(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対のタンク部と、これらタンク部間に連結されたチューブと、該チューブ間にフィンを配設して構成された熱交換ユニットを複数ユニット備え、各熱交換ユニットのタンク部同士を連通して構成される熱交換器において、
第１熱交換ユニットの上部タンク部と第２熱交換ユニットの上部タンク部とを連通する第１連通路が設けられ、第１熱交換ユニットの下部タンク部と第２熱交換ユニットの下部タンク部とを連通する第２連通路が設けられ、
第１熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を供給する入口部が設けられ、
第２熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を排出する出口部が設けられ、
上記第１連通路に通流量に応じて冷媒の流れを制御する通流制御部が設けられ、
上記通流制御部は、第１熱交換ユニットの上部タンク部と、第２熱交換ユニットの上部タンク部とを連通させるとともに、冷媒中の液相冷媒と気相冷媒とを分離して液相冷媒を第１熱交換ユニットに流通させ、気相冷媒を第２熱交換ユニットに流通させるための開口部を有し、
上記開口部の断面積が上記チューブの断面積と同等以上で、上部タンクの断面積よりも小さいことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換器において、上記第１連通路の該通流制御部は、連通方向に断面積の形状或は位置が異なる開口部を複数個設けて形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の熱交換器において、上記第１連通路の該通流制御部は、連通方向に断面積の大きさが異なる開口部を複数個設けて形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱交換器において、第１熱交換ユニット及び第２熱交換ユニットは、それぞれの上部タンク、下部タンク及びチューブが同一部材で一体成形した冷媒プレートで形成され、上記通流制御部の開口部の開口面積或は開口位置が異なる冷媒プレートを複数積層することで、上記通流制御部の開口部が積層方向にランダムな開口部として形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか一つに記載の熱交換器において、第１熱交換ユニット及び第２熱交換ユニットのセットが風上側及び風下側に少なくとも２セット設けられ、両セットの上部タンク、下部タンク及びチューブが同一部材で一体成形した冷媒プレートで形成され、上記通流制御部の開口部の開口面積或は開口位置が異なる冷媒プレートを複数積層することで、上記通流制御部の開口部が積層方向にランダムな開口部として形成されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒蒸発を行なう冷媒通路を有する熱交換ユニットを少なくとも２ユニット連接して構成される熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、特開平０９−１７０８５０号公報に見られるような熱交換器が知られている。この熱交換器は、図１１に示すように、熱交換ユニットは上下両端部にタンク部を配置しており、かつ風下側及び風上側に積層配置されている。
【０００３】
この熱交換器では、風下側熱交換器１０２の下部タンク部の中央部分に仕切部１１１が設けられ、第１下部タンク１０７ａ及び第２下部タンク１０７ｂに区分されている。同様に風上側熱交換器の上部タンク部の中央部分に仕切部１１０が設けられ、第１上部タンク１０８ａ及び第２上タンク１０８ｂに区分されている。第２下部タンク１０７ｂと第２上部タンク１０８ｂとが連通路１１２で連通されている。第１下部タンク１０７ａに冷媒の入口部１１４が設けられ、第１上部タンク部１０８ａに出口部１１５が設けられている。
【０００４】
