JP2008267753A

JP2008267753A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2008267753A
Application number: JP2007114489A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ohashi; 日出雄大橋
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2007-04-24
Filing date: 2007-04-24
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】優れた気液分離効果を得ることができ、かつエンジンルーム内に配置した場合に無駄なスペースが生じることを防止しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１は、１対のタンク2,3と、熱交換管４と、フィン５とを備えている。両タンク2,3をそれぞれ仕切部材11,12により２つのヘッダ15,17,16,18に区画することにより凝縮部13と過冷却部14とを設ける。第１タンク２に受液部取付部材７を固定し、受液部取付部材７に上下方向にのびる２つの受液管8,9を固定する。受液部取付部材７に、凝縮部13の第１タンク２側のヘッダ15と冷媒流入側受液管８とを通じさせる第１流路27と、過冷却部14の第１タンク２側のヘッダ17と冷媒流出側受液管９とを通じさせる第２流路28とを形成する。両受液管8,9を相互に通じさせる。
【選択図】図１

Description

この発明は、たとえばカーエアコンを構成する冷凍サイクルに使用される熱交換器に関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１、図３および図５の上下、左右をそれぞれ上下、左右というものとする。また、図１、図３および図５の紙面裏側（通風方向下流側）を前、これと反対側を後というものとする。

近年、車体への組み付け性の向上を図ることを目的とし、カーエアコンを構成する冷凍サイクルの熱交換器として、互いに間隔をおいて配置された上下方向に伸びる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンと、いずれか一方のタンクに固定された受液管取付部材と、受液管取付部材に固定された１つの垂直円筒状受液管とを備えており、受液管取付部材に、前記一方のタンクから受液管内に冷媒を流入させる冷媒流入路と、受液管から前記一方のタンクに冷媒を流出させる冷媒流出路とがが形成されたものが知られている（特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１記載の熱交換器においては、受液器本体での気液分離性能を向上させるには、受液器本体の内容積を大きくする必要があり、直径がタンクの通風方向の幅よりも大きくなったり、あるいは長さがタンクの長さよりも長くなったりするので、この熱交換器をエンジンルーム内に配置した場合、無駄なスペースが生じるという問題がある。
特開平１１−２１１２７５号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、優れた気液分離効果を得ることができるとともに、エンジンルーム内に配置した場合に無駄なスペースが生じることを防止しうる熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)互いに間隔をおいて配置された上下方向に伸びる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンとを備えた熱交換器において、
いずれか一方の第１タンクに受液部取付部材が固定され、受液部取付部材に、上下方向にのびる複数の管状受液部が固定されるとともに、第１タンクから冷媒が流入する冷媒流入側管状受液部、および第１タンクへ冷媒が流出する冷媒流出側管状受液部を含んでおり、受液部取付部材に、冷媒流入側管状受液部内と第１タンク内とを通じさせる第１の流路、および冷媒流出側管状受液部内と第１タンク内とを通じさせる第２の流路が形成され、隣り合う管状受液部どうしが相互に通じさせられ、第１タンクから第１流路を通って冷媒流入側管状受液部内に流入した冷媒が、すべての管状受液部内を経て、冷媒流出側管状受液部から第２流路を通って第１タンクに戻るようになされている熱交換器。

2)受液部取付部材が固定された第１タンクが、第１の仕切部材により第１タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、同じく他方の第２タンクが第２の仕切部材により、第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切部材が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、両仕切部材よりも片側の部分にコンデンサとしての機能を有する凝縮部が設けられ、同じく両仕切部材よりも他側の部分に過冷却器としての機能を有する過冷却部が設けられており、凝縮部の第１タンク側のヘッダから流出した冷媒が受液器取付部材の第１流路を通って冷媒流入側管状受液部内に流入し、冷媒流出側管状受液部から流出した冷媒が受液器取付部材の第２流路を通って過冷却部の第１タンク側のヘッダに流出するようになされている上記1)記載の熱交換器。

3)各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管どうしの間に、複数の連通部材が受液管の長さ方向に間隔をおいて配置されて両受液管に接合され、隣り合う受液管どうしが、受液管の周壁に形成された貫通穴および各連通部材に形成された連通穴を介して通じさせられている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管どうしの間に、受液管の長さ方向にのびる１つの連通部材が配置されて両受液管に接合され、隣り合う受液管どうしが、受液管の周壁に長さ方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴、および連通部材に長さ方向に間隔をおいて形成された複数の連通穴を介して通じさせられている上記1)または2)記載の熱交換器。

