JP2013134029A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器において、熱交換媒体をより均等に流通させ安定した空気の熱交換を行うと共に、前記熱交換媒体が流通する際に生じる異音を抑制する。
【解決手段】熱交換器１０を構成する第１タンク１２において、空間部２４には、導入配管２０の接続される第１タンク１２の一端部１２ａから他端部１２ｂまで延在し、該空間部２４を分割する分流板２６が設けられる。分流板２６は、導入配管２０側となる一端部が、空間部２４に接続されるチューブ１６側となるように下方に配置され、一方、他端部が、前記チューブ１６から離間した上方となるように所定角度傾斜して設けられる。また、分流板２６には、その長手方向に沿って互いに等間隔離間した複数の孔部３２ａ〜３２ｅが形成され、前記孔部３２ａ〜３２ｅの直径は、前記分流板２６の一端部側に設けられるものが最も直径が小さく、該分流板２６の他端部に向かって段階的に大きくなるように設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気を通過させることで熱交換を行い、該熱交換されて調温された空気を下流側へと供給可能な熱交換器に関する。

従来から、内部に冷媒が流通する蒸発器等の熱交換器が用いられ、前記熱交換器は、前記冷媒の蓄えられる一組のタンクと、前記タンクの間に接続される複数の熱交換チューブとを備える。そして、一方のタンクに供給された冷媒が、該タンクの長手方向に沿って等間隔毎に離間して接続された複数の熱交換チューブへとそれぞれ流通した後、他方のタンクを経て再び前記一方のタンクへと循環する。このようにタンク、熱交換チューブを循環する冷媒と熱交換器を通過する空気とが熱交換されることで、前記空気が冷却されて下流側へと供給される。

上述したような熱交換器では、タンクの一端部に設けられた導入口を通じて該タンクへと冷媒が供給されるが、前記冷媒は、導入口から離間した下流側に接続された熱交換チューブに流れやすく、該導入口側近傍に接続された熱交換チューブには流れにくい。その結果、熱交換チューブによって冷媒の流通量に偏りが生じ、それに伴って、熱交換器の熱交換に偏りが生じて熱交換効率の低下を招くという問題がある。

そこで、特許文献１の熱交換器では、タンクの内部に分流板を設けることで、各熱交換チューブに対して冷媒が略均等に流通させる構成が開示されている。この分流板は、タンクの内部において該タンクの長手方向と略平行に設けられ、且つ、複数の孔部が互いに所定間隔離間して形成されている。そして、タンク内に供給された冷媒は、複数の孔部を通じてそれぞれ分流板を通過し、各熱交換チューブへと供給される。

特開２００３−７５０２４号公報

上述した熱交換器においては、複数設けられた孔部の直径をそれぞれ変えることで、該孔部を通過して熱交換チューブへと流通する冷媒の流量を調整し、前記熱交換チューブに均等に前記冷媒が流通するように調整している。しかしながら、分流板の孔部は、冷媒の流通方向に対して直交方向に開口しているため、前記冷媒が前記孔部に対して入りにくく、しかも、前記孔部の開口部に当たることによって異音が発生するという問題が生じる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、熱交換媒体を複数のチューブに対してより均等に流通させ空気の熱交換を安定的に行うと共に、前記熱交換媒体が流通する際に生じる異音を抑制することが可能な熱交換器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、熱交換媒体が蓄えられる中空のタンクと、内部に前記熱交換媒体が流れ、前記タンクの長手方向に沿って並列に接続される複数のチューブと、前記タンクの端部に接続され前記熱交換媒体が導入される導入口とを有する熱交換器において、
前記タンクの内部には、前記導入口側となる第１空間と前記チューブ側となる第２空間とを分割すると共に、前記タンクの長手方向に沿って配置された複数の孔部とを有する分流板を備え、
前記分流板は、前記導入口から下流になるにしたがって前記タンク内における第１空間の断面積が小さくなるように配置されることを特徴とする。

