JP3316043B2

JP3316043B2 - 冷却材のための蒸発器

Info

Publication number: JP3316043B2
Application number: JP20200493A
Authority: JP
Inventors: グレゴリー・ジー・ヒューズ
Original assignee: Modine Manufacturing Co
Current assignee: Modine Manufacturing Co
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 2002-08-19
Anticipated expiration: 2017-08-19
Also published as: JPH0735438A

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、詳しくは冷却シ
ステム或は空調システム内の冷却材を蒸発させるために
使用される蒸発器に関する。

【０００２】

【従来技術】ここ１０年程、車の燃費を向上させるため
に相当の努力が為され来ている。そのために自動車の事
実上全ての部品が燃費への影響の点から見直されてい
る。一般には主に、部品の重量と部品の、自動車の空気
力学上の、即ち空気抵抗係数上における影響とが重点的
に見直されている。多くのケースでは、ある部品はこれ
らの考慮事項の一方或は他方に影響を与えるが両方に影
響を与えることは無い。別のケースではある部品は前記
考慮事項の両方に影響する。後者の部品としては自動車
で、例えばラジエーター及び空調システム部品として使
用される熱交換器の多くのものが含まれる。

【０００３】それら部品は自動車の重量を増加し、また
その体積が自動車外殻の前方領域或はその他部分に与え
る悪影響の度合いに応じ空気抵抗係数もまた増加させ
る。結局、そうした熱交換器を軽量部品と代替させるこ
となどにより重量軽減するのみならず、その体積をも減
少させる努力が尚続けられている。それは、体積を減少
させれば重量が軽減されるのみならず、自動車外殻に於
ける空気抵抗係数を低下させ得る幾つかの部分を減少さ
せ得るからである。それと同時に、それら部品を含むシ
ステムの熱交換能力は低下しないばかりか向上すらする
のである。つまり熱交換器の寸法形状を減少させると、
その他全ての条件を同じとすれば、これを使用するシス
テムの熱交換能力は減少するもののその減少分は効率増
加によってオフセット、即ち補償されるのである。

【０００４】長年にわたり熱交換器の効率を多くの点で
増大させ得る数多くのセッティング技法が提案された
が、こうした技法を使用して冷却システム或は空調シス
テムの効率を大幅に向上させようとする試みを成功させ
るのは容易ではない。なぜなら凝縮器或は蒸発器のよう
なシステムとしての熱交換器内には２層流れが存在する
からである。つまりこの形式の熱交換器は、部分的に液
相でありしかも部分的には蒸気相である冷却材を扱うこ
とから、例えば、自動車のラジエーターのような単一層
ユニットの効率を増大させ得る技法は適用し得ないので
ある。そして、凝縮器や蒸発器といえども互いにその作
動は全く異なるのであり、従って異なる立場で評価する
必要があるのである。例えば蒸発器では、そのコアを通
過する湿った空気からの凝縮物はコア自体に形成され
る。凝縮器の熱の導体としての役割は、自動車の蒸発器
を代表的に構成するところのアルミニューム部品のそれ
よりもずっと小さい。結局のところ、蒸発器のフィンや
チューブでの凝縮物の残留を許すとすれば周囲空気の熱
は冷却材の蒸発以前にこの凝縮物を通してそれらフィン
やチューブに送られることになり、熱の移動はこの凝縮
物によって妨害され熱交換効率は低下する。更にまた、
特にフィンの密度が比較的大きいことから、こうした凝
縮物がコアを貫く空気流れを阻止する恐れもある。また
最悪の場合、凝縮物が実際に凍結してフィンを取り巻く
熱伝導の小さい層を固化させこれをコアを貫く空気通路
内の固定障害物とする恐れもある。蒸発器を通しての冷
却材流れも又関心事項である。もし大量の冷却材が蒸発
器の特定部分に流れるとそこにコールドスポットが創出
される。そうしたコールドスポットは凝縮物をそこで凍
結させる。換言すれば、コールドスポットが出現すると
残余の蒸発器部分は最適効率では作動しなくなるのであ
る。本発明は上記の如き従来技術の欠点の１つ以上を解
消することを指向するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】解決しようとする課題
は、新規且つ改良された蒸発器、即ち、冷却システム或
は空調システムに於て使用するための如き蒸発器を提供
することである。本発明に従う蒸発器は自動車用途に於
て使用するためにより好適である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の１様相に従えば
冷却材のための蒸発器が提供される。この蒸発器は入口
と出口とこの入口及び出口間を伸延し液圧的に平行な複
数の流路とを具備してなる蒸発器回路を含み、各流路を
通る冷却材流れを少なくとも実質的に均一化するための
均等化手段がこの蒸発器回路内に設けられる。

【０００７】好ましい具体例に於てはこの均等化手段は
回路入口の下流側で且つ前記液圧的に平行な複数の流路
の上流側に分配器を含んでいる。本発明は不等寸法を有
する追加的な流路を含んでなる均等化手段をも含むもの
である。好ましい具体例ではこのその長さが前記不等寸
法とされる。

【０００８】より好ましい具体例では、蒸発器は液圧的
に平行な複数の細長通路にして、蒸発中の冷却材が通過
する前記細長の通路を画定する細長通路手段を含んでい
る。第１のマニホールド及び第２のマニホールドが設け
られその一方が前記細長通路手段の一端に、他方がその
他端に夫々連結される。これらマニホールドの一方に入
口が設けられ、そしてこの同じ一方のマニホールドには
出口もまた設けられる。この入口と関連するマニホール
ドとの間には平坦な衝突表面を含む冷却材分配器が配設
され、前記入口にはオリフィスが連結される。このオリ
フィスは冷却材の流れを、一般にこの流れと直行する表
面に向けて送るよう配向される。複数の冷却材受容通路
が前記衝突表面の周囲に沿ってある角度を置いて隔設さ
れる。冷却材受容通路は各々マニホールドと流通し、一
方のマニホールド全体から予め決定された様式で冷却材
を分配する。

