JP2007078280A - 冷却用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気冷却用熱交換器の水飛び防止性を向上する。
【解決手段】 伝熱プレート１２の板面が重力方向に沿うように伝熱プレート１２を複数枚積層配置し、伝熱プレート１２には、空気を冷却する冷媒が流れる冷媒通路１５、１６を構成する突出部１４を重力方向に延びるように形成し、複数枚の伝熱プレート１２相互間に空気通路が構成され、伝熱プレート１２には、空気通路中に突き出す複数の接点リブ１７を形成し、風下側の下部領域における複数の接点リブ１７間の重力方向のピッチＰ１、Ｐ２を風下側の上部領域および風上側領域におけるピッチＰ３よりも小さくする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、空気を冷却することにより凝縮水が発生する冷却用熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用熱交換器等に用いて好適なものである。

従来、特許文献１、２においては、伝熱プレートに冷媒等の冷却流体が流れる内部通路を構成する突出部を一体成形するとともに、この突出部を伝熱プレート外側の空気流れの直進を妨げて乱れを発生する乱れ発生器として作用させるようにした熱交換器が提案されている。

これによると、空気流れを乱流化することによって空気側熱伝達率を向上できるので、通常のフィンアンドチューブ型の熱交換器におけるコルゲートフィン等のフィン部材を廃止できる。従って、伝熱プレートのプレス成形とろう付けのみで熱交換器を製造できる。

また、内部通路を構成する突出部が重力方向（上下方向）に延びるように配置することで、凝縮水を突出部の重力方向に延びる面に沿ってスムースに落下させることができる。そのため、通常のフィンアンドチューブ型の熱交換器に比較して排水性が良好である。
特開平１１−２８７５８０号公報 特開２００２−４８４９１号公報

しかし、本発明者の詳細な実験検討によると、特許文献１、２による従来技術では、凝縮水が熱交換器の風下側へ飛び出す現象が発生しやすく、水飛び防止性は満足すべきレベルに達していないことが分かった。

本発明は、上記点に鑑み、空気冷却用熱交換器の水飛び防止性を向上することを目的とする。

本発明では上記目的を達成するための技術的手段を以下のごとき実験的知見に基づいて案出している。

図１１は特許文献１、２の熱交換器における水飛び発生メカニズムを示すもので、水飛び発生メカニズムは、（１）ブリッジ水膜の破裂に基づくものと、（２）水滴落下に基づくものとの２つに大別される。

特許文献１、２の熱交換器では、伝熱プレート１２に重力方向に延びる突出部１４を一体成形し、この突出部１４の内側に冷却流体が流れる内部通路を構成している。また、伝熱プレート１２のうち、突出部１４の側面部の長手方向（重力方向）の複数箇所に接点リブ１７を一体成形し、この接点リブ１７の頂部同士を圧接して接合することにより、伝熱プレート１２相互間の接合を確実に行うようにしている。

最初に、図１１の左欄部にてブリッジ水膜の破裂に基づく水飛び発生メカニズム（１）を説明する。伝熱プレート１２のうち、接点リブ１７の形成部位では伝熱プレート１２の表面で発生する凝縮水との接触面積が増えるので、凝縮水が接点リブ１７により一時的に保持され、接点リブ１７の形成部位に凝縮水が集まる。

そして、この凝縮水は重力により接点リブ１７の下部へ移動して、伝熱プレート１２の平坦な基板部１３と隣接する突出部１４の頂部との間をブリッジ状に結合するブリッジ水膜Ｄが形成される。

接点リブ１７上方からの凝縮水供給によってこのブリッジ水膜Ｄが（ｂ）に示すように成長し、その重みを増すことでブリッジ水膜Ｄは重力により下方へ引っ張られる。また、送風空気の風圧を受けることでブリッジ水膜Ｄは風下側にも引っ張られる。これにより、ブリッジ水膜Ｄは下方および風下側の両方へ極めて薄く膨らむ。（ｂ）において、風向きは紙面奥側から紙面手前側への方向である。

ここで、複数の接点リブ１７相互間の重力方向のピッチ（間隔）が大きいと、ブリッジ水膜Ｄの膨らみが膜状態維持の限界に達して、ブリッジ水膜Ｄが（ｃ）に示すように破裂し、細かな水滴Ｅとなる。従って、このブリッジ水膜Ｄの破裂が熱交換器の空気通路の最も風下側で発生すると、水滴Ｅがそのまま送風空気の流れに乗って熱交換器の風下側へ飛び出す。

なお、上記現象は接点リブ１７の下側部位だけでなく他の場所でも発生するが、接点リブ１７の下側部位で特に発生しやすい。

次に、図１１の右欄部にて水滴落下に基づく水飛び発生メカニズム（２）を説明すると、冷房高負荷時のように凝縮水発生量が多い条件とか上述のブリッジ水膜の破裂が生じた際には、（ｄ）に示すように比較的水量の多い水滴Ｆが発生しやすい。そして、所定量以上の水滴Ｆが接点リブ１７の下側から落下して、（ｅ）に示すように下方の接点リブ１７に当たる。

ここで、複数の接点リブ１７相互間の重力方向のピッチ（間隔）が大きいと、水滴Ｆの位置エネルギーが大きいので、水滴Ｆが下方の接点リブ１７に当たった時の衝突エネルギーが大きくなって、その際の反発で水滴Ｆが風下側へ勢い良く飛び散る。

従って、この水滴Ｆの落下、水跳ねが熱交換器の空気通路の最も風下側で発生すると、水滴Ｆがそのまま送風空気の流れに乗って熱交換器の風下側へ飛び出す。なお、上記現象は、熱交換器のうちでも水量の多い風下側下部領域にて起こりやすい。そして、熱交換器の下側タンク部においても凝縮水が落下して跳ね返るという現象が起きる。

