WO2005052488A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2005052488A1
WO2005052488A1 PCT/JP2004/012163 JP2004012163W WO2005052488A1 WO 2005052488 A1 WO2005052488 A1 WO 2005052488A1 JP 2004012163 W JP2004012163 W JP 2004012163W WO 2005052488 A1 WO2005052488 A1 WO 2005052488A1
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heat exchanger
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tubes
tube group
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Akio Iwasa
Muneo Sakurada
Yoshihisa Eto
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Valeo Thermal Systems Japan Corporation
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/026—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0263—Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by varying the geometry or cross-section of header box
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F28D1/0535—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight the conduits having a non-circular cross-section
    • F28D1/05366—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators
    • F28D1/05391—Assemblies of conduits connected to common headers, e.g. core type radiators with multiple rows of conduits or with multi-channel conduits combined with a particular flow pattern, e.g. multi-row multi-stage radiators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions
    • F28F9/0204—Header boxes having their inner space divided by partitions for elongated header box, e.g. with transversal and longitudinal partitions

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger such as an evaporator used as a component of a refrigeration cycle, and more particularly to a structure for making the temperature distribution of a heat exchange part uniform.
  • Patent Document 1 In order to address the above problem, in the evaporator described in Patent Document 1, by providing a plurality of throttle holes in the lower tank portion of the second pass portion and the fourth pass portion, the refrigerant flow rate is reduced. An adjustment is being made (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-74388
  • an object of the present invention is to achieve more uniform temperature distribution more efficiently while minimizing an increase in cost.
  • the present invention provides a plurality of tubes arranged so that refrigerant flows vertically and in two rows before and after the ventilation direction, and a tube group in one row of the tubes.
  • a first upper tank portion communicating with the upper end portion of the tube, a second upper tank portion communicating with the upper end portion of the tube group in the other row of the tubes, and a lower end portion of the tube group in one row of the tubes.
  • a first lower tank portion communicating with the first lower tank portion, a second lower tank portion communicating with the lower end portion of the tube group in the other row of the tubes, the first upper tank portion and the second upper tank portion.
  • An inflow port through which the refrigerant flows in from the outside and the second upper side In a heat exchanger having an outlet communicating with the other end of the tank portion and allowing the refrigerant to flow to the outside, that is, a heat exchanger having a four-pass structure, the opening area of the inlet is smaller than that of the outlet. It is characterized by being smaller than the opening area (claim 1).
  • the center of the opening of the inflow port is located above the center of the opening of the outflow port (claim 2).
  • the opening area of the flow inlet, Shi preferable to be within the scope of the 25-65 mm 2 les, ( ⁇ Motomeko 3).
  • the heat exchanger of the present invention can be suitably used in a refrigeration cycle including a variable displacement compressor (claim 4).
  • the heat exchanger 1 according to the present embodiment shown in Fig. 1 is used as an evaporator constituting a part of a refrigeration cycle, and includes a tube 2, fins 3, an upper tank 4, a lower tank 5, It has end plates 6 and 7, partition plate 8, inlet 9 and outlet 10.
  • the tubes 2 are formed in a hollow and flat shape from a material such as aluminum, and a plurality of tubes 2 are arranged so that the distribution direction is up and down, and two rows are arranged before and after the ventilation direction. It comprises a first tube group 2a in a row on the downstream side in the ventilation direction and a second tube group 2b in a row on the upstream side in the ventilation direction. Between these tubes 2, corrugated fins 3 made of a material such as aluminum are sandwiched, and both ends of the tubes 2 and the fins 3 in the laminating direction are each made of an end plate made of a metal plate or the like. Plates 6 and 7 are fixed.
  • the upper tank 4 communicates with the upper end of the tube 2 and has a first upper tank 4a formed on the downstream side in the ventilation direction and a second upper tank formed on the upstream in the ventilation direction. 4b, the first and second upper tank portions 4a, 4b are provided at the end opposite to the inflow port 9 and the outflow port 10 with a communication passage 4c for communication.
