JP2010151381A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒流入量が多いときの温度分布の均一性を確保しながら、冷媒流入量が非常に少なくなるときに温度分布の均一化を図ることができる蒸発器を提供する。
【解決手段】通風方向に対向配置した風下側熱交換部１０と風上側熱交換部２０を備え、風下側熱交換部１０と風上側熱交換部２０は、それぞれの熱交換通路を、上部タンク１１，２１と下部タンク１２，２２に設定した仕切り板５１により、冷媒の流通方向が上下方向の複数のパスに区画すると共に、上部タンク１１，２１の端部位置に、冷媒導入口７と冷媒導出口８を設定した蒸発器において、冷媒導入口７からの冷媒を、下降流と上昇流を繰り返して冷媒導出口８へ導くように設定された仕切り板５１のうち、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂを仕切る仕切り板５１に、冷媒導入口７からの冷媒の一部を、風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導く冷媒通過穴５２を設定した。
【選択図】図６

Description

本発明は、自動車用空調装置の冷凍サイクルに介装されるエバポレータ等として適用され、通風方向に風下側熱交換部と風上側熱交換部による二つの熱交換部を対向配置した蒸発器に関する。

従来、蒸発器としては、通風方向に風下側熱交換部と風上側熱交換部による二つの熱交換部を対向配置し、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、対向する風下側熱交換部と風上側熱交換部で冷媒の流通方向が逆方向なるようにした構造を持つ蒸発器が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載された蒸発器は、風下側熱交換部と風上側熱交換部でそれぞれ１つのパスを有するが、特許文献２に記載された蒸発器は、風下側熱交換部と風上側熱交換部でそれぞれ複数のパス（熱交換通路群）に区画している。

このような構成を持つ蒸発器は、二つの熱交換部により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２００７−３２２００７号公報 特開２００１−７４３８８号公報

しかしながら、従来の蒸発器において、冷媒流入量が多い状態においては、温度分布のムラが小さく抑えられるものの、冷媒流入量が非常に少なくなる状態においては、蒸発器に流入した冷媒がすぐに蒸発してしまい、それ以降の領域において熱交換できなくなる。その為、冷媒入口近傍の温度は低いが、温度が高い領域が多く発生してしまい、蒸発器を用いる空調ユニット出口での温度分布が著しく悪化する、という問題があった。

特に、近年は、車両用空調ユニットの蒸発器として、高性能のエバポレータが用いられるため、冷媒流入量が非常に少なくなる運転状態の頻度が高くなっている。この冷媒流入量が非常に少なくなる状態では、冷房時の温度設定が実質的に効かなくなり、左右の乗員に対して吹き出される冷風に大きな温度差が出てしまい違和感を与えるため、冷媒流入量が非常に少なくなる状態での対策が要求されている。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、冷媒流入量が多いときの温度分布の均一性を確保しながら、冷媒流入量が非常に少なくなるときに温度分布の均一化を図ることができる蒸発器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、熱交換通路と上部タンクと下部タンクを有し、通風方向に対向配置した風下側熱交換部と風上側熱交換部を備え、
前記風下側熱交換部と前記風上側熱交換部は、それぞれの熱交換通路を、前記上部タンクと前記下部タンクに設定した仕切り板により、冷媒の流通方向が上下方向の複数のパスに区画すると共に、前記上部タンクの端部位置に、冷媒導入口と冷媒導出口を設定した蒸発器において、
前記冷媒導入口からの冷媒を、下降流と上昇流を繰り返して冷媒導出口へ導くように設定された前記仕切り板のうち、前記風下側熱交換部の第１パスと第２パスを仕切る仕切り板に、前記冷媒導入口からの冷媒の一部を、前記風下側熱交換部の第３パスに導く冷媒通過穴を設定したことを特徴とする。

