JP2006242406A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】 さらに温度分布のムラを小さくできる蒸発器の提供を図る。
【解決手段】
冷媒導入口を左右方向一方の上端部に設けるとともに入口側熱交換部と出口側熱交換部とを連通する連通部を左右方向他方の下端部に設けることで、入口側熱交換部の第１パスを下降流とし且つ第２パスを上昇流パスとし且つ第３パスを下降流パスとし且つ出口側熱交換部の第１パスを上昇流パスとする。入口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、両熱交換部のいずれのパスの熱交換通路数よりも少なくする。入口側熱交換部の第２パスの熱交換通路数を、入口側熱交換部の第３パスの熱交換通路数以上とする。出口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、入口側熱交換部の第３パスの熱交換通路数よりも少なくする。
【選択図】 図７

Description

本発明は、通風方向に二つの熱交換部を対向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、風上と風下に熱交換部を２層に並べた蒸発器がある。各熱交換部は、上部タンクおよび下部タンクおよびこれら両タンク間に連通接続される複数の熱交換通路を備え、複数のパス（熱交換通路群）に区画されている。このような蒸発器は、二つの熱交換部で空気の冷却を互いに補い合えるため、一つの熱交換部からなる蒸発器に比べ温度分布のムラを小さくできて好ましい。
特開平６−７４６７９号公報 特開平１０−２３８８９６号公報 特開２０００−１０５０９１号公報

しかしそれでもムラができてしまう。具体的には、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が、通風する風を十分に冷却できないため温度ムラの原因となる。

本発明は上記点に鑑みてなされたもので、通風方向に二つの熱交換部を対向配置した蒸発器であってさらに温度分布のムラを小さくできる蒸発器の提供を目的とするもので、特に低流量の際に温度分布のムラを効果的に小さくできる蒸発器の提供を目的とする。

研究の結果、本発明者は、特に低流量で液冷媒が導入される場合には上昇流パスおよび下降流パスで以下のような冷媒分布の特徴があることを突き止めた。

つまり、本発明者は低速で液密度が高い冷媒（つまり液冷媒）が上昇流パスを流通する際には、冷媒が満遍なく流通することを突き止めた（図１１、１２参照）。また、本発明者は低速で液密度が高い冷媒（つまり液冷媒）が下降流パスを流通する際には、上部タンク手前側から液冷媒が流下してしまい上部タンク奥側からは液冷媒がほとんど流下せずに液冷媒不足部分が大きいものの、液密度が低くなり流速が速くなるに従って上部タンク奥側にも冷媒が届いて液冷媒不足部分が減少することを突き止めた（図１１、図１２参照）。

図１１および図１２は低流量の冷媒を熱交換部に導入した場合の液冷媒の分布を実験した結果である。具体的には図１１は第１パスが下降流パス且つ第２パスが上昇流パスに設定された熱交換部に、流速が遅い液冷媒を導入した場合の液冷媒の分布を示すもので、図１２は第１パスが上昇流パス且つ第２パスが下降流パスに設定された熱交換部に、流速が遅い液冷媒を導入した場合の液冷媒の分布を示すものである。

図１１に示す熱交換部７００に流速が遅い液冷媒を導入すると、第１パス７１０（下降流パス）では液密度が高いため上部タンク７１１の手前側（図中左側）から液冷媒が流下してしまい上部タンク７１１の奥側（図中右側）からは液冷媒がほとんど流下しない。このように第１パス７１０内を偏って液冷媒が流通するため第１パス７１０での熱交換が少なく、冷媒は液密度が高いまま第２パス７２０に流れ込むみ、この液冷媒は第２パス７２０（上昇流パス）内をほぼ満液で満遍なく流通する。

図１２に示す熱交換部８００に流速が比較的遅い液冷媒を導入すると、第１パス８１０（上昇流パス）では液密度が高いため満遍なく液冷媒が流通する。また、第２パス８２０（下降流パス）では第１パス８１０での熱交換により冷媒の液密度が低くなり且つ流速が速くなるため、下降流パス８２０の上部タンク８１１の奥側（図中右側）にも冷媒が届きやすく、図１１の下降流パス７１０よりも分布が向上する。それでも冷媒の流速が比較的遅く且つ液密度が高い場合は、下降流パス８２０の温度の分布（液冷媒の分布）は良くはない。

