JP3435479B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、カー・エアコン等に
用いられる蒸発器に関する。 【０００２】 【従来の技術】従来、カー・エアコン等に用いられる蒸
発器としては、略Ｕ字状の偏平管形成用凹部およびこれ
の両端に連なる前後両ヘッダ形成用凹部を有しかつ前後
両ヘッダ形成用凹部の底壁に冷媒通過孔があけられてい
るプレートが、左右に隣り合うもの同志相互に凹部を対
向させた状態に層状に重ね合わせられることにより、並
列状の偏平管部および前後ヘッダ部が形成されているも
のが知られている。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】この種の蒸発器では、
仕切壁が前側ヘッダ部と後側ヘッダ部に交互に設けられ
ることにより、複数個の通路に区画された蛇行状冷媒通
路が形成される。このさい、通路の区画数を増すと、蒸
発器内部の冷媒流速が上がる点およびコア全体のうちの
なるべく多くの範囲で熱交換が有効に行われる点で性能
の向上につながるが、逆に、冷媒の通路抵抗の上昇によ
り蒸発器入口圧および温度が上昇する点で性能の悪化に
つながる。通路の区画数以外の構成要素に関しても同様
に長所と短所を合せ持っており、従来の蒸発器では、こ
れらの長所と短所を考慮しつつその最適構造が追求され
ていた。 【０００４】この発明の目的は、従来全く考慮されてい
なかった空気の流れ方向を勘案して冷媒通路の構造を決
定することにより、従来では達成できなかった高い熱交
換性能を有する蒸発器を提供することにある。 【０００５】 【課題を解決するための手段】この発明による蒸発器
は、略Ｕ字状の偏平管形成用凹部およびこれの両端に連
なる前後両ヘッダ形成用凹部を有しかつ前後両ヘッダ形
成用凹部の底壁に冷媒通過孔があけられているプレート
が、左右に隣り合うもの同志相互に凹部を対向させた状
態に層状に重ね合わせられることにより、並列状の偏平
管部および前後ヘッダ部が形成されており、全部で偶数
個の仕切壁が後側ヘッダ部と前側ヘッダ部に交互に設け
られることにより、入口側通路、出口側通路および両通
路の中間に位置する中間通路よりなる奇数個の通路に区
画された蛇行状冷媒通路が形成されている蒸発器におい
て、出口側通路における冷媒の流れが空気の流れ方向に
対して対向流となるように、出口側通路に通じる冷媒排
出口が前後ヘッダ部のいずれかの一端部に設けられると
ともに、冷媒排出口が設けられていない方の前後ヘッダ
部の冷媒排出口に近い側の端部に、入口管挿通孔が設け
られ、冷媒排出口に冷媒出口管が接続されるとともに、
入口管挿通孔に冷媒入口管が挿通されており、冷媒入口
管は、ヘッダ部内に延長されたヘッダ内部分と、冷媒出
口管と平行なヘッダ外部分とよりなり、冷媒入口管のヘ
ッダ内部分に、平行フィンが設けられていることを特徴
とするものである。 【０００６】この明細書においては、風上側を前、風下
側を後というものとし、左右は前方に向かっていうもの
とする。 【０００７】 【作用】この発明による蒸発器は、冷媒入口管のヘッダ
内部分に平行フィンが設けられるとともに、出口側通路
における冷媒の流れが空気の流れ方向に対して対向流と
なされているから、スーパーヒート状態の冷媒が風下側
にある平行流のものに比べると、スーパーヒート状態の
冷媒とこれと熱交換する空気との温度差が大きく、冷媒
がスーパーヒート状態にある部分の熱交換性能に優れて
いる。したがって、冷媒通路のうち、冷媒がスーパーヒ
ート状態にある部分を少なくし、冷媒が蒸発状態にある
部分を多くすることができる。しかも、入口管および出
口管の両方がヘッダのいずれか一方の端部に設けられる
