JP4003259B2

JP4003259B2 - 冷却用積層型熱交換器

Info

Publication number: JP4003259B2
Application number: JP24147197A
Authority: JP
Inventors: 功畔柳; 敏夫大原; 定行神谷; 栄一鳥越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1997-09-05
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2017-09-05
Also published as: JPH1183371A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、椀（バスタブ）状に形成された一対のプレートにより偏平チューブを構成した冷却用積層型熱交換器（以下、積層型熱交換器と略す。）に関するもので、車両用空調装置の蒸発器に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
車両用空調装置の蒸発器は、周知のごとく、冷媒の蒸発熱により室内に吹き出す空気を冷却するものであるため、蒸発器の偏平チューブやコルゲート（波状）フィン（以下、フィンと略す。）に凝縮水が付着滞留し、蒸発器での通風抵抗を増大させるとともに、凝縮水が室内に向けて吹き飛ばされるといった問題が発生し易い。
【０００３】
この問題に対して、出願人は既に特公平８−２３４７７号に記載のごとく、偏平チューブに凝縮水を排水するための溝部を形成したもの出願している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、凝縮水の排水性をさらに向上させるべく、偏平チューブやフィンに付着した凝縮水の流れを詳細に検討したところ、以下に述べる点が明らかになった。すなわち、図９に示すように、凝縮水の経路は、フィン９３の谷部９３ｂを樋として空気流れ下流側に向かって流れ、ルーバ等の切断部９３ｃで転向して溝部９４に向かう第１排水経路Ａと、切断部で転向することなくフィン９３の谷部９３ｂを樋として空気流れ下流側に向かって流れ、フィン９３の端部にて反対側の谷部に転向する第２排水経路Ｂと、偏平チューブ９１のプレート面９１ｃに沿って空気流れ下流側の溝部に向かう第３排水経路Ｃとがある。
【０００５】
そして、第１、３排水経路Ａ、Ｃでは、凝縮水は下流に向かうと自然（直接）に溝部９４に流れ込むのに対して、第２排水経路Ｂでは、フィン９３の端部にて転向する際に、一部の凝縮水は、その表面張力によりフィン９３の端部で滞留してしまう。また、凝縮水が反対側の谷部に向かって流れる際に、蒸発器を流れる空気により吹き飛ばされる可能性がある。
【０００６】
したがって、凝縮水の排水性をさらに向上させるには、第２排水経路を流れる凝縮水を第１排水経路と同様に、ルーバ等の切断部で転向させて溝部に導くようにする必要がある。ところで、凝縮水を切断部で溝部に向けて転向させる力は、溝部における毛細管現象（表面張力）による吸引力である。このため、溝部の溝深さを小さくすれば、毛細管現象による吸引力を大きくすることができるものの、その表面張力によって凝縮水が溝部で流通し難くなる。したがって、凝縮水を切断部で溝部に向けて転向させる十分な吸引力を確保しつつ、溝部にて凝縮水を流通させることができる溝深さを選定する必要がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、積層型熱交換器の排水性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を用いる。請求項１〜４に記載の発明では、フィン（９３）には、その一部を切断して開口された切断開口部（９３ｃ）が複数形成され、偏平チューブ（９１）の内側に向かう向きに陥没するとともに、気体の流通方向と交差する方向に延びる溝部（９４）が偏平チューブに形成されており、複数の切断開口部（９３ｃ）のうち、気体の流通方向での最下流側に位置する切断開口部（９３ｃ）のみが、溝部（９４）に対向して配置されており、
