JPH05157401A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で、冷媒の流速を最適化でき、そ
れによって熱交換の効率を向上させることができる熱交
換器を提供すること。 【構成】 積層型熱交換器１は、冷媒熱交換部７と冷媒
蒸発部９とから構成されている。冷媒熱交換部７は、冷
媒の入口流路１３と出口流路１４とをプレート１２を介
して近接配置することによって、入口流路１３の冷媒と
出口流路１４の冷媒とを熱交換させるものであり、一
方、冷媒蒸発部９は、入口流路１３の下流端側から複数
に分岐する蒸発流路３０と蒸発流路３０の間に密着して
配置されたフィンとから構成されている。更に、上記冷
媒熱交換部７の入口流路１３の断面積は下流側にいくほ
ど小さくされるとともに、出口流路１４の断面積は下流
側に行くほど大きくされている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器に関し、詳しく
は自動車用空気調和装置等の冷凍サイクルに用いられる
熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置等の冷凍
サイクルに用いられる熱交換器は、圧縮機，凝縮器，受
液器，膨張弁，蒸発器等により構成されており、この密
閉された回路へ冷媒を循環させることにより、蒸発器の
冷媒と室内空気とで熱交換を行なって室内を冷却してい
る。

【０００３】上記冷凍サイクルにおいては、膨張弁を通
って断熱膨張した冷媒は、ガスと液との二相流の状態と
なって蒸発器に入り、ここで外部より熱を吸収して気化
（蒸発）し、等温膨張を続けて室内空気の冷却作用を果
たし、膨張した冷媒は過熱蒸気となって圧縮器に吸入さ
れる。

【０００４】また、近年では、従来の熱交換器より性能
が優れる等の観点から、積層型の熱交換器が開発されて
おり、この積層型熱交換器には、多くの管板を積層して
複数の蒸発流路を形成した蒸発部や、多くの管板を積層
して（入口及び出口の）異なる冷媒流路を近接して形成
した冷媒熱交換部等を備えている。そして、上記蒸発流
路に冷媒を分配して供給することによって、冷媒と室内
空気との熱交換を行なうとともに、上記近接して配置さ
れた入口及び出口の冷媒流路に、蒸発部に流入或は蒸発
部から流出する温度の異なる冷媒を流して、冷媒同士の
熱交換を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の様な
積層型熱交換器においては、膨張弁を出た後に入口流路
に導入される入口冷媒は、蒸発部を出た後の出口冷媒に
よって冷却され、乾き度が小さくなって液化されるが、
液化するに従って実流速が低下するために、入口流路側
の熱伝達性が低下するという問題があった。

【０００６】一方、蒸発部を出て出口流路を流れる出口
冷媒は、入口冷媒によって加熱されて比容積が小さくな
るため、実流速は大きくなる。このため、実流速の増大
に伴って入口流路の圧力損失が増大するという問題があ
った。つまり、各流路において最適な流速とすることが
できないので、熱交換器の熱効率が悪いという問題があ
った。

【０００７】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れ、簡易な構成で、冷媒の流速を最適化でき、それによ
って熱交換の効率を向上させることができる熱交換器を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルで膨張弁の
下流に設けられる熱交換器において、上記膨張弁から流
出された冷媒を導入して所定距離通過させる入口流路
と、上記入口流路の下流端側から複数に分岐し、上記冷
媒の蒸発領域となる複数の分岐流路と、上記入口流路及
び分岐流路間に設けられて流路面積を狭くする絞り部
と、上記各分岐流路の間にそれぞれ密着して設けられた
フィンと、上記各分岐流路の下流端から流出した冷媒を
所定距離通過させて送り出す出口流路と、上記入口流路
と上記出口流路とを間仕切り部を介して近接配置して、
上記入口流路の冷媒と上記出口流路の冷媒とを熱交換さ
せる冷媒熱交換部と、を備えるとともに、該冷媒熱交換
部の入口流路の断面積を上流側より下流側を小さくする
とともに、上記出口流路の断面積を上流側より下流側を
大きくすることを特徴とする熱交換器を要旨とする。

【０００９】

【作用】上記構成を有する本発明の熱交換器では、膨張
弁から流出した冷媒が、入口流路に導入されて所定距離
通過し、絞り弁を介して蒸発流路に導入される。そし
て、蒸発流路にて冷媒が蒸発するに従って低温となり、
冷媒と例えば空気との熱交換を行なう。次いで、蒸発流
路を通過した冷媒は、出口流路を所定距離通過すること
によって、冷媒熱交換部にて入口流路の冷媒と熱交換す
る。

【００１０】そして、特に本発明では、冷媒熱交換部の
入口流路の断面積を下流側に行くに従って小さくしてい
るので、即ち、冷媒の乾き度が小さくなるに従って入口
流路の断面積を小さくしているので、乾き度に対して適
切な流速を確保できる。一方、冷媒熱交換部の出口流路
の断面積を下流側に行くに従って大きくしているので、
圧力損失の増大を抑えることができる。この両作用によ
って、熱交換器の熱交換率が向上する。