5)各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管のうちのいずれか一方の受液管の周壁に貫通穴が形成され、同他方の受液管の周壁に、前記一方の受液管側に突出しかつ先端部が前記貫通穴内に挿入されるとともに、前記他方の受液管の内外を通じさせる連通穴を有する連通部が設けられ、隣り合う受液管どうしが、連通部に形成された連通穴を介して通じさせられている上記1)または2)記載の熱交換器。

6)管状受液部の数が２つである上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)〜5)の熱交換器によれば、気液混相の冷媒が、第１タンクから冷媒流入側管状受液部内に流入した後、すべての管状受液部を経て冷媒流出側管状受液部からタンクに流出する。そして、各管状受液部において、重力の作用により気相の冷媒と液相の冷媒とに分離されて、液相の冷媒のみが冷媒流出側管状受液部からタンクに流出する。したがって、気液分離効果が優れたものになる。しかも、各管状受液部の長さ、直径などの寸法を、特許文献１記載の熱交換器の垂直円筒状受液管に比べて小さくすることが可能となるとともに、管状受液部の配置の自由度が向上し、この熱交換器をエンジンルーム内に配置する場合に、無駄なスペースが生じることを防止することが可能になる。したがって、自動車の衝突基準を満たすように、バンパーから熱交換器までの距離を大きくすることができる。

上記4)の熱交換器によれば、部品点数が少なくなるとともに、各部品の構造も簡易なものになる。

上記6)の熱交換器によれば、部品点数が少なくなる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図面を通じて同一部分および同一物には同一符号を付して重複する説明を省略する。

以下に述べる実施形態は、この発明による熱交換器を、コンデンサの機能を有する凝縮部と、過冷却器の機能を有する過冷却部とが一体化された熱交換器に適用したものである。なお、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

実施形態１
この実施形態は図１および図２に示すものである。

図１はこの実施形態の熱交換器の全体構成を示し、図２はその要部の構成を示す。

図１において、熱交換器(1)は、互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる左右１対のアルミニウム製タンク(2)(3)と、両タンク(2)(3)間に幅方向を前後方向に向けるとともに上下方向に間隔をおいて並列状に配置され、かつ両端部が両タンク(2)(3)にそれぞれ接続された左右方向にのびる複数のアルミニウム製扁平状熱交換管(4)と、隣り合う熱交換管(4)間および上下両端の熱交換管(4)の外側に配置されて熱交換管(4)にろう付されたアルミニウム製コルゲートフィン(5)と、上下両端のコルゲートフィン(5)の外側に配置されてコルゲートフィン(5)にろう付された上下１対のアルミニウム製サイドプレート(6)と、左タンク(2)にろう付により固定されたブロック状のアルミニウム製受液管取付部材(7)（管状受液部取付部材）と、受液管取付部材(7)に固定された上下方向にのびる複数、ここでは２つのアルミニウム製受液管(8)(9)（管状受液部）とを備えている。ここで、左タンク(2)が第１タンクであり、右タンク(3)が第２タンクである。

熱交換器(1)の両タンク(2)(3)内は、下部の同一高さ位置においてアルミニウム製仕切部材(11)(12)により上下に区画されており、これにより気相の冷媒を凝縮させて液相とするコンデンサの機能を有する凝縮部(13)と、凝縮部(13)で凝縮された液状冷媒を凝縮温度よりも５〜１５℃程度低い温度まで過冷却する過冷却器の機能を有する過冷却部(14)とが同一垂直面内において上下に並んで一体に設けられている。

ここで、左タンク(2)における仕切部材(11)よりも上方の部分が凝縮部(13)の左ヘッダ(15)、右タンク(3)における仕切部材(12)よりも上方の部分が凝縮部(13)の右ヘッダ(16)である。また、左タンク(2)における仕切部材(11)よりも下方の部分が過冷却部(14)の左ヘッダ(17)、右タンク(3)における仕切部材(12)よりも下方の部分が過冷却部(14)の右ヘッダ(18)である。