上記した水飛び発生メカニズムの解析から理解されるように、伝熱プレート（１２）の重力方向に接点リブ（１７）のような突起を複数個分散配置する構成を有する熱交換器では、この複数個の突起相互間の重力方向のピッチ（間隔）が水飛び発生状況に大きく影響することが判明した。

そこで、本発明では、上記点に鑑みて、空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
前記伝熱プレート（１２）には、前記空気通路（１８）中に突き出す複数の突起（１７）が形成され、
前記伝熱プレート（１２）に、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを所定値以下にした風下側領域と、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを前記風下側領域よりも大きくするか、前記突起（１７）を形成しない風上側領域とを設けることを第１の特徴としている。

これによると、伝熱プレート（１２）の風下側領域における複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを風上側領域のピッチよりも小さくした構成を採用できる。そのため、風下側領域では、前述の水飛び発生メカニズム（１）におけるブリッジ水膜Ｄの膨らみが膜状態維持の限界に達する前に、ブリッジ水膜Ｄが下側の次の突起に接触して比較的大きな水滴状（粒状）に変化する。それ故、ブリッジ水膜の破裂を未然に防止できるので、ブリッジ水膜の破裂に基づく水滴が熱交換器風下側へ飛び出すことを抑制できる。

また、風下側領域の複数の突起間の重力方向のピッチを小さくすることにより、水滴の位置エネルギーが小さくなって、水滴が落下して下側の突起に当たった時の衝突エネルギーを小さくできる。その結果、前述の水飛び発生メカニズム（２）における、水滴落下に伴う水跳ねを十分抑制できるので、水滴落下に基づく水滴が熱交換器風下側へ飛び出すことを抑制できる。

以上の結果、空気冷却用熱交換器の水飛び防止性を十分向上できる。

また、本発明では、空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
前記伝熱プレート（１２）には、前記空気通路（１８）中に突き出す複数の突起（１７）が形成され、
前記伝熱プレート（１２）には、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを所定値以下にした風下側の下部領域と、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを前記風下側の下部領域よりも大きくするか、前記突起（１７）を形成しない風下側の上部領域とを設けることを第２の特徴としている。

ところで、伝熱プレート（１２）表面で発生した凝縮水は重力および空気流れの風圧の影響で伝熱プレート（１２）の風下側の下部領域に最も集まりやすい。

上記第２の特徴によれば、伝熱プレート（１２）の風下側の下部領域における複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを小さくするという構成を採用できるから、前述の水飛び発生メカニズム（１）（２）に基づく伝熱プレート風下側の下部領域からの水飛びを効果的に防止できる。

また、本発明では、空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
前記伝熱プレート（１２）には、前記伝熱プレート（１２）に付着した前記凝縮水を保持する複数の保水部（１７）が設けられ、
前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側領域では、前記空気の所定風速下において前記凝縮水が前記複数の保水部（１７）間を重力方向下方へ飛散することなく順次流下するように、前記複数の保水部（１７）間の重力方向のピッチが設定されていることを第３の特徴としている。

これによると、伝熱プレート（１２）の少なくとも風下側領域では、空気流れの所定風速下において凝縮水を複数の保水部（１７）間を重力方向下方へ飛散することなく順次流下させることができる。これにより、伝熱プレート（１２）の風下側領域からの水飛びを効果的に防止できる。

なお、上記第３の特徴において、保水部は、具体的には、伝熱プレート（１２）から空気通路（１８）中に突き出す突起（１７）にて構成できる。

また、本発明では、具体的には、伝熱プレート（１２）に突出部（１４）が重力方向に延びるように形成され、この突出部（１４）の内側に冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）が形成されるようになっている。

これによると、突出部（１４）の重力方向に延びる側面部に沿って凝集水を下方へスムースに流下させることができ、熱交換器全体としての排水性が良好である。

そして、上記各特徴における突起（１７）は、この突出部（１４）の側面部に形成したり、あるいは、突出部（１４）の側方に所定間隔をおいて形成してもよい。

また、本発明では、突起（１７）は、具体的には、隣接する２枚の伝熱プレート（１２）からそれぞれ空気通路（１８）中に突き出すように形成され、
隣接する２枚の伝熱プレート（１２）の突起（１７）同士を接合するようになっている。

これによると、複数枚の伝熱プレート（１２）相互間の接合時に複数枚の伝熱プレート（１２）相互の接合面に押圧力を加えた状態にて接合を行うことができ、複数枚の伝熱プレート（１２）相互間の接合を確実に行うことができる。

また、本発明では、具体的には、伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側領域における前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチが重力方向下方になるほど小さくなっている。

これにより、凝縮水が最も集まりやすい伝熱プレート（１２）風下側の下部領域からの水飛びをより効果的に抑制できる。

また、本発明では、伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側の下部領域における複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを３０ｍｍ以下にすることを特徴とする。

ここで、「少なくとも風下側の下部領域」とは、伝熱プレート（１２）の風下側領域の重力方向中央部よりも下方の領域を意味している。

本発明者の実験検討によると、複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを３０ｍｍ以下にすることで、後述の図７に例示するように、水飛び開始風速を所定値以上に高めて、実用上支障のない水飛び防止性を確保できることを確認できた。

そして、複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを１８ｍｍ以下にすることで、水飛び防止性をより一層向上できることを確認できた。

さらには、複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを７ｍｍ以上にすることで、熱交換器の通風抵抗の増加を僅少値に抑制できることを確認できた。

なお、上記各手段および特許請求の範囲の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

（第１実施形態）
第１実施形態は本発明を車両空調用蒸発器に適用した例であり、まず、最初に車両空調用蒸発器１０の全体構成を説明する。図１は蒸発器全体構成の概要を示す分解斜視図で、図２は図１に対して冷媒通路構成を示す矢印経路を付加した分解斜視図である。図３は図１のＩ−Ｉ断面図で、図４は同じく図１のＪ−Ｊ断面図であり、図３、図４は伝熱プレート１２の断面積層構造を示す。図５は伝熱プレート１２単体の正面図である。

