JP2013113567A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で蒸発器において冷気を蓄えることを可能とする。
【解決手段】蒸発器１０は、一組の第１及び第２タンク１２、１４と、前記第１及び第２タンク１２、１４の延在方向と直交し、並列に設けられ前記第１タンク１２と第２タンク１４とを接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられる第１及び第２フィン１８、２０とを有し、前記第２フィン２０の第２湾曲部３６ａ、３６ｂは、第１フィン１８の第１湾曲部３０ａ、３０ｂの曲率に対して大きな曲率で形成される。そして、蒸発器１０を通過する空気に含有された水分が付着した際、前記水分が曲率の大きな第２湾曲部３６ａ、３６ｂとチューブ１６との間に保水され、該水分を凍結させることで蓄冷体を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内部に冷媒を流通させることで通過する空気を熱交換して冷却を行う蒸発器に関する。

車両に搭載される車両用空調装置には、送風機であるブロアによってケース内へと取り込まれた空気を冷却するために蒸発器が搭載されており、前記蒸発器を通過することで冷却された空気と、加熱手段である熱交換器により加熱された空気とを前記ケース内で所望の混合比率で混合した後、車室内へと送風することによって前記車室内の温度及び湿度の調整を行っている。

また、近年、車両の燃費向上や環境負荷の低減を目的として、前記車両が停止した際にエンジンを停止させるアイドリングストップ機構が普及し始めている。しかしながら、冷媒を圧縮して蒸発器に供給される冷媒を圧縮するための圧縮機は、一般的に、エンジンの駆動力を利用して駆動させているため、アイドリングストップ時において前記エンジンを停止させることで前記圧縮機が停止してしまうこととなり、圧縮された前記冷媒の蒸発器への供給が停止し、それに伴って、前記蒸発器による冷却が行われずに車室内へ冷風を送風することができなくなるという問題が生じる。

そのため、エンジン停止時（アイドリングストップ時）における空調を行って車室内の快適性を維持する目的で、例えば、電動式圧縮機を採用して該エンジン停止時においても冷媒を圧縮して蒸発器へと供給することで、車室内への冷風を送風可能としたり、または、特許文献１に開示されているように、蒸発器近傍に蓄冷器を設け、エンジン稼動時に供給される冷風によって該蓄冷器に予め冷気を蓄えておき、エンジン停止時に前記冷気から冷風を発生させて車室内へと供給することが行われている。

特開２０１０−１３９２０１号公報

しかしながら、上述した構成でエンジン停止時における空調を行おうとした場合に、電動式圧縮機はコストが高く、一方、蓄冷器は、例えば、車両用空調装置のケース内に設ける必要があるため、該車両用空調装置の大型化を招くと共に、該蓄冷器を設けることでコスト増加を招くという問題がある。

本発明は、前記の課題を考慮してなされたものであり、簡素な構成で、冷気を蓄えることが可能な蒸発器を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、冷媒を蓄える一組のタンクと、前記タンクの延在方向に沿って並列に配置され、一方のタンクと他方のタンクを接続する複数のチューブと、前記チューブの間に設けられ、波状に複数折曲された複数のフィンとを有し、前記チューブに冷却された冷媒を流通させることで前記フィンを通過する空気の冷却を行う蒸発器において、
前記フィンは、第１フィン部と、第２フィン部とを有し、
前記第２フィン部は、前記第１フィン部に対して前記チューブとの接続部位近傍における水分の保水量が多いことを特徴とする。

本発明によれば、チューブの間に設けられ波状に複数折曲された複数のフィンにおいて、前記チューブとの接続部位近傍における水分の保水量が多い第２フィン部を設けることで、例えば、前記フィンを通過する空気に含まれた水分が付着して前記チューブに沿って下方へと移動する際に、前記水分が第２フィン部の接続部位近傍に好適に保水される。

従って、第１フィン部に対してチューブとの接続部位近傍における水分の保水量が多い第２フィン部を設けるという簡素な構成で、該接続部位近傍に前記水分を確実且つ好適に保水することができるため、該水分を凍結させることで、前記蒸発器において冷気を蓄えることが可能となる。

その結果、例えば、蒸発器を含む車両用空調装置を搭載した車両がエンジンを停止させたアイドリングストップ状態となり冷媒の供給が停止した場合でも、前記水分を凍結させた蓄冷体を利用して熱交換を行って車室内へと送風を行うことができる。