凝縮部(13)の右ヘッダ(16)は、上下方向の中程の高さ位置に設けられたアルミニウム製通路群形成用第１仕切板(19)により上ヘッダ部(16a)と下ヘッダ部(16b)とに区画されており、左ヘッダ(15)は、通路群形成用第１仕切板(19)よりも下方の高さ位置に設けられたアルミニウム製通路群形成用第２仕切板(21)により上ヘッダ部(15a)と下ヘッダ部(15b)とに区画されている。そして、凝縮部(13)に、第１仕切板(19)よりも上方の部分、両仕切板(19)(21)間の部分および第２仕切板(21)よりも下方の部分において、それぞれ上下に連続して並んだ熱交換管(4)からなる通路群(22)(23)(24)が設けられている。各通路群(22)(23)(24)を構成する熱交換管(4)の本数は、上から順次減少している。また、各通路群(22)(23)(24)を構成する全ての熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が同一となっているとともに、隣り合う２つの通路群(22)(23)および(23)(24)の熱交換管(4)における冷媒の流れ方向が異なっている。

凝縮部(13)の右ヘッダ(16)の上ヘッダ部(16a)に、図示しない冷媒入口に通じるアルミニウム製冷媒入口部材(25)がろう付されている。また、過冷却部(14)の右ヘッダ(18)には、図示しない冷媒出口に通じるアルミニウム製冷媒出口部材(26)がろう付されている。

受液管取付部材(7)には、一端が凝縮部(13)の左ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)内に通じるとともに他端が一方の受液管(8)内に通じる第１の流路(27)と、一端が過冷却部(14)の左ヘッダ(17)内に通じるとともに他端が他方の受液管(9)内に通じる第２の流路(28)とが形成されている。受液管取付部材(7)の第１流路(27)に通じる受液管(8)が、凝縮部(13)における左タンク(2)の左ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)から気液混相の冷媒が流入する冷媒流入側受液管であり、同じく第２流路(28)に通じる受液管(9)が、過冷却部(14)における左タンク(2)の左ヘッダ(17)に液相の冷媒を流出させる冷媒流出側受液管である。

各受液管(8)(9)は上端が閉鎖されるとともに下端が開口した円筒状体であり、下端開口が両流路(27)(28)に通じるように、左右方向に並んで受液管取付部材(7)に固定されている。なお、受液管(8)(9)としては、前後方向の幅が両タンク(2)(3)の前後方向の幅と等しいか、またはこれよりも小さいものであることが好ましい。また、両受液管(8)(9)は、円管に限らず、その横断面形状は変更可能であり、角管等を用いることができる。受液管取付部材(7)に固定された両受液管(8)(9)どうしの間に、複数のアルミニウム製連通部材(31)が受液管(8)(9)の長さ方向に間隔をおいて配置されるとともに両受液管(8)(9)にろう付されている。図２に示すように、各連通部材(31)の左右両面は、受液管(8)(9)の外周面の一部分が密接するように部分凹円筒面状となされている。そして、上下両受液管(8)(9)の周壁における各連通部材(31)と対応する位置に形成された貫通穴(32)(33)、および各連通部材(31)に形成された連通穴(34)により、左右に隣り合う両受液管(8)(9)どうしが相互に通じさせられている。なお、図示は省略したが、少なくともいずれか一方の受液管(8)(9)の内部に、乾燥剤、異物を除去するストレーナおよびフィルタなどが配置されている。

上述した熱交換器(1)は、圧縮機、減圧器（膨張弁）および蒸発器とともに冷凍サイクルを構成するようになっている。このような冷凍サイクルは、たとえば自動車のような車両のエアコンとして用いられる。

上述した熱交換器(1)において、冷凍サイクルの運転時には、気液混相の冷媒が、冷媒入口部材(25)から図示しない冷媒入口を通って凝縮部(13)の右ヘッダ(16)の上ヘッダ部(16a)内に流入する。右ヘッダ(16)の上ヘッダ部(16a)内に流入した気液混相の冷媒は、上端通路群(22)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)内に流入した後、中間通路群(23)の熱交換管(4)を通って右ヘッダ(16)の下ヘッダ部(16b)内に流入し、さらに下端通路群(24)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)内に流入する。

凝縮部(13)の左ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)内に流入した気液混相の冷媒は、受液管取付部材(7)の第１流路(27)を通って下端開口から冷媒流入側受液管(8)内に流入し、重力の作用により当該受液管(8)内で気液分離される。また、冷媒流入側受液管(8)内に流入した気液混相の冷媒は、冷媒流入側受液管(8)の周壁の貫通穴(32)、連通部材(31)の連通穴(34)および冷媒流出側受液管(9)の周壁の貫通穴(33)を通って冷媒流出側受液管(9)内に入り、当該受液管(9)内においても気液分離される。そして、気相の冷媒は両受液管(8)(9)内の上部に溜まり、液相の冷媒が冷媒流出側受液管(9)の下端開口から流出し、受液管取付部材(7)の第２流路(28)を通って過冷却部(14)の左ヘッダ(17)内に流入する。したがって、両受液管(8)(9)での気液分離効果が優れたものになり、過冷却部(14)内に流入する気相冷媒の量が少なくなり、過冷却部(14)での過冷却効果が十分となって冷凍サイクル全体の冷却効果が向上する。過冷却部(14)の左ヘッダ(17)内に流入した冷媒は、熱交換管(4)を通って右ヘッダ(18)内に流入し、図示しない冷媒出口から冷媒出口部材(26)を通って減圧器に送られる。

