JP2010185648A

JP2010185648A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2010185648A
Application number: JP2009163306A
Authority: JP
Inventors: Hideo Ohashi; 日出雄大橋
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2010-08-26
Anticipated expiration: 2029-07-10
Also published as: WO2010082535A1; JP5412195B2

Abstract

【課題】気液分離効果を向上しうる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる１対のタンク２と、両タンク２間に上下方向に間隔をおいて並列状に配置された複数の熱交換管４と、いずれか一方のタンク２に取り付けられた上下方向にのびる筒状受液器７とを備えている。受液器７に、冷媒流入口31および冷媒流出口32を、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成する。受液器７内における冷媒流入口31と冷媒流出口32との間の高さ位置に、受液器７内を上下に区画する仕切部材41を配置する。仕切部材41に、受液器７内における仕切部材41よりも上方の区画42内の冷媒の液面が規定液面に達してから冷媒を仕切部材41よりも下方の区画43に流すオーバーフロー管44を設ける。
【選択図】図２

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の上下を上下というものとする。

近年、車体への組み付け性の向上や、設置スペースの節約を図ること、および冷凍サイクルの冷凍能力の向上を図ることを目的として、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、たとえば互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる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取り付けられた上下方向にのびる筒状受液器とを備えており、両タンクがそれぞれ同一高さ位置に設けられた仕切壁によりタンクの長さ方向に２つのヘッダに区画され、両仕切壁よりも上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るとともに、両仕切壁よりも下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、受液器に、タンクにおける凝縮部のヘッダから受液器内に冷媒を送り込む冷媒流入口および受液器からタンクにおける過冷却部のヘッダに冷媒を送り出す冷媒流出口が、前者が上方に位置するように形成されている熱交換器が知られている（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、冷媒流入口から受液器内に流入した気液混相の冷媒が直接冷媒流出口から流出することがあり、冷媒の気液分離効果が十分ではなく、この熱交換器を用いた冷凍サイクルの性能が低下するという問題がある。

特開２００３−３０２１２６号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、気液分離効果を向上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のびる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、いずれか一方のタンクに取り付けられた上下方向にのびる筒状受液器とを備えており、受液器に、冷媒流入口および冷媒流出口が、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成された熱交換器において、
受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に、受液器内を上下に区画する仕切部材が配置され、仕切部材に、受液器内における仕切部材よりも上方の区画内の冷媒の液面が規定液面に達してから冷媒を仕切部材よりも下方の区画に流すオーバーフロー管が設けられている熱交換器。

2)仕切部材に冷媒通過穴が形成され、仕切部材の上面における冷媒通過穴の周囲に、オーバーフロー管が上方突出状に設けられ、オーバーフロー管の上端が、冷媒流入口よりも上方に位置している上記1)記載の熱交換器。

3)オーバフロー管の周壁に、上端から下方にのびる切り欠きが形成されている上記1)または2)記載の熱交換器。

4)受液器内におけるオーバフロー管よりも上方の部分に乾燥剤容器が配置され、オーバフロー管の上端部に、乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の上端開口を閉鎖しないように設けられている上記1)または2)記載の熱交換器。

5)乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の周壁の上端部に上方突出状に設けられている上記4)記載の熱交換器。

6)乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の周壁の上端面に、周方向に間隔をおいて一体に設けられた複数の垂直板状体からなる上記5)記載の熱交換器。

7)受液器が取り付けられた第１のタンクが、第１の仕切壁により第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の仕切壁により第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切壁が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、両仕切壁よりも上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、同じく両仕切壁よりも下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、凝縮部の第１タンク側ヘッダから流出した冷媒が冷媒流入口を通って受液器内に入り、受液器の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の第１タンク側のヘッダに流入するようになっている上記1)〜6)のうちのいずれかに記載の熱交換器。

上記1)〜7)の熱交換器によれば、受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に、受液器内を上下に区画する仕切部材が配置され、仕切部材に、受液器内における仕切部材よりも上方の区画内の冷媒の液面が規定液面に達してから冷媒を仕切部材よりも下方の区画に流すオーバーフロー管が設けられているので、冷媒流入口から受液器内に流入した冷媒は、仕切部材よりも上方の区画において規定液面となるまで溜まった後に、オーバーフロー管を通って仕切部材よりも下方の区画に流れる。したがって、気液分離効果が向上し、この熱交換器を用いた冷凍サイクルの性能低下が防止される。

上記3)の熱交換器によれば、受液器内におけるオーバフロー管よりも上方の部分に配置された乾燥剤容器が重力により下方に移動してオーバフロー管により受けられた場合に、仕切部材よりも上方の区画内の冷媒は切り欠きを通ってオーバフロー管内に流入し、オーバーフロー管を通って仕切部材よりも下方の区画に流れる。したがって、冷媒流入口から受液器内の仕切部材よりも上方の区画に流入した冷媒の仕切部材よりも下方の区画への流れが阻害されることはない。

