KR20000077372A - 열교환기 - Google Patents

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KR20000077372A
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와타나베요시노리
아키모토료우사쿠
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마스다 노부유키
미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

전기 자동차로의 탑재를 목표로 하는 열 펌프 방식의 공기 조화 장치에 바람직한 열교환기를 제공한다.
상하로 사이 간격을 띄고 배치되는 한 쌍의 헤더(10A, 11A)와, 헤더(10A, 11A) 사이에 배치되어 양단이 양 헤더(10A, 11A)의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브(12, 12, …)와, 이들 튜브(12) 사이에 배치되는 냉각 핀(13)을 구비하는 열교환기로 하여 증발기로서 사용되는 경우에 냉각 핀(13)의 표면에 부착한 응축수가 튜브(12)를 매개로 하방으로 흘러 내리기 쉽게 되고, 응축수가 냉각 핀(13) 사이에서 효율적으로 제거된다.

Description

열교환기{HEAT EXCHANGER}
본 발명은 차량용 공기 조화 장치에 포함되는 열교환기에 관한 것이다.
종래의 차량용의 공기 조화 장치에는 차내의 공기를 식히거나 따뜻하게 하기 위해서, 차내의 공기를 순환시키는 과정에서 냉각 또는 가열하는 열교환 유닛이 장비되어 있다.
열교환 유닛에는 열교환기로서 증발기와 히터가 포함되어 있다. 증발기는 증발기로서의 기능을 갖고, 냉매 순환계를 흐르는 냉매와 공기 사이에서 열교환을 실행시켜 공기를 냉각하고, 히터는 엔진 냉각수 순환계를 흐르는 엔진 냉각수와 공기 사이에서 열교환을 실행시켜 공기를 가열시키도록 되어 있다.
최근, 환경 문제에 대한 의식의 고양과 함께 전기 자동차가 주목을 모으고 있다. 전기 자동차는 내연 기관인 엔진 대신에 모터를 구동원으로서 탑재하고 있기 때문에, 대기 오염의 원인으로 되는 배기 가스를 배출하지 않아, 깨끗한 주행이 가능하다.
전기 자동차에 탑재되는 공기 조화 장치를 개발하는 데에 있어서 문제로 되는 것은 전기 자동차가 엔진을 탑재하지 않기 때문에, 공기 조화 장치에 구비되는 히터에 열원으로서 엔진 냉각수를 이용할 수가 없다는 것이다. 그래서, 종래의 열 펌프 방식의 공기 조화 장치를 채용하는 것이 검토되고 있지만, 이렇게 되면, 종래에는 증발기로서 공기의 냉각에만 사용되고 있었던 열교환기(증발기)가 공기를 가열하기 위한 히터로서도 사용할 수 있도록 하는 구조가 아니면 않되게 된다.
종래의 증발기의 구조를 도 7에 나타낸다. 도면에 있어서, 참조부호(1)는 냉매 유통용의 플레이트 튜브, 참조부호(2)는 냉각 핀, 참조부호(3)는 헤더, 참조부호(4a)는 냉매 입구관, 참조부호(4b)는 냉매 출구관이다. 플레이트 튜브(1)는, 밀착시킨 2장의 플레이트 사이에 U 자형의 냉매 유로가 형성된 것으로, 냉매는 상하로 왕복하여 흐르게 되어 있다. 또한, 각 플레이트 튜브(1)는 간격을 두고 평행하게 배치되고, 냉각 핀(2)은 각 플레이트 튜브(1) 사이에 끼워져 접착되어 있다. 헤더(3)는 각 플레이트 튜브(1)의 상부에 위치하여 냉매 유로에 연이어 통하는 공간을 갖고, 냉매 입구관(4a)을 통하여 공간에 유입한 냉매를 각 플레이트 튜브(1)에 분배하고, 또한 각 플레이트 튜브(1)를 유통한 냉매를 모아 냉매 출구관(4b)에서부터 배출되도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 구조의 이베포레이터에서는, 증발기로서 사용하는 한, 유통시키는 냉매의 압력이 비교적 낮기 때문에, 고온 고압의 냉매를 유통시키는 응축기(히터)로서의 사용에 견딜 수 있을 만큼 내압 강도는 인가되지 않고, 그대로는 응축기로서 사용할 수가 없다.
