JPH07280388A

JPH07280388A - 蒸発器

Info

Publication number: JPH07280388A
Application number: JP8795494A
Authority: JP
Inventors: Etsuro Kubota; 悦郎久保田; Masayuki Komaki; 正行古牧; Yasuhiko Tanaka; 庸彦田中; Akinori Ogasawara; 明徳小笠原
Original assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Current assignee: Nippon Light Metal Co Ltd
Priority date: 1994-04-01
Filing date: 1994-04-01
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【目的】簡単な構造により、多数本のチューブの冷媒
流量と共に表面温度分布を平均化できる蒸発器を提供す
る。【構成】平行に配置される上部ヘッダーパイプ２と下
部ヘッダーパイプ３との間に、フィン５を有するチュー
ブ４ａ，４ｂ，・・を所定の間隔で多数本連通し、上部
ヘッダーパイプ２と下部ヘッダーパイプ３にそれぞれ冷
媒排出管７と冷媒供給管６とを連通する。また、上部ヘ
ッダーパイプ２のパイプ手前と奥に冷媒排出管７の排出
管１２，１３をそれぞれ連通し、これら排出管１２，１
３を冷媒供給管６と同一側で１本の管１４に集合するよ
うに連通する。そして排出管１２，１３の管径Ｄ１，Ｄ
２を、運転条件によりその大小関係を変化して両者の排
出流量Ｇ１，Ｇ２が略同一になるように設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、自動車用や家庭用の
空気調和装置に使用される平行流型の蒸発器に関し、詳
しくは、多数本のチューブの表面温度分布の平均化に係
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の蒸発器は、例えば図５に
示すように、蒸発器１が上下に平行配置される上部ヘッ
ダーパイプ２と下部ヘッダーパイプ３を有する。これら
ヘッダーパイプ２，３の間には、扁平に形成される多数
本のチューブ４ａ，４ｂ，・・が所定の間隔で直交して
連通され、チューブ４ａ，４ｂ，・・には表面積を増す
ようにフィン５が設けられている。また、下部ヘッダー
パイプ３の一方には１本の冷媒供給管６が連通され、上
記上部ヘッダーパイプ２において１本の冷媒排出管７が
連通されて構成したものが知られている。

【０００３】この蒸発器１において、膨張弁８で絞った
低圧低温の気液二相状態の冷媒Ａが冷媒供給管６により
所定の流入速度で下部ヘッダーパイプ３に供給される
と、その冷媒Ａが多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・に
分流して流れる。そして、冷媒Ａがチューブ４ａ，４
ｂ，・・を上昇する過程で、フィン５により広い表面積
で高温の空気Ｂに触れて蒸発気化し、このとき空気Ｂの
熱を奪って冷却するように熱交換される。また多数本の
チューブ４ａ，４ｂ，・・で蒸発した気体状の冷媒Ａは
上部ヘッダーパイプ２に流入して集合され、この冷媒Ａ
が冷媒排出管７により排出して圧縮機９に吸入されるの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術のものにあっては、上、下部ヘッダーパイプ２，
３の同一側に冷媒排出管６と冷媒供給管７とが１本づつ
連通された構成であるから、多数本のチューブ４ａ，４
ｂ，・・において、冷媒排出管６や冷媒供給管７との連
通部に近い近回り経路１０と、その連通部から離れた遠
回り経路１１の通路抵抗が略同じになる。このため運転
条件により冷媒Ａが、下部ヘッダーパイプ３の入口又は
奥の一方に片寄って流入すると、多数本のチューブ４
ａ，４ｂ，・・の近回り経路１０と遠回り経路１１にお
いても冷媒Ａが片寄って流れて、チューブ表面温度分布
が不均一になる不都合があった。

【０００５】図６，図７において、従来例の実験結果に
ついて説明する。蒸発器諸元は、チューブ本数が２９
本、ヘッダーパイプ長が２９３ｍｍ、ヘッダーパイプ間
隔が２１９ｍｍ、フィンピッチが１．４ｍｍ、ヘッダー
パイプ管径が１７．５ｍｍである。またチューブ表面温
度は、図５のように両ヘッダーパイプ２，３に近い箇所
の温度Ｔ１，Ｔ３と、中間の温度Ｔ２の３箇所を測定す
る。

