JP6164837B2 - 蒸発器構造 - Google Patents
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Description
間隔を有して配置された一対のタンク部と、該一対のタンク部間を連結する複数本の伝熱管とを、それぞれ有する第1の熱交換部と第2の熱交換部とを、空気の流れ方向に対して直列に設け、
風下側に位置する前記第1の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒入口部を設け、風上側に位置する前記第2の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒出口部を設け、前記第1の熱交換部と第2の熱交換部とのタンク部間に、風下側の前記第1の熱交換部を出た冷媒を風上側の前記第2の熱交換部へ送る連通部を設けると共に、
風下側の前記第1の熱交換部を流れる冷媒の一部を風上側の前記第2の熱交換部へバイパスさせるバイパス流路を設け、
更に、少なくとも、風下側の前記第1の熱交換部における、前記一対のタンク部内を仕切壁で仕切って、風下側の前記第1の熱交換部に、前記伝熱管を通る冷媒の流れが前記タンク部の長手方向の各部で交互に反転される複数のパスを形成した蒸発器構造であって、
前記冷媒入口部が接続された前記第1の熱交換部の第1パスと、該第1パスに隣接する第2パスとの間を仕切る前記仕切壁またはその周辺に、前記バイパス流路に連通するバイパス入口部を設け、
前記バイパス入口部が設けられたタンク部とは反対側のタンク部に、前記第1パスと第2パスとの間を連通する連通路を設け、
該連通路には閉鎖壁を設け、該閉鎖壁には、連通流量を調整する流量調整部が形成され、
前記流量調整部の通路断面積と、前記バイパス入口部の開口面積との面積比によって、
前記第2パスと風上側の前記第2の熱交換部とに流入する冷媒の分配量を設定可能に構成し、
前記バイパス入口部を設けた前記仕切壁と、前記流量調整部を設けた前記閉鎖壁とを、前記タンク部の長手方向に対して同じ位置に設置したことを特徴とする。
請求項2に記載された発明は、上記において、
前記バイパス入口部が、前記仕切壁の風上寄りの、湿り度の低い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする。
請求項3に記載された発明は、上記において、
前記流量調整部が、前記閉鎖壁の風下寄りの、湿り度の高い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする。
請求項4に記載された発明は、上記において、
前記第1パスが下降流とされると共に、
前記バイパス入口部が湿り度の低い冷媒が集まり易い上側のタンク部に形成され、
前記連通路が湿り度の高い冷媒が集まり易い下側のタンク部に形成されたことを特徴とする。
請求項5に記載された発明は、
間隔を有して配置された一対のタンク部と、該一対のタンク部間を連結する複数本の伝熱管とを、それぞれ有する第1の熱交換部と第2の熱交換部とを、空気の流れ方向に対して直列に設け、
風下側に位置する前記第1の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒入口部を設け、風上側に位置する前記第2の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒出口部を設け、前記第1の熱交換部と第2の熱交換部とのタンク部間に、風下側の前記第1の熱交換部を出た冷媒を風上側の前記第2の熱交換部へ送る連通部を設けると共に、
風下側の前記第1の熱交換部を流れる冷媒の一部を風上側の前記第2の熱交換部へバイパスさせるバイパス流路を設け、
更に、少なくとも、風下側の前記第1の熱交換部における、前記一対のタンク部内を仕切壁で仕切って、風下側の前記第1の熱交換部に、前記伝熱管を通る冷媒の流れが前記タンク部の長手方向の各部で交互に反転される複数のパスを形成した蒸発器構造であって、