この熱交換器では、冷媒は入口部１１４から第１下部タンク１０７ａに入り、チューブ内の冷媒通路を上昇して上部タンク１０６に導かれる。そして、この上部タンク１０６内を長手方向に通流し冷媒通路を下降して第２下部タンク１０７ｂに至る。さらに、冷媒は、連通路１１２を介して第２上部タンク１０８ｂに導かれ、そこから冷媒通路を下降して下部タンク１０９に導かれ、この下部タンク１０９内を長手方向に通流し冷媒通路を上昇して第１上部タンク１０８ａに至り、この第１上部タンク１０８ａの出口部１１５から流出する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平０９−１７０８５０号のものでは、気液２相冷媒の液相冷媒と気相冷媒が入口部１１４から第１下部タンク１０７ａに入り、チューブ内の風下側冷媒通路を上昇して上部タンク１０６に導かれる。その時、図１２に示すように、軽い気相冷媒が第１熱交換ユニットの入口部と対向する側付近にある冷媒通路の中央上方部分に溜まる傾向になる。そして、通常冷媒は上タンク１０６内を長手方向に通流し冷媒通路を下降して第２下部タンク１０７ｂに至るが、上タンク内１０６を長手方向に通流する際に、比較的重い液相冷媒は通流慣性により長手方向奥まで導かれ、その結果、気相冷媒が第２熱交換ユニットの出口部と対向する側の冷媒通路の中央下方部分に溜まる傾向になる。風上側熱交換ユニットでも同様なことが発生する。
【０００６】
このように気相冷媒が熱交換ユニットの一部に集中して停滞しまうために、均一な流れができず、均等な熱分布が得られず、熱交換ユニットでの熱交換が十分に行なわれない。そのために、熱交換ユニット数を増やして、冷媒通路の経路長を長くすることが考えられる。そのようにすれば、熱交換ユニットの総容量が大きくなり、スペースの問題が発生する。また、熱交換ユニットを細分化して熱交換ユニット数を増加する、所謂多パス化することも考えられるが、冷媒通路の経路長が長くなり、流通抵抗が増加し圧損が大きくなる。
【０００７】
特に、液相冷媒と気相冷媒とが混在して、熱交換ユニット内を下方に通流し、そこからＵターンして上昇するタイプでは、上昇する冷媒通路内で液相冷媒と気相冷媒との分布が拡大し、温度分布の差が増大し、熱交換能力が低下する。それとともに、偏った液相冷媒は蒸発効率が悪く、そのまま熱効果ユニットの出口部から排出されるので、冷媒循環量が減少し、冷房能力が低下する。
【０００８】
また、特開平１０−３２５６４５号公報では、図１３に示すように、風下側熱交換ユニット２０２と風上側熱交換ユニット２０３を備え、風下側熱交換ユニット２０２は上下一対のタンク部２０６、２０７を備え、風上側熱交換ユニット２０３は上下一対のタンク部２０８、２０９を備えている。
風下側熱交換ユニット２０２の下部タンク２０７に仕切壁２１１を備え、風上側熱交換ユニット２０３の上部タンク部２０６に仕切壁２１０を備えている。
【０００９】
冷媒は、通常入口部２１４から導入され、側部タンクを通流して下流側熱交換ユニット２０２の下部タンク２０７ａに入り、冷媒通路であるチューブ内を上昇し、上部タンクに至り、そこから横に流れて、チューブ内を下降し、下部タンク２０７ｂに至る。そこから、連通路２１２を通って、風上側熱交換ユニットの上部タンク２０８ｂに入り、チューブ内を下降し、下部タンク２０９に至る。そのタンク内を横に流れ、チューブ内を上昇し、上部タンク２０８ａに至り、出口部２１５から排出される。
【００１０】
この公報では、冬期の低熱負荷条件でのサイクル起動直後における圧縮機への液冷媒戻りの開始時間を短縮して、圧縮機の潤滑不足を軽減することを狙いとして、仕切壁２１０に、貫通孔２１０ａ、貫通孔２１１に貫通孔２１１ａを設け、下部タンク２０９の両サイドに貫通孔２０９ａ、２０９ａを、上部タンク２０６の両サイドに貫通孔２０６ａ、２０６ａを設けている。
そのために、冷媒は、通常の流れとは別に、これらの貫通孔を介した流れが形成され、貫通孔により短絡通路ができるので、冷媒は短時間で熱交換ユニットを通過することができる。
【００１１】
しかし、貫通孔の断面積がいずれも小さく、この貫通孔を冷媒が高速で通過するため、騒音上問題となる大きな音が発生する。
また、冷媒が急速に流れ、十分な熱交換が行なわれないため、冷媒の循環量が少なく、熱交換が不足する。
