JP3713079B2 - 高効率、小体積の冷媒蒸発器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空調システム及び、又は冷凍システムに使用される冷媒蒸発器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気圧縮サイクルで作動する自動車用の空調システム及び、又は冷凍システム（以下、集合的に「冷凍システム」又は「空調システム」と称する）は、従来からシステムの凝縮器としても、システムの蒸発器としても比較的嵩張る、非能率な熱交換器を使用している。例えば、凝縮器は、通常、単一の又はときには２つの流れ経路を有する蛇行型のものである。流れ経路の各区間が長いことによる冷媒側の過度の圧力降下を回避するために、扁平形の冷媒搬送管（通常、多流路を有する押出成形管）の短辺側の寸法が比較的大きくされている。しかしながら、凝縮器のコアが占める正面面積の大きさがどのような大きさのものであれ、冷媒搬送管（以下、単に「冷媒管」と称する）の短辺側の寸法が比較的大きいと、凝縮器のコアを通る（凝縮器の各冷媒管の外周面を被って流れる）空気（外気）の自由流れ面積が小さくなり、従って、熱伝達（管の内外間の熱交換）が阻害される。
【０００３】
冷凍システムの蒸発器には、一般に、３つの異なるタイプがある。そのうちの１つは、やはり、押出成形管から成る蛇行管構造であり、管の長辺寸法は４ｉｎ（１０ｃｍ）程度のものである。それらの管によって構成された蒸発器コアは、正面からの奥行が比較的深く、そのために、蒸発器を横切って流れる空気側の圧力降下が比較的高くなり、従って、蒸発器を通して強制的に送ることができる空気の量が少なくなり、あるいは、大型のファンを必要とし、それを駆動するためのエネルギー所要量も増大する。この蛇行管構造に用いられる管の短辺寸法も比較的大きく、そのことも空気側の圧力降下を高くする原因となるので、問題を一層激化させる。加えて、コアの奥行が深いことが、凝縮液のコアからの流下排出を困難にするという問題もある。その結果として、周囲空気（外気）からの凝縮液（周囲空気中の蒸気が凝縮してコアの各管の外周面に付着した凝縮液）が空気側の圧力降下を更に増大させる。しかも、蒸発器の各管等の部品の表面に生じた水（凝縮液）の膜が、管の内外間の熱交換を阻害する。
【０００４】
自動車用だけでなく、家庭用冷凍ユニットとして一般的に用いられるタイプとして、プレートフィン付き円管型蒸発器と称されるものがある。このタイプの構造は、比較的嵩張り、丸型管（円管）が用いられているので、蒸発器のコアを通る空気の自由流れ面積が相当に減小されるので、ユニットの非効率を増大させることになる。
【０００５】
上述した問題の幾つかは、いわゆる「ドローンカップ」（drawn cup ）型蒸発器によって解決されるが、ドローンカップ型蒸発器も、通常３ｉｎ（７．６２ｃｍ）のコア奥行を必要とし、管の短辺寸法を大きくしなければならなず、従って、やはり空気側の圧力降下が比較的高く、それに随伴する非効率も免れない。
【０００６】
１９８０年代半ばに、自動車の空調システムに使用するためのものとしていわゆる「並流」型凝縮器が市場に出回り始めた。典型的な並流型凝縮器の例が、本出願人の米国特許第４，９９８，５８０号に記載されている。並流型凝縮器は、高い耐圧性がを有する比較的小型のヘッダー／タンク構造体（ヘッダーとタンクの結合構造体）を有し、平行に配置されたヘッダー間に複数の扁平管を延設した構成である。それらの扁平管は、流路を区切るインサート（挿入物）を備えたものとして押出成形又は他の加工法によって製造することができるが、いずれにしても、各管はその長手に沿って延長した幾つかの流路を有しており、各流路の水力直径は、比較的小さく、最大約０．０７ｉｎ（１．７８ｍｍ）である。「水力直径」とは、斯界において定義されている通り、各流路の断面積の４倍をその流路の濡れ周囲長で除した値である。
【０００７】
この並流型凝縮器は、相当な効率の向上をもたらした。従来の凝縮器に比べて相当に体積が小さく、重量も軽いユニットで優れた熱伝達が達成される。並流型蒸発器においても同様な効率が達成されるものと推測される。
【０００８】
従って、比較的小さい水力直径の流路を有する管を備えた並流型構造を利用することに研究が重ねられ、その成果の１例が、本出願人の米国特許第４，８２９，７８０号に開示されている。
同特許は、単一の管列から成るコアを用いて優れた並流型凝縮器を得ることを教示しているが、高効率の蒸発器を得るには、多数の管列を必要とすると認識している。又、同特許では、冷媒が蒸発器の空気流の経路を横切って２回以上通るように多数の管列を連結して多数回通し経路（多重流路）を構成するべきであるとされている。