また、第１及び第２フィン部は、隣接するチューブの延在方向と直交した直線部と、
前記チューブに接続される接続部と、
前記直線部と前記接続部とを湾曲しながら接続する湾曲部と、
を備え、
前記第２フィン部における湾曲部の曲率を、前記第１フィン部における湾曲部の曲率に対して大きく設定するとよい。

さらに、第１及び第２フィン部は、チューブに接続される接続部を備え、
前記第２フィン部は前記接続部における該第２フィン部と前記チューブとのなす角度を鋭角となるように延在させるとよい。

さらにまた、第２フィン部のフィン間隔は、第１フィン部のフィン間隔に対して小さいとよい。

またさらに、第２フィン部のチューブとの接続部の接触面積は、第１フィン部の前記チューブとの接続部の接触面積に対して小さいとよい。

さらに、フィンは、第１フィン部と第２フィン部とを並列に配置するとよい。

さらにまた、フィンは、タンクに設けられ冷媒が供給される配管側近傍に第２フィン部を配置するとよい。

またさらに、第２フィン部は、下方に配置される一方のタンク側に設けるとよい。

本発明によれば、以下の効果が得られる。

すなわち、チューブの間に設けられ波状に複数折曲された複数のフィンにおいて、前記チューブとの接続部位近傍における水分の保水量が多い第２フィン部を設けるという簡素な構成で、該接続部位近傍に前記水分を確実且つ好適に保水することができるため、該水分を凍結させることで蒸発器において冷気を蓄えることができる。

本発明の実施の形態に係る蒸発器の外観斜視図である。 図１に示す蒸発器の全体正面図である。 図３Ａは、第１フィンとチューブとの接続部位近傍を示す拡大図であり、図３Ｂは、第２フィンと前記チューブとの接続部位近傍を示す拡大図であり、図３Ｃは、第１変形例に係る蒸発器における第１フィンとチューブとの接続部位近傍を示す拡大図であり、図３Ｄは、第２変形例に係る蒸発器における第１フィンとチューブとの接続部位近傍を示す拡大図である。 図４Ａは、第３変形例に係る蒸発器を示す拡大図であり、図４Ｂは、第４変形例に係る蒸発器を示す拡大図である。

本発明に係る蒸発器について好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。

図１において、参照符号１０は、本発明の実施の形態に係る蒸発器を示す。

この蒸発器１０は、図１及び図２に示されるように、所定間隔離間して配置される一対の第１及び第２タンク（タンク）１２、１４と、前記第１タンク１２と第２タンク１４との間を接続する複数のチューブ１６と、前記チューブ１６の間に設けられ波状に折曲された複数の第１及び第２フィン１８、２０とを含む。

第１及び第２タンク１２、１４は、例えば、中空箱状に形成され、下部側に設けられる前記第１タンク１２の側部には、外部から冷媒の供給される供給配管２２と、該エバポレータの内部を循環した前記冷媒が排出される排出配管２４とが接続される。なお、供給配管２２及び排出配管２４は、蒸発器１０の厚さ方向（図１中、矢印Ａ方向）に並列となるように配置される。

チューブ１６は、例えば、金属製材料からなる薄板で中空状且つ一直線状に形成され、第１及び第２タンク１２、１４に対して略直交方向に延在し、その一端部が第１タンク１２に接続され、他端部が第２タンク１４に接続されて互いに連通している。また、複数のチューブ１６は、互いに等間隔離間して略平行に配置される。

そして、供給配管２２から第１タンク１２へと供給された冷媒が複数のチューブ１６を経て第２タンク１４へと循環した後に、再び前記第１タンク１２へと戻って排出配管２４から排出される。

第１及び第２フィン１８、２０は、例えば、アルミニウム等の薄板を波状に折曲することで形成され、隣接する２つのチューブ１６の間に設けられる。

この第１フィン（第１フィン部）１８は、チューブ１６の延在方向（矢印Ｂ方向）と直交する第１直線部２６と、チューブ１６の側面に接続される第１接続部２８と、前記第１直線部２６の端部と前記第１接続部２８とを接続する一対の第１湾曲部３０ａ、３０ｂとからなる。なお、第１フィン１８は、隣接する第１直線部２６の間隔が等間隔となるように形成されている。

第１接続部２８は、チューブ１６と平行に設けられ、例えば、ろう付け等で前記チューブ１６に対して固定される。

第１湾曲部３０ａ、３０ｂは、所定半径を有した湾曲状に形成され、互いに直交するように配置された第１直線部２６と第１接続部２８とを接続している。

一方、第２フィン（第２フィン部）２０は、チューブ１６の延在方向（矢印Ｂ方向）と略直交する第２直線部３２と、チューブ１６の側面に接続される第２接続部３４と、前記第２直線部３２の端部と前記第２接続部３４とを接続する一対の第２湾曲部３６ａ、３６ｂとからなる。