よって、本発明の蒸発器にあっては、冷媒流入量が非常に少なくなるとき、冷媒導入口から導入される冷媒の大半は、最初に下降流となる第１パスの熱交換通路へ導かれるが、冷媒導入口から導入される冷媒の一部は、冷媒通過穴を経過して風下側熱交換部の第３パスに導かれる。
このため、冷媒流入量が非常に少ないときには、熱交換していない冷媒が、風下側熱交換部の第３パスに直接流入し、従来は熱交換させることができなかった第３パスでも空気を冷やすことが可能となるため、温度分布の均一化が図れる。
一方、冷媒流量が多いときには、冷媒の一部が第３パスへ流れ込むことにより、風下側熱交換部の第１パスと第２パスにて熱交換性能の低下がみられるが、風上側熱交換部の第１パスと第２パスの対応位置関係にあるパスでの熱交換により補われるため、温度分布の均一性が確保される。
この結果、冷媒流入量が多いときの温度分布の均一性を確保しながら、冷媒流入量が非常に少なくなるときに温度分布の均一化を図ることができる。

以下、本発明の蒸発器を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

まず、構成を説明する。
図１は、実施例１の蒸発器を示す風上側から視た全体正面図である。図２は、実施例１の蒸発器を示す上側から視た全体平面図である。図３は、実施例１の蒸発器における内部構成を示す図１のIII−III線による断面図である。図４は、実施例１の蒸発器におけるチューブ構造をあらわす図で、(a)は分解斜視図を示し、(b)はチューブの斜視図を示す。図５は、実施例１の蒸発器におけるタンクの仕切り板を備える金属薄板を示す斜視図である。以下、図１〜図５を用いて実施例１の蒸発器の構成を説明する。

この実施例１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。

実施例１の蒸発器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、一体にロウ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(a)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り部４０ａ同士が接合されている。チューブ３０内部には、図４(b)に示すように、中央部の仕切り部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、図４(a)に示すように、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。

前記金属薄板５０は、図５に示すように、仕切り板５１を備えていて、この金属薄板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を仕切るようにしている。

図６は、実施例１の蒸発器における熱交換部を示す概略斜視図である。図７は、実施例１の蒸発器における風下側熱交換部の各パスと風上側熱交換部の各パスでの区画設定を示す概略図である。以下、図６及び図７に基づき熱交換部の具体的構成を説明する。

実施例１の蒸発器１は、冷媒の風下側熱交換部１０を風下側に、冷媒の風上側熱交換部２０を風上側に、並列配置している。

前記風下側熱交換部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３１を構成するチューブ３０（図１、図３参照）を備える。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３１を形成するチューブ３０（図１、図３参照）を備える。

前記風下側熱交換部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の左端に冷媒導入口７が設けられ、且つ、上部タンク１１が仕切り板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が仕切り板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に区画される。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、冷媒導入口７から風下側熱交換部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、前記風上側熱交換部２０は、その熱交換通路群は右から左に向けて順に第４パス２０ａ、第５パス２０ｂ、第６パス２０ｃに区画されている。具体的には、下部タンク２２が仕切り板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が仕切り板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の左端に冷媒導出口８が設けられる。これにより熱交換通路群が右から左に向けて順に第４パス２０ａ、第５パス２０ｂ、第６パス２０ｃに区画されている。

そのため、連通部９から風上側熱交換部２０に導入された冷媒は、下部第１タンク部２２ａ→第４パス２０ａ→上部第１タンク部２１ａ→第５パス２０ｂ→下部第２タンク部２２ｂ→第６パス２０ｃ→上部第２タンク部２１ｂという順で流れ、そして、最終的に冷媒導出口８を通じて蒸発器１から導出される。

つまり、前記仕切り板５１は、冷媒導入口７からの冷媒を、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａから下降流と上昇流を繰り返して流通させた後、続けてその冷媒を風上側熱交換部２０の各パス２０ａ，２０ｂ，２０ｃを上昇流と下降流を繰り返して流通させ、最終パスである第６パス２０ｃから冷媒導出口８へ導くように複数枚の設定としている。

そして、前記複数枚による仕切り板５１のうち、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂを仕切る仕切り板５１に、図６に示すように、冷媒導入口７からの冷媒の一部を、風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導く冷媒通過穴５２を設定している。

