JP2017203609A - エバポレータ - Google Patents

Abstract

【課題】エバポレータにおいて、分流された冷媒を各チューブに対して均一となるように流通させつつ、流通抵抗を低減させ熱交換性能の向上を図る。【解決手段】エバポレータ１０において、冷媒の循環する第２ヘッダ１４の内部には、分割された第１空間部３０に複数の第１分流板３８ａ、３８ｂが第２ヘッダ１４の幅方向と略直交するように設けられ、その略中央には孔部４０ａが開口している。そして、第１分流板３８ａ、３８ｂは、第２ヘッダ１４内において複数設けられ底部１４ａから突出したリブ２４の下流側に隣接して配置される。これにより、冷媒の一部がリブ２４によって第１分流板３８ａ、３８ｂの孔部４０ａへと導かれて下流側へと流通すると共に、冷媒の残りが前記第１分流板３８ａ、３８ｂに堰き止められチューブ１６側へと導かれる。【選択図】図２

Description

本発明は、内部に冷媒を流通させ外部に空気を通過させることで該冷媒と熱交換を行って前記空気の冷却を行うことが可能なエバポレータに関する。

従来から、自動車等の車両に用いられる車両用空調装置において、内部に冷媒を流通させることで通過する空気を冷却するエバポレータが用いられている。

このエバポレータは、例えば、特許文献１に示されるように、一組のヘッダと、前記ヘッダの間に接続される複数のチューブと、前記チューブの間に設けられた複数のフィンとを備え、前記ヘッダの長手方向に沿って前記チューブが並列に配置されると共に、該ヘッダの内部には各チューブに対して均等に冷媒を流通させるための複数の絞り板が設けられている。この絞り板は、ヘッダの長手方向と直交するように配置され、その中央部には円形状の絞り穴がそれぞれ形成されている。

そして、ヘッダへと供給された冷媒が長手方向へと流れることで、複数の絞り板及び絞り穴によって各チューブへと略均等となるように分流される。

特許第３３９１３３９号公報

しかしながら、上述したエバポレータでは、複数の絞り板において冷媒の流通方向下流側に向かって絞り穴の穴径を段階的に小さくすることで冷媒の分流量を調整しているため、前記絞り穴を通過する際の冷媒の流通抵抗が下流に行くにつれて増加し、それに伴って、熱交換性能の低下を招くこととなる。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、分流された冷媒を各チューブに対して均一となるように流通させつつ、流通抵抗を低減させて熱交換性能の向上を図ることが可能なエバポレータ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、互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれタンクに接続され冷媒の流通する複数のチューブと、隣接するチューブの間に設けられる複数のフィンと、タンクの内部において冷媒の流れ方向と直交するように設けられた分流板とを有し、フィンを通過する空気と冷媒との間で熱交換を行うエバポレータにおいて、
タンクの内部には、内壁面からチューブ側に向かって突出し、冷媒の流れ方向と直交するように形成された複数のリブを有し、冷媒の流通する孔部を有した分流板がリブの間と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、複数のチューブを介して一組のタンクを接続するエバポレータにおいて、タンクの内部には、冷媒の流れ方向と直交するように配置された分流板を備え、分流板がタンクの内壁面からチューブ側へと突出した複数のリブの間となるように配置されている。

従って、タンクの内部を冷媒が流れる際、冷媒の流れがリブによってチューブ側へと偏向され分流板の孔部に向かって導かれるため、孔部を通じて冷媒を下流側へと円滑に流通させることができると同時に、分流板によって堰き止められた冷媒の一部を直交方向へと流通させチューブ側へと好適に導くことが可能となる。

その結果、分流板によって冷媒を分流させることで各チューブに対して冷媒を均一に流通させることができ、しかも、従来の熱交換器のように孔部の開口面積を変化させる必要がないため冷媒の流通抵抗を低減でき、それに伴って、冷媒と空気との熱交換を均等に行うことで熱交換性能の向上を図ることができる。

また、分流板を、リブの下流側に隣接して設けることにより、リブによって偏向させた冷媒の流れをより効率的に分流板の孔部へと導くことができる。

さらに、分流板の孔部を、リブの高さよりも高い位置に開口させることにより、リブによって偏向された冷媒を孔部へと好適に導くことが可能となる。

さらにまた、リブと分流板との離間距離を、冷媒の流れ方向において１ｍｍ以下に設定することにより、リブによって冷媒を分流板の孔部へとより好適に案内することができる。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、エバポレータを構成するタンクの内部に冷媒の流れ方向と直交するように配置された分流板を備え、分流板を複数のリブの間となるように配置することにより、タンクの内部を冷媒が流れる際、分流板によって堰き止められた冷媒をチューブ側へと好適に導くことで各チューブに対して冷媒を均一に流通させることができ、しかも、冷媒の流れがリブによって偏向され分流板の孔部に向かって導かれることで、孔部を通じて冷媒を下流側へと円滑に流通させることができるため、流通抵抗の低減に伴って熱交換性能の向上を図ることができる。