その上、冷媒は色々の流れが形成されるので、かなりの乱流になり、気相が発生しやすく、気相と液相の分離も難しい。
また、貫通孔は、仕切壁等の固定部分に設けてあり、固定された位置に設けられる結果となり、通流する冷媒量に応じた制御ができず、十分な気液分離ができない。
【００１２】
本発明は、上記した従来技術の問題点を解消することを狙いとし、特に熱交換ユニットに２相冷媒の液相冷媒と気相冷媒が導入されても、熱交換効果を十分に発揮できる熱交換器を提供するものである。特に、熱交換ユニット内での気相冷媒と液相冷媒の通流状況を考慮し、熱交換ユニット内での気相冷媒の通流をできるだけ少なくし、気相冷媒が熱交換ユニットの冷媒通路内で停滞或は発生を少なくするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、
上下一対のタンク部と 、これらタンク部間に連結されたチューブと 、該チューブ間にフィンを配設して構成された熱交換ユニットを複数ユニット備え、各熱交換ユニットのタンク部同士を連通して構成される熱交換器において、
第１熱交換ユニットの上部タンク部と第２熱交換ユニットの上部タンク部とを連通する第１連通路が設けられ、第１熱交換ユニットの下部タンク部と第２熱交換ユニットの下部タンク部とを連通する第２連通路が設けられ、
第１熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を供給する入口部が設けられ、
第２熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を排出する出口部が設けられ、
通流量に応じて制冷媒の流れを御する通流制御部が上記第１連通路に設けられ、
上記通流制御部は、第１熱交換ユニットの上部タンク部と、第２熱交換ユニットの上部タンク部とを連通させるとともに、冷媒中の液相冷媒と気相冷媒とを分離して液相冷媒を第１熱交換ユニットに流通させ、気相冷媒を第２熱交換ユニットに流通させるための開口部を有し、
上記開口部の断面積が上記チューブの断面積と同等以上で、上部タンクの断面積よりも小さい構成である。
【００１４】
この構成では、第１熱交換ユニットの上部タンク内に導入される冷媒量に応じて、該通流制御部を通流して第２熱交換ユニットの上部タンクに導かれる冷媒量を変更でき、第１熱交換ユニットと第２熱交換ユニットとの境界が変更できるので、効果的な熱交換が簡単な構成で得られる。
また、上記開口部の断面積がチューブの断面積と同等以上で、上部タンクの断面積よりも小さいので、冷媒が急速にこの開口部を通流することを抑制でき、騒音発生を低減できる。
【００１５】
請求項２の発明は、請求項１の熱交換器において、
上記第１連通路の該通流制御部は、連通方向に断面積の形状或は位置が異なる開口部を複数個設けて形成されているので、該通流制御部を通流する冷媒は、ジグザグまたは方向変更しながら流れることとなり、液相冷媒が流れにくい構成が効果的に得られる。
また、上記開口部が複数個設けられているので、初めの開口部を通流する冷媒が一部液相を含んでいても、この液相冷媒はこの部分の下方のチューブ方向に下降していき、徐々に液相が少ない冷媒となり、第２熱交換器に導かれる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の熱交換器において、
上記第１連通路の該通流制御部は、連通方向に断面積の大きさが異なる開口部を複数個設けて形成されているので、該通流制御部を通流する冷媒は、徐々に抵抗が大きく流れにくくなっており、液相冷媒が流れにくい構成が効果的に得られる。
【００１７】
