JPH0370947A - 積層型熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車両の空調装置等に組み込まれて使用される積
層型熱交換器に関する。

［従来技術］ 一般に車両の空調装置等に組み込まれて使用される８１
層型熱交換器（エバポレータ）には、冷媒流入口及び冷
媒流出口と該冷媒流入口と冷媒流出口の間に配される偏
平な冷媒流域部とを備え相互に並列且つ複数段に連通さ
れる多数の冷媒チューブと、被冷却空気がその間を通過
する多数のフィンと、を積層状に配してなる形式のもの
がある。

従来の積層型熱交換器について図面を参照して説明する
。第７図は従来例の積層型熱交換器の全体姿図であり、
第８図はこの熱交換器における冷媒の流れを示している
。

第７図及び８図において１図示しないコンデンサ側から
冷媒導入管１８を経由し圧縮機動力により送られてきた
気液混合状態の冷媒は、膨張弁通過後まず冷媒流入口と
なる各チューブ付属のタンク部より前段のチューブ内部
の冷媒流路を第８図に示す如く矢印の向きに流れる。次
に冷媒は、順次多段に接続されたチューブを貫流し、こ
の貫流の間に各チューブと交互に配されたコルゲートフ
ィンの間を通過して流れる被冷却空気を冷却する。

即ち冷媒は、このチューブ内を流れる間に被冷却空気か
ら熱を奪い、自身は蒸発気化すると共に冷媒排出管１７
より蒸気となって再びコンプレッサ側へ還流する。この
後冷媒はコンプレッサ及びコンデンサにより再び圧縮液
化され気液混合状態となり、膨張弁を経てまた熱交換器
側に戻ることを繰り返す。

［発明が解決しようとする課ＷＪ］ 積層型熱交換器においては冷媒流の方向は被冷却空気流
の方向と直交するいわゆる直交流として構成されている
が、かかる直交流によっては原理的にあまり大きな熱交
換効率が期待できない。

更に、熱交換器において冷媒が冷媒排出管に到達する直
前の冷媒流域部はいわゆるスーパーヒート領域といわれ
る部分であり、冷媒は既にこれ以前に完全に気化してお
り、このスーパーヒート領域においては冷媒は気化状態
のまま被冷却空気の熱により約５〜ｌＯ℃程度の温度上
昇を与えられる。この温度上昇の制御は熱交換器の冷媒
導入管側に設置されている膨張弁において冷媒の流量を
制御することによって行われているものであるが、この
スーパーヒート領域によって冷却される被冷却空気の温
度はこの冷媒の高温度のため他の蒸発冷却領域にて冷却
される空気よりも必然的に高くなる。従って、被冷却空
気の温度分布を均一にし、快適な空調を得るためにはス
ーパーヒート領域はできるだけ短くすることが望ましい
。一方このスーパーヒート領域において所定の熱量の交
換が行なわれず、これに起因して冷媒が液状のままコン
プレッサ側に流入することがあるといわゆるコンプレッ
サの液圧縮という事態が生じ、これはコンプレッサに大
きな障害を与える。

従ってこのスーパーヒート領域においては、できるだけ
短かい区間において所定量の熱交換が行なわれるという
、特に熱交換効率を高くできる熱交換器が望まれていた
。

本発明は上述の問題点に鑑み、最終段の冷媒チューブの
冷媒出口近傍において被冷却流の方向に対する冷媒の流
れ方向に着目して、少くとも最終段の熱交換効率を高く
した積層型熱交換器を提供することを目的とする。

〔課題を達成するための手段］ 本発明の前記目的は、冒頭に述べた形式の積層型熱交換
器を、少くとも最終段の冷媒チューブは、被冷却空気流
の上流側に配される冷媒流出口と、冷媒流域部に被冷却
空気流と略平行に配され一方の側に冷媒主通路を他方の
側に該冷媒主通路よりも小さな冷媒補助通路を夫々有す
る少くとも一つの流路仕切壁と、を備えるものであり。

