JP2006250412A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 一方の流体の流れを他方の流れによって流れ方向を可変できる開口面積の異なる２系統以上からなる開口部を具備する流入口を配設させることで、広範囲な流体流量域で用いられる場合でもヘッダタンクから各チューブへの流体の分流を均等化することができる熱交換器を実現する。
【解決手段】 流通部１５１は、入口側通路１５１ａとその他の通路１５１ｃ、１５１ｂとに区画され、入口側通路１５１ａの一端には、主流、副流の２系統の流れを起こすための二つの開口部１９１、１９２を有する流入口部材１９０が設けられ、複数のチューブ１１０に向けて流入する流体の主流の流れが副流の流れにより略均等に分流するように主流開口部１９１と副流開口部１９２とが形成されている。これにより、分流を均等化することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、熱交換器に関するものであり、例えば、冷凍サイクル装置に用いられる蒸発器などに適用して好適である。

従来、この種の熱交換器として、例えば、特許文献１および特許文献２に示されるものが知られている。特許文献１では、チューブを複数積層し、このチューブの長手方向の両端にヘッダタンクを設けた熱交換器において、一端側のヘッダタンクには、入口側通路と出口側通路とが設けられ、その入口側通路には流入した流体が、流入口近傍とその長手方向奥側に二分して分流する分流板を配設している。

これにより、流入口近傍と長手方向奥側との冷媒の偏流を防止するができるとともに、入口側通路内、長手方向に積層された複数のチューブに均等に流体が分流される（例えば、特許文献１参照。）。

一方、特許文献２では、入口側通路の上流端に設けた流入口に円形状の開口部を形成し、その円形の開口部に複数の小穴を有する球面状の流体分散部を覆うように流入口を形成している。そして、小穴から吹き出す流体が球面によって上向きや下向きに変化させることで分散効果を上げるようにしている。
特開２００５−３０７４１号公報 特開２００２−３４０４９５号公報

しかしながら、上記特許文献１のような構成によれば、ある特定の流量の範囲内においては、各チューブに均等に流体を分流することができるが、例えば、３０〜１８０ｋｇ／ｈとなる広範囲の冷媒流量域において、全てを満足するような分流板の配設位置、長さを決定するのは非常に困難な問題がある。

例えば、冷媒流量が多い場合には、冷媒がヘッダタンクの長手方向奥側に向けて流れやすくなるため、分流板の配設位置を流入口よりも遠ざけて設置して、その分流板の長さ方向の長さを短くしなければならない。逆に、冷媒流量が少ない場合には、冷媒が流入口の近傍で下方側に流れやすくなるため、分流板の配設位置を流入口の近傍に設置して、その分流板の長さを長くする必要がある。これにより、広範囲の冷媒流量域における冷媒の分流を均等化することが困難である。

また、上記特許文献２のような構成によれば、小穴の径について、明細書に詳しくは記載されていないが、例えば、φ１ｍｍ程度の小穴であれば、高流量時において、冷媒側の圧力損失が増大するため冷凍サイクルにおけるシステム効率を低下させる問題がある。

また、上記特許文献２では、上述した実施例の他に、上半分を半円で形成し、下半分に複数の小穴を有する流体分散部で覆う方法（特許文献２の図５参照）もあるが、この場合においてφ１ｍｍ程度の小穴であれば、上半分と下半分の分流の比率が２００：１程度となってほとんどの冷媒が上半分の半円から流入してしまう。これにより、広範囲の冷媒流量域における冷媒の分流を均等化することが困難である。

さらに、これらの他に、円形状に形成した大きな円とその外周に複数の小穴を形成する方法（特許文献２の図５参照）もあるが、このような場合では、その小穴との分流の比率が１００：１程度となってほとんどの冷媒が円形状の大きな円側から流入してしまう。

そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、一方の流体の流れを他方の流れによって流れ方向を可変できる開口面積の異なる２系統以上からなる開口部を具備する流入口を配設させることで、広範囲な流体流量域で用いられる場合でもヘッダタンクから各チューブへの流体の分流を均等化することができる熱交換器を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１ないし請求項１０に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、複数積層されるチューブ（１１０）と、内部に流体が流通する流通部（１５１）を形成してチューブ（１１０）の積層方向に延びるヘッダタンク（１４０ａ）とを有し、このヘッダタンク（１４０ａ）にチューブ（１１０）の長手方向の端部を接合して、流通部（１５１）とチューブ（１１０）の内部とが互いに連通する熱交換器において、
流通部（１５１）は、入口側通路（１５１ａ）とその他の通路（１５１ｃ、１５１ｂ）とに区画され、その入口側通路（１５１ａ）の一端には、少なくとも主流、副流の２系統以上の流れを起こすための開口部（１９１、１９２）を有する流入口部材（１９０）が設けられ、複数のチューブ（１１０）に向けて流入する流体の主流の流れが副流の流れにより略均等に分流するように開口部（１９１、１９２）が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、流入口部材（１９０）で入口側通路（１５１ａ）の長手方向に流入する流体を、低流量のときに長手方向に対して主に手前側に流入するように流速の遅い主流の開口を形成し、その長手方向の奥側に流入するように流速の早い副流の開口を形成する。