【０００９】好ましくは、前記細長通路手段は前記冷却
材受容通路の数の”ｎ”倍の数だけ設けられる。ここ
で”ｎ”は１以上の整数であり、各冷却材受容通路は一
方のマニホールドによってこの”ｎ”倍の数の細長通路
に接続される。前記衝突表面の周囲は一般に円形であり
得るが、平面とも為し得る。好ましい具体例では前記冷
却材受容通路は衝突表面の周囲に沿って等角度を置いて
隔設される。

【００１０】好ましくはオリフィス、マニホールドそし
て各通路は、蒸発器内をこれらオリフィス、冷却材受容
通路そして出口に至る通路を横断して流動する冷却材流
れの圧力降下が、凝縮器システムの出口から蒸発器の出
口にかけての設計最大冷却負荷時の合計圧力降下の値の
少なくとも約１／３の値となるよう寸法形状付けされ
る。より好ましい具体例では細長通路の各々は細長チュ
ーブにより画定される。これら細長チューブは相互に平
行に離間され各マニホールド間を更に伸延される。少な
くとも幾つかの隣り合うチューブ間にはフィンが配設さ
れる。

【００１１】本発明に従い作製される蒸発器には液圧的
に平行な流路を複数隔設してなる蒸発器コアもまた含ま
れる。これら流路は各々１つ以上の細長チューブにより
画定され、各々の細長チューブは入口端部とこれに対向
する出口端部とを有している。これら細長チューブは相
互に離間され且つ平行とされ少なくともその幾つかの間
部分にはフィンが伸延される。この蒸発器には入口フィ
ッティングと、出口フィッティングと、前記入口フィッ
ティングと、細長チューブの少なくとも幾つかの入口端
部とを相互連結し冷却材をこの入口端部から関連する細
長チューブへと分配するための分配手段とが設けられ
る。収集手段が前記出口フィッティングと出口端部の少
なくとも幾つかとを相互連結し、関連する細長チューブ
から送られる冷却材を収集する。

【００１２】本発明に従えば分配手段と収集手段とは更
に、入口フィッティングから出口フィッティングへの、
複数の流路の各々を通る冷却材流れの移動距離を少なく
とも実質的に均等化するための均等化手段を画定する。
好ましい具体例ではコアには端部細長チューブを側方に
設けてなる中央細長チューブを含んでいる。冷却材の、
入口フィッティングから分配手段を通り細長チューブの
入口端部に至る移動距離は端部細長チューブのそれより
も中央細長チューブにおける方が短く、また冷却材の、
収集手段の細長チューブ出口端部位置から出口フィッテ
ィングに至る移動距離は端部細長チューブにおけるより
も中央細長チューブにおける方が大きい。

【００１３】本発明の更に他の様相に従えば蒸発器コア
を含んでなる蒸発器が提供され、平行状態で離間された
少なくとも１列の細長チューブを含んでいる。これら細
長チューブはヘッダープレートに配設された開放端部に
於て終端し、各細長チューブ間にはフィンが伸延され
る。デバイダープレートがこのヘッダープレートに押接
状態でシールされ、離間された一列の孔をそこに有して
いる。この孔の１つは細長チューブ列における各々の細
長チューブ或は一群の細長チューブに設けられ、その各
孔は前記細長チューブ列の対応する細長チューブ或は一
群の細長チューブと整列される。回路プレート−分配器
プレート手段がヘッダープレートと対向するデバイダー
プレートに押接状態でシールされ、複数の長孔をそこに
有している。各々の長孔の一端は対応する孔の１つ或は
予め決定された群と整列され且つ流体連通される。長孔
の他端は開口の周囲に角度を置いて離間される。この開
口はへん平な衝突表面を画定してなる、プレートの１の
無孔セクションと整列される。カバープレートが前記回
路プレート−分配器プレート手段に押接状態でシールさ
れそれにより衝突表面と反対側の開口を閉じる。前記開
口と整列し蒸発器への冷却材の入口として作用する入口
手段がカバープレートに設けられる。この入口手段は流
入する冷却材を一般に開口の中心に向けて送り、この開
口と一般に直交する衝突表面と衝突させる。好ましい具
体例では回路プレート−分配器プレート手段には長孔を
具備する回路プレートと開口を具備する分配器プレート
とが含まれる。回路プレートと分配器プレートとは突合
わせシールされる。

【００１４】より好ましい具体例に於ては、少なくとも
２列の細長チューブ列が設けられ、各列の細長チューブ
はヘッダープレートに於て終端する開放端部を有してい
る。蒸発器は更に、ヘッダープレート及びデバイダープ
レート間に位置付けられてなるマニホールドを含み、開
口を有するマニホールドプレートがデバイダープレート
内の孔と前記細長チューブ列の一方に於ける細長チュー
ブの開放端部の対応する孔の１つ或は予め決定された群
との間に流体連通を確立する。マニホールドプレートに
は細長出口長孔が形成され、これが前記細長チューブ列
の他方に於ける細長チューブの開放端と整列され、また
少なくとも１つの出口導管がこの細長出口長孔と接続さ
れる。より好ましい具体例では前記出口導管は単一の出
口開口を有し、これが細長出口長孔に、その長手方向に
沿って離間する２か所に於て連結される。好ましくは前
記２か所の位置は細長出口長孔の対向する各端部であ
る。

