JP3663799B2 - Heat exchanger - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関するもので、プロパンやブタン等の可燃性流体(ガス)を冷媒とする冷凍サイクルに適用して有効である。
【0002】
【従来の技術】
フロンを冷媒とする冷凍サイクルの熱交換器のうちエバポレータは、通常、所定形状に成形された多数枚の薄板を積層して接合することによりチューブおよびタンク部を構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、脱フロン対策としてプロパンやブタン等の可燃性流体を冷媒とした冷凍サイクルの研究が盛んに行われており、この可燃性流体を冷媒とした冷凍サイクルでは、特に冷媒(流体)の洩れを考慮した熱交換器が望まれている。
【0004】
洩れを考慮した熱交換器として、例えば特開昭58−120087号公報では、二重円筒管構造としたものが提案されている。
しかし、上記公報記載のものは給水器用の熱交換であり、かつ、単純な二重円筒管構造であるので、内側に位置するチューブおよびタンク部の接合性を考慮すると、前述のごとく、多数枚の薄板を積層して接合して構成した熱交換器(以下、積層熱交換器と呼ぶ。)に対して、上記公報記載のものをそのまま適用することができない。
【0005】
具体的には、積層熱交換器は接合部を多数有しているので、接合部(特に、大気に接触する部位の接合部)の接合強度と薄板自体の有する強度とのバランスを考慮する必要がある。
本発明は、上記点に鑑み、多数枚の薄板を積層して接合して構成した熱交換器において、流体(冷媒)の洩れを考慮した熱交換器を提供することを目的とする。
【0006】
【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、以下の技術的手段を用いる。
請求項1〜3に記載の発明では、チューブ(2)およびタンク部(3)と覆い部材(5)との空隙(4)を形成する両薄板(31、32、51、52)のうち、第1流体と熱交換を行う第2流体に接触する接触部位(A、B)の接合部の接合長さが、接触部位(A、B)の薄板の厚み以上であることを特徴とする。
【0007】
これにより、腐食や疲労破壊等により薄板(31、32、51、52)に亀裂が発生する前に、接合部に亀裂が発生することを抑制することができ、接合部から第1流体が熱交換器の外部に洩れ出す可能性を低減することができる。
請求項2に記載の発明では、空隙(4)の圧力が所定圧力範囲から変動した場合に、空隙(4)と外部空間とを連通させる弁装置(11)を有していることを特徴する。
【0008】
ところで、空隙(4)の圧力が所定圧力範囲から変動した場合には、第1薄板(31、32)および第2薄板(51、52)の少なくとも一方に亀裂が発生したものと考えられる。
そして、本発明では、空隙(4)の圧力が所定圧力範囲から変動した場合には、空隙(4)と外部空間とを連通させられるので、仮に第1薄板(31、32)に亀裂が発生して冷媒が洩れ出した場合には、速やかに第1流体を外部空間に放出することができる。
【0009】
なお、請求項3に記載の発明のごとく、空隙(4)内に第2流体の圧力より高く、かつ、第1流体の圧力より低い第3流体が封入し、空隙(4)内の圧力を検出する圧力検出手段(10)の検出値に基づいて弁装置(11)を制御してもよい。
また、請求項4に記載の発明では、第1流体と熱交換を行う第2流体に直接接触する、第1薄板(31、32)間の接合部(A)を有していることを特徴とする。
【0010】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
本実施形態は、本発明に係る熱交換器を車両用空調装置のエバポレータ(蒸発器)に適用してもので、図1はエバポレータ1の正面図(空気の流通方向から見た図)である。
2は冷媒(第1流体)が流通する複数本のチューブであり、3は複数本のチューブ2に冷媒を分配し、又は複数本のチューブ2から流出する冷媒を集合させるタンク部である。そしてチューブ2およびタンク部3は、図2、3に示すように、所定形状にプレス成形されたアルミニウム製の第1薄板31、32を1組として多数枚積層して構成されている。なお、図2は図1のA−A断面図であり、図3はタンク部3を空気の流通方向から見た断面図である。
【0012】
また、チューブ2およびタンク部3は、第1薄板31、32との間に所定の空隙4を介在して配設された覆い部材5によって覆われており、この覆い部材5は、所定形状に成形された多数枚の第2薄板51、52を1組として第1薄板31、32とともに積層して接合することにより構成されている。
