JPH08285406A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一に液冷媒の再分配を行える積層型熱交換
器を提供する。 【構成】 コアプレート５は略長方形の板状であり、そ
の上部にタンク室８を、下部に入口タンク室６と出口タ
ンク室７を形成している。これらのタンク室には隣接し
たチューブエレメント２のタンク室同士を連通させるた
めの開口部６ａ、７ａ、８１がそれぞれ形成される。タ
ンク室８と、入口タンク室６と出口タンク室７との間に
は冷媒流路９が形成されており、入口タンク室６と出口
タンク室７との間からタンク室８に向けて上下にのびる
センターリブ１０が形成されている。センターリブ１０
の上端１０ａは、開口部８１の下端８１ａよりも高い位
置にある。液冷媒を多く含んだ冷媒が冷媒流路９を流れ
ると、上端１０ａを通過する前に液冷媒は開口部８１を
介して隣接したチューブエレメント２に流入し、各チュ
ーブエレメント２に供給される液冷媒が均一となるよう
に再分配を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層型熱交換器に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、車両用空調装置に用いられる積層
型熱交換器としては、チューブエレメントとコルゲート
フィンとを交互に積層した積層型熱交換器が挙げられ
る。このような積層型熱交換器の一例として、チューブ
エレメントの下部に冷媒の入出する部位である入口タン
ク室と出口タンク室とを有し、チューブエレメントの上
部にタンク室を有するものが挙げられる。そのため、図
４に示すように、チューブエレメントを構成するコアプ
レート５の中央部分には上下方向にのびたセンターリブ
１００が設けられ、冷媒が通過する冷媒流路９は入口側
冷媒流路９ａと出口側冷媒流路９ｂとを有しており、Ｕ
ターンするような形状となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、入口タ
ンク室６に流入した冷媒は各チューブエレメント２の入
口側冷媒流路９ａに均一に分配されず、チューブエレメ
ント２によって、分配された冷媒が液冷媒を含む割合が
異なっている。したがって、図４に示すような構造のコ
アプレート５から構成されるチューブエレメント２であ
ると、コアプレート５の中央部分に設けられたセンター
リブ１００の上端１００ａが低い位置にあるため、冷媒
は同一のチューブエレメント２の出口側冷媒流路９ｂ内
を流れ、異なるチューブエレメント２間の不均一な液冷
媒の分布を解消することができない。その結果、熱交換
器を通過する空気の温度分布が不均一となってしまい、
熱交換器としての能力も低下してしまうという問題点が
あった。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、均一な液冷媒の分配を行うことのできる積
層型熱交換器の提供を目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１は、１対のコアプレートを対向接合して形
成し、冷媒がその内部を流れるチューブエレメントを多
数積層し、前記チューブエレメント間の空気通路に熱交
換性能を向上させるコルゲートフィンを配置し、前記空
気通路を通過する空気と前記冷媒との間で熱交換し、前
記冷媒を気化させる積層型熱交換器において、前記チュ
ーブエレメントが、前記チューブエレメントの下部に、
前記チューブエレメントの積層方向にそれぞれ突出した
椀状に形成された、前記冷媒を前記チューブエレメント
の内部に流入させる入口タンク室および、前記冷媒を前
記チューブエレメントの内部から流出させる出口タンク
室と、前記チューブエレメントの上部に設けられ、前記
チューブエレメントの積層方向にそれぞれ突出した椀状
に形成されたタンク室と、前記入口タンク室から前記タ
ンク室まで形成され、前記入口タンク室から流入した前
記冷媒が通過する入口側冷媒流路と、前記タンク室から
前記出口タンク室まで形成され、前記入口側冷媒流路か
ら前記タンク室に流入した前記冷媒が通過する出口側冷
媒流路とからなる冷媒流路と、前記タンク室の前記入口
側冷媒流路側に形成され、前記チューブエレメントが積
層される際に隣接する前記タンク室どうしを連通させる
開口部と、その上端が前記タンク室に形成される前記開
口部の下端よりも高い位置となるように前記冷媒流路に
形成される、前記入口側冷媒流路と前記出口側冷媒流路
とを区画分離する中央隔壁とを有するという技術的手段
を採用するものである。

【０００６】また、請求項２は、請求項１において、前
記入口タンク室が空気通路の下流側に、前記出口タンク
室が前記空気通路の上流側にそれぞれ配置されるという
技術的手段を採用するものである。さらに、請求項３
は、請求項１または２において、前記タンク室の前記出
口側冷媒流路側に、前記チューブエレメントが積層され
る際に隣接する前記タンク室どうしを連通させる開口部
を有するという技術的手段を採用するものである。