本発明によれば、熱交換媒体が導入される導入口が端部に接続された熱交換器のタンクにおいて、導入口側となる第１空間とチューブ側となる第２空間とを分割する分流板を内部に設け、前記分流板には、タンクの長手方向に沿って配置された複数の孔部とを備える。そして、分流板を、タンク内において導入口から下流になるにしたがって前記タンク内における第１空間の断面積が小さくなるように配置している。

従って、導入口からタンク内へと導入された熱交換媒体は、前記導入口から下流側へと流通するに従って圧力が高くなり、それに伴って、第１空間と第２空間との圧力差が大きくなるため、タンクにおける導入口側の熱交換媒体が下流側の熱交換媒体と比較して孔部を通じて第２空間側へと流通しやすくなる。その結果、熱交換媒体の供給されるタンクにおいて、第１空間の断面積を前記熱交換媒体が流れやすい下流側に向かって徐々に小さくするように分流板を設けることで、孔部を通じて第１空間から第２空間へと流通する熱交換媒体の流量を均等とし、前記第２空間から熱交換媒体を複数のチューブに対して均等に流通させることができる。そのため、熱交換器における熱交換の偏りが生じることがなく、熱交換効率の低下が防止される。また、孔部を有した分流板が、第１空間の断面積が下流側で小さくなるように設けられているため、前記孔部を前記熱交換媒体が通過する際の乱流の発生が防止され、それに伴った異音の発生が防止される。

さらに、分流板は、導入口側に孔部の開口を向けて形成することにより、前記孔部が熱交換媒体の流通方向に臨むように開口するため、前記流通方向と孔部とが略平行に設けられた場合に生じる乱流に起因した異音の発生を防止することができ、前記孔部を通じて熱交換媒体を第１空間から第２空間へと円滑に流通させることができる。

さらにまた、分流板の孔部を、導入口から下流に向かって徐々に開口面積が大きくなるように形成することにより、第１空間と第２空間との圧力差が大きく、乱流の発生しやすい前記第１空間の下流側において開口面積の大きな孔部を通過させることで円滑に流通させることができ、該孔部を熱交換媒体が通過する際の異音の発生を防止することが可能となる。

またさらに、分流板は、タンクの内部に傾斜させて設けるとよい。

また、分流板は、タンクの内部で階段状に形成するとよい。これにより、階段状に形成された分流板によって熱交換媒体の流れ方向に対向するように孔部を形成することができるため、前記熱交換媒体をより一層円滑に前記孔部へと導いて通過させることが容易となり、前記孔部を前記熱交換媒体が通過する際の異音の発生を防止することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、導入口からタンク内へと導入された熱交換媒体は、該タンク内に設けられた分流板によって前記導入口から下流側へ流通するに従って圧力が高くなるため、タンクにおける導入口側の熱交換媒体が下流側の熱交換媒体と比較して孔部を通じて第２空間側へと流通しやすくなる。その結果、熱交換媒体の供給されるタンクにおいて、前記熱交換媒体が流れやすい第１空間の断面積を下流側に向かって徐々に小さくするように分流板を設けることで、タンクに接続された複数のチューブに対して熱交換媒体を均等に流すことが可能となる。また、孔部を有した分流板が、第１空間の断面積が下流側で小さくなるように設けられているため、前記孔部を前記熱交換媒体が通過する際の乱流の発生が防止され、それに伴った異音の発生が防止される。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の外観斜視図である。 図２Ａは、図１の熱交換器における第１タンク近傍を示す拡大断面図であり、図２Ｂは、図２Ａに示す第１タンク近傍を示す一部省略斜視図である。 図３Ａは、図２Ａにおける分流板の孔部近傍を示す拡大断面図であり、図３Ｂは、従来技術に係る分流板の孔部近傍を示す拡大断面図である。 図４Ａは、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器における第１タンク近傍を示す拡大断面図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す第１タンク近傍を示す一部省略斜視図である。