前記冷媒入口部が接続された前記第1の熱交換部の第1パスと、該第1パスに隣接する第2パスとの間を仕切る前記仕切壁またはその周辺に、前記バイパス流路に連通するバイパス入口部を設け、
前記バイパス入口部が設けられたタンク部とは反対側のタンク部に、前記第1パスと第2パスとの間を連通する連通路を設け、
該連通路には閉鎖壁を設け、前記閉鎖壁には、連通流量を調整する流量調整部が形成され、
前記流量調整部が、前記閉鎖壁の風下寄りの、湿り度の高い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする。
即ち、冷凍サイクルを流れる冷媒は、冷媒入口部から、風下側に位置する第1の熱交換部の一側へ供給され、風下側の第1の熱交換部の内部を一側から他側へ向けて流れた後に、風下側の第1の熱交換部から連通路を介して風上側に位置する第2の熱交換部へと送られ、風上側の第2の熱交換部の内部を一側へ向け流れて、風上側の第2の熱交換部の一側から冷媒出口部を介して外部へ取出される。
この際、風下側の第1の熱交換部を流れる冷媒の一部は、バイパス流路を介して風上側の第2の熱交換部へバイパスされる。
また、少なくとも、風下側の第1の熱交換部では、冷媒は、仕切壁で仕切られた複数のパスを、パスごとに伝熱管内での流れ方向を交互に反転しながらタンク部の長手方向に沿って一側から他側へと流れることになる。
そして、上記したように各熱交換部の内部を流れる冷媒と、各熱交換部の外部を流れる空気との間で熱交換が行われて、冷媒が蒸発されると共に、空気が冷却され、除湿される。これにより、空気の温度を調整することが可能となる。
このように、熱交換部を、風上側の第2の熱交換部と風下側の第1の熱交換部とに分けて直列に設けるようにしたことにより、熱交換効率を向上することができる。
そして、風下側の第1の熱交換部においては、第1パスと第2パスとの間を仕切る仕切壁またはその周辺の位置に設けたバイパス入口部から、冷媒を、バイパス流路を介して風上側の第2の熱交換部へとバイパスさせることにより、第1パスの内部の湿り度の低い側の冷媒と、湿り度の高い側の冷媒とのどちらかを選んで集中的に風上側の第2の熱交換部へと導くことができるようになる。
このように、湿り度の低い側の冷媒と、湿り度の高い側の冷媒とを積極的に使い分けるようにすることにより、風上側の第2の熱交換部の熱交換量や、風下側の第1の熱交換部の熱交換量を意図的に改善して、両者の熱交換量の差を小さくしたり、空気の流れ方向から見た時に、空気の流れ領域内の温度分布を小さくしたりすることなどができるようになる。
特に、湿り度の低い側の冷媒を風上側の第2の熱交換部へバイパスさせると共に、湿り度の高い側の冷媒を風下側の第1の熱交換部の第2パスへ通すようにすると、湿り度が低く熱交換能力が低い分の冷媒は、風上側の第2の熱交換部で熱交換され、反対に、湿り度が高く熱交換能力が高い分の冷媒は、風下側の第1の熱交換部と風上側の第2の熱交換部との両熱交換部で熱交換が行われることになるので、風上側の第2の熱交換部と風下側の第1の熱交換部との両熱交換部における熱交換量の差を小さくして、各熱交換部の温度分布を小さくする効果を向上することができる。
以って、全体としての蒸発器の性能を高めることができる。
これに対し、例えば、冷媒入口部またはその周辺で、湿り度の高い冷媒と、湿り度の低い冷媒とに分化される前の同質の冷媒を、そのままバイパス流路を介して風上側の第2の熱交換部へバイパスさせた場合には、上記と比べて、風上側の第2の熱交換部での熱交換量が高くなり、風下側の第1の熱交換部での熱交換量が低くなるので、風上側の第2の熱交換部と、風下側の第1の熱交換部との熱交換量の差が大きくなったり、各熱交換部の温度分布が悪化し易くなる。
