JP2001012821A - サーペンタイン型蒸発器 - Google Patents
サーペンタイン型蒸発器Info
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- JP2001012821A JP2001012821A JP11180458A JP18045899A JP2001012821A JP 2001012821 A JP2001012821 A JP 2001012821A JP 11180458 A JP11180458 A JP 11180458A JP 18045899 A JP18045899 A JP 18045899A JP 2001012821 A JP2001012821 A JP 2001012821A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/02—Header boxes; End plates
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B39/00—Evaporators; Condensers
- F25B39/02—Evaporators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
- F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
- F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
- F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
- F28D1/0477—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag
- F28D1/0478—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits being bent in a serpentine or zig-zag the conduits having a non-circular cross-section
-
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B2309/00—Gas cycle refrigeration machines
- F25B2309/06—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide
- F25B2309/061—Compression machines, plants or systems characterised by the refrigerant being carbon dioxide with cycle highest pressure above the supercritical pressure
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い耐圧性を維持しつつ、冷却能力の高い蒸
発器を提供する。 【解決手段】 チューブ（第１〜３チューブ１１０〜１
３０）を３本としてパス数を３とするとともにチューブ
の長径側外形寸法を４０ｍｍ〜７０ｍｍとし、かつ、そ
の短径側外径寸法を１．５ｍｍ〜３ｍｍとしたサーペン
タイン型の熱交換器とする。これにより、高い耐圧性を
維持しつつ、冷却能力を高くすることができる。
発器を提供する。 【解決手段】 チューブ（第１〜３チューブ１１０〜１
３０）を３本としてパス数を３とするとともにチューブ
の長径側外形寸法を４０ｍｍ〜７０ｍｍとし、かつ、そ
の短径側外径寸法を１．５ｍｍ〜３ｍｍとしたサーペン
タイン型の熱交換器とする。これにより、高い耐圧性を
維持しつつ、冷却能力を高くすることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高圧側の冷媒圧力
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに適用
されるサーペンタイン型蒸発器に関するもので、二酸化
炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用して有効で
ある。
が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界冷凍サイクルに適用
されるサーペンタイン型蒸発器に関するもので、二酸化
炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイクルに適用して有効で
ある。
【０００２】
【従来の技術】超臨界冷凍サイクルでは、フロンを冷媒
とする冷凍サイクルに比べて動作圧力が高いので、超臨
界冷凍サイクル用の蒸発器は高い耐圧性が要求される。
とする冷凍サイクルに比べて動作圧力が高いので、超臨
界冷凍サイクル用の蒸発器は高い耐圧性が要求される。
【０００３】このような要求に対して、１本のチューブ
を蛇行させて熱交換コア部（以下、コアと略す。）を形
成したサーペンタイン型の熱交換器は、図３に示すよう
な複数本のチューブ２００の長手方向両端側にヘッダタ
ンク２１０を配設したいわゆるマルチフロー型（ＭＦ
型）熱交換器に比べて接合部分（ろう付け箇所）が少な
いので、耐圧性及び生産性がＭＦ型熱交換器より高い。
を蛇行させて熱交換コア部（以下、コアと略す。）を形
成したサーペンタイン型の熱交換器は、図３に示すよう
な複数本のチューブ２００の長手方向両端側にヘッダタ
