JP2000249428A - 蒸発器 - Google Patents

蒸発器

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JP2000249428A
JP2000249428A JP11044742A JP4474299A JP2000249428A JP 2000249428 A JP2000249428 A JP 2000249428A JP 11044742 A JP11044742 A JP 11044742A JP 4474299 A JP4474299 A JP 4474299A JP 2000249428 A JP2000249428 A JP 2000249428A
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port
evaporator
tubes
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J Reinke Michael
マイケル・ジェイ・ラインケ
Mark G Voss
マーク・ジー・ボース
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Modine Manufacturing Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸発器において冷媒の分配をより均一にする
こと。 【解決手段】 １対の互いに離隔したヘッダー（２０，
２２）と、それらの間に延設された複数の互いに離隔し
た冷媒通路（４２）を画定する管（２４）を有する蒸発
器内の液体冷媒の分配の均一化が、一方のヘッダー（２
０）内に冷媒入口（３０，３２，３４，３６）を設ける
ことによって達成される。この入口は、蒸発させるべき
冷媒の源に接続された第１ポート（４９）と、第１ポー
トに接続された第２ポート及び第３ポートを有し、第２
ポートは、ヘッダーの一側とは反対側に向けられ、第３
ポートは、ヘッダーの一側の方に向けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒蒸発器に関
し、特に、蒸発作用の効率を高めるための冷媒蒸発器用
入口に関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願人の米国特許第５，３４１，８７
０及び５，５３３，２５９号には、家庭用空調機に使用
するのに理想的な独特の冷媒蒸発器が開示されている。
これらの特許に開示された構造の蒸発器は、それらが企
図された目的のためには良好に機能し、実際、空調シス
テムに用いられる在来型蒸発器に比べて相当な改良では
あるが、冷媒が蒸発器内に適正に分配されないと、効率
という面で在来型蒸発器と同じ欠点を有する。
【０００３】分配不良が起ると、しばしば蒸発器コアの
１つのセクションには液状冷媒が溢れ、他のセクション
からは冷媒が実質的に枯渇するという事態が起る。実際
の蒸発器の赤外線熱画像に基づいて作成された分配不良
の一例が図１に示されている。この分配態様は、上記米
国特許に例示された一般的な構成であり、一方のヘッダ
ー１０に入口取付具１２を取り付け、他方のヘッダー１
４に出口取付具１６を取り付けることができるタイプの
ものである。即ち、図１に例示された蒸発器は、斯界に
おいて並流型の端入れ端出し式Ｖ形蒸発器と称されるも
のである。図では、ヘッダー１０と１４を接続する熱交
換管又は熱伝達管（以下、単に「管」と称する）１８
は、概略的に示されており、もちろん、各隣接する管１
８と１８の間には蛇行フィン（図示せず）が延設されて
いる。
【０００４】この種の蒸発器では、冷媒が枯渇する管か
らは、液状冷媒又は気液混合冷媒（液状冷媒と蒸気状即
ちガス状冷媒とが混合した冷媒）が急激になくなる。従
って、枯渇した各管の全長のかなりの部分は、単一相
の、過熱されたガス状冷媒だけを有することになる。従
って、それらの管の熱伝達が不良になる。
【０００５】更に、過熱されたガス状冷媒（以下、単に
「ガス」又は「蒸気」とも称する）の流れが存在する管
の空気側（外側）表面温度は、通常、露点を越えている
ので、蒸発器の過熱ガス流の存在する領域において管と
管の間（管間間隙）を通る空気中の水分が凝縮すること
はない。従って、そのような領域では除湿が起らない。
【０００６】除湿が起る領域では、水滴が各管の外表面
に堆積し、それらの部位において蒸発器（管間間隙）を
通る空気流に対する抵抗を増大させる。反対に、空気流
抵抗は、過熱流れの存在する領域（過熱領域）では小さ
く、従って、蒸発器を通る総空気流のうち過熱領域が受
け入れる空気流の割合が少なくなり、一層効率を低下さ
せる。
【０００７】一方、溢流管（冷媒が溢れる管）は、管全
体に亙って優れた熱伝達を発揮するが、液状冷媒の全部
を蒸発させることができないことがしばしばある。従っ
て、未蒸発冷媒が利用されず、蒸気を液体に凝縮するの
に用いられた仕事が実質的に無駄になる。しかも、吸引