  • the first upper tank section 4a communicates with the first tube group 2a, and the second upper tank section 4b communicates with the second tube group 2b.
  • the lower tank 5 communicates with the lower end of the tube 2 and has a first lower tank 5a formed on the downstream side in the ventilation direction and a second lower tank 5a formed on the upstream side in the ventilation direction.
  • the first and second lower tank portions 5a and 5b are not in communication with each other.
  • the first lower tank portion 5a communicates with the first tube group 2a
  • the second lower tank portion 5b communicates with the second tube group 2b.
  • the partition plate 8 partitions a substantially central portion of the first upper tank portion 4a and the second upper tank portion 4b.
  • the inflow port 9 guides the refrigerant after decompression in the refrigeration cycle, and is formed to communicate with the first upper tank portion 4a.
  • the outlet 10 guides the refrigerant circulating inside the heat exchanger 1 to an external mechanism (such as a compressor), and is formed to communicate with the second upper tank portion 4b.
  • the refrigerant flows through the heat exchanger 1 along four paths as shown in FIG. That is, the refrigerant flowing from the inflow passage 9 is supplied to the first upper tank portion 4a ⁇ the first tube group 2a ⁇ the first lower tank portion 5a, the first pass portion 20, the first lower tank portion.
  • Part 5a ' ⁇ first tube group 2a' ⁇ second upper path part 21 consisting of first upper tank part 4a '
  • the inlet 9 of the heat exchanger 1 has a diameter d smaller than a diameter d ′ of the outlet 10 and an opening center O of the heat exchanger 1. It is located a distance h above the opening center ⁇ 'of the exit 10.
  • the diameter d of the inflow port 9 is preferably in the range of 25 to 65 mm 2.
  • the flow velocity of the refrigerant at the time of inflow increases, and the formation position is higher than usual.
  • the refrigerant that has flowed into the first upper tank portion 4a of the first path 20 flows far away against the gravity and is distributed substantially evenly to the first tube group 2a.
  • the area X where the temperature is higher than the other parts due to the low flow rate of the refrigerant in the first pass section 20 is extremely smaller than in the past, and the fourth pass, which has a positional relationship before and after in the ventilation direction, is achieved.
  • FIG. 1 is a front view (center), top view (upper side), and side view (left side) showing the structure of the heat exchanger according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a flow of a refrigerant in a heat exchanger according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing shapes of an inlet and an outlet of the heat exchanger according to the present embodiment.
  • FIG. 4 (a) is a diagram showing characteristics of the flow of the refrigerant in the heat exchanger according to the present embodiment
  • FIG. 4 (b) shows the uniformity of the temperature distribution of the heat exchanger. It is a diagram for explaining
  • FIG. 5 (a) is a diagram showing characteristics of a refrigerant flow in a conventional heat exchanger
  • FIG. 5 (b) is a diagram for explaining uniformity of a temperature distribution of the heat exchanger.

