JPH09257386A

JPH09257386A - 分配装置及びそれを備えた熱交換器

Info

Publication number: JPH09257386A
Application number: JP8066032A
Authority: JP
Inventors: Toshiji Niimura; 利治新村; Tomohiro Chiba; 朋広千葉
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03
Also published as: US5979547A; DE69700220D1; EP0797067B1; EP0797067A1; DE69700220T2

Abstract

(57)【要約】【課題】熱交換器を構成する複数のチューブに対して
媒体を均等に分配することが可能な分配装置を提供する
こと。【解決手段】熱交換器１０に供給する媒体を分配する
ための分配部３と、分配部３内の媒体を熱交換器１０内
に流通させる複数の分配通路４とを含む分配装置１にお
いて、分配通路４が、実質的に分配部３内の等ボイド率
線に沿って設けられてい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、熱交換器を構成す
る複数のチューブに対して媒体を均等に分配して供給す
る分配装置、及びそれを備えた熱交換器に属する。

【０００２】

【従来の技術】熱交換器の性能は、熱交換器を構成する
複数のチューブの外側を流通する流体側の熱伝達だけで
なく、チューブ内を流通する流体の熱伝達、特に流体の
分流に大きく影響を受ける。特に蒸発器においては、気
液混合状態で蒸発器に導入された冷媒は、気相と液相の
ボイド率により、それぞれ慣性力が異なり、特定のチュ
ーブに液相の冷媒が集中し、また別のチューブに気相の
冷媒が集中するというように蒸発器内で温度分布が生
じ、この結果、熱交換器の大きな性能低下を招いてい
る。

【０００３】そこで、各チューブに均一に冷媒を分布さ
せるものとして、図１７に示すような分配装置を備えた
蒸発器が発明されている。この蒸発器１００は、冷媒の
分配、集合を司るタンク部１０１，１０２、及びタンク
部１０１，１０２間を連通するチューブ部１０３を有す
る流路管（チューブ）１０４を複数積層して成ってい
る。そして、複数のタンク部１０１で入口タンクが蒸発
器１００の上端部に構成され、また、複数のタンク部１
０２で出口タンクが蒸発器１００の下端部に構成されて
いる。更に、冷媒の導入管１０５の一端に接続された絞
り部１０６から分配部１０７を介して各タンク部１０１
へ向けて、それぞれ一つのチューブ１０４にのみ連通す
る分配管（分配通路）１０８が設けられている。この従
来の場合、絞り部１０６、分配部１０７、及び分配管１
０８で分配装置が構成されている。この分配装置によ
り、各チューブ１０４に均一に冷媒を分配しようとする
ものである。

【０００４】また、この蒸発器の多数の分配管の取り付
け性の改善や引き回しスペースの簡略化の為に、図１
８、図１９、及び図２０に示すように、多穴管１０９を
分配管として熱交換器１００のタンク内に設けるもの
が、特開平４−１５５１９４号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、絞り部
を経た冷媒は、気液混合状態となり、適当に分配管を分
配部に接続したのでは、冷媒は分配管に均等に分配され
ないという問題点があった。図１８、図１９、及び図２
０に示す蒸発器においても、分配管の取り付け性の簡略
化や引き回しスペースの削除については効果があるが、
チューブへの冷媒の均一な分配は、多穴管１０９に冷媒
が均等に導入されないことには成り立たないものであ
る。しかしながら、特開平４−１５５１９４号公報に
は、多穴管への冷媒の均一な導入手段については一切開
示されていない。

【０００６】それ故に、本発明の課題は、熱交換器を構
成する複数のチューブに対して媒体を均等に分配するこ
とが可能な分配装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明によ
れば、熱交換器に供給する媒体を分配するための分配部
と、該分配部内の前記媒体を熱交換器内に流通させる複
数の分配通路とを含む分配装置において、前記分配通路
の媒体導入部が、実質的に前記分配部内の等ボイド率線
に沿って設けられていることを特徴とする分配装置が得
られる。

【０００８】請求項２記載の発明によれば、熱交換器に
供給する媒体を分配するための分配部と、該分配部内の
前記媒体を熱交換器内に流通させる複数の分配通路とを
含む分配装置において、前記分配通路の媒体導入部が、
実質的に前記分配部内の等ボイド率面上に配置されてい
ることを特徴とする分配装置が得られる。

【０００９】請求項３記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の分配装置が、熱交換器のタンク内に設
けられていることを特徴とする分配装置を備えた熱交換
器が得られる。

