JPH10325646A

JPH10325646A - 熱交換器

Info

Publication number: JPH10325646A
Application number: JP13674397A
Authority: JP
Inventors: 明 ▲吉▼越; Akira Yoshikoshi; Fumio Kondo; 文男近藤; Masateru Hayashi; 昌照林; Akihiro Ito; 明広伊藤
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、冷媒液と冷媒ガスがミキシングさ
れ、均一化され、冷媒液が出口側チューブに偏って流れ
ることを阻止でき、各チューブ４に冷媒二相流を均等に
分配することが可能な熱交換器を提供することを目的と
する。【解決手段】（Ａ）複数本のチューブ４と、チューブ
４間に設けられたフィン３と、入ロヘッダ５と、出口ヘ
ッダ６と、前方側タンク７と、後方側タンク８と、仕切
板９と、第１調整板１０とからなり、（Ｂ）前記第１調
整板１０は、仕切板に複数の孔を設けることにより形成
し、（Ｃ）前記タンクには、１枚以上の第１調整板１０
を設置し、（Ｄ）冷媒２は、入ロヘッダ５から前方側タ
ンク７内に入り、仕切板９で仕切られるまでの複数本の
チューブ４内に分配され、Ｕターンし、後方側タンク８
内で合流し、第１調整板１０により冷媒液１２と冷媒ガ
ス１３がミキシングされ、出口ヘッダ６から流出するこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はカーエアコン等に用
いられる熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を図１２〜図１９に示す。図
１２は従来の熱交換器の斜視図。図１３は図１２の熱交
換器を分割し、冷媒の流れを示した斜視図。

【０００３】図１４は従来例の冷媒の流し方を示した
図。図１５は仕切板の挿入位置と枚数による冷媒の分配
方法を示す図（１）。図１６は仕切板の挿入位置と枚数
による冷媒の分配方法を示す図（２）。

【０００４】図１７は気液二相状態となっている場合の
冷媒の流れを示す図。図１８はタンク内に絞り孔を形成
した場合の冷媒の流れを示す図（１）。図１９はタンク
内に絞り孔を形成した場合の冷媒の流れを示す図（２）
である。（１）図１２、図１３に示す熱交換器は、空気と冷媒と
の間で熱交換される熱交換器であり、一端側に前方側タ
ンク７、後方側タンク８の２つのタンク部を形成すると
ともに、前記タンク部の間から冷媒通路部を分割する突
条を持つように、２つの偏平な箱型のプレートを、開口
部が互いに対向する向きに接合して形成されたチューブ
４とフィン３とを交互に積層して形成される熱交換器で
ある。

【０００５】この熱交換器においては、空気１がフィン
３の間を通り抜けるとともに、入ロヘッダ５から入った
冷媒２が前方側タンク７内で分配され、仕切板９までの
複数のチューブ４内を流れ、Ｕターンをし、後方側タン
ク８で集合した冷媒２が再度後方側タンク８内で分配さ
れ、チューブ内でＵターンをし、この間に熱交換がなさ
れるとともに、前方側タンク７で集合した冷媒２が出口
ヘッダ６から流出する。

【０００６】図１４は、上記従来例の冷媒の流し方を示
したもの（タンク内での冷媒の流れを説明するための模
式的平面図）であり、タンク内に仕切板を入れることに
より、流路を分割し．複数本のチューブ４内に冷媒が流
れるようにしている。

【０００７】従来の熱交換器は、上記のように構成され
ているため、仕切板の挿入位置と枚数により冷媒の分配
が決定され、図１５、図１６に示すように、仕切板９を
前方側タンク７と後方側タンク８内に、１枚ずつ挿入す
る方法もとられている。

【０００８】図１７はタンク内での冷媒の分配伏況を示
す図であるが、冷媒液１２と冷媒ガス１３を均一化する
手段がないため、流入側に近いチューブには冷媒ガス１
３が多く、流出側に近いチューブには冷媒液１２が多く
流れることになり、冷媒流量は２ａが非常に多く、２
ｂ、２ｃは空気と熱交換するとすぐにガス化してしまう
程度しか流れない状況が生じやすい。

