JP2005083653A - Refrigerant evaporator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空調装置等の冷凍サイクルにおいて冷媒蒸発行程を行うための冷媒蒸発器に関する。 The present invention relates to a refrigerant evaporator for performing a refrigerant evaporation process in a refrigeration cycle such as an air conditioner.
従来より、例えば自動車用空調装置の冷媒蒸発器として、冷媒流路の断面形状が空気流れ方向に長い扁平状チューブと、空気流れ方向に見て波板状に形成された伝熱用のフィンとを交互に並設してなるコアを備えたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。この冷媒蒸発器のフィンは、波板状の頂部がU字状であり、この頂部がチューブ外面にろう付けされるようになっている。
しかしながら、前記特許文献1の冷媒蒸発器では、フィンのチューブへのろう付け部分がU字状に形成されているので、フィンとチューブ外面との隙間がろう付け部分へ行くほど狭くなる。このように、フィンとチューブとの間に狭い隙間が形成されると、その隙間に凝縮水が溜まって排水されにくくなり、フィンの通気抵抗が増大するとともに、伝熱効率が悪化し、冷房性能が低下する。このため、特許文献1の冷媒蒸発器では、フィンの各寸法を設定する際、凝縮水の排水性を十分に考慮しなければならず、冷房性能を重視した寸法に設定できない。
However, in the refrigerant evaporator of
また、一般に、冷媒蒸発器においては、材料の使用量を減らして軽量に構成しながら、高い冷房性能を得たいという要求があるが、前記特許文献1の冷媒蒸発器では、フィンの寸法の設定自由度が低いために、軽量化と高い冷房性能とを両立するのが困難である。
Further, in general, in the refrigerant evaporator, there is a demand to obtain high cooling performance while reducing the amount of material used and making it lightweight, but in the refrigerant evaporator of
本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィンの構造を工夫して凝縮水の排水性を良好にすることで、フィンの寸法設定を比較的自由に行えるようにして、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器を得ることにある。 The present invention has been made in view of such a point, and the object of the present invention is to improve the drainage of condensed water by devising the structure of the fins, so that the dimensions of the fins can be set relatively freely. It is possible to obtain a refrigerant evaporator that is lightweight and has high cooling performance.
前記目的を達成するために、本発明では、フィンやチューブの各寸法を変更した複数の冷媒蒸発器の冷房性能値をコンピュータシュミレーションにより求め、この冷房性能値を冷媒蒸発器の重量で除した値、即ち冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が良好になるフィンの寸法範囲を特定した。 In order to achieve the above object, in the present invention, a cooling performance value of a plurality of refrigerant evaporators having different dimensions of fins and tubes is obtained by computer simulation, and a value obtained by dividing the cooling performance value by the weight of the refrigerant evaporator. That is, the fin size range in which the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator is good was specified.
具体的には、冷媒流路の断面形状が空気流れ方向に長い複数のチューブを空気流れ方向と交差する方向に間隔をあけて並設し、隣り合うチューブ間に伝熱用のフィンを配設してなる冷媒蒸発器を対象とする。 Specifically, a plurality of tubes whose cross-sectional shape of the refrigerant flow path is long in the air flow direction are arranged side by side in the direction intersecting the air flow direction, and fins for heat transfer are arranged between adjacent tubes. The refrigerant evaporator thus formed is a target.
そして、前記フィンを、隣り合うチューブの相対向する外面に沿って略平坦に延び該チューブ外面にそれぞれ面接触して接合された第1接合面部及び第2接合面部と、これら両接合面部に連なり該両接合面部に対して略垂直に延びる中間面部とで、空気流れ方向に見て波板状に形成し、前記フィンのチューブ並設方向の寸法を3.0mm以上6.0mm以下に設定する構成とする。 The fins extend substantially flat along the opposing outer surfaces of adjacent tubes, and are joined to the first and second joint surface portions joined in surface contact with the outer surfaces of the tubes, respectively. The intermediate surface portion extending substantially perpendicular to both the joint surface portions is formed into a corrugated plate shape when viewed in the air flow direction, and the dimension of the fins in the tube juxtaposition direction is set to 3.0 mm or more and 6.0 mm or less. The configuration.
この構成によれば、フィンの第1及び第2接合面部の全体がチューブ外面に接合されて、チューブ外面と該チューブ外面に接合される各接合面部との間には隙間が形成されない。また、フィンの中間面部は、第1及び第2接合面部に対し略垂直なので、チューブ外面に対しても略垂直に延びることとなり、中間面部とチューブ外面との間にも隙間が形成されない。これらのことにより、フィンとチューブとの間に凝縮水が溜まるのが防止されて、凝縮水がスムーズに排水されるようになる。その結果、フィンの通気抵抗が減少するとともに、伝熱効率が良好になって冷房性能が向上する。このように、フィンの構造により冷房性能の確保が可能となるので、フィンの寸法設定が比較的自由に行えるようになる。 According to this configuration, the entire first and second joining surface portions of the fin are joined to the tube outer surface, and no gap is formed between the tube outer surface and each joining surface portion joined to the tube outer surface. Further, since the intermediate surface portion of the fin is substantially perpendicular to the first and second joining surface portions, it extends substantially perpendicular to the tube outer surface, and no gap is formed between the intermediate surface portion and the tube outer surface. By these things, it is prevented that condensed water accumulates between a fin and a tube, and condensed water comes to be drained smoothly. As a result, the ventilation resistance of the fins is reduced, the heat transfer efficiency is improved, and the cooling performance is improved. Thus, since the cooling performance can be ensured by the fin structure, the fin dimensions can be set relatively freely.
