JP3143990B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸発器に関し、詳しくは
自動車用空気調和装置等の冷凍サイクルに用いる蒸発器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置等の冷凍
サイクルは、圧縮機、凝縮器、受液器、膨張弁、および
蒸発器により構成され閉回路を構成する。そして、その
閉回路に冷媒を循環させ、蒸発器において室内空気との
間で熱交換し、室内空気を冷却する。すなわち、膨張弁
を通り断熱膨張した冷媒は、ガスと液との二相流の状態
（気液二相状態）となって蒸発器に入り、外部（室内空
気等）から熱を吸収して気化（蒸発）し、等温膨張を続
け室内空気等を冷却する。その後、冷媒は過熱蒸気とな
って圧縮機に吸入される。その際、膨張弁は蒸発器から
流出する冷媒の気化状態に基づき冷媒の流量を調整して
いる。

【０００３】ところで、冷媒流路を複数設け冷媒を分配
する積層型蒸発器では、蒸発器の入口の冷媒が気液二相
状態となっていることから、冷媒を各流路に均一に分配
することができず熱交換性能が低下していた。そのた
め、従来、例えば各蒸発部毎に固定の絞りを設け、凝縮
器で凝縮液化された液体の冷媒をそのまま（膨張弁を通
過させずに）各蒸発部に導入し、冷媒を均一に分配する
積層型蒸発器があった。

【０００４】また一般に、圧縮機の保護のため、蒸発器
において冷媒を完全に気化させる必要があり、蒸発器出
口の冷媒が一定の過熱度（スーパヒート）を持つよう、
冷媒が過熱蒸気になるまで蒸発器で熱交換させている。
冷媒は蒸発している間、温度変化しないが、蒸発が終わ
り過熱蒸気になると温度上昇してしまう。そのため、冷
媒が蒸発している蒸発器入口側と、冷媒が過熱蒸気にな
る蒸発器出口側とでは、冷媒との間で熱交換する空気の
温度に差が生じ、空気が均一に冷却されないので、使用
者に不快感を与えていた。そこで、従来、例えば実開昭
５７年第１４７７０号公報に開示されているように、凝
縮器上流側の高温配管と蒸発器出口部分の低温配管との
間で熱交換を行ない、蒸発器内でのスーパヒートを抑え
た蒸発装置があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒を
均一に分配する上記前者の積層型蒸発器では、凝縮器で
凝縮液化された高圧の冷媒をそのまま蒸発器に導入して
いるので、蒸発器を構成する各部品を高耐圧仕様にする
必要があり大がかりな構造となるという問題があった。
また、その積層型蒸発器においては、凝縮器で凝縮液化
された冷媒をそのまま蒸発器に導入しているので、膨張
させる際に膨張弁のような制御機構が無く、そのため負
荷変動に対応できないという問題があった。

【０００６】一方、蒸発器内におけるスーパヒートを抑
えた上記後者の蒸発装置では、凝縮器上流側の高温配管
と蒸発器出口部分の低温配管との間で熱交換させるた
め、その配管等により全体の構造が複雑になるという問
題があった。また、その熱交換は制御機構としての膨張
弁の上流である凝縮器上流側と蒸発器出口部分とで行わ
れるので、例えば膨張弁の制御により冷媒の流量を増加
したとき、蒸発器出口の冷媒流量の増分に応じて膨張弁
上流の冷媒の流量が増加し熱交換が安定して行なわれる
に至るまでの時間遅れが大きく、制御が困難で不安定に
なり易いという問題があった。

【０００７】そのような問題を解決するため本出願人が
先に提案した蒸発器（特願平３ー１１３４３２号）は、
相互間に密着して設けられたフィンを有し冷媒の蒸発領
域となる複数の分岐流路と、その各両端に各々接続され
た入口流路及び出口流路とを備え、入口流路と出口流路
とを近接配置して両流路の冷媒の間で熱交換させると共
に、入口流路と分岐流路との間の冷媒の流路を絞って冷
媒を減圧するための絞り部を設けている。

【０００８】その蒸発器においては、膨張弁から気液二
相状態で流出した冷媒は、入口流路において出口流路の
冷媒と熱交換して冷却され一旦液化して各分岐流路に均
一に導かれ易くなる。また、絞り部で減圧され低温化し
気液二相状態となった冷媒は、各分岐流路でフィンを介
して空気等と熱交換し蒸発して等温膨張を続けた後、出
口流路に至り入口流路の冷媒との熱交換によってスーパ
ヒートを得て過熱蒸気となる。

【０００９】しかも、その蒸発器は、膨張弁の下流に設
けられるので、通常の構造であれば良く（高耐圧仕様に
する必要もなく）、また膨張弁による制御によって負荷
変動にも対応することができる。さらに、絞り部を設け
ると共に蒸発器の入口部分と出口部分とを近接配置して
熱交換させているので、全体の構造も簡易であり、膨張
弁による制御も容易で安定した熱交換を行なうことがで
きる。