【００１０】請求項４記載の発明によれば、請求項１又
は請求項２記載の分配装置が、熱交換器のタンク外に直
付けされていることを特徴とする分配装置を備えた熱交
換器が得られる。

【００１１】請求項５記載の発明によれば、請求項３又
は請求項４記載の分配装置を備えた熱交換器において、
前記熱交換器を構成する複数のチューブを複数のチュー
ブ群に分け、該チューブ群に対応させて前記タンク内を
仕切って複数の区画を構成し、該区画にそれぞれ前記分
配通路を連通させたことを特徴とする分配装置を備えた
熱交換器が得られる。

【００１２】

【作用】本発明の分配装置では、分配部内の媒体の状態
にあわせて分配通路を分配部に接続することにより媒体
を均等に分配することを可能にした。分配部内の媒体の
状態は、媒体の流通方向と分配通路の分配部に対する接
続方向とにより大きく異なる。例えば、図１（ａ）のよ
うに、絞り部から出た媒体の流通方向と分配通路の分配
部に対する接続方向とが、実質的に一直線上に並んでい
る場合は、分配部内の媒体の状態は、遠心力による慣性
力により分配部の中央付近では気相の媒体が多く、また
壁付近では液相の媒体が多くなる。ここで、ボイド率を
二相流中の気体の占める容積割合と定義し、更に、同じ
ボイド率の位置を結んだラインを等ボイド率線と定義す
ると、ボイド率は、分配部の断面で見ると図１（ｂ）の
ような分布になり、点線で示すような等ボイド率線が引
ける。また、例えば、図２（ａ）のように、絞り部から
出た媒体の流通方向と分配通路の分配部に対する接続方
向とが、実質的に直角に成っている場合は、媒体の流通
方向において、媒体の流通による慣性力によりボイド率
の分布が生じる。即ち、分配部の手前（導入管側）付近
では気相の媒体が多く、また分配部の奥の方では液相の
媒体が多くなる。従って、等ボイド率線は図２（ｂ）の
ように引ける。また、例えば、図３（ａ）のように、絞
り部から出た媒体の流通方向と分配通路の分配部に対す
る接続方向が一直線上に並んでおらず、また単純に絞り
部から出た媒体の流通方向と分配通路の分配部に対する
接続方向とが直角にも成っていない場合は、等ボイド率
線の集合により形成される面、即ち等ボイド率面が、図
３（ｂ）のように描ける。これは、絞り部から出た媒体
は流通方向に気液の分布ができ、この状態から流通方向
を略直角に変え、ここでも、流通方向に気液の分布が生
じるためである。

【００１３】具体的には、図１に示すような接続形態の
場合には、略同心円上に等ボイド率線が引けるため、分
配通路も略同心円上に配置させれば、媒体が均等に分配
される。この場合の構成は、図１９に示すものと近似し
た構成に成るが、これは、特開平４−１５５１９４号公
報記載の発明の多穴管のバリエーションの一つとたまた
ま近似したものであり、上述したように、特開平４−１
５５１９４号公報には、多穴管への媒体の均一な導入手
段に関しては一切開示されておらず、また、図１９に示
すものは、多穴管の径方向において、冷媒通路が複数の
等ボイド率線に跨がっており、このような構成では、媒
体を均等に分配することは不可能である。

【００１４】図２に示すような接続形態の場合にも、実
質的に等ボイド率線上に分配通路を設ければ、媒体が均
等に分配される。更に、図３に示すような接続形態の場
合には、３次元的に等ボイド率面が分布するため、分配
部に対する分配通路の先端の挿入代を変えて、その先端
を実質的に等ボイド率面上に配置すれば、媒体が均等に
分配される。

【００１５】このように、分配通路の媒体導入部を略等
ボイド率線（面）上に配することにより、各チューブに
分配される媒体の質量流量がほぼ同一になり、熱交換器
において均一な温度分布を得られ、この結果、熱交換器
の性能が向上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施形態に
よる分配装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）
のＡ−Ａ断面における等ボイド率線を示す説明図、
（ｃ）は正面図である。