図１、図２に示す蒸発器全体構成は前述の特許文献１、２と基本的には同一でよい。蒸発器１０は、空調用空気の流れ方向Ａと、伝熱プレート部での冷媒流れ方向Ｂ（図１、図２に示す上下方向）とが直交し、かつ、冷媒流れの上流（入口）側通路部が空気流れ方向Ａの下流側（風下側）に位置し、冷媒流れの下流（出口）側通路部が空気流れ方向Ａの上流側（風上側）に位置する直交対向流型熱交換器として構成されている。なお、蒸発器１０においては空気が被冷却流体（外部流体）であり、冷媒が冷却流体（内部流体）となる。

この蒸発器１０は、空調用空気と冷媒との熱交換を行うコア部１１を、多数枚の伝熱プレート１２を空気流れ方向Ａと直交する方向（図示左右方向）に積層するだけで構成している。多数枚の伝熱プレート１２は、より具体的には、その板面が重力方向に沿って広がるように積層配置される。

なお、伝熱プレート１２のうち上下両端部には後述のタンク部２０〜２３が形成され、このタンク部２０〜２３の形成部位は空気が通過しないので、コア部１１は伝熱プレート１２のうち上下両端のタンク部２０〜２３を除く中間部分に構成される。

そして、各伝熱プレート１２は、金属薄板材、具体的には、Ａ３０００系のアルミニウム芯材の両面にＡ４０００系のアルミニウムろう材をクラッドした両面クラッド材をプレス成形したものである。伝熱プレート１２の板厚ｔ（図３、４）は、例えば、０．１５ｍｍ程度の微小寸法である。この伝熱プレート１２は概略長方形の平面形状を有し、その外形寸法はいずれも同一である。

次に、伝熱プレート１２の具体的形状を図３〜図５により説明すると、各伝熱プレート１２は平坦な基板部１３から突出部１４を打ち出し成形している。この突出部１４は伝熱プレート１２の長手方向（重力方向）Ｂに連続して平行に延びるリブ形状であって、突出部１４の断面形状は図３、図４の例では概略半円状にしているが、突出部１４の断面形状を例えば、角部に丸みを付けた略台形状等の他の形状にしてもよい。

突出部１４の打ち出し高さＲｈ（図３）はチューブピッチＴｐ（図３、図４）の１／２に設定してある。突出部１４の打ち出し高さＲｈは伝熱プレート１２の板厚ｔ分を含む高さである。チューブピッチＴｐは伝熱プレート１２の配置間隔であり、例えば、３ｍｍである。

突出部１４の内側空間は内部通路を構成するようになっており、具体的には、冷凍サイクルの減圧手段（膨張弁等）を通過した後の低圧側冷媒が流れる冷媒通路１５、１６を構成する。ここで、伝熱プレート１２の長手方向Ｂが重力方向を向くように蒸発器１０は配置される。このため、突出部１４の長手方向Ｂも重力方向に向くようになっている。

そして、一方の伝熱プレート１２の各突出部１４相互の間隔である突出部ピッチＲｐ（図３）の中心位置に接合相手となる他方の伝熱プレート１２の各突出部１４が位置する。そのため、一対の伝熱プレート１２、１２を、互いの突出部１４が外側へ向くように向かい合わせて、互いの基板部１３同士を接触させ接合すると、一方の伝熱プレート１２の各突出部１４の内面側は他方の伝熱プレート１２の基板部１３の壁面により密封される。

従って、各突出部１４の内面と相手側の伝熱プレート１２の基板部１３との間に冷媒通路１５、１６を構成することができる。ここで、冷媒通路１５は空気流れ方向Ａの下流側領域に位置する風下側冷媒通路を構成し、また、冷媒通路１６は空気流れ方向Ａの上流側領域に位置する風上側冷媒通路を構成する。

なお、図３、図４では、一対の伝熱プレート１２、１２における突出部１４の打ち出し数をそれぞれ５個ずつとし、これに対し、図１、図２では、一対の伝熱プレート１２、１２の一方における突出部１４の打ち出し数を６個とし、他方の伝熱プレート１２における突出部１４の打ち出し数を５個とする例を図示しているが、この突出部１４の打ち出し数、すなわち、冷媒通路１５、１６の数は蒸発器１０の必要性能、外形状等に応じて増減してよいことはもちろんである。

一方、伝熱プレート１２の長手方向Ｂの両端部に、それぞれ伝熱プレート幅方向（空気流れ方向Ａ）に分割されたタンク部２０〜２３が２個づつ形成してある。すなわち、伝熱プレート１２の上端部には２個のタンク部２０、２２が形成され、また、下端部には２個のタンク部２１、２３が形成されている。

このタンク部２０〜２３は各伝熱プレート１２において、突出部１４と同一方向に打ち出されるもので、タンク部２０〜２３の打ち出し高さは突出部１４の打ち出し高さＲｈと同じであり、チューブピッチＴｐ（図３、図４）の１／２になっている。隣接する各タンク部２０〜２３はその頂部が接触して接合される。

これらのタンク部２０〜２３のうち、風下側タンク部２０、２１の間は風下側冷媒通路１５により連通し、また、風上側タンク部２２、２３の間は風上側冷媒通路１６により連通する。なお、突出部１４の打ち出し高さＲｈを各タンク部２０〜２３の打ち出し高さと同一とせずに、各タンク部２０〜２３の打ち出し高さに対して若干量増減してもよい。

各突出部１４は、重力方向にほぼ沿って延在する第１部位と、この第１部位から重力方向と交差する方向へ延び出す第２部位とを有している。第１部位は、凝縮水の流れを目立って妨げることはない。一方、第２部位は、第１部位に比べて凝縮水の流下を妨げ易いように、その位置、形状が与えられている。これら第２部位は、第１部位に比べて、凝縮水を水滴状に保持しやすいように、その位置、形状が与えられている。この実施形態では、第１部位は直線状の隆起部としての冷媒流路によって提供され、第２部位は隆起部から横方向に伸び出す突起部としての接点リブ１７によって提供されている。

