JP2017150695A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒の流量が変化した場合であっても、冷媒の温度を正確に測定することができ、これによりフロストの発生を防止することのできる蒸発器を提供する。【解決手段】蒸発器１０には、第１コア部１１１を流れた冷媒が第３コア部２１３を流れ、第２コア部１１２を流れた冷媒が第２コア部１１２を流れるように、第１蒸発部１００における下部タンク１３０と、第２蒸発部２００における下部タンク２３０とを接続する接続流路が形成されている。温度センサは、第３コア部２１３を流れている冷媒の温度を直接又は間接的に測定し得る位置、に設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、外部を流れる空気との熱交換により、内部で冷媒を蒸発させる蒸発器に関する。

例えば車両用の空調装置等に用いられる冷凍サイクルには、蒸発器が備えられる。蒸発器は、複数本のチューブを積層することによって構成された熱交換コア部を有している。冷凍サイクルが動作しているときには、蒸発器よりも上流側の絞り弁を通過して減圧された低温且つ液相の冷媒が、蒸発器の熱交換コア部に供給される。

熱交換コア部では、チューブの外側を流れる空気と、チューブの内側を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。当該熱交換により、外側を流れる空気は冷却され、内側を流れる冷媒は加熱される。熱交換コア部では、冷媒が蒸発して液相から気相へと変化する。

熱交換コア部を通過した後における空気の温度は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量によって調整することができる。例えば、圧縮機の回転数を増加させて冷媒の流量を大きくすれば、冷媒の温度が低下することに伴い、熱交換コア部を通過する空気の温度も低下する。逆に、圧縮機の回転数を低下させて冷媒の流量を小さくすれば、冷媒の温度が上昇することに伴い、熱交換コア部を通過する空気の温度も上昇する。

空気の温度調整は、熱交換コア部を流れる液相冷媒の温度を測定しながら、当該温度を目標温度に一致させるように行われる。下記特許文献１には、冷媒の温度を測定するための温度センサを備えた蒸発器が記載されている。温度センサは、熱交換コア部のうち、互いに隣り合う２本のチューブの間となる位置に取り付けられている。

特開２００８−２６５４０２号公報

本発明者らは、空気の冷却をより効率的に行うことができるよう、空気の流れ方向に沿って２つの熱交換コア部を重ねた構成の蒸発器について検討を行ってきた。このような構成の蒸発器では、冷媒の流量が比較的小さくなったときにおいて、一部のチューブには液相の冷媒が流れず、気相の冷媒のみが流れる状態となることがある。その際、気相の冷媒のみが流れるチューブにおいては、空気との熱交換（すなわち空気の冷却）が効率的には行われない。このため、熱交換コア部を通過する空気の温度分布が不均一なものとなってしまうことがある。

通過する空気の温度分布を均一なものとするためには、２つの熱交換コア部を繋ぐ接続流路を交差させればよい。例えば、一方の熱交換コア部のうち左側部分を通った冷媒が、他方の熱交換コア部のうち右側部分を通り、上記一方の熱交換コア部のうち右側部分を通った冷媒が、上記他方の熱交換コア部のうち左側部分を通るように、上記の接続流路を交差した流路として形成すればよい。

このような構成においては、それぞれの熱交換コア部のうち気相の冷媒が流れる部分が、空気の流れ方向に沿って重なってしまう可能性を低減することができる。つまり、一方の熱交換コア部において一部のチューブを気相の冷媒が流れている状態になったとしても、他方の熱交換コア部のうち上記チューブと重なる部分には、液相の冷媒が流れている状態とすることができる。

２つの熱交換コア部のそれぞれを空気が通過する際には、少なくとも一方の熱交換コア部において、液相の冷媒と空気との間で熱交換が行われることとなる。その結果、熱交換コア部を通過する空気の温度分布を均一なものとすることができる。

ところで、熱交換コア部のうち気相の冷媒が流れてしまう部分の範囲は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量によって変化する。もし、温度センサが設けられている部分を気相の冷媒が流れてしまうと、温度センサによって測定される温度は、液相の冷媒における実際の温度よりも高い温度となる。