【０００７】

【作用及び発明の効果】請求項１に示したように、入口
側冷媒流路と出口側冷媒流路とを区画分離する中央隔壁
の上端は、タンク室の入口側冷媒流路側に形成された開
口部の下端よりも高い位置となっている。積層型熱交換
器の外部から流入した冷媒は入口タンク室に流入し、各
チューブエレメントに分配されて、タンク室へと到る。
この際、液冷媒が多く分配されたチューブエレメントで
は、冷媒は中央隔壁を乗り越えて出口側冷媒流路へと移
動する前に、開口部へと流入し、相対的に液冷媒が少な
く分配された他のチューブエレメントへと流入し、再分
配される。その結果、冷媒をより均一に分配できる積層
型熱交換器とすることができる。また、冷媒をより均一
に分配できるため、空気通路を通過する空気の温度を均
一にすることができる。

【０００８】また、請求項２では、請求項１と同様の作
用と効果が得られるとともに、空気通路の下流側に入口
側冷媒流路を、空気通路の上流側に出口側冷媒流路をそ
れぞれ設けることにより、出口側冷媒流路において過熱
冷媒に対して温度差の大きい空気と熱交換させることが
できる。また、請求項３では、請求項１または２と同様
の作用と効果が得られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を車両用空調装置の冷媒蒸発器
に適用した実施例について、図面に基づいて説明する。 〔実施例１〕図３は、本発明を適用した車両用空調装置
の冷媒蒸発器１を、この冷媒蒸発器１を通過する空気の
流れの下流側から見た図である。図１は、図３のＡ−Ａ
線での断面図であり、チューブエレメント２を構成する
コアプレート５を正面からみた図である。図２は、図１
のＢ−Ｂ線断面図であり、コアプレート５を側面からみ
た図である。

【００１０】冷媒蒸発器１は、左右一対のコアプレート
５を対向接合し、コアプレート５間に冷媒流路９を形成
するチューブエレメント２と、熱交換性能を向上させる
ための波板状のコルゲートフィン３とを積層してろう付
けしたものである。なお、チューブエレメント２とコル
ゲートフィン３とを積層した際に、両端となる部分には
端板が接合されている。また、冷媒蒸発器１は全体とし
て左右端壁部および上下端壁部が外部から遮蔽されてい
る。

【００１１】冷暖房用取入空気は、コルゲートフィン３
により区画形成される空気通路を、図３の紙面に対して
紙面奥方向から紙面手前方向へと通過するようになって
いる。一方、冷媒は冷凍サイクルを形成する冷媒回路
（図示しない）から導管４を介して、冷媒蒸発器１の内
部のチューブエレメント２に流入する。図１、２に示す
ように、コアプレート５は略長方形の板状で、２枚のコ
アプレート５が一対となって対向接合し、チューブエレ
メント２を形成する。チューブエレメント２の下部に
は、チューブエレメント２への冷媒の入出を行う入口タ
ンク室６と出口タンク室７とが、チューブエレメント２
の幅方向に、隣接して形成されている。一方、チューブ
エレメント２の上部にはタンク室８が形成される。

【００１２】入口タンク室６、出口タンク室７、タンク
室８はチューブエレメント２の積層方向（図２中右側）
へ椀状に突出する形状に成形されている。入口タンク室
６には楕円形の開口部６ａが、出口タンク室７には楕円
形の開口部７ａが、タンク室８には楕円形の開口部８
１、８２がそれぞれ形成されている。なお、開口部８１
は、タンク部８の、後述する入口側冷媒流路９ａ側に、
開口部８２は、タンク部８の、後述する出口側冷媒流路
９ｂ側にそれぞれ形成されている。これらの開口部６
ａ、７ａ、８１、８２により、隣接する他のチューブエ
レメント２の各タンク室６、７、８どうしは連通してい
る。ただし、積層された際に両端となるチューブエレメ
ント２の、入口タンク室６、出口タンク室７、タンク室
８の各開口部６ａ、７ａ、８１、８２は端板により閉塞
されている。

【００１３】入口タンク室６とタンク室８との間に入口
側冷媒流路９ａを、出口タンク室７とタンク室８との間
に出口側冷媒流路９ｂをそれぞれ形成するために、コア
プレート５は、外周に対してその中央部がくぼんだ形状
となっている。また、入口側冷媒流路９ａと出口側冷媒
流路９ｂとを区画分離するために、コアプレート５に
は、その上端１０ａがタンク室８の開口部８１の下端８
１ａよりも高い位置（図１中上方）となる、上下にのび
た中央隔壁であるセンターリブ１０が、外周と同じ高さ
（紙面手前方向）で凸状に形成されている。

