| 【発明の名称】 |
蒸発器 |
| 【発明者】 |
【氏名】マイケル・ジェイ・ラインケ
【氏名】マーク・ジー・ボース
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| 【要約】 |
【課題】蒸発器において冷媒の分配をより均一にすること。
【解決手段】１対の互いに離隔したヘッダー（２０，２２）と、それらの間に延設された複数の互いに離隔した冷媒通路（４２）を画定する管（２４）を有する蒸発器内の液体冷媒の分配の均一化が、一方のヘッダー（２０）内に冷媒入口（３０，３２，３４，３６）を設けることによって達成される。この入口は、蒸発させるべき冷媒の源に接続された第１ポート（４９）と、第１ポートに接続された第２ポート及び第３ポートを有し、第２ポートは、ヘッダーの一側とは反対側に向けられ、第３ポートは、ヘッダーの一側の方に向けられている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 １対の互いに離隔したヘッダーと、該両ヘッダー間に延設されて、該各ヘッダーの一側に流体連通し、該両ヘッダー間に延長する複数の互いに離隔した冷媒通路を画定する少なくとも１本の管とから成り、一方のヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けられ、該入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続された第１ポートと、該一方のヘッダー内にあり、該第１ポートに接続された第２ポート及び第３ポートを有し、該第２ポートは、該一方のヘッダーの前記一側とは反対側に向けられ、該第３ポートは、該一方のヘッダーの該一側の方に向けられていることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】 前記第３ポートは、第２ポートより小さいことを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】 前記複数の冷媒通路は、複数の前記管によって形成され、それらの管は互いに離隔されていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項４】 前記複数の管の各々の両端部は、前記各ヘッダーの一側に突入されていることを特徴とする請求項３に記載の蒸発器。
【請求項５】 前記各管は、それぞれ複数の互いに離隔した冷媒通路を画定するものであることを特徴とする請求項３に記載の蒸発器。
【請求項６】 前記一方のヘッダーは、細長い形状であり、該ヘッダーの長手に沿って複数の冷媒入口が互いに間隔を置いて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項７】 少なくとも前記一方のヘッダーは、ほぼ円筒形であることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項８】 １対の互いに離隔したヘッダーと、該両ヘッダー間に延設されて、該各ヘッダーの一側に流体連通し、該両ヘッダー間に延長する複数の互いに離隔した冷媒通路を画定する少なくとも１本の管とから成り、一方のヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けられ、該入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続された第１ポートと、該一方のヘッダー内にあり、該第１ポートに接続された第２ポートを有し、該第２ポートは、該一方のヘッダーの前記一側とは反対側に向けられていることを特徴とする蒸発器。
【請求項９】 前記入口は、該一方のヘッダー内にあり、前記第１ポートに接続された第３ポートを有し、該第３ポートは、該一方のヘッダーの前記一側の方に向けられていることを特徴とする請求項８に記載の蒸発器。
【請求項１０】 前記複数の冷媒通路は、複数の互いに離隔した管によって形成され、前記第２及び第３ポートは、２つの隣接した管の間に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の蒸発器。
【請求項１１】 細長いヘッダーと、複数の互いに離隔して配置された扁平管と、前記ヘッダーへの入口とから成り、前記各管の一端は、互いに等間隔を置いて前記ヘッダーの一側に貫入しており、前記入口は、各々蒸発すべき共通の冷媒源に接続するようになされた複数の互いに離隔した冷媒噴射器を含み、該各噴射器は、前記管の一端を受容するヘッダーの前記一側とは反対側に向けられた噴射オリフィスを有することを特徴とする蒸発器。
