JP2005140374A - Heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷媒の蒸発潜熱により冷凍室内の空気を冷却する熱交換器に関するものであり、特に、偏平チューブの両端に接続される上下のヘッダタンクから複数の偏平チューブ内に流入する冷媒の分配性能に関する。 The present invention relates to a heat exchanger that cools air in a freezer compartment by latent heat of vaporization of refrigerant, and in particular, distribution of refrigerant flowing into a plurality of flat tubes from upper and lower header tanks connected to both ends of the flat tubes. Regarding performance.
従来、この種の熱交換器として、例えば、特許文献1のように、内部に冷媒が流れる複数の行き偏平チューブ群と、その複数の行き偏平チューブ群と逆方向に冷媒が流れる複数の戻り偏平チューブ群とを幅方向に列設させてなるコア本体と、このコア本体の複数の行き偏平チューブ群の入口端部および複数の戻り偏平チューブ群の出口端部に接続された上部ヘッダタンクと、コア本体の複数の行き偏平チューブ群の出口端部および複数の戻り偏平チューブ群の入口端部に接続された下部ヘッダタンクと、上部ヘッダタンクの内部空間には、複数の行き偏平チューブ群の入口端部と連通する入口タンク部と複数の戻り偏平チューブ群の出口端部と連通する出口タンク部とに区画する仕切り板とから構成されている。
Conventionally, as this type of heat exchanger, for example, as in
そして、上部ヘッダタンクの一端から流入した冷媒が複数の行き偏平チューブに分配され、これらの行き偏平チューブに下方に向けて流れた後に下部ヘッダタンクにいったん集合され、下部ヘッダタンクから複数の戻り偏平チューブに分配され、これらの戻り偏平チューブに上方に向けて流れた後に上部ヘッダタンクに集合され、隣接する上部ヘッダタンクに流入されて下方から上方に向けてUターン流れを繰り返すようにしている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上記特許文献1によれば、冷凍室内の空気を冷却する仕様温度が0℃〜−30℃の低温域で用いられるため、一般的に熱交換器を流通する冷媒流量が小さくなっている。これは、上下のヘッダタンク内を流れる冷媒流量が少なくなることで冷媒の気液分離が顕著となり、特に、比重の重い液相冷媒が複数の行き偏平チューブの入口端部、または複数の戻り偏平チューブの入口端部への分配性が悪くなる問題がある。
However, according to
因みに、発明者は上部ヘッダタンクから下方に向けて複数の行き偏平チューブの入口端部に分配される部位と、下部ヘッダタンクから上方に向けて複数の戻り偏平チューブの入口端部に分配される部位とを可視化による実験により確認した結果では、上部ヘッダタンク内では、タンク底面に偏平チューブの差し込み代が設けられているため、この差し込み代に応じて分配性能が異なることを見出した。 Incidentally, the inventor distributes to the inlet ends of the plurality of flattened tubes downward from the upper header tank, and distributes to the inlet ends of the plurality of return flat tubes upward from the lower header tank. As a result of confirming the site by an experiment by visualization, it was found that the distribution performance varies depending on the insertion allowance because the insertion allowance for the flat tube is provided on the bottom surface of the tank in the upper header tank.
また、一方のタンク上面に偏平チューブの差し込み代が設けられる下部ヘッダタンク内では、タンク底面が平面であるため複数の行き偏平チューブの出口端部から流出した冷媒は慣性力により、複数の行き偏平チューブの出口端部と複数の戻り偏平チューブの入口端部との境界部位よりもタンクの長手方向奥側に液相冷媒が収集して溜まりやすくなっていることを見出した。 Also, in the lower header tank where the flat tube insertion allowance is provided on the upper surface of one tank, the bottom surface of the tank is flat, so that the refrigerant flowing out from the outlet ends of the multiple flat tubes has a plurality of flattening due to inertial force. It has been found that the liquid-phase refrigerant is more easily collected and accumulated deeper in the longitudinal direction of the tank than the boundary portion between the outlet end portion of the tube and the inlet end portions of the plurality of return flat tubes.
そこで、本発明の目的は、上記点を鑑みたものであり、ヘッダタンク内で気液分離された液相冷媒を偏りなく複数の偏平チューブの入口端部に分配させることで、冷却性能の向上が図れる熱交換器を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention has been made in view of the above points, and improves the cooling performance by distributing the liquid-phase refrigerant separated in the header tank to the inlet ends of a plurality of flat tubes without uneven distribution. An object of the present invention is to provide a heat exchanger that can achieve the above.