ので、同じ方向に配管を出す仕様の場合に、配管の取り
回しが容易で設置面積も少なくて済む。 【０００８】 【実施例】この発明の実施例を、以下図面を参照して説
明する。 【０００９】この発明の第１の実施例を示す図１から図
３までにおいて、カー・エアコン用の積層型蒸発器(1)
は、アルミニウム（アルミニウム合金を含む）製であっ
て、略Ｕ字状の偏平管形成用凹部(8) およびこれの両端
に連なる前後両ヘッダ形成用凹部(9)(11) を有しかつ前
後両ヘッダ形成用凹部(9)(11) の底壁(9a)(11a) に冷媒
通過孔(13)(14)があけられているプレート(2) が、左右
に隣り合うもの同志相互に凹部(8)(9)(11)を対向させた
状態に層状に重ね合わせられて、並列状の偏平管部(4)
および前後ヘッダ部(6)(7)が形成されている。そして、
図に矢印で示す方向、すなわち前方から後方に向かって
空気が流されるようになされている。前後ヘッダ部(6)
(7)の左端には冷媒入口管(23)が接続され、前後ヘッダ
部(6)(7)の右端には冷媒出口管(18)が接続されている。 【００１０】隣り合う偏平管部(4) 同志の間にはルーバ
(21)付コルゲートフィン(3) が介在されている。端部プ
レート(2)(2)の両外側には、サイドプレート(10)(10)が
それぞれ重ね合わせられ、各サイドプレート(10)と偏平
管部(4) との間にもルーバ(21)付コルゲートフィン(3)
が介在されている。 【００１１】図２に示すように、各プレート(2) の偏平
管形成用凹部(8) の中央部には、冷媒通路をＵ字状とす
るための上下方向に長い仕切用凸部(20)が、同凹部(8)
の上端より下端寄り部分まで設けられている。偏平管形
成用凹部(8) の底壁には、冷媒通路内の冷媒の流れを乱
して伝熱効率を向上させる多数の斜め状リブ(12)が形成
されている。 【００１２】図３に示すように、後側ヘッダ部(7) の左
端に冷媒導入口(22)が設けられ、前側ヘッダ部(6) の右
端に冷媒排出口(17)が設けられている。そして、後側ヘ
ッダ部(7) の左端より約３分の１右に寄ったところに後
側ヘッダ部仕切壁(16)が設けられ、前側ヘッダ部(6) の
右端より約３分の１左に寄ったところに前側ヘッダ部仕
切壁(15)が設けられている。後側ヘッダ部仕切壁(16)
は、プレート(4) の後側ヘッダ形成用凹部(11)の底壁(1
1a) に冷媒通過孔があけられないことにより形成され、
前側ヘッダ部仕切壁(15)は、プレート(4) の前側ヘッダ
形成用凹部(9) の底壁(9a)に冷媒通過孔があけられない
ことにより形成されている。冷媒入口管(23)には、冷媒
導入口(22)に対応する開口があけられ、冷媒出口管(18)
には、冷媒排出口(17)に対応する開口があけられてい
る。これによって、入口側通路(5A)、出口側通路(5C)お
よび両通路(5A)(5C)の中間に位置する中間通路(5B)より
なる３個の通路(5A)(5B)(5C)に区画され、かつ出口側通
路(5C)における冷媒の流れが空気の流れ方向に対して対
向流となされた蛇行状冷媒通路(5) が形成されている。 【００１３】冷媒導入口(22)から導入された冷媒は、後
側ヘッダ部仕切壁(16)によってターンさせられかつ空気
の流れ方向に対して対向流である入口側通路(5A)、前側
ヘッダ部仕切壁(15)によってターンさせられかつ空気の
流れ方向に対して平行流である中間通路(5B)、空気の流
れ方向に対して対向流である出口側通路(5C)を経て、冷
媒排出口(17)より排出される。 【００１４】上記において、ヘッダ部仕切壁(15)(16)を
設ける位置は、左右各端よりちょうど３分の１のところ
に限られるものではなく、熱交換性能を考慮して適宜左