【００１１】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の熱交換器の好適な実施例
について説明する。尚、図１は本実施例の積層型熱交換
器（以下、単に熱交換器と呼ぶ）の斜視図であり、図２
はその構成を示す模式図である。

【００１２】図１及び図２に示す様に、熱交換器１は、
自動車用冷凍サイクルに用いられるものであり、膨張弁
３の下流側に設けられる。この熱交換器１は、主とし
て、膨張弁３から流出した冷媒の導入を行なう第１のジ
ョイントブロック５と、熱交換器１外へ気化後の冷媒の
送出を行なう第２のジョイントブロック６と、冷媒間で
熱交換を行なう冷媒熱交換部（スーパーヒータ）７と、
冷媒と空気とを熱交換させる冷媒蒸発部９とから構成さ
れている。

【００１３】上記第１のジョイントブロック５には、膨
張弁３から流出した二相状態の冷媒の入口となる流入口
１０が設けられ、第２のジョイントブロック６には、気
化後の冷媒を送り出す流出口１１が設けられている。冷
媒熱交換部７は、入口冷媒と出口冷媒とが熱交換される
部分であり、多くのプレート（管板）１２がろう付けに
より積層されて構成されている。

【００１４】このプレート１２は、図３に示す様に、そ
の上部には入口冷媒の流入孔１２ａ及び出口冷媒の流入
孔１２ｂが設けられ、下部には入口冷媒の流出孔１２ｃ
及び出口冷媒の流出孔１２ｄが設けられ、更に中央部全
体には冷媒の流路を構成する凹凸が複数設けられてい
る。つまり、図３のＩ−Ｉ断面を図４（Ａ）に、図３の
ＩＩ−ＩＩ断面を図４（Ｂ）に示す様に、各１対のプレ
ート１２を対称に積層することにより、流路の大きさの
異なる入口流路１３と出口流路１４とを隣接して形成
し、この入口流路１３と出口流路１４とに各々入口冷媒
と出口冷媒とを流すように構成されている。

【００１５】上記入口流路１３は、図５に模式的に示す
様に、冷媒が流入する上流側が大きな断面積であり、下
流側に行くに従って徐々に小さな断面積とされている。
一方、出口流路１４は、上記入口流路１３とは逆に、冷
媒が流入する上流側が小さな断面積であり、下流側に行
くに従って徐々に大きな断面積とされている。この入口
流路１３や出口流路１４における断面積の変化の割合
は、冷媒の温度・流速・種類等によって異なり一義的に
は定まらないが、冷媒の乾き度に比例して設定されると
好適である。

【００１６】また、冷媒蒸発部９は、図１に示す様に、
空気を冷却するための波板状のコルゲートフィン２６
（以下、フィンと呼ぶ）と、図６に示す凹凸のあるプレ
ート（管板）２７とを、ろう付けにより多数積層したも
のである。このプレート２７は、略長方形の板状で、そ
の下部に筒状の入口タンク２８が形成され、その入口タ
ンク２８と蒸発流路３０との境に絞り部３１が設けられ
ており、上部には筒状の出口タンク２９が形成されてい
る。そして、入口タンク２８は、冷媒熱交換部７のプレ
ート１２の下部に形成された入口冷媒の流出孔１２ｃに
整合する位置に、一方、出口タンク２９は、プレート１
２の上部に形成された出口冷媒の流出孔１２ｂに整合す
る位置に、各々設けられている。

【００１７】上述した構成を備えた熱交換器１を製造す
る場合には、まず、プレート１２，２７をプレス成形
し、次いでプレート１２，２７とフィン２６とを積層す
るとともに、ジョイントブロック５，６を固定し、これ
らの部材を加熱してろう付けすることによって一体に接
合形成する。

【００１８】次に、この様にして製造した熱交換器１の
冷媒の流れを、図１，図２，図４，図６の矢印にて示
す。まず、図１及び図２に示す様に、膨張弁３からジョ
イントブロック５の流入口１０に送られた冷媒は、冷媒
熱交換部７の入口流路１３（図４）を通って各入口タン
ク２８に送られ、ここで分配されて冷媒蒸発部９の各蒸
発流路３０に送られる。そして、図６に示す様に、絞り
部３１から蒸発流路３０に流入した冷媒は、蒸発しなが
ら上方に向かって流れて各出口タンク２９に流れ込む。
次に、図１に示す様に、出口タンク２９で合流した冷媒
は、冷媒熱交換部７に送られて出口流路１４（図４）を
通過し、流出口１１に至る。