そして、高流量になると、主流の流れが手前側に流入しなくなってくるので、この主流の流れを副流の流れで手前側に流入するように副流の開口を形成すれば良い。これにより、広範囲な流体流量域で用いられる場合でも入口側通路（１５１ａ）から各チューブ（１１０）への流体の分流を均等化することができる。

請求項２に記載の発明では、開口部（１９１、１９２）は、入口側通路（１５１ａ）の断面積よりも小さい開口面積を有する主流開口部（１９１）と、その主流開口部（１９１）よりも小さい開口面積を有する一つまたは複数個の副流開口部（１９２）とから構成され、
流入口部材（１９０）がチューブ（１１０）の上端よりも上方に配設されるときに、流入口部材（１９０）は、主流開口部（１９１）の上端側に副流開口部（１９２）が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、具体的には、上方のヘッダタンク（１４０ａ）から下方のヘッダタンク（１４０ｂ）に流体を流すときは、主流開口部（１９１）の上端側に副流開口部（１９２）が形成されることで主流開口部（１９１）から流入した主流の流体が上方に流れる副流の流れに抑えられ手前側に流入されやすくなる。

これにより、高流量になると、主流の流れが長手方向の奥側に流れるようになるが、副流の流れにより手前側のチューブ（１１０）側に主に流れやすくなる。従って、広範囲な流体流量域で用いることが可能となる。

請求項３に記載の発明では、流入口部材（１９０）の上流側に流体入口部（２１０）が設けられ、この流体入口部（２１０）は、流入口部材（１９０）の下方側から流体が主流開口部（１９１）および副流開口部（１９２）に流入するように構成したことを特徴としている。

この発明によれば、流体入口部（２１０）が流入口部材（１９０）の下方に配設されると、主流開口部（１９１）から流入する主流の流れは慣性力により上向きの流れとなるが、上方に形成した副流開口部（１９２）により下向きに抑えることができる。これにより、ヘッダタンク（１４０ａ、１４０ｂ）から各チューブ（１１０）への流体の分流を均等化することができる。

請求項４に記載の発明では、開口部（１９１、１９２）は、入口側通路（１５１ａ）の断面積よりも小さい開口面積を有する主流開口部（１９１）と、その主流開口部（１９１）よりも小さい開口面積を有する一つまたは複数個の副流開口部（１９２）とから構成され、
流入口部材（１９０）がチューブ（１１０）の下端よりも下方に配設されるときに、流入口部材（１９０）は、主流開口部（１９１）の下端側に副流開口部（１９２）が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、具体的には、下方のヘッダタンク（１４０ｂ）から上方のヘッダタンク（１４０ａ）に流体を流すときは、主流開口部（１９１）の下端側に副流開口部（１９２）が形成されることで、主流開口部（１９１）から流入した主流の流体が下方に流れる副流の流れに抑えられ手前側に流入されやすくなる。

請求項５に記載の発明では、入口側通路（１５１ａ）の断面積をＡ、主流開口部（１９１）の開口面積をＡ０、および前記副流開口部（１９２）の開口面積をＡ１とすると、流入口部材（１９０）は、これらの開口面積比が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１３程度〜約０．１６程度となるように形成したことを特徴としている。

この発明によれば、発明者らの研究によって求めた最適な開口面積比であって、この開口面積比の範囲であれば、広範囲（例えば、３０〜１８０ｋｇ／ｈ）の流体流量域に可変しても、温度分布の良好な熱交換器を提供できる。

請求項６に記載の発明では、入口側通路（１５１ａ）に複数積層されるチューブ（１１０）は、好ましくは１パスあたりのコア幅Ｌが約２００ｍｍ程度以下となるように配設されたことを特徴としている。

この発明によれば、入口側通路（１５１ａ）はコア幅Ｌに応じて決まる。従って、コア幅Ｌが大きくなると温度分布が悪化するが、本発明によれば、入口側通路（１５１ａ）を１パスあたりのコア幅Ｌで約２００ｍｍ程度相当まで許容できる。これにより、従来が約１１０ｍｍ程度であったのをこれよりも長くすることができることでパス数を低減できるため車両用空調装置に用いられる蒸発器に好適である。

請求項７に記載の発明では、流入口部材（１９０）は、主流開口部（１９１）の左右端の内側に副流開口部（１９２）が形成されることを特徴としている。この発明によれば、発明者らの研究によって求めたものであって、副流開口部（１９２）が左右端の内側にあれば温度分布が良好であって、これが最適位置である。

請求項８に記載の発明では、流入口部材（１９０）は、主流開口部（１９１）および副流開口部（１９２）の少なくとも一方がノズル状に形成されていることを特徴としている。この発明によれば、ノズル状に形成すると圧力損失を低下することができる。これにより、冷凍サイクルのシステム効率の向上が図れる。