前記のような構造のフィンを用いた冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値は、フィンのチューブ並設方向の寸法を前記の範囲に設定すると、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法やコアの空気流れ方向の寸法によらず高まる。一方、フィンのチューブ並設方向の寸法を前記の範囲外に設定すると、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値は低くなる。 The cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator using the fins having the above-described structure is set in the tube juxtaposition direction of the tube in the refrigerant flow path of the tubes when the dimension of the fin juxtaposition direction of the fins is set in the above range. It increases regardless of the dimensions and dimensions of the core in the air flow direction. On the other hand, when the dimension of the fins in the tube juxtaposition direction is set outside the above range, the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator is lowered.
すなわち、フィンのチューブ並設方向の寸法を3mmよりも短くすると、チューブの間隔が狭くなって該チューブが密に配置され、その結果、冷房性能値は向上するが、それ以上に冷媒蒸発器の重量が増加する。また、フィンのチューブ並設方向の寸法を6mmよりも長くすると、チューブの本数が減少して冷媒蒸発器の重量は軽くなるが、それ以上に冷房性能値が低くなる。 That is, when the dimension of the fins in the direction in which the tubes are juxtaposed is shorter than 3 mm, the interval between the tubes is narrowed and the tubes are densely arranged. As a result, the cooling performance value is improved. Weight increases. Further, when the dimension of the fins in the direction in which the tubes are juxtaposed is longer than 6 mm, the number of tubes is reduced and the weight of the refrigerant evaporator is reduced, but the cooling performance value is further reduced.
請求項2の発明では、請求項1の発明において、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を0.7mm以上1.2mm以下に設定する構成とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the dimension in the tube juxtaposition direction in the refrigerant flow path of the tube is set to 0.7 mm or more and 1.2 mm or less.
この構成によれば、コアの空気流れ方向の寸法によらず、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が高まる。 According to this configuration, the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator is increased regardless of the dimension of the core in the air flow direction.
すなわち、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を0.7mmよりも短くすると、冷媒流路の断面積が小さくなって管内圧損増加による冷媒蒸発器全体の冷媒流量が少なくなり、冷房性能値が低くなる。また、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を1.2mmよりも長くすると、冷媒流路の断面積が大きくなって冷媒流速が下がり、管内側熱伝達率が低下し、冷房性能値が低くなる。 That is, if the tube juxtaposition direction of the tube in the refrigerant flow path of the tube is shorter than 0.7 mm, the cross-sectional area of the refrigerant flow path is reduced, the refrigerant flow rate of the entire refrigerant evaporator is reduced due to an increase in pressure loss in the pipe, and the cooling performance The value becomes lower. Moreover, if the tube juxtaposition direction dimension of the tube in the refrigerant flow path is longer than 1.2 mm, the cross-sectional area of the refrigerant flow path is increased, the refrigerant flow rate is lowered, the heat transfer coefficient inside the pipe is lowered, and the cooling performance value Becomes lower.
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、チューブ及びフィンにより構成されたコアの空気流れ方向の寸法を15mm以上40mm以下に設定する構成とする。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the dimension of the core constituted by the tubes and the fins in the air flow direction is set to 15 mm or more and 40 mm or less.
この構成によれば、コアが比較的薄型になることにより、空気側の熱伝達の効率が向上し、冷房効率が高くなる。 According to this configuration, since the core is relatively thin, the efficiency of heat transfer on the air side is improved, and the cooling efficiency is increased.
請求項4の発明では、請求項3の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を15mm以上20mm未満に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が1乃至3つである構成とする。
In the invention of
この構成によれば、冷媒蒸発器における冷媒の流速と管内圧損とがバランスして伝熱効率が向上し、冷房性能値が高くなる。 According to this configuration, the flow rate of the refrigerant in the refrigerant evaporator is balanced with the pressure loss in the pipe, so that the heat transfer efficiency is improved and the cooling performance value is increased.
請求項5の発明では、請求項3の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を20mm以上30mm未満に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が2乃至4つである構成とする。
In the invention of
この構成によれば、請求項4の発明と同様に冷房性能値が高くなる。 According to this configuration, the cooling performance value increases as in the fourth aspect of the invention.
請求項6の発明では、請求項3の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を30mm以上40mm以下に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が2乃至5つである構成とする。
In the invention of
この構成によれば、請求項4の発明と同様に冷房性能値が高くなる。 According to this configuration, the cooling performance value increases as in the fourth aspect of the invention.
