JP4686062B2

JP4686062B2 - エバポレータ

Info

Publication number: JP4686062B2
Application number: JP2001191745A
Authority: JP
Inventors: 良一星野; 昇小笠原; 博文堀内
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2002081795A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エバポレータ、とくにカー・クーラに使用せられるエバポレータに関する。
【０００２】
この明細書において、「前」とは、空気がエバポレータの熱交換管間に入る側をいい、「後」とは、空気が同熱交換管間より出る側をいうものとし、「左右」とは、エバポレータの前面に向かっていうものとする。また、「アルミニウム」とは、純アルミニウムおよびアルミニウム合金の両者を含むものとする。
【０００３】
【従来の技術】
従来のエバポレータ(30)は、図８に示されているように、間隔をおいて対向する上下一対の横断面略横長方形水平ヘッダタンク(31)(32)と、左右方向に並べられかつ上端が上ヘッダタンク(31)に、下端が下ヘッダタンク(32)にそれぞれ連通状に接続せられている多数の扁平管よりなる熱交換管(33A)(33B)(34A)(34B)が、前後方向に２列配された熱交換管群と、上ヘッダタンク(31)内の長さの真中に設けられた前後方向にのびる第１垂直仕切壁(35)と、第１垂直仕切壁(35)によって仕切られた上ヘッダタンク(31)内の左半分の幅の真中に設けられた左右方向にのびる第２垂直仕切壁(36)と、下ヘッダタンク(32)内の幅の真中に設けられた左右方向にのびる第３垂直仕切壁(37)とを備えている。そして、第１垂直仕切壁(35)および第２垂直仕切壁(36)により、上ヘッダタンク(31)内が上後左半区画ヘッダ室、上前左半区画ヘッダ室および上右半区画ヘッダ室に分けられ、第３垂直仕切壁(37)により、下ヘッダタンク(32)内が下後区画ヘッダ室および下前区画ヘッダ室に分けられ、冷却された空気(A2)が熱交換管(33A)(33B)(34A)(34B)間を通過して出る側の上後左半区画ヘッダ室の一端に液体および蒸気混合冷媒(R1)の入口(38)が設けられることにより、上後左半区画ヘッダ室が冷媒流入区画ヘッダ室(39)となされ、冷却される前の空気(A2)が熱交換管(33A)(33B)(34A)(34B)間に入る側の上前左半区画ヘッダ室の一端に気化冷媒(R2)の出口(40)が設けられることにより、上前左半区画ヘッダ室が冷媒流出区画ヘッダ室(41)となされるとともに、下後区画ヘッダ室が第１中間区画ヘッダ室(42)、上右半区画室が第２中間区画ヘッダ室(43)、下前区画ヘッダ室が第３中間区画ヘッダ室(44)となされている。左右隣接する熱交換管(33A)(33B)(34A)(34B)間には、コルゲートフィン(45)が介在させられている。
【０００４】
上記従来のエバポレータ(30)では、入口(38)から冷媒流入区画ヘッダ室(39)内に入った液体および蒸気混合冷媒(R1)は、冷媒流入区画ヘッダ室(39)から後列左半にある熱交換管(34A)内を下降して第１中間区画ヘッダ室(42)の左半に達し、同じ第１中間区画ヘッダ室(42)の右半に流れる。つぎに、冷媒は、第１中間区画ヘッダ室(42)の右半から後列右半にある熱交換管(34B)内を上昇して第２中間区画ヘッダ室(43)の後半に達し、同じ第２中間区画ヘッダ室(43)の前半に流れる。つぎに、冷媒は、第２中間区画ヘッダ室(43)の前半から前列右半にある熱交換管(33A)内を下降して第３中間区画ヘッダ室(44)の右半に達し、同じ第３中間区画ヘッダ室(44)の左半に流れる。最後に、冷媒は、前列左半にある熱交換管(33B)を上昇して冷媒流出区画ヘッダ室(41)に達し、その出口(40)から気化冷媒(R2)となって排出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のエバポレータの場合、冷媒流出区画ヘッダ室(41)に接続せられた熱交換管(33B)内を流れる冷媒は、ほぼ完全に気体の状態となっており、必要な過熱度が得られる。しかしながら、冷媒が気体となっているため、熱交換管(33B)における熱交換能力は気液２相状態の冷媒が流れる他の熱交換管(34A)(34B)(33A)より劣る。このため、熱交換器(30)の左半にある熱交換管(33B)どうし間および熱交換管(34A)どうし間を通過した後の空気の温度は、同右半にある熱交換管(33A)どうし間および熱交換管(34B)どうし間を通過した後の空気より温度が高くなる。