請求項９に記載の発明では、副流開口部（１９２）は、ノズル状に形成された主流開口部（１９１）の壁面に形成したことを特徴としている。この発明では、副流側の機能が低下することなく主流側の流れを抑えることができる。

請求項１０に記載の発明では、ヘッダタンク（１４０ａ）の長手方向に向けて複数積層されるチューブ（１１０）は、空気流れ方向に前後して、複数の行きチューブ群と行きチューブ群と逆方向に流体が流れる複数の戻りチューブ群とを形成させ、行きチューブ群および戻りチューブ群の内部とヘッダタンク（１４０ａ）の流通部（１５１）とが互いに連通されて前後Ｕターン方式となる熱交換器であることを特徴としている。

この発明によれば、前後Ｕターン方式となる熱交換器の場合には、流体の流れを少なくとも１〜２パスで構成することができることで、圧力損失を大幅に低減できるので冷凍サイクルのシステム効率の向上が図れるとともに、熱交換器を小型化にすることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態における熱交換器を図１ないし図７に基づいて説明する。図１は本発明を冷凍サイクル装置に適用した熱交換器である蒸発器１００の全体構成を示す斜視図であり、図２（ａ）は図１中に示すＡ−Ａ断面図、図２（ｂ）は図１中に示すＢ−Ｂ断面図である。

また、図３は本発明の主要部の構成を示す縦断面図、図４は流入口部材１９０に形成する開口部１９１、１９２の最適位置関係を示す模式図、図５は流入口部材１９０と流体入口部２１０との位置関係を示す模式図である。

まず、蒸発器１００は、上流側に設けられた膨張弁（図示せず）で減圧された冷媒が、図１に示すように、流体入口部２１０に流入され、図中に示す矢印の方向に蒸発器１００内を流れ、空気と熱交換することで冷媒が蒸発したガスとなって下流側に流出する。

なお、本実施形態では、本発明を冷媒流れが空気流れ方向に前後する２パスタイプのＵターン方式の蒸発器１００に適用させたものであり、図中に示すＷがコア厚さ、２Ｌがコア長さであって、１パスあたりの最大コア幅Ｌに基づいて２Ｌ長さに形成している。

蒸発器１００は、図１および図２に示すように、コア部１０１および上下のヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂから構成されている。これらを構成する各部材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、嵌合、かしめ、治具固定などにより組み付けられ、予め各部材表面に設けられたろう材に、一体ろう付けにより各部材が接合されて構成している。

コア部１０１は、内部を冷媒が流通する複数のチューブ１１０、および波形に形成された複数のフィン１２０が交互に積層され、左右の最外方フィン１２０の更に外方に、断面コの字状に開口する強度部材としてのサイドプレート１３０が配設されている。なお、チューブ１１０およびフィン１２０は、蒸発器１００の厚さ方向Ｗに複数列（例えば、空気流れの上流側と下流側に２列）設けられている。

ここで、空気流れの上流側に配設される複数のチューブ１１０が戻りチューブ群であり、その下流側に配設される複数のチューブ１１０が行きチューブ群であり、その戻りチューブ群と行きチューブ群とでは、内部に流通する冷媒の流れ方向が逆方向に流れる。

そして、複数のチューブ１１０の長手方向における端部には、チューブ１１０の積層方向Ｌ（長手方向とも称する。）に延びる一対のヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂがそれぞれ設けられている。このヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂは、図２に示すように、タンクプレート１５０、チューブプレート１６０、仕切りプレート１７０ａ、１７０ｂおよびエンドプレート１８０から構成されている。

タンクプレート１５０は、板状部材をプレス加工して流通部１５１の断面形状を略Ｕ字状に複数個形成したものである。そして、チューブプレート１６０は、板状部材をプレス加工して、略コの字状に形成されるとともに、チューブ１１０端部に対応する位置にチューブ挿入孔１６０ａが複数個設けられている。なお、チューブ１１０端部がこのチューブ挿入孔１６０ａに接合されることにより流通部１５１とチューブ１１０の内部とが互いに連通される。

仕切りプレート１７０ａ、１７０ｂは、タンクプレート１５０とチューブプレート１６０とにより形成される流通部１５１を入口側通路１５１ａ、出口側通路１５１ａ、その他の通路１５１ｃに区画するための部材である。

具体的には、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、上方のヘッダタンク１４０ａに形成される流通部１５１は、仕切りプレート１７０ａにより入口側通路１５１ａと出口側通路１５１ａとに区画され、仕切りプレート１７０ｂにより入口側通路１５１ａ、出口側通路１５１ａとその他の通路１５１ｃとに区画される（図３参照）。