本発明の実施の形態に係るエバポレータの外観斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

本発明に係るエバポレータ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、本発明の実施の形態に係るエバポレータを示す。

このエバポレータ１０は、図１に示されるように、例えば、一組の第１及び第２ヘッダ（タンク）１２、１４と、前記第１ヘッダ１２と第２ヘッダ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とを含み、前記第１及び第２ヘッダ１２、１４の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と直交する熱交換器の厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に空気が通過することで前記チューブ１６内を流れる冷媒との熱交換が行われる。

なお、ここでは、エバポレータ１０の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）及び厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に隣接するように４つの熱交換パスＰが設けられた４パス式のエバポレータ１０について説明すると共に、図１では、複数のチューブ１６及びフィン１８の一部のみを図示している。

この第１ヘッダ１２は、例えば、板材をプレス成形することで箱状に形成され、その内部が幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と直交する厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に２分割されると共に、背面側（矢印Ｂ１方向）となる空間が前記幅方向に沿ってさらに２分割されている（図１中、破線形状参照）。

また、第１ヘッダ１２の幅方向に沿った一端部には、冷媒の供給・排出される導入管２０及び導出管２２が略平行に設けられ、それぞれ前記冷媒の循環する配管（図示せず）と接続される。

一方、第２ヘッダ１４は、図１〜図３に示されるように、第１ヘッダ１２と同様に板材をプレス成形することで箱状に形成され、その底部１４ａ（図２及び図３参照）には前記第２ヘッダ１４の厚さ方向に延在し、且つ、幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに等間隔離間した複数のリブ２４が設けられる。このリブ２４は第２ヘッダ１４の強度を向上させる目的で設けられ、例えば、底部１４ａから所定高さだけ突出し、先端が断面半円状に形成される。そして、リブ２４は、第２ヘッダ１４をプレス成形する際に同時に形成される。

また、第２ヘッダ１４の内部は、第１仕切壁２６によって厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に２分割されると共に、背面側（矢印Ｂ１方向）となる空間に設けられた第２仕切壁２８によってさらに空間が分割されている。すなわち、第２ヘッダ１４は、その背面側と表面側となる内部に２分割された第１及び第２空間部３０、３２が設けられ、前記第１空間部３０が第２仕切壁２８を介してさらに第３空間部３４とに分割される。そして、第３空間部３４は、第１仕切壁２６に開口した連通口３６を通じて第２空間部３２と連通している。この連通口３６は、例えば、断面円形状で複数（４個）設けられ、チューブ１６の下方（矢印Ｃ１方向）において隣接するチューブ１６の間となり、且つ、その一部が前記チューブ１６の下端部よりも上方となるように形成される。

なお、リブ２４は、第２ヘッダ１４の厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）において第１及び第３空間部３０、３４と第２空間部３２とにそれぞれ形成されている。

この第１空間部３０には、図２に示されるように、その幅方向中央から他端部側（矢印Ａ２方向）に向かって複数（例えば、２つ）の第１分流板（分流板）３８ａ、３８ｂが設けられ、該第１分流板３８ａ、３８ｂは、第２ヘッダ１４の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と直交するように設けられる。

この第１分流板３８ａ、３８ｂは、例えば、第２ヘッダ１４の断面形状に対応した断面矩形状の板材から形成され、その略中央部に断面長方形状の孔部４０ａが形成される。そして、第１分流板３８ａ、３８ｂは、第１空間部３０の幅方向に沿って互いに離間し、且つ、リブ２４の下流側（矢印Ａ２方向）となる位置に隣接するように設けられ、その外縁部が第２ヘッダ１４の内壁面及び第１仕切壁２６に対してロウ付けによって固定される。換言すれば、第１分流板３８ａ、３８ｂは、図２に示されるように、後述する第２パスＰ２を構成する複数のチューブ１６に臨む第２ヘッダ１４の略中央近傍に設けられる。