その場合、冷媒の温度を下げるために、圧縮機の回転数を増加させる制御が行われることとなるので、冷媒の温度は更に低くなる。つまり、液相冷媒の温度が適温であるにも拘らず、冷媒の温度を更に下げるような制御が行われてしまう。その結果、冷媒の温度が低下し過ぎてしまい、チューブの表面に付着した凝縮水が凍結する現象、所謂フロストが生じることがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷媒の流量が変化した場合であっても、冷媒の温度を正確に測定することができ、これによりフロストの発生を防止することのできる蒸発器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る蒸発器は、外部を流れる空気との熱交換により、内部で冷媒を蒸発させる蒸発器（１０）であって、空気の流れ方向に沿って並ぶように配置された第１蒸発部（１００）及び第２蒸発部（２００）と、冷媒の温度を測定する温度測定部（４０）と、を備えている。第１蒸発部及び第２蒸発部は、それぞれ、冷媒が流れる複数のチューブ（１１５，２１５）を積層して構成された熱交換コア部（１１０，２１０）と、それぞれのチューブの一端側が接続された上部タンク（１２０，２２０）と、それぞれのチューブの他端側が接続された下部タンク（１３０，２３０）と、を有している。第１蒸発部における下部タンクと、第２蒸発部における下部タンクとの間には、第１蒸発部から第２蒸発部へと冷媒を流すための接続流路（３０）が形成されている。また、本発明に係る蒸発器は、第１蒸発部における上部タンクに形成された入口部（１２１）から冷媒が供給され、当該冷媒が接続流路を通って第１蒸発部から第２蒸発部へと流入し、第２蒸発部における上部タンクに形成された出口部（２２１）から排出されるように構成されている。第１蒸発部における熱交換コア部は、複数のチューブのうち一部のチューブ群で構成された第１コア部（１１１）と、複数のチューブのうち、第１コア部に含まれないチューブ群の少なくとも一部で構成された第２コア部（１１２）と、を有しており、第１コア部が、第２コア部よりも入口部寄りとなる位置に配置されたものである。第２蒸発部における熱交換コア部は、複数のチューブのうち一部のチューブ群で構成された第３コア部（２１３）と、複数のチューブのうち、第３コア部に含まれないチューブ群の少なくとも一部で構成された第４コア部（２１４）と、を有しており、第３コア部は、空気の流れ方向に沿って第２コア部と重なる位置に配置され、第４コア部は、空気の流れ方向に沿って第１コア部と重なる位置に配置されている。接続流路は、第１コア部を流れた冷媒が第３コア部を流れ、第２コア部を流れた冷媒が第４コア部を流れるように、第１蒸発部における下部タンクと、第２蒸発部における下部タンクとを接続するものである。温度測定部は、第３コア部を流れている冷媒の温度を直接又は間接的に測定し得る位置、に設けられている。

このような蒸発器は、第１蒸発部と第２蒸発部とを備えており、これらが空気の流れ方向に沿って並ぶように配置されている。このため、空気と冷媒との熱交換を効率的に行うことが可能となっている。

第１蒸発部と第２蒸発部を繋ぐ接続流路は、第１コア部を流れた冷媒が第３コア部を流れ、第２コア部を流れた冷媒が第４コア部を流れるように形成されている。また、空気の流れ方向に沿って第１コア部と第４コア部とが重なっており、第２コア部と第３コア部とが重なっている。このような構成により、一部のチューブを気相の冷媒が流れるような状態になったとしても、蒸発器を通過する空気の温度分布を均一なものとすることができる。

本発明者らが検討したところによれば、上記のような構成の蒸発器においては、通常動作の範囲で冷媒の流量が変化したとしても、第３コア部においては常に液相の冷媒が存在していることが判明している。そこで、本発明に係る蒸発器では、温度測定部が、第３コア部を流れている冷媒の温度を直接又は間接的に測定し得る位置に設けられている。これにより、温度測定部によって気相の冷媒の温度が測定されてしまうことが防止され、その結果としてフロストの発生も防止される。

本発明によれば、冷媒の流量が変化した場合であっても、冷媒の温度を正確に測定することができ、これによりフロストの発生を防止することのできる蒸発器が提供される。

本発明の実施形態に係る蒸発器の外観を模式的に示す斜視図である。 図１の蒸発器の構成を説明するための分解斜視図である。 図１の蒸発器に設けられた絞りプレートの形状を示す図である。 図１の蒸発器において冷媒の流れる経路を示す図である。 温度センサの構成を示す図である。 温度センサの取り付け位置について説明するための図である。 温度センサの取り付け位置について説明するための図である。 冷媒の流量に応じて、液相冷媒の存在範囲が変化する様子を模式的に示す図である。 冷媒の循環が停止された直後における、液相冷媒の存在範囲を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る蒸発器１０の構成について説明する。蒸発器１０は、空調装置用の冷凍サイクル（不図示）の一部として用いられるものである。従来の蒸発器と同様に、蒸発器１０は、外部を流れる空気との熱交換により、内部で冷媒を蒸発させるための装置として構成されている。

蒸発器１０は、第１蒸発部１００と、第２蒸発部２００と、接続タンク３０とを備えている。第１蒸発部１００と第２蒸発部２００は、互いに略同一な構成の熱交換器であって、矢印Ｘで示される空気の流れ方向に沿って並ぶように配置されている。接続タンク３０は、第１蒸発部１００及び第２蒸発部２００の下方側において、これらを接続する冷媒流路を形成している部分である。後に詳しく説明するように、蒸発器１０の外部から供給された冷媒は、第１蒸発部１００、接続タンク３０、及び第２蒸発部２００を順に通った後、蒸発器１０の外部へと排出される。

第１蒸発部１００は、熱交換コア部１１０と、上部タンク１２０と、下部タンク１３０とを有している。

熱交換コア部１１０は、冷媒が流れる複数本のチューブ１１５を、それぞれの間にフィン１１６を介して積層することにより構成された部分である。チューブ１１５は、内部を冷媒が通るよう筒状に形成された金属製の配管である。冷媒の流れ方向に対して垂直な（つまり水平な）断面におけるチューブ１１５の形状は扁平形状となっており、その長手方向は空気の流れ方向（矢印Ｘ）に沿っている。

チューブ１１５は上下方向に沿って伸びる配管となっている。チューブ１１５の上端は、後述の上部タンク１２０に接続されている。また、チューブ１１５の下端は、後述の下部タンク１３０に接続されている。これにより、上部タンク１２０の内部空間と、下部タンク１３０の内部空間とが、複数のチューブ１１５によって連通されている。

