JP2010096423A - 冷媒蒸発器およびそれを用いた空調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｕターンブロック部に接続されている複数の冷媒チューブへの液冷媒の分配を均一化し、熱交換性能を向上するとともに、タンク部の耐圧強度を十分確保することが可能な冷媒蒸発器およびそれを用いた空調装置を提供することを目的とする。
【解決手段】複数のブロックの１つが、Ｕターンブロック部１５とされた冷媒蒸発器１であって、Ｕターンブロック部１５で、上下タンク４，５の第１タンク部６，８と第２タンク部７，９との間を仕切る仕切壁４Ｃ，５Ｃに、第１タンク部６，８および第２タンク部７，９間を連通する複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍが設けられ、該冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍは、複数の孔の距離をｂ、孔列方向の孔長さをａ、仕切壁厚さをｔとしたとき、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍サイクル中に設けられる冷媒蒸発器に関し、特に車両用空調装置に適用して好適なアルミ合金製の冷媒蒸発器およびそれを用いた空調装置に関するものである。

車両用空調装置の冷凍サイクルに用いられる冷媒蒸発器として、冷媒を上下方向に流す冷媒流路を有し、該冷媒流路の外側を流れる空気の流れ方向と直交方向に多数並列に配置されるとともに、空気の流れ方向に沿って前後に複数列に配置された多数の冷媒チューブと、多数の冷媒チューブの上下両端に接続されて空気の流れ方向と直交する方向に配置されるとともに、複数列の冷媒チューブに対応して内部が列方向に仕切壁により第１タンク部と第２タンク部とに仕切られ、冷媒の分配もしくは集合を行う上下一対のタンクとを備え、冷媒入口から流入した冷媒をタンク内の複数箇所に設けられている仕切板により区画される複数のブロックの冷媒チューブ内に順次流通させて空気と熱交換させ、空気を冷却するように構成したオールアルミ合金製の冷媒蒸発器が知られている。

上記構成を有する冷媒蒸発器において、複数のブロックの１つを、冷媒が上タンクの第１タンク部に仕切壁に沿う方向から流入し、この第１タンク部からサイド冷媒通路を経て第２タンク部に流通され、さらに第１タンク部および第２タンク部のそれぞれから複数の冷媒チューブに分配されて流通されるＵターンブロック部としたものが、特許文献１に記載されている。また、特許文献２には、複数の冷媒チューブを流通して上タンクの第２タンク部に集合された冷媒を、そのまま仕切壁を隔てた第１タンク部に流通させるため、仕切壁に複数個の連通孔を穿設したものが記載されている。

特許第３６３７３１４号公報 特許第３３９１３３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の冷媒蒸発器では、上方に位置する上タンクのＵターンブロック部において、液冷媒が慣性により冷媒流入方向の手前側の冷媒チューブに流れ易く、第１タンク部から第２タンク部に流入した液冷媒をその最奥側まで十分に到達させることができない場合がある。このため、第２タンク部に接続されている複数の冷媒チューブに対する液冷媒の分配が不均一となり、冷媒チューブの外部を流通する空気との熱交換が有効に行われない部分が生じ、熱交換性能が低下するという問題を有している。

一方、上記特許文献２に記載の冷媒蒸発器には、第１タンク部と第２タンク部とを仕切る仕切壁に複数個の連通孔を穿設したものが記載されているが、これは、上タンクの第２タンク部に集合された冷媒を、そのまま仕切壁を隔てた第１タンク部に流通させるためのものであって、上タンクのＵターンブロック部において、上タンクの第１タンク部に仕切壁に沿う方向から流入された液冷媒を、Ｕターンブロック部を構成する第１タンク部および第２タンク部の双方に対してその長さ方向の全領域に均等に分配することを示唆するものではない。

さらに、タンク間を仕切る仕切壁に複数個の連通孔を穿設する場合には、タンク内にかかる冷媒圧力による応力が複数個の連通孔間の壁面に作用し、これがタンクの耐圧強度に影響を及ぼすことになる。従って、タンクの耐圧強度を確保するには、冷媒の圧損増大を抑制しながら、板厚を厚くできない、均一な冷媒分配機能の確保、開口面積の確保等々の制約条件が課せられている構成の仕切壁において連通孔を設定する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、Ｕターンブロック部の第１タンク部および第２タンク部に接続されている複数の冷媒チューブへの液冷媒の分配を均一化し、熱交換性能を向上するとともに、タンク部の耐圧強度を十分確保することが可能な冷媒蒸発器およびそれを用いた空調装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の冷媒蒸発器およびそれを用いた空調装置は、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる冷媒蒸発器は、冷媒を上下方向に流す冷媒流路を有し、該冷媒流路の外側を流れる外部流体の流れ方向と直交方向に多数並列に配置されるとともに、前記外部流体の流れ方向に沿って前後に複数列に配置された多数の冷媒チューブと、前記多数の冷媒チューブの上下両端に接続されて前記外部流体の流れ方向と直交する方向に配置されるとともに、前記複数列の冷媒チューブに対応して内部が列方向に仕切壁により第１タンク部と第２タンク部とに仕切られ、冷媒の分配もしくは集合を行う上下一対のタンクとを備え、前記タンクには、冷媒入口と冷媒出口とが設けられ、前記冷媒入口から流入した冷媒が前記タンク内の複数箇所に設けられている仕切板により区画される複数のブロックの前記冷媒チューブ内を順次流通した後、前記冷媒出口から流出されるアルミ合金製の冷媒蒸発器において、前記複数のブロックの１つが、前記冷媒が前記上タンクの前記第１タンク部または前記第２タンク部のいずれか一方に前記仕切壁に沿う方向から流入し、そこから前記いずれか他方のタンク部に流通され、該第１タンク部および第２タンク部の各々から前記複数の冷媒チューブに分配されて流通されるＵターンブロック部とされ、該Ｕターンブロック部において、前記上および下タンクの前記第１タンク部と前記第２タンク部との間を仕切る前記仕切壁に、前記第１タンク部および前記第２タンク部間を連通する前記仕切壁の長さ方向に沿う複数個の冷媒分配孔が設けられ、該冷媒分配孔は、複数の孔の距離をｂ、孔列方向の孔長さをａ、前記仕切壁厚さをｔとしたとき、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする。

