JP2008298391A - 熱交換器コア熱交換器、および冷凍サイクル装置の蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】蒸発器においてチューブ内の冷媒通過音の発生を抑え、剛性の減少を抑制できるようにした冷凍サイクル装置用蒸発器を提供する。
【解決手段】チューブ２、３、４、５を備え、チューブ２、３、４、５は、それぞれ、冷媒流路断面が扁平形状に形成されている。コルゲートフィン１９は、その山部（或いは谷部）がチューブ２、３のそれぞれの外表面にろう付け等により接合されており、コルゲートフィンは、その山部（或いは谷部）がチューブ４、５のそれぞれの外表面にろう付け等により接合されている。連結部によりコルゲートフィン１９の谷部（或いは山部）同士を連結している。したがって、熱交換コアの剛性の減少を抑制でき、冷媒通過音の発生を抑えることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気流れの上流側および下流側に第１、第２のチューブが配設されている熱交換器コア、熱交換器、および冷凍サイクル装置用蒸発器に関する。

従来、空調装置用蒸発器の熱交換コア部では、複数本の第１の扁平チューブが空気流れに対して直交する方向に並べられ、複数本の第２の扁平チューブを空気流れに対して直交する方向に並べられ、第１、第２の扁平チューブが空気流れ方向に配置され、複数本の第１の扁平チューブの外表面に第１のコルゲートフィンがそれぞれ接合され、複数本の第２の扁平チューブの外表面に第２のコルゲートフィンがそれぞれ接合されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

このものにおいては、空気上流側の第１のコルゲートフィンと空気下流側の第２のコルゲートフィンとの間には、隙間が空けられて、この隙間により第１、第２のコルゲートフィンが分断されている。このため、空気上流側の第１のコルゲートフィンで凝縮水が発生しても、この凝縮水が送風により空気下流側の第２のコルゲートフィンに集まることなく、当該隙間から流れ落ちるようになっている。これにより、蒸発器から空気下流側に凝縮水が飛び散ることを未然に防ぐことができる。
特開２０００−１７９９８８号公報

近年、空調装置用蒸発器では、軽量化および熱交換性能を向上させるため、チューブ等の薄肉化が進んでいる。これに伴い、熱交換コア部の剛性が減少している。このため、チューブを冷媒が通過する際の冷媒通過音の騒音値の上昇を招いている。

本発明は、上記点に鑑み、空気上流側の第１のフィンと下流側の第２のフィンとの間に隙間を開けつつ、剛性の減少を抑制できるようにした熱交換器コア、熱交換器および冷凍サイクル装置用蒸発器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、空気流れの下流側に配置されて、第１の流体が流れてこの第１の流体と空気との間で熱交換する第１のチューブ（２、３）と、前記第１のチューブに対して前記空気流れの上流側に配置され、第２の流体が流れこの第２の流体と空気との間で熱交換する第２のチューブ（４、５）と、前記第１のチューブの外表面に接合され、蛇行状に形成されて前記第１のチューブの熱交換を促進する第１のフィン（１９）と、
前記第２のチューブの外表面に接合され、蛇行状に形成されて前記第２のチューブの熱交換を促進する第２のフィン（２０）と、を備え、
前記第２のフィンは、前記第１のフィンに対する前記空気流れ下流側に隙間（５０）を開けて配置されており、
前記第１、第２のフィンの間を連結する連結部（４０）を備える熱交換器コアであって、
前記連結部は、前記第１、第２のフィンの間を山部同士、或いは谷部同士で連結することを第１の特徴とする。

これにより、連結部は、前記第１、第２のフィンの間を山部同士、或いは谷部同士で連結するので、熱交換器コアの剛性の減少を抑制できる。このため、空気上流側の第１のフィンと下流側の第２のフィンとの間に隙間を開けつつ、第１、第２のチューブ内の流体通過音の発生を抑制できる。