右にずらされる。また、上記実施例では、パス(5A)(5B)
(5C)の数は３つとなされているが、仕切壁(15)(16)を後
側ヘッダ部(7) と前側ヘッダ部(6) に交互にかつ前後各
２つずつ設けることにより、出口側通路が空気の流れ方
向に対して対向流である５つの通路を形成するようにし
てもよいし、同様にして７以上の奇数の通路を形成する
こともできる。 【００１５】図４には、この発明の第２の実施例のカー
・エアコン用の積層型蒸発器(31)が示されている。この
エバポレータ(31)の外観は図１に示されているものと同
じである。図４に示すエバポレータ(31)は、前側ヘッダ
部(6) の左端に冷媒導入口(22)が設けられ、同右端に冷
媒排出口(17)が設けられている。そして、前側ヘッダ部
(6) の左端より約４分の１右に寄ったところおよび右端
より約４分の１左に寄ったところに前側ヘッダ部仕切壁
(15)が設けられ、後側ヘッダ部(7) の中程に後側ヘッダ
部仕切壁(16)が設けられている。前側ヘッダ部仕切壁(1
5)は、プレート(4) の前側ヘッダ形成用凹部(9) の底壁
(9a)に冷媒通過孔があけられないことにより形成され、
後側ヘッダ部仕切壁(16)は、プレート(4) の後側ヘッダ
形成用凹部(11)の底壁(11a) に冷媒通過孔があけられな
いことにより形成されている。冷媒入口管(23)には、冷
媒導入口(22)に対応する開口があけられ、冷媒出口管(1
8)には、冷媒排出口(17)に対応する開口があけられてい
る。これによって、入口側通路(5A)、出口側通路(5C)お
よび両通路(5A)(5C)の中間に位置する中間通路(5B1)(5B
2)よりなる偶数個の通路(5A)(5B1)(5B2)(5C)に区画さ
れ、かつ出口側通路(5C)における冷媒の流れが空気の流
れ方向に対して対向流となされた蛇行状冷媒通路(5) が
形成されている。 【００１６】冷媒導入口(22)から導入された冷媒は、左
寄りの前側ヘッダ部仕切壁(15)によってターンさせられ
かつ空気の流れ方向に対して平行流である入口側通路(5
A)、後側ヘッダ部仕切壁(16)によってターンさせられか
つ空気の流れ方向に対して対向流である第１中間通路(5
B1) 、右寄りの前側ヘッダ部仕切壁(15)によってターン
させられかつ空気の流れ方向に対して平行流である第２
中間通路(5B2) 、空気の流れ方向に対して対向流である
出口側通路(5C)を経て、冷媒排出口(17)より排出され
る。 【００１７】図５には、上記第２の実施例の蒸発器（４
パス対向流タイプと称す）と、これに対して出口側通路
が空気の流れ方向に対して平行流である点だけが異なる
蒸発器（４パス平行流タイプと称す）とを比較した結果
を示している。同図より分かるように、４パス対向流タ
イプは、４パス平行流タイプに対して、蒸発器（エバポ
レータ）出口での冷媒圧力にかかわらず、常に交換熱量
が大きく、１０％程度の交換熱量の向上が得られてい
る。なお、グラフは省略したが、第１の実施例のエバポ
レータ（３パス対向流タイプ）およびこれの変形例であ
る５パス対向流タイプは、それぞれ３パス平行流タイプ
および５パス平行流タイプに対して、１０〜１５％程度
の交換熱量の向上が得られている。 【００１８】上記において、前側ヘッダ部仕切壁(15)を
設ける位置は、左右各端よりちょうど４分の１のところ
に限られるものではなく、また後側ヘッダ部仕切壁(16)
を設ける位置は、ちょうど中央のところに限られるもの
ではなく、熱交換性能を考慮して適宜左右にずらされ
る。また、上記実施例では、通路の数は４つとなされて
いるが、全部で５つの仕切壁(15)(16)を前側ヘッダ部
(6) と後側ヘッダ部(7) に交互にかつ前側に３つ後側に
