JP3635689B2 - 冷媒蒸発器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は冷媒通路を金属薄板の積層構造により形成する積層型の冷媒蒸発器に関するもので、特に冷媒通路内を流れる内部冷媒同志で熱交換を行う副熱交換部を有する積層型の冷媒蒸発器に関するものであり、自動車用空調装置の冷凍サイクルの冷媒蒸発器として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特開平５−１９６３２１号公報において、冷媒通路内を流れる内部冷媒同志で熱交換を行う副熱交換部を有する積層型の冷媒蒸発器を提案している。上記公報記載のものは、通常の冷媒−空気間の熱交換をおこなう主熱交換部の他に、蒸発器入口側の冷媒と蒸発器出口側の冷媒とを熱交換させて、主熱交換部の入口タンク内に流入する冷媒の乾き度を小さくする、副熱交換部（冷媒−冷媒熱交換部）を設けている。
【０００３】
この副熱交換部の作用により主熱交換部の入口タンク内に流入する冷媒の乾き度を大幅に小さくして、入口タンク内における冷媒が液単相に近い状態にすることにより、入口タンクから多数のチューブに冷媒を分配する際に、各チューブに均一に液冷媒を分配できる。しかも、各チューブ内面が液冷媒で覆われた状態となり、チューブ内面での熱伝達率が向上し、これらのことが相まって蒸発器の冷却性能を向上できるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報記載のものは、冷媒通路を構成する金属薄板を積層してろう付けにより一体構造に接合して製造されるようになっているが、本発明者らの実験、検討によれば、その製造に際し、副熱交換部（冷媒−冷媒熱交換部）においては、冷媒の分配、集合を行う複数のタンク部を同一の金属薄板に形成しているので、この複数のタンク部の形成に伴って、冷媒の流れが金属薄板の表面上で偏って流れることが分かった。
【０００５】
このような冷媒流れの偏りによって、副熱交換部の伝熱面積を有効に活用できず、熱交換性能が低下するという問題があった。
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、冷媒通路内を流れる冷媒同志で熱交換を行う副熱交換部を有する積層型の冷媒蒸発器において、冷媒の流れの偏りを低減して、副熱交換部の熱交換性能を向上させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
請求項１記載の発明では、冷媒通路（７ａ）内を流れる冷媒と前記冷媒通路（７ａ）の外部を流れる被冷却流体とを熱交換させる主熱交換部（７）と、
前記主熱交換部（７）の冷媒通路（７ａ）の入口側に流入する入口側冷媒と、前記主熱交換部（７）の冷媒通路（７ａ）の出口側から流出する出口側冷媒とを熱交換させる副熱交換部（８）とを有し、
前記主及び副熱交換部（７、８）の冷媒通路（７ａ、８ａ、８ｂ）は金属薄板（７ｂ、８ｃ）の積層構造により形成されており、
前記副熱交換部（８）には、前記入口側冷媒が流れる入口側冷媒通路（８ａ）と、前記出口側冷媒が流れる出口側冷媒通路（８ｂ）が前記金属薄板（８ｃ）の表裏両側に交互に形成されており、
前記副熱交換部（８）の前記金属薄板（８ｃ）の一端部側に、前記主熱交換部（７）の冷媒通路（７ａ）の出口側から流出する出口側冷媒を前記出口側冷媒通路（８ｂ）に流入させる入口側タンク（８ｆ）が形成されており、
また前記副熱交換部（８）の前記金属薄板（８ｃ）の一端部側には、前記入口側タンク（８ｆ）に隣接して、前記入口側冷媒通路（８ａ）の出口側タンク（８ｅ）および中継タンク（８ｉ）が形成されており、
前記出口側冷媒通路（８ｂ）は、前記入口側タンク（８ｆ）から流入する出口側冷媒が並列に流れる多数の分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）を有しており、前記入口側タンク（８ｆ）と前記分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）との間の冷媒流路は、前記出口側タンク（８ｅ）および前記中継タンク（８ｉ）の部分を除いて、前記金属薄板（８ｃ）の一端部側の幅方向の略全域にわたって形成されている冷媒蒸発器を特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明では、請求項１に記載の冷媒蒸発器において、前記金属薄板（８ｃ）の一端部側の幅方向において、前記出口側タンク（８ｅ）が略中央部に位置し、前記入口側タンク（８ｆ）が一方の端部に位置し、前記中継タンク（８ｉ）が他方の端部に位置しており、