請求項1の発明によれば、フィンの構造により凝縮水がスムーズに排水されるようになって、冷房性能を確保しながらフィンの寸法設定を比較的自由に行うことができる。そして、このフィンを用いて冷媒蒸発器を構成し、フィンのチューブ並設方向の寸法を3mm以上6mm以下の範囲に設定することで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値を高くできて、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the condensed water is smoothly drained by the structure of the fins, and the dimensions of the fins can be set relatively freely while ensuring the cooling performance. And the refrigerant evaporator is constituted using this fin, and the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator can be increased by setting the dimension of the fins in the juxtaposed direction to the range of 3 mm or more and 6 mm or less. A refrigerant evaporator that is lightweight and has high cooling performance can be obtained.
請求項2の発明によれば、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を0.7mm以上1.2mm以下に設定することで、冷房性能値を高くできて、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、コアの空気流れ方向の寸法を15mm以上40mm以下に設定することで、冷媒蒸発器の冷房効率が高くなり、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、コアの空気流れ方向の寸法を15mm以上20mm未満に設定し、パスの数を1乃至3つにすることで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。
According to the invention of
請求項5、6の発明によれば、請求項4の発明と同様に、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。 According to the fifth and sixth aspects of the invention, similarly to the fourth aspect of the invention, the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator can be further increased.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施形態に係る冷媒蒸発器1を示し、この冷媒蒸発器1は自動車用空調装置における冷凍サイクルの一要素を構成するものである。
FIG. 2 shows a
この冷媒蒸発器1は、上下方向に延びる複数のチューブ2及び伝熱用のフィン3を交互に車幅方向に並設してなるコア4と、前記チューブ2の上下両端部にそれぞれ配置されて該チューブ2の上端部及び下端部が連通状態で挿入される上側ヘッダタンク6及び下側ヘッダタンク7とを備えている。そして、この冷媒蒸発器1は、図示しないが、空調装置のケーシング内に収容され、送風機からの空気がコアを矢印イ方向に通過するように構成されている。
The
コア4のチューブ2は、図1に示すように、冷媒流路Rの断面形状が空気流れ方向に長い扁平状チューブである。該チューブ2は、アルミニウム合金製の板材を折り曲げ成形してなり、該板材の縁部同士はろう付けされている。また、隣り合うチューブ2は、対向するチューブ2外面が略平行となるように配置されている。
As shown in FIG. 1, the
一方、フィン3は、空気流れ方向に見て波板状に形成されたコルゲートフィンであり、チューブ2の上端部から下端部に亘って延びている。このフィン3は、両面にろう材が層状に設けられたアルミニウム合金製の板材を成形してなる。これらフィン3のうち、コア4の車幅方向左端及び右端に位置する外端のフィン3は、比較的厚肉なアルミニウム合金製の板材を成形してなるエンドプレート9によりそれぞれ保持されている。
On the other hand, the
フィン3には、図3に示すように、車幅方向左側に隣接するチューブ2外面に接合される第1接合面部11と、右側に隣接するチューブ2外面に接合される第2接合面12とが、上下方向に交互に形成されている。前記両接合面部11、12は第1中間面部13及び第2中間面部14に連なっており、これら両接合面部11、12及び両中間面部13、14は一体成形されている。
As shown in FIG. 3, the
前記第1接合面部11と第2接合面部12とは同じ形状であり、両接合面部11、12はチューブ2外面に沿って該チューブ2の空気流れ方向である幅方向両端に亘るように形成され、チューブ2外面に面接触している。フィン3を車幅方向から見ると、第1接合面部11の下縁が第2接合面部12の上縁に重なり、また、前記第1接合面部11の下側に形成されている第1接合面部11の上縁が前記第2接合面部12の下縁に重なっている。
The first
また、前記第1中間面部13は、第1接合面部11の下縁から該第1接合面部11に対して略垂直に第2接合面部12の上縁まで延びている。一方、第2中間面部14は、第1接合面部11の上縁から該第1接合面部11に対して略垂直に第2接合面部12の下縁まで延びており、これら第1中間面部13と第2中間面部14とは略同じ形状である。
The first
第1中間面部13の空気流れ方向上流側の端部は、図3(b)に示すように、空気流れ方向に真っ直ぐに延びている。この第1中間面部13の上流側端部よりも空気流れ方向下流側には、第1中間面部13の板厚方向一側である上側に切り起こされてなる第1ルーバ13aと、板厚方向他側である下側に切り起こされてなる第2ルーバ13bとが空気流れ方向に交互に形成されている。
The upstream end portion of the first