本発明に係る熱交換器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。図１において、参照符号１０は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器を示す。

この熱交換器１０は、例えば、内部に冷媒（熱交換媒体）が循環することで該熱交換器１０を通過する空気を冷却可能な蒸発器であり、図１に示されるように、所定間隔離間して配置される一組の第１及び第２タンク１２、１４と、前記第１タンク（タンク）１２と第２タンク１４との間を接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数のフィン１８とを含む。フィン１８は、例えば、アルミニウム等の薄板を波状に折曲することで形成され、隣接する２つのチューブ１６の間に設けられる。

第１及び第２タンク１２、１４は、例えば、中空箱状で熱交換器１０の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って長尺に形成され、図１、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、上部側に設けられる前記第１タンク１２の一端部１２ａには、外部から冷媒の導入される導入配管（導入口）２０と、熱交換器１０の内部を循環した前記冷媒が導出される導出配管２２とが接続される。なお、導入配管２０及び導出配管２２は、熱交換器１０の厚さ方向（矢印Ｂ方向）に並列となるように配置される。

また、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、第１タンク１２の内部には、冷媒の導入される空間部２４を有し、前記空間部２４には、該空間部２４を分割する分流板２６が設けられる。分流板２６は、例えば、一定厚さの板材からなり、導入配管２０の接続される第１タンク１２の一端部１２ａから他端部１２ｂまで延在し、導入配管２０側（矢印Ａ１方向）となる一端部１２ａが、空間内においてチューブ１６側（矢印Ｃ１方向）となるように下方に配置され、一方、他端部１２ｂが、前記チューブ１６から離間した上方（矢印Ｃ２方向）となるように所定角度傾斜して設けられる。

すなわち、分流板２６は、第１タンク１２の一端部１２ａから他端部１２ｂに向けて徐々に上昇するように所定角度傾斜した状態で配置される。

換言すれば、分流板２６は、空間部２４において上流側となる導入配管２０側が下方に配置され、一方、下流側となる他端部１２ｂ側が上方となるように傾斜して設けられる。

また、分流板２６は、例えば、ろう付け等によって第１タンク１２の内壁面に対して固定される。

そして、空間部２４は分流板２６と第１タンク１２の上壁１２ｃとの間に形成される断面三角形状の第１空間２８と、前記分流板２６と前記第１タンク１２の下部との間に形成される断面三角形状の第２空間３０とに分割される。第１空間２８は、導入配管２０と連通しており、該導入配管２０から供給された冷媒が前記第１空間２８へと導入される。

分流板２６には、長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離間した複数の孔部３２ａ〜３２ｅが形成され、前記孔部３２ａ〜３２ｅの直径（開口面積）は、前記分流板２６の一端部側（矢印Ａ１方向）に形成された孔部３２ａが最も小さく、他端部側（矢印Ａ２方向）となるのに従って、段階的に大きくなるように設定される。すなわち、分流板２６の他端部近傍に形成された孔部３２ｅの直径が最も大きく設定される（３２ａ＜３２ｂ＜３２ｃ＜３２ｄ＜３２ｅ）。

なお、孔部３２ａ〜３２ｅは、上述した説明のように真円としてもよいし、分流板２６の長手方向に沿って長尺な長円としてもよい。

チューブ１６は、例えば、金属製材料からなる薄板で中空状且つ一直線状に形成され、第１及び第２タンク１２、１４に対して略直交方向（矢印Ｃ１、Ｃ２方向）に延在し、その一端部が第１タンク１２に接続され、他端部が第２タンク１４に接続されて互いに連通している。また、複数のチューブ１６は、互いに等間隔離間して略平行に配置される。そして、導入配管２０から第１タンク１２へと供給された冷媒が複数のチューブ１６を経て第２タンク１４へと循環した後に、再び前記第１タンク１２へと戻って導出配管２２から排出される。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。