さらに、第１分流板３８ａ、３８ｂとリブ２４との第２ヘッダ１４の幅方向における離間距離Ｌ１は、例えば、１ｍｍ以下となるように設定される（Ｌ１≦１ｍｍ）。

一方、第２空間部３２には、図３に示されるように、第２ヘッダ１４の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と直交するように複数（例えば、４つ）の第２分流板（分流板）４２ａ〜４２ｄが設けられる。

この第２分流板４２ａ〜４２ｄは、第１分流板３８ａ、３８ｂと略同一形状で形成され、その略中央部に断面長方形状の孔部４０ｂが形成されると共に、第２空間部３２の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）に沿って互いに離間し、且つ、リブ２４の下流側（矢印Ａ１方向）となる位置で隣接するように設けられる。

そして、第２分流板４２ａ〜４２ｄは、第２ヘッダ１４の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）と直交するように配置され、その外縁部が第２ヘッダ１４の内壁面及び第１仕切壁２６にロウ付けによって固定される。

また、第２分流板４２ａ〜４２ｄとリブ２４との第２ヘッダ１４の幅方向における離間距離Ｌ２は、例えば、１ｍｍ以下となるように設定される（Ｌ２≦１ｍｍ）。

さらに、第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄにおける孔部４０ａ、４０ｂの開口面積は、それぞれの第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄにおいて同一面積となるように形成されると共に、第２ヘッダ１４の底部１４ａに対する孔部４０ａ、４０ｂの下端高さＨ１が、リブ２４の高さＨ２よりも高くなるようにそれぞれ形成されている（Ｈ１＞Ｈ２）。

すなわち、孔部４０ａ、４０ｂの開口面積が、冷媒の流れ方向に沿って同一となるように形成される。

さらに、第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄの数量は、上述したように複数のリブ２４に対して１つおきとなるように配置される場合に限定されるものではなく、前記リブ２４の下流側に必要な数量が適宜設けられていればよい。

また、このエバポレータ１０では、図１に示されるように、複数のチューブ１６からなり互いに隣接するように配置された４つの熱交換パスＰが設けられ、該熱交換パスＰは、第１ヘッダ１２の背面側（下流側、矢印Ｂ１方向）から第２ヘッダ１４側（図１中、矢印Ｃ１方向）へと冷媒が流れる第１パスＰ１と、該第１パスＰ１と隣接し第２ヘッダ１４の背面側において第１ヘッダ１２側（図１中、矢印Ｃ２方向）へと冷媒の流れる第２パスＰ２と、エバポレータ１０の他端部において前記第２パスＰ２と隣接すると共に、第２ヘッダ１４の表面側（上流側、矢印Ｂ２方向）において、第１ヘッダ１２側から第２ヘッダ１４側（矢印Ｃ１方向）へと冷媒の流れる第３パスＰ３と、前記表面側（上流側、矢印Ｂ２方向）において一方の前記第３パスＰ３と隣接し該第２ヘッダ１４から第１ヘッダ１２側（矢印Ｃ２方向）へと冷媒の流れる第４パスＰ４とから構成される。

チューブ１６は、例えば、アルミニウム材料からなる断面扁平状に形成され、その内部には冷媒の流通する流路（図示せず）が長手方向に沿って形成され、その一端部が第１ヘッダ１２の内部と接続され、他端部が第２ヘッダ１４の内部と接続されることで、前記チューブ１６を通じて前記第１ヘッダ１２と前記第２ヘッダ１４とが連通している。

フィン１８は、例えば、アルミニウム材料等の薄板を成形することで断面波状に折曲され、隣接配置された２つのチューブ１６に対して交互に接するように配置されると共に、波状の断面形状で熱交換器の厚さ方向（矢印Ｂ１、Ｂ２方向）に沿って所定幅だけ延在するように形成されている。

本発明の実施の形態に係るエバポレータ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。なお、ここでは、導入管２０及び導出管２２の設けられた第１ヘッダ１２の一端部から他端部側を奥方向（矢印Ａ２方向）、前記第１ヘッダ１２の他端部から一端部側を手前方向（矢印Ａ１方向）として説明する。

先ず、図示しない配管を通じて導入管２０から導入された冷媒は、図１に示されるように、第１ヘッダ１２の奥方向（矢印Ａ２方向）へと流れると同時に第１パスＰ１を構成する複数のチューブ１６を通じて下方（矢印Ｃ１方向）へと流れる。

そして、第１パスＰ１における各チューブ１６を介して第２ヘッダ１４の第１空間部３０へ到達した冷媒は、図２に示されるように、前記第１空間部３０に沿って奥方向（矢印Ａ２方向）へと流通する。