このような実験を重ねた結果、本発明者は、特に流速が遅い液冷媒が導入される場合に温度ムラを小さくできる蒸発器を想い到った。

請求項１に記載の発明は、上下方向に延在し且つ左右方向に積層された複数の熱交換通路と、前記熱交換通路の上下両端に接続され熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンクと、を有する熱交換部を備え、前記各熱交換部を通風方向に向けて二層に配置し、一方の熱交換部の左右方向一方に冷媒導入口を設け且つ他方の熱交換部の左右方向一方に冷媒導出口を設けるとともに左右方向他方に両熱交換部を連通する連通部を設けることで、前記一方の熱交換部に冷媒を流通させた後に続けてその冷媒を他方の熱交換部に流通させる蒸発器であって、
前記冷媒の入口側の熱交換部を、３パスとし、
前記冷媒の出口側の熱交換部を、２パス以上とし、
前記入口側熱交換部の第１パスを下降流とし且つ第２パスを上昇流パスとし且つ第３パスを下降流パスとし、また、前記出口側熱交換部の第１パスを上昇流パスとし、
前記入口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、他のいずれのパスの熱交換通路数よりも少なくし、
前記入口側熱交換部の第２パスの熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第３パスの熱交換通路数以上とし、
前記出口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第３パスの熱交換通路数よりも少なくしたことを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蒸発器であって、前記出口側熱交換部は、第１パスから最終パスに向けて除々に熱交換通路数が多くなっていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の蒸発器であって、前記入口側熱交換部の第１パスの通路断面積は、前記入口側熱交換部の冷媒導入口の通路断面積以上であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器であって、前記各熱交換部の熱交換通路は、すべて同一の通路断面積であることを特徴とするものである。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器であって、前記冷媒導入口および前記冷媒導出口は、左右方向一方の上端部に近接配置されていることを特徴とするものである。

請求項６に記載の発明は、上下方向に延在し且つ左右方向に積層された複数の熱交換通路と、前記熱交換通路の上下両端に接続され熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンクと、を有する熱交換部を備え、前記各熱交換部を通風方向に向けて二層に配置し、一方の熱交換部の左右方向一方に冷媒導入口を設け且つ他方の熱交換部の左右方向一方に冷媒導出口を設けるとともに左右方向他方に両熱交換部を連通する連通部を設けることで、前記一方の熱交換部に冷媒を流通させた後に続けてその冷媒を他方の熱交換部に流通させる蒸発器であって、
前記冷媒の入口側の熱交換部を、２パスとし、
前記冷媒の出口側の熱交換部を、２パス以上とし、
前記入口側熱交換部の第１パスを上昇流パスとし且つ第２パスを下降流パスとするとともに前記出口側熱交換部の第１パスを上昇流パスとし、
前記入口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第２パスの熱交換通路数以上とし、
前記出口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第２パスの熱交換通路数よりも少なくしたことを特徴とするものである。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の蒸発器であって、前記出口側熱交換部は、第１パスから最終パスに向けて除々に熱交換通路数が多くなっていることを特徴とするものである。

請求項８に記載の発明は、請求項６または７に記載の蒸発器であって、前記各熱交換部の熱交換通路は、すべて同一の通路断面積で構成されていることを特徴とするものである。

請求項９に記載の発明は、請求項６〜８のいずれか１項に記載の蒸発器であって、前記冷媒導出口および前記冷媒導入口は、左右方向一方の下端部に近接配置されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、入口側熱交換部の第１パス（下降流パス）は、熱交換通路数が最も少ないため、入口側熱交換部の第１パスでは液冷媒の熱交換量が少なく次の第２パス（上昇流パス）に液冷媒が流通することとなる。

入口側熱交換部の第２パス（上昇流パス）では、まだ液密度が高い液冷媒がほぼ満液の状態で流通するので、温度分布のムラは生じない。

入口側熱交換部の第３パス（下降流パス）では、第２パスよりも液密度が低下した冷媒が流通するので、第３パスのうち第２パスに近接する側にばかり液冷媒が流下するのではなく第２パスから離間する側にも液冷媒が流下する。それでも第２パスから離間する側には液冷媒不足部分が生じるが、第３パスは第２パスよりも小さく設定されているので液冷媒不足部分は比較的小さくてすむ。

出口側熱交換部の第１パス（上昇流パス）は上流の前記入口側熱交換部の第３パスよりも熱交換通路数が少なく設定されているので、入口側熱交換部の液冷媒不足部位にほぼ重ね合わされるし、また、偏りが比較的生じにくい状態で冷媒が流通する。つまり、入口側熱交換部の液冷媒不足部分が出口側熱交換部の第１パスで補われる。

