(57)【要約】【課題】  流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ２１に均一に流体を分配する。【解決手段】  ターン側タンク部４０内下側の集合側タンク空間４０Ａと上側の分配側タンク空間４０Ｂとの間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔４３ａを設け、絞り孔４３ａでの絞り量として、タンク空間４０Ｂの流体通路断面積に対する絞り孔４３ａの面積を０．６〜０．８５、絞り孔４３ａの偏心率として、タンク空間４０Ｂの流体通路の内側幅寸法Ａに対する熱交換チューブ２１側タンク内面から絞り孔４３ａの中心までの寸法Ｂを０．３５〜０．６５とした。  これは、分配側タンク空間４０Ｂに流入する流体の流れを絞ることにより、吹き上げる流速を大きくし、重力に対する吹き上げ力を大きくしている。また、上記の絞り量・偏心率とすることにより、流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ２１への流体分配性を向上させることができる。【選択図】    図１
2006336953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れ、長手方向を略水平方向として略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブ（２１）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）のうち下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部（３０）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）のうち上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部（５０）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部（４０）を備え、
前記ターン側ヘッダータンク部（４０）内下側の集合側タンク空間（４０Ａ）と上側の分配側タンク空間（４０Ｂ）との間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔（４３ａ）を設け、
前記絞り孔（４３ａ）での絞り量として、前記両タンク空間（４０Ａ、４０Ｂ）の流体通路断面積に対する前記絞り孔（４３ａ）の面積を０．６〜０．８５とするとともに、
前記絞り孔（４３ａ）の偏心率として、前記両タンク空間（４０Ａ、４０Ｂ）の流体通路の内側幅寸法（Ａ）に対する前記熱交換チューブ（２１）側タンク内面から前記絞り孔（４３ａ）の中心までの寸法（Ｂ）が０．３５〜０．６５、より望ましくは０．４４〜０．６としたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
内部に流体が流れ、長手方向を略水平方向として略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブ（２１）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）のうち下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部（３０）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）のうち上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部（５０）と、
前記複数本の熱交換チューブ（２１）の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部（４０）を備え、
前記ターン側ヘッダータンク部（４０）内下側の集合側タンク空間（４０Ａ）と上側の分配側タンク空間（４０Ｂ）との間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔（４３ａ）を設け、
前記絞り孔（４３ａ）周りに、前記分配側タンク空間（４０Ｂ）内に流入する流体流れを前記熱交換チューブ（２１）側に寄った流れとするガイド部（４３ｃ）を設けたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記ターン側ヘッダータンク部（４０）の高さ寸法（H）を９０ｍｍ〜１５０ｍｍとしたことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒蒸発に用いたことを特徴とする冷媒蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヘッダータンク式の熱交換器に関するものであり、特に、ヘッダータンク内で下からの流体を上の略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブに分配する部分を有する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数のチューブ部の各々に均一に液冷媒を分配することを狙ったものとして、下記特許文献１に示される熱交換器がある。これは、積層型冷媒蒸発器の各入口タンク部を貫通するように入口タンク内に各チューブ部に対応して複数の供給孔を開口した冷媒分配管を挿入し、この冷媒分配管内に仕切り板を設け、入口配管の出口側端部に案内壁を設けることにより、冷媒分配管内に順方向冷媒通路、Ｕターン冷媒通路、逆方向冷媒通路、Ｕターン冷媒通路よりなる環状冷媒通路を形成したものである。