また、上記構成によれば、流量調整部の通路断面積と、バイパス入口部の開口面積との面積比によって、第2パスと風上側の第2の熱交換部とに流入する冷媒の分配量を設定することができる。そして、第1パスの互いに異なるタンク部に対して、連通路とバイパス入口部とが、それぞれ離して(明確に分けて)設けられることになるので、新たな部品を用いることがなく、また、連通路とバイパス入口部との一方の開口面積の変更で、容易に冷媒の分配量を設定することができるようになる。
これに対し、例えば、冷媒入口部またはその周辺で、冷媒の分配量を設定するようにした場合には、冷媒入口部を構成する小さな部品の中に小さな分配口を精密に設けなければならないので、分配量を正確に設定するのが難しい。
更に、上記構成によれば、閉鎖壁に設けた流量調整部を用いて、第2パスへ送られる冷媒の流量を調整することにより、第1パスの内部の湿り度の高い側の冷媒と、湿り度の低い側の冷媒とを、上記したように選んで、集中的に第2パスや風上側の第2の熱交換部へ分配させる(即ち、湿り度の高い側の冷媒と、湿り度の低い側の冷媒とを使い分ける)効果をより高めることが可能となる。
そして、バイパス入口部を設けた仕切壁と、流量調整部を設けた閉鎖壁とを、タンク部の長手方向に対して同じ位置に設置したことにより、分配のために新たな部品を用いる必要がない構造にすることができる。
請求項2に記載された発明によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。
即ち、タンク部内部の長手方向に対する位置が同じであっても、風上寄りの位置は、風下寄りの位置よりも空気からの入熱が大きいので、仕切壁の風上寄りの位置にバイパス入口部を形成することで、より湿り度の低くなった冷媒を、風上寄りのバイパス入口部を通し、更に、バイパス流路を介して、風上側の第2の熱交換部へ集中して送ることができるようになる。
請求項3および請求項5に記載された発明によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。
即ち、タンク部内部の長手方向に対する位置が同じであっても、風下寄りの位置は、風上寄りの位置よりも空気からの入熱が小さいので、閉鎖壁の風下寄りの位置に流量調整部を形成することで、より湿り度の高い冷媒を、風下寄りの流量調整部を通して、第2パスへ集中して送ることができるようになる。
請求項4に記載された発明によれば、上記構成によって、以下のような作用効果を得ることができる。
即ち、第1パスが下降流とされることにより、重力を積極的に利用して、第1パスの冷媒を、湿り度の低いガス状の冷媒と、湿り度の高い液状の冷媒とに、分化させることができるようになる。
そして、上側に位置するタンク部に集まった比較的湿り度の低い側の冷媒を、より集中的にバイパス入口部からバイパス流路を介して風上側の第2の熱交換部へ送ることができるようになる。
また、下側に位置するタンク部に集まった比較的湿り度の高い側の冷媒を、より集中的に連通路(流量調整部)を介して第2パスへ送ることができるようになる。
図1〜図9は、この実施例およびその変形例を示すものである。
自動車などの車両に、車室内の温度を調整するための空調装置が設けられる。
ここで、上記した「冷媒1」は、空調装置の冷凍サイクルに使用される冷却媒体のことである。
積層型の蒸発器3は、例えば、図6に示すような、積層プレート31を、複数枚積層することによって構成される。
上記した「直列」は、空気2の流れ方向6に対して並べて配置されていることである。
上記した「一側」は、この場合、タンク部41,42およびタンク部51,52の一方の端部のことである。通常は、車幅方向の一方の側(右側または左側)となる。
上記した「冷媒入口部11」は、文字通り、冷媒1の入口となる部分のことである。この場合には、タンク部41に対して設けられている。冷媒入口部11には、小さな部品(入口部品)が設けられる。
上記した「冷媒出口部12」は、文字通り、冷媒1の出口となる部分のことである。この場合には、タンク部51に対して設けられている。冷媒出口部12には、小さな部品(出口部品)が設けられる。なお、冷媒出口部12と、冷媒入口部11とは、一体の部品(出入口共用部品)によって構成することができる。