又、本出願人の米国特許第５，２０５，３４７号に教示されているように、向流移行冷媒流れとすることが極めて望ましい。そのような蒸発器の一例においては、２列の管列を用いてコアを形成し、そのコアを通る周囲空気流の方向と同じ方向に下流側の管列に冷媒を導入して通流させ、次いで、その冷媒を移行（受け渡し）通路によって上流側の管列へ導き、再度周囲空気の流れ経路を横切って通流させる。
【０００９】
これらのタイプの蒸発器は、それらの企図された目的のためには非常に良好に機能する。蒸発器コアの正面面積を一定とした場合、並流型蒸発器においては、蛇行型蒸発器やドローンカップ型蒸発器の場合と同じ熱伝達を、空気側の圧力降下を大幅に減少させる態様で達成することができる。更に、自動車の空調システムに使用された場合、並流型蒸発器は、体積が小さいことによる明白な利点を有する。周知のように、自動車の空調システムは、通常、ダッシュボードの下に収容されるが、自動車にエアバッグを装備することが益々重要視されてきている今日、ダッシュボード下のスペースは貴重である。この点、蛇行型蒸発器又はドローンカップ型蒸発器と同じ効率を有し、同じ正面面積を有する典型的な並流型蒸発器を製造する場合、そのコアの奥行を僅か２ｉｎ（５．０８ｃｍ）程度にすることができる。これに対して、蛇行型蒸発器の場合は、コアの奥行を４ｉｎ（１０．１６ｃｍ）にしなければならず、ドローンカップ型蒸発器の場合は、コアの奥行を３ｉｎ（７．６２ｃｍ）にしなければならない。
【００１０】
このように、並流型蒸発器は、所要体積を劇的に減小させ、ダッシュボードの下に他の機器を収容するためのより大きなスペースを残すのみならず、コアの奥行を大幅に減小させることにより、空気側の圧力降下を小さくし、同じサイズのファンによる、コアを通しての空気の流量を増大させるという点で、あるいは、使用するファンのサイズを小さくしてファン駆動のための所要エネルギーを節減するという点で、あるいはそれらの両方の点で効率を高めることができる。
更に、並流型蒸発器のコアの浅い奥行は、凝縮液の自然流下を容易にし、その点でも効率を向上させる。
又、体積が小さいことは、自動車の燃費にとって有利な重量の軽減につながると共に、材料費の節減にもつながり、在来の蒸発器に比べてコスト面でも利点をもたらす。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上記米国特許第４，８２９，７８０号及び第５，２０５，３４７号の蒸発器は、非常に好適なものであったが、それなりの欠点がないわけではない。例えば、最大限の効率を達成するためには、蒸発器内の冷媒分配が極めて重要となる。従って、蒸発器の冷媒入口側に、冷媒分配器が用いられる。そのような冷媒分配器の一例が、上記米国特許第５，２０５，３４７号に開示されており、その企図された目的のためには良好に作動する。しかしながら、その冷媒分配器は、ネジ付き接続管によって接続されるものであり、基本的に、内部通路を機械加工によって形成しなければならないので、高価な部品であり、蒸発器のコストを大幅に高めることになる。
【００１２】
更に、コアの第１流路と第２流路との間の移行部（受け渡し部）における冷媒分配も、非常に重要である。
又、冷媒の入来（導入されてくる）流れが、冷媒分配器へ送給された時点で均一であるようにすることも肝要である。一般には、冷媒は、冷媒分配器へ送られる前に膨脹弁又は毛管に通されて減圧されているので沸騰状態にある。この時点で冷媒の入来流れに均一性が維持されていないと、液状冷媒がガス状冷媒から分離する傾向があり、その結果、不均一な分配が生じ、それに伴って非効率が生じる。
最後に、この種の蒸発器の使用を広範囲に広めるには、経済的な構造とするために最少限の部品で比較的簡単に製造することができる蒸発器とすることが望ましい。
【００１３】
本発明の課題は、上述した諸問題を克服することである。
従って、本発明の主要な目的は、改良された冷媒用蒸発器、特に本発明の一側面においては、経済的に製造することができる多重流路型蒸発器を提供することである。
本発明の他の目的は、その他の側面において、蒸発器の入口に使用するための製造コストが安く、極めて能率的な冷媒分配器を提供することである。
本発明の更に他の目的は、その更に他の側面において、入来冷媒流れの均一性を促進する、蒸発器のための入口流路を提供することである。
