JP2687551B2 - 積層型蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は，例えば自動車用空調装置に使用されるエバ
ポレータの如き積層型蒸発器に関する。

（従来の技術） 熱交換器の能力を上昇させるために，流体を細い管に
分割して流し，これにより表面積の増大及び流体中心か
ら管壁面までの距離の短縮化を図り熱交換効率を高める
ことが一般に行われている。

自動車用エアコンのエバポレータに使用される積層型
蒸発換器においても交換器内部で，主に８〜10程の数に
分流することにより上述した効果を得ている。

しかしながら，この分流数を増加させることは，偏流
の発生を招き，流れにくくなる部位ができ全体の熱分布
が悪化するという結果をもたらす。

そこで，冷媒がエバポレータ本体に入る前に，冷媒分
配流路を２分割して各分配流路が受け持つ分流数は増さ
ずに，全体としての分流数を２倍に増大することにより
偏流（不均一な分配）を防ぎつつ熱交換効率を高めるこ
とが講じられている。

エバポレータ内部では冷媒の蒸発が行われ，その際の
気化熱によりこれを通過する空気は冷却される。エバポ
レータの冷媒蒸発部はほぼ０℃近辺になり熱分布は良
い。

ところで，エバポレータの冷媒排出口近傍は過熱領域
（スーパーヒート）と呼ばれ，この部位は冷媒を完全蒸
気にする必要から５〜10℃に温度設定される。この過熱
領域をエバポレータのどの位置に持たせるかで全体の熱
分布，ひいては車両に供給される空気の温度分布，冷却
温度に大きく影響する。

従来の流路２分割式積層型エバポレータの一例として
特開昭62−119373号公報に開示されるものがある。この
エバポレータの過熱領域部分を第６図の斜線部分で示
す。

（発明が解決すべき課題） 自動車用蒸発器の場合，家庭用と異なり，エンジンの
回転数変化に起因するコンプレッサ回転数の変化，車速
変化によるコンデンサ冷却風の風速，風量変化，また，
コンデンサ冷却風の温度変化等の外乱を大いに受けるた
め，時には膨張弁の温度制御領域を超えてしまい，さら
に過熱度が上昇してしまう場合も起こりうる。そうなっ
た場合に，過熱領域を通過した空気は，十分に冷却が行
われず，その空気が過熱領域以外の部位を通過した空気
と，エバポレータの空気流出側で急激に混合する。この
とき，他の部位を通過した空気よりも高温多湿の過熱領
域通過空気に含まれる水分が凝縮し，白煙と呼ばれる霧
状の空気が車両内へ供給されるという不具合が生じる。

よって，本発明は，上記不具合を解消する新規な積層
型蒸発器を提供することを目的とする。

（発明による課題の解決手段） 本発明の積層型蒸発器は，一端側に冷媒導入口と冷媒
排出口を有しこれらを連通するＵ字状扁平流路を内部に
形成してなる第一のチューブエレメントと，他端側に冷
媒導入口と冷媒排出口を有しこれらを連通する逆Ｕ字状
扁平流路を内部に形成してなる第二のチューブエレメン
トを多数少くとも一つおきに積層して連接溶着してな
り，前記Ｕ字状及び逆Ｕ字状扁平流路の下流端域を蒸発
器に対する空気通過方向に関し同一の側に配置したこと
を特徴とする。

そして，前記第一のチューブエレメントの各冷媒導入
口及び各冷媒排出口を拡開部を介してそれぞれ連通し前
記一端側に冷媒分配路及び冷媒集合路を積層方向に形成
すると共に，前記第二のチューブエレメントの各冷媒導
入口及び各冷媒排出口を拡開部を介してそれぞれ連通し
前記他端側に冷媒分配路及び冷媒集合路を積層方向に形
成し，前記両端側各分配路に冷媒導入管を，前記両端側
各集合路に冷媒排出管をそれぞれ接続することが好まし
い。

また，前記両端側各冷媒分配路は，蒸発器の空気流出
側に形成される好ましい。

更に，蒸発器の空気流入側に配される冷媒導入管は，
該蒸発器の中央部にて該蒸発器を貫通し蒸発器の空気流
出側両端側に形成される各冷媒分配路に分岐接続すると
共に，蒸発器の空気流入側に前記冷媒導入管と近接して
配される冷媒排出管は，蒸発器の空気流入側両端側に形
成される各冷媒集合路に分岐接続することができる。