この場合、バイパス流路14の上流側の部分が、例えば、減圧機能を有するキャピラリーチューブ(細管)などとされる。また、バイパス流路14の下流側の部分が、風下側に位置する第1の熱交換部4において、タンク部41の他側の部分を上記した仕切壁15で仕切ることによって、最も他端側の1本または数本の伝熱管43を他の伝熱管43から隔離したものなどとされている。なお、上記した仕切壁15には、バイパス流路14の上流側を構成するキャピラリーチューブの他端部が接続される開口部が形成される。
上記冷媒入口部11が接続された上記第1の熱交換部4の第1パスP1と、この第1パスP1に隣接する第2パスP2との間を仕切る上記仕切壁15またはその周辺に、上記バイパス流路14に連通するバイパス入口部21を設けるようにする。
ここで、上記した「第1パスP1」は、外部を流れる空気2との間の熱交換を利用して、冷媒1を、後述する湿り度の高い冷媒1と、湿り度の低い冷媒1とに分けるのに使用するようにしている。そのために、第1パスP1は、例えば、3本〜5本程度の伝熱管43によって構成される比較的小さなものなどとしている。
これに対し、次の第2パスP2と、最後の第3パスP3とは、第1パスP1よりも大きい、ほぼ同じ程度の大きさのものとし、湿り度の高い冷媒1の蒸発が促進されるようにしている。
上記バイパス入口部21が設けられたタンク部41とは反対側のタンク部42に、上記第1パスP1と第2パスP2との間を連通する連通路22を設ける。
そして、この連通路22の通路断面積と上記バイパス入口部21の開口面積との面積比によって、上記第2パスP2と風上側の上記第2の熱交換部5とに流入する冷媒1の分配量を設定可能に構成する。
ここで、上記した「連通路22」は、文字通り、第1の熱交換部4の第1パスP1の下流側と、第2パスP2の上流側との間を連通する流路となるものである。
そして、上記連通路22に対し、この連通路22を閉鎖可能な閉鎖壁23を設ける。
更に、この閉鎖壁23に連通流量を調整可能な流量調整孔24(流量調整部)が形成されるようにする。
ここで、上記した「閉鎖壁23」は、上記仕切壁15と同様のもの(エンボス部39によって形成されるもの)とされる。
上記した「流量調整孔24」は、例えば、絞り機能を有するオリフィス開口部などとされる。
図5に示すように、上記バイパス入口部21が、上記仕切壁15の風上寄りの、湿り度の低い冷媒1が入り易い位置に形成されるようにする。
ここで、上記した「風上寄り」は、文字通り、流れ方向6の上流側の位置のことである。例えば、タンク部41の風上側半部の位置などとされる。或いは、真中よりも第2の熱交換部5寄りの位置である。
上記した「湿り度の低い冷媒1」とは、相対的に、液状分よりもガス状分の方が多い気液二相状態の冷媒1のことである。
上記流量調整孔24が、上記閉鎖壁23の風下寄りの、湿り度の高い冷媒1が入り易い位置に形成されるようにする。
ここで、上記した「風下寄り」は、文字通り、流れ方向6の下流側の位置のことである。例えば、タンク部42の風下側半部の位置などとされる。真中よりも第2の熱交換部5から遠ざかる位置である。
上記した「湿り度の高い冷媒1」とは、相対的に、ガス状分よりも液状分の方が多い気液二相状態の冷媒1のことである。
図4に示すように、上記第1パスP1が下降流とされる。
上記バイパス入口部21が湿り度の低い冷媒1が集まり易い上側のタンク部41に形成されるようにする。
上記連通路22(流量調整孔24)が湿り度の高い冷媒1が集まり易い下側のタンク部42に形成されるようにする。
ここで、上記した「下降流」は、文字通り、上から下へ向かう冷媒1の流れのことである。第1パスP1を下降流とするために、一対のタンク部41,42は、高低差を付けて設置させるようにする。この場合には、タンク部41を上側とし、タンク部42を下側とする。