図3(a)に示すように、第1接合面部11の第1ルーバ13a対応箇所は、第1中間面部13の板厚方向一側に切り欠かれ、この切り欠き部分から前記第1ルーバ13aが第1接合面部11に対して略垂直に第2接合面部12側へ延びている。この第1ルーバ13aの第2接合面部12側は、チューブ2外面に沿うように第1中間面部13の板厚方向他側へ折り曲げられて第2接合面部12に連なっている。従って、この第1ルーバ13aと前記第1中間面部13の空気流れ方向上流側の端部との間には略矩形の貫通孔15が形成されることとなり、この貫通孔16を空気が流れるようになっている。該貫通孔15の幅は、その第1接合面部11側から第2接合面部12側に亘って略同一とされている。
As shown in FIG. 3A, a portion corresponding to the
第2ルーバ13bは、第1接合面部11からチューブ2外面に沿って第1中間面部13の板厚方向他側へ延びた後、第1接合面部11に対し略垂直となるように、第2接合面部12側へ折り曲げられ、該第2接合面部12側へ延びている。第2接合面部12の第2ルーバ13b対応箇所は、第1中間板部13の板厚方向他側へ切り欠かれ、この切り欠き部分に前記第2ルーバ13bの第2接合面部12側が連なっている。従って、この第2ルーバ13bと前記第1ルーバ13aとの間には、前記貫通孔15と同様に第1接合面部11側から第2接合面部12側に亘って略同一幅を有する貫通孔16が形成されている。また、前記第1ルーバ13a及び第2ルーバ13bは、全体が空気流れ方向に対して傾斜していて、図3(b)に示すように、その傾斜角度θは、例えば10゜以上15゜以下に設定されている。このように傾斜角度θを設定することにより、コア4を通過する空気の流れを乱して伝熱効率の向上を図りながら、通気抵抗を抑えることが可能となる。
The
また、前記第2中間面部14は、前記第1中間板部13と同様に形成されていて、空気流れ方向上流側の端部が空気流れ方向に真っ直ぐに延び、その空気流れ下流側には、前記第1中間面部13の第1ルーバ13a及び第2ルーバ13bにそれぞれ対向するように第1ルーバ14a及び第2ルーバ14bが交互に形成されている。これら第1ルーバ14a及び第2ルーバ14bは、前記ルーバ13a、13bと同様に傾斜している。また、第1ルーバ14aと、第2中間面部14の空気流れ方向上流側の端部との間には貫通孔15が形成され、また、第1ルーバ14aと、第2ルーバ14bとの間には貫通孔16が形成されている。
Further, the second
一方、上側ヘッダタンク6は、図2に示すように、アルミニウム合金製の板材を円筒状に成形してなるタンク本体20を備えている。該タンク本体20の両端の開口は、アルミニウム合金製の板材からなるキャップ部材21によりそれぞれ閉塞されるようになっており、これらタンク本体20とキャップ部材21とがろう付けされて上側ヘッダタンク6が構成されている。タンク本体20におけるチューブ2側の壁部には、チューブ2の上端部が挿入されるチューブ挿入孔(図示せず)が形成されていて、このチューブ挿入孔周縁とチューブ2の上端部外周面とがろう付けされるようになっている。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the
前記タンク本体20の車幅方向右側には、この上側ヘッダタンク6内に冷媒を流入させる流入用クーラパイプ22が接続されている。このタンク本体20における流入用クーラパイプ22に近い部位には、上側ヘッダタンク6の内部を車幅方向左側の空間T1と右側の空間T2とに仕切るための第1仕切板23が配設されている。この第1仕切板23は円板状のもので、その周縁がタンク本体20の内周面にろう付けされている。
An inflow
また、下側ヘッダタンク7も前記上側ヘッダタンク6と同様に構成され、タンク本体24とキャップ部材25とを備えている。タンク本体24の車幅方向左側には、この下側ヘッダタンク7内の冷媒を冷媒蒸発器1の外部へ流出させる流出用クーラパイプ26が接続されている。タンク本体24の流出用クーラパイプ26に近い部位には、下側ヘッダタンク7の内部を車幅方向左側の空間S1と右側の空間S2とに仕切るための第2仕切板27が配設され、該第2仕切板27は、前記第1仕切板23と同様にタンク本体24の内周面にろう付けされている。
The
前記コア4の第1仕切板23よりも車幅方向右側に位置するチューブ2の上端部は、上側ヘッダタンク6の右側空間T2に連通し、これらチューブ2の下端部は下側ヘッダタンク7の右側空間S2に連通していて、これらチューブ2により第1パスP1が構成されている。また、コア4の第1仕切板23及び第2仕切板27の間に位置するチューブ2の上端部は、上側ヘッダタンク6の左側空間T1に連通し、これらチューブ2の下端部は、下側ヘッダタンク7の右側空間S2に連通していて、これらチューブ2により第2パスP2が構成されている。さらに、コア4の第2仕切板27よりも車幅方向左側に位置するチューブ2の上端部は、上側ヘッダタンク6の左側空間T1に連通し、これらチューブ2の下端部は、下側ヘッダタンク7の左側空間S1に連通していて、これらチューブ2により第3パスP3が構成されている。
The upper end portion of the
つまり、この冷媒蒸発器1は3つのパスP1、P2、P3を備えており、図示しない冷媒膨張弁を介して流入用クーラパイプ22から上側ヘッダタンク6の右側空間T2に流入した冷媒は、該右側空間T2を車幅方向左側へ流れながら第1パスP1を構成する各チューブ2に流入して該チューブ2を下側へ流れて、下側ヘッダタンク7の右側空間S2に流入する。この右側空間S2に流入した冷媒は、車幅方向左側へ流れながら第2パスP2を構成する各チューブ2に流入して該チューブ2を上側へ流れて、上側ヘッダタンク6の左側空間T1に流入する。この左側空間T1に流入した冷媒は、車幅方向左側へ流れながら第3パスP3を構成する各チューブ2に流入し、該チューブ2を下側へ流れて下側ヘッダタンク7の左側空間S1へ流入した後、流出用クーラパイプ26を通って外部に流出する。
In other words, the
この実施形態では、冷媒蒸発器1に3つのパスP1、P2、P3を構成しているが、このパスの数は、上側ヘッダタンク6及び下側ヘッダタンク7の仕切板23、27を増減させることにより変更可能である。具体的には、図示しないが、第1仕切板23及び第2仕切板27を取り除くことで、パスは1つとなり、また、流出用クーラパイプを上側ヘッダタンク6の左側空間T1に接続して第1仕切板23を残し、第2仕切板27を取り除くことにより、パスが2つとなる。さらに、仕切板を増やして上側ヘッダタンク6や下側ヘッダタンク7の内部を3つ以上の空間に仕切ることで、パスを4つ以上構成することが可能となる。