フィン１１６は、波状に折り曲げられた金属板であって、隣り合うチューブ１１５の間に挿入されている。波状となっているフィン１１６のそれぞれの頂部は、チューブ１１５の側面にろう付けされている。冷凍サイクルの動作中においては、通過する空気の熱がチューブ１１５に直接伝達される他、フィン１１６を介してもチューブ１１５に伝達される。つまり、空気との接触面積がフィン１１６によって大きくなっており、これにより空気と冷媒との熱交換が効率的に行われる。

積層された全てのチューブ１１５及びフィン１１６が配置された部分、すなわち熱交換コア部１１０は、上記のように空気と冷媒との熱交換が行われる部分となっている。空気の流れ方向に沿って見た場合において、熱交換コア部１１０の左右両側となる位置には、平坦な金属板であるサイドプレート１１７が設けられている。サイドプレート１１７は、熱交換コア部１１０を左右両側から挟み込むことにより、熱交換コア部１１０を補強してその形状を維持するためのものである。

上部タンク１２０は、冷媒を内部に貯えるための円筒形状の容器である。上部タンク１２０は、その中心軸を水平方向に略沿わせた状態で、熱交換コア部１１０の上方側に配置されている。既に述べたように、上部タンク１２０には、それぞれのチューブ１１５の上端が接続されている。上部タンク１２０の長手方向は、チューブ１１５の積層方向と一致している。

上部タンク１２０の長手方向における一端側（図１では左側）には、入口部１２１が形成されている。入口部１２１は、冷凍サイクルの絞り弁（不図示）から伸びる配管が接続される部分であって、冷凍サイクルを循環する冷媒が蒸発器１０に供給される際の入口として機能する部分である。冷凍サイクルの動作中においては、入口部１２１から上部タンク１２０の内部に冷媒が供給される。このとき、冷媒は低温となっており、そのほぼ全体が液相の状態となっている。

冷媒は、上部タンク１２０からそれぞれのチューブ１１５に分配され、チューブ１１５の内部を下部タンク１３０側に向かって流れることとなる。このとき、既に述べたように空気と冷媒との熱交換が行われる。当該熱交換により、冷媒は空気によって加熱され、その温度を上昇させる。その際、一部の冷媒がチューブ１１５の内部において液相から気相へと変化することがある。気相に変化する冷媒の量は、蒸発器１０に供給される冷媒の流量（冷凍サイクルに設けられた圧縮機の回転数といってもよい）によって変化する。

下部タンク１３０は、上部タンク１２０と同様に、冷媒を内部に貯えるための円筒形状の容器である。下部タンク１３０は、その中心軸を上部タンク１２０の中心軸と平行とした状態で、熱交換コア部１１０の下方側に配置されている。既に述べたように、下部タンク１３０には、それぞれのチューブ１１５の下端が接続されている。

下部タンク１３０には、それぞれのチューブ１１５を下方側に向かって流れた冷媒が流入する。その後、冷媒は接続タンク３０によって形成された流路（接続流路）を通り、第２蒸発部２００へと供給される。接続タンク３０の内部の構成については、後に説明する。

第２蒸発部２００は、上記のような第１蒸発部１００と概ね同一に構成された熱交換器である。第２蒸発部２００は、空気の流れ方向において第１蒸発部１００よりも上流側となる位置に配置されている。

第２蒸発部２００は、熱交換コア部２１０と、下部タンク２３０と、上部タンク２２０とを有している。

熱交換コア部２１０は、冷媒が流れる複数本のチューブ２１５を、それぞれの間にフィン２１６を介して積層することにより構成された部分である。熱交換コア部２１０の構成は、既に説明した熱交換コア部１１０の構成と同一であるから、その具体的な説明を省略する。

熱交換コア部２１０は、熱交換コア部１１０と同様に空気と冷媒との熱交換が行われる部分となっている。熱交換コア部２１０は、空気の流れ方向に沿って見た場合におけるその外形が、熱交換コア部１１０の外形と完全に重なるような位置に配置されている。

空気の流れ方向に沿って見た場合において、熱交換コア部２１０の左右両側となる位置には、平坦な金属板であるサイドプレート２１７が設けられている。サイドプレート２１７は、熱交換コア部２１０を左右両側から挟み込むことにより、熱交換コア部２１０を補強してその形状を維持するためのものである。

下部タンク２３０は、冷媒を内部に貯えるための円筒形状の容器である。下部タンク２３０は、その中心軸を水平方向に略沿わせた状態で、熱交換コア部２１０の下方側に配置されている。下部タンク２３０には、それぞれのチューブ２１５の下端が接続されている。下部タンク２３０の長手方向は、チューブ２１５の積層方向と一致している。

接続タンク３０を介して第１蒸発部１００から第２蒸発部２００へと供給される冷媒は、先ず下部タンク２３０の内部に流入する。その後、冷媒は下部タンク２３０からそれぞれのチューブ２１５に分配され、チューブ２１５の内部を上部タンク２２０側に向かって流れることとなる。

このとき、熱交換コア部１１０の場合と同様に、チューブ２１５を流れる冷媒と空気との熱交換が行われる。当該熱交換により、冷媒は空気によって加熱され、その温度を上昇させる。その際、一部又は全ての冷媒がチューブ２１５の内部において液相から気相へと変化する。気相に変化する冷媒の量は、蒸発器１０に供給される冷媒の流量によって変化する。