그런데, 차량용의 공기 조화 장치에도, 냉매 순환계를 흐르는 냉매와 차밖의 공기 사이에서 열교환을 행하여 냉매를 응축 액화하는 응축기로서 콘덴서가 구비되어 있다. 종래의 콘덴서의 구조를 도 8에 나타낸다. 도면에 있어서, 참조부호(6)는 냉매 유통용의 편평 튜브, 참조부호(7)는 냉각 핀, 참조부호(8)는 헤더, 참조부호(9a)는 냉매 입구관, 참조부호(9b)는 냉매 출구관이다. 각 편평 튜브(6)는 양측의 헤더(8, 8) 사이에 간격을 두고 수평으로 배치되고, 냉각 핀(7)은 각 편평 튜브(6) 사이에 끼워져 납땜되어 있다. 헤더(8)는 각 편평 튜브(6)에 연이어 통하는 공간을 갖고, 냉매 입구관(9a)을 통하여 공간에 유입한 냉매를 각 편평 튜브(6)에 분배하고, 또한 각 편평 튜브(6)를 유통한 냉매를 모아 냉매 출구관(9b)에서부터 배출하도록 되어 있다.
상기한 바와 같은 구조의 콘덴서를 차내에 배치하면 응축기로서 효율적으로 기능하는 것은 물론이고, 이것을 증발기로서 사용하게 되면, 공기 중의 습기가 냉각되어 냉각 핀에 부착하는 응축수가 냉각 핀의 극간에 들어가 제거되기 어렵게 된다거나, 냉각 핀 사이의 공기의 유통을 방해하여 열교환 능력을 저하시킨다고 하는 문제가 생긴다.
상기한 바와 같이, 전기 자동차로의 탑재를 목표로 하는 열 펌프 방식의 공기 조화 장치에는 종래의 차량용 공기 조화 장치에 있어서 증발기나 응축기로서 사용되고 있는 이베포레이터나 콘덴서를 그대로 사용하는 할 수 없고, 전기 자동차로의 탑재를 전제로 하는 새로운 구조의 열교환기가 필요해진다.
본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 전기 자동차로의 탑재를 목표로 하는 열 펌프 방식의 공기 조화 장치에 바람직한 열교환기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 다음과 같은 구성의 열교환기를 채용한다. 즉, 청구항 1에 기재한 열교환기는 차량용 공기 조화 장치에 구비되어 차내의 공기의 냉각, 가열을 행하는 열교환기으로서, 상하로 사이 간격을 띄어 배치되는 한 쌍의 헤더와, 해당 헤더 사이에 세로 방향으로 배치되어 양단이 양 헤더의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브와, 해당 튜브 사이에 배치되는 냉각 핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 열교환기에 있어서는, 튜브가 세로 방향으로 배치되어 있기 때문에, 해당 열교환기를 증발기로서 사용되는 경우에 냉각 핀의 표면에 부착한 응축수가 튜브를 매개로 하방으로 흘러 내리기 쉽게 되고 있고, 응축수가 냉각 핀 사이에서 효율적으로 제거된다.
청구항 2에 기재된 열교환기는 청구항 1에 기재된 열교환기에 있어서, 상기 헤더 내에 칸막이 판을 설치하여 냉매의 유통 경로가 상기 한 쌍의 헤더 사이를 왕복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 열교환기에 있어서는, 헤더 내에 칸막이 판을 설치함으로써 냉매의 유통 경로를 자유롭게 구성하는 것이 가능하고, 실제로 공기 조화 장치에 장착되는 경우에 각종의 조건에 따라 적절하게 유통 경로를 레이아웃하는 것이 가능해진다.
청구항 3에 기재된 열교환기는, 청구항 1 또는 2에 기재된 열교환기에 있어서, 상기 한 쌍의 헤더 중 어느 한쪽과 상하로 사이 간격을 띄고 배치되는 제 3 헤더와, 해당 제 3 헤더와 상기 한쪽의 헤더 사이에 세로 방향으로 배치되어 양단이 양 헤더의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브와, 해당 튜브 사이에 배치되는 냉각 핀을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이 열교환기에 있어서는, 제 3 헤더를 설치함으로써 열교환기의 형상을 종래의 직사각형 외에 L자형이나 역 "ㄷ"자형으로 하는 것이 가능하고, 차량에 탑재하는 경우에 다른 장비와의 간섭을 피하여 배치되는 것이 가능해진다.