In this embodiment, the
前記冷媒蒸発器1に流入した冷媒がパスP1、P2、P3のチューブ2を流れる際には、該冷媒と、コア4を通過する送風機からの空気とがフィン3を介して熱交換し、空気が冷却される。この空気の冷却時には、フィン2の表面に凝縮水が発生する。このとき、フィン2の第1接合面部11及び第2接合面部12は、チューブ2外面に沿う略平坦に形成されているので、第1接合面部11及び第2接合面部12の全体がそれぞれ対応するチューブ2外面に接合される。これにより、チューブ2外面と、該チューブ2外面に接合される両接合面部11、12との間には隙間が形成されない。また、フィン3の第1中間面部13及び第2中間面部14は、チューブ2外面に対して略垂直に延びていて、両中間面部13、14とチューブ2外面との間にも隙間が形成されていない。これらのことにより、フィン3とチューブ2外面との間に凝縮水が溜まることはなく、スムーズに排水される。
When the refrigerant flowing into the
さらに、フィン3に形成された貫通孔15、16は、第1接合面部11側から第2接合面部12側に亘って略同じ幅を有していて局部的に狭い箇所がないので、貫通孔15、16の内側に凝縮水が溜まることはなく、スムーズに排水される。
Furthermore, since the through
このように、フィン3の構造により、凝縮水をスムーズに排水可能にして、通気抵抗を減少させるとともに伝熱効率を良好にして、冷房性能を向上させているので、フィン3の寸法設定が比較的自由に行えるようになる。尚、このフィンには、超親水性表面処理を施すようにしてもよく、これにより、凝縮水の排水性がより向上する。
As described above, the structure of the
次に、前記のように構成された冷媒蒸発器1による冷房性能値をコンピュータシュミレーションにより求め、この冷房性能値を冷媒蒸発器1の重量で除した値である冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値について図4〜図8に基づいて説明する。ここで、冷媒蒸発器1の重量は、チューブ2、フィン3、エンドプレート9及びヘッダタンク6、7の重量を合計したものである。
Next, the cooling performance value by the
このコンピュータシュミレーションでは、フィン3のチューブ2並設方向の寸法であるフィン3の高さ寸法Fh(図3(a)参照)、チューブ2の冷媒流路Rにおけるチューブ2並設方向の寸法であるチューブ2内の流路高さ寸法Thi(図1参照)及びコア4の空気流れ方向の寸法であるコアの厚さD(図2参照)をそれぞれ変化させて冷房性能値を求めている。尚、コアの厚さDは、チューブ2の幅方向の寸法に対応している。
In this computer simulation, the
前記コンピュータシュミレーションの前提条件について説明すると、コア4の空気通過面における上下方向の寸法である上側ヘッダタンク6の下端と下側ヘッダタンク7の上端との間隔は213mmである。また、コア4の空気通過面における車幅方向の寸法である両エンドプレート9、9の間隔は221mmである。また、フィンピッチFp(図1参照)、即ちフィン3の第1中間面部13と第2中間面部14との離間寸法は、前記した各部の寸法を変化させたときに、コア4の空気通過抵抗が一定になるように変化させている。具体的には、この冷媒蒸発器1においては、フィン4の構造により凝縮水の排水性を良好にしているため、フィンピッチFpは、例えば、0.8mm以上1.5mm以下、好ましくは1.2mm程度の比較的小さい値に設定することが可能となっている。これにより、フィン4の波形状が密になって伝熱面積が広く確保されて、冷房性能値が向上する。さらに、チューブ2の板厚及びフィン3の板厚については、これら板厚を実用範囲内で変化させた場合には、冷媒蒸発器1の重量が変化するだけで冷房性能値には殆ど影響しないため、チューブ2の板厚は該チューブ2の耐圧性及び耐食性が十分に得られる程度の0.2mmとし、フィン3の板厚は通常の使用状態において該フィン3の変形が起こり難い程度の0.07mmとしている。尚、前記チューブ2の板厚については0.1mm以上0.4mm以下が実用上好ましく、また、フィン3の板厚については、0.05mm以上0.09mm以下が実用上好ましい。
The precondition for the computer simulation will be described. The distance between the lower end of the
また、コア4へ送風する空気については、温度、湿度及び風量を一定にしており、また、冷媒蒸発器1に流入する冷媒については、流入用クーラパイプ22内での温度及び圧力を一定とするとともに、流出用クーラパイプ26内での温度及び圧力を一定としている。
Moreover, temperature, humidity, and air volume are made constant for the air blown to the
図4は、チューブ内の流路高さ寸法Thiを0.5mmに固定した場合における冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値とフィンの高さ寸法Fhとの関係を示すものであり、コアの厚さDを20mm、30mm、40mm、50mmにした場合の各々についてシュミレーションしている。この結果より、コアの厚さDによらず、フィンの高さ寸法Fhが3mm以上6mm以下の範囲で冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が高く、一方、フィンの高さ寸法Fhがその範囲を外れると冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が低い。
FIG. 4 shows the relationship between the cooling performance value per unit weight of the
このようにフィンの高さ寸法Fhを3mmよりも短くした場合に冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が低下するのは、フィンの高さ寸法Fhが短くなることによりチューブ2の間隔が狭まって該チューブ2が密に配置されることによる。すなわち、チューブ2が密に配置されると冷媒蒸発器1が有するチューブ2の本数が増えるので、内表面積が増加するとともに管内圧損が低減して冷房性能値は向上するが、それ以上にチューブ2の本数が増えることによる重量の増加が大きく影響するためである。