前記冷媒通過穴５２は、冷媒流入量が非常に少ない状態で冷媒の一部を風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導くことのできる最小限の面積を最小穴面積とし、冷媒流入量が多い状態で風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導かれる冷媒量を抑えることができる最大限の面積を最大穴面積とし、前記最小穴面積から前記最大穴面積の範囲内の穴面積に設定している。この冷媒通過穴の穴面積を、第１パス１０ａの通路断面積に対する面積比にてあらわすと、0.8％（最小穴面積）〜13.2％（最大穴面積）に相当する。この穴面積を穴径に換算すると、φ1mm（最小穴面積の径）〜φ4mm（最大穴面積の径）となり、実施例１では、最適穴径としてφ3mmの穴径を採用している。

次に、図６及び図７を参照しつつ、実施例１の蒸発器１におけるパスの区画について説明する。

この実施例１の蒸発器１は、風下側熱交換部１０が３パスであり、風上側熱交換部２０が３パスである。風下側熱交換部１０は、第１パス１０ａが下降流パスであり、第２パス１０ｂが上昇流パスであり、第３パス１０ｃが下降流パスである。一方、風上側熱交換部２０は、第４パス２０ａが上昇流パスであり、第５パス２０ｂが下降流パスであり、第６パス２０ｃが上昇流パスである。

実施例１の蒸発器１は、冷媒導入口７からの冷媒が最初に下降流となる第１パス１０ａの熱交換通路断面積を、冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に下降流となる第５パス２０ｂの熱交換通路断面積より小さく設定し、かつ、冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に上昇流になる第６パス２０ｃの熱交換通路断面積を、冷媒導入口７からの冷媒が最初に上昇流となる第２パス１０ｂの熱交換通路断面積より小さく設定している。

より具体的は、第１パス１０ａ、第２パス１０ｂ、第３パス１０ｃ、第４パス２０ａ、第５パス２０ｂ、第６パス２０ｃの各熱交換通路の断面積（＝チューブ断面積）を同一とし、第１パス１０ａ〜第６パス２０ｃの各熱交換通路数の関係として、
(a) 第１パス通路数＜第２パス通路数〜第６パス通路数
(b) 第２パス通路数≧第３パス通路数
(c) 第３パス通路数＞第４パス通路数
(d) 第５パス通路数＞第６パス通路数≧第４パス通路数
以上の(a)〜(d)の関係が共に成立する設定としている。

次に、作用を説明する。
実施例１の蒸発器１の作用を、「両熱交換部１０，２０のパス区画設定による温度分布の均一化作用」、「冷媒流入量が非常に少なくなる状態での温度分布の均一化作用」に分けて説明する。

［両熱交換部１０，２０のパス区画設定による温度分布の均一化作用］
蒸発器において、温度分布ムラを無くし、高い熱交換効率を得ることが究極の解決課題である。
これに対し、熱交換部を、風下側熱交換部と風上側熱交換部による二層構造とし、各熱交換通路を複数のパス（熱交換通路群）に区画し、二つの熱交換部により空気の冷却を互いに補い、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抑えたものが提案されている。
しかし、各パスの熱交換通路断面積を均等とした場合、通風する風を冷却できる領域と通風する風を十分に冷却できない領域が形成され、この領域ムラが温度分布ムラの原因となっていることも明らかである。

これに対し、特開２００５−８３６７７号公報において、温度分布のムラをより小さくするため、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蒸発器が提案されている。
しかしながら、２つの下降流となるパスと１つの上昇流となるパスを有する風下側熱交換部においては、図８(a)に示すように、冷媒が上昇流となる第２パスの熱交換通路数を少なく設定することで、結果的に冷媒が下降流となる第１パスと第３パスの熱交換通路数を多く設定することになる。
このため、風下側熱交換部において、特に、冷媒流量が少量の時、図８(a)に示すように、第１パスのタンク長手方向奥側に、冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１が生じ、この冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１において、部分的に高温部が発生する。