ンク２１０を配設したいわゆるマルチフロー型（ＭＦ
型）熱交換器に比べて接合部分（ろう付け箇所）が少な
いので、耐圧性及び生産性がＭＦ型熱交換器より高い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、１本のチュー
ブを蛇行させたサーペンタイン型熱交換器では、コアを
形成するためにチューブを多数回屈曲させる必要があ
り、チューブの全長が長くなるので、冷媒がチューブ内
を流通する際の圧力損失が大きいという問題がある。
ブを蛇行させたサーペンタイン型熱交換器では、コアを
形成するためにチューブを多数回屈曲させる必要があ
り、チューブの全長が長くなるので、冷媒がチューブ内
を流通する際の圧力損失が大きいという問題がある。
【０００５】本発明は、上記点に鑑み、高い耐圧性を維
持しつつ、冷却能力の高い蒸発器を提供することを目的
とする。
持しつつ、冷却能力の高い蒸発器を提供することを目的
とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１〜３に記載の発明では、冷媒が
流通する扁平形状に形成された３本のチューブ（１１０
〜１３０）と、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
の長手方向一端側に接続され、冷媒を３本のチューブ
（１１０〜１３０）に分配供給する第１ヘッダタンク
（１５０）と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長
手方向他端側に接続され、３本のチューブ（１１０〜１
３０）から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタン
ク（１６０）とを有し、３本のチューブ（１１０〜１３
０）は、複数箇所の屈曲部（１４０）を有して蛇行して
いるとともに、その長径側外形寸法が４０ミリメートル
以上７０ミリメートル以下であり、かつ、その短径側外
径寸法が１．５ミリメートル以上３ミリメートル以下で
あることを特徴とする。
成するために、請求項１〜３に記載の発明では、冷媒が
流通する扁平形状に形成された３本のチューブ（１１０
〜１３０）と、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
の長手方向一端側に接続され、冷媒を３本のチューブ
（１１０〜１３０）に分配供給する第１ヘッダタンク
（１５０）と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長
手方向他端側に接続され、３本のチューブ（１１０〜１
３０）から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタン
ク（１６０）とを有し、３本のチューブ（１１０〜１３
０）は、複数箇所の屈曲部（１４０）を有して蛇行して
いるとともに、その長径側外形寸法が４０ミリメートル
以上７０ミリメートル以下であり、かつ、その短径側外
径寸法が１．５ミリメートル以上３ミリメートル以下で
あることを特徴とする。
【０００７】これにより、高い耐圧性を維持しつつ、後
述するように、冷却能力の高い蒸発器を提供することが
できる。
述するように、冷却能力の高い蒸発器を提供することが
できる。
【０００８】請求項４に記載の発明では、冷媒が流通す
る扁平形状に形成された３本のチューブ（１１０〜１３
０）と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向
一端側に接続され、冷媒を前記３本のチューブ（１１０
〜１３０）に分配供給する第１ヘッダタンク（１５０）
と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向他端
側に接続され、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク（１
６０）とを有し、３本のチューブ（１１０〜１３０）
は、複数箇所の屈曲部（１４０）を有して蛇行している
ことを特徴とする。
る扁平形状に形成された３本のチューブ（１１０〜１３
０）と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向
一端側に接続され、冷媒を前記３本のチューブ（１１０
〜１３０）に分配供給する第１ヘッダタンク（１５０）
と、３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向他端
側に接続され、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク（１
６０）とを有し、３本のチューブ（１１０〜１３０）
は、複数箇所の屈曲部（１４０）を有して蛇行している
ことを特徴とする。
【０００９】これにより、高い耐圧性を維持しつつ、後
述するように、冷却能力の高い蒸発器を提供することが
できる。
述するように、冷却能力の高い蒸発器を提供することが
できる。
【００１０】因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
一例である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本実施形態は、本発明に係るサー
ペンタイン型蒸発器を二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷
凍サイクルを用いた車両用空調装置の蒸発器に適用した
ものであり、図１は本実施形態に係るサーペンタイン型
