JP4068312B2

JP4068312B2 - 炭酸ガス用放熱器

Info

Publication number: JP4068312B2
Application number: JP2001182838A
Authority: JP
Inventors: 靖仁大河原; 年春渡辺; 寅秀高橋; 美弘佐々木; 正博井口; 康次郎中村
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2002372383A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭酸ガスからなる冷媒を冷却するための炭酸ガス用放熱器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、例えば、自動車の空調装置では、炭酸ガス（二酸化炭素）を冷媒に用いた冷凍サイクルが開発されており、このような冷凍サイクルでは、炭酸ガスからなる冷媒を冷却するために炭酸ガス用放熱器が使用されている。
図９は、従来の炭酸ガス用放熱器を示すもので、この炭酸ガス用放熱器では、水平方向に間隔を置いて配置される風上側ヘッダー部１，２の間に風上側コア部３が形成されている。
【０００３】
また、水平方向に間隔を置いて配置される風下側ヘッダー部４，５の間に風下側コア部６が形成されている。
そして、風上側コア部３と風下側コア部６とが、対向配置されている。
【０００４】
また、風上側コア部３と風下側コア部６とは、偏平状のチューブ７の間にコルゲートフィン８を配置して形成されている。
風上側コア部３と風下側コア部６には、同一断面形状のチューブ７が同一本数配置され、風上側コア部３と風下側コア部６における炭酸ガスの通路断面積が同一の面積とされている。
【０００５】
そして、この炭酸ガス用放熱器では、図１０に示すように、入口側の風下側ヘッダー部４から流入した炭酸ガスが、風下側コア部６を通り、出口側の風下側ヘッダー部５に流入した後、図９に示したように、連通部９を介して入口側の風上側ヘッダー部２に流入し、風上側コア部３を通り、出口側の風上側ヘッダー部１に流入され炭酸ガスの冷却が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の炭酸ガス用放熱器では、風上側コア部３と風下側コア部６との炭酸ガスの通路断面積が同一の面積とされているため、風上側コア部３においてチューブ７を流れる炭酸ガスの流速が低下するという問題があった。
【０００７】
すなわち、図１１に示すように、炭酸ガスは、例えば、１００℃程度の温度で入口側の風下側ヘッダー部４に流入した後、風下側コア部６を通り、出口側の風下側ヘッダー部５に流入した後、連通部９を介して入口側の風上側ヘッダー部２に、例えば、８０℃程度の温度で流入し、風下側コア部３を通り、出口側の風上側ヘッダー部１に、例えば、５０℃程度の温度で流入される。
【０００８】
そして、１００℃程度の温度で入口側の風下側ヘッダー部４に流入した炭酸ガスは、徐々に温度を低下され、その密度が徐々に大きくなり、チューブ７内を流れる炭酸ガスの流速が温度の低下に従って徐々に低下する。
【０００９】
そして、このように炭酸ガスの流速が小さくなると、熱伝達性能が低下し、充分な放熱効率を得ることが困難になる。
本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、放熱効率を従来より大幅に向上することができる炭酸ガス用放熱器を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の炭酸ガス用放熱器は、間隔を置いて配置される風上側ヘッダー部の間に形成される風上側コア部と、間隔を置いて配置される風下側ヘッダー部の間に形成される風下側コア部とを対向配置し、前記風下側コア部を通過した炭酸ガスを、前記風上側コア部に通過させて放熱を行う炭酸ガス用放熱器において、前記風上側コア部の幅を前記風下側コア部の幅より大きくし、前記風上側ヘッダー部の内側に前記風下側ヘッダー部を配置してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２の炭酸ガス用放熱器は、請求項１記載の炭酸ガス用放熱器において、前記風下側ヘッダー部（１７，１９）の外側に、前記風上側コア部（１５）および前記風下側コア部（２１）で放熱された炭酸ガスと、コンプレッサに供給される前のエバポレータからの炭酸ガスとの熱交換を行う補助熱交換器（４３）を設けてなることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態について説明する。
図１は、本発明の炭酸ガス用放熱器の第１の実施形態を示している。
この実施形態では、冷媒に炭酸ガスを用いた自動車の空調装置の炭酸ガス用放熱器に本発明が適用される。
【００１６】
この炭酸ガス用放熱器では、水平方向に間隔を置いて配置される第１の風上側ヘッダー部１１と第２の風上側ヘッダー部１３との間に風上側コア部１５が形成されている。