【００１５】

【実施例】蒸発器の具体例が図１に２パス型蒸発器の形
態として例示されている。しかしながら、本発明の原理
の多くを１パス型蒸発器或は２つ以上のパスを有する蒸
発器に対し等しく適用し得ることを理解されたい。蒸発
器には全体を番号１０で示されるコアが含まれ、このコ
アには第１のヘッダープレート１２と第２のヘッダープ
レート１４とが含まれる。第１のヘッダープレート１２
と第２のヘッダープレート１４とは平行状態で離間さ
れ、各々２列の細長孔１６を含んでいる。図１に示され
るように、前列を成す細長孔は記号Ａで、そして後列を
成す細長孔は記号Ｂで示されている。

【００１６】２列のへん平細長チューブ１８が第１のヘ
ッダープレート１２と第２のヘッダープレート１４との
間を伸延し、その対向する開放端部が第１のヘッダープ
レート１２及び第２のヘッダープレート１４の細長孔１
６にこの細長孔１６と整列状態で受容される。蛇行フィ
ン２０がへん平細長チューブ間を伸延しその各列Ａ、Ｂ
に結合される。ある場合に於てはこの蛇行フィン２０の
１組が、整列状態で隣り合う前記へん平細長チューブ１
８間を図１に例示されるようにＡ及びＢの各列を連結す
る形で伸延され得る。空気流れはコアを貫いて矢印２１
の方向に流れる。図９及び１０にその詳細を示す入口フ
ィッティング２６が開口２４にシール状態で嵌合され従
来様式にて冷却システム或は空調システム、つまりそれ
らの膨張弁或は毛細管（何れも図示せず）の下流側に連
結される。

【００１７】分配プレート３０がカバープレート２２の
下側に配設される。組み立て状態ではこれら２枚のプレ
ートは互いにシールされる。分配プレートには一般に中
央の開口３２が含まれ、この孔３２の周囲には今後説明
する目的上使用される一連のポケット３４が形成され
る。分配プレートの、カバープレートと反対の側には回
路プレート３６が結合される。この回路プレート３６に
は複数の細長孔３８が含まれ、その各一端部４０は分配
プレート３０の対応するポケット３４の各１つと整列さ
れる。細長孔３８の各他端部４２は前記デバイダープレ
ート４６の孔４４の１つ或は予め決定された群と整列さ
れる。

【００１８】上記説明の各プレートの組立体は中間スぺ
ーサー或はマニホールドプレート４８を介し第１のヘッ
ダープレート１２に対しシールされる。このマニホール
ドプレート４８には、デバイダープレートとへん平な細
長チューブ１８の第１のヘッダープレート１２における
開放端部との間を流体連通する作用を為す一連の長孔５
０が含まれる。マニホールドプレート４８には更に、図
示の如く出口導管５４に連結されてなる細長出口長孔５
２が含まれる。この点に於て、図１に例示される特定具
体例では第１のヘッダープレート１２、カバープレート
２２、分配プレート３０、回路プレート３６、デバイダ
ープレート４６そしてマニホールドプレート４８の各々
はその後方に伸延する舌部６０を含む。この舌部６０は
細長孔３８及び細長出口孔５２の特定形状のために於て
のみ必要とされるものであって、他の多くの具体例では
省略して良い。

【００１９】スプレーサープレート６２が、細長チュー
ブ１８とは反対の側に於て第２のヘッダープレート１４
に結合される。スぺーサープレート６２には、第２のヘ
ッダープレート１４の細長孔１６と整列する細長孔６４
の一対の列が含まれる。第２のヘッダープレート１４と
対向するスぺーサープレート６２に押し当てた状態で戻
りマニホールドプレート６６が挟持され、これが２パス
型蒸発器を提供する。戻りマニホールドプレート６６に
は複数の浅いＵ字型長孔６８が含まれる。このＵ字型長
孔６８は湾曲部７０と端部７２及び７４に於て終端する
対向する２本の脚部とを具備している。前記端部７２は
細長チューブ列Ｂの中央の細長孔１６と整列し、一方端
部７４は細長チューブ列Ａの細長孔１６の対応する１つ
と整列する。湾曲部７０は細長チューブの２つの列にお
ける細長孔６４間に来るよう位置付けされる。次いで孔
開けカバープレート７６が戻りマニホールドプレート６
６に対しスぺーサープレート６２の反対側に結合され組
立が完了する。

【００２０】より好ましい具体例では全ての部品がアル
ミニュームから作製される。なぜならその方が比較的軽
量であり熱伝導性も良好だからである。種々の部品は周
知のいろいろのろう付け法の任意のものを使用すること
により互いにろう付けされる。これに関し、個別の部品
のさまざまな界面位置にはろう付け用合金が配設され
る。通常はこのろう付けよう合金はクラッディング形態
のものである。かくして、例えば接着材がカバープレー
ト２２を分配プレート３０に対してシールし、カバープ
レート２２か或は分配プレートの上面は代表的にろう付
けクラッドで接着される。同様に、ろう付けクラッディ
ングは代表的に、各プレートの界面の各々を画定する表
面の一方或は他方に配設される。加うるに、ろう付けク
ラッディングを細長チューブ１８上に配設し、このろう
付けクラッディングが細長孔１６内部に結合され且つシ
ールされるのみならず、それが蛇行フィン２０を細長チ
ューブ１８に結合する手段を提供することを保証させ得
る。

【００２１】ある場合には製造容易化のために、各プレ
ートの幾つかを結合し或は複合部片とし得る。また、幾
つかの構成部分を切断ではなく、エンボス加工、スタン
プ加工或はドリル加工し得る。図２から８には今後詳細
に説明される種々のプレートが例示される。これら各図
は同一縮尺であり従って各図を重ね合わせるのみにより
各構成部品の相対配置を容易に確認し得ることを銘記さ
れたい。