本発明によれば、Ｕターンブロック部において、第１タンク部または第２タンク部のいずれか一方に仕切壁に沿う方向から流入されてくる気液二相冷媒中の液冷媒を、仕切壁の長さ方向に沿って設けられている複数個の冷媒分配孔により、前記他方のタンク部に順次分配しながらＵターンブロック部の第１タンク部および第２タンク部の双方にその冷媒流入方向の全領域にわたり略均等に流入させることができるため、第１タンク部および第２タンク部に接続されている複数の冷媒チューブに対して液冷媒を略均一に分配することが可能となる。従って、主に外部流体の冷却に寄与する液冷媒の分配をより均一化し、冷媒蒸発器の熱交換性能を向上させることができる。加えて、冷媒分配孔の複数の孔の距離をｂ、孔列方向の孔長さをａ、仕切壁厚さをｔとしたとき、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされているため、仕切壁に設けられる複数個の冷媒分配孔の孔間距離を、少なくとも２．５５ＭＰａ以上の耐圧圧力を満たすことが可能な寸法とすることができる。従って、制約された構成の仕切壁において冷媒分配孔の諸寸法の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を確保することが可能となる。

さらに、本発明の冷媒蒸発器は、上記の冷媒蒸発器において、前記冷媒分配孔のａ／ｂは、ａ／ｂ≦−０．０７４４×ｔ^２＋０．３５７７×ｔ＋０．３７８６、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする。
本発明によれば、冷媒分配孔のａ／ｂが、ａ／ｂ≦−０．０７４４×ｔ^２＋０．３５７７×ｔ＋０．３７８６、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされているため、複数個の冷媒分配孔の孔間距離を、少なくとも３．３ＭＰａ以上の破壊圧力を満たすことが可能な寸法とすることができる。従って、冷媒分配孔の諸寸法の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を一段と高めることができる。

さらに、本発明の冷媒蒸発器は、上記の冷媒蒸発器において、前記冷媒分配孔のａ／ｂは、ａ／ｂ≦−０．０７６３×ｔ^２＋０．３８１０×ｔ＋０．２８４７、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒分配孔のａ／ｂが、ａ／ｂ≦−０．０７６３×ｔ^２＋０．３８１０×ｔ＋０．２８４７、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされているため、複数個の冷媒分配孔の孔間距離をそのバラツキを考慮しても、４．５ＭＰａ以上の破壊圧力を満たすことが可能な寸法とすることができる。従って、冷媒分配孔群の諸寸法の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を確実に確保することができる。

また、本発明の冷媒蒸発器は、上述のいずれかの冷媒蒸発器において、前記冷媒分配孔は、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷媒分配孔が、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされているため、複数個の冷媒分配孔のａ／ｂを小さくしてタンク部の耐圧強度を確保しながら、冷媒分配孔の開口面積を冷媒が圧損を増大することなく通過可能な大きさとすることができる。従って、冷媒分配孔による冷媒の圧損増大を抑制し熱交換性能への影響を排除しつつ、タンク部の耐圧強度を高めることができる。

さらに、本発明にかかる冷媒蒸発器は、冷媒を上下方向に流す冷媒流路を有し、該冷媒流路の外側を流れる外部流体の流れ方向と直交方向に多数並列に配置されるとともに、前記外部流体の流れ方向に沿って前後に複数列に配置された多数の冷媒チューブと、前記多数の冷媒チューブの上下両端に接続されて前記外部流体の流れ方向と直交する方向に配置されるとともに、前記複数列の冷媒チューブに対応して内部が列方向に仕切壁により第１タンク部と第２タンク部とに仕切られ、冷媒の分配もしくは集合を行う上下一対のタンクとを備え、前記タンクには、冷媒入口と冷媒出口とが設けられ、前記冷媒入口から流入した冷媒が前記タンク内の複数箇所に設けられている仕切板により区画される複数のブロックの前記冷媒チューブ内を順次流通した後、前記冷媒出口から流出されるアルミ合金製の冷媒蒸発器において、前記複数のブロックの１つが、前記冷媒が前記上タンクの前記第１タンク部または前記第２タンク部のいずれか一方に前記仕切壁に沿う方向から流入し、そこから前記いずれか他方のタンク部に流通され、該第１タンク部および第２タンク部の各々から前記複数の冷媒チューブに分配されて流通されるＵターンブロック部とされ、該Ｕターンブロック部において、前記上および下タンクの前記第１タンク部と前記第２タンク部との間を仕切る前記仕切壁に、前記第１タンク部および前記第２タンク部間を連通する前記仕切壁の長さ方向に沿う複数個の冷媒分配孔が設けられ、該冷媒分配孔は、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされていることを特徴とする。

