JP2006038429A

JP2006038429A - 蒸発器

Info

Publication number: JP2006038429A
Application number: JP2004223375A
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: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP4547205B2

Abstract

【課題】熱交換部の温度分布を均一化することができ、冷房性能を向上させることが可能な構造の蒸発器とする。
【解決手段】蒸発器１は、上下方向に延び且つ横方向に複数多段に積層され内部に冷媒を流す熱交換通路３１と、熱交換通路３１の上下両端に設けられ熱交換通路３１からの冷媒を合流分配する上下のタンク１１，１２，２１，２２とからなる熱交換部１０，２０が通風方向に向けて２層に配置されており、一方の熱交換部１０に冷媒を流通させた後、その冷媒を他方の熱交換部２０）に流通させるように２層の熱交換部を接続してある。通風方向における風下側熱交換部１０に冷媒入口７を設けると共に、風上側熱交換部２０に冷媒出口８を設け、風上側熱交換部２０のパス数に対し風下側熱交換部１０のパス数を１つ多く設定する。
【選択図】図５

Description

本発明は、風上熱交換部と風下熱交換部とを２層に並べて配置した構造の蒸発器に関する。

自動車用のエアコンユニットでは、熱交換部を通風方向に対し、風上側と風下側の２層に並べた構造とし、２層の熱交換部内に冷媒を順次供給して冷媒と空気とを熱交換させる蒸発器が使用されている。この場合の熱交換部は、冷媒が上下方向に流動する熱交換通路と、冷媒を分配・合流するために熱交換通路の上下両端部に設けられた上下のタンクとを備えた構造となっている。

従来の蒸発器として、特許文献１及び特許文献２には、２層の熱交換部の双方に対し、冷媒を２パスで流通させる構造の蒸発器が記載されている。

特許文献１における蒸発器では、風下側熱交換部の下部タンクから冷媒を導入して上昇流パスとしてから下降流パスとした後、風下側熱交換部の下部タンクから風上側熱交換部の上部タンクに導いて下降流パスとしてから上昇流パスとし、風上側熱交換部の上部タンクから排出している。この蒸発器では、風下側熱交換部及び風上側熱交換部の外側に配置したサイドプレートに連通路を形成して風下側熱交換部の下部タンクと風上側熱交換部の上部タンクとを連通して熱交換部の間での冷媒の移動を行っている。

特許文献２における蒸発器では、一方の熱交換部の上部タンクから冷媒を導入して下降流パスとしてから上昇流パスとした後、その上部タンクから他方の熱交換部の上部タンクに導いて下降流パスとしてから上昇流パスとし、他方の熱交換部の上部タンクから排出している。
特開平９−１７０８５０号公報実用新案登録第２６０５０３５号公報

しかしながら、特許文献１の蒸発器では、風下側熱交換部から風上側熱交換部に冷媒を移動させるための連通路が風下側熱交換部の下部タンクと風上側熱交換部の上部タンクとを接続しているため、冷媒が連通路内で上昇流となって連通路内での通路抵抗が大きくなって冷媒の圧力損失が増大する。このため、冷房性能が低下する問題を有している。

特許文献２の蒸発器では、冷媒が導入される熱交換部では冷媒が下降流となるため、低流量の際に冷媒の偏流が発生し、これにより温度分布を均一化することができず、温度分布が悪化する問題を有している。

さらに、いずれの特許文献の蒸発器においても、２層の熱交換部のそれぞれに対して単純に２パスで冷媒を流通させているため、冷媒の乾き度に対する考慮がなく、冷房性能を向上させることが難しい問題を有している。