上記、目的を達成するために、請求項1ないし請求項4に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項1に記載の発明では、内部に冷媒が流れる複数の行き偏平チューブ群(131)と、この複数の行き偏平チューブ群(131)の幅方向に列設され、複数の行き偏平チューブ群(131)と逆方向に冷媒が流れる複数の戻り偏平チューブ群(132)と、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部および複数の戻り偏平チューブ群(132)の出口端部に接続された略箱型容器状の上部ヘッダタンク(134)と、複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部および複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部に接続された略箱型容器状の下部ヘッダタンク(136)と、上部ヘッダタンク(134)の内部空間には、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部と連通する入口タンク部(134a)と複数の戻り偏平チューブ群(132)の出口端部と連通する出口タンク部(134b)とに区画する第1仕切り板(135a)とを備える熱交換器において、
上部ヘッダタンク(134)の幅方向一端から入口タンク部(134a)に冷媒を流入して出口タンク部(134b)から上部ヘッダタンク(134)の幅方向他端に向けて冷媒を流出させるときに、上部ヘッダタンク(134)は、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部が上部ヘッダタンク(134)の内部空間の高さ寸法(H1)に対して所定範囲内の差し込み代(h)を設けて接続されるとともに、下部ヘッダタンク(136)には、下部ヘッダタンク(136)の内部空間の高さ寸法(H2)に対して所定範囲内の穴径(d)を開口させた調整部材(137)が複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部との境界部位から下流側の複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部を幅方向に対して2分割するように設けられたことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the technical means described in
When refrigerant flows into the inlet tank portion (134a) from one end in the width direction of the upper header tank (134) and flows out from the outlet tank portion (134b) toward the other end in the width direction of the upper header tank (134). The upper header tank (134) has an insertion margin (h) in which the inlet ends of the plurality of flattened tube groups (131) are within a predetermined range with respect to the height dimension (H1) of the internal space of the upper header tank (134). ) And a hole diameter (d) within a predetermined range with respect to the height dimension (H2) of the internal space of the lower header tank (136) is opened in the lower header tank (136). The adjustment member (137) has a plurality of return flat tube groups (13) downstream from a boundary portion between an outlet end portion of the plurality of outgoing flat tube groups (131) and an inlet end portion of the plurality of return flat tube groups (132). It is characterized in that provided as divided into two in the width direction an inlet end of).
請求項1に記載の発明によれば、タンク底面側が偏平チューブの差し込み代により凸凹状である上部ヘッダタンク(134)は、所定範囲内の差し込み代(h)を設けて接続されることにより、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
According to the invention described in
一方、タンク底面側が平面である下部ヘッダタンク(136)は、所定範囲内の穴径(d)を開口させた調整部材(137)が複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部との境界部位から下流側の複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部を幅方向に対して2分割するように設けられたことにより、複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。 On the other hand, in the lower header tank (136) whose tank bottom surface is a flat surface, the adjustment member (137) having a hole diameter (d) within a predetermined range is opened and a plurality of outlet end portions of the plurality of flattened tube groups (131) are arranged. By providing the inlet ends of the plurality of return flat tube groups (132) downstream from the boundary portion with the inlet end of the return flat tube group (132) in the width direction, Since it is possible to prevent the liquid-phase refrigerant distributed to the inlet end portions of the plurality of return flat tube groups (132) from being distributed, they are distributed almost evenly. Thereby, the cooling performance can be improved.
請求項2に記載の発明では、上部ヘッダタンク(134)に差し込まれる複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部の差し込み代(h)は、上部ヘッダタンク(134)の内部空間の高さ寸法(H1)に対して0.15×H1以上、0.4×H1以下であることを特徴としている。請求項2に記載の発明によれば、より具体的には、差し込み代(h)を所定範囲内よりも大きいと、上部ヘッダタンク(134)の長手方向の奥まで液相冷媒が到達せず手前側に偏ってしまう。従って、差し込み代(h)を0.15×H1以上、0.4×H1以下の所定範囲とすることにより、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
In the invention according to
請求項3に記載の発明では、調整部材(137)に開口される穴径(d)は、下部ヘッダタンク(136)の内部空間の高さ寸法(H2)に対して0.3×H2以上、0.6×H2以下であることを特徴としている。請求項3に記載の発明によれば、調整部材(137)に0.3×H2以上、0.6×H2以下である穴径(d)を開口することにより、複数の行き偏平チューブ群(131)から流出された冷媒が下部ヘッダタンク(136)内で気液分離された液相冷媒が開口された穴部によりかく乱されることで複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
In the invention according to
請求項4に記載の発明では、調整部材(137)は、複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部との境界部位から複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部幅方向の長さ寸法(B)に対して0〜0.4×Bの範囲内の部位に設けられていることを特徴としている。請求項4に記載の発明によれば、調整部材(137)を0〜0.4×Bの範囲内の部位に設けられていることにより、複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
In the invention according to
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment mentioned later.