出口側熱交換部の第２パス以降は、熱交換がすすんでほぼ気相になった冷媒が流通するので、上昇流パスでも下降流パスでも偏流は生じにくく温度ムラは生じにくい。

このように請求項１の発明によれば、温度分布ムラが小さい蒸発器となる。

請求項６に記載の発明によれば、入口側熱交換部の第１パス（上昇流パス）では、液密度が高い液冷媒がほぼ満液の状態で流通するので、温度分布のムラは生じない。

入口側熱交換部の第２パス（下降流パス）では、第１パスよりも液密度が低下した冷媒が流通するので、第２パスのうち第１パスに近接する側にばかり液冷媒が流下するのではなく第１パスから離間する側にも液冷媒が流下する。それでも第１パスから離間する側には液冷媒不足部分が生じるが、第２パスが第１パスよりも小さく設定されているので液冷媒不足部分は比較的小さくてすむ。

出口側熱交換部の第１パス（上昇流パス）は上流の前記入口側熱交換部の第２パスよりも熱交換通路数が少なく設定されているので、入口側熱交換部の液冷媒不足部位にほぼ重ね合わされるし、また偏りが比較的生じにくい状態で冷媒が流通する。つまり、入口側熱交換部の液冷媒不足部分が出口側熱交換部の第１パスで補われる。

出口側熱交換部の第２パス以降は、熱交換がすすんでほぼ気相になった冷媒が流通するので、上昇流パスでも下降流パスでも偏流は生じにくく温度ムラは生じにくい。

このように請求項６の発明によれば、温度分布ムラが小さい蒸発器となる。

請求項２および７に記載の発明によれば、熱交換がすすんで流通冷媒の体積が膨張する出口側熱交換部においては、下流側のパスほど熱交換通路数が多くなっているので、流通抵抗の上昇を抑えることができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２の発明の効果に加え、入口側熱交換部の第１パスで通路抵抗が上昇してしまうことを防止できる。

請求項４および８に記載の発明によれば、各熱交換部の熱交換通路はすべて同一の通路断面積で構成されているため、管理が容易である。

請求項５および９に記載の発明によれば、冷媒導出口および冷媒導入口が近接配置されているため、冷媒導出口と冷媒導入口とが別々に配置される場合に比べて配管接続作業が容易となる。特に車載状態など作業スペースが狭いときほど有効である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

第１実施形態：図１〜図７は本発明の第１実施形態の蒸発器を説明する図である。

この第１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の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。なお本発明の蒸発器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。

まず、図６、７をもとに蒸発器１の概略を説明する。

この蒸発器１は、冷媒の入口側の熱交換部１０と、冷媒の出口側の熱交換部２０と、を風上側と風下側に並列配置した蒸発器１である。

入口側熱交換部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３１を構成するチューブ３０（図１、図３参照）を備える。一方、出口側熱交換部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３１を形成するチューブ３０（図１、図３参照）を備える。

入口側熱交換部１０は、その熱交換通路群が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に区画されている。具体的には、上部タンク１１の左端に蒸発器入口７が設けられ、且つ、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に区画される一方で下部タンク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、これにより、熱交換通路群が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に区画されている。

そのため、蒸発器入口７から入口側熱交換部１０に冷媒を導入すると、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、そして最終的に、連通部９を通じて出口側熱交換部２０の最上流部（下部第１タンク部２２ａ）に導入される。

一方、出口側熱交換部２０は、その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、第３パス２０ｃに区画されている。具体的には、下部タンク２２が仕切部５１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に区画される一方で上部タンク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に区画され、且つ、上部タンク２１の左端に蒸発器出口８が設けられ、これにより熱交換通路群が右から左に向けて順に第１パス２０ａ、第２パス２０ｂ、第３パス２０ｃに区画されている。

連通部９から出口側熱交換部２０に導入された冷媒は、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、そして、最終的に蒸発器出口８を通じて蒸発器１から導出される。

次に、この第１実施形態の蒸発器１の構造を図１〜図５を参照しつつ補足する。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を介在させつつ水平方向に向けて複数多段に積層し、チューブ積層方向最外側（水平方向最外側）に強度補強用のサイドプレート３５、３７および配管コネクタ３６等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で製造される（図１、図２、図３、図４参照）。なお、図１、２中符号３４は最外端用の金属薄板を示す。

使用されるチューブ３０は、図４に示すように、一対の金属薄板４０、４０の間にインナーフィン６１、６１を挟み込んだ状態で最中合わせにして形成されている。これら一対の金属薄板４０、４０は、周縁の接合部４０ｂ同士および中央の仕切部４０ａ同士が接合されている。チューブ３０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。また各熱交換通路３１の両端部からは積層方向Ｘ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。これに対応して、チューブ３０を形成する各金属薄板４０は、２本の熱交換通路用凹部４１と４つのタンク部４２とを備えた構造となっている。