本発明は、このような従来の問題点を考慮してなされたものであり、温度分布を均一化することができると共に、冷房性能を向上させることが可能な蒸発器を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明の蒸発器は、上下方向に延び且つ横方向に複数多段に積層され内部に冷媒を流す熱交換通路と、熱交換通路の上端と下端に設けられ熱交換通路からの冷媒を合流分配する上部タンクおよび下部タンクとからなる熱交換部が通風方向に向けて２層に配置されており、一方の熱交換部に冷媒を流通させた後、その冷媒を他方の熱交換部に流通させるように２層の熱交換部を接続した蒸発器であって、前記通風方向における風下側熱交換部に冷媒入口を設けると共に、風上側熱交換部に冷媒出口を設け、風上側熱交換部のパス数に対し風下側熱交換部のパス数を１つ多く設定したことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の蒸発器において、前記冷媒入口が前記風下側熱交換部の前記下部タンクに設けられていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の蒸発器において、前記冷媒出口が前記風上側熱交換部の前記上部タンクに設けられていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の蒸発器において、前記風下側熱交換部に複数のパスが形成され、これらのパスの内、冷媒の上昇流パスがその直前のパスよりも幅が狭くなっていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の蒸発器において、熱交換通路の内部に冷媒が流通するインナーフィンが配置されており、冷媒としてエアコンサイクルのオイル含有冷媒が用いられることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、冷媒入口を風下側熱交換部に設け、冷媒出口を風上側熱交換部に設け、風上側熱交換部のパス数に対し風下側熱交換部のパス数を１つ多く設定していることにより、冷媒の圧力損失を低減することができるため、冷媒の温度分布を均一化することができる。このため、冷房性能を向上させることができる。

特に、請求項１記載の発明では、風上側熱交換部のパス数に対し風下側熱交換部のパス数を１つ多く設定していることにより、冷媒入口から導入される乾き度が低い冷媒を風下側熱交換部内で十分に流通させることができる。このため、熱交換率が増大して、冷房性能を向上させることができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加え、冷媒が風下側熱交換部の下部タンクから導入されるため、風下側熱交換部では、上昇流となって冷媒が流動する。このため、低流量時においても、偏流が発生することがなく、温度分布をさらに均一化することができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果に加え、冷媒が風上側熱交換部の上部タンクから排出されるため、排出直前では、冷媒が上昇流となり、温度分布をさらに改善することができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれかの発明の効果に加えて、風下側熱交換部内での上昇流パスが直前のパスよりも幅が狭くなっていることにより、上昇流パスでの冷媒の温度分布を改善することができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれかの発明の効果に加えて、冷媒に含有されているオイルによって圧力損失を防止することができる。このため、冷房性能を継続して維持することができる。

以下、本発明を図示する実施形態より、具体的に説明する。なお、各実施形態において、同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。

［第１実施形態］
図１〜図６は、本発明の第１実施形態を示し、図１は蒸発器の風上側からの正面図、図２は平面図、図３は蒸発器に使用されるチューブの分解斜視図、図４はタンクの仕切部を示す斜視図、図５は蒸発器内の冷媒の流れを示す斜視図、図６は蒸発器内の冷媒の分布を示す分布図である。

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エアコン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。なお、本発明の蒸発器としては、車両用空調装置に限られずその他の分野で利用できる。

蒸発器１は、図２及び図５に示すように、エアコンケース等の内部の空気が通過する通風方向に対し、２つの熱交換部１０，２０を２層となるように風下側及び風上側で重なり合うように配置されるものであり、熱交換部１０が風下側熱交換部と、熱交換部２０が風上側熱交換部２０となっている。
図５に示すように、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。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５１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５１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に区画されている。

風下側熱交換部１０における下部タンク１２の左端には、冷媒を導入するための冷媒入口７が設けられ、複数多段に積層される熱交換通路群は左から右に向けて順に、第１パス１０ａ、第２パス１０ｂ、第３パス１０ｃの３パスに区画される。これにより、冷媒入口７から風下側熱交換部１０に導入される冷媒は、下部第１タンク部１２ａ→第１パス１０ａ→上部第１タンク部１１ａ→第２パス１０ｂ→下部第２タンク部１２ｂ→第３パス１０ｃ→上部第２タンク部１１ｂ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（上部第２タンク部１１ｂ）から連通路９を通じて風上側熱交換部２０の最上流部（上部第２タンク部２２ｂ）に流入する。この風下側熱交換部１０においては、第１パス１０ａ及び第３パス１０ｃが上昇流パス、第２パス１０ｂが下降流パスとなっている。

