JP2009119950A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒封入量を少なくすることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、上下方向にのびる左右１対のタンク２と、両タンク２間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンク２にそれぞれ接続された複数の熱交換管４と、隣り合う熱交換管４間に配置されたフィン５と、左タンク２に取り付けられた受液器７とを備えている。受液器７は、上下方向にのびかつ少なくとも下端が開口した円筒状本体26と、円筒状本体26の下端部に嵌め被せられて下端開口を閉鎖する下キャップ27とを備えている。下キャップ26は底壁30および周壁31を有している。円筒状本体26の下端部を周壁31内に嵌め入れる。受液器７の円筒状本体26に、左タンク２から受液器２内に冷媒を送り込む冷媒流入口38を形成する。下キャップ26の周壁31に受液器７から左タンク２に冷媒を送り出す冷媒流出口34を形成する。
【選択図】図２

Description

この発明は、たとえばカーエアコンを構成する冷凍サイクル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、図１の上下を上下というものとする。

近年、車体への組み付け性の向上や、設置スペースの節約を図ること、および冷凍サイクルの冷凍能力の向上を図ることを目的として、カーエアコンを構成する冷凍サイクルの熱交換器として、たとえば互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンと、いずれか一方のタンクに取り付けられた上下方向にのびる受液器とを備えており、両タンクがそれぞれ同一高さ位置に設けられた仕切壁によりタンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、両仕切壁よりも上側の部分にコンデンサとしての機能を有する凝縮部が設けられるとともに、両仕切壁よりも下側の部分に過冷却器としての機能を有する過冷却部が設けられ、受液器が、上下方向にのびかつ上下両端が閉鎖された筒状本体を備えており、かつ筒状本体の周壁に、タンクから受液器内に冷媒を送り込む冷媒流入口および受液器からタンクに冷媒を送り出す冷媒流出口が、前者が上方に位置するようにされている熱交換器が知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の熱交換器の受液器においては、冷媒流出口が受液器の筒状本体の周壁に形成されているので、受液器内における冷媒流出口よりも下方の部分に比較的多くの液状冷媒が溜まった後でなければ、液状冷媒は冷媒流出口から出ていかないことになり、その結果安定域の発生が遅くなって、冷媒封入量を多くする必要がある。
特開平１１−２７０９２８号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、特許文献１記載の熱交換器に比較して冷媒封入量を少なくすることができ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上下方向にのびる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンと、いずれか一方のタンクに取り付けられた受液器とを備えており、受液器に、タンクから受液器内に冷媒を送り込む冷媒流入口および受液器からタンクに冷媒を送り出す冷媒流出口が、前者が上方に位置するように形成された熱交換器において、
受液器が、上下方向にのびかつ少なくとも下端が開口した筒状本体、および筒状本体の下端部に嵌め被せられて下端開口を閉鎖するキャップを備えており、キャップが底壁および周壁を有するとともに、筒状本体の下端部が周壁内に嵌め入れられ、キャップの周壁に冷媒流出口が形成されている熱交換器。

2)キャップの周壁内周面に段部が形成されており、筒状本体の下端が段部に受けられ、キャップの周壁における段部よりも下方の部分に冷媒流出口が形成されている上記1)記載の熱交換器。

3)キャップの周壁の下端部に冷媒流出口が形成されている上記2)記載の熱交換器。

4)キャップの周壁および底壁により囲まれた空間における段部よりも下方の部分が、下方に向かって狭くなっている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