청구항 4에 기재된 열교환기는 청구항 1, 2 또는 3에 기재된 열교환기에 있어서, 상기 헤더 내부의 공간의 일부를 점유하여 냉매가 유통하는 영역의 용적을 감소시키는 공간 점유부가 설치되는 것을 특징으로 한다.
이 열교환기에 있어서는, 헤더 내에 공간 점유부를 설치함으로써 냉매의 체류를 억제하고, 냉매의 순환 효율을 높여 공기 조화 장치의 운전 초기에서의 동작 시간(정상 운전에 이르기까지의 시간)의 단축이 가능해진다. 또한, 냉매 순환계를 유통하는 냉매의 필요량을 적게 할 수 있다.
청구항 5에 기재된 열교환기는, 청구항 1, 2, 3 또는 4에 기재된 열교환기가 복수 중첩되어 배치됨과 동시에, 각 열교환기의 헤더끼리 접속되어 해당 열교환기를 순서대로 둘러싸는 냉매의 유통 경로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 열교환기에 있어서는, 열교환기를 중첩시켜 배치함으로써, 열교환기 전체의 체적을 억제하면서도 원하는 열교환 능력를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 열교환기의 제 1 실시예를 나타내는 사시도,
도 2는 도 1에 나타낸 열교환기 중의 냉매 경로를 나타내는 전개도,
도 3은 본 발명에 관한 열교환기의 제 2 실시예를 나타내는 사시도,
도 4는 도 3에 나타낸 열교환기 중의 냉매 경로를 나타내는 전개도,
도 5는 본 발명에 관한 열교환기의 제 3 실시예를 나타내는 사시 단면도,
도 6은 도 5에 나타낸 파이프 대신에 칸막이 판을 사용한 실시예를 나타내는 사시 단면도,
도 7은 종래의 이베포레이터(증발기)의 구조를 나타내는 사시도,
도 8은 종래의 콘덴서(응축기)의 구조를 나타내는 사시도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10A, 10B : 상부 헤더 11A, 11B : 하부 헤더
12 : 튜브 13 : 냉각 핀
14, 15 : 냉매 출입구관 16 : 칸막이 판
17A, 17B : 중간 헤더 20 : 파이프(공간 점유부)
본 발명에 관한 열교환기의 제 1 실시예를 도 1 및 도 2에 도시하여 설명한다. 도 1에 나타내는 열교환기는 상하로 사이 간격을 두고 평행하게 배치되는 한 쌍의 헤더(10, 11)와, 헤더(10, 11) 사이에 배치되어 양단이 양 헤더(10, 11)의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브(12, 12, …)와, 각 튜브(12) 사이에 배치되는 냉각 핀(13, 13, …)을 구비하는 평행 흐름형의 열교환기 A, B가 중첩시켜지고, 양 열교환기 A, B를 순서대로 찾아 가는 냉매의 유통 경로가 형성되어 구성되어 있는 적층형의 열교환기이다.
헤더(10, 11)는 원형 단면을 갖는 이음매 없는 관으로 이루어지고, 그 양단은 원형의 단판으로 밀봉되어 있다. 튜브(12)는 헤더(10, 11)의 직경보다도 폭이 짧은 편평 형상을 갖고 내부에는 폭 방향으로 복수 분할된 유로를 갖춘 다공 압출 성형관으로 이루어지고, 헤더(10, 11)에 형성된 삽입 구멍(도시 생략)에 단부가 삽입 납땜되어 있으며, 헤더(10, 11)로부터 각각에 냉매를 분배되도록 되어 있다. 또한, 냉각 핀(13)은 띠형의 널판지를 파형에 구부려 가공한 것으로, 물결의 정상부를 이웃이 되는 튜브(12)사이에 접촉시켜 납땜되어 있다.
열교환기 A, B에는 외관상 차이는 거의 없지만, 열교환기(A)를 구성하는 상부 헤더(10A)의 한쪽 단부 및 열교환기(B)를 구성하는 하부 헤더(11B)의 한쪽 단부에는, 냉매가 출입하는 냉매 출입구관(14, 15)이 각각 설치되어 있다. 또한, 열교환기(A)를 구성하는 하부 헤더(11A)와 열교환기(B)를 구성하는 하부 헤더(B)는 다른쪽 단부끼리 내부 공간을 연이어 통하게 접속되어 있다.
