JP6683146B2 - 熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、風上側熱交換部と風下側熱交換部とを備える熱交換器に関する。
従来、特許文献1には、風上側熱交換部と風下側熱交換部とを備える冷媒蒸発器が記載されている。風上側熱交換部は、空気流れ方向の風上側に配置され、風下側熱交換部は、空気流れ方向の風下側に配置されている。つまり、風上側熱交換部および風下側熱交換部は、空気の流れ方向の前後に互いに重なり合うように配置されている。
この従来技術では、冷媒は風下側熱交換部を流れた後、風上側熱交換部を流れる。このとき、風上側熱交換部の上下端に配置されたタンク部と、風下側熱交換部の上下端に配置されたタンク部とでは、冷媒の流れ方向が互いに逆になる。
これにより、風上側熱交換部と風下側熱交換部とで空気が良く冷えない箇所(換言すれば、液冷媒が不足する箇所)が前後に重なり合わないようにして、熱交換される空気の温度に偏りが生じることを防ぎ、冷媒蒸発器より吹き出される空気の吹出温度分布を均一化している。
特許第3866797号公報
上記従来技術では、風上側熱交換部に流入する冷媒は、風下側熱交換部を流れた冷媒である。換言すれば、風上側熱交換部に流入する冷媒は、風下側熱交換部においてある程度蒸発した冷媒である。
そのため、風上側熱交換部では風上側熱交換部と比較して液冷媒量が不足しやすくなるので、吹出空気の温度分布を均一化する効果を十分に得ることが難しいという問題がある。
本発明は上記点に鑑みて、吹出空気の温度分布を一層均一化できる熱交換器を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、請求項1に記載の熱交換器では、
空気と冷媒とを熱交換させる複数本の風上側チューブ(171)を有する風上側熱交換部(17a)と、
風上側熱交換部(17a)の空気流れ下流側に配置され、風上側熱交換部(17a)を通過した空気と冷媒とを熱交換させる複数本の風下側チューブ(181)を有する風下側熱交換部(18a)と、
風上側熱交換部(17a)および風下側熱交換部(18a)で熱交換される前の冷媒を複数本の風下側チューブ(181)のうち風下側第1チューブ群(181A)に流入させる風下側流入タンク部(182a)と、
風下側第1チューブ群(181A)で熱交換された冷媒を複数本の風下側チューブ(181)のうち風下側第1チューブ群(181A)とは異なる風下側第2チューブ群(181B)に流入させる風下側中間タンク部(183)と、
風上側熱交換部(17a)および風下側熱交換部(18a)で熱交換される前の冷媒を複数本の風上側チューブ(171)のうち風上側第1チューブ群(171A)に流入させる風上側流入タンク部(172b)と、
風上側第1チューブ群(171A)で熱交換された冷媒を複数本の風上側チューブ(171)のうち風上側第1チューブ群(171A)とは異なる風上側第2チューブ群(171B)に流入させる風上側中間タンク部(173)とを備え、
風上側熱交換部(17a)および風下側熱交換部(18a)に対する空気流れ方向(A1)から見たときに、風上側第1チューブ群(171A)は、風下側第2チューブ群(181B)と重合している。
これによると、風上側熱交換部(17a)の風上側第1チューブ群(171A)に、風下側熱交換部(18a)で熱交換される前の冷媒が流入するので、風上側熱交換部(17a)の風上側第1チューブ群(171A)に、風下側熱交換部(18a)で熱交換された後の冷媒が流入する構成と比較して、風上側第1チューブ群(171A)と風下側第1チューブ群(181A)との温度差を低減できる。そのため、吹出空気の温度分布を一層均一化できる。
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
第1実施形態における冷凍サイクル装置の全体構成図である。 第1実施形態における蒸発器の全体構成を示す斜視図である。 図2の蒸発器における熱交換部の拡大斜視図である。 図2の蒸発器におけるタンク部の断面図である。 図2の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。 図2の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。 図2の蒸発器における冷媒の乾き度を説明する説明図である。 図2の蒸発器における冷媒の乾き度を説明する説明図である。 第2実施形態の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。 第3実施形態の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。 第3実施形態の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。 第3実施形態の蒸発器における冷媒の乾き度を説明する説明図である。 第4実施形態の蒸発器における冷媒流れ経路を説明する説明図である。
以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
図1に示す冷凍サイクル装置10は、車両用空調装置に適用されており、冷却対象空間である車室内へ送風される空気を冷却する機能を果たす。車室内へ送風される空気は、冷凍サイクル装置10の冷却対象流体である。
冷凍サイクル装置10では、冷媒としてフルオロカーボン系冷媒(具体的にはR1234yf)を採用しており、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界冷凍サイクルを構成している。さらに、冷媒には圧縮機11を潤滑するための冷凍機油が混入されている。冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。
冷凍サイクル装置10の構成機器のうち、圧縮機11は、冷媒を吸入して高圧冷媒となるまで圧縮して吐出するものである。より具体的には、本実施形態の圧縮機11は、プーリ、ベルト等を介して車両走行用エンジンから伝達される回転駆動力によって駆動されるエンジン駆動式の圧縮機である。エンジン駆動式の圧縮機としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整可能な可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整可能な固定容量型圧縮機を採用することができる。
