JP2006526130A - 熱交換器用プレート - Google Patents
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Abstract
【課題】冷媒側の圧力降下量を低減して冷媒の流動分布が均一になるように改善し、過冷／過熱を防止して、エアコンシステムの安定化と冷房性能を向上させた熱交換器を提供する。
【解決手段】上記の目的を達成するために、本発明は、流路と連設されるタンクと、タンクを介して流路内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビードと、流路の入出口側に形成されると共に、１つ以上の第２のビードにより区切られて複数の通路を有する冷媒分配部と、を備えるチューブからなる熱交換器用プレートにおいて、第２のビードのうち少なくとも１つ以上は、冷媒分配部を通過する冷媒が流路側に均一に分布するように他の第２のビードよりも長く一定の長さだけ延びたガイドビードよりなることを特徴とする。
【解決手段】上記の目的を達成するために、本発明は、流路と連設されるタンクと、タンクを介して流路内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビードと、流路の入出口側に形成されると共に、１つ以上の第２のビードにより区切られて複数の通路を有する冷媒分配部と、を備えるチューブからなる熱交換器用プレートにおいて、第２のビードのうち少なくとも１つ以上は、冷媒分配部を通過する冷媒が流路側に均一に分布するように他の第２のビードよりも長く一定の長さだけ延びたガイドビードよりなることを特徴とする。
Description
本発明は熱交換器用プレートに係り、より詳しくは、プレートの流路内を流れる冷媒を乱流化させるために配列される多数のビードを流線状に形成し、且つ、冷媒分配部にはガイドビードを形成することにより、冷媒側の圧力降下量を低減して均一な冷媒分布を得ることができる熱交換器用プレートに関する。
熱交換器は、その内部に熱交換媒体が流れる流路を備えることにより、熱交換媒体と外気との熱交換が行われる装置であり、各種の空調装置に用いられている。 これは、使用条件に応じて、フィンチューブ型、サーパンタイン型、ドローンカップ型、パラレルフロー型などに分類される。
また、熱交換器中で冷媒を熱交換媒体として用いる蒸発器は、一端部に一対のカップが形成されると共に、内部の区切りビードにより“Ｕ”字状の流路が設けられた２枚の１タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる１タンク型と、上下の両端部にそれぞれカップが形成された２枚の２タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる２タンク型と、上下の両端部にそれぞれ一対のカップが形成されると共に、内部の区切りビードにより両側にそれぞれ独立した２本の流路が設けられた２枚の４タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる４タンク型などがある。
また、熱交換器中で冷媒を熱交換媒体として用いる蒸発器は、一端部に一対のカップが形成されると共に、内部の区切りビードにより“Ｕ”字状の流路が設けられた２枚の１タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる１タンク型と、上下の両端部にそれぞれカップが形成された２枚の２タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる２タンク型と、上下の両端部にそれぞれ一対のカップが形成されると共に、内部の区切りビードにより両側にそれぞれ独立した２本の流路が設けられた２枚の４タンクプレートを接合してなるチューブと放熱フィンを交互に積層してなる４タンク型などがある。
上記１タンク型熱交換器は、具体的に、図１ないし図３に示すように、上端部に孔１４ａが形成されたカップ１４を平行に設けてなる一対のタンク４０と、一対のタンク部４０の間に垂直に所定の長さだけ区切りビード１３が形成された片頭型または両頭型プレート１１が２枚互いに接合されることにより、区切りビード１３を中心に全体として“Ｕ”字状の流路１２が形成されると共に、互いに接合されたタンク４０により両側にタンク４０が形成されるチューブ１０と、チューブ１０の間に積層される放熱フィン５０と、チューブ１０及び放熱フィン５０補強のためにこれらの最外側に設けられる２枚のエンド・プレート３０と、を備える。
また、流路１２内を流れる冷媒を乱流化させるために、対向する両側プレートはエンボス加工により多数の第１のビード１５を内側に突出されて接合される。
さらに、各チューブ１０の流路１２の入出口側には、冷媒を流路１２に均一に分配するために、１つ以上の第２のビード１６ａにより区切られた複数の通路１６ｂを有する冷媒分配部１６が形成されている。
加えて、両頭型プレートは、下端部に１つあるいは２つのカップがさらに形成されていることを除いては、片頭型プレート１１と同様であるため、以下では、便宜上、上端部に２つのカップ１４が形成されている片頭型プレート１１のみを例に取って説明を進める。
上記のチューブ１０としては、内部と連通するようにタンク４０の一側に突出すると共に、冷媒を流入するために入口パイプ２と接続される入口側マニホルド２１が形成されたマニホルドチューブ２０と、冷媒を排出するために出口パイプ３と接続される出口側マニホルド２１が形成されたマニホルドチューブ２０も用いられる。
さらに、各チューブ１０の流路１２の入出口側には、冷媒を流路１２に均一に分配するために、１つ以上の第２のビード１６ａにより区切られた複数の通路１６ｂを有する冷媒分配部１６が形成されている。
加えて、両頭型プレートは、下端部に１つあるいは２つのカップがさらに形成されていることを除いては、片頭型プレート１１と同様であるため、以下では、便宜上、上端部に２つのカップ１４が形成されている片頭型プレート１１のみを例に取って説明を進める。
