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公開番号2021025666
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210222
出願番号2019140684
出願日20190731
発明の名称熱交換器
出願人株式会社デンソー
代理人個人,個人
主分類F28F 9/22 20060101AFI20210125BHJP(熱交換一般)
要約【課題】液相冷媒の分配性を向上させつつ、気相冷媒の圧力損失の増加を抑制することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】ヘッダタンク21の内部空間を、外部から冷媒が流入する第1空間S1と、流入する冷媒が複数のチューブ31へと流出する第2空間S2とに分割する仕切り部41が設けられている。仕切り部41には、液相冷媒を冷媒入口213側から複数のチューブ31の配列方向に沿って分配しながら第2空間S2に流入させる細孔が設けられた液相分配部411と、気相冷媒を冷媒入口213側から複数のチューブ31の配列方向に沿って分配しながら第2空間S2に流入させる開口4121が設けられた気相分配部412と、液相分配部411を流れる液相冷媒が気相分配部412に流入することを妨げる阻害部413と、が設けられる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
熱交換器であって、
冷媒が内部を通過し周囲を流れる空気との間で熱交換する複数のチューブ(31)と、
冷媒が冷媒入口(213)から流入し、流入した冷媒を前記複数のチューブに分配しながら供給するヘッダタンク(21)と、を備え、
前記ヘッダタンクの内部空間を、前記ヘッダタンクの外部から冷媒が流入する第1空間(S1)と、流入する冷媒が前記複数のチューブへと流出する第2空間(S2)とに分割する仕切り部(41,41A,41B,41C)が設けられ、
前記仕切り部には、
前記第1空間に流入する液相冷媒を前記冷媒入口側から前記複数のチューブの配列方向に沿って分配しながら前記第2空間に流入させる細孔が設けられた液相分配部(411,411A,411B,411C)と、
前記第1空間に流入する気相冷媒を前記冷媒入口側から前記複数のチューブの配列方向に沿って分配しながら前記第2空間に流入させる開口(4121)が設けられた気相分配部(412)と、
前記液相分配部を流れる液相冷媒が前記気相分配部に流入することを妨げる阻害部(413)と、が設けられている、熱交換器。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
請求項1に記載の熱交換器であって、
前記阻害部は、前記第1空間に飛び出すように形成されている、熱交換器。
【請求項3】
請求項2に記載の熱交換器であって、
前記阻害部は、前記気相分配部と前記液相分配部との間に前記複数のチューブの延伸方向に沿った阻害壁面(4131)が設けられることによって形成されている、熱交換器。
【請求項4】
請求項2に記載の熱交換器であって、
前記阻害部は、重力方向上側のみに飛び出すように形成されている、熱交換器。
【請求項5】
請求項1から4のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
冷媒が流出するヘッダタンク(22)には前記仕切り部が設けられていない、熱交換器。
【請求項6】
請求項1から5のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
少なくとも前記液相分配部を多孔質材料によって形成することで、前記細孔が設けられている、熱交換器。
【請求項7】
請求項1から6のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
前記仕切り部が多孔質材料によって形成され、前記開口は前記仕切り部を貫通するように形成されており、前記開口の総面積がチューブの流路面積より大きい熱交換器。
【請求項8】
請求項1から7のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
前記液相分配部は、前記複数のチューブ間に沿った空気の流れ方向における第1端側に配置されており、
前記気相分配部は、前記複数のチューブ間に沿った空気の流れ方向における前記第1端側とは反対の第2端側に配置されている、熱交換器。
【請求項9】
請求項1から8のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
前記液相分配部に、前記第2空間側に突出する凸状の案内部(414)が設けられており、
前記案内部は、前記仕切り部からそれぞれの前記チューブへ向かって延びている、熱交換器。
【請求項10】
請求項1から9のいずれか1項に記載の熱交換器であって、
前記複数のチューブは、それぞれの端部(311)が前記第2空間内に位置するように配置され、
前記開口は、前記複数のチューブいずれかの端部に対応するように設けられている、熱交換器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は、熱交換器に関する。
続きを表示(約 5,000 文字)【背景技術】
【0002】