２つ設けることにより、出口側通路が空気の流れ方向に
対して対向流である６つの通路を形成するようにしても
よい。さらにまた、仕切壁(15)を前側ヘッダ部(6) に１
つだけ設けることにより、出口側通路が空気の流れ方向
に対して対向流である２つの通路を形成することもでき
る。 【００１９】図６から図８までには、この発明の第３の
実施例を示している。同図に示すカー・エアコン用の積
層型蒸発器(41)は、アルミニウム（アルミニウム合金を
含む）製であって、略Ｕ字状の偏平管形成用凹部(8) お
よびこれの両端に連なる前後両ヘッダ形成用凹部(9)(1
1) を有しかつ前後両ヘッダ形成用凹部(9)(11) の底壁
(9a)(11a) に冷媒通過孔(13)(14)があけられているプレ
ート(2) が、左右に隣り合うもの同志相互に凹部(8)(9)
(11)を対向させた状態に層状に重ね合わせられて、並列
状の偏平管部(4) および前後ヘッダ部(6)(7)が形成され
ている。そして、図に矢印で示す方向、すなわち前方か
ら後方に向かって空気が流されるようになされている。 【００２０】前側ヘッダ部(6) の右端には冷媒排出口(1
7)が設けられており、この冷媒排出口(17)に冷媒出口管
(18)が接続されている。後側ヘッダ部(7) の右端には入
口管挿通孔(19)が設けられており、この入口管挿通孔(1
9)に冷媒入口管(23)が挿通されている。冷媒入口管(23)
は、後側ヘッダ部(7) の左方に延長されたヘッダ内部分
(23a) と、冷媒出口管(18)と平行なヘッダ外部分(23b)
とよりなる。 【００２１】隣り合う偏平管部(4) 同志の間にはルーバ
(21)付コルゲートフィン(3) が介在されている。端部プ
レート(2)(2)の両外側には、サイドプレート(10)(10)が
それぞれ重ね合わせられ、各サイドプレート(10)と偏平
管部(4) との間にもルーバ(21)付コルゲートフィン(3)
が介在されている。 【００２２】プレート(4) は、第１および第２の実施例
と同じものである。 【００２３】図７に示すように、後側ヘッダ部(7) の左
端より約３分の１右に寄ったところに後側ヘッダ部仕切
壁(16)が設けられ、前側ヘッダ部(6) の右端より約３分
の１左に寄ったところに前側ヘッダ部仕切壁(15)が設け
られている。そして、後側ヘッダ部仕切壁(16)に冷媒導
入口(22)が設けられている。冷媒入口管(23)のヘッダ内
部分(23a) は、冷媒通過孔(14)周縁との間に冷媒通過間
隙を残した状態で後側ヘッダ部(7) に挿通され、その先
端が後側ヘッダ部仕切壁(16)の冷媒導入口(22)に接続さ
れている。これによって、入口側通路(5A)、出口側通路
(5C)および両通路(5A)(5C)の中間に位置する中間通路(5
B)よりなる３個の通路(5A)(5B)(5C)に区画され、かつ出
口側通路(5C)における冷媒の流れが空気の流れ方向に対
して対向流となされた蛇行状冷媒通路(5) が形成されて
いる。後側ヘッダ部仕切壁(16)は、プレート(4) の後側
ヘッダ形成用凹部(11)の底壁(11a) に冷媒通過孔があけ
られないことにより形成され、前側ヘッダ部仕切壁(15)
は、プレート(4) の前側ヘッダ形成用凹部(9) の底壁(9
a)に冷媒通過孔があけられないことにより形成されてい
る。 【００２４】冷媒導入口(22)から導入された冷媒は、左
端のプレート(2) によってターンさせられかつ空気の流
れ方向に対して対向流である入口側通路(5A)、前側ヘッ
ダ部仕切壁(15)によってターンさせられかつ空気の流れ
方向に対して平行流である中間通路(5B)、空気の流れ方
向に対して対向流である出口側通路(5C)を経て、冷媒排