上記4)〜6)の熱交換器によれば、受液器内におけるオーバフロー管よりも上方の部分に配置された乾燥剤容器が重力により下方に移動した場合に、受け部材によって受けられるので、オーバフロー管の上端開口が閉鎖されることが防止される。したがって、冷媒流入口から受液器内の仕切部材よりも上方の区画に流入した冷媒の仕切部材よりも下方の区画への流れが阻害されることはない。

この発明の実施形態の熱交換器の全体構成を示す正面図である。図１に示す熱交換器の受液器の部分を拡大して示す一部を省略した垂直縦断面図である。仕切部材に設けられたオーバーフロー管の第１の変形例を示す斜視図である。仕切部材に設けられたオーバーフロー管の第２の変形例を示す斜視図である。仕切部材に設けられたオーバーフロー管の第３の変形例を示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

この実施形態は、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。

以下の説明において、図１の左右を左右というものとし、図１の紙面表側を前、これと反対側を後というものとする。また、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。

図１は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、かつ左右両端部が両タンク(2)(3)にそれぞれ接続された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)に固定された受液器(7)とを備えている。

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それぞれ仕切壁(8)(9)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(12)と、凝縮部(12)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(13)とが、前者が上方に位置するように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)における仕切壁(8)よりも上方の部分が凝縮部(12)の左ヘッダ(14)であり、右タンク(3)における仕切壁(9)よりも上方の部分が凝縮部(12)の右ヘッダ(15)である。また、左タンク(2)における仕切壁(8)よりも下方の部分が過冷却部(13)の左ヘッダ(16)であり、右タンク(3)における仕切壁(9)よりも下方の部分が過冷却部(13)の右ヘッダ(17)である。

凝縮部(12)の右ヘッダ(15)は、上下方向の中程の高さ位置に設けられた通路群形成用のアルミニウム製第１仕切板(18)により上ヘッダ部(15a)と下ヘッダ部(15b)とに区画されており、左ヘッダ(14)は第１仕切板(18)よりも下方の高さ位置に設けられた通路群形成用のアルミニウム製第２仕切板(19)により上ヘッダ部(14a)と下ヘッダ部(14b)とに区画されている。そして、凝縮部(12)に、第１仕切板(18)よりも上方の部分、両仕切板(18)(19)間の部分および第２仕切板(19)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(21)(22)(23)が設けられている。各通路群(21)(22)(23)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(21)(22)(23)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(21)(22)および(22)(23)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(12)の右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)の上端部に、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(24)が接合付され、過冷却部(13)の右ヘッダ(17)に、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(25)が接合されている。

図１および図２に示すように、受液器(7)は、左タンク(2)の下部にろう付等により固定されたアルミニウム製ベース部材(26)と、上端が閉鎖されるとともに下端が開口した円筒状であり、かつベース部材(26)に着脱自在に取り付けられたアルミニウム製受液器本体(27)とよりなり、その内部に乾燥剤を収納した袋状の乾燥剤容器(30)が入れられている。ベース部材(26)には、２つの固定部(28)(29)が上下方向に間隔をおいて形成されており、上側固定部(28)が左タンク(2)における凝縮部(12)の左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)にろう付等により固定され、下側固定部(29)が同じく過冷却部(13)の左ヘッダ(16)にろう付等により固定されている。

ベース部材(26)は、下端が閉鎖されるとともに上端が開口した円筒状であり、その周壁には、冷媒流入口(31)および冷媒流出口(32)が、前者が上方に位置するように形成されている。冷媒流入口(31)は、上側固定部(28)に形成された冷媒流入路(33)を介して凝縮部(12)の左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)に形成された冷媒出口(34)に通じさせられ、冷媒流出口(32)は、下側固定部(29)に形成された冷媒流出路(35)を介して過冷却部(13)の左ヘッダ(16)に形成された冷媒入口(36)に通じさせられている。ベース部材(26)の上端部の外周面にはおねじ(37)が形成されている。

受液器本体(27)の下端部内周面には、ベース部材(26)のおねじ(37)にねじ合わされるめねじ(38)が形成されており、受液器本体(27)の下端部がベース部材(26)の上端部にねじ被せられることにより、受液器本体(27)がベース部材(26)に取り付けられ、受液器本体(27)の下端開口がベース部材(26)によって閉鎖されている。また、ベース部材(26)の外周面におけるおねじ(37)よりも下方の部分と、受液器本体(27)の内周面におけるめねじ(38)よりも下方の部分との間がＯリング(39)によってシールされている。