【００１０】ただ、その蒸発器は、絞り部が入口流路と
分岐流路との間に設けられ流路を絞っているため、例え
ば車両の始動時又は負荷の大きな時など膨張弁から入口
流路へ供給される冷媒の流量が増加した場合に、その増
加に応じ冷媒の蒸発領域となる分岐流路に導かれる冷媒
の流量も増加するという追随性に不十分な点が存在し
た。

【００１１】本発明にかかる蒸発器は、簡易な構成で熱
交換性能を向上させると共に、膨張弁から供給される冷
媒の流量増加に十分追随させて蒸発器へ導かれる冷媒の
流量を増加させることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる蒸発器の
構成は、冷媒を循環させる冷凍サイクルで膨張弁の下流
に設けられる蒸発器において、前記膨張弁から流出する
冷媒を導入して所定距離通過させる入口流路と、前記入
口流路の下流端側から複数に分岐し、冷媒の蒸発領域と
なる複数の分岐流路と、前記入口流路と前記分岐流路と
の間の冷媒の流路に設けられ、該流路を絞って該流路面
積を狭くすると共に、前記入口流路側の冷媒の圧力が高
くなるほど前記流路の絞り量を減らす可変絞り手段と、
前記各分岐流路の間に各々密着して設けられるフィン
と、前記各分岐流路の下流端から流出した冷媒を所定距
離通過させて送り出す出口流路と、を備えると共に、前
記入口流路と前記出口流路とを近接配置して、前記入口
流路の冷媒と前記出口流路の冷媒とを熱交換させること
を特徴とする。

【００１３】

【作用および発明の効果】本発明にかかる蒸発器にあっ
ては、膨張弁から気液二相状態で流出した冷媒は、入口
流路を所定距離通過して各分岐流路に分配される。その
入口流路における冷媒は出口流路の冷媒と熱交換して冷
却され一旦液化することにより、各分岐流路に均一に分
配され易くなる。また、可変絞り手段によって減圧され
低温化し気液二相状態となった冷媒は、各分岐流路でフ
ィンを介して空気等と熱交換し蒸発して等温膨張を続け
た後、出口流路に至り入口流路の冷媒との熱交換によっ
てスーパヒートを得て過熱蒸気となる。しかも、膨張弁
から入口流路に供給される冷媒の流量が増え、入口流路
側の冷媒の圧力が高くなった場合、可変絞り手段による
入口流路と分岐流路との間の冷媒の流路の絞り量が減る
ため、膨張弁から入口流路に導かれる冷媒の流量が増え
るに伴い各分岐流路へ供給される冷媒の流量も増える。

【００１４】従って、本発明にかかる蒸発器では、入口
流路で一旦液単相化した冷媒を分岐流路へと導くため、
各分岐流路へ冷媒を均一に分配し易くなり、分岐流路に
おける室内空気等の冷却性能を向上させることができ
る。また、出口流路で冷媒を過熱蒸気とするため、各分
岐流路における冷媒の温度を一定に維持し熱交換する空
気等を均一に冷却することができる。さらに、本発明に
かかる蒸発器は、膨張弁の下流に設けられ、分岐流路の
前後に各々連なる入口流路と出口流路とで熱交換してい
るため、簡易な構成で膨張弁による制御の下に安定した
熱交換性能を得ることができる。

【００１５】その上、本発明にかかる蒸発器は、可変絞
り手段を設けて、入口流路と分岐流路との間の流路の絞
り量を入口側の冷媒の圧力の変化に追随させているの
で、例えば車両の始動時または高負荷時など冷媒の流量
を多くする必要がある場合にも、その要求に応え、本来
の良好な熱交換性能を発揮することができる。

【００１６】

【実施例】図面に基づき本発明の実施例を説明する。但
し、本発明は以下に詳述する実施例に限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、当業者が想
到し得る全ての実施例を含む。

【００１７】図１に模式的に示すように、本発明の第一
実施例である積層型蒸発器１は、膨張弁１００の下流に
設けられ、自動車用空気調和装置の冷凍サイクルを構成
する。積層型蒸発器１と、その下流に設けられた圧縮機
（図示しない）との間には、感温筒１０１が設けられ、
そこで検出された冷媒の気化状態に基づき膨張弁１００
が冷媒の流量を調節している。