そして、各突出部１４には、その側面部から伝熱プレート幅方向（空気流れ方向Ａ）へ突出する小突起からなる接点リブ１７を形成している。具体的には、後述の空気通路１８（図３）を形成するように対向する２枚の伝熱プレート１２、１２のうち、一方の伝熱プレート１２（図４の下側伝熱プレート１２）では、突出部１４の側面部から風下側へ突出するように多数の接点リブ１７を一体成形している。他方の伝熱プレート１２（図４の上側伝熱プレート１２）では、突出部１４の側面部から風上側へ突出するように多数の接点リブ１７を一体成形している。なお、図５では、突出部１４の側面部から風下側へ突出するように多数の接点リブ１７を一体成形した伝熱プレート１２を示している。

この接点リブ１７の平面形状は本例では図１のＺ部に拡大図示するように滑らかな半円状になっているが、接点リブ１７を半円状以外の平面形状（例えば、角部を丸めた矩形状、多角形状等）に変形できることはもちろんである。

図４に示すように接点リブ１７の打ち出し高さは突出部１４の打ち出し高さＲｈと同一高さもしくはＲｈよりも若干高くなっており、接点リブ１７の内側空間は図４に示すように各突出部１４の内側に形成される冷媒通路１５、１６の空間に連通している。

そして、接合される２枚の伝熱プレート１２の接点リブ１７の頂部同志を図４に示すように当接させ、この接点リブ１７同志の当接部に伝熱プレート積層方向の押圧力を加えた状態で蒸発器１０全体の一体ろう付けを行う。

これにより、伝熱プレート１２のうち、長手方向両端のタンク部１５〜１８を除く中間部位（冷媒通路１５、１６の形成部位）でも伝熱プレート１２の基板部１３同志を全面的に確実に当接させて、この基板部１３同志の当接面を良好にろう付けすることができる。よって、ろう付け不良による冷媒通路１５、１６からの冷媒洩れを防止できる。

上記のように、伝熱プレート１２の基板部１３同志を全面的に確実に当接させるために、接点リブ１７を伝熱プレート長手方向（重力方向）Ｂに多数個分散形成している。本実施形態では、図５に示すように、重力方向に延びる複数個の突出部１４のうち、最も風下側に位置する突出部１４の側面部に形成される接点リブ１７について水飛び防止のための工夫をしている。

すなわち、最も風下側の突出部１４の上下方向（重力方向）において、下方領域Ｇでは接点リブ１７の配置個数を増やして接点リブ１７相互間の重力方向のピッチＰ１、Ｐ２を、他の領域（風下側の上方領域および風上側領域）におけるピッチＰ３に比較して十分小さくしている。更に、風下側の下方領域Ｇの中でも、上側のピッチＰ１よりも下側のピッチＰ２をより一層小さくしている。接点リブ１７の重力方向のピッチＰ１、Ｐ２、Ｐ３とは隣接する接点リブ１７の中心間の距離である。

なお、図５では、上下方向に延びる５本の突出部１４のうち、２本の突出部１４を波状に屈曲する形状にしているが、これは、特許文献２と同様に突出部１４の空気流れ後端側で発生する渦を分断して送風異音を低減するために形成している。

ところで、２枚の伝熱プレート１２の突出部１４の凸面側が互いに外側に向かうように、しかも、２枚の伝熱プレート１２の突出部１４が伝熱プレート幅方向において互いにずれるように配置して、２枚の伝熱プレート１２の基板部１３同志を当接させると、各突出部１４が隣接する他の伝熱プレート１２の基板部１３により形成される凹面部に位置する。

その結果、各突出部１４の凸面側の頂部と、隣接する他の伝熱プレート１２の基板部１３（凹面部）との間に必ず空隙が形成される。この空隙は突出部１４の打ち出し高さＲｈに相当する隙間であり、図３に示すように、伝熱プレート１２の幅方向（空気流れ方向Ａ）の全長にわたって波状に蛇行した空気通路１８が連続して形成される。

従って、矢印Ａからの送風空気は、上記空気通路１８を図３の矢印Ａ₁ のように波状に蛇行しながら２枚の伝熱プレート１２の間を通り抜けることができる。

上述のように、タンク部２０〜２３を突出部１４と同一方向に打ち出すとともに、突出部１４の打ち出しによる凹形状の長手方向両端部がタンク部２０〜２３の打ち出し凹形状に連続するようにしてあるので、風上側の冷媒通路１６の両端部は風上側の上下のタンク部２２、２３に連通し、また、風下側の冷媒通路１５の両端部は風下側の上下のタンク部２０、２１に連通する。

ここで、伝熱プレート上側の風下側タンク部２０と風上側タンク部２２はそれぞれ独立した冷媒流路を区画形成し、また、伝熱プレート下側の風下側タンク部２１と風上側タンク部２３はそれぞれ独立した冷媒流路を区画形成する。

各タンク部２０〜２３の頂部中央部にはそれぞれ連通開口２０ａ〜２３ａが開口しているので、隣接する各タンク部２０〜２３の打ち出し頂部を互いに当接して接合することにより、この連通開口２０ａ〜２３ａ相互間を連通できる。

これにより、図１、２に示す左右方向（伝熱プレート積層方向）において、隣接する伝熱プレート相互間でタンク部２０〜２３同士の冷媒流路を互いに連通させることができる。

次に、コア部１１に対する冷媒の入出を行う部分について説明すると、図１、図２に示すように、伝熱プレート積層方向の両端側には、伝熱プレート１２と同一の大きさを持ったエンドプレート２４、２５が配設されている。このエンドプレート２４、２５はいずれも伝熱プレート１２のタンク部２０〜２３の凸面側に当接して伝熱プレート１２と接合される平坦な板形状になっている。