【００１７】図１を参照して、第１の実施形態による分
配装置１は、絞り部２と、分配部３と、分配通路の一形
態である分配管４とから成り、絞り部２から分配部３に
流入した媒体の流通方向と分配管４の分配部３に対する
接続方向とが、実質的に一直線に沿って並んでいるタイ
プのものである。絞り部２には、導入管５の一端が接続
されている。この絞り部２は、冷凍回路（図示せず）中
の他の部位に膨脹弁が設けられていれば、必ずしも必要
でない。分配部３は、絞り部２に連結され、その内部の
等ボイド率線は、図１（ｂ）のように成っている。分配
管４の一端（媒体導入部）は、一の等ボイド率線に沿っ
て分配部３に接続され、他端は、熱交換器（図示せず）
のタンク内に構成された区画にそれぞれ接続されてい
る。

【００１８】本実施形態の場合、ボイド率の分布が略２
次元的であるため、分配管４の分配部３に対する挿入代
が同じでも大きく分布に影響されない。

【００１９】図２は本発明の第２の実施形態による分配
装置を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ
断面における等ボイド率線を示す説明図、（ｃ）は正面
図である。

【００２０】図２を参照して、第２の実施形態による分
配装置１も、絞り部２と、分配部３と、分配管４とから
成るが、絞り部２から分配部３に流入した媒体の流通方
向と分配管４の分配部３に対する接続方向とが、実質的
に直角に成るタイプのものである。

【００２１】本実施形態の場合も、ボイド率の分布が略
２次元的であるため、分配管４の分配部３に対する挿入
代が同じでも大きく分布に影響されない。

【００２２】図３は本発明の第３の実施形態による分配
装置を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は等ボイド率面を
示す透視図、（ｃ）は透視図である。

【００２３】図３を参照して、第３の実施形態による分
配装置１も、絞り部２と、分配部３と、分配管４とから
成るが、絞り部２から分配部３に流入した媒体の流通方
向と分配管４の分配部３に対する接続方向とが、実質的
一直線上に並ぶものでも、絞り部２から分配部３に流入
した媒体の流通方向と分配管４の分配部３に対する接続
方向とが、実質的に直角に成るタイプのものでもない。

【００２４】本発明の第４の実施形態による熱交換器を
図４に示す。本実施形態の熱交換器１０は、板材をプレ
ス加工した２枚の成形プレートを最中合わせにすること
によりチューブ１１を形成し、このチューブ１１とフィ
ン１２とを複数積層し、チュープ１１の端部に冷媒の分
配、集合を司る入口タンク１３及び出口タンク１４を配
して成り、一般的にドロンカップタイブ或いはプレート
フィンタイプと呼ばれる蒸発器である。この場合は、絞
り部（図示せず）から導入された冷媒が分配部３に流
れ、分配管（図示せず）に分配される。この分配管は、
仕切１５により支持されている。この熱交換器１０内の
冷媒の流れを図５に示す。導入管５から分配部３を経
て、分配管により入口タンク１３に導入された冷媒は、
チューブ１１内をＵ字状に流れ、出口タンク１４に導か
れ導出管６より流出する。これは、いわゆる２パスの流
れである。このように分配部３及び分配管をタンク内に
一体に設けることにより、取り回しスペースの問題も解
決する。

【００２５】また、図１に示す分配装置１と同タイプの
分配装置を熱交換器のタンク内に組み入れた第５の実施
形態を図６を示す。本実施形態の熱交換器１０におい
て、図４に示す熱交換器１０と同構成の部分について
は、図４のものと同じ参照番号を付し、その説明を省略
する（以下の第６乃至第１０の実施形態につても同様と
する）。この熱交換器１０の要部の断面を図７に示す。
また、この熱交換器１０内の冷媒の流れは図８に示す通
りである。本実施形態では、入口タンク１３内を各チュ
ーブ１１ごとに仕切１５により区画し、それぞれの区画
にほぼ同一のボイド率の位置よりそれぞれ分配管４を配
している。この場合、冷媒は絞り部２を通過後、入口タ
ンク１３に向かって直線的に流入するため、等ボイド率
線は図１（ｂ）のようにほぼ同心円上に分布し、分配管
４は図７（２）に示すように、同心円上に配置される。

【００２６】図９に図２に示す分配装置１と同タイプの
分配装置を熱交換器のタンク内に組み入れた第６の実施
形態を示す。図９に示す熱交換器１０の要部の断面を図
１０に示す。この熱交換器１０の側面には、導入管５と
分配部３とを連通する冷媒導入用タンク１６、及び出口
タンク１４と導出管６とを連通する冷媒導出用タンク１
７が設けられている。この熱交換器１０の場合、図９に
示す入口タンク１３が冷媒流通方向に比較的長いため、
冷媒の流れは冷媒導入用タンク１６の長さ方向が主体と
なり、分配部３での冷媒の等ボイド率線は、ちょうど図
２（ｂ）のようになる。そのため分配管４の配置は図１
０（ｂ）のＥ−Ｅ断面のようになる。本実施形態も図７
に示す実施形態と同様に、入口タンク１３内を各チュー
ブ１１ごとに仕切１５により区画し、それぞれの区画に
ほぼ同一のボイド率の位置にそれぞれ分配管４の媒体導
入部を配している。