その結果、上記従来のエバポレータ(30)で冷却せられた空気(A2)すなわちエバポレータからの吹き出し空気の温度分布が不均一になるという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、吹き出し空気の温度分布が均一になるようなエバポレータを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のエバポレータは、間隔をおいて対向する上下一対の水平ヘッダタンクと、左右方向に並べられかつ上端が上ヘッダタンクに、下端が下ヘッダタンクにそれぞれ連通状に接続せられている複数の熱交換管が、前後方向に２列配された熱交換管群と、前後方向に隣接する熱交換管内の冷媒どうしの流れを相互に逆方向にする区画ヘッダ室が形成せられるように、上ヘッダタンク内に設けられた左右方向にのびる垂直仕切壁とを備えており、冷却された空気が熱交換管間を通過して出る側の上後区画ヘッダ室の一端に液体および蒸気混合冷媒の入口が設けられることにより、上後区画ヘッダ室が冷媒流入区画ヘッダ室となされ、冷却される前の空気が熱交換管間に入る側の上前区画ヘッダ室の一端に気化冷媒の出口が設けられることにより、上前区画ヘッダ室が冷媒流出区画ヘッダ室となされており、熱交換管が、平らな外面を有する左右壁と、左右壁にまたがるとともに長さ方向にのびかつ相互に所定間隔をおいて設けられた複数の補強壁とを備え、内部に並列状の冷媒流路を有する左右方向の幅が前後方向の幅より狭い扁平管よりなり、１本の熱交換管における冷媒流路総横断面積を、冷媒流入区画ヘッダ室における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積で割った値である流路開口率が、３〜３０％となされているものである。
【０００８】
上記エバポレータによれば、冷媒流入区画ヘッダ室に接続せられた後列の熱交換管群の各熱交換管に、後述のようにして液体および蒸気混合冷媒中の液部分が均等に分配される限り、エバポレータからの吹き出し空気の温度分布は均一になる。前記冷媒は後列熱交換管内を通過後に前列熱交換管内で気体となり、過熱された後に冷媒流出区画ヘッダ室に入る。したがって、過熱は、前列にあるすべての熱交換管において平等になされることになり、前列の熱交換管どうしの間および後列の熱交換管どうしの間を通過した空気は、全体が均一に冷却されるので、快適な空調が得られる。また、補強壁は伝熱性と耐圧力を増大させる。熱交換管が平らな外面を有する左右壁を備えた扁平管であることにより、左右に隣接する熱交換管どうしの間にコルゲートフィンを介在させることができるとともに空気通過間隙が得られる。
【０００９】
ところで、液体および蒸気混合冷媒中の液部分が外部からの熱を吸収して気化するものであるから、液部分を後列熱交換管に均等に分配することが最も重要な事項である。この液部分の後列熱交換管に対する分配には、１本の熱交換管における冷媒流路総横断面積を、冷媒流入区画ヘッダ室における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積で割った値である流路開口率が大きな影響を与えることが判明した。そして、液体および蒸気混合冷媒中の液部分を後列熱交換管に均等に分配するのに適した流路開口率は、３〜３０％である。流路開口率が３０％を超えると、冷媒中の密度が大きくて質量の重い液部分は、その流れの慣性力により、冷媒流入区画ヘッダ室における入口から遠い端部に過度に集まってその部分にある熱交換管に流れ、他方それ以外の部分にある熱交換管に冷媒中の液部分より慣性力が小さくかつ空気の冷却にあまり寄与しない蒸気部分が流れ、ここでは液部分が不足することになるので、所期する交換熱量が得られないことになる。流路開口率が３〜３０％であると、冷媒中の液部分は、その流れの慣性力により、冷媒流入区画ヘッダ室における入口から遠い端部にいったん集まるものの流路開口率が前記のものより小さいので、液部分全てがこの部分における流路開口に入りきれず、入口側に逆流し、結果的に冷媒流入区画ヘッダ室に接続せられた後列熱交換管に均等に分配せられる。流路開口率が３０％未満では、冷媒の流動抵抗が増大するため、熱交換性能が低下する。通路開口率は、３〜３０％の範囲内でも３〜２０％が好ましく、４〜１０％が特に好ましい。
【００１０】
また、前後方向に２列配された熱交換管群における前後隣接する２つの熱交換管どうしの間に継ぎ部が設けられ、両熱交換管が一体化せられてもよい。
【００１１】
また、扁平管の左右壁の少なくとも一方の内面に流通冷媒に乱流を生ぜしめる複数の突起が設けられていることが好ましい。流通冷媒に乱流を生ぜしめる突起は、熱交換管の熱交換効率を増大させる。
【００１２】
