JP2011027326A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】受液器から過冷却部に流入する気液混相冷媒中の気相冷媒の比率を低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、１対のタンク２と、複数の熱交換管４と、いずれか一方のタンク２に取り付けられた受液器７とを備えており、凝縮部と過冷却部12とが上下方向に並んで設けられている。凝縮部の最下流側ヘッダ13から流出した冷媒が受液器７内に入り、受液器７内から流出した冷媒が過冷却部12の最上流側ヘッダ16に流入する。過冷却部12に、複数の熱交換管４からなるパス21,22を上下方向に並んで複数設ける。凝縮部11の最下流側ヘッダ13内と受液器７内とを通じさせる冷媒流通管35を設ける。冷媒流通管35を、冷媒流通管35内を流れる冷媒と、過冷却部12の最下流側ヘッダ17を流れる冷媒とが熱交換をしうるような位置に配置する。
【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、各図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部材により上下２つのタンク部に区画され、両仕切部材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、冷媒を凝縮部から受液器内に流入させる冷媒流入口、および冷媒を受液器内から流出させて過冷却部に送り込む冷媒流出口が、前者が上方に位置するように形成され、凝縮部の受液器が取り付けられた側のタンクの最下流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、受液器内から冷媒流出口を通って流出した冷媒が過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクの最上流側ヘッダに流入するようになっ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、受液器での気液分離性能に限界があるので、受液器から過冷却部に流入する気液混相冷媒中の気相冷媒の比率を低減させる効果にも限界があり、冷凍サイクルのさらなる冷却性能の向上が求められた場合、この要求に応えることができない。

特開平８−２１９５９０号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、受液器から過冷却部に流入する気液混相冷媒中の気相冷媒の比率を、特許文献１記載の熱交換器に比べて低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、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おいて仕切部材により上下２つのタンク部に区画されており、両仕切部材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、同じく両仕切部材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側のタンクの最下流側ヘッダから流出した冷媒が受液器内に入り、受液器内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側のタンクの最上流側ヘッダに流入するようになっている熱交換器において、
過冷却部に、上下に並んだ複数の熱交換管からなるパスが上下方向に並んで複数設けられ、凝縮部の受液器が取り付けられた側のタンクの最下流側ヘッダ内と受液器内とを通じさせる冷媒流通管が設けられ、冷媒流通管が、当該冷媒流通管内を流れる冷媒と、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダを流れる冷媒とが熱交換をしうるような位置に配置されている熱交換器。

2)冷媒流通管が、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダ内に通されている上記1)記載の熱交換器。

3)受液器に、冷媒を受液器内に流入させる冷媒流入路と、冷媒を受液器内から流出させて過冷却部内に送り込む冷媒流出路とが形成され、冷媒流通管が、一端部が、受液器が取り付けられた側のタンクに設けられた凝縮部と過冷却部との間の仕切部材に接続されるとともに、当該タンク内を下方にのびてタンクの底壁を貫通し、他端部が受液器の冷媒流入路に接続されている上記2)記載の熱交換器。

上記1)〜3)の熱交換器によれば、過冷却部に、上下に並んだ複数の熱交換管からなるパスが上下方向に並んで複数設けられ、凝縮部の受液器が取り付けられた側のタンクの最下流側ヘッダ内と受液器内とを通じさせる冷媒流通管が設けられ、冷媒流通管が、当該冷媒流通管内を流れる冷媒と、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダを流れる冷媒とが熱交換をしうるような位置に配置されているので、凝縮部の受液器が取り付けられた側のタンクの最下流側ヘッダから流出した気液混相冷媒が、冷媒流通管を通って受液器内に流入する際に、過冷却部の少なくとも最上位および上から２番目のパスの熱交換管を流れる間に冷却されて温度が低下した冷媒により冷却されるので、冷媒流通管を通る気液混相冷媒中の気相冷媒が液化し、受液器内に流入する気液混相冷媒中の液相冷媒の比率が高くなる。したがって、受液器から過冷却部に流入する気液混相冷媒中の気相冷媒の比率が、特許文献１記載の熱交換器に比べて低くなり、上記1)の熱交換器を用いた冷凍サイクルの冷却性能を向上させることができる。

上記2)および3)の熱交換器によれば、冷媒流通管を、当該冷媒流通管内を流れる冷媒と、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダを流れる冷媒とが熱交換をしうるような位置に、比較的簡単に配置することができる。

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に示す熱交換器の要部を拡大して示す一部を省略した垂直縦断面図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、各図の左右を左右というものとし、各図の紙面表側を前、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)は、下部の同一高さ位置においてそれぞれ仕切壁(8)(9)（仕切部材）により上下２つのタンク部(2a)(2b)(3a)(3b)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(11)と、凝縮部(11)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(12)とが、前者が上方に位置するように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。