以下、本発明の一実施形態による熱交換器を図1ないし図9に基づいて説明する。図1は本発明を適用した冷凍車1の構成を示す斜視図であり、図2は冷凍車1に搭載される冷凍サイクル装置5の全体構成を示す模式図である。また、図3は図1に示す冷凍車1のドア部を示す斜視図である。まず、冷凍車1は、図1に示すように、その運転室後方部に冷凍庫2が設けられている。
Hereinafter, a heat exchanger according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a
冷凍庫2は冷凍食品などの保存対象物を保管する空間であり、その冷凍庫2の後部には、保存対象物を搬入、または搬出するための開口部18を開閉する開閉ドア3、4が設けられている。また、冷凍車1の車両前方部には、冷凍庫2内の空気を冷却する周知の冷凍サイクル装置5が搭載されている。この冷凍サイクル装置5は、図2に示すように、冷媒を高温高圧に圧縮して、吐出する圧縮機6を有し、圧縮機6は、周知のごとく、電磁クラッチ7を介して走行用の車両エンジン8によって駆動される。
The
圧縮機6にて高温高圧に圧縮されたガス冷媒は凝縮器9に流入する。この凝縮器9は、図1に示すように車両床下の部位に設置されており、電動式の凝縮器ファン10により送風される冷却風とによって、内部のガス冷媒を冷却して凝縮させる。そして、凝縮器9の冷媒出口側にレシーバ11を設け、レシーバ11にて凝縮後の冷媒を気相冷媒と液相冷媒とに分離するとともに、液相冷媒を貯留する。
The gas refrigerant compressed to high temperature and high pressure by the
そして、レシーバ11の出口側には、レシーバ11からの液相冷媒を減圧する減圧手段12を設け、減圧手段12で減圧された低圧の気液2相冷媒を熱交換器である冷凍用蒸発器13にて蒸発させる。また、冷凍用蒸発器13の出口側と圧縮機6の吸入側との間にはアキュムレータ14が設けてある。
A decompression means 12 for decompressing the liquid refrigerant from the
このアキュムレータ14は、冷凍用蒸発器13を通過した冷媒の気液分離を行ない、液相冷媒を貯留し、気相冷媒を圧縮機6側へと送り出すものである。また、冷凍サイクル装置5において、圧縮機6の吐出側(高圧側)と、減圧手段12の風下側で、冷凍用蒸発器13の上流側部位(低圧側)との間を直接連通するバイパス流路15が設けられ、その途中には流路を開閉する除霜バルブ16として電磁弁が設置されている。バイパス流路15は、高温側の高温冷媒(ホットガス)を凝縮器9および減圧手段12を迂回させて直接冷凍用蒸発器13に導く通路であり、除霜バルブ16はバイパス流路15にホットガスを流す場合と流さない場合とを切り換えるための電磁弁である。
The
冷凍用蒸発器13は,詳しくは後述するが、冷媒の蒸発潜熱により冷凍庫2内の空気を冷却するものであって、冷却ユニット130内に収容されており、冷凍庫2内の車両前方側の上方部位に設置されている。そして、冷凍庫2内には、冷凍用蒸発器13に向かって送風する電動式の冷凍用ファン17が冷凍用蒸発器13に隣接して設けられている。
As will be described in detail later, the freezing
この冷凍用ファン17は冷凍庫2内の庫内空気を吸い込み、冷凍用蒸発器13を通過させて冷却した後、再度冷凍庫2内に冷風を送風するものである。なお、冷凍用ファン17はエンジン8の作動に関らず、作動するようになっている。
The
また、冷凍庫2の後部に設置される開閉ドア3、4を開くと、図3に示すように、冷凍庫2の後部には冷凍物の搬入、搬出のための開口部18が形成される。そして、この開口部18の下方側、つまり、冷凍庫2の外部で、開閉ドア3、4の下方位置にはエアカーテンを形成するための送風機19が設置されている。
Further, when the open /
この送風機19は、開口部18の下部において開口部18の幅方向に沿って配置された2つのクロスフローファン20、21から構成されている。クロスフローファン20、21は周知のごとく多翼形の円筒状ファン(羽根車)20a、21aを回転させると、ファン軸に直角な断面内を空気が通り抜けるものである。
The
因みに、各クロスフローファン20、21は図示しないケーシング内部に回転自在に収容されており、このケーシングは図示しない適宜な取り付け手段を介して冷凍車1の車体に保持固定されている。また、ケーシングにはファン20a、21aの送風空気(外気)をそれぞれ吹き出す吹出ダクト21d(ファン20a側の吹出ダクトは図3中図示されない)が上方に向かって開口している。また、吹出ダクト21dは開口部18の幅方向に沿って幅方向の幅全長にわたって形成してある。
Incidentally, the
また、ケーシングの側方部にはファン20a、21aを回転駆動するモータ20e、21eが設置されている。このような構成によって、送風機19により外気を開口部18の下方から上方(図中に示す矢印a方向)に向けて送風することによりエアカーテンを形成するようにしてある。これにより、高温の外気が冷凍庫2の庫内へと侵入するのを防止するとともに、冷凍庫2内の冷気が外部に漏れることもなく、冷凍庫2内を図中に示す矢印b方向に流れる。
Further,
次に、本発明の要部である熱交換器である冷凍用蒸発器13の構成について図4ないし図9に基づいて説明する。図4は冷凍用蒸発器13の外観を示す斜視図であり、図5は冷凍用蒸発器13の全体構成を示す模式図であり、図6は偏平チューブ133の断面を示す断面図であり、図7は偏平チューブ133の配列形態を示す説明図である。
Next, the configuration of the
冷凍用蒸発器13は図4ないし図9に示すように、内部に冷媒が流れる複数の偏平チューブ133と、これらの偏平チューブ133の長手方向両端に接続されて各偏平チューブ133と連通する上部ヘッダタンク134と下部ヘッダタンク136とを有して構成している。そして、この偏平チューブ133には、通常、偏平チューブ133の外表面に接合されるアウターフィンが設けられておらず、偏平チューブ133の外周面全域が空気に晒されているとともに、その断面形状は、図6に示すように、前縁から後縁を結ぶ中心線CLに対して対称形状であって、前縁部および後縁部が緩やかな曲面で形成され、前縁部と後縁部とを直線的に繋いだ長円状の偏平形状に形成されている。