そして、チューブ2内には、図2に示すように、冷媒との接触面積を拡大して熱交換能力を増大させるインナーフィン6が配設され、空隙4内には、チューブ2(第1薄板31、32)から外部空間(第2薄板51)への熱伝導を促進する熱伝導フィン7が配設されている。なお、8は空気(第2流体)に接触し、冷媒と空気との熱交換を促進するコルゲート状のフィンである。
【0013】
ところで、本実施形態では、空隙4を形成する両薄板31、32、51、52のうち、空気に接触する接触部位A、Bの接合部の接合長さは、図2、3に示すように、接触部位A、Bの薄板31、32、51、52の厚み以上となっている。因みに、本実施形態では、薄板の厚みは0.45mm(両薄板ともに同じ)であり、接触部位A、Bの接合長さは3mmある。
【0014】
なお、第1薄板31、32と第2薄板51、52の厚みが異なる場合には、厚い方の厚み基準に接合長さを選定することが望ましく、また、接合長さは、基準とする厚みの5倍以上がさらに望ましい。
因みに、両薄板31、32、51、52は、共にろう材が両面に被覆されたアルミニウム製の薄板であって、これらは、炉内で加熱されてろう付け接合されている。
【0015】
ところで、図1中、91、92はエバポレータ1を接続する接続配管であり、この接続配管9は、タンク部3(チューブ2)に連通する内筒管(図示せず)、および空隙4に連通する外筒管からなる二重円筒管構造となっている。なお、外筒管は、車室外(外部空間)に連通している。
そして、吐出側の接続配管91のうち、エバポレータ1の流出口側には、空隙4内の圧力を検出する圧力センサ(圧力検出手段)10が配設され、この圧力センサ10の下流側の外筒管には、車室外と外筒管との連通状態を制御する電磁弁(弁装置)11が配設されている。なお、圧力センサ10からの出力は、制御装置(図示せず)に入力さており、この制御装置は、圧力センサ10からの出力に基づいて電磁弁11の開閉を制御している。
【0016】
また、空隙4内には、大気圧より高く、かつ、冷媒(チューブ2内)の圧力より低い圧力(本実施形態では、1.5kgf/cm2 )で流体(本実施形態では、窒素)が封入されており、制御装置は、空隙4の圧力が所定圧力範囲から変動した場合に電磁弁11を開き、空隙4と車室外とを連通させるとともに、乗員に向けてブザーやランプ等の警告手段で警告を発する。
【0017】
なお、ここで、電磁弁11の作動を所定圧力範囲から変動としたのは、空隙4内の温度変化による圧力変動を考慮したからである。
次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、接触部位A、Bの接合部の接合長さは、接触部位A、Bの薄板31、32、51、52の厚み以上となっているので、腐食や疲労破壊等により薄板31、32、51、52に亀裂(クラック)が発生する前に、接合部に亀裂が発生することを抑制することができ、接合部から冷媒がエバポレータ1外に洩れ出す可能性を低減することができる。
【0018】
ところで、空隙4の圧力が所定圧力範囲から変動した場合には、第1薄板31、32および第2薄板51、52の少なくとも一方に亀裂が発生したものと考えられる。すなわち、空隙4の圧力が上昇した場合には第1薄板31、32に亀裂が発生したものと考えられ、一方、圧力が低下した場合には第2薄板51、52に亀裂が発生したものと考えられる。
【0019】
そして、本実施形態では、空隙4の圧力が所定圧力範囲から変動した場合には、電磁弁11を開くので、仮に第1薄板31、32に亀裂が発生して冷媒が洩れ出した場合には、速やかに冷媒を車室外に放出することができる。また仮に、第2薄板51、52のみに亀裂が発生した場合であっても、警告が発せられるので、乗員は、エバポレータ1に異常が発生したことを知ることができる。
【0020】
なお、両薄板31、32、51、52に亀裂が発生した場合には、第2薄板51、52に発生した亀裂に比べて空隙4の方が十分に大きいと考えられるので、第1薄板31、32に発生した亀裂より洩れ出した冷媒のほぼ全量は、車室外に放出される。
因みに、上記説明から明らかなように、空隙4は、圧力センサ10とともに第1薄板31、32に亀裂(接合部の亀裂も含む)が発生したか否の検出を行うとともに、洩れ出した冷媒を車室外に放出する機能をも担っており、空隙4は、言わば、洩れ検知流路とも言える。
【0021】
ところで、第1薄板31、32をろう付け(炉内で加熱)する際に、第1薄板31、32によって形成される空間(チューブ2およびタンク部3)の空気が膨張するので、この空間内の空気を抜く作業を行う必要がある。
そこで、本実施形態では、上記作業を行い易くするために、図2、3に示すように、第1薄板31、32の接合部の中には、空気と直接接触する部位(接触部位A)を設けている。
