JP3700309B2 - 積層型熱交換器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はチューブを金属薄板の積層構造により形成する積層型熱交換器に関するもので、冷凍サイクルの冷媒を蒸発させる蒸発器として好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
本出願人は、先に、特願平8−253318号の特許出願において、図1に示すような、積層型熱交換器1を提案している。この熱交換器1は、内部流体(冷媒)と外部流体(空気)とを熱交換させる熱交換部3のチューブ2を、複数の金属薄板4の積層構造により形成し、これら金属薄板4相互間を接合(ろう付け)してある。
【0003】
そして、この積層方向の一端部および他端部に位置するサイドプレート9、11には、エンドプレート10、12が接合されている。そして、サイドプレート9とエンドプレート10との間には、チューブ2の入口部(図1中下端部)に連通する入口側連通部15、および、チューブ2の出口部(図1中上端部)に連通する出口側連通部14が形成されている。そして、エンドプレート10には、冷媒入口パイプ(流体パイプ)8aおよび冷媒出口パイプ(流体パイプ)8bを有する配管ジョイント8が設けてある。この冷媒入口パイプ8aおよび冷媒出口パイプ8bの通路端部を、エンドプレート10に設けた孔部(図示せず)内に嵌入してろう付けしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
そして、本発明者らは、上記先願の発明に基づいて、図15(a)に示すように、パイプ8a、8bの通路端部をエンドプレート10の孔部100d、100cに嵌入してろう付けした積層型熱交換器を試作してみた。なお、パイプ8a、8bを確実に孔部100d、100cに位置決めするために、パイプ8a、8bの通路端部が、図15(b)に示すように所定長さL(例えば0.5ミリ)だけエンドプレート10内に突出するように構成されている。
【0005】
ところで、上記試作した熱交換器について本発明者らが実験、検討したところ、比較的大きな冷媒通過音が発生することが確認され、さらに検討したところ、パイプ8a、8bの通路端部のうちエンドプレート10内に突出する部位をかすめるように(図15(b)中矢印で示すように)冷媒が流れることにより発生する渦が音源となって、上記冷媒通過音が発生することが確認された。
【0006】
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、エンドプレート内の冷媒通路に渦が発生することを抑制して、冷媒通過音の発生を抑制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1および2に記載の発明では、サイドプレート(9、11)とエンドプレート(10、12)との間の入口側連通部(15)、出口側連通部(14)に対応してエンドプレート(10、12)に形成した入口側連通孔(100d)、出口側連通孔(100c)のそれぞれに、その縁部からエンドプレート(10、12)の外方へ筒状に突出する突出部(101d、101c)を形成し、その突出部(101d、101c)の外周に、流体入口パイプ(8a)および流体出口パイプ(8b)の一端側をそれぞれ嵌合した状態で接合したことを特徴としている。また、請求項1および2に記載の発明では、配管ジョイント(8)の冷媒入口パイプ(8a)および冷媒出口パイプ(8b)の一端側端部から筒状の突出部(80a、80b)がそれぞれ突出しており、エンドプレート(10、12)の突出部(101d、101c)の外周に配管ジョイント(8)の突出部(80a、80b)がそれぞれ嵌合し、配管ジョイント(8)の突出部(80a、80b)の先端がエンドプレート(10、12)の突出部(101d、101c)の外周周囲のエンドプレート(10、12)にそれぞれ当接しており、エンドプレート(10、12)の突出部(101d、101c)の内径(D1、D2)は、配管ジョイント(8)の冷媒入口パイプ(8a)および冷媒出口パイプ(8b)の一端部の内径(D3、D4)とそれぞれ同程度となっており、配管ジョイント(8)は、エンドプレート(10、12)にろう付けされていることを特徴としている。