次に、第１空間部３０内の冷媒は第２ヘッダ１４の奥方向（矢印Ａ２方向）へ向かって流れることで、中央近傍を流れる冷媒が最も上流側に配置された第１分流板３８ａの孔部４０ａを通じて下流側（奥方向、矢印Ａ２方向）へと流れると同時に複数のチューブ１６内へと流れる。この際、第１分流板３８ａの上流側に隣接したリブ２４によって冷媒の流れが上方（矢印Ｃ２方向）に向かって偏向されることで孔部４０ａへと導かれる。

また、冷媒の一部は第１分流板３８ａによって堰き止められ、該第１分流板３８ａに沿って流れてチューブ１６側（矢印Ｃ２方向）へと導かれる。

すなわち、第１分流板３８ａによって冷媒の一部を孔部４０ａを通じて下流側（矢印Ａ２方向）へと流通させ、残りの冷媒をチューブ１６側（矢印Ｃ２方向）へと流れるように分流させている。

さらに、最も上流側の第１分流板３８ａを通過して下流側へと流れた冷媒は、次の第１分流板３８ｂによって孔部４０ａを通じてさらに下流側へと流れるものと、偏向されチューブ１６側へ流れるものとに分流される。この場合も、冷媒の一部は各リブ２４によって孔部４０ａへと導かれ下流側へと流れる。

このように複数の第１分流板３８ａ、３８ｂの設けられた第１空間部３０内を冷媒が流れることで、上流側に設けられたリブ２４によって孔部４０ａへと導かれ第２ヘッダ１４の奥方向（矢印Ａ２方向）へ流れる冷媒と、該奥方向と直交する上方（矢印Ｃ２方向）へと流れチューブ１６へと導かれる冷媒とに好適に分流されるため、第１空間部３０に接続された各チューブ１６に対して略均等に冷媒が流れることとなる。

換言すれば、このリブ２４は、第１ヘッダ１２の強度を向上させると同時に、冷媒を第１分流板３８ａ、３８ｂの孔部４０ａへと導くガイド手段として機能している。

そして、冷媒は、図１及び図２に示されるように、第１空間部３０から第２パスＰ２を構成する複数のチューブ１６を通じて上方（矢印Ｃ２方向）へと流れ、第１ヘッダ１２へと到達した後にさらに奥方向へと流れる。その後、冷媒は第１ヘッダ１２の奥方向（矢印Ａ２方向）に設けられ第３パスＰ３を構成するチューブ１６を通じて再び下方（矢印Ｃ１方向）へと流れる。また、同時に、第１ヘッダ１２内において仕切壁に設けられた複数の連通口３６を通じて厚さ手前方向（矢印Ｂ２方向）へと流れた後、チューブ１６を通じて再び下方へと流れる。

最後に、第３パスＰ３から冷媒が第３空間部３４及び連通口３６を通じて第２ヘッダ１４の第２空間部３２へと導入され、手前方向（矢印Ａ１方向）へと流れる。この第２空間部３２において、中央近傍を流れる冷媒が最も上流側（奥方向）に配置された第２分流板４２ａの孔部４０ｂを通じて下流側（手前方向、矢印Ａ１方向）へと流れると同時に複数のチューブ１６内へと流れる。この際、第２分流板４２ａの上流側に隣接したリブ２４によって冷媒の流れが上方（矢印Ｃ２方向）に向かって偏向されることで孔部４０ｂへと導かれる。

また、冷媒の一部は第２分流板４２ａによって堰き止められ、該第２分流板４２ａに沿って流れることでチューブ１６側（矢印Ｃ２方向）へと導かれる。

すなわち、第２分流板４２ａによって冷媒の一部を下流側（矢印Ａ１方向）へと流通させ、残りの冷媒をチューブ１６側（矢印Ｃ２方向）へと流れるように分流させている。

さらに、最も上流側の第２分流板４２ａを通過して下流側へと流れた冷媒は、下流側に設けられた第２分流板４２ｂ〜４２ｄの孔部４０ｂを順に通過することでさらに下流側へと流れるものと、各第２分流板４２ｂ〜４２ｄに沿ってそれぞれ直交方向へと偏向されチューブ１６側へ流れるものとにそれぞれ分流される。

この場合も、冷媒の一部は各リブ２４によって孔部４０ｂへと導かれ下流側へと流れる。

このように複数の第２分流板４２ａ〜４２ｄの設けられた第２空間部３２内を冷媒が流れることで、上流側に設けられたリブ２４によって孔部４０ｂへと導かれ第２ヘッダ１４の手前方向（矢印Ａ１方向）へ流れる冷媒と、該手前方向と直交方向へと流れチューブ１６へと導かれる冷媒とに好適に分流されるため、第２空間部３２に接続された各チューブ１６に対して略均等に冷媒が流れることとなる。