図１、２の左側のエンドプレート２４の上端部近傍の穴部には冷媒入口パイプ２４ａおよび冷媒出口パイプ２４ｂが接合され、この冷媒入口パイプ２４ａは、最も左側の伝熱プレート１２の上端部に形成されている風下側タンク部２０の頂部の連通開口２０ａと連通する。また、冷媒出口パイプ２４ｂは、最も左側の伝熱プレート１２の上端部に形成されている風上側タンク部２２の頂部の連通開口２２ａと連通する。

上記左側のエンドプレート２４は、伝熱プレート１２と同様のアルミニウム両面クラッド材からなり、冷媒入口、出口パイプ２４ａ、２４ｂとろう付けにて接合される。右側のエンドプレート２５は、伝熱プレート１２と接合される側の面のみにろう材をクラッドした片面クラッド材からなる。

上記冷媒入口パイプ２４ａには、図示しない膨張弁等の減圧手段で減圧された低圧の気液２相冷媒が流入する。これに対し、冷媒出口パイプ２４ｂは図示しない圧縮機吸入側に接続され、蒸発器１０で蒸発した気相冷媒を圧縮機吸入側に導くものである。

図１、２の左右方向に積層される多数枚の伝熱プレート１２群において、前述した突出部１４の内側に形成される風下側の冷媒通路１５は、冷媒入口パイプ２３からの冷媒が流入するため、蒸発器全体の冷媒通路の中で、入口側冷媒通路を構成する。

これに対し、前述した突出部１４の内側に形成される風上側の冷媒通路１６は、風下側（入口側）の冷媒通路１５を通過した冷媒が流入し、冷媒出口パイプ２４ｂへと冷媒を流出させるため、出口側冷媒通路を構成することになる。

次に、蒸発器１０全体としての冷媒通路を図２により説明すると、蒸発器１０の上下両端部に位置するタンク部２０〜２３のうち、風下側のタンク部２０、２１が冷媒入口側タンク部を構成し、また、風上側のタンク部２２、２３が冷媒出口側タンク部を構成している。

風下側の上側の冷媒入口側タンク部２０は、伝熱プレート１２の積層方向の中間位置（領域Ｘと領域Ｙの境界部）に配設した仕切り部（図示せず）により、図２左側流路（領域Ｘ側の流路）と図２右側流路（領域Ｙ側の流路）とに仕切られている。

同様に、風上側の上側の冷媒出口側タンク部２２も、同様に中間位置に配設した仕切り部により、図２左側流路（領域Ｘ側の流路）と図２右側流路（領域Ｙ側の流路）とに仕切られている。これらの仕切り部は、前述した伝熱プレート１２のうち、当該中間位置に位置する伝熱プレートのみ、そのタンク部２０、２２の頂部の連通開口部を閉塞した遮断壁形状（盲蓋形状）のものを使用することにより簡単に構成できる。

図２の冷媒通路構成によると、膨張弁で減圧された低圧の気液２相冷媒が冷媒入口パイプ２４ａから矢印ａのように風下側の上側の入口側タンク部２０に入る。この入口側タンク部２０の流路は上記図示しない仕切り部により左右の領域ＸとＹに分断されているので、冷媒は入口側タンク部２０の左側領域Ｘの流路のみに入る。

そして、冷媒は図２の左側領域Ｘにおいて、伝熱プレート１２の風下側突出部１４により形成される冷媒通路１５を矢印ｂのように下降して下側の入口側タンク部２１に入る。次に、冷媒はこの下側の入口側タンク部２１を矢印ｃのように図２の右側領域Ｙに移行し、この右側領域Ｙにおける伝熱プレート１２の風下側突出部１４により形成される冷媒通路１５を矢印ｄのように上昇して上側の入口側タンク部２０の右側領域Ｙの流路に入る。

ここで、最も右側の伝熱プレート１２の入口側タンク部２０の連通開口２０ａは、右側エンドプレート２５の上端部付近に形成されている連通路（図示せず、矢印ｆ参照）によって最も右側の伝熱プレート１２の上側に位置する出口側タンク部２２の連通開口２２ａに連通している。

従って、上側の入口側タンク部２０の右側領域Ｙの流路に入った冷媒は矢印ｅのように右側へ流れた後に矢印ｆのように右側エンドプレート２５の上端部付近の連通路（図示せず）を通過して上側の出口側タンク部２２の右側領域Ｙの流路に入る。

ここで、この出口側タンク部２２の流路は上記図示しない仕切り部により左右の領域ＸとＹに分断されているので、冷媒は矢印ｇのように出口側タンク部２２の右側領域Ｙの流路のみに入る。次に、冷媒はこのタンク部２２の右側領域Ｙから、伝熱プレート１２の風上側突出部１４により形成される冷媒通路１６を矢印ｈのように下降して下側の出口側タンク部２３の右側領域Ｙに入る。

この右側領域Ｙから冷媒は下側の出口側タンク部２３を矢印ｉのように図２の左側領域Ｘに移行し、その後、伝熱プレート１２の風上側突出部１４により形成される冷媒通路１６を矢印ｊのように上昇して上側の出口側タンク部２２の左側領域Ｘの流路に入る。この出口側タンク部２２を冷媒は矢印ｋのように左側へ流れて、冷媒出口パイプ２４ｂから蒸発器外部へ流出する。

図１、２の蒸発器１０では冷媒通路が以上のように構成されており、図１、２に示す各構成部品（１２、２４、２５、２４ａ、２４ｂ）を相互に当接した状態に積層して、その積層状態（組付状態）を適宜の治具により保持してろう付け加熱炉内に搬入して、組付体をろう材の融点まで加熱することにより組付体を一体ろう付けする。これにより、蒸発器１０の組付を完了できる。

次に、上記蒸発器１０の作用を説明すると、蒸発器１０は図示しない空調ユニットケース内に図１、２の上下方向を上下にして収容され、図示しない空調用送風機の作動により矢印Ａ方向に空気が送風される。