本発明の更に他の目的は、その更に他の側面において、多重流路型蒸発器の流路間の極めて能率的な移行部（受け渡し部）を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記目的の１つは、１対の同一のモジュール（コア又は熱交換ユニット）を有する並流型蒸発器において達成される。各モジュールは、１対の同一の互いに平行に離隔して配置され、互いに整列した複数のスロットを有するヘッダーと、それらの平行なヘッダーの間に延設され、両ヘッダーのそれぞれ対応するスロットに受容されて該ヘッダー結合された複数の同一の扁平管と、各ヘッダーに１つづつ結合された１対の同一のタンクから成る。各タンクは、ヘッダーの側とは反対側の面に同一の平坦な中央表面を有し、その平坦な中央表面の中心に形成された同一形状のポートを有している。これらのモジュールは、それらのモジュールのタンク及び、又はヘッダーが互いに接触又はほぼ接触するように並置関係に配置される。
【００１５】
各モジュールの各隣接する管の間にフィンが延設され、両モジュールの一端の互いに隣接する第１対のタンクの平坦な表面に入口／出口連結具が結合される。この入口／出口連結具は、第１対のタンクに形成された上記同一形状のポートの一方に流体連通する入口ポートと、第１対のタンクの該同一形状のポートの他方に流体連通する出口ポートを有している。
両モジュールの他端の互いに隣接する第２対のタンクの平坦な表面に冷媒移行（受け渡し）連結具が結合される。この移行連結具は、第２対のタンクに形成された上記同一形状のポートの一方に流体連通する第１ポートと、第２対のタンクの該同一形状のポートの他方に流体連通する第２ポートと、該第１ポートと第２ポートを相互に連結する流体通路を有している。
【００１６】
本発明によれば、ヘッダー、タンク及び管等の構造が同一であるため、蒸発器を製造するのに必要な部品数が最少限にされる。更に、各モジュールのタンクの平坦な中央表面の中心に同一形状のポートを配置したことにより、２つのモジュール（即ち、熱交換器のコア）の配置を互いに入れ換えても、蒸発器の組み立てを阻害することがなく、正しく組み立てられた蒸発器を得ることができる。
【００１７】
好ましい実施形態では、上記入口／出口連結具は、上記第１対のタンクに衝接する平坦な表面を有する板金部材を備えたものとする。この板金部材に、上記同一形状のポートの一方の大きさと同じ大きさか、それより小さい寸法のディンプル（凹部）を形成する。ディンプルは、互いに反対向きの１対の冷媒分配口を画定するようにその両側側壁から切り起された互いに反対向きの耳片を有し、それによって安価な、しかし、極めて能率的な冷媒分配器を構成する。
本発明の一実施形態においては、入口／出口連結具は、上記第１対のタンクの上記同一形状のポートの一方に整合する入口ポートと、熱交換流体源に接続することができるようになされた別のポートを備えたものとする。この入口ポートと別のポートを通路によって連結し、その通路は、別のポートから漸次減小し、入口ポートのところ又はその手前で漸次増大する断面積を有する構成とする。このように通路の断面積を漸次減小させる（絞る）ことによって、沸騰する冷媒の入来流れが液体画分と蒸気画分に分離するのを防止し、分配器に到達した時点での冷媒流れの均一性を保持する。
【００１８】
本発明の別の側面によれば、上記移行連結具は、第１ポート及び第２ポートが第２対のタンクに結合された、それぞれ隣接するヘッダーにほぼ平行となるように構成し、それによって、第１ポート又は第２ポートから流出する熱交換流体（冷媒）の流れが対応するヘッダーに直角にぶつかるようにする。換言すれば、熱交換流体の流れは、一方の経路から他方の経路へ移行する際扁平管の方向にほぼ平行に流れるので良好な分配を促進する。
【００１９】
本発明の別の側面によれば、少くとも２つの互いに離隔されたヘッダー／タンク構造体（ヘッダーとタンクの結合構造体）と、それらの離隔したヘッダー／タンク構造体の間に平行に延設され、ヘッダー／タンク構造体に流体連通した複数の扁平管と、各隣接する扁平管の間に延設されたフィンから成り、一方のヘッダー／タンク構造体にその両端間の中間に位置するように形成された入口ポートと、該ヘッダー／タンク構造体の長手方向に向けられた互いに反対向きの２つのポートを有する冷媒入口手段を備えた冷媒蒸発器が提供される。本発明によれば、この冷媒入口手段は、ヘッダー／タンク構造体に形成された上記入口ポートに嵌合するように寸法づけされており、ディンプルを形成された板金部材（プレート）と、その板金部材に嵌着されてディンプルへ通じる入口通路を画定するカバーとから成る入口連結具によって構成する。このディンプルに２つの反対向きの耳片を切り起すことによって上記反対向きの２つのポートを形成する。