As shown in FIGS. 4 to 9, the
さらに、偏平チューブ133内は、複数個に区画されて複数本の冷媒通路133aが前縁部から後縁部にかけて並んで設けられており、本実施形態では、アルミニウム材に押し出し加工または引き抜き加工を施すことにより、冷媒通路133aと偏平チューブ133とを同時に成形している。
Furthermore, the inside of the
そして、各偏平チューブ133は、図7に示すように、例えば、長径方向寸法L1が6〜16mm、短径方向寸法Wが1mmで形成し、その長径方向が空気流れ方向と平行になるように配置されるとともに、空気流れ方向と略直交する方向に所定の間隔Tp(例えば3〜8mm)を空けてチューブ列R1〜R4を構成している。そして、隣り合うチューブ列R1〜R4は、それぞれの偏平チューブ133が千鳥格子状となるように配置されている。なお、隣り合うチューブ列R1〜R4との間隔L2を、例えば、5〜20mm開けている。
Then, as shown in FIG. 7, each
そして、各々のチューブ列R1〜R4に構成される複数の偏平チューブ133は、図4および図5に示すように、冷媒が上部ヘッダタンク134から下部ヘッダタンク136に向けて流れる行き偏平チューブ群131と、この行き偏平チューブ群131と逆方向に冷媒が流れる戻り偏平チューブ群132とを交互に冷凍用蒸発器13の幅方向(空気流れ方向と略直交する方向)に列設させ、それらの両端端部が上部ヘッダタンク134および下部ヘッダタンク136に接続するように構成している。
As shown in FIGS. 4 and 5, the plurality of
具体的には、図4および図5に示すように、それぞれのチューブ列R1〜R4を組み合わせることにより冷凍用蒸発器13を構成している。より具体的には、空気流れの上流側に配設されるチューブ列R1、R2と、その下流側に配設されるチューブ列R3、R4とが入口管13a、出口管13bおよび接続管13cを介して接続されて構成している。つまり、減圧手段12から送られる冷媒が入口管13aに流入し、チューブ列R1、R2側に分岐され、上部ヘッダタンク134から流入して下方の下部ヘッダタンク136に向けて流れ、そして、下部ヘッダタンク136から上方の上部ヘッダタンク134に向けて交互にUターンさせ、末端の下部ヘッダタンク136に集合させるようにしている。
Specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the
そして、チューブ列R1、R2末端の下部ヘッダタンク136から空気流れの下流側チューブ列R3、R4側の上部ヘッダタンク134に流入し、同じように、チューブ列R3、R4末端の下部ヘッダタンク136に向けて交互にUターンさせるようにして、末端の出口管13bに集合させてアキュムレータ14へと送られるようにしている。ここで、上部ヘッダタンク134から下部ヘッダタンク136に向けて冷媒を流す複数の偏平チューブ133を行き偏平チューブ群131、および下部ヘッダタンク136から上部ヘッダタンク134に向けて冷媒を流す複数の偏平チューブ133を戻り偏平チューブ群132と請求項において称している。
Then, the air flows from the
なお、図中に示す135aは第1仕切り板であり、複数の行き偏平チューブ群131の入口端部と複数の戻り偏平チューブ群132の出口端部との連通を区画する仕切り板であって、上部ヘッダタンク134内に設けられ、図中に示す135bは第2仕切り板であり、複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部と複数の行き偏平チューブ群131の出口端部との連通を区画する仕切り板であって、下部ヘッダタンク136内に設けられている。
In addition, 135a shown in a figure is a 1st partition plate, and is a partition plate which divides | segments communication with the inlet-end part of several outgoing
ここで、本実施形態の冷凍用蒸発器13は、上部ヘッダタンク134および下部ヘッダタンク134から複数の偏平チューブ133に流入させる冷媒の分配性を良好となるように構成したものであり本発明の要部を図8および図9に基づいて説明する。図8は本発明の要部の全体構成を示す縦断面図であり、図5に示す模式図の一部を詳細に示している。図9は図8に示すX−X断面を示す断面図である。
Here, the
まず、図8および図9に示すように、内部に冷媒が流れる偏平チューブ133は、重力方向に向けて冷媒を流す複数の行き偏平チューブ群131と、これらの行き偏平チューブ群131と逆方向、つまり、重力方向に対して上方に向けて冷媒を流す戻り偏平チューブ群132とに区分されている。
First, as shown in FIG. 8 and FIG. 9, the
そして、これら偏平チューブ群131、132の両端部が所定範囲内の差し込み代hを設けて上部ヘッダタンク134および下部ヘッダタンク136に接続されるとともに、下部ヘッダタンク136の内部空間には、所定範囲内の穴径dを開口させた調整部材137が複数の行き偏平チューブ群131の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部との境界部位から下流側の複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部を幅方向に対して2分割するように調整部材137が設けられている。
Then, both ends of the
なお、差し込み代h、穴径d、境界部位と調整部材137との距離Aは、詳しくは後述するが発明者が行なった実験結果に基づいて設定されている。また、図中に示すH1は上部ヘッダタンク134の内部空間の高さ寸法であり、H2は下部ヘッダタンク136の内部空間の高さ寸法であり、Bは複数の戻り偏平チューブ群132の幅方向の長さ寸法である。137aは穴径dによって調整部材137に形成された穴部である。なお、上部ヘッダタンク134および下部ヘッダタンク136は、図9に示すように、略箱型容器状に形成されている。
The insertion allowance h, the hole diameter d, and the distance A between the boundary portion and the adjusting