そして、冷凍サイクルの圧縮機が作動すると、図示しない膨張弁により減圧された低圧側の気液２相冷媒が前述した図２の矢印ａ〜ｋの通路構成に従って流れる。一方、伝熱プレート１２の外面側に凸状に突出している突出部１４と基板部１３の間に形成される隙間により、伝熱プレート幅方向（空気流れ方向Ａ）の全長にわたって図３の矢印Ａ１のごとく波状に蛇行した空気通路１８が連続して形成されている。

その結果、矢印Ａ方向に送風される空調空気は、上記空気通路１８を矢印Ａ１のごとく波状に蛇行しながら２枚の伝熱プレート１２、１２の間を通り抜けることができ、この空気の流れから冷媒は蒸発潜熱を吸熱して蒸発するので、矢印Ａ方向に送風される空調空気は冷却され、冷風となる。

この際、空調空気の流れ方向Ａに対して、風下側に入口側冷媒通路１５を、また、風上側に出口側冷媒通路１６を配置することにより、空気流れに対する冷媒出入口が対向流の関係となる。

さらに、空気側においては、空気流れ方向Ａが、伝熱プレート１２の突出部１４の長手方向（冷媒通路１５、１６での冷媒流れ方向Ｂ）に対して直交する方向になっており、突出部１４が空気流れと直交状に突出する凸状の伝熱面を形成しているので、空気はこの直交状に延びる突出部１４の凸面形状により直進を妨げられる。しかも、空気流れは突出部１４の凸面形状を乗り越えることで局所的に流路面積の拡大、縮小を繰り返す。このため、空気流れが乱れて乱流状態となり、突出部１４表面での空気側熱伝達率を飛躍的に向上することができる。

ところで、蒸発器１０は、図１、図２に示すように伝熱プレート１２の長手方向が重力（上下）方向となるように配置されて実際に使用される。そして、使用状態において、送風空気が２枚の伝熱プレート１２の間の空気通路１８（図３）を矢印Ａ₁ のように波状に蛇行しながら通り抜けるときに、送風空気が重力方向に延びる突出部１４の凸面の前方側に衝突して凝縮水を発生し、この凝縮水が空気流れの風圧により突出部１４の凸面の後方側に移動し、この突出部１４の凸面の後方側に沿って凝縮水が重力にて下方へ落下するという現象が起きる。

この際に、突出部１４の側面部の重力方向の複数箇所に、半円状の小突起からなる接点リブ１７を分散配置し、対向する２枚の伝熱プレート１２の接点リブ１７同士を接合しているから、この接点リブ１７の形成部位は凝縮水との接触面積を増やして凝縮水を一時的に捕捉し、保持する保水部としての役割を果たすことになる。そして、接点リブ１７上面側の凝縮水は自重にて順次、接点リブ１７の下側に移動する。

このような凝縮水の挙動は、空気流れの風圧の影響および重力の影響で伝熱プレート１２の風下側で、かつ、下部領域ほど顕著となる。従って、前述した図１１にて説明した２つの水飛び発生メカニズム（１）（２）も伝熱プレート１２の風下側で、かつ、下部領域ほど顕著に現れて、蒸発器１０からの水飛びが発生し易い。

そこで、本実施形態においては、最も風下側の突出部１４の重力方向（上下方向）において、下部領域Ｇでは接点リブ１７の配置個数を増やして接点リブ１７相互間の重力方向のピッチＰ１、Ｐ２を、他の領域（風下側の上部領域および風上側領域）におけるピッチＰ３に比較して十分小さくしている。

これによると、接点リブ１７の下側に集まってきた凝縮水が水飛び発生メカニズム（１）におけるブリッジ水膜Ｄを形成した場合にも、ピッチＰ１、Ｐ２が小さいので、ブリッジ水膜Ｄの膨らみが膜状態維持の限界に達する前に、ブリッジ水膜Ｄが下側の次の接点リブ１７に接触して比較的大きな水滴状（粒状）となるので、ブリッジ水膜の破裂を未然に防止できる。

また、水飛び発生メカニズム（２）における水滴落下が発生する場合でも、、ピッチＰ１、Ｐ２が小さいので、水滴の位置エネルギーが小さくなって、水滴が落下して下側の接点リブ１７に当たった時の衝突エネルギーが小さくなる。その結果、図６に示すように落下してきた水滴を下側の接点リブ１７にて飛散することなく一時的に保持することができ、順次下方へと流下させることができる。そのため、水滴落下に伴う水跳ねに起因する水飛びも十分抑制できる。

以上の結果、伝熱プレート１２のみでコア部１１が構成される、いわゆるフィンレスタイプの蒸発器１０において、水飛び防止性を十分向上できる。

特に、本実施形態では、風下側の下部領域Ｇの中でも、上側のピッチＰ１よりも下側のピッチＰ２をより一層小さくしているので、風下側の最下方部での水飛びをより効果的に防止できる。

次に、本実施形態による水飛び防止効果を図７に示す実験データに基づいて具体的に説明する。図７の横軸は伝熱プレート１２の最も風下側における接点リブ１７相互間の重力方向のピッチである。なお、図５では、伝熱プレート１２の最も風下側における接点リブ１７相互間の重力方向のピッチをＰ２＜Ｐ１＜Ｐ３となるように変化させているが、図７の実験では、伝熱プレート１２の最も風下側における接点リブ１７相互間の重力方向のピッチを重力方向全域で一定としている。従って、図７の横軸の接点リブピッチは、伝熱プレート１２の最も風下側における接点リブ１７全体に適用されるピッチである。

図７の左側の縦軸は蒸発器１０からの水飛び開始風速であり、蒸発器１０の風下側直後に紙片を対向配置し、この紙片に水が付着したときの蒸発器送風空気の風速を水飛び開始風速として測定する。従って、この水飛び開始風速が高いほど水飛び防止性に優れていることになる。