上記のチューブ１０としては、内部と連通するようにタンク４０の一側に突出すると共に、冷媒を流入するために入口パイプ２と接続される入口側マニホルド２１が形成されたマニホルドチューブ２０と、冷媒を排出するために出口パイプ３と接続される出口側マニホルド２１が形成されたマニホルドチューブ２０も用いられる。
図１に示すように、冷媒入出口側のマニホルド２１が形成されたタンク４０には、その内部に、流入冷媒と排出冷媒を区切るための区切り手段６０が形成されている。
このため、一対のタンク４０において、図中、冷媒が流入するタンク４０側を“Ａ”、“Ａ”側から冷媒がＵターンして戻るタンク４０側を“Ｂ”、“Ｂ”側と連通することにより冷媒が流れ込むタンク４０側を“Ｃ”、“Ｃ”側から冷媒がＵターンして戻った後に排出されるタンク４０側を“Ｄ”としたとき、蒸発器１内における冷媒の流れは、入口側マニホルド２１を介して流入する冷媒が、タンク４０の“Ａ”側に均一に分配された後、チューブ１０，２０の“Ｕ”字状流路１２に沿って流れ、隣り合う他側のタンク４０の“Ｂ”側に流入して同タンク４０の“Ｃ”側に流れ続ける。
さらに、チューブ１０，２０の“Ｕ”字状の流路１２に沿って流れ、出口側マニホルド２１が形成されているタンク４０の“Ｄ”側に流入して最終的に排出される。
このため、一対のタンク４０において、図中、冷媒が流入するタンク４０側を“Ａ”、“Ａ”側から冷媒がＵターンして戻るタンク４０側を“Ｂ”、“Ｂ”側と連通することにより冷媒が流れ込むタンク４０側を“Ｃ”、“Ｃ”側から冷媒がＵターンして戻った後に排出されるタンク４０側を“Ｄ”としたとき、蒸発器１内における冷媒の流れは、入口側マニホルド２１を介して流入する冷媒が、タンク４０の“Ａ”側に均一に分配された後、チューブ１０，２０の“Ｕ”字状流路１２に沿って流れ、隣り合う他側のタンク４０の“Ｂ”側に流入して同タンク４０の“Ｃ”側に流れ続ける。
さらに、チューブ１０，２０の“Ｕ”字状の流路１２に沿って流れ、出口側マニホルド２１が形成されているタンク４０の“Ｄ”側に流入して最終的に排出される。
このような蒸発器１は、冷媒ラインに沿って冷媒が流入、排出する過程で、チューブ１０，２０の間を介して吹き込まれる空気と冷媒が熱交換して蒸発することにより、冷媒の蒸発潜熱による吸熱作用で室内に吹き込まれる空気を冷却することになる。
しかしながら、図３に示すように、プレート１１に形成された多数の第１のビード１５が円形を呈することにより、冷媒の流入に際し、第１のビード１５の冷媒が流入する方向によどみ点が生じ、このよどみ点において高い圧力が働いて、冷媒側の圧力降下量が増えると共に、冷媒が縁部側に偏って流れることにより、流路１２内を流れる冷媒の流動分布にバラツキが生じる。
このため、蒸発器１が次第にコンパクト化する傾向に伴い、冷媒側の圧力降下量が増えて冷媒の流動分布にバラツキが生じると、蒸発器１に過冷／過熱が生じる。また、過冷区間においては、蒸発器１の表面にアイシングの問題が発生し、過熱区間においては、空気温度のバラツキによるエアコンシステムの性能低下が起きてエアコンシステムが不安定になると共に、蒸発器１を介して吐き出される空気の温度分布差が大きくなって冷房性能が低下するという問題がある。
しかしながら、図３に示すように、プレート１１に形成された多数の第１のビード１５が円形を呈することにより、冷媒の流入に際し、第１のビード１５の冷媒が流入する方向によどみ点が生じ、このよどみ点において高い圧力が働いて、冷媒側の圧力降下量が増えると共に、冷媒が縁部側に偏って流れることにより、流路１２内を流れる冷媒の流動分布にバラツキが生じる。
このため、蒸発器１が次第にコンパクト化する傾向に伴い、冷媒側の圧力降下量が増えて冷媒の流動分布にバラツキが生じると、蒸発器１に過冷／過熱が生じる。また、過冷区間においては、蒸発器１の表面にアイシングの問題が発生し、過熱区間においては、空気温度のバラツキによるエアコンシステムの性能低下が起きてエアコンシステムが不安定になると共に、蒸発器１を介して吐き出される空気の温度分布差が大きくなって冷房性能が低下するという問題がある。
上記問題点を解決するために、本発明の目的は、プレートの流路内を流れる冷媒を乱流化させるために配列された多数の第１のビードを流線状に形成すると共に、冷媒分配部の第２のビード部には、第１のビードの第１列まで延びるガイドビードを形成することにより、冷媒側の圧力降下量を低減して冷媒の流動分布を均一に改善して過冷／過熱を防止し、エアコンシステムの安定化と冷房性能を向上させた熱交換器を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明は、流路と連設されるタンクと、前記タンクを介して流路内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビードと、前記流路の入出口側に形成されると共に、１以上の第２のビードにより区切られて複数の通路を有する冷媒分配部と、を備えるチューブからなる熱交換器用プレートにおいて、前記第１のビードは流線状であるが、幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が下記の式、
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足することを特徴とする。
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足することを特徴とする。
また、流路と連設されるタンクと、前記タンクを介して流路内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビードと、前記流路の入出口側に形成されると共に、１つ以上の第２のビードにより区切られて複数の通路を有する冷媒分配部と、を備えるチューブからなる熱交換器用プレートにおいて、前記第２のビードのうち少なくとも１つ以上は、前記冷媒分配部を通過する冷媒が前記流路側に均一に分布するように、他の第２のビードよりも長く一定の長さだけ延びたガイドビードよりなることを特徴とする。
本発明によれば、プレートの流路内を流れる冷媒を乱流化させるために配列された多数の第１のビードを流線状に形成すると共に、冷媒分配部に形成された第２のビードには、第１のビードの第１列まで延びるガイドビードを形成することにより、冷媒側の圧力降下量が低減し、放熱量は増えて熱交換の効率が向上する。
