JP4840681B2

JP4840681B2 - 熱交換器

Info

Publication number: JP4840681B2
Application number: JP2005269455A
Authority: JP
Inventors: 直人林; 良一片岡; 光彦赤星; 清反田
Original assignee: Valeo Japan Co Ltd
Current assignee: Valeo Japan Co Ltd
Priority date: 2005-09-16
Filing date: 2005-09-16
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2025-09-16
Also published as: JP2007078298A; DE602006005299D1; EP1764574B1; US20070062678A1; US7549466B2; EP1764574A1

Description

この発明は、冷凍サイクルの構成要素として用いられるエバポレータ等の熱交換器に関し、特にその熱交換部の温度分布の均一化を図るための構造に関する。

従来の熱交換器として、冷媒を上下方向に流すように且つ通風方向前後に２列となるように配された複数のチューブ、前記チューブの上下端と連通する上側タンク部、下側タンク部等を有して構成される４パス構造のものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−７４３８８

上記のような４パス構造の熱交換器において、図８ａに示すように、上側タンク部１００を流れる液冷媒が、重力の影響によって、冷媒流通方向上流側のチューブに多く流れ、また下側タンク部１０１及び１０２を流れる液冷媒が、慣性力の影響によって、冷媒流通方向下流側のチューブに多く流れる傾向がある。このため、第１パス部１１０の第２パス側のエリア、第２パス部１１１のエリアＢ、第３パス部１１３のエリアＣ、第４パス部１１４のエリアＤにおける液冷媒の流量が少なくなり、これらの部分の温度が高くなりやすい。特に第１パス部１１０と第４パス部１１３とが通風方向前後に重なることにより生じるエリアＥ（図８ｂ参照）は、吹出空気温度が高くなりやすい。このような傾向は、冷媒の低流量時において顕著に現れる。実験例では、１０度から２０度程になる所もあり、車室内の温度制御に不調を来すことになる。

上記問題に対処するために、上記特許文献で１記載の蒸発器において、第２パス部及び第４パス部の下側タンク部に、複数の絞り穴５１ａ〜５６ａを設けることで、冷媒量の調整が図られている（特許文献１）。しかし、特許文献１に開示される熱交換器は、タンクの構造が複雑となるため、コスト増加が避けられないという問題があった。

また、特許文献２記載の熱交換器において、エバポレータ側入口コネクタに形成されている流入口９を絞り、しかもタンク高さ方向で上方側に位置されるように構成して特に冷媒が低流量時の冷媒の分配を改善しているが、可変容量コンプレッサを用いる冷房機にあっては、フルデストローク時のような、極低流量では効果を充分に得ることができない。また逆にフル容量（最大流量）時には、絞りが逆に大きな抵抗となってしまう不都合も生じていた。
特開２００５−１５６０９５

そこで、この発明はコスト増を抑えつつ、極低流量時の冷媒の流れを改善し、吹出し空気温度を均一化すると共に、大流量時にもその構造が抵抗とならずに必要充分に流すことができる熱交換器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、この発明に係る熱交換器は、冷媒を上下方向に流通させるように、複数配されるチューブと、このチューブのチューブ群の上端部に連通する上側タンクを少なくとも備え、前記上側タンクに設けられた流入口から冷媒が流されるようにした熱交換器において、前記流入口に上面開放の冷媒導入流路を取付け、この冷媒導入流路を前記上側タンク内に挿入するようにし、前記流入口は、熱交換器側出入口コネクタに形成され、円形部とその熱交換器側に前記冷媒導入流路が挿入される断面が四角形に形成の長穴とより成り、前記長穴は、円形部の中心よりも上方に位置している（請求項１）。

これにより、冷媒は流入口から入り、冷媒導入流路に流れ、熱交換器内の下方へ落下させ各チューブに分配される。前記冷媒導入流路は上側タンクの長さ方向で中程まで挿入されることから、冷媒の分配が均一に行われる。特に極低流量時にも冷媒導入流路内を流れてタンクの中程まで送出される。また、冷媒の大流量時には、上面開放形状のため、先端に至る前にあふれて上側タンク内に流出するために、該冷媒導入流路が抵抗となることはないし、分配を不均一とすることもない。さらに、流入口の構成から、冷媒導入流路の誤組付の防止が図られる。