本発明によれば、Ｕターンブロック部において、第１タンク部または第２タンク部のいずれか一方に仕切壁に沿う方向から流入されてくる気液二相冷媒中の液冷媒を、仕切壁の長さ方向に沿って設けられている複数個の冷媒分配孔により、前記他方のタンク部に順次分配しながらＵターンブロック部の第１タンク部および第２タンク部の双方にその冷媒流入方向の全領域にわたり略均等に流入させることができるため、第１タンク部および第２タンク部に接続されている複数の冷媒チューブに対して液冷媒を略均一に分配することが可能となる。従って、主に外部流体の冷却に寄与する液冷媒の分配をより均一化し、冷媒蒸発器の熱交換性能を向上させることができる。また、冷媒分配孔が、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされているため、複数個の冷媒分配孔の開口面積を冷媒が圧損を増大することなく通過可能な大きさにしながら、複数個の冷媒分配孔の孔間距離を耐圧圧力あるいは破壊圧力を十分に満たす寸法とすることができる。従って、制約された構成の仕切壁において冷媒の圧損増大を抑制しつつ、冷媒分配孔の孔形状の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を高めることができる。

さらに、本発明の冷媒蒸発器は、上述のいずれかの冷媒蒸発器において、前記長孔は、楕円形孔または長円形孔とされていることを特徴とする。

本発明によれば、長孔が、楕円形孔または長円形孔とされているため、複数個の冷媒分配孔の開口面積を冷媒が圧損を増大することなく通過可能な大きさにしながら、冷媒分配孔の孔間距離を耐圧圧力あるいは破壊圧力を十分に満たす寸法とすることができる。従って、冷媒分配孔による冷媒の圧損増大を抑制し熱交換性能への影響を排除しつつ、冷媒分配孔の孔形状の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を高めることができる。

さらに、本発明にかかる空調装置は、冷凍サイクル中に設けられる冷媒蒸発器が、上述のいずれかの冷媒蒸発器とされていることを特徴とする。

本発明によれば、冷凍サイクル中に設けられる冷媒蒸発器が、上述のいずれかの冷媒蒸発器とされているため、冷媒蒸発器の高性能化によって空調装置の性能向上を図ることができると同時に、冷媒蒸発器の耐圧強度を高めることで空調装置として信頼性を向上することができる。

本発明の冷媒蒸発器によると、仕切壁に沿う方向から流入される気液二相冷媒中の液冷媒を、上タンクに形成されるＵターンブロック部の第１タンク部および第２タンク部の双方に、その冷媒流入方向の全領域にわたりほぼ均等に分配し、流入させることができるため、第１タンク部および第２タンク部に接続されている複数の冷媒チューブに対する液冷媒の分配をより均一化し、蒸発器の熱交換性能を向上させることができる。また、仕切壁に設けられる複数個の冷媒分配孔の孔間距離を、少なくとも２．５５ＭＰａ以上の耐圧圧力を満たすことが可能な寸法とすることができるため、制約された構成の仕切壁において冷媒分配孔の諸寸法の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を確保することが可能となる。

また、本発明の冷媒蒸発器によると、仕切壁に設けられる複数個の冷媒分配孔を該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とすることにより、冷媒分配孔の開口面積を冷媒が圧損を増大することなく通過可能な大きさにしながら、複数個の冷媒分配孔の孔間距離を耐圧圧力あるいは破壊圧力を十分に満たす寸法とすることができるため、制約された構成の仕切壁において冷媒の圧損増大を抑制しつつ、冷媒分配孔の孔形状の最適化によって簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を高めることができる。

さらに、本発明の空調装置によると、冷媒蒸発器の高性能化によって空調装置の性能向上を図ることができると同時に、冷媒蒸発器の耐圧強度を高めることで空調装置として信頼性を向上することができる。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図５および図７、図８を用いて説明する。図１には、本発明の第１実施形態にかかる冷媒蒸発器１の斜視図が示され、図２には、その分解斜視図が示され、図３には、その正面図（Ａ）と右側面図（Ｂ）が示されている。また、図４には、タンク内部に設けられる仕切壁の側面図が示されている。