【請求項１２】 前記各管の前記一端は、前記ヘッダーの内部にまで突入しており、前記各噴射器は、互いに隣接する各対の管の間に配置されていることを特徴とする請求項１１に記載の蒸発器。
【請求項１３】 前記噴射オリフィスは、主噴射オリフィスであり、前記各噴射器は、該主噴射器より小さく、隣接する各対の管の一端間の前記ヘッダーの前記一側に向けられた副噴射オリフィスを含むことを特徴とする請求項１１に記載の蒸発器。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒蒸発器に関し、特に、蒸発作用の効率を高めるための冷媒蒸発器用入口に関する。
【０００２】
【従来の技術】本出願人の米国特許第５，３４１，８７０及び５，５３３，２５９号には、家庭用空調機に使用するのに理想的な独特の冷媒蒸発器が開示されている。これらの特許に開示された構造の蒸発器は、それらが企図された目的のためには良好に機能し、実際、空調システムに用いられる在来型蒸発器に比べて相当な改良ではあるが、冷媒が蒸発器内に適正に分配されないと、効率という面で在来型蒸発器と同じ欠点を有する。
【０００３】分配不良が起ると、しばしば蒸発器コアの１つのセクションには液状冷媒が溢れ、他のセクションからは冷媒が実質的に枯渇するという事態が起る。実際の蒸発器の赤外線熱画像に基づいて作成された分配不良の一例が図１に示されている。この分配態様は、上記米国特許に例示された一般的な構成であり、一方のヘッダー１０に入口取付具１２を取り付け、他方のヘッダー１４に出口取付具１６を取り付けることができるタイプのものである。即ち、図１に例示された蒸発器は、斯界において並流型の端入れ端出し式Ｖ形蒸発器と称されるものである。図では、ヘッダー１０と１４を接続する熱交換管又は熱伝達管（以下、単に「管」と称する）１８は、概略的に示されており、もちろん、各隣接する管１８と１８の間には蛇行フィン（図示せず）が延設されている。
【０００４】この種の蒸発器では、冷媒が枯渇する管からは、液状冷媒又は気液混合冷媒（液状冷媒と蒸気状即ちガス状冷媒とが混合した冷媒）が急激になくなる。従って、枯渇した各管の全長のかなりの部分は、単一相の、過熱されたガス状冷媒だけを有することになる。従って、それらの管の熱伝達が不良になる。
【０００５】更に、過熱されたガス状冷媒（以下、単に「ガス」又は「蒸気」とも称する）の流れが存在する管の空気側（外側）表面温度は、通常、露点を越えているので、蒸発器の過熱ガス流の存在する領域において管と管の間（管間間隙）を通る空気中の水分が凝縮することはない。従って、そのような領域では除湿が起らない。
【０００６】除湿が起る領域では、水滴が各管の外表面に堆積し、それらの部位において蒸発器（管間間隙）を通る空気流に対する抵抗を増大させる。反対に、空気流抵抗は、過熱流れの存在する領域（過熱領域）では小さく、従って、蒸発器を通る総空気流のうち過熱領域が受け入れる空気流の割合が少なくなり、一層効率を低下させる。
【０００７】一方、溢流管（冷媒が溢れる管）は、管全体に亙って優れた熱伝達を発揮するが、液状冷媒の全部を蒸発させることができないことがしばしばある。従って、未蒸発冷媒が利用されず、蒸気を液体に凝縮するのに用いられた仕事が実質的に無駄になる。しかも、吸引導管内の未蒸発冷媒の存在は、そのことを系内の感熱膨張弁が探知することになり、その結果、不安定な作動が生じることとなる。
【０００８】図１において、過熱ガス（蒸気）流が生じている領域は陰影を付して示されており、陰影を付されていない部分は、適正に機能している領域、又は、溢流領域を示す。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、蒸発器一般、特に並流型のＶ形蒸発器において冷媒が枯渇し、その結果、残る冷媒の過熱を起こすような領域をなくすか、最少限にすることによって冷媒の分配をより均一にすることを課題とする。
【００１０】本発明の目的は、新規な改良型冷媒蒸発器を提供することであり、特に、蒸発器内における冷媒の分配をより均一にするための冷媒蒸発器用入口構造を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施形態によれば、上記目的は、一対の互いに離隔したヘッダーを備えた蒸発器において達成される。少なくとも１本の管が両ヘッダー間に延設されて、各ヘッダーの一側に流体連通（流体を通すように接続）され、両ヘッダー間に延長する複数の互いに離隔した冷媒通路を画定する。一方のヘッダーに少なくとも１つの冷媒入口が設けられる。この入口は、蒸発させるべき冷媒の供給源に接続された第１ポートと、該第１ポートに接続され、上記一方のヘッダー内において該一方のヘッダーの上記一側とは反対側に向けられた第２ポートを有する。その結果として、蒸発させるべき冷媒は、上記冷媒通路のある側とは反対側のヘッダーの内壁に向けてスプレーされ、ヘッダー自体が衝突分配の役割を果たす。