また、冷媒流動分布及び吐出空気の温度分布が均一に改善されて蒸発機宜過冷／過熱が防止できると共に、エアコンシステムが安定化して性能も向上する。
さらに、冷媒側の圧力降下量が低減することにより、蒸発器のコンパクト化に有利である。
また、冷媒流動分布及び吐出空気の温度分布が均一に改善されて蒸発機宜過冷／過熱が防止できると共に、エアコンシステムが安定化して性能も向上する。
さらに、冷媒側の圧力降下量が低減することにより、蒸発器のコンパクト化に有利である。
以下、添付した図面に基づき、本発明の好適な実施例について詳述する。
従来と同じ部分に対しては同じ符号を付して説明を進めるが、明細書の簡略化のために、その重複する説明は省く。
従来と同じ部分に対しては同じ符号を付して説明を進めるが、明細書の簡略化のために、その重複する説明は省く。
図４は、本発明の第１の実施例によるチューブをなすプレートが外された状態を示す斜視図であり、図５は、本発明の第１の実施例によるプレートの上部を示す図であり、図６は、本発明の第１の実施例によるプレートにおいて、流線状ビードと従来の円形ビードとの冷媒流動分布を比較して示す図であり、図７は、図６のプレートにおいて、流線状ビードと従来の円形ビードとの速度分布を比較して示す図であり、図８は、本発明に係る第１のビードの幅と長さの比に対する放熱性能を示すグラフであり、図９は、本発明に係る第１のビードの幅と長さの比に対する圧力降下量を示すグラフであり、図１０は、本発明の第１の実施例によるプレートにおいて、第１のビードの配列を変形した一例を示す図であり、図１１は、本発明に係る第１のビード間の間隔による放熱量と圧力降下量を示すグラフであり、そして図１２は、本発明に係るプレートの流路を流れる冷媒流量に対する第１のビードの形状別の放熱量及び圧力降下量を示すグラフである。
先ず、本発明は、周知の如く、１タンク型、２タンク型、４タンク型の蒸発器１いずれにも適用可能であるが、便宜上、１タンク型について説明する。
蒸発器１は、上端部に互いに並ぶように形成されるカップ１１４よりなる一対のタンク１１８と、一対のタンク１１８の間に垂直に所定の長さだけ区切りビード１１３が形成されたプレート１１１が２枚互いに接合されることにより、区切りビード１１３を中心に全体として“Ｕ”字状の流路１１２が形成されると共に、互いに接合されたタンク１１８により両側にタンク１１８が形成されるチューブ１１０と、チューブ１１０の間に介装される放熱フィン（５０：従来）と、チューブ１１０及び放熱フィン（５０：従来）の補強のためにこれらの最外側に設けられる２枚のエンド・プレート（３０：従来）と、を備える。
蒸発器１は、上端部に互いに並ぶように形成されるカップ１１４よりなる一対のタンク１１８と、一対のタンク１１８の間に垂直に所定の長さだけ区切りビード１１３が形成されたプレート１１１が２枚互いに接合されることにより、区切りビード１１３を中心に全体として“Ｕ”字状の流路１１２が形成されると共に、互いに接合されたタンク１１８により両側にタンク１１８が形成されるチューブ１１０と、チューブ１１０の間に介装される放熱フィン（５０：従来）と、チューブ１１０及び放熱フィン（５０：従来）の補強のためにこれらの最外側に設けられる２枚のエンド・プレート（３０：従来）と、を備える。
チューブ１１０中には、内部と連通するように一つのタンク１１８の一側に延設されて冷媒を流入／排出するように入出口パイプ２３が結合されるマニホルド（２１：従来）が形成された一対のマニホルドプレートが互いに接合されてなるマニホルドチューブ（２０：従来）が設けられ、各チューブ１１０（２０：従来）の流路１１２の入出口側には、少なくとも１つ以上の第２のビード１１６ａにより区切られる複数の通路１１６ｂを有する冷媒分配部１１６が形成されて冷媒が流路１１２に均一に分配され流入するようになっている。
プレート１１１には、区切りビード１１３を中心にその両側に流路１１２に沿って多数の第１のビード１１５がエンボス成形法により内側面に突設しており、冷媒の流動性向上と乱流の誘起を図るために、斜め方向に規則的に格子配列されている。加えて、２枚のプレート１１１にそれぞれ形成された区切りビード１１３及び第１のビード１１５は、互いに接触した状態でろう付けにより接合される。
プレート１１１には、区切りビード１１３を中心にその両側に流路１１２に沿って多数の第１のビード１１５がエンボス成形法により内側面に突設しており、冷媒の流動性向上と乱流の誘起を図るために、斜め方向に規則的に格子配列されている。加えて、２枚のプレート１１１にそれぞれ形成された区切りビード１１３及び第１のビード１１５は、互いに接触した状態でろう付けにより接合される。
蒸発器１において、第１のビード１１５は流線状であることが好ましい。
これは、図６に示すように、従来の円形の第１のビード（１５：従来）と流線状の第１のビード１１５の冷媒流動分布を比較した結果を元に説明すると、従来の円形の第１のビード（１５：従来）は、上述したように、冷媒の流入に際し、冷媒が流入する方向の第１のビード（１５：従来）においてそれぞれよどみ点が生じ、このよどみ点においては高い圧力が働いて冷媒側の圧力降下量が増えると共に、冷媒が縁部側に偏って流れることにより、流路（１２：従来）内を流れる冷媒の流動分布にバラツキが生じていた。
これに対し、本発明の第１のビード１１５は流線状であるため、圧力降下量が低減して第１のビード１１５の冷媒流入方向のよどみ点において高い圧力が生じることなく、第１のビード１１５の流線状面に沿って円滑に流動することが分かる。
これは、図６に示すように、従来の円形の第１のビード（１５：従来）と流線状の第１のビード１１５の冷媒流動分布を比較した結果を元に説明すると、従来の円形の第１のビード（１５：従来）は、上述したように、冷媒の流入に際し、冷媒が流入する方向の第１のビード（１５：従来）においてそれぞれよどみ点が生じ、このよどみ点においては高い圧力が働いて冷媒側の圧力降下量が増えると共に、冷媒が縁部側に偏って流れることにより、流路（１２：従来）内を流れる冷媒の流動分布にバラツキが生じていた。
これに対し、本発明の第１のビード１１５は流線状であるため、圧力降下量が低減して第１のビード１１５の冷媒流入方向のよどみ点において高い圧力が生じることなく、第１のビード１１５の流線状面に沿って円滑に流動することが分かる。
