JP2010175166A

JP2010175166A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010175166A
Application number: JP2009019288A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ohashi; 日出雄大橋
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-12

Abstract

【課題】乾燥剤による冷媒中の水分の除去効果の優れた熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器の受液器７に、冷媒流入口31および冷媒流出口32を前者が上方に位置するように形成する。受液器７内の冷媒流入口31と冷媒流出口32との間の高さ位置に受液器７内を上下に区画する第１仕切部材36を配置し、同じく冷媒流入口31よりも上方の高さ位置に受液器７内を上下に区画する第２仕切部材37を配置する。受液器７内に、第１仕切部材36と第２仕切部材37との間の第１空間38と、第２仕切部材37よりも上方の第２空間39と、第１仕切部材36よりも下方の第３空間41とを設ける。受液器７内の第２空間39に乾燥剤を配置する。受液器７内に、下端が第１空間38に通じるとともに上端が第２空間39に通じる冷媒上昇管42と、上端が第２空間39に通じるとともに下端が第３空間41に通じる冷媒下降管43とを設ける。
【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、受液器内に配置されかつ乾燥剤が収容された乾燥剤容器とを備えており、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、受液器に、タンクにおける凝縮部のヘッダ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おける過冷却部のヘッダ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上下方向に間隔をおいて形成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記載の熱交換器においては、受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間を仕切る部材は設けられていないので、冷媒流入口から受液器内に流入した冷媒が直接冷媒流出口から流出することがあり、乾燥剤容器に収容された乾燥剤による水分除去効果が十分に得られない場合がある。

特開平８−２１９５９０号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、乾燥剤による冷媒中の水分の除去効果の優れた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、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筒状受液器とを備えており、受液器に、冷媒流入口および冷媒流出口が、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成された熱交換器において、
受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に受液器内を上下に区画する第１仕切部材が配置されるとともに、受液器内における冷媒流入口よりも上方の高さ位置に受液器内を上下に区画する第２仕切部材が配置され、受液器内に、第１仕切部材と第２仕切部材との間の冷媒流入口が臨む第１空間と、第２仕切部材よりも上方の第２空間と、第１仕切部材よりも下方の冷媒流出口が臨む第３空間とが設けられており、受液器内の第２空間に乾燥剤が配置され、受液器内に、下端が第１空間に通じるとともに上端が第２空間に通じる冷媒上昇管と、上端が第２空間に通じるとともに下端が第３空間に通じる冷媒下降管とが設けられている熱交換器。

2)乾燥剤が乾燥剤容器内に収容され、乾燥剤容器が、受液器内の第２空間に設けられるとともに上下方向にのびる複数の保持部材により保持され、少なくとも１つの保持部材が、下端部が第２仕切部材に固定されるとともに、上端部が第２空間の高さの中間部に位置する冷媒上昇管と、冷媒上昇管の上端に固定された保持バーとよりなり、冷媒上昇管の周壁の上端部における乾燥剤容器側を向いた部分に開口が形成されることにより、冷媒上昇管の上端が第２空間に通じている上記1)記載の熱交換器。

3)受液器が取り付けられた第１のタンクが、第１の仕切壁により第１タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、同じく他方の第２タンクが、第２の仕切壁により第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切壁が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、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、凝縮部の第１タンク側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、受液器の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の第１タンク側のヘッダに流入するようになっている上記1)または2)記載の熱交換器。

上記1)〜3)の熱交換器によれば、受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に受液器内を上下に区画する第１仕切部材が配置されるとともに、受液器内における冷媒流入口よりも上方の高さ位置に受液器内を上下に区画する第２仕切部材が配置され、受液器内に、第１仕切部材と第２仕切部材との間の冷媒流入口が臨む第１空間と、第２仕切部材よりも上方の第２空間と、第１仕切部材よりも下方の冷媒流出口が臨む第３空間とが設けられており、受液器内の第２空間に乾燥剤が配置され、受液器内に、下端が第１空間に通じるとともに上端が第２空間に通じる冷媒上昇管と、上端が第２空間に通じるとともに下端が第３空間に通じる冷媒下降管とが設けられているので、冷媒は、冷媒流入口から受液器内の第１空間に流入した後、冷媒上昇管を通って第２空間に流入し、第２空間において乾燥剤に触れることにより冷媒中の水分が除去された後に、冷媒下降管を通って第３空間に流入し、冷媒流出口から流出する。したがって、乾燥剤による冷媒中の水分の除去効果が、特許文献１記載の熱交換器よりも優れたものになる。