【００１２】好ましい実施形態では、上記入口に、やはり第１ポートに接続される第３ポートを設ける。この第３ポートは、第２ポートとは反対向きに、ヘッダーの、冷媒通路を有する側とは反対側に向くように配置する。かくして、第３ポートは、入口に近接した各管（冷媒通路）のための冷媒の衝突分配を実施し、第２ポートは、入口から比較的遠い位置にある冷媒通路のための冷媒の衝突分配を実施する。
【００１３】好ましい実施形態では、第３ポートは、第２ポートより小とする。
【００１４】好ましくは、上記複数の冷媒通路は、複数の管によって形成し、それらの管を互いに離隔させる。
【００１５】好ましい実施形態では、上記複数の管の各々の両端部を各ヘッダーの一側に突入させる。
【００１６】各管は、それぞれ複数の互いに離隔した冷媒通路を画定する構成とすることが好ましい。
【００１７】特に好ましい実施形態では、上記一方のヘッダーは細長い形状とし、その長手に沿って複数の冷媒入口を互いに間隔を置いて設ける。
【００１８】又、好ましい実施形態では、上記一方のヘッダーをほぼ円筒形とする。
【００１９】本発明の好ましい実施形態は、細長いヘッダーを含む蒸発器を企図する。複数の扁平管を互いに離隔させて配置し、各管の一端を等間隔を置いて細長いヘッダーの一側に貫入させる。ヘッダーへの入口には、各々蒸発すべき共通の冷媒源に接続するようになされた複数の互いに離隔した噴射器を設ける。各噴射器は、扁平管の端部を受容するヘッダーの一側とは反対側に向けられた噴射オリフィスを有する。
【００２０】好ましい実施形態では、各管の端部をヘッダーの内部に突入させ、噴射器を互いに隣接する各対の管の間に配置する。
【００２１】これらの噴射オリフィスは、主噴射オリフィスとし、各噴射器には、主噴射器より小さく、隣接する各対の管の間のヘッダーの一側に向けられた副噴射オリフィスをも受けることが好ましい。
【００２２】本発明のその他の目的及び利点は、添付図を参照して述べる以下の説明から明らかになろう。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に、図２〜５を参照して、並列流れ型のいわゆるＶ形蒸発器に適用した場合の本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は、そのような蒸発器に限定されるものではなく、複数のに離隔した冷媒通路に流体連通するヘッダーを有する蒸発器であれば、どのようなタイプの蒸発器にも有効に適用することができる。
【００２４】本発明の蒸発器は、細長い管の形とした入口ヘッダー２０と、出口ヘッダー２２と、両ヘッダーの間に延設された一連の多ポート付き扁平伝熱管（以下、「扁平管」又は単に「管」とも称する）２４と、各隣接する扁平管２４の間に介設された蛇行フィン２６を含む。
【００２５】出口ヘッダー２２は、慣用の構造の単一の出口取付具２８を有する。入口ヘッダー２０には、好ましい実施例ではその長手に沿って等間隔に配置された複数の、この例では４つの冷媒噴射器３０，３２，３４，３６を突入させる。これらの冷媒噴射器３０，３２，３４，３６は、共通の液体冷媒源に接続することができる慣用の分配器に接続された通常の管であってよい。この液体冷媒源は、最終的には、純粋の冷却用であれ、ヒートポンプ用であれ、空調用であれ、冷凍システムの凝縮器である。
【００２６】図３を参照して説明すると、各管２４は、その一端部４０を入口ヘッダー２０の内部に相当な長さに亘って突入させている。これらの端部４０の図から分かるように、各管２４は、それぞれ好ましくは０．０７ｉｎ（１．７７８ｍｍ）未満の水力直径を有する複数の個別冷媒通路４２を有する。「水力直径」とは、一般に定義されているように、冷媒通路４２の断面積を該通路の濡れ周囲長で割った値に４を乗じた値、即ち（流路の断面積）÷（流路の濡れ周囲長）×４である。
【００２７】各隣接する管２４の端部４０は、互いに離隔されており、図３に代表例として示される噴射器３４にみられるように、１対の隣接する管２４の間に配置される。又、噴射器３０，３２，３４，３６は、入口ヘッダー２０を構成する管より小径の円管で形成されている。噴射器３４を例にとって説明すると、噴射器は、ヘッダー２０に直角に、かつ、ヘッダー２０に近接する管２４によって画定される平面に対して直角にヘッダー２０内に貫入している。