また、上記した「下側のタンク部42」は、上側のタンク部41よりも、低い位置にあれば、鉛直上下に配置される必要はない。
但し、一対のタンク部41,42は、鉛直上下に隔てて配置するのが、最も効率良く重力を利用する上で好ましい。
冷凍サイクルを流れる冷媒1は、冷媒入口部11から、風下側に位置する第1の熱交換部4の一側へ供給され、風下側の第1の熱交換部4の内部を一側から他側へ向けて流れた後に、風下側の第1の熱交換部4から連通路13を介して風上側に位置する第2の熱交換部5へと送られ、風上側の第2の熱交換部5の内部を一側へ向け流れて、風上側の第2の熱交換部5の一側から冷媒出口部12を介して外部(冷凍サイクル)へ取出される。
(効果1)
風下側の第1の熱交換部4においては、第1パスP1と第2パスP2との間を仕切る仕切壁15またはその周辺の位置に設けたバイパス入口部21から、冷媒1を、バイパス流路14を介して風上側の第2の熱交換部5へとバイパスさせることにより、第1パスP1の内部の湿り度の低い側の冷媒1と、湿り度の高い側の冷媒1とのどちらかを選んで集中的に風上側の第2の熱交換部5へと導くことができるようになる。
連通路22の通路断面積と、上記したバイパス入口部21の開口面積との面積比によって、第2パスP2と風上側の第2の熱交換部5とに流入する冷媒1の分配量を設定することができる。そして、第1パスP1の互いに異なるタンク部41,42に対して、連通路22とバイパス入口部21とが、それぞれ離して(明確に分けて)設けられることになるので、分配のために新たな部品を用いることがなく、また、連通路22とバイパス入口部21との一方の開口面積の変更で、容易に冷媒1の分配量を設定することができるようになる。
閉鎖壁23に設けた流量調整孔24を用いて、第2パスP2へ送られる冷媒1の流量を調整することにより、第1パスP1の内部の湿り度の高い冷媒1と、湿り度の低い冷媒1とを、上記したように選んで、集中的に第2パスP2や風上側の第2の熱交換部5へ分配させる(即ち、湿り度の高い側の冷媒1と、湿り度の低い側の冷媒1とを使い分ける)効果をより高めることが可能となる。
タンク部41内部の長手方向16に対する位置が同じであっても、風上寄りの位置は、風下寄りの位置よりも空気2からの入熱が大きいので、仕切壁15の風上寄りの位置にバイパス入口部21を形成することで、より湿り度の低くなった冷媒1を、風上寄りのバイパス入口部21を通し、更に、バイパス流路14を介して、風上側の第2の熱交換部5へ集中して送ることができるようになる。
タンク部41内部の長手方向16に対する位置が同じであっても、風下寄りの位置は、風上寄りの位置よりも空気2からの入熱が小さいので、閉鎖壁23の風下寄りの位置に流量調整孔24を形成することで、より湿り度の高い冷媒1を、風下寄りの流量調整孔24を通して、第2パスP2へ集中して送ることができるようになる。
第1パスP1が下降流とされることにより、重力を積極的に利用して、第1パスP1の冷媒1を、湿り度の低いガス状の冷媒1と、湿り度の高い液状の冷媒1とに、分化させることができるようになる。
2 空気
3 蒸発器
4 第1の熱交換部
5 第2の熱交換部
6 流れ方向
11 冷媒入口部
12 冷媒出口部
13 連通路
14 バイパス流路
15 仕切壁
16 長手方向
21 バイパス入口部
22 連通路
23 閉鎖壁
24 流量調整孔
41 タンク部
42 タンク部
43 伝熱管
51 タンク部
52 タンク部
53 伝熱管
P パス
P1 第1パス
P2 第2パス
P3 第3パス
Claims (5)
- 間隔を有して配置された一対のタンク部と、該一対のタンク部間を連結する複数本の伝熱管とを、それぞれ有する第1の熱交換部と第2の熱交換部とを、空気の流れ方向に対して直列に設け、
