JP3903866B2

JP3903866B2 - 冷却器

Info

Publication number: JP3903866B2
Application number: JP2002211218A
Authority: JP
Inventors: 宏泰嶋貫; 栄一鳥越; 正径牧原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-07-19
Filing date: 2002-07-19
Publication date: 2007-04-11
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: US20040016535A1; JP2004053132A; US7036567B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上下方向に延びる複数本のチューブと、これら複数本のチューブと連通するヘッダタンクとを有する冷却器に関するもので、蒸気圧縮式冷凍機用の蒸発器に適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術】
上下方向に延びる複数本のチューブと、これら複数本のチューブと連通するヘッダタンクとを有する蒸気圧縮式冷凍機用の蒸発器として、特開２００１−５０６８６号公報に記載の発明がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、空気を冷却する冷却器（蒸発器を含む。）では、チューブやフィンの表面に凝縮水が発生する。そして、上記公報に記載の発明では、チューブが上下方向に延びているので、発生した凝縮水はチューブを伝って下方側に流れて下方側に多量に溜まってしまうおそれが高い。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な冷却器を提供し、第２には、凝縮水の排水性を良好なものとすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、空気を冷却するための冷却器であって、空気を冷却するための冷媒が流れるとともに、上下方向に延びる複数本のチューブ（２）と、チューブ（２）に設けられ、空気との伝熱面積を増大させるフィン（３）と、チューブ（２）の長手方向下端部に設けられ、複数本のチューブ（２）と連通するヘッダタンク（４）とを有し、チューブ（２）およびヘッダタンク（４）として、チューブ（２）とヘッダタンク（４）とが別部品として形成されたものを用いており、ヘッダタンク（４）のうちチューブ（２）間に相当する部位には、ヘッダタンク（４）の内側に向けて陥没してチューブ（２）間に溜まった水を下方側に導く排水溝（４ｃ）が設けられており、排水溝（４ｃ）は、重力方向に向かって溝幅が小さくなる形状であることを特徴とする。
【０００６】
これにより、下方側に溜まった凝縮水を確実に排水することができるとともに、従来と異なる新規な冷却器を得ることができる。
【０００７】
本発明の具体例として、以下のようにすることが好ましい。
例えば、ヘッダタンク（４）を、ヘッダタンクの上側に相当する上側部品（４ａ）と、ヘッダタンクの下側に相当する下側部品（４ｂ）とによって筒状に構成し、排水溝（４ｃ）を、少なくとも上側部品（４ａ）に設ける。
また、例えば、上側部品（４ａ）と下側部品（４ｂ）とを、互いの端部が重なるように接合し、上側部品（４ａ）の端部を下側部品（４ｂ）の端部よりも外側に位置させる。
また、例えば、チューブ（２）およびヘッダタンク（４）をヘッダタンクの長手方向に平行な方向からみたとき、ヘッダタンク（４）の端部を、チューブ（２）の端部よりも外側に位置させる。
また、例えば、チューブ（２）およびヘッダタンク（４）をヘッダタンクの長手方向に平行な方向からみたとき、排水溝（４ｃ）を、ヘッダタンクのチューブの端部よりも外側部分と内側部分にわたって配置する。
【００１０】
また、例えば、排水溝（４ｃ）の溝底（４ｄ）を、空気流れ下流側が空気流れ上流側より下方側に位置するように傾斜させる。
【００１１】
また、例えば、排水溝（４ｃ）の溝底（４ｄ）を、チューブ（２）から遠い部位ほど下方側に位置するように傾斜させる。
また、例えば、排水溝（４ｃ）のヘッダタンク（４）の長手方向に直交する方向での断面をみたときの溝底（４ｄ）の形状を直線形状とする。
【００１２】
また、例えば、チューブ（２）の長手方向と略平行な方向から見たときの排水溝（４ｃ）の外形を、略菱形状とする。
【００１３】
これにより、排水溝（４ｃ）の下端側が鋭角状となるので、排水溝（４ｃ）の下端側が排水溝（４ｃ）の断面形状と同様な形状となるので、凝縮水を効率よく連続的に排水することができる。
【００１４】
また、例えば、排水溝（４ｃ）の下端側に、排水溝（４ｃ）の下端から所定の隙間を有して離隔した対向面（６ａ）を構成する排水誘起部材（６）を設ける。
【００１５】
これにより、排水溝（４ｃ）の下端側に到達した凝縮水が対向面（６ａ）に接触し、これを起点として凝縮水が対向面（６ａ）に沿って流れるので、確実に凝縮水を排水することができる。
【００１６】
また、例えば、対向面（６ａ）と排水溝（４ｃ）の下端との隙間寸法を、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下とする。
【００１７】
また、例えば、ヘッダタンク（４）とフィン（３）とが最も近接する部位におけるヘッダタンク（４）とフィン（３）との距離を、１ｍｍ以下、０ｍｍ以上とする。