As described above, when the fin height dimension Fh is shorter than 3 mm, the cooling performance value per unit weight of the refrigerant evaporator decreases because the fin height dimension Fh is shortened and the interval between the
また、フィンの高さ寸法Fhを6mmよりも長くした場合に冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値が低下するのは、チューブ2の間隔が広がることによる。すなわち、チューブ2の間隔が広がると、冷媒蒸発器1が有するチューブ2の本数が減少するため冷媒蒸発器1の重量は軽くなるが、それ以上に内表面積の減少と管内圧損の増加により冷房性能値が低下するためである。
Further, the cooling performance value per unit weight of the
図5〜図8は、それぞれチューブ内の流路高さ寸法Thiを0.7mm、1.0mm、1.2mm、1.4mmに固定した場合を示すものであり、各々についてコアの厚さDを前記図4の場合と同じ4つに変化させている。これらの場合においても、フィンの高さ寸法Fhが3mm以上6mm以下の範囲で冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値が高くなる。一方、フィンの高さ寸法Fhがその範囲を外れると、前記図4の場合と同様な理由により冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値が低くなる。
5 to 8 show cases where the channel height dimension Thi in the tube is fixed to 0.7 mm, 1.0 mm, 1.2 mm, and 1.4 mm, respectively, and the thickness D of the core for each is shown. Are changed to the same four as in FIG. Even in these cases, the cooling performance value per unit weight of the
また、チューブ内の流路高さ寸法Thiを0.5mmにした場合を示す図4と、0.7mmにした場合を示す図5とを比べると、コアの厚さDによらず、冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値は0.7mmにした場合の方が全体的に高い。このことは、チューブ内の流路高さ寸法Thiを0.7mmよりも低くすると、チューブ2内の冷媒流路Rの断面積が小さくなって管内流速が上がることにより管内側熱伝達率が向上するが、それ以上に管内圧損が増加する影響が大きく、冷房性能値が低くなることによる。
Further, when FIG. 4 showing the case where the flow path height dimension Thi in the tube is 0.5 mm is compared with FIG. 5 showing the case where it is 0.7 mm, the refrigerant evaporates regardless of the core thickness D. The cooling performance value per unit weight of the
また、チューブ内の流路高さ寸法Thiを1.2mmにした場合を示す図7と、チューブ内の流路高さ寸法Thiを1.4mmにした場合を示す図8とを比べると、コアの厚さDによらず、冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値は、チューブ内の流路高さ寸法Thiを1.2mmにした場合の方が全体的に高い。このことは、チューブ内の流路高さ寸法Thiが1.2mmよりも高くなると、チューブ2内の冷媒流路Rの断面積が大きくなって管内圧損が低下するが、それ以上に管内流速が下がることによる管内側熱伝達率低下の影響が大きく、冷房性能値が低くなることによる。また、チューブ内の流路高さ寸法Thiを1.0mmにした場合には、前記したチューブ内の流路高さ寸法Thiを0.7mmにした場合や、1.2mmにした場合と同様に冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値は高くなる。
Also, comparing FIG. 7 showing the case where the flow path height dimension Thi in the tube is 1.2 mm and FIG. 8 showing the case where the flow path height dimension Thi in the tube is 1.4 mm, the core Regardless of the thickness D, the cooling performance value per unit weight of the
また、図9は、冷房効率とコアの厚さDとの関係を示すものである。この図における冷房効率は、フィンの高さ寸法Fhを2.5mm〜7.0mmの間で変化させ、かつそのフィンの高さ寸法Fhの範囲内でチューブ内の流路高さ寸法Thiを0.5mm〜1.4mmの間で変化させて求めた値の平均値である。 FIG. 9 shows the relationship between the cooling efficiency and the thickness D of the core. In the cooling efficiency in this figure, the fin height dimension Fh is changed between 2.5 mm and 7.0 mm, and the flow path height dimension Thi in the tube is set to 0 within the range of the fin height dimension Fh. It is an average value of values obtained by changing between 5 mm and 1.4 mm.