【0008】
このような構成によれば、冷媒入口パイプ(8a)および冷媒出口パイプ(8b)の一端側がエンドプレート(10、12)内部、つまり、入口側連通部(15)、出口側連通部(14)内へ突出することがなくなるため、この入口側連通部(15)、出口側連通部(14)を流れる流体に渦が発生することを抑制でき、流体通過音の発生を抑制できる。
【0009】
また、上記渦の発生の抑制により、この接合部位における圧力損失を低減できる、といった効果も同時に得られるので、流体流れをスムースにでき、熱交換性能を良好に維持できる。また、上記した嵌合組付構造により、ろう付けの際の位置決めを良好に行うことができる。請求項2に記載の発明では、サイドプレート(9、11)の連通孔(9d、9c)と、エンドプレート(10、12)の連通孔(100d、100c)とが、直線的に連通するように、略対向して配置されているので、上記連通孔(9d、9c)、(100d、100c)が屈曲的に連通するように配置される場合に比べて、入口、出口側連通部(15)、(14)を流れる流体に渦が発生することを抑制でき、流体通過音の発生を抑制できる。
【0010】
また、上記渦の発生の抑制により、流体入口、出口通路(15)、(14)における圧力損失をさらに低減できる、といった効果も同時に得られる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。図1〜図6は本発明積層型熱交換器を自動車用空調装置の冷凍サイクルにおける冷媒蒸発器に適用した場合を示している。
図1は蒸発器1の全体構成を示しており、蒸発器1は図1の上下方向を上下にして、図示しない自動車用空調装置のクーリングユニットケース内に設置される。蒸発器1の左右方向の一端側(左端側)には配管ジョイント8が配設され、この配管ジョイント8の入口パイプ8aには、図示しない温度作動式膨張弁(減圧手段)の出口側配管が連結され、この膨張弁で減圧され膨張した低温低圧の気液2相冷媒が流入するようになっている。
【0013】
この蒸発器1は、多数のチューブ2を並列配置し、このチューブ2内の冷媒通路2a、2b(図2参照)を流れる冷媒(流体)とチューブ2の外部を流れる空調用送風空気とを熱交換させる熱交換部3を備えている。なお、図1において、紙面手前側から紙面奥側へ送風空気が流れるようになっており、図2ないし4、においては、矢印Aにて送風空気の流れ方向を示してある。
【0014】
上記チューブ2は、図2に示す金属薄板4の積層構造により形成されており、以下この積層構造の概略を説明すると、熱交換部3では、金属薄板4として、例えば、アルミニュウム心材(A3000番系の材料)の両面にろう材(A4000番系の材料)をクラッドした両面クラッド材(板厚:0.4〜0.6mm程度)を用い、この両面クラッド材を図2に示す所定形状に成形して、これを2枚1組として多数組積層した上で、ろう付けにより接合することにより多数のチューブ2を並列に形成する。
【0015】
従って、各チューブ2は、金属薄板4を2枚1組として最中合わせの状態に接合することにより形成されており、各チューブ2の内部には風上側の冷媒通路2aと風下側の冷媒通路2bが、金属薄板長手方向に沿って平行に形成される。
図2に示す金属薄板4は、チューブ2の大部分を構成する基本の薄板であり、その上下両端部には、上記冷媒通路2a相互の間、冷媒通路2b相互の間をそれぞれ連通させる連通穴45、41を持った上側タンク部47、43、および連通穴46、42を持った下側タンク部48、44が2個づつ並んで形成されている。これらのタンク部43、44、47、48はそれぞれ、連通穴41、42、45、46の縁部から金属薄板4の外方側へ突出する楕円筒状の突出部にて形成されている。
【0016】
そして、49は風上側の冷媒通路2aと風下側の冷媒通路2bとを仕切るセンターリブであり、本例では冷媒通路2aと冷媒通路2bとを同一幅寸法となるように仕切っている。
また、図1に示すように、熱交換部3において、隣接するチューブ2の外面側相互の間隙にコルゲートフィン(フィン手段)7を接合して空気側の伝熱面積の増大を図っている。このコルゲートフィン7はA3003のような、ろう材をクラッドしてないアルミニュウムベア材にて波形状に成形されている。
【0017】