【００１９】次に、以上の様に構成された熱交換器１の
動作を図７とともに説明する。図７は、冷凍サイクル上
での冷媒の状態を表すモリエ線図である。圧縮機により
圧縮された高圧の冷媒は、凝縮器で放熱し、ガス冷媒か
ら液冷媒へと相変化する。そして、膨張弁３から冷媒熱
交換部７に至り、冷媒熱交換部７にて入口冷媒と出口冷
媒を熱交換させることで、冷媒を点ａから点ｂまで変化
させて液化している。つまり、冷媒熱交換部７の入口流
路１３の断面積が下流側に行くに従って（即ち冷媒の乾
き度が小さくなるに従って）入口流路１３の断面積が小
さくなっているので、乾き度に対して適切な流速が得ら
れる。

【００２０】次に、点ｂの液冷媒は、入口タンク２８の
入口にある絞り部３１により、冷媒は点ｃにまで減圧さ
れて気液二相状態となり、その後、冷媒蒸発部９の入口
タンク２８から各蒸発流路３０に均等に分配されて、フ
ィン２６を介して空気と熱交換されて蒸発を開始する。
次いで、冷媒は点ｄの気液二相状態で冷媒蒸発部９の出
口タンク２９で合流して冷媒熱交換部７に送られる。

【００２１】この出口冷媒は、出口流路１４を通過する
ことで、点ｅ〜点ｆにて入口冷媒と熱交換され過熱（ス
ーパーヒート）蒸気となって、圧縮機へと送られる。つ
まり、出口流路１４の断面積が下流側に行くに従って
（即ち乾き度が大きくなるに従って）小さくなっている
ので、適度の流速が保たれて圧力損失の増大が抑制され
ている。

【００２２】以上説明した様に、本実施例の熱交換器１
によれば、冷媒熱交換部７の入口流路１３の断面積を下
流側に行くに従って小さくしているので、冷媒が凝縮す
るにつれて適切な実流速を確保でき、それによって、入
口流路１３側の熱伝達の効率を高くすることができる。
一方、出口流路１４の断面積は下流側に行くに従って大
きくなっているので、冷媒が蒸発によって膨張しても圧
力損失を小さくすることができ、それによって、出口流
路１４側の熱伝達の効率を高くすることができる。つま
り、プレート１２の両面側において適切な冷媒の流速を
設定でき、それによって冷媒熱交換部７における熱伝達
の効率が向上するので、熱交換器１の高性能化が実現で
きる。

【００２３】尚、入口流路１３や出口流路１４の断面積
の変化は、冷媒の凝縮や蒸発に比例して設定すると好適
である。以上本発明の実施例について説明したが、本発
明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で
実施し得ることは勿論である。

【００２４】例えば本実施例では、冷媒蒸発部９と冷媒
熱交換部７との一体型としているが、冷媒蒸発部９と冷
媒熱交換部７とを分離して配管等により接続した別置タ
イプにしてもよい。例えば、自動車用エアコンの場合、
冷媒蒸発部９を車室内に、冷媒熱交換部７を車室外に設
置して配管接続してもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上詳述した様に、本発明の熱交換器に
よれば、冷媒熱交換部の入口流路の断面積を上流側より
下流側を小さくし、しかも出口流路の断面積を上流側よ
り下流側を大きくしているので、入口冷媒及び出口冷媒
の実流速を最適にすることができる。その結果、冷媒熱
交換部における熱交換の効率が向上するので、熱交換器
の熱効率の性能が優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における実施例の熱交換器の構成を示す
斜視図である。

【図２】熱交換器の構成を模式的に示す説明図である。

【図３】冷媒熱交換部のプレートを示す平面図である。

【図４】図３のＩ−Ｉ断面及びＩＩ−ＩＩ断面を示す説
明図である。

【図５】入口流路及び出口流路を示す模式図である。

【図６】冷媒蒸発部のプレートを示す平面図である。

【図７】冷媒の状態を表すモリエ線図である。

【符号の説明】

１…積層型熱交換器（熱交換器）， ７…冷媒熱交換
部，９…冷媒蒸発部， １２，２７
…プレート，１３…入口流路， １
４…出口流路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を循環させる冷凍サイクルで膨張弁
   の下流に設けられる熱交換器において、 上記膨張弁から流出された冷媒を導入して所定距離通過
   させる入口流路と、 上記入口流路の下流端側から複数に分岐し、上記冷媒の
   蒸発領域となる複数の分岐流路と、 上記入口流路及び分岐流路間に設けられて流路面積を狭
   くする絞り部と、 上記各分岐流路の間にそれぞれ密着して設けられたフィ
   ンと、 上記各分岐流路の下流端から流出した冷媒を所定距離通
   過させて送り出す出口流路と、 上記入口流路と上記出口流路とを間仕切り部を介して近
   接配置して、上記入口流路の冷媒と上記出口流路の冷媒
   とを熱交換させる冷媒熱交換部と、 を備えるとともに、 該冷媒熱交換部の入口流路の断面積を上流側より下流側
   を小さくするとともに、上記出口流路の断面積を上流側
   より下流側を大きくすることを特徴とする熱交換器。