この発明の実施形態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一部を省略した垂直縦断面図である。図１に示す熱交換器の受液器内に配置される第１仕切部材、第２仕切部材、冷媒上昇管および冷媒下降管を示す斜視図である。

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)の下部に固定された取付部材(8)を介して左タンク(2)に取り付けられた受液器(7)と、受液器(7)内に配置され、かつ乾燥剤（図示略）が収容された乾燥剤容器(9)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(10)(11)により上下に区画されており、両仕切壁(10)(11)よりも上方の部分に、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)が設けられ、両仕切壁(10)(11)よりも下方の部分に、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)が設けられている。

ここで、左タンク(2)における仕切壁(10)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(10)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、上下方向の中程から若干上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)の下端部にろう付されて下端開口を閉鎖するアルミニウム製下キャップ(27)と、円筒状本体(26)の上端部に着脱自在に取り付けられて上端開口を閉鎖する合成樹脂製の円柱状プラグ(28)とを備えている。

図２に示すように、円筒状本体(26)の周壁の下部には、冷媒流入口(29)および冷媒流出口(31)が、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成されている。冷媒流入口(29)は、取付部材(8)の上部に形成された冷媒流入路(32)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(33)に通じさせられ、冷媒流出口(31)は、取付部材(8)の下部に形成された冷媒流出路(34)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(35)に通じさせられている。

図２および図３に示すように、受液器(7)内における冷媒流入口(29)と冷媒流出口(31)との間の高さ位置に、受液器(7)内を上下に区画する円板状の第１仕切部材(36)が配置されるとともに、受液器(7)内における冷媒流入口(29)よりも上方の高さ位置に、受液器(7)内を上下に区画する円板状の第２仕切部材(37)が配置されており、これにより受液器(7)内に、第１仕切部材(36)と第２仕切部材(37)との間の冷媒流入口(29)が臨む第１空間(38)と、第２仕切部材(37)よりも上方の第２空間(39)と、第１仕切部材(36)よりも下方の冷媒流出口(31)が臨む第３空間(41)とが設けられている。

受液器(7)内に、下端が第１空間(38)に通じるとともに上端が第２空間(39)の上下方向の中間部に通じる冷媒上昇管(42)と、上端が第２空間(39)に通じるとともに下端が第３空間(41)に通じる冷媒下降管(43)とが設けられている。冷媒上昇管(42)は円筒状本体(26)の周方向に間隔をおいて複数、ここでは２つ配置されており、各冷媒上昇管(42)の下端部が第２仕切部材(37)に貫通状に固定されて第１空間(38)内に開口している。また、冷媒上昇管(42)の上端部の周壁には、円筒状本体(26)の径方向内方を向いた開口(44)が形成されている。冷媒下降管(43)は円筒状本体(26)の中心軸線上に１つ配置されており、冷媒下降管(43)の上端部が第２仕切部材(37)に貫通状に固定されて第２空間(39)に開口するとともに、同下端部が第１仕切部材(36)に一体に形成されて第３空間(41)内に開口している。

また、受液器(7)内の第３空間(41)には、冷媒中の異物を除去する有底円筒状に形成されたフィルタ(45)が配置されて、有底円筒状のフィルタ保持部材(46)内に保持されている。フィルタ保持部材(46)は、第２仕切部材(37)における冷媒下降管(43)の下端開口の周囲の部分に下方突出状に一体に形成されており、その周壁に複数の開口(47)が形成されている。

乾燥剤容器(9)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ており、モレキュラシーブなどからなる乾燥剤が収容されている。乾燥剤容器(9)は受液器(7)内の第２空間(39)に配置されており、第２空間(39)に周方向に間隔をおいて設けられるとともに上下方向にのびる複数、ここでは２つの保持部材(48)によって挟着保持されている。各保持部材(48)は、冷媒上昇管(42)と、冷媒上昇管(42)の上端部に固定されて上方にのびる保持バー(49)とよりなる。冷媒上昇管(42)の周壁の開口(44)は、保持バー(49)の下端よりも下方に位置している。そして、乾燥剤容器(9)は、上下方向の中程が冷媒上昇管(42)の開口(44)と対応する高さ位置にあり、冷媒上昇管(42)の開口(44)が乾燥剤容器(9)側を向いている。なお、両保持部材(48)の保持バー(49)の上端部どうしは、連結部材(51)により一体に連結されており、連結部材(51)に上方に突出した摘み(52)が一体に形成されている。