また、水平方向に間隔を置いて配置される第１の風下側ヘッダー部１７と第２の風下側ヘッダー部１９との間に風下側コア部２１が形成されている。
【００１７】
そして、風上側コア部１５と風下側コア部２１とが、対向配置されている。
また、風上側コア部１５と風下側コア部２１とは、偏平状のチューブ２３の間にコルゲートフィン２５を配置して形成されている。
風上側コア部１５と風下側コア部２１には、同一断面形状のチューブ２３が同一本数配置されている。
【００１８】
そして、この実施形態では、第２の風上側ヘッダー部１３の軸長方向の中央に仕切板２７が配置され、第２の風上側ヘッダー部１３が上部１３ａと下部１３ｂとに２分割されている。
また、第２の風上側ヘッダー部１３の上部１３ａが、連通部２９を介して、第２の風下側ヘッダー部１９の下部に連通されている。
【００１９】
上述した炭酸ガス用放熱器では、図３に示すように、第１の風下側ヘッダー部１７から流入した炭酸ガスが、風下側コア部２１の全面を通り、第２の風下側ヘッダー部１９に流入した後、図１に示したように、連通部２９を介して、第２の風上側ヘッダー部１３の上部１３ａに流入し、風上側コア部１５の上半部を通り、第１の風上側ヘッダー部１１に流入した後、第１の風上側ヘッダー部１１を下降してターンし、風上側コア部１５の下半部を通り、第２の風上側ヘッダー部１３の下部１３ｂに流入し、炭酸ガスの冷却が行われる。
【００２０】
そして、上述した炭酸ガス用放熱器では、風下側ヘッダー部１７，１９に風下側コア部２１に炭酸ガスをターンして流す流路を形成することなく、第２の風上側ヘッダー部１３を仕切板２７により上下に分割して、風上側コア部１５のみに炭酸ガスをターンして流す流路を形成したので、放熱効率を従来より大幅に向上することができる。
【００２１】
すなわち、上述した炭酸ガス用放熱器では、風下側ヘッダー部１７，１９に、風下側コア部２１に炭酸ガスをターンして流す流路が形成されないため、風下側コア部２１においては、図２に示すように、炭酸ガスが風下側コア部２１の全面を同一方向に流れ、炭酸ガスが流れる総通路断面積が大きくなる。
一方、第２の風上側ヘッダー部１３に、風上側コア部１５に炭酸ガスをターンして流す流路を形成したため、風上側コア部１５においては、炭酸ガスが風下側コア部１５の一部をターンして流れ、炭酸ガスが流れる総通路断面積が小さくなる。
【００２２】
そして、炭酸ガスが流れる総通路断面積が、風上側コア部１５において風下側コア部２１より小さくなるため、風上側コア部１５における炭酸ガスの流速が大きくなり、放熱効率が向上される。
図３の実線は、上述した炭酸ガス用放熱器におけるチューブ２３内を流れる炭酸ガスの管内流速と炭酸ガスからなる冷媒の温度との関係を示している。
【００２３】
すなわち、炭酸ガスは、例えば、１００℃程度の温度で第１の風下側ヘッダー部１７に流入した後、風下側コア部２１を通り、第２の風下側ヘッダー部１９に流入した後、連通部２９を介して第２の風上側ヘッダー部１３の上部１３ａに、例えば、８０℃程度の温度で流入し、風上側コア部１５の上半部を通り、第１の風上側ヘッダー部１１に流入した後、ターンして風上側コア部１５の下半部を通り、例えば、５０℃程度の温度で第２の風上側ヘッダー部１３の下部１３ｂに流入される。
【００２４】
そして、１００℃程度の温度で第１の風下側ヘッダー部１７に流入した炭酸ガスは、徐々に温度を低下され、その密度が徐々に大きくなるが、上述した炭酸ガス用放熱器では、炭酸ガスが流れる総通路断面積が、風上側コア部１５において風下側コア部２１より小さくなるため、風上側コア部１５における炭酸ガスの流速が、点線で示す従来の炭酸ガス用放熱器の炭酸ガスの流速に比較して、充分に大きくなる。
【００２５】
図４は、本発明の炭酸ガス用放熱器の第２の実施形態を示すもので、この実施形態では、第１の風上側ヘッダー部１１と第１の風下側ヘッダー部１７が、第１のヘッダー部材３１により一体形成されている。
すなわち、第１のヘッダー部材３１には、第１の風上側ヘッダー部１１用の穴部３１ａと、第１の風下側ヘッダー部１７用の穴部３１ｂとが平行に形成されている。
【００２６】
また、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９が、第２のヘッダー部材３３により一体形成されている。
図５は、第２のヘッダー部材３３の詳細をチューブ挿入穴を省略して示すもので、この第２のヘッダー部材３３には、第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａと、第２の風下側ヘッダー部１９用の穴部３３ｂとが平行に形成されている。
【００２７】
また、これ等の穴部３３ａ，３３ｂに平行に、第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａと、第２の風下側ヘッダー部１９用の穴部３３ｂとを連通する連通穴３３ｃが形成されている。
連通穴３３ｃの上端は、溝部３３ｄにより第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａの上端に連通されている。