【００２０】
特に好ましい実施形態においては、上記ディンプルは、ほぼ半球状とし、上記各耳片は、ディンプルの一側に向かって延長した１対の互いに離隔した平行な縁と、それらの平行な縁を連結する円弧状の縁を有する形状とする。
上記ディンプルの２つの耳片の間の部分は、無孔とすることが好ましい。
又、上記ディンプルは、板金素材を型打ち加工することによって形成し、そのディンプルにパンチで打抜き加工することによって上記耳片を形成することが好ましい。
本発明の一実施形態においては、上記入口ポートを形成するヘッダー／タンク構造体の表面を平坦な表面とし、上記板金部材も平坦な部材とする。
【００２１】
本発明によれば、上記カバーは、上記板金部材の、上記ディンプルが形成されている側とは反対側の面に嵌着し密封状態に結合したキャップとし、上記入口連結具は、入口導管と出口導管を受容し、それらのそれぞれディンプルと出口ポートに接続するための手段を有する。
上記キャップは、上記平坦な板金部材に対面する２つの凹部が形成された型打ち板金部材であり、一方の凹部がディンプルに通じ、他方の凹部が上記出口ポートに通じる構成とすることが好ましい。
本発明の一実施形態においては、上記一方の凹部は、ディンプルに通じる側の端部と、反対側の端部、即ち両端が拡大されており、入来流れの分離を防止するように両端間の断面積を小さくする。
【００２２】
本発明の更に別の側面によれば、少くとも２つの互いに離隔された細長いヘッダー／タンク構造体と、それらの離隔したヘッダー／タンク構造体の間に平行に延設され、ヘッダー／タンク構造体に流体連通した複数の扁平管と、各隣接する扁平管の間に延設されたフィンから成る冷媒蒸発器が提供される。一方のヘッダー／タンク構造体に入口ポートを形成し、その入口ポートに冷媒分配器を配設し、冷媒分配器に通じる入口通路を設ける。その入口通路の、冷媒分配器に通じる一端とは反対側の他端には、入来冷媒流れに接続するためのコネクタを設ける。この入口通路は、その一端から他端に向かって漸次縮小する（収斂する）断面積を有し、該一端において漸次拡開（散開）する断面積を有する形状とする。
好ましい実施形態においては、上記入口通路は、その両端の間で湾曲した形状とする。
本発明の一実施形態においては、上記入口通路は、２つのプレートを結合して密封することによって形成する。一方のプレートは、ほぼ平坦な部材とし、それに上記分配器を取り付ける。他方のプレートの、一方のプレートに面する側の面に凹部を形成し、該凹部と一方のプレートとで上記入口通路を画定する。
上記分配器は、上記一方のプレートの、上記他方のプレートに面する側とは反対側の面から突出するように型打ちによって形成することが好ましい。
【００２３】
本発明の更に別の側面によれば、各々、２つの互いに離隔されたヘッダー／タンク構造体と、それらのヘッダー／タンク構造体の間に延設された１列の平行な管とを有する少くとも２つの隣接したコアから成る冷媒蒸発器が提供される。上記ヘッダー／タンク構造体の１つに入口を設け、ヘッダー／タンク構造体の他の１つに出口を設ける。更に他の２つのヘッダー／タンク構造体を連絡する移行通路を設け、移行通路によって冷媒を該他の２つのヘッダー／タンク構造体のうちの上流側のヘッダー／タンク構造体から下流側のヘッダー／タンク構造体へ導き、管にほぼ平行な方向に差し向ける。
特に好ましい実施形態においては、上記移行通路は、冷媒の流れをほぼ１８０°転向して導く構成とする。
又、特に好ましい実施形態においては、上記移行通路は、冷媒の流れを２つの分岐した流れとして導く形状とし、それによって、移行通路の高さを、その自由な流れ断面積を小さくすることなく、低くすることができるようにする。
別の実施形態においては、上記移行通路は、冷媒を単一の流れとして導く細長い半球状の通路とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１〜３を参照して説明すると、本発明に従って製造された冷媒蒸発器（以下、単に「蒸発器」とも称する）は、互いに接触、又はほぼ接触するように並置関係に配置された２つの同一のモジュール（コア又は熱交換ユニット）１０，１２から成る。これらの２つのモジュール１０，１２は、合計４つのヘッダー／タンク構造体（ヘッダーとタンクの結合構造体）１４，１６，１８，２０を有している。これらのヘッダー／タンク構造体１４，１６，１８，２０は、すべて同じものである。各モジュール１０，１２のヘッダー／タンク構造体１４と１６の間及び１８と２０の間に複数の細長い扁平管２２が平行に延設され、後述するようにそれぞれのヘッダー／タンク構造体の内部に流体連通している。これらの管２２は、すべて同じものであり、通常、水力直径が比較的小さい、即ち最大約０．０７ｉｎ（１．７８ｍｍ）の多重内部流路を有する押出成形又は他の加工法によって製造された管である。「水力直径」とは、斯界において定義されている通り、各流路の断面積の４倍をその流路の濡れ周囲長で除した値である。