偏平チューブ（９１）やフィン（９３）に付着した凝縮水の流れの経路は、フィン（９３）の谷部（９３ｂ）を気体流れ下流側に向かって流れ最下流側の切断開口部（９３ｃ）で転向して溝部（９４）に向かう第１排水経路（Ａ）と、切断開口部（９３ｃ）で転向することなく谷部（９３ｂ）を気体流れ下流側に向かって流れフィン（９３）の端部にて反対側の谷部に転向する第２排水経路（Ｂ）と、偏平チューブ（９１）のプレート面（９１ｃ）に沿って流れて溝部（９４）に向かう第３排水経路（Ｃ）とであり、さらに、溝部（９４）の溝深さ（Ｈ）は、０．９±０．２ｍｍであることを特徴とする。
【０００９】
これにより、後述する試験結果から明らかなように、凝縮水を切断開口部（９３ｃ）で溝部（９４）に向けて転向させるに十分な吸引力を確保しつつ、溝部（９４）にて凝縮水を流通させることができるので、積層型熱交換器の排水性を向上させることができる。なお、溝部（９４）の溝深さ（Ｈ）は、請求項２に記載のごとく、０．９±０．１ｍｍとすることが、排水性を向上させる上で更に良い。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、切断開口部（９３ｃ）の端部位置（９３ｄ）は、気体の流通方向上流側の側壁部（９４ｂ）とフィン（９３）との接触部（９４ａ）に対応する位置と同位置であることを特徴とする。これにより、切断開口部（９３ｃ）まで流れて来た凝縮水に対して、大きな吸引力を（溝部（９４）における毛細管現象（表面張力）による力）を作用させることができるので、より多くの凝縮水を溝部（９４）に向けて転向させることができる。したがって、排水性をより一層向上させることができる。
【００１１】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る積層型熱交換器を車両用空調装置の蒸発器９に適用したものであって、図１は車両用空調装置１の模式図である。
空調ケーシング２の空気上流側部位には、車室内気を吸入するための内気吸入口３と外気を吸入するための外気吸入口４とが形成されるとともに、これらの吸入口３、４を選択的に開閉する吸入口切換ドア５が設けられている。また、この吸入口切換ドア５は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１３】
この吸入口切換ドア５の下流側部位には、本実施形態に係る送風機７が配設されており、この送風機７により両吸入口３、４から吸入された空気が、後述する各吹出口１４、１５、１７に向けて送風されている。送風機７の空気下流側には、空気冷却手段をなす蒸発器９が配設されており、送風機７により送風された空気は全てこの蒸発器９を通過する。蒸発器９の空気下流側には、空気加熱手段をなすヒータコア１０が配設されており、このヒータコア１０は、エンジン１１の冷却水を熱源として空気を加熱している。
【００１４】
空調ケーシング２には、ヒータコア１０をバイパスするバイパス通路１２が形成されており、ヒータコア１０の空気上流側には、ヒータコア１０を通る風量とバイパス通路１２を通る風量との風量割合を調節するエアミックスドア１３が配設されている。この風量割合の調節は、このエアミックスドア１３の開度を調節することにより調節される。
【００１５】
また、空調ケーシング２の最下流側部位には、車室内乗員の上半身に空調空気を吹き出すためのフェイス吹出口１４と、車室内乗員の足元に空気を吹き出すためのフット吹出口１５と、フロントガラス１６の内面に向かって空気を吹き出すためのデフロスタ吹出口１７とが形成されている。
そして、上記各吹出口１４、１５、１７の空気上流側部位には、それぞれ吹出モード切換ドア（吹出調節手段）１８、１９、２０が配設されている。なお、これらの吹出モード切換ドア１８、１９、２０は、サーボモータ等の駆動手段または手動操作によって開閉される。
【００１６】
次に、蒸発器９の構造について述べる。
図２は、蒸発器９を空気流れ方向で切断した断面を示しており、９１は椀状（バスタブ）に形成された一対のプレート９１ａ、９１ｂの外周部を接合することにより構成された複数本の偏平チューブ（以下、チューブと略す。）であり、このチューブ９１内には、フロン等の冷媒（冷却媒体）が流通する。
【００１７】
因みに、９２は、チューブ９１内には、冷媒とチューブ９１（プレート９１ａ、９１ｂ）間の熱伝達率を向上させる波状のインナーフィン９２である。
また、チューブ９１間には、チューブ９１の偏平面９１ｃに略平行に流通する空気と冷媒との間の熱交換を促進するアウターフィン（以下、フィンと略す。）９３が配設されており、このフィン９３は、空気の流通方向と略平行な平面部９３ａを有するように波（コルゲート）状に形成されている。
【００１８】