前記冷媒流出口に対向する前記流路仕切壁は。

その冷媒主通路を被冷却空気流の下流側に有するもので
あるとすることによって達成される。

流路仕切壁は２個所に設け、相互に逆の側に冷媒主通路
を設けると共に冷媒流入口を被冷却空気流の下流側に設
けることが好ましい。

［作用］ 最終段の冷媒チューブの冷媒流出口を被冷却空気流の上
流側に、冷媒流出口と対向する流路仕切壁の冷媒主通路
を被冷却空気流の下流側に設けることにより、熱交換器
の出口近傍即ちスーパーヒート流域における冷媒の主流
の方向が被冷却空気流の方向と対向することとなる。更
に冷媒補助通路を通る冷媒の補助流により冷媒流域部の
側壁と流路仕切壁とによって形式される隅（コーナー）
部における冷媒のよどみが防止できる。その結果冷媒チ
ューブ内における冷媒の滞溜を防止し、−層熱交換効率
を高める。

［実施例］ 本発明の構成について更に図面を参照して説明する。第
１図は２本発明の一実施例に係る積層型熱交換器のチュ
ーブの全体構成を、矢印で示した冷媒の流れと共に示す
透視図である。

この熱交換器の各チューブは夫々４つのタンク部を備え
ると共に９前後に配される各チューブとは付属する当該
タンク部において相互に連通している。

冷媒導入管１８及び冷媒排出管■７の側から見て手前か
ら半分まで（前半部）のチューブであって且つ手前から
奇数番目に配されている各チューブは、冷媒流入口とな
る手前から見て右上にあるタンク部において冷媒導入管
１８に連通されると共にその内部にこの右上タンク部と
左下タンク部とを連通させる冷媒流路を夫々備えている
。前半部のチューブであって且つ手前から偶数番目の各
チューブは冷媒流出口となる手前から見て左上にあるタ
ンク部において冷媒排出管１７に連通されると共にその
内部にこの左上タンク部と右下タンク部とを連通させる
冷媒流路を夫々備えている。

前半部とそれ以降（後半部）のタンク部は上側のタンク
部において互いにその連通が阻止されており、下側のタ
ンク部においては互いに連通している。後半部のチュー
ブであって且つその最前部から数えて奇数番目の各チュ
ーブはその内部に左下タンク部と右上タンク部とを連通
させる冷媒流路を備え、後半部で且つその最前部から数
えて偶数番目の各チューブは左上タンク部と右下タンク
部とを連通させる冷媒流路をその内部に有している。更
に後半部の全てのチューブは上側の左右双方のタンク部
相互間においても夫々冷媒流路を備えている。前半部及
び後半部のチューブの数は夫々偶数個となっている。な
お図示されていないが、大きな矢印で示した被冷却空気
流がその間を通過するコルゲートフィンは各チューブの
間に夫々配されており、各チューブ及び各コルゲートフ
ィンとが積層状態に交互に配されて一つの熱交換器が構
成されている。

第３図〜第５図に基いて各チューブの構造を説明する。

第３図は理解を容易にするために、第１図の熱交換器の
前半部に配されている各チューブを２枚のパネル状のチ
ューブエレメントに分解して示したものである。奥側に
示したチューブエレメント１はほぼ長方形のパネル状部
分を有しており、夫々５〜８と符号を付された４つのタ
ンク部（Ａ）〜（Ｄ）をその上端及び下端に備え、更に
そのパネル状部分には他方のチューブエレメントとの間
において冷媒流路となる冷媒流域部２Ｂを備える。タン
ク部（Ａ）〜（Ｄ）は夫々のチューブの前後に配される
他のチューブの各隣接するタンク部と連通ずる連通孔２
０〜２３を夫々備えている。

２つのタンク部（Ｂ）６及び（Ｃ）７は夫々。

冷媒流入口又は冷媒流出口となるよう冷媒流域部２Ｂに
直接連通されているが、他の２つのタンク部（Ａ〉５及
び（Ｄ）８はこの冷媒流域部との連通を阻止されており
、従って熱交換器として組立てた場合には単に前後のチ
ューブのタンク部と連通する役目を有するのみである。

チューブ内において冷媒流域部２６となるチューブエレ
メントの凹部には２両端に夫々冷媒主通路３０Ａ、　３
０Ｂおよび冷媒補助通路３１Ａ、　３１Ｂを残して冷媒
流をその部分において阻止する二つの直線状の仕切壁９
Ａ、９Ｂが冷媒流域部の幅＋程度の長さだけ水平に形成
されており、この２つの仕切り壁９Ａ、９Ｂ相互は図示
の如く左右互い違いに冷媒主通路３０Ａ、　３０Ｂ及び
冷媒補助通路３１Ａ、　３１Ｂを備えて配されている。