【００２８】
また、連通穴３３ｃの下端は、溝部３３ｅにより第２の風下側ヘッダー部１９用の穴部３３ｂの下端に連通されている。
そして、第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａが、軸長方向の中央において仕切板２７により分割されている。
また、ヘッダー本体３５の上下が端板３７により密閉されている。
【００２９】
この実施形態の炭酸ガス用放熱器では、第１のヘッダー部材３１の第１の風下側ヘッダー部１７用の穴部３１ｂに流入した炭酸ガスが、風下側コア部２１の全面を通り、第２のヘッダー部材３３の第２の風下側ヘッダー部１９用の穴部３３ｂに流入した後、この穴部３３ｂの下端から溝部３３ｅを通り、連通穴３３ｃに流入したのち、連通穴３３ｃを上方に移動し、連通穴３３ｃの上端から溝部３３ｄを通り、第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａの上端に流入する。
【００３０】
そして、第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａの上部１３ａから風上側コア部１５の上半部を通り、第１のヘッダー部材３１の第１の風上側ヘッダー部１１用の穴部３１ａに流入した後、この穴部３１ａを下降してターンし、風上側コア部１５の下半部を通り、第２のヘッダー部材３３の第２の風上側ヘッダー部１３用の穴部３３ａの下部１３ｂに流入し、炭酸ガスの冷却が行われる。
【００３１】
この実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、第１のヘッダー部材３１により第１の風上側ヘッダー部１１と第１の風下側ヘッダー部１７とを一体的に形成し、第２のヘッダー部材３３により第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とを一体的に形成したので、ヘッダー部を容易，確実に形成することができる。
【００３２】
また、第２のヘッダー部材３３に連通穴３３ｃを形成したので、別途連通部を配置する必要がなくなり、部品点数および組立工数を削減することができる。
図６は、本発明の炭酸ガス用放熱器の第３の実施形態を示すもので、この実施形態では、第１の風上側ヘッダー部１１と第１の風下側ヘッダー部１７とが相互にろう付けされ、また、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とが、相互にろう付けされている。
【００３３】
また、第２の風上側ヘッダー部１３は、軸長方向の中央において仕切板２７により上下に分割されている。
そして、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とが、仕切板２７の下方において複数の連通穴３９により連通されている。
図７は、第２の風上側ヘッダー部１３および第２の風下側ヘッダー部１９の詳細を示すもので、対向する方向に切欠部４１が形成され、この切欠部４１が相互にろう付けされている。
【００３４】
また、第２の風上側ヘッダー部１３および第２の風下側ヘッダー部１９の切欠部４１には、仕切板２７の下方となる位置に連通穴３９が形成されている。
この連通穴３９は、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とをろう付けする前に形成される。
なお、第１の風上側ヘッダー部１１と第１の風下側ヘッダー部１７とは、連通穴３９が形成されていないこと、および、仕切板２７が配置されていないことを除いて、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９と同様に構成されているため詳細な説明は省略する。
【００３５】
また、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
この実施形態の炭酸ガス用放熱器では、第１の風下側ヘッダー部１７に流入した炭酸ガスが、風下側コア部２１の全面を通り、第２の風下側ヘッダー部１９に流入した後、第２の風上側ヘッダー部１３の仕切板２７の下方に形成される連通穴３９を介して、第２の風上側ヘッダー部１３の下部１３ｂに流入し、風上側コア部１５の下半部を通り、第１の風上側ヘッダー部１１に流入した後、第１の風上側ヘッダー部１１を上昇してターンし、風上側コア部１５の上半部を通り、第２の風上側ヘッダー部１３の上部１３ａに流入し、炭酸ガスの冷却が行われる。
【００３６】
この実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、第１の風上側ヘッダー部１１と第１の風下側ヘッダー部１７とを切欠部４１を介して一体的に形成し、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とを切欠部４１を介して一体的に形成したので、ヘッダー部の厚さを小さくすることができる。
【００３７】