なお、図５に示す仕切部５１を備える金属薄板５０を、所定の積層位置の金属薄板４０の代わりに利用することで、各タンク１１、１２、２１、２２が仕切られている。

次に図６、７を参照しつつ第１実施形態のパスの区画について説明する。

この第１実施形態の蒸発器１は、入口側熱交換部１０が３パスであり、出口側熱交換部２０が３パスである。入口側熱交換部１０は、第１パス１０ａが下降流パスであり且つ第２パス１０ｂが上昇流パスであり且つ第３パス１０ｃが下降流パスである。一方、出口側熱交換部２０は、第１パス２０ａが上昇流パスであり且つ第２パス２０ｂが下降流パスであり且つ第３パス２０ｃが上昇流パスである。

入口側熱交換部の第１パス１０ａのチューブ数（熱交換通路数）は、両熱交換部１０、２０のいずれのパスのチューブ数よりも少ない。また、入口側熱交換部の第２パス１０ｂのチューブ数は、入口側熱交換部の第３パス１０ｃのチューブ数以上である（よりも多いか又は同数である）。また、出口側熱交換部の第１パス２０ａのチューブ数は、入口側熱交換部の第３パス１０ｃのチューブ数よりも少ない。また、出口側熱交換部２０は、第１パス１０ａから第３パス１０ｃに向けて順番にチューブ数が多くなっている。言い換えると、以下の式が成り立つ。

Ｓ１０ａ＜Ｓ１０ｂ，Ｓ１０ｃ，Ｓ２０ａ，Ｓ２０ｂ，Ｓ２０ｃ
Ｓ１０ｂ≧Ｓ１０ｃ＞Ｓ２０ａ
Ｓ２０ｃ≧Ｓ２０ｂ≧Ｓ２０ａ
ここでＳ１０ａは入口側熱交換器の第１パス１０ａの通路断面積、Ｓ１０ｂは入口側熱交換器の第２パス１０ｂの通路断面積、Ｓ１０ｃは入口側熱交換器の第３パス１０ｃの通路断面積、Ｓ２０ａは出口側熱交換器の第１パス２０ａの通路断面積、Ｓ２０ｂは出口側熱交換器の第２パス２０ｂの通路断面積、Ｓ２０ｃは出口側熱交換器の第３パス２０ｃの通路断面積である。なお、この実施形態では、各熱交換通路の通路断面積は同一に設定されているため、「パスの通路断面積」＝「パスの熱交換通路数」×「各熱交換通路の通路断面積」である。

より具体的なパスの比率を説明すると、入口側熱交換部１０の各パスのチューブ数は、第１パス１０ａが３本、第２パス１０ｂが１４本、第３パス１０ｃが１３本である。また出口側熱交換部２０の各パスのチューブ数は、第１パス２０ａが７本であり、第２パス２０ｂが９本であり、第３パス２０ｃが１４本である。

作用
次にこの第１実施形態の蒸発器１に低流量の冷媒を導入する場合の冷媒分布を図７を参照しつつ説明する。

（ｉ）入口側熱交換部の第１パス１０ａ（下降流パス）は、熱交換通路数が最も少ない（＝通路断面積が小さい）ため、入口側熱交換部の第１パス１０ａでは液冷媒の熱交換量が少なく次の第２パス１０ｂ（上昇流パス）に液冷媒が流通することとなる。なお、入口側熱交換部の第１パス１０ａの通路断面積Ｓ１０ａが冷媒導入口７の通路断面積以上に設定されており、このように第１パス１０ａの通路断面積Ｓ１０ａの下限値が設定されることにより第１パス１０ａが蒸発器１の最大圧損部位とならないようにしてある。

（ｉｉ）入口側熱交換部の第２パス１０ｂ（上昇流パス）では、まだ液密度が高い液冷媒がほぼ満液の状態で流通するので、温度分布のムラは生じない。

（ｉｉｉ）入口側熱交換部の第３パス１０ｃ（下降流パス）では、第２パス１０ｂよりも液密度が落ちて流速が速くなっているので第２パス１０ｂに近接する側（図中左側）ばかりに液冷媒が流下するのではなく第２パス１０ｂから離間する側（図中右側）にも液冷媒が流通する。それでも第２パス１０ｂから離間する側には図７に示すように液冷媒不足部分Ｌが生じる。しかし、第３パス１０ｃは第２パス１０ｂよりも小さく設定されているので、液冷媒不足部分Ｌは比較的小さくてすむ。なお、下降流パスでは液密度が高く流速が低いほど液冷媒不足部分Ｌが大きくなり、液密度が低く流速が速いほど液冷媒不足部分Ｌが小さくなる。

（ｉｖ）出口側熱交換部の第１パス２０ａ（上昇流パス）は入口側熱交換部の第３パス１０ｃよりも熱交換通路数が少なく設定されているので、入口側熱交換部の液冷媒不足部分Ｌにほぼ重ね合わされるとともに、偏りが比較的生じにくい状態で冷媒が流通する。これにより、入口側熱交換部の液冷媒不足部分Ｌは出口側熱交換部の第１パス２０ａで補われる。