上部タンク２２０は、下部タンク２３０と同様に、冷媒を内部に貯えるための円筒形状の容器である。上部タンク２２０は、その中心軸を下部タンク２３０の中心軸と平行とした状態で、熱交換コア部２１０の上方側に配置されている。上部タンク２２０には、それぞれのチューブ２１５の上端が接続されている。

上部タンク２２０の長手方向における一端側（図１では左側）には、出口部２２１が形成されている。出口部２２１は、冷凍サイクルの圧縮機へと延びる配管が接続される部分であって、冷凍サイクルを循環する冷媒が蒸発器１０から排出される際の出口として機能する部分である。冷凍サイクルの動作中においては、蒸発器１０において熱交換が行われた後の冷媒が、出口部２２１から圧縮機に向けて排出される。このとき、排出される冷媒の一部又は全部が気相の状態となっている。

図２を参照しながら、蒸発器１０の具体的な内部構成について説明する。下部タンク１３０の内部のうち、下部タンク１３０の長手方向における中央となる位置には、円板状のセパレータ１３５が設けられている。下部タンク１３０の内部空間は、このセパレータ１３５によって２つの空間（第１空間１３１、第２空間１３２）に分けられている。第１空間１３１は図２における左側の空間であり、第２空間１３２は図２における右側の空間である。つまり、第１空間１３１の位置は、第２空間１３２の位置よりも入口部１２１寄りとなっている。第１空間１３１及び第２空間１３２の一方から他方へと冷媒が直接移動することは、セパレータ１３５によりできなくなっている。

下部タンク１３０には、下部タンク１３０から接続タンク３０に向かう冷媒の出口となる開口１３３及び開口１３４が形成されている。開口１３３は第１空間１３１側に形成されており、開口１３４は第２空間１３２側に形成されている。

熱交換コア部１１０を構成する複数のチューブ１１５は、下部タンク１３０の第１空間１３１に繋がる一群のチューブと、第２空間１３２に繋がる一群のチューブとに分類することができる。以下の説明においては、熱交換コア部１１０のうち第１空間１３１に繋がるチューブ群で構成された部分を「第１コア部１１１」とも表記する。また、熱交換コア部１１０のうち第２空間１３２に繋がるチューブ群で構成された部分を「第２コア部１１２」とも表記する。第１コア部１１１の位置は、第２コア部１１２よりも入口部１２１寄りとなる位置となっている。

下部タンク２３０の内部のうち、下部タンク２３０の長手方向における中央となる位置には、円板状のセパレータ２３５が設けられている。下部タンク２３０の内部空間は、このセパレータ２３５によって２つの空間（第３空間２３３、第４空間２３４）に分けられている。第３空間２３３は図２における右側の空間であり、第４空間２３４は図２における左側の空間である。つまり、第４空間２３４の位置は、第３空間２３３の位置よりも出口部２２１寄りとなっている。第３空間２３３及び第４空間２３４の一方から他方へと冷媒が直接移動することは、セパレータ２３５によりできなくなっている。

下部タンク２３０には、接続タンク３０から下部タンク２３０に向かう冷媒の入口となる開口２３１及び開口２３２が形成されている。開口２３１は第３空間２３３側に形成されており、開口２３２は第４空間２３４側に形成されている。

熱交換コア部２１０を構成する複数のチューブ２１５は、下部タンク２３０の第３空間２３３に繋がる一群のチューブと、第４空間２３４に繋がる一群のチューブとに分類することができる。以下の説明においては、熱交換コア部２１０のうち第３空間２３３に繋がるチューブ群で構成された部分を「第３コア部２１３」とも表記する。また、熱交換コア部２１０のうち第４空間２３４に繋がるチューブ群で構成された部分を「第４コア部２１４」とも表記する。第３コア部２１３は、空気の流れ方向に沿って第２コア部１１２の全体と重なる位置に配置されている。第４コア部２１４は、空気の流れ方向に沿って第１コア部１１１の全体と重なる位置に配置されている。

下部タンク２３０の内部には、円板状の絞りプレート２３６が設けられている。第３空間２３３は、この絞りプレート２３６によって更に２つの空間（上流側空間２３３ａ、下流側空間２３３ｂ）に分けられている。上流側空間２３３ａは図２における右側の空間であり、下流側空間２３３ｂは図２における左側、つまりセパレータ２３５側の空間である。尚、絞りプレート２３６は、セパレータ２３５と開口２３１との間となる位置に設けられている。つまり、開口２３１は上流側空間２３３ａ側に形成されている。

図３に示されるように、絞りプレート２３６には円形の貫通穴２３７が形成されている。このため、上流側空間２３３ａと下流側空間２３３ｂとは貫通穴２３７によって連通されており、両者の間で冷媒が行き来することが可能となっている。貫通穴２３７は、その下端部が絞りプレート２３６の下端部よりも高い位置となるように形成されている。図３では、絞りプレート２３６の下端部から貫通穴２３７の下端部までの高さが符号「ｇ」で示されている。

図２を再び参照しながら、接続タンク３０の構成について説明する。接続タンク３０は、下部タンク１３０や下部タンク２３０と同様な円筒形状の容器である。接続タンク３０は、その中心軸を下部タンク１３０等の中心軸と平行とした状態で、下部タンク１３０と下部タンク２３０との間となる位置（且つ、これらよりも僅かに下方となる位置）に設けられている。