蒸発器（以下、蒸発器と略す。）１００を用いた車両用
空調装置の模式図であり、以下、車両用空調装置の概略
構造を述べた後に、蒸発器１００について述べる。
ペンタイン型蒸発器を二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷
凍サイクルを用いた車両用空調装置の蒸発器に適用した
ものであり、図１は本実施形態に係るサーペンタイン型
蒸発器（以下、蒸発器と略す。）１００を用いた車両用
空調装置の模式図であり、以下、車両用空調装置の概略
構造を述べた後に、蒸発器１００について述べる。
【００１２】図１中、空気流路をなす空調ケーシング２
の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気
吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成
されるとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉
する吸入口切換ドア５が設けられている。また、この吸
入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段または手
動操作によって開閉される。
の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気
吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成
されるとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉
する吸入口切換ドア５が設けられている。また、この吸
入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段または手
動操作によって開閉される。
【００１３】この吸入口切換ドア５の下流側部位には、
本実施形態に係る送風機７が配設されており、この送風
機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述
する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風されてい
る。送風機７の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸
発器１００が配設されており、送風機７により送風され
た空気は全てこの蒸発器１００を通過する。蒸発器１０
０の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア１
０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジン
１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。
本実施形態に係る送風機７が配設されており、この送風
機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述
する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風されてい
る。送風機７の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸
発器１００が配設されており、送風機７により送風され
た空気は全てこの蒸発器１００を通過する。蒸発器１０
０の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア１
０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジン
１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。
【００１４】また、空調ケーシング２には、ヒータコア
１０をバイパスするバイパス通路１２が形成されてお
り、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０
を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合
を調節するエアミックスドア１３が配設されている。そ
して、風量割合の調節は、エアミックスドア１３の開度
を調節することにより調節される。
１０をバイパスするバイパス通路１２が形成されてお
り、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０
を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合
を調節するエアミックスドア１３が配設されている。そ
して、風量割合の調節は、エアミックスドア１３の開度
を調節することにより調節される。
【００１５】また、空調ケーシング２の最下流側部位に
は、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフ
ェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出
すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内
面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１
７とが形成されている。
は、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフ
ェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出
すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内
面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１
７とが形成されている。
【００１６】そして、上記各吹出口１４、１５、１７の
空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア１
８、１９、２０が配設されているとともに、これらの吹
出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等
の駆動手段によって開閉される。
空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア１
８、１９、２０が配設されているとともに、これらの吹
出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等
の駆動手段によって開閉される。
【００１７】また、２１は上記駆動手段及び送風機７を
制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＥＣＵ２１は
中央演算装置（ＣＰＵ）、随時読み込み書き込み可能記
憶装置（ＲＡＭ）及び読み込み専用記憶装置（ＲＯＭ）
等からなる周知のマイクロコンピュータである。
制御する電子制御装置（ＥＣＵ）であり、ＥＣＵ２１は
中央演算装置（ＣＰＵ）、随時読み込み書き込み可能記
憶装置（ＲＡＭ）及び読み込み専用記憶装置（ＲＯＭ）
等からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００１８】次に、蒸発器１００について図２に基づい
て述べる。
て述べる。
【００１９】１１０〜１３０は冷媒が流通する扁平状の
第１〜３チューブであり、これらチューブ１１０〜１３
０は、複数箇所の屈曲部１４０を有して蛇行している。
なお、第１〜３チューブ１１０〜１３０は、長径方向に
複数本の冷媒通路（図示せず）が並んで形成されるよう
にアルミニウム材を押し出し加工又は引き抜き加工にて
成形されたものである。
第１〜３チューブであり、これらチューブ１１０〜１３
０は、複数箇所の屈曲部１４０を有して蛇行している。
なお、第１〜３チューブ１１０〜１３０は、長径方向に
複数本の冷媒通路（図示せず）が並んで形成されるよう
にアルミニウム材を押し出し加工又は引き抜き加工にて
成形されたものである。
【００２０】そして、各チューブ１１０〜１３０の長手
方向一端側には、冷媒を第１〜３チューブ１１０〜１３
０に分配供給する１本の第１ヘッダタンク１５０に接続
され、一方、他端側は、第１〜３チューブ１１０〜１３
０から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク１
６０に接合されている。
方向一端側には、冷媒を第１〜３チューブ１１０〜１３
０に分配供給する１本の第１ヘッダタンク１５０に接続
され、一方、他端側は、第１〜３チューブ１１０〜１３
０から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク１
６０に接合されている。
【００２１】また、蛇行する各チューブ１１０〜１３０
間には、空気との接触面積を増大させて熱交換を促進す
るコルゲート状（波状）の冷却フィン（以下、フィンと
略す。）１７０が配設されており、このフィン１７０及
び第１〜３チューブ１１０〜１３０により空気と冷媒と
の間で熱交換を行う熱交換コア部（以下、コアと略
す。）１８０が構成されている。
間には、空気との接触面積を増大させて熱交換を促進す
るコルゲート状（波状）の冷却フィン（以下、フィンと
略す。）１７０が配設されており、このフィン１７０及
び第１〜３チューブ１１０〜１３０により空気と冷媒と
の間で熱交換を行う熱交換コア部（以下、コアと略
す。）１８０が構成されている。
【００２２】このとき、コア１８０を空気流れ上流側か
ら投影した投影面積（コア面積）Ｓｃは、０．０４平方
メートル以上０．０９平方メートル以下となっており、
本実施形態では、約０．０７平方メートルである。因み
に、コア面積Ｓｃは、Ｗ×ｈの積であり、第１〜３チュ
ーブ１１０〜１３０の屈曲部１４０及び第１、２ヘッダ
タンク１５０、１６０を含んでいない数値である。
ら投影した投影面積（コア面積）Ｓｃは、０．０４平方
メートル以上０．０９平方メートル以下となっており、
本実施形態では、約０．０７平方メートルである。因み
に、コア面積Ｓｃは、Ｗ×ｈの積であり、第１〜３チュ
ーブ１１０〜１３０の屈曲部１４０及び第１、２ヘッダ
タンク１５０、１６０を含んでいない数値である。
【００２３】また、各チューブ１１０〜１３０の長径外
形寸法（チューブ幅）は４０ミリメートル以上７０ミリ
メートル以下（本実施形態では、６０ミリメートル）で
あり、その肉厚は１．５ミリメートル以上３ミリメート
ル以下（本実施形態では、１．９ミリメートル）であ
り、フィン１７０の高さ（隣り合うチューブ間距離）は
５ミリメートル以上１０ミリメートル以下（本実施形態
では、８ミリメートル）である。
形寸法（チューブ幅）は４０ミリメートル以上７０ミリ
メートル以下（本実施形態では、６０ミリメートル）で
あり、その肉厚は１．５ミリメートル以上３ミリメート
ル以下（本実施形態では、１．９ミリメートル）であ
り、フィン１７０の高さ（隣り合うチューブ間距離）は
５ミリメートル以上１０ミリメートル以下（本実施形態
