JP2005083677A

JP2005083677A - 蒸発器

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Publication number: JP2005083677A
Application number: JP2003317253A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Inaba; 浩行稲葉; Tatsu Kawamata; 達川俣
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-09-09
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2023-09-09
Also published as: EP1515104A3; JP4233419B2; US20050050915A1; EP1515104A2; US7219511B2

Abstract

【課題】
【解決手段】各熱交換部１０、２０の熱交換通路が上下方向に向くように配置し、対向する風上側のパス１０ａ、１０ｂ、１０ｃと風下側のパス２０ｃ、２０ｂ、２０ａとで冷媒の流れ方向が逆となるように仕切部１４、１５、１６、１７を設定した構造において、風上側と風下側で対向配置されるパスで冷媒が下降流となるパス１０ａ、（２０ｂ）（１０ｃ）よりも冷媒が上昇流となるパス２０ｃ（１０ｂ）（２０ａ）の熱交換通路数を少なく設定した。このため、上昇流となるパス２０ｃ（１０ｂ）（２０ａ）で、液相冷媒が不足しがちなタンク長手方向上流側の液相冷媒量を増やすことができ、風上側熱交換部２０と風下側熱交換部１０とを重ね合わせることで、液相冷媒が足りずに吹出温度が高くなってしまう領域を縮小できる。
【選択図】図１３

Description

本発明は、熱交換部を風上と風下に並べて配置した蒸発器に関するものである。

例えば特許文献１〜３に開示されるように、従来から２つの熱交換部を風上と風下に並べた蒸発器がある。図１４はこの種の２つの熱交換部を風上側と風下側に並列配置した蒸発器の一例である。図１４に示す蒸発器１００は、上部タンク１１１および下部タンク１１２およびこれら両タンク１１１、１１２間に連通接続される複数の熱交換通路からなる風下側熱交換部１１０と、同じく上部タンク１２１および下部タンク１２２およびこれら両タンク１２１、１２２間に連通接続される複数の熱交換通路からなる風上側熱交換部１２０と、を送風方向に前後に重なり合うように配置して構成されている。

風下側熱交換部１１０は、その上部タンク１１１の右端に蒸発器入口１０７が設けられ、上部タンク１１１が仕切部１１４によって上部第１タンク部１１１ａおよび上部第２タンク部１１１ｂに区画される一方、下部タンク１１２が仕切部１１５によって下部第１タンク部１１２ａおよび下部第２タンク部１１２ｂに区画されている。これにより、複数多段に積層される熱交換通路群は右から左に向けて順に第１パス１１０ａ、第２パス１１０ｂ、第３パス１１０ｃに区画されることとなり、蒸発器入口１０７から風下側熱交換部１１０に導入される冷媒は、上部第１タンク部１１１ａ→第１パス１１０ａ→下部第１タンク部１１２ａ→第２パス１１０Ｂ→上部第２タンク部１１１ｂ→第３パス１１０ｃ→下部第２タンク部１１２ｂという順で流れる。そして、冷媒は、風下側熱交換部１１０の最下流部としての下部第２タンク１１２ｂから、連通路１０９を通じて、風上側熱交換器１２０の最上流部としての下部第１タンク部１２２ａに導入されるようになっている。

一方、風上側熱交換部１２０は、下部タンク１２２が仕切部１２４によって下部第１タンク部１２２ａおよび下部第２タンク部１２２ｂに区画される一方、上部タンク１２１が仕切部１２５によって上部第１タンク部１２１ａおよび上部第２タンク部１２１ｂに区画されている。これにより、複数多段に積層される熱交換通路群は左から右に向けて順に第１パス１２０ａ、第２パス１２０ｂ、第３パス１２０ｃに区画されることとなり、連通路１０９から風上側熱交換部１１０に導入される冷媒は、下部第１タンク部１２２ａ→第１パス１２０ａ→上部第１タンク部１２１ａ→第２パス１２０Ｂ→下部第２タンク部１２２ｂ→第３パス１２０ｃ→上部第２タンク部１２１ｂという順で流れる。そして、この冷媒は、風上側熱交換部１２０の最下流部としての上部第２タンク１２１ｂの右端に設けられた蒸発器出口１０８から、蒸発器１００から導出されるようになっている。

ここで、風上側と風下側とに重ね合わされるパス同士（例えば、風下側熱交換部１１０の第１パス１１０ａと風上側熱交換部１２０の第３パス１２０ｃ）は、パスを構成する熱交換通路数が同数で完全に通風方向で重なり合っている。また、風上側と風下側とに重ね合わされるパス同士は、その上流下流のタンク部の流れを含めて互いに冷媒の流通方向が上下左右方向逆になっている。
特開平６−７４６７９号公報特開平１０−２３８８９６号公報特開２０００−１０５０９１号公報