また、下方のヘッダタンク１４０ｂに形成される流通部１５１は、仕切りプレート１７０ａでそれぞれその他の通路１５１ｃに区画される。そして、エンドプレート１８０は、タンクプレート１５０とチューブプレート１６０とにより形成される流通部１５１の両端部を閉塞するための部材である。従って、上側ヘッダタンク１４０ａの他端部、下側ヘッダタンク１４０ｂの両端部に配設されている。

そして、上側のヘッダタンク１４０ａの一端部、つまり、入口側通路１５１ａ、出口側通路１５１ｂの端部には、流体入口部２１０、流体出口部２２０が形成された接続部材２００が設けられている。この接続部材２００は、流体入口部２１０が入口側通路１５１ａに連通し、流体出口部２２０が出口側通路１５１ｂに連通している。

次に、流入口部材１９０について説明する。この流入口部材１９０は入口側通路１５１ａから長手方向に積層された複数のチューブ１１０内に分配される冷媒を均等に分流させるものであって、本実施形態では、入口側通路１５１ａ内に流入する冷媒が広範囲な冷媒流量域（例えば、３０〜１８０ｋｇ／ｈ程度）であっても、良好な冷媒分配が行なえるように構成している。

具体的には、流入口部材１９０は板状に形成され、かつヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂと同じ材料で形成されており、図３に示すように、熱交換器としての最初のヘッダであるヘッダタンク１４０ａの一端である入口側通路１５１ａの上流端に配設されている。

そして、ヘッダタンク１４０ａへの流入開口を、その流入口部材１９０によって形成される開口に制限するものであり、流入口部材１９０に主流の流れを起こすための開口部である主流開口部１９１と副流の流れを起こすための開口部である副流開口部１９２とが形成されている。

なお、この流入口部材１９０は、複数の部材によって形成されてもよく、例えば、ヘッダタンク１４０ａを形成する部材の端部によって提供されてもよい。さらに、流入口部材１９０が提供する開口部１９１、１９２は、流入口部材１９０を貫通する孔として形成されることができる。なお、開口部１９１、１９２は、流入口部材１９０と、他の部材との間、例えば、ヘッダタンク１４０ａを形成する部材の端部との間に形成されることもできる。

ところで、本実施形態の流入口部材１９０は、略Ｄ字型状からなる入口側通路１５１ａの断面形状と同様の形状で形成され、入口側通路１５１ａの上端面に蓋のように固定されている。そして、流入口部材１９０のほぼ中央部には、滑らかな曲面によって漏斗状部分が形成されている。流入口部材１９０は、当該漏斗状部分の大径端を上流側に、小径端を下流側に向けて配置される。

この漏斗状部分は、入口側通路１５１ａの一端からその軸方向に沿って他端を指向する筒状のノズルを形成している。また流入口部材１９０の上流側の面は、漏斗状部分によって、入口側通路１５１ａ内へ向かって滑らかに通路断面が縮む筒面を形成している。さらに、流入口部材１９０の下流側、すなわち入口側通路１５１ａ側の面は、漏斗状部分によって、滑らかに外径が縮む筒面を形成している。

この漏斗状部分の小径端が主流開口部１９１とされる。また、副流開口部１９２は、重力方向に対して、漏斗状部分の上側に形成されている。この副流開口部１９２は、漏斗状部分と流入口部材１９０の外縁との間に穿孔されている。また、副流開口部１９２は、主流開口部１９１を中心とする仮想円の接線方向に長手軸をもったやや扁平な開口を形成している。その形状は略楕円もしくは略長円と呼ぶ形状である。副流開口部１９２の上下方向の最も幅が広い部位は、主流開口部１９１の中心上方に位置している。

主流開口部１９１は、漏斗状部分の先端に設けられる結果、副流開口部１９２よりも入口側通路１５１ａ内に入り込んだ位置に開口している。副流開口部１９２から主流開口部１９１へ向かって、流入口部材１９０の漏斗状部分によって滑らかな曲面が形成されている。

また、これらの開口部１９１、１９２は、図４に示すように、流入口部材１９０（もしくは、入口側通路１５１ａでも良い）の断面積をＡ、主流開口部１９１の開口面積をＡ０、副流開口部１９２の開口面積をＡ１とすると、主流開口部１９１の方が流入口部材１９０の断面積Ａに対し、開口率約０．０７〜０．１５程度で形成され、副流開口部１９２の方が流入口部材１９０の断面積Ａに対し、開口率約０〜０．０８程度で形成されている。

なお、副流開口部１９２の開口率の最小値は可能な限り小さくすることができるが、０以上とされる。つまり、主流の開口面積Ａ０は、流入口部材１９０の断面積Ａよりも小さく、副流の開口面積Ａ１は主流の開口面積Ａ０よりも小さく形成している。

また、副流開口部１９２の最適位置は、主流開口部１９１に対して、図４に示すように、主流開口部１９１の上端の上方、および主流開口部１９１の左右端内に収まるような位置に形成している。なお、上述した開口面積Ａ０、Ａ１の最適開口面積については後述する。