冷媒蒸発器１は、長さ方向に沿って複数の冷媒流路２Ａを有する多数の冷媒チューブ２を備えている。この冷媒チューブ２は、例えば押し出し成形や引き抜き成形によって製造される、あるいは板材を楕円の筒状に成形し、その中にインナーフィンを挿入設置することによって製造されるアルミ合金製の扁平なチューブにより構成することができる。

冷媒チューブ２は、その外側を流れる外部流体（空気）Ａの流れ方向に直交する方向に多数並列して積層配置されている。また、冷媒チューブ２は、空気Ａの流れ方向に対して前後に複数列（２列）に配置されている。このように、空気Ａの流れ方向に直交する方向に多数並列して積層配置された多数の冷媒チューブ２の間には、例えばアルミ合金製の薄板を波形形状にコルゲート成形して構成された伝熱フィン３が介装され、公知の方法によって冷媒チューブ２の外表面にロウ付け接合されている。

多数の冷媒チューブ２の上端部および下端部には、それぞれ断面が略長円形状とされた上タンク４および下タンク５がロウ付け接合されている。この上タンク４および下タンク５は、上下に２分割された上部材４Ａ，５Ａおよび下部材４Ｂ，５Ｂと、上タンク４および下タンク５の内部を複数列の冷媒チューブ２に対応して列方向にそれぞれ第１タンク部６と第２タンク部７および第１タンク部８と第２タンク部９とに仕切る仕切壁４Ｃ，５Ｃと、上タンク４および下タンク５の両端部をそれぞれ閉塞するキャップ部材４Ｄ，５Ｄおよび４Ｅ，５Ｅとから構成されている。これら上部材４Ａ，５Ａ、下部材４Ｂ，５Ｂ、仕切壁４Ｃ，５Ｃ、キャップ部材４Ｄ，５Ｄおよび４Ｅ，５Ｅは、アルミ合金製のプレス成形品により構成され、公知の方法によって一体にロウ付け接合されている。

上タンク４および下タンク５を構成する下部材４Ｂ，５Ｂには、多数の冷媒チューブ２の端部を挿入してロウ付け接合するためのチューブ差し込み孔４Ｆ，５Ｆが冷媒チューブ２の配列に対応して多数設けられている。下タンク５のキャップ部材５Ｅには、第１タンク部８に連通される冷媒入口５Ｇが設けられており、このキャップ部材５Ｅの冷媒入口５Ｇに連通するように冷媒入口ヘッダ１０がロウ付け接合されている。また、上タンク４のキャップ部材４Ｅには、第２タンク部７に連通される冷媒出口４Ｇが設けられており、このキャップ部材４Ｅの冷媒出口４Ｇに連通するように冷媒出口ヘッダ１１がロウ付け接合されている。冷媒入口ヘッダ１０および冷媒出口ヘッダ１１には、それぞれ冷媒入口配管１２および冷媒出口配管１３が接続されている。

上タンク４および下タンク５の内部には、上タンクの第２タンク部７および下タンク５の第１タンク部８をそれぞれ空気Ａの流れ方向に直交する方向（タンクの長さ方向）に沿って左右２つの領域に仕切る仕切板４Ｈ，５Ｈが設けられている。この仕切板４Ｈ，５Ｈは、本実施形態では左右２つの領域に仕切られた図示左側領域の冷媒チューブ２の本数と右側領域の冷媒チューブ２の本数との比が、ほぼ１：２となる位置に設けられている。また、下タンク５の第２タンク部９側には、図示右側領域のタンク長さ方向の適宜の位置２箇所に、キャップ部材５Ｅ側の端部に向って漸次小さくなる絞り孔５Ｋ，５Ｌを有する２枚の絞り板５Ｉ，５Ｊが所定間隔を隔てて設けられている。

さらに、上タンク４および下タンク５の仕切壁４Ｃ，５Ｃには、仕切板４Ｈ，５Ｈによって仕切られた図示左側領域において、上タンク４の第１タンク部６と第２タンク部７および下タンク５の第１タンク部８と第２タンク部９とをそれぞれ連通する複数の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍが仕切壁４Ｃ，５Ｃの長さ方向に沿って設けられている。この冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍは、上タンク４の第１タンク部６内を仕切壁４Ｃの長さ方向に沿って図示右側領域から左側領域に流入されてくる気液二相冷媒中の液冷媒を、第２タンク部７の図示左側領域の長さ方向にほぼ均等に分配しながら流入させる機能を担うものである。

また、冷媒入口ヘッダ１０が接続される下タンク５の第１タンク部８に仕切板５Ｈを設けるとともに、冷媒出口ヘッダ１１が接続される上タンク４の第２タンク部７に仕切板４Ｈを設けることによって、冷媒蒸発器１内における冷媒流通経路を、以下に説明する第１ブロック１４、第２ブロック（Ｕターンブロック）１５および第３ブロック１６の３つのブロックに区画している。第１ブロック１４は、冷媒入口ヘッダ１０から下タンク５の第１タンク部８に流入された冷媒を、仕切板５Ｈよりも右側領域に接続されている複数の冷媒チューブ２を通して上タンク４の第１タンク部６へと流通させるブロックである。