前記入口側タンク（８ｆ）と前記分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）との間の冷媒流路が、前記幅方向において前記出口側タンク（８ｅ）および前記中継タンク（８ｉ）のそれぞれ両側に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施例記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【０００９】
【発明の作用効果】
請求項１、２記載の発明によれば、上記技術的手段を有しているため、主熱交換部（７）の冷媒通路（７ａ）の出口側から流出する出口側冷媒を入口側タンク（８ｆ）から出口側冷媒通路（８ｂ）の多数の分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）に流入させるとき、出口側タンク（８ｅ）および中継タンク（８ｉ）の部分を除いて、金属薄板（８ｃ）の一端部側の幅方向の略全域にわたって形成された流路を通して、多数の分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）に流入させることができる。
【００１０】
そのため、この多数の分岐通路（８ｂ−１〜８ｂ−１０）に流入する冷媒流量の偏りを僅少にできる。
これにより、金属薄板（８ｃ）の伝熱面積全体を有効に活用して、出口側冷媒通路（８ｂ）のガス冷媒と、入口側冷媒通路（８ａ）内の冷媒（乾き度の小さい気液２相冷媒）との熱交換を効率よく行うことができ、副熱交換部（８）の熱交換性能を向上できる。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明を図に示す実施例について説明する。図１は本発明による冷媒蒸発器を適用した自動車用空調装置の冷凍サイクルを示しており、１は圧縮機で、電磁クラッチ２を介して自動車用エンジン（駆動源、図示せず）により駆動されるものである。
【００１２】
３は凝縮器で、圧縮機１から吐出された高温、高圧のガス冷媒を冷却ファン（図示せず）の送風空気と熱交換して冷却し、凝縮するものである。４は凝縮器３で凝縮した液冷媒を溜めて液冷媒のみをサイクル下流側へ導出する受液器、５は冷媒の減圧手段を構成する温度作動式膨張弁で、５ａはその感温筒である。６は本発明による積層型の冷媒蒸発器である。
【００１３】
この蒸発器６は、冷媒通路７ａ内を流れる冷媒と前記冷媒通路７ａの外部を流れる空調用送風空気（被冷却流体）とを熱交換させる主熱交換部７と、
この主熱交換部７の冷媒通路７ａの入口側に流入する冷媒と、前記主熱交換部７の冷媒通路７ａの出口側から流出する冷媒とを熱交換させる副熱交換部８とを有している。
【００１４】
ここで、副熱交換部８において、８ａは前記主熱交換部７の冷媒通路７ａの入口側に流入する冷媒が流れる入口側冷媒通路を示し、８ｂは前記主熱交換部７の冷媒通路７ａの出口側から流出する冷媒が流れる出口側冷媒通路を示す。従って、副熱交換部８は冷媒−冷媒熱交換部を構成することになる。一方、主熱交換部７は送風空気から冷媒が吸熱して蒸発する冷媒蒸発部（冷媒−空気熱交換部）を構成することになる。
【００１５】
９は副熱交換部８の入口側冷媒通路８ａと主熱交換部７の冷媒通路７ａの入口部との間に蛇行状に形成された微小断面積の絞り通路で、一般にキャピラリチューブと称されている減圧手段の役割を果たす。但し、この絞り通路９による減圧度合いは膨張弁５の減圧度合いよりも小さく設定されており、この絞り通路９はその上流側と下流側との間に冷媒の圧力差を設けて、副熱交換部８における入口側冷媒通路８ａの冷媒温度と、出口側冷媒通路８ｂの冷媒温度との間に、高低の温度差をつけることにより、両通路８ａ、８ｂ間の熱交換を良好に行わせるものである。
【００１６】
１０は定圧弁で、冬季の如く冷凍サイクル熱負荷が著しく低下して、その前後の圧力差が設定値以下になると、開弁して受液器４からの液冷媒を所定量減圧して直接主熱交換部７の冷媒通路７ａの入口に流入させるものである。