도 2에는, 열교환기(A, B) 사이에 형성되는 냉매의 유통 경로를 나타낸다. 또, 도 2에서는 냉매 경로를 명확히 하기 위해서 양 열교환기(A, B)를 전개한 상태로 나타내고 있다.
도면에 도시하는 바와 같이, 각 헤더(10A, 11A, 10B, 11B)의 내부에는, 내부 공간을 칸막음 하는 칸막이 판(16)이 각처에 설치되어 있고, 이 칸막이 판(16)에 의해서 냉매의 유통 경로는 상하의 헤더(10A, 11A) 사이(또는 10B, 11B 사이)를 왕복하도록 형성되어 있다.
여기서, 열교환기(A, B)를 둘러싸는 유통 경로를 냉매가 흐름에 따라서 설명하면, 우선, 냉매 출입구관(14)으로부터 열교환기(A)의 상부 헤더(10A)에 유입한 냉매는, 칸막이 판(16-1)에 차단되고 열교환기(A)의 일측 1/3을 차지하는 파트(PAR)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입된다. 파트(PAR)를 유통한 냉매는 하부 헤더(11A)에 유입하고, 칸막이 판(16-2)에 차단되어 열교환기(A)의 중앙 1/3을 차지하는 파트(PAc)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PAc)를 유통한 냉매는 다시 상부 헤더(10A)로 유입하고, 상부 헤더(10A)의 다른쪽 단부에 차단되어 열교환기(A)의 다른쪽 1/3을 차지하는 파트(PAL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다.
파트(PAL)를 유통한 냉매는 다시 하부 헤더(11A)로 유입하고, 이번은 다른쪽 단부끼리 연결된 열교환기(B)의 하부 헤더(11B)에 유입한다. 하부 헤더(11B)에 유입한 냉매는, 칸막이 판(16-3)에 차단되고 열교환기(B)의 다른 측 1/4을 차지하는 파트(PBL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBL)를 유통한 냉매는 상부 헤더(1OB)에 유입하고, 칸막이 판(16-4)에 차단되고 열교환기(B)의 다른 측 근처의 중앙 1/4을 차지하는 파트(PBCL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBCL)를 유통한 냉매는 다시 하부 헤더(11B)에 유입하고, 칸막이 판(16-5)에 차단되고 열교환기(B)의 일측 근처의 중앙 1/4을 차지하는 파트(PBCR)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBCR)를 유통한 냉매는 다시 상부 헤더(10B)로 유입하고, 상부 헤더(10B)의 한쪽 단부에 차단되고 열교환기(B)의 일측 1/4을 차지하는 파트(PBL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBL)를 유통한 냉매는 다시 하부 헤더(11B)에 유입하고, 냉매 출입구관(15)으로부터 유출된다.
상기한 바와 같은 구조의 열교환기에 있어서는, 각 헤더(10, 11)를 이음매 없는 관으로 구성함과 동시에 튜브(12)를 압출 성형관으로 구성함으로써 열교환기 전체로서 내압 강도의 향상을 도모하는 것 외에, 튜브(12)가 세로 방향으로 배치되어 있기 때문에, 증발기로서 사용되는 경우에 냉각 핀(13)의 표면에 부착한 응축수가 튜브(12)를 매개로 하방으로 흘러 내리기 쉽게 되어 있다. 이에 따라, 응축수가 냉각 핀 사이에서 효율적으로 제거된다.
또한, 전기 자동차는 종래의 일반적인 자동차와는 다른 장비를 탑재하기 때문에, 공기 조화 장치를 위해 확보되는 공간에도 한정이 있지만, 열교환기(A, B)를 중첩시켜 배치함으로써, 적층형의 열교환기 전체의 체적을 억제하면서도 소망하는 열교환 능력를 얻을 수 있다.
또한, 각 헤더(10, 11) 내에 칸막이 판(16)을 설치함으로써 냉매의 유통 경로를 자유롭게 구성하는 것이 가능하고, 실제로 공기 조화 장치에 장착되는 경우에는, 각종의 조건에 따라 파트의 수를 늘리는 등 유통 경로를 자유롭게 레이아웃할 수 있다.