前記図9から明らかなようにコア4が薄くなるほど冷房効率は高くなる。このことは、コアの厚さDが薄くなると、空気側の熱伝達率が向上することによる。自動車用空調装置の冷媒蒸発器1として用いるのに十分な冷房効率は、コアの厚さDが15mm以上40mm以下の範囲で得られ、特に37mm以下でより高い冷房効率が得られる。つまり、コアの厚さDを前記範囲に設定することで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値がより高まる。
As apparent from FIG. 9, the cooling efficiency increases as the
また、図10は、冷房性能値とパスの数との関係を示すものであり、パスの数は前述のようにして変更している。また、この図における冷房性能値は前記図9の場合と同様な平均値である。この図10において、コアの厚さDが15mm以上20mm未満の場合には、パスの数が1乃至3つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が2つのときに高い冷房性能値が得られる。また、コアの厚さDが20mm以上30mm未満の場合には、パスの数が2乃至4つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が2つのときに高い冷房性能値が得られる。さらに、コアの厚さDが30mm以上40mm以下の場合には、パスの数が2乃至5つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が2つ又は3つのときに高い冷房性能値が得られる。 FIG. 10 shows the relationship between the cooling performance value and the number of passes, and the number of passes is changed as described above. Further, the cooling performance value in this figure is the same average value as in the case of FIG. In FIG. 10, when the core thickness D is 15 mm or more and less than 20 mm, a sufficient cooling performance value can be obtained when the number of passes is 1 to 3, particularly when the number of passes is two. A performance value is obtained. Further, when the core thickness D is 20 mm or more and less than 30 mm, a sufficient cooling performance value can be obtained when the number of passes is 2 to 4, and a high cooling performance value is obtained particularly when the number of passes is two. can get. Further, when the core thickness D is 30 mm or more and 40 mm or less, a sufficient cooling performance value can be obtained when the number of passes is 2 to 5, especially when the number of passes is two or three. A performance value is obtained.
すなわち、コアの厚さDが薄くなるとチューブ2の幅寸法が減少してチューブ2の断面積が小さくなり、管内圧損が増える一方、コアの厚さDが厚くなるとチューブ2の断面積が広くなり管内圧損が減少する。また、チューブ2の本数を変えずにパスの数を少なく設定すると、1つのパス当たりのチューブ2の本数が増えて該パスにおける冷媒流路の断面積が広くなり、これにより、管内圧損が減少して冷媒流量が増える。一方、チューブ2の本数を変えずにパスの数を多く設定すると、1つのパス当たりのチューブ2の本数が少なくなって該パスにおける冷媒流路の断面積が狭くなり、これにより、管内圧損が増加して冷媒流量が減少する。つまり、コアの厚さDと、パスの数により冷媒流速と管内圧損が変化するので、コアの厚さD及びパスの数をそれぞれ前記の範囲に設定することで、冷媒蒸発器1において熱伝達率に影響を及ぼす冷媒の管内圧損と流速とがバランスして、冷房性能値が高まる。
That is, when the core thickness D is reduced, the width dimension of the
したがって、この実施形態に係る冷媒蒸発器1によれば、フィン3の構造により凝縮水をスムーズに排水して冷房性能を確保するようにしているので、フィンの寸法設定を自由に行うことができる。そして、フィンの高さ寸法Fhを3mm以上6mm以下に設定することで、チューブ内の流路高さ寸法Thiやコアの厚さDによらず、冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値を高くできて、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器1を得ることができる。
Therefore, according to the
また、チューブ内の流路高さ寸法Thiを0.7mm以上1.2mm以下に設定することで、冷媒流量を確保できるとともに、その冷媒流量と伝熱面積とをバランスさせて冷房性能値を高くでき、これにより、冷媒蒸発器1の単位重量当たりの冷房性能値をより高くできる。
In addition, by setting the channel height dimension Thi in the tube to 0.7 mm or more and 1.2 mm or less, the refrigerant flow rate can be secured, and the cooling flow rate and the heat transfer area are balanced to increase the cooling performance value. Thus, the cooling performance value per unit weight of the
さらに、コアの厚さを40mm以下に設定することで、冷媒蒸発器1の冷房効率が高くなり、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。
Furthermore, by setting the thickness of the core to 40 mm or less, the cooling efficiency of the
尚、この実施形態では、チューブ2を空気流れ方向に1列配置する場合について説明しているが、これに限らず、チューブ2を空気流れ方向に複数列配置するようにしてもよい。この場合には、パスを空気流れ方向上流側のチューブ列及び下流側のチューブ列にそれぞれ形成し、冷媒が上流側のチューブ列から下流側のチューブ列へ、また下流側のチューブ列から上流側のチューブ列へ流れるように構成することが可能となる。
In this embodiment, the case where the
また、この実施形態では、フィン3に第1ルーバ13a、14a及び第2ルーバ13b、14bを形成するようにしているが、これらルーバを形成しなくてもよい。
In this embodiment, the
以上説明したように、本発明に係る冷媒蒸発器は、例えば、自動車の空調装置に適用することができる。 As described above, the refrigerant evaporator according to the present invention can be applied to, for example, an automobile air conditioner.