風下側に位置する前記第1の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒入口部を設け、風上側に位置する前記第2の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒出口部を設け、前記第1の熱交換部と第2の熱交換部とのタンク部間に、風下側の前記第1の熱交換部を出た冷媒を風上側の前記第2の熱交換部へ送る連通部を設けると共に、
風下側の前記第1の熱交換部を流れる冷媒の一部を風上側の前記第2の熱交換部へバイパスさせるバイパス流路を設け、
更に、少なくとも、風下側の前記第1の熱交換部における、前記一対のタンク部内を仕切壁で仕切って、風下側の前記第1の熱交換部に、前記伝熱管を通る冷媒の流れが前記タンク部の長手方向の各部で交互に反転される複数のパスを形成した蒸発器構造であって、 前記冷媒入口部が接続された前記第1の熱交換部の第1パスと、該第1パスに隣接する第2パスとの間を仕切る前記仕切壁またはその周辺に、前記バイパス流路に連通するバイパス入口部を設け、
前記バイパス入口部が設けられたタンク部とは反対側のタンク部に、前記第1パスと第2パスとの間を連通する連通路を設け、
該連通路には閉鎖壁を設け、該閉鎖壁には、連通流量を調整する流量調整部が形成され、
前記流量調整部の通路断面積と、前記バイパス入口部の開口面積との面積比によって、前記第2パスと風上側の前記第2の熱交換部とに流入する冷媒の分配量を設定可能に構成し、
前記バイパス入口部を設けた前記仕切壁と、前記流量調整部を設けた前記閉鎖壁とを、前記タンク部の長手方向に対して同じ位置に設置したことを特徴とする蒸発器構造。 - 前記バイパス入口部が、前記仕切壁の風上寄りの、湿り度の低い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の蒸発器構造。
- 前記流量調整部が、前記閉鎖壁の風下寄りの、湿り度の高い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の蒸発器構造。
- 前記第1パスが下降流とされると共に、
前記バイパス入口部が湿り度の低い冷媒が集まり易い上側のタンク部に形成され、
前記連通路が湿り度の高い冷媒が集まり易い下側のタンク部に形成されたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の蒸発器構造。 - 間隔を有して配置された一対のタンク部と、該一対のタンク部間を連結する複数本の伝熱管とを、それぞれ有する第1の熱交換部と第2の熱交換部とを、空気の流れ方向に対して直列に設け、
風下側に位置する前記第1の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒入口部を設け、風上側に位置する前記第2の熱交換部の一側のいずれかのタンク部に冷媒出口部を設け、前記第1の熱交換部と第2の熱交換部とのタンク部間に、風下側の前記第1の熱交換部を出た冷媒を風上側の前記第2の熱交換部へ送る連通部を設けると共に、
風下側の前記第1の熱交換部を流れる冷媒の一部を風上側の前記第2の熱交換部へバイパスさせるバイパス流路を設け、
更に、少なくとも、風下側の前記第1の熱交換部における、前記一対のタンク部内を仕切壁で仕切って、風下側の前記第1の熱交換部に、前記伝熱管を通る冷媒の流れが前記タンク部の長手方向の各部で交互に反転される複数のパスを形成した蒸発器構造であって、
前記冷媒入口部が接続された前記第1の熱交換部の第1パスと、該第1パスに隣接する第2パスとの間を仕切る前記仕切壁またはその周辺に、前記バイパス流路に連通するバイパス入口部を設け、
前記バイパス入口部が設けられたタンク部とは反対側のタンク部に、前記第1パスと第2パスとの間を連通する連通路を設け、
該連通路には閉鎖壁を設け、前記閉鎖壁には、連通流量を調整する流量調整部が形成され、
前記流量調整部が、前記閉鎖壁の風下寄りの、湿り度の高い冷媒が入り易い位置に形成されたことを特徴とする蒸発器構造。
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