冷媒流域部２Ｂ内部のチューブ内の冷媒を撹拌し冷媒の
熱交換効率を向上させる目的で多数の直線状のリブ１０
がチューブエレメントのパネル状部分全体に渡って斜め
に且つ相互に平行して形成されている。なお第３図にお
いては簡単のためリブｌＯは単に一部のみを示している
。符号２で示した手前側のチューブエレメントはリブ１
０’が奥側のチューブエレメント１のリブ１０とクロス
して当接するように形成されている点を除けば奥側チュ
ーブ１と対称形に製作されている。双方のチューブエレ
メント１及び２を重ね合わせることにより一つの偏平な
袋状のチューブが形成される。第１図の熱交換器の前半
部のチューブは、第３図に示したチューブエレメントで
構成されるチューブを手前から奇数番目と偶数番目とに
おいてその表裏の向きを互い違いにして配されている。

第１図に示されているように本実施例の熱交換器の最終
段の冷媒チューブは、冷媒流出口となるタンク部６が被
冷却空気流の上流側に配されており、この流出口に対向
する流路仕切壁９Ａはその冷媒主通路３０Ａを被冷却空
気の下流側に備えている。

第４図には第１図の熱交換器の後半部に配されている各
チューブが第３図同様各エレメント毎に分解して示され
ている。第３図との相違点はその上側の左右のタンク部
がチューブ内において連通部１２を介して連通している
点である。なお第４図ではリブ１０は省略のため表示し
ていないが第３図同様に形成されている。前半部の最後
列及び後半部の最前列に位置するチューブエレメント１
９は例として第５図に示す如くその上部タンク部に連通
孔を備えていない。なお１第１図の熱交換器における冷
媒流を模式的に示した第２図においては。

前半部と後半部の上部タンク部間に配した冷媒流路壁２
４でこの連通孔を有しないタンク部を模式的に示してい
る。

このように構成した熱交換器の冷媒の流れについて説明
する。

第１図において図示しないコンプレッサにより圧縮され
、コンデンサで液化し、その後膨張弁を通過して冷媒導
入管１８より流入した気液混合状態の冷媒は、冷媒導入
管１８側から見て前半部で且つ手前から奇数番目にある
チューブのその右上タンク部よりチューブ内に流入し、
冷媒流域部を主として矢印の如く仕切壁９Ａ、９Ｂに従
ってコの字状に流れる。

これらのチューブを通った冷媒は更に、後半部でその手
前側から奇数番目の各チューブの左下側のタンク部より
夫々のチューブ内の冷媒流路中に流入しこの冷媒流路を
経由して右上側、及びこれを経由して左上側の双方のタ
ンク部に至る。次に冷媒は、この後半部の各奇数番目の
チューブに後続して隣接する偶数番目のチューブの夫々
の右」二及び左上タンク部よりチューブ内に流入し、冷
媒流路を経由して夫々の右下のタンク部に至り。

奥から順次手前側のタンク部を貫流して前半部のチュー
ブ側に還る。

次にこの冷媒は、前半部で且つ手前から偶数番目のチュ
ーブの夫々の右下タンク部７からチューブ内の冷媒流路
２６に流入し、この冷媒流路を経由して夫々の左上タン
ク部６に至り、更に図示の如く矢印に沿って順次手前側
のタンク部を経由して流れ　冷媒排出管１７より再びコ
ンプレッサ側に還流することとなる。大きな矢印で示し
た被冷却空気流は各チューブの間に配されているコルゲ
ートフィンの間を通過し、冷媒により冷却されると共に
冷媒を気化する。この冷媒流の系統図は第２図に模式的
に示されている。

各チューブ内においての冷媒の流れ方向は第６図の冷媒
流の説明図に一例として示されている。

この例の場合、冷媒流入側のタンク部６より流入した冷
媒は流路仕切壁９Ａによってまずその流れ方向が定めら
れる。即ち流入口６と対向する仕切壁９Ａは流入口と遠
い側に冷媒主通路３０Ａを有しており、従ってこの冷媒
主通路３０Ａを流れる冷媒の主流は蛇行する。次の流路
仕切壁９Ｂは逆の側に冷媒主通路３０Ｂを有しており、
この流路仕切壁によって冷媒は更に蛇行する。２番目の
流路仕切壁９Ｂの冷媒主通路３０Ｂを通過して冷媒流出
口７に向かう場合にも冷媒はその方向が曲げられ。