【００１８】この積層型蒸発器１は、その外観の平面図
及び正面図を、図２及び図３として各々示すように、大
別して三つの構成部分であるジョイントブロック１０、
熱交換部２０、及び冷媒蒸発部５０から成る。ジョイン
トブロック１０は、膨張弁１００から流出する気液二相
状態の冷媒の入口である流入口１１と気化した冷媒の出
口である流出口１２とを備えて成る。また、熱交換部２
０は、下入口冷媒タンク部４２、入口冷媒流路４４及び
上入口冷媒タンク部４０の順に連接されて入口流路を構
成する部分と、上出口冷媒タンク部４１、出口冷媒流路
４５及び下出口冷媒タンク部４３の順に連接されて出口
流路を構成する部分とを近接配置して成り、入口流路と
出口流路との冷媒間で熱交換させている。さらに、冷媒
蒸発部５０は、熱交換部２０から冷媒を導く入口タンク
部７０、冷媒を熱交換部２０へ送り出す出口タンク部７
１、両タンク部７０、７１の間に設けられた分岐流路と
しての複数の蒸発流路８０、及び各蒸発流路間に密着し
て設けられたコルゲートフィン５１（以下、フィン５１
と呼ぶ）から成り、冷媒の蒸発領域として構成されてい
る。すなわち、入口タンク部７０から蒸発流路８０を経
て出口タンク部７１から送り出される冷媒は、蒸発流路
８０でフィン５１を介し外気（車室内空気）と熱交換し
て外気を冷却しつつ蒸発し等温膨張する。

【００１９】そして、熱交換部２０の片側にはジョイン
トブロック１０が接続され、流入口１１の一端が下入口
冷媒タンク部４２の一端に、流出口１２の一端が下出口
冷媒タンク部４３の一端に、それぞれ接続されている。
また、熱交換部２０の他の片側には冷媒蒸発部５０が隣
接して設けられている。

【００２０】上入口冷媒タンク部４０の一端は、可変絞
り手段としての可変絞り部１１０を介して入口タンク部
７０に接続され、上出口冷媒タンク部４１の他端は出口
タンク部７１に接続されている。可変絞り部１１０は、
上入口冷媒タンク部４０と入口タンク部７０との間の冷
媒の流路を絞ると共に、その絞り量が上入口冷媒タンク
部４０の冷媒の圧力（膨張弁１００から熱交換部２０へ
流れ込む冷媒の流量）によって変化する差圧弁１１２か
ら成る。

【００２１】なお、図１において、斜線を付して冷媒が
液状態にあることを模式的に示すように、膨張弁１００
から気液二相状態で熱交換部２０へ流入した冷媒（以
下、入口冷媒と呼ぶ）は、下入口冷媒タンク部４２→入
口冷媒流路４４→上入口冷媒タンク部４０を通過するこ
とにより、上出口冷媒タンク部４１→出口冷媒流路４５
→下出口冷媒タンク部４３を通過する冷媒（以下、出口
冷媒と呼ぶ）と熱交換して冷却・液化され、液単相とな
る。その液単相の入口冷媒は差圧弁１１２を通過するこ
とによって減圧され、低温の気液二相状態で冷媒蒸発部
５０へ送り込まれる。冷媒蒸発部５０において冷媒は、
各蒸発流路８０に導かれ、フィン５１を介して空気と熱
交換し、空気を冷却すると共に、気化して等温膨張を続
ける。そして、気化した（又は気化直前の）冷媒は、前
述した出口冷媒として冷媒蒸発部５０から熱交換部２０
へ送り込まれ、そこで前述の入口冷媒と熱交換し、スー
パヒートを得て過熱蒸気となり、感温筒１０１を経て図
示しない圧縮機へ導かれる。

【００２２】熱交換部２０及び冷媒蒸発部５０の具体的
な構造を図４乃至図１６に基づき以下詳細に説明する。
熱交換部２０は、図４に示す板状のプレート２１をろう
付けにより複数積層し、その積層によって形成された空
隙に冷媒を流すように構成される。図５は図４のＣ−Ｃ
線矢視断面図であり、図６は図４のＢ−Ｂ線矢視断面図
である。なお、図４のＡ−Ａ線矢視断面の形状は、その
Ｃ−Ｃ線矢視断面と同一であるので、そのＡ−Ａ線矢視
断面における各部の符号を図５に括弧を付して示す。

【００２３】プレート２１は、積層したときに冷媒の流
路が形成されるように平板に凹凸を形成したものであり
上下対称である。プレート２１の中央には、縦方向に複
数の溝２２が形成される。従って、プレート２１の裏面
では、この溝２２が形成されていない部位で図６に示す
ように複数の溝２３が形成されている。プレート２１の
下部の一方には、凹面部２４が形成され、この凹面部２
４に、ジョイントブロック１０の流入口１１を介して送
られてきた入口冷媒を導くための円孔２５が穿設されて
いる。一方、プレート２１下部の他方には、凸面部２６
が形成され、この凸面部２６に、出口冷媒をジョイント
ブロック１０の流出口１２に送る横長の円孔２７が穿設
されている。