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Abstract

　コストの増加を最小限に抑えつつ、より効率的に温度分布の均一化を図る。 　上下方向に冷媒を流通させるように且つ通風方向前後に２列となるように複数配されるチューブ、前記チューブの一方の列のチューブ群の上端部と連通する第１の上側タンク部、前記チューブの他方の列のチューブ群の上端部と連通する第２の上側タンク部、前記チューブの一方の列のチューブ群の下端部と連通する第１の下側タンク部、前記チューブの他方の列のチューブ群の下端部と連通する第２の下側タンク部、前記第１の上側タンク部と前記第２の上側タンク部との一方側の端部を連通させる連通路、前記第１の上側タンク部及び前記第２の上側タンク部の略中央部分を仕切る仕切り手段、前記第１の上側タンク部の他方側の端部と連通し外部から冷媒を流入させる流入口、前記第２の上側タンク部の他方側の端部と連通し外部へ冷媒を流出させる流出口を備えて構成される熱交換器において、前記流入口の開口面積を前記流出口の開口面積よりも小さくし、また前記流入口の開口中心が、前記流出口の開口中心よりも上方に位置するようにする。

Description

明 細 書
熱交換器
技術分野
[0001] 本発明は、冷凍サイクルの構成要素として用いられるエバポレータ等の熱交換器に 関し、特にその熱交換部の温度分布の均一化を図るための構造に関する。
背景技術
[0002] 従来の熱交換器として、冷媒を上下方向に流すように且つ通風方向前後に 2列と なるように配された複数のチューブ、前記チューブの上端と連通する上側タンク部、 前記チューブの下端と連通する下側タンク部等を有して構成される 4パス構造のもの 力 Sある (特許文献 1参照)。
[0003] 上記のような 4パス構造の熱交換器においては、図 5 (a)に示すように、上側タンク 部 100を流れる冷媒力 重力の影響によって、冷媒流通方向上流側のチューブに多 く流れ、また下側タンク部 101を流れる冷媒が、慣性力の影響によって、冷媒流通方 向下流側のチューブに多く流れる傾向がある。このため、第 1パス部 110のエリア A、 第 2パス部 111のエリア B、第 3パス部 112のエリア C、そして第 4パス部 113のエリア Dにおける冷媒の流量が少なくなり、これらの部分の温度が高くなりやすレ、。特に、第 1パス部 110のエリア Aと第 4パス部 113のエリア Dとが通風方向前後に重なることに より生ずるエリア E (図 5 (b)参照）は、熱交換部全体の温度分布を乱す原因となる。こ のような傾向は、冷媒の低流量時において顕著に現れる。
[0004] 上記問題に対処するために、上記特許文献 1記載の蒸発器においては、第 2パス 部及び第 4パス部の下側タンク部に、複数の絞り穴を設けることにより、冷媒流量の 調整が図られている（特許文献 1)。
特許文献 1：特開 2001 - 74388号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] し力、しながら、上記特許文献 1に開示される熱交換器は、タンクの構造が複雑となる ため、コストの増加が避けられないという問題がある。また、上述したような上側タンク 部における問題、即ち重力の影響により冷媒が手前側に多く流れてしまうことへの対 処が示されていない。
[0006] そこで、本発明は、コストの増加を最小限に抑えつつ、より効率的に温度分布の均 一化を図ることを課題とする。
課題を解決するための手段
[0007] 上記課題を解決するために、本発明は、冷媒を上下方向に流通させるように且つ 通風方向前後に 2列となるように複数配されるチューブ、前記チューブの一方の列の チューブ群の上端部と連通する第 1の上側タンク部、前記チューブの他方の列のチ ユーブ群の上端部と連通する第 2の上側タンク部、前記チューブの一方の列のチュ ーブ群の下端部と連通する第 1の下側タンク部、前記チューブの他方の列のチュー ブ群の下端部と連通する第 2の下側タンク部、前記第 1の上側タンク部と前記第 2の 上側タンク部との一方側の端部を連通させる連通路、前記第 1の上側タンク部及び 前記第 2の上側タンク部の略中央部分を仕切る仕切り手段、前記第 1の上側タンク部 の他方側の端部と連通し外部から冷媒を流入させる流入口、前記第 2の上側タンク 部の他方側の端部と連通し外部へ冷媒を流出させる流出口を備えて構成される熱 交換器、即ち 4パス構造を有するものにおいて、前記流入口の開口面積が、前記流 出口の開口面積よりも小さいことを特徴とするものである（請求項 1)。