なお、フィン９３の谷部（屈曲部）９３ｂは、チューブ９１の偏平面９１ｃにて接触した状態でろう付け接合されており、フィン９３、インナーフィン９２およびチューブ９１（プレート９１ａ、９１ｂ）は、アルミニウム製である。
ところで、本実施形態では、両プレート９１ａ、９１ｂは、板厚０．４〜０．６のアルミニウム材をプレス加工することにより成形され、一方、フィン９３は、平面部９３ａに形成されたルーバ（切断部）９３ｃとともに、ローラ成形法により成形されている。
【００１９】
なお、ルーバ９３ｃは、空気を平面部９３ａの表裏両側に蛇行させることにより、フィン９３と空気との間の熱伝達率を向上させるものである。また、ルーバ９３ｃは、フィン９３の平面部９３ｃの一部を切り起こすことで形成されており、切り起こすことによって開口部が形成されている。また、チューブ９１（プレート９１ａ、９１ｂ）のうちルーバ９３ｃに対応する部位には、偏平チューブ９１の内側に向かう向きに陥没するとともに、平面部９３ａと直交する方向（重力方向）に延びる複数本の溝部９４が形成されており、この溝部９４の溝深さＨは、本実施形態では、約０．９ｍｍである。
【００２０】
因みに、溝深さＨとは、図３に示すように、２つの側壁部９４ｂ、９４ｃおよび底部９４ｄからなる溝部９４において、空気の流通方向上流側の側壁部９４ｂとフィン９３との接触部９４ａから底部９４ｄまでの陥没深さを示す寸法である。
また、ルーバ９３ｃの切断端部位置９３ｄは、側壁部９４ｂとフィン９３との接触部９４ａに対応する位置と同位置である（図３〜５参照）。ここで、切断端部位置９３ｄが接触部９４ａに対応する位置と同位置とは、厳密に同位置のみを言うのではなく（Ｌ＝０）、例えばＬ＝０〜＋０．６ｍｍ程度の範囲を言うものである。
【００２１】
なお、＋の向きとは空気の通風方向下流に向かう向きを言い、Ｌは、接触部９４ａから＋の向きに見て、最初に遭遇する切断端部位置９３ｄと接触部９４ａと間で通風方向と平行な部分の距離を言う。
因みに、複数本の溝部９４の側壁部９４ｂ、９４ｃのうち、空気の流通方向最下流側の溝部９４の側壁部９４ｃは、図２に示すように、フィン９３と接触しておらず、僅かな空隙δが形成されている（図３〜５参照）。
【００２２】
次に、本実施形態に係る蒸発器９の特徴を述べる。
図６は、Ｌ（以下、Ｌをルーバ切れ位置Ｌを呼ぶ。）をパラメータとして、凝縮水が吹き飛ばされる時の風速（以下、この風速を水飛び風速と呼ぶ。）と溝深さＨとの関係を示す試験結果であり、この試験結果から明らかなように、溝深さＨ＝０．９ｍｍで最も水飛び風速が大きくなるとともに、ルーバ切れ位置Ｌを小さくする程、水飛び風速が大きくなることが判る。
【００２３】
したがって、溝深さＨ＝０．９ｍｍとし、ルーバ切れ位置Ｌ＝０とすれば、凝縮水をルーバ９３ｃで溝部９４に向けて転向させるに十分な吸引力を確保しつつ、溝部９４で凝縮水を流通させることができるので、蒸発器（積層型熱交換器）９の排水性を向上させることができる。
なお、溝深さＨは、理想的には前述のごとく、溝深さＨ＝０．９ｍｍとすることが望ましいが、製造交差等のバラツキを考慮すると、溝深さＨ＝０．９±０．２ｍｍまたはＨ＝０．９±０．１とすれば、実用上十分な排水性を得ることができる。
【００２４】
また、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、凝縮水をルーバ９３ｃで溝部９４に向けて転向させる力は、溝部９４における毛細管現象（表面張力）による吸引力であるので、切断端部位置９３ｄをできるだけ溝部９４に接近させることが、排水性を向上させる上で望ましい。したがって、ルーバ切れ位置Ｌのみならず、ルーバ切れ位置Ｌと直交する方向の寸法Ｌ_R（図３参照）も小さくすることが望ましい。
【００２５】
また、空気の流通方向最下流側の溝部９４の側壁部９４ｃには空隙δが形成されているので、この溝部９４において、溝部９４内に凝縮水が滞留することを確実に防止できる。したがって、蒸発器９の排水性をさらに向上させることができる。
ところで、上述の実施形態では、平面部９３ａの一部を切断する切断部９３Ａとしてルーバ９３ｃを形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、打ち抜き、スリット、切欠き部等その他のものでもよい（図７、８参照）。
【００２６】
なお、図８に示す変形例では、切断部９３Ａをフィン９３の空気流通方向側端部のうち、谷部（屈曲部）９３ｂに形成している。これにより、排水性を一層向上させることができる。