接続タンク３０の内部空間は、下部タンク１３０から下部タンク２３０へと向かう冷媒が通る接続流路となっている。接続タンク３０の内部空間は、当該空間内に配置された仕切り部材３０５によって２つの空間（第５空間３２５、第６空間３２６）に分けられている。第５空間３２５及び第６空間３２６の一方から他方へと冷媒が直接移動することは、仕切り部材３０５によりできなくなっている。

接続タンク３０のうち、第５空間３２５を区画する壁面の一部には、開口３１１と開口３１２とが形成されている。接続タンク３０のうち開口３１１の縁と、下部タンク１３０のうち開口１３３の縁とは、互いに重ね合わせられた状態で接合されている。このため、第１空間１３１と第５空間３２５とは、開口１３３及び開口３１１を介して連通されている。尚、開口１３３と開口３１１との接続が、例えば金属製の配管を介して行われることとしてもよい。

同様に、接続タンク３０のうち開口３１２の縁と、下部タンク２３０のうち開口２３１の縁とは、互いに重ね合わせられた状態で接合されている。このため、第５空間３２５と第３空間２３３（上流側空間２３３ａ）とは、開口３１２及び開口２３１を介して連通されている。開口３１２と開口２３１との接続が、例えば金属製の配管を介して行われることとしてもよい。

以上のような構成により、第１空間１３１と上流側空間２３３ａとが、接続タンク３０の第５空間３２５を介して連通されている。このため、第１空間１３１から開口１３３を通じて排出された冷媒は、開口２３１を通じて上流側空間２３３ａに流入することとなる。その後、当該冷媒は貫通穴２３７を通って下流側空間２３３ｂにも流入する。つまり、上流側空間２３３ａには接続タンク３０を通った冷媒が直接流入する一方で、下流側空間２３３ｂには接続タンク３０を通った冷媒が直接流入せず、上流側空間２３３ａから貫通穴２３７を通った冷媒のみが流入するような構成となっている。

接続タンク３０のうち、第６空間３２６を区画する壁面の一部には、開口３１３と開口３１４とが形成されている。接続タンク３０のうち開口３１３の縁と、下部タンク１３０のうち開口１３４の縁とは、互いに重ね合わせられた状態で接合されている。このため、第２空間１３２と第６空間３２６とは、開口１３４及び開口３１３を介して連通されている。尚、開口１３４と開口３１３との接続が、例えば金属製の配管を介して行われることとしてもよい。

同様に、接続タンク３０のうち開口３１４の縁と、下部タンク２３０のうち開口２３２の縁とは、互いに重ね合わせられた状態で接合されている。このため、第６空間３２６と第４空間２３４とは、開口３１４及び開口２３２を介して連通されている。開口３１４と開口２３２との接続が、例えば金属製の配管を介して行われることとしてもよい。

以上のような構成により、第２空間１３２と第４空間２３４とが、接続タンク３０の第６空間３２６を介して連通されている。このため、第２空間１３２から開口１３４を通じて排出された冷媒は、開口２３２を通じて第４空間２３４に流入することとなる。

冷凍サイクルが動作しているときにおける冷媒の流れについて、図４を参照しながら説明する。図４では、冷媒の流れる経路が複数の矢印で示されている。尚、経路が見やすくなるように、接続タンク３０や開口１３３等の図示は省略されている。

入口部１２１から上部タンク１２０に流入した冷媒は、その一部が第１コア部１１１を通って第１空間１３１に流入する。当該冷媒は、接続タンク３０を介して第３空間２３３に流入した後、第３コア部２１３を通って上部タンク２２０に流入し、出口部２２１から外部へと排出される。

入口部１２１から上部タンク１２０に流入した冷媒のうち上記以外のものは、第２コア部１１２を通って第２空間１３２に流入する。当該冷媒は、接続タンク３０を介して第４空間２３４に流入した後、第４コア部２１４を通って上部タンク２２０に流入する。ここで、第３空間２３３を通った冷媒の流れに合流し、出口部２２１から外部へと排出される。

以上のように、接続タンク３０によって形成される接続流路は、第１コア部１１１を流れた冷媒が第３コア部２１３を流れ、第２コア部１１２を流れた冷媒が第４コア部２１４を流れるように、下部タンク１３０と下部タンク２３０との間を接続している。

蒸発器１０を通過した直後における空気の温度、すなわち空調風の吹き出し温度は、第１コア部１１１等を液相の状態で流れている冷媒の温度に応じて定まる。このため、吹き出し温度を適切な温度とするには、蒸発器１０の内部における液相冷媒の温度を調整する必要がある。

液相冷媒の温度は、冷凍サイクルを循環する冷媒の流量によって調整することができる。例えば、圧縮機の回転数を増加させて冷媒の流量を大きくすれば、蒸発器１０の内部における液相冷媒の温度が低下する。逆に、圧縮機の回転数を低下させて冷媒の流量を小さくすれば、蒸発器１０の内部における液相冷媒の温度が上昇する。

