JP2017125635A - 熱交換器およびエバポレータ - Google Patents

Abstract

【課題】エバポレータに適用した場合に冷却効率の低下を抑制しうる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器を適用したエバポレータ１の風下側上ヘッダ部５と風上側上ヘッダ部６とよりなる組は、上ヘッダタンク２内を、長手方向を左右方向に向けた仕切部材10により通風方向に２つの部分に分割することにより形成されている。風下側上ヘッダ部５の一端部に冷媒入口７を設け、風上側上ヘッダ部６における冷媒入口７と同一端部に冷媒出口８を設ける。冷媒入口７が設けられた風下側上ヘッダ部５の全体に、冷媒入口７を通して冷媒が流入する流入区画5Aを設け、風上側上ヘッダ部６の全体に、冷媒出口８を通して冷媒が流出する流出区画6Aを設ける。流入区画5Aと流出区画6Aとを仕切部材10により非連通状態とする。仕切部材10の全体が断熱空間を有している。【選択図】図１

Description

この発明は、たとえばカーエアコンのエバポレータやヒータコアとして用いら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に矢印Ｘで示す通風方向の上流側から見た際の上下、左右（図１の上下、左右）を上下、左右というものとする。

また、この明細書において、「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。

たとえば、自動車に搭載される冷凍サイクルであるカーエアコンに用いられるエバポレータとして、長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風下側チューブ列と、風下側チューブ列の風上側に並んで設けられ、かつ長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風上側チューブ列と、風下側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風下側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風下側上ヘッダ部および風下側下ヘッダ部と、風上側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風上側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風上側上ヘッダ部および風上側下ヘッダ部とを備えており、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組が、それぞれアルミニウム製上ヘッダタンク内および下ヘッダタンク内を長手方向を左右方向に向けたアルミニウム製中実仕切板により通風方向に２つの部分に分割することにより形成され、風下側上ヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに風上側上ヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口から流入した冷媒が全熱交換チューブを通って冷媒出口から流出するようになされたエバポレータが知られている(特許文献１参照)。

しかしながら、特許文献１記載のエバポレータにおいては、上ヘッダタンク内を風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部に分割する中実仕切板、および下ヘッダタンク内を風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部のに分割する中実仕切板の熱伝導率が比較的高いので、風下側上ヘッダ部および風上側上ヘッダ部の長手方向の同一位置に設けられるとともに通風方向に並び、かつ仕切板により非連通状態となされた２つの区画において、両区画内の冷媒に比較的大きな温度差が存在する場合に、両区画の冷媒どうしの間で、仕切板を介して比較的多くの熱が伝わることになる。特に、風下側上ヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに、風上側上ヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口が設けられたヘッダ部に、冷媒入口を通して冷媒が流入する流入区画が設けられ、冷媒出口が設けられたヘッダ部に、冷媒出口を通して冷媒が流出する流出区画が設けられ、流入区画および流出区画が、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切板により非連通状態となされているので、全熱交換チューブを流れて流出区画内に入った比較的高温の冷媒が有する多くの熱が、流入区画内に流入した比較的低温の冷媒に伝わることになる。したがって、エバポレータ全体の熱交換効率、すなわち冷却効率が低下する。

なお、特許文献１記載のエバポレータにおいては、風下側上ヘッダ部に、長手方向に並びかつ互いに隔てられた第１および第２の２つの区画が設けられるとともに、風上側上ヘッダ部に、長手方向に並びかつ互いに隔てられた第３および第４の２つの区画が設けられ、第１区画と第３区画、および第２区画と第４区画とが両上ヘッダ部の長手方向の同一位置に設けられるとともに通風方向に並んでおり、第１区画と第３区画とが互いに仕切板により非連通状態となされた２つの区画となっており、第２区画と第４区画とが互いに連通させられ、風下側上ヘッダ部の第１区画が流入区画となり、風上側上ヘッダ部の第３区画が流出区画となっている。また、風下側下ヘッダ部内および風上側下ヘッダ部内の全体が、両上ヘッダ部の長手方向の同一位置に設けられるとともに通風方向に並び、かつ互いに仕切板により非連通状態となされた２つの区画となっている。