出口(17)より排出される。 【００２５】冷媒入口管延長部(23a) の両端部を除いた
部分の内周および外周には、図８に示すような平行フィ
ン(42)(43)が設けられている。平行フィンは、冷媒入口
管(23)の内周だけまたは外周だけに設けてもよい。冷媒
入口管(23)のヘッダ内部分(23a) の左端部は、ろう付け
により後側ヘッダ部仕切壁(16)の冷媒導入口(22)周縁に
固定されている。 【００２６】以下に、出口側通路が空気の流れ方向に対
して対向流であるほうが平行流であるよりも熱交換性能
が優れている理由について説明する。 【００２７】蒸発器内に気液二相で流れ込んだ冷媒は、
蒸発器(31)内で徐々に蒸発していき、コンプレッサーへ
の液もどりを防ぐため、蒸発後にさらに過熱された状態
（スーパーヒートの状態）で排出される。スーパーヒー
ト部においては冷媒は完全にガスとなっているため、ス
ーパーヒート部の熱伝達率は蒸発部に比べて１０分の１
程度と低いものであるから、蒸発器全体におけるスーパ
ーヒート部が少なくて済むと、蒸発部を大きく取ること
ができて性能が向上する。冷媒がスーパーヒート状態に
ある出口側通路後半部においては、対向流タイプのもの
では、空気はスーパーヒート状態の冷媒と先に熱交換し
た後、通常の蒸発状態の冷媒と熱交換し、平行流タイプ
のものでは、通常の蒸発状態の冷媒と空気はスーパーヒ
ート状態の冷媒と先に熱交換した後、熱交換する。 【００２８】冷媒と空気の温度差をΔＴ、冷媒と空気間
の熱貫流率をＫ、冷媒と空気の伝熱面積をＡとすると、
スーパーヒート部の交換熱量Ｑは、Ｑ＝ΔＴ×Ｋ×Ａと
表される。一方、スーパーヒート量ΔＴｓｈが決まって
いるとすると、比熱をＣｐとして、スーパーヒート部で
の必要交換熱量Ｑｓｈは、Ｑｓｈ＝Ｃｐ×ΔＴｓｈとな
る。 【００２９】このＱｓｈが一定であるとして、出口側通
路が対向流と平行流の場合についてそれぞれ考えると、
対向流の場合のほうがΔＴが大きく取れるため、上式に
おいて伝熱面積Ａが少なくて済むのは明らかである。す
なわち、蒸発器全体におけるスーパーヒート部を少なく
することができるので、性能向上につながると考えられ
る。 【００３０】この性能の向上は、従来全く考慮されてい
なかった空気の流れ方向を勘案して冷媒通路の構成を決
定することにより得られるものであるから、上記性能の
向上に対しては、何ら背反する作用は生じることがな
い。 【００３１】なお、上記各実施例においては、この発明
を、偏平管部を垂直方向に並列状に配置したいわゆる縦
型の蒸発器に適用した場合を示したが、この発明は偏平
管部を水平方向に並列状に配置したいわゆる横型の蒸発
器にも同様に適用されるものである。 【００３２】 【発明の効果】この発明の蒸発器によると、冷媒入口管
のヘッダ内部分に平行フィンが設けられるとともに、出
口側通路における冷媒の流れが空気の流れ方向に対して
対向流となされていることにより、冷媒通路のうち、冷
媒がスーパーヒート状態にある部分を少なくし、冷媒が
蒸発状態にある部分を多くすることができるので、熱交
換性能が向上する。この性能の向上は、空気の流れ方向
を勘案することにより得られるものであるから、上記性
能の向上に対しては、何ら背反する作用は生じることは
なく、従来では達成できなかった高い熱交換性能が得ら
れる。しかも、入口管および出口管の両方がヘッダのい
ずれか一方の端部に設けられるので、同じ方向に配管を
出す仕様の場合に、配管の取り回しが容易で設置面積も
少なくて済む。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明による蒸発器の第１の実施例を概略的
に示す斜視図である。 【図２】同蒸発器を構成するプレートの実施例を示す斜