[0008] また、前記流入口の開口中心が、前記流出口の開口中心よりも上方に位置してい ることが好ましい（請求項 2)。
[0009] また、前記流入口の開口面積が、 25— 65mm2の範囲内にあることが好ましレ、（請 求項 3)。
[0010] また、本発明の熱交換器は、可変容量型圧縮機を含んで構成される冷凍サイクル において好適に用いることができる（請求項 4)。
発明の効果
[0011] 上記のように、流入口の面積を小さく絞ることにより、冷媒の流入時の流速が上がる と共に、その形成位置が通常よりも上方にあることにより、第 1の上側タンク部内に流 入した冷媒は、重力に抗して遠くまで流れ、第 1パスのチューブ群に略均等に分配さ れるようになる。これにより、第 1パス部における温度分布が略均一となり、通風方向 前後の位置関係にある第 1パスと第 4パス部の高温部が重なり合うことがなくなるため 、熱交換部全体の温度分布を均一化することができる。また、本構成は、部品点数の 増加を必要としないため、コストの増カロも最小限に抑えられる。また、本発明は、冷媒 の低流量時において特に大きな効果を得るものであるから、可変容量型圧縮機を備 える冷凍サイクルにおいて、好適に利用することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、添付した図面を参考にして本発明の実施例を説明する。
実施例 1
[0013] 図 1に示す本実施例に係る熱交換器 1は、冷凍サイクルの一部を構成する蒸発器 として用いられるものであり、チューブ 2、フィン 3、上側タンク 4、下側タンク 5、エンド プレート 6, 7、仕切り板 8、流入口 9、流出口 10を有して構成されている。
[0014] チューブ 2は、アルミ等の素材から中空且つ扁平状に形成されるものであり、流通 方向が上下となるように、且つ通風方向前後に 2列となるように複数配されており、通 風方向下流側の列の第 1のチューブ群 2aと、通風方向上流側の列の第 2のチューブ 群 2bとからなっている。これらのチューブ 2間には、アルミ等の素材からなるコルゲー ト形状のフィン 3が挟持されており、チューブ 2とフィン 3の積層方向の両端部には、そ れぞれ金属板等からなるエンドプレート 6， 7が固定されている。
[0015] 上側タンク 4は、前記チューブ 2の上端部と連通しており、通風方向下流側に形成 された第 1の上側タンク部 4a、通風方向上流側に形成された第 2の上側タンク部 4b、 第 1及び第 2の上側タンク部 4a, 4bを流入口 9及び流出口 10とは反対側の端部にお レ、て連通させる連通路 4cを有して構成されている。前記第 1の上側タンク部 4aは、前 記第 1のチューブ群 2aと連通し、前記第 2の上側タンク部 4bは、前記第 2のチューブ 群 2bと連通している。
[0016] 下側タンク部 5は、前記チューブ 2の下端部と連通しており、通風方向下流側に形 成された第 1の下側タンク部 5a、通風方向上流側に形成された第 2の下側タンク部 5 bを有して構成されており、第 1及び第 2の下側タンク部 5a, 5bは互いに連通してい ない。前記第 1の下側タンク部 5aは、前記第 1のチューブ群 2aと連通し、前記第 2の 下側タンク部 5bは、前記第 2のチューブ群 2bと連通してレ、る。 [0017] 仕切り版 8は、前記第 1の上側タンク部 4a及び第 2の上側タンク部 4bの略中央部を 仕切るものである。
[0018] 流入口 9は、冷凍サイクルにおいて減圧後の冷媒を導くものであり、前記第 1の上 側タンク部 4aと連通するように形成されている。流出口 10は、熱交換器 1内部を循環 した冷媒を外部機構 (圧縮機等)へ導くものであり、前記第 2の上側タンク部 4bと連通 するように形成されている。
[0019] 上記構成により、冷媒は、図 2に示すように、熱交換器 1内を 4パスの流路をたどつ て流れる。即ち、流入路 9から流入した冷媒は、第 1の上側タンク部 4a→第 1のチュ ーブ群 2a→第 1の下側タンク部 5aからなる第 1パス部 20、第 1の下側タンク部 5a'→ 第 1のチューブ群 2a'→第 1の上側タンク部 4a'からなる第 2パス部 21、第 2の上側タ ンク部 4b→第 2のチューブ 2b→第 2の下側タンク部 5bからなる第 3パス部 22、第 2の 下側タンク部 5b'→第 2のチューブ群 2b'→第 2の上側タンク部 4b'からなる第 4パス部 23を経て、流出口 10から流出する。