【００２４】同様に、プレート２１の上部には、凹面部
２８および凸面部２９が形成され、それぞれ円孔２５，
２７と同一形状の円孔３０，３１が穿設されている。こ
のプレート２１の積層状態の断面を図７，図８に示す。
図７は図４Ａ−Ａ線矢視での積層状態断面図であり、図
８は図４Ｂ−Ｂ線矢視での積層状態断面図である。な
お、プレート２１の下部（円孔２５，２７が形成される
部位）の積層状態も、図７と同一である。図示するよう
に、熱交換部２０は、両端に位置する二枚のエンドプレ
ート３２，３３間に、複数のプレート２１を、表面同士
および裏面同士が向い合わせになるように積層して形成
される。冷媒蒸発部５０に面するエンドプレート３２に
は、プレート２１の上部の円孔３０，３１と向かい合う
位置に、それらと同一形状の円孔３４，３５が穿設さ
れ、ジョイントブロック１０に面するエンドプレート３
３には、プレート２１の下部の円孔２５，２７と向かい
合う位置に、それらと同一形状の円孔３６，３７が穿設
されている。

【００２５】このように積層することで、図７に示すよ
うに、熱交換部２０の上部には、二枚のプレート２１の
円孔３０を穿設した凹面部２８が向かい合って、複数連
なった空洞状の上入口冷媒タンク部４０と、二枚のプレ
ート２１の円孔３１を穿設した凸面部２９が背中合わせ
になって、複数連なった空洞状の上出口冷媒タンク部４
１とが形成される。同様に、熱交換部２０の下部には、
後に説明する図１３に示すように、二枚のプレート２１
の円孔２５を穿設した凹面部２４が向い合って、複数連
なった空洞状の下入口冷媒タンク部４２と、二枚のプレ
ート２１の円孔２７を穿設した凸面部２６が背中合わせ
になって、複数連なった空洞状の下出口冷媒タンク部４
３とが形成される。また、図８に示すように、熱交換部
２０の中央には、二枚のプレート２１の溝２２が向かい
合うことにより、上入口冷媒タンク部４０と下入口冷媒
タンク部４２とを結ぶ複数の流路である入口冷媒流路４
４と、二枚のプレート２１の溝２３が向かい合うことに
より、上出口冷媒タンク部４１と下出口冷媒タンク部４
３とを結ぶ複数の流路である出口冷媒流路４５とが形成
されている。

【００２６】すなわち、熱交換部２０では、図８に示す
ように、列状に並んだ複数の入口冷媒流路４４と複数の
出口冷媒流路４５とが交互に配設されることによって、
入口冷媒流路４４を流れる入口冷媒と出口冷媒流路４５
を流れる出口冷媒との熱交換の促進が図られている。

【００２７】また、図７に示すように、冷媒蒸発部５０
に面するエンドプレート３２に穿設された円孔３４（上
入口冷媒タンク部４０からの冷媒の出口に相当する）及
びエンドプレート３２に隣接するプレート２１の円孔３
０には差圧弁１１２が差し込まれろう付けされている。
この差圧弁１１２は、図９に拡大して示すように、通
常、ばね１１４で付勢された弁球１１６が弁入口１２０
の開度を制限する位置に保持されている。その状態にお
いて、弁入口１２０から弁出口１２２へ流れる冷媒の流
路は、弁入口１２０を構成するケース部材１２４と弁球
１１６との隙間である。

【００２８】そして、弁入口１２０側への冷媒の供給量
が増え、弁入口１２０側から弁球１１６に対して加わる
冷媒の圧力が高まると、差圧弁１１２が作用して、弁入
口１２０から弁出口１２２へ流れる冷媒の流路が広が
り、冷媒の流量が増える。すなわち、弁入口１２０側か
ら弁球１１６に加わる冷媒の圧力により、ばね１１４の
付勢力に抗して弁球１１６がばね１１４側に移動して、
弁出口１２２を徐々に大きく開いてゆき、冷媒流量が１
５０ｌ／ｈを超えると弁球１１６は図９に点線で示す位
置まで押し込まれ弁出口１２２は全開状態となる。図１
０に、差圧弁１１２を通過する冷媒の流量と差圧弁１１
２が設けられた部位における冷媒の流路面積との関係を
示す。図１０に示すように、負荷の変動等によって膨張
弁から流出する冷媒の流量が増え冷媒の供給量がＡを超
えると、弁入口１２０側からの冷媒の圧力によって弁球
１１６がばね１１４側へ移動し始める。すると、流路面
積は、ケース部材１２４と弁球１１６との隙間分の流路
面積Ｐから徐々に大きくなって、冷媒の供給量がＢを超
えたとき、弁球１１６が図９に点線で示す位置まで押し
込まれた状態に至り、弁入口１２０又は弁出口１２２の
開口面積である最大流路面積Ｑとなる。