本実施形態では、液相冷媒の温度を測定するための温度センサ４０が設けられている。これにより、液相冷媒の温度をフィードバックしながら圧縮機の回転数を制御することが可能となっている。このような制御、すなわち、温度センサ４０の測定値に基づいて圧縮機の回転数を調整する制御は、冷凍サイクルに設けられた不図示の制御装置によって行われる。尚、これまでの説明に用いた図１乃至図４においては、温度センサ４０の図示が省略されている。図３及び図４に符号「ＭＰ」で示されているのは、温度センサ４０によって温度測定が行われる測定点である。以下、当該測定点のことを「測定点ＭＰ」と表記する。測定点ＭＰは、第３コア部２１３に含まれる複数のチューブ２１５のうち、特定のチューブ２１５の表面上の点として設定されている。

温度センサ４０の構成について、図５を参照しながら説明する。温度センサ４０は、サーミスタ４１と、ケーシング４２と、一対の信号線４３とを有している。サーミスタ４１は、所謂測温抵抗体であり、その温度に応じて抵抗値を変化させる素子である。

ケーシング４２は、金属によって形成された細長い容器である。ケーシング４２の外径は、第２コア部１１２におけるチューブ１１５間の隙間、及び第３コア部２１３におけるチューブ２１５間の隙間のいずれよりも、僅かに大きい程度となっている。ケーシング４２の先端部分には、先に説明したサーミスタ４１が内部に固定されている。このため、ケーシング４２のうちサーミスタ４１が固定されている部分と、その内部のサーミスタ４１とを合わせたものは、接触した物体の表面温度を検知する検知部として機能する。

信号線４３は、サーミスタ４１に電圧を印加して電流を流すための導線である。このとき、サーミスタ４１及び信号線４３に流れる電流に基づいて、上記検知部が接触している物体の表面温度を測定することが可能となっている。このため、信号線４３は、上記表面温度に基づく電気信号を外部に出力するためのもの、ということもできる。それぞれの信号線４３は、その一端がサーミスタ４１に接続されており、ケーシング４２の内部を通り外側に向かって伸びている。

図６に示されるように、温度センサ４０は、サーミスタ４１が設けられている先端部分を風上側に向けた状態で、第２コア部１１２側から第３コア部２１３側に向けて水平に挿入されている。温度センサ４０が取り付けられた状態においては、ケーシング４２のうちサーミスタ４１が固定されている部分（検知部）が、第３コア部２１３における２本のチューブ２１５間に挟まれており、且つ測定点ＭＰに当接した状態となっている。

また、ケーシング４２のうち検知部よりも風下側の部分は、第２コア部１１２における２本のチューブ１１５間に挟まれた状態となっている。その結果、一対の信号線４３は、風下側から、第２コア部１１２におけるチューブ１１５の間の隙間を通ってサーミスタ４１（検知部）に繋がっている。このような構成においては、温度センサ４０は蒸発器１０のうち風上側（図６では右側）に向けては露出しておらず、風下側（図６では左側）に向けてのみその一部が露出している。例えば、外気と共に導入された酸性成分（酸性雨等）に触れて温度センサ４０が腐食してしまうようなことが防止されるので、温度センサ４０を長期間に亘り使用することができる。

更に具体的な温度センサ４０の取り付け位置、すなわち測定点ＭＰの詳細な位置について、図７を参照しながら説明する。図７は、第２蒸発部２００を、空気の流れ方向における下流側から見て模式的に描いた図である。測定点ＭＰは、第３コア部２１３を構成する複数のチューブ２１５のうち、下流側空間２３３ｂに接続されたチューブ２１５の表面上に設定されている。つまり、絞りプレート２３６の位置（図７では点線ＤＬで示される位置）よりも出口部２２１側に配置されたチューブ２１５の表面温度を測定し得るような位置に、温度センサ４０の検知部が配置されている。また、この測定点ＭＰは、チューブ２１５の上下方向における中央よりも下方側、すなわち下部タンク２３０寄りとなる部分に設定されている。

測定点ＭＰが上記のような位置に設定されている理由について説明する。図８には、冷凍サイクルの動作中において液相冷媒が存在する領域が斜線で示されている。図８（Ａ）に示されるのは、圧縮機の回転数が比較的大きく、蒸発器１０の内部における冷媒の流量及び圧力が大きいときにおける液相冷媒の存在範囲である。同図に示されるように、圧縮機の回転数が大きいときには、第１コア部１１１、第２コア部１１２、第３コア部２１３、第４コア部２１４のいずれにおいても、そのほぼ全体を液相冷媒が流れる状態となっている。このため、測定点ＭＰの箇所においても当然に液相冷媒が流れている。

図８（Ｂ）に示されるのは、圧縮機の回転数が図８（Ａ）の場合よりも小さくなっているときにおける液相冷媒の存在範囲である。図８（Ｂ）の例でも、第１コア部１１１及び第３コア部２１３においては、そのほぼ全体を液相冷媒が流れる状態となっている。一方、第２コア部１１２の一部においては液相冷媒が流れておらず、気相冷媒が流れる状態となっている。それに伴い、第４コア部２１４の一部においても気相冷媒が流れる状態となっている。これは、圧縮機の回転数が減少したことに伴って冷媒の温度が上昇し、冷凍サイクル全体における液相冷媒の比率が低下した結果として生じる現象である。ただし、この場合であっても、測定点ＭＰの箇所（第３コア部２１３）では液相冷媒が流れている。