【００２２】図２はカバープレート２２とそこに設けた
開口２４の例示図である。この開口２４が入口フィッテ
ィング２６を受け、この入口フィッティングは図９及び
１０を参照して説明するが、その軸方向長さがカバープ
レート２２の厚みと概略等しくまた直径が開口２４と同
一である減径部分８０を含んでいる。入口フィッティン
グ２６の、前記減径部分と反対側には拡大直径端８２が
含まれ、その内側には導管を受容するための内部空間８
４が形成される。入口フィッティング２６の軸にはオリ
フィス８６が配設され、このオリフィス８６は入口フィ
ッティング２６が開口２４内部にしっかりと結合された
時、分配プレート３０の開口３２の中心９０の位置でこ
の分配プレート３０に対し直交する方向に配向される。
開口３２は一般に円形であり、この開口３２を中心とす
る周囲には図３に示されるようにポケット３４が等間隔
で配設される。各ポケット３４は円形端部９４に於て終
端する半径方向長孔９２により画定される。

【００２３】次ぎに図３及び４を参照するに、ポケット
３４の各々の円形端部９４が回路プレート３６の細長孔
３８の内側端部４０と整列されている。これらの内側端
部４０は図４に示されるように円形であり、またその外
側端部４２も同様に円形である。図４に示されるよう
に、細長孔３８の内側端部４０は円形に等間隔状態で配
列されて半径方向長孔９２の円形端部９４と整列され、
一方、外側端部４２は直線状に列をなして配設される。
このことから、言うまでもなく、細長孔３８は不等長を
有しており、図示される特定形状に於ては細長孔３８の
長い方が回路プレート３６の端部９６及び９８に隣り合
って配設され、また最も短い細長孔３８が回路プレート
３６の中心１００（端部９６及び９８に関して）に配設
されることとなる。細長孔は、回路プレート３６の中心
から端部９６或は９８の何れかに向けて進むにつれ、図
４から容易に認識されるようにその長さが長くなる。

【００２４】図５にはデバイダープレート４６の詳細が
例示され、先に銘記した如く単一列状に配設されてなる
複数の孔４４を含んでいる。この配列構成に於て、孔４
４は回路プレート３６の細長孔３８の外側端部４２と整
合すると共に、マニホールドプレート４８の長孔５０の
中心とも整合する。これに関連し、細長孔３８は孔４４
と同数であり、孔４４は長孔５０と同数であり、長孔５
０は細長チューブ列Ｂと同数であることを銘記された
い。

【００２５】この構成は、流入する冷却材を入口フィッ
ティング２６を通して受け、これを可能な限り等しい量
に於て、細長チューブ１８によって構成される液圧的に
平行な流路へと分配することを目的とするものである。
オリフィス８６は流入する冷却材の流れ速度を増加させ
る作用を為し、そうして速度増加された流れは回路プレ
ートの、細長孔３８の内側端部４０の内側に画定される
一般に円形の、無孔の表面セクション１０２に衝突す
る。この無孔の表面セクション１０２はへん平、詳しく
は平坦面であり、先に言及した冷却材の流入流れはこの
無孔の表面セクション１０２の中心１０４に一般に直交
（即ち９０度）する方向から衝突する。冷却材は一般に
均等に約３６０度偏向されその結果、実質的に等量の冷
却材が各ポケット３４に、従って細長孔３８に送られ、
結局、細長チューブ列Ａの細長チューブ１６に送られ
る。かくして、細長チューブ列Ａの各々を通し実質的に
等質量の冷却材が矢印１０６（図１参照）の方向に送ら
れ、この流れが細長チューブ１８の列Ｂ内を矢印１０８
の方向に流れて戻りこれにより、コア１０の一方側から
他方側への冷却材分配が良好に為される２パス型蒸発器
が提供される。冷却材流れが均一でしかも分配が良好で
あることから、コールドスポットとそれに関連する問題
の発生及び或はコアのその他部材の非効率的使用が回避
される。

【００２６】良好な分配を一層確実なものとするため
に、流入する冷却材の液相分の比率を従来の蒸発器にお
けるよりも大きくすることが望ましい。従来型のＲ１２
冷却材を使用するシステムでは、凝縮器出口から蒸発器
出口５４にかけての圧力降下の値は２００乃至２５０ｐ
ｓｉ（約１４．１から１７．６ｋｇ／ｃｍ² ）のオーダ
ーとなる。そして従来は、入口フィッティング２６から
蒸発器出口５４にかけての圧力降下の値は３から１５ｐ
ｓｉ（約０．２１から１．０５ｋｇ／ｃｍ² ）のオーダ
ーであった。しかしながら、オリフィス８６を適切な寸
法形状とすることにより、入口フィッティング２６から
蒸発器出口５４にかけての圧力降下の値が比較的高くな
りそして設計最大冷却負荷時に於けるそれは代表的には
約８０ｐｓｉ（約５．６２ｋｇ／ｃｍ² ）或はそれ以上
のオーダーとなる。Ｒ１２以外の冷却材を使用した場合
に種々の圧力が幾分変化するのは勿論である。ここで本
発明における入口フィッティング２６とコア１０とを横
断しての”比較的高い圧力降下”とは、それが設計最大
冷却負荷時に於けるシステム内の蒸発器の出口から蒸発
器の出口にかけての圧力降下の値の約１／３或はそれ以
上であることを意味する。しかしながら、この値は実際
に使用する冷却材により幾分変化し得るものである。

【００２７】これが膨張弁或は毛細管から入口フィッテ
ィング２６にかけての圧力降下を小さくしそれにより、
冷却材が入口フィッティング２６に到達する時点に於て
より多くの部分は液相状態を保つこととなる。かくし
て、冷却材の多くの部分は衝突表面１０２に衝突する際
に液相状態でありこれが冷却材の分配を良好なものとす
る。そして、先に説明したように、流入する冷却材流れ
の速度を増大させるオリフィスを使用することにより、
冷却材は高速で衝突表面１０２に衝突するようになりそ
れが、液体冷却材の分配を最大化すると共に優れた分布
を提供する。マニホールドプレート４８の説明に続ける
に、細長出口長孔５２が第１のヘッダープレート１２の
細長チューブ列Ｂ内の細長孔１６と整列状態に配設され
ていることを思い起こされたい。図６に例示されるよう
に、所望であれば細長出口長孔５２の一方側１１０は鋸
歯状の外観を有し得る。この鋸歯状の外観は長孔５０を
半分にした様な半長孔１１２を細長出口長孔５２に連結
することにより形成される。