【０００６】そこで冷媒流入速度ｖが、例えば１ｍ／ｓ
の遅い運転条件では、冷媒Ａが下部ヘッダーパイプ３の
入口側に集中して奥に流れにくくなり、このためチュー
ブ４ａ，４ｂ，・・の近回り経路１０の冷媒流量Ｑ１が
多く（例えば２２ｋｇ／ｈ）、遠回り経路１１の冷媒流
量Ｑ２が少なくなる（例えば７ｋｇ／ｈ）。そこで近回
り経路１０では冷媒流量Ｑ１が多いことで、３箇所のチ
ューブ表面温度Ｔ１〜Ｔ３がいずれも図６のように低下
する。一方、遠回り経路１１では冷媒流量Ｑ２が少なく
て冷却機能が低下するため、同図のように中間と上部ヘ
ッダーパイプ側の温度Ｔ２，Ｔ３が高くなり、これによ
り両経路１０，１１のチューブ表面温度Ｔ１〜Ｔ３が顕
著に不均一になっていることが判る。

【０００７】冷媒流入速度ｖが、例えば２０ｍ／ｓの速
い運転条件では、逆に冷媒Ａが下部ヘッダーパイプ３の
奥に多く流入し、近回り経路１０の冷媒流量Ｑ１が少な
く（例えば８ｋｇ／ｈ）、遠回り経路１１の冷媒流量Ｑ
２が多くなる（例えば２１ｋｇ／ｈ）。そこで、近回り
経路１０では冷却機能が低下して、中間と上部ヘッダー
パイプ側の温度Ｔ２，Ｔ３が図７のように高くなり、遠
回り経路１１では温度低下し、この場合もチューブ表面
温度Ｔ１〜Ｔ３が同様に不均一になっていることが判
る。

【０００８】こうして冷媒流入速度ｖが遅い場合と速い
場合のいずれの運転条件でも、多数本のチューブ４ａ，
４ｂ，・・の全域で、冷媒流量Ｑ１，Ｑ２と共に表面温
度Ｔ１〜Ｔ３が不均一になる。このため蒸発器１の冷却
機能が有効に発揮されない等の不都合があった。

【０００９】この発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、簡単な構造により、多数本のチューブの冷媒流量と
共に表面温度分布を平均化できる蒸発器を提供すること
を目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の蒸発器は、平行に配置される上部ヘッダ
ーパイプと下部ヘッダーパイプとの間に、フィンを有す
るチューブが所定の間隔で多数本連通され、上記上部ヘ
ッダーパイプと下部ヘッダーパイプの同一側にそれぞれ
冷媒排出管と冷媒供給管とが連通される蒸発器におい
て、上記冷媒排出管が上記上部ヘッダーパイプの両側に
連通される第１の排出管と第２排出管とを備え、これら
第１と第２の排出管を１本の管に集合するように連通
し、かつ第１と第２の排出管の通路抵抗を、運転条件に
よりその大小関係を変化して両者の排出流量が略同一に
なるように設定することを特徴とするものである。

【００１１】この発明において、第１と第２の排出管
は、上部ヘッダーパイプに各別に連通するのみならず、
上部ヘッダーパイプに仕切り等により区画して一体的に
形成してもよい。

【００１２】また、この発明の蒸発器は、平行に配置さ
れる上部ヘッダーパイプと下部ヘッダーパイプとの間
に、フィンを有するチューブが所定の間隔で多数本連通
され、上記下部ヘッダーパイプの一方に冷媒を供給する
冷媒供給管が連通され、上記上部ヘッダーパイプのパイ
プ手前に冷媒排出管の第１の排出管が、パイプ奥に第２
の排出管がそれぞれ連通され、この第２の排出管が第１
の排出管と共に１本の管に集合するように連通される蒸
発器において、冷媒流入速度ｖが遅い場合は、第２の排
出管より第１の排出管の通路抵抗を大きくして両者の排
出流量が略同一になるように設定し、冷媒流入速度ｖが
速い場合は、第１の排出管より第２の排出管の通路抵抗
を大きくして両者の排出流量が略同一になるように設定
することを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】上記のように構成されるこの発明の蒸発器によ
れば、上部ヘッダーパイプの両側に冷媒排出管の第１の
排出管と第２排出管が連通され、これら第１と第２の排
出管の通路抵抗が、運転条件によりその大小関係を変化
して両者の排出流量が略同一になるように設定されるこ
とで、第１の排出管の通路抵抗が大きい場合は、複数本
のチューブの例えば近回り経路に作用する。また、第２
の排出管の通路抵抗が大きい場合は、チューブの遠回り
経路に作用する。なお、通路抵抗を大きくする方法とし
て、管径を小さくする、管径長さを長くする、管内面を
粗くする等の方法がある。