次に、電気制御部について説明する。電気制御部である制御装置22は、マイクロコンピュータなどのコンピュータ手段を含んで構成されるものであって、入口端子からの入力信号に基づいて予めプログラムされた所定の演算処理を行なって、上記冷凍サイクル装置5および送風機19の作動を制御するものである。制御装置22の入力端子には、以下に述べるセンサ、スイッチなどが接続されている。
Next, the electric control unit will be described. The
庫内温度センサ24は冷凍庫2内の庫内温度を検出する温度センサである。温度設定器25は冷凍庫2内の庫内設定温度を乗員の手動操作にて設定するもので、例えば、−10℃〜−30℃の範囲で任意に庫内設定温度が調節可能となっている。冷凍運転スイッチ26は乗員の手動操作にて冷凍サイクル装置5の運転、停止の信号を出すもので、エンジン運転スイッチ27はエンジンの運転、停止に応じた信号を出すものである。
The
また冷凍庫2後部の開口部18の周縁部には開閉ドア3,4の開閉と連動して開閉されるドアスイッチ28が設置されている。一方、制御装置22の出力端子には、電磁クラッチ7、凝縮用ファン10、冷凍用ファン17、除霜バルブ16、およびエアカーテン形成用の送風機19などが接続されている。
A
以上の構成による冷凍サイクル装置5および送風機19の作動について説明する。まず、車両走行時には、走行用エンジン8から電磁クラッチ7を介して圧縮機6に動力が伝達されて、圧縮機6が作動するとともに、ファン10、17が作動状態となり、冷凍サイクル装置5が運転状態となる。冷凍用蒸発器13で冷却された冷気は冷凍用ファン17により冷凍庫2内に吹き出して庫内の対称保存物を冷却する。なお、この際、除霜バルブ16は閉じられており、バイパス流路15には冷媒は流れない。
The operation of the
一方、庫内の対称保存物の搬入搬出を行なうために停車する場合、車両エンジン8を停止させると、車両エンジン8の停止に伴い、圧縮機6が停止されて、庫内の冷却ユニット130の冷凍用ファン17も停止する。そして、冷凍庫2後部の開閉ドア3、4が開くと、これに連動してドアスイッチ28がオン状態となり。制御装置22によって、送風機モータ20e、21eが通電されて、クロスフローファン20、21が作動し、開口部18の下方から上方に向けてエアカーテンが形成され、高温の外気が冷凍庫2の庫内へと侵入するのを防止する。
On the other hand, when stopping to carry in and out the symmetrically stored product in the warehouse, when the
このときは、除霜バルブ16が開かれ、圧縮機6の吐出側と冷凍用蒸発器13の上流側部位との間の冷媒の圧力差(約1.9MPa)によって、高圧側(圧縮機6〜凝縮器9上流側)の高温の冷媒がバイパス流路15を介して冷凍用蒸発器13に流入する。高温の冷媒が冷凍用蒸発器13に流入することによって、冷凍用蒸発器13に着霜した霜37は融解して水となり、外部へと排出される。荷物の搬入搬出が完了し、開閉ドア3、4が閉じられ、ドアスイッチがオフとなると、除霜バルブ16は再び閉じられた状態となり、冷凍用蒸発器13への高温冷媒の流入は停止される。
At this time, the
冷凍用ファン17によって冷凍用蒸発器13に送風された空気は、偏平チューブ133との間に形成された空気通路を通過し、冷凍用蒸発器13を通過する冷媒と熱交換することによって冷却されるものである。ところで、この種の冷凍庫2の空気を冷却する冷凍用蒸発器13においては、一般的に庫内温度が0℃〜30℃の冷凍域で使用するため冷媒流量が比較的少ないことから冷凍用蒸発器13においては、上部ヘッダタンク134から複数の行き偏平チューブ群131の入口端部に分配される部位と、下部ヘッダタンク136から複数の戻り偏平チューブ群13の入口端部に分配される部位において分配性能が悪化することを発明者は発見した。
The air blown to the freezing
ここで、発明者が可視化による実験によって分配性能を把握したのでその方法と結果について図10に基づいて説明する。図10(a)は、分配性能を観察する部位を示す模式図であり、上部ヘッダタンク134では、上述した上部ヘッダタンク134から複数の行き偏平チューブ群131の入口端部に分配される部位と、下部ヘッダタンク136では、下部ヘッダタンク136から複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部に分配される部位とを示している。
Here, since the inventor grasped the distribution performance by the experiment by visualization, the method and result will be described with reference to FIG. FIG. 10A is a schematic diagram showing a portion for observing the distribution performance. In the
なお、このときの実験条件は、差し込み代は6mmであって、上部ヘッダタンク134の一端から冷媒を流入させて上部ヘッダタンク134の他端に流出させてそれぞれの部位における温度分布をサーモビュアにより可視化にて観察し、その温度分布における最大温度と最小温度との温度差ΔTを求めて分配性能を把握したものである。また、流入する冷媒は、冷媒流量を20、50、80kg/hをパラメータとして、入口乾き度を0〜1.0まで可変させたものである。
The experiment condition at this time was 6 mm, and the coolant flowed in from one end of the
図10(b)は、上部ヘッダタンク134の観察部位における温度差ΔTと入口乾き度との関係を示す特性図であり、この部位では冷媒流量が少なく、入口乾き度が大きいほど温度差ΔTが大きくなって分配性能が悪化している。これは、冷媒流量が少なくなることで、タンク内における冷媒の気液分離が顕著となり、比重の重い液相冷媒がタンク底面に突き出された偏平チューブ133の入口端部の差し込み代によって第1仕切り板135aまで到達することができないことを見出した。