図７の右側の縦軸は蒸発器１０の通風抵抗増加割合（％）であって、具体的には、接点リブピッチ＝５０ｍｍを基準ピッチとし、この基準ピッチ＝５０ｍｍを採用した蒸発器１０に対する通風抵抗増加割合（％）を示す。

なお、空気側の実験条件として、蒸発器吸い込み空気の温度が３０℃で、相対湿度ＲＨは７０％である。一方、冷媒側の実験条件としては、減圧装置上流側の高圧冷媒の圧力が１．６４ＭＰａで、過冷却度が５℃、蒸発器１０出口側の低圧冷媒の圧力が０．１８ＭＰａで、過熱度が１０℃である。また、接点リブ１７の根本部の最大幅Ｍ（図１のＺ部参照）＝３ｍｍとしている。

図７において実線（１）は水飛び開始風速であり、接点リブピッチを小さくするにつれて水飛び開始風速が上昇して水飛び防止性を向上できる。

ここで、接点リブピッチを３０ｍｍ以下にすると、水飛び開始風速を３．８ｍ／ｓ以上に高めることができる。この水飛び開始風速＝３．８ｍ／ｓというレベルは、コルゲートフィンを使用した通常のフィンアンドチューブ型蒸発器の水飛び開始風速と同等であるから、接点リブピッチを３０ｍｍ以下にすることで、通常のフィンアンドチューブ型蒸発器と同等の水飛び防止性を確保できる。

そして、接点リブピッチを１８ｍｍ以下にすることで、水飛び開始風速を５ｍ／ｓ以上に高めることができ、通常のフィンアンドチューブ型蒸発器に比較して水飛び防止性を十分向上できる。

一方、破線（２）に示す蒸発器の通風抵抗増加割合は、接点リブピッチ＝３０ｍｍ付近から上昇し始め、接点リブピッチ＝７ｍｍ付近から通風抵抗増加割合が急増する。従って、接点リブピッチの下限を７ｍｍとし、接点リブピッチを７ｍｍ以上に設定することにより、通風抵抗増加割合の増加割合を数％以下の僅少値に抑えることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、伝熱プレート１２の最も風下側のうち下部領域Ｇのみ接点リブ１７の数を増やして、風下側の下部領域Ｇにおける接点リブ１７相互間の重力方向のピッチＰ１、Ｐ２を風下側の上部領域等のピッチＰ３よりも小さくしているが、第２実施形態では、図８に示すように伝熱プレート１２の最も風下側のうち下部領域Ｇおよび上部領域Ｈにおける接点リブ１７の数を重力方向中間部よりも増やして、下部領域Ｇおよび上部領域Ｈにおける接点リブピッチを重力方向中間部の接点リブピッチよりも小さくしている。

なお、第１、第２実施形態の変形例として、伝熱プレート１２の最も風下側領域の重力方向全域の接点リブピッチを風上側領域の接点リブピッチよりも小さくしてもよい。このような変形例および第２実施形態のいずれにおいても、水飛び防止効果としては第１実施形態と同様の効果を発揮できる。

（第３実施形態）
図９は第３実施形態であり、伝熱プレート１２をその長手方向（重力方向）の中心線Ｓを中心とする線対称（上下対称）の形状にした例である。これによると、蒸発器組み付け工程において、伝熱プレート１２の上下逆組み付けによる不具合を防止できる。

（第４実施形態）
第１実施形態では、接点リブ１７を冷媒通路構成用の突出部１４の側面部に直接形成して、接点リブ１７の内部が突出部１４の内部に連通しているが、第４実施形態では、突出部１４の側面部から所定間隔をおいて接点リブ１７を独立に形成している。したがって、第４実施形態の接点リブ１７の内部は突出部１４の内部に連通しない。このようにしても、接点リブ１７本来の役割（ろう付け時に伝熱プレート１２の基板部１３同士を押圧する役割）は確保でき、かつ、水飛び防止効果も同様に発揮できる。

なお、第４実施形態では接点リブ１７の平面形状を円形としているが、円形に限らず、長円状等の他の形状に変更してもよい。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、以下のごとく種々変形可能である。

（１）上記実施形態では、伝熱プレート１２の基板部１３を単なる平坦面としているが、この基板部１３に空気通路１８へ突き出すフィン部を一体成形してもよい。このフィン部は例えば、コ字形状等の形状にて打ち出し成形されるものであって、フィン部の内外両面に沿って空気が流れるので、空気側伝熱面積を大幅に増加できる。また、フィン部の形成により温度境界層を薄くして、基板部１３での空気側熱伝達率を向上できる。

（２）上記実施形態では、ろう付け時に伝熱プレート１２の基板部１３同士を押圧するための接点リブ１７を有する蒸発器１０について説明したが、このような接点リブ１７を廃止し、その代わりに、一方の伝熱プレート１２に、他方の伝熱プレート１２の板面との間に空隙を介在する突起を形成し、この突起を他方の伝熱プレート１２の板面に接合しない構成を有する蒸発器において、この突起の重力方向のピッチを本発明の考え方で設定するようにしてもよい。

（３）上記実施形態では、接点リブ１７を伝熱プレート１２の風上側から風下側の全域に形成する例について説明したが、伝熱プレート１２表面で発生した凝縮水は重力および空気流れの風圧の影響で伝熱プレート１２の風下側の下部領域に最も集まりやすい。そこで、伝熱プレート１２の風上側領域および風下側の上部領域における接点リブ１７等の突起を廃止して、伝熱プレート１２の風下側の下部領域のみに接点リブ１７等の突起を設けるようにしてもよい。

（４）上記実施形態では、伝熱プレート１２が上下方向（重力方向）に沿って広がる板面を提供する旨、および突出部１４が上下方向（重力方向）に延びるように配置する旨説明しているが、これらの上下方向（重力方向）に沿った配置とは水平面に対する垂直方向に正確に一致したものだけに限定されるものではなく、凝縮水の排水性を損なわない範囲で伝熱プレート１２ａ〜１２ｃおよび突出部１４を垂直方向から多少傾斜配置してもよい。例えば、伝熱プレート１２の板面は、凝縮水の流下を妨げない程度に、垂直方向から傾斜させることができる。また、例えば、伝熱プレート１２の板面が垂直配置された場合であっても、突出部１４を垂直方向に対して傾斜するように形成することができる。