気液二相冷媒を用いる熱交換器において、各チューブに冷媒を均等に分配するために、チューブへ冷媒を供給するタンクの内部に充填剤を充填した熱交換器がある(特許文献1参照)。特許文献1に記載の熱交換器では、充填剤により液相冷媒をタンクの径方向に分散させる。さらに、チューブのタンクへの差し込み長さを、上流側は大きく、下流側は小さくする。このようにして、液相冷媒をチューブへ均等に分配することを図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2012−21679号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1に記載の熱交換器では、鉛直方向の上側からタンクに冷媒を供給することを前提とし、何もしなければ冷媒が下方のチューブに偏って分配されるところ、タンク内に充填剤を設けて圧力損失を与えることで冷媒の分配性を向上させている。
【0005】
特許文献1に記載の熱交換器は、鉛直方向の上側からタンクに冷媒を供給することを前提としているため、タンクを鉛直方向に交わる方向に沿って配置し、鉛直方向の横側からタンクに冷媒を供給する場合には分配性能を十分に発生させることができないおそれがある。
【0006】
また、特許文献1に記載の熱交換器は液相冷媒に圧力損失を与えて分散性を向上させることを意図しているため、気相冷媒の分配性は考慮されておらず、単に気相冷媒の圧力損失を増大させるものとなっている。
【0007】
本開示は、気相冷媒及び液相冷媒の分配性を向上させつつ、圧力損失の増加を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示に係る熱交換器は、冷媒が内部を通過し周囲を流れる空気との間で熱交換する複数のチューブ(31)と、冷媒が冷媒入口(213)から流入し、流入した冷媒を複数のチューブに分配しながら供給するヘッダタンク(21)と、を備える。ヘッダタンクには、ヘッダタンクの内部空間を、前ヘッダタンクの外部から冷媒が流入する第1空間(S1)と、流入する冷媒が複数のチューブへと流出する第2空間(S2)とに分割する仕切り部(41,41A,41B,41C)が設けられている。仕切り部には、第1空間に流入する液相冷媒を冷媒入口側から複数のチューブの配列方向に沿って分配しながら第2空間に流入させる細孔が設けられた液相分配部(411,411A,411B,411C)と、第1空間に流入する気相冷媒を冷媒入口側から複数のチューブの配列方向に沿って分配しながら第2空間に流入させる開口(4121)が設けられた気相分配部(412)と、液相分配部を流れる液相冷媒が気相分配部に流入することを妨げる阻害部(413)と、が設けられている。
【0009】
本開示では、仕切り部によって内部空間を第1空間と第2空間とに分割しているので、仕切り部の作用によって冷媒を複数のチューブの配列方向に分配しながら第1空間から第2空間に流すことができる。仕切り部には、細孔が設けられた液相分配部が設けられているので、液相冷媒を細孔の抵抗と表面張力を利用しながら分配することができる。仕切り部には開口が設けられた気相分配部が設けられているので、流路面積の小さい細孔では無く、流路面積の大きい開口から気相冷媒を導入することができ、圧力損失を高めることなく気相冷媒を分配することができる。液相分配部を流れる液相冷媒は阻害部によって気相分配部への流入が抑制されるので、ヘッダタンクに気液二相冷媒が流入した場合であっても、液相冷媒と気相冷媒とに分離した状態を保ちながら分配することができる。
【発明の効果】
【0010】
本開示によれば、液相冷媒の分配性を向上させつつ、気相冷媒の圧力損失の増加を抑制することができる熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1は、本実施形態に係る熱交換器の外観を示す図である。
図2は、図1におけるII−II断面を示す断面図である。
図3は、図1に示される熱交換器における冷媒の流れを示すための分解斜視図である。
図4は、図1におけるIV−IV断面を示す断面図である。
図5は、図4におけるV−V断面を示す断面図である。
図6は、本実施形態に係る熱交換器の熱交換部における冷媒分布の模式図である。
図7は、従来技術に係る熱交換器の説明に用いる図である。
図8は、従来技術に係る熱交換器の説明に用いる図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【0013】
図1に示されるように、本実施形態に係る熱交換器10は、ヘッダタンク21と、チューブ31と、フィン32と、ヘッダタンク22と、を備える。熱交換器10は、冷媒がヘッダタンク21からヘッダタンク22へと向かう方向に重力を受けるように設置される。
【0014】
ヘッダタンク21は、外部から供給される気液二相冷媒といった冷媒を、チューブ31に供給するために設けられる筒状の部材である。ヘッダタンク21には、冷媒入口213が設けられている。ヘッダタンク21の内部には、冷媒入口213から冷媒が導入される。ヘッダタンク21の内部に導入された冷媒は、複数のチューブ31に分配されて供給される。
【0015】
複数のチューブ31は、ヘッダタンク21とヘッダタンク22とを繋ぐように設けられている。ヘッダタンク21から複数のチューブ31に流れ込んだ冷媒は、複数のチューブ31の間を流れる空気と熱交換をしながらヘッダタンク22へと流れる。
【0016】