【０００３】
しかしながら、下記特許文献１の熱交換器は、長手方向が垂直方向で水平方向に積層配置された複数の各チューブ部に、熱交換器の下方で水平方向に配置された入口タンク部から液冷媒を分配するものである。これに対して、長手方向が水平方向で垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブに、熱交換器の側方で垂直方向に配置されたヘッダータンク部の下方から液冷媒を分配するものにおいては、ヘッダータンク内にリング状の仕切り部材を入れ、攪拌によって冷媒分配性の向上を狙ったものがある。
【特許文献１】特開平８−８６５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記後者の構造のものにおいては、冷媒流量が３０ｋｇ／ｈ以上においては各熱交換チューブへの冷媒分配性が良好であるが、冷媒流量が３０ｋｇ／ｈ以下に下がると上段の熱交換チューブへの冷媒分配性が悪くなるという問題点がある。本発明は、上記従来の問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、流体流量の低い領域（例えば２０ｋｇ／ｈ以下）においても各段の熱交換チューブに均一に流体を分配することのできる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は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、内部に流体が流れ、長手方向を略水平方向として略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブ（２１）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）のうち下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部（３０）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）のうち上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部（５０）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部（４０）を備え、
ターン側ヘッダータンク部（４０）内下側の集合側タンク空間（４０Ａ）と上側の分配側タンク空間（４０Ｂ）との間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔（４３ａ）を設け、
絞り孔（４３ａ）での絞り量として、両タンク空間（４０Ａ、４０Ｂ）の流体通路断面積に対する絞り孔（４３ａ）の面積を０．６〜０．８５とするとともに、
絞り孔（４３ａ）の偏心率として、両タンク空間（４０Ａ、４０Ｂ）の流体通路の内側幅寸法（Ａ）に対する熱交換チューブ（２１）側タンク内面から絞り孔（４３ａ）の中心までの寸法（Ｂ）が０．３５〜０．６５、より望ましくは０．４４〜０．６としたことを特徴としている。
【０００６】
これは、分配側タンク空間（４０Ｂ）に流入する流体の流れを絞ることにより、吹き上げる流速を大きくし、重力に対する吹き上げ力を大きくしている。また、このとき絞り孔（４３ａ）の位置によっても各段の熱交換チューブ（２１）に対する流体分配性が変化する（各段の熱交換チューブ（２１）毎に吸込み力が勝つか、吹き上げ力が勝つかする）ため、本発明では絞り量と絞り孔（４３ａ）の偏心率とをパラメータにとり、有効な範囲を数値限定したものである。
【０００７】
図２の（ａ）は絞り孔（４３ａ）の絞り量と偏心率とをパラメータとして各段の熱交換チューブ（２１）間での最大温度差を調べた図表であり、（ｂ）は偏心率の説明図、（ｃ）は各グラフの横軸であるチューブ番号の説明図である。また、図３は図２の結果を解析して得られた絞り量と偏心率との有効範囲を表す図表であり、（ａ）は最大温度差を含めた三次元等高線グラフであり、（ｂ）は絞り量と偏心率との有効範囲を表す二次元等高線グラフである。この請求項１に記載の発明によれば、流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ（２１）への流体分配性を向上させることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明では、内部に流体が流れ、長手方向を略水平方向として略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブ（２１）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）のうち下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部（３０）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）のうち上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部（５０）と、