図７は、従来の円形の第１のビード（１５：従来）と流線状の第１のビード１１５の速度分布を比較して示すものであり、図中、Ｘ軸はプレートの内部区間を示し、Ｙ軸は速度を示す。図７に示す通り、従来の円形の第１のビード（１５：従来）は、両縁部側においては冷媒が高速で流動し、中央側においては冷媒が低速で流動することから、速度に大きなバラツキが生じていた。これに対し、本発明の第１のビード１１５は、全区間に亘って均一な速度分布を示している。
このような結果から、流線状の第１のビード１１５が円形の第１のビード（１５：従来）よりも、冷媒の流動分布だけではなく、速度分布の面からも確実に改善された構造であることが分かる。
また、流線状の第１のビード１１５では、冷媒がビード１１５を経由しながら、逆流による後流が後半部に起きるため、冷媒が接触可能な接触面が増えて伝熱能が向上すると共に、後流が比較的低く抑えられ、円形のビード（１５：従来）のように後流による死空間がなくなる。
このような結果から、流線状の第１のビード１１５が円形の第１のビード（１５：従来）よりも、冷媒の流動分布だけではなく、速度分布の面からも確実に改善された構造であることが分かる。
また、流線状の第１のビード１１５では、冷媒がビード１１５を経由しながら、逆流による後流が後半部に起きるため、冷媒が接触可能な接触面が増えて伝熱能が向上すると共に、後流が比較的低く抑えられ、円形のビード（１５：従来）のように後流による死空間がなくなる。
ここで、第１のビード１１５を経由しながら起きる後流は、冷媒の乱類を促して伝熱能を高めるが、従来の円形ビード（１５：従来）のように後流が大きくなると、死空間ができると共に、圧力差による冷媒の流動が不均一になって過冷／過熱が懸念され、さらには、後流があまりにも小さ過ぎると、乱流及び伝熱の促進を低下させる結果となる。
これにより、本発明に係る第１のビード１１５は、冷媒が流入する方向で先端の圧力を減らして後流を適当に生じさせると共に、冷媒の流動分布の不均一性を改善して伝熱性能を向上させるために、流線状に形成されるが、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が制限されている。
これは、図８及び図９に示すグラフのように、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が小さいほど冷媒側の圧力降下量が低減されて有利になるのに対し、放熱能は低下し（略２〜３％）、また、幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が大きいほど放熱能はやや上がって有利になるのに対し、冷媒側の圧力降下量が増えて冷媒の流動分布が不均一になる。
これにより、本発明に係る第１のビード１１５は、冷媒が流入する方向で先端の圧力を減らして後流を適当に生じさせると共に、冷媒の流動分布の不均一性を改善して伝熱性能を向上させるために、流線状に形成されるが、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が制限されている。
これは、図８及び図９に示すグラフのように、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が小さいほど冷媒側の圧力降下量が低減されて有利になるのに対し、放熱能は低下し（略２〜３％）、また、幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）が大きいほど放熱能はやや上がって有利になるのに対し、冷媒側の圧力降下量が増えて冷媒の流動分布が不均一になる。
このため、本発明においては、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）を適正範囲、すなわち、下記の式、
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足するようにし、製作の容易性と性能を考慮するとき、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）は、下記の式、
０．４≦Ｗ／Ｌ≦０．６
を満足することが好ましい。
そして、第１のビード１１５の幅Ｗは、１ｍｍ以上にすることが好ましい。
これは、第１のビード１１５の幅Ｗが１ｍｍ以下になると、製作中にプレート１１１にひび割れが生じる恐れがあるために製作に難点があり、また、幅Ｗが狭くなるに伴い、長さＬが相対的に長くなるため、ビード１１５間の干渉によるひび割れの発生の恐れがあることによる。
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足するようにし、製作の容易性と性能を考慮するとき、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）は、下記の式、
０．４≦Ｗ／Ｌ≦０．６
を満足することが好ましい。
そして、第１のビード１１５の幅Ｗは、１ｍｍ以上にすることが好ましい。
これは、第１のビード１１５の幅Ｗが１ｍｍ以下になると、製作中にプレート１１１にひび割れが生じる恐れがあるために製作に難点があり、また、幅Ｗが狭くなるに伴い、長さＬが相対的に長くなるため、ビード１１５間の干渉によるひび割れの発生の恐れがあることによる。
一方、図１０に示すように、流路１１２上に配列される多数の第１のビード１１５，１１５ａを変形して各流線状のビード１１５列の間に円形ビード１１５ａを形成することにより、線状ビード１１５列と円形ビード１１５ａ列を交互に配列することもできる。
そして、流路１１２上に配列される多数の第１のビード１１５，１１５ａは、長手方向に隣り合う各ビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することが好ましい。
これは、図１１に示すように、第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍよりも狭い場合、放熱量が比較的に高くて熱交換の効率面では大した問題がないのに対し、圧力降下量が大幅に増えて冷媒が縁部側に偏って流れたり、冷媒の流動分布が不均一になるという問題があり、しかも、第１のビード１１５，１１５ａを深絞りなどの方法により成形するとき、プレート材が破裂するなどの成形上の問題点もあるためである。