도 2는 그 일례이지만, 이 열교환기에서는, 열교환기(A) 측에서는 튜브(12, 12, …)가 3가지의 파트로 나누어지고, 열교환기(B) 측에서는 4개의 파트로 나누어지고 있고, 각 파트로 나누어지는 튜브(12)의 개수는 열교환기(A) 쪽이 많아, 각 파트에 있어서의 유로 단면적의 합계를 비교하면 유통 경로의 상류에 위치하는 열교환기(A) 측에서 크고, 하류에 위치하는 열교환기(B) 측에서 작아진다. 즉, 냉매의 유회 방향을 따라 유로 단면적이 작아진다는 것이다.
해당 열교환기가 응축기로서 사용되는 경우, 유통하는 냉매의 건조도는 일정하지 않고, 응축 액화되는 과정에서 서서히 저하하기 때문에, 냉매의 유회 방향을 따라 유로 단면적이 일정하면 냉매의 압력은 상류측에서 높고 하류측에서 낮게 된다. 따라서, 반드시 열교환기 전체에서 높은 열전달율을 얻을 수 있다고는 말할 수 없고, 마찬가지로 압력 손실을 작게 억제할 수 있다고도 말할 수 없다(냉매의 건조도가 높고 고압으로 되는 상류측에서는 압력 손실이 크고, 건조도가 낮고 저압으로 되는 하류측에서는 열전달율이 저하).
그래서, 도 2와 같이, 냉매의 유회 방향을 따라 유로 단면적이 작게 되면, 냉매의 건조도에 맞춰 상류측의 압력을 저하시켜, 하류측의 압력을 상승시킬 수 있고, 이것에 의해서 열교환기 전체에서 높은 열전달율을 얻는 동시에 압력 손실을 작게 억제할 수 있다.
해당 열교환기가 증발기로서 사용되는 경우는, 유통하는 냉매의 건조도는 일정하지 않고, 증발 기화되는 과정에서 서서히 높아지기 때문에, 냉매의 유회 방향을 따라 유로 단면적이 일정하면 냉매의 압력은 상류측에서 낮게 하류측에서 높게 된다(냉매의 건조도가 낮고 저압으로 되는 상류측에서는 열전달율이 저하하고, 건조도가 높은 고압으로 되는 압력 손실이 커진다).
그런데 이 경우, 냉매의 유회 방향은 도 2에 나타낸 유통 경로를 반대로 거스르는 것으로 되기 때문에, 유로 단면적은 냉매의 유회 방향을 따라 커진다. 따라서, 냉매의 건조도에 맞춰 상류측의 압력을 상승시켜, 하류측의 압력을 저하시킬 수 있고, 이것에 의해서 열교환기 전체에서 높은 열전달율을 얻는 동시에 압력 손실을 작게 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에 있어서는, 냉매의 유로 단면적을 2단계로 변화시키는 구성으로 하였지만, 칸막이 판의 배치를 변경하면, 3단계, 4단계로 세심하게 변화시키는 것도 가능하다.
본 발명에 관한 열교환기의 제 2 실시예를 도 3 및 도 4에 도시하여 설명한다. 또, 상기 제 1 실시예에 있어서 이미 설명한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하여 설명은 생략한다.
본 실시예에 있어서의 열교환기는, 제 1 실시예와 마찬가지로 평행 흐름형의 열교환기(A, B)를 중첩시켜 구성된 적층형의 열교환기이지만, 도 3에 도시하는 바와 같이 열교환기(A)가 하부 헤더(11A)를 포함하는 일부를 절제한 바와 같이 짧아져 있고, 그 절제된 듯이 보이는 부분에는, 상부 헤더(10A)와 마주 대하여 양 헤더(10A, 11A) 사이에 위치하는 중간 헤더(제 3 헤더)(17A)가 설치된다. 그리고, 상부 헤더(10A)와 중간 헤더(17A) 사이에 복수의 튜브(12, 12, …)가 배치되고, 또한 각 튜브(12) 사이에 냉각 핀(13, 13, …)이 배치되어 있다.
열교환기(B)에도 마찬가지로 중간 헤더(17B)가 설치되고, 상부 헤더(1OB)와 중간 헤더(17B) 사이에 복수의 튜브(12, 12, …)가 배치되며, 또한 각 튜브(12) 사이에 냉각 핀(13, 13, …)이 배치되어 있다.
또한, 열교환기(A)를 구성하는 중간 헤더(17A)와 열교환기(B)를 구성하는 중간 헤더(17B)가 다른쪽 단부끼리를 연이어 통하게 접속되어 있고, 이들 열교환기(A, B)가 중첩된 적층형의 열교환기는 평면에서 보면 일부를 절제한 L자형의 형상을 하고 있다.