複数本の熱交換チューブ（２１）の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部（４０）を備え、
ターン側ヘッダータンク部（４０）内下側の集合側タンク空間（４０Ａ）と上側の分配側タンク空間（４０Ｂ）との間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔（４３ａ）を設け、
絞り孔（４３ａ）周りに、分配側タンク空間（４０Ｂ）内に流入する流体流れを熱交換チューブ（２１）側に寄った流れとするガイド部（４３ｃ）を設けたことを特徴としている。
【０００９】
図４の（ａ）は、本発明の第２実施形態における絞り孔（４３ａ）周りの形状を示す分配側タンク空間（４０Ｂ）側の部分断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。また、図５の（ａ）は図４に対応して従来の問題点を説明する分配側タンク空間（４０Ｂ）側の部分断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。
【００１０】
本構造のように、流体を下から上へ吹き上げる場合、従来は図５（ａ）に示すように、流体が噴水のような吹き上がり方となり、図５（ａ）において左側半分の液冷媒は直接熱交換チューブ（２１）に吸われ、右側半分の液冷媒はヘッダータンク（４０）の内壁面に当たって下方に溜まり、流体分配性悪化の要因となっている。
【００１１】
そこで、この請求項２に記載の発明によれば、ガイド部（４３ｃ）によって流入する流体流れを熱交換チューブ（２１）側に寄った流れとする、より具体的には絞り孔（４３ａ）の一端に図４に示すように切り起こしを設けてガイド部（４３ｃ）の役割をさせることで、従来、タンクの内壁面に当たって重力で下方に溜まり、下側の熱交換チューブ（２１）に流れていた流体が、直接上側の熱交換チューブ（２１）へも分配されるようになることにより、流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ（２１）への流体分配性を向上させることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の熱交換器において、ターン側ヘッダータンク部（４０）の長手方向長さを９０ｍｍ〜１５０ｍｍとしたことを特徴としている。この請求項３に記載の発明によれば、ターン側ヘッダータンク部（４０）の長手方向長さが上記数値範囲内の熱交換器において、特に有効である。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒蒸発に用いたことを特徴としている。この請求項４に記載の発明によれば、本発明の熱交換器を冷媒蒸発器に適用し、冷媒流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ（２１）への冷媒分配性を向上させることことにより、熱交換チューブ（２１）間から吹き出す空気温度のばらつきを小さくして冷却能力を向上させることができる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における熱交換器１０の概略構造図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。本実施形態は、本発明における熱交換器１０を車両用空調装置（冷凍サイクル）の冷媒蒸発器に適用したものである。
【００１５】
図示しない冷凍サイクルの冷媒圧縮機から吐出する冷媒は、冷媒凝縮器で冷却されて凝縮し、冷媒凝縮器から流出する液相冷媒は膨張弁にて減圧膨張され、その後に本冷媒蒸発器１０で蒸発・気化して空調用空気を冷却すると共に、その気相冷媒は冷媒圧縮機に吸入されて再度圧縮されることで冷凍サイクルの循環が成される。
【００１６】
冷媒蒸発器１０は、冷媒が流通する複数本の熱交換チューブ２１で構成したコア部２０と、複数本の熱交換チューブ２１のうち、下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部３０と、複数本の熱交換チューブ２１のうち、上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部５０と、複数本の熱交換チューブ２１の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部４０とから構成されている。
【００１７】