そして、流入口部材１９０の上流側に設けられる本実施形態の接続部材２００は、図５に示すように、扁平な直方体状である熱交換器の側面の上側に配置されている。熱交換器としての冷媒入口と冷媒出口とを形成する接続部材２００は、ヘッダタンク１４０ａ内に形成される入口側通路１５１ａおよび出口側通路１５１ｂとの端部に接合している。

そして、接続部材２００には、その上部にヘッダタンク１４０ａの長手方向に延び出す流体出口部２２０を有し、この流体出口部２２０よりやや下方であって、入口側通路１５１ａのやや下方に流体入口部２１０を有している。これにより、流入口部材１９０の重力方向の下方側に流体入口部２１０が設けられているため、主流開口部１９１および副流開口部１９２には冷媒が下方側から流入する。

つまり、接続部材２００の内部には、流体入口部２１０から熱交換器の側面に沿って上方向へ延び流入口部材１９０の背面に到達する上昇通路を形成する。なお、流体入口部２１０から見て、漏斗状部分の大径端は、副流開口部１９２より手前側に位置して開口していることになる。

次に、以上の構成による蒸発器１００の作用について説明する。ところで、本実施形態の蒸発器１００は、流体出口部２２０が図示しない圧縮機の吸入側と接続され、流体入口部２１０が図示しない膨張弁と接続されるものである。

従って、冷凍サイクル装置の作動により、図示しない膨張弁で減圧された冷媒は、流体入口部２１０に流入し、図１に示す矢印のように、流入部１９０を介して入口側通路１５１ａに流入し、チューブ１１０を介して下方向に流れ下側のヘッダタンク１４０ｂのその他の通路１５１ｃに流入し、チューブ１１０を介して上方向に流れ上側のヘッダタンク１４０ａのその他の通路１５１ｃに流入する。

そして、このその他の通路１５１ｃから、チューブ１１０を介して下方向に流れ下側のヘッダタンク１４０ｂのその他の通路１５１ｃに流入し、チューブ１１０を介して上方向に流れ上側のヘッダタンク１４０ａの出口側通路１５１ｂに流入し、流体出口部２２０から流出する。この間に減圧された冷媒はコア部１０１において、外部空気と熱交換して蒸発されて圧縮機の吸入側に流出される。

ここで、流入部１９０の作用について説明する。まず、低流量のときは、開口面積の大きい（圧力損失の小さい）主流開口部１９１側に大半の冷媒が流入する。そして、入口側通路１５１ａ内で主流の流れを形成する。開口面積の小さい（流速の大きい）副流開口部１９２側に流入した一部の冷媒は入口側通路１５１ａ内で副流の流れを形成する。

このときに、副流の流れは入口側通路１５１ａの長手方向の奥側に流入するとともに、主流の流れの上向きの慣性力を抑えるように作用する。そして、主流の流れおよび副流の流れにより入口側通路１５１ａの長手方向手前側を含めて複数のチューブ１１０に向けて均等に分流するように流入することができる。

そして、順次、高流量に増加したときは、主流の流れと副流の流れとがそれぞれ流速が高められて長手方向の奥側に向けて流入するようになるが、後述する最適開口面積Ａ０、Ａ１に基づいて主流開口部１９１と副流開口部１９２とを形成したことにより、上向きの慣性力を形成する主流の流れを流速の大きい副流の流れにより減速させるとともに下向きの流れに抑制させることで、入口側通路１５１ａの長手方向手前側を含めて複数のチューブ１１０に向けて均等に分流するように流入することができる。

これは、発明者らの研究により見い出したものであって、広範囲（例えば、３０〜１８０ｋｇ／ｈ）の冷媒流量域において、温度分布が良好となる流入口部材１９０の断面積Ａ、主流開口部１９１の開口面積Ａ０および副流開口部１９２の開口面積Ａ１との関係を実験により検討したものである。

具体的には、主流部の開口面積比Ａ０／Ａと副流部の開口面積比Ａ１／Ａとの関係に基づいて、低流量域（３０ｋｇ／ｈ）と高流量域（１８０ｋｇ／ｈ）とにおける温度分布良好域と温度分布悪化域との境界値を求める実験を行なった。

図６は実験で求めた境界値より温度分布良好範囲を求めた特性図である。図中に示すａは高流量域（１８０ｋｇ／ｈ）における境界値を示す特性であり、図中に示すｂは低流量域（３０ｋｇ／ｈ）における境界値を示す特性であり、境界値ａとｂとの間に温度分布良好域があることを見い出した。

さらに、主流部と副流部との開口面積比を、図６に示すように、境界値ａ側が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１３程度となり、境界値ｂ側が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１６程度であることを見い出した。これにより、主流部と副流部との開口面積比が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１３〜０．１６程度の範囲内に基づいて開口面積Ａ０と開口面積Ａ１とで形成すれば温度分布良好域が得られることが分った。