また、第２ブロック（Ｕターンブロック）１５は、上タンク４の第１タンク部６に流入された冷媒を、仕切壁４Ｃに沿って図示左側領域へと流通させ、そこから複数の冷媒分配孔４Ｍを通して第２タンク部７の仕切板４Ｈよりも左側領域にその長さ方向に沿ってほぼ均等に分配し、第１タンク部６および第２タンク部７の双方から複数の冷媒チューブ２内を流下させて下タンク５の第１タンク部８および第２タンク部９へと流通させるブロックであり、Ｕターンブロックとも称される。下タンク５の第１タンク部８および第２タンク部９に流下された冷媒は、冷媒分配孔５Ｍを通して第２タンク部９に集められる。

さらに、第３ブロック１６は、第２タンク部９に集められた冷媒を仕切壁５Ｃに沿って右側領域へと流通させ、そこから複数の冷媒チューブ２を通して上タンク４の第２タンク部７へと流通させるブロックである。この第３ブロック１６における上タンク４の第２タンク部７に流通された冷媒は、出口ヘッダ１１を経て冷媒出口配管１３へと流出されるようになっている。

上記仕切壁４Ｃ，５Ｃに設けられている複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍは、図４に示されるように、流通する冷媒の圧損が増大されないように開口面積を十分に確保でき、かつ内圧による応力集中を緩和して耐圧強度を十分に確保できるように、孔列方向と直交する方向に長くされた楕円形孔または長円形孔等の長孔４ｍ，５ｍにより構成されている。また、この長孔４ｍ、５ｍは、複数個の長孔の距離（孔のピッチ）をｂ、孔列方向の孔長さをａ、仕切壁４Ｃ，５Ｃの厚さをｔとしたとき、上タンク４および下タンク５の耐圧強度を向上するために、以下のように構成されている。

図７には、仕切壁４Ｃ，５Ｃの厚さｔを、各々１ｍｍ、１．３ｍｍ、２ｍｍとした場合におけるａ／ｂ（横軸）と、タンク仕切部破壊圧力Ｐ［ＭＰａ］（縦軸）との関係の実験ベースおよびＦＥＭベースに基づく解析結果が示され、図８には、図７に示されたグラフを仕切壁４Ｃ，５Ｃの厚さｔを横軸、ａ／ｂを縦軸とし、仕切壁厚さｔを考慮したうえで、必要なタンク仕切部破壊圧力Ｐ（Ｐ＝２．５５、Ｐ＝３．３，Ｐ＝４．５）を確保可能なａ／ｂの範囲を表す多項式に変換したグラフが示されている。

この解析結果から、少なくとも２．５５ＭＰａ（Ｐ＝２．５５）以上の耐圧圧力を満たすには、上記ａ／ｂをＰ＝２．５５の多項式、すなわち、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とすれば、２．５５ＭＰａ以上の耐圧圧力が満たされ、必要な耐圧強度を確保できることが示されている。なお、仕切壁４Ｃ，５Ｃは、芯材がＡ３００３−Ｈ１４、皮材がＡ４３４３の両面クラッド材であり、板厚ｔは、薄すぎると強度不足、厚いとタンクの厚さ方向寸法が大きくなる、あるいはタンク内の通路面積が減少することから、通常１〜２ｍｍの間に設定されている。

また、長孔４ｍ，５ｍは、少なくとも３．３ＭＰａ以上の破壊圧力を満たすため、上記ａ／ｂが、ａ／ｂ≦−０．０７４４×ｔ^２＋０．３５７７×ｔ＋０．３７８６、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされることが望ましく、更には、複数個の長孔４ｍ，５ｍの孔間距離のバラツキ等を考慮に入れてもなお４．５ＭＰａ以上の破壊圧力を満足することが可能なように、ａ／ｂ≦−０．０７６３×ｔ^２＋０．３８１０×ｔ＋０．２８４７、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされることがより望ましい。

以上に説明の本実施形態によると、以下の作用効果を奏する。
冷媒入口配管１２より冷媒入口ヘッダを経て下タンク５の第１タンク８部内に流入された気液二相冷媒は、第１ブロック１４の複数の冷媒チューブ２内を上タンク４の第１タンク部６に向って流通する間に空気Ａと伝熱フィン３を介して熱交換され、その一部は蒸発する。上タンク４の第１タンク部６で集合された冷媒は、第１タンク部６内を左側領域に流通して第２ブロック（Ｕターンブロック）１５に入る。第２ブロック（Ｕターンブロック）１５に流入した気液二相冷媒は、第１タンク部６内を流通する間に仕切壁４Ｃに設けられている長穴４ｍからなる冷媒分配孔４Ｍにより第２タンク部７に均等に分配される。