本発明では、第１、第２のフィンは、それぞれ、同一フィンピッチで、かつ同一フィン高さ（Ａ）であり、連結部の連結寸法（Ｃ）が第１、第２のフィンのフィン高さよりも長く設定されていることを第２の特徴とする。

本発明では、連結部は、第１、第２のフィンの間において一定寸法（Ｂ）毎に複数設けられており、一定寸法（Ｂ）に対する連結寸法（Ｃ）の比率が０．３以下であることを第３の特徴とする。

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した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ものである。

（第１実施形態）
図１に本発明の冷凍サイクル装置用蒸発器の第１実施形態を図に基づいて説明する。図１は本実施形態の蒸発器の外観を示す斜視図、図２は蒸発器の内部構成を示す概略斜視図である。

蒸発器は自動車用空調装置の空調ユニットケース内に設置される。蒸発器には図示しない送風機により矢印Ｘ方向に空気が送風され、この送風空気と冷媒とが熱交換する。

蒸発器は、図１に示すように、接続ブロック１が設けられており、接続ブロック１には膨張弁（図示省略）から流出する冷媒が入る冷媒入口８ａと圧縮機（図示省略）に向けて流れ出る冷媒出口８ｂとが設けられている。蒸発器は、膨張弁、及び圧縮機等とともに周知の冷凍サイクル装置を構成している。

蒸発器は、図１、図２に示すように、チューブ２、３、４、５（図１では省略）を備えており、チューブ２は空気流れ方向Ｘに対する直交方向に複数本並べられており、チューブ３がチューブ２の積層方向（図２中Ｂ方向）と同一方向に複数本、並べられている。

チューブ４はチューブ２に対して並列に複数本並べられており、複数本のチューブ４はチューブ２に対して空気流れ方向Ｘの上流側に位置する。チューブ５はチューブ３に対して並列に複数本並べられており、複数本のチューブ５はチューブ３に対して空気流れ方向Ｘの上流側に位置する。

以上により空気流れ方向Ｘにおいてチューブ２、３、４、５が二列に並べられていることになる。

蒸発器１は、タンク部８、９、１１、１２を備えており、タンク部８は、チューブ２、３の長手方向一端部側に接合されている。タンク部８は、チューブ２側とチューブ３側とが仕切壁１４で分離されて、分離タンク室８１と集合タンク室８２を構成している。

分離タンク室８１は、接続ブロック１の冷媒入口８ａから入口６（図２参照）を通して流入した冷媒を複数本のチューブ２に分流する。複数本のチューブ２では、図２中矢印ａの如く冷媒が流れる。タンク部９は、複数本のチューブ２から流出する冷媒を集合させる。なお、冷媒が第１、第２の流体（互いに同一の流体）に相当する。

タンク部９内では冷媒が矢印ｂの如く流れ、この冷媒が複数本のチューブ３に分流させる。複数本のチューブ３には冷媒が矢印ｃの如く流れる。この冷媒はタンク部８の集合タンク室８２で集合される。

集合タンク室８２とタンク部１１の分流室１１０とは複数の連通穴１８で連通されており、集合タンク室８２で集合された冷媒はタンク部１１の分流タンク室１１０に流れ、分流タンク室１１０から複数本のチューブ５に分流される。タンク部１１は、仕切り壁１５により分流タンク室１１０と集合タンク室１１１とに分離されている。

複数本のチューブ５には冷媒が矢印ｅの如く流れ、タンク部１２で集合される冷媒は矢印ｆの如く流れ複数本のチューブ４に分流される。複数本のチューブ４には冷媒が矢印ｇの如く流れ、この冷媒はタンク部１１の集合タンク室１１１で集合される。集合タンク室１１１から出口７を通して接続ブロック１の冷媒出口８ｂ（図１参照）から排出される。

チューブ２、３、４、５は、それぞれ、冷媒流路断面が扁平形状に形成されており、チューブ２、３、４、５内では冷媒が空気から吸熱して蒸発する。本実施形態では、チューブ２〜５は、それぞれアルミニウム等からなるものであり、チューブ２〜５は、２つ折りにした薄板材の中にインナーフィンを入れた状態で薄板材の両端部をろう付けして接合したインナーフィンタイプのチューブが用いられている。