FIG. 10B is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature difference ΔT at the observation site of the
また、図10(c)は、下部ヘッダタンク136の観察部位における温度差ΔTと入口乾き度との関係を示す特性図であり、この部位においても冷媒流量が少なく、入口乾き度が大きいほど温度差ΔTが大きくなって分配性能が悪化している。これは、タンク底面が平面であるため複数の行き偏平チューブ131の出口端部から流出した冷媒は慣性力により、複数の行き偏平チューブ群131の出口端部と複数の戻り偏平チューブ132の入口端部との境界部位よりもタンクの長手方向奥側に液相冷媒が収集して溜まりやすくなっていることを見出した。
FIG. 10C is a characteristic diagram showing the relationship between the temperature difference ΔT at the observation site of the
そこで、本発明では、上述の現象に基づいてそれぞれのヘッダタンク134、136から複数の行き偏平チューブ群131の入口端部および複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部に偏りのなきように分配させて冷却性能の向上を図ったものである。因みに、タンク底面に偏平チューブ133の差し込み代hが形成される上部ヘッダタンク134においては、この差し込み代hの最適値を可視化による実験で求めるとともに、タンク底面が平面となる下部ヘッダタンク136においては冷媒をかく乱させる調整部材137の穴径dおよび調整部材137の設置位置Aの最適値を可視化による実験で求めるようにした。
Therefore, in the present invention, distribution is made without any bias from the
以下、図11および図12に基づいて説明する。図11は上部ヘッダタンク134における差し込み代hの最適値求めた実験結果を示す特性図であり、図12は下部ヘッダタンク136における穴径dおよび設置位置Aの最適値を求めた実験結果を示す特性図である。上部ヘッダタンク134では、図11に示すように、タンク底面に形成される差し込み代hの大小により比重の重い液相冷媒の第1仕切り板135aまでの到達度が異なるものである。
Hereinafter, description will be given based on FIGS. 11 and 12. FIG. 11 is a characteristic diagram showing an experimental result of obtaining the optimum value of the insertion allowance h in the
そこで、差し込み代hを上部ヘッダタンク134の内部空間の高さH1(例えば、16mmのとき)に対する比(h/H1)で可変させて温度差ΔTと圧力損失ΔPを求める実験を行なって最適値を求めたものである。なお、このときの実験条件は冷媒流量20kg/h、入口乾き度0.8の冷媒を流入したものである。この実験の結果より、差し込み代hの最適値は、上部ヘッダタンク134の内部空間の高さ寸法H1に対する比(h/H1)で0.15〜0.4のときが温度差ΔTが小さく、かつ圧力損失ΔPも小さくて分配性能が良好であることが分かった。これにより、差し込み代hは、上部ヘッダタンク134の内部空間の高さ寸法H1に対して0.15×H1以上、0.4×H1以下の範囲内とした。
Therefore, the optimum value is obtained by conducting an experiment for determining the temperature difference ΔT and the pressure loss ΔP by varying the insertion allowance h by the ratio (h / H1) to the height H1 (for example, 16 mm) of the internal space of the
次に、下部ヘッダタンク136では、図12に示すように、穴部137aを形成させた調整部材137の設置の有無により、冷媒のかく乱効果を得たので、これに基づいて穴径dおよび調整部材の設置位置Aの最適値を実験により求めた。なお、このときの実験条件は、差し込み代hの比(h/H2)が0.2で形成して冷媒流量20kg/h、入口乾き度0.8の冷媒を流入したものである。
Next, in the
そこで、穴径dを下部ヘッダタンク136の内部空間の高さH2(例えば、16mmのとき)に対する比(d/H2)、および調整部材137の設置位置Aを複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部幅方向の長さ寸法Bに対する比(A/B=0.3に固定)を可変させて温度差ΔTと圧力損失ΔPを求める実験を行なって最適値を求めたものである。これによれば、穴径dの最適値は、下部ヘッダタンク136の内部空間の高さH2に対する比(d/H2)で、0.3〜0.6のときが温度差ΔTが小さく、かつ圧力損失ΔPも小さくて分配性能が良好であることが分かった。これにより、穴径dは下部ヘッダタンク136の内部空間の高さH2に対して0.3×H2以上、0.6×H2以下の範囲内とした。
Therefore, the ratio (d / H2) of the hole diameter d to the height H2 (for example, 16 mm) of the internal space of the
同じように、設置位置Aを複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部幅方向の長さ寸法Bに対する比(A/B)を可変させて温度差ΔTと圧力損失ΔPを求める実験を行なって最適値を求めたものである。これによれば、設置位置Aの最適値は、複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部幅方向の長さ寸法Bに対する比(A/B)で、0〜0.4のときが温度差ΔTが小さく、かつ圧力損失ΔPも小さくて分配性能が良好であることが分かった。これにより、設置位置Aは、複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部幅方向の長さ寸法Bに対して0〜0.4×Bの範囲内とした。