冬季の低負荷条件時には、凝縮器３での冷媒圧力が低下して、凝縮器３と蒸発器６との間の圧力差に占める絞り通路９の抵抗が大となって、冷媒流量が小となる。しかも、車室内空気を循環させる内気循環モードでは、小流量の冷媒が比較的高温の内気から吸熱して、主熱交換部７の出口冷媒温度が入口冷媒温度より高くなってしまうことがある。その結果、副熱交換部８で、主熱交換部７の出口冷媒により入口側冷媒を加熱するという不具合が生じる。
【００１７】
そこで、このような低負荷条件下では、前記定圧弁１０を開弁して、上記不具合の発生を防止するようにしてある。
前記主及び副熱交換部７、８及び絞り通路９は金属薄板の積層構造により形成されており、その具体的構造は基本的には特開平５−１９６３２１号公報と同じでよいので、以下積層構造の概略を図２、３、４により説明すると、主熱交換部７では、金属薄板７ｂ、具体的にはアルミニュウム心材（Ａ３００３）の両面にろう材（Ａ４１０４）をクラッドした両面クラッド材を所定形状に成形して、これを２枚１組として多数組積層した上で、ろう付けにより接合することにより多数の冷媒通路７ａを並列に形成するものである。
【００１８】
この多数の冷媒通路７ａはそれぞれ図１、２の上方でＵターンするＵ形状のものであり、この各Ｕ形状の冷媒通路７ａの入口部及び出口部はそれぞれ通路下方部に形成された入口側タンク部７ｃ、出口側タンク部７ｄの開口部にて相互にコア奥行き方向で連通するようになっている。
また、主熱交換部７では、隣接する冷媒通路７ａの外面側相互の間隙にコルゲートフィン（フィン手段）１１を接合して空気側の伝熱面積の増大を図るようになっている。
【００１９】
同様に、副熱交換部８においても、金属薄板８ｃ、具体的にはアルミニュウム心材の両面にろう材をクラッドした両面クラッド材を所定形状に成形して、これを多数枚積層してろう付けにより接合することにより、この多数枚の積層構造の金属薄板８ｃの間に、前記入口側冷媒通路８ａと、出口側冷媒通路８ｂを交互に形成するようになっている。
【００２０】
ここで、副熱交換部８の端板１２には配管コネクタ部材１３が接合されるようになっており、この配管コネクタ部材１３には、膨張弁５で減圧された気液２相冷媒が流入する入口管１３ａと、蒸発器６から圧縮機１側へ吸入されるガス冷媒が流出する出口管１３ｂと、絞り通路９の下流側を定圧弁１０の下流側に接続する接続管１３ｃとが配設されている。
【００２１】
そして、この入口管１３ａからの冷媒は、金属薄板８ｃの上部に形成された、入口側冷媒通路８ａの入口側タンク部８ｄに流入するようになっており、この入口側タンク部８ｄはそれ自身の開口部にてコア奥行き方向に連通している。
一方、金属薄板８ｃの下部に入口側冷媒通路８ａの出口側タンク部８ｅが形成されており、この出口側タンク部８ｅもそれ自身の開口部にてコア奥行き方向に連通している。そして、上部の入口側タンク部８ｄから下部の出口側タンク部８ｅに向かって、入口側冷媒通路８ａが蛇行状に形成されている。
【００２２】
また、前記した絞り通路９は、主熱交換部７のうち最も副熱交換部８寄りの金属薄板７ｂ′と、主、副両熱交換部７、８の中間に介在された肉厚の中間プレート１４との間に形成されるようになっている。
副熱交換部８の入口側冷媒通路８ａの出口側タンク部８ｅから流出した冷媒は中間プレート１４に形成された通路穴（図示せず）を通り、次に絞り通路９の入口部９ａに流入する。
【００２３】
そして、上記絞り通路９を通過した後、絞り通路９の出口部９ｂから冷媒は中間プレート１４に形成された別の通路穴１４ａ（図４参照）を通り、再度副熱交換部８側へ流入し、その後、中継タンク部８ｉを通過して中間プレート１４に形成された、さらに別の通路穴である冷媒入口穴１６を通り、主熱交換部７の入口側タンク部７ｃに流入する。
【００２４】
そして、ここから冷媒は主熱交換部７の各冷媒通路７ａをＵターン状に流れ、その後出口側タンク部７ｄに集合するようになっている。
この出口側タンク部７ｄに集合した冷媒は、中間プレート１４に形成された別の通路穴（図示せず）を通り、副熱交換部８の金属薄板８ｃの下部に形成された、出口側冷媒通路８ｂの入口側タンク部８ｆに流入するようになっており、この入口側タンク部８ｆはそれ自身の開口部にてコア奥行き方向に連通している。
【００２５】
一方、金属薄板８ｃの上部に出口側冷媒通路８ｂの出口側タンク部８ｇが形成されており、この出口側タンク部８ｇもそれ自身の開口部にてコア奥行き方向に連通している。そして、下部の入口側タンク部８ｆから上部の出口側タンク部８ｇに向かって、出口側冷媒通路８ｂが形成されている。