圧縮機11の吐出口には、放熱器12の冷媒入口側が接続されている。放熱器12は、圧縮機11から吐出された高圧側冷媒と冷却ファン13から送風された車室外空気(外気)を熱交換させることによって、高圧冷媒を放熱させて冷却する放熱用熱交換器である。
放熱器12は、圧縮機11から吐出された高圧気相冷媒と冷却ファン13から送風された外気とを熱交換させ、高圧気相冷媒を放熱させて凝縮させる凝縮器である。
冷却ファン13は、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される電動送風機である。
放熱器12の冷媒出口には、温度式膨張弁14の入口側が接続されている。温度式膨張弁14は、放熱器12から流出した冷媒を減圧させるとともに、サイクルを循環する冷媒の循環冷媒流量を調整する冷媒流量調整機構である。本実施形態の温度式膨張弁14は、蒸発器15出口側冷媒の過熱度が予め定めた基準過熱度に近づくように循環冷媒流量を調整する。
このような温度式膨張弁14としては、蒸発器15から流出した冷媒の温度と圧力とに応じて変位する変位部材(ダイヤフラム)を有する感温部を備え、この変位部材の変位に応じて蒸発器15出口側冷媒の過熱度が基準過熱度に近づくように弁開度を調整する機械的機構を採用することができる。
温度式膨張弁14の出口には、蒸発器15が接続されている。蒸発器15は、送風ファン16から車室内へ向けて送風された空気と温度式膨張弁14から流出した低圧冷媒とを熱交換させ、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させることによって空気を冷却する吸熱用熱交換器である。
送風ファン16は、空調制御装置から出力される制御電圧によって回転数(送風空気量)が制御される電動送風機である。蒸発器15の冷媒出口には、圧縮機11の吸入口側が接続されている。
蒸発器15および送風ファン16は、車両用空調装置の図示しない室内空調ユニットケース内に配置されている。
図2に示すように、蒸発器15は、風上側蒸発器17および風下側蒸発器18を有している。風上側蒸発器17および風下側蒸発器18は、いわゆるタンクアンドチューブ型の熱交換器で構成されている。風上側蒸発器17および風下側蒸発器18の基本構成は互いに同等である。
風上側蒸発器17は、複数本の風上側チューブ171、風上側上部タンク172および風上側下部タンク173を有している。図2では、図示の都合上、風上側チューブ171、風上側上部タンク172については、風下側蒸発器18の風下側チューブ181および風下側上部タンク182に括弧付きの符号を付して示している。
複数本の風上側チューブ171は、冷媒を流通させる管状部材である。風上側上部タンク172は、複数本の風上側チューブ171の一端部に接続されている。風上側上部タンク172は、複数本の風上側チューブ171に対して冷媒の分配および集合を行う風上側第1タンクである。
風上側下部タンク173は、複数本の風上側チューブ171の他端部に接続されている。風上側下部タンク173は、複数本の風上側チューブ171に対して冷媒の分配および集合を行う風上側第2タンクである。
風上側チューブ171は、伝熱性に優れる金属(例えばアルミニウム合金)で形成されている。風上側チューブ171は、その長手方向に垂直な断面形状が扁平形状に形成された扁平チューブで構成されている。
風上側蒸発器17の各風上側チューブ171は、外表面の平坦面(扁平面)同士が互いに平行となるように、一定の間隔を開けて積層配置されている。これにより、隣り合う風上側チューブ171同士の間に、送風空気が流通する空気通路が形成される。つまり、風上側蒸発器17では、複数本の風上側チューブ171が積層配置されることによって、冷媒と送風空気とを熱交換させる熱交換部(熱交換コア部)が形成されている。
隣り合う風上側チューブ171同士の間に形成される空気通路には、フィン19が配置されている。フィン19は、冷媒と送風空気との熱交換を促進する熱交換促進部材である。
図3に示すように、フィン19は、風上側チューブ171と同じ材質の薄板材を波状に曲げ成形することによって形成されたコルゲートフィンであり、その頂部が風上側チューブ171の平坦面にろう付け接合されている。
図2では、フィン19を風下側蒸発器18の一部にのみ図示しているが、フィン19は、風上側蒸発器17においては隣り合う風上側チューブ171間の略全域に渡って配置されている。さらに、フィン19は、風下側蒸発器18においては隣り合う風下側チューブ181間の略全域に渡って配置されている。風上側チューブ171およびフィン19は、風上側熱交換部17aを構成している。
風上側蒸発器17の風上側上部タンク172および風上側下部タンク173は、風上側チューブ171と同じ材質にて、有底筒状に形成されている。風上側上部タンク172および風上側下部タンク173は、風上側チューブ171の積層方向に延びる形状に形成されている。
風上側上部タンク172および風上側下部タンク173の内部には、各風上側チューブ171に対して冷媒を分配するための分配空間、および各風上側チューブ171から流出した冷媒を集合させるための集合空間が形成されている。
風下側蒸発器18は、風上側蒸発器17と同様に、冷媒を流通させる複数本の風下側チューブ181、風下側上部タンク182および風下側下部タンク183を有している。
風下側チューブ181は、風上側チューブ171と同じ扁平チューブが採用されている。隣り合う風下側チューブ181同士の間に形成される空気通路には、フィン19が配置されている。
風下側チューブ181およびフィン19は、風下側熱交換部18aを構成している。風下側熱交換部18aは、風上側熱交換部17aを通過した空気と冷媒とを熱交換させる。
風下側上部タンク182は、複数本の風下側チューブ181に対して冷媒の分配および集合を行う風下側第1タンクである。風下側下部タンク182は、複数本の風下側チューブ181に対して冷媒の分配および集合を行う風下側第2タンクである。