そして、流路１１２上に配列される多数の第１のビード１１５，１１５ａは、長手方向に隣り合う各ビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することが好ましい。
これは、図１１に示すように、第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍよりも狭い場合、放熱量が比較的に高くて熱交換の効率面では大した問題がないのに対し、圧力降下量が大幅に増えて冷媒が縁部側に偏って流れたり、冷媒の流動分布が不均一になるという問題があり、しかも、第１のビード１１５，１１５ａを深絞りなどの方法により成形するとき、プレート材が破裂するなどの成形上の問題点もあるためである。
そして、第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが５．０ｍｍよりも広い場合、圧力降下量が低減して冷媒の流動分布が改善されるが、放熱量が大いに低下して熱交換の効率が悪化するという問題点がある。
このため、第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓを適正範囲である０．３ｍｍ〜５．０ｍｍを満足するようにしている。
また、上記のように、長手方向に隣り合う第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであるとき、第１のビード１１５，１１５ａの中心線Ｃ１と、この中心線Ｃ１上に位置するある第１のビード１１５，１１５ａの中心から最短距離にある他の列の第１のビード１１５，１１５ａの中心を結ぶ線Ｃ２と、がなす角度ａは、下記の式、
２０゜≦ａ≦７０゜
を満足することが好ましい。
このため、第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓを適正範囲である０．３ｍｍ〜５．０ｍｍを満足するようにしている。
また、上記のように、長手方向に隣り合う第１のビード１１５，１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであるとき、第１のビード１１５，１１５ａの中心線Ｃ１と、この中心線Ｃ１上に位置するある第１のビード１１５，１１５ａの中心から最短距離にある他の列の第１のビード１１５，１１５ａの中心を結ぶ線Ｃ２と、がなす角度ａは、下記の式、
２０゜≦ａ≦７０゜
を満足することが好ましい。
すなわち、角度ａが２０゜未満である場合、第１のビード１１５，１１５ａ間の上下距離が極めて短くなって流動する冷媒が幅方向に広がるよりは、垂直に降下するため、乱流の促進が低下して伝熱面積も狭まり、その結果、放熱量が減るという問題点がある。
また、角度ａが７０゜を超える場合、第１のビード１１５，１１５ａ間の上下距離が大きくなってビードが少数形成されるため、乱流の促進が低下して伝熱面積も狭まり、その結果、放熱量が減るという問題点がある。
図１２は、流路内を流動する流量によって変化する放熱量及び圧力降下量を示すグラフであり、第１のビード１１５の形状が円形であるときと、円形と流線状が交互に配列されているとき、及び流線状であるときを比較して示している。同図に示すように、第１のビード１１５が流線状であるときに放熱量が最高となって熱交換の効率が向上し、これと同時に、圧力降下量は最低で冷媒の流動分布が改善されていることが分かる。
加えて、低い流量時にも流線状が円形よりも有利であることが分かる。
また、角度ａが７０゜を超える場合、第１のビード１１５，１１５ａ間の上下距離が大きくなってビードが少数形成されるため、乱流の促進が低下して伝熱面積も狭まり、その結果、放熱量が減るという問題点がある。
図１２は、流路内を流動する流量によって変化する放熱量及び圧力降下量を示すグラフであり、第１のビード１１５の形状が円形であるときと、円形と流線状が交互に配列されているとき、及び流線状であるときを比較して示している。同図に示すように、第１のビード１１５が流線状であるときに放熱量が最高となって熱交換の効率が向上し、これと同時に、圧力降下量は最低で冷媒の流動分布が改善されていることが分かる。
加えて、低い流量時にも流線状が円形よりも有利であることが分かる。
図１３は、本発明の第２の実施例によるプレートの上部を示す図であり、図１４は、本発明の第２の実施例によるプレートにおいて、ガイドビードが形成された冷媒分配部と従来周知の首ビードとの冷媒流動分布を比較して示す図であり、そして図１５は、本発明の第２の実施例によるプレートの冷媒分配部が非対称である場合を示す図である。なお、図中、上記の第１の実施例と異なる構成についてのみ説明を進め、重複する部分の説明は省く。
図示の如く、冷媒分配部１１６に形成される第２のビード１１６ａのうち少なくとも１以上は、冷媒分配部１１６を通過する冷媒が流路１１２側に均一に分布されるように他の第２のビード１１６ａよりも長く一定の長さだけ延びたガイドビード１１７が一体に形成されている。
そして、ガイドビード１１７は、端部側に進むにつれて次第に狭幅となる流線状であることが好ましい。
また、ガイドビード１１７のうち中央のガイドビード１１７は、他のガイドビード１１７よりも長く形成されることが好ましい。
一方、流路１１２上に配設される第１のビード１１５ａは、円形である。
図示の如く、冷媒分配部１１６に形成される第２のビード１１６ａのうち少なくとも１以上は、冷媒分配部１１６を通過する冷媒が流路１１２側に均一に分布されるように他の第２のビード１１６ａよりも長く一定の長さだけ延びたガイドビード１１７が一体に形成されている。
そして、ガイドビード１１７は、端部側に進むにつれて次第に狭幅となる流線状であることが好ましい。
また、ガイドビード１１７のうち中央のガイドビード１１７は、他のガイドビード１１７よりも長く形成されることが好ましい。
一方、流路１１２上に配設される第１のビード１１５ａは、円形である。