副熱交換部８において、入口側冷媒通路８ａと出口側冷媒通路８ｂは多数枚積層された金属薄板８ｃの表裏両側に交互に形成されている。出口側冷媒通路８ｂの出口側タンク部８ｇから冷媒は配管コネクタ部材１３の出口管１３ｂへ流出する。１５は主熱交換部７の端板である。
【００２６】
一方、副熱交換部８の端板１２においては、上記冷媒入口穴１６に対向する部位に穴１２ａが開けられており、この端板１２の穴１２ａに、内部洩れ検査用検査治具（図示せず）の取付座１８が一体に接合されている。この取付座１８は雌ねじ１８ａを有し、この雌ねじ１８ａにより、上記冷媒入口穴１６を閉塞可能な検査治具を挿入できる大きさを持った治具挿入穴１９を設定している。
【００２７】
２０は治具挿入穴１９を密封するための密封部材をなす蓋体で、雄ねじ２０ａを有し、この雄ねじ２０ａにより蓋体２０は取付座１８の雌ねじ１８ａに脱着可能に取付けられる。また、２１は取付座１８と蓋体２０との間のシール用Ｏリング（シール部材）である。
本実施例では、蒸発器６をアルミニュウムの一体ろう付けで製造するようにしてあるので、冷間鍛造、切削加工等の必要な厚肉部品である配管コネクタ部材１３及び取付座１８、さらにはろう材の不要なコルゲートフィン１１を除く他の薄板形状の部品は、すべてろう材（Ａ４１０４）を心材（Ａ３００３）の両面にクラッドしたアルミニュウム両面クラッド材から成形されている。
【００２８】
厚肉部品の配管コネクタ部材１３および取付座１８と、コルゲートフィン１１はろう材をクラッドしてないアルミニュウムベア材（Ａ３００３）で成形している。
蒸発器６の製造にあたっては、主熱交換部７と副熱交換部８とを、主熱交換部７が下方、その上方に副熱交換部８が位置するように、この両者７、８を積層して、この両者７、８の積層組付体を縦方向の組付治具により保持して、蒸発器６全体の積層状態を維持する。
【００２９】
その後、前記縦方向の組付治具により上記両熱交換部７、８の積層状態を維持しながら、この組付体を真空炉中に搬入して、アルミニュウムクラッド材のろう材融点以上に加熱して、組付体各部の接合部分をろう付けにより一体に接合し、蒸発器６全体を一体構造にする。
ところで、本発明者らは、副熱交換部８の冷媒通路８ａ、８ｂを構成する金属薄板８ｃの形状について、先ず最初に、図５に示す形状のものを試作、検討した。すなわち、図５（ａ）は金属薄板８ｃのうち、出口側冷媒通路８ｂ側の面の一端側を示しており、この出口側冷媒通路８ｂの入口側タンク８ｆからガス冷媒が冷媒通路８ｂに流入し、この通路８ｂを流れるのであるが、この通路８ｂは、並列に形成された多数（図示の例は１０本）の分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０に分岐している。
【００３０】
一方、上記入口側タンク８ｆと、分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０との間には、上記タンク８ｆ以外の他のタンク８ｅ、８ｉが存在しており、この他のタンク８ｅ、８ｉとの冷媒通路の区画のために、隔壁８ｊ、８ｋを形成している。
ところが、この隔壁８ｊの形成により、図示上半部の通路８ｂ−１〜８ｂ−５に向かうガス冷媒は、通路断面積の狭い通路８ｍを通過しなければならず、この狭い通路８ｍの存在によって、上半部の分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−５を通過する冷媒流量が図５（ｃ）に示すように著しく減少することが分かった。
【００３１】
なお、図５（ｂ）の矢印の大きさは各分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０の冷媒流量を模式的に示している。
以上の結果、出口側冷媒通路８ｂの各分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０の冷媒流量に、図５（ｃ）に示す大きな差（偏り）が発生するので、金属薄板８ｃの伝熱面積全体を有効に活用することができない。そのため、出口側冷媒通路８ｂのガス冷媒と、入口側冷媒通路８ａ内の冷媒（乾き度の小さい気液２相冷媒）との熱交換を効率よく行うことができず、副熱交換部８の熱交換性能の低下を招く。
【００３２】
そこで、本発明においては、図６（ａ）に示すように、隔壁８ｊの形状を改良して、中継タンク８ｉの外縁側に冷媒迂回通路８ｎを形成するようにしたものである。すなわち、金属薄板８ｃの一端部側において、中継タンク８ｉ、出口側タンク８ｅの部分を除いて、幅方向（図５、６の上下方向）の略全域にわたって、入口側タンク８ｆと分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０との間の冷媒流路を形成している。