【００２５】
各モジュール１０，１２のヘッダー／タンク構造体１４と１６及び１８と２０とは、それらの両側で同一の側部材２４によって相互に連結されている。各隣接する管２２と２２の間及び管２２と隣接する側部材２４の間に蛇行状フィン２６が延設され、それらの管及び側部材に結合されている。
【００２６】
上側のヘッダー／タンク構造体１４と１８は、移行（受け渡し）連結具３０によって相互に連結され、かつ、互いに流体連通状態に置かれる。下側のヘッダー／タンク構造体１６と２０は、それぞれ、入口ヘッダー／タンク構造体及び出口ヘッダー／タンク構造体として機能する。それらのヘッダー／タンク構造体１６，２０に入口／出口連結具（入口及び出口連結具）３２が装着されている。入口／出口連結具３２には、導管３４と３６が接続されている。導管３４は、冷媒源から冷媒を受取るための導管であり、一端は、通常、冷凍システムに一般的に用いられる慣用構造の膨脹弁又は毛管の出口側に接続され、他端は入口／出口連結具３２を介して入口ヘッダー／タンク構造体１６に接続される。
導管３６は、一端は、入口／出口連結具３２を介して出口ヘッダー／タンク構造体２０に接続され、他端は、冷凍システムの圧縮機の吸引側に接続されていて、圧縮機に蒸気相の冷媒を送給する。通常、この冷媒蒸気は、多少とも過熱されている。
【００２７】
次に、図４及び５を参照してヘッダー／タンク構造体１４，１６，１８，２０を説明する。まず、ヘッダー／タンク構造体１４，１６，１８，２０は、蒸発器の製造に要する部品数を最少限にするために、すべて同じ構造であることに留意されたい。
基本的に、各ヘッダー／タンク構造体１４，１６，１８，２０は、ヘッダープレート（管寄せ板）４０とタンク４２の２つの部品で構成されている。ヘッダープレート４０は、図４に明示されているように、その長手に間隔を置いて穿設された複数の細長スロット４４を有している。これらのスロット４４は、周知の態様で各対応する扁平管２２の端部を密封状態に受容する。
【００２８】
図５に示されるように、ヘッダープレート４０は、各スロット４４と４４の間に耐圧丸形部分４６を有している。ヘッダープレート４０は、図２にみられるように、図５の図面に対して直角方向にみると、湾曲した外観を有している。従って、各耐圧丸形部分４６は、複合曲線によって画定され、管２２とヘッダープレート４０との間の接合部に亀裂又は破断を惹起するおそれのある圧力基因変形に対する高い抵抗力を発揮する。この構造は、本出願人の米国特許第４，６１５，３８５号に記載されているものとほぼ同じである。
【００２９】
各ヘッダープレート４０は、周縁フランジ４８を有しており、タンク４２はこの周縁フランジ４８の内側に嵌合している。タンク４２も、周縁フランジ４８の内側にぴったり嵌合するように寸法づけされた周縁フランジ５０を有しており、２つの周縁フランジ４８と５０の界面をろう付け等によって密封することができるようになされている。
【００３０】
タンク４２の両側部及び両端からみて中央にくぼんだ平坦な表面５２が形成されており、平坦な表面５２の両側部分は、図２に符号５４で示されるように、多少中高形状とされている。
各くぼんだ平坦な表面５２の正確に中央にポート６０が穿設されている。ポート６０は、円形であり、ヘッダープレート４０の平面にほぼ平行な平面内に位置する。
【００３１】
図６及び７に、移行連結具３０の詳細が示されている。図７にみられるように、移行連結具３０は、上向きに曲げられた周縁フランジ７２を有する平坦なプレート７０を備えている。プレート７０には、同じ形状の第１及び第２開口７４，７６が穿設されており、それらの開口は周縁フランジ７８，８０によって囲繞されている。開口７４，７６は、円形であり、周縁フランジ７８，８０も同様に円形である。周縁フランジ７８，８０は、プレート７０をタンク４２のポート６０内に位置ぎめするのに利用される。ポート６０に対するプレート７０の嵌合は、遊嵌であり、プレート７０の外表面をタンク４２のろう付けすることによって密封されるようになされている。
図６から分かるように、プレート７０は、円形の開口７４，７６の中心を通して引かれた線に関して対称である。
【００３２】