ちなみに、熱交換チューブ２１は、互いにその長手方向が平行となるように空気流れに対して略直交するように配設されている。なお、更に複数本の熱交換チューブ２１間に、冷媒と空気との熱交換を促進する波状のコルゲートフィンなどの熱交換フィンを配設して構成しても良い。そして、流入側ヘッダータンク部３０は、膨張弁で減圧膨張されて冷媒流入口３４Ａからタンク空間３０Ａに流入する冷媒を、下側略半数の熱交換チューブ２１に分配供給するものである。
【００１８】
一方、その反対側の端部に位置するターン側ヘッダータンク部４０は、流入側ヘッダータンク部３０から流入して各熱交換チューブ２１から流出する冷媒を、天地方向下側のタンク空間４０Ａで一旦集合回収し、その冷媒を天地方向上側のタンク空間４０Ｂへ仕切りプレート４３に設けた絞り孔４３ａを通して流入させ、タンク空間４０Ｂへ流入した冷媒は、今度は上側略半数の熱交換チューブ２１に分配供給される。ちなみに、本実施形態でターン側ヘッダータンク部４０の高さ寸法Hは、９０ｍｍ〜１５０ｍｍとなっている。
【００１９】
そして、流出側ヘッダータンク部５０は、熱交換を終えて蒸発し各熱交換チューブ２１から流出する冷媒をタンク空間５０Ａで集合回収し、冷媒流出口３４Ｂから冷媒圧縮機に向けて冷媒を流出させるものである。各タンク部３０・４０・５０は、複数本の熱交換チューブ２１を接続するヘッダープレート３１・４１と、略半円状に形成されて、各タンク空間を形成するヘッダータンク３２・４２とを嵌合させて形成しており、ヘッダータンク３２・４２に設けたかしめ爪部３２ａ・４２ａを両側からかしめて結合させている。
【００２０】
また、各タンク部３０・４０・５０の両側開口端部には、端面キャップ３３を嵌めて封止している。この端面キャップ３３にはヘッダータンク３２・４２にかしめる上方かしめ爪部３３ａと、ヘッダープレート３１・４１にかしめる下方かしめ爪部３３ｂとが設けられており、嵌め込んだ後にかしめて固定される。また、端面キャップ３３の嵌め込み側面にはろう材がクラッドされており、嵌合した面が全面ろう付されるようになっている。
【００２１】
また、ヘッダータンク４２には仕切りプレート４３を位置決めする位置決め孔部が設けられており、仕切りプレート４３側にはこの位置決め孔部に挿入して位置決めするための位置決め爪部４３ｂを設けている。なお、仕切りプレート４３の両面にはろう材がクラッドされており、仕切りプレート４３がヘッダータンク部４０内にろう付されるようになっている。
【００２２】
次に図２（ａ）は、本発明者が絞り孔４３ａの絞り量と偏心率とをパラメータとして各段１〜７の熱交換チューブ２１間での最大温度差を調べた図表である。横軸の絞り量は、タンク空間４０Ｂの冷媒流路断面積を基準として、仕切りプレート４３に設けた絞り孔４３ａの面積を１．０、０．７５、０．５と可変させている。ちなみにこのときの偏心率は０．５（冷媒流路に対して絞り孔４３ａが中央で偏心なし）で固定させている。
【００２３】
また、縦軸の偏心率Ｂ／Ａは、図２（ｂ）の説明図に示すように、タンク空間４０Ｂの冷媒通路の内側幅寸法Ａに対し、熱交換チューブ２１側タンク内面から仕切りプレート４３に設けた絞り孔４３ａの中心までの寸法Ｂの比率をいい、０．３５・０．５・０．６５と可変させている。ちなみにこのときの絞り量は０．５（冷媒流路断面積に対して絞り孔４３ａの面積が半分）で固定させている。
【００２４】
そして、各条件で流量を１５・２０・２５ｋｇ／ｈと可変させた場合の各段１〜７（図２（ｃ）の説明図参照）の熱交換チューブ２１間での最大温度差をとったものである。また図３は、図２の結果を解析して得られた絞り量と偏心率との有効範囲を表す図表であり、（ａ）は最大温度差を含めた三次元等高線グラフであり、（ｂ）は絞り量と偏心率との有効範囲を表す二次元等高線グラフである。この解析グラフの結果より、絞り量は０．６〜０．８５、偏心率は０．３５〜０．６５、より望ましくは０．４４〜０．６が有効な範囲と成ることが分かった。
【００２５】
次に、本実施形態での特徴と、その効果について述べる。まず、内部に流体が流れ、長手方向を略水平方向として略垂直方向に積層配置された複数本の熱交換チューブ２１と、複数本の熱交換チューブ２１のうち下側略半数の一端側に接続した流入側ヘッダータンク部３０と、複数本の熱交換チューブ２１のうち上側略半数の一端側に接続した流出側ヘッダータンク部５０と、複数本の熱交換チューブ２１の他端側に接続したターン側ヘッダータンク部４０を備え、ターン側ヘッダータンク部４０内下側の集合側タンク空間４０Ａと上側の分配側タンク空間４０Ｂとの間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔４３ａを設け、絞り孔４３ａでの絞り量として、両タンク空間４０Ａ・４０Ｂの流体通路断面積に対する絞り孔４３ａの面積を０．６〜０．８５とするとともに、絞り孔４３ａの偏心率として、両タンク空間４０Ａ・４０Ｂの流体通路の内側幅寸法Ａに対する熱交換チューブ２１側タンク内面から絞り孔４３ａの中心までの寸法Ｂが０．３５〜０．６５、より望ましくは０．４４〜０．６としている。
【００２６】