【００２８】図４にみられるように、各管２４は、ヘッダー２０の一側４４に突入し、ヘッダー２０の内部空間のほぼ半分にまで貫入している。噴射器３４は、ヘッダー２０内に密封端４８を有し、その反対側の端部に冷媒を受け取るために接続されるポート４９を有する。噴射器３４は、又、管２４が突入しているヘッダー２０の一側４４とは反対側のヘッダー２０の内壁面５２にぶつけるように冷媒を吹き付ける第１即ち主噴射オリフィス５０と、主噴射オリフィス５０と共通の中心線上にヘッダー２０内に位置し、主噴射オリフィス５０よりサイズが小さく、ヘッダーの一側４４の内壁面に向けて冷媒を吹き付ける第２即ち副噴射オリフィス５４を有する。これらの噴射オリフィスによる冷媒噴射点は、各隣接する管の端部４０と４０の間としてもよく、あるいは、管の端部に整列する位置としてもよい。
【００２９】主噴射オリフィス５０から噴射された液体（冷媒）のスプレーは、ヘッダー２０の内壁面５２に沿って拡がり、ヘッダー２０内の相当な距離に亘って分配されるので、各噴射器３０，３２，３４，３６の配置位置の間に配置されているすべての管２４が冷媒を受け取ることができる。多くの場合、主噴射オリフィス５０だけで十分であるが、場合によっては、特に、管端４０がヘッダー２０内に相当深くにまで突入している場合は、噴射器３０，３２，３４，３６の直近の管は、冷媒が内壁面５２に衝突する結果として管端４０の上を文字通り吹き抜けてしまうので、十分な冷媒を受取ることができないことがある。従って、各噴射器の配置位置に近接した管２４が十分な量の液体冷媒を確実に受容することができるように各噴射器３０，３２，３４，３６に副噴射オリフィス５４を設けることができる。
【００３０】
【発明の効果】図５は、本発明に従って構成された実際の蒸発器の赤外線熱画像を示す。この図で陰影を付された領域は、過熱蒸気流が生じている領域である。図から分かるように、本発明を適用した蒸発器は、過熱蒸気流が生じる領域を大幅に減少し、図１に示された従来の蒸発器に比べて蒸発器の作動効率を相当に改善する。
【００３１】図５に示されたような、３０，０００ＢＴＵ／時の出力の蒸発器として設計される場合は、４つの冷媒噴射点が設けられる。各噴射器は、外径０．２５ｉｎ（６．３５ｍｍ）、肉厚０．０３５ｉｎ（０．８８９ｍｍ）の管で形成される。主噴射オリフィス５０の直径は０．０１２５ｉｎ（３．１７５ｍｍ）とし、副噴射オリフィス５４の直径は０．０５２ｉｎ（１．３２０８ｍｍ）とする。一実施形態においては、この蒸発器は、そのコア部分に４５本の扁平管２４を有する。従って、噴射器１つ当たり１１．２５本の管２４が設けられる。
【００３２】以上の説明から分かるように、本発明による蒸発器は、入ってくる液体冷媒の分配を最適化し、作動効率を高める。本発明による蒸発器の構造は、冷媒噴射器を適正なサイズに穿孔された噴射オリフィスを有する管から形成することができるので、比較的簡単である。かくして、最少限のコストで、かつ、簡単な構造によって効率の改善を達成することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】５９２０７９６７５
【氏名又は名称】モーディーン・マニュファクチャリング・カンパニー
【氏名又は名称原語表記】ＭＯＤＩＮＥ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＧ ＣＯＭＰＡＮＹ
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| 【出願日】 |
平成１１年２月２３日（１９９９．２．２３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６７８１７
【弁理士】
【氏名又は名称】倉内 基弘 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２０００−２４９４２８（Ｐ２０００−２４９４２８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年９月１４日（２０００．９．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−４４７４２ |
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