【０００９】図１８、図１９（特開平５−２３１７５０
号の図１、図４に開示）に示す熱交換器には、冷媒蒸発
器のタンク内に長手方向に流れる冷媒の流通面積を減少
させる絞り孔を形成して、この絞り孔の形状を下方ほど
流通面積を小さく（例えば、逆三角形等）なるようにす
ることにより、流通面積の小さい下側部分を流れる冷媒
の流速を速くして均一な冷媒分配を行うようにしたもの
が開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術に
は、次のような問題がある。（１）図１３、図１４に示すように、仕切板の少ないタ
イプでは、冷媒側の流路抵抗は低く抑えることが可能で
あるが、図１７に示す流れの状態図のように、気液二相
状態となっていると、冷媒が動圧の影響を受け、冷媒は
チューブ内に気液均等に流れなくなり、熱交換器内での
温度分布の不均一が大きくなることにより性能が低下す
る。

【００１１】また、冷媒が均等に流れなくなることによ
り、逆に冷媒側の流路抵抗が増大する。（２）図１５、図１６に示すように、仕切板を多くする
と、管内側冷媒流速は増大し、熱伝達率は向上するが、
冷媒側の流路抵抗の増大により、性能が低下する。とい
う問題を生ずる。（３）また、図１８に示す熱交換器１０１は、絞り孔１
１５が単一である上、形状が限定されており、更には、
タンク内の流れが図１９に示すような単純な二相分離流
になっていない為、その開口面積、開口位置などによ
り、冷媒の圧力損失が増大していたり、熱交換器の効率
がそれ程上昇しないなどの問題がある。本発明は、これ
らの問題を解決することができる熱交換器を提供するこ
とを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）本発明に係る熱交換器は、（Ａ）複数本
のチューブ４と、チューブ４間に設けられたフィン３
と、入ロヘッダ５と、出口ヘッダ６と、前方側タンク７
と、後方側タンク８と、仕切板９と、第１調整板１０と
からなり、（Ｂ）前記第１調整板１０は、仕切板に複数
の孔を設けることにより形成し、（Ｃ）前記タンクに
は、１枚以上の第１調整板１０を設置し、（Ｄ）冷媒２
は、入ロヘッダ５から前方側タンク７内に入り、仕切板
９で仕切られるまでの複数本のチューブ４内に分配さ
れ、Ｕターンし、後方側タンク８内で合流し、第１調整
板１０により冷媒液１２と冷媒ガス１３がミキシングさ
れ、出口ヘッダ６から流出することを特徴とする。（第２の手段）本発明に係る熱交換器は、第１の手段に
おいて、第１調整板１０の開口率を５０〜９０％とした
ことを特徴とする。（第３の手段）本発明に係る熱交換器は、（Ａ）複数本
のチューブ４と、チューブ４間に設けられたフィン３
と、入ロヘッダ５と、出口ヘッダ６と、前方側タンク７
と、後方側タンク８と、仕切板９と、調整板とからな
り、（Ｂ）前記調整板は、仕切板に複数の孔を設けるこ
とにより形成し、（Ｃ）前記タンク内には、開口率の異
なる多孔調整板を１枚以上設置し、該タンク出口側に行
くにつれ、多孔調整板の開口率が小さくなるようにし、
（Ｄ）冷媒２は、入ロヘッダ５から前方側タンク７内に
入り、仕切板９で仕切られるまでの複数本のチューブ４
内に分配され、Ｕターンし、後方側タンク８内で合流
し、調整板により冷媒液１２と冷媒ガス１３がミキシン
グされ、出口ヘッダ６から流出することを特徴とする。（第４の手段）本発明に係る熱交換器は、第３の手段に
おいて、熱交換器のタンク内の出口側以外には、開口率
５０〜９０％の複数枚の第１調整板１０を設置し、出口
側１〜２枚の調整板は、開口率を１０〜２５％とした第
２調整板１１を設置したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態を図１
〜図７に示す。図１は第１の実施の形態に係る蒸発器の
熱交換器を分割し、冷媒の流れを示した斜視図。

【００１４】図２は第１の実施の形態に係る熱交換器の
後方側タンク内に挿入する調整板の平面図。図３は第１
の実施の形態に係る熱交換器内の冷媒の流し方を示す斜
視図。

【００１５】図４は第１の実施の形態に係る熱交換器の
タンク内での冷媒の流れを説明するための模式的平面
図。図５は第１の実施の形態に係る熱交換器のタンク内
での冷媒の分配状況を示す図。

【００１６】図６は第１の実施の形態に係る熱交換器の
調整板の開口率に対する交換熱量の比率を示す図。図７
は第１の実施の形態に係る熱交換器の調整板の開口率に
対する冷媒流路抵抗の比率を示す図である。