では、８ミリメートル）である。
【００２４】次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００２５】蒸発器は勿論、熱交換器において熱交換能
力（蒸発器においては吸熱力）を増大させるには、コア
面積を増大して放熱面積を拡大する必要があるが、コア
面積を拡大していくと、熱交換器が大型化していくの
で、例えば本実施形態においては、蒸発器１００を空調
ケーシング２内に収納することができなくなる。
力（蒸発器においては吸熱力）を増大させるには、コア
面積を増大して放熱面積を拡大する必要があるが、コア
面積を拡大していくと、熱交換器が大型化していくの
で、例えば本実施形態においては、蒸発器１００を空調
ケーシング２内に収納することができなくなる。
【００２６】したがって、既に蒸発器１００の設置スペ
ースが決まっている場合、又設置スペースをこれ以上拡
大することができない場合等においては、コア面積を拡
大することにより熱交換能力を増大させるといった手段
は、必ずしも有効ではない。
ースが決まっている場合、又設置スペースをこれ以上拡
大することができない場合等においては、コア面積を拡
大することにより熱交換能力を増大させるといった手段
は、必ずしも有効ではない。
【００２７】また、ＭＦ型熱交換器では、前述のごと
く、チューブ２００の長手方向両端側にヘッダタンク２
１０を配設しているので、既に熱交換器の設置スペース
が決まっている場合、又設置スペースをこれ以上拡大す
ることができない場合等においては、図３に示すよう
に、熱交換器の設置スペースに対してヘッダタンクの外
形寸法Ｄ分だけコア面積が必然的に小さくなってしま
う。
く、チューブ２００の長手方向両端側にヘッダタンク２
１０を配設しているので、既に熱交換器の設置スペース
が決まっている場合、又設置スペースをこれ以上拡大す
ることができない場合等においては、図３に示すよう
に、熱交換器の設置スペースに対してヘッダタンクの外
形寸法Ｄ分だけコア面積が必然的に小さくなってしま
う。
【００２８】これに対して、本実施形態に係る蒸発器１
００においては、蒸発器１００の設置スペースに対し
て、屈曲部１４０の外径側半径寸法Ｒ（図２参照）分だ
けコア面積Ｓｃが小さくなるものの、その小さくなるコ
ア面積は、屈曲部１４０の外径側半径寸法Ｒを十分に小
さくすることにより、実用上問題のない程度とすること
が可能できる。
００においては、蒸発器１００の設置スペースに対し
て、屈曲部１４０の外径側半径寸法Ｒ（図２参照）分だ
けコア面積Ｓｃが小さくなるものの、その小さくなるコ
ア面積は、屈曲部１４０の外径側半径寸法Ｒを十分に小
さくすることにより、実用上問題のない程度とすること
が可能できる。
【００２９】しかし、ＭＦ型熱交換器においては、ヘッ
ダタンクの外形寸法Ｄを小さくすると、各チューブ２１
０に十分な量の冷媒を供給することができなくなるおそ
れが高いので、コア面積を拡大すべくヘッダタンクの外
形寸法Ｄを小さくすると、却って熱交換能力が低下して
しまうおそれが高い。
ダタンクの外形寸法Ｄを小さくすると、各チューブ２１
０に十分な量の冷媒を供給することができなくなるおそ
れが高いので、コア面積を拡大すべくヘッダタンクの外
形寸法Ｄを小さくすると、却って熱交換能力が低下して
しまうおそれが高い。
【００３０】ところで、蒸発器１００では、液相冷媒が
気相冷媒へと相変化しながら（乾き度を大きくしなが
ら）第１ヘッダタンク１５０から第２ヘッダタンク１６
０への流通するが、本実施形態では、３本のチューブ
（第１〜３チューブ１１０〜１３０）を有しているの
で、等しい乾き度を有する冷媒が３カ所存在し得る。な
お、以下、この等しい乾き度を有する冷媒の存在する箇
所数をパス数Ｐｎと呼ぶ。
気相冷媒へと相変化しながら（乾き度を大きくしなが
ら）第１ヘッダタンク１５０から第２ヘッダタンク１６
０への流通するが、本実施形態では、３本のチューブ
（第１〜３チューブ１１０〜１３０）を有しているの
で、等しい乾き度を有する冷媒が３カ所存在し得る。な
お、以下、この等しい乾き度を有する冷媒の存在する箇
所数をパス数Ｐｎと呼ぶ。
【００３１】そして、発明者等は、このパス数Ｐｎをパ
ラメータとして種々の蒸発器を検討したところ、本実施
形態のごとく、パス数Ｐｎを３とすることが望ましいと
の結論を得た。以下、その理由について述べる。
ラメータとして種々の蒸発器を検討したところ、本実施
形態のごとく、パス数Ｐｎを３とすることが望ましいと
の結論を得た。以下、その理由について述べる。
【００３２】例えばパス数Ｐｎを１（チューブを１本）
としたときのチューブ長さをＬ１とした場合、パス数Ｐ
ｎを２（チューブを２本）としたときの各チューブの長
さＬ２は、略Ｌ１／２となる。
としたときのチューブ長さをＬ１とした場合、パス数Ｐ
ｎを２（チューブを２本）としたときの各チューブの長
さＬ２は、略Ｌ１／２となる。
【００３３】ある流量におけるチューブの単位長さ当た
りの圧力損失をｒとすれば、パス数Ｐｎが１のときのチ
ューブ全体の圧力損失Ｒ１は、Ｌ１×ｒとなる。一方、
パス数Ｐｎが２のときは、チューブ１本を流通する冷媒
流量がパス数Ｐｎが１のときの１／２になることによ
り、チューブ内を流通する冷媒の流速の略２乗に比例す
るので、チューブの単位長さ当たりの圧力損失はｒ／４
となる。したがって、パス数Ｐｎが２のときのチューブ
全体の圧力損失Ｒ２は、Ｌ１×ｒ／８となる。このよう
に、パス数Ｐｎが増えるほど、チューブ全体の圧力損失
が小さくなる。
りの圧力損失をｒとすれば、パス数Ｐｎが１のときのチ
ューブ全体の圧力損失Ｒ１は、Ｌ１×ｒとなる。一方、