このような構成により、各熱交換部１１０、１２０における液相冷媒の分布は図１６ａのようになり、これを重ね合わせた蒸発器全体としての液相冷媒の分布は１６ｂのようになる。ここで、液相冷媒が流通しない領域すなわち気相冷媒ばかりが流通する領域では、通風する風を十分に冷却できないため、吹出温度が高くなってしまう。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、対向する風上側のパスと風下側のパスとで冷媒の流れ方向が逆となるように設定した蒸発器であって、液相冷媒が足りずに吹出温度が高くなってしまう領域を縮小することができる蒸発器の提供を目的とする。

そこで本発明では、下部タンクで液相冷媒がタンク長手方向下流側（図１４、１５では左右方向）に偏ることに伴い、冷媒が上昇流となるパスでは液相冷媒がタンク長手方向下流側に偏ってタンク長手方向上流側で不足することに着目して、冷媒が上昇流となるバスの熱交換通路数を少なくすることで、相対的にタンク長手方向上流側の液相冷媒量を増やして、吹出温度が高くなってしまう領域を縮小するものである。

請求項１記載の発明にあっては、内部に流通する冷媒と外部を流通する空気との熱交換を行う熱交換通路を複数多段に積層するとともにこの複数多段の熱交換通路の両端にタンクを連通接続した熱交換部を、２つ設け、この２つの熱交換部を風上側と風下側に並列配置し、
各熱交換通路が上下方向に向くように各タンクを水平方向に沿って配置し、両熱交換部で蛇行数が同一となるようにタンクの所定部位に仕切部を設けて各熱交換部を複数のパスに分割するとともに対向する風上側のパスと風下側のパスとで冷媒の流れ方向が逆となるように設定した蒸発器であって、
冷媒が下降流となるパスよりも冷媒が上昇流となるパスの熱交換通路数を少なく設定したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の蒸発器において、前記風上側熱交換部および風下側熱交換部のいずれか一方の熱交換部に冷媒を流通させた後、その冷媒を続けて他方の熱交換部に流通させる蒸発器であって、冷媒上流側の熱交換部の最下流部と冷媒下流側の熱交換通路の最上流部とを連通する連通路を、前記熱交換通路の積層方向最外側に付設されて蒸発器の強度補強をするサイドプレートに一体形成したことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明によれば、冷媒が下降流となるパスよりも冷媒が上昇流となるパスの熱交換通路数を少なく設定したため、この上昇流となるパスで、液相冷媒が不足しがちなタンク長手方向上流側の液相冷媒量を増やすことができる。これにより、相冷媒が足りずに吹出温度が高くなってしまう領域を縮小することができる。

請求項２記載の発明によれば、冷媒上流側の熱交換部の最下流部と冷媒下流側の熱交換通路の最上流部とを連通する連通路を、熱交換通路の積層方向最外側に付設されて蒸発器の強度補強をするサイドプレートに一体形成したため、連通路用の別に部材を用意する必要がなく、製造コスト低減に寄与する。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は実施形態の蒸発器の風上側から見た正面図、図２は同蒸発器の上面図、図３は同蒸発器の幅方向右側面図、図４は同蒸発器の幅方向左側面図、図５は同蒸発器の幅方向左側面のサイドプレートを示す図、図６は同蒸発器の幅方向右側端面のサイドプレートを示す図、図７は同蒸発器のチューブを構成する第１の金属薄板を示す図、図８は同蒸発器のチューブを構成する第２の金属薄板を示す図、図９は一対の金属薄板を最中合わせ接合してチューブを作製する工程を示す図、図１０は一対の金属薄板の仮固定（カシメ）の工程を示す概略図、図１１はチューブのタンク部における積層状態を示す一部分解部を含む断面図、図１２は蒸発器内の冷媒の流れを示す概略図、図１３は蒸発器内の液相冷媒の分布を示す概略図である。

この実施形態の蒸発器１は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに介装される蒸発器であって、インストルメントパネルの内側に配置される空調ケース内に設置され、内部を流れる冷媒と外側を通過する空気とを熱交換させ、冷媒を蒸発気化させて空気を冷却するものである。

まず、図１２をもとに概略的に全体構成を説明する。

この蒸発器１は、２つの熱交換部１０、２０を風上側と風下側に並列配置した蒸発器である。

風下側熱交換部１０は、上部タンク１１および下部タンク１２およびこれら両タンク１１、１２間に連通接続される複数の熱交換通路からなる。一方、風上側熱交換部２０は、同じく上部タンク２１および下部タンク２２およびこれら両タンク２１、２２間に連通接続される複数の熱交換通路からなる。