また、補強壁が、並列状の冷媒通路どうしを通じさせる複数の連通孔を有していることが好ましい。連通孔は、並列状の冷媒通路相互の冷媒を混合せしめ、熱交換管の熱交換効率を増大させる。
【００１３】
さらに、扁平管の左右方向の幅が、０．７５〜１．５ｍｍであることが好ましい。扁平管の左右方向の幅をこの範囲にすることにより、前後列の扁平管すなわち熱交換管の数は増加させられるとともに、空気側のフィン数も増やせ、伝熱面積の増加とともに空気側の抵抗も大きく削減できる。空気の抵抗を減らすことにより、ブロワーから発生する騒音を低下することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図７を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明によるエバポレータの全体を示す。エバポレータ(1)は、すべてがアルミニウム製であり、間隔をおいて対向する上下一対の横断面略横長水平ヘッダタンク(2)(3)と、左右方向に並べられかつ上端が上ヘッダタンク(2)に、下端が下ヘッダタンク(3)にそれぞれ連通状に接続せられている多数の熱交換管(4)(5)が、前後方向に２列配された熱交換管群と、前後方向に隣接する熱交換管内の冷媒どうしの流れを相互に逆方向にする区画ヘッダ室が形成せられるように、上ヘッダタンク(2)内に設けられた左右方向にのびる垂直仕切壁(6)とを備えている。そして、冷却された空気(A2)が熱交換管(4)(5)間を通過して出る側の上後区画ヘッダ室の一端に液体および蒸気混合冷媒(R1)の入口(7)が設けられることにより、上後区画ヘッダ室が冷媒流入区画ヘッダ室(8)となされ、冷却される前の空気(A1)が熱交換管(4)(5)間に入る側の上前区画ヘッダ室の一端に気化冷媒(R2)の出口(9)が設けられることにより、上前区画ヘッダ室が冷媒流出区画ヘッダ室(10)となされており、１本の熱交換管における冷媒流路総横断面積を、冷媒流入区画ヘッダ室(8)における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積で割った値である流路開口率が、３〜３０％の範囲内となされている。熱交換管(4)(5)は、左右方向の幅が前後方向の幅より狭い同一形状の扁平管よりなり、左右隣接する熱交換管(4)(5)間にコルゲートフィン(11)が介在させられている。
【００１６】
扁平管よりなる熱交換管(4)(5)は、図２に示されているように、平らな外面を有する左右壁(12)(13)と、左右壁(12)(13)にまたがるとともに長さ方向にのびかつ相互に所定間隔をおいて設けられた８つの補強壁(14)とを備え、内部に並列状の冷媒流路(4a)(5a)を有する。同図において、１本の熱交換管における冷媒流路総横断面積とは、つぎのことを意味する。すなわち、１本の熱交換管(4)は９つの冷媒流路(4a)を有するので、各冷媒流路(4a)の横断面積を９つ合計したものが冷媒流路総横断面積に該当する。また、図１および図２において、冷媒流入区画ヘッダ室(8)における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積とは、つぎのことを意味する。すなわち、冷媒流入区画ヘッダ室(8)には、１８本の熱交換管(4)が接続されているので、冷媒流入区画ヘッダ室(8)の熱交換管(4)の開口にそう水平断面の面積を１８で割った図２に斜線で示されている部分(X)の面積が、冷媒流入区画ヘッダ室(8)における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積に該当する。
【００１７】
図３に流路開口率と熱交換量比率との関係を示す。図３に示したものは、冷媒流入区画ヘッダ室(8)における１本の熱交換管(4)あたりでかつ熱交換管(4)の開口にそう水平断面の面積を121.6mm^２とし、１本の熱交換管(4)における冷媒流路(4a)の総横断面積を変化させた場合の結果である。
【００１８】
図３から分かるように、開口率が３〜３０％で高い熱交換量比率が得られることが分かる。さらに、開口率を３〜２０％にするとさらに好ましい結果が得られる。開口率を４〜１０％にすると３〜２０％の場合よりさらに好ましい結果が得られる。
【００１９】
高い熱交換量比率は、エバポレータ(1)の全ての熱交換管(4)(5)において高い効率で熱交換が行われていることを意味し、エバポレータ(1)から吹き出す空気の温度分布に偏りがないことを示す。
【００２０】