蒸発器15は、分配タンク20を有している。分配タンク20は、風上側上部タンク172と風下側上部タンク182とに冷媒を分配するタンクである。分配タンク20は、風上側チューブ171と同じ材質にて、有底筒状に形成されている。分配タンク20は、風上側チューブ171の積層方向に延びる形状に形成されている。
図4に示すように、分配タンク20は、風上側上部タンク172および風下側上部タンク182の両方に当接している。
図2に示すように、蒸発器15はジョイント21を有している。ジョイント21は、冷媒流入口21aおよび冷媒流出口21bが設けられた接続用部材である。冷媒流入口21aは、温度式膨張弁14の出口側に接続されている。冷媒流出口21bは、圧縮機11の吸入口側に接続されている。
ジョイント21は、風上側上部タンク172、風下側上部タンク182および分配タンク20の一端側の側面にろう付け接合されている。
ジョイント21の内部には、図示しない冷媒流入通路および図示しない冷媒流出通路が形成されている。冷媒流入通路は、冷媒流入口21aから分配タンク20の内部空間へ冷媒を導く冷媒通路である。冷媒流出通路は、風上側上部タンク172から冷媒流出口21bへ冷媒を導く冷媒通路である。
図5および図6に示すように、風上側上部タンク172の内部には風上側第1仕切部材174および風上側第2仕切部材175が配置されている。風上側第1仕切部材174は、風上側上部タンク172の内部のうち、風上側チューブ171の積層方向における略中央部に配置されている。風上側第2仕切部材175は、風上側上部タンク172の内部のうち、風下側チューブ181の積層方向の一端側部位(図5および図6では右方側の部位)に配置されている。
風上側第1仕切部材174および風上側第2仕切部材175は、風上側上部タンク172を、風上側チューブ171の積層方向(図5および図6では左右方向)に、集合タンク部172aと第1分配タンク部172bと第2分配タンク部172cとに仕切る仕切部である。
第1分配タンク部172bは、複数本の風上側チューブ171のうち風上側第1チューブ群171Aに冷媒を分配する。第1分配タンク部172bは、風上側第1チューブ群171Aに冷媒を流入させる風上側流入タンク部である。
集合タンク部172aは、複数本の風上側チューブ171のうち風上側第2チューブ群171Bから冷媒を集合させる。集合タンク部172aの内部空間は、ジョイント21の冷媒流出口21bと連通している。集合タンク部172aは、冷媒流出口21bへ冷媒を流出させる流出タンク部である。
第2分配タンク部172cは、複数本の風上側チューブ171のうち風上側第3チューブ群171Cに冷媒を分配する。第2分配タンク部172cは、風上側第3チューブ群171Cに冷媒を流入させる風上側連通タンク部である。
風上側下部タンク173は、風上側第1チューブ群171Aおよび風上側第3チューブ群171Cで熱交換された冷媒を風上側第2チューブ群171Bに流入させる風上側中間タンク部である。
風下側上部タンク182の内部には風下側仕切部材184が配置されている。風下側仕切部材184は、風下側上部タンク182の内部のうち、風下側チューブ181の積層方向における略中央部に配置されている。風下側仕切部材184は、風下側上部タンク182を、風下側チューブ181の積層方向に、分配タンク部182aと集合タンク部182bとに仕切る仕切部である。
分配タンク部182aは、複数本の風下側チューブ181のうち風下側第1チューブ群181Aに冷媒を分配する。分配タンク部182aは、風下側第1チューブ群181Aに冷媒を流入させる風下側流入タンク部である。
集合タンク部182bは、複数本の風下側チューブ181のうち風下側第2チューブ群181Bから冷媒を集合させる。集合タンク部182bは、風下側第2チューブ群181Bで熱交換された冷媒が流入する風下側連通タンク部である。
風下側下部タンク183は、風下側第1チューブ群181Aで熱交換された冷媒を風下側第2チューブ群181Bに流入させる風下側中間タンク部である。
風上側第1仕切部材174および風下側仕切部材184は、風上側チューブ171および風下側チューブ181の積層方向において、互いに同じ位置に配置されている。
これにより、空気流れ方向A1から見たときに、風上側上部タンク172の集合タンク部172aと風下側上部タンク182の分配タンク部182aとが互いに重合し、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bおよび第2分配タンク部172cと風下側上部タンク182の集合タンク部182bとが互いに重合している。
また、空気流れ方向A1から見たときに、風上側第2チューブ群171Bと風下側第1チューブ群181Aとが互いに重合し、風上側第1チューブ群171Aおよび風上側第3チューブ群171Cと風下側第2チューブ群181Bとが互いに重合している。
換言すれば、空気流れ方向A1から見たときに、風上側第1チューブ群171Aは、風下側第1チューブ群181Aに対してずれた位置に配置されている。
風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bには、第1分配連通孔172dが形成されている。風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cには、第2分配連通孔172eが形成されている。
風下側上部タンク182の分配タンク部182aには、分配連通孔182cが形成されている。風下側上部タンク182の集合タンク部182bには、集合連通孔182dが形成されている。
風下側上部タンク182の集合連通孔182dは、風上側上部タンク172の第2分配連通孔172eと重合している。これにより、風下側上部タンク182の集合タンク部182bと、風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cとが連通している。
分配タンク20には、風上側連通孔20aと風下側連通孔20bとが形成されている。風上側連通孔20aは、風上側上部タンク172の第1分配連通孔172dと重合している。これにより、分配タンク20の内部空間と、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bの内部空間とが連通している。
風下側連通孔20bは、風下側上部タンク182の分配連通孔182cと重合している。これにより、分配タンク20の内部空間と、風下側上部タンク182の分配タンク部182aの内部空間とが連通している。