風下側熱交換部１０は、上部タンク１１が仕切部１４によって上部第１タンク部１１ａおよび上部第２タンク部１１ｂに区画される一方、下部タンク１２が仕切部１５によって下部第１タンク部１２ａおよび下部第２タンク部１２ｂに区画されてる。その上部タンク１１の右端には蒸発器入口７が設けられ、複数多段に積層される熱交換通路群は右から左に向けて順に第１パス１０ａ、第２パス１０ｂ、第３パス１０ｃに区画されることとなる。これにより、蒸発器入口７から風下側熱交換部１０に導入される冷媒は、上部第１タンク部１１ａ→第１パス１０ａ→下部第１タンク部１２ａ→第２パス１０ｂ→上部第２タンク部１１ｂ→第３パス１０ｃ→下部第２タンク部１２ｂという順で流れるようになっている。そして、この冷媒は、風下側熱交換部１０の最下流部（下部第２タンク部１２ｂ）から、連通路９を通じて風上側熱交換部２０の最上流部（下部第１タンク部２２ａ）に導入される。

一方、風上側熱交換部２０は、下部タンク２２が仕切部２４によって下部第１タンク部２２ａおよび下部第２タンク部２２ｂに区画される一方、上部タンク２１が仕切部２５によって上部第１タンク部２１ａおよび上部第２タンク部２１ｂに区画されて、上部タンク２１の右端に蒸発器出口８が設けられている。これにより、複数多段に積層される熱交換通路群は左から右に向けて順に第１パス２０ａ、第２パス２０ｂ、第３パス２０ｃに区画されることとなる。連通路９から風上側熱交換部２０に導入される冷媒は、下部第１タンク部２２ａ→第１パス２０ａ→上部第１タンク部２１ａ→第２パス２０ｂ→下部第２タンク部２２ｂ→第３パス２０ｃ→上部第２タンク部２１ｂという順で流れるようになっている。そして、この冷媒は、風上側熱交換部（冷媒下流の熱交換部）２０の最下流部としての上部第２タンク部２１ｂの右端に設けられた蒸発器出口８から、蒸発器１から導出される。

この蒸発器１は、両熱交換部１０、２０で蛇行数が同一となるように各熱交換部１０、２０を複数（この例では３つ）のパス（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ，２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に分割してあり、そして、風上側と風下側とに重ね合わされるパス同士（例えば、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと風上側熱交換部２０の第３パス２０ｃ）は、その上流下流のタンク部の流れを含めて互いに冷媒の流通方向が上下左右方向逆になっている。

この実施形態では、図１〜図４に示すように一対の金属薄板４０（４０Ａ）、４０（４０Ｂ）を最中合わせに接合して内部に冷媒を流通させるチューブ３０（後に詳しく説明する）を構成し、このチューブ３０をアウターフィン３３を介在させつつ複数多段に積層し、チューブ積層方向最外側（蒸発器幅方向最外側）にそれぞれ強度補強するためのサイドプレート３４、３５を付設して、所定の蒸発器の形状としている。

このサイドプレート３４、３５のうち、一方のサイドプレート３４（図３、６参照）には、風下側熱交換部１０の最上流部（上部第１タンク部１１ａ）に連通する連通口３４ａおよび風上側熱交換部２０の最下流部（上部第２タンク部２１ｂ）に連通する連通口３４ｂが設けられ、これら連通口３４ａ、３４ｂに、蒸発器１の入口７出口８を構成する配管コネクタ３６が取付られている。また、他方のサイドプレート３５（図４、５参照）には、風下側熱交換部１０の最下流部（下部第２タンク部１２ｂ）と風上側熱交換部２０の最上流部（下部第１タンク部１２ａ）とを連通接続する連通路３５ａが一体形成されている。なお、図中符号３５ｂはサイドプレート３５に設けられた補強凸部であり、図中符号３７はサイドプレート３４と配管コネクタ３６との間に配置される補強プレートである。

次に、チューブ３０の構成を説明する。

図９はチューブ３０の積層状態を示す分解斜視図であり、図７はこのチューブ３０を構成する金属薄板４０Ａ（４０）、４０Ｂ（４０）を示す図である。なお、金属薄板４０Ａと金属薄板４０Ｂは同一形状であり、互いに表裏反転軸Ｘを中心に裏返した状態となっている。