5)キャップの周壁内周面における段部よりも下方の部分と、底壁上面とにより半球面状部が形成されている上記4)記載の熱交換器。

6)両タンクが、それぞれ同一高さ位置において仕切壁により上下方向に並んだ２つのヘッダに区画されており、両仕切壁よりも上側の部分にコンデンサとしての機能を有する凝縮部が設けられ、同じく両仕切壁よりも下側の部分に過冷却器としての機能を有する過冷却部が設けられ、凝縮部の受液器が取り付けられたタンク側のヘッダから流出した冷媒が冷媒流入口を通って受液器内に入り、受液器の筒状本体の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の受液器が取り付けられたタンク側のヘッダに流入するようになっている上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)および2)の熱交換器によれば、受液器が、上下方向にのびかつ少なくとも下端が開口した筒状本体、および筒状本体の下端部に嵌め被せられて下端開口を閉鎖するキャップを備えており、キャップが底壁および周壁を有するとともに、筒状本体の下端部が周壁内に嵌め入れられ、キャップの周壁に冷媒流出口が形成されているので、受液器内における冷媒流出口よりも下方の部分に溜まる液状冷媒の量が少ない場合であっても、液状冷媒は冷媒流出口から出ていく。したがって、安定域の発生が早くなって、特許文献１記載の熱交換器に比べて冷媒封入量を少なくすることができる。

上記2)の熱交換器によれば、受液器の筒状本体のキャップ内への嵌め入れ深さを一定にすることができる。

上記3)〜5)の熱交換器によれば、安定域が発生するまでに受液器内に溜まる液状冷媒の量を一層少なくすることができるので、特許文献１記載の熱交換器に比べて冷媒封入量を少なくすることができる。

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、コンデンサの機能を有する凝縮部と、過冷却器の機能を有する過冷却部とが一体化された熱交換器に適用したものである。

以下の説明において、図１の左右を左右というものとし、図１の紙面表側を前、これと反対側を後というものとする。また、以下の説明において、「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。

図１は熱交換器の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。

図１において、熱交換器(1)は、互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる左右１対のアルミニウム製タンク(2)(3)と、両タンク(2)(3)間に幅方向を前後方向に向けるとともに上下方向に間隔をおいて並列状に配置され、かつ左右両端部が両タンク(2)(3)にそれぞれ接続された複数のアルミニウム製扁平状熱交換管(4)と、隣り合う熱交換管(4)間および上下両端の熱交換管(4)の外側に配置されて熱交換管(4)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(5)と、上下両端のコルゲートフィン(5)の外側に配置されてコルゲートフィン(5)にろう付された上下１対のアルミニウム製サイドプレート(6)と、左タンク(2)に取り付けられた受液器(7)とを備えている。

熱交換器(1)の両タンク(2)(3)内は、下部の同一高さ位置においてそれぞれ仕切壁(9)(11)により上下に区画されており、これにより気相の冷媒を凝縮させて液相とするコンデンサの機能を有する凝縮部(12)と、凝縮部(12)で凝縮された液状冷媒を凝縮温度よりも５〜１５℃程度低い温度まで過冷却する過冷却器の機能を有する過冷却部(13)とが同一垂直面内において上下に並んで一体に設けられている。

ここで、左タンク(2)における仕切壁(9)よりも上方の部分が凝縮部(12)の左ヘッダ(14)であり、右タンク(3)における仕切壁(11)よりも上方の部分が凝縮部(12)の右ヘッダ(15)である。また、左タンク(2)における仕切壁(9)よりも下方の部分が過冷却部(13)の左ヘッダ(16)であり、右タンク(3)における仕切壁(11)よりも下方の部分が過冷却部(13)の右ヘッダ(17)である。

凝縮部(12)の右ヘッダ(15)は、上下方向の中程の高さ位置に設けられた通路群形成用のアルミニウム製第１仕切板(18)により上ヘッダ部(15a)と下ヘッダ部(15b)とに区画されており、左ヘッダ(14)は第１仕切板(18)よりも下方の高さ位置に設けられた通路群形成用のアルミニウム製第２仕切板(19)により上ヘッダ部(14a)と下ヘッダ部(14b)とに区画されている。そして、凝縮部(12)に、第１仕切板(18)よりも上方の部分、両仕切板(18)(19)間の部分および第２仕切板(19)よりも下方の部分において、それぞれ上下に連続して並んだ熱交換管(4)からなる通路群(21)(22)(23)が設けられている。各通路群(21)(22)(23)を構成する熱交換管(4)の本数は、上から順次減少している。また、各通路群(21)(22)(23)を構成する全ての熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が同一となっているとともに、隣り合う２つの通路群(21)(22)および(22)(23)の熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が異なっている。凝縮部(12)の右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)の上端部に、図示しない冷媒入口に通じるアルミニウム製冷媒入口部材(24)がろう付され、過冷却部(13)の右ヘッダ(17)に、図示しない冷媒出口に通じるアルミニウム製冷媒出口部材(25)がろう付されている。

