JPH0370946A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両の空調装置等に組み込まれて使用される積
層型熱交換器に関する。

［従来技術］ 一般に車両の空調装置等に組み込まれて使用される積層
型熱交換器（エバポレータ）には、複数のチューブと、
該複数のチューブと積層状に配される複数のフィンと、
を備え、前記チューブを貫流する冷媒と被冷却空気との
間で熱交換を行う形式のものがある。

従来の積層型熱交換器について第６図及び第７図を参照
して説明する。第６図は従来の積層型熱交換器の構造を
示す全体姿図であり、第７図はこの熱交換器における冷
媒の流れを線図で示している。

第７図において５図示しないコンデンサ側から冷媒導入
管１８を経由し圧縮機動力により送られてきた気液混合
状態の冷媒は、膨張弁通過後まず各チューブ付属のタン
ク部より前段のチューブ内部の冷媒流路を矢印の向きに
流れる。次に冷媒は。

順次多段に接続されたチューブを貫流し、この貫流の間
に、各チューブと交互に配されたフィン（コルゲートフ
ィン）の間を通過して流れる被冷却空気を冷却する。即
ち冷媒は、このチューブ内を流れる間に被冷却空気から
熱を奪い、自身は蒸発気化すると共に冷媒排出管１７よ
り蒸気となって再びコンプレッサ側へ還流する。この後
冷媒はコンプレッサ及びコンデンサにより再び圧締液化
されて膨張弁を経てまた熱交換器側に戻ることを繰り返
す。

熱交換器のチューブ内通過中において、冷媒が気化熱（
潜熱）により熱交換を行う蒸発冷却領域にあるとき、換
言すれば冷媒が全体として気液混合状態にあるときは、
冷媒はほぼ一定の蒸発温度に保たれている。一方冷媒が
冷媒排出管直前の熱交換器の最終部分にある冷媒流路を
通過する時には、冷媒はそれ以前において既に完全に気
化しているので、被冷却空気より奪った熱により冷媒の
温度は蒸発温度よりも約５〜１０℃程度上昇する。

このように約５〜ｌＯ℃程度冷媒を温度上昇させている
のは、万一冷媒が液化したままでコンプレッサに導入さ
れるとコンプレッサがいわゆる液圧縮を起こし、最悪の
場合にはコンプレッサの破壊に至るまでの障害をひき起
こすことがあるため若干の余裕をとる必要があるからで
ある。なお、冷媒温度をこのように約５〜１０℃程度の
温度上昇範囲に制御することは熱交換器入口側に設置さ
れている膨張弁において冷媒の流量を制御することによ
って行われている。

熱交換器において、冷媒が蒸発温度から約５〜ｌＯ℃程
度温度上昇させられるこの熱交換器の最終部分が、いわ
ゆるスーパーヒート領域といわれる部分であり、最終段
のチューブの冷媒流路の白下流側の例えば約＋を占める
部分である。このスーパーヒート領域２５は第７図にお
いては斜線で示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の如くスーパーヒート領域２５では他の蒸発冷却領
域に比べて冷媒温度が５〜１０℃程度高いので、この部
分のみで冷却される空気は蒸発冷却領域のみで冷却され
た空気に比してその温度が必然的に高くなる。特に自動
車用の空調装置においてはコンプレッサが直接エンジン
によって駆動されるためこの傾向がさらに大きくなる。

従って、これら夫々の部分において異った温度に冷却さ
れた空気を急激に混合する場合には最悪の場合には温度
差により白煙を生じ、またそれほどでない場合でも車内
に導入される空気各部の不均一な温度分布が搭乗者に不
快感を与えることとなる。

更に、熱交換器においてはスーパーヒート領域に限らず
チューブ内の冷媒流路を流れる冷媒流と被冷却空気の流
れとは一般に直交して流れる状態即ち直交流の状態にあ
るが、これら相互間の熱交換の効率上からは直交流は必
ずしも有利とは言えない。