冷媒導入流路は、入口パイプ側コネクタ挿入部と、被挟持部と、上面開放流路部とより成っており（請求項２）、該上面開放流路部の上面はカットされて開放されている。

また、前記冷媒導入流路は、樹脂で製造されることが好ましいし（請求項３）、また被挟持部が熱交換器側出入口コネクタと、この熱交換器側出入口コネクタに結合される入口パイプ側コネクタにて挟持されて取付けられるようにしている（請求項４）。即ち、冷媒導入流路は、両者間に挟持され、確実に保持される。

さらに、前記冷媒導入流路は、その入口パイプ側コネクタ挿入部が、可撓性が持たされていることから（請求項５）、入口にパイプ側への挿入を容易にしている。その可撓性は、円筒部の軸方向にスリットを形成して構成している（請求項６）。前記冷媒導入流路の被挟持部は、つばであることが好ましく（請求項７）、その上面開放流路は、上部が開放された樋状をなしている（請求項８）。

また、冷媒導入流路の上面開放流路部は、前記入口パイプ側コネクタ挿入部の中心位置より上方に偏移して形成されていることが好ましく（請求項９）、冷媒を上部タンク内の奥くまで流すことに寄与できる。また、冷媒導入流路の上面開放流路部の底面は、先端に行く途中に傾斜面が形成され、先端を上方に移行せしめていることが好ましく（請求項１０）、冷媒を同じく上部タンク内の奥くまで流すことに寄与できる。

冷媒導入流路の上面開放流路部の底面に、穴を形成し（請求項１１）、この穴は底面の傾斜面上に在ることが好ましく（請求項１２）、手前側の上部タンク内にまんべんなく冷媒が適量流すことができる。

以上のように、この発明によれば、流入口内に取付られた冷媒導入流路が、タンク内に挿入されているので、冷媒が極低流量時でも、該冷媒導入流路を介してタンクの中程まで流されることから、冷媒の分配を改善し、ひいては、熱交換器の温度分布の不均等を改善することができる。そして、逆に冷媒の大流量時でも、上面が開放されていることから、先端まで至らない前にあふれてタンク内に流出することから、該冷媒導入流路が流れの抵抗とはならない利点を持っている。
前記流入口は、熱交換器側出入口コネクタに形成され、円形部とその熱交換器側に前記冷媒導入流路が挿入される断面が四角形に形成の長穴とより成り、前記長穴は、円形部の中心よりも上方に位置しているので、冷媒導入流路の誤組付の防止が図られている効果を持っている（請求項１）。

また、冷媒導入流路は、入口パイプ側コネクタ挿入部と、被挟持部と、上面開放流路部とより成っているから、流入口に挿入されることで組付られる、効果を奏する（請求項２）。
さらに、被挟部が熱交換器側出入口コネクタと、この熱交換器側出入口コネクタに結合される入口パイプ側コネクタにて挟持されて取付られるようにしているので、冷媒導入通路は、両者間に挟持され、確実に保持される（請求項４）。

さらにまた、冷媒導入流路は、その入口パイプ側コネクタ挿入部が、可撓性が持たされていることから、入口パイプ側への挿入は容易となる（請求項５）。また、冷媒導入流路の上面開放流路部は、前記入口パイプ側コネクタ挿入部の中心位置より上方に偏移して形成されているので、冷媒を上部タンク内の奥まで流すことに寄与できる（請求項９）。
さらに、冷媒導入流路の上面開放流路部の底面は、先端に行く途中に傾斜面が形成され、先端を上方に移行せしめていることから、冷媒を上部タンク内の奥まで流すことに寄与できる（請求項１０）。さらにまた、冷媒導入流路の上面開放流路の底面に、穴を形成し、この底面の傾斜面上に在るため、上部タンク内の手前側にもまんべんなく冷媒を適量流すことができる（請求項１１，１２）。

以下、実施例を図面にもとづいて説明する。

図１において、この発明の実施例に係わる熱交換器１は、冷凍サイクルの一部を構成する蒸発器として用いられるものであり、チューブ２、フィン３、上部タンク４、下部タンク５、エンドプレート６，７、仕切板８、流入口９、流出口１０を有して構成されている。

チューブ２は、アルミニウムを主成分とする素材から中空且つ偏平状に形成されるものであり、流通方向が上下となるように、且つ通風方向前後に２列となるように複数列配されており、通風方向下流側の列の第１のチューブ群２ａと、通風方向上流側の第２チューブ群２ｂとからなっている。これらのチューブ２間には、アルミニウムを主成分とする素材から成るコルゲート形状のフィン３が挟持されており、チューブ２とフィン３の積層方向の両端部には、それぞれ金属板等から成るエンドプレート６，７が固定されている。