受液器(7)は、上下両端が開口した円筒状本体(26)と、円筒状本体(26)の下端部に接合されて下端開口を閉鎖する下キャップ(27)と、円筒状本体(26)の上端開口を閉鎖する上キャップ(28)とを備えている。受液器(7)は、下キャップ(27)と、仕切壁(9)よりも若干上方に配置された取付部材(29)を介して左タンク(2)に固定されている。

図２および図３に示すように、下キャップ(27)は、底壁(30)および周壁(31)を有している。底壁(30)の上面は平坦面で、周壁(31)の内周面は円筒面である。下キャップ(27)の周壁(31)の上端部には、段部(33)を介して大径部(32)が形成されており、円筒状本体(26)の下端部が、周壁(31)の大径部(32)内に嵌め入れられるとともに段部(33)に受けられた状態で、周壁(31)にろう付されている。下キャップ(27)の周壁(31)における右側部分の下端部には、受液器(7)から左タンク(2)に冷媒を送り出す冷媒流出口(34)が形成されている。また、下キャップ(27)の周壁(31)外面には右方に突出しかつ先端面が左タンク(2)の外周面に密着させられてろう付された受液器取付部(35)が一体に形成されている。そして、下キャップ(27)の冷媒流出口(34)は、受液器取付部(35)に形成された冷媒流出路(36)を介して過冷却部(13)の左ヘッダ(16)に形成された冷媒入口(37)に通じさせられている。

受液器(7)の円筒状本体(26)の周壁における仕切壁(9)よりも若干上方の位置に冷媒流入口(38)が形成されている。冷媒流入口(38)は、取付部材(29)に形成された冷媒流入路(39)を介して凝縮部(12)の左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)に形成された冷媒出口(41)に通じさせられている。

受液器(7)内における冷媒流入口(38)と冷媒流出口(34)との間の高さ位置に、受液器(7)内を上下に区画する合成樹脂製仕切部材(42)が配置されている。仕切部材(42)は円盤状であって、その外周面には環状溝(43)が全周にわたって形成されるとともに、環状溝(43)内にＯリング(44)が嵌め入れられており、Ｏリング(44)によって円筒状本体(26)の内周面と仕切部材(42)の周縁部との間がシールされている。仕切部材(42)には、上下方向にのびる円筒状連通穴(45)が貫通状に形成されている。また、仕切部材(42)の下面における連通穴(45)の周囲の部分に、円筒状部(46)が下方突出状に一体に形成されており、円筒状部(46)にストレーナ(47)が取り付けられている。

なお、図示は省略したが、受液器(7)における仕切部材(42)よりも上方の部分には、通気性および通液性を有する材料、たとえば合成樹脂製不織布で形成されかつ乾燥剤が収容された乾燥剤収容袋が配置されている。

熱交換器(1)は、圧縮機、膨張弁（減圧器）およびエバポレータとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両に搭載される。

上述した熱交換器(1)において、冷凍サイクルの運転時には、圧縮機により圧縮された高温高圧の気液混相の冷媒が入口部材(24)を通って図示しない冷媒入口から凝縮部(12)の右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)内に流入する。右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)内に流入した気液混相の冷媒は、上端通路群(21)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(14)の上ヘッダ部(14a)内に流入した後、中間通路群(22)の熱交換管(4)を通って右ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)内に流入し、さらに下端通路群(23)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)内に流入する。

凝縮部(12)の左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)内に流入した気液混相の冷媒は、冷媒出口(41)から送り出されて取付部材(29)の冷媒流入路(39)を通り、冷媒流入口(38)から受液器(7)内に流入する。気液混相の冷媒が受液器(7)内に流入すると、液相冷媒と気相冷媒の比重の差により、気相冷媒と液相冷媒とが効率良く分離される。気相の冷媒は受液器(7)内の上部に溜まる。