【００２９】従って、負荷が大きい時や始動時など多量
の冷媒を冷媒蒸発部５０へ供給する必要がある場合、膨
張弁１００から熱交換部２０の上入口冷媒タンク部４０
へ送り込まれる冷媒の流量が増え、それによって図９及
び図１０に基づき前述したように差圧弁１１２が働き、
冷媒蒸発部５０の入口（即ち上入口冷媒タンク部４０の
出口）の冷媒の流路面積が広がって、冷媒蒸発部５０へ
導かれる冷媒の流量も増える。

【００３０】もっとも、差圧弁１１２が全開した状態
（図１０の流路面積Ｑの状態）においてもなお、差圧弁
１１２は、上入口冷媒タンク部４０から冷媒蒸発部５０
へと流れる冷媒の流路を絞って流路面積を狭め、冷媒を
減圧し低温化して気液二相状態で冷媒蒸発部５０へと導
いている。

【００３１】ここで、冷媒の流れについて、図１１、図
１２、図１３に基づき詳述する。図１１は、図３のＤ−
Ｅ線矢視図（一部破断している）、図１２はＤ−Ｆ線矢
視図、図１３はＤ−Ｇ線矢視図である。ジョイントブロ
ック１０の流入口１１から流入した冷媒（入口冷媒）
は、図１３の矢印ａに示すように、下入口冷媒タンク部
４２に導かれ、図１２に示す各プレート２１間に形成さ
れた複数の入口冷媒流路４４に分配されて流れ込み、上
方に送られる。その上方において、入口冷媒は、図１１
の矢印ｂに示すように、入口冷媒流路４４から上入口冷
媒タンク部４０へと流れ込み合流して、差圧弁１１２を
介して冷媒蒸発部５０へ送られる。冷媒蒸発部５０での
冷媒の流れについては後述する。

【００３２】冷媒蒸発部５０で気化された冷媒（出口冷
媒）は、図１１の矢印ｃに示すように、熱交換部２０の
上出口冷媒タンク部４１に送られ、図１２に示す各プレ
ート２１の積層により形成された複数の出口冷媒流路４
５に分配されて流れ込み、下方に送られる。そして、各
出口冷媒流路４５を流れる出口冷媒は、図１３の矢印ｄ
に示すように、下出口冷媒タンク部４３に流れ込み合流
し、ジョイントブロック１０の流出口１２から流出し、
図１に示す感温筒１０１を経て圧縮機（図示略）へ送ら
れる。

【００３３】さらに、図１４乃至図１６に基づき冷媒蒸
発部５０について説明する。冷媒蒸発部５０は、空気を
冷却するための波板状のフィン５１と、図１４に示すプ
レート５２とをろう付けにより積層したもので、その積
層状態の断面を図１５（図２のＨ−Ｈ線での断面正面
図）、及び図１６（図１４、図１５のＪ−Ｊ線での断面
平面図）に示す。

【００３４】プレート５２は、図１４に示すように、略
長方形の板状で、その上部に略円筒形の入口タンク５３
と出口タンク５４とが形成されている。入口タンク５３
は、熱交換部２０の上入口冷媒タンク部４０に整合する
位置に設けられ、その中央に円孔５５が穿設されてお
り、熱交換部２０から送られてきた冷媒が導入される部
位となる。出口タンク５４は、熱交換部２０の上出口冷
媒タンク部４１に整合する位置に設けられ、その中央に
横長の円孔５６が穿設されており、熱交換部２０の上出
口冷媒タンク部４１に冷媒を送り出す部位となる。

【００３５】このプレート５２は、積層したときにプレ
ート５２間に冷媒の流路が形成されるように、外周に対
して中央部がくぼんでいる。この中央部である中央凹面
部５７には、冷媒の伝熱促進のための複数のクロスリブ
５８と、冷媒を下方に導き更に方向転換して出口タンク
５４に導く中央隔壁５９が凸状に形成されている。この
中央隔壁５９は、圧力損失を均一にするために冷媒の蒸
発による膨張に合わせて斜め方向に形成されている。

【００３６】図１５、図１６に示すように、冷媒蒸発部
５０は、端面となるエンドプレート６１と熱交換部２０
のエンドプレート３２との間で、プレート５２を向かい
合わせて積層し冷媒の流路を形成するとともに、各プレ
ート５２の裏面の間に波板状のフィン５１を装着し、ろ
う付けして形成される。その冷媒蒸発部５０では、プレ
ート５２の入口タンク５３及び出口タンク５４が各々向
かい合うと共に複数連なって空洞状の入口タンク部７０
及び出口タンク部７１が形成され、また、二枚のプレー
ト５２の各々の中央凹面部５７が向かい合って冷媒の流
路となる蒸発流路８０が形成されている。そして、複数
の蒸発流路８０の列と列との間に配設されたフィン５１
を介し、蒸発流路８０を流れる冷媒とフィン５１の隙間
を通過する空気との間での熱交換が促進され、空気が冷
却されると同時に冷媒は気化し等温膨張を続ける。ま
た、各フィン５１には細い溝６２が複数形成され、冷媒
と空気との熱交換の促進が図られている。なお、向かい
合わせてろう付けされるプレート５２の形状は、左右反
対、つまり一方のプレート５２に対して他方のプレート
５２の形状を鏡に映した形状とされる。但し、向かい合
うクロスリブ５８は、互いに交差する方向に形成されて
いる。