蒸発器には、図２に示すように、コルゲートフィン１９、２０が配置されており、コルゲートフィン１９、２０は、図３に示すように、それぞれ、アルミ薄板材から蛇行状に形成されている。図３はコルゲートフィン１９（２０）の断面図である。

具体的には、コルゲートフィン１９は、山部３１（或いは、谷部３０）同士の間隔ｆｐが同一になるように薄板材を折り曲げ形成されている。コルゲートフィン２０は、山部３１（或いは、谷部３０）同士の間隔ｆｐが同一になるように薄板材を折り曲げ形成されている。本明細書では、山部３１（或いは、谷部３０）同士の間の寸法をフィンピッチｆｐという。

本実施形態では、コルゲートフィン１９、２０のフィンピッチｆｐが同一に設定されている。コルゲートフィン１９、２０のフィン高さｆｈが同一に設定されている。フィン高さｆｈとは山部３１および谷部３０の間の寸法である。

コルゲートフィン１９は、その山部３１（或いは谷部３０）がチューブ２、３のそれぞれの外表面にろう付け等により接合されており、コルゲートフィン２０は、その山部３１（或いは谷部３０）がチューブ４、５のそれぞれの外表面にろう付け等により接合されている。コルゲートフィン１９、２０は、空気流れ方向Ｘに並べられている。すなわち、コルゲートフィン１９は下流側に配置され、コルゲートフィン２０は上流側に配置されている。コルゲートフィン１９（２０）の側面部３２には、切り起こして形成されたルーバー３２ａが設けられている。

コルゲートフィン１９、２０の間には隙間が開けられているが、コルゲートフィン１９、２０は部品点数の増加抑制のために複数の連結部４０により連結されている。ここで、連結部４０の連結寸法Ｃは、フィン高さＡよりも大きく設定されている。連結寸法Ｃとはコルゲートフィン１９、２０の間を連結している部分の寸法である。これにより、連結部４０は、コルゲートフィン１９、２０の間において、図４、図５に示すように、山部３１同士或いは谷部３０同士で連結することになる。

なお、コルゲートフィン１９、２０およびチューブ２、３、４、５から熱交換器コアが構成されている。

図６にコルゲートフィン１９、２０の展開図を示す。複数の連結部４０は、一定寸法（Ｂ）毎に並べられており、一定寸法Ｂに対する連結寸法Ｃの比率が０．３以下に設定されている。なお、以下、一定寸法Ｂを連結ピッチＢという
次に、本実施形態の効果を確認するための実験結果を示す。

図７にフィン高さＡ＝５ｍｍ、Ｂ= ６０ｍｍであるときの加振点応答試験の結果を示す。図７において縦軸は熱交換器コアの剛性Ｇ、横軸は連結寸法Ｃを示し、熱交換器コアの剛性Ｇ（％）は、連結寸法Ｃ＝２ｍｍのときの剛性Ｇを１００％としたときの百分率を示す。

グラフＳ１は、コルゲートフィン１９、２０の側面部３２同士を連結した場合、グラフＳ２はコルゲートフィン１９、２０の谷部３０（或いは山部３１）同士を連結した場合を示している。

グラフＳ１、Ｓ２から分かるように、コルゲートフィン１９、２０の谷部３０（或いは山部３１）同士を連結した場合には、コルゲートフィン１９、２０の側面部３２同士を連結した場合に比べて剛性が高いことが分かる。

図８に連結寸法Ｃ＝２ｍｍ（フィン高さＡ＝５ｍｍ）でコルゲートフィン１９、２０の側面部３２同士を連結した場合と連結寸法Ｃ＝６ｍｍ（フィン高さＡ＝５ｍｍ）でコルゲートフィン１９、２０の谷部３０（或いは山部３１）同士を連結した場合との騒音値の比較を示している。