また、特開２００６−２４２４０６号公報において、温度分布のムラをより小さくするため、風下側熱交換部は、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、風上側熱交換部は、第４パスから最終パス（第６パス）に向けて徐々に熱交換通路数を多くした蒸発器が提案されている。
しかしながら、１つの下降流となるパスと２つの上昇流となるパスを有する風上側熱交換部においては、図８(b)に示すように、冷媒が上昇流となる第６パスの熱交換通路数を第４パスや第５パスより多く設定することになる。
このため、風上側熱交換部において、図８(b)に示すように、風上側熱交換部の第６パスのタンク長手方向手前側に、冷媒流量が少なくなる領域Ｌ６が生じ、この冷媒流量が少なくなる領域Ｌ６において、部分的に高温部が発生する。

そこで、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６パス２０ｃのそれぞれで冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１，Ｌ６を最小限に抑えることに着目し、熱交換部全体での温度分布の均一化を図るようにしたものである。

そのために、冷媒導入口７からの冷媒が最初に下降流となる第１パス１０ａの熱交換通路断面積を、冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に下降流となる第５パス２０ｂの熱交換通路断面積より小さく設定し、かつ、冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に上昇流になる第６パス２０ｃの熱交換通路断面積を、冷媒導入口７からの冷媒が最初に上昇流となる第２パス１０ｂの熱交換通路断面積より小さく設定する構成を採用した。

この構成を採用することによって、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６パス２０ｃのそれぞれで冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１，Ｌ６を最小限に抑えることができる理由について説明する。

まず、冷媒の下降流と上昇流を比べた場合、冷媒の流速は、重力にしたがって下がる下降流が速く、重力に逆らって上る上昇流が遅くなる。また、熱交換の開始域である第１パス１０ａはガス冷媒に比べ液冷媒の比率が高く、熱交換が進行する第２パス１０ｂから第６パス２０ｃに向かうにしたがって徐々に液冷媒に比べガス冷媒の比率が高くなる。

そこで、冷媒偏流の起こり易さを検討すると、冷媒流速が速い下降流において、第１パスと第５パスを同じ流路断面積に設定すると、液冷媒比率が高く流路断面積を必要としない第１パスの方が、ガス冷媒比率が高い第５パスよりも冷媒偏流が起こり易い。

また、冷媒流速が遅い上昇流において、第２パスと第６パスを同じ流路断面積に設定すると、ガス冷媒比率が高い第６パスの方が、液冷媒比率が高い第２パスよりも冷媒偏流が起こり易い。

これに対し、実施例１の蒸発器１では、第１パス１０ａと第５パス２０ｂの流路断面積の関係を、第１パス流路断面積＜第５パス流路断面積に設定したため、図７と図８(a)の対比から明らかなように、冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１が消滅し、例え導入される冷媒流量が少量であっても第１パス１０ａでの冷媒偏流の発生が抑えられる。また、第６パス２０ｃと第２パス１０ｂの流路断面積の関係を、第６パス流路断面積＜第２パス流路断面積に設定したため、図７と図８(b)の対比から明らかなように、冷媒流量が少なくなる領域Ｌ６が領域Ｌ６’まで大幅に縮小し、冷媒のガス化に伴う第６パス２０ｃでの冷媒偏流の発生が抑えられる。

次に、冷媒偏流の起こり易さをさらに詳しく検討すると、冷媒が自重により流下する第１パスと第３パスと第５パスの下降流では、液／ガス冷媒比率が、流路断面積を決定する最大要因となり、液冷媒比率が高い第１パスの流路断面積を最も小さくし、ガス冷媒比率が高くなる第３パスと第５パスでは、ガス冷媒比率が高くなるにしたがって流路断面積を拡大するのが好ましい。

また、冷媒が後続の冷媒から押し上げられる第２パスと第４パスと第６パスの上昇流では、１つ手前のパス（第１パス、第３パス、第５パス）の液／ガス冷媒による押し上げエネルギーが流路断面積を決定する最大要因となり、液冷媒比率が高くて冷媒押し上げエネルギーが最も高い第１パスの次の第２パスの流路断面積を最も大きくし、流路断面積が大きくてもガス冷媒比率が高くなることで冷媒押し上げエネルギーが低い第３パスの次の第４パスや第５パスの次の第６パスの流路断面積は、第２パスの流路断面積より縮小した面積とするのが好ましい。