【００１８】
これにより、フィン（３）の表面に付着した凝縮水を毛細管現象を利用して確実に排水溝（４ｃ）に流すことができる。
【００１９】
また、例えば、ヘッダタンク（４）のうち、チューブ（２）が接合された側の曲率半径（ｒ１）を、チューブ（２）が接合された側と反対側の曲率半径（ｒ２）より大きくする。
【００２０】
因みに、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。
【００２１】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る冷却器を蒸気圧縮式冷凍機用の蒸発器に適用したものであって、図１は車両用空調装置に適用される蒸発器１の二面図である。
【００２２】
蒸発器１は、冷媒が流れる冷媒通路を構成する扁平状に形成された複数本のチューブ２及びチューブ２に外表面に接合された波状のフィン３からなるコア部と、チューブ２の長手方向端部に配設されて各チューブ２と連通するヘッダタンク４と有して構成されたものである。
【００２３】
なお、接続ブロック５は、蒸発器１から流出した冷媒の過熱度を機械的に感知する感温部と冷媒を減圧膨脹させる膨脹弁とが一体となったボックス型膨脹弁を接続するためのものであり、流入口５ａは膨脹弁の出口側に接続され、流出口５ｂは感温部の流入側に接続される。
【００２４】
因みに、本実施形態では、図２に示すように、２つのコア部を空気の流通方向に対して直列に配置している。
【００２５】
ところで、ヘッダタンク４は、チューブ２が挿入接合されたコアプレート４ａ、及びコアプレート４ａに接合されて冷媒が流れる空間を構成するタンクプレート４ｂを有して構成されたもので、本実施形態では、コアプレート４ａの曲率半径ｒ１をタンクプレート４ｂの曲率半径ｒ２より大きくすることにより、コアプレート４ａをタンクプレート４ｂより平坦な形状として、蒸発器１を大型にすることなく、コア部の表面積、つまりチューブ２の長手方向寸法のうち、コア部を流れる空気に晒される部位の長さが大きくなるように構成している。
【００２６】
また、ヘッダタンク４のうちチューブ２間に相当する部位には、図３に示すように、ヘッダタンク４の内側に向けて陥没してチューブ２間に溜まった水を下方側に導く排水溝４ｃが設けられている。
【００２７】
そして、排水溝４ｃは、その溝底４ｄが、図２に示すように、チューブ２から遠い部位ほど下方側に位置するように傾斜し、かつ、チューブ２の長手方向と略平行な方向から見たときの排水溝４ｃの外形が略菱形状（図３参照）となるよう設定されている。
【００２８】
また、排水溝４ｃは、コアプレート４ａのうちチューブ２間に相当する部位を楔状のプレス型にて押圧することにより、溝底４ｄを連ねた方向から見た断面形状が、図４に示すように、溝底４ｄに向かうほど溝幅Ｗが小さくなるような略Ｖ字形状となるように設定されている。
【００２９】
因みに、本実施形態では、チューブ２、フィン３及びヘッダタンク４等の蒸発器１を構成する部品全てはアルミニウム製であり、これら部品はろう付けにて接合されている。
【００３０】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００３１】
チューブ２が上下方向に延びているので、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べたように、発生した凝縮水はチューブ２を伝って下方側に流れて、凝縮水の表面張力により下方側のヘッダタンク４近傍のコア部に多量に溜まってしまうおそれが高いが、本実施形態では、下方側のヘッダタンク４近傍のコア部のうち、フィン３が配設されて緻密な空間が構成された部位、つまり凝縮水が溜まり易いチューブ２間に相当する部位に排水溝４ｃが設けられているので、コア部下方側に溜まった凝縮水を確実に排水することができる。
【００３２】
ところで、断面が略Ｖ字状の排水溝４ｃ内に溜まった水の内圧Ｐと断面が略Ｖ字状の排水溝４ｃ内に溜まった水の表面（水面）の曲率半径ｒとの間には、以下のラプラスの方程式（表面張力（小野周著共立出版社）等参照）で表される関係がある。
【００３３】
【数１】
Ｐ＝−ａ／ｒ＋ｂ
ここで、ａ、ｂは比例定数であり、−記号は、大気圧より低い（負圧）であることを示す。
【００３４】
そして、上記数式から明らかなように、水面の曲率半径ｒが小さくなるほど、負圧（大気圧との負の差圧）が大きくなるため、排水溝４ｃ内の水が増大して重力により排水溝４ｃの下端側がら排水溝４ｃ外に水が排出されて、図４（ａ）→図４（ｂ）に示されるように、水面の曲率半径ｒがそれ以前より小さくなると、排水溝４ｃ内の凝縮水内の圧力が低下して負圧が大きくなる。
【００３５】
このため、図４（ｃ）に示すように、排水溝４ｃ内の凝縮水が周囲の水膜を吸引して、再び、図４（ａ）に示すように、水面の曲率半径ｒがそれ以前より大きくなる。
【００３６】
したがって、図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）→図４（ａ）の順に繰り返して排水及び水膜の吸引を繰り返すので、効率よく凝縮水を排水することができる。
【００３７】
なお、溝底４ｄに向かうほど溝幅Ｗが小さくなるような断面形状としては、概略図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が考えられるが、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、排水溝４ｃの側壁４ｅが平坦な面又は排水溝４ｃの内側に向けて凸となるような曲面とすることが望ましい。