【００１７】第１の実施の形態は、図１に示すように、
チューブ４と、チューブ４間に設けられたフィン３と、
入ロヘッダ５と、出口ヘッダ６と、前方側タンク７と、
後方側タンク８と、仕切板９と、第１調整板１０とから
なる。そして、失印１は空気の流れ、矢印２は冷媒の流
れを示す。

【００１８】図２に示す第１調整板１０は、仕切板に複
数の孔を設けたもので、開口率を５０〜９０％としてい
る。流路抵抗を低く抑えるため、仕切板は１枚とし、多
孔調整板を、図３、図４に示すように、後方側タンク８
内に１枚以上挿入することにより構成している。第１の
実施の形態の熱交換器は上記のよう構成されており．図
１、図３、図４に示すように、冷媒は入ロヘッダ５から
前方側タンク７内に入り、仕切板９で仕切られるまでの
複数本のチューブ４内に分配され、Ｕターンし、後方側
タンク８内で合流した冷媒が、第１調整板１０により冷
媒液と冷媒ガスがミキシングされ、均一化されるととも
に、冷媒液が動圧の影響により出口側チューブに偏って
流れることを阻止できるため、各チューブ４に冷媒二相
流を均等に分配することが可能になる。

【００１９】図５はタンク内での冷媒の分配状況を示す
図であるが、冷媒液１２と冷媒ガス１３が不均一な状態
で流入してきた場合でも、第１調整板１０により、冷媒
液１２と冷媒ガス１３がミキシングされ、均一化される
とともに、第１調整板１０の抵抗により、冷媒液１２と
冷媒ガス１３が均一化された状態での冷媒が各チューブ
４に分配されるようになり、冷媒流量２ａ、２ｂ、２ｃ
も均等になる。

【００２０】冷媒側の流路抵抗を低減するためには、分
配するチューブの本数を多くする必要があるため、第１
調整板１０の枚数は図５に示すように、チューブ１本に
対し１枚ずつ入れる必要は必ずしも無いが、第１調整板
１０を複数挿入した方が出口側チューブに偏って流れる
ことの改善効果は大きくなる傾向にある。

【００２１】上記の結果、冷媒が第１調整板１０により
ミキシングされて調整板１０を通過する冷媒と、調整阪
１０に当たり、その前の複数のチューブに流入する冷媒
が、気液均等に分配されるようになり、空気と冷媒の熱
交換が効率よく行われるため、熱交換器内の温度分布が
均一になり熱交換器の性能が向上できる。

【００２２】図６、図７は多孔の第１調整板１０のの開
口率に対する交換熱量、冷媒流路抵抗の比率を示す。開
口率１００％で比率１．０の点Ａが基準となる（図１
３、図１４に示す従来品のポイントが基準１．０とな
る）。

【００２３】開口率７０％で調整板の枚数１枚のデータ
（点Ｂ）では、冷媒流路抵抗は従来品以下で、交換熱量
は従来品以上となることを確認した。また、チューブ本
数１ないし４本に対し、多孔の第１調整板１０を１枚ず
つ挿入し、第１調整板１０を複数枚挿入するようにして
冷媒分配の均等化を図った場合には、開口率５０〜９０
％の範囲で、冷媒流路抵抗は従来品以下で、交換熱量は
大幅に改善できることを確認した（ラインＣ）。

【００２４】第１の実施の形態の特徴は、（１）熱交換
器のタンク内に多孔の調整板を１枚以上設置した点と、
（２）多孔の調整板の開口率を５０〜９０％とした点に
ある。（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態を図８
〜図１１に示す。

【００２５】図８は第２の実施の形態に係る熱交換器の
後方側タンク８内に挿入する第２調整板１１の平面図。
図９は第２の実施の形態に係る熱交換器の後方側タンク
８内での冷媒の流れ説明するための模式的平面図。

【００２６】図１０は第２の実施の形態に係る熱交換器
に第１調整板１０と第２調整板１１を併用した場合の第
１調整板１０の開口率に対する交換熱量の比率を示す
図。図１１は第２の実施の形態に係る熱交換器に第１調
整板１０と第２調整板１１を併用した場合の第１調整板
１０の開口率に対する冷媒流路抵抗の比率を示す図であ
る。

【００２７】本発明の第２の実施の形態の基本的な構成
は、第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の形
態では、開口率５０〜９０％の１種類の第１調整板１０
を挿入していたのに対して、第２の実施の形態では、図
９に示すように、第１の実施の形態より調整板の開口率
を小さくし、開口率を１０〜２５％とした第２調整板１
１を冷媒出口側に１〜２枚、挿入することにより、第１
の実施の形態で説明した出口側のチューブに極端に偏る
冷媒の流れをさらに改善でき、第１の実施の形態以上に
熱交換器の性能改善を図ることができる。