図８（Ｃ）に示されるのは、圧縮機の回転数が図８（Ｂ）の場合よりも更に小さくなっているときにおける液相冷媒の存在範囲である。このときにおける圧縮機の回転数は、冷凍サイクルの通常動作中において変化し得る回転数の範囲のうち、最も小さな回転数となっている。図８（Ｃ）の例では、第２コア部１１２及び第４コア部２１４では液相冷媒が流れておらず、ほぼ全ての冷媒が気相の状態で流れている。また、第１コア部１１１の一部においても液相冷媒が流れておらず、気相冷媒が流れる状態となっている。それに伴い、第３コア部２１３の一部においても気相冷媒が流れる状態となっている。

第３コア部２１３では、第３空間２３３に一旦貯えられた冷媒が上方に向かって流れる。このため、第３コア部２１３のうち少なくとも高さ方向の中央よりも下方側の部分、すなわち測定点ＭＰを含む部分では、図８（Ｃ）の例においても液相冷媒が流れる状態となっている。

仮に、測定点ＭＰの箇所を気相冷媒が流れてしまうと、温度センサ４０によって測定される温度は、他の部分を流れている液相冷媒の温度よりも高くなる。その場合、冷媒の温度を下げるために、圧縮機の回転数を増加させる制御が行われることとなるので、冷媒の温度は更に低くなる。つまり、循環している液相冷媒の温度が適温であるにも拘らず、冷媒の温度を更に下げるような制御が行われてしまう。その結果、冷媒の温度が低下し過ぎてしまい、チューブ１１５、２１５の表面に付着した凝縮水が凍結する現象、所謂フロストが生じてしまう。

本実施形態に係る蒸発器１０においては、第３コア部２１３の下方側部分に設定された測定点ＭＰ、の温度を測定し得るような位置に温度センサ４０が設けられている。冷媒の流量が変化したとしても、当該位置では気相冷媒が流れることが無い。これにより、液相冷媒の温度が常に正確に測定されるので、フロストの発生が防止される。

尚、本実施形態では、温度センサ４０による液相冷媒の温度測定が、チューブ２１５の壁面を介して行われる。このような態様に替えて、チューブ２１５にろう付けされたフィン２１６の表面温度を温度センサ４０によって測定し、測定された温度を液相冷媒の温度として用いるような態様であってもよい。同様に、当該部分を通過する空気の温度を温度センサ４０によって測定し、測定された温度を液相冷媒の温度として用いるような態様であってもよい。

更に、第３コア部２１３を流れる液相冷媒の温度が、上記のようにチューブ２１５の壁面等を介して間接的に測定されるのではなく、直接的に測定されるような態様であってもよい。すなわち、温度センサ４０が液相冷媒に直接触れるような構成としてもよい。

冷凍サイクルの動作が停止し、冷媒の循環が止まった直後においては、蒸発器１０の内部に存在していた液相冷媒は蒸発し、その殆どが気相になる。しかしながら、一部の液相冷媒は、液相の状態のままで蒸発器１０の内部に残留する。冷凍サイクルの再始動時の制御を適切に行うこと等に鑑みれば、冷凍サイクルの動作が停止した後においても、上記のように残留している液相冷媒の温度を計測し続けることが望ましい。

図９は、冷凍サイクルの動作が停止した直後における第２蒸発部２００を、空気の流れ方向における下流側から見て模式的に描いた図である。本実施形態では、下部タンク２３０の内部に、貫通穴２３７が形成された絞りプレート２３６が設けられている。このため、下流側空間２３３ｂから上流側空間２３３ａに向かうような液相冷媒の流れが、絞りプレート２３６によって抑制される。従って、下流側空間２３３ｂ及びこれに繋がるチューブ２１５の内部は、上記のような液相冷媒の残留が最も生じやすい部分となっている。特に、貫通穴２３７の下端部の位置が、絞りプレート２３６の下端部よりも高い位置となっているので、下流側空間２３３ｂの内部には液相冷媒が残留しやすい。図９では、液相冷媒が残留している範囲が斜線で示されている。

本実施形態では、測定点ＭＰの位置が、絞りプレート２３６の位置（図７では点線ＤＬで示される位置）よりも出口部２２１側に配置されたチューブ２１５の表面温度を測定し得るような位置となるように設定されている。すなわち、上記のような液相冷媒の残留が最も生じやすい部分において、温度センサ４０による温度測定が行われる。このため、冷凍サイクルの動作が停止した後においても、残留している液相冷媒の温度を計測し続けることが可能となっている。

尚、絞りプレート２３６は、冷凍サイクルの動作中においても効果を発揮する。冷凍サイクルの動作中においては、上部タンク２２０に貯えられた冷媒が外部の圧縮機によって引き込まれる。この影響により、第３コア部２１３を上方に向かって流れる冷媒の流量は、第４コア部２１４に近い部分（図９では左側）に配置されたチューブ２１５において大きくなり、他の部分においては小さくなる傾向がある。その結果、第４コア部２１４に近いチューブ２１５においては、冷媒が蒸発することなく（液相のままで）上部タンク２２０に到達してしまい、空気の冷却が効率的に行われなくなる可能性がある。

しかしながら、本実施形態では、上流側空間２３３ａから下流側空間２３３ｂへと向かう冷媒の流量が絞りプレート２３６によって低減される。このため、第３コア部２１３を上方に向かって流れる冷媒の流量が概ね均一となり、上記のように一部のチューブ２１５において蒸発が生じない現象の発生が防止される。