本発明は上述の問題点に鑑み、冷却された空気が均一な
温度分布を有する熱交換器を提供し。

もって車両の空調装置を改良することを目的とする。

更に本発明は、スーパーヒート領域において熱交換効率
の良好な熱交換器の提供を目的とし、さらにこれらの改
良を簡単な手段で達成することをも目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明の前記目的は、冒頭に述べた形式の積層型熱交換
器において、冷媒の気化熱を介して熱交換を行う蒸発冷
却領域を成す複数の各チューブと、気化した冷媒の温度
上昇を介して熱交換を行うスーパーヒート領域を有する
複数の各チューブと、が位置的に交互に配される部分を
備える積層型熱交換器によって達成される。位置的に交
互に配されるとは１枚おきに交互に配されることのみな
らず例えば２枚づつ（或いは１枚と２枚毎に〉交互に配
されることをも含むものである。

［作用］ スーパーヒート領域を有するチューブと蒸発冷却領域を
成すチューブとが位置的に交互に配される部分を熱交換
器に設けることにより、冷却後の空気において均一ム温
度分布が得られる。（ｉｉ！求項１）。

冷媒の流域部に、相互に逆の端縁に冷媒通路（開口）を
有し被冷却空気流と平行である少くとも２つの流路仕切
壁を備え、冷媒流がスーパーヒート領域において被冷却
空気流と対向する範囲を有するとすることにより、スー
パーヒート領域において高い熱交換効率が得られる（請
求項２）。

蒸発冷却領域をなすチューブと、スーパーヒート領域を
有するチューブとを実質的に同一構造とし、これらを表
裏対称に且つ交互に配置するとしたことにより、チュー
ブの種類がまとまって一つになる（ｒｒ１求項３）。

［実施例］ 本発明の構成について更に図面を参照して説明する。第
１図は２本発明の一実施例に係る積層型熱交換器のチュ
ーブの全体構成を、矢印で示した冷媒の流れと共に示す
透視図である。

この熱交換器の各チューブは夫々４つのタンク部を備え
ると共に１前後に配される各チューブとは付属する当該
タンク部において相互に連通している。

冷媒導入管１８及び冷媒排出管Ｉ７の側から見て手前か
ら半分まで（前半部）のチューブであって且つ手前から
奇数番目に配されている各チューブは、その手前から見
て右上にあるタンク部において冷媒導入管１８に連通さ
れると共にその内部にこの右上タンク部と左下タンク部
とを連通させる冷媒流路を夫々備えている。前半部のチ
ューブであって且つ手前から偶数番目の各チューブはそ
の手前から見て左上にあるタンク部において冷媒排出管
１７に連通されると共にその内部にこのタンク部と右下
タンク部とを連通させる冷媒流路を夫々備えている。

前半部とそれ以降（後半部）のチューブのタンク部は上
側のタンク部において互いにその連通が阻止されており
１図示下側のタンク部においては互いに連通している。

後半部のチューブであって且つその最前部から数えて奇
数番目の各チューブはその内部に左下タンク部と右上タ
ンク部とを連通させる冷媒流路を備え、後半部で且つそ
の最前部から数えて偶数番目の各チューブは左上タンク
部と右下タンク部とを連通させる冷媒流路をその内部に
有している。更に後半部の全てのチューブは上側の左右
双方のタンク部相互間においても夫々冷媒流路を備えて
いる。前半部及び後半部のチューブの数は夫々偶数個と
なっている。なお図示されていないが、各チューブの間
には大きな矢印で示した被冷却空気流がその間を通過す
るコルゲートフィンが夫々配されており、各チューブ及
び各コルゲートフィンとが積層状態に交互に配されて一
つの熱交換器が構成されている。

第３図及び第４図に基いて各チューブの構造を説明する
。第３図は理解を容易にするために、第１図の熱交換器
の前半部に配されている各チューブを２枚のパネル状の
チューブエレメントに分解して示したものである。奥側
に示したチューブエレメント１はほぼ長方形のパネル状
部分を有しており、夫々５〜８と符号を付された４つの
タンク部（Ａ）〜（Ｄ）をその上端及び下端に備え、更
にそのパネル中央部分には他方のチューブエレメントと
の間において冷媒流路２Ｂを構成する凹部を備える。タ
ンク部（Ａ）〜（Ｄ）は夫々のチューブの前後に配され
る他のチューブの各隣接するタンク部と連通する連通孔
２０〜２３を夫々備えている。