また、図７は温度分布と１パスあたりのコア幅Ｌの境界値を実験により、従来のタイプ、すなわち流入口近傍とその長手方向奥側に二分して分流する分流板を配設したもの（特許文献１参照）と、本発明による流入口部材１９０を配設した開発品とにおいて、それぞれの境界値を検討した結果である。

図中に示す（ａ）が開発品の特性であり、コア幅Ｌが最大２００ｍｍ程度までは温度分布が良好であるとともに、コア幅Ｌが長くなるにつれて徐々に温度分布が悪化していく傾向が見られる。一方、図中に示す（ｂ）は従来品の特性であって、コア幅Ｌが最大１１０ｍｍを超えると温度分布が悪化している。さらに、コア幅Ｌが１００ｍｍ近傍で温度分布が急激に悪化する変曲点を有していることが分った。

これにより、本開発品のほうが１パスあたりのコア幅Ｌを長くすることが分った。因みに、本実施形態では１パスあたりのコア幅Ｌを１５０ｍｍ〜最大２００ｍｍ以下に収めて２パスで形成している。

なお、本実施形態では主流開口部１９１をノズル状に形成することで、流入口部材１９０を流入する冷媒の圧力損失が低減される。つまり、冷凍サイクル装置のシステム効率が向上できる。

以上の第１実施形態による蒸発器１００によれば、流通部１５１は、入口側通路１５１ａとその他の通路１５１ｃ、１５１ｂとに区画され、その入口側通路１５１ａの一端には、少なくとも主流、副流の２系統の流れを起こすための開口部１９１、１９２を有する流入口部材１９０が設けられ、複数のチューブ１１０に向けて流入する流体の主流の流れが副流の流れにより略均等に分流するように主流開口部１９１と副流開口部、１９２が形成されている。

言い換えれば、流入口部材１９０で入口側通路１５１ａの長手方向に流入する流体を、低流量のときに長手方向に対して主に手前側に流入するように流速の遅い主流の開口を形成し、その長手方向の奥側に流入するように流速の早い副流の開口を形成する。そして、高流量になると、主流の流れが手前側に流入しなくなってくるので、この主流の流れを副流の流れで手前側に流入するように副流の開口を形成すれば良い。これにより、広範囲な流体流量域で用いられる場合でも入口側通路１５１ａから各チューブ１１０への流体の分流を均等化することができる。

具体的には、入口側通路１５１ａの断面積Ａよりも小さい開口面積Ａ０を有する主流開口部１９１と、その主流開口部１９１よりも小さい開口面積を有する副流開口部１９２とから構成されることにより、上方のヘッダタンク１４０ａから下方のヘッダタンク１４０ｂに流体を流すときは、主流開口部１９１の上端側に副流開口部１９２が形成されることで主流開口部１９１から流入した主流の冷媒が上方に流れる副流の流れに抑えられ手前側に流入されやすくなる。

これにより、高流量になると、主流の流れが長手方向の奥側に流れるようになるが、副流の流れにより手前側のチューブ１１０側に主に流れやすくなる。従って、広範囲な流体流量域で用いることが可能となる。

また、流体入口部２１０は、流入口部材１９０の下方側から流体が主流開口部１９１および副流開口部１９２に流入するように構成したことにより、流体入口部２１０が流入口部材１９０の下方に配設されると、主流開口部１９１から流入する主流の流れは慣性力により上向きの流れとなるが、上方に形成した副流開口部１９２により下向きに抑えることができる。これにより、ヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂから各チューブ１１０への流体の分流を均等化することができる。

また、入口側通路１５１ａの断面積をＡ、主流開口部１９１の開口面積をＡ０、および副流開口部１９２の開口面積をＡ１とすると、流入口部材１９０は、これらの開口面積比が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１３程度〜約０．１６程度となるように形成したことにより、これは、発明者らの研究によって求めた最適な開口面積比であって、この開口面積比の範囲であれば、広範囲（例えば、３０〜１８０ｋｇ／ｈ）の流体流量域に可変しても、温度分布の良好な熱交換器を提供できる。

また、入口側通路１５１ａに複数積層されるチューブ１１０は、好ましくは１パスあたりのコア幅Ｌが約２００ｍｍ程度以下となるように配設されたことにより、入口側通路１５１ａはコア幅Ｌに応じて決まる。従って、コア幅Ｌが大きくなると温度分布が悪化するが、本発明によれば、入口側通路１５１ａをコア幅Ｌで約２００ｍｍ程度相当まで許容できる。これにより、従来が約１１０ｍｍ程度以下であったのをこれよりも長くすることができることでパス数を低減できるため車両用空調装置に用いられる蒸発器に好適である。

さらに、従来品ではコア幅Ｌが約１００ｍｍ近傍で変曲点を有していたが、これがなくなるため運転状態、空調作動状態の変化があっても安定した良好の温度分布を実現することができる。