【００１４】このため低圧低温の気液二相状態の冷媒
が、冷媒供給管により所定の流入速度で下部ヘッダーパ
イプに供給され、その冷媒が多数本のチューブに分流
し、かつ高温の空気に触れて蒸発気化しながら上昇する
ように流れる際に、チューブの近回り経路と遠回り経路
において、運転条件により冷媒が多く集中する部分はそ
の流れが制限され、逆に流れにくい部分はその流れが促
される。また、第１と第２の排出管の排出流量が略同一
に設定されるため、両経路の冷媒流量も略同一に調整さ
れる。そこでチューブの両経路で表面温度分布を平均化
することが可能となり、冷却機能が略同一に発揮され
る。

【００１５】

【実施例】以下にこの発明の実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。図１において、蒸発器の構成について説
明する。なお、図５の従来例と同一の部分には同一の符
号を付して説明する。

【００１６】図において、蒸発器１は上下に平行配置さ
れる上部ヘッダーパイプ２と下部ヘッダーパイプ３を有
する。これらヘッダーパイプ２，３の間には扁平に形成
される多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・が、所定の間
隔で直交して連通され、チューブ４ａ，４ｂ，・・には
表面積を増すようにフィン５が設けられている。また、
下部ヘッダーパイプ３の一方には１本の冷媒供給管６が
連通され、この冷媒供給管６に膨張弁８が設けられてい
る。

【００１７】上部ヘッダーパイプ２には、冷媒排出管７
として２本の排出管１２，１３がパイプ手前と奥の両側
に連通され、上部ヘッダーパイプ２の両側の２箇所から
冷媒Ａを排出することが可能になっている。パイプ奥の
排出管１３は、上部ヘッダーパイプ２を迂回して冷媒供
給管６と同一側に引き回され、パイプ手前の排出管１２
と共に１本の管１４に集合して連通され、この管１４に
より圧縮機９の吸入側に連通される。

【００１８】そこで、パイプ手前の排出管１２は短く、
パイプ奥の排出管１３は長くなり、両者の管径Ｄ１，Ｄ
２が同一な場合は、パイプ奥の排出管１３の通路抵抗の
方が大きくなって、その大きい通路抵抗がチューブ４
ａ，４ｂ，・・の遠回り経路１１に作用する。また、パ
イプ手前の排出管１２の管径Ｄ１を小さく設定すると、
その排出管１２の通路抵抗の方が大きくなって、その大
きい通路抵抗がチューブ４ａ，４ｂ，・・の近回り経路
１０に作用する。従って、運転条件により多数本のチュ
ーブ４ａ，４ｂ，・・の近回り経路１０と遠回り経路１
１との冷媒流量Ｑ１，Ｑ２が異なる場合に、その冷媒流
量Ｑ１，Ｑ２の多少に対して２本の排出管１２，１３の
管径Ｄ１，Ｄ２の大小関係を逆に設定し、かつ２本の排
出管１２，１３の排出流量Ｇ１，Ｇ２が等しくなるよう
に設定することで、複数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・
の冷媒Ａの流れを平均化することが可能になる。

【００１９】そこで、冷媒流入速度ｖが遅い場合の運転
条件では、多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・の近回り
経路１０に冷媒Ａが多く集中して流れ易く、遠回り経路
１１では流れにくい状態になる。そのため２本の排出管
１２，１３の管径Ｄ１，Ｄ２が、Ｄ１＜Ｄ２で、両者の
排出流量Ｇ１，Ｇ２が、Ｇ１＝Ｇ２に設定される。