移行連結具３０は、上記平坦なプレート７０と、プレート７０の上向き周縁フランジ７２の内側に嵌め込まれ、ろう付けによって密封結合された第２のプレート８２とから成る。プレート８２は、開口７４と７６の間を連絡する移行（受け渡し）通路を画定する下方に開口した総体的にＯ形の凹部８４を有している。図６にみられるように、凹部８４は、それぞれ開口７４，７６の上に位置するように配置された半球状部分９０，９２によって互いに両端を連結された第１円弧状通路セグメント８６と第２円弧状通路セグメント８８を有する。
【００３３】
かくして、凹部８４によって画定される移行通路は、２つの分岐路を有する。各タンクの平坦な表面５２をくぼませることの目的と同様に、移行通路８４を２つの分岐路に分けることの目的は、自動車のダッシュボード等の下や、その他の設置場所に占める占有スペースを最少限にするために蒸発器の高さをできるだけ低くすることである。詳述すれば、２つの低い（浅い）通路セグメント８６，８８を用いることにより、比較的浅い深さの凹部８４で開口７４と７６の間に単一の深い通路を形成した場合と同じ自由流れ断面積を設定することができる。
【００３４】
図８及び９は、冷媒を単一の流れで受け渡すようにした移行連結具の変型例を示す。この例では、図６、７の例のプレート８２に相当するプレート９４が、冷媒を通すための細長い半球状凹部９６を有し、プレート８２の場合と同様にろう付けによってプレート７０（図６、７参照）に密封結合される。
【００３５】
図１〜３に示された構成部品の形状及び寸法から分かるように、沸騰状態の冷媒は、まず、第１（上流側）モジュール１０の下側ヘッダー／タンク構造体１６に導入され、そこから各管２２を通って上昇し上側ヘッダー／タンク構造体１４へ流入する。そこから冷媒は、移行連結具３０を通って第２モジュール１２の上側ヘッダー／タンク構造体１８へ移行し、第２モジュール１２の各管２２を通って流下して入口／出口連結具３２に入り、導管３６を通って流出する。上述した構成の移行連結具３０は、冷媒をヘッダー／タンク構造体１４から１８へ移行させる際その流れ方向を（上向きから下向きへ）ほぼ１８０°変更させ、ヘッダー／タンク構造体１８へ流入する冷媒を管２２の延長方向に、即ち、ヘッダー／タンク構造体１８のヘッダープレート４０の平面に対してほぼ直角に差し向ける働きをする。このように入来冷媒を２つの流れ経路（第１モジュールの管を通る経路と第２モジュールの管を通る経路）の間を移行する際に管２２の延長方向に沿うように向け直すことによって冷媒流の均一性を高め、従って蒸発器の作動効率を高めることが判明した。これが本発明の１つの特徴である。
【００３６】
図１０及び１１に示されるように、入口／出口連結具３２は、上向きに曲げられた周縁フランジ１０２を有する平坦なプレート１００と、プレート１００の上向き周縁フランジ１０２の内側に嵌め込まれ、ろう付けによって密封結合されたカバープレート１０４とから成る。カバープレート１０４は、型打ちによって形成された凹部１０６と１０８を有する。凹部１０６と１０８は、いずれも細長く、長手に沿って均一な断面を有するが、図１０に示されるように平面でみれば、凹部１０８は、その一端１１２から他端１１４に向けて漸次収斂する（縮小する）部分１１０を有し、他端１１４のところ又はそれに近いところでは漸次散開（拡開）している。凹部１０８のこの収斂・散開形状は、先に述べたように入来冷媒の流れの分離を防止する働きをし、効率を高める。凹部１０８は湾曲しているのに対して、凹部１０６は真直ぐである。
【００３７】
プレート１００は、凹部１０６の一端１１６に整合する部位に、周縁フランジ１２０によって囲繞された円形開口１１８を有している。開口１１８は、上述した出口導管３６の一端を受容するようになされたコネクタである。
凹部１０６の他端１２２は、プレート１００に穿設され、円形の周縁フランジ１２６によって囲繞された円形開口１２４の上に整合している。周縁フランジ１２６の外径は、モジュール１２の下側ヘッダー／タンク構造体２０のタンク４２に設けられたポート６０（図４、５参照）の内径にほぼ等しく、周縁フランジ１２６をポート６０に嵌合させて密封状態にろう付けすることができる。
プレート１００は、又、凹部１０８の一端１１２の下に整合する部位に、周縁フランジ１３２（図１）によって囲繞された円形開口１３０を有している。開口１３０は、上述した入口導管３４の一端を受容するためのコネクタとして機能する。
【００３８】
プレート１００は、更に、凹部１０８の他端１１４の下に整合する部位に、冷媒分配器１４０を有している。