分配タンク20は、風下側上部タンク182の分配タンク部182aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに冷媒を分岐させる分岐部である。
風上側連通孔20aは、風下側連通孔20bよりも小さくなっているのが好ましい。風下側上部タンク182の分配タンク部182aに流入する冷媒の流量が、風上側流入タンク172の第1分配タンク部172bに流入する冷媒の流量よりも多くなるからである。
風下側連通孔20bは、風上側連通孔20aよりも重力方向下方を向いているのが好ましい。風下側上部タンク182の分配タンク部182aに流入する冷媒の流量が、風上側流入タンク172の第1分配タンク部172bに流入する冷媒の流量よりも多くなるからである。
風上側チューブ171、風上側上部タンク172、風上側下部タンク173、風上側第1仕切部材174、風上側第2仕切部材175、風下側チューブ181、風下側上部タンク182、風下側下部タンク183、風下側仕切部材184、フィン19、分配タンク20、ジョイント21等をろう付け接合することによって、風上側蒸発器17および風下側蒸発器18が一体化されている。
蒸発器15内に形成される冷媒流路を、図5および図6を用いて説明する。ジョイント21の冷媒流入口21aから流入した冷媒は、図5および図6の矢印R1に示すように、分配タンク20へ流入する。
分配タンク20の内部空間へ流入した冷媒は、矢印R2に示すように風下側上部タンク182の分配タンク部182aへ流入する冷媒流れと、矢印R8に示すように風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bへ流入する冷媒流れとに分流される。
このとき、分配タンク20では、基本的に冷媒が気液分離されることなく、風下側上部タンク182の分配タンク部182aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに分流される。換言すれば、分配タンク20では、基本的に冷媒の乾き度が変化することなく、風下側上部タンク182の分配タンク部182aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに分流される。
また、分配タンク20では、基本的に冷媒の圧力が変化することなく、風下側上部タンク182の分配タンク部182aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに分流される。
風下側上部タンク182の分配タンク部182aへ流入した冷媒は、矢印R3に示すように、風下側第1チューブ群181Aを上方側から下方側へ流れて風下側下部タンク183へ流入する。風下側下部タンク183へ流入した冷媒は、矢印R4に示すように、風下側下部タンク183の長手方向一端側から他端側へ流れ、風下側第2チューブ群181Bへ流入する。
風下側第2チューブ群181Bへ流入した冷媒は、矢印R5に示すように、風下側第2チューブ群181Bを下方側から上方側へ流れて風下側上部タンク182の集合タンク部182bへ流入する。集合タンク部182bへ流入した冷媒は、矢印R6に示すように、風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cへ流入する。
風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cへ流入した冷媒は、風上側第3チューブ群171Cへ流入する。風上側第3チューブ群171Cへ流入した冷媒は、矢印R7に示すように、風上側第3チューブ群171Cを上方側から下方側へ流れて風上側下部タンク173へ流入する。
一方、矢印R8に示すように風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bへ流入した冷媒は、矢印R9に示すように、風上側第1チューブ群171Aを上方側から下方側へ流れて風上側下部タンク173へ流入し、風上側第3チューブ群171Cを流れた冷媒と合流する。
風上側下部タンク173へ流入した冷媒は、矢印R10に示すように、風上側下部タンク173の長手方向他端側から一端側へ流れ、風上側第2チューブ群171Bへ流入する。
風上側第2チューブ群171Bへ流入した冷媒は、矢印R11に示すように、風上側第2チューブ群171Bを下方側から上方側へ流れて風上側上部タンク172の集合タンク部172aへ流入する。集合タンク部172aへ流入した冷媒は、矢印R12に示すように、冷媒流出口21bから流出する。
図7は、風上側蒸発器17および風下側蒸発器18の各チューブ群における冷媒の乾き度を示している。図7において、ハッチングが付された領域は冷媒の乾き度が低い領域であり、ハッチングが付されていない領域は冷媒の乾き度が高い領域または過熱域である。過熱域とは、液冷媒が蒸発し、ガス冷媒のみになっている領域のことである。
風下側第1チューブ群181Aに流入する冷媒は、熱交換する前の冷媒であるため、冷媒の乾き度が低く、多少の分配偏りがあったとしても、左右方向全体に液冷媒が行き渡る。
風下側第2チューブ群181Bにおいては、風下側第1チューブ群181Aで蒸発した分だけ液冷媒が減少する。そのため、風下側第2チューブ群181Bの各チューブへの液冷媒の分配の偏り次第で過熱域が発生する。
風下側下部タンク183では、液冷媒がその慣性力により液冷媒が下流側へ押される。そのため、風下側第2チューブ群181Bのうち風下側第1チューブ群181Aから離れた側のチューブに液冷媒の分配が偏るので、図7に示すように、風下側第2チューブ群181Bのうち風下側第1チューブ群181Aに近い側のチューブにおいて冷媒の乾き度が高い領域または過熱域が発生する。
風上側第3チューブ群171Cにおいては、風下側第1チューブ群181Aおよび風下側第2チューブ群181Bで蒸発した冷媒が流れるため、液冷媒はさらに少なくなっている。風上側第3チューブ群171Cにおいては、基本的に風下側第2チューブ群181Bにおける冷媒の分配の偏りをそのまま受け継ぐ形となる。ただし、風下側第2チューブ群181Bの過熱域の背後には、風上側第3チューブ群171Cは位置しておらず風上側第1チューブ群171Aが位置している。