第２ブロック（Ｕターンブロック）１５において上タンク４の第１タンク部６および第２タンク部７に均等に分配された冷媒は、第２ブロック（Ｕターンブロック）１５の複数の冷媒チューブ２内を下タンク５の第１タンク部８および第２タンク部９に向って流下する間に空気Ａと伝熱フィン３を介して熱交換され、さらに蒸発される。下タンク５の第１タンク部８および第２タンク部９に流下された冷媒は、仕切壁５Ｃに設けられている冷媒分配孔５Ｍ（長孔５ｍ）により第２タンク部９に集合され、第２タンク部９内を右側領域に流通して第３ブロック１６に入る。この冷媒は、第３ブロック１６の複数の冷媒チューブ２内を上タンク４の第２タンク部７に向って上昇し、この間に空気Ａと熱交換され、すべて蒸発ガス化されて第２タンク部７に集合される。冷媒との熱交換により冷却された空気Ａは、車室内に供給されて冷房に供され、一方、蒸発ガス化された冷媒は、出口ヘッダ１１から冷媒出口配管１３を経て圧縮機へと吸い込まれ、冷凍サイクル内を循環する。

上記のように、冷媒が上タンク４内でＵターンする第２ブロック（Ｕターンブロック）１５において、上タンク４の第１タンク部６に仕切壁４Ｃに沿って流入される気液二相の冷媒は、図５に示されるように、仕切壁４Ｃの長さ方向に沿って設けられている縦方向に長くされた長孔４ｍからなる複数個の冷媒分配孔４Ｍによって、手前側から順次第２タンク部７へと分配されるため、第２タンク部７に対してその長さ方向の全領域にわたりほぼ均等に液冷媒を流入させることができる。これにより、第２ブロックの第１タンク部６および第２タンク部７に接続されている複数の冷媒チューブ２に対して液冷媒をほぼ均一に分配することが可能となる。

従って、上記の冷媒蒸発器１によると、特に、Ｕターンブロック１５の第１タンク部６および第２タンク部７間での液冷媒の分配を改善し、外部流体である空気Ａの冷却に寄与する液冷媒の複数の冷媒チューブ２に対する分配をより均一化することができるため、伝熱面積を有効に機能させ、冷媒蒸発器１の熱交換性能を向上させることができる。

一方において、使用冷媒に対して、上タンク４および下タンク５の耐圧強度を高める必要がある。特に、仕切壁４Ｃ，５Ｃに冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍが設けられている上タンク４および下タンク５では、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍの孔列部分に内圧による応力が集中されることになる。このため、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍを、流通する冷媒の圧損が増大されないように開口面積を十分に確保し、かつ内圧による応力集中を緩和して耐圧強度を十分に確保できるように、孔列方向と直交する方向に長くされた楕円形孔または長円形孔等の長孔４ｍ，５ｍにより構成している。

これによって、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の開口面積を冷媒が圧損を増大することなく通過可能な大きさにし、かつ複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の孔間距離を耐圧圧力あるいは破壊圧力を十分に満たすことが可能な寸法とすることができる。従って、制限された構成の仕切壁４Ｃ，５Ｃにおいて冷媒の圧損増大を抑制しつつ、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍの孔形状の最適化によって簡易に内圧に対する上タンク４および下タンク５の耐圧強度を高めることが可能となる。

また、複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）について、複数個の孔の距離をｂ、孔列方向の孔長さをａ、仕切壁厚さをｔとしたとき、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、としているため、仕切壁４Ｃ，５Ｃに設けられている複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の孔間距離を、少なくとも２．５５ＭＰａ以上の耐圧圧力を満たすことが可能な寸法とすることができる。

図７には、仕切壁４Ｃ，５Ｃの厚さｔを、各々１ｍｍ、１．３ｍｍ、２ｍｍとした場合の上記ａ／ｂ（横軸）とタンク仕切部破壊圧力Ｐ［ＭＰａ］（縦軸）の関係についての解析結果が示され、図８には、図７に示すグラフを仕切壁４Ｃ，５Ｃの厚さｔを横軸、ａ／ｂを縦軸とし、仕切壁厚さｔを考慮したうえで、必要なタンク仕切部破壊圧力Ｐを確保できるａ／ｂの範囲を表す多項式に変換したグラフが示されている。この結果から、少なくとも２．５５ＭＰａ以上の耐圧圧力を満たすには、ａ／ｂを、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とすれば、該耐圧圧力を満たし、必要な耐圧強度を確保できることが明らかである。

同様に、上記ａ／ｂを、ａ／ｂ≦−０．０７４４×ｔ^２＋０．３５７７×ｔ＋０．３７８６、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とすることによって、少なくとも３．３ＭＰａ以上の破壊圧力を満たすことが可能であり、また、ａ／ｂ≦−０．０７６３×ｔ^２＋０．３８１０×ｔ＋０．２８４７、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とすることによって、複数の長孔４ｍ，５ｍの孔間距離のバラツキ等を考慮に入れてもなお４．５ＭＰａ以上の破壊圧力を満たすことが可能であり、それぞれ必要な耐圧強度を十分に確保できることが明らかである。

よって、本実施形態によれば、タンク寸法が大きくなるため板厚を厚くすることができない、冷媒の均一な分配機能を確保するため孔数を減らすことができない、通過する冷媒の圧損を抑制するため開口面積を大きくする必要がある等々の制約条件が課せられている仕切壁４Ｃ，５Ｃにおいて、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の諸寸法を最適化することにより簡易に内圧に対するタンク部の耐圧強度を確保することができる。