図１２、１３、１４に詳細に示されているように、分配器１４０は、基本的には、型打ちによってプレート１００に形成された半球状のディンプル１５０である。半球状のディンプル１５０の、プレート１００の平面と連接する部位の直径は、タンク４２のポート６０の内径より僅かに小さく、従ってディンプル１５０をヘッダー／タンク構造体の一部を構成するタンク４２のポート６０に自由に挿入することができる。
【００３９】
ディンプル１５０は、型打ちによって形成することができ、ディンプルから切り起された２つの互いに反対向きの耳片１５２，１５４を有する。耳片１５２，１５４の向きは、ヘッダー／タンク構造体の長手に沿う方向とする。図１３にみられるように、各耳片１５２，１５４１対の平行な側縁１５６，１５８と、それらの側縁の外端を連結した湾曲縁１６０を有する。ディンプル１５０の、耳片１５２と１５４の間の部分は、無孔である。かくして、各耳片１５２，１５４の下に長方形の開口即ち冷媒分配口１６２が形成される。なお、ディンプル１５０の各開口１６２の下の、タンク４２の壁の厚みにほぼ等しい高さの部分１６４が無孔のままに残されている。
【００４０】
ディンプル１５０から成る分配器１４０をモジュール１０への入口だけではなく、モジュール１２への移行入口にも設けることが望ましい場合がある。その場合には、上述した分配器１４０をプレート７０（図７）に、その開口７４又は７６のどちらか一方のところに形成することができる。
【００４１】
この冷媒蒸発器のすべての構成部品をアルミニウムで形成し、接合及び、又は密封結合すべき表面のどちらか一方又は両方にろう付け用クラッドを被覆しておくことが好ましい。この冷媒蒸発器は、いわゆる「Ｎｏｃｏｌｏｃｋ」（登録商標名）ろう付け法等のろう付けを含む組み立て方法に適している。
【００４２】
【発明の効果】
通常の場合、本発明の冷媒蒸発器の組み立て完成時の奥行は、約２ｉｎ（５．０８ｃｍ）未満程度で、従来の冷媒蒸発器より相当に薄い。更に、本発明の冷媒蒸発器は、小型であるから、製造に必要な素材の量を節減し、重量を軽減することもできる。軽量であることは、自動車に搭載した場合、エネルギーの節減につながる。又、モジュール即ちコアの奥行が比較的浅いことは、冷媒蒸発器の作動に要するエネルギーを節減し、送風ファンを小型にすること、あるいは又、高い効率での冷媒蒸発器の作動を可能にする。
【００４３】
しかも、本発明によれば、多くの部分に同一の部品を用いるので、所要部品数を最少限にすることができる。即ち、本発明の蒸発器は、１種類のタンク４２と、１種類のヘッダープレート４０と、１種類の管２２と、１種類の蛇行フィン２６と、１種類の側部材２４と、１つの２部片構成の移行連結具３０と、１つの２部片構成の入口／出口連結具３２の、合計僅か９個の異なる形状寸法の部品を必要とするにすぎない。
【００４４】
更に、ポート６０をタンク４２の中心に配置したことにより、又連結具３０，３２がどの１つの連接タンクにも接続することができるように構成されているので、モジュール１０と１２を左右どちらの向きにでも組み合わせることができる。この特徴は、使用すべき部品を欠落させない限り、部品の組み立て態様を誤ることを事実上皆無にするので蒸発器の組み立てにおける人為的なミスを最少限にする。
【００４５】
本発明による独特の移行連結具３０は、冷媒を上流側のモジュール即ちコアから下流側のモジュール即ちコアへ後者の管２２に事実上平行な方向に流入するように差向けることにより効率を高める。
更に、移行連結具３０の移行通路８４を２つの分岐路８６，８８に分けたことにより蒸発器全体の高さを低くすることができる。
【００４６】
入口／出口連結具３２は、多くの利点を提供する。ディンプル１５０に耳片１５２，１５４を切り起すことによって形成された分配口は、蒸発過程の効率を高める安価な、しかも、能率的な分配器を構成する。この分配口は、板金を型打ちしパンチで打抜き加工することによって形成されるので、製造コストが極めて安い。更に、凹部１０８の断面形状を、冷媒源への接続点から離れる方向に漸次収斂し、分配器１４０のところで又はそれに近づくにつれて漸次散開する形状としたことにより、冷媒が沸騰している状態にあり、蒸気相と液相が混ざった状態にあるにも拘らず、その冷媒を非常に均一な流れとして分配器１４０へ差し向けることができる。
その結果、商業化するのに理想的に適した極めて能率的な蒸発器が提供される。
【００４７】
要約すれば、本発明は、異なる形状寸法の部品の所要数を最少限にし、改良された冷媒分配器１４０を提供し、冷媒分配器１４０への冷媒の流れを均一にする改良された冷媒入口通路１０８を提供し、冷媒の流れの均一性を高めるために移行連結具３０から流出する冷媒を管２２に平行な方向に差向けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による並流型蒸発器の正面図である。