風上側第1チューブ群171Aに流入する冷媒は、風下側第1チューブ群181Aと同様、熱交換する前の冷媒であるため、液冷媒比率が高く、ほぼ全域に液冷媒が行き渡る。
風上側第2チューブ群171Bにおいては、風下側第1チューブ群181A、風下側第2チューブ群181B、風上側第3チューブ群171Cおよび風上側第1チューブ群171Aで蒸発した冷媒が流れるため、液冷媒がかなり少なく冷媒の偏りも大きい。そのため、風上側第2チューブ群171Bにおいて過熱域が発生する。風上側第2チューブ群171Bの過熱域の背後には風下側第1チューブ群181Aが位置している。
図8は、図7における風上側蒸発器17の各チューブ群における冷媒の乾き度と風下側蒸発器18の各チューブ群における冷媒の乾き度とを重ね合わせて示している。
図8から分かるように、風上側蒸発器17と風下側蒸発器18とで過熱域同士が重なることが抑制されている。
具体的には、風下側第2チューブ群181Bの過熱域は、液冷媒比率が高い風上側第1チューブ群171Aと重なり、風上側第3チューブ群171Cの過熱域は、風下側第2チューブ群181Bのうち液冷媒比率が高い領域と重なり、風上側第2チューブ群171Bの過熱域は、液冷媒比率が高い風下側第1チューブ群181Aと重なる。したがって、蒸発器15より吹き出される空気の吹出温度分布を均一化できる。
本実施形態では、風下側上部タンク182の分配タンク部182aは、風上側熱交換部17aおよび風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を風下側第1チューブ群181Aに流入させ、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bは、風上側熱交換部17aおよび風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を風上側第1チューブ群171Aに流入させる。風上側熱交換部17aおよび風下側熱交換部18aに対する空気流れ方向A1から見たときに、風上側第1チューブ群171Aは、風下側第2チューブ群181Bと重合している。
これによると、風上側熱交換部17aの風上側第1チューブ群171Aに、風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒が流入するので、風上側熱交換部17aの風上側第1チューブ群171Aに、風下側熱交換部18aで熱交換された後の冷媒が流入する構成と比較して、風上側第1チューブ群171Aと風下側第1チューブ群181Aとの温度差を低減できる。そのため、吹出空気の温度分布を一層均一化できる。
本実施形態では、分配タンク20は、風上側熱交換部17aおよび風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を風下側上部タンク182の分配タンク部182aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに分岐させる。
これにより、風上側熱交換部17aの風上側第1チューブ群171Aに、風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を確実に流入させることができる。
本実施形態では、分配タンク20は、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bに流入する冷媒の流量が、風下側上部タンク182の分配タンク部182aに流入する冷媒の流量よりも少なくなるように構成されている。
これにより、風下側第1チューブ群181Aに流入する冷媒が不足して吹出空気の温度分布が大きくなることを抑制できる。
本実施形態では、風下側熱交換部18aで熱交換された冷媒が風下側上部タンク182の集合タンク部182bに流入する。風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cは、風下側上部タンク182の集合タンク部182bに流入した冷媒を風上側第3チューブ群171Cに流入させる。
これにより、風下側熱交換部18aで熱交換された冷媒を、風上側熱交換部17aの少なくとも一部においても熱交換させることができる。
本実施形態では、風上側下部タンク173は、風下側第1チューブ群181Aで熱交換された冷媒と風上側第3チューブ群171Cで熱交換された冷媒とを合流させる。
これにより、風上側第1チューブ群171Aと風下側第1チューブ群181Aとに分岐された冷媒とを合流させて風上側第2チューブ群171Bに流入させることができるので、風上側第2チューブ群171Bに流入する冷媒が不足することを抑制できる。
本実施形態では、風上側第2仕切部材175は、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bの内部空間と風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cの内部空間とを互いに独立した空間に仕切っている。
これにより、風下側第1チューブ群181Aに流入する冷媒と風上側第3チューブ群171Cに流入する冷媒とが混合することを確実に抑制できる。
本実施形態では、風上側上部タンク172に第1分配タンク部172bおよび第2分配タンク部172cが形成されており、風下側上部タンク182に分配タンク部182aおよび集合タンク部182bが形成されている。
これにより、蒸発器15における冷媒流れ経路を簡素化できるので、蒸発器15の構成を簡素化できるとともに蒸発器15における冷媒圧力損失を低減できる。
本実施形態では、風下側上部タンク182の分配タンク部182a、風下側第1チューブ群181A、風下側下部タンク183、風下側第2チューブ群181B、風下側上部タンク182の集合タンク部182b、風上側上部タンク172の第2分配タンク部172c、風上側第3チューブ群171Cの順に冷媒が流れるとともに、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172b、風上側第1チューブ群171Aの順に冷媒が流れる。そして、風上側第1チューブ群171Aを流れた冷媒と風上側第3チューブ群171Cを流れた冷媒とが風上側下部タンク173、風上側第2チューブ群171B、風上側上部タンク172の集合タンク部172aの順に流れる。