【００２８】マニホールドプレート４８の端部１１４及
び１１６間の中央の、細長出口長孔５２の長孔５０から
遠く且つ舌部６０内部の側部には切込状長孔１１８が形
成される。図５から認識されるように、この切込状長孔
１１８はデバイダープレート４６の舌部６０における無
孔領域により閉鎖される。しかしながらこれと同時に、
第１のヘッダープレート１２の舌部６０における開口１
２２が前記切込状長孔１１８の下側に配設され出口導管
５４の端部をシール状態で受容する。かくして、細長チ
ューブ列Ｂの細長チューブ１８内を矢印１０８（図１参
照）方向に送られる冷却材は細長出口長孔５２に入り、
次いでこの切込状長孔１１８に入る。この時点に於て、
冷却材は開口１２２及び第１のヘッダープレート１２そ
してこれに関連する出口導管５４に入る。

【００２９】第２のヘッダープレート１４は、第１のヘ
ッダープレート１２からの細長チューブ１８の反対側の
開放端部側に配設されているが、図７に示される第１の
ヘッダープレート１２と実質的に同一の形状とし得る
が、舌部６０や開口１２２を省略して材料及び形成作業
を低減させ得る。同様に、スぺーサープレート６２を、
細長出口長孔５２を長孔５０の大の列で代替させること
以外の点でマニホールドプレート４８と幾分類似の形状
に形成し得る。切込状長孔１１８は勿論なくして良くま
た、舌部６０を無くしてスぺーサープレート６２の形成
に必要な材料を低減し得る。

【００３０】図８には戻りマニホールドプレート６６と
その内部のＵ字型長孔６８とが例示される。先に言及し
たように、端部７２及び７４は細長孔６４の中心線上に
配設されるべきである。これらの中心線１２０は、細長
孔６４と長孔５０とが実質的に同一であることから細長
孔６４では無く長孔５０に関し図６に於て示されてい
る。この中心線は図８に示され参照番号１２０が付記さ
れる。更に、Ｕ字型長孔６８の湾曲部７０は細長穴６４
間の領域１２２（図１参照）と整列すべきである。かく
して、冷却材は細長チューブ列Ａ内の各細長チューブ１
８を出る際に細長チューブ内を矢印１０６の方向に移動
し、その中心からＵ字型長孔６８の対応する１つにおけ
る端部７４に持来たされる。冷却材は次いでこのＵ字型
長孔６８の湾曲部７０に送られる。この湾曲部７０の上
下の各境界部分がスぺーサープレート６２とカバープレ
ート７６とによって夫々閉じられていることは言うまで
も無い。

【００３１】冷却材は次ぎに細長チューブ列Ｂの細長チ
ューブの相当する１つの内部にその中心位置で再度導入
されそれにより、冷却材は図１に示されるように矢印１
０８の方向に上昇しそして後、出口導管５４に至る。端
部７２及び７４を細長チューブ１８の断面の中央に配設
ることにより、冷却材分配の均一化が促進される。カバ
ープレート７６は、開口２４が省略されていることを除
きカバープレート２２と実質的に同一とし得る。加うる
に、舌部６０を省略し材料を節約するのが一般に望まし
い。

【００３２】オリフィス８６、分配プレート３０、ポケ
ット３４と関連する衝突表面１０２により構成される分
配体により提供される冷却材の分配を更に均等化させる
ために、以下に説明する他の特徴部分を使用し得る。細
長穴３８並びに図４に示されるようなその長さ部分にお
けるコア１０の細長チューブ１８に関する配列構成か
ら、細長穴３８から細長チューブ列Ａの最中心の細長チ
ューブ１８にかけて画定される流路の長さが、この細長
穴３８から、細長チューブ列Ａの前記最中心の細長チュ
ーブと並ぶ最端部の細長チューブ１８にかけて画定され
る流路のそれよりも短いことを認識されよう。しかも先
に述べたように、この流路の長さは回路プレートの中心
１００から端部９６或は９８の何れかに向かう程徐々に
長くなるのである。かくして、入口フィッティング２６
から最も遠い細長チューブから細長チューブ列Ｂの細長
チューブがマニホールドプレート４８の細長孔５２に入
るまでの流路の長さは、もっと中心寄りの細長チューブ
１８におけるそれよりも長くなる。冷却材流れに対する
抵抗がこの流路の長さに比例する範囲内では長い流路程
前記抵抗が大きくなることから、そこを通る単位時間当
たりの冷却材び量は減少し種々の流路を通しての分配を
均一化する上での影響が生じる。結局、説明された本発
明の具体例が提供する以上にもっと均一化された分配を
所望する場合には、図１１に例示される本発明の別態様
を使用し得る。この具体例ではマニホールドプレート４
８のみならずカバープレート２２、分配プレート３０、
回路プレート３６そしてデバイダープレート４６は以下
の如く多少改変される。先ず、図６に示される切込状長
孔１１８がなくされ図１１に示されるような改変型マニ
ホールドプレート１４０が提供される。