【００３３】
従って、金属薄板８ｃの幅方向において、中継タンク８ｉおよび出口側タンク８ｅの両側に、入口側タンク８ｆと分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０との間の冷媒流路が形成されることになる。
特に、上記冷媒迂回通路８ｎの追加により、前述の冷媒流量の少ない上半部の分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−５に対して、ガス冷媒は、前記通路断面積の狭い通路８ｍの他に、通路８ｎも同時に通って流れることがてきる。そのため、上半部の分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−５に向かう冷媒流量を大幅に増加でき、図６（ｃ）に示すように、各分岐通路８ｂ−１〜８ｂ−１０の冷媒流量の差（偏り）を僅少にできる。
【００３４】
これにより、金属薄板８ｃの伝熱面積全体を有効に活用して、出口側冷媒通路８ｂのガス冷媒と、入口側冷媒通路８ａ内の冷媒（乾き度の小さい気液２相冷媒）との熱交換を効率よく行うことができ、熱交換性能を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明蒸発器を含む冷凍サイクル図である。
【図２】本発明蒸発器の一実施例を示す斜視図である。
【図３】図２の蒸発器の分解斜視図である。
【図４】図２、３の蒸発器において、検査治具用取付座部分の断面構造を示す要部断面図である。
【図５】（ａ）は本発明に至る前段階で検討した副熱交換部の金属薄板の要部正面図、（ｂ）はこの金属薄板積層後の通路断面形状を示す断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の金属薄板における冷媒流量の説明図である。
【図６】（ａ）は本発明による副熱交換部の金属薄板の位置実施例を示す要部正面図、（ｂ）はこの金属薄板積層後の通路断面形状を示す断面図、（ｃ）は（ａ）、（ｂ）の金属薄板における冷媒流量の説明図である。
【符号の説明】
６…蒸発器、７…主熱交換部、７ａ…冷媒通路、７ｂ…金属薄板、
８…副熱交換部、８ａ…入口側冷媒通路、８ｂ…出口側冷媒通路、
８ｂ−１〜８ｂ−１０…分岐通路、８ｃ…金属薄板、
８ｄ、８ｆ…入口側タンク、８ｅ、８ｇ…出口側タンク、８ｉ…中継タンク。

Claims (2)

1. 冷媒通路内を流れる冷媒と前記冷媒通路の外部を流れる被冷却流体とを熱交換させる主熱交換部と、
   前記主熱交換部の冷媒通路の入口側に流入する入口側冷媒と、前記主熱交換部の冷媒通路の出口側から流出する出口側冷媒とを熱交換させる副熱交換部とを有し、
   前記主及び副熱交換部の冷媒通路は金属薄板の積層構造により形成されており、
   前記副熱交換部には、前記入口側冷媒が流れる入口側冷媒通路と、前記出口側冷媒が流れる出口側冷媒通路が前記金属薄板の表裏両側に交互に形成されており、
   前記副熱交換部の前記金属薄板の一端部側に、前記主熱交換部の冷媒通路の出口側から流出する出口側冷媒を前記出口側冷媒通路に流入させる入口側タンクが形成されており、
   また前記副熱交換部の前記金属薄板の一端部側には、前記入口側タンクに隣接して、前記入口側冷媒通路の出口側タンクおよび中継タンクが形成されており、前記出口側冷媒通路は、前記入口側タンクから流入する出口側冷媒が並列に流れる多数の分岐通路を有しており、
   前記入口側タンクと前記分岐通路との間の冷媒流路は、前記出口側タンクおよび前記中継タンクの部分を除いて、前記金属薄板の一端部側の幅方向の略全域にわたって形成されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
2. 前記金属薄板の一端部側の幅方向において、前記出口側タンクが略中央部に位置し、前記入口側タンクが一方の端部に位置し、前記中継タンクが他方の端部に位置しており、
   前記入口側タンクと前記分岐通路との間の冷媒流路が、前記幅方向において前記出口側タンクおよび前記中継タンクのそれぞれ両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸発器。

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