風上側熱交換部２０は、上部タンク２１が仕切部５１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の２パスに区画される。一方、下部タンク２２には仕切部が配置されることがなく、これにより、下部タンク２２は区画されることがない。風上側熱交換部２０では、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２０ａ、第２パス２０ｂに区画される。従って、連通路９から風上側熱交換部２０に導入される冷媒は、上部第２タンク部２１ｂ→第１パス２０ａ→下部タンク２２→第２パス２０ｂ→上部第１タンク部２１ａ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２０の最下流部としての上部第１タンク部２１ａの左端に設けられた冷媒出口８から排出される。この風上側熱交換部２０において、第１パス２０ａが下降流パス、第２パス２０ｂが上昇流パスとなっている。

このような蒸発器１では、図６に示すように、風下側熱交換部１０が３パス、風上側熱交換部２０が２パスであり、全部で５パスとなっていると共に、風上側熱交換部２０のパス数に対し、風下側熱交換部１０のパス数が１つ多くなっている。また、冷媒としては、エアコンサイクルのオイル含有冷媒が用いられる。このような冷媒を用いることにより、冷媒に含有されているオイルによって圧力損失を防止することができる。

さらに、この実施形態では、図２及び図６に示すように、風下側熱交換部１０における上昇流パス１０ｃがその直前の下降流パス１０ｂよりも幅が狭くなるように設定するものである。なお、図５及び図６において、丸数字は、冷媒が流れる順番に沿ってパスに数字を付したものである。

次に、図１〜図３を参照して蒸発器１の構造を説明する。蒸発器１は、垂直方向に向けて配置されたチューブ３０をアウターフィン３３を介在させながら水平方向に向けて複数多段に積層すると共に、冷媒入口７及び冷媒出口８に配管コネクタ３６を付設して所定の蒸発器の形状とした状態で、一体にろう付けすることにより製造される。

使用されるチューブ３０は、図３に示すように、一対の金属薄板４０Ａ、４０Ｂの間にインナーフィン６１、６１を挟み込んだ状態で、これら一対の金属薄板４０Ａ，４０Ｂを背中合わせにして接合することにより形成される。

チューブ３０の内部には、中央部の仕切部３０ａを隔てて冷媒を流す２本の熱交換通路３１、３１が形成されている。またチューブ３０壁部には、各熱交換通路３１の両端部から外方に向けて筒状に突出するタンク部３２、３２が形成されている。

チューブ３０を構成する各金属薄板４０Ａ、４０Ｂは、チューブ３０の２本の熱交換通路３１、３１と４つのタンク部３２、３２に対応して、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とを備えた構造となっている。また、金属薄板４０Ａと金属薄板４０Ｂは同一形状であり、金属薄板４０Ａを裏返したものが金属薄板４０Ｂとなり、金属薄板４０Ｂを裏返したものが金属薄板４０Ａである。

上述の各熱交換部１０、２０のタンク１１、１２、２１、２２に形成される仕切部５１は、図４に示す仕切部５１を構成するための閉塞部を備える金属薄板５０を所定の積層位置の金属薄板４０Ａ、４０Ｂの代わりに用いることにより形成することができる。

このような実施形態では、上述したように、冷媒入口７を風下側熱交換部１０に設け、冷媒出口８を風上側熱交換部２０に設けることにより、冷媒の圧力損失を低減することができる。このため、冷媒の温度分布を均一化することができ、冷房能力を向上させることができる。

また、風上側熱交換部２０のパス数に対し風下側熱交換部１０のパス数が１つ多くなるように設定しており、このように設定することにより、冷媒入口７から導入される乾き度が低い（湿り度が高い）液相冷媒を風下側熱交換部１０内で十分に流通させることができる。このため、風下側熱交換部１０での熱交換率が増大し、結果として蒸発器１全体の冷房性能を向上させることができる。