チューブ３０は内部に冷媒を流して外側を流れる空気との熱交換を行う熱交換通路３１、３１を形成するもので、この熱交換通路３１、３１は風下側熱交換部用の熱交換通路３１と風上側熱交換部用の熱交換通路３１とに仕切られている。また、チューブ３０の長手方向両端部には、各熱交換通路３１の両端部から外方に向けて筒状に突設されたタンク部３２、３２が形成されている。すなわち、このチューブ３０を構成する各金属薄板４０Ａ、４０Ｂは、長手方向に沿う２本の熱交換通路用凹部４１、４２と４つのタンク部４３、４４、４５、４６とを備えている。

この金属薄板４０の外周縁には複数の突片４７および切欠部４８が形成されており、この突片４７と切欠部４８とは、表裏反転軸Ｘを中心に線対称となっている。すなわち、金属薄板４０Ａと金属薄板４０Ｂとを内側同士を対向させると、突片４７と切欠部４８とが対向し、金属薄板４０Ａ、４０Ｂを最中合わせにすると突片４７が切欠部４８に入りこみ、これら突片４７および切欠部４８の係合により金属薄板４０Ａ、４０Ｂ同士を位置決めできる。なお、この一対の金属薄板４０Ａ、４０Ｂの間にインナーフィン６１、６１を挟んでを最中合わせにした位置決め状態で、図１０ａ→図１０ｂに示す如く突片４７を折り曲げることで、２枚の金属薄板４０Ａ、４０Ｂをカシメて仮固定状態のチューブ３０とすることができる。

蒸発器１の製造工程（図９参照）では、このような仮固定状態のチューブ３０を複数多段に積層して（なお図９中でアウターフィン３３は省略してある）、最終的に図１〜図４に示すような所定の蒸発器の形状に仮組し、その仮組体を治具により保持して炉中に搬送し、仮組体のロー付けするようにしている。この製造工程では隣接するチューブ３０の同士の位置決めができるとチューブ３０の積層作業を自動化でき、製造コストを安くできる利点がある。つまり、この実施形態では背中合わせの金属薄板４０Ａ、４０Ｂ同士の位置決めができるとチューブ３０の積層作業が自動化でき、製造コストを安くできる。そのため、背中合わせの金属薄板４０Ａ、４０Ｂ同士のの接合部位となるタンク部４３、４４（４５、４６）の一方のタンク部４３（４６）にはその開口端４３ａ（４６ａ）の周縁に位置決め手段としての嵌合用突起４９が形成されており、この一方のタンク部４３（４６）の嵌合用突起４９が他方のタンク部４４（４５）の開口端４４ａ、４５ａと嵌入されることで、背中合わせの金属薄板４０Ａ、４０Ｂ同士を位置決めできるようになっている。つまり、この実施形態の金属薄板４０（４０Ａ、４０Ｂ）は、突片４７および切欠部４８と、嵌合用突起４９と、を除いて表裏反転軸Ｘに対して対称形状となっている。

ここで、この実施形態では、各熱交換部１０、２０を複数のパス１０ａ、・・・，２０ａ、・・・に区画するための前記仕切部１４、１５、２４、２５が金属薄板５０に一体形成されており、上述した図７に示す第１の金属薄板４０に加え４つのタンク部４３、４４、４５、４６のうち一つのタンク部４３を仕切部５１として構成した図８に示す第２の金属薄板５０が用いられる。この第２の金属薄板５０（５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ）の挿入位置によって各熱交換部１０、２０が複数のパスの区画位置が設定される。なお、符号５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｂ、５０Ｃは表裏反転状態の違いを示すもので、いずれも同一の金属薄板５０を示す。

さてこの実施形態では、第２の金属薄板５０の配置位置により設定されるパスの区画に特徴があり、具体的には、図２、図１２、１３に示すように冷媒が下降流となるパス１０ａ、１０ｃ、２０ｂの熱交換通路数よりも冷媒が上昇流となるパス１０ｂ、２０ａ、２０ｃの熱交換通路数を少なく設定して、パス１０ｂ、２０ａ、２０ｃのタンク長手方向に沿うサイズを小さく設定したものである。

このような構成により、この実施形態の蒸発器１では、この上昇流となるパス１０ｂ、２０ａ、２０ｃで、液相冷媒が不足しがちなタンク長手方向上流側に流れる液相冷媒量を増やすことができる。これにより、風上側熱交換部２０と風下側熱交換部１０とを重ね合わせることで、図１３ｂに示すように液相冷媒が足りずに吹出温度が高くなってしまう領域を縮小することができる。