熱交換部3の金属薄板積層方向の一端部(図1の左端部、図2では右端部)に位置する金属薄板からなるサイドプレート9およびこれに接合されるエンドプレート10、さらに金属薄板積層方向の他端部(図1の右端部、図2では左端部)に位置する金属薄板からなるサイドプレート11およびこれに接合されるエンドプレート12も、本例では、上記金属薄板4と同様に両面クラッド材から成形されている。但し、これらの板材9、10、11、12は強度確保のため、上記金属薄板4より厚肉、例えば1.0〜1.6mm程度の板厚にしてある。
【0018】
図1左端部のサイドプレート9の上下の端部には、それぞれタンク部9a、タンク部9bが1つずつ形成されており、この両タンク部9a、9bはサイドプレート9の幅方向に沿って延びる細長の1つの椀状部から形成されている。つまり、タンク部9a、9bの幅は、サイドプレート9の幅と同程度に形成されている。このタンク部9aには連通穴9c(図3参照)が、また、タンク部9bには連通穴9d(図3参照)がそれぞれ、図3に示す位置に開口形成されている。
【0019】
図1右端部のサイドプレート11の上下の端部には、それぞれタンク部11a、タンク部11bが形成されており、この両タンク部11a、11bはサイドプレート11の幅方向に沿って延びる細長の1つの椀状部から形成されており、かつ、タンク部11aには連通穴11c(図4参照)が、また、タンク部11bには連通穴11d(図4参照)がそれぞれ、図4に示す位置に開口形成されている。
【0020】
エンドプレート10は、図1、3に示すように、外方側へ突出する、1つの椀状部から形成される張出部10cを上方側に有し、この張出部10cの下方側に、外方側へ突出する複数の張出部10a、および、この複数の張出部10aの上端部に連通する張出部10dを有している。下方側の張出部10aは、断面矩形状に成形されており、エンドプレート10の長手方向に沿って並列に成形されている。
【0021】
張出部10cと張出部10dとの間は、冷媒通路的には分断されており、張出部10cとサイドプレート9のタンク部9aとの間に形成される空間により、出口側連通部14(図1、5参照)が形成され、張出部10a、10dとサイドプレート9の平坦面およびタンク部9bとの間に形成される空間により、入口側連通部15(図1、5参照)が形成される。
【0022】
図3および5に示すように、張出部10cには、タンク部9aの連通孔9cに略対向するように、円形状の連通孔100cが形成されている。また、張出部10dにも、連通孔100cと同じ円形状の連通孔100dが形成されている。
出口側連通部14は、サイドプレート9のタンク部9aの連通穴9cを介して金属薄板4の上側タンク47の連通穴45(ひいては、チューブ2の出口側)と連通し、かつ、張出部10cの連通孔100cを介して配管ジョイント8の冷媒出口パイプ8bの一端に連通する。この結果、出口側連通部14において、チューブ2の出口側と、冷媒出口パイプ8bの一端側とが連通される。
【0023】
また、入口側連通部15は、上端部において、張出部10dの連通孔100dを介して配管ジョイント8の冷媒入口パイプ8aの一端に連通し、かつ、下端部において、サイドプレート9のタンク部9bの連通穴9dを介して金属薄板4の下側タンク44の連通穴42(ひいては、チューブ2の入口側)に連通する。この結果、入口側連通部15において、チューブ2の入口側と、冷媒入口パイプ8aの一端側とが連通される。
【0024】
なお、上方側の張出部10cの長さ(図3中上下方向の寸法)は、下方側の張出部10a、10dの長さよりも非常に小さく構成されており、この結果、配管ジョイント8は、冷媒蒸発器1の上端部に配置される。
図5に示すように、張出部10c、10dには、上記連通孔100c、100dの縁部から金属薄板積層方向の外方側(図5中左側、エンドプレート10の外方)へ円筒状に突出する突出部101c、101dが一体に成形されている。この突出部101c、101dの内径D1、D2は、配管ジョイント8の冷媒入口パイプ8aおよび冷媒出口パイプ8bの一端部の内径D3、D4と同程度(例えば11.5mm)である。なお、張出部10c、10dから突出部101c、101dにかけての曲がり部102c、102dは、なめらかに曲がる形状であり、この曲がり部102c、102dは、直径が例えば2mmの円弧形状に沿った形状に構成されている。