【００１４】冷媒流路９は、入口側冷媒流路９ａと出口
側冷媒流路９ｂとからなり、両者はタンク室８を介して
つながっている。したがって、冷媒流路９はタンク室８
で、内部を流れる冷媒がＵターンするＵターン状の形状
となっている。また、コアプレート５の冷媒流路９とな
る部分には、その全面にわたって多数のリブ１１が突出
形成されている。このリブ１１は、２枚のコアプレート
５を対向接合させ、チューブエレメント２を形成した状
態では、向かい合ったリブ１１が十字状にクロスするよ
うになっており、冷媒の熱交換面積を増大させるととも
に、冷媒の流れを乱流とし、熱伝達率を高めるようにし
てある。

【００１５】図３に示すように、コアプレート５は２枚
１組として対向接合することにより、１つのチューブエ
レメント２が構成される。このチューブエレメント２と
コルゲートフィン３とを多数個積層することにより冷媒
蒸発器１は形成されるが、隣接するチューブエレメント
２の入口タンク室６と入口タンク室６とは、開口部６ａ
により互いに連通しており、空間部１２を形成してい
る。冷媒蒸発器１の一端側のチューブエレメント２の入
口タンク室６には導管４が接続されており、冷媒回路か
ら冷媒が流入する部位となっている。導管４を経て流入
した冷媒は、空間部１２において、各チューブエレメン
ト２に分配される。

【００１６】隣接するチューブエレメント２の出口タン
ク室７と出口タンク室７とは、開口部７ａにより互いに
連通しており、図示しないが、空間部を形成している。
空間部において、各チューブエレメント２から流出した
冷媒が集められる。冷媒蒸発器１の一端側のチューブエ
レメント２の出口タンク室７には、図示しない導管が接
続されており、空間部から冷媒回路へと冷媒を送り出す
部位となっている。

【００１７】隣接するチューブエレメント２のタンク室
８とタンク室８とは、各タンク室８に形成されている開
口部８１、８２により互いに連通している。この連通し
た複数のタンク室８により形成される空間部１３は、入
口タンク室６から出口タンク室７へと冷媒が移動する際
に経由する部分であり、各チューブエレメント２への冷
媒の再分配を行う部分ともなっている。

【００１８】次に、本実施例の作動について説明する。
導管４を介して入口タンク室６に導入された気液二相状
態の冷媒は空間部１２で各チューブエレメント２に分配
され、各入口側冷媒流路９ａを上方に向かって流れる。
各入口側冷媒流路９ａにおいて、冷媒はコルゲートフィ
ン３およびコアプレート５を介して空気通路を通過する
空気と熱交換して一部が気化した状態となる。続いて、
一部が気化した状態の冷媒はタンク室８へと流れ込む。

【００１９】タンク室８へと流れ込んだ冷媒は、センタ
ーリブ１０の上端１０ａで方向転換し、各出口側冷媒流
路９ｂを下方に向かって流れ、各出口タンク室７へと流
れ込む。各出口側冷媒流路９ｂにおいて、冷媒はコルゲ
ートフィン３またはコアプレート５を介して、空気通路
の上流側の空気、つまり、より高温の空気と熱交換して
完全に蒸発気化する。蒸発気化した冷媒は各出口タンク
室７へと流れ込み、導管を介して冷媒回路へと送り出さ
れる。

【００２０】ところで、入口タンク室６に導入された気
液二相状態の冷媒は各チューブエレメント２に分配され
る。この際、液冷媒と気冷媒との比重の違いにより空間
部１２内では液冷媒と気冷媒とが分離した状態の流れに
なりやすく、分配される冷媒の液冷媒を含む割合がチュ
ーブエレメント２によって異なる。つまり、液冷媒を多
く含んだ冷媒が分配されるチューブエレメント２と、相
対的に液冷媒を少なく含んだ冷媒が分配されるチューブ
エレメント２とが存在した状態となる。

【００２１】そこで本実施例に示したように、センター
リブ１０の上端１０ａをタンク室８に形成される開口部
８１の下端８１ａよりも高い位置に設けることにより、
液冷媒を多く含んだ冷媒は、センターリブ１０の上端１
０ａを越え、出口側冷媒流路９ｂへと流れ込む前に、開
口部８１を介して相対的に液冷媒を含む割合が少ない冷
媒が分配されたチューブエレメント２のタンク室８へと
流れ込む。