これにより、冷媒が風下側熱交換部18aから風上側熱交換部17aへ流れる経路と、冷媒が風下側熱交換部18aを流れることなく風上側熱交換部17aへ流を流れる経路とが形成される。
そのため、蒸発器15の熱交換性能を確保しつつ、蒸発器15より吹き出される空気の吹出温度分布を確実に均一化できる。
(第2実施形態)
上記実施形態では、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bと第2分配タンク部172cとが風上側第2仕切部材175によって仕切られているが、本実施形態では、図9に示すように、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bと第2分配タンク部172cとが風上側第2仕切部材175によって仕切られていない。
本実施形態によると、第1分配タンク部172bの内部空間と第2分配タンク部172cの内部空間とが連通することとなるが、第1分配タンク部172bの冷媒と第2分配タンク部172cの冷媒とが混合しても風上側第1チューブ群171Aに乾き度の低い冷媒が流れる。したがって、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
本実施形態では、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bの内部空間と風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cの内部空間とが互いに連通している。
これにより、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bおよび風上側上部タンク172の第2分配タンク部172cの構成を簡素化できる。
(第3実施形態)
本実施形態では、図10および図11に示すように、風下側上部タンク182から風上側上部タンク172に冷媒を分配するようになっている。
風下側上部タンク182の分配タンク部182aの内部空間は、ジョイント21の冷媒流入口21aと連通している。
風上側第1仕切部材174および風下側仕切部材184は、風上側チューブ171および風下側チューブ181の積層方向において、互いに異なる位置に配置されている。風上側第1仕切部材174は、風上側チューブ171および風下側チューブ181の積層方向において、風下側仕切部材184とジョイント21との間の位置に配置されている。
風下側上部タンク182の分配タンク部182aには、分配連通孔182eが形成されている。風下側上部タンク182の分配連通孔182eは、風上側上部タンク172の第1分配連通孔172dと重合している。これにより、風下側上部タンク182の分配タンク部182aの内部空間と、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bの内部空間とが連通している。
本実施形態では、上記第2実施形態と同様に、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bと第2分配タンク部172cとが風上側第2仕切部材175によって仕切られていない。
そのため、図12に示すように、風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bに流入した冷媒が風上側第1チューブ群171Aのみならず風上側第3チューブ群171Cにも流入することができる。そのため、風下側第2チューブ群181Bの過熱域は、液冷媒比率が高い風上側第1チューブ群171Aおよび風上側第3チューブ群171Cと重なるので、蒸発器15より吹き出される空気の吹出温度分布を均一化できる。
本実施形態によると、上記実施形態における分配タンク20が不要であるので、蒸発器15の構造を簡素化できる。
本実施形態では、風下側上部タンク182の分配タンク部182aは、風上側熱交換部17aおよび風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を風下側第1チューブ群181Aと風上側上部タンク172の第1分配タンク部172bとに分岐させる。
これによると、簡素な構成によって、風上側熱交換部17aの風上側第1チューブ群171Aに、風下側熱交換部18aで熱交換される前の冷媒を流入させることができる。
本実施形態では、風下側上部タンク182の分配タンク部182aは、風上側第1チューブ群171Aに流入する冷媒の流量が、風下側上部タンク182の分配タンク部182aに流入する冷媒の流量よりも少なくなるように構成されている。
これにより、風下側第1チューブ群181Aに流入する冷媒が不足して吹出空気の温度分布が大きくなることを抑制できる。
(第4実施形態)
本実施形態では、図13に示すように、風上側上部タンク172の内部に仕切部材176が配置されており、風上側下部タンク173の内部に仕切部材177が配置されており、風下側上部タンク182の内部に仕切部材185が配置されており、風下側下部タンク183の内部に仕切部材186が配置されている。
風上側上部タンク172の仕切部材176は、風上側上部タンク172を、風上側チューブ171の積層方向(図13では左右方向)に、集合タンク部172aと集合分配タンク部172fとに仕切る仕切部である。
集合タンク部172aは、風上側上部タンク172の約1/3を占めており、集合分配タンク部172fは、風上側上部タンク172の約2/3を占めている。
集合分配タンク部172fは、風上側第3チューブ群171Cから冷媒を集合させ、風上側第1チューブ群171Aへ冷媒を分配する。
風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fには、分配連通孔172gが形成されている。分配連通孔172gは、分配タンク20の風上側連通孔20aと重合している。これにより、分配タンク20の内部空間と、風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fの内部空間とが連通している。
風上側下部タンク173の仕切部材177は、風上側下部タンク173を、風上側チューブ171の積層方向(図13では左右方向)に、集合分配タンク部173aと分配タンク部173bとに仕切る仕切部である。