【0025】
配管ジョイント8は、例えばA6000番系のアルミニュウムベア材からなり、上述した冷媒入口パイプ8aと冷媒出口パイプ8bを一体成形してなる。冷媒入口パイプ8aおよび冷媒出口パイプ8bの一端側端部には、薄肉円筒状に突出する突出部80a、80bが一体に設けられている。この突出部80a、80bの内径D5、D6は、上記突出部101c、101dの外径と同程度(例えば13.1mm程度)である。
【0026】
この突出部101c、101dは、後述するろう付け性を良好に保つために、突出高さHを例えば1.5mm、肉厚を例えば2.0mmとしてある。なお、突出高さHはこれに限定されないが、1.5mm以上とすることが望ましい。そして、冷媒入口パイプ8a、および、冷媒出口パイプ8bの突出部80a、80bを、突出部101c、101dの外周に嵌合した状態で、接合(ろう付け)してある。このような嵌合組付構造であるため、後述するろう付けの際の位置決めが良好になされる。
【0027】
配管ジョイント8の冷媒入口パイプ8aの他端には、図示しない上記膨張弁の出口側冷媒配管が連結され、冷媒出口パイプ8bの他端には、蒸発器1で蒸発したガス冷媒を圧縮機(図示せず)へ吸入させる圧縮機吸入配管が連結される。
図1および図4に示すように、エンドプレート12は、外方側へ突出する複数の張出部12aを有している。この張出部12aは、断面矩形状に成形されており、エンドプレート12の長手方向に沿って並列に成形されている。そして、この張出部12aとサイドプレート11の平坦面との間に形成される空間により、冷媒通路13(図1参照)が形成される。
【0028】
なお、複数の張出部10a、12aの間には帯状に延びる接合部10b(図3参照)、接合部12b(図4参照)が形成され、この接合部10b、12bは、サイドプレート9、11の平坦面に当接し、サイドプレート9、11に接合される。これにより、上記入口側連通部15および冷媒通路13は複数本に分流されている。
【0029】
図6は蒸発器1内における冷媒通路の構成を示す概要図である。この図6に示すように、金属薄板4の下側タンク44の途中および上側タンク47の途中に、それぞれ仕切り部51、52を設けている。一方の仕切り部51は、金属薄板として、図2に示す下側タンク44の連通穴42を閉塞したものを用いることにより形成できる。また、他方の仕切り部52は、金属薄板として、図2に示す上側タンク47の連通穴45を閉塞したものを用いることにより形成できる。
【0030】
この仕切り部51、52の配置により、金属薄板4の下側タンク44を第1下側タンク部aと第2下側タンク部bとに仕切るとともに、金属薄板4の上側タンク47を第1上側タンク部cと第2上側タンク部dとに仕切ることができる。
以上により、蒸発器1内を冷媒が次の経路により流れる。すなわち、冷媒は、冷媒入口パイプ8a→入口側連通部15→下側タンク44の第1下側タンク部a→チューブ2の冷媒通路2b→上側タンク43→チューブ2の冷媒通路2b→下側タンク44の第2下側タンク部b→冷媒通路13→上側タンク47の第1上側タンク部c→チューブ2の冷媒通路2a→下側タンク48→チューブ2の冷媒通路2a→上側タンク47の第2上側タンク部d→出口側連通部14→冷媒出口パイプ8bの経路で流れる。
【0031】
このように、冷媒経路を構成することにより、矢印A方向に流れる空気の蒸発器吹出空気温度を熱交換部3の全域にわって均一化できる。
以下に、本実施形態の冷媒蒸発器の製造方法を簡単に説明すると、最初に、金属薄板4、コルゲートフィン7、サイドプレート9、11、およびエンドプレート10、12を積層し、さらに、配管ジョイント8をエンドプレート10に組付けて、図1、2に示す所定の熱交換器構造に組付ける。次に、図示しないワイヤーにより、上記熱交換器構造の組付体を締めつけて、この組付体の組付姿勢を保持する。
【0032】
次に、この組付姿勢を保持した状態で、ろう付け炉内に組付体を搬入し、このろう付け炉内にて、組付体をアルミニュウム両面クラッド材のろう材の融点まで加熱して、組付体各部の接合箇所を一体ろう付けする。これにより、蒸発器1全体の組付を完了する。
以下に、上記構成における本実施形態の奏する効果を述べる。
【0033】