第２直線部３２は、隣接する第２直線部３２との間隔がそれぞれ等間隔となるように形成されると共に、前記第２直線部３２の間隔は、第１直線部２６同士の離間間隔と略同等となるように設定される。

第２接続部３４は、チューブ１６と平行に設けられ、例えば、ろう付け等で前記チューブ１６に対して固定される。また、第２接続部３４は、チューブ１６の延在方向に沿った長さが、第１接続部２８の長さに対して短く形成される。

第２湾曲部３６ａ、３６ｂは、所定半径を有した湾曲状に形成され、互いに直交するように配置された第２直線部３２と第２接続部３４とを接続している。また、第２湾曲部３６ａ、３６ｂの曲率は、第１湾曲部３０ａ、３０ｂの曲率に対して大きく設定される。換言すれば、第２湾曲部３６ａ、３６ｂの半径は、第１湾曲部３０ａ、３０ｂの半径に対して大きく設定される。

本発明の実施の形態に係る蒸発器１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。なお、ここでは、蒸発器１０が、車両に搭載され車室内へ調温した空気を送風する車両用空調装置に用いられる場合について説明する。

先ず、供給配管２２を通じて蒸発器１０の第１タンク１２に圧縮された冷媒が供給され、前記第１タンク１２から複数のチューブ１６内へと流通した後、第２タンク１４へと導入される。その後、第２タンク１４から再び前記チューブ１６を通じて前記第１タンク１２へと循環した後、排出配管２４を経て導出される。すなわち、冷媒は、供給配管２２を通じて蒸発器１０の内部へと供給され、第１タンク１２、チューブ１６、第２タンク１４を経て再び前記第１タンク１２から排出配管２４へと排出されるように循環する。

そして、車両用空調装置を構成する送風機から供給される空気が、第１及び第２フィン１８、２０を通過することによってチューブ１６を循環している冷媒と熱交換がなされ、所定温度に冷却されて下流側へと流通する。

次に、蒸発器１０を利用して冷気を蓄える場合について説明する。この冷気を蓄える蓄冷時では、空気が蒸発器１０の上流側から下流側へと流通する際に、第１及び第２フィン１８、２０に付着する空気に含まれる水分Ｓ（図３Ａ、図３Ｂ参照）を凍結させることで冷気を蓄える。

具体的には、蒸発器１０に付着した水分Ｓが重力作用下にチューブ１６を伝って下方へと移動し、図３Ａ及び図３Ｂに示されるように、その一部が、チューブ１６と第１及び第２フィン１８、２０との接合部位近傍に溜まることとなる。この水分Ｓは、その表面張力によって第１及び第２湾曲部３０ａ、３０ｂ、３６ａ、３６ｂの上部とチューブ１６の側面との間、一対の第１及び第２湾曲部３０ａ、３０ｂ、３６ａ、３６ｂの間、前記第１及び第２湾曲部３０ａ、３０ｂ、３６ａ、３６ｂの下部とチューブ１６の側面との間にそれぞれ保水される。

すなわち、水分Ｓの表面張力は水分同士が近づきやすい距離でチューブ１６や第１及び第２フィン１８、２０により囲まれた一定の空間であるほど溜まりやすいため、第１及び第２直線部２６、３２からそれぞれチューブ１６に向かって延在する仮想線と、第１及び第２湾曲部３０ａ、３０ｂ、３６ａ、３６ｂと、チューブ１６によって囲まれる仮想空間において主に保水されやすい。そのため、曲率の大きな第２湾曲部３６ａ、３６ｂを有する第２フィン２０が、前記第２湾曲部３６ａ、３６ｂに対して曲率の小さな第１湾曲部３０ａ、３０ｂを有する第１フィン１８よりもチューブ１６及び第１及び第２フィン１８、２０によって囲まれた空間が広くなるため保水量が多くなる。

そのため、蒸発器１０に付着した水分Ｓは、第１フィン１８に対して第２フィン２０に多く保水された状態となり、図示しない滞留手段によって前記蒸発器１０の上流側から下流側への送風を滞留させることで、水分Ｓが第１及び第２フィン１８、２０に保水された状態で徐々に凍結することとなる。そして、水分Ｓが凍結することで蓄冷体Ｒ（氷）となる。

この際、蓄冷体Ｒは、水分Ｓが蒸発器１０の下方側により多く保水されているため、その保水量は、第２フィン２０の第２タンク１４側が最も多くなり、上方となるのに伴って少なくなる。