（ｖ）出口側熱交換部の第２パス２０ｂおよび第３パス２０ｃでは冷媒はほぼ気化しているため、ほほんど温度分布ムラは生じない。

このように第１実施形態の蒸発器１によれば、上記（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ） （ｖ）により、入口側熱交換部１０と出口側熱交換部２０とを重ね合わせた蒸発器全体の温度分布（図７ｂ）のムラが小さくなる。

効果
次に、この第１実施形態の蒸発器１の効果をまとめる。

（Ｉ）この第１実施形態は、冷媒導入口７を左右方向一方の上端部（この例では左上端）に設けるとともに両熱交換部１０、２０を連通する連通部９を左右方向他方の下端部（この例では右下端）に設けることで、入口側熱交換部の第１パス１０ａを下降流とし且つ第２パス１０ｂを上昇流パスとし且つ第３パス１０ｃを下降流パスとし且つ出口側熱交換部の第１パス２０ａを上昇流パスとし、また、入口側熱交換部の第１パス１０ａの熱交換通路数を他のいずれのパスの熱交換通路数よりも少なくし、また、入口側熱交換部の第２パス１０ｂの熱交換通路数を入口側熱交換部の第３パス１０ｃの熱交換通路数以上とし、また、出口側熱交換部の第１パス２０ａの熱交換通路数を入口側熱交換部の第３パス１０ｃの熱交換通路数よりも少なくした構造である。そのため、上記（ｉ）（ｉｉ）（ｉｉｉ）（ｉｖ）（ｖ）の作用により、蒸発器１全体の温度分布ムラが小さくなる。

（ＩＩ）またこの第１実施形態によれば、熱交換がすすんで流通冷媒の体積が膨張する出口側熱交換部２０においては下流側のパスほど熱交換通路数が多い構造であるので、流通抵抗の上昇を抑えることができる。

（ＩＩＩ）またこの第１実施形態によれば、各熱交換部１０、２０の熱交換通路はすべて同一の通路断面積で構成されているため、製造管理が容易である。

（ＩＶ）またこの第１実施形態によれば、冷媒導入口７および冷媒導出口８が近接配置されているため、冷媒導入口と冷媒導出口とが別々に配置される場合に比べて配管（導入管７１、排出管７２）の接続作業が容易となる。特に車載状態など作業スペースが狭いときほど有効である。

（Ｖ）またこの第１実施形態によれば、入口側熱交換部の第１パス１０ａの通路断面積Ｓ１０ａが冷媒導入口７の通路断面積以上であるため、入口側熱交換部の第１パス１０ａで通路抵抗が上昇してしまうことを防止できる。

（ＶＩ）またこの第１実施形態によれば、入口側熱交換部１０を３パス（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）に設定した構造であるため、２パス以下の構造（例えば第２、第３実施形態）に比べて各パスの通路断面積Ｓ１０ａ、Ｓ１０ｂ、Ｓ１０ｃが小さくなるため、入口側熱交換部１０の温度分布のムラをさらに小さくできる。

（ＶＩＩ）またこの第１実施形態によれば、入口側熱交換部１０を風下側に配置し且つ出口側熱交換部２０を風上側に配置したため、まず最初に風上側の出口側熱交換部２０で空気を冷やし、次にこの冷えた空気を風下側の出口側熱交換部２０よりも低温の入口側熱交換部１０で更に冷やせる。つまり、出口側熱交換部２０と入口側熱交換部１０とで段階的に空気を冷やすことができる。これにより風上側および風下側の熱交換部２０、１０を無駄なく効率的に利用でき、さらに熱交換効率を向上できる。

なお、第１実施形態では出口側熱交換部２０を２パス以上に設定すれば３パス以外に変更することもできる。

以下、本発明のその他の実施形態を説明する。以下の実施形態では詳細部分の図面を省略するとともに第１実施形態と同一または類似の構成については同一の符号を付して説明を省略する。なお、以下の実施形態はいずれも第１実施形態の入口側熱交換部の第１パス１０ａを廃止して入口側熱交換部を２パス（１０ｂ、１０ｃ）で構成した構造である。