また、冷媒入口７を風下側熱交換部１０の下部タンク１２（下部第１タンク部１２ａ）に形成することにより、風下側熱交換部１０に導入された当初において、冷媒は上昇流（第１パス１０ａ）となって流動する。このような上昇流では、低流量時であっても、冷媒の偏流が発生することがなく、このため、図６に示すように、第１パス１０ａでは、冷媒が不足する領域（白抜き領域）がなくなり、温度ムラが発生することがなく、温度分布を均一化することができる。

さらに、図６に示すように、風下側熱交換部１０における上昇流パス１０ｃ（第３パス１０ｃ）がその直前の下降流パス１０ｂ（第２パス１０ｂ）よりも幅が狭くなっている。すなわち、上昇流パス１０ｃでは、熱交換通路数が直前の下降流パス１０ｂよりも少なくなっている。このように設定することにより、上昇流パス１０ｃを構成する熱交換通路の全体に冷媒が広がって流動するため、温度分布を均一化することができる。

一方、風上側熱交換部２０では、２パスとなっていることにより、それぞれのパス２０ａ、２０ｂにおける熱交換通路数を多くすることができる。風上側熱交換部２０では、風下側熱交換部１０から流入する冷媒が体積膨張しているため、このように各パス２０ａ、２０ｂでの熱交換通路数を多くすることにより通路抵抗が小さくなり、冷媒が円滑に流動することができ、温度分布を均一化することができる。

これに加えて、この風上側熱交換部２０では、冷媒を上部タンク２１（上部第１タンク部２１ａ）から排出する構造となっている。すなわち、冷媒の排出直前では、冷媒が上昇流となって流動するものである。このような上昇流では、低流量時であっても、冷媒の偏流が発生することがなく、温度分布を均一とすることが可能となる。

図６において、符号３５は、風下側熱交換部１０の左端面（冷媒入口７側の面）に設けられた導入パイプであり、冷媒はこの導入パイプ３５を通って冷媒入口７に導入される。一方、風上側熱交換部２０の冷媒出口８は、冷媒入口７と同じ側に配置されており、導入パイプ３５を設けることにより冷媒の出入り構造を簡素化することが可能となる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の蒸発器１００を示す。この蒸発器１００においても、冷媒が風下側熱交換部１１０から導入された後、風上側熱交換部１２０に導入される。

風下側熱交換部１１０においては、仕切部５１による下部タンク１１２が下部第１タンク部１１２ａと、下部第２タンク部１１２ｂとに区画されている。一方、上部タンク１１１には、仕切部５１が設けられることがない。また、冷媒入口７は風下側熱交換部１１０の下部第１タンク部１１２ａに形成されている。従って、風下側熱交換部１１０においては、下部第１タンク部１１２ａ→第１パス１１０ａ→上部タンク１１１→第２パス１１０ｂ→下部第２タンク部１１２ｂの順で冷媒が流れる。

風下側熱交換部１１０では、冷媒入口７が下部第１タンク部１１２ａに形成されていることから、下部第１タンク部１１２ａに続く第１パス１１０ａは上昇流パスとなり、第２パス１１０ｂは下降流パスとなる。

風上側熱交換部１２０においては、上部タンク１２１及び下部タンク１２２のいずれにも仕切部５１が設けられていない。この風上側熱交換部１２０は下部タンク１２２が風下側熱交換部１１０の下部第２タンク部１１２ｂと連通しており、冷媒は下部タンク１２２から風上側熱交換部１２０内に導入される。冷媒出口８は風上側熱交換部１２０の上部タンク１２１に形成されている。従って、風上側熱交換部１２０においては、下部タンク１２２→第１パス１２０ａ→上部タンク１２１の順で冷媒が流れる。

このような蒸発器１００では、風下側熱交換部１１０が２パス、風上側熱交換部１２０が１パスからなり、全部で３パスとなっている。また、風上側熱交換部１２０のパス数に対し、風下側熱交換部１１０のパス数が１つ多くなるように設定されている。従って、この実施形態においても、冷媒入口７から導入される乾き度が低い（湿り度が高い）液相冷媒を風下側熱交換部１１０内で十分に流通させることができ、このため、風下側熱交換部１１０での熱交換率が増大し、結果として蒸発器１００全体の冷房性能を向上させることができる。