また、この実施形態の蒸発器１では、冷媒上流側の熱交換部（この例では風下側熱交換部１０）の最下流部１２ｂと冷媒下流側の熱交換通路（この例では風上側熱交換部２０）の最上流部２２ａとを連通する連通路９を、積層方向最外側に付設されて蒸発器１の強度補強をするサイドプレート３５に一体形成したため、連通路用に別の部材を用意する必要がなく、製造コスト低減に寄与する。

以上要するに、本発明にあっては、風上側熱交換部および風下側熱交換部の各熱交換通路が上下方向に向くように配置され、対向する風上側のパスと風下側のパスとで冷媒の流れ方向が逆となるように仕切部を設定した蒸発器の構造において、冷媒が下降流となるパスよりも冷媒が上昇流となるパスの熱交換通路数を少なく設定したため、この上昇流となるパスで、液相冷媒が不足しがちなタンク長手方向上流側に流れる液相冷媒量を増やすことができる。これにより、相冷媒が足りずに吹出温度が高くなってしまう領域を縮小することができる。

図１は実施形態の蒸発器の風上側から見た正面図。図２は同蒸発器の上面図。図３は同蒸発器の幅方向右側面図。図４は同蒸発器の幅方向左側面図。図５は同蒸発器の幅方向左側面のサイドプレートを示す図。図６は同蒸発器の幅方向右側端面のサイドプレートを示す図。図７は同蒸発器のチューブを構成する第１の金属薄板を示す図。図８は同蒸発器のチューブを構成する第２の金属薄板を示す図。図９はチューブの積層状態を示す一部分解図を含む概略図。図１０は一対の金属薄板の仮固定（カシメ）の工程を示す概略図。図１１はチューブのタンク部における積層状態を示す一部分解図を含む断面図。図１２は蒸発器内の冷媒の流れを示す概略図。図１３は蒸発器内の液相冷媒の分布を示す概略図。図１４は従来の蒸発器の一例を示す概略図。図１５は図１４の蒸発器内の液相冷媒の分布を示す概略図。

符号の説明

１…蒸発器
９…連通路
１０…風下側熱交換部（冷媒上流側の熱交換部）
１０ａ…第１パス（パス）
１０ｂ…第２パス（パス）
１０ｃ…第３パス（パス）
１１…上部タンク（タンク）
１２…下部タンク（タンク）
１２ｂ…第２タンク部（冷媒上流側の熱交換部の最下流部）
１４…仕切部
１５…仕切部
２０…風上側熱交換部（冷媒下流側の熱交換部）
２０ａ…第１パス（パス）
２０ｂ…第２パス（パス）
２０ｃ…第３パス（パス）
２１…上部タンク（タンク）
２１ａ…第１タンク部（冷媒下流側の熱交換部の最上流部）
２２…下部タンク（タンク）
２４…仕切部
２５…仕切部
３０…チューブ
３１…熱交換通路
３５…サイドプレート
３５ａ…連通路

Claims

内部に流通する冷媒と外部を流通する空気との熱交換を行う熱交換通路を複数多段に積層するとともにこの複数多段の熱交換通路の両端にタンク（１１、１２、２１、２２）を連通接続した熱交換部（１０、２０）を、２つ設け、この２つの熱交換部（１０、２０）を風上側と風下側に並列配置し、
各熱交換通路が上下方向に向くように各タンク（１１、１２、２１、２２）を水平方向に沿って配置し、両熱交換部（１０、２０）で蛇行数が同一となるようにタンク（３２）の所定部位に仕切部（１４、１５、２４、２５）を設けて各熱交換部（１０、２０）を複数のパス（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）に分割するとともに対向する風上側のパスと風下側のパスとで冷媒の流れ方向が逆となるように設定した蒸発器であって、
冷媒が下降流となるパス（１０ｂ、２０ａ、２０ｃ）よりも冷媒が上昇流となるパス（１０ａ、１０ｃ、２０ｂ、）の熱交換通路数を少なく設定したことを特徴とする蒸発器。
請求項１記載の蒸発器であって、
前記風上側熱交換部（２０）および風下側熱交換部（１０）のいずれか一方の熱交換部（１０）に冷媒を流通させた後、その冷媒を続けて他方の熱交換部（２０）に流通させる蒸発器であって、
冷媒上流側の熱交換部（１０）の最下流部（１２ｂ）と冷媒下流側の熱交換通路（２０）の最上流部（２２ａ）とを連通する連通路（９）を、前記熱交換通路の積層方向最外側に付設されて蒸発器の強度補強をするサイドプレート（３５）に一体形成したことを特徴とする蒸発器。