なお、上記実施形態において、図３に示されるように、ヘッダ４，５の上部材４Ａ，５Ａの表面に多数のリブ４Ｎ，５Ｎを一体に成形してもよい。また、図２に示される冷媒蒸発器１の各構成部品は、個々にロウ付け接合されるわけではなく、公知のように、すべての構成部品を仮組み立てした後、それを炉内に搬入して加熱し、一体に炉中でロウ付けすることによって製造することができる。

さらに、上記のアルミ合金製冷媒蒸発器１は、特に軽量化、コンパクト化が求められる車両用空調装置の冷凍サイクルを構成する冷媒蒸発器として好適であり、該冷媒蒸発器１を適用することにより空調装置の性能向上を図ることができると同時に、冷媒蒸発器１の耐圧強度を高めることで空調装置としての信頼性を向上することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図６を用いて説明する。
本実施形態は、上記した第１実施形態に対して、仕切壁４Ｃ、５Ｃに設ける冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の設け方が異なる。その他の点については、第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
本実施形態では、第２ブロック（Ｕターンブロック）１５において、仕切壁４Ｃ、５Ｃに設けている複数個の冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）を、図６に示されるように、第２ブロック（Ｕターンブロック）１５を構成する上タンク４の冷媒流入方向長さの全長（上タンク４の左端から仕切板４Ｈまでの寸法）をＬ２としたとき、冷媒流入方向の手前側の一部領域を除く奥側領域の長さＬ１の範囲に複数個設けた構成としている。

上記の奥側領域長さＬ１は、第１タンク部６および第２タンク部７の最奥端部から一番手前側の冷媒分配孔４Ｍ位置までの長さであり、この奥側領域の長さＬ１は、全長Ｌ２に対して、０．７＜Ｌ１／Ｌ２＜０．９の範囲が実用的であり、Ｌ１／Ｌ２は、０．８前後が最も好ましい。このような構成とすることにより、第１実施形態の場合に比べ、冷媒分布状態を更に改善することができ、冷媒蒸発器１の熱交換性能を更に向上させることができる。なお、Ｌ１／Ｌ２が０．７未満になると、第２タンク部７における仕切板４Ｈよりの領域に対する液冷媒分配がやや不足気味となり、一方、Ｌ１／Ｌ２が０．９を超えた場合には、逆に最奥側領域に対する液冷媒分配がやや不足気味となり、このことから、Ｌ１／Ｌ２は、０．８程度が最も好ましいといえる。

なお、本発明は、上記実施形態にかかる発明に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、適宜変形が可能である。例えば、上記した実施形態では、仕切壁４Ｃ、５Ｃの長さ方向に沿って複数個設ける冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の大きさを全て同一の大きさとしているが、冷媒分配孔４Ｍ，５Ｍ（長孔４ｍ，５ｍ）の大きさを、冷媒流入方向の手前側から奥側に向って漸次大きくした構成としてもよい。これにより、慣性により手前側の冷媒分配孔４Ｍ（長孔４ｍ）に多く分配され易い液冷媒を順次奥側の大きい冷媒分配孔４Ｍ（長孔４ｍ）へとシフトし、第１タンク部６から第２タンク部７へと流入される液冷媒の冷媒流入方向における分配を改善し、液冷媒を第１タンク部６および第２タンク部７の冷媒流入方向の全領域にわたりほぼ均等に分配することが可能となり、複数の冷媒チューブ２に対する液冷媒の分配を均一化し、冷媒蒸発器１の熱交換性能を更に向上させることができる。

また、上記実施形態では、Ｕターンブロック１５において、冷媒が第１タンク部６側から第２タンク部側に流れるようにしたものを例示したが、逆に第２タンク部側から第１タンク部６側に流れるような構成としてもよいことはもちろんである。また、上記実施形態では、冷媒蒸発器１内における冷媒流通経路を、３ブロックに区画した例について説明したが、ブロック数については、３ブロックに限定されるものではない。さらに、冷媒蒸発器１に対する冷媒の入口および出口については、上下、左右いずれに設けてもよい。

本発明の第１実施形態にかかる冷媒蒸発器の斜視図である。 図１に示す冷媒蒸発器の分解斜視図である。 図１に示す冷媒蒸発器の正面図（Ａ）とその右側面図（Ｂ）である。 図１に示す冷媒蒸発器の上タンクおよび下タンクに設ける仕切壁の側面図である。 図１に示す冷媒蒸発器におけるＵターンブロック部の冷媒分配状態を示す平面図である。 本発明の第２実施形態にかかる冷媒蒸発器におけるＵターンブロック部の冷媒分配状態を示す平面図である。 本発明に係る冷媒蒸発器の仕切壁に設けられる複数の冷媒分配孔の孔列方向の孔長さａと複数の孔の距離ｂの比ａ／ｂと、タンク仕切部破壊圧力Ｐとの関係を示す解析グラフである。 図７に示すグラフを仕切壁の厚さｔを横軸、ａ／ｂを縦軸に変換して表わしたグラフである。