【００３３】次ぎにカバープレート２２、分配プレート
３０、回路プレート３６そしてデバイダープレート４８
の各々の上流側の角部付近には一対の孔１４２及び１４
４が設けられる。これらの孔１４２及び１４４は夫々相
互に整列され、そして結局、改変型マニホールドプレー
ト１４０の細長出口長孔５２の端部１４６及び１４８と
整列される。出口フィッティング或は導管は全体を参照
番号１５０で示され、図１の導管５４に代えて使用され
るものであり、カバープレート２２の孔１４２に受容さ
れ且つシールされるべき第１の端部１５２を含んでい
る。第２の端部１５４がカバープレート２２の孔１４４
に対し受容され且つシールされる。導管或はフィクスチ
ャー１５０の長手方向に沿った中央位置にはＴ型部材１
５６が配設されこれが両端部材１５２及び１５４を連接
して単一の出口開口１５８を提供している。この構成に
より蒸発器の出口側に離間した２か所の収集位置が提供
される。また観察されるように、これら収集位置はその
端部材１５２の中心付近では無く、図６に例示されるよ
うな具体例の如く長孔５２の端部１４６及び１４８の位
置である。これにより、細長チューブ１８の中央の１つ
から図１１に示される改変型マニホールドプレートの長
孔に入る冷却材が端部１５２及び１５４により画定され
る収集位置まで移動する距離は、冷却材がコア１０の端
部或は側部に近い方の細長チューブ１８を通して流動し
た後にこの改変型マニホールドプレート１４０の長孔５
２に入る場合の距離よりも長くなる。

【００３４】この配列構成は、先の回路プレート３６の
細長穴３８を通しての流れを使用してのそれとはまさに
反対であり、衝突表面１０２（図４参照）から出口開口
１５８に至る全ての流路丁がそれによって実質的に均等
化される。つまり、入口端部からコア１０への流路の短
いものほど、コア１０から蒸発器の出口側の出口開口１
５８への流路が長くなる状態でオフセットされそれによ
り、全流路の長さは実質的に均等化されるので、その各
々を通る流れの抵抗は実質的に均等化されるのである。
全ての流路の流れ抵抗が実質上等しくなることにより、
分配器による分配が良好となり、多くの平行流路を通し
ての冷却材流れの配分に於ける優れた均一性が達成さ
れ、これに付随する効率が達成される。

【００３５】説明されたように、蒸発器（図１参照）の
細長チューブ列Ａの各細長チューブ１８のための細長穴
３８が設けられる。はこの細長穴３８の数を、細長チュ
ーブ列Ａの細長チューブ１８の数を減じることなく低減
し或は細長穴３８の数を増大することなく細長チューブ
１８を増大するのが望ましい場合があり得る。この場
合、細長穴３８の各１つが２本以上の細長チューブ１８
に対し作用するよう作製し得る。これを実現するための
１つの手段は、細長穴３８の数を減らす一方でこれを、
複数の端部４２を具備してなる複合端部型とすることで
ある。例えば、仮に細長穴３８の数を半分にし残りの細
長穴の各々に２つの端部４２を設けるとその各端部は図
４に例示されると同じ位置に配設される。しかしながら
別様には且つ好ましくは、図１２に例示される配列構成
が使用される。この場合、細長穴３８の数は所望の数に
減らされ、デバイダープレートの孔４４の数もまた所望
の数に減じられる。別個の長孔５０を具備してなるマニ
ホールドプレート４８を使用するのに代えて、改変型マ
ニホールドプレート１６０が使用される。この改変型マ
ニホールドプレート１６０には一連のＨ型長孔１６２が
設けられる。このＨ型長孔１６２の各々は平行な側部１
６４及び１６６を具備しこれら側部は第１のヘッダープ
レート１２の隣り合う細長穴１６と整列する。デバイダ
ープレートの孔４４はＨ型長孔１６２の各々の横断部材
セクション１６８８と整列するべく配設される。この構
成上、回路プレート３６の細長穴３８の各々が冷却材を
細長チューブ列Ａの２本の細長チューブ１８に提供す
る。これにより分配器の構成を簡略化可能となり、これ
を、Ｈ型長孔１６２を更に引き伸ばして細長チューブ列
Ａの３本或は４本もの細長チューブ１８に冷却材を提供
するための構成に対し適用可能となる。

【００３６】本発明に従い作製された蒸発器は従来の相
当品の性能に勝る性能或は改良性能を有し、体積はより
小さく、その空気側の圧力降下の度合いは好ましいもの
である。例えば、従来の市販入手し得る３つのコアが試
験及び測定された。その１つは深さが約４インチ（約１
０ｃｍ）、熱伝達能力が１４，３００ＢＴＵ／ｈｒであ
りその場合の空気側の圧力降下の値は０．４２ｐｓｉ
（０．０２９ｋｇ／ｃｍ² ）であった。この蒸発器は蛇
行型蒸発器であった。一方が深さ３．４インチ（約８．
６ｃｍ）他方が深さ３．５５インチ（約９．０１ｃｍ）
の２つのドロウンカップ（ｄｒａｗｎｃｕｐ）型蒸発
器では熱伝達能力が夫々１４，２００及び１４，６００
ＢＴＵ／ｈｒであり、その場合の空気側の圧力降下は各
々０．４１ｐｓｉ及び０．３４ｐｓｉ（約０．０２９ｋ
ｇ／ｃｍ² 及び約０．０２４ｋｇ／ｃｍ² ）であった。

【００３７】本発明に従い作製される蒸発器は本発明に
従い作製される分配器を使用し、図２に例示される単一
の出口形状の深さは約２．４６インチ（約６．２ｃｍ）
であり、熱伝達能力は１４，３００ＢＴＵ／ｈｒ、そし
て空気側での圧力降下は０．３９ｐｓｉ（約０．０２７
ｋｇ／ｃｍ² ）である。本発明の、図１１に例示される
具体例に従い作製される別態様の蒸発器には、その出口
側に離間された２つの収集位置が含まれ、コアの深さは
２．４６インチ（約６．２ｃｍ）であるが、熱伝達能力
は１５，８００ＢＴＵ／ｈｒであり、空気側の圧力降下
は０．３７ｐｓｉ（約０．０２６ｋｇ／ｃｍ² ）であ
る。