また、この実施形態では、冷媒入口７を風下側熱交換部１１０に設け、冷媒出口８を風上側熱交換部１２０に設けることにより、冷媒の圧力損失を低減することができ、冷媒の温度分布を均一化することができ、冷房能力を向上させることができる。

さらに、冷媒入口７を風下側熱交換部１１０の下部タンク１１２（下部第１タンク部１１２ａ）に形成しているため、風下側熱交換部１１０に導入された当初において、冷媒は上昇流（第１パス１１０ａ）となって流動する。従って、低流量時であっても、冷媒の偏流が発生することがなく、このため、図７に示すように、第１パス１１０ａでは、冷媒が不足する領域（白抜き領域）がなくなり、温度ムラが発生することがなく、温度分布を均一化することができる。

一方、風上側熱交換部１２０では、冷媒のパスが１パスとなっていることにより、第１パス１２０ａにおける熱交換通路数を多くすることができる。風上側熱交換部１２０では、風下側熱交換部１１０から流入する冷媒が体積膨張しているため、第１パス１２０ａ、２０ｂでの熱交換通路数を多くすることにより通路抵抗が小さくなり、冷媒が円滑に流動することができ、温度分布を均一化することができる。

本発明の第１実施形態における蒸発器を示す風上側からの正面図である。第１実施形態における蒸発器の平面図である。蒸発器に用いるチューブの分解斜視図である。蒸発器に用いるタンクの仕切部を示す斜視図である。第１実施形態の蒸発器内の冷媒の流れを示す斜視図である。第１実施形態の蒸発器内の冷媒の分布を示す分布図である。第２実施形態の蒸発器内の冷媒の分布を示す分布図である。

符号の説明

１，１００蒸発器
７冷媒入口
８冷媒出口
１０，１１０風下側熱交換部
２０，１２０風上側熱交換部
１０ａ，１１０ａ，２０ａ，１２０ａ第１パス
１０ｂ，１１０ｂ第２パス
１０ｃ第３パス
１１，１１１上部タンク
１２，１１２下部タンク
２１，１２１上部タンク
２２，１２２下部タンク
３１熱交換通路
５１仕切部

Claims

上下方向に延び且つ横方向に複数多段に積層され内部に冷媒を流す熱交換通路（３１）と、熱交換通路（３１）の上端と下端に設けられ熱交換通路（３１）からの冷媒を合流分配する上部タンク（１１，２１，１１１，１２１）および下部タンク（１２，２２，１１２，１２２）とからなる熱交換部（１０，２０，１１０，１２０）が通風方向に向けて２層に配置されており、一方の熱交換部（１０，１１０）に冷媒を流通させた後、その冷媒を他方の熱交換部（２０，１２０）に流通させるように２層の熱交換部を接続した蒸発器であって、
前記通風方向における風下側熱交換部（１０，１１０）に冷媒入口（７）を設けると共に、風上側熱交換部（２０，１２０）に冷媒出口（８）を設け、風上側熱交換部（２０，１２０）のパス数に対し風下側熱交換部（１０，１１０）のパス数を１つ多く設定したことを特徴とする蒸発器。
請求項１記載の蒸発器において、
前記冷媒入口（７）が前記風下側熱交換部（１０，１１０）の前記下部タンク（１２，１１２）に設けられていることを特徴とする蒸発器。
請求項１または２記載の蒸発器において、
前記冷媒出口（８）が前記風上側熱交換部（２０，１２０）の前記上部タンク（２１，１２１）に設けられていることを特徴とする蒸発器。
請求項１〜３のいずれか１項記載の蒸発器において、
前記風下側熱交換部（１０）に複数のパス（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が形成され、これらのパス（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の内、冷媒の上昇流パス（１０ｃ）がその直前のパス（１０ｂ）よりも幅が狭くなっていることを特徴とする蒸発器。
請求項１〜４のいずれか１項記載の蒸発器において、
熱交換通路（３１）の内部に冷媒が流通するインナーフィン（６１）が配置されており、冷媒としてエアコンサイクルのオイル含有冷媒が用いられることを特徴とする蒸発器。