まず、パイプ8a、8bの一端側がエンドプレート10内部、つまり、入口側連通部15、出口側連通部14内へ突出することがなくなるため、この入口側連通部15、出口側連通部14を流れる流体に渦が発生することを抑制でき、流体通過音の発生を抑制できる。
また、上記渦の発生の抑制により、この接合部位における圧力損失を低減できる、といった効果も同時に得られるので、流体流れをスムースにでき、熱交換性能を良好に維持できる。
【0034】
実際に、本実施形態の冷媒蒸発器(本発明品)、および、本発明者が試作した冷媒蒸発器(比較品)について、周波数と音圧レベルとの分析を行なった結果、図7(a)、(b)に示すデータがそれぞれ得られた。
なお、比較品としては、図15(a)に示すような、配管ジョイント8とエンドプレート10との組付構造を有する冷媒蒸発器を用いた。また、冷媒蒸発器を、周知の冷凍サイクル(圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、蒸発器からなる)に組み込み、冷媒としてHFC134aを使用し、圧縮機の回転数を1000rpmとし、冷媒蒸発器に、温度が40℃、相対湿度が50%の空気を300m3 /hで流したときの、冷媒蒸発器近傍の音圧レベル(騒音)を測定した。
【0035】
すると、比較品では、図7(b)に示すように、周波数が6kHzにおいて、他の周波数に対してピークを有することが確認され、さらに発明者らの検討により、この6kHzにおけるピークが冷媒通過音であることが確認された。これに対して、本発明品では、図7(a)に示すように、6kHzにおけるピークが無くなっていることが確認された。よって、この分析結果からも、本発明によれば、冷媒蒸発器の冷媒通過音を低減できることが確認された。
【0036】
ここで、図15(a)に示す比較品では、配管ジョイント8と、エンドプレート10の平面部との間の隙間Cが非常に微小(例えば、0.6mm程度)である。よって、この比較品をろう付けにて接合するとき、上記ろう付け炉内のヒータからの輻射熱が、配管ジョイント8のパイプ8a、8bとエンドプレート10の貫通孔100d、100cとの嵌合部位に伝わりにくい。このため、この嵌合部位においてのろう付けが良好に行なわれない、といった恐れがあった。
【0037】
これに対して、本実施形態では、図5に示すように、突出部80a、80bの高さHを所定寸法(例えば1.5mm程度)に設定することにより、隙間Cを拡大しているので、上記輻射熱が、パイプ8a、8bとエンドプレート10の貫通孔100d、100cとの嵌合部位に伝わりやすくなり、この嵌合部位におけるろう付けが良好に行なわれる。
【0038】
また、曲がり部102c、102dは、なめらかに曲がる形状であるため、この部位近傍において渦が発生することは抑制される。
また、上記した蒸発器構成によれば、金属薄板4の積層方向の両端部に位置するコルゲートフィン7の更に外側にも、サイドプレート9、11とエンドプレート10、12から構成される冷媒通路13、および、連通部14、15を構成しているから、この積層方向両端部のコルゲートフィン7の熱は、チューブ2の冷媒通路2a、2b内の冷媒、および、冷媒通路13、および、連通部14、15内の冷媒の両方に吸熱されため、両端部のコルゲートフィン7における伝熱性能を向上できる。
【0039】
また、上記冷媒通路13および連通部15を構成するために、最外側のコルゲートフィン7の更に外側にサイドプレート9、11とエンドプレート10、12との張り合わせ構造を配置しているから、この両プレートの張り合わせ構造により蒸発器組付構造の剛性を増大できる。
さらに、エンドプレート10、12に、多数の矩形状断面の張出部10a、12aを一体成形しているから、単純な平板形状に比して、エンドプレート10、12の断面係数(断面2次モーメント)が大幅に増大する。さらに、サイドプレート9、11とエンドプレート10、12を、チューブ2構成用の金属薄板4よりも厚肉にして、断面係数(断面2次モーメント)をより一層、増加させている。
【0040】
この結果、金属薄板4の積層方向の両端部に位置する、サイドプレート9、11とエンドプレート10、12の張り合わせ構造(冷媒通路13、および、連通部14、15部分)によって、蒸発器組付構造の剛性を大幅に向上できる。