特開２０１２−２５１７３６号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、熱交換効率の低下を抑制しうる熱交換器および冷却効率の低下を抑制しうるエバポレータ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)長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風下側チューブ列と、風下側チューブ列の風上側に並んで設けられ、かつ長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風上側チューブ列と、風下側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風下側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風下側上ヘッダ部および風下側下ヘッダ部と、風上側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風上側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風上側上ヘッダ部および風上側下ヘッダ部とを備えており、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうち少なくともいずれか一方の組が、ヘッダタンク内が、長手方向を左右方向に向けた仕切部材により通風方向に２つの部分に分割されることにより形成されている熱交換器であって、
風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうち少なくともいずれか一方の組に、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされた区画が設けられており、仕切部材における少なくとも当該両区画間に位置する部分が断熱空間を有している熱交換器。

2)仕切部材全体が、互いに独立しかつ断熱空間となる複数の気泡を有する発泡金属からなる上記1)記載の熱交換器。

3)仕切部材全体が金属製押出形材からなり、かつ押出方向にのびるとともに通風方向両側のヘッダ部と隔てられた断熱空間を有している上記1)記載の熱交換器。

4)仕切部材全体が、互いに接合された２つの金属板状部からなり、両金属板状部間に通風方向両側のヘッダ部と隔てられた断熱空間が形成されている上記1)記載の熱交換器。

5)上記1)〜4)のうちのいずれかに記載の熱交換器からなるエバポレータであって、
風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうちいずれか一方の組における風下側のヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに、風上側のヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口が設けられたヘッダ部に、冷媒入口を通して冷媒が流入する流入区画が設けられ、冷媒出口が設けられたヘッダ部に、冷媒出口を通して冷媒が流出する流出区画が設けられ、流入区画および流出区画が、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされており、仕切部材における少なくとも当該両区画間に位置する部分が、独立した複数の断熱空間を有しているエバポレータ。

上記1)〜4)の熱交換器によれば、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうち少なくともいずれか一方の組に、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされた区画が設けられており、仕切部材における少なくとも当該両区画間に位置する部分が、独立した複数の断熱空間を有しているので、仕切部材を特許文献１記載のエバポレータの仕切板と同様にアルミニウムで形成したとしても、仕切部材における前記両区画間に位置する部分の熱伝導率が、特許文献１記載のエバポレータの仕切板の熱伝導率よりも低くなる。したがって、前記両区画において、両区画内の冷媒に比較的大きな温度差が存在する場合にも、両区画の冷媒どうしの間における仕切部材を介しての熱伝達が抑制される。その結果、熱交換器全体の冷却効率の低下が抑制される。

上記2)〜4)の熱交換器によれば、比較的簡単な構成で、仕切部材に独立した複数の断熱空間を形成することができる。

上記5)のエバポレータによれば、次の効果を奏する。すなわち、エバポレータにおいて、冷媒入口から流入する冷媒は比較的低温であり、冷媒出口から流出する冷媒は比較的高温であるので、両冷媒間の温度差が大きくなる。したがって、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうちいずれか一方の組における風下側のヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに、風上側のヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口が設けられたヘッダ部に、冷媒入口を通して冷媒が流入する流入区画が設けられ、冷媒出口が設けられたヘッダ部に、冷媒出口を通して冷媒が流出する流出区画が設けられ、流入区画および流出区画が、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされているエバポレータにおいて、仕切部材が、特許文献１記載のエバポレータのようにアルミニウム製中実仕切板からなる場合、全熱交換チューブを流れて流出区画内に入った比較的高温の冷媒が有する多くの熱が、流入区画内に流入した比較的低温の冷媒に伝わり、流入区画内の冷媒の温度が上昇し、エバポレータの冷却効率が低下する。しかしながら、上記5)のエバポレータのように、仕切部材における流入区画と流出区画との間に位置する部分が断熱空間を有していると、両区画内の冷媒に比較的大きな温度差が存在したとしても、両区画の冷媒どうしの間における仕切部材を介しての熱伝達が抑制される。したがって、エバポレータ全体の冷却効率の低下が抑制される。