【００２８】図１０、図１１は、熱交換器をコンパクト
化した状態での、第２の実施の形態における第１調整板
１０の開口率に対する交換熱量、冷媒流路抵抗の比率を
示すが、第１調整板１０の開口率を５０〜９０％で冷媒
流路抵抗の低減効果、および交換熱量の向上の効果が、
第１の実施の形態以上となることを確認した（ライン
Ｄ）。

【００２９】第２の実施の形態の特徴は、（１）熱交換
器のタンク内に、開口率の異なる多孔調整板を１枚以上
設置し、該タンク出口側に行くにつれ、多孔の調整板の
開口率が小さくなるようにした点と、（２）熱交換器の
タンク内に、開口率５０〜９０％の複数枚の多孔の調整
板を設置し、その設置した複数枚の多孔の調整板のう
ち、出口側１〜２枚の調整板の開口率を１０〜２５％と
した点である。

【００３０】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。（第１の実施の形態の熱交換器の効果）（１）図１、図３、図４に示すように、冷媒は入ロヘッ
ダ５から前方側タンク７内に入り、仕切板９で仕切られ
るまでの複数本のチューブ４内に分配され、Ｕターン
し、後方側タンク８内で合流した冷媒が、第１調整板１
０により冷媒液と冷媒ガスがミキシングされ、均一化さ
れるとともに、冷媒液が動圧の影響により出口側チュー
ブに偏って流れることを阻止できるため、各チューブ４
に冷媒二相流を均等に分配することが可能となる。（２）図５に示すように、冷媒液１２と冷媒ガス１３が
不均一な状態で流入してきた場合でも、第１調整板１０
により、冷媒液１２と冷媒ガス１３がミキシングされ、
均一化されるとともに、第１調整板１０の抵抗により、
冷媒液１２と冷媒ガス１３が均一化された状態での冷媒
が各チューブ４に分配されるようになり、冷媒流量２
ａ、２ｂ、２ｃも均等になる。（３）冷媒側の流路抵抗を低減するためには、分配する
チューブの本数を多くし、第１調整板１０を複数挿入す
ることにより、出口側チューブに偏って流れることの改
善効果を大きくすることが出来る。

【００３１】その結果、冷媒が第１調整板１０によりミ
キシングされて多孔を通過する冷媒と、調整板１０に当
たり、その前の複数のチューブに流入する冷媒が、気液
均等に分配されるようになり、空気と冷媒の熱交換が効
率よく行われるため、熱交換器内の温度分布が均一にな
り熱交換器の性能を向上することが出来る。（４）多孔の第１調整板１０の開口率が７０％で、調整
板の枚数１枚のデータ（点Ｂ）では、冷媒流路抵抗は従
来品以下で、交換熱量は従来品以上となることが確認で
きた。

【００３２】また、チューブ本数１ないし４本に対し、
多孔の第１調整板１０を１枚ずつ挿入し、第１調整板１
０を複数枚挿入するようにして冷媒分配の均等化を図っ
た場合には、開口率５０〜９０％の範囲で、冷媒流路抵
抗は従来品以下で、交換熱量を大幅に改善できることが
確認できた。（第２の実施の形態の効果）（１）第１の実施の形態では、開口率５０〜９０％の１
種類の第１調整板１０を挿入していたのに対して、第２
の実施の形態では、図９に示すように、第１の実施の形
態より調整板の開口率を小さくし開口率を１０〜２５％
とした第２調整板１１を冷媒出口側に１〜２枚、挿入す
ることにより、第１の実施の形態で説明した出口側のチ
ューブに極端に偏る冷媒の流れをさらに改善でき、第１
の実施の形態以上に熱交換器の性能改善を図ることがで
きる。（２）図１０、図１１に示すように、熱交換器をコンパ
クト化した状態での、第２の実施の形態における第１調
整板１０の開口率に対する交換熱量、冷媒流路抵抗の比
率は、第１の実施の形態の効果（第１調整板１０の開口
率を５０〜９０％で冷媒流路抵抗の低減効果、および交
換熱量の向上の効果）以上になることが確認できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る蒸発器の熱交
換器を分割し、冷媒の流れを示した斜視図。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の後
方側タンク内に挿入する調整板の平面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器内の
冷媒の流し方を示す斜視図。