第２実施形態：図８は第２実施形態の蒸発器を示すものである。

この第２実施形態の蒸発器２００は、冷媒導入口７および冷媒導出口８が左下端に設けられ、入口側熱交換部２１０が２パスであり且つ出口側熱交換部２２０が２パスである点で第１実施形態と異なっている。入口側熱交換部の第１パス２１０ａが上昇流パスであり且つ第２パス２１０ｂが下降流パスであり出口側熱交換部の第１パス２１０ａが上昇流パスである。入口側熱交換部の第１パス２１０ａの熱交換通路数が入口側熱交換部の第２パス２１０ｂの熱交換通路数以上であり（よりも多いか又は同数であり）、また、出口側熱交換部の第１パス２２０ａの熱交換通路数が入口側熱交換部の第２パス２１０ｂの熱交換通路数よりも少ない構造である。言い換えると、下記の式が成り立っている。

Ｓ２１０ａ≧Ｓ２１０ｂ＞Ｓ２２０ａ
Ｓ２２０ｂ≧Ｓ２２０ａ
ここでＳ２１０ａは入口側熱交換器の第１パス２１０ａの通路断面積、Ｓ２１０ｂは入口側熱交換器の第２パス２１０ｂの通路断面積、Ｓ２２０ａは出口側熱交換器の第１パス２２０ａの通路断面積、Ｓ２２０ｂは出口側熱交換器の第２パス２２０ｂの通路断面積である。

作用
次にこの第２実施形態の作用を図８を参照しつつ説明する。

（ｘｉ）入口側熱交換部の第１パス２１０ａ（上昇流パス）では、液密度が高い液冷媒がほぼ満液の状態で流通するので温度分布のムラは生じない。

（ｘｉｉ）入口側熱交換部の第２パス２１０ｂ（下降流パス）では、第１パス２１０ａよりも液密度が落ちて流速が速くなっているので、第１パス２１０ａに近接する側（図中左側）ばかりに液冷媒が流下するのではなく第１パス２１０ａから離間する側（図中右側）にも液冷媒が流通する。それでも図８に示すように第１パス２１０ａから離間する側（図中右側）には液冷媒不足部分Ｌが生じる。しかし、第２パス２１０ｂは第１パス２１０ａよりも小さく設定されているので、液冷媒不足部分Ｌは比較的小さくてすむ。

（ｘｉｉｉ）出口側熱交換部の第１パス２２０ａ（上昇流パス）は入口側熱交換部の第２パス２１０ｂよりも熱交換通路数が少なく設定されているので、出口側熱交換部の第１パス２２０ａでは偏りが比較的生じにくい状態で冷媒が流通するし、しかもこの出口側熱交換部の第１パス２２０ａは図８に示すように入口側熱交換部の液冷媒不足部分Ｌにほぼ重ね合わされる。これにより、入口側熱交換部の液冷媒不足部分Ｌは出口側熱交換部の第１パス２２０ａで補われる。

（ｘｉｖ）出口側熱交換部の第２パス２２０ｂでは冷媒はほぼ気化しているため、ほほんど温度分布ムラは生じない。

このように第２実施形態の蒸発器２００によれば、上記（ｘｉ）（ｘｉｉ）（ｘｉｉｉ） （ｘｉｖ）により、入口側熱交換部２１０と出口側熱交換部２２０とを重ね合わせた蒸発器全体の温度分布（図８ｂ参照）はムラが小さくなる。

効果
次に第２実施形態の蒸発器２００の効果をまとめる。

（Ｉ）第２実施形態の蒸発器２００は、冷媒導入口７を左右方向一方の下端部（この例では左下端）に設けるとともに両熱交換部２１０、２２０を連通する連通部９を左右方向他方の下端部（この例では右下端）に設けることで、入口側熱交換部の第１パス２１０ａを上昇流パスとし且つ第２パス２１０ｂを下降流パスとするとともに出口側熱交換部の第１パス２２０ａを上昇流パスとし、また、入口側熱交換部の第１パス２１０ａの熱交換通路数を入口側熱交換部の第２パス２１０ｂの熱交換通路数以上であり、また、出口側熱交換部の第１パス２２０ａの熱交換通路数を入口側熱交換部の第２パス２１０ｂの熱交換通路数よりも少なくした構造である。そのため、上記（ｘｉ）（ｘｉｉ）（ｘｉｉｉ）（ｘｉｖ）の作用により、第１実施形態の（Ｉ）の効果と同様の効果が得られる。

（ＩＩ）また、この第２実施形態の蒸発器２００によれば、第１実施形態の（ＩＩ）の効果と同様に、熱交換がすすんで流通冷媒の体積が膨張する出口側熱交換部２２０で下流側のパスほど熱交換通路数が多くなっているので、流通抵抗の上昇を抑えることができる。

（ＩＩＩ）また、この第２実施形態の蒸発器２００によれば、第１実施形態の（ＩＩＩ）の効果と同様に各熱交換部２１０、２２０の熱交換通路はすべて同一の通路断面積で構成されているため、管理が容易である。