また、請求項２と同様に上記開口部が複数個設けられているので、初めの開口部を通流する冷媒が一部液相を含んでいても、この液相冷媒はこの部分の下方のチューブ方向に下降していき、徐々に液相が少ない冷媒となり、第２熱交換器に導かれる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれか記載の熱交換器において、第１熱交換ユニット及び第２熱交換ユニットは、それぞれの上部タンク、下部タンク及びチューブが同一部材で一体成形した冷媒プレートで形成され、上記通流制御部の開口部の開口面積或は開口位置が異なる冷媒プレートを複数積層することで、上記通流制御部の開口部が積層方向にランダムな開口部として形成されているので、製作コストが低減でき、組立も容易である。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれか記載の熱交換器において、第１熱交換ユニット及び第２熱交換ユニットのセットが風上側及び風下側に少なくとも２セット設けられ、両セットの上部タンク、下部タンク及びチューブが同一部材で一体成形した冷媒プレートで形成され、上記通流制御部の開口部の開口面積或は開口位置が異なる冷媒プレートを複数積層することで、上記通流制御部の開口部が積層方向にランダムな開口部として形成されているので、風下側及び風上側の2列の熱交換ユニットであっても、簡単な構成で製作でき、製作コストを低減できるとともに、組立も容易に行なえる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１実施例を図面に基づいて説明する。図１ないし図３は第１実施例の熱交換器１を示す。図１に示すように、熱交換器１は風向きＡで示されるように、風下側熱交換ユニット２、風上側熱交換ユニット３からなる。風下側熱交換ユニット２及び風上側熱交換ユニット３はそれぞれ、チューブ４と放熱用の波状フィン５が交互に積層され、この積層されたチューブ４及び波状フィン５の上下に設けられたタンク部６、７及び８、９とから構成されている。
【００２１】
この第１実施例では図２に示すように、風下側熱交換ユニット２の上部タンク６および風上側熱交換ユニット３の上部タンク８は、仕切壁が無く連通されている。同様に、風下側熱交換ユニット２の下部タンク７および風上側熱交換ユニット３の下部タンク９も、仕切壁が無く連通されている。
【００２２】
風下側熱交換ユニット２の上部第１タンク部６に冷媒の入口部１４が設けられ、風上側熱交換器３の上部第１タンク部８に冷媒の出口部１５が設けられている。
【００２３】
通常の冷媒の流れを説明する。液相冷媒と気相冷媒とからなる冷媒は、通常入口部１４から風下側熱交換ユニット２の上部第１タンク６に導入される。上部第１タンク６内の液相冷媒は重量が重く、チューブからなる冷媒通路４を下降し、下部タンク７に導かれ、下部タンク７内を長手方向に流れて、チューブ４内を上昇して上部第２タンク６に導かれる。
【００２４】
この時、冷媒量が多い場合には、チューブ内を下方に流れる量が多く、上昇する冷媒のチューブ量を上回る。それに対して、冷媒量が少ない場合には、図３に示すように、チューブ内を下方に流れる量が少なく、上昇する冷媒のチューブ量を下回る。
この時に、冷媒がチューブ内を下降中の領域が第１熱交換ユニット２ａを構成し、冷媒がチューブ内を上昇中の領域が第２熱交換ユニット２ｂを構成する。
この第１熱交換ユニット２ａと第２熱交換ユニットの境界が冷媒量に応じて変更される。これに伴なって、気相冷媒のバイパス量も制御され、効果的に気相と液相が分離される。
【００２５】
このように分離された気相冷媒と液相冷媒とは、連通口１４ａから連通路１６を介して連通口１５ａに導かれ、そこから風上側の上部タンク８に導かれる。この風上側熱交換ユニット３でも、風下側熱交換ユニット２と同様な気相・液相の分離が行なわれる。従って、気相と液相が効率よく分離され、熱交換ユニットから排出される。
なお、本発明の通流制御部とは、上部タンクに何らかの通路制限部を設けなくて、上部タンクが連通されるものを含むものであって、この第１実施例では上部タンクに導入される冷媒量に応じて変更される下降チューブ量と上昇チューブ量を意味する。
【００２６】
図４は第２実施例に関わる。この第２実施例は、第１実施例において、上部タンク６の長手方向中間部分に設けた通流制御部２０が連通方向に断面積の形状或は位置が異なる複数の開口部２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ）を設けて形成されている。図５に通流制御部の部分拡大図を示し、図６にそこの開口部２１の形状を示す。図５、図６に示すように、上流側から下半円の開口部と上半円の開口部とが交互に繰り返して設けられている。特に、開口部２１の開口面積は、チューブ４の開口面積と同等以上に形成してある。