複数のチューブ31の間には、それぞれフィン32が設けられている。フィン32は、複数のチューブ31間の流れる空気を通すことができるように隙間が設けられている。フィン32は、複数のチューブ31の内部を流れる冷媒と、複数のチューブ31の間を流れる空気との熱交換を促進する役割を果たしている。
【0017】
複数のチューブ31を流れた冷媒は、ヘッダタンク22へと流れ込む。ヘッダタンク22には、冷媒出口221が設けられている。ヘッダタンク22で集約された冷媒は、冷媒出口221から流出する。
【0018】
続いて、図2を参照しながら、ヘッダタンク21について説明を加える。図2に示されるように、ヘッダタンク21は、本体部211と、プレート部212と、仕切り部41と、を備えている。
【0019】
本体部211は、断面が半円状の部材である。プレート部212は、本体部211と向かい合うように配置される部材である。本体部211とプレート部212とが、仕切り部41を挟んで配置される。図2には明示されていないが、本体部211の周囲に鍔状部分が設けられ、プレート部212がその鍔状部分を抱き込むように折り曲げられることで、本体部211とプレート部212とが接合される。
【0020】
プレート部212には段付き部2121が設けられている。段付き部2121は、仕切り部41を保持するための部分である。段付き部2121に仕切り部41の外周部が載置され、本体部211とプレート部212とが上述のように接合されることで、ヘッダタンク21が形成される。
【0021】
仕切り部41は、ヘッダタンク21の内部を第1空間S1と第2空間S2とに分割している。第2空間S2は、チューブ31側の空間である。第1空間S1は、仕切り部41を挟んで第2空間S2とは反対側に設けられる空間である。冷媒入口213から流入する冷媒は、第1空間S1に導入される。
【0022】
第1空間S1に導入された冷媒は、仕切り部41によってヘッダタンク21の長手方向に分配され、第2空間S2に流れ込む。第2空間S2には、チューブ31の端部311が挿入されている。第2空間S2に流れ込んだ冷媒は、端部311からチューブ31の内部に流れ込む。
【0023】
仕切り部41は、第1空間S1に気液二相冷媒が流れ込んだ場合であっても、圧力損失を高めずにヘッダタンク21の長手方向に分配する機能を備えている。この機能を果たすため、仕切り部41は、液相分配部411と、気相分配部412と、阻害部413と、を備えている。仕切り部41には、案内部414も設けられている。仕切り部41は、例えば、多孔質セラミックや発泡金属等の多孔質材料によって形成される。
【0024】
液相分配部411は、第1空間S1に流入する液相冷媒を分配して第2空間S2に流し込む部分である。図3及び図4に示されるように、液相分配部411は、チューブ31の配列方向に沿って形成されている。液相分配部411は、第1空間S1側に設けられている液相分配面4111の上を液相冷媒が流れるように配置されている。液相分配部411には、液相分配面4111を液相冷媒が通り抜け、第1空間S1側から第2空間S2側に流れ込むことができるように細孔が設けられている。
【0025】
気相分配部412は、第1空間S1に流入する気相冷媒を分配して第2空間S2に流し込む部分である。液相分配部411と同様に、気相分配部412もチューブ31の配列方向に沿って形成されている。気相分配部412には、複数の開口4121が設けられている。開口4121は、それぞれ仕切り部41を貫通するように設けられている。
【0026】
開口4121は、開口4121の流路面積の総面積がチューブ31の流路面積の総面積より大きくなるように設けられている。開口4121は、チューブ31のそれぞれの端部311と向かい合うように設けられている。
【0027】
阻害部413は、液相分配部411と気相分配部412との間に設けられている。阻害部413は、液相分配部411を流れる液相冷媒が、開口4121から第2空間S2に流れ込まないように阻害する部分である。阻害部413は、阻害壁面4131を有する段差として構成されている。阻害部413は、気相分配部412と液相分配部411の間に高低差をつけるような形状であれば、段差に限られず傾斜面であってもよい。
【0028】
案内部414は、液相分配部411の第2空間S2側に設けられる凸部である。液相分配部411に、第2空間側に突出する凸状の部分として案内部414が設けられている。案内部414は、仕切り部41からそれぞれのチューブ31へ向かって延びている。液相冷媒が案内部414を通過するように配置しているので、チューブ31に液相冷媒を確実に流れ込ませることができる。案内部414がチューブ31に接することで、より液相冷媒を確実に流れ込ませることができる。
【0029】
続いて、図2から図5を参照しながら、熱交換器10の内部における気液二相冷媒の流れについて説明する。
【0030】
ヘッダタンク21の冷媒入口213から、第1空間S1に気液二相冷媒が流入する。気液二相冷媒は、環状流の状態で第1空間S1に流入する。環状流の場合、気相冷媒を囲むように液相冷媒が流れる。このような状態で冷媒が流れ込むと、気相冷媒は液相冷媒よりも内側を流れるので、気相分配部412近傍を流れる。一方、液相冷媒は気相冷媒よりも外側を流れるので、本体部211の内壁及び液相分配部411に沿って流れる。
(【0031】以降は省略されています)

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