【００３７】このようにプレート５２を積層したときの
プレート５２内での冷媒の流れの概略を図１４の矢印
ｅ、ｆ、及びｇで示す。熱交換部２０から差圧弁１１２
を介して、入口タンク部７０に送られた冷媒は、各蒸発
流路８０に分配されて下方に向かって流れ（矢印ｅ）、
更に下部で方向転換して上方に向い（矢印ｆ）、出口タ
ンク部７１に流れ込み（矢印ｇ）、合流して熱交換部２
０の上出口冷媒タンク部４１に送られる。冷媒は、入口
タンク部７０から各蒸発流路８０を経て出口タンク部７
１へと送られる際、二枚のプレート５２が向かい合うこ
とにより交差したクロスリブ５８により、冷媒が分散さ
せられて各蒸発流路８０の全体に広く行き渡る。それに
よって、フィン５１を介した空気と冷媒との熱交換は、
一層促進される。なお、図１６に示すように、各蒸発流
路８０のうちには、上方から下方に向かう冷媒の流路８
１と下方から上方に向かう冷媒の流路８２とが存在す
る。

【００３８】次に、以上のように構成された蒸発器での
冷媒の状態を、冷凍サイクル上での冷媒の状態を表すモ
リエル線図である図１７を用いて説明する。図示しない
圧縮機により圧縮（線ｍ部分）された高温・高圧の冷媒
は、図示しない凝縮器で放熱（線ｎ部分）し、ガス冷媒
から液冷媒へと相変化する。そして、通常の冷凍サイク
ルでは、膨張弁により、線ｏ上を点Ｗまで膨張させてい
るため、冷媒は蒸発器の入口でガスと液との気液二相状
態となり、蒸発器内全体への冷媒の分配が均等に行なわ
れない。そこで、第一実施例の蒸発器においては、熱交
換部２０で入口冷媒と、それより低温の出口冷媒とを熱
交換させることによって、冷媒を線ｐ上に沿って点Ｘま
で変化させ液化している。このように熱交換部２０で一
旦液化した入口冷媒は、冷媒蒸発部５０に送り込まれる
前に差圧弁１１２を通過することによって、線ｑ上に沿
って点Ｙまで減圧され低温化し気液二相状態となる。そ
して、気液二相状態となった入口冷媒が冷媒蒸発部５０
へ導かれたとき、液冷媒の上方に位置するガス冷媒は、
差圧弁１１２に近い側の蒸発流路８０に全て流れ込むた
め、その他の多くの蒸発流路８０には液単相の入口冷媒
が導かれ、それによって冷媒蒸発部５０全体への入口冷
媒の分配は略均等に行なわれる。冷媒蒸発部５０におい
て、冷媒は各蒸発流路８０を通過する際フィン５１を介
して空気と熱交換し蒸発（線ｒ部分）して等温膨張す
る。蒸発流路８０を経て出口タンク部７１で合流した出
口冷媒は、蒸発を終了または終了直前（線ｓ部分）の状
態で、熱交換部２０へ送り込まれる。その出口冷媒は、
熱交換部２０で入口冷媒と熱交換してスーパヒートを得
て過熱蒸気となり（線ｓ部分）、感温筒１０１を経て図
示しない圧縮機へと送られる。

【００３９】結局、図１７の線ｐにおける入口冷媒と線
ｓにおける出口冷媒とを熱交換している。即ち、冷媒蒸
発部５０においては、冷媒が過熱蒸気になるまで空気と
の間で熱交換させる必要がないので、冷媒蒸発部５０の
入口側から出口側までの間の冷媒の温度を略一定に保つ
ことができる。そして、その代わりに、冷媒蒸発部５０
から送り出された出口冷媒を熱交換部２０において入口
冷媒と熱交換させることによって、出口冷媒にスーパヒ
ートを与えている。

【００４０】以上詳述したように、第一実施例の積層型
蒸発器１によれば、熱交換部２０および差圧弁１１２を
設け、入口冷媒と低温化した出口冷媒とを熱交換部２０
で熱交換させ入口冷媒を一旦液化することによって、各
蒸発流路８０への冷媒の分配を略均一に行っている。従
って、冷媒蒸発部５０での冷媒と車室内空気との間にお
ける熱交換性能を向上させることができる。