また、流入口部材１９０は、主流開口部１９１の左右端の内側に副流開口部１９２が形成されることにより、発明者らの研究によって求めたものであって、副流開口部１９２が左右端の内側にあれば温度分布が良好であってこれが最適位置である。さらに、主流開口部１９１をノズル状に形成されていることにより、ノズル状に形成すると圧力損失を低下することができる。これにより、冷凍サイクルのシステム効率の向上が図れる。

また、ヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂの長手方向に向けて複数積層されるチューブ１１０は、空気流れ方向に前後して、複数の行きチューブ群と行きチューブ群と逆方向に流体が流れる複数の戻りチューブ群とを形成させ、行きチューブ群および戻りチューブ群の内部と一対のヘッダタンク１４０ａ、１４０ｂの流通部１５１とが互いに連通されて前後Ｕターン方式となる蒸発器１００であることにより、前後Ｕターン方式となる蒸発器であるが、流体の流れを少なくとも１〜２パスで構成することができることで、圧力損失を大幅に低減できるので冷凍サイクルのシステム効率の向上が図れるとともに、蒸発器１００を小型化にすることができる。

（第２実施形態）
以上の第１実施形態では、流入口部材１９０に形成する主流開口部１９１をノズル状に形成し、副流開口部１９２を略楕円状に形成したが、これに限らず、具体的には、図８（ａ）に示すように、ノズル状に形成した主流開口部１９１の上端側壁面に副流開口部１９２を形成しても良い。これによれば、副流の流れの機能が低下することなく主流の流れを抑えることができる。

また、図８（ｂ）に示すように、主流開口部１９１および副流開口部１９２をオリフィス状に形成しても良い。また、副流開口部１９２を略楕円状に形成したが、これに限らず円形状、もしくはその他の開口する形状で形成しても良い。さらに、図８（ｂ）に示すように、主流開口部１９１および副流開口部１９２ともにノズル状に形成しても良い。これによれば、冷媒流れの圧力損失を低下することができる。

（第３実施形態）
以上の実施形態の他に、主流開口部１９１もしくは副流開口部１９２を特殊な形状で形成しても良い。具体的には、図９（ａ）ないし図９（ｅ）が一実施例と挙げられる。図９（ａ）に示すように、副流開口部１９２を主流開口部１９１の上方に複数個形成しても良い。なお、このときに、副流開口部１９２の形状を略楕円状に限定せずにその他の開口する形状で形成しても良い。

また、副流開口部１９２の位置が主流開口部１９１の左右端から外側にはみ出た位置に形成しても良い。これによると、副流開口部１９２の位置が最適位置から逸脱することになるため、以上の実施形態で説明した最適開口面積比の範囲が狭められる。

次に、図９（ｂ）に示すように、主流開口部１９１のノズル形状のうち、上方のバーリングを長くするように形成している。これによれば、開口部が下向きに形成されるため主流の流れが下向きに流れるように抑制される。

また、図９（ｃ）に示すように、主流開口部１９１のノズル形状の先端を下向きになるように形成して主流の流れが下向きに流れるように形成しても良い。さらに、図９（ｄ）に示すように、主流開口部１９１のノズル形状のうち、上方のみを下向きに部分曲げで形成しても良い。

また、図９（ｅ）に示すように、主流の流れと副流の流れか２系統に形成できれば、主流開口部１９１と副流開口部１９２との開口縁が繋がっていても良い。

（第４実施形態）
以上の実施形態では、上方のヘッダタンク１４０ａに入口側通路１５１ａを形成して、流入口部材１９０がチューブ１１０の上端よりも上方に配設するように構成したが、これに限らず、下方のヘッダタンク１４０ａに入口側通路１５１ａを形成して、流入口部材１９０がチューブ１１０の下端よりも下方に配設するように構成しても良い。

具体的には、図１０ に示すように、下方のヘッダタンク１４０ａから上方のヘッダタンク１４０ｂに向けて上方に冷媒を流すときは、副流開口部１９２が主流開口部１９１の下方側になるように配設する。

これによれば、主流開口部１９１から流入する主流の流れは慣性力により下向きの流れとなるが、下方に形成した副流開口部１９２により上向きに抑えることができる。従ってヘッダタンク１４０ａの入口側通路１５１ａから各チューブ１１０への流体の分流を均等化することができる。

（他の実施形態）
以上の実施形態では、本発明を冷媒流れが空気流れ方向に前後する２パスタイプのＵターン方式の蒸発器１００に適用させたが、これに限らず、具体的に、図１１に示すように、空気流れ方向に前後する１パスタイプのＵターン方式の蒸発器１００に適用しても良い。

また、以上の実施形態では、流体入口部２１０を流入口部材１９０の下方側から冷媒が主流開口部１９１および副流開口部１９２に流入するように構成したが、これに限らず、冷媒が主流開口部１９１および副流開口部１９２に水平方向に流入するように流体入口部２１０を構成しても良い。