集合分配タンク部173aは、風上側上部タンク172の約2/3を占めており、分配タンク部173bは、風上側上部タンク172の約1/3を占めている。
集合分配タンク部173aは、風上側第1チューブ群171Aから冷媒を集合させ、風上側第2チューブ群171Bへ冷媒を分配する。
分配タンク部173bは、風上側第3チューブ群171Cへ冷媒を分配する。
風上側下部タンク173の集合分配タンク部172fには、分配連通孔173cが形成されている。
風下側上部タンク182の仕切部材185は、風下側上部タンク182を、風下側チューブ181の積層方向(図13では左右方向)に、分配タンク部182aと集合分配タンク部182fとに仕切る仕切部である。
分配タンク部182aは、風下側上部タンク182の内部空間の約1/3を占めており、集合分配タンク部182fは、風下側上部タンク182の内部空間の約2/3を占めている。
集合分配タンク部182fは、風下側第2チューブ群181Bから冷媒を集合させ、風下側第3チューブ群181Cへ冷媒を分配する。
風下側下部タンク183の仕切部材186は、風下側下部タンク183の内部空間を、風下側チューブ181の積層方向(図13では左右方向)に、集合分配タンク部183aと集合タンク部183bとに仕切る仕切部である。
集合分配タンク部183aは、風下側下部タンク183の内部空間の約2/3を占めており、集合タンク部183bは、風下側下部タンク183の内部空間の約1/3を占めている。
集合分配タンク部183aは、風下側第1チューブ群181Aから冷媒を集合させ、風下側第2チューブ群181Bへ冷媒を分配する空間である。
集合タンク部183bは、風下側第3チューブ群181Cから冷媒を集合させる空間である。
風下側下部タンク183の集合タンク部183bには、集合連通孔183cが形成されている。集合連通孔183cは、風上側下部タンク173の分配連通孔173cと重合している。これにより、風下側下部タンク183の集合タンク部183bの内部空間と、風上側下部タンク173の分配タンク部173bの内部空間とが連通している。
分配タンク20へ流入した冷媒は、矢印R2に示すように風下側上部タンク182の分配タンク部182aへ流入する冷媒流れと、矢印R8に示すように風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fへ流入する冷媒流れとに分流される。
風下側上部タンク182の分配タンク部182aへ流入した冷媒は、矢印R3に示すように、風下側第1チューブ群181Aを上方側から下方側へ流れて風下側下部タンク183の集合分配タンク部183aへ流入する。風下側下部タンク183の集合分配タンク部183aへ流入した冷媒は、矢印R4に示すように、風下側下部タンク183の長手方向一端側から他端側へ流れ、風下側第2チューブ群181Bへ流入する。
風下側第2チューブ群181Bへ流入した冷媒は、矢印R5に示すように、風下側第2チューブ群181B、風下側上部タンク182の集合分配タンク部182f、風下側第3チューブ群181Cの順に流れて風下側下部タンク183の集合タンク部183bへ流入する。
風下側下部タンク183の集合タンク部183bへ流入した冷媒は、矢印R6に示すように、風上側下部タンク173の分配タンク部173bへ流入する。
風上側下部タンク173の分配タンク部173bへ流入した冷媒は、風上側第3チューブ群171Cへ流入する。風上側第3チューブ群171Cへ流入した冷媒は、矢印R7に示すように、風上側第3チューブ群171Cを下方側から上方側へ流れて風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fへ流入する。
風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fでは、風上側第3チューブ群171Cから風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fへ流入した冷媒と、矢印R8に示すように分配タンク20の内部空間から風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fへ流入した冷媒とが合流する。風上側上部タンク172の集合分配タンク部172fで合流した冷媒は、矢印R9に示すように、風上側第1チューブ群171Aを上方側から下方側へ流れて風上側下部タンク173の集合分配タンク部173aへ流入する。
風上側下部タンク173の集合分配タンク部173aへ流入した冷媒は、矢印R10に示すように、風上側下部タンク173の長手方向他端側から一端側へ流れ、風上側第2チューブ群171Bへ流入する。
風上側第2チューブ群171Bへ流入した冷媒は、矢印R11に示すように、風上側第2チューブ群171Bを下方側から上方側へ流れて風上側上部タンク172の集合タンク部172aへ流入する。集合タンク部172aへ流入した冷媒は、矢印R12に示すように、冷媒流出口21bから流出する。
本実施形態においても、上記各実施形態と同様に、風上側蒸発器17と風下側蒸発器18とで過熱域同士が重なることが抑制されるので、蒸発器15より吹き出される空気の吹出温度分布を均一化できる。
(他の実施形態)
上記実施形態を適宜組み合わせ可能である。上記実施形態を例えば以下のように種々変形可能である。
(1)冷凍サイクル10を構成する各構成機器は、上述の実施形態に開示されたものに限定されない。
例えば、上述の実施形態では、圧縮機11として、エンジン駆動式の圧縮機を採用した例を説明したが、圧縮機11として、1つのハウジング内に固定容量型の圧縮機構、および圧縮機構を駆動する電動モータを収容して構成された電動圧縮機を採用してもよい。
この圧縮機構としては、スクロール型圧縮機構、ベーン型圧縮機構等の各種圧縮機構を採用することができる。また、電動モータは、図示しない空調制御装置から出力される制御信号によって、その回転数が制御されるもので、交流モータ、直流モータのいずれの形式のものを採用してもよい。
また、上述の実施形態では、冷媒としてR1234yfを採用した例を説明したが、冷媒はこれに限定されない。例えば、R134a、R600a、R410A、R404A、R32、R407C等を採用してもよい。または、これらの冷媒のうち複数種を混合させた混合冷媒等を採用してもよい。