上側タンク４は、前記チューブ２の上端部と連通しており、通風方向下流側に形成された第１の上側タンク部４ａ、通風方向上流側に形成された第２の上側タンク部４ｂ、第１及び第２の上側タンク部４ａ，４ｂを流入口９及び流出口１０とは反対側の端部において連通させる連通路４ｃを有して構成されている。前記第１の上側タンク部４ａは、前記第１のチューブ群２ａと連通し、前記第２の上側タンク部４ｂは、前記第２のチューブ群２ｂと連通している。

下側タンク５は、前記チューブ２の下端と連通しており、通風方向下流側に形成された第１の下側タンク部５ａ、通風方向上流側に形成された第２の下側タンク部５ｂを有して構成されており、第１及び第２の下側タンク部５ａ，５ｂは互いに連通していない。前記第１の下側タンク部５ａは、前記第１のチューブ群２ａと連通し、前記第２の下側のタンク部５ｂは、前記チューブ群２ｂと連通している。

仕切り板８は、前記第１の上側タンク４ａ及び第２の上側タンク部４ｂの略中央部を仕切るものである。

流入口９は、冷凍サイクルにおいて減圧後の液冷媒を導くものであり、前記第１の上側タンク部４ａと連通するように形成されている。流出口１０は熱交換器１内部を循環した冷媒を外部構造（圧縮機等）へ導くものであり、前記第２の上側タンク部４ｂと連通するように形成されている。

上記構成により、冷媒は、図２に示すように、熱交換器１内を４パスの流路をたどって流れる。即ち、流入路９から流入した冷媒は、第１の上側タンク部４ａ→第１のチューブ群２ａ→第１の下側タンク部５ａからなる第１パス部２０、第１の下側タンク部５ａ´→第１のチューブ群２ａ´→第１の上側タンク部４ａ´からなる第２パス部２１、第２の上側タンク部４ｂ→第２のチューブ２ｂ→第２の下側タンク部５ｂからなる第３パス部２２、第２の下側タンク部５ｂ´→第２のチューブ群２ｂ´→第２の上側タンク部４ｂ´からなる第４パス部２３を経て、流出口１０から流出する。

次に、この発明に係わる構成を説明すると、図３に冷媒が導入流路２５が示され、図４に流入口９が示され、そして、図５，図６に前記流入口９内に冷媒導入流路２５が挿入された状態が示されている。流入口９は熱交換器側冷媒出入口コネクタ２６に形成され、手前側に円形状で穴の円形部９ａが、その奥（熱交換器側）に断面が四角形状の長穴（９ｂ）がそれぞれ形成されている。この長穴９ｂは、前記円形部９ａの中心よりも上方に位置している。

冷媒導入流路２５は入口パイプ側コネクタ挿入部２８と、つばより成る被挟持部２９と、上面開放流路部３０とより成り、前記入口パイプ側コネクタ挿入部２８は、入口パイプ側コネクタ３２内に挿入されるもので、その挿入しやすくする目的で、その軸方向に複数のスリット３３が形成され、可撓性が持たされている。

被挟持部２９は、前記入口パイプ側コネクタ挿入部２８よりも大きな径のつばで、入口パイプ側コネクタ３２と前記した熱交換器側冷媒出入口コネクタ２６との間に介在挟持されて流入口９内に取付られている。

上面開放流路部３０は、上面が開放された樋状の通路で、長手方向に伸びる底面３５の両側に立設片３６を有し、前記入口パイプ側コネクタ挿入部２８の中心位置より上方に偏移して形成されている。それから、底面３５は、先端に行く途中に上方へ傾斜する傾斜面３５ａが形成され、該上面開放流路部３０の先端が上方へ移行されている。

これにより、流れる冷媒の放出を第１の下流タンク部５ａ内の中程まで至らせている。なお、上面開放流路部３０は、上面が開放されているため、冷媒の大流量時には、立設片３６を越えて第１の下流タンク部５ａ内にあふれて流出することができる。また、上面開放流路部３０には、その底面３５に穴３８が形成され、冷媒を手前側の第一の下流タンク部５ａに流すようにしている。この穴３８の数は任意であり、また前記傾斜面３５ａに形成することが好ましい。