本発明の第１実施形態における蒸発器１００の全体構成を示す斜視図である。 （ａ）は図１中に示すＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１中に示すＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第１実施形態におけるヘッダタンク１４０ａ内の構成を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態における流入口部材１９０に形成する開口部１９１、１９２の最適位置関係を示す模式図である。 本発明の第１実施形態における流入口部材１９０と流体入口部２１０との位置関係を示す模式図である。 主流、副流開口部の開口面積比と温度分布良好範囲との関係を示す特性図である。 温度分布と１パスあたりのコア幅Ｌとの関係を示す特性図である。 （ａ）ないし（ｃ）は本発明の第２実施形態におけるヘッダタンク１４０ａ内の構成を示す縦断面図である。 （ａ）ないし（ｅ）は本発明の第３実施形態における流入口部材１９０の形状を示す外観図である。 本発明の第４実施形態におけるヘッダタンク１４０ａ内の構成を示す縦断面図である。 他の実施形態における蒸発器１００の全体構成を示す斜視図である。

符号の説明

１１０…チューブ
１４０ａ…ヘッダタンク
１５１…流通部
１５１ａ…入口側通路
１５１ｂ…出口側通路（その他の通路）
１５１ｃ…その他の通路
１９０…流入口部材
１９１…主流開口部（開口部）
１９２…副流開口部（開口部）
２１０…流体入口部

Claims (10)

1. 複数積層されるチューブ（１１０）と、
   内部に流体が流通する流通部（１５１）を形成して前記チューブ（１１０）の積層方向に延びるヘッダタンク（１４０ａ）とを有し、
   前記ヘッダタンク（１４０ａ）に前記チューブ（１１０）の長手方向の端部を接合して、前記流通部（１５１）と前記チューブ（１１０）の内部とが互いに連通する熱交換器において、
   前記流通部（１５１）は、入口側通路（１５１ａ）とその他の通路（１５１ｃ、１５１ｂ）とに区画され、
   前記入口側通路（１５１ａ）の一端には、少なくとも主流、副流の２系統以上の流れを起こすための開口部（１９１、１９２）を有する流入口部材（１９０）が設けられ、
   前記複数のチューブ（１１０）に向けて流入する流体の主流の流れが副流の流れにより略均等に分流するように前記開口部（１９１、１９２）が形成されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記開口部（１９１、１９２）は、前記入口側通路（１５１ａ）の断面積よりも小さい開口面積を有する主流開口部（１９１）と、その主流開口部（１９１）よりも小さい開口面積を有する一つまたは複数個の副流開口部（１９２）とから構成され、
   前記流入口部材（１９０）が前記チューブ（１１０）の上端よりも上方に配設されるときに、前記流入口部材（１９０）は、前記主流開口部（１９１）の上端側に前記副流開口部（１９２）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記流入口部材（１９０）の上流側に流体入口部（２１０）が設けられ、
   前記流体入口部（２１０）は、前記流入口部材（１９０）の下方側から流体が前記主流開口部（１９１）および前記副流開口部（１９２）に流入するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記開口部（１９１、１９２）は、前記入口側通路（１５１ａ）の断面積よりも小さい開口面積を有する主流開口部（１９１）と、その主流開口部（１９１）よりも小さい開口面積を有する一つまたは複数個の副流開口部（１９２）とから構成され、
   前記流入口部材（１９０）が前記チューブ（１１０）の下端よりも下方に配設されるときに、前記流入口部材（１９０）は、前記主流開口部（１９１）の下端側に前記副流開口部（１９２）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記入口側通路（１５１ａ）の断面積をＡ、前記主流開口部（１９１）の開口面積をＡ０、および前記副流開口部（１９２）の開口面積をＡ１とすると、
   前記流入口部材（１９０）は、これらの開口面積比が（Ａ０＋Ａ１）／Ａ＝約０．１３程度〜約０．１６程度となるように形成したことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。
6. 前記入口側通路（１５１ａ）に複数積層される前記チューブ（１１０）は、好ましくは１パスあたりのコア幅Ｌが約２００ｍｍ程度以下となるように配設されたことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記流入口部材（１９０）は、前記主流開口部（１９１）の左右端の内側に前記副流開口部（１９２）が形成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれか一項に記載の熱交換器。
8. 前記流入口部材（１９０）は、前記主流開口部（１９１）および前記副流開口部（１９２）の少なくとも一方がノズル状に形成されていることを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか一項に記載の熱交換器。
9. 前記副流開口部（１９２）は、ノズル状に形成された前記主流開口部（１９１）の壁面に形成したことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 前記ヘッダタンク（１４０ａ）の長手方向に向けて複数積層される前記チューブ（１１０）は、空気流れ方向に前後して、複数の行きチューブ群と前記行きチューブ群と逆方向に流体が流れる複数の戻りチューブ群とを形成させ、前記行きチューブ群および前記戻りチューブ群の内部と前記ヘッダタンク（１４０ａ）の流通部（１５１）とが互いに連通されて前後Ｕターン方式となる熱交換器であることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器。

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