本実施形態では、蒸発器１０に設けられたチューブ１１５、２１５の全てが、第１コア部１１１、第２コア部１１２、第３コア部２１３、及び第４コア部２１４のいずれか一つに属する構成となっている。このような態様に替えて、上記のいずれにも属さないチューブが更に設けられたような構成としてもよい。

例えば、図２において、第１コア部１１１の左側部分に追加のチューブ１１５を設け、第４コア部２１４の左側部分にも追加のチューブ２１５を設けた構成とした上で、これら追加のチューブ同士が接続タンク３０を介して接続されているような態様であってもよい。このように、第１コア部１１１、第２コア部１１２、第３コア部２１３、及び第４コア部２１４に含まれない経路を冷媒が通るような構成においても、以上に説明した蒸発器１０の効果を奏することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０：蒸発器
３０：接続タンク
４０：温度センサ
１００：第１蒸発部
１１０：熱交換コア部
１２０：上部タンク
１３０：下部タンク
２００：第２蒸発部
２１０：熱交換コア部
２２０：上部タンク
２３０：下部タンク

Claims (6)

1. 外部を流れる空気との熱交換により、内部で冷媒を蒸発させる蒸発器（１０）であって、
   空気の流れ方向に沿って並ぶように配置された第１蒸発部（１００）及び第２蒸発部（２００）と、
   冷媒の温度を測定する温度測定部（４０）と、を備え、
   前記第１蒸発部及び前記第２蒸発部は、それぞれ、
   冷媒が流れる複数のチューブ（１１５，２１５）を積層して構成された熱交換コア部（１１０，２１０）と、
   それぞれの前記チューブの一端側が接続された上部タンク（１２０，２２０）と、
   それぞれの前記チューブの他端側が接続された下部タンク（１３０，２３０）と、を有し、
   前記第１蒸発部における前記下部タンクと、前記第２蒸発部における前記下部タンクとの間には、前記第１蒸発部から前記第２蒸発部へと冷媒を流すための接続流路（３０）が形成され、
   前記第１蒸発部における前記上部タンクに形成された入口部（１２１）から冷媒が供給され、当該冷媒が前記接続流路を通って前記第１蒸発部から前記第２蒸発部へと流入し、前記第２蒸発部における前記上部タンクに形成された出口部（２２１）から排出されるように構成されており、
   前記第１蒸発部における前記熱交換コア部は、
   複数の前記チューブのうち一部のチューブ群で構成された第１コア部（１１１）と、
   複数の前記チューブのうち、前記第１コア部に含まれないチューブ群の少なくとも一部で構成された第２コア部（１１２）と、を有しており、前記第１コア部が、前記第２コア部よりも前記入口部寄りとなる位置に配置されたものであって、
   前記第２蒸発部における前記熱交換コア部は、
   複数の前記チューブのうち一部のチューブ群で構成された第３コア部（２１３）と、
   複数の前記チューブのうち、前記第３コア部に含まれないチューブ群の少なくとも一部で構成された第４コア部（２１４）と、を有しており、
   前記第３コア部は、空気の流れ方向に沿って前記第２コア部と重なる位置に配置され、
   前記第４コア部は、空気の流れ方向に沿って前記第１コア部と重なる位置に配置され、
   前記接続流路は、前記第１コア部を流れた冷媒が前記第３コア部を流れ、前記第２コア部を流れた冷媒が前記第４コア部を流れるように、前記第１蒸発部における前記下部タンクと、前記第２蒸発部における前記下部タンクとを接続するものであって、
   前記温度測定部は、前記第３コア部を流れている冷媒の温度を直接又は間接的に測定し得る位置、に設けられている蒸発器。
2. 前記温度測定部は、前記第３コア部に含まれる前記チューブのうち前記下部タンク寄りとなる部分に設けられている、請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記第１蒸発部における前記下部タンクの内部空間は、
   前記第１コア部を構成する前記チューブが接続されている第１空間（１３１）と、
   前記第２コア部を構成する前記チューブが接続されている第２空間（１３２）と、に分かれるよう区画されており、
   前記第２蒸発部における前記下部タンクの内部空間は、
   前記第３コア部を構成する前記チューブが接続されている第３空間（２３３）と、
   前記第４コア部を構成する前記チューブが接続されている第４空間（２３４）と、に分かれるよう区画されている、請求項１に記載の蒸発器。
4. 前記第３空間は更に、貫通穴（２３７）が形成された絞りプレート（２３６）によって、上流側空間（２３３ａ）と下流側空間（２３３ｂ）とに分かれるよう区画されており、
   前記上流側空間には前記接続流路を通った冷媒が直接流入し、
   前記下流側空間には前記接続流路を通った冷媒が直接流入せず、前記上流側空間から前記貫通穴を通った冷媒のみが流入するように構成されており、
   前記温度測定部が、前記下流側空間に接続された前記チューブの一部に設けられている、請求項３に記載の蒸発器。
5. 前記貫通穴は、その下端部が前記絞りプレートの下端部よりも高い位置となるように形成されている、請求項４に記載の蒸発器。
6. 前記温度測定部は、
   接触した物体の表面温度を検知する検知部（４１）と、
   前記検知部で検知された表面温度に基づく電気信号を出力するための信号線（４３）と、を有しており、
   前記検知部は、前記第３コア部における前記チューブの表面に当接しており、
   前記信号線は、前記第２コア部における前記チューブ間の隙間を通って前記検知部に繋がっている、請求項１に記載の蒸発器。

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