この発明による熱交換器を適用したエバポレータの全体構成を概略的に示す一部切り欠き斜視図である。 図１のエバポレータの上ヘッダタンクの横断面図である。 図１のエバポレータに用いられる仕切部材の変形例を示す図２相当の図である。 図１のエバポレータに用いられる仕切部材の他の変形例を示す図２相当の図である。 図４の仕切部材を用いた上ヘッダタンクの一部を示す分解斜視図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、全図面を通じて同一物および同一部分には同一符号を付す。

図１はこの発明による熱交換器を適用したエバポレータの全体構成を概略的に示し、図２はその要部の構成を示す。

図１および図２において、エバポレータ(1)は、長手方向を左右方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製上ヘッダタンク(2)およびアルミニウム製下ヘッダタンク(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

上ヘッダタンク(2)は、風下側に位置する風下側上ヘッダ部(5)と、風上側に位置しかつ風下側上ヘッダ部(5)に一体化された風上側上ヘッダ部(6)とを備えている。両上ヘッダ部(5)(6)は、上ヘッダタンク(2)内が、長手方向を左右方向に向けた垂直板状のアルミニウム製仕切部材(10)により通風方向に２つの部分に分割されることにより形成されている。仕切部材(10)の全体は、互いに独立しかつ断熱空間となる複数の気泡を有する発泡アルミニウム（発泡金属）からなる。風下側上ヘッダ部(5)の右端部に冷媒入口(7)が設けられ、風上側上ヘッダ部(6)の右端部に冷媒出口(8)が設けられている。風下側上ヘッダ部(5)の全体に、冷媒入口(7)を通して冷媒が流入する流入区画(5A)が設けられ、風上側上ヘッダ部(6)の全体に、冷媒出口(8)を通して冷媒が流出する流出区画(6A)が設けられている。流入区画(5A)および流出区画(6A)は、左右方向の少なくとも一部、ここでは全体が重複しかつ仕切部材(10)により非連通状態となされている。

下ヘッダタンク(3)は、風下側に位置する風下側下ヘッダ部(9)と、風上側に位置しかつ風下側下ヘッダ部(9)に一体化された風上側下ヘッダ部(11)とを備えている。両下ヘッダ部(9)(11)は、下ヘッダタンク(3)内が、長手方向を左右方向に向けた垂直板状のアルミニウム製仕切部材(17)により通風方向に２つの部分に分割されることにより形成されている。仕切部材(17)としては、上ヘッダタンク(2)の仕切部材(10)と同様に発泡アルミニウムからなるものが用いられてもよく、あるいは中実のアルミニウム板からなるものが用いられてもよい。風下側下ヘッダ部(9)と風上側下ヘッダ部(11)とは、たとえば仕切部材(17)に形成された連通穴(図示略）により連通させられている。

熱交換コア部(4)には、長手方向を上下方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数のアルミニウム製扁平状熱交換チューブ(12)からなり、かつ通風方向に並んだ風下側チューブ列(13A)および風上側チューブ列(13B)が設けられている。風下側チューブ列(13A)の熱交換チューブ(12)の上下両端部は、風下側上ヘッダ部(5)および風下側下ヘッダ部(9)にろう付により接合され、風上側チューブ列(13B)の熱交換チューブ(12)の上下両端部は、風上側上ヘッダ部(6)および風上側下ヘッダ部(11)にろう付により接合されている。

両チューブ列(13A)(13B)の左右方向に隣接する熱交換チューブ(12)どうしの間の通風間隙(14)および左右両端の熱交換チューブ(12)の外側に、それぞれ両チューブ列(13A)(13B)の熱交換チューブ(12)に跨って共有されるようにアルミニウム製コルゲートフィン(15)が配置されて両熱交換チューブ(12)にろう付され、左右両端のコルゲートフィン(15)の外側にそれぞれアルミニウム製サイドプレート(16)が配置されてコルゲートフィン(15)にろう付されている。左右両端の熱交換チューブ(12)とサイドプレート(16)との間も通風間隙(14)となっている。