周波数４．５ｋＨｚ、６．５ｋＨｚ、７．８ｋＨｚのそれぞれの周波数で、連結寸法Ｃ＝２ｍｍの場合に比べて連結寸法Ｃ＝６ｍｍの場合の騒音値が低いことが分かる。

図９は縦軸を水飛び限界風速（ｍ／ｓ）、横軸は連結寸法Ｃ／一定寸法Ｂ（％）とするグラフであり、Ｃ／Ｂが３０％を超えると（図１０参照）、水飛び限界風速が下がり始める。水飛び限界風速とはコルゲートフィン２０から下流側に凝縮水が水滴として飛び始める風速である。図１０はＣ／Ｂ＝３０％の場合のコルゲートフィン１９、２０の展開図である。

以上説明した本実施形態によれば、連結部４０によりコルゲートフィン１９、２０の谷部３０（或いは山部３１）同士を連結している。したがって、熱交換コアの剛性の減少を抑制できる。したがって、冷媒通過音の発生を抑えることができる。

また、本実施形形態では、一定寸法Ｂに対する連結寸法Ｃの比率が０．３以下に設定されている。したがって、コルゲートフィン２０から下流側に凝縮水が水滴として飛び難い。

ここで、チューブとタンクとを板材により一体成形する場合、熱交換性能を高めるためにチューブの板厚は薄くする必要があるものの、タンクの板厚は耐圧強度を保持することが必要となる。

本実施形態では、タンク部８、９、１１、１２とチューブ２、３、４、５とは予め別々に成形され、ろう付けにより接合されている。このため、タンク部８、９、１１、１２とチューブ２、３、４、５とを別々の肉厚に設定することができる。

（第２実施形態）
上述の第１実施形態では、コルゲートフィン１９、２０の間を連結部４０により一定幅（Ｃ）に亘って連結した例について説明したが、これに限らず、本第２実施形態では、連結寸法Ｃがフィン高さＡよりも大きいのであるならば、図１１に示すように、２つの隙間５１により連結部４０を３つに分けてもよい。

この場合、連結部４０の連結寸法Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の和（＝Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）がフィン高さＡよりも大きくなっている。

（他の実施形態）
上述の第１実施形態では、インナーフィンタイプのチューブを用いた例について説明したが、これに代えて、押出形成により成型された押出チューブを用いてもよい。

上述の第１実施形態では、空気上流側のチューブ４（５）と空気下流側のチューブ２（３）とが離れているものについて説明したが、これに代えて、チューブ４（５）と空気下流側のチューブ２（３）と部分的に連結しているものを用いても良い（図１３参照）。

上述の第１実施形態では、空気上流側の第２のチューブとしてのチューブ４（５）と空気下流側の第１のチューブとしてのチューブ２（３）とを用いて空気流れ方向においてチューブを２列に配置した例について説明したが、これに限らず、空気流れ方向において３列以上のチューブを配置してもよい。

上述の第１実施形態では、本発明の熱交換器コアを蒸発器に適用した例について説明したが、これに限らず、本発明の熱交換器コアを冷凍サイクル装置用コンデンサとラジエータとが一体化したクーリングユニットに適用してもよい。

ここで、第１、第２のチューブのうち一方のチューブがコンデンサのうち冷媒が流れるチューブが相当し、他方のチューブがラジエータのうちエンジン冷却水が流れるチューブに相当する。すなわち、第１、第２の流体のうち一方が冷媒に相当し、他方がエンジン冷却水に相当し、第１、第２の流体が互いに異なる流体となる。

この場合、コンデンサ側のフィンとラジエータ側のフィンとを連結部により山部同士（或いは谷部同士）で連結することにより、熱交換器コアの剛性を増すことができる。

以下、上記実施形態と特許請求項の範囲の構成との対応関係について説明すると、チューブ２、３が第１のチューブに相当し、チューブ４、５が第２のチューブに相当し、フィン１９が第１のフィンに相当し、フィン２０が第２のフィンに相当し、分流タンク室８１、タンク部９が第１のタンクに相当し、集合タンク室８２、タンク部９が第２のタンクに相当し、集合タンク室１１０、タンク部１２が第３のタンクに相当し、集合タンク室１１１、タンク部１２が第４のタンクに相当する。