受液器(7)のベース部材(26)内における冷媒流入口(31)と冷媒流出口(32)との間の高さ位置に、受液器(7)内を上下に区画する板状の仕切部材(41)が配置されており、これにより受液器(7)内に、仕切部材(41)よりも上方の冷媒流入口(31)が臨む第１区画(42)と、仕切部材(41)よりも下方の冷媒流出口(32)が臨む第２区画(43)とが設けられている。仕切部材(41)に、受液器(7)の第１区画(42)内の冷媒の液面が規定液面に達してから冷媒を第２区画(43)に流すオーバーフロー管(44)が設けられている。すなわち、仕切部材(41)に冷媒通過穴(45)が貫通状に形成され、仕切部材(41)の上面における冷媒通過穴(45)の周囲の部分に、所定の長さを有するオーバーフロー管(44)が上方突出状に設けられている。オーバーフロー管(44)の上端は、冷媒流入口(31)よりも上方に位置している。

仕切部材(41)の下面における冷媒通過穴(45)の周囲の部分に、下方に突出した有底円筒状であり、かつ周壁に複数の開口(46a)が形成されたフィルタ保持部材(46)が設けられており、フィルタ保持部材(46)に、上端が開口するとともに、下端が閉鎖された有底円筒状のフィルタ(47)が保持されている。

熱交換器(1)は、圧縮機、膨張弁（減圧器）およびエバポレータとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両に搭載される。

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、圧縮機により圧縮された高温高圧の気液混相の冷媒が入口部材(24)を通って図示しない冷媒入口から凝縮部(12)の右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)内に流入する。右ヘッダ(15)の上ヘッダ部(15a)内に流入した気液混相の冷媒は、上端通路群(21)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(14)の上ヘッダ部(14a)内に流入した後、中間通路群(22)の熱交換管(4)を通って右ヘッダ(15)の下ヘッダ部(15b)内に流入し、さらに下端通路群(23)の熱交換管(4)を通って左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)内に流入する。

凝縮部(12)の左ヘッダ(14)の下ヘッダ部(14b)内に流入した気液混相の冷媒は、冷媒出口(34)から送り出されてベース部材(26)の上側固定部(28)の冷媒流入路(33)を通り、冷媒流入口(31)から受液器(7)内の第１区画(42)に流入する。気液混相の冷媒が受液器(7)内の第１区画(42)に流入すると、乾燥剤容器(30)内の乾燥剤により水分が除去される。また、第１区画(42)内に気液混相の冷媒が流入すると、第１区画(42)内において重力により気液分離され、液相の冷媒が仕切部材(41)上に溜まり、気相の冷媒は第１区画(42)の上部に溜まる。そして、第１区画(42)の冷媒の液面、すなわち仕切部材(41)上に溜まった冷媒の液面が、規定液面を超えてオーバーフロー管(44)の上端よりも高くなった場合に、冷媒がオーバーフロー管(44)および冷媒通過穴(45)を通り、フィルタ(47)を通過して第２区画(43)に流入する。したがって、効率良く気液分離された液相の冷媒が第２区画(43)に流入することになる。第２区画(43)内に流入した液相の冷媒は、冷媒流出口(32)からベース部材(26)の下側固定部(29)の冷媒流出路(35)を通り、冷媒入口(36)から過冷却部(13)の左ヘッダ(16)内に流入する。過冷却部(13)の左ヘッダ(16)内に流入した冷媒は、熱交換管(4)を通って右ヘッダ(17)内に流入し、図示しない冷媒出口から冷媒出口部材(25)を通して膨張弁を経てエバポレータに送られる。

図３〜図５はオーバフロー管の変形例を示す。

図３に示すオーバフロー管(50)の場合、周壁に、上端から下方にのびる切り欠き(51)が、周方向に間隔をおいて複数形成されている。切り欠き(51)の下端は、冷媒流入口(31)よりも上方に位置していることが好ましい。

このオーバフロー管(50)によれば、受液器(7)内におけるオーバフロー管(50)よりも上方の部分に配置された乾燥剤容器(30)が重力により下方に移動してオーバフロー管(50)上に乗った場合に、第１区画(42)内の液相の冷媒は切り欠き(51)を通ってオーバフロー管(50)内に流入し、オーバーフロー管(50)を通って仕切部材(41)よりも下方の第２区画(43)に流れる。したがって、冷媒流入口(31)から受液器(7)内の第１区画(42)内に流入した液相冷媒の第２区画(43)内への流れが阻害されることはない。

図４に示すオーバフロー管(55)の場合、周壁の上端部に、乾燥剤容器(30)を受ける受け部材(56)が、オーバフロー管(55)の上端開口を閉鎖しないように上方突出状に設けられている。乾燥剤容器(30)を受ける受け部材(56)は、オーバフロー管(55)の周壁の上端面に、周方向に間隔をおいてオーバフロー管(55)の径方向外方に突出するように放射状に一体に設けられた複数の垂直板状体(57)からなる。なお、オーバーフロー管(55)の上端は、冷媒流入口(31)よりも上方に位置している。