これに対し、実施例１の蒸発器１では、第１パス１０ａ〜第６パス２０ｃの各熱交換通路数の関係として、
(1) 第１パス１０ａの通路数＜第２パス１０ｂの通路数〜第６パス２０ｃの通路数
(2) 第２パス１０ｂの通路数≧第３パス１０ｃの通路数
(3) 第３パス１０ｃの通路数＞第４パス２０ａの通路数
(4) 第５パス２０ｂの通路数＞第６パス２０ｃの通路数≧第４パス２０ａの通路数
以上の(1)〜(4)の関係が共に成立する設定とした。

つまり、第１パス１０ａ、第３パス１０ｃ、第５パス２０ｂの下降流では、流路断面積の関係を、ガス冷媒比率が高くなるにしたがって流路断面積を拡大するのに合わせて、第１パス流路断面積＜第３パス流路断面積＜第５パス流路断面積に設定した。このため、図７に示すように、第１パス１０ａでの冷媒流量が少なくなる領域が消滅し、第３パス１０ｃ及び第５パス２０ｂでの冷媒流量が少なくなる領域Ｌ３’，Ｌ５’も下部タンク１２，２１に沿った僅かの領域に見られるだけとなった。

一方、第２パス１０ｂ、第４パス２０ａ、第６パス２０ｃの上昇流では、流路断面積の関係を、それぞれのパス１０ｂ，２０ａ，２０ｃの前のパス１０ａ，１０ｃ，２０ｂでの冷媒押し上げエネルギーの大きさに合わせて、第２パス流路断面積＞第４パス流路断面積≧第５パス流路断面積に設定した。このため、図７に示すように、第２パス１０ｂでの冷媒流量が少なくなる領域が消滅し、第４パス２０ａでの冷媒流量が少なくなる領域Ｌ４’が上部タンク２１の一部に見られ、第６パス２０ｃでの冷媒流量が少なくなる領域Ｌ６’が上部タンク２１の一部に見られるだけとなった。

したがって、実施例１の蒸発器１は、特に循環する冷媒の流量が低流量である場合、温度分布ムラを小さく抑制する効果が大きい。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等は、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いため、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。このため、実施例１の蒸発器１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。

［冷媒流入量が非常に少なくなる状態での温度分布の均一化作用］
まず、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂを仕切る仕切り板５１に、冷媒導入口７からの冷媒の一部を、風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導く冷媒通過穴５２が無いものを比較例として熱交換作用を説明する。

冷媒通過穴５２が無い場合、循環する冷媒の流量が低流量〜高流量であり、蒸発器１への冷媒流入量が多い状態においては、上記した両熱交換部１０，２０のパス区画設定による温度分布の均一化作用が得られ、温度分布のムラが小さく抑えられる。

しかし、冷媒流入量が非常に少なくなる状態においては、図９に示すように、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａに流入した冷媒が、次の第２パス１０ｂにてすぐに蒸発してしまい、それ以降の各パス１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃの領域において熱交換できなくなる。その為、第１パス１０ａと第２パス１０ｂによる冷媒入口近傍の温度は低いが、第３パス１０ｃの領域は、熱交換が無く温度が高い領域となり、蒸発器１を用いる空調ユニット出口での温度分布が著しく悪化する。

次に、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂを仕切る仕切り板５１に、冷媒導入口７からの冷媒の一部を、風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導く冷媒通過穴５２が有る実施例１の蒸発器１での熱交換作用を説明する。

実施例１の蒸発器１では、冷媒流入量が非常に少なくなるとき、図１０に示すように、冷媒導入口７から導入される冷媒の大半は、最初に下降流となる第１パス１９ａの熱交換通路へ導かれるが、冷媒導入口７から導入される冷媒の一部は、冷媒通過穴５２を経過して風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導かれる。

このため、冷媒流入量が非常に少ないときには、熱交換していない冷媒が、風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに直接流入し、比較例では熱交換させることができなかった第３パス１０ｃでも空気を冷やすことが可能となるため、温度分布の均一化が図れる。