また、上述の実施形態では、フィン９３を単純な波状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、オフセットフィン等その他の形状のフィンであってもよい。
【００２７】
また、上述の実施形態では、図２に示すように、空気の流通方向に対して上流、中流、下流と３つに部位に溝部９４を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも下流側に溝部９４を形成すればよい。
また、本発明は、ルーバ切れ位置Ｌは上記した寸法に限定されるものではなく、溝深さＨを上記所定の寸法とすれば、排水性の向上を図ることができる。
【００２８】
また、上述の実施形態では、本発明に係る冷却用積層型熱交換器を蒸発器に適用したが、本発明に係る冷却用積層型熱交換器は、これに限定されるものではなく、水等その他の冷却媒体にて気体を冷却する冷却用積層型熱交換器に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置の模式図である。
【図２】蒸発器を空気流れ方向で切断した断面図である。
【図３】図２の空気流通方向下流側端部の拡大図である。
【図４】図２の空気流通方向下流側端部の拡大図である。
【図５】溝深さＨおよびルーバ切れ位置Ｌを示す模式図である。なお、図中、ルーバについては断面形状をも示している。
【図６】ルーバ切れ位置Ｌをパラメータとして、水飛び風速と溝深さＨとの関係を示すグラフである。
【図７】フィンおよび切断部の変形例を示す斜視図である。
【図８】（ａ）はフィンの斜視図であり、（ｂ）〜（ｆ）は切断部９３Ａの変形例を示す斜視図である。
【図９】排水経路を示す斜視図である。
【符号の説明】
９１…偏平チューブ、９２…インナーフィン、９３…アウターフィン、
９４…溝部。

Claims

椀状に形成された一対のプレート（９１ａ、９１ｂ）の外周部を接合することにより構成され、冷却媒体が流通する複数本の偏平チューブ（９１）と、
前記偏平チューブ（９１）間にて前記偏平チューブ（９１）に接触するように配設され、前記偏平チューブ（９１）外を流通する気体と前記冷却媒体との間の熱交換を促進する波状のフィン（９３）とを有し、
前記フィン（９３）には、その一部を切断して開口された切断開口部（９３ｃ）が複数形成され、
前記偏平チューブ（９１）には、前記偏平チューブ（９１）の内側に向かう向きに陥没するとともに、前記気体の流通方向と交差する方向に延びる溝部（９４）が形成されており、
前記複数の切断開口部（９３ｃ）のうち、前記気体の流通方向での最下流側に位置する前記切断開口部（９３ｃ）のみが、前記溝部（９４）に対向して配置されており、
前記偏平チューブ（９１）や前記フィン（９３）に付着した凝縮水の流れの経路は、前記フィン（９３）の谷部（９３ｂ）を前記気体流れ下流側に向かって流れ前記最下流側の前記切断開口部（９３ｃ）で転向して前記溝部（９４）に向かう第１排水経路（Ａ）と、前記切断開口部（９３ｃ）で転向することなく前記谷部（９３ｂ）を前記気体流れ下流側に向かって流れ前記フィン（９３）の端部にて反対側の谷部に転向する第２排水経路（Ｂ）と、前記偏平チューブ（９１）のプレート面（９１ｃ）に沿って流れて前記溝部（９４）に向かう第３排水経路（Ｃ）とであり、
さらに、前記溝部（９４）の溝深さ（Ｈ）は、０．９±０．２ｍｍであることを特徴とする冷却用積層型熱交換器。
前記溝部（９４）の溝深さ（Ｈ）は、０．９±０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の冷却用積層型熱交換器。
前記溝部（９４）は、２つの側壁部（９４ｂ、９４ｃ）および底部（９４ｄ）を有して形成されており、
前記切断開口部（９３ｃ）の端部の位置（９３ｄ）は、前記２つの側壁部（９４ｂ、９４ｃ）のうち前記気体の流通方向上流側の側壁部（９４ｂ）と前記フィン（９３）との接触部（９４ａ）に対応する位置と同位置であることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却用積層型熱交換器。
前記切断開口部（９３ｃ）は、前記気体を前記フィン（９３）の表裏両側に蛇行させるルーバの切り起こし部分に対応して形成された開口部によって、構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却用積層型熱交換器。