도 4에는, 열교환기(A, B) 사이에 형성되는 냉매의 유통 경로를 나타낸다. 또, 도 4에서는 냉매 경로를 명확히 하기 위해서 양 열교환기(A, B)를 전개한 상태로 나타내고 있다.
도면에 도시하는 바와 같이, 각 헤더(10A, 11A, 10B, 11B)의 내부에는, 칸막이 판(16)이 각처에 설치되어 있다.
열교환기(A, B)를 둘러싸는 유통 경로를 냉매가 흐름에 따라서 설명하면, 우선, 냉매 출입구관(14)으로부터 열교환기(A)의 상부 헤더(10A)에 유입한 냉매는, 칸막이 판(16)에 차단되고 열교환기(A)의 일측 1/3을 차지하는 파트(PAR)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PAR)를 유통한 냉매는 하부 헤더(11A)에 유입하고, 하부 헤더(11A)의 다른쪽 단부에 차단되어 열교환기(A)의 중앙1/3을 차지하는 파트(PAC)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PAC)를 유통한 냉매는 다시 상부 헤더(10A)에 유입하고, 상부 헤더(10A)의 다른쪽 단부에 차단되고 열교환기(A)의 다른쪽 1/3을 차지하는 파트(PAL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다.
파트(PAL)를 유통한 냉매는 중간 헤더(17A)에 유입하여, 이번은 한쪽 단부끼리 연결된 열교환기(B)의 중간 헤더(17B)에 유입한다. 중간 헤더(17B)에 유입한 냉매는 중간 헤더(17B)의 다른쪽 단부에 차단되고 열교환기(B)의 다른쪽 1/3을 차지하는 파트(PBL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBL)를 유통한 냉매는 상부 헤더(1OB)에 유입하여, 칸막이 판(16-4)에 차단되고 열교환기(B)의 다른쪽 근처의 중앙 2/9를 차지하는 파트(PBCL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBCL)를 유통한 냉매는 다시 하부 헤더(11B)에 유입하고, 칸막이 판(16-5)에 차단되고 열교환기(B)의 일측 근처의 중앙 2/9를 차지하는 파트(PBCR)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBCR)를 유통한 냉매는 다시 상부 헤더(10B)에 유입하고, 상부 헤더(10B)의 한쪽 단부에 차단되고 열교환기(B)의 일측 2/9를 차지하는 파트(PBL)의 각 튜브(12)에 분배되어 유입한다. 파트(PBL)을 유통한 냉매는 다시 하부 헤더(11B)로 유입하고, 냉매 출입구관(15)으로부터 유출한다.
상기한 바와 같은 구조의 열교환기에 있어서는, 중간 헤더(17A, 17B)를 설치하여 열교환기(A, B)를 구성함으로써, 종래는 일반적으로 직사각형을 하고 있었던 평행 흐름형의 열교환기의 형상을 상기 L자형 등의 이형태로 할 수 있게 된다.
이것에 의하면, 전기 자동차에 열교환기를 탑재할 충분한 공간이 확보될 수 없는 경우 등에, 간섭하는 장비를 피하도록 열교환기의 형상을 변경함으로써, 좁게 이용하기 어려운 공간에도 열교환기를 탑재할 수 있다.
또 도 3에 나타낸 열교환기의 형상은 일례로, 상기한 기술을 응용하면 L자형 이외에도 역 "ㄷ"자형, E자형, 계단형 등 모든 형상으로 구성하는 것이 가능하다.
본 발명에 관한 열교환기의 제 3 실시예를 도 5에 도시하여 설명한다. 또, 상기 각 실시예에 있어서 이미 설명한 구성 요소에는 동일 부호를 부여하여 설명은 생략한다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 상부 헤더 헤더(10A, 10B)의 내부에는, 각 헤더의 길이 방향으로 중심축을 일치시키도록 하고 단면 원형의 파이프(공간 점유부)(20)가 배치되어 있다. 파이프(20) 내부의 공간은 각 헤더 내부의 냉매 유로와는 격절되어 있다. 또, 도시하지 않지만, 하부 헤더(11A, 11B)에도 파이프(20)가 배치되어 있다.