実施形態２
この実施形態は図３および図４に示すものである。

この実施形態の熱交換器(40)の場合、両受液管(8)(9)のうち右側に位置する冷媒流入側受液管(8)の周壁の左側部分、および左側に位置する冷媒流出側受液管(9)の周壁の右側部分における上下両端部を除いた部分が、それぞれ内側に平坦となるように凹まされている。両受液管(8)(9)の周壁における凹まされた平坦部を(41)(42)で示す。両受液管(8)(9)の周壁の平坦部(41)(42)間に、上下方向に長い帯板状の１つの連通部材(43)が、幅方向を前後方向に向けて配置され、両受液管(8)(9)にろう付されている。そして、両受液管(8)(9)の周壁の平坦部(41)(42)に、それぞれ左右方向に間隔をおいて複数の貫通穴(44)(45)が形成されるとともに、連通部材(43)における貫通穴(44)(45)と対応する位置に連通穴(46)が形成されており、これらの貫通穴(44)(45)および連通穴(46)により両受液管(8)(9)どうしが通じさせられている。

その他の構成は、実施形態１の熱交換器(1)と同様であり、実施形態１の熱交換器(1)と同様にして効率良く気液分離される。

実施形態３
この実施形態は図５および図６に示すものである。

この実施形態の熱交換器(50)の場合、気液分離部(4)の隣接する２つの受液管(8)(9)のうち右側受液管(8)の周壁の左側部分に、上下方向に間隔をおいて複数の貫通穴(51)が形成されている。また、左側受液管(9)における貫通穴(51)と対応する位置に上方に突出しかつ先端部が右側受液管(8)の貫通穴(51)内に挿入される連通部(52)が一体に形成されており、連通部(52)の突出端部には、左側受液管(9)の内外を通じさせる連通穴(53)が形成されている。そして、連通部(52)の連通穴(53)により隣接する受液管(8)(9)どうしが通じさせられている。なお、連通部(52)は先端に向かって細くなった先細り状であってもよい。

なお、実施形態３においては、右側受液管(8)に貫通穴(51)が形成され、左側受液管(9)に連通穴(53)を有する連通部(52)が形成されているが、これとは逆に、左側受液管(9)に貫通穴(51)が形成され、右側受液管(8)に連通穴(53)を有する連通部(52)が形成されていてもよい。また、両受液管(8)(9)に、それぞれ貫通穴(51)および連通穴(53)を有する連通部(52)が混在していてもよい。さらに、連通部(52)は受液管(8)(9)に一体に形成されている必要はなく、別個に形成されたものが固着されていてもよい。

上記３つの実施形態においては、２つの受液管(8)(9)が左右方向に並んで配置されているが、これに限定されるものではなく、これらの受液管(8)(9)の配置は適宜変更可能であり、この熱交換器をエンジンルーム内に配置する場合に、無駄なスペースが生じることがないように配置すればよい。また、上記２つの実施形態においては、２つの受液管(8)(9)が用いられているが、これに限定されるものではなく、相互に通じさせられた３つ以上の受液管が用いられていてもよい。この場合、いずれか１つの受液管が、受液管取付部材の第１流路に通じる冷媒流入側受液管となり、他のいずれか１つの受液管が、受液管取付部材の第２流路に通じる冷媒流出側受液管となり、残りの受液管は受液管取付部材の流路には通じさせられない。

さらに、上記３つの実施形態においては、各管状受液部が相互に独立した受液管からなるが、これに限定されるものではなく、たとえばすべての管状受液部が、２つの受液部形成部材を相互に接合することにより形成されており、各受液部形成部材に、上下方向にのびる複数の受液部用外方膨出部が間隔をおくように形成され、両受液部形成部材の受液部用外方膨出部により管状受液部が形成され、両受液部形成部材のうち少なくともいずれか一方の受液部形成部材における隣り合う受液部用外方膨出部間に間隔をおいて形成された複数の連通用外方膨出部により、左右に隣り合う管状受液部が通じさせられており、いずれか１つの管状受液部が、受液管取付部材の第１流路に通じる冷媒流入側受液部となり、他のいずれか１つの管状受液部が、受液管取付部材の第２流路に通じる冷媒流出側受液部となっていてもよい。