【0022】
(その他の実施形態)
上述の実施形態では、圧力センサ10と電磁弁11により電気的に空隙4の開放制御を行っていたが、これに代えて、リリーフ弁のごとく、機械的に圧力を検出して弁を開いてもよい。
因みに、リリーフ弁は、通常、圧力が設定値以上となったときに開くものであるので、第2薄板51、52に亀裂が発生したか否かの判定をすることが困難である。しかし、両薄板31、32、51、42の両方に亀裂が発生した場合であっても、リリーフ弁が開けば、前述のごとく、洩れ出した冷媒は車室外に速やかに放出することができるので、圧力センサ10および電磁弁11に代えてリリーフ弁としてもよい。
【0023】
また、上述の実施形態では、第1薄板31、32の接合部の中に空気と直接接触する部位(接触部位A)を設けたが、図4に示すように、第1薄板31、32の接合部の全てを覆い部材5によって覆ってもよい。
また、上述の実施形態では、車両用空調装置のエバポレータを例に本発明に係る熱交換器を説明したが、本発明は、家庭用空調装置のエバポレータ等のその他の熱交換器に対しても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エバポレータの正面図である。
【図2】図1のA−A断面図である。
【図3】タンク部を空気の流通方向から見た断面図である。
【図4】変形例に係るタンク部を空気の流通方向から見た断面図である。
【符号の説明】
1…エバポレータ、2…チューブ、3…タンク部、4…空隙、
5…覆い部材、10…圧力センサ(圧力検出手段)、
11…電磁弁(弁装置)。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat exchanger, and is effective when applied to a refrigeration cycle using a combustible fluid (gas) such as propane or butane as a refrigerant.
[0002]
[Prior art]
An evaporator in a heat exchanger of a refrigeration cycle using chlorofluorocarbon as a refrigerant normally constitutes a tube and a tank section by laminating and joining a large number of thin plates formed in a predetermined shape.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, refrigeration cycles using a flammable fluid such as propane or butane as a refrigerant have been actively studied as a countermeasure against chlorofluorocarbons. A heat exchanger considering leakage is desired.
[0004]
As a heat exchanger in consideration of leakage, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-120087 proposes a double cylindrical tube structure.
However, since the one described in the above publication is a heat exchange for a water supply and has a simple double cylindrical tube structure, as described above, a large number of sheets are taken into consideration when considering the joining property of the tube and the tank portion located inside. The above-mentioned publication cannot be applied as it is to a heat exchanger (hereinafter referred to as a laminated heat exchanger) configured by laminating and joining thin plates.