（ＩＶ）また、この第２実施形態の蒸発器２００によれば、第１実施形態の（ＩＶ）の効果と同様に冷媒導入口７および冷媒導出口８が近接配置されているため、冷媒導入口と冷媒導出口とが別々に配置される場合に比べて配管（導入管７１および排出管７２）の接続作業が容易となる。特に車載状態など作業スペースが狭いときほど有効である。

（Ｖ）また、この第２実施形態の蒸発器２００によれば、第１実施形態の（Ｖ）の効果と同様に入口側熱交換部の第１パス２１０ａの通路断面積が冷媒導入口７の通路断面積以上であるため、入口側熱交換部の第１パス２１０ａで通路抵抗が上昇してしまうことを防止できる。

（ＶＩＩ）また、この第２実施形態の蒸発器２００によれば、第１実施形態の（ＶＩＩ）の効果と同様に入口側熱交換部２１０を風下側に配置し且つ出口側熱交換部２２０を風上側に配置したため、まず最初に風上側の出口側熱交換部２２０で空気を冷やし、次にこの冷えた空気を風下側の出口側熱交換部２２０よりも低温の入口側熱交換部１０で更に冷やせる。つまり、出口側熱交換部２２０と入口側熱交換部２１０とで段階的に空気を冷やすことができる。これにより風上側および風下側の熱交換部２２０、２１０を無駄なく効率的に利用でき、さらに熱交換効率を向上できる。

第３実施形態：図９は本発明の第３実施形態を示すものである。

この第３実施形態の蒸発器２００Ｂは、出口側熱交換部が第３パス（２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ）であり且つ冷媒導出口８が左下端に設けられている点で２実施形態と異なり、その他の構成はほぼ同様である。つまり、以下の式が成り立つ。

Ｓ２１０ａ≧Ｓ２１０ｂ＞Ｓ２２０ａ
Ｓ２２０ｃ≧Ｓ２２０ｂ≧Ｓ２２０ａ
そのため、上述の（ＩＶ）の効果以外は第２実施形態と同様の効果が得られる。

第４実施形態：図１０は本発明の第４実施形態を示すものである。

この第４実施形態の蒸発器２００Ｃは、左下端に設けられた冷媒導入口７に接続され且つ左上端に設けられた冷媒導出口の近傍まで延在するコネクタ４０１を備える以外は、第３実施形態と同様の構造である。そのため、第３実施形態の効果に加え、導入管７１と排出管７２との接続位置が近接するため配管接続作業が容易となる。

なお、本発明の蒸発器は特に循環する冷媒の流量が低流量である場合に温度分布ムラが小さする効果が大きい。例えばコンプレッサが車両エンジンによって駆動される場合などはコンプレッサの駆動力に制限があってコンプレッサからの冷媒流量を高流量にできなため定常的に冷凍サイクル内を循環する冷媒量が低流量となるため、本発明の蒸発器をこのような冷凍サイクルに接続すると特に好適である。

図１は第１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は図１中ＩＩＩ−ＩＩＩ断面図。 図４はチューブの構造を示す斜視図。 図５はタンクの仕切部を備える金属薄板を示す斜視図。 図６は蒸発器内の冷媒の流れを示す概略図。 図７は蒸発器内の液相冷媒の分布を示す概略図。 図８は第２実施形態の蒸発器を示す概略図。 図９は第３実施形態の蒸発器を示す概略図。 図１０は第４実施形態の蒸発器を示す概略図。 第１比較例の入口側熱交換部の液相冷媒の分布を示す概略図。 第２比較例の入口側熱交換部の液相冷媒の分布を示す概略図。

符号の説明

１…蒸発器
７…冷媒導入口
８…冷媒導出口
９…連通部
１０…入口側熱交換部
１０ａ…第１パス（下降流パス）
１０ｂ…第２パス（上昇流パス）
１０ｃ…第３パス（下降流パス）
１１…上部タンク
１２…下部タンク
２０…出口側熱交換部
２０ａ…第１パス（上昇流パス）
２０ｂ…第２パス（下降流パス）
２０ｃ…第３パス（上昇流パス）
２１…上部タンク
２２…下部タンク
３０…チューブ
３１…熱交換通路
２００…蒸発器（第２実施形態）
２００Ｂ…蒸発器（第３実施形態）
２００Ｃ…蒸発器（第４実施形態）
２１０…入口側熱交換部
２１０ａ…第１パス（上昇流パス）
２１０ｂ…第２パス（下降流パス）
２２０…出口側熱交換部
２２０ａ…第１パス（上昇流パス）
２２０ｂ…第２パス（下降流パス）
２２０ｃ…第３パス（上昇流パス）
Ｌ…冷媒不足部分

Claims (9)