（５）上記実施形態では、完全に切り離された２枚の伝熱プレート１２を積層して接合することにより、突出部１４の内側に冷媒通路（内部通路）１５、１６を形成しているが、上記実施形態における２枚の伝熱プレート１２に相当する大きさ、形状を持った１枚の伝熱プレートを用意し、この１枚の伝熱プレートをその中央部で折り曲げて半分の大きさに重ね合わせ、その後に、この１枚の伝熱プレートの折り曲げ形状を接合することにより、突出部１４の内側に冷媒通路（内部通路）１５、１６を形成してもよい。

つまり、本発明において「伝熱プレート１２を２枚１組として用いる」とは、完全に切り離された２枚の伝熱プレート１２を用いて積層する場合と、１枚の伝熱プレートをその中央部で折り曲げて半分の大きさに重ね合わせる場合の両方を包含する。

（６）上記実施形態では、伝熱プレート１２の冷媒通路１５、１６を冷凍サイクルの低圧側の低温冷媒が流れる蒸発器１０に本発明を適用した場合について説明したが、伝熱プレート１２の冷媒通路１５、１６を他の種類の冷却流体、例えば、冷水が流れる冷却用熱交換器等にも本発明は同様に適用できる。

本発明の第１実施形態による蒸発器の分解斜視図である。 第１実施形態による蒸発器の冷媒流路構成を示す分解斜視図である。 図１のＩ−Ｉ断面図である。 図１のＪ−Ｊ断面図である。 第１実施形態による伝熱プレートを示す正面図である。 第１実施形態による凝縮水の挙動の説明図である。 蒸発器の水飛び開始風速および通風抵抗増加割合の実験結果を示すグラフである。 第２実施形態による伝熱プレートを示す正面図である。 第３実施形態による伝熱プレートを示す正面図である。 第４実施形態による接点リブの形態を示す伝熱プレートの一部正面図である。 水飛び発生メカニズムの説明図である。

符号の説明

１２…伝熱プレート、１３…基板部、１４…突出部、
１５、１６…冷媒通路（流体通路）、１７…接点リブ（突起）。

Claims (11)

1. 空気を冷却することにより凝縮水を発生する冷却用熱交換器であって、
   前記空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
   前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
   前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
   前記伝熱プレート（１２）には、前記空気通路（１８）中に突き出す複数の突起（１７）が形成され、
   前記伝熱プレート（１２）に、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを所定値以下にした風下側領域と、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを前記風下側領域よりも大きくするか、前記突起（１７）を形成しない風上側領域とを設けることを特徴とする冷却用熱交換器。
2. 空気を冷却することにより凝縮水を発生する冷却用熱交換器であって、
   前記空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
   前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
   前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
   前記伝熱プレート（１２）には、前記空気通路（１８）中に突き出す複数の突起（１７）が形成され、
   前記伝熱プレート（１２）には、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを所定値以下にした風下側の下部領域と、前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを前記風下側の下部領域よりも大きくするか、前記突起（１７）を形成しない風下側の上部領域とを設けることを特徴とする冷却用熱交換器。
3. 空気を冷却することにより凝縮水を発生する冷却用熱交換器であって、
   前記空気を冷却する冷却流体が流れる流体通路（１５、１６）を構成する伝熱プレート（１２）を有し、
   前記伝熱プレート（１２）は、その板面が重力方向に沿うように複数枚積層配置され、
   前記複数枚の伝熱プレート（１２）相互間に前記空気が流れる空気通路（１８）が構成され、
   前記伝熱プレート（１２）には、前記伝熱プレート（１２）に付着した前記凝縮水を保持する複数の保水部（１７）が設けられ、
   前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側領域では、前記空気の所定風速下において前記凝縮水が前記複数の保水部（１７）間を重力方向下方へ飛散することなく順次流下するように、前記複数の保水部（１７）間の重力方向のピッチが設定されていることを特徴とする冷却用熱交換器。
4. 前記保水部は、前記伝熱プレート（１２）から前記空気通路（１８）中に突き出す突起（１７）であることを特徴とする請求項３に記載の冷却用熱交換器。
5. 前記伝熱プレート（１２）には突出部（１４）が重力方向に延びるように形成され、
   前記流体通路（１５、１６）は前記突出部（１４）の内側に形成され、
   前記突起（１７）は、前記突出部（１４）の側面部に形成されることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
6. 前記伝熱プレート（１２）には重力方向に延びるようにように形成された突出部（１４）が形成され、
   前記流体通路（１５、１６）は前記突出部（１４）の内側に形成され、
   前記突起（１７）は、前記突出部（１４）の側方に所定間隔をおいて形成されることを特徴とする請求項１、２、４のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
7. 前記突起（１７）は、隣接する２枚の伝熱プレート（１２）からそれぞれ前記空気通路（１８）中に突き出すように形成され、
   前記隣接する２枚の伝熱プレート（１２）の前記突起（１７）同士を接合することを特徴とする請求項１、２、４、５、６のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
8. 前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側領域における前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチが重力方向下方になるほど小さくなっていることを特徴とする請求項１、２、４、５、６、７のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
9. 前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側の下部領域における前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを３０ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１、２、４、５、６、７、８のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
10. 前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側の下部領域における前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを１８ｍｍ以下にすることを特徴とする請求項１、２、４、５、６、７、８のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。
11. 前記伝熱プレート（１２）のうち、少なくとも風下側の下部領域における前記複数の突起（１７）間の重力方向のピッチを７ｍｍ以上にすることを特徴とする請求項９または１０に記載の冷却用熱交換器。

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