また、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９とを連通穴３９により連通したので、別途連通部を配置する必要がなくなり、部品点数および組立工数を削減することができる。
図８は、本発明の炭酸ガス用放熱器の第４の実施形態を示すもので、この実施形態では、風上側コア部１５の幅Ｗ１が、風下側コア部２１の幅Ｗ２より大きくされている。
【００３８】
そして、第１の風上側ヘッダー部１１の内側に隣接して第１の風下側ヘッダー部１７が配置されている。
また、第２の風上側ヘッダー部１３の内側に隣接して第２の風下側ヘッダー部１９が配置されている。
そして、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９の外側に隣接して補助熱交換器４３が配置されている。
【００３９】
この補助熱交換器４３は、この炭酸ガス用放熱器で放熱された炭酸ガスと、コンプレッサに供給される前のエバポレータからの炭酸ガスとの熱交換を行う。なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の部材には、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。この実施形態においても第１の実施形態と同様の効果を得ることができるが、この実施形態では、第１の風上側ヘッダー部１１の内側に隣接して第１の風下側ヘッダー部１７を配置し、第２の風上側ヘッダー部１３の内側に隣接して第２の風下側ヘッダー部１９を配置したので、冷却風を風下側コア部１５の隅部に確実に導くことが可能になり放熱効率を向上することができる。
【００４０】
また、炭酸ガス用放熱器の厚さを小さくすることができる。
そして、第２の風上側ヘッダー部１３と第２の風下側ヘッダー部１９の外側に三角状の空間が形成されるため、この空間に補助熱交換器４３を容易に配置することができる。
なお、上述した実施形態では、風上側コア部１５において炭酸ガスを１回ターンした例について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、複数回ターンするようにしても良い。
【００４１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の炭酸ガス用放熱器では、風上側コア部の幅を風下側コア部の幅より大きくし、風上側ヘッダー部の内側に風下側ヘッダー部を配置したので、冷却風を風下側コア部の隅部に確実に導くことが可能になり放熱効率を向上することができる。また、炭酸ガス用放熱器の厚さを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の炭酸ガス用放熱器の第１の実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１の風下側コア部における炭酸ガスの流れを示す説明図である。
【図３】図１の炭酸ガス用放熱器の管内流速と冷媒温度との関係を示す説明図である。
【図４】本発明の炭酸ガス用放熱器の第２の実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４の第２のヘッダー部材の詳細を示す斜視図である。
【図６】本発明の炭酸ガス用放熱器の第３の実施形態を示す斜視図である。
【図７】図６の第２の風上側ヘッダー部と第２の風下側ヘッダー部の詳細を示す断面図である。
【図８】本発明の炭酸ガス用放熱器の第４の実施形態を示す上面図である。
【図９】従来の炭酸ガス用放熱器を示す斜視図である。
【図１０】図９の風下側コア部における炭酸ガスの流れを示す説明図である。
【図１１】図９の炭酸ガス用放熱器の管内流速と冷媒温度との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１１第１の風上側ヘッダー部
１３第２の風上側ヘッダー部
１５風上側コア部
１７第１の風下側ヘッダー部
１９第２の風下側ヘッダー部
２１風下側コア部
３１第１のヘッダー部材
３３第２のヘッダー部材

Claims

間隔を置いて配置される風上側ヘッダー部（１１，１３）の間に形成される風上側コア部（１５）と、間隔を置いて配置される風下側ヘッダー部（１７，１９）の間に形成される風下側コア部（２１）とを対向配置し、前記風下側コア部（２１）を通過した炭酸ガスを、前記風上側コア部（１５）に通過させて放熱を行う炭酸ガス用放熱器において、
前記風上側コア部（１５）の幅（Ｗ１）を前記風下側コア部（２１）の幅（Ｗ２）より大きくし、前記風上側ヘッダー部（１１，１３）の内側に前記風下側ヘッダー部（１７，１９）を配置してなることを特徴とする炭酸ガス用放熱器。
請求項１記載の炭酸ガス用放熱器において、
前記風下側ヘッダー部（１７，１９）の外側に、前記風上側コア部（１５）および前記風下側コア部（２１）で放熱された炭酸ガスと、コンプレッサに供給される前のエバポレータからの炭酸ガスとの熱交換を行う補助熱交換器（４３）を設けてなることを特徴とする炭酸ガス用放熱器。