コア部(4)の高さ：１４０ｍｍ、熱交換コア部(4)の左右方向の幅：１４５ｍｍ、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)：２１ｍｍ、熱交換管(7)の周壁の肉厚：０．２ｍｍ、コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)である波頂部(8a)と波底部(8b)との直線距離：５．７ｍｍ、コルゲートフィン(8)のフィンピッチ(Pf)である連結部(8c)のピッチ：１．５ｍｍ、コルゲートフィン(8)の肉厚：０．０６ｍｍとし、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を変化させて行った。

図４に示すグラフの縦軸は、放熱量と通気抵抗との比率（Ｑ／DPa）と放熱量と通水抵抗の比率（Ｑ／DPw）を表す。ヒータコア(1)の性能を向上させるには、上記２つの比率Ｑ／DPaおよびＱ／DPwのいずれもが大きくなることが必要であるが、通気抵抗を小さくしてＱ／DPaを大きくするには、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を小さくしてフィン高さ(Hf)を小さくする必要があるが、この場合通水抵抗が大きくなる。一方、通水抵抗を小さくしてＱ／DPwを大きくするには、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を大きくしてフィン高さ(Hf)を小さくする必要があるが、この場合通気抵抗が大きくなる。そして、図４に示すグラフから、Ｑ／DPaおよびＱ／DPwのいずれもが好ましい値となっている範囲である１．２〜１．７ｍｍを熱交換管(7)の内部高さとした。また、図４に示すグラフから、熱交換管(7)の内部高さは１．３〜１．５ｍｍであることがより好ましいことは明らかである。なお、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)の下限を０．７ｍｍとしたのは、製造上困難であることも大きな理由である。

コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)を４．０〜７．５ｍｍとしたのは、コンピュータシュミレーション計算をしたところ、図５に示すような結果が得られたからである。このコンピュータシュミレーション計算は、熱交換コア部(4)の高さ：１４０ｍｍ、熱交換コア部(4)の左右方向の幅：１４５ｍｍ、熱交換管(7)の前後方向の幅(Wt)：２１ｍｍ、熱交換管(7)の内部高さ(Ht)：１．４ｍｍ、熱交換管(7)の周壁の肉厚：０．２ｍｍ、コルゲートフィン(8)のフィンピッチ(Pf)である連結部(8c)のピッチ：１．５ｍｍ、コルゲートフィン(8)の肉厚：０．０６ｍｍとし、コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)を変化させて行った。

図５に示すグラフの縦軸は、放熱量と通気抵抗との比率（Ｑ／DPa）と放熱量と通水抵抗の比率（Ｑ／DPw）を表す。ヒータコア(1)の性能を向上させるには、上記２つの比率Ｑ／DPaおよびＱ／DPwのいずれもが大きくなることが必要であるが、通気抵抗を小さくしてＱ／DPaを大きくするには、フィン高さ(Hf)を大きくして熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を小さくする必要があるが、この場合通水抵抗が大きくなる。一方、通水抵抗を小さくしてＱ／DPwを大きくするには、フィン高さ(Hf)を小さくして熱交換管(7)の内部高さ(Ht)を大きくする必要があるが、この場合通気抵抗が大きくなる。そして、図５に示すグラフから、Ｑ／DPaおよびＱ／DPwのいずれもが好ましい値となっている範囲である４．０〜７．５ｍｍをコルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)とした。また、図５に示すグラフから、コルゲートフィン(8)のフィン高さ(Hf)は５．０〜６．５ｍｍであることがより好ましいことは明らかである。

上述したヒータコア(1)において、高温のエンジン冷却水が、エンジンから入口パイプ(6)を通して下ヘッダタンク(3)内に送り込まれる。下ヘッダタンク(3)(3)内に流入した高温エンジン冷却水は分流して熱交換管(7)内に流入し、熱交換管(7)内を上方に流れて上ヘッダタンク(2)内に入る。上ヘッダタンク(2)内に流入した高温エンジン冷却水は出口パイプ(5)を通ってエンジンに戻される。なお、高温のエンジン冷却水は、エンジンからヒータコア(1)およびラジエータに送られることがあり、あるいはエンジンからラジエータのみに送られることがある。

この発明による熱交換器を適用したカーエアコン用ヒータコア(1)の全体構成を示す正面図である。図１のII−II線拡大断面図である。図２のIII−III線断面図である。放熱量と通気抵抗との比率（Ｑ／DPa）および放熱量と通水抵抗の比率（Ｑ／DPw）と、熱交換管の内部高さ(Ht)との関係を示すグラフである。放熱量と通気抵抗との比率（Ｑ／DPa）および放熱量と通水抵抗の比率（Ｑ／DPw）と、フィン高さ(Hf)との関係を示すグラフである。

符号の説明

(1)：ヒータコア（熱交換器）
(2)(3)：ヘッダタンク
(7)：熱交換管
(8)：コルゲートフィン
(8a)：波頂部
(8b)：波底部
(8c)：連結部
(11)：左壁（平坦壁）
(11A)(11B)：左壁形成部（第２平坦壁形成部ｚ）
(12)：右壁（平坦壁）
(12A)：右壁形成部（第１平坦壁形成部）
(13)(14)：側壁
(15)：補強壁
(15A)：補強壁形成部
(15B)：屈曲部
(Ht)：熱交換管の内部高さ
(Hf)：コルゲートフィンのフィン高さ
(Pf)：コルゲートフィンのフィンピッチ

Claims

互いに間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、両ヘッダタンク間に、幅方向が通風方向を向くようにヘッダタンクの長さ方向に間隔をおいて配置され、かつ両端部が両ヘッダタンクに接続された複数の偏平状熱交換管と、波頂部、波底部および波頂部と波底部とを連結する平坦な連結部とよりなり、かつ隣り合う熱交換管どうしの間に配置されたコルゲートフィンとを備えた熱交換器であって、
熱交換管の内部高さが１．２〜１．７ｍｍ、熱交換管の通風方向の幅が１８〜２４ｍｍ、コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が４．０〜７．５ｍｍである熱交換器。
熱交換管の内部高さが１．３〜１．５ｍｍである請求項１記載の熱交換器。
コルゲートフィンのフィン高さである波頂部と波底部との直線距離が５．０〜６．５ｍｍである請求項１または２記載の熱交換器。
熱交換管が、互いに対向する１対の平坦壁と、両平坦壁の両側縁どうしにまたがる２つの側壁と、両平坦壁の幅方向の中間部どうしに跨る１つの補強壁とを備えており、一方の平坦壁が１つの第１平坦壁形成部からなり、他方の平坦壁が、側壁を介して第１平坦壁形成部の両側縁に一体に形成されるとともに、側壁とは反対側の縁部どうしが突き合わされた２つの第２平坦壁形成部からなり、補強壁が、両第２平坦壁形成部における互いに突き合わされた縁部にそれぞれ第１平坦壁形成部側に突出するように一体に形成され、かつ先端部が第１平坦壁形成部に当接した補強壁形成部からなり、補強壁形成部の先端に両側壁側に屈曲した屈曲部が一体に形成されるとともに当該屈曲部が第１平坦壁形成部に接合されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
熱交換管の内部高さが、第１平坦壁形成部内面と第２平坦壁形成部内面との直線距離である請求項４記載の熱交換器。
熱交換管およびコルゲートフィンがアルミニウム製である請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。
請求項１〜６のうちのいずれかに記載された熱交換器がヒータコアとして用いられているカーエアコン。
請求項７記載のカーエアコンが搭載されている車両。