(2)上述の実施形態では、蒸発器15の各構成機器をろう付け接合することによって一体化させた例を説明したが、蒸発器15の各構成機器の一体化手段として、ねじ止め、かしめ、溶接、接着等の種々な手段を採用してもよい。
(3)上述の各実施形態では、蒸発器15を車両に搭載される冷凍サイクル10に適用した例を説明したが、蒸発器15の適用はこれに限定されない。例えば、定置用等の冷凍サイクルに適用してもよい。
17a 風上側熱交換部
171 風上側チューブ
171A 風上側第1チューブ群
171B 風上側第2チューブ群
171C 風上側第3チューブ群
172b 第1分配タンク部(風上側流入タンク部)
173 風上側下部タンク(風上側中間タンク部)
18a 風下側熱交換部
181 風下側チューブ
181A 風下側第1チューブ群
181B 風下側第2チューブ群
182a 分配タンク部(風下側流入タンク部)
183 風下側下部タンク(風下側中間タンク部)
20 分配タンク(分岐部)

Claims (11)

  1. 空気と冷媒とを熱交換させる複数本の風上側チューブ(171)を有する風上側熱交換部(17a)と、
    前記風上側熱交換部の空気流れ下流側に配置され、前記風上側熱交換部を通過した空気と前記冷媒とを熱交換させる複数本の風下側チューブ(181)を有する風下側熱交換部(18a)と、
    前記風上側熱交換部および前記風下側熱交換部で熱交換される前の前記冷媒を前記複数本の風下側チューブのうち風下側第1チューブ群(181A)に流入させる風下側流入タンク部(182a)と、
    前記風下側第1チューブ群で熱交換された前記冷媒を前記複数本の風下側チューブのうち前記風下側第1チューブ群とは異なる風下側第2チューブ群(181B)に流入させる風下側中間タンク部(183)と、
    前記風上側熱交換部および前記風下側熱交換部で熱交換される前の前記冷媒を前記複数本の風上側チューブのうち風上側第1チューブ群(171A)に流入させる風上側流入タンク部(172b)と、
    前記風上側第1チューブ群で熱交換された前記冷媒を前記複数本の風上側チューブのうち前記風上側第1チューブ群とは異なる風上側第2チューブ群(171B)に流入させる風上側中間タンク部(173)とを備え、
    前記風上側熱交換部および前記風下側熱交換部に対する空気流れ方向(A1)から見たときに、前記風上側第1チューブ群は、前記風下側第2チューブ群と重合している熱交換器。
  2. 前記風上側熱交換部および前記風下側熱交換部で熱交換される前の前記冷媒を前記風下側流入タンク部と前記風上側流入タンク部とに分岐させる分岐部(20)を備える請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記分岐部は、前記風上側流入タンク部に流入する前記冷媒の流量が、前記風下側流入タンク部に流入する前記冷媒の流量よりも少なくなるように構成されている請求項2に記載の熱交換器。
  4. 前記風下側流入タンク部は、前記風上側熱交換部および前記風下側熱交換部で熱交換される前の前記冷媒を前記風下側第1チューブ群と前記風上側流入タンク部とに分岐させる請求項1に記載の熱交換器。
  5. 前記風下側流入タンク部は、前記風上側第1チューブ群に流入する前記冷媒の流量が、前記風下側流入タンク部に流入する前記冷媒の流量よりも少なくなるように構成されている請求項4に記載の熱交換器。
  6. 前記風下側熱交換部で熱交換された前記冷媒が流入する風下側連通タンク部(182b)と、
    前記風下側連通タンク部に流入した前記冷媒を前記複数本の風上側チューブのうち前記風上側第1チューブ群および前記風上側第2チューブ群とは異なる風上側第3チューブ群(171C)に流入させる風上側連通タンク部(172c)とを備える請求項1ないし5のいずれか1つに記載の熱交換器。
  7. 前記風上側中間タンク部は、前記風下側第1チューブ群で熱交換された前記冷媒と前記風上側第3チューブ群で熱交換された前記冷媒とを合流させる請求項6に記載の熱交換器。
  8. 前記風上側流入タンク部の内部空間と前記風上側連通タンク部の内部空間とが互いに連通している請求項6または7に記載の熱交換器。
  9. 前記風上側流入タンク部の内部空間と前記風上側連通タンク部の内部空間とを互いに独立した空間に仕切る仕切部(175)を備える請求項6または7に記載の熱交換器。
  10. 前記複数本の風上側チューブの一端に接続され、前記複数本の風上側チューブに前記冷媒の分配および集合を行う風上側第1タンク(172)と、
    前記複数本の風上側チューブの他端に接続され、前記複数本の風上側チューブに前記冷媒の分配および集合を行う風上側第2タンク(173)と、
    前記複数本の風下側チューブの一端に接続され、前記複数本の風下側チューブに前記冷媒の分配および集合を行う風下側第1タンク(182)と、
    前記複数本の風下側チューブの他端に接続され、前記複数本の風下側チューブに前記冷媒の分配および集合を行う風下側第2タンク(183)とを備え、
    前記風上側流入タンク部および前記風上側連通タンク部は、前記風上側第1タンクに形成されており、
    前記風上側中間タンク部は、前記風上側第2タンクに形成されており、
    前記風下側流入タンク部および前記風下側連通タンク部は、前記風下側第1タンクに形成されており、
    前記風下側中間タンク部は、前記風下側第2タンクに形成されている請求項6ないし9のいずれか1つに記載の熱交換器。
  11. 前記風上側熱交換部で熱交換された前記冷媒を流出させる流出タンク部(172a)を備え、
    前記風下側流入タンク部、前記風下側第1チューブ群、前記風下側中間タンク部、前記風下側第2チューブ群、前記風下側連通タンク部、前記風上側連通タンク部、前記風上側第3チューブ群の順に前記冷媒が流れるとともに、前記風上側流入タンク部、前記風上側第1チューブ群の順に前記冷媒が流れ、
    前記風上側第1チューブ群を流れた前記冷媒と前記風上側第3チューブ群を流れた前記冷媒とが前記風上側中間タンク部(173)、前記風上側第2チューブ群、前記流出タンク部の順に流れる請求項6ないし10のいずれか1つに記載の熱交換器。
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