そして、例えば、走行中の車両が停車してエンジンの停止したアイドリングストップ状態において、蒸発器１０において蓄冷された蓄冷体Ｒを利用して車室内の空調を行う場合、図示しない車両用空調装置の送風機から蒸発器１０へと送風を行うことにより、凍結した蓄冷体Ｒが前記送風によって溶融させながら融解熱により空気が冷却されて下流側へと流通して車室内へと送風される。なお、このエンジン停止時には、該エンジンと共に圧縮機も停止しているため、蒸発器１０への冷媒の供給が停止している状態にある。

なお、蒸発器１０における第１フィン１８と第２フィン２０との割合は、水分の保水性（保水量）を考慮して適宜設定される。例えば、保水性を高めて蓄冷体Ｒの容量を増加させたい場合には、第１フィン１８の数量を減少させると同時に第２フィン２０の数量を増加させ、一方、保水性を低下させ前記蓄冷体Ｒの容量を減少させたい場合には、前記第１フィン１８の数量を増加させると同時に第２フィン２０の数量を減少させるとよい。

以上のように、本実施の形態では、蒸発器１０において、保水性の高い第２フィン２０を通常の第１フィン１８に併せて設けることで、前記蒸発器１０に付着した水分Ｓを好適且つ多く保水しておくことが可能となるため、この保水された前記水分Ｓを凍結させることで蓄冷を行う際、蓄冷体Ｒの容量を大きく確保して冷気を蓄えることが可能となる。

その結果、車両におけるエンジンを停止させたアイドリングストップ時において、蓄冷体Ｒに対して送風を行うことで車室内へと冷却された空気を送風することができ、しかも、前記蓄冷体Ｒの容量を大きく確保することでより十分に蓄えられる冷気によって長時間送風を行うことが可能となる。

また、第２フィン２０は、第２湾曲部３６ａ、３６ｂの曲率を第１フィン１８の第１湾曲部３０ａ、３０ｂの曲率に対して大きくするという簡素な構造で、第２フィン２０において容易に高い保水性を確保することが可能となる。

さらに、形状の異なる第１フィン１８と第２フィン２０とを、チューブ１６に沿ってそれぞれ並列に設けることで、前記第１及び第２フィン１８、２０が列単位でそれぞれ別個となるため、隣接するチューブ１６間において第１フィン１８と第２フィン２０とが混在することがなく、前記第１フィン１８と第２フィン２０とを混在させた場合に懸念される製造性の低下を回避することが可能となり、前記第１及び第２フィン１８、２０を含む蒸発器１０の製造性を向上させることができる。

上述した本実施の形態においては、第２フィン２０において、隣接するチューブ１６の延在方向と直交した第２直線部３２と、前記チューブ１６に接続される第２接続部３４との接続する第２湾曲部３６ａ、３６ｂを第１フィン１８の第１湾曲部３０ａ、３０ｂよりも大きくすることで、前記第２湾曲部３６ａ、３６ｂとチューブ１６との間に隙間を形成して保水量を多くしているが、このような構成に限定されるものではない。

例えば、図３Ｃに示すように、第２フィン２０ａは、チューブ１６との第２接続部３４ａにおいて、前記チューブ１６と前記第２フィン２０ａとのなす角度が鋭角θになるように断面Ｖ字状となる一対の第２直線部３２ａから形成してもよい。このように構成することにより、チューブ１６と第２フィン２０ａとの間隔が短くなる空間が形成されるため、水分Ｓの表面張力により、第１フィン１８に対して保水量を多くすることができる。

また、図３Ｄに示すように、第２フィン２０ｂのフィン間隔Ｌ２を第１フィン１８のフィン間隔Ｌ１に対して小さく形成することで（Ｌ２＜Ｌ１）、水分Ｓの表面張力が働きやすくなるため、チューブ１６と隣り合う第２フィン２０ｂによって形成される空間において好適に保水される。さらに、第２フィン２０ｂとチューブ１６との接続部における接触面積を第１フィン１８に対して小さくすることで、フィン間隔を大きく確保することなく上述した構成とすることが容易となり、第２フィン２０ｂの表面積減少による熱交換効率の低下を生じさせることなく保水量を多くすることが可能となる。

一方、上述したように、水分Ｓの保水性が高い第２フィン２０を、第１フィン１８に対して並列、且つ、該第１フィン１８の間となるように配置する場合に限定されるものではなく、例えば、図４Ａに示される蒸発器５０のように、第１タンク１２における供給配管２２側（矢印Ｃ１方向）に複数の第２フィン５２を並列に配置し、該第２フィン５２に対して前記供給配管２２から離間する側（矢印Ｃ２方向）に複数の第１フィン５４を並列に配置するようにしてもよい。