[0020] そして、本発明に係る熱交換器 1の流入口 9は、図 3に示すように、その直径 dが、 流出口 10の直径 d'よりも小さいと共に、その開口中心 Oが、流出口 10の開口中心〇' よりも、距離 hだけ上方に位置している。また、前記流入口 9の直径 dは、 25— 65mm 2の範囲内であることが好ましい。
[0021] 上記のように、流入口 9の面積を小さく絞ることにより、冷媒の流入時の流速が上が ると共に、その形成位置が通常よりも上方であることにより、図 4 (a)に示すように、第 1 パス 20の第 1の上側タンク部 4a内に流入した冷媒は、重力に抗して遠くまで流れ、 第 1のチューブ群 2aに略均等に分配されるようになる。これにより、第 1パス部 20にお レ、て冷媒流量が少ないことにより他の部分よりも高温となるエリア Xは、従来よりも極め て小さくなり、通風方向前後の位置関係となる第 4パス部 23の高温部であるエリア Y と重なり難くなるため、図 4 (b)に示すように、熱交換部全体の温度分布を均一化する こと力 Sできる。また、本構成は、部品点数の増加を必要とせず、コストの増加が最小限 に抑えられる。また、本発明は、冷媒の低流量時において特に大きな効果を得るもの であるから、可変容量型圧縮機を備える冷凍サイクルにおいて、好適に利用すること ができる。 産業上の利用可能性
[0022] 以上のように、本発明によれば、コストの増加を招くことなぐ熱交換部の温度分布 の均一化が図られた熱交換器を提供することができる。
図面の簡単な説明
[0023] [図 1]図 1は、本実施の形態に係る熱交換器の構造を示す正面図（中央）、上面図（ 上方)、側面図 (左横)である。
[図 2]図 2は、本実施の形態に係る熱交換器における冷媒の流れを示す図である。
[図 3]図 3は、本実施の形態に係る熱交換器の流入口及び流出口の形状を示す図で ある。
[図 4]図 4 (a)は、本実施の形態に係る熱交換器における冷媒の流れの特徴を示す 図であり、図 4 (b)は、当該熱交換器の温度分布の均一性を説明するための図である
[図 5]図 5 (a)は、従来の熱交換器における冷媒の流れの特徴を示す図であり、図 5 ( b)は、当該熱交換器の温度分布の均一性を説明するための図である。
符号の説明
[0024] 1 熱交換器
2 チューブ
3 フィン
4 上側タンク
4a 第 1の上側タンク部
4b 第 2の上側タンク部
5 下側タンク
5a 第 1の下側タンク部
5b 第 2の下側タンク部
9 流入口
10 流出口

Claims

請求の範囲
[1] 冷媒を上下方向に流通させるように且つ通風方向前後に 2列となるように複数配さ れるチューブ、前記チューブの一方の列のチューブ群の上端部と連通する第 1の上 側タンク部、前記チューブの他方の列のチューブ群の上端部と連通する第 2の上側 タンク部、前記チューブの一方の列のチューブ群の下端部と連通する第 1の下側タ ンク部、前記チューブの他方の列のチューブ群の下端部と連通する第 2の下側タンク 部、前記第 1の上側タンク部と前記第 2の上側タンク部との一方側の端部を連通させ る連通路、前記第 1の上側タンク部及び前記第 2の上側タンク部の略中央部分を仕 切る仕切り手段、前記第 1の上側タンク部の他方側の端部と連通し外部から冷媒を 流入させる流入口、前記第 2の上側タンク部の他方側の端部と連通し外部へ冷媒を 流出させる流出口を備えて構成される熱交換器であって、
前記流入口の開口面積が、前記流出口の開口面積よりも小さいことを特徴とする熱 交換器。
[2] 前記流入口の開口中心が、前記流出口の開口中心よりも上方に位置することを特 徴とする請求項 1記載の熱交換器。
[3] 前記流入口の開口面積が、 25 65mm2の範囲内にあることを特徴とする請求項 1 又は 2記載の熱交換器。
[4] 可変容量型圧縮機を含んで構成される冷凍サイクルにおいて用いられるものであ ることを特徴とする請求項 1一 3のいずれ力、 1つに記載の熱交換器。
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