２つのタンク部（Ｂ）６及び（Ｃ）７は冷媒流路２６に
直接連通されているが、他の２つのタンク部（Ａ）５及
び（Ｄ〉８は、この冷媒流路との連通を阻止されており
、従って熱交換器として組立てた場合には単に前後のチ
ューブのタンク部と連通ずる役目を有するのみである。

チューブ内において冷媒流路２６となる凹部には、冷媒
流をその部分において明ｌ二する二つの直線状の仕切壁
９が、冷媒通路３０となる冷媒流路の４−幅の開口を残
して水平に形成されており、この２つの仕切り壁９相互
は図示の如く左右互い違いにその冷媒通路３０を有して
配されている。冷媒流路２６内部には更に、チューブ内
の冷媒を撹拌しかつ冷媒の熱交換効率を向上させる目的
で多数の直線状のリブｌＯが冷媒流路内部全体に渡って
斜めに且つ相互に並行して形成されている。なお第３図
においては簡単のためリブｌＯは単に一部のみを示して
いる。符号２で示した手前側のチューブエレメントはリ
ブ１０′が奥側のチューブエレメント１のリブｌＯとク
ロスして当接するように形成されている点を除けば奥側
のチューブ１と対称形に製作されている。双方のチュー
ブエレメント１及び２を重ね合わせることにより一つの
偏平な袋状のチューブが形成される。第１図の前半部の
チューブは、第３図に示したチューブエレメントで構成
されるチューブを奇数番と偶数番とにおいてその表裏の
向きを互い違いにして配されている。

第４図には第１図の熱交換器の後半部に配されている各
チューブが第３図同様各エレメント毎に分解して示され
ている。第３図との相違点はその上側の左右のタンク部
がチューブ内において連通部１２を介して連通している
点である。なお第４図ではりブエ０は省略のため表示し
ていないが第３図同様に形成されている。前半部の最後
列及び後半部の最前列１豪位置するチューブエレメント
は例として第５図に示す如くその上部タンク部に連通孔
を備えていない。なお、第１図の熱交換器における冷媒
流を模式的に示す第２図においては、前半部と後半部の
上部タンク間に配した冷媒流路壁２４でこの連通孔を有
しないタンク部を模式的に示している。

このように構成した熱交換器の冷媒の流れについて主と
して第１図に基いて説明する。

図示しないコンプレッサにより圧縮され、コンデンサで
液化し、その後膨張弁を通過して冷媒導入管１８より流
入した気液混合状態の冷媒は、冷媒導入管側から見て前
半部で且つ手前から奇数番目にあるチューブのその右上
タンク部よりチューブ内に流入し冷媒流路を矢印の如く
仕切壁９に従ってコの字状に流れる。

これらのチューブを通った冷媒は更に、後半部でその手
前から奇数番目の各チューブの左下側のタンク部より夫
々のチューブ内の冷媒流路中に流入しこの冷媒流路を経
由して右上側、及びこれを経由して左上側の双方のタン
ク部に至る。次に冷媒は、この後半部の各奇数番目のチ
ューブに後続して隣接する偶数番目のチューブの夫々の
右上及び左上タンク部よりチューブ内に流入し、冷媒流
路を経由して夫々の右下のタンク部に至り。

奥から順次手前側のタンク部を貫流して前半部のチュー
ブ側に還る。

次にこの冷媒は、前半部で且つ手前から偶数番目のチュ
ーブの夫々の右下タンク部からチューブ内の冷媒流路に
流入し、この冷媒流路を経由して夫々の左上タンク部に
至り、更に図示の如く矢印に沿って順次手前側のタンク
部を経由して流れ。

冷媒排出管１７より再びコンプレッサ側に還流すること
となる。大きな矢印で示した被冷却空気流は各チューブ
の間に配されているコルゲートフィンの間を通過し冷媒
により冷却されると共に冷媒を気化する。