【００２７】
このような構成では、上部タンク６に導入された気相・液相冷媒の混合冷媒は、この開口部２１を通過する場合の抵抗が大きいので、液相冷媒はこの開口部２１を通過するよりもチューブ４内を下降する傾向になる。なお、部分的にこの開口部２１にも液相冷媒も入り込むが、開口部２１が上半分・下半分と変化しており、ここを通過する冷媒は、方向変換を繰り返す必要がある。そのため、次の開口部に乗り越えられない冷媒は、この上部タンク部６からチューブ４内を下降していく。この下降する冷媒は液相冷媒が大半である。このようにして、複数の開口部を乗り越えて通流する間に、液相冷媒と気相冷媒との分離が促進される。
【００２８】
開口部２１の開口面積は、チューブ４の開口面積と同等以上に形成してあるので、開口部を数個設けても、高速に冷媒が通流することが無く、騒音上の問題もなく、冷媒の循環量を十分に確保できる。
【００２９】
第１実施例では、液相と気相の混合状態や冷媒量により、開口部に持ち込まれる冷媒が変化するが、この実施例ではその冷媒状態に応じて、開口部２１での分離機能が促進されるので、確実に気相・液相が分離される。
【００３０】
第１実施例において、上部タンク６に高圧力で多量の気液混合冷媒が導入された場合には、液相冷媒も上部タンク６内で、長手方向に流れる傾向になり、気相冷媒と液相冷媒とが十分に分離されない可能性がある。そのような場合には、第２実施例のように、開口部２１を設けると好都合である。
【００３１】
第２実施例では、開口部２１を風下側熱交換ユニット２及び風上側熱交換ユニット３に設けたが、風下側熱交換ユニット２にだけ上記開口部２１を設け、風上側熱交換ユニット３は第１実施例のように構成することも可能である。このようにすれば、気相・液相の分離が不十分な初期冷媒に対しては、熱交換ユニットに設けた上記開口部２１によって、積極的に気相・液相分離を行い、後半では、開口部を設けてない熱交換ユニットで、自然の流れで気相・液相分離を行なうようにすることができる。
【００３２】
また、冷媒が導入される初期の熱交換ユニット２と２番目以降の後半の熱交換ユニット３では、この開口部の大きさ・数・位置等を変えて、ここを通過する抵抗を変え、初期冷媒が通過する熱交換ユニットの開口部は抵抗を大きくし、それ以降は徐々に抵抗を少なくするようにしてもよい。
【００３３】
図７は第３実施例に関わり、第２実施例の開口部２１に対応する開口部３１ａ、３１ｂの形状を変えたものである。すなわち、上下２ヶ所に円形の開口部３１ａ，３１ａを設け、次には左右２ヶ所に円形の開口部３１ｂ，３１ｂを設けるというように繰り返すようにしたものである。この第３実施例でも第２実施例と同様に気相・液相冷媒を効率よく分離できる。
【００３４】
図８は第４実施例に関わり、図６の半円開口部の大きさを符号４１ａ〜４１ｄで示すように徐々に小さくしたものである。このように開口部４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの位置・大きさを変えることにより、気相冷媒を通過させるとともに液相冷媒をチューブに落下させる分離機能を向上させることができる。
【００３５】
図９は第５実施例に関わり、別の形状の開口部５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを形成したものである。第５実施例も第４実施例と同様な効果を有する。
【００３６】
図１０は第６実施例に関わる。この第６実施例では、上部タンク６６・６９、下部タンク６７・６９及びチューブ６４を同一部材で一体成形した冷媒プレートで形成している。
この実施例では、通流制御部の開口部６６ａ、６８ａを図１０ａに示すように、開口部の開口面積を制限した形状に形成し、上部タンクの６６、６８の通常の部分は図１０Ｂに示すような開口部とする。この構成とすれば、簡単な構成でかつ低コストで熱交換効率に優れた熱交換ユニットを得られる。
【００３７】
本発明において、開口部の大きさ、位置、形状、開口部の長手方向の数量は、上記実施例に限定されるものではなく、状況に応じて変更可能である。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の発明では、