【００２０】また、冷媒流入速度ｖが速い場合の運転条
件では、逆に多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・の近回
り経路１０では流れにくく、遠回り経路１１が冷媒Ａの
集中で流れ易い状態になる。このため２本の排出管１
２，１３の管径Ｄ１，Ｄ２が、Ｄ２＜Ｄ１で、同様にＧ
１＝Ｇ２に設定される。

【００２１】次に、この実施例の作用について説明す
る。冷凍サイクルの運転時に、圧縮機９の吸入により膨
張弁８で絞った低圧低温の気液二相状態の冷媒Ａが、冷
媒供給管６により所定の流入速度で下部ヘッダーパイプ
３に供給され、その冷媒Ａが多数本のチューブ４ａ，４
ｂ，・・に分流して流れる。そして、冷媒Ａがチューブ
４ａ，４ｂ，・・を上昇する過程で、フィン５により広
い表面積で高温の空気Ｂに触れて蒸発気化し、この際空
気Ｂの熱を奪って冷却するように熱交換される。

【００２２】このとき、冷媒流入速度ｖが遅い運転条件
では、パイプ手前の排出管１２の管径Ｄ１が小さくて通
路抵抗が大きく、パイプ奥の排出管１３の管径Ｄ２が大
きくて通路抵抗が小さく設定されている。このため多数
本のチューブ４ａ，４ｂ，・・において近回り経路１０
に冷媒Ａが集中してもその流れが大きい通路抵抗で制限
され、遠回り経路１１では小さい通路抵抗により冷媒Ａ
の流れが促進される。また、２本の排出管１２，１３の
排出流量Ｇ１，Ｇ２が等しく設定されるため、両経路１
０，１１の冷媒流量Ｑ１，Ｑ２も略同一に調整される。
そこで、チューブ４ａ，４ｂ，・・の両経路１０，１１
ではチューブ表面温度分布が平均化されて冷却機能が同
一に発揮される。

【００２３】また、多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・・
で蒸発した気体状の冷媒Ａは、略同一のタイミングで上
部ヘッダーパイプ２に流入して集合される。そして、こ
の冷媒Ａが２分割して２本の排出管１２，１３により同
一の排出流量Ｇ１，Ｇ２で排出され、更に冷媒供給管６
と同一側で１本の管１４に集合して圧縮機９に吸入され
る。

【００２４】冷媒流入速度ｖが速い運転条件では、２本
の排出管１２，１３の通路抵抗が逆の関係に設定され
る。このため今度は、多数本のチューブ４ａ，４ｂ，・
・において遠回り経路１１に冷媒Ａが集中して流れ易く
なってもその流れが大きい通路抵抗により制限され、近
回り経路１０では小さい通路抵抗により冷媒Ａの流れが
促進され、かつ両経路１０，１１の冷媒流量Ｑ１，Ｑ２
が同じに調整される。そこでこの場合も同様に、チュー
ブ表面温度分布が平均化される。

【００２５】図２、図３において、この実施例の実験結
果について説明する。蒸発器諸元は、従来の場合と同一
であり、冷媒流入速度ｖが遅い、ｖ＝１ｍ／ｓの場合
に、Ｄ１＝４．３ｍｍ，Ｄ２＝８．８ｍｍに設定する
と、冷房標準試験時に２本の排出管１２，１３の排出流
量Ｇ１，Ｇ２が、Ｇ１＝Ｇ２＝１９ｋｇ／ｈになった。
この場合に従来例と同様にチューブ４ａ，４ｂ，・・の
３箇所の表面温度Ｔ１〜Ｔ３を測定したところ、図２の
ような結果が得られた。即ち、多数本のチューブ４ａ，
４ｂ，・・の全域において、３箇所の表面温度Ｔ１〜Ｔ
３がいずれも略同一レベルで、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３の関係
になり、これによりチューブ表面温度Ｔ１〜Ｔ３が明確
に平均化することが判る。