1. 上下方向に延在し且つ左右方向に積層された複数の熱交換通路（３１）と、前記熱交換通路（３１）の上下両端に接続され熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンク（１１、１２）と、を有する熱交換部（１０、２０）を備え、
   前記熱交換部（１０、２０）を通風方向に向けて二層に配置し、
   一方の熱交換部（１０）の左右方向一方に冷媒導入口（７）を設け且つ他方の熱交換部（２０）の左右方向一方に冷媒導出口（８）を設けるとともに左右方向他方に両熱交換部（１０、２０）を連通する連通部（９）を設けることで、前記一方の熱交換部（１０）に冷媒を流通させた後に続けてその冷媒を他方の熱交換部（２０）に流通させる蒸発器（１）であって、
   前記冷媒の入口側の熱交換部（１０）を、３パスとし、
   前記冷媒の出口側の熱交換部（２０）を、２パス以上とし、
   前記入口側熱交換部（１０）の第１パス（１０ａ）を下降流とし且つ第２パス（１０ｂ）を上昇流パスとし且つ第３パス（１０ｃ）を下降流パスとし、また、前記出口側熱交換部の第１パス（２０ａ）を上昇流パスとし、
   前記入口側熱交換部の第１パス（１０ａ）の熱交換通路数を、他のいずれのパスの熱交換通路数よりも少なくし、
   前記入口側熱交換部の第２パス（１０ｂ）の熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第３パス（１０ｃ）の熱交換通路数以上とし、
   前記出口側熱交換部の第１パス（２０ａ）の熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第３パス（１０ｃ）の熱交換通路数よりも少なくしたことを特徴とする蒸発器（１）。
2. 請求項１に記載の蒸発器（１）であって、
   前記出口側熱交換部（１０）は、第１パス（１０ａ）から最終パス（１０ｃ）に向けて除々に熱交換通路数が多くなっていることを特徴とする蒸発器（１）。
3. 請求項１または２に記載の蒸発器（１）であって、
   前記入口側熱交換部の第１パス（１０ａ）の通路断面積は、前記冷媒導入口（７）の通路断面積以上であることを特徴とする蒸発器（１）。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の蒸発器（１）であって、
   前記各熱交換部（１０、２０）の熱交換通路（３１）はすべて同一の通路断面積で構成されていることを特徴とする蒸発器（１）。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の蒸発器（１）であって、
   前記冷媒導入口（７）および前記冷媒導出口（８）は近接配置されていることを特徴とする蒸発器（１）。
6. 上下方向に延在し且つ左右方向に積層された複数の熱交換通路（３１）と、前記熱交換通路（３１）の上下両端に接続され熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンク（１１、１２）と、を有する熱交換部（２１０、２２０）を備え、
   前記熱交換部（２１０、２２０）を通風方向に向けて二層に配置し、
   一方の熱交換部（２１０）の左右方向一方に冷媒導入口（７）を設け且つ他方の熱交換部（２２０）の左右方向一方に冷媒導出口（８）を設けるとともに左右方向他方に両熱交換部（２１０、２２０）を連通する連通部（９）を設けることで、前記一方の熱交換部（１０）に冷媒を流通させた後に続けてその冷媒を他方の熱交換部（２０）に流通させる蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）であって、
   前記冷媒の入口側の熱交換部（２１０）を、２パスとし、
   前記冷媒の出口側の熱交換部（２２０）を、２パス以上とし、
   前記入口側熱交換部（２１０）の第１パス（２１０ａ）を上昇流パスとし且つ第２パス（２１０ｂ）を下降流パスとするとともに前記出口側熱交換部の第１パス（２２０ａ）を上昇流パスとし、
   前記入口側熱交換部の第１パス（２１０ａ）の熱交換通路数を、前記入口側熱交換部の第２パス（２１０ｂ）の熱交換通路数以上とし、
   前記出口側熱交換部の第１パスの熱交換通路数（２２０ａ）を、前記入口側熱交換部の第２パス（２１０ｂ）の熱交換通路数よりも少なくしたことを特徴とする蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）。
7. 請求項６に記載の蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）であって、
   前記出口側熱交換部（２２０）は、第１パス（２２０ａ）から最終パスに向けて除々に熱交換通路数が多くなっていることを特徴とする蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）。
8. 請求項６または７に記載の蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）であって、
   前記各熱交換部（２１０、２２０）の熱交換通路はすべて同一の通路断面積で構成されていることを特徴とする蒸発器（２００、２００Ｂ、２００Ｃ）。
9. 請求項６〜８のいずれか１項に記載の蒸発器（２００）であって、
   前記冷媒導出口（７）および前記冷媒導入口（８）は近接配置されていることを特徴とする蒸発器（２００）。
   

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