パス数Ｐｎが２のときは、チューブ１本を流通する冷媒
流量がパス数Ｐｎが１のときの１／２になることによ
り、チューブ内を流通する冷媒の流速の略２乗に比例す
るので、チューブの単位長さ当たりの圧力損失はｒ／４
となる。したがって、パス数Ｐｎが２のときのチューブ
全体の圧力損失Ｒ２は、Ｌ１×ｒ／８となる。このよう
に、パス数Ｐｎが増えるほど、チューブ全体の圧力損失
が小さくなる。
【００３４】ここで、蒸発器１００の冷媒出口側（第２
ヘッダタンク１６０）における冷媒圧力が一定であり、
かつ、パス数Ｐｎによらずチューブの断面積は一定であ
ると仮定し、さらに、コア１８０に流入する空気の温度
が一定であると仮定すると、蒸発器１００の冷媒入口側
（第１ヘッダタンク１５０）における冷媒圧力は、チュ
ーブ全体の圧力損失が小さくなるほど、低くなる。
ヘッダタンク１６０）における冷媒圧力が一定であり、
かつ、パス数Ｐｎによらずチューブの断面積は一定であ
ると仮定し、さらに、コア１８０に流入する空気の温度
が一定であると仮定すると、蒸発器１００の冷媒入口側
（第１ヘッダタンク１５０）における冷媒圧力は、チュ
ーブ全体の圧力損失が小さくなるほど、低くなる。
【００３５】また、気液二層領域では、冷媒温度と冷媒
圧力とは比例関係にあるので、パス数Ｐｎが増えてチュ
ーブ全体の圧力損失が小さくなるほど、冷媒と空気との
温度差が大きくなり、蒸発器１００の冷却能力が大きく
なる。
圧力とは比例関係にあるので、パス数Ｐｎが増えてチュ
ーブ全体の圧力損失が小さくなるほど、冷媒と空気との
温度差が大きくなり、蒸発器１００の冷却能力が大きく
なる。
【００３６】一方、チューブ内の冷媒流量の低下ととも
に冷媒流速が小さくなると、チューブ内で温度境界層が
成長し易くなるので、冷媒側（チューブ内）における熱
伝達率が小さくなり、熱交換効率が低下していく。つま
り、冷媒側（チューブ内）における熱伝達率に着目する
と、パス数Ｐｎが増えるほど、蒸発器１００の冷却能力
が低下する。
に冷媒流速が小さくなると、チューブ内で温度境界層が
成長し易くなるので、冷媒側（チューブ内）における熱
伝達率が小さくなり、熱交換効率が低下していく。つま
り、冷媒側（チューブ内）における熱伝達率に着目する
と、パス数Ｐｎが増えるほど、蒸発器１００の冷却能力
が低下する。
【００３７】そして、以上に述べた考察を踏まえてパス
数Ｐｎと冷却能力との関係を数値シミュレーションした
結果が図４であり、図４に示すように、ＭＦ型・サーペ
インタイン型を問わず、パス数Ｐｎが３近傍に近づくほ
ど、冷却能力が大きくなることが判る。
数Ｐｎと冷却能力との関係を数値シミュレーションした
結果が図４であり、図４に示すように、ＭＦ型・サーペ
インタイン型を問わず、パス数Ｐｎが３近傍に近づくほ
ど、冷却能力が大きくなることが判る。
【００３８】なお、図４ではサーペインタイン型の方が
ＭＦ型より冷却能力が高いが、これは、前述のごとく、
等しい設置スペースにおいては、サーペンタイン型の方
がＭＦ型に比べてコア面積を大きくすることができるか
らである。
ＭＦ型より冷却能力が高いが、これは、前述のごとく、
等しい設置スペースにおいては、サーペンタイン型の方
がＭＦ型に比べてコア面積を大きくすることができるか
らである。
【００３９】因みに、図４に示す数値シミュレーション
の計算条件は、コアへの流入空気につて温度は２７℃、
湿度は５０％、風量は５００立方メートル／時とし、高
圧側圧力は９．２ＭＰａとし、減圧器入口での冷媒温度
は３６．５℃とし、蒸発器の最大外径寸法は２１１．５
ミリメートル×２５６ミリメートルとした場合におい
て、パス数Ｐｎが２のサーペンタイン型の蒸発器の冷却
能力を１００としたものである。
の計算条件は、コアへの流入空気につて温度は２７℃、
湿度は５０％、風量は５００立方メートル／時とし、高
圧側圧力は９．２ＭＰａとし、減圧器入口での冷媒温度
は３６．５℃とし、蒸発器の最大外径寸法は２１１．５
ミリメートル×２５６ミリメートルとした場合におい
て、パス数Ｐｎが２のサーペンタイン型の蒸発器の冷却
能力を１００としたものである。
【００４０】ところで、図５はチューブの短径側外径寸
法をパラメータとして、チューブの長径外径寸法（チュ
ーブ幅）とパス数Ｐｎとの関係を数値シミュレーション
した結果を示すグラフであり、図５から明らかなよう
に、パス数Ｐｎを３とした場合、各チューブ１１０〜１
３０の長径外形寸法（チューブ幅）は４０ミリメートル
以上７０ミリメートル以下とし、その短径側外径は１．
５ミリメートル以上３ミリメートル以下とすることが望
ましいことが判る。
法をパラメータとして、チューブの長径外径寸法（チュ
ーブ幅）とパス数Ｐｎとの関係を数値シミュレーション
した結果を示すグラフであり、図５から明らかなよう
に、パス数Ｐｎを３とした場合、各チューブ１１０〜１
３０の長径外形寸法（チューブ幅）は４０ミリメートル
以上７０ミリメートル以下とし、その短径側外径は１．
５ミリメートル以上３ミリメートル以下とすることが望
ましいことが判る。
【００４１】また、二酸化炭素はフロンに比べて密度が
大きく、フロンに比べて循環体積流量が二酸化炭素より
小さくなることに加えて、粘性がフロンより小さいの
で、チューブ１１０〜１３０内における圧力損失がフロ
ンに比べて小さい。したがって、本実施形態に係る蒸発
器１００は、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイク
ルに適用して有効である。
大きく、フロンに比べて循環体積流量が二酸化炭素より
小さくなることに加えて、粘性がフロンより小さいの
で、チューブ１１０〜１３０内における圧力損失がフロ