換言すれば、複数の第２フィン５２を供給配管２２側（矢印Ｃ１方向）にまとめて配置し、一方、複数の第１フィン５４を前記供給配管２２とは反対側（矢印Ｃ２方向）にまとめて配置してもよい。

このような構成とすることにより、冷媒は、複数のチューブ１６に沿って流通する際に、蒸発器５０に供給され始める供給配管２２側（矢印Ｃ１方向）の流れが反対側（矢印Ｃ２方向）に比べて遅いため、外部との熱交換がされやすく、さらに冷媒の温度が低いため、蒸発器５０に付着した水分Ｓは、該供給配管２２近傍から凍結し易い傾向がある。そのため、水分Ｓが凍結し始める供給配管２２側に保水性の高い第２フィン５２を配置することで、より多くの水分Ｓを早急に凍結させ蓄冷体Ｒを効率的に生成することが可能となる。

また、図４Ｂに示される蒸発器６０のように、蒸発器６０における第２タンク１４側に第２フィン６２を有し、第１タンク１２側に第１フィン６４を有するフィン６６を備えるようにしてもよい。すなわち、フィン６６は、チューブ１６の長手方向に沿って一端部側に第１フィン６４を備え、他端部側に第２フィン６２を備えている。

このような構成とすることにより、蒸発器６０に付着した水分Ｓは、重力作用下に下方（第２タンク１４側）に集まるため、該第２タンク１４側に第２フィン６２を設けることで、保水性の高い前記第２フィン６２において前記水分Ｓを好適に蓄えて凍結させることが可能となる。その結果、蒸発器６０においてより一層効率的に水分Ｓを凍結させて蓄冷体Ｒを生成することができる。

なお、本発明に係る蒸発器は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０、５０、６０…蒸発器 １２…第１タンク
１４…第２タンク １６…チューブ
１８、５４、６４…第１フィン
２０、２０ａ、２０ｂ、５２、６２…第２フィン
２２…供給配管 ２４…排出配管
２６…第１直線部 ２８…第１接続部
３０ａ、３０ｂ…第１湾曲部 ３２、３２ａ…第２直線部
３４、３４ａ…第２接続部 ３６ａ、３６ｂ…第２湾曲部
６６…フィン

Claims (8)

1. 冷媒を蓄える一組のタンクと、前記タンクの延在方向に沿って並列に配置され、一方のタンクと他方のタンクを接続する複数のチューブと、前記チューブの間に設けられ、波状に複数折曲された複数のフィンとを有し、前記チューブに冷却された冷媒を流通させることで前記フィンを通過する空気の冷却を行う蒸発器において、
   前記フィンは、第１フィン部と、第２フィン部とを有し、
   前記第２フィン部は、前記第１フィン部に対して前記チューブとの接続部位近傍における水分の保水量が多いことを特徴とする蒸発器。
2. 請求項１記載の蒸発器において、
   前記第１及び第２フィン部は、隣接するチューブの延在方向と直交した直線部と、
   前記チューブに接続される接続部と、
   前記直線部と前記接続部とを湾曲しながら接続する湾曲部と、
   を備え、
   前記第２フィン部における湾曲部の曲率は、前記第１フィン部における湾曲部の曲率に対して大きく設定されることを特徴とする蒸発器。
3. 請求項１記載の蒸発器において、
   前記第１及び第２フィン部は、前記チューブに接続される接続部を備え、
   前記第２フィン部は前記接続部における該第２フィン部と前記チューブとのなす角度は鋭角となるように延在することを特徴とする蒸発器。
4. 請求項１記載の蒸発器において、
   前記第２フィン部のフィン間隔は、前記第１フィン部のフィン間隔に対して小さいことを特徴とする蒸発器。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の蒸発器において、
   前記第２フィン部の前記チューブとの接続部の接触面積は、前記第１フィン部の前記チューブとの接続部の接触面積に対して小さいことを特徴とする蒸発器。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸発器において、
   前記フィンは、前記第１フィン部と前記第２フィン部とが並列に配置されることを特徴とする蒸発器。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の蒸発器において、
   前記フィンは前記タンクに設けられ前記冷媒の供給される配管側近傍に前記第２フィン部が装着されることを特徴とする蒸発器。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の蒸発器において、
   前記第２フィン部は、下方に配置される一方のタンク側に設けられることを特徴とする蒸発器。

Images