(第2の実施形態)
本実施形態は、図15(a)に示す比較品において、冷媒出口パイプ8bの一端側を長く構成することにより、図8(a)に示すように、冷媒出口パイプ8bの一端側端部を、サイドプレート9のタンク部9aの連通孔9cに近接するようにしたものである。この結果、出口側連通部14において、パイプ8bの一端側と、連通孔9cとの間を直接冷媒が流れる。なお、本実施形態は、サイドプレート9の連通孔9cと、エンドプレート10の連通孔100c(換言すれば、冷媒出口パイプ8bの位置)とが略対向して配置される場合に、適用可能である。
【0041】
ここで、ろう付け前において、パイプ8bの一端側端部がタンク部9aの連通孔9cの外周部に当接するように、パイプ8bが構成されており、この当接状態でろう付けを行なうことにより、パイプ8bの一端側端部と、連通孔9cとの間に微小な隙間(例えば0.5mm程度)が形成された状態で、組付けられる。
これによれば、タンク部9aの連通孔9cからの冷媒は主に、直接パイプ8bの一端側端部へ流れ込むので、この出口側連通部14における冷媒の流れがスムースとなり、渦の発生を抑制でき、冷媒通過音を低減できる。また、連通部14にパイプ8bの一端側を配置させることにより、冷媒通過音を増幅させる共鳴箱としてはたらく空間(サイドプレート9と、エンドプレート10の張出部10aとの間の空間=連通部14のうち、パイプ8b以外の部位)の容積を小さくでき、冷媒通過音を低減できる。
【0042】
また、パイプ8bの一端側端部が、図15(a)に示す比較品のように配置される場合は、タンク部9aの連通孔9c→連通部14→パイプ8bにかけての冷媒通路の断面積が拡大、縮小するため、この拡大、縮小に伴って渦が発生するが、本実施形態によれば、連通孔9cからパイプ8bにかけての冷媒通路の断面積が、上記比較品に比べてさほど大きく変化しないので、この部位における渦の発生を抑制でき、冷媒通過音の低減、および、圧力損失の低減を図ることができる。
【0043】
実際に、本実施形態の冷媒蒸発器(本発明品)について、周波数と音圧レベルとの分析を行なった結果、図8(b)に示すデータが得られ、この結果、冷媒通過音に起因する、6kHzにおけるピークが無くなっていることが確認された。よって、この分析結果からも、本発明によれば、冷媒蒸発器の冷媒通過音を低減できることが確認された。
【0044】
また、本実施形態では、パイプ8bの一端側端部を、直径が例えば0.6mmの円弧形状に沿った形状に丸みをもって構成されている。この結果、タンク部9aの連通孔9cからの冷媒が、パイプ8bの一端側端部において渦を発生することを抑制できる。
(第3の実施形態)
図9に示す本実施形態は、上記第1の実施形態において、エンドプレート10の張出部10c(図5参照)を廃止したものである。これによれば、上記共鳴箱としてはたらく空間の容積を小さくできるので、上記第1の実施形態よりも一層、冷媒通過音を低減できる。
【0045】
(第4の実施形態)
本実施形態は、上記第1の実施形態におけるエンドプレート10の張出部10c(図3参照)を、図10(a)に示すように、上側タンク部47に対向する第1張出部110cと、上側タンク部43に対向する第2張出部120cとに分断し、かつ、上記第1の実施形態におけるサイドプレート9のタンク部9aを、図10(b)に示すように、上側タンク部47に対向する第1タンク部91aと、上側タンク部43に対向する第2タンク部92aとに分断したものである。
【0046】
これによれば、サイドプレート9のタンク部9aの連通孔9cと、エンドプレート10の張出部10cの連通孔100cとが、直線的に連通するように、略対向して配置されるので、これら連通孔9c、100cが屈曲的に連通するように配置される場合に比べて、出口側連通部14を流れる流体に渦が発生することを抑制でき、流体通過音の発生を抑制できる。
【0047】
また、上記共鳴箱としてはたらく空間の容積を小さくできるので、より一層、冷媒通過音を低減できる。
なお、第2タンク部92aと第2張出部120cとの間に冷媒は流れないが、この第2タンク部92aおよび第2張出部120cを残しておくことにより、上記第1の実施形態に対して、この部位の剛性を維持できるとともに、ろう付け時における治具形状の変更を招くことがない。
【0048】