導管内の未蒸発冷媒の存在は、そのことを系内の感熱膨
張弁が探知することになり、その結果、不安定な作動が
生じることとなる。
【０００８】図１において、過熱ガス（蒸気）流が生じ
ている領域は陰影を付して示されており、陰影を付され
ていない部分は、適正に機能している領域、又は、溢流
領域を示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、蒸発器一
般、特に並流型のＶ形蒸発器において冷媒が枯渇し、そ
の結果、残る冷媒の過熱を起こすような領域をなくす
か、最少限にすることによって冷媒の分配をより均一に
することを課題とする。
【００１０】本発明の目的は、新規な改良型冷媒蒸発器
を提供することであり、特に、蒸発器内における冷媒の
分配をより均一にするための冷媒蒸発器用入口構造を提
供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によ
れば、上記目的は、一対の互いに離隔したヘッダーを備
えた蒸発器において達成される。少なくとも１本の管が
両ヘッダー間に延設されて、各ヘッダーの一側に流体連
通（流体を通すように接続）され、両ヘッダー間に延長
する複数の互いに離隔した冷媒通路を画定する。一方の
ヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けられる。こ
の入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続された第
１ポートと、該第１ポートに接続され、上記一方のヘッ
ダー内において該一方のヘッダーの上記一側とは反対側
に向けられた第２ポートを有する。その結果として、蒸
発させるべき冷媒は、上記冷媒通路のある側とは反対側
のヘッダーの内壁に向けてスプレーされ、ヘッダー自体
が衝突分配の役割を果たす。
【００１２】好ましい実施形態では、上記入口に、やは
り第１ポートに接続される第３ポートを設ける。この第
３ポートは、第２ポートとは反対向きに、ヘッダーの、
冷媒通路を有する側とは反対側に向くように配置する。
かくして、第３ポートは、入口に近接した各管（冷媒通
路）のための冷媒の衝突分配を実施し、第２ポートは、
入口から比較的遠い位置にある冷媒通路のための冷媒の
衝突分配を実施する。
【００１３】好ましい実施形態では、第３ポートは、第
２ポートより小とする。
【００１４】好ましくは、上記複数の冷媒通路は、複数
の管によって形成し、それらの管を互いに離隔させる。
【００１５】好ましい実施形態では、上記複数の管の各
々の両端部を各ヘッダーの一側に突入させる。
【００１６】各管は、それぞれ複数の互いに離隔した冷
媒通路を画定する構成とすることが好ましい。
【００１７】特に好ましい実施形態では、上記一方のヘ
ッダーは細長い形状とし、その長手に沿って複数の冷媒
入口を互いに間隔を置いて設ける。
【００１８】又、好ましい実施形態では、上記一方のヘ
ッダーをほぼ円筒形とする。
【００１９】本発明の好ましい実施形態は、細長いヘッ
ダーを含む蒸発器を企図する。複数の扁平管を互いに離
隔させて配置し、各管の一端を等間隔を置いて細長いヘ
ッダーの一側に貫入させる。ヘッダーへの入口には、各
々蒸発すべき共通の冷媒源に接続するようになされた複
数の互いに離隔した噴射器を設ける。各噴射器は、扁平
管の端部を受容するヘッダーの一側とは反対側に向けら
れた噴射オリフィスを有する。
【００２０】好ましい実施形態では、各管の端部をヘッ
ダーの内部に突入させ、噴射器を互いに隣接する各対の
管の間に配置する。
【００２１】これらの噴射オリフィスは、主噴射オリフ
ィスとし、各噴射器には、主噴射器より小さく、隣接す
る各対の管の間のヘッダーの一側に向けられた副噴射オ
リフィスをも受けることが好ましい。
【００２２】本発明のその他の目的及び利点は、添付図
を参照して述べる以下の説明から明らかになろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に、図２〜５を参照して、並
列流れ型のいわゆるＶ形蒸発器に適用した場合の本発明
の実施形態を説明する。ただし、本発明は、そのような
蒸発器に限定されるものではなく、複数のに離隔した冷
媒通路に流体連通するヘッダーを有する蒸発器であれ
ば、どのようなタイプの蒸発器にも有効に適用すること
ができる。
【００２４】本発明の蒸発器は、細長い管の形とした入
口ヘッダー２０と、出口ヘッダー２２と、両ヘッダーの
間に延設された一連の多ポート付き扁平伝熱管（以下、
「扁平管」又は単に「管」とも称する）２４と、各隣接
する扁平管２４の間に介設された蛇行フィン２６を含
む。
【００２５】出口ヘッダー２２は、慣用の構造の単一の
出口取付具２８を有する。入口ヘッダー２０には、好ま
しい実施例ではその長手に沿って等間隔に配置された複
数の、この例では４つの冷媒噴射器３０，３２，３４，
３６を突入させる。これらの冷媒噴射器３０，３２，３
４，３６は、共通の液体冷媒源に接続することができる
慣用の分配器に接続された通常の管であってよい。この