一方、冷媒流量が多いときには、冷媒の大半は第１パス１０ａへ流れ込むが、冷媒の一部が第３パス１０ｃへ流れ込むことにより、風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂにて熱交換性能の低下がみられる。しかし、風上側熱交換部２０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂの対応位置関係にある第５パス２０ｂと第６パス２０ｃでの熱交換により補われるため、蒸発器１の全体からみれば、温度分布の均一性が確保される。
この結果、冷媒流入量が多いときの温度分布の均一性を確保しながら、冷媒流入量が非常に少なくなるときに温度分布の均一化を図ることができる。

図１１は、車両用空調ユニットにエバポレータ（蒸発器）を適用した場合であって冷媒流入量が非常に少ないときのエバポレータ直後の温度分布特性をあらわす実験結果図であり、(a)は冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のエバポレータ直後の温度分布を示し、(b)は冷媒通過穴が無い場合のエバポレータ直後の温度分布を示す。図１２は、車両用空調ユニットにエバポレータ（蒸発器）を適用した場合であって冷媒流入量が非常に少ないときのユニット出口温度分布特性をあらわす実験結果図であり、(a)は冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のユニット出口温度分布を示し、(b)は冷媒通過穴が無い場合のユニット出口温度分布を示す。

冷媒流入量が非常に少ないときであって、冷媒通過穴が無い場合のエバポレータ直後の温度分布は、図１１(b)に示すように、第３パス１０ｃに符合する領域が高温領域Ｈとなり、第１パス１０ａと第２パス１０ｂを連通する領域が低温領域となり、温度分布の極端な偏在が見られる。

これに対し、冷媒流入量が非常に少ないときであって、冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のエバポレータ直後の温度分布は、図１１(a)に示すように、中央部の第２パス１０ｂと第３パス１０ｃを斜めに横切る領域が高温領域ｈとなり、高温領域ｈの斜め上領域と斜め下領域が低温領域となり、図１１(b)に比べ、温度分布の均一化が見られる。

同様に、冷媒流入量が非常に少ないときであって、冷媒通過穴が無い場合のユニット出口温度分布は、図１２(b)に示すように、エバポレータ直後の温度分布の高温領域Ｈに符合する領域が高温領域Ｈ’となり、低温領域に符合する部分が低温領域となり、温度分布の極端な偏在が見られる。

これに対し、冷媒流入量が非常に少ないときであって、冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のユニット出口温度分布は、図１２(a)に示すように、エバポレータ直後の温度分布の高温領域Ｈに符合する中央部領域が高温領域ｈ’となり、低温領域に符合する両側部分が低温領域となり、図１２(b)に比べ、温度分布の均一化が見られる。

ちなみに、図１２(b)の穴無しでのユニット出口温度の場合には、平均温度は22.6℃であり、８箇所の○印交点の最高温度と最低温度の温度差ΔTは18.8℃という測定データが得られた。これに対し、図１２(a)の穴有りでのユニット出口温度の場合には、平均温度は22.5℃であり、８箇所の○印交点の最高温度と最低温度の温度差ΔTは11.6℃という測定データが得られた。つまり、ユニット出口温度の温度差ΔTについて、ΔT＝7.2℃（＝18.8℃−11.6℃）という改善を確認した。

したがって、冷媒通過穴の無い比較例では、冷媒流入量が非常に少なくなる状態において、冷房時の温度設定が実質的に効かなくなり、左右の乗員に対して吹き出される冷風に大きな温度差が出てしまい違和感を与えることになる。

これに対し、実施例１の蒸発器１の場合、冷媒通過穴５２を有しているため、冷媒流入量が非常に少なくなる状態においても、左右の乗員に対して吹き出される冷風の温度差をほぼ解消することができる。この点は、特に、近年において、車両用空調ユニットの蒸発器として、高性能のエバポレータが用いられるため、冷媒流入量が非常に少なくなる運転状態の頻度が高くなっているという技術背景から有用である。