符号の説明

１ 冷媒蒸発器
２ 冷媒チューブ
２Ａ 冷媒流路
４ 上タンク
５ 下タンク
４Ｃ，５Ｃ 仕切壁
４Ｇ 冷媒出口
４Ｈ，５Ｈ 仕切板
４Ｍ，５Ｍ 冷媒分配孔
４ｍ，５ｍ 長孔
５Ｇ 冷媒入口
６，８ 第１タンク部
７，９ 第２タンク部
１４ 第１ブロック
１５ 第２ブロック（Ｕターンブロック）
１６ 第３ブロック
ａ 冷媒分配孔（長孔）の孔列方向の孔長さ
ｂ 複数の冷媒分配孔（長孔）の距離

Claims (7)

1. 冷媒を上下方向に流す冷媒流路を有し、該冷媒流路の外側を流れる外部流体の流れ方向と直交方向に多数並列に配置されるとともに、前記外部流体の流れ方向に沿って前後に複数列に配置された多数の冷媒チューブと、
   前記多数の冷媒チューブの上下両端に接続されて前記外部流体の流れ方向と直交する方向に配置されるとともに、前記複数列の冷媒チューブに対応して内部が列方向に仕切壁により第１タンク部と第２タンク部とに仕切られ、冷媒の分配もしくは集合を行う上下一対のタンクとを備え、
   前記タンクには、冷媒入口と冷媒出口とが設けられ、前記冷媒入口から流入した冷媒が前記タンク内の複数箇所に設けられている仕切板により区画される複数のブロックの前記冷媒チューブ内を順次流通した後、前記冷媒出口から流出されるアルミ合金製の冷媒蒸発器において、
   前記複数のブロックの１つが、前記冷媒が前記上タンクの前記第１タンク部または前記第２タンク部のいずれか一方に前記仕切壁に沿う方向から流入し、そこから前記いずれか他方のタンク部に流通され、該第１タンク部および第２タンク部の各々から前記複数の冷媒チューブに分配されて流通されるＵターンブロック部とされ、
   該Ｕターンブロック部において、前記上および下タンクの前記第１タンク部と前記第２タンク部との間を仕切る前記仕切壁に、前記第１タンク部および前記第２タンク部間を連通する前記仕切壁の長さ方向に沿う複数個の冷媒分配孔が設けられ、
   該冷媒分配孔は、複数の孔の距離をｂ、孔列方向の孔長さをａ、前記仕切壁厚さをｔとしたとき、ａ／ｂ≦−０．０６９７×ｔ^２＋０．３２７４×ｔ＋０．４５９４、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする冷媒蒸発器。
2. 前記冷媒分配孔のａ／ｂは、ａ／ｂ≦−０．０７４４×ｔ^２＋０．３５７７×ｔ＋０．３７８６、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸発器。
3. 前記冷媒分配孔のａ／ｂは、ａ／ｂ≦−０．０７６３×ｔ^２＋０．３８１０×ｔ＋０．２８４７、ただし、ｔ＝１〜２ｍｍ、とされていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸発器。
4. 前記冷媒分配孔は、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の冷媒蒸発器。
5. 冷媒を上下方向に流す冷媒流路を有し、該冷媒流路の外側を流れる外部流体の流れ方向と直交方向に多数並列に配置されるとともに、前記外部流体の流れ方向に沿って前後に複数列に配置された多数の冷媒チューブと、
   前記多数の冷媒チューブの上下両端に接続されて前記外部流体の流れ方向と直交する方向に配置されるとともに、前記複数列の冷媒チューブに対応して内部が列方向に仕切壁により第１タンク部と第２タンク部とに仕切られ、冷媒の分配もしくは集合を行う上下一対のタンクとを備え、
   前記タンクには、冷媒入口と冷媒出口とが設けられ、前記冷媒入口から流入した冷媒が前記タンク内の複数箇所に設けられている仕切板により区画される複数のブロックの前記冷媒チューブ内を順次流通した後、前記冷媒出口から流出されるアルミ合金製の冷媒蒸発器において、
   前記複数のブロックの１つが、前記冷媒が前記上タンクの前記第１タンク部または前記第２タンク部のいずれか一方に前記仕切壁に沿う方向から流入し、そこから前記いずれか他方のタンク部に流通され、該第１タンク部および第２タンク部の各々から前記複数の冷媒チューブに分配されて流通されるＵターンブロック部とされ、
   該Ｕターンブロック部において、前記上および下タンクの前記第１タンク部と前記第２タンク部との間を仕切る前記仕切壁に、前記第１タンク部および前記第２タンク部間を連通する前記仕切壁の長さ方向に沿う複数個の冷媒分配孔が設けられ、
   該冷媒分配孔は、該冷媒分配孔の孔列方向と直交する方向に長い長孔とされていることを特徴とする冷媒蒸発器。
6. 前記長孔は、楕円形孔または長円形孔とされていることを特徴とする請求項４または５に記載の冷媒蒸発器。
7. 冷凍サイクル中に設けられる冷媒蒸発器が、請求項１ないし６のいずれかに記載の冷媒蒸発器とされていることを特徴とする空調装置。
   
   

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