上下一対のタンク部と、これらタンク部間に連結されたチューブと、該チューブ間にフィンを配設して構成された熱交換ユニットを複数ユニット備え、各熱交換ユニットのタンク部同士を連通して構成される熱交換器において、
第１熱交換ユニットの上部タンク部と第２熱交換ユニットの上部タンク部とを連通する第１連通路が設けられ、第１熱交換ユニットの下部タンク部と第２熱交換ユニットの下部タンク部とを連通する第２連通路が設けられ、
第１熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を供給する入口部が設けられ、
第２熱交換ユニットの上部タンク部において、第１連通路と対向するサイドに冷媒を排出する出口部が設けられ、
通流量に応じて制御する通流制御部が上記第１連通路に設けられた構成であり、簡単な構成で効果的に気相冷媒・液相冷媒を分離でき、熱交換効率を向上できる。
【００３９】
通流制御部が、連通方向に断面積の形状或は位置が異なる開口部を複数個設けて形成されている場合には、該通流制御部を通流する冷媒は、ジグザグまたは方向変更しながら流れることとなり、液相冷媒が流れにくく、初めの開口部を通流する冷媒が一部液相を含んでいても、この液相冷媒はこの部分から下方のチューブ方向に下降していき、徐々に液相が少ない冷媒となり、第２熱交換ユニットに導かれ、この通流制御部でも気相と液相との分離が促進される。従って、気相冷媒を含まない液相冷媒が乱れることなく滑らかに流れ、チューブでの熱交換のバラツキが低減される。
【００４０】
上記開口部の断面積がチューブの断面積と同等以上で、上部タンクの断面積よりも小さい場合には、冷媒が急速にこの開口部を通流することを抑制でき、騒音発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明を適用した第１実施例の熱交換器の概略斜視図を示す。
【図２】  第１実施例の冷媒のフローを示す説明図である。
【図３】  第１実施例の冷媒のフローを示す別の説明図である。
【図４】  第２実施例の熱交換器を示す図である。
【図５】  第２実施例の部分拡大図を示す。
【図６】  第２実施例の開口部の断面図を示す。
【図７】  第３実施例に関わり、図６と同様な図を示す。
【図８】  第４実施例に関わり、図６と同様な図を示す。
【図９】  第５実施例に関わり、図６と同様な図を示す。
【図１０】  第６実施例に関わり、熱交換ユニットの一部を示す図である。
【図１１】  従来技術を示す図である。
【図１２】  従来技術の液相冷媒及び気相冷媒の分布状態説明する図である。
【図１３】  別の従来技術を示す図である。
【符号の説明】
１      熱交換器
２      風下側熱交換ユニット
３      風上側熱交換ユニット
４      チューブ（冷媒通路）
５      フィン
６      上部タンク
７      下部タンク
８      上部タンク
９      下部タンク
１４    入口部
１５    出口部
１６    連通路
２０    通流制御部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ    開口部
【図１】
0004713015.tif 000002
【図２】
0004713015.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004713015.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004713015.tif 000007
【図７】
0004713015.tif 000008
【図８】
0004713015.tif 000009
【図９】
0004713015.tif 000010
【図１０】
0004713015.tif 000011
【図１１】
0004713015.tif 000012
【図１２】
0004713015.tif 000013
【図１３】
0004713015.tif 000014