本発明の冷凍サイクル装置用蒸発器の第１実施形態の外観図である。 図１の冷凍サイクル装置用蒸発器の内部構成を示す図である。 図１のフィンを示す断面図である。 図１のフィンを示す断面図である。 図１のチューブおよびフィンを示す斜視図である。 図１のフィンの展開図である。 図１の熱交換器コアの剛性を確認するための実験結果を示す図である。 図１の熱交換器コアの騒音値を確認するための実験結果を示す図である。 図１の熱交換器コアの水飛び限界風速を確認するための実験結果を示す図である。 図１のフィンの展開図である。 本発明の冷凍サイクル装置用蒸発器の第２実施形態のフィンの展開図である。 本発明の第２実施形態のチューブを示す斜視図である。 本発明の第３実施形態のチューブの変形例を示す斜視図である。

符号の説明

２、３、４、５…チューブ、１９、２０…コルゲートフィン、３１…山部
３０…谷部、４０…連結部。

Claims (6)

1. 空気流れの下流側に配置されて、第１の流体が流れてこの第１の流体と空気との間で熱交換する第１のチューブ（２、３）と、
   前記第１のチューブに対して前記空気流れの上流側に配置され、第２の流体が流れこの第２の流体と空気との間で熱交換する第２のチューブ（４、５）と、
   前記第１のチューブの外表面に接合され、蛇行状に形成されて前記第１のチューブの熱交換を促進する第１のフィン（１９）と、
   前記第２のチューブの外表面に接合され、蛇行状に形成されて前記第２のチューブの熱交換を促進する第２のフィン（２０）と、を備え、
   前記第２のフィンは、前記第１のフィンに対する前記空気流れ下流側に隙間（５０）を開けて配置されており、
   前記第１、第２のフィンの間を連結する連結部（４０）を備える熱交換器コアであって、
   前記連結部は、前記第１、第２のフィンの間を山部同士、或いは谷部同士で連結することを特徴とする熱交換器コア。
2. 前記第１、第２のフィンは、それぞれ、同一フィンピッチで、かつ同一フィン高さ（Ａ）であり、
   前記連結部の連結寸法（Ｃ）が前記第１、第２のフィンのフィン高さよりも長く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器コア。
3. 前記連結部は、前記第１、第２のフィンの間において一定寸法（Ｂ）毎に複数設けられており、
   前記一定寸法（Ｂ）に対する前記連結寸法（Ｃ）の比率が０．３以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器コア。
4. 前記第１のチューブに流れる前記第１の流体と、前記第２のチューブに流れる前記第２の流体とは、互いに同一の流体であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器コア。
5. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器コアを備え、
   前記第１のチューブ（２、３）が複数本配置されており、
   前記第２のチューブ（４、５）が複数本配置されており、
   前記複数本の第１のチューブ（２、３）に対して前記流体を分流する第１のタンク（８１、９）と、
   前記複数本の第１のチューブから流出する流体を集合させる第２のタンク（８２、９）と、
   前記流体を前記複数本の第２のチューブ（４、５）のそれぞれに分流する第３のタンク（１１０、１２）と、
   前記複数本の第２のチューブ（４、５）から流出した流体を集合させる第４のタンク（１１１、１２）と、を備え、
   前記複数本の第１のチューブは、前記第１、第２のタンクに対して接合されており、
   前記複数本の第２のチューブは、前記第３、第４のタンクに対して接合されていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項５に記載の熱交換器を備え、
   前記第１、第２のチューブには前記流体としての冷媒が流れ、この冷媒が前記空気から吸熱して蒸発するようになっていることを特徴とする冷凍サイクル装置の蒸発器。

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