[0005]
Specifically, since the laminated heat exchanger has a large number of joints, it is necessary to consider the balance between the joint strength of the joints (particularly the joints in contact with the atmosphere) and the strength of the thin plate itself. There is.
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a heat exchanger in which leakage of fluid (refrigerant) is considered in a heat exchanger configured by stacking and joining a plurality of thin plates.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention uses the following technical means.
In invention of Claims 1-3, among both the thin plates (31, 32, 51, 52) which form the space | gap (4) of a tube (2) and a tank part (3), and a covering member (5), The joining length of the joint portion of the contact portion (A, B) that contacts the second fluid that exchanges heat with the first fluid is equal to or greater than the thickness of the thin plate of the contact portion (A, B).
[0007]
Thereby, before a crack occurs in the thin plate (31, 32, 51, 52) due to corrosion, fatigue failure, or the like, it is possible to suppress the occurrence of a crack in the joint, and the first fluid is heated from the joint. The possibility of leakage to the outside of the exchanger can be reduced.
The invention according to
[0008]
By the way, when the pressure of the gap (4) fluctuates from a predetermined pressure range, it is considered that at least one of the first thin plate (31, 32) and the second thin plate (51, 52) has cracked.
In the present invention, when the pressure of the gap (4) fluctuates from the predetermined pressure range, the gap (4) and the external space can be communicated with each other, so that the first thin plate (31, 32) is temporarily cracked. When the refrigerant leaks out, the first fluid can be quickly released to the external space.
[0009]
As in the third aspect of the present invention, a third fluid higher than the pressure of the second fluid and lower than the pressure of the first fluid is enclosed in the gap (4), and the pressure in the gap (4) is reduced. You may control a valve apparatus (11) based on the detected value of the pressure detection means (10) to detect.
The invention according to
[0010]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows a corresponding relationship with the specific means of embodiment description later mentioned.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In this embodiment, since the heat exchanger according to the present invention is applied to an evaporator (evaporator) of a vehicle air conditioner, FIG. 1 is a front view of the evaporator 1 (viewed from the air flow direction). .
[0012]
Moreover, the
In the
[0013]
By the way, in this embodiment, among the
[0014]
In addition, when the thickness of the 1st
Incidentally, the two
[0015]
In FIG. 1,
A pressure sensor (pressure detecting means) 10 for detecting the pressure in the
[0016]
In addition, fluid (nitrogen in this embodiment) is present in the
[0017]
Here, the reason why the operation of the solenoid valve 11 is changed from the predetermined pressure range is that the pressure change due to the temperature change in the
Next, features of the present embodiment will be described.
According to the present embodiment, the joining length of the joint portion of the contact portions A and B is equal to or greater than the thickness of the
[0018]
By the way, when the pressure of the space |
[0019]
In the present embodiment, when the pressure in the
[0020]
When cracks occur in both
Incidentally, as is clear from the above description, the
[0021]
By the way, when the first
Therefore, in this embodiment, in order to facilitate the above operation, as shown in FIGS. 2 and 3, a portion (contact portion A) that is in direct contact with air is present in the joint portion of the first
[0022]
(Other embodiments)
In the above-described embodiment, the opening control of the
Incidentally, since the relief valve is normally opened when the pressure becomes a set value or more, it is difficult to determine whether or not the second
[0023]
Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the site | part (contact site A) which contacts air directly was provided in the junction part of the 1st
In the above-described embodiment, the heat exchanger according to the present invention has been described by taking the evaporator of the vehicle air conditioner as an example. However, the present invention also applies to other heat exchangers such as an evaporator of a domestic air conditioner. Can be applied.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an evaporator.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the tank portion as viewed from the air flow direction.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a tank unit according to a modification as seen from the direction of air flow.