1 冷媒蒸発器
2 チューブ
3 フィン
4 コア
11 第1接合面部
12 第2接合面部
13 第1中間面部
14 第2中間面部
R 冷媒流路
P1〜P3 パス
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フィンは、隣り合うチューブの相対向する外面に沿って略平坦に延び該チューブ外面にそれぞれ面接触して接合された第1接合面部及び第2接合面部と、これら両接合面部に連なり該両接合面部に対して略垂直に延びる中間面部とで、空気流れ方向に見て波板状に形成され、
前記フィンのチューブ並設方向の寸法が3.0mm以上6.0mm以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。 Refrigerant evaporation in which a plurality of tubes whose cross-sectional shape of the refrigerant flow path is long in the air flow direction are arranged side by side in the direction intersecting the air flow direction, and fins for heat transfer are arranged between adjacent tubes A vessel,
The fins extend substantially flat along the opposing outer surfaces of adjacent tubes, and are joined to the first and second joint surface portions joined in surface contact with the outer surface of the tubes, respectively. With the intermediate surface portion extending substantially perpendicular to the joint surface portion, it is formed in a corrugated plate shape when viewed in the air flow direction,
The refrigerant evaporator according to claim 1, wherein a dimension of the fins in the tube juxtaposition direction is set to 3.0 mm or more and 6.0 mm or less.
チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法が0.7mm以上1.2mm以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。 The refrigerant evaporator according to claim 1,
The refrigerant evaporator characterized by the dimension of the tube juxtaposition direction in the refrigerant flow path of a tube being set to 0.7 mm or more and 1.2 mm or less.
チューブ及びフィンにより構成されたコアの空気流れ方向の寸法が15mm以上40mm以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。 The refrigerant evaporator according to claim 1 or 2,
A refrigerant evaporator, wherein a dimension of a core constituted by tubes and fins is set to 15 mm or more and 40 mm or less.
コアの空気流れ方向の寸法が15mm以上20mm未満に設定され、
前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が1乃至3つであることを特徴とする冷媒蒸発器。 The refrigerant evaporator according to claim 3, wherein
The dimension of the core in the air flow direction is set to 15 mm or more and less than 20 mm,
The refrigerant evaporator according to claim 1, wherein a path through which a refrigerant flows is formed by a tube in the core, and the number of the paths is 1 to 3.
コアの空気流れ方向の寸法が20mm以上30mm未満に設定され、
前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が2乃至4つであることを特徴とする冷媒蒸発器。 The refrigerant evaporator according to claim 3, wherein
The dimension of the core in the air flow direction is set to 20 mm or more and less than 30 mm,
The refrigerant evaporator according to claim 1, wherein a path through which a refrigerant flows is constituted by a tube in the core, and the number of the paths is two to four.
コアの空気流れ方向の寸法が30mm以上40mm以下に設定され、
前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が2乃至5つであることを特徴とする冷媒蒸発器。 The refrigerant evaporator according to claim 3, wherein
The dimension of the core in the air flow direction is set to 30 mm or more and 40 mm or less,
The refrigerant evaporator according to claim 1, wherein a path through which a refrigerant flows is formed by a tube in the core, and the number of the paths is 2 to 5.
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CN102032831A (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-27 | 无锡市鑫盛换热器制造有限公司 | Radiating fin |
JP2011127793A (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Fuji Electric Co Ltd | Heat exchanger |
JP2014114979A (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Keihin Thermal Technology Corp | Outdoor heat exchanger for heat pump refrigeration cycle |
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2003
- 2003-09-09 JP JP2003316211A patent/JP2005083653A/en active Pending
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