これは、分配側タンク空間４０Ｂに流入する流体の流れを絞ることにより、吹き上げる流速を大きくし、重力に対する吹き上げ力を大きくしている。また、このとき絞り孔４３ａの位置によっても各段の熱交換チューブ２１に対する流体分配性が変化する（各段の熱交換チューブ２１毎に吸込み力が勝つか、吹き上げ力が勝つかする）ため、本発明では絞り量と絞り孔４３ａの偏心率とをパラメータにとり、有効な範囲を数値限定したものである。これによれば、流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ２１への流体分配性を向上させることができる。
【００２７】
また、ターン側ヘッダータンク部４０の長手方向長さを９０ｍｍ〜１５０ｍｍとしている。これによれば、ターン側ヘッダータンク部４０の長手方向長さが上記数値範囲内の熱交換器において、特に有効である。また、上述の熱交換器を、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒蒸発に用いている。これによれば、本発明の熱交換器を冷媒蒸発器に適用し、冷媒流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ２１への冷媒分配性を向上させることことにより、熱交換チューブ２１間から吹き出す空気温度のばらつきを小さくして冷却能力を向上させることができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図４の（ａ）は、本発明の第２実施形態における絞り孔４３ａ周りの形状を示す分配側タンク空間４０Ｂ側の部分断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。上述した第１実施形態と異なる特徴として、ターン側ヘッダータンク部４０内下側の集合側タンク空間４０Ａと上側の分配側タンク空間４０Ｂとの間に、流通する流体の流れを絞る絞り孔４３ａを設け、絞り孔４３ａ周りに、分配側タンク空間４０Ｂ内に流入する流体流れを熱交換チューブ２１側に寄った流れとするガイド部４３ｃを設けている。
【００２９】
これによれば、ガイド部４３ｃによって流入する流体流れを熱交換チューブ２１側に寄った流れとする、より具体的には絞り孔４３ａの一端に図４に示すように切り起こしを設けてガイド部４３ｃの役割をさせることで、従来、タンクの内壁面に当たって重力で下方に溜まり、下側の熱交換チューブ２１に流れていた流体が、直接上側の熱交換チューブ２１へも分配されるようになることにより、流体流量の低い領域においても各段の熱交換チューブ２１への流体分配性を向上させることができる。
【００３０】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、ターン側ヘッダータンク部４０を一つだけ持つ横向きＵ字ターン構造としたが、ターン側ヘッダータンク部４０を複数として左右交互に接続し、横向きＮ字ターン構造や横向きＷ字ターン構造として構成しても良い。また、上述の実施形態では、本発明の熱交換器を蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒蒸発に用いているが、冷媒凝縮器、冷媒過冷却器、ヒータコア、ラジエータ、オイルクーラなどの熱交換器に用いても良いし、内部を流れる流体も冷媒に限るものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態における熱交換器１０の概略構造図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。
【図２】（ａ）は絞り孔４３ａの絞り量と偏心率とをパラメータとして各段１〜７の熱交換チューブ２１間での最大温度差を調べた図表であり、（ｂ）は偏心率Ｂ／Ａの説明図、（ｃ）は各グラフの横軸であるチューブ番号１〜７の説明図である。
【図３】図２の結果を解析して得られた絞り量と偏心率との有効範囲を表す図表であり、（ａ）は最大温度差を含めた三次元等高線グラフであり、（ｂ）は絞り量と偏心率との有効範囲を表す二次元等高線グラフである。
【図４】（ａ）は本発明の第２実施形態における絞り孔４３ａ周りの形状を示す分配側タンク空間４０Ｂ側の部分断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。
【図５】（ａ）は図４に対応して従来の問題点を説明する分配側タンク空間４０Ｂ側の部分断面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の下方から見た図である。
【符号の説明】
【００３２】
２１…熱交換チューブ
３０…流入側ヘッダータンク部
４０…ターン側ヘッダータンク部
４０Ａ…集合側タンク空間
４０Ｂ…分配側タンク空間
４３ａ…絞り孔
４３ｃ…ガイド部
５０…流出側ヘッダータンク部
Ａ…流体通路の内側幅寸法
Ｂ…熱交換チューブ２１側タンク内面から絞り孔４３ａの中心までの寸法
H…ターン側ヘッダータンク部４０の高さ寸法
【図１】
2006336953.tif 000003
【図２】
2006336953.tif 000004
【図３】
2006336953.tif 000005
【図４】
2006336953.tif 000006
【図５】
2006336953.tif 000007