視図である。 【図３】同蒸発器の冷媒通路を示す斜視図である。 【図４】この発明による蒸発器の第２の実施例の冷媒通
路を示す斜視図である。 【図５】同蒸発器の熱交換性能を示すグラフである。 【図６】この発明による蒸発器の第３の実施例を概略的
に示す斜視図である。 【図７】同蒸発器の冷媒通路を示す斜視図である。 【図８】同蒸発器に使用されている冷媒入口管の横断面
図である。 【符号の説明】 (1)(31)(41) 蒸発器 (2) プレート (4) 偏平管部 (5) 冷媒通路 (5A) 入口側通路 (5B) 中間通路 (5C) 出口側通路 (6) 前側ヘッダ部 (7) 後側ヘッダ部 (8) 偏平管形成用凹部 (9) 前側ヘッダ形成用凹部 (9a) 底壁 (11) 後側ヘッダ形成用凹部 (11a) 底壁 (13) 冷媒通過孔 (14) 冷媒通過孔 (15) 前側仕切壁 (16) 後側仕切壁 (17) 冷媒排出口 (18) 冷媒出口管 (19) 入口管挿通孔 (22) 冷媒導入口 (23) 冷媒入口管 (23a) ヘッダ内部分 (23b) ヘッダ外部分 (42)(43) 平行フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−60387（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−231750（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−170755（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−154774（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/02

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 略Ｕ字状の偏平管形成用凹部(8) および
   これの両端に連なる前後両ヘッダ形成用凹部(9)(11) を
   有しかつ前後両ヘッダ形成用凹部(9)(11) の底壁(9a)(1
   1a) に冷媒通過孔(13)(14)があけられているプレート
   (2) が、左右に隣り合うもの同志相互に凹部(8)(9)(11)
   を対向させた状態に層状に重ね合わせられることによ
   り、並列状の偏平管部(4) および前後ヘッダ部(6)(7)が
   形成されており、全部で偶数個の仕切壁(15)(16)が後側
   ヘッダ部(7) と前側ヘッダ部(6) に交互に設けられるこ
   とにより、入口側通路(5A)、出口側通路(5C)および両通
   路(5A)(5C)の中間に位置する中間通路(5B)よりなる奇数
   個の通路(5A)(5B)(5C)に区画された蛇行状冷媒通路(5)
   が形成されている蒸発器において、 出口側通路(5C)における冷媒の流れが空気の流れ方向に
   対して対向流となるように、出口側通路(5C)に通じる冷
   媒排出口(17)が前後ヘッダ部(6)(7)のいずれかの一端部
   に設けられるとともに、冷媒排出口(17)が設けられてい
   ない方の前後ヘッダ部(6)(7)の冷媒排出口(17)に近い側
   の端部に、入口管挿通孔(19)が設けられ、冷媒排出口(1
   7)に冷媒出口管(18)が接続されるとともに、入口管挿通
   孔(19)に冷媒入口管(23)が挿通されており、冷媒入口管
   (23)は、ヘッダ部(7) 内に延長されたヘッダ内部分(23
   a) と、冷媒出口管(18)と平行なヘッダ外部分(23b) と
   よりなり、冷媒入口管(23)のヘッダ内部分(23a) に、平
   行フィン(42)(43)が設けられていることを特徴とする蒸
   発器。