先ず、導入配管２０を通じて第１タンク１２に圧縮された冷媒が供給されることにより、前記冷媒は、空間部２４における第１空間２８へと導入される。この第１空間２８は、分流板２６によって第１タンク１２の他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって徐々に狭くなるように形成されているため、前記冷媒は、前記他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって流通することで、その圧力が徐々に上昇していく。すなわち、第１空間２８は、第１タンク１２の他端部１２ｂ側において圧力が高く、前記第１タンク１２の一端部１２ａ側（矢印Ａ１方向）における圧力が相対的に低い状態となる。

そして、複数の孔部３２ａ〜３２ｅを介して連通する第２空間３０は、第１タンク１２の一端部１２ａ側から他端部１２ｂ側にかけて略均一な圧力であるため、前記第１空間２８と第２空間３０との圧力差が、前記第１タンク１２の他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって徐々に大きくなっている。そのため、冷媒がチューブ１６側へと流通しにくい第１タンク１２の一端部１２ａ側では、第１空間２８と第２空間３０との圧力差が小さいため、前記冷媒を前記チューブ１６側となる前記第２空間３０へと確実且つ円滑に流通させることができる。

また、第１空間２８から複数の孔部３２ａ〜３２ｅを通じて第２空間３０へと冷媒が流通する際、分流板２６が冷媒の流通方向（矢印Ａ２方向）に臨むように傾斜しているため、図３Ａに示されるように、前記孔部３２ａ、３２ｂ（３２ｃ、３２ｄ）は前記流通方向に向かって開口しており、前記冷媒が前記孔部３２ａ、３２ｂ（３２ｃ、３２ｄ）に対してスムーズに導入されて通過させることが可能となる。その結果、冷媒が孔部２ａ、３２ｂ（３２ｃ、３２ｄ）に導入される際に乱流が発生することが抑制され、該乱流に起因した異音の発生が抑制される。

これに対して、図３Ｂに示される従来技術に係る分流板２６ａでは、冷媒の流通方向（矢印Ａ２方向）と該分流板２６ａとが略平行に設けられ、且つ、前記分流板２６ａに形成された孔部３３ａ、３３ｂが前記流通方向と直交方向に開口している。そのため、冷媒が孔部３３ａ、３３ｂを通過しようとした際、流通方向と直交した孔部３３ａ、３３ｂの内壁面に当たることで流れが妨げられ、その流れの乱れた乱流となって前記孔部３３ａ、３３ｂを通過する。そのため、孔部３３ａ、３３ｂを冷媒が通過する際に異音が発生することとなる。

そして、第１空間２８から第２空間３０へと流通した冷媒は、第１タンク１２の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って等間隔離間して配置された複数のチューブ１６へとそれぞれ略均等に供給され、第２タンク１４へと流通する。その後、第２タンク１４から再び前記チューブ１６を通じて前記第１タンク１２へと循環した後、導出配管２２を通じて外部へと導出される。

以上のように、第１の実施の形態では、熱交換器１０を構成する第１タンク１２において、導入配管２０の接続される前記第１タンク１２の一端部１２ａ側から他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって傾斜した分流板２６を空間部２４に設け、冷媒がチューブ１６へと流れやすい前記第１タンク１２の他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）を狭く、前記冷媒が前記チューブ１６へと流れにくい前記第１タンク１２の一端部１２ａ側（矢印Ａ１方向）を広く形成することで、前記他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）となる第１空間２８における冷媒の圧力が高くなり、前記一端部１２ａ側（矢印Ａ１方向）で前記冷媒が第２空間３０側（チューブ１６側）へと流れやすくなる。