このオーバフロー管(55)によれば、受液器(7)内におけるオーバフロー管(55)よりも上方の部分に配置された乾燥剤容器(30)が重力により下方に移動した場合、受け部材(56)により受けられるので、オーバフロー管(55)の上端開口が塞がれることはない。したがって、冷媒流入口(31)から受液器(7)内の第１区画(42)内に流入した液相冷媒がオーバフロー管(55)を通って第２区画(43)内へ流れることが阻害されない。

図５に示すオーバフロー管(60)の場合、周壁の上端部に、乾燥剤容器(30)を受ける受け部材(61)が、オーバフロー管(60)の上端開口を閉鎖しないように上方突出状に設けられている。乾燥剤容器(30)を受ける受け部材(61)は、オーバフロー管(60)の周壁の上端面に、周方向に間隔をおいてオーバフロー管(60)の径方向外方に突出するように放射状に一体に設けられた複数の垂直板状体(62)からなる。垂直板状体(62)の上側部分は、オーバフロー管(60)の径方向内方に突出し、オーバフロー管(60)の中心線上で一体に連結されている。垂直板状体(62)におけるオーバフロー管(60)の径方向内方への突出部を(62a)で示す。なお、オーバーフロー管(60)の上端は、冷媒流入口(31)よりも上方に位置している。

このオーバフロー管(60)によれば、受液器(7)内におけるオーバフロー管(60)よりも上方の部分に配置された乾燥剤容器(30)が重力により下方に移動した場合、受け部材(61)により受けられるので、オーバフロー管(60)の上端開口が塞がれることはない。したがって、冷媒流入口(31)から受液器(7)内の第１区画(42)内に流入した液相冷媒がオーバフロー管(60)を通って第２区画(43)内へ流れることが阻害されない。

この発明による熱交換器は、カーエアコンを構成する冷凍サイクルに好適に用いられる。

(1)：熱交換器
(2)(3)：タンク
(4)：熱交換管
(7)：受液器
(8)(9)：仕切壁
(12)：凝縮部
(13)：過冷却部
(14)：凝縮部の左ヘッダ
(15)：凝縮部の右ヘッダ
(16)：過冷却部の左ヘッダ
(17)：過冷却部の右ヘッダ
(31)：冷媒流入口
(32)：冷媒流出口
(41)：仕切部材
(42)：仕切部材よりも上方の第１区画
(43)：仕切部材よりも下方の第２区画
(44)(50)(55)(60)：オーバーフロー管
(45)：冷媒通過穴
(51)：切り欠き
(56)(61)：受け部材
(57)(62)：垂直板状体

Claims

互いに間隔をおいて配置された上下方向にのびる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、いずれか一方のタンクに取り付けられた上下方向にのびる筒状受液器とを備えており、受液器に、冷媒流入口および冷媒流出口が、前者が上方に位置するように上下方向に間隔をおいて形成された熱交換器において、
受液器内における冷媒流入口と冷媒流出口との間の高さ位置に、受液器内を上下に区画する仕切部材が配置され、仕切部材に、受液器内における仕切部材よりも上方の区画内の冷媒の液面が規定液面に達してから冷媒を仕切部材よりも下方の区画に流すオーバーフロー管が設けられている熱交換器。
仕切部材に冷媒通過穴が形成され、仕切部材の上面における冷媒通過穴の周囲に、オーバーフロー管が上方突出状に設けられ、オーバーフロー管の上端が、冷媒流入口よりも上方に位置している請求項１記載の熱交換器。
オーバフロー管の周壁に、上端から下方にのびる切り欠きが形成されている請求項１または２記載の熱交換器。
受液器内におけるオーバフロー管よりも上方の部分に乾燥剤容器が配置され、オーバフロー管の上端部に、乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の上端開口を閉鎖しないように設けられている請求項１または２記載の熱交換器。
乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の周壁の上端部に上方突出状に設けられている請求項４記載の熱交換器。
乾燥剤容器を受ける受け部材が、オーバフロー管の周壁の上端面に、周方向に間隔をおいて一体に設けられた複数の垂直板状体からなる請求項５記載の熱交換器。
受液器が取り付けられた第１のタンクが、第１の仕切壁により第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の仕切壁により第２タンクの長さ方向に２つのヘッダに区画されており、両仕切壁が、両タンクの長さ方向に関して同一位置にあり、両仕切壁よりも上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、同じく両仕切壁よりも下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、凝縮部の第１タンク側ヘッダから流出した冷媒が冷媒流入口を通って受液器内に入り、受液器の冷媒流出口から流出した冷媒が、過冷却部の第１タンク側のヘッダに流入するようになっている請求項１〜６のうちのいずれかに記載の熱交換器。