左右両タンク(2)(3)における仕切壁(8)(9)よりも上方のタンク部(2a)(3a)の全体がそれぞれ１つのヘッダ(13)(14)になっている。右タンク(3)における仕切壁(9)よりも上方のタンク部(3a)のヘッダ(14)が凝縮部(11)の最上流側ヘッダとなり、左タンク(2)（受液器が取り付けられた側のタンク）における仕切壁(8)よりも上方のタンク部(2a)のヘッダ(13)が凝縮部(11)の最下流側ヘッダとなっている。左タンク(2)における仕切壁(8)よりも下方のタンク部(2b)は、通路群形成用のアルミニウム製仕切板(15)により上下２つのヘッダ(16)(17)に分けられているとともに、右タンク(3)における仕切壁(9)よりも下方のタンク部(3b)の全体が１つのヘッダ(18)になっている。そして、左タンク(2)における仕切壁(8)よりも下方のタンク部(2b)の上側ヘッダ(16)が過冷却部(12)の最上流側ヘッダとなり、同じく下側ヘッダ(17)が過冷却部(12)の最下流側ヘッダとなり、右タンク(3)の仕切壁(9)よりも下方のタンク部(3b)のヘッダ(18)が過冷却部(12)の中間ヘッダとなっている。

凝縮部(11)には、上下に連続して並んだ熱交換管(4)からなる１つのパス(19)が設けられている。当該パス(19)の熱交換管(4)は、最上流側ヘッダ(14)および最下流側ヘッダ(13)に通じている。なお、凝縮部(11)に設けられるパスの数は１に限定されるものではない。この場合にも、左タンク(2)（受液器(7)が取り付けられる側のタンク）に最下流側ヘッダが設けられる。

過冷却部(12)には、仕切板(15)よりも上方の部分および仕切板(15)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複数の熱交換管(4)からなるパス(21)(22)が複数、ここでは２つ設けられている。上側パス(21)の熱交換管(4)は、最上流側ヘッダ(16)および中間ヘッダ(18)に通じており、下側パス(22)の熱交換管(4)は、中間ヘッダ(18)および最下流側ヘッダ(17)に通じている。過冷却部(12)の各パス(21)(22)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)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(11)の最上流側ヘッダ(14)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(23)が接合され、過冷却部(12)の最下流側ヘッダ(17)に、冷媒出口(24)（図２参照）に通じるアルミニウム製冷媒出口部材(25)が接合されている。

受液器(7)は、左タンク(2)にろう付されたアルミニウム製受液器取付部材(26)と、上下方向にのびかつ下端部が受液器取付部材(26)に取り付けられた円筒状のアルミニウム製受液器本体(27)とよりなる。

図２に示すように、受液器取付部材(26)には、２つの固定部(28)(29)が上下方向に間隔をおくとともに右方に突出するように一体に形成されており、上側固定部(28)の先端が過冷却部(12)の最上流側ヘッダ(16)にろう付され、下側固定部(29)の先端が過冷却部(12)の最下流側ヘッダ(17)にろう付されている。また、受液器取付部材(26)の上面には上方に突出した円柱状の凸部(31)が一体に形成されている。そして、受液器取付部材(26)に、一端が凸部(31)の上端面に開口するとともに他端が下面に開口した冷媒流入路(32)と、一端が凸部(31)の上端面における冷媒流入路(32)の上端開口よりも右側の部分に開口するとともに他端が上側固定部(28)の先端面に開口した冷媒流出路(33)とが形成されている。冷媒流出路(33)は、過冷却部(12)の最上流側ヘッダ(16)に形成された冷媒流入口(34)に通じている。

受液器本体(27)は、下端が開口するとともに上端が閉鎖された垂直円筒状であり、その下端開口内に受液器取付部材(26)の凸部(31)が嵌め入れられた状態で、受液器取付部材(26)に適当な手段、たとえばろう付により固定されている。なお、受液器本体(27)内には、乾燥剤、フィルタなどが配置されている。

凝縮部(11)の最下流側ヘッダ(13)内と受液器(7)内とはアルミニウム製冷媒流通管(35)により通じさせられており、冷媒流通管(35)内を流れる冷媒と、過冷却部(12)の最下流側ヘッダ(17)（受液器(7)が取り付けられた側のタンク(2)内における上から２番目以降のパス(22)の熱交換管(4)が通じているヘッダ）内を流れる冷媒とが熱交換をしうるようになっている。冷媒流通管(35)は、一端部が左タンク(2)（受液器(7)が取り付けられた側のタンク）に設けられた凝縮部(11)と過冷却部(12)との間の仕切壁(8)に接続されて凝縮部(11)の最下流側ヘッダ(13)内に開口しているとともに、左タンク(2)内を下方にのびて仕切板(15)および左タンク(2)の底壁を貫通し、他端部が受液器取付部材(26)の冷媒流入路(32)に接続されている。すなわち、冷媒流通管(35)が、過冷却部(12)の受液器(7)が取り付けられた左タンク(2)内における上から２番目以降のパス(22)が通じているヘッダ(17)に通されている。