その結果、冷媒の供給される第１タンク１２において、前記冷媒が流れやすい他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）を狭くするように分流板２６を配置することで、導入配管２０の接続された一端部１２ａに対して奥側（下流側）となる前記他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）の流れ抵抗を大きくし、それに伴って、前記導入配管２０側のチューブ１６に対して冷媒を流れやすくすることができ、複数のチューブ１６に対して冷媒を略均等に流通させることができるため、熱交換器１０における熱交換の偏りが生じることがなく、熱交換効率の低下を防止できる。

また、分流板２６に形成された複数の孔部３２ａ〜３２ｅは、該分流板２６が傾斜することで冷媒の流通方向（矢印Ａ２方向）に臨むように開口しているため、前記流通方向と分流板２６ａ（孔部３３ａ、３３ｂ）とが略平行に設けられた場合（図３Ｂ参照）に生じる乱流に起因した異音の発生を防止することができ、前記孔部３２ａ〜３２ｅを通じて冷媒を第１空間２８から第２空間３０へと円滑に流通させることができる。

さらに、分流板２６では、第１空間２８において冷媒の圧力が高くなる他端部側（矢印Ａ２方向）において、孔部３２ａ〜３２ｅの直径を大きく設定し、一端部側に向けて段階的に前記直径が小さくなるように設定しているため、第１空間２８と第２空間３０との圧力差が大きく、乱流の発生しやすい前記第１空間２８の他端部側（矢印Ａ２方向）において直径の大きな孔部３２ｅを通過させることで円滑に流通させることができ、該孔部３２ｅを冷媒が通過する際の異音の発生を防止することが可能となる。

次に、第２の実施の形態に係る熱交換器５０を図４Ａ及び図４Ｂに示す。なお、上述した第１の実施の形態に係る熱交換器１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明を省略する。

この第２の実施の形態に係る熱交換器５０では、図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、第１タンク１２の内部に設けられる分流板５２が、該第１タンク１２の一端部１２ａから他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって階段状に形成されている点で、第１の実施の形態に係る熱交換器１０と相違している。

分流板５２は、例えば、複数の分割された段部５４ａ〜５４ｆからなり、該段部５４ａ〜５４ｆは、第１タンク１２の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに所定間隔離間して設けられると共に、前記長手方向と略平行に設けられる。そして、各段部５４ａ〜５４ｆは、例えば、ろう付け等によって第１タンク１２の内壁面に対してそれぞれ固定される。

また、分流板５２は、第１タンク１２の空間部２４において最も一端部１２ａ側（矢印Ａ１方向）に設けられる段部５４ａが、最もチューブ１６側（矢印Ｃ１方向）となるように配置され、前記第１タンク１２の他端部１２ｂに向けて段階的に前記チューブ１６から離間し、該第１タンク１２の上壁１２ｃ側（矢印Ｃ２方向）に配置される。すなわち、最も第１タンク１２の他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に配置された段部５４ｆが、第１タンク１２の上壁１２ｃ側（矢印Ｃ２方向）となる上部に設けられる。なお、第１タンク１２の他端部１２ｂと段部５４ｆとの間には所定間隔の隙間が設けられている。

さらに、隣接する２つの段部５４ａ〜５４ｆの間には、第１タンク１２の長手方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って所定間隔で形成される間隙５６ａ〜５６ｅがそれぞれ設けられる。この間隙５６ａ〜５６ｅの大きさ（開口面積）は、第１タンク１２の一端部１２ａ側に設けられる間隙５６ａが狭く、該第１タンク１２の他端部１２ｂ側に向かって段階的に広くなるように設定され、前記他端部１２ｂ側に最も近く配置された間隙５６ｅが最も大きくなる。

この分流板５２を構成する複数の段部５４ａ〜５４ｆと第１タンク１２の上壁１２ｃとの間には、空間部２４の分割された第１空間２８が形成され、前記段部５４ａ〜５４ｆと前記第１タンク１２の下部との間には、前記空間部２４の分割された第２空間３０が形成され、前記第１空間２８が、導入配管２０と連通している。