次に、効果を説明する。
実施例１の蒸発器１にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。

(1) 熱交換通路３１と上部タンク１１，２１と下部タンク１２，２２を有し、通風方向に対向配置した風下側熱交換部１０と風上側熱交換部２０を備え、前記風下側熱交換部１０と前記風上側熱交換部２０は、それぞれの熱交換通路３１を、前記上部タンク１１，２１と前記下部タンク１２，２２に設定した仕切り板５１により、冷媒の流通方向が上下方向の複数のパスに区画すると共に、前記上部タンク１１，２１の端部位置に、冷媒導入口７と冷媒導出口８を設定した蒸発器１において、前記仕切り板５１は、前記冷媒導入口７からの冷媒を、前記風下側熱交換部１０の第１パス１０ａから下降流と上昇流を繰り返して流通させた後、続けてその冷媒を前記風上側熱交換部２０の各パス２０ａ，２０ｂ，２０ｃを上昇流と下降流を繰り返して流通させ、最終パス（第６パス２０ｃ）から冷媒導出口８へ導く設定とし、前記仕切り板５１のうち、前記風下側熱交換部１０の第１パス１０ａと第２パス１０ｂを仕切る仕切り板５１に、前記冷媒導入口７からの冷媒の一部を、前記風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導く冷媒通過穴５２を設定した。このため、冷媒流入量が多いときの温度分布の均一性を確保しながら、冷媒流入量が非常に少なくなるときに温度分布の均一化を図ることができる。

(2) 前記冷媒通過穴５２は、冷媒流入量が非常に少ない状態で冷媒の一部を前記風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導くことのできる最小限の面積を最小穴面積とし、冷媒流入量が多い状態で前記風下側熱交換部１０の第３パス１０ｃに導かれる冷媒量を抑えることができる最大限の面積を最大穴面積とし、前記最小穴面積から前記最大穴面積の範囲内の穴面積に設定する。このため、冷媒流入量が非常に少なくなる状態から冷媒流入量が多い状態までの冷媒流入量の変動があっても、安定して温度分布の均一化を達成することができる。

(3) 前記冷媒通過穴５２は、前記第１パス１０ａの通路断面積に対する面積比が0.8％〜13.2％に相当する穴面積を有する。このため、第１パス通路断面積を基準として穴面積を決定でき、第１パス通路断面積の変更等があっても、冷媒流入量が多いときの温度分布の均一化と、冷媒流入量が非常に少なくなるときの温度分布の均一化の両立を達成することができる。

(4) 前記風下側熱交換部１０は、冷媒が下降流となる第１パス１０ａと、冷媒が上昇流となる第２パス１０ｂと、冷媒が下降流となる第３パス１０ｃと、を備え、前記風上側熱交換部２０は、冷媒が上昇流となる第４パス２０ａと、冷媒が下降流となる第５パス２０ｂと、冷媒が上昇流となる第６パス２０ｃと、を備え、前記冷媒導入口７からの冷媒が最初に下降流となる前記第１パス１０ａの熱交換通路断面積を、前記冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に下降流となる前記第５パス２０ｂの熱交換通路断面積より小さく設定し、かつ、前記冷媒導出口８へと導く冷媒が最後に上昇流になる前記第６パス２０ｃの熱交換通路断面積を、前記冷媒導入口７からの冷媒が最初に上昇流となる前記第２パス１０ｂの熱交換通路断面積をより小さく設定した。このため、温度分布のムラの原因となる冷媒流量が少なくなる領域Ｌ１，Ｌ６を最小限に抑えることで、熱交換部での温度分布の均一化を図ることができる。

以上、本発明の蒸発器を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、この実施例１に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。

実施例１では、第１パス１０ａ〜第６パス２０ｃの各熱交換通路数の関係を細かく設定した例を示したが、冷媒の流通方向が上下方向の複数のパスに区画するものであれば、具体的なパス区画は、実施例１には限られることはない。

実施例１では、本発明の蒸発器を車両用空調装置のエバポレータに適用した例を示したが、これに限られずその他の技術分野における冷凍サイクルを用いる空調装置の蒸発器として適用することができる。