Similarly, the experiment was performed to obtain the temperature difference ΔT and the pressure loss ΔP by changing the ratio (A / B) of the installation position A to the length dimension B in the inlet end width direction of the plurality of return
以上の一実施形態による熱交換器である冷凍用蒸発器13によれば、タンク底面側が偏平チューブ133の差し込み代により凸凹状である上部ヘッダタンク134は、所定範囲内の差し込み代hを設けて接続されることにより、複数の行き偏平チューブ群131の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
According to the
一方、タンク底面側が平面となる下部ヘッダタンク136は、所定範囲内の穴径dを開口させた調整部材137が複数の行き偏平チューブ群131の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部との境界部位から下流側の複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部を幅方向に対して2分割するように設けられたことにより、複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
On the other hand, in the
また、上部ヘッダタンク134から複数の行き偏平チューブ群131の入口端部に分配される部位をサーモビュアにより可視化させて、差し込み代(h)を0.15×H1以上、0.4×H1以下の所定範囲とすることにより、複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
Further, the portion distributed from the
また、下部ヘッダタンク136から複数の戻り偏平チューブ群13の入口端部に分配される部位をサーモビュアにより可視化させて、調整部材137に開口される穴径dを、下部ヘッダタンク136の内部空間の高さ寸法H2に対して0.3×H2以上、0.6×H2以下であることにより、複数の行き偏平チューブ群131から流出された冷媒が下部ヘッダタンク136内で気液分離された液相冷媒が開口された穴部によりかく乱されることで複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止ことができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
Further, the portion distributed from the
また、調整部材137は、複数の行き偏平チューブ群131の出口端部と複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部との境界部位から前記複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部幅方向の長さ寸法Bに対して0〜0.4×Bの範囲内の部位に設けられていることにより、複数の戻り偏平チューブ群132の入口端部に分配される液相冷媒の偏りを防止することができるためほぼ均等に分配される。これにより、冷却性能の向上が図れる。
Further, the adjusting
(他の実施形態)
以上の一実施形態では、本発明の熱交換器を冷凍車1に搭載される冷凍サイクル装置5に適用させたが、これに限らず、倉庫などの定置式の冷凍庫に本発明を適用させても良い。また、偏平チューブ133の断面形状は、上述した形状に限定されるものでなく、例えば、楕円状、流線形状であっても良い。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the heat exchanger of the present invention is applied to the
また、以上の実施形態では、蒸発潜熱を利用した冷凍用蒸発器13に適用させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、顕熱にて空気を冷却する熱交換器に対しても適用できる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the
131…行き偏平チューブ群
132…戻り偏平チューブ群
134…上部ヘッダタンク
134a…入口タンク部
134b…出口タンク部
135a…第1仕切り部材
136…下部ヘッダタンク
137…調整部材
A…調整部材の位置
B…複数の戻り偏平チューブ群の入口端部幅方向の長さ寸法
H1…上部ヘッダタンクの内部空間の高さ寸法
H2…下部ヘッダタンクの内部空間の高さ寸法
d…穴径
h…差し込み代
131 ... Outgoing
Claims (4)
前記複数の行き偏平チューブ群(131)の幅方向に列設され、前記複数の行き偏平チューブ群(131)と逆方向に冷媒が流れる複数の戻り偏平チューブ群(132)と、
前記複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部および前記複数の戻り偏平チューブ群(132)の出口端部に接続された略箱型容器状の上部ヘッダタンク(134)と、
前記複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部および前記複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部に接続された略箱型容器状の下部ヘッダタンク(136)と、
前記上部ヘッダタンク(134)の内部空間には、前記複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部と連通する入口タンク部(134a)と前記複数の戻り偏平チューブ群(132)の出口端部と連通する出口タンク部(134b)とに区画する第1仕切り板(135a)とを備える熱交換器において、