【００２７】但し、本実施形態の熱交換器１０におい
て、冷媒導入用タンク１６が短い場合には、図１０の点
線矢印に示すように、冷媒の流れ方向が冷媒導入用タン
ク１６の長さ方向だけでなく、入口タンク１３側への方
向も伴うため、ボイド率分布は略図３のようになる。図
示しないが、この場合も分配管４の先端位置を等ボイド
率面に沿うように配置する。

【００２８】部品点数の多さを解消するために、チュー
ブ１本に対してではなく、冷媒の均等分配の思想に影響
を及ぼさない程度に、熱交換器のタンク部を複数に分割
することにより複数のチューブ群に区画を分割し、それ
ぞれ各区画に分配管を連通させてもよい。この場合、大
事なことは各区画に同量の冷媒質量流量が分配されるこ
とである。図７及び図１０に示す実施形態では、チュー
ブ１本ごとに区画を設けていたが、この区画を一つチュ
ーブごとではなく、複数のチューブを一つの区画として
いる点が図７及び図１０に示す実施形態と異なる。図１
１、図１２、及び図１３にその実施形態を示す。

【００２９】図１１に示す蒸発器１０は、図６に示す蒸
発器と同タイプのものであるが、本実施形態の場合、仕
切１５をチューブ２本毎に設け、入口タンク１３内を５
区画に分割している。そして、同じ内径の分配管４をそ
れぞれの区画に連結し、且つ分配管４の媒体導入部を図
１１（ｂ）に示すＦ−Ｆ断面のように等ボイド率線上に
配してある。

【００３０】図１２に示す蒸発器１０は、図９に示す蒸
発器と同タイプのものであるが、仕切１５をチューブ１
１が５本づつになるように配し、入口タンク１３内を２
区画に分割している。そして、同じ内径の分配管４をそ
れぞれの区画に連結し、且つ分配管４の媒体導入部を図
１２（ｂ）に示すＧ−Ｇ断面のように等ボイド率線上に
配してある。この図１１及び図１２に示す実施形態で
は、各区画に同量の冷媒質量流量が分配される。

【００３１】図１３に示す蒸発器１０は、図９に示す蒸
発器と同タイプのものであるが、チューブ本数が異なる
ように仕切１５で入口タンク１３内を区画し、それぞれ
の区画に分配管４を接続し、それぞれの分配管４は、各
区画のチューブ総断面積（あるいは本数）に比例した分
配管断面積とする。つまり分配管４の内径は同一に限っ
たものではなく、チューブ総断面積（あるいは本数）に
より変化しても良い。これにより各区画に導入される冷
媒の質量流量は異なるが、各チューブ１１にはほぼ同量
の冷媒の質量流量が流入する。勿論、この区画数（分配
管数）や分配管の断面積をこの実施形態に限定するもの
ではなく、任意に各チューブにほぼ同量の冷媒質量流量
を分配すればよいものである。また、チューブそれぞれ
の断面積が場所により異なるならば、これも考慮に入れ
なければならない。

【００３２】次に、図１４及び図１５に第１０の実施形
態を示す。本実施形態の蒸発器における冷媒の流れは図
１６に示すように、分配部３を経て分配管４を通じて、
仕切１５までの第１のタンク１８の略半分に流入し、チ
ューブ１１内をＵ字状に流れ、第２のタンク１９の略半
分に流れタンク１９内を反対側に流れる。この時、同様
にタンク１９の反対側の半分を複数の区画に区分し、そ
れぞれに分配管４を配し流通させる。このようにタンク
１９の反対側に流れた冷媒は、チューブ１１内をＵ字状
に流れ、タンク１８の反対側の略半分に流れ、導出管６
に導かれる。いわゆる４パスの流れである。

【００３３】この場合、タンク１８内に分配管４を略同
ボイド率線上に配するだけでなく、タンク１９において
も同様に分配管４を略同ボイド率線上に配する。なぜな
らば、タンク１９内でも気液の分離が生じタンク１９の
奥側に液冷媒が、手前側（仕切１５の近傍）にガス冷媒
が偏り、温度分布が生じるためである。