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(33)から送り出されて取付部材(8)の冷媒流入路(32)を通り、冷媒流入口(29)から受液器(7)内の第１空間(38)に流入する。第１空間(38)内に流入した冷媒は、下端開口から冷媒上昇管(42)内に入り、冷媒上昇管(42)内を上方に流れて開口(44)から第２空間(39)内に入る。そして、気液混相の冷媒が、冷媒上昇管(42)の開口(44)を通って受液器(7)内の第２空間(39)に流入する際に、乾燥剤容器(9)内の乾燥剤に触れるので、乾燥剤により冷媒中の水分が除去される。

気液混相の冷媒が第２空間(39)内に流入すると、第２空間(39)内において重力により気液分離され、液相の冷媒が第２空間(39)の下端部に溜まり、気相の冷媒は第２空間(39)の上部に溜まる。したがって、液相の冷媒のみが、上端開口から冷媒下降管(43)内に流入し、冷媒下降管(43)内を下方に流れて下端開口からフィルタ(45)を通過して第３空間(41)内に入る。冷媒がフィルタ(45)を通過する際に、冷媒中に含まれる異物が除去される。たとえば、乾燥剤容器(9)から乾燥剤の微粒が洩れた場合にも、当該乾燥剤の微粒はフィルタ(45)(52)により除去される。

第３空間(41)内に流入した液相の冷媒は、冷媒流出口(31)から取付部材(8)の冷媒流出路(34)を通るとともに、冷媒入口(35)から過冷却部(13)の左ヘッダ(16)内に流入する。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エバポレータに送られる。

この発明による熱交換器は、カーエアコンを構成する冷凍サイクルに好適に用いられ、冷媒中の水分が効果的に除去される。

(1)：熱交換器
(2)(3)：タンク
(4)：熱交換管
(7)：受液器
(10)(11)：仕切壁
(12)：凝縮部
(13)：過冷却部
(14)：凝縮部の左ヘッダ
(15)：凝縮部の右ヘッダ
(16)：過冷却部の左ヘッダ
(17)：過冷却部の右ヘッダ
(36)：第１仕切部材
(37)：第２仕切部材
(38)：第１空間
(39)：第２空間
(41)：第３空間
(42)：冷媒上昇管
(43)：冷媒下降管
(44)：開口
(48)：保持部材
(49)：保持バー

Claims

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、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筒状受液器とを備えており、受液器に、冷媒流入口および冷媒流出口が、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成された熱交換器において、
受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に受液器内を上下に区画する第１仕切部材が配置されるとともに、受液器内における冷媒流入口よりも上方の高さ位置に受液器内を上下に区画する第２仕切部材が配置され、受液器内に、第１仕切部材と第２仕切部材との間の冷媒流入口が臨む第１空間と、第２仕切部材よりも上方の第２空間と、第１仕切部材よりも下方の冷媒流出口が臨む第３空間とが設けられており、受液器内の第２空間に乾燥剤が配置され、受液器内に、下端が第１空間に通じるとともに上端が第２空間に通じる冷媒上昇管と、上端が第２空間に通じるとともに下端が第３空間に通じる冷媒下降管とが設けられている熱交換器。
乾燥剤が乾燥剤容器内に収容され、乾燥剤容器が、受液器内の第２空間に設けられるとともに上下方向にのびる複数の保持部材により保持され、少なくとも１つの保持部材が、下端部が第２仕切部材に固定されるとともに、上端部が第２空間の高さの中間部に位置する冷媒上昇管と、冷媒上昇管の上端に固定された保持バーとよりなり、冷媒上昇管の周壁の上端部における乾燥剤容器側を向いた部分に開口が形成されることにより、冷媒上昇管の上端が第２空間に通じている請求項１記載の熱交換器。
受液器が取り付けられた第１のタンクが、第１の仕切壁により第１タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、同じく他方の第２タンクが、第２の仕切壁により第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切壁が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、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、凝縮部の第１タンク側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、受液器の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の第１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または２記載の熱交換器。