そして、導入配管２０を通じて第１タンク１２に圧縮された冷媒が供給されることにより、前記冷媒は、空間部２４における第１空間２８へと導入され、該第１空間２８は、分流板５２によって第１タンク１２の他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって徐々に狭くなるように形成されている。そのため、冷媒は、前記他端部１２ｂ側（矢印Ａ２方向）に向かって流通することで、その圧力が徐々に上昇していく。これにより、略均一な圧力である第２空間３０と第１空間２８との圧力差によって第１タンク１２の一端部１２ａ側において第２空間３０側へと冷媒が流れやすくなる。その結果、冷媒がチューブ１６側へと流通しにくい第１タンク１２の一端部１２ａ側においても、前記冷媒を前記チューブ１６へと確実且つ円滑に流通させることができ、複数のチューブ１６に対して略均等に冷媒を流通させ、熱交換器５０における熱交換を均等に行うことが可能となる。

また、第１空間２８から複数の間隙５６ａ〜５６ｅを通じて第２空間３０へと冷媒が流通する際、分流板５２が冷媒の流通方向（矢印Ａ２方向）に臨むように段差状となっているため、前記冷媒が段部５４ｂ〜５４ｆの端部にそれぞれ当たることで間隙５６ａ〜５６ｅへとスムーズに導いて通過させることが可能となる。その結果、冷媒が間隙５６ａ〜５６ｅに導入される際に発生する異音が抑制される。

なお、上述した分流板５２は、複数の段部５４ａ〜５４ｆをそれぞれ別個に設け、前記段部５４ａ〜５４ｆの間に間隙５６ａ〜５６ｅを設ける構成としているが、これに限定されるものではなく、例えば、単一の板材からプレス成形等によって分流板を階段状に形成すると共に、同時に、間隙に相当する孔部を形成するようにしてもよい。このように、分流板を成形によって形成した場合、該分流板を低コストで容易に製造することが可能となる。

以上のように、第２の実施の形態では、第１タンク１２の空間部２４において、前記第１タンク１２の一端部１２ａから他端部１２ｂ側に向かって段階的にチューブ１６から離間するように配置された複数の段部５４ａ〜５４ｆを有した分流板５２を設けることにより、前記段部５４ａ〜５４ｆによって冷媒の流れ方向に対向する間隙５６ａ〜５６ｅを容易に形成することができるため、冷媒をより一層円滑に間隙５６ａ〜５６ｅへと導いて通過させることが可能となる。

なお、本発明に係る熱交換器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０…熱交換器 １２…第１タンク
１４…第２タンク １６…チューブ
１８…フィン ２０…導入配管
２４…空間部 ２６、５２…分流板
２８…第１空間 ３０…第２空間
３２ａ〜３２ｅ…孔部 ５４ａ〜５４ｆ…段部
５６ａ〜５６ｅ…間隙

Claims (5)

1. 熱交換媒体が蓄えられる中空のタンクと、内部に前記熱交換媒体が流れ、前記タンクの長手方向に沿って並列に接続される複数のチューブと、前記タンクの端部に接続され前記熱交換媒体が導入される導入口とを有する熱交換器において、
   前記タンクの内部には、前記導入口側となる第１空間と前記チューブ側となる第２空間とを分割すると共に、前記タンクの長手方向に沿って配置された複数の孔部とを有する分流板を備え、
   前記分流板は、前記導入口から下流になるにしたがって前記タンク内における第１空間の断面積が小さくなるように配置されることを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１記載の熱交換器において、
   前記分流板は、前記導入口側に前記孔部の開口が向いていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２記載の熱交換器において、
   前記分流板の孔部は、前記導入口から下流に向かって徐々に開口面積が大きくなるように形成されることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
   前記分流板は、前記タンクの内部に傾斜させて設けられることを特徴とする熱交換器。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器において、
   前記分流板は、前記タンクの内部に階段状に形成されることを特徴とする熱交換器。

Images