この冷媒流の系統図は第２図に模式的に示されている。

冷媒が通過する最後のチューブの出口側タンク部に隣接
する冷媒流路部分がスーパーヒート領域２５であり、こ
れは第１図及び第２図において斜線で示されている部分
である。第１図において、このスーパーヒート領域２５
では冷媒流の向きは従来と異なり被冷却空気流の向きと
対向し、この対向によりスーパーヒート領域における冷
媒と被冷却空気との熱交換の効率をあげている。冷媒は
スーパーヒート領域に至るまでには完全に気化しており
、このスーパーヒート領域で冷媒には５〜１０℃の温度
上昇が与えられる。この温度制御は熱交換器の冷媒導入
管側に配される膨張弁においてその冷媒の流量を制御す
ることにより得られる。温度の低い冷媒が流れている蒸
発冷却領域にあるチューブと温度の高い冷媒が流れてい
るスーパーヒート領域を有するチューブとを交互に配し
ているので、この熱交換器により冷却されて車両室内に
流入する被冷却空気の各部分の温度差は極めて小さく押
さえられ、快適な空調が可能となっている。

またスーパーヒート領域において冷媒流と被冷却空気流
とを対向流としたことによりこの部分における熱交換効
率があがり、従って冷媒がコンプレッサ側に液状のまま
流入することが確実に防止されている。またこの対向流
により、熱交換器内に占めるスーパーヒート領域の割合
が従来品に比べて小さくできる。この結果蒸発冷却領域
の割合が大きくできるので、空調装置の能力を大きくす
ることが可能となる。

本実施例において蒸発冷却領域とスーパーヒート領域と
を交互に配した熱交換器を示したが、−枚ごとの交互で
なくとも例えば２枚おき等とすることもできる。

［発明の効果］ 本発明において、積層型熱交換器が蒸発冷却領域にある
複数の各チューブとスーパーヒート領域を有する複数の
各チューブとが位置的に交互に配される部分を備える。

とした構成により、被冷却空気の均一な温度分布が可能
となったので、祷乗者に対して快適な空調を確保するこ
とができる積層型熱交換器を提供することができた（請
求項１）。

スーパーヒート領域を有するチューブの冷媒流域部に被
冷却空気流と平行な流路仕切壁を配し。

スーパーヒート領域において冷媒流と被冷却空気流とを
対向流としたことにより、このスーパーヒート領域にお
いて特に熱交換効率の高い熱交換器を提供できた（請求
項２）。

蒸発冷却領域を威すチューブと、スーパーヒート領域に
あるチューブとを実質的に同じ構造とし、これらを表裏
対称に配するとしたことにより、これらのチューブの種
類がまとまって一つになることにより部品点数が減り、
積層型熱交換器の製作上きわめて有利になる（請求項３
）。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る積層型熱交換器のチュ
ーブ配列を熱交換器における冷媒流の向きと共に示す斜
視図。 第２図は第１図の熱交換器の冷媒流を模式的に示す線図
。 第３図〜第５図は第１図の熱交換器の各チューブのチュ
ーブエレメントの構造説明図。 第６図は従来の積層型熱交換器の構造を示す斜視図。 第７図は第６図の熱交換器の冷媒流を模式的に示す線図
。 である。 １８・・・冷媒導入管 ２０〜２３．２０’〜２３′・・・連通孔２５・・・ス
ーパーヒート領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数のチューブと、該複数のチューブと積層状に
   配される複数のフィンと、を備え、前記チューブを貫流
   する冷媒と被冷却空気との間で熱交換を行う積層型熱交
   換器において、 冷媒の気化熱を介して熱交換を行う蒸発冷却領域を成す
   複数の各チューブと、気化した冷媒の温度上昇を介して
   熱交換を行うスーパーヒート領域を有する複数の各チュ
   ーブと、が位置的に交互に配される部分を備えることを
   特徴とする積層型熱交換器。
2. （２）スーパーヒート領域を有する前記チューブは、相
   互に対向して上下端に配される冷媒流入口及び冷媒流出
   口と、該冷媒流入口と冷媒流出口の間を連通する冷媒流
   域部と、を備えており、該冷媒流域部は、冷媒通路を互
   いに逆側の端縁部に有する少くとも２つの流路仕切壁を
   被冷却空気流と平行に備え、 前記スーパーヒート領域における冷媒流の方向と被冷却
   空気流の方向とが相互に対向する範囲を有すること、を
   特徴とする請求項１記載の積層型熱交換器。
3. （３）互いに交互に配される、前記蒸発冷却領域を成す
   チューブとスーパーヒート領域を有するチューブの夫々
   が実質的に同じ構造を有し、互いに表裏対称に配されて
   いるものであることを特徴とする請求項１又は２記載の
   積層型熱交換器。