【００２２】このように、センターリブ１０の上端１０
ａをタンク室８に形成される開口部８１の下端８１ａよ
りも高い位置に設けることにより、各チューブエレメン
ト２に不均一に分配された液冷媒を空間部１３にて再分
配することができ、液冷媒を均一に分配することができ
る。その結果、各チューブエレメント２を通過した空気
の温度の分布を均一にすることができる。また、各チュ
ーブエレメント２に液冷媒を均一に分布できることによ
り、各チューブエレメント２の伝熱面積を液冷媒の蒸発
に有効に使うことができるので、冷媒蒸発器１の冷却能
力を向上させることができる。

【００２３】なお、センターリブ１０の上端１０ａを極
端に高くすると、この上端１０ａの上部を冷媒が通過す
る際の冷媒流路が狭くなってしまい、冷媒の圧力損失が
増大してしまう。そこで、センターリブ１０の上端１０
ａの高さは、この上端１０ａの上部を冷媒が通過する際
に、冷媒の圧力損失が極端に増大しない程度の高さとす
ることが望ましい。

【００２４】また、出口側冷媒流路９ｂを空気通路の上
流側に設けることにより、より高温の空気と出口側冷媒
流路９ｂを流れる冷媒とを熱交換させることができ、冷
媒を完全に蒸発気化させた状態で、冷媒回路へと送り出
すことができる。また、以上の実施例では、冷媒蒸発器
の入口側冷媒流路を空気通路の下流側とし、出口側冷媒
流路を空気通路の上流側としたが、これらの配置方法は
逆であっても、同様に、液冷媒を均一に再分配すること
ができる。

【００２５】また、以上の実施例では、冷媒の熱交換面
積を増大させるために、コアプレートにリブを設けた
が、コアプレートとコアプレートとの間に波形状に成形
したインナフィンをはさんだ構造としても、同様の効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】チューブエレメント２を構成するコアプレート
５を正面からみた図であり、図３のＡ−Ａ線断面図であ
る。

【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図であり、コアプレート５
を側面からみた図である。

【図３】冷媒蒸発器１を空気通路の下流側から見た図で
ある。

【図４】従来のコアプレート５を正面からみた図であ
る。

【符号の説明】

１ 冷媒蒸発器 ２ チューブエレメント ３ コルゲートフィン ５ コアプレート ６ 入口タンク室 ７ 出口タンク室 ８ タンク室 ９ 冷媒流路 ９ａ 入口側冷媒流路 ９ｂ 出口側冷媒流路 １０ 中央隔壁であるセンターリブ １０ａ センターリブ１０の上端 ８１ 開口部 ８１ａ 開口部８１の下端

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １対のコアプレートを対向接合して形成
   し、冷媒がその内部を流れるチューブエレメントを多数
   積層し、前記チューブエレメント間の空気通路に熱交換
   性能を向上させるコルゲートフィンを配置し、前記空気
   通路を通過する空気と前記冷媒との間で熱交換し、前記
   冷媒を気化させる積層型熱交換器において、 前記チューブエレメントが、 前記チューブエレメントの下部に、前記チューブエレメ
   ントの積層方向にそれぞれ突出した椀状に形成された、
   前記冷媒を前記チューブエレメントの内部に流入させる
   入口タンク室および、前記冷媒を前記チューブエレメン
   トの内部から流出させる出口タンク室と、 前記チューブエレメントの上部に設けられ、前記チュー
   ブエレメントの積層方向にそれぞれ突出した椀状に形成
   されたタンク室と、 前記入口タンク室から前記タンク室まで形成され、前記
   入口タンク室から流入した前記冷媒が通過する入口側冷
   媒流路と、前記タンク室から前記出口タンク室まで形成
   され、前記入口側冷媒流路から前記タンク室に流入した
   前記冷媒が通過する出口側冷媒流路とからなる冷媒流路
   と、 前記タンク室の前記入口側冷媒流路側に形成され、前記
   チューブエレメントが積層される際に隣接する前記タン
   ク室どうしを連通させる開口部と、 その上端が前記タンク室に形成される前記開口部の下端
   よりも高い位置となるように前記冷媒流路に形成され
   る、前記入口側冷媒流路と前記出口側冷媒流路とを区画
   分離する中央隔壁とを有することを特徴とする積層型熱
   交換器。
2. 【請求項２】 前記入口タンク室が空気通路の下流側
   に、前記出口タンク室が前記空気通路の上流側にそれぞ
   れ配置されることを特徴とする請求項１記載の積層型熱
   交換器。
3. 【請求項３】 前記タンク室の前記出口側冷媒流路側
   に、前記チューブエレメントが積層される際に隣接する
   前記タンク室どうしを連通させる開口部を有することを
   特徴とする請求項１または２記載の積層型熱交換器。