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冷媒が入口部材(23)を通って図示しない冷媒入口から凝縮部(11)の最上流側ヘッダ(14)内に流入する。最上流側ヘッダ(14)内に流入した気液混相冷媒は、パス(19)の熱交換管(4)を通って最下流側ヘッダ(13)内に流入する。

凝縮部(11)の最下流側ヘッダ(13)内に流入した気液混相冷媒は、冷媒流通管(35)内に流入し、冷媒流通管(35)内を通って受液器取付部材(26)の冷媒流入路(32)内に入り、冷媒流入路(32)を経て受液器本体(27)内に入る。そして、受液器本体(27)内において、乾燥剤により水分が除去されるとともに、重力により気相冷媒が除去される。受液器本体(27)内において気相冷媒が除去された気液混相冷媒は、受液器取付部材(26)の冷媒流出路(33)および冷媒流入口(34)を通って過冷却部(12)の最上流側ヘッダ(16)内に流入する。最上流側ヘッダ(16)内に流入した冷媒は、上側パス(21)の熱交換管(4)を通って中間ヘッダ(18)内に入り、下側パス(22)の熱交換管(4)を通って最下流側ヘッダ(17)内に入り、冷媒出口(24)および冷媒出口部材(25)を通って膨張弁に送られ、膨張弁において減圧された後にエバポレータに送られる。

ここで、凝縮部(11)の最下流側ヘッダ(13)から流出した気液混相冷媒が、冷媒流通管(35)を通って受液器(7)内に流入する際に、過冷却部(12)の上下両パス(21)(22)の熱交換管(4)を流れる間に冷却されるとともに、過冷却部(12)の最下流側ヘッダ(17)内に流入した温度の低い冷媒により冷却されるので、冷媒流通管(35)を通る気液混相冷媒中の気相冷媒が液化し、受液器(7)内に流入する気液混相冷媒中の液相冷媒の比率が高くなる。したがって、受液器(7)から過冷却部(12)に流入する気液混相冷媒中の気相冷媒の比率が比較的低くなり、熱交換器(1)を用いた冷凍サイクルの冷却性能を向上させることができる。

上記実施形態においては、過冷却部(12)に設けられたパスの数は２つであるが、これに限定されるものではない。パスの数が３以上の場合、冷媒流通管(35)は、上から２番目のパスが通じている部分のみに通されていてもよいし、あるいは２番目以降の複数のパスが通じている部分に通されていてもよい。

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る。

(1)：熱交換器
(2)(3)：タンク
(4)：熱交換管
(7)：受液器
(8)(9)：仕切壁（仕切部材）
(11)：凝縮部
(12)：過冷却部
(13)：凝縮部の最下流側ヘッダ
(16)：過冷却部の最上流側ヘッダ
(17)：過冷却部の最下流側ヘッダ
(21)(22)：過冷却部のパス
(32)：冷媒流入路
(33)：冷媒流出路
(35)：冷媒流通管

Claims (3)

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おいて仕切部材により上下２つのタンク部に区画されており、両仕切部材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、同じく両仕切部材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側のタンクの最下流側ヘッダから流出した冷媒が受液器内に入り、受液器内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側のタンクの最上流側ヘッダに流入するようになっている熱交換器において、
   過冷却部に、上下に並んだ複数の熱交換管からなるパスが上下方向に並んで複数設けられ、凝縮部の受液器が取り付けられた側のタンクの最下流側ヘッダ内と受液器内とを通じさせる冷媒流通管が設けられ、冷媒流通管が、当該冷媒流通管内を流れる冷媒と、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダを流れる冷媒とが熱交換をしうるような位置に配置されている熱交換器。
2. 冷媒流通管が、過冷却部の受液器が取り付けられた側のタンクにおける上から２番目以降のパスの熱交換管が通じているヘッダ内に通されている請求項１記載の熱交換器。
3. 受液器に、冷媒を受液器内に流入させる冷媒流入路と、冷媒を受液器内から流出させて過冷却部内に送り込む冷媒流出路とが形成され、冷媒流通管が、一端部が、受液器が取り付けられた側のタンクに設けられた凝縮部と過冷却部との間の仕切部材に接続されるとともに、当該タンク内を下方にのびてタンクの底壁を貫通し、他端部が受液器の冷媒流入路に接続されている請求項２記載の熱交換器。

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