【００３８】
また、チューブ２の長手方向と略平行な方向、つまり上方側から見たときの排水溝４ｃの外形が略菱形状となっているので、排水溝４ｃの下端側が鋭角状となる。したがって、排水溝４ｃの下端側が排水溝４ｃの断面形状と同様な略Ｖ字形状となるので、凝縮水を効率よく連続的に排水することができる。
【００３９】
また、凝縮水は表面張力によりフィン３の表面に付着するので、ヘッダタンク４とフィン３とが最も近接する部位におけるヘッダタンク４とフィン３との距離Δ（図２参照）を１ｍｍ以下、０ｍｍ以上として、フィン３の表面に付着した凝縮水を毛細管現象を利用して確実に排水溝４ｃに流すようにすることが望ましい。
【００４０】
なお、距離Δが０ｍｍとは、フィン３とヘッダタンク４とが接触していることを意味する。
【００４１】
ところで、チューブ２をヘッダタンク４に挿入する構造では、チューブ２の幅寸法Ｗ１は、ヘッダタンク４の幅寸法Ｗ２からヘッダタンク４の肉厚寸法の２倍を差し引いた寸法より大きくすることが難しいので、チューブ２をヘッダタンク４に挿入する構造を有する蒸発器１では、下方側のヘッダタンク４に凝縮水が溜まり易い。
【００４２】
さらに、前述したように、ヘッダタンク４のうち、チューブ２が接合された側、つまりコア部側の曲率半径ｒ１をコア部側と反対側の曲率半径ｒ２より大きくして、ヘッダタンク４のうちコア部側を略平坦にしているので、下方側のヘッダタンク４に凝縮水が溜まり易い。
【００４３】
したがって、本実施形態のごとく、チューブ２をヘッダタンク４に挿入する構造であって、ヘッダタンク４のうちコア部側を略平坦にした蒸発器に本発明を適用すると、特に効果的である。
【００４４】
（第２実施形態）
本実施形態では、図６に示すように、排水溝４ｃの下端側に排水溝４ｃの下端から所定の隙間を有して離隔した対向面６ａを構成する排水誘起部材をなすプレート６を設けたものである。
【００４５】
これにより、排水溝４ｃの下端側に到達した凝縮水が対向面６ａに接触し、これを起点として凝縮水が対向面６ａに沿って流れるので、確実に凝縮水を排水することができる。
【００４６】
なお、対向面６ａと排水溝４ｃの下端との隙間寸法ｔは、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４７】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、チューブ２から遠い部位ほど下方側に位置するように溝底４ｄを傾斜させたが、本実施形態は、図７に示すように、全ての排水溝４ｃの溝底４ｄを、空気流れ下流側が空気流れ上流側より下方側に位置するように傾斜させたものである。
【００４８】
（第４実施形態）
本実施形態は、図８に示すように、２つのコア部のヘッダタンク４それぞれに、空気流れ上流側及び下流側に排水溝４ｃを設けたものである。
【００４９】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、ヘッダタンク４を所定形状にプレス成形されたコアプレート４ａとタンクプレート４ｂとを接合して構成したが、本実施形態では、図９に示すように、ヘッダタンク４を押し出し加工又は引く抜き加工にて一体成形したものである。
【００５０】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、空気流れ上流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のコアプレート４ａと空気流れ下流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のコアプレート４ａとを一体化し、かつ、空気流れ上流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のタンクプレート４ｂと空気流れ下流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のタンクプレート４ｂとを一体化したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば空気流れ上流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のコアプレート４ａと空気流れ下流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のコアプレート４ａとを別体としし、かつ、空気流れ上流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のタンクプレート４ｂと空気流れ下流側に配置されたコア部のヘッダタンク４のタンクプレート４ｂとを別体としてもよい。
【００５１】
また、ヘッダタンク４断面形状は、上述の実施形態に示された形状に限定されるものではなく、例えば図１０に示すような形状であってもよい。
【００５２】