前記上部ヘッダタンク(134)の幅方向一端から前記入口タンク部(134a)に冷媒を流入して前記出口タンク部(134b)から前記上部ヘッダタンク(134)の幅方向他端に向けて冷媒を流出させるときに、前記上部ヘッダタンク(134)は、前記複数の行き偏平チューブ群(131)の入口端部が前記上部ヘッダタンク(134)の内部空間の高さ寸法(H1)に対して所定範囲内の差し込み代(h)を設けて接続されるとともに、前記下部ヘッダタンク(136)には、前記下部ヘッダタンク(136)の内部空間の高さ寸法(H2)に対して所定範囲内の穴径(d)を開口させた調整部材(137)が前記複数の行き偏平チューブ群(131)の出口端部と前記複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部との境界部位から下流側の前記複数の戻り偏平チューブ群(132)の入口端部を幅方向に対して2分割するように設けられたことを特徴とする熱交換器。 A plurality of flattened tube groups (131) in which refrigerant flows;
A plurality of return flat tube groups (132) arranged in the width direction of the plurality of flattened tube groups (131), wherein the refrigerant flows in a direction opposite to the plurality of flat flat tube groups (131);
A substantially box-shaped container-like upper header tank (134) connected to an inlet end of the plurality of outgoing flat tube groups (131) and an outlet end of the plurality of return flat tube groups (132);
A substantially box-shaped container-like lower header tank (136) connected to an outlet end portion of the plurality of outgoing flat tube groups (131) and an inlet end portion of the plurality of return flat tube groups (132);
In the internal space of the upper header tank (134), there are an inlet tank portion (134a) communicating with an inlet end portion of the plurality of outgoing flat tube groups (131) and an outlet end of the plurality of return flat tube groups (132). In a heat exchanger comprising a first partition plate (135a) partitioned into an outlet tank part (134b) communicating with the part,
The refrigerant flows into the inlet tank part (134a) from one end in the width direction of the upper header tank (134) and flows from the outlet tank part (134b) toward the other end in the width direction of the upper header tank (134). When the upper header tank (134) is allowed to flow, the inlet end portions of the plurality of flattened flat tube groups (131) are predetermined with respect to the height dimension (H1) of the internal space of the upper header tank (134). The lower header tank (136) is connected within a predetermined range with respect to the height dimension (H2) of the internal space of the lower header tank (136). An adjustment member (137) having a hole diameter (d) opened is a boundary portion between an outlet end portion of the plurality of flattened tube groups (131) and an inlet end portion of the plurality of return flat tube groups (132). Heat exchanger, characterized in that provided the inlet end of said plurality of return flat tube group on the downstream side (132) to 2 divided in the width direction from.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20061019 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
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A761 | Written withdrawal of application |
Effective date: 20090226 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 |