【００４１】しかも、そのように熱交換部２０で入口冷
媒と出口冷媒とを熱交換させて出口冷媒にスーパヒート
を与え過熱蒸気としているので、冷媒蒸発部５０では冷
媒が過熱蒸気になるまで空気と熱交換させる必要がな
い。従って、冷媒蒸発部５０の入口側から出口側までの
間で冷媒の温度を一定に維持し、その冷媒とフィン５１
を介して熱交換し冷却される車室内空気の温度を均一に
して使用者に不快感を与えないようにすることができ
る。

【００４２】また、第一実施例の積層型蒸発器１の装置
構成は、従来の積層型蒸発器である冷媒蒸発部５０の横
に熱交換部２０を設け、その横に膨張弁１００，感温筒
１０１を設けるという簡明なものとなっている。それ
故、従来の冷凍システムに第一実施例を用いても、ほと
んどシステムの変更を必要としない。さらに、積層型蒸
発器１は膨張弁１００の下流に設けられるので、積層型
蒸発器１の各構成部品を高耐圧仕様とする必要もない。

【００４３】加えて、第一実施例の積層型蒸発器１で
は、膨張弁１００と感温筒１０１との間である熱交換部
２０において熱交換を行なうため、膨張弁１００による
制御の下で安定した熱交換を行うことにより、良好な制
御性を維持することができる。さらに加えて、第一実施
例の積層型蒸発器１では、可変絞り手段としての差圧弁
１１２を設けているので、膨張弁１００から熱交換部２
０へ導かれる冷媒の流量が増えた場合（熱交換部２０に
導かれる冷媒の圧力が高くなった場合）には、差圧弁１
１２による冷媒の流路の絞り量が減り流路面積が広がっ
て、熱交換部２０の上入口冷媒タンク部４０から冷媒蒸
発部５０へ送り込まれる冷媒の流量が増える。従って、
例えば車両の始動時や、高温の車室内を急速に冷やした
いといった高負荷のときなど、膨張弁１００から流出す
る冷媒の流量が通常時に比べて増えた場合であっても、
その増量に応じ差圧弁１１２が機能し冷媒蒸発部５０へ
送り込まれる冷媒の流量も増加するため、積層型蒸発器
１の性能が十分発揮される。

【００４４】しかも、積層型蒸発器１の熱交換部２０に
おいて、入口冷媒が入口冷媒流路４４を下から上へ流れ
るのに対し、出口冷媒は出口冷媒流路４５を上から下へ
入口冷媒と逆方向に流れるため、入口冷媒と出口冷媒と
の間での熱交換は一層促進される。

【００４５】なお、第一実施例において、熱交換部２０
の各冷媒タンク部４０，４１，４２，４３の任意な円孔
２５，２７，３０，３１を盲プレート等を用いて塞ぎ、
入口冷媒と出口冷媒との流路を変更することによって、
熱交換部２０における熱交換量を調整して、出口冷媒が
得るスーパヒートの調整等を図ることも可能である。

【００４６】図３Ｄ−Ｅ線矢視図である図１１に対応す
る図１８に本発明の第二実施例を示す。第一実施例で
は、予め差圧弁１１２をろう付けした熱交換部２０を冷
媒蒸発部５０にろう付けしていたが、第二実施例とし
て、熱交換部２０と冷媒蒸発部５０とを一体としてろう
付けしてから差圧弁を組み付ける場合を示す。すなわ
ち、熱交換部２０と冷媒蒸発部５０とを一体としてろう
付けした後、エンドプレート３３の上方に予め設けた孔
１３０から、積層されたプレート２１の円孔３０を通し
てエンドプレート３２の位置まで、差圧弁１１２を差し
込んでろう付けしても良い。その場合、エンドプレート
３３の孔１３０は、シール部材１３２及びシール部材１
３２と螺合する蓋１３４によって閉じ、熱交換部２０内
の気密が保持されるようにする。蓋１３４はシール部材
１３２から容易に外すことができるので、蓋１３４を外
した孔を介して、古くなった冷媒の交換等を行うことも
容易である。また、シール部材１３２をも孔１３０から
外すことによって性能の悪くなった差圧弁１１２を交換
することも容易である。なお、以上説明した点以外の部
分において第二実施例は第一実施例と同様であるので、
図１８中に第一実施例において付した符号と同一の符号
を付し説明を省略する。

【００４７】第一実施例を模式的に示した図１に対応す
る図１９に本発明の第三実施例を示す。第三実施例につ
いて以下に説明する点以外は第一実施例に関して前述し
たところと略同様であるので説明を省略する。第三実施
例の積層型蒸発器１９９は、第一実施例の差圧弁１１２
に代えて、熱交換部２２０から冷媒蒸発部２５０へ送り
込まれる冷媒の流路を絞る固定絞り３１０、その流路を
バイパスするバイパス流路３１２、及びバイパス流路３
１２を通過する冷媒の流量を調節する流量制御弁３１４
を設けている。流量制御弁３１４は、前述の第一実施例
の差圧弁１１２のようなものでも良いし、電気的に開度
を制御することができる電磁弁のようなものでも良い。
なお、流量制御弁３１４に電磁弁を用いた場合には、膨
張弁２００に連動した制御、圧縮機の回転数のモニタリ
ング結果に基づく制御、又は熱交換部２２０へ供給され
る冷媒の流量をセンサで検出した結果に基づく制御等に
よって開度を調整すれば良い。結局、流量制御弁３１４
は、熱交換部２２０から冷媒蒸発部２５０へと導かれる
冷媒の減圧割合を、常に略一定に保つようにバイパス流
路３１２に流れる冷媒の流量を調節するものであれば何
でも良い。