【００３８】かくして、２つの具体例に於て、本発明に
従い作製される蒸発器は熱伝達能力をなんら損失するこ
となく、また比較し得る空気側での圧力降下を有し、そ
の体積を従来の約１／３或はそれ以上小さく為し得る。
事実、図１１に示される改変型の具体例を使用した場
合、体積の減少と共に熱伝達能力の約１０％の上昇が得
られた。体積の減少は重量の減少を伴うものであること
から、本発明に従い作製される蒸発器が従来既知のもの
を上回る寸法形状上の利益を有することを容易に認識さ
れよう。この驚嘆すべき改善はまさに、種々の平行な流
路を通し冷却材が極めて均一に分配されることに依るも
のである。コアの下流側表面の端から端にかけての空気
の温度変化の測定値は約６°Ｆ（約−１４．４℃）未満
でありコールドスポットは存在しなかった。このこと
は、熱伝達能力の測定値と共に、蒸発器の全ての部材が
その全能力を使用されこれが、種々の流路を通しての冷
却材分配を極めて均一なものとすることを示している。

【００３９】

【発明の効果】冷却システム或は空調システムに於て使
用するための、コールドスポットを生じない蒸発器の如
き蒸発器が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従う蒸発器の分解斜視図である。

【図２】蒸発器に於て使用するカバープレートの平面図
である。

【図３】蒸発器に於て使用する分配プレートの平面図で
ある。

【図４】蒸発器に於て使用するための回路プレートの平
面図である。

【図５】蒸発器に於て使用するためのデバイダープレー
トの平面図である。

【図６】蒸発器に於て使用するためのマニホールド及び
スぺーサープレートの平面図である。

【図７】蒸発器に於て使用するヘッダープレートの平面
図である。

【図８】蒸発器に於て使用する戻りマニホールドの平面
図である。

【図９】蒸発器の入口位置に使用する入口フィッティン
グ及びオリフィスの側面図である。

【図１０】入口フィッティングを端部方向から見た図で
ある。

【図１１】本発明の別態様の分解斜視図である。

【図１２】本発明の更に他の別態様の部分分解斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０：コア１２：第１のヘッダープレート１４：第２のヘッダープレート１６：細長孔１８：細長チューブ２０：蛇行フィン２６：入口フィッティング３０：分配プレート２２：カバープレート３４：ポケット３６：回路プレート４６：デバイダープレート４８：マニホールドプレート５２：細長出口長孔６０：舌部６２：スプレーサープレート６６：戻りマニホールドプレート６８：Ｕ字型長孔７２：湾曲部７４：湾曲部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却材のための蒸発器であって、冷却材が蒸発中に通過する流体平行状態の複数の細長通
路と、第１のマニホールド及び第２のマニホールドにして、一
方が前記細長通路の一端に接続され、他方が前記細長通
路の他端と接続された第１のマニホールド及び第２のマ
ニホールドと、該第１のマニホールド及び第２のマニホールドの一方の
ための入口と、該第１のマニホールド及び第２のマニホールドの他方の
ための出口と、前記入口と、前記第１のマニホールド及び第２のマニホ
ールドの関連する側の一方との間の冷却材分与体にし
て、平坦な衝突表面と、前記入口に接続され、冷却材の
流れを該衝突表面と全体に直交する方向で該衝突表面に
送るよう配向されたオリフィスと、前記衝突表面の周囲
に沿ってある角度離間され、前記第１のマニホールド及
び第２のマニホールドの一方と各々流体連通し、冷却材
を予め決定された態様下に分配するための複数の冷却材
受容通路と、を含む冷却材分与体と、から構成される蒸発器。
【請求項２】細長通路の数は冷却材受容通路の数のｎ
倍であり、該ｎは１以上の整数であり、各冷却材受容通
路は第１のマニホールド或は第２のマニホールドの一方
により前記細長通路に接続される請求項１の蒸発器。
【請求項３】衝突表面は全体に円形である請求項１の
蒸発器。
【請求項４】衝突表面は全体に平面である請求項１の
蒸発器。
【請求項５】冷却材受容通路は衝突表面の周囲に等角
度間隔に配設される請求項１の蒸発器。
【請求項６】オリフィス、第１のマニホールド及び第
２のマニホールド、細長通路、受容通路が、蒸発器内で
前記オリフィス、細長通路、冷却材受容通路の各々を横
断して出口に流動する冷却材の圧力降下が、設計最大冷
却負荷時における、凝縮器出口から蒸発器出口にかけて
の流動時の圧力降下の約１／３或はそれ以上のオーダー
であるように寸法形状付けされる請求項１の蒸発器。
【請求項７】各細長通路が細長チューブにより画定さ
れ、該細長チューブが、相互に平行状態で離間され且つ
第１のマニホールド及び第２のマニホールド間を更に伸
延し、少なくとも幾つかの隣り合う前記細長チューブに
はフィンが設けられる請求項１の蒸発器。
【請求項８】冷却材のための蒸発器であって、蒸発器コアにして、液圧的に平行な複数の離間された流
路を有し、該流路は１つ以上の細長チューブにより画定
され、各細長チューブは、入口端部と、該入口端部と反
対側の出口端部とを有し、該細長チューブは相互に平行
状態で離間され、少なくとも幾つかの細長チューブ間を
フィンが伸延する蒸発器コアと、冷却材がそこを貫いて蒸発器に導入され得る入口フィッ
ティングと、冷却材がそこを通して蒸発器へと排出され得る出口フィ
ッティングと、前記入口フィッティングと、入口端部の少なくとも幾つ
かとの間を相互連結し、該入口端部から関連する細長チ