(第5の実施形態)
図11〜図13は、上記第1の実施形態において、エンドプレート10の構造を変形したものである。エンドプレート10は、図12、13に示すように、上方側に、外方へ突出する複数の張出部10e、および、この張出部10eの下端部に連通する張出部10fを有し、この張出部10fの下方側に、張出部10dおよび複数の張出部10aを有している。
【0049】
上方側の張出部10e、10fの長さ(図12中上下方向の寸法)を、上記第1の実施形態における張出部10cの長さ(図3中上下方向の寸法)よりも長めに構成してあり、この結果、配管ジョイント8は、冷媒蒸発器1の上端部よりもやや下方よりに配置される。
そして、張出部10d、10fには、この張出部10d、10fの張出面よりも上記積層方向の外方(図12中左側)へ突出する副張出部110d、110fが一体成形されている。この副張出部110d、110fに、連通孔100d、100cの縁部から突出する突出部101d、101cが形成されている。
【0050】
本実施形態によれば、張出部10d、10fに副張出部110d、110fを形成した分だけ、冷媒出口パイプ8aの一端部近傍および冷媒入口パイプ8bの一端部近傍、つまり、冷媒の流れ方向が略垂直的に変わる部位における冷媒通路を拡大できる。よって、上記両パイプ8a、8bの一端部近傍における圧力損失を低減でき、熱交換部3に係わる冷媒の流出や流入がスムースに行なわれるため、熱交換性能を向上できる。
【0051】
また、本実施形態によれば、出口側連通部14において冷媒が屈曲的に流れるが、図13(b)に示すように、突出部101dの曲がり部102cに沿って冷媒がスムースに流れるため、冷媒通過音および圧力損失を低減できる。
(第6の実施形態)
本実施形態では、図14に示すように、出口側に関してのみ本発明を適用し、入口側は従来と同様の構造としている。すなわち、上記第1の実施形態(図5参照)において、入口側の連通孔100dの内側に、冷媒入口パイプ8aの一端が嵌合したものである。ここで、冷媒蒸発器1において、出口側を流れる気液二相冷媒は、入口側を流れる気液二相冷媒よりも乾き度が大きいため、出口側の方が冷媒の流速が速く(例えば2倍程度速く)、冷媒通過音も大きくなる。これに対して、本実施形態によれば、冷媒の出口側における冷媒通過音を効果的に低減できる。
【0052】
(他の実施形態)
まず、上記第3、第4、第5の実施形態においても、上記第6の実施形態のように、出口側に関してのみ本発明を適用してもよい。
また、上記第2の実施形態において、パイプ8bの一端側端部が、タンク部9aの連通孔9cの外周部に当接した状態で接合されるようにしてもよい。これによれば、タンク部9aの連通孔9cからの冷媒が全て、直接パイプ8bの一端側端部へ流れ込むので、この出口側連通部14における冷媒の流れがよりスムースとなり、渦の発生を抑制できる。よって、冷媒通過音および圧力損失をより低減できる。
【0053】
また、本発明は上記した冷媒蒸発器1に限定されることはなく、冷媒を凝縮する凝縮器に本発明を適用してもよい。これにより、凝縮器における冷媒の入口側や出口側の圧力損失を低減でき、凝縮器による凝縮能力を向上できる。
この場合、凝縮器の入口側に乾き度の大きい気液二相冷媒が流れ、出口側に乾き度の小さい気液二相冷媒が流れるため、入口側のみに本発明を適用してもよい。
【0054】
さらに、本発明は、冷媒蒸発器1や凝縮器に限定されることなく、他の種々の流体の熱交換を行う熱交換器一般に広く適用できる。
また、本発明の要部はエンドプレート42の張出部42a、42b近傍の構成にあるから、熱交換部3におけるチューブ構成等は種々変更してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態および従来技術に係わる蒸発器の正面図である。
【図2】図1の蒸発器に用いられるチューブ用の金属薄板の正面図である。
【図3】図1の蒸発器の左側面図である。
【図4】図1の蒸発器の右側面図である。
【図5】図3のB−B断面図である。
【図6】第1の実施形態に係わる蒸発器の冷媒通路構成を示す概略斜視図である。
【図7】(a)は、第1の実施形態の蒸発器に係わる周波数と音圧レベルとの関係を示すグラフ、(b)は、比較品に係わる周波数と音圧レベルとの関係を示すグラフである。