この流線の長さにより冷媒と被冷却空気との充分な熱交
換が得られる。更に双方の冷媒補助通路３１Ａ、　３１
Ｂは冷媒が流路仕切壁９Ａ、９Ｂとチューブ側壁３２．
３３とで形成されるコーナ一部において滞溜することの
ないように冷媒を補助的に流通させる役目を有し、これ
により熱交換効率を上昇させている。

第１図を参照すると熱交換器の最終段のチューブの出口
付近にあるスーパーヒート領域２５においては冷媒の主
流の方向が被冷却空気流の方向と対向するように冷媒流
出口６及び冷媒主通路３０Ａが配されている。これによ
り、前記冷媒補助通路と相まって、この部分における高
い熱交換効率が得られる。このため冷媒がコンプレッサ
側に液状のまま流入することが確実に防止されている。

またこの対向流により、熱交換器内に占めるスーパーヒ
ート領域の割合が従来品に比べて小さくできる。この結
果蒸発冷却領域の割合が大きくできるので、空調装置の
能力を大きくすることが可能となる。

本実施例においては、冷媒チューブの全てが冷媒主通路
及び冷媒補助通路を有する流路仕切壁を備えるものを示
したが、少くともスーパーヒート領域を有するチューブ
において、冷媒主通路及び冷媒補助流路を備える流路仕
切壁を有し、且つスーパーヒート領域において冷媒の主
流が被冷却空気流と対向する方向に流れることにより本
発明の目的が達成されるものであり、必ずしもチューブ
全体がかかる構成を有することを要しない。

［発明の効果］ 本発明において、少くとも最終段の冷媒チューブは被冷
却空気流の上流側に配される冷媒流出口と、冷媒流域部
に配され一方の側に冷媒主通路を他方の側に冷媒補助通
路を有する流路仕切壁と。

を備えており、且つ、冷媒流出口に対向する流路仕切壁
はその冷媒主通路を被冷却空気流の下流側に配した構成
により、最終段の冷媒チューブのスーパーヒート領域に
おいて冷媒の主流が被冷却空気流と対向し、且つ冷媒補
助通路によりコーナ一部の冷媒の滞溜の恐れを除いたの
で、少くとも最終段のスーパーヒート領域において熱交
換効率の高い熱交換器を提供でき、更にこれにより後続
するコンプレッサが液圧縮により故障するという恐れを
除いた熱交換器を提供できることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る積層型熱交換器のチュ
ーブ配列を熱交換器における冷媒流の向きと共に示す斜
視図。 第２ｖ！Ｊは第１図の熱交換器の冷媒流を模式的に示す
線図。 第３図〜第５図は第１図の熱交換器の各チューブのチュ
ーブエレメントの構造説明図。 第６図は冷媒チューブ内の冷媒の流れを示す説明図。 第７図は従来例の積層型熱交換器の構造を示す斜視図。 第８図は第７図の熱交換器における冷媒流を模式的に示
す線図。 である ［符号の説明］ １〜４，１９・・・チューブエレメント５〜８・・・タ
ンク部 ９Ａ、９Ｂ・・・流路仕切壁 １０、１０’・・・リブ　　　１７・・・冷媒排出管１
８・・・冷媒導入管 ２０〜２３．２０’〜２３′・・・連通孔２５・・・ス
ーパーヒート領域 ２６・・・冷媒流域部 ３０Ａ、　３０Ｂ・・・冷媒主通路 ３１Ａ、　３１Ｂ・・・冷媒補助通路 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 冷媒流入口及び冷媒流出口と該冷媒流入口と冷媒流出口
   の間に配される偏平な冷媒流域部とを備え相互に並列且
   つ複数段に連通される多数の冷媒チューブと、被冷却空
   気がその間を通過する多数のフィンと、を積層状に配し
   てなる積層型熱交換器において、 少くとも最終段の冷媒チューブは、被冷却空気流の上流
   側に配される冷媒流出口と、冷媒流域部に被冷却空気流
   と略平行に配され一方の側に冷媒主通路を他方の側に該
   冷媒主通路よりも小さな冷媒補助通路を夫々有する少く
   とも一つの流路仕切壁と、を備えるものであり、 前記冷媒流出口に対向する前記流路仕切壁は、その冷媒
   主通路を被冷却空気流の下流側に有するものであること
   、 を特徴とする積層型熱交換器。