図４ないし図６に、後熱交換管(4)をより詳細に示す。なお、前熱交換管(5)は、後熱交換管(4)と同一である。扁平管よりなる熱交換管(4)の前後壁(15)(16)は凸円弧状であり、左右壁(12)(13)の内面に前方に向かって下方に傾斜している横断面略３角形状の流通冷媒に乱流を生ぜしめる突起(17)が上下に間隔をおきかつ隣り合う補強壁(14)どうし間、補強壁(14)と前壁(15)間および補強壁(14)と後壁(16)間にわたって複数形成されている。また、各補強壁(14)には、並列状の冷媒流路(4a)どうしを通じさせる複数の連通孔(18)が、複数の補強壁(14)全体において千鳥配置になるようにあけられている。熱交換管(4)の左右方向の幅は、０．７５〜１．５ｍｍ、同前後方向の幅は、１２〜１８ｍｍ、そして、熱交換管(4)および補強壁(14)の肉厚は、０．１７５〜０．２７５ｍｍである。さらに、補強壁(14)のピッチは０．５〜３．０ｍｍであり、凸円弧状の前後壁(15)(16)における外面円弧の曲率半径は、０．３５〜０．７５ｍｍである。
【００２１】
本発明のエバポレータ(1)では、入口(7)から冷媒流入区画ヘッダ室(8)内に入った液体および蒸気混合冷媒(R1)は、冷媒流入区画ヘッダ室(8)から後列にある熱交換管(4)内を下降して下ヘッダタンク(3)に達する。つぎに、冷媒は、下ヘッダタンク(3)から前列にある熱交換管(5)内を上昇して冷媒流出区画ヘッダ室(10)に達し、その出口(9)から気化冷媒(R2)となって排出される。
【００２２】
なお、図７に示されているように、前後隣接する２つの熱交換管(4)(5)どうしの間に継ぎ部(19)が設けられ、両熱交換管(4)(5)が一体化せられたものも用いることができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明のエバポレータによれば、前列の熱交換管どうしの間および後列の熱交換管どうしの間を通過した空気全体が均一に冷却されるので、快適な空調が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエバポレータの斜視図である。
【図２】上ヘッダの部分拡大水平断面図である。
【図３】流路開口率と交換熱量比率との関係を表すグラフである。
【図４】熱交換管の拡大詳細横断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線にそう断面図である。
【図６】図４のVI−VI線にそう部分断面図である。
【図７】２つの熱交換管が継ぎ部により一体化せられたものを示す斜視図である。
【図８】従来のエバポレータの斜視図である。
【符号の説明】
(1)：エバポレータ
(2)：上水平ヘッダタンク
(3)：下水平ヘッダタンク
(4)(5)：熱交換管
(4a)(5a)：冷媒流路
(6)：垂直仕切壁
(7)：入口
(8)：冷媒流入区画ヘッダ室
(9)：出口
(10)：冷媒流出区画ヘッダ室
(12)：左壁
(13)：右壁
(14)：補強壁
(17)：突起
(18)：連通孔
(19)：継ぎ部
(A1)：冷却される前の空気
(A2)：冷却された空気
(R1)：液体および蒸気混合冷媒
(R2)：気化冷媒

Claims

間隔をおいて対向する上下一対の水平ヘッダタンクと、左右方向に並べられかつ上端が上ヘッダタンクに、下端が下ヘッダタンクにそれぞれ連通状に接続せられている複数の熱交換管が、前後方向に２列配された熱交換管群と、前後方向に隣接する熱交換管内の冷媒どうしの流れを相互に逆方向にする区画ヘッダ室が形成せられるように、上ヘッダタンク内に設けられた左右方向にのびる垂直仕切壁とを備えており、冷却された空気が熱交換管間を通過して出る側の上後区画ヘッダ室の一端に液体および蒸気混合冷媒の入口が設けられることにより、上後区画ヘッダ室が冷媒流入区画ヘッダ室となされ、冷却される前の空気が熱交換管間に入る側の上前区画ヘッダ室の一端に気化冷媒の出口が設けられることにより、上前区画ヘッダ室が冷媒流出区画ヘッダ室となされており、熱交換管が、平らな外面を有する左右壁と、左右壁にまたがるとともに長さ方向にのびかつ相互に所定間隔をおいて設けられた複数の補強壁とを備え、内部に並列状の冷媒流路を有する左右方向の幅が前後方向の幅より狭い扁平管よりなり、１本の熱交換管における冷媒流路総横断面積を、冷媒流入区画ヘッダ室における１本の熱交換管あたりでかつ熱交換管の開口にそう水平断面の面積で割った値である流路開口率が、３〜３０％であるエバポレータ。
流路開口率が、３〜２０％である請求項１記載のエバポレータ。
流路開口率が、４〜１０％である請求項１記載のエバポレータ。
前後方向に２列配された熱交換管群における前後隣接する２つの熱交換管どうしの間に継ぎ部が設けられ、両熱交換管が一体化せられている請求項１記載のエバポレータ。
扁平管の左右壁の少なくとも一方の内面に流通冷媒に乱流を生ぜしめる複数の突起が設けられている請求項１記載のエバポレータ。
補強壁が、並列状の冷媒流路どうしを通じさせる複数の連通孔を有している請求項５記載のエバポレータ。
扁平管の左右方向の幅が、０．７５〜１．５ｍｍである請求項５記載のエバポレータ。