液体冷媒源は、最終的には、純粋の冷却用であれ、ヒー
トポンプ用であれ、空調用であれ、冷凍システムの凝縮
器である。
【００２６】図３を参照して説明すると、各管２４は、
その一端部４０を入口ヘッダー２０の内部に相当な長さ
に亘って突入させている。これらの端部４０の図から分
かるように、各管２４は、それぞれ好ましくは０．０７
ｉｎ（１．７７８ｍｍ）未満の水力直径を有する複数の
個別冷媒通路４２を有する。「水力直径」とは、一般に
定義されているように、冷媒通路４２の断面積を該通路
の濡れ周囲長で割った値に４を乗じた値、即ち（流路の
断面積）÷（流路の濡れ周囲長）×４である。
【００２７】各隣接する管２４の端部４０は、互いに離
隔されており、図３に代表例として示される噴射器３４
にみられるように、１対の隣接する管２４の間に配置さ
れる。又、噴射器３０，３２，３４，３６は、入口ヘッ
ダー２０を構成する管より小径の円管で形成されてい
る。噴射器３４を例にとって説明すると、噴射器は、ヘ
ッダー２０に直角に、かつ、ヘッダー２０に近接する管
２４によって画定される平面に対して直角にヘッダー２
０内に貫入している。
【００２８】図４にみられるように、各管２４は、ヘッ
ダー２０の一側４４に突入し、ヘッダー２０の内部空間
のほぼ半分にまで貫入している。噴射器３４は、ヘッダ
ー２０内に密封端４８を有し、その反対側の端部に冷媒
を受け取るために接続されるポート４９を有する。噴射
器３４は、又、管２４が突入しているヘッダー２０の一
側４４とは反対側のヘッダー２０の内壁面５２にぶつけ
るように冷媒を吹き付ける第１即ち主噴射オリフィス５
０と、主噴射オリフィス５０と共通の中心線上にヘッダ
ー２０内に位置し、主噴射オリフィス５０よりサイズが
小さく、ヘッダーの一側４４の内壁面に向けて冷媒を吹
き付ける第２即ち副噴射オリフィス５４を有する。これ
らの噴射オリフィスによる冷媒噴射点は、各隣接する管
の端部４０と４０の間としてもよく、あるいは、管の端
部に整列する位置としてもよい。
【００２９】主噴射オリフィス５０から噴射された液体
（冷媒）のスプレーは、ヘッダー２０の内壁面５２に沿
って拡がり、ヘッダー２０内の相当な距離に亘って分配
されるので、各噴射器３０，３２，３４，３６の配置位
置の間に配置されているすべての管２４が冷媒を受け取
ることができる。多くの場合、主噴射オリフィス５０だ
けで十分であるが、場合によっては、特に、管端４０が
ヘッダー２０内に相当深くにまで突入している場合は、
噴射器３０，３２，３４，３６の直近の管は、冷媒が内
壁面５２に衝突する結果として管端４０の上を文字通り
吹き抜けてしまうので、十分な冷媒を受取ることができ
ないことがある。従って、各噴射器の配置位置に近接し
た管２４が十分な量の液体冷媒を確実に受容することが
できるように各噴射器３０，３２，３４，３６に副噴射
オリフィス５４を設けることができる。
【００３０】
【発明の効果】図５は、本発明に従って構成された実際
の蒸発器の赤外線熱画像を示す。この図で陰影を付され
た領域は、過熱蒸気流が生じている領域である。図から
分かるように、本発明を適用した蒸発器は、過熱蒸気流
が生じる領域を大幅に減少し、図１に示された従来の蒸
発器に比べて蒸発器の作動効率を相当に改善する。
【００３１】図５に示されたような、３０，０００ＢＴ
Ｕ／時の出力の蒸発器として設計される場合は、４つの
冷媒噴射点が設けられる。各噴射器は、外径０．２５ｉ
ｎ（６．３５ｍｍ）、肉厚０．０３５ｉｎ（０．８８９
ｍｍ）の管で形成される。主噴射オリフィス５０の直径
は０．０１２５ｉｎ（３．１７５ｍｍ）とし、副噴射オ
リフィス５４の直径は０．０５２ｉｎ（１．３２０８ｍ
ｍ）とする。一実施形態においては、この蒸発器は、そ
のコア部分に４５本の扁平管２４を有する。従って、噴
射器１つ当たり１１．２５本の管２４が設けられる。
【００３２】以上の説明から分かるように、本発明によ
る蒸発器は、入ってくる液体冷媒の分配を最適化し、作
動効率を高める。本発明による蒸発器の構造は、冷媒噴
射器を適正なサイズに穿孔された噴射オリフィスを有す
る管から形成することができるので、比較的簡単であ
る。かくして、最少限のコストで、かつ、簡単な構造に
よって効率の改善を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術による蒸発器の透視図であ
る。
【図２】図２は、本発明による蒸発器の透視図である。
【図３】図３は、本発明の蒸発器に用いられる入口噴射
器の拡大部分図である。
【図４】図４は、入口噴射器の拡大部分断面図である。
【図５】図５は、図１と同様な図であるが、本発明に従
って製造された蒸発器を例示する。
【符号の説明】
２０ ヘッダー（入口ヘッダー） ２２ ヘッダー（出口ヘッダー） ２４ 管（扁平管） ３０，３２，３４，３６ 冷媒噴射器 ４０ 管の一端 ４２ 冷媒通路 ４４ ヘッダーの一側 ４９ ポート（第１ポート） ５０ 主噴射オリフィス（第２ポート） ５２ 内壁面 ５４ 副噴射オリフィス（第３ポート）