【００３４】この場合も区画数（分配管数）や分配管の
断面積を本実施形態に限定されるものではなく、任意に
各チューブにほぼ同量の冷媒質量流量を分配すればよい
ものである。

【００３５】また、タンク１９のみに分配管４を同様な
技術思想で設けても良い。

【００３６】また、各実施形態ではドロンカップタイプ
の蒸発器をベースに説明してきたが、これにこだわるも
のではなく、タンクが設けられている熱交換器には全て
適用されるものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、熱交換器を構成する複
数のチューブに対して媒体を均等に分配することがで
き、この結果、熱交換器において温度分布が少なくな
り、この結果、熱交換器の性能を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施形態による分配装置
を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面
における等ボイド率線を示す説明図、（ｃ）は正面図で
ある。

【図２】図２は本発明の第２の実施形態による分配装置
を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面
における等ボイド率線を示す説明図、（ｃ）は正面図で
ある。

【図３】図３は本発明の第３の実施形態による分配装置
を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は等ボイド率面を示す
透視図、（ｃ）は透視図である。

【図４】図４は本発明の第４の実施形態による熱交換器
の斜視図である。

【図５】図５は図４に示す熱交換器の冷媒の流れを示す
説明図である。

【図６】図６は本発明の第５の実施形態による熱交換器
の斜視図である。

【図７】図７は図６に示す熱交換器の要部示し、（ａ）
は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線での断面図であ
る。

【図８】図８は図６に示す熱交換器の冷媒の流れを示す
説明図である。

【図９】図９は本発明の第６の実施形態による熱交換器
の斜視図である。

【図１０】図１０は図９に示す熱交換器の要部示し、
（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線での断面
図である。

【図１１】図１１は本発明の第７の実施形態による熱交
換器の要部を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＦ−Ｆ線での断面図である。

【図１２】図１２は本発明の第８の実施形態による熱交
換器の要部を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＧ−Ｇ線での断面図である。

【図１３】図１３は本発明の第９の実施形態による熱交
換器の要部を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）
のＨ−Ｈ線での断面図である。

【図１４】図１４は本発明の第１０の実施形態による熱
交換器の斜視図である。

【図１５】図１５は図１４に示す熱交換器の要部の横断
面図である。

【図１６】図１６は図１４に示す熱交換器の冷媒の流れ
を示す説明図である。

【図１７】図１７は従来の分配装置を備えた熱交換器の
第１の例の正面図である。

【図１８】図１８は従来の分配装置を備えた熱交換器の
第２の例の正面図である。

【図１９】図１９は従来の分配装置を備えた熱交換器の
第３の例の要部の構成略図である。

【図２０】図２０は従来の分配装置を備えた熱交換器の
第４の例の要部の構成略図である。

【符号の説明】

１分配装置２絞り部３分配部４分配管（分配通路）５導入管６導出管１０蒸発器（熱交換器）１１チューブ１２フィン１３入口タンク１４出口タンク１５仕切１６冷媒導入用タンク１７冷媒導出用タンク１８第１のタンク１９第２のタンク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱交換器に供給する媒体を分配するため
の分配部と、該分配部内の前記媒体を熱交換器内に流通
させる複数の分配通路とを含む分配装置において、前記
分配通路の媒体導入部が、実質的に前記分配部内の等ボ
イド率線に沿って設けられていることを特徴とする分配
装置。
【請求項２】熱交換器に供給する媒体を分配するため
の分配部と、該分配部内の前記媒体を熱交換器内に流通
させる複数の分配通路とを含む分配装置において、前記
分配通路の媒体導入部が、実質的に前記分配部内の等ボ
イド率面上に配置されていることを特徴とする分配装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載の分配装置
が、熱交換器のタンク内に設けられていることを特徴と
する分配装置を備えた熱交換器。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載の分配装置
が、熱交換器のタンク外に直付けされていることを特徴
とする分配装置を備えた熱交換器。
【請求項５】請求項３又は請求項４記載の分配装置を
備えた熱交換器において、前記熱交換器を構成する複数
のチューブを複数のチューブ群に分け、該チューブ群に
対応させて前記タンク内を仕切って複数の区画を構成
し、該区画にそれぞれ前記分配通路を連通させたことを
特徴とする分配装置を備えた熱交換器。