ここで、第１のビード１１５ａは必ず円形に限定されるものではなく、第１の実施例と同様に流線状に形成されても良いことは言うまでもない。これについては、後述する。
また、第１のビード１１５ａは、長手方向に隣り合う各ビード１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。
図１４は、従来周知の冷媒分配部とガイドビードが形成された冷媒分配部の冷媒流動の分布を解析して比較した図である。同図に示すように、タンク１１８から流入する冷媒が冷媒分配部１１６を通過しながら流路１１２側に均一に分配される必要があるが、従来周知の冷媒分配部（１６：従来）側では冷媒の分配が円滑に行われず、縁部側に偏ることが分かる。
また、第１のビード１１５ａは、長手方向に隣り合う各ビード１１５ａ間の間隔Ｓが０．３ｍｍ〜５．０ｍｍであることが好ましい。
図１４は、従来周知の冷媒分配部とガイドビードが形成された冷媒分配部の冷媒流動の分布を解析して比較した図である。同図に示すように、タンク１１８から流入する冷媒が冷媒分配部１１６を通過しながら流路１１２側に均一に分配される必要があるが、従来周知の冷媒分配部（１６：従来）側では冷媒の分配が円滑に行われず、縁部側に偏ることが分かる。
これに対し、ガイドビード１１７が形成された冷媒分配部１１６の場合には、冷媒分配部１１６を通過する冷媒がガイドビード１１７に導かれて流路１１２上に配設された第１のビード１１５ａに均一に分配されて流れることが分かる。
このように一定の長さだけ延びるガイドビード１１７の形成により、冷媒の流動分布が改善されて過冷／過熱を防ぐことが可能になる。
そして、ガイドビード１１７が形成された冷媒分配部１１６は、流路１１２の入口側と出口側に対称的に形成されても良く、図１５に示すように、非対称に形成されても良い。すなわち、流路１１２の入口側の冷媒分配部１１６にのみガイドビード１１７を形成しても良い。
このように一定の長さだけ延びるガイドビード１１７の形成により、冷媒の流動分布が改善されて過冷／過熱を防ぐことが可能になる。
そして、ガイドビード１１７が形成された冷媒分配部１１６は、流路１１２の入口側と出口側に対称的に形成されても良く、図１５に示すように、非対称に形成されても良い。すなわち、流路１１２の入口側の冷媒分配部１１６にのみガイドビード１１７を形成しても良い。
図１６は、本発明の第３の実施例によるプレートの上部を示す図であり、図１７は、図１６のプレートにおける冷媒流動分布を示す図であり、図１８は、本発明の第３実施例によるプレートにおける冷媒分配部を変形して示す図であり、図１９は、図１８のプレートにおける冷媒流動分布を示す図であり、そして図２０は、本発明の第３実施例によるプレートにおける第１のビードを配列した一例を示す図である。図中、上記の第１及び第２の実施例と異なる構成についてのみ説明を進め、重複する部分についての説明は省く。
図示の如く、第３の実施例においては、第１のビード１１５を流線状に形成し、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａにはガイドビード１１７ａを形成している。
すなわち、第１の実施例における第１のビード１１５を流線状に形成することによる効果と、第２の実施における冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａにガイドビード１１７を形成することによる効果を併せ持つことにより、最大の性能が得られるのである。
図示の如く、第３の実施例においては、第１のビード１１５を流線状に形成し、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａにはガイドビード１１７ａを形成している。
すなわち、第１の実施例における第１のビード１１５を流線状に形成することによる効果と、第２の実施における冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａにガイドビード１１７を形成することによる効果を併せ持つことにより、最大の性能が得られるのである。
ここで、第１のビード１１５の幅Ｗと長さＬの比（Ｗ／Ｌ）は、上記の実施例と同様に、適正範囲である下記の式、
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足し、長手方向に隣り合う各ビード１１５間の間隔Ｓは、下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することが好ましい。
加えて、ガイドビード１１７ａは、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａが第１のビード１１５の第１列まで延設される。
そして、第１のビード１１５の第１列のうちガイドビード１１７ａが形成されている個所は、ビード１１５が除かれることが好ましい。
一方、図１８に示すように、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａだけではなく、両末端に位置しているビード１１６ａにも、上記の第１のビード１１５の第１列まで延びるガイドビード１１７ａが形成される。
さらに、このような変形例は、図示の例に限定されることなく、一層様々な変形例が可能である。
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足し、長手方向に隣り合う各ビード１１５間の間隔Ｓは、下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することが好ましい。
加えて、ガイドビード１１７ａは、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａが第１のビード１１５の第１列まで延設される。
そして、第１のビード１１５の第１列のうちガイドビード１１７ａが形成されている個所は、ビード１１５が除かれることが好ましい。
一方、図１８に示すように、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａだけではなく、両末端に位置しているビード１１６ａにも、上記の第１のビード１１５の第１列まで延びるガイドビード１１７ａが形成される。