ンに比べて小さい。したがって、本実施形態に係る蒸発
器１００は、二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイク
ルに適用して有効である。
【００４２】以上に述べたように、本実施形態に係る蒸
発器１００によれば、高い耐圧性を維持しつつ、高い冷
却能力を発揮させることができる。
発器１００によれば、高い耐圧性を維持しつつ、高い冷
却能力を発揮させることができる。
【図１】車両用空調装置の模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る蒸発器の正面図であ
る。
る。
【図３】ＭＦ型熱交換器の斜視図である。
【図４】パス数Ｐｎと冷却能力との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図５】チューブ幅とパス数Ｐｎとの関係を示すグラフ
である。
である。
１００…蒸発器、１１０…第１チューブ、１２０…第２
チューブ、１３０…第３チューブ、１４０…屈曲部、１
５０…第１ヘッダタンク、１６０…第２ヘッダタンク。
チューブ、１３０…第３チューブ、１４０…屈曲部、１
５０…第１ヘッダタンク、１６０…第２ヘッダタンク。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 憲 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3L103 AA11 AA36 BB33 CC18 CC21 DD06 DD42
Claims (4)
- 【請求項１】 高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上
となる超臨界域を含む冷凍サイクルに適用されるサーペ
ンタイン型蒸発器であって、 冷媒が流通する扁平形状に形成された３本のチューブ
（１１０〜１３０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向一端
側に接続され、冷媒を前記３本のチューブ（１１０〜１
３０）に分配供給する第１ヘッダタンク（１５０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向他端
側に接続され、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク（１
６０）とを有し、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）は、複数箇所の
屈曲部（１４０）を有して蛇行しているとともに、その
長径側外形寸法が４０ミリメートル以上７０ミリメート
ル以下であり、かつ、その短径側外径寸法が１．５ミリ
メートル以上３ミリメートル以下であることを特徴とす
るサーペンタイン型蒸発器。 - 【請求項２】 二酸化炭素を冷媒とする超臨界冷凍サイ
クルに適用されるサーペンタイン型蒸発器であって、 冷媒が流通する扁平形状に形成された３本のチューブ
（１１０〜１３０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向一端
側に接続され、冷媒を前記３本のチューブ（１１０〜１
３０）に分配供給する第１ヘッダタンク（１５０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向他端
側に接続され、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク（１
６０）とを有し、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）は、複数箇所の
屈曲部（１４０）を有して蛇行しているとともに、その
長径側外形寸法が４０ミリメートル以上７０ミリメート
ル以下であり、かつ、その短径側外径寸法が１．５ミリ
メートル以上３ミリメートル以下であることを特徴とす
るサーペンタイン型蒸発器。 - 【請求項３】 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
によって構成される空気と冷媒とを熱交換する熱交換コ
ア部（１８０）を空気流れ上流側からの投影面積は、
０．０４平方メートル以上０．０９平方メートル以下で
あることを特徴とする請求項１又は２に記載のサーペン
タイン型蒸発器。 - 【請求項４】 高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上
となる超臨界冷凍サイクルに適用されるサーペンタイン
型蒸発器であって、 冷媒が流通する扁平形状に形成された３本のチューブ
（１１０〜１３０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向一端
側に接続され、冷媒を前記３本のチューブ（１１０〜１
３０）に分配供給する第１ヘッダタンク（１５０）と、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）の長手方向他端
側に接続され、前記３本のチューブ（１１０〜１３０）
から流出する冷媒を集合回収する第２ヘッダタンク（１
６０）とを有し、 前記３本のチューブ（１１０〜１３０）は、複数箇所の
屈曲部（１４０）を有して蛇行していることを特徴とす