上述したエバポレータ(1)は、車両のエンジンを駆動源とする圧縮機、圧縮機から吐出された冷媒を冷却するコンデンサ（冷媒冷却器）、コンデンサを通過した冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）とともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして自動車に搭載される。そして、圧縮機が作動している場合には、圧縮機で圧縮されてコンデンサおよび膨張弁を通過した低圧の気液混相の２相冷媒が、冷媒入口(7)を通ってエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)の冷媒流入区画(5A)内に入り、風下側チューブ列(13A)の全熱交換チューブ(12)を通って風下側下ヘッダ部(9)に入り、下ヘッダタンク(3)の仕切部材(10)に形成された連通穴を通って風上側下ヘッダ部(11)内に入る。風上側下ヘッダ部(11)内に入った冷媒は、風上側チューブ列(13B)の全熱交換チューブ(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の流出区画(6A)に入り、冷媒出口(8)から流出する。そして、冷媒が熱交換チューブ(12)内を流れる間に、通風間隙(14)を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出する。

このとき、冷媒入口(7)を通って風下側上ヘッダ部(5)の流入区画(5A)内に入った冷媒は比較的低温であり、風上側下ヘッダ部(11)から風上側チューブ列(13B)の全熱交換チューブ(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の流出区画(6A)内に入った冷媒は比較的高温であって、流入区画(5A)内および流出区画(6A)内の冷媒間に比較的大きな温度差が存在することになるが、仕切部材(10)が、互いに独立しかつ断熱空間となる複数の気泡を有する発泡アルミニウムからなるので、仕切部材(10)を介しての流出区画(6A)内の冷媒から流入区画(5A)内の冷媒への多くの熱の伝達が抑制される。したがって、エバポレータ(1)全体の冷却効率の低下が抑制される。

上述した実施形態のエバポレータ(1)においては、下ヘッダタンク(3)の仕切部材(17)に連通穴が形成されることによって、冷媒入口(7)から流入した冷媒が全熱交換チューブ(12)を通って冷媒出口(8)から流出するようになっている。しかしながら、冷媒入口(7)から流入した冷媒が全熱交換チューブ(12)を通って冷媒出口(8)から流出させるための形態はこれに限定されず、適宜変更可能である。たとえば、特許文献１記載のエバポレータのように、風下側上ヘッダ部に、長手方向に並びかつ互いに隔てられた第１および第２の２つの区画が設けられるとともに、風上側上ヘッダ部に、長手方向に並びかつ互いに隔てられた第３および第４の２つの区画が設けられ、第１区画と第３区画、および第２区画と第４区画とが両上ヘッダ部の長手方向の同一位置に設けられるとともに通風方向に並んでおり、第１区画と第３区画とが互いに仕切部材により非連通状態となされた２つの区画となっており、第２区画と第４区画とが互いに通じさせられ、風下側下ヘッダ部内および風上側下ヘッダ部内の全体が、両下ヘッダ部の長手方向の同一位置に設けられるとともに通風方向に並び、かつ互いに仕切板により非連通状態となされた２つの区画となっていてもよい。この場合、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部との間の仕切部材における少なくとも第１区画および第３区画の間に位置する部分と、風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部との間の仕切部材の全体が、独立した複数の断熱空間を有したものになる。

図３〜図５は図１のエバポレータ(1)の上ヘッダタンク(2)に用いられる仕切部材の変形例を示す。

図３に示す仕切部材(20)はアルミニウム押出形材製であって、押出方向、ここでは左右方向にのびて全長にわたる複数の断熱空間(21)が上下方向に並んで形成されたものである。断熱空間(21)は風下側上ヘッダ部(5)の流入区画(5A)内および風上側上ヘッダ部(6)の流出区画(6A)内とは非連通状態である。