さらに、このような変形例は、図示の例に限定されることなく、一層様々な変形例が可能である。
このため、図１７及び図１９に示すように、冷媒流動分布を解析結果図を参照すれば、冷媒分配部１１６の各通路１１６ｂを介して冷媒が流入するとき、ガイドビード１１７ａに導かれて第１のビード１１５側に流れることにより、第２のビード１１６ａと第１のビード１１５の最初列との間における死空間の形成を防ぎ、冷媒を均一に分布して冷媒が左右に偏ることを防ぐと共に、過冷／過熱を防ぐ。
一方、図２０に示すように、流路１１２上に配列される多数の第１のビード１１５，１１５ａを変形して流線状ビード１１５列と円形ビード１１５ａ列を交互に配設しても良い。
図２１は、上述したそれぞれの実施例が１タンク、２タンク、４タンク型の蒸発器プレートに適用されている場合を例に取って示す図である。
図示の如く、先ず、１タンク型の場合については上述の通りであるため、これについての詳細な説明は省く。また、２タンク型の場合には、タンク１１８がチューブ１１０の上下端部にそれぞれ設けられ、流路はタンク１１８を一直線状に連結し、流路１１２の入出口側に形成された冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａは、第１のビード１１５の最初列までその長さが延びたガイドビード１１７ａが形成されている。
一方、図２０に示すように、流路１１２上に配列される多数の第１のビード１１５，１１５ａを変形して流線状ビード１１５列と円形ビード１１５ａ列を交互に配設しても良い。
図２１は、上述したそれぞれの実施例が１タンク、２タンク、４タンク型の蒸発器プレートに適用されている場合を例に取って示す図である。
図示の如く、先ず、１タンク型の場合については上述の通りであるため、これについての詳細な説明は省く。また、２タンク型の場合には、タンク１１８がチューブ１１０の上下端部にそれぞれ設けられ、流路はタンク１１８を一直線状に連結し、流路１１２の入出口側に形成された冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａのうち中央のビード１１６ａは、第１のビード１１５の最初列までその長さが延びたガイドビード１１７ａが形成されている。
そして、４タンク型の場合には、タンク１１８がチューブ１１０の上下端部に互いに並ぶようにそれぞれ一対ずつ設けられ、流路１１２には、各一対のタンク１１８間に垂直に形成された区切りビード１１３の区切りにより両側にそれぞれ独立した２本の流路１１２が形成され、各流路１１２の入出口側に形成された冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａには、それぞれ一定の長さだけ延びたガイドビード１１７が形成されている。
上記のタンク、２タンク、４タンク型のプレート１１１に形成される第１のビード１１５はいずれも流線状に形成されているが、円形に形成されても良い。
上記のタンク、２タンク、４タンク型のプレート１１１に形成される第１のビード１１５はいずれも流線状に形成されているが、円形に形成されても良い。
上述したように、本発明の熱交換器用プレートによれば、プレート１１１に形成される多数の第１のビード１１５を流線状に形成すると共に、冷媒分配部１１６に形成される第２のビード１１６ａには第１のビード１１５の第１列まで延びるガイドビード１１７，１１７ａを形成することにより、冷媒分配部１１６に形成された各通路１１６ｂを介して冷媒が流入するとき、ガイドビード１１７，１１７ａに導かれて流路１１２内に配列された多数の第１のビード１１５側に均一に分布されて流動すると共に、冷媒側の圧力降下量は低減され、且つ放熱量は増えて熱交換の効率が向上し、その結果、蒸発器１のコンパクト化に有利になるのである。
上述したように、本発明においては、前記チューブ１１０をなすプレート１１１における第１のビード１１５は流線状に形成し、冷媒分配部１１６の第２のビード１１６ａにはガイドビード１１７，１１７ａを形成して１タンク型の蒸発器１に適用したことを例に取って説明したが、第１のビード１１５と第２のビード１１６ａは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内であれば、各種の変形が可能であり、また、同じ構造を２タンク型または４タンク型の蒸発器１に適用しても、本発明と同じ効果が得られるということは言うまでもない。
１ 蒸発器
２ 入口パイプ
３ 出口パイプ
１０ チューブ
１１ プレート
１２ 流路
１３ ビード
１４ カップ
１４ カップ
１４ａ 孔
１５ 第１のビード
１６ 冷媒分配部
１６ａ 第２のビード
１６ｂ 通路
２０ マニホルドチューブ
２１ マニホルド
２３ 入出口パイプ
３０ エンド・プレート
４０ タンク
５０ 放熱フィン
６０ 区切り手段
１１０ チューブ
１１１ プレート
１１２ 流路
１１３ ビード
１１４ カップ
１１５，１１５ａ ビード
１１６ 冷媒分配部
１１６ａ ビード
１１６ｂ 通路
１１７，１１７ａ ガイドビード
１１８タンク
ａ 角度
Ｃ１ 中心線
Ｃ２ 中心を結ぶ線
Ｓ 間隔
２ 入口パイプ
３ 出口パイプ
１０ チューブ
１１ プレート
１２ 流路
１３ ビード
１４ カップ
１４ カップ
１４ａ 孔
１５ 第１のビード
１６ 冷媒分配部
１６ａ 第２のビード
１６ｂ 通路
２０ マニホルドチューブ
２１ マニホルド
２３ 入出口パイプ
３０ エンド・プレート
４０ タンク
５０ 放熱フィン
６０ 区切り手段
１１０ チューブ
１１１ プレート
１１２ 流路
１１３ ビード
１１４ カップ
１１５，１１５ａ ビード
１１６ 冷媒分配部
１１６ａ ビード
１１６ｂ 通路
１１７，１１７ａ ガイドビード
１１８タンク
ａ 角度
Ｃ１ 中心線
Ｃ２ 中心を結ぶ線
Ｓ 間隔
Claims (17)
- 流路（１１２）と連設されるタンク（１１８）と、前記タンク（１１８）を介して流路（１１２）内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビード（１１５，１１５ａ）と、前記流路（１１２）の入出口側に形成されると共に、１以上の第２のビード（１１６ａ）により区切られて複数の通路（１１６ｂ）を有する冷媒分配部（１１６）と、を備えるチューブ（１１０）からなる熱交換器用プレートにおいて、