【図8】(a)は本発明の第2の実施形態に係わる蒸発器の要部断面図、(b)は第2の実施形態の蒸発器に係わる周波数と音圧レベルとの関係を示すグラフである。
【図9】本発明の第3の実施形態に係わる蒸発器の要部断面図である。
【図10】(a)は本発明の第4の実施形態に係わる蒸発器の要部左側面図、(b)は(a)のC−C断面図である。
【図11】本発明の第5の実施形態に係わる蒸発器の正面図である。
【図12】図11の蒸発器に用いられるエンドプレートの正面図である。
【図13】(a)は第5の実施形態における蒸発器の要部断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。
【図14】第1の実施形態に係わる図5に対応する図である。
【図15】(a)は本発明者らが試作した蒸発器(比較品)の要部断面図、(b)は(a)の要部拡大図である。
【符号の説明】
2…チューブ、3…熱交換部、4…金属薄板、9、11…サイドプレート、10、12…エンドプレート、8a…流体入口パイプ、8b…流体出口パイプ、15…入口側連通部、14…出口側連通部、100d、100c…連通孔、101d、101c…突出部。
Claims (2)
- チューブ(2)を金属薄板(4)の積層構造により多数個並列配置してなり、前記チューブ(2)内を流れる内部流体と前記チューブ(2)外を流れる外部流体とを熱交換させる熱交換部(3)を有し、
前記金属薄板(4)の積層方向の端部に位置するサイドプレート(9、11)に配置されるエンドプレート(10、12)に、外部流体回路との接続用流体入口パイプ(8a)、流体出口パイプ(8b)を設け、
前記サイドプレート(9、11)と、前記エンドプレート(10、12)との間に、前記チューブ(2)の入口側、出口側と、前記流体入口パイプ(8a)、前記流体出口パイプ(8b)とを連通させる入口側連通部(15)、出口側連通部(14)を備え、
前記サイドプレート(9、11)は、前記入口側連通部(15)、前記出口側連通部(14)に対応して、第1入口側連通孔(9d)、第1出口側連通孔(9c)を備え、
前記エンドプレート(10、12)は、前記入口側連通部(15)、前記出口側連通部(14)に対応して、第2入口側連通孔(100d)、第2出口側連通孔(100c)を備え、
前記第2入口側連通孔(100d)と第2出口側連通孔(100c)のぞれぞれに、その縁部から前記エンドプレート(10、12)の外方へ筒状に突出する突出部(101d、101c)を形成し、
前記エンドプレート(10、12)の突出部(101d、101c)の外周に、前記流体入口パイプ(8a)および前記流体出口パイプ(8b)の一端側をそれぞれ嵌合した状態で接合した積層型熱交換器であって、
前記流体入口パイプ(8a)および前記流体出口パイプ(8b)は、1つの配管ジョイント(8)に形成され、この配管ジョイント(8)の前記冷媒入口パイプ(8a)および冷媒出口パイプ(8b)の一端側端部から筒状の突出部(80a、80b)がそれぞれ突出しており、
前記エンドプレート(10、12)の前記突出部(101d、101c)の外周に前記配管ジョイント(8)の前記突出部(80a、80b)がそれぞれ嵌合し、前記配管ジョイント(8)の前記突出部(80a、80b)の先端が前記エンドプレート(10、12)の前記突出部(101d、101c)の外周周囲の前記エンドプレート(10、12)にそれぞれ当接しており、
前記エンドプレート(10、12)の前記突出部(101d、101c)の内径(D1、D2)は、配管ジョイント(8)の冷媒入口パイプ(8a)および冷媒出口パイプ(8b)の一端部の内径(D3、D4)とそれぞれ同程度となっており、
前記配管ジョイント(8)は、前記エンドプレート(10、12)にろう付けされていることを特徴とする積層型熱交換器。 - 前記第1入口側連通孔(9d)、前記第1出口側連通孔(9c)と、前記第2入口側連通孔(100d)、前記第2出口側連通孔(100c)とが、それぞれ、直線的に連通するように、略対向して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の積層型熱交換器。
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