なお、押出方向が上下方向であり、かつ上下方向にのびて全高にわたる複数の断熱空間が左右方向に並んで形成されているアルミニウム押出形材製仕切部材が用いられてもよい。

図４および図５に示す仕切部材(30)は、互いにろう付により接合されるとともに上端部において連結一体化された２つのアルミニウム製板状部(31)からなり、両板状部(31)間に複数の密閉状断熱空間(32)が、左右方向に並んで形成されたものである。断熱空間(32)は風下側上ヘッダ部(5)の流入区画(5A)内および風上側上ヘッダ部(6)の流出区画(6A)内とは非連通状態である。断熱空間(32)は、２つの板状部(31)の左右方向の同一位置に形成された膨出部(33)からなり、一方の板状部(31)の膨出部(33)の開口が他方の板状部(31)の膨出部(33)よって塞がれている。

仕切部材(30)は、平坦なアルミニウム板にプレス加工を施すことによって、アルミニウム板の幅方向の半部に長手方向に間隔をおいて複数の膨出部(33)を形成した後、アルミニウム板を幅方向の中心線において、膨出部(33)の開口が内側に来るように折り曲げて重ね合わせて接合することにより作られる。

上述した実施形態においては、この発明による熱交換器がカーエアコンのエバポレータに適用されてものであるが、これに限定されるものではなく、カーエアコンのヒータコアにも適用可能である。ヒータコアの場合、図１のエバポレータ(1)と同様な構成になる。

この発明による熱交換には、カーエアコンを構成する冷凍サイクルのエバポレータに好適に用いられる。

(1)：エバポレータ
(2)(3)：ヘッダタンク
(5)：風下側上ヘッダ部
(5A)：流入区画
(6)：風上側上ヘッダ部
(6A)：流出区画
(7)：冷媒入口
(8)：冷媒出口
(12)：熱交換チューブ
(13A)(13B)：チューブ列
(10)(20)(30)：仕切部材
(21)(32)：断熱空間

Claims (5)

1. 長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風下側チューブ列と、風下側チューブ列の風上側に並んで設けられ、かつ長手方向を上下方向に向けた状態で左右方向に間隔をおいて配置された複数の熱交換チューブからなる風上側チューブ列と、風下側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風下側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風下側上ヘッダ部および風下側下ヘッダ部と、風上側チューブ列の熱交換チューブの上下両側に長手方向を左右方向に向けて配置され、かつ風上側チューブ列の全熱交換チューブが接続された風上側上ヘッダ部および風上側下ヘッダ部とを備えており、風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうち少なくともいずれか一方の組が、ヘッダタンク内が、長手方向を左右方向に向けた仕切部材により通風方向に２つの部分に分割されることにより形成されている熱交換器であって、
   風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうち少なくともいずれか一方の組に、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされた区画が設けられており、仕切部材における少なくとも当該両区画間に位置する部分が断熱空間を有している熱交換器。
2. 仕切部材全体が、互いに独立しかつ断熱空間となる複数の気泡を有する発泡金属からなる請求項１記載の熱交換器。
3. 仕切部材全体が金属製押出形材からなり、かつ押出方向にのびるとともに通風方向両側のヘッダ部と隔てられた断熱空間を有している請求項１記載の熱交換器。
4. 仕切部材全体が、互いに接合された２つの金属板状部からなり、両金属板状部間に通風方向両側のヘッダ部と隔てられた断熱空間が形成されている請求項１記載の熱交換器。
5. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載の熱交換器からなるエバポレータであって、
   風下側上ヘッダ部と風上側上ヘッダ部とよりなる組、および風下側下ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とよりなる組のうちいずれか一方の組における風下側のヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに、風上側のヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口が設けられたヘッダ部に、冷媒入口を通して冷媒が流入する流入区画が設けられ、冷媒出口が設けられたヘッダ部に、冷媒出口を通して冷媒が流出する流出区画が設けられ、流入区画および流出区画が、左右方向の少なくとも一部が重複しかつ仕切部材により非連通状態となされており、仕切部材における少なくとも当該両区画間に位置する部分が断熱空間を有しているエバポレータ。
   

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