【００２６】冷媒流入速度ｖが速い、ｖ＝２０ｍ／ｓの
場合に、Ｄ１＝１３．２ｍｍ，Ｄ２＝２．３ｍｍに設定
すると、冷房標準試験時に２本の排出管１２，１３の排
出流量Ｇ１，Ｇ２が、Ｇ１＝Ｇ２＝１９ｋｇ／ｈになっ
た。この場合にチューブ４ａ，４ｂ，・・の３箇所の表
面温度Ｔ１〜Ｔ３を測定したところ、図３のような結果
が得られた。従って、この場合も多数本のチューブ４
ａ，４ｂ，・・の全域で、３箇所の表面温度Ｔ１〜Ｔ３
のずれも略同一レベルで変化して明確に平均化すること
が判る。

【００２７】なお、上記実施例では、２本の排出管１
２，１３を別体に設ける場合について説明したが、図４
に示すように、２本の排出管１２，１３は、上部ヘッダ
ーパイプ２に仕切り１５を設けて区画することで、一体
的に形成してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の蒸発
器によれば、冷媒排出管が上部ヘッダーパイプの両側に
連通される第１の排出管と第２排出管とを備え、これら
第１と第２の排出管を冷媒供給管と１本の管に集合する
ように連通し、かつ第１と第２の排出管の通路抵抗を、
運転条件によりその大小関係を変化して両者の排出流量
が略同一になるように設定して構成されているので、運
転条件により冷媒が下部ヘッダーパイプに片寄って流入
する場合に、第１と第２の排出管の通路抵抗の違いによ
り、多数本のチューブの全域の冷媒流量と表面温度分布
を平均化することが可能となる。このため蒸発器の冷却
機能が向上する。また冷媒排出管として２本の排出管の
通路抵抗を変化させるだけの構成であるから、構造が簡
単になって、コストも安価になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の蒸発器の実施例を示す断面図であ
る。

【図２】この実施例の実験結果のチューブ表面温度分布
状態を示すグラフ線図である。

【図３】この実施例の実験結果のチューブ表面温度分布
状態の別の例を示すグラフ線図である。

【図４】この発明の蒸発器の変形例を示す要部の断面図
である。

【図５】従来の蒸発器を示す断面図である。

【図６】従来の蒸発器の実験結果のチューブ表面温度分
布状態を示すグラフ線図である。

【図７】従来の蒸発器の実験結果のチューブ表面温度分
布状態の別の例を示すグラフ線図である。

【符号の説明】

１蒸発器２上部ヘッダーパイプ３下部ヘッダーパイプ４ａ，４ｂ，・・チューブ５フィン６冷媒供給管７冷媒排出管１２パイプ手前の排出管（第１の排出管）１３パイプ奥の排出管（第２の排出管）１４管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小笠原明徳静岡県庵原郡蒲原町蒲原161番地日本軽金属株式会社熱交製品工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平行に配置される上部ヘッダーパイプと
下部ヘッダーパイプとの間に、フィンを有するチューブ
が所定の間隔で多数本連通され、上記上部ヘッダーパイ
プと下部ヘッダーパイプにそれぞれ冷媒排出管と冷媒供
給管とが連通される蒸発器において、上記冷媒排出管が上記上部ヘッダーパイプの両側に連通
される第１の排出管と第２排出管とを備え、これら第１
と第２の排出管を１本の管に集合するように連通し、か
つ第１と第２の排出管の管径を、運転条件によりその大
小関係を変化して両者の排出流量が略同一になるように
設定することを特徴とする蒸発器。
【請求項２】平行に配置される上部ヘッダーパイプと
下部ヘッダーパイプとの間に、フィンを有するチューブ
が所定の間隔で多数本連通され、上記下部ヘッダーパイ
プの一方に冷媒を供給する冷媒供給管が連通され、上記
上部ヘッダーパイプのパイプ手前に冷媒排出管の第１の
排出管が、パイプ奥に第２の排出管がそれぞれ連通さ
れ、この第２の排出管が第１の排出管と共に１本の管に
集合するように連通される蒸発器において、冷媒の流入速度が遅い場合は、第２の排出管より第１の
排出管の通路抵抗を大きくして両者の排出流量が略同一
になるように管径及び長さを設定し、冷媒の流入速度が
速い場合は、第１の排出管より第２の排出管の通路抵抗
を大きくして両者の排出流量が略同一になるように管径
及び長さを設定することを特徴とする蒸発器。