上記のように、流入口９内に冷媒導入流路２５が配されたことから、冷媒は冷媒導入流路２５の上面開放流路部３０上を流れて、図７ａに示すように、第１パス部２０の第１の上流タンク部４ａ内の中程まで充分に流れ、第１のチューブ群２ａに略均等に分配されるようになる。これにより、第１パス部２０において、冷媒流量が少ない時に生じる他の部分よりも高温となるエリアの発生が極力抑えられ、通風方向前後の位置関係となる第４パス部２３の高温部であるエリアＹと重なり、図７ｂに示すように、一部を残すが熱交換器全体を均一化することができる。

熱交換器１の風下側の空気温度を３０箇所を測定した。その条件は冷媒の低流量条件時、入口空気温度３５度とした時でも、全ての測定地点で５度以下であった。これは、従来例（図８ｂに示す）の場合に１５度から２０度程になる個所が複数あるに比べて大きく改善された。

前述の実施例１は、４パスの熱交換器１例であるが、この発明は２パスの熱交換器にも適用できることは勿論である。そしてまた、１パスの熱交換器にも適用も可能である。

この発明の実施例に係わる熱交換器の正面図（中央）、上面図（上方）、側面図（左横）である。この発明の実施例に係わる熱交換器における冷媒の流れを示す図である。この発明に係わる熱交換器の流入口に取付られる冷媒導入流路の上面図（上方）、正面は（中央）、右側図面（右側）、左側図面（左側）である。この発明に係わる熱交換器の流入口と流出口の形状を示す図である。この発明に係わる熱交換器の流入口内に冷媒導入流路を配した状態の断面図である。同上において、切断方向を異にする断面図である。図７ａは、この発明に係わる熱交換器における冷媒の流れの特徴を示す図、図７ｂは、当該熱交換器の温度分布の均一性を説明するための図である。図８ａは、従来の熱交換器における冷媒の流れの特徴を示す図、図８ｂは、当該熱交換器の温度分布の均一性を説明するための図である。

１熱交換器
２チューブ
３フィン
４上側タンク
５下側タンク
６エンドプレート
７エンドプレート
８仕切板
９流入口
１０流出口
２５冷媒導入流路
２６熱交換器側冷媒出入口コネクタ
２８入口パイプ側コネクタ挿入部
２９被挟持部
３０上面開放流路部
３２入口パイプ側コネクタ
３３スリット
３５底面
３６立設面
３８穴

Claims

冷媒を上下方向に流通させるように、複数配されるチューブと、このチューブのチューブ群の上端部に連通する上側タンクを少なくとも備え、
前記上側タンクに設けられた流入口から冷媒が流されるようにした熱交換器において、
前記流入口に上面開放の冷媒導入流路を取付け、この冷媒導入流路を前記上側タンク内に挿入するようにし、
前記流入口は、熱交換器側出入口コネクタに形成され、円形部とその熱交換器側に前記冷媒導入流路が挿入される断面が四角形に形成の長穴とより成り、前記長穴は、前記円形部の中心よりも上方に位置していることを特徴とする熱交換器。
冷媒を上下方向に流通させるように、複数配されるチューブと、このチューブのチューブ群の上端部に連通する上側タンクを少なくとも備え、
前記上側タンクに設けられた流入口から冷媒が流されるようにした熱交換器において、
前記流入口に上面開放の冷媒導入流路を取付け、この冷媒導入流路を前記上側タンク内に挿入するようにし、
前記冷媒導入流路は、入口パイプ側コネクタ挿入部と、被挟持部と、上面開放流路部とより成ることを特徴とする熱交換器。
前記冷媒導入流路は、樹脂により製造されていることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路は、その被挟持部が前記熱交換器側出入口コネクタと、この熱交換器側出入口コネクタに結合される入口パイプ側コネクタにて挟持されて取付られることを特徴とする請求項１，２又は３記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の入口パイプ側コネクタ挿入部は、可撓性が持たされていることを特徴とする請求２記載の熱交換器。
前記可撓性は、円筒部の軸方向にスリットを形成して構成したことを特徴とする請求項５記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の被挟持部は、つばであることを特徴とする請求項２又は４記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の上面開放流路部は、上部が開放された樋状を形成していることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の上面開放流路部は、前記入口パイプ側コネクタ挿入部の中心位置より上方に偏移して形成されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の上面開放流路部の底面は、先端に行く途中に傾斜面が形成され、先端を上方に移行せしめたことを特徴とする請求項８又９記載の熱交換器。
前記冷媒導入流路の上面開放流路部の底面に、穴を形成したことを特徴とする請求項１０記載の熱交換器。
前記穴は前記底面の傾斜面に形成したことを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。