更に，第一及び第二のチューブエレメントの扁平流路
断面積を冷媒分配路及び冷媒集合路を２分割しない場合
における扁平流路断面積の1/2とすることも好ましい。

チューブエレメントの配置に関し，一及び二の各チュ
ーブエレメントを一，二交互に配することができるが，
これ以外にも，二のチューブエレメントの２つおきに一
つのチューブエレメントを，あるいは一のチューブエレ
メントの２つおきに二のチューブエレメントを配するこ
ともできる。

（作用） 冷媒導入管より上下各分配路に導入された冷媒は，各
分配路が受け持つＵ字チューブ内を流れ，冷媒の蒸発が
行われ，この気化熱により空気は冷却される。チューブ
エレメントは，一と二のチューブエレメントが交互に配
されているため，各チューブエレメントの過熱領域は，
上下及び左右に分散される（第５図斜線部分参照）。こ
れによりエバポレータの熱分布偏在が解消され全体に均
等化される。

また，本配置構成は，過熱領域と非過熱領域とが交互
に隣接して存在するため，外乱による一層の過熱を抑制
し安定した冷凍サイクルが行える。

前記拡開部は，チューブエレメントの一端側にチュー
ブエレメント積層方法に突出して該チューブエレメント
と一体形成されるタンク部により構成することができ
る。

また，このタンク部の連接及び一及び二のチューブエ
レメント配置構成により蒸発器の両端側にそれぞれ冷媒
分配路を形成することができ，これら分配路は蒸発器の
空気流出側に配されることが好ましい。

（実施例） 以下，本発明の一実施例を図面に基づき説明する。第
１図は本実施例の積層型エバポレータの外観図である。

このエバポレータ20は，チューブエレメント10と，蛇
腹状のコルゲートフィン27とを多数交互に連接し，その
両端にサイドプレート２を取り付けている積層型のもの
である。

一のチューブエレメント，すなわちＵ字チューブ10a
は，第８図に示すように，全体として極く浅い盆状をな
すメインプレート１を２枚合わせて最中の皮状に貼り合
わせてなる扁平な管板部材で，その中央部において縦方
向に一部を残して突出し空間を２分割する仕切壁30によ
りＵ字流路９を形成している。

メインプレート１は，第３図に示すように，一端側に
冷媒導入口７と冷媒排出口８を有し，これらを前記Ｕ字
流路９により連通している。11は，この冷媒流路に迷路
形状を与えて熱交換効率を向上させるための斜方向に配
向させて設けた小さな打出しリブ群である。

前記導入口７及び排出口８にそれぞれ連なるプレート
１の上端部には積層方向に突出部12が区画形成され，プ
レート貼り合わせにより各２つのタンク13aが形成され
ている。

また，プレート１の他端側には，前記と同様な構成に
よりＵ字流路９と隔絶して２つのタンク13bがこのプレ
ート１の貼り合わせにより形成される。

二のチューブエレメント，すなわち逆Ｕ字チューブ10
bは，この一のチューブエレメント10aを逆さに配置する
ことにより構成することができる。これにより，冷媒導
入口及び排出口は下側に，下側タンクは上側にそれぞれ
移り,U字流路は逆Ｕ字に形成される。

これら一及び二のチューブエレメント10a及び10bは，
第２図に示すように，交互に隣接して配される。

チューブエレメントの各タンク側面にはそれぞれ通孔
12a及び12bがあけられ，隣接する各タンク側面は相互に
貼り合わされるので，エバポレータ上下端側にタンク13
によりそれぞれ冷媒分配路14及び冷媒集合路15が形成さ
れる。これら冷媒流路14及び15は，空気流れ方向16に対
して分配路14が下流側，集合路15が上流側にくるように
配置される。

このタンク部流路構成は，他の流路に比べて流路径が
非常に大きくなっているため，その流路抵抗は問題とな
らないくらい小さく，これによって流体の流れが疎外さ
れ不均一流を生むということはない。

サイドプレート２は，板部材で，エバポレータの両端
を保護すると共に，その上下端段部2aは，冷媒導入及び
排出ブロックの取付部を構成している。そして，導入・
排出ブロックの冷媒流路接続に対応して一方側に通孔が
設けられている。

冷媒導入管５は，第９図に示すように，エバポレータ
20の空気流入側に配され，その通過部5aはエバポレータ
20のコルゲートフィン部を貫通し，その先端部5bは空気
流出側に配される冷媒分割部28を介して上下分岐管31に
接続している。

上下分岐管31の先端部は，それぞれ，冷媒導入ブロッ
ク3a及び3bと接続し，このブロック3a及び3b内は，通孔
32,33によりそれぞれ空気流出側に位置する上下各分配
路14に連通している。