[Explanation of symbols]
1 ... Evaporator, 2 ... Tube, 3 ... Tank, 4 ... Gap,
5 ... Cover member, 10 ... Pressure sensor (pressure detection means),
11 ... Solenoid valve (valve device).
Claims (4)
所定形状に成形された多数枚の第1薄板(31、32)を積層して接合することにより、前記チューブ(2)および前記タンク部(3)が構成された熱交換器であって、
前記第1薄板(31、32)との間に所定の空隙(4)を介在させ、前記チューブ(2)および前記タンク部(3)を外側から覆う覆い部材(5)を有し、
前記覆い部材(5)は、所定形状に成形された多数枚の第2薄板(51、52)を前記第1薄板(31、32)とともに積層して接合することにより構成されており、
さらに、前記空隙(4)を形成する両薄板(31、32、51、52)のうち、前記第1流体と熱交換を行う第2流体に接触する接触部位(A、B)の接合部の接合長さは、前記接触部位(A、B)の薄板の厚み以上であることを特徴とする熱交換器。A plurality of tubes (2) through which the first fluid circulates, and the first fluid is distributed to the plurality of tubes (2) or the first fluid flowing out from the plurality of tubes (2) is collected. The tank part (3)
A heat exchanger in which the tube (2) and the tank portion (3) are configured by laminating and joining a plurality of first thin plates (31, 32) molded into a predetermined shape,
A predetermined gap (4) is interposed between the first thin plates (31, 32), and a covering member (5) that covers the tube (2) and the tank portion (3) from the outside is provided.
The covering member (5) is configured by laminating and joining a large number of second thin plates (51, 52) together with the first thin plates (31, 32) formed into a predetermined shape,
Furthermore, of the thin plates (31, 32, 51, 52) that form the gap (4), the joint portion of the contact portion (A, B) that contacts the second fluid that exchanges heat with the first fluid. The joining length is equal to or greater than the thickness of the thin plate of the contact portion (A, B).
さらに、前記空隙(4)内の圧力を検出する圧力検出手段(10)を有し、この圧力検出手段(10)の検出値に基づいて前記弁装置(11)を制御することを特徴とする請求項2に記載の熱交換器。In the gap (4), a third fluid higher than the pressure of the second fluid and lower than the pressure of the first fluid is enclosed,
Furthermore, it has a pressure detection means (10) which detects the pressure in the said space | gap (4), and controls the said valve apparatus (11) based on the detected value of this pressure detection means (10). The heat exchanger according to claim 2.
所定形状に成形された多数枚の第1薄板(31、32)を積層して接合することにより、前記チューブ(2)および前記タンク部(3)が構成された熱交換器であって、
前記第1薄板(31、32)との間に所定の空隙(4)を介在させ、前記チューブ(2)および前記タンク部(3)を外側から覆う覆い部材(5)を有し、
前記覆い部材(5)は、所定形状に成形された多数枚の第2薄板(51、52)を前記第1薄板(31、32)とともに積層して接合することにより構成されており、
さらに、前記第1流体と熱交換を行う第2流体に直接接触する、前記第1薄板(31、32)間の接合部(A)を有していることを特徴とする熱交換器。A plurality of tubes (2) through which the first fluid circulates, and the first fluid is distributed to the plurality of tubes (2) or the first fluid flowing out from the plurality of tubes (2) is collected. The tank part (3)
A heat exchanger in which the tube (2) and the tank portion (3) are configured by laminating and joining a plurality of first thin plates (31, 32) molded into a predetermined shape,
A predetermined gap (4) is interposed between the first thin plates (31, 32), and a covering member (5) that covers the tube (2) and the tank portion (3) from the outside is provided.
The covering member (5) is configured by laminating and joining a large number of second thin plates (51, 52) together with the first thin plates (31, 32) formed into a predetermined shape,
The heat exchanger further comprises a joint (A) between the first thin plates (31, 32) that directly contacts a second fluid that exchanges heat with the first fluid.
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