気相冷媒と分離された液相冷媒は自重により流下し、ストレーナ(47)を通過した後、下キャップ(27)の冷媒流出口(34)、受液器取付部(35)の冷媒流出路(36)、および冷媒入口(37)を経て過冷却部(13)の左ヘッダ(16)内に流入する。このとき、受液器(7)内の下端部に溜まる液状冷媒の量が少ない場合であっても、液状冷媒は冷媒流出口(34)から出ていくので、安定域の発生が早くなり、冷媒封入量を少なくすることができる。

過冷却部(13)の左ヘッダ(16)内に流入した冷媒は、熱交換管(4)を通って右ヘッダ(17)内に流入し、図示しない冷媒出口から冷媒出口部材(25)を通して膨張弁を経て蒸発器に送られる。

図４および図５は受液器の下キャップの変形例を示す。

図４および図５に示す下キャップ(50)の周壁(31)内周面における段部(33)よりも下方の部分と、底壁(30)上面とにより半球面状部(51)が形成されている。そして、下キャップ(50)の周壁(31)および底壁(30)により囲まれた空間における段部(33)よりも下方の部分が、下方に向かって狭くなっている。その他の構成は、上述した下キャップ(27)と同様であり、同一物および同一部分には同一符号を付す。

図４および図５に示す下キャップ(50)の場合、安定域が発生するまでに受液器(7)内に溜まる液状冷媒の量が一層少なくなるので、冷媒封入量を一層少なくすることができる。

この発明の熱交換器の全体構成を示す正面図である。 図１に示す熱交換器の受液器の部分を拡大して示す垂直縦断面図である。 図１に示す熱交換器の受液器の部分を拡大して示す分解斜視図である。 受液器の下キャップの変形例を示す図２相当の図である。 図４の下キャップを示す斜視図である。

符号の説明

(1)：熱交換器
(2)(3)：タンク
(4)：熱交換管
(5)：コルゲートフィン
(7)：受液器
(9)：仕切壁
(11)：仕切壁
(12)：凝縮部
(13)：過冷却部
(14)：凝縮部左ヘッダ
(15)：凝縮部右ヘッダ
(16)：過冷却部左ヘッダ
(17)：過冷却部右ヘッダ
(26)：円筒状本体
(27)(50)：下キャップ
(30)：底壁
(31)：周壁
(32)：大径部
(33)：段部
(34)：冷媒流出口
(38)：冷媒流入口
(51)：半球面状部

Claims (6)

1. 互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンと、いずれか一方のタンクに取り付けられた受液器とを備えており、受液器に、タンクから受液器内に冷媒を送り込む冷媒流入口および受液器からタンクに冷媒を送り出す冷媒流出口が、前者が上方に位置するように形成された熱交換器において、
   受液器が、上下方向にのびかつ少なくとも下端が開口した筒状本体、および筒状本体の下端部に嵌め被せられて下端開口を閉鎖するキャップを備えており、キャップが底壁および周壁を有するとともに、筒状本体の下端部が周壁内に嵌め入れられ、キャップの周壁に冷媒流出口が形成されている熱交換器。
2. キャップの周壁内周面に段部が形成されており、筒状本体の下端が段部に受けられ、キャップの周壁における段部よりも下方の部分に冷媒流出口が形成されている請求項１記載の熱交換器。
3. キャップの周壁の下端部に冷媒流出口が形成されている請求項２記載の熱交換器。
4. キャップの周壁および底壁により囲まれた空間における段部よりも下方の部分が、下方に向かって狭くなっている請求項１〜３のうちのいずれかに記載の熱交換器。
5. キャップの周壁内周面における段部よりも下方の部分と、底壁上面とにより半球面状部が形成されている請求項４記載の熱交換器。
6. 両タンクが、それぞれ同一高さ位置において仕切壁により上下方向に並んだ２つのヘッダに区画されており、両仕切壁よりも上側の部分にコンデンサとしての機能を有する凝縮部が設けられ、同じく両仕切壁よりも下側の部分に過冷却器としての機能を有する過冷却部が設けられ、凝縮部の受液器が取り付けられたタンク側のヘッダから流出した冷媒が冷媒流入口を通って受液器内に入り、受液器の筒状本体の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の受液器が取り付けられたタンク側のヘッダに流入するようになっている請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。

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