通過部5aは，角筒状にプレス加工され，その各側面は
コルゲートフィン27及びチューブエレメント10と密に接
触している。これにより，すきまがなくなり空気の冷却
もれを阻止すると共に，ろう付を丸パイプに比べ一層強
固に行える。

冷媒導入管５より導入された冷媒は，分割部28及び上
下分岐管31により上下各分配路14に２分割される。

同様な構成により，第１図に示すように空気流入側に
配される冷媒排出管６が冷媒集合部29及び上下分岐管34
を介して空気流入側に位置する上下各冷媒集合路15に接
続されている。

第７図は，配管の別の実施例を示し，第１図で後面
（空気流出側）回わり込んでいる導入管を排出管と同じ
前面（空気流入側）に配置している。

第７（Ａ）図は，冷媒導入部におけるパイプ51を水平
方向曲部51aを介してエバポレータ前面端部にて曲げて
いるので，冷却コアに向う空気の流れ16を疎外すること
はないが，ただエバポレータ全体の外形が大きくなる。

第７（Ｂ）図は，垂直方向曲部52aを使用している点
が第７（Ａ）図に示すものとは異なり，この場合，外形
が大きくなることはないが，空気の流れはやや疎外され
る。

第７（Ｃ）図は，空気流れの疎外を回避するために，
冷却コア領域外より配管53を行うものである。この場
合，上記疎外回避は達成されるものの，全体の外形は大
きくなる傾向にある。

以上の構成によるエバポレータ20は，製作に当って各
構成部材を熱伝導性の良い例えばアルミニウム等の薄金
属板をプレス加工にて成型し，予め表面をろう材をもっ
て被覆しておき，配管を含めそれぞれ仮組立し，治具に
よってこの状態を固定させながらろう材の溶融温度（例
えば600℃前後）にまで過熱されているろう付炉に納め
ることによって，各構成部材は一体に接合されるもので
ある。

（実施例の作用） 第２図に冷媒の流れを示す。コンデンサにより凝縮さ
れた液冷媒はレシーバを通過後，膨張弁をとおりエバポ
レータへ導入される。ここで空気流れ方向16に対して前
面から，後ろ面に廻りこんだ冷媒導入管５によりエバポ
レータ本体に冷媒が導入される。一連のタンク13により
構成される冷媒分配路14は,U字チューブ10aと逆Ｕ字チ
ューブ10bとの配置構成による上下に分割しており，冷
媒は図中で後面側（空気流出側）上下２系統に分割され
エバポレータ本体部へ流れこむことになる。エバポレー
タ本体部はメインプレート１を相対するようにして形成
されるチューブエレメント10とコルゲートフィン27との
交互連接により構成され，冷媒は各分配路の受け持つチ
ューブエレメントに均等分配されこれら各チューブエレ
メント10のリブ11のついた内部を流れ蒸発を行い，コル
ゲートフィン27を通して蒸発潜熱を空気から奪うことに
より，空気を冷却する。

冷媒の蒸発温度は，エバポレータの凍結を防止するた
めに通常０℃近辺に設定される。

チューブエレメント10により空気流れに対して後ろ面
より前面に導かれつつ蒸発を終えた冷媒は，タンク13群
により形成され前記チューブエレメント配置構成により
前面側（空気流入側）上下に分割された冷媒集合部15に
より再び集められ，導入側分岐管と対向する上下分岐管
34を通り冷媒排出管６によりコンプレッサへ吸入され
る。

冷媒の排出口温度は，コンプレッサの液圧縮を防止す
るために，蒸発温度より５〜10℃上昇するように膨張弁
（図示せず）により設定される。

第５図は，過熱領域17（斜線部分）の分布状態を示
す。16は空気流れ方向を示し図示は空気流れが図面表側
より裏側へ向うことを示す。

上下分岐管31より下側分配路14bに導入された冷媒
は，この分配路14bと導入口７が連通する各逆Ｕ字チュ
ーブ10bに流入する。このチューブ10b内の冷媒は，第５
図裏面下部から上部へ，そして裏面上部から表面上部へ
と回わり，更に表面下部へと移行して排出口８より流出
しこれら排出口８に連通する下側集合路15bに集められ
る。各排出口８付近は，過熱領域17bを形成し，これら
過熱領域17bは，逆Ｕ字チューブ10bによってエバポレー
タ下部に左右分散される。

同様にして，上側分配路14aに導入された冷媒は，こ
の分配路14aより導入口７を介して各Ｕ字チューブ10aに
流入し，このチューブ10a内を第５図裏面上部から下部
へ，そして裏面下部から表面下部へと回わり，更に表面
上部へと移行して排出口８より流出し上側集合部15aに
集められる。Ｕ字チューブ10aの排出口付近は過熱領域1
7aを形成し，これら過熱領域17aは,U字チューブ10aによ
ってエバポレータ上部に左右分散される。