【図４】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器のタ
ンク内での冷媒の流れを説明するための模式的平面図。

【図５】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器のタ
ンク内での冷媒の分配状況を示す図。

【図６】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の調
整板の開口率に対する交換熱量の比率を示す図。

【図７】本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の調
整板の開口率に対する冷媒流路抵抗の比率を示す図。

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の後
方側タンク８内に挿入する第２調整板１１の平面図。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の後
方側タンク８内での冷媒の流れ説明するための模式的平
面図。

【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器に
第１調整板１０と第２調整板１１を併用した場合の第１
調整板１０の開口率に対する交換熱量の比率を示す図。

【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器に
第１調整板１０と第２調整板１１を併用した場合の第１
調整板１０の開口率に対する冷媒流路抵抗の比率を示す
図。

【図１２】従来の熱交換器の斜視図。

【図１３】図１２の熱交換器を分割し、冷媒の流れを示
した斜視図。

【図１４】従来例の冷媒の流し方を示した図。

【図１５】従来例の仕切板の挿入位置と枚数による冷媒
の分配方法を示す図（１）。

【図１６】従来例の仕切板の挿入位置と枚数による冷媒
の分配方法を示す図（２）。

【図１７】気液二相状態となっている場合の冷媒の流れ
を示す図。

【図１８】タンク内に絞り孔を形成した場合の冷媒の流
れを示す図（１）。

【図１９】タンク内に絞り孔を形成した場合の冷媒の流
れを示す図（２）。

【符号の説明】

１ …空気２ …冷媒２ａ…冷媒２ｂ…冷媒２ｃ…冷媒３ …フィン４ …チューブ５ …入ロヘッダ６ …出口ヘッダ７ …前方側タンク８ …後方側タンク９ …仕切板１０…第１調整板１１…第２調整板１２…冷媒液１３…冷媒ガス１０１…蒸発器本体１０５…プレート（チューブ）１１１…通路形成用凹部１１２…タンク形成用凹部１１３…タンク形成用凹部１１５…絞り孔１１７…リブ１１８…仕切リブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者林昌照愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内 (72)発明者伊藤明広愛知県西春日井郡西枇杷島町字旭町３丁目１番地三菱重工業株式会社エアコン製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（Ａ）複数本のチューブ（４）と、チュー
ブ間に設けられたフィン（３）と、入ロヘッダ（５）
と、出口ヘッダ（６）と、前方側タンク（７）と、後方
側タンク（８）と、仕切板（９）と、第１調整板（１
０）とからなり、（Ｂ）前記第１調整板（１０）は、仕
切板に複数の孔を設けることにより形成し、（Ｃ）前記
タンクには、１枚以上の第１調整板（１０）を設置し、
（Ｄ）冷媒（２）は、入ロヘッダ（５）から前方側タン
ク（７）内に入り、仕切板（９）で仕切られるまでの複
数本のチューブ（４）内に分配され、Ｕターンし、後方
側タンク（８）内で合流し、第１調整板（１０）により
冷媒液（１２）と冷媒ガス（１３）がミキシングされ、
出口ヘッダ（６）から流出することを特徴とする熱交換
器。
【請求項２】第１調整板（１０）の開口率を５０〜９０
％としたことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】（Ａ）複数本のチューブ（４）と、チュー
ブ間に設けられたフィン（３）と、入ロヘッダ（５）
と、出口ヘッダ（６）と、前方側タンク（７）と、後方
側タンク（８）と、仕切板（９）と、調整板とからな
り、（Ｂ）前記調整板は、仕切板に複数の孔を設けるこ
とにより形成し、（Ｃ）前記タンク内に、開口率の異な
る多孔の調整板を１枚以上設置し、該タンク出口側に行
くにつれ、多孔の調整板の開口率が小さくなるように
し、（Ｄ）冷媒（２）は、入ロヘッダ（５）から前方側
タンク（７）内に入り、仕切板（９）で仕切られるまで
の複数本のチューブ（４）内に分配され、Ｕターンし、
後方側タンク（８）内で合流し、調整板により冷媒液
（１２）と冷媒ガス（１３）がミキシングされ、出口ヘ
ッダ（６）から流出することを特徴とする熱交換器。
【請求項４】熱交換器のタンク内の出口側以外には、開
口率５０〜９０％の複数枚の第１調整板（１０）を設置
し、出口側１〜２枚の調整板は、開口率を１０〜２５％
とした第２調整板（１１）を設置したことを特徴とする
請求項３に記載の熱交換器。