상기한 바와 같은 구조의 열교환기에 있어서는, 각 헤더의 내부에 파이프(20)를 각각 배치함으로써, 각 헤더 내부의 냉매 유통역의 용적이 감소한다. 이에 따라, 헤더 내부에서의 냉매의 체류가 억제되기 때문에, 냉매의 순환 효율이 높아져 공기 조화 장치의 운전 초기에서의 동작 시간을 단축할 수 있다. 또한, 냉매 순환계를 유통하는 냉매의 필요량을 적게 할 수 있다.
또, 단면 원형의 파이프(20)를 채용한 것은, 공간 점유부로서 이용하는 데에 있어서 내압 강도를 고려한 결과이다. 열교환기가 응축기로서 사용되는 경우, 상류측의 헤더(10A)에는 고온 고압의 냉매가 유입되는 것으로 되는데, 파이프(20)가 원형이면 주위에서 작용하는 고압력에 대하여도 충분한 내압 강도가 발휘되기 때문이다.
또한, 도 5의 파이프(20)에 한정하지 않고, 도 6에 도시하는 바와 같이, 헤더(10A)를 길이 방향으로 칸막음 하는 칸막이 판(21)을 설치하더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 단지, 평판에서는 충분한 내압 강도를 얻는 것이 어렵기 때문에, 판 두께를 두껍게 하거나 리브를 설치하는 등의 고안이 필요하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 청구항 1에 기재된 열교환기에 의하면, 튜브가 세로 방향으로 배치되어 있기 때문에, 해당 열교환기가 증발기로서 사용되는 경우에 냉각 핀의 표면에 부착한 응축수가 튜브를 매개로 하방으로 흘러 내려가기 쉽게 되어 있고, 응축수가 냉각 핀 사이에서 효율적으로 제거된다. 따라서, 냉각 핀 사이의 공기의 유통이 양호하게 실행되기 때문에, 열교환 능력의 저하를 방지할 수 있다.
청구항 2에 기재된 열교환기에 의하면, 헤더 내에 칸막이 판을 설치함으로써 냉매의 유통 경로를 자유롭게 구성하는 것이 가능해지기 때문에, 실제로 공기 조화 장치에 장착되는 경우에 각종의 조건에 따라 적절하게 유통 경로를 레이아웃할 수 있다.
청구항 3에 기재된 열교환기에 의하면, 제 3 헤더를 설치함으로써 열교환기의 형상을 종래의 직사각형 이외에 L 자형이나 역 "ㄷ"자형으로 하는 것이 가능하고, 차량에 탑재하는 경우에 다른 장비와의 간섭을 피하여 배치할 수 있다.
청구항 4에 기재된 열교환기에 의하면, 헤더 내에 공간 점유부를 설치함으로써 냉매의 체류를 억제하여, 냉매의 순환 효율을 높여 공기 조화 장치의 운전 초기에서의 상승 시간을 단축할 수 있다. 또한, 냉매 순환계를 유통하는 냉매의 필요량을 적게 할 수 있다.
청구항 5에 기재된 열교환기에 의하면, 열교환기를 중첩시켜 배치함으로써, 열교환기 전체의 체적을 억제하면서도 원하는 열교환 능력를 얻을 수 있다.

Claims (5)

  1. 차량용 공기 조화 장치에 포함되어 차내 공기의 냉각, 가열을 행하는 열교환기에 있어서,
    상하로 사이 간격을 띄고 배치되는 한 쌍의 헤더와,
    상기 헤더 사이에 배치되고 양단이 양 헤더의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브와,
    상기 튜브 사이에 세로 방향으로 배치되는 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤더 내에 칸막이 판을 설치하고 냉매의 유통 경로가 상기 한 쌍의 헤더 사이를 왕복하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 헤더 중 어느 한쪽과 상하로 사이 간격을 띄고 배치되는 제 3 헤더와,
    상기 제 3 헤더와 상기 한쪽의 헤더 사이에 세로 방향으로 배치되어 양단이 양 헤더의 내부에 각각 연이어 통하는 복수의 튜브와,
    상기 튜브 사이에 배치되는 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 헤더 내부의 공간 일부를 점유하여 냉매가 유통하는 영역의 용적을 감소시키는 공간 점유부가 설치되는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 열교환기가 복수 중첩되어 배치됨과 동시에, 각 열교환기의 헤더끼리 접속되어 상기 열교환기를 순서대로 둘러싸는 냉매의 유통 경로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    열교환기.
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