そして、第４パスＰ４を構成する複数のチューブ１６を通じて上方（矢印Ｃ２方向）へと流れ、第１ヘッダ１２へと戻った冷媒が手前方向（矢印Ａ１方向）へと流れて導出管２２から排出される。このように、第１〜第４パスＰ１〜Ｐ４において、複数のチューブ１６を循環する冷媒とフィン１８を通過する空気との間で熱交換がなされ、熱交換のなされた冷媒が導出管２２から導出され図示しない機器へと循環する。

以上のように、本実施の形態では、エバポレータ１０において冷媒の導入される第２ヘッダ１４の内部に、複数のチューブ１６に対して前記冷媒を略均等に流通させるための第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄを複数設け、該第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄを前記第２ヘッダ１４の底部１４ａに設けられた複数のリブ２４の下流側となるように配置している。

これにより、第２ヘッダ１４の内部を流れる冷媒の一部が、上流側に設けられたリブ２４によってチューブ１６側（上方）へと偏向され第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄの孔部４０ａ、４０ｂに向かってそれぞれ導かれるため、前記孔部４０ａ、４０ｂを通じて前記冷媒を下流側へと円滑に流通させることができると同時に、第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄによって堰き止められた残りの冷媒を直交方向へと流通させチューブ１６側へと好適に導くことが可能となる。

そのため、第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄによって冷媒を好適に分流させることで各チューブ１６に対して冷媒を略均等に流通させることができ、しかも、リブ２４によって冷媒を孔部４０ａ、４０ｂへと導くことで、従来の熱交換器のように孔部の開口面積を下流側に向かって徐々に小さく形成することなく同一の開口面積で形成できるため、冷媒の流通抵抗を増加させることがない。

その結果、第２ヘッダ１４内において、各チューブ１６に対して均等に分流させつつ、冷媒を円滑に流通させることで各チューブ１６に流通する冷媒と空気との熱交換を均等に行うことができ、エバポレータ１０における熱交換性能を高めることができる。

また、第２ヘッダ１４の底部１４ａに対する第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄにおける孔部４０ａ、４０ｂの下端高さＨ１がリブ２４の高さＨ２よりも高くなるように形成することで、前記リブ２４によって流れを上方へと偏向させた冷媒が孔部４０ａ、４０ｂへと好適に導かれる。

さらに、第２ヘッダ１４の幅方向（矢印Ａ１、Ａ２方向）において第１分流板３８ａ、３８ｂ及び第２分流板４２ａ〜４２ｄとリブ２４との離間距離Ｌ１、Ｌ２を１ｍｍ以下とすることで、前記リブ２４によって偏向させた冷媒を孔部４０ａ、４０ｂへとより好適に導くことが可能となる。

なお、本発明に係るエバポレータは、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…エバポレータ １２…第１ヘッダ
１４…第２ヘッダ １４ａ…底部
１６…チューブ １８…フィン
２４…リブ ３０…第１空間部
３２…第２空間部 ３４…第３空間部
３８ａ、３８ｂ…第１分流板 ４０ａ、４０ｂ…孔部
４２ａ〜４２ｄ…第２分流板

Claims (4)

1. 互いに間隔をおいて配置される一組のタンクと、長手方向に沿った両端部がそれぞれ前記タンクに接続され冷媒の流通する複数のチューブと、隣接する前記チューブの間に設けられる複数のフィンと、前記タンクの内部において前記冷媒の流れ方向と直交するように設けられた分流板とを有し、前記フィンを通過する空気と前記冷媒との間で熱交換を行うエバポレータにおいて、
   前記タンクの内部には、内壁面からチューブ側に向かって突出し、前記冷媒の流れ方向と直交するように形成された複数のリブを有し、前記冷媒の流通する孔部を有した前記分流板が前記リブの間となるように配置されることを特徴とするエバポレータ。
2. 請求項１記載のエバポレータにおいて、
   前記分流板は、前記リブの下流側に隣接して設けられることを特徴とするエバポレータ。
3. 請求項１又は２記載のエバポレータにおいて、
   前記分流板の孔部は、前記リブの高さよりも高い位置に開口していることを特徴とするエバポレータ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエバポレータにおいて、
   前記リブと前記分流板との離間距離が、前記冷媒の流れ方向において１ｍｍ以下に設定されることを特徴とするエバポレータ。

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