【００４８】さらに、第一実施例では差圧弁１１２を熱
交換部２０における入口タンク部７０の入口に設けた
が、その代わりに、その入口（エンドプレート３２の円
孔３４）に差圧弁１１２を設けないで、その部位では冷
媒の流路を絞らない構成とすると共に、上方から下方へ
冷媒が流れる蒸発流路８１への冷媒の入口（入口タンク
部７０と各蒸発流路８０との接続部）の各々に差圧弁を
設けて、冷媒の流路を絞ると共に、その絞り量を調整す
る構成としても良い。その場合、差圧弁を介して各蒸発
流路８１へ導かれる前まで冷媒は液単相状態にあるた
め、各蒸発流路８０に分配される冷媒は更に均一となっ
て、冷媒蒸発部５０における熱交換性能を一層向上させ
ることができる。

【００４９】なお、本実施例の積層型蒸発器では、冷媒
蒸発部５０及び熱交換部２０を一体型としているが、冷
媒蒸発部５０と熱交換部２０とを分離して配管等により
接続した別置タイプにしてもよい。例えば、自動車用エ
アコンの場合、冷媒蒸発部５０を車室内に、熱交換部２
０を車室外に設置して配管接続しても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の積層型蒸発器１を模式的に示す説
明図である。

【図２】積層型蒸発器１の平面図である。

【図３】積層型蒸発器１の正面図である。

【図４】プレート２１の正面図である。

【図５】プレート２１の図４Ｃ−Ｃ線断面図である。

【図６】プレート２１の図４Ｂ−Ｂ線断面図である。

【図７】プレート２１の図４Ａ−Ａ線断面での積層状態
を表す断面平面図である。

【図８】プレート２１の図４Ｂ−Ｂ線断面での積層状態
を表す断面平面図である。

【図９】差圧弁１１２の拡大断面図である。

【図１０】差圧弁１１２を通る冷媒の流量とその流路面
積との関係を示すグラフである。

【図１１】積層型蒸発器１を図３Ｄ−Ｅ線から見た矢視
図である。

【図１２】積層型蒸発器１を図３Ｄ−Ｆ線から見た矢視
図である。

【図１３】積層型蒸発器１を図３Ｄ−Ｇ線から見た矢視
図である。

【図１４】プレート５２の平面図である。

【図１５】冷媒蒸発部５０の図２Ｈ−Ｈ線断面での断面
正面図である。

【図１６】冷媒蒸発部５０の図１５Ｊ−Ｊ線断面での断
面平面図である。

【図１７】積層型蒸発器１を用いた冷凍システムでの冷
媒の状態を表すモリエル線図である。

【図１８】図１１に対応させて第二実施例の特徴部分を
示す図面である。

【図１９】第三実施例の積層型蒸発器１９９を模式的に
示す説明図である。

【符号の説明】

２０…熱交換部、 ４０…上
入口冷媒タンク部、４１…上出口冷媒タンク部、
４２…下入口冷媒タンク部、４３…下出口冷
媒タンク部、 ４４…入口冷媒流路，４
５…出口冷媒流路、 ５０…冷媒蒸発部、 ５１…
フィン、７０…入口タンク部、 ７１…出口タンク
部、 ８０…蒸発流路、１１２…差圧弁、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−197855（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−80169（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−52062（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−10260（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を循環させる冷凍サイクルで膨張弁
   の下流に設けられる蒸発器において、 前記膨張弁から流出する冷媒を導入して所定距離通過さ
   せる入口流路と、 前記入口流路の下流端側から複数に分岐し、冷媒の蒸発
   領域となる複数の分岐流路と、 前記入口流路と前記分岐流路との間の冷媒の流路に設け
   られ、該流路を絞って該流路面積を狭くすると共に、前
   記入口流路側の冷媒の圧力が高くなるほど前記流路の絞
   り量を減らす可変絞り手段と、 前記各分岐流路の間に各々密着して設けられるフィン
   と、 前記各分岐流路の下流端から流出した冷媒を所定距離通
   過させて送り出す出口流路と、を備えると共に、 前記入口流路と前記出口流路とを近接配置して、前記入
   口流路の冷媒と前記出口流路の冷媒とを熱交換させるこ
   とを特徴とする蒸発器。