各チューブエレメントの扁平流路過熱領域は，これら
チューブエレメントの配置構成により過熱領域と非過熱
領域とが交互に形成される。

（発明の効果） 本発明の積層型蒸発器は，チューブエレメントの配置
構成により，その過熱領域を分散させこれにより均一な
空気冷却を果たすことができると共に，過熱領域と非過
熱領域とを交互に配置形成し過度の過熱を抑制すること
ができる。

また，本蒸発器は，冷媒を２分割して導入する構成で
あるため，偏流の発生を招くことなくなお従来の２倍の
分流数が確保され，冷媒の熱交換効率を大いに高めるこ
とができると共に流路抵抗も大幅に低下する。

更に，第５項の蒸発器によれば，上記効果に加えて境
膜伝熱係数の増加を果たすことができる。

冷媒を２分割して導入する場合は，その流量が一定で
あるとするとチューブ内を流れる冷媒流速は1/2とな
る。流速が1/2となると境膜伝熱係数は低下の傾向を示
す。そこで，扁平流路断面積を1/2としこれにより流速
を同一に保つことにより上記不具合を解消することがで
きる。

これにより，熱交換効率の一層の向上を果たすことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は，本発明の一実施例を示す積層型エバポレータ
の外観図，第２図は，同エバポレータにおける冷媒の流
れを示す図，第３図は，メインプレートの正面図，第４
（Ａ）図は，第３図におけるＡ−Ａ線及びＣ−Ｃ線断面
共通の断面図，第４（Ｂ）図は，第３図Ｂ−Ｂ線断面
図，第５図は，過熱領域（斜線部分）分布を示す一部省
略したエバポレータ正面図，第６図は，従来の過熱領域
（斜線部分）を示す説明図，第７図は配管の別の実施例
を示し，第７（Ａ）図は水平方向曲部を用いて，第７
（Ｂ）図は垂直方向曲部を用いてそれぞれ接続した例を
示し，第７（Ｃ）図は曲部を用いずに冷却コア領域外よ
り接続した例を示し，第８図は,U字チューブの分解図，
第９図は，導入管の接続構成を示す分解図，を夫々示
す。 １…メインプレート,2…サイドプレート ５…冷媒導入管,6…冷媒排出管 10…チューブエレメント 13…タンク,14…冷媒分配路 15…冷媒集合路,17…過熱領域 27…コルゲートフィン

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端側に冷媒導入口と冷媒排出口を有しこ
   れらを連通するＵ字状扁平流路を内部に形成してなる第
   一のチューブエレメントと，他端側に冷媒導入口と冷媒
   排出口を有しこれらを連通する逆Ｕ字状扁平流路を内部
   に形成してなる第二のチューブエレメントを多数少くと
   も一つおきに積層して連接溶着してなり，前記Ｕ字状及
   び逆Ｕ字状扁平流路の下流端域を蒸発器に対する空気通
   過方向に関し同一の側に配置したことを特徴とする積層
   型蒸発器。
2. 【請求項２】前記第一のチューブエレメントの各冷媒導
   入口及び各冷媒排出口を拡開部を介してそれぞれ連通し
   前記一端側に冷媒分配路及び冷媒集合路を積層方向に形
   成すると共に，前記第二のチューブエレメントの各冷媒
   導入口及び各冷媒排出口を拡開部を介してそれぞれ連通
   し前記他端側に冷媒分配路及び冷媒集合路を積層方向に
   形成し，前記両端側各分配路に冷媒導入管を，前記両端
   側各集合路に冷媒排出管をそれぞれ接続したことを特徴
   とする請求項１記載の積層型蒸発器。
3. 【請求項３】前記両端側各冷媒分配路は，蒸発器の空気
   流出側に形成される請求項１又は２記載の積層型蒸発
   器。
4. 【請求項４】蒸発器の空気流入側に配される冷媒導入管
   は，該蒸発器の中央部にて該蒸発器を貫通し蒸発器の空
   気流出側両端側に形成される各冷媒分配路に分岐接続す
   ると共に，蒸発器の空気流入側に前記冷媒導入管と近接
   して配される冷媒排出管は，蒸発器の空気流入側両端側
   に形成される各冷媒集合路に分岐接続する請求項３記載
   の積層型蒸発器。
5. 【請求項５】第一及び第二のチューブエレメントの扁平
   流路断面積を冷媒分配路及び冷媒集合路を２分割しない
   場合における扁平流路断面積の1/2とした請求項１〜４
   の一に記載の積層型蒸発器。