前記第１のビード（１１５）は流線状であるが、幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）の比（Ｗ／Ｌ）が下記の式、
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足することを特徴とする熱交換器用プレート。 - 前記第１のビード（１１５，１１５ａ）は、長手方向に隣り合う各ビード（１１５，１１５ａ）間の間隔（Ｓ）が、下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用プレート。 - 前記第１のビード（１１５，１１５ａ）のうちある列の中心線（Ｃ１）と、この中心線（Ｃ１）上に位置するある第１のビード（１１５，１１５ａ）の中心から最短距離にある他の列の第１のビード（１１５，１１５ａ）の中心を結ぶ線（Ｃ２）と、がなす角度（ａ）は、下記の式、
２０゜≦ａ≦７０゜
を満足することを特徴とする請求項２記載の熱交換器用プレート。 - 流路（１１２）と連設されるタンク（１１８）と、前記タンク（１１８）を介して流路（１１２）内を流れる冷媒を乱流化させるために対向する両側面が互いに接合されて配列される多数の第１のビード（１１５，１１５ａ）と、前記流路（１１２）の入出口側に形成されると共に、１以上の第２のビード（１１６ａ）により区切られて複数の通路（１１６ｂ）を有する冷媒分配部（１１６）と、を備えるチューブ１１０からなる熱交換器用プレートにおいて、
前記第２のビード（１１６ａ）のうち少なくとも１以上は、前記冷媒分配部（１１６）を通過する冷媒が前記流路（１１２）側に均一に分布されるように他の第２のビード（１１６ａ）よりも長く一定の長さだけ延びたガイドビード（１１７，１１７ａ）よりなることを特徴とする熱交換器用プレート。 - 前記ガイドビード（１１７，１１７ａ）は、端部側に進むにつれて次第に狭幅となる流線状のものであることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記流路（１１２）の入口側と出口側に形成される冷媒分配部（１１６）は、互いに対称的であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記流路（１１２）の入口側と出口側に形成される冷媒分配部（１１６）は、互いに非対称的であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記ガイドビード（１１７，１１７ａ）は、前記第１のビード（１１５）の第１列まで延びることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記第１のビード（１１５）は流線状であるが、幅（Ｗ）と長さ（Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）が下記の式、
０．３５≦Ｗ／Ｌ≦０．７５
を満足することを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。 - 前記第１のビード（１１５，１１５ａ）は、長手方向に隣り合う各ビード（１１５，１１５ａ）間の間隔（Ｓ）が下記の式、
０．３ｍｍ≦Ｓ≦５．０ｍｍ
を満足することを特徴とする請求項９記載の熱交換器用プレート。 - 前記第１のビード（１１５，１１５ａ）のうちある列の中心線（Ｃ１）と、この中心線（Ｃ１）上に位置するある第１のビード（１１５，１１５ａ）の中心から最短距離にある他の列の第１のビード（１１５，１１５ａ）の中心を結ぶ線（Ｃ２）と、がなす角度（ａ）は、下記の式、
２０゜≦ａ≦７０゜
を満足することを特徴とする請求項１０記載の熱交換器用プレート。 - 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上端部に互いに並ぶようにそれぞれ一対ずつ設けられ、前記流路（１１２）は、前記一対のタンク（１１８）の間に垂直に一定の部分を区切るように形成された区切りビード（１１３）により“Ｕ”字状の流路（１１２）を形成することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用プレート。
- 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上下端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項１記載の熱交換器用プレート。
- 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上下端部に互いに並ぶようにそれぞれ一対ずつ設けられ、前記流路（１１２）は、前記各一対のタンク（１１８）間に垂直に形成された区切りビード（１１３）の区切りにより両側にそれぞれ独立した２本の流路（１１２）を形成することを特徴とする請求項１記載の熱交換器用プレート。
- 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上端部に互いに並ぶようにそれぞれ一対ずつ設けられ、前記流路（１１２）は、前記一対のタンク（１１８）の間に垂直に一定の部分を区切るように形成された区切りビード（１１３）により“Ｕ”字状の流路（１１２）を形成することを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上下端部にそれぞれ設けられることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
- 前記タンク（１１８）は、前記チューブ（１１０）の上下端部に互いに並ぶようにそれぞれ一対ずつ設けられ、前記流路（１１２）は、前記各一対のタンク（１１８）間に垂直に形成された区切りビード（１１３）の区切りにより両側にそれぞれ独立した２本の流路（１１２）を形成することを特徴とする請求項４記載の熱交換器用プレート。
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