るサーペンタイン型蒸発器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11180458A JP2001012821A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | サーペンタイン型蒸発器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11180458A JP2001012821A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | サーペンタイン型蒸発器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001012821A true JP2001012821A (ja) | 2001-01-19 |
Family
ID=16083588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11180458A Withdrawn JP2001012821A (ja) | 1999-06-25 | 1999-06-25 | サーペンタイン型蒸発器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001012821A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2855599A1 (fr) | 2003-04-21 | 2004-12-03 | Denso Corp | Echangeur de chaleur |
| WO2007063978A1 (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Showa Denko K.K. | 熱交換器 |
| US7231966B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-06-19 | Denso Corporation | Evaporator for refrigerating cycle |
| EP1864060A1 (en) * | 2005-03-18 | 2007-12-12 | Carrier Commercial Refrigeration, Inc. | Heat exchanger arrangement |
| JP2008249326A (ja) * | 2008-07-18 | 2008-10-16 | Denso Corp | 蒸発器 |
| US7571761B2 (en) | 2004-06-28 | 2009-08-11 | Denso Corporation | Heat exchanger |
| CN102444961A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-05-09 | Tcl空调器(中山)有限公司 | 空调温控装置及其温度采集方法 |
-
1999
- 1999-06-25 JP JP11180458A patent/JP2001012821A/ja not_active Withdrawn
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2855599A1 (fr) | 2003-04-21 | 2004-12-03 | Denso Corp | Echangeur de chaleur |
| US7448436B2 (en) | 2003-04-21 | 2008-11-11 | Denso Corporation | Heat exchanger |
| DE102004018282B4 (de) * | 2003-04-21 | 2012-12-06 | Denso Corporation | Wärmetauscher |
| US7231966B2 (en) | 2004-03-30 | 2007-06-19 | Denso Corporation | Evaporator for refrigerating cycle |
| US7571761B2 (en) | 2004-06-28 | 2009-08-11 | Denso Corporation | Heat exchanger |
| EP1864060A1 (en) * | 2005-03-18 | 2007-12-12 | Carrier Commercial Refrigeration, Inc. | Heat exchanger arrangement |
| EP1864060A4 (en) * | 2005-03-18 | 2010-09-29 | Carrier Comm Refrigeration Inc | EXCHANGER ARRANGEMENT |
| WO2007063978A1 (ja) * | 2005-12-02 | 2007-06-07 | Showa Denko K.K. | 熱交換器 |
| JP2008249326A (ja) * | 2008-07-18 | 2008-10-16 | Denso Corp | 蒸発器 |
| JP4702411B2 (ja) * | 2008-07-18 | 2011-06-15 | 株式会社デンソー | 蒸発器 |
| CN102444961A (zh) * | 2011-12-05 | 2012-05-09 | Tcl空调器(中山)有限公司 | 空调温控装置及其温度采集方法 |
| CN102444961B (zh) * | 2011-12-05 | 2014-08-27 | Tcl空调器(中山)有限公司 | 空调温控装置及其温度采集方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060905 |