実施例１の蒸発器を示す風上側から視た全体正面図である。 実施例１の蒸発器を示す上側から視た全体平面図である。 実施例１の蒸発器における内部構成を示す図１のIII−III線による断面図である。 実施例１の蒸発器におけるチューブ構造をあらわす図で、(a)は分解斜視図を示し、(b)はチューブの斜視図を示す。 実施例１の蒸発器におけるタンクの仕切り板を備える金属薄板を示す斜視図である。 実施例１の蒸発器における熱交換部を示す概略斜視図である。 実施例１の蒸発器における風下側熱交換部の各パスと風上側熱交換部の各パスでの区画設定を示す概略図である。 従来例の蒸発器における風下側熱交換部の各パスと風上側熱交換部の各パスでの区画設定を示す概略図である。 冷媒通過穴が無い蒸発器において冷媒流入量が非常に少ないときの冷媒の流れを示す作用説明図である。 冷媒通過穴が有る実施例１の蒸発器において冷媒流入量が非常に少ないときの冷媒の流れを示す作用説明図である。 車両用空調ユニットにエバポレータ（蒸発器）を適用した場合であって冷媒流入量が非常に少ないときのエバポレータ直後の温度分布特性をあらわす実験結果図であり、(a)は冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のエバポレータ直後の温度分布を示し、(b)は冷媒通過穴が無い場合のエバポレータ直後の温度分布を示す。 車両用空調ユニットにエバポレータ（蒸発器）を適用した場合であって冷媒流入量が非常に少ないときのユニット出口温度分布特性をあらわす実験結果図であり、(a)は冷媒通過穴５２（φ3mm）を有する場合のユニット出口温度分布を示し、(b)は冷媒通過穴が無い場合のユニット出口温度分布を示す。

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…風下側熱交換部
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…風上側熱交換部
２０ａ…第４パス（上昇流パス）
２０ｂ…第５パス（下降流パス）
２０ｃ…第６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
５１…仕切り板
５２…冷媒通過穴

Claims (4)

1. 熱交換通路と上部タンクと下部タンクを有し、通風方向に対向配置した風下側熱交換部と風上側熱交換部を備え、
   前記風下側熱交換部と前記風上側熱交換部は、それぞれの熱交換通路を、前記上部タンクと前記下部タンクに設定した仕切り板により、冷媒の流通方向が上下方向の複数のパスに区画すると共に、前記上部タンクの端部位置に、冷媒導入口と冷媒導出口を設定した蒸発器において、
   前記冷媒導入口からの冷媒を、下降流と上昇流を繰り返して冷媒導出口へ導くように設定された前記仕切り板のうち、前記風下側熱交換部の第１パスと第２パスを仕切る仕切り板に、前記冷媒導入口からの冷媒の一部を、前記風下側熱交換部の第３パスに導く冷媒通過穴を設定したことを特徴とする蒸発器。
2. 請求項１に記載された蒸発器において、
   前記冷媒通過穴は、冷媒流入量が非常に少ない状態で冷媒の一部を前記風下側熱交換部の第３パスに導くことのできる最小限の面積を最小穴面積とし、冷媒流入量が多い状態で前記風下側熱交換部の第３パスに導かれる冷媒量を抑えることができる最大限の面積を最大穴面積とし、前記最小穴面積から前記最大穴面積の範囲内の穴面積に設定することを特徴とする蒸発器。
3. 請求項２に記載された蒸発器において、
   前記冷媒通過穴は、前記第１パスの通路断面積に対する面積比が0.8％〜13.2％に相当する穴面積を有することを特徴とする蒸発器。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載された蒸発器において、
   前記風下側熱交換部は、冷媒が下降流となる第１パスと、冷媒が上昇流となる第２パスと、冷媒が下降流となる第３パスと、を備え、
   前記風上側熱交換部は、冷媒が上昇流となる第４パスと、冷媒が下降流となる第５パスと、冷媒が上昇流となる第６パスと、を備え、
   前記冷媒導入口からの冷媒が最初に下降流となる前記第１パスの熱交換通路断面積を、前記冷媒導出口へと導く冷媒が最後に下降流となる前記第５パスの熱交換通路断面積より小さく設定し、かつ、前記冷媒導出口へと導く冷媒が最後に上昇流になる前記第６パスの熱交換通路断面積を、前記冷媒導入口からの冷媒が最初に上昇流となる前記第２パスの熱交換通路断面積をより小さく設定したことを特徴とする蒸発器。

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