フロントページの続き (72)発明者 マーク・ジー・ボース アメリカ合衆国ウィスコンシン州フランク スビル、トウィン・ウォーターズ・レイン 2855

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １対の互いに離隔したヘッダーと、 該両ヘッダー間に延設されて、該各ヘッダーの一側に流
    体連通し、該両ヘッダー間に延長する複数の互いに離隔
    した冷媒通路を画定する少なくとも１本の管とから成
    り、 一方のヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けら
    れ、該入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続され
    た第１ポートと、該一方のヘッダー内にあり、該第１ポ
    ートに接続された第２ポート及び第３ポートを有し、該
    第２ポートは、該一方のヘッダーの前記一側とは反対側
    に向けられ、該第３ポートは、該一方のヘッダーの該一
    側の方に向けられていることを特徴とする蒸発器。
  2. 【請求項２】 前記第３ポートは、第２ポートより小さ
    いことを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
  3. 【請求項３】 前記複数の冷媒通路は、複数の前記管に
    よって形成され、それらの管は互いに離隔されているこ
    とを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
  4. 【請求項４】 前記複数の管の各々の両端部は、前記各
    ヘッダーの一側に突入されていることを特徴とする請求
    項３に記載の蒸発器。
  5. 【請求項５】 前記各管は、それぞれ複数の互いに離隔
    した冷媒通路を画定するものであることを特徴とする請
    求項３に記載の蒸発器。
  6. 【請求項６】 前記一方のヘッダーは、細長い形状であ
    り、該ヘッダーの長手に沿って複数の冷媒入口が互いに
    間隔を置いて設けられていることを特徴とする請求項１
    に記載の蒸発器。
  7. 【請求項７】 少なくとも前記一方のヘッダーは、ほぼ
    円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発
    器。
  8. 【請求項８】 １対の互いに離隔したヘッダーと、 該両ヘッダー間に延設されて、該各ヘッダーの一側に流
    体連通し、該両ヘッダー間に延長する複数の互いに離隔
    した冷媒通路を画定する少なくとも１本の管とから成
    り、 一方のヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けら
    れ、該入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続され
    た第１ポートと、該一方のヘッダー内にあり、該第１ポ
    ートに接続された第２ポートを有し、該第２ポートは、
    該一方のヘッダーの前記一側とは反対側に向けられてい
    ることを特徴とする蒸発器。
  9. 【請求項９】 前記入口は、該一方のヘッダー内にあ
    り、前記第１ポートに接続された第３ポートを有し、該
    第３ポートは、該一方のヘッダーの前記一側の方に向け
    られていることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器。
  10. 【請求項１０】 前記複数の冷媒通路は、複数の互いに
    離隔した管によって形成され、前記第２及び第３ポート
    は、２つの隣接した管の間に配置されていることを特徴
    とする請求項９に記載の蒸発器。
  11. 【請求項１１】 細長いヘッダーと、 複数の互いに離隔して配置された扁平管と、 前記ヘッダーへの入口とから成り、 前記各管の一端は、互いに等間隔を置いて前記ヘッダー
    の一側に貫入しており、前記入口は、各々蒸発すべき共
    通の冷媒源に接続するようになされた複数の互いに離隔
    した冷媒噴射器を含み、該各噴射器は、前記管の一端を
    受容するヘッダーの前記一側とは反対側に向けられた噴
    射オリフィスを有することを特徴とする蒸発器。
  12. 【請求項１２】 前記各管の前記一端は、前記ヘッダー
    の内部にまで突入しており、前記各噴射器は、互いに隣
    接する各対の管の間に配置されていることを特徴とする
    請求項１１に記載の蒸発器。
  13. 【請求項１３】 前記噴射オリフィスは、主噴射オリフ
    ィスであり、前記各噴射器は、該主噴射器より小さく、
    隣接する各対の管の一端間の前記ヘッダーの前記一側に
    向けられた副噴射オリフィスを含むことを特徴とする請
    求項１１に記載の蒸発器。
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