この発明の実施形態１の熱交換器の全体構成を示す正面図である。図１に示す熱交換器の一部分を示す拡大分解斜視図である。この発明の実施形態２の熱交換器の全体構成を示す正面図である。図３に示す熱交換器の一部分を示す拡大分解斜視図である。この発明の実施形態３の熱交換器の全体構成を示す正面図である。図５に示す熱交換器の一部分を示す拡大分解斜視図である。

符号の説明

(1)(40)(50)：熱交換器
(2)(3)：タンク
(4)：熱交換管
(5)：コルゲートフィン
(7)：受液管取付部材（受液部取付部材）
(8)：冷媒流入側受液管（冷媒流入側管状受液部）
(9)：冷媒流出側受液管（冷媒流出側管状受液部）
(11)(12)：仕切部材
(13)：凝縮部
(14)：過冷却部
(27)：第１流路
(28)：第２流路
(31)：連通部材
(32)(33)：貫通穴
(34)：連通穴
(43)：連通部材
(44)(45)：貫通穴
(46)：連通穴
(51)：貫通穴
(52)：連通部
(53)：連通穴

Claims

互いに間隔をおいて配置された上下方向に伸びる１対のタンクと、両タンク間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置されかつ両端部が両タンクにそれぞれ接続された複数の熱交換管と、隣り合う熱交換管間に配置されたフィンとを備えた熱交換器において、
いずれか一方の第１タンクに受液部取付部材が固定され、受液部取付部材に、上下方向にのびる複数の管状受液部が固定されるとともに、第１タンクから冷媒が流入する冷媒流入側管状受液部、および第１タンクへ冷媒が流出する冷媒流出側管状受液部を含んでおり、受液部取付部材に、冷媒流入側管状受液部内と第１タンク内とを通じさせる第１の流路、および冷媒流出側管状受液部内と第１タンク内とを通じさせる第２の流路が形成され、隣り合う管状受液部どうしが相互に通じさせられ、第１タンクから第１流路を通って冷媒流入側管状受液部内に流入した冷媒が、すべての管状受液部内を経て、冷媒流出側管状受液部から第２流路を通って第１タンクに戻るようになされている熱交換器。
受液部取付部材が固定された第１タンクが、第１の仕切部材により第１タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、同じく他方の第２タンクが第２の仕切部材により、第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切部材が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、両仕切部材よりも片側の部分にコンデンサとしての機能を有する凝縮部が設けられ、同じく両仕切部材よりも他側の部分に過冷却器としての機能を有する過冷却部が設けられており、凝縮部の第１タンク側のヘッダから流出した冷媒が受液器取付部材の第１流路を通って冷媒流入側管状受液部内に流入し、冷媒流出側管状受液部から流出した冷媒が受液器取付部材の第２流路を通って過冷却部の第１タンク側のヘッダに流出するようになされている請求項１記載の熱交換器。
各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管どうしの間に、複数の連通部材が受液管の長さ方向に間隔をおいて配置されて両受液管に接合され、隣り合う受液管どうしが、受液管の周壁に形成された貫通穴および各連通部材に形成された連通穴を介して通じさせられている請求項１または２記載の熱交換器。
各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管どうしの間に、受液管の長さ方向にのびる１つの連通部材が配置されて両受液管に接合され、隣り合う受液管どうしが、受液管の周壁に長さ方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴、および連通部材に長さ方向に間隔をおいて形成された複数の連通穴を介して通じさせられている請求項１または２記載の熱交換器。
各管状受液部が相互に独立した受液管からなり、隣り合う受液管のうちのいずれか一方の受液管の周壁に貫通穴が形成され、同他方の受液管の周壁に、前記一方の受液管側に突出しかつ先端部が前記貫通穴内に挿入されるとともに、前記他方の受液管の内外を通じさせる連通穴を有する連通部が設けられ、隣り合う受液管どうしが、連通部に形成された連通穴を介して通じさせられている請求項１または２記載の熱交換器。
管状受液部の数が２つである請求項１〜５のうちのいずれかに記載の熱交換器。