また、上述の実施形態では、冷却器内で冷媒を蒸発させて蒸発潜熱にて空気を冷却するものであってが、本発明はこれに限定されるものではなく、冷却器内に冷媒を相変化させずに流して顕熱にて空気を冷却するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る蒸発器の二面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る蒸発器のヘッダタンクの断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る蒸発器の下方部の斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る蒸発器の効果を説明するための説明図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る蒸発器の効果を説明するための説明図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る蒸発器の特徴を示す図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る蒸発器のヘッダタンクの断面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る蒸発器のヘッダタンクの断面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る蒸発器のヘッダタンクの断面図である。
【図１０】本発明のその他の実施形態に係る蒸発器のヘッダタンクの断面図である。
【符号の説明】
２…チューブ、３…フィン、４…ヘッダタンク、４ｃ…排水溝。

Claims

空気を冷却するための冷却器であって、
空気を冷却するための冷媒が流れるとともに、上下方向に延びる複数本のチューブ（２）と、
前記チューブ（２）に設けられ、空気との伝熱面積を増大させるフィン（３）と、
前記チューブ（２）の長手方向下端部に設けられ、前記複数本のチューブ（２）と連通するヘッダタンク（４）とを有し、
前記チューブ（２）およびヘッダタンク（４）として、前記チューブ（２）と前記ヘッダタンク（４）とが別部品として形成されたものを用いており、
前記ヘッダタンク（４）のうち前記チューブ（２）間に相当する部位には、前記ヘッダタンク（４）の内側に向けて陥没して前記チューブ（２）間に溜まった水を下方側に導く排水溝（４ｃ）が設けられており、
前記排水溝（４ｃ）は、重力方向に向かって溝幅が小さくなる形状であることを特徴とする冷却器。
前記ヘッダタンク（４）は、前記ヘッダタンクの上側に相当する上側部品（４ａ）と、前記ヘッダタンクの下側に相当する下側部品（４ｂ）とによって筒状に構成されており、
前記排水溝（４ｃ）は、少なくとも前記上側部品（４ａ）に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却器。
前記上側部品（４ａ）と下側部品（４ｂ）とは互いの端部が重なって接合されており、前記上側部品（４ａ）の端部は前記下側部品（４ｂ）の端部よりも外側に位置していることを特徴とする請求項２に記載の冷却器。
前記チューブ（２）および前記ヘッダタンク（４）を前記ヘッダタンクの長手方向に平行な方向からみたとき、前記ヘッダタンク（４）の端部は、前記チューブ（２）の端部よりも外側に位置していることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却器。
前記チューブ（２）および前記ヘッダタンク（４）を前記ヘッダタンクの長手方向に平行な方向からみたとき、前記排水溝（４ｃ）は、前記ヘッダタンクの前記チューブの端部よりも外側部分と内側部分にわたって配置されていることを特徴とする請求項４に記載の冷却器。
前記排水溝（４ｃ）の溝底（４ｄ）は、空気流れ下流側が空気流れ上流側より下方側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却器。
前記排水溝（４ｃ）の溝底（４ｄ）は、前記チューブ（２）から遠い部位ほど下方側に位置するように傾斜していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の冷却器。
前記排水溝（４ｃ）の前記ヘッダタンク（４）の長手方向に直交する方向での断面をみたとき、前記溝底（４ｄ）は直線形状であることを特徴とする請求項６または７に記載の冷却器。
前記チューブ（２）の長手方向と略平行な方向から見たときの前記排水溝（４ｃ）の外形は、略菱形状であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の冷却器。
前記排水溝（４ｃ）の下端側には、前記排水溝（４ｃ）の下端から所定の隙間を有して離隔した対向面（６ａ）を構成する排水誘起部材（６）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の冷却器。
前記対向面（６ａ）と前記排水溝（４ｃ）の下端との隙間寸法は、０ｍｍより大きく、１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の冷却器。
前記ヘッダタンク（４）と前記フィン（３）とが最も近接する部位における前記ヘッダタンク（４）と前記フィン（３）との距離は、１ｍｍ以下、０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１つに記載の冷却器。
前記ヘッダタンク（４）のうち、前記チューブ（２）が接合された側の曲率半径（ｒ１）は、前記チューブ（２）が接合された側と反対側の曲率半径（ｒ２）より大きいことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載の冷却器。