ューブに冷却材を分配する分配手段と、前記出口フィッティングと、出口端部の少なくとも幾つ
かとを相互に連結し、関連する細長チューブから送られ
る冷却材を収集する収集手段と、を含み、前記分配手段及び前記収集手段が、更に、前記入口フィ
ッティングから前記出口フィッティング、前記複数の離
間された流路の各々、を通して流動する冷却材の移動距
離を、少なくとも実質的に均等化するための均等化手段
を画定する蒸発器。
【請求項９】蒸発器コアは、端部細長チューブの側方
に配設した中央細長チューブを含み、該中央細長チュー
ブの、入口フィッティング或は出口フィッティングの一
方から、関連する分配手段或は収集手段を貫いての、対
応する細長チューブの入口端部までの冷却材の移動距離
が、前記端部細長チューブにおけるそれよりも短く、前
記中央細長チューブの、前記入口フィッティング或は出
口フィッティングの他方から、関連する分配手段或は収
集手段を貫いての、対応する細長チューブの出口端部ま
での冷却材移動距離が、前記端部細長チューブにおける
それよりも大きい請求項８の蒸発器。
【請求項１０】蒸発器コアは、端部細長チューブの側
方に配設された中央細長チューブを含み、該中央細長チ
ューブの、入口フィッティングから、分配手段を貫いて
の、細長チューブの入口端部までの冷却材の移動距離
が、前記端部細長チューブにおけるそれよりも短く、前
記中央細長チューブの、前記出口フィッティングから、
収集手段を貫いての、細長チューブの出口端部までの冷
却材移動距離が、前記端部細長チューブにおけるそれよ
りも大きい請求項８の蒸発器。
【請求項１１】分配手段が、入口フィッティングから
流入する冷却材が衝突する衝突表面と、該衝突表面の周
囲に配設され該衝突表面からの冷却材を受ける複数の通
路にして、各通路が、細長チューブの、予め決定された
１つ或は複数の入口端部に伸延し、幾つかの通路がその
他の通路よりも長い複数の通路とを含み、収集手段が、
少なくとも２つの離間した収集位置を含み、該２つの収
集位置が、細長チューブの幾つかの出口端部と流体連通
し且つ出口フィクスチャーに接続される請求項８の蒸発
器。
【請求項１２】細長チューブの入口端部の幾つかが、
細長チューブの、収集手段の２つの収集位置が流体連通
する出口端部以外の出口端部に接続され、それにより、
複合パス蒸発器を画定する請求項８の蒸発器。
【請求項１３】冷却材のための蒸発器であって、入口及び出口と、該入口及び出口間を伸延し、液圧的に
平行な複数の流路を含む蒸発器回路と、該蒸発器回路の各々を貫く冷却材流れを少なくとも実質
的に均一化するための、前記蒸発器回路内の均一化手段
と、を含む蒸発器。
【請求項１４】均一化手段には、蒸発器回路内の入口
の下流側で且つ液圧的に平行な流路の上流側の分配器が
含まれる請求項１３の蒸発器。
【請求項１５】均一化手段は、不等寸法形状の追加的
流路を含む請求項１３の蒸発器。
【請求項１６】不等寸法形状は長さに関するものであ
る請求項１５の蒸発器。
【請求項１７】冷却材のための蒸発器であって、ヘッダープレートに配設された開放端部に於て終端し、
平行状態に離間された少なくとも１つのチューブ列を含
み、チューブ間にはフィンが伸延される蒸発器コアと、前記ヘッダープレートに押接状態でシールされたデバイ
ダープレートにして、離間された孔からなる孔列を含
み、１つの孔が、チューブ列における各チューブ或はチ
ューブ群に対応し、且つ、各孔が、前記チューブ列にお
ける対応するチューブ或は対応するチューブ群と整列す
るデバイダープレートと、該デバイダープレートの前記ヘッダープレートとは反対
側に押接状態でシールされ、複数の長孔を具備する回路
プレート手段及び分配プレート手段にして、各前記長孔
の一端が、前記孔の対応する１つ或は予め決定された群
と整列され且つ流体連通され、前記長孔の他端が、開口
の周囲にある角度離間して配設され、前記開口が、前記
回路プレート手段及び分配プレート手段の何れか一方に
おける無孔のセクションと整列され、それにより、平坦
な衝突平面を画定する回路プレート手段及び分配プレー
ト手段と、該回路プレート及び分配プレート手段に押接され、それ
により、前記衝突表面と反対側で前記開口を閉鎖するカ
バープレートと、前記開口と整列し、前記蒸発器に対する冷却材入口とし
て作用する、前記カバープレートの入口手段にして、流
入する冷却材を、前記開口の全体に中心に送り、前記衝
突表面に全体に直交する方向で衝突させるための入口手
段と、を含む蒸発器。
【請求項１８】回路プレート手段及び分配プレート手
段が、長孔を具備する回路プレートと、開口を具備する
回路プレートとを含み、回路プレートと、分配プレート
とは突き合わされ且つ相互にシールされる請求項１７の
蒸発器。
【請求項１９】チューブ列が少なくとも２列であり、
各チューブ列が、ヘッダープレートに於て終端する開放
端を有し、ヘッダープレートと、デバイダープレートと
の間に配設したマニホールドプレートとを含み、該マニ
ホールドプレートが開口を有し、該開口が、前記デバイ
ダープレートの孔と、前記チューブ列の一方の細長チュ
ーブの開放端部の、対応する１つ或は予め決定された群
との間を流体連通し、細長出口長孔が、前記チューブ列
の他方のチューブの開放端部と整列され、少なくとも１
つの出口導管が、前記細長出口長孔と接続される請求項
１７の蒸発器。
【請求項２０】単一の出口開口を有し、該出口開口
は、細長出口長孔の長手方向に沿った２つの離間した位
置で該細長出口長孔に接続される請求項１９の蒸発器。
【請求項２１】細長出口長孔の長手方向に沿った２つ
の離間した位置が、細長出口長孔の各端部位置である請
求項２０の蒸発器。