【図２】図２は、図１の左側からみた蒸発器の側面図である。
【図３】図３は、蒸発器の平面図である。
【図４】図４は、ヘッダー及びタンク構造体の図である。
【図５】図５は、図４の線５−５に沿ってみた断面図である。
【図６】図６は、移行連結具の平面図である。
【図７】図７は、移行連結具の側面図である。
【図８】図８は、移行連結具の変型例の一部分の平面図である。
【図９】図９は、図８の移行連結具の側面図である。
【図１０】図１０は、入口／出口連結具の平面図である。
【図１１】図１１は、入口／出口連結具の側面図である。
【図１２】図１２は、冷媒分配器の拡大部分図である。
【図１３】図１３は、冷媒分配器の平面図である。
【図１４】図１４は、図１２の図からほぼ９０°回転させてみた冷媒分配器の側面図である。
【符号の説明】
１０，１２：モジュール（コア）
１４，１６，１８，２０：ヘッダー／タンク構造体
２２：管
２４：側部材
２６：蛇行状のフィン
３０：移行連結具
３２：入口／出口連結具
３４：入口導管
３６：出口導管
４０：ヘッダープレート
４２：タンク
４４：細長スロット
５２：くぼんだ平坦な表面
６０：ポート
７０：平坦なプレート
７４，７６：開口
８２：第２プレート
８４：凹部８４
８６，８８：通路セグメント（分岐通路）
９０，９２：半球状部分
９４：プレート
９６：半球状凹部
１００：平坦なプレート
１０４：カバープレート
１０６：
１０８：凹部（入口通路）
１１０：収斂部分
１１８：円形開口（コネクタ）
１２４：円形開口
１３０：円形開口（コネクタ）
１４０：分配器
１５０：半球状のディンプル
１５２，１５４：耳片
１６２：長方形の開口（分配口）

Claims (25)

1. １対の同一の熱交換ユニットを有する並流型蒸発器であって、
   各熱交換ユニットは、互いに平行に離隔して配置されており、一側壁に互いに整列した複数のスロットを有する１対の同一のヘッダー／タンク構造体と、それらのヘッダー／タンク構造体の間に延設され、両端を両ヘッダー／タンク構造体のそれぞれ対応する前記スロットに受容されて該ヘッダー／タンク構造体に結合された複数の同一の扁平管とから成り、該各ヘッダー／タンク構造体は、前記スロットが形成されている側とは反対側の側壁のほぼ中央に平坦な中央表面を有し、その平坦な中央表面の中心に形成された同一形状のポートを有しており、該１対の熱交換ユニットは、それらのヘッダー／タンク構造体が互いに接触又はほぼ接触するように並置関係に配置されており、
   各熱交換ユニットの前記各隣接する管の間にフィンが延設され、
   両熱交換ユニットの一端の互いに隣接する第１対のヘッダー／タンク構造体の前記平坦な中央表面に入口／出口連結具が結合されており、該入口／出口連結具は、該第１対のヘッダー／タンク構造体に形成された前記同一形状のポートの一方に流体連通する入口ポートと、第１対のヘッダー／タンク構造体の該同一形状のポートの他方に流体連通する出口ポートを有しており、
   該両熱交換ユニットの他端の互いに隣接する第２対のヘッダー／タンク構造体の前記平坦な中央表面に移行連結具が結合されており、該移行連結具は、該第２対のヘッダー／タンク構造体に形成された前記同一形状のポートの一方に流体連通する第１ポートと、第２対のタンクの該同一形状のポートの他方に流体連通する第２ポートと、該第１ポートと第２ポートを相互に連結する流体通路を有していることを特徴とする蒸発器。
2. 前記入口／出口連結具と移行連結具の一方は、前記第１対のヘッダー／タンク構造体に衝接する平坦な表面を有する板金部材から成り、該板金部材に、前記同一形状のポートの一方の大きさと同じ大きさか、それより小さい寸法のディンプルが形成されており、該ディンプルは、互いに反対向きの１対の分配口を画定するようにディンプルから切り起された互いに反対向きの耳片を有していることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記入口／出口連結具は、前記第１対のヘッダー／タンク構造体の前記同一形状のポートの一方に整合する入口ポートと、熱交換流体源に接続することができるようになされた別のポートと、該入口ポートと別のポートを連結した通路を有しており、該通路は、該別のポートから漸次減小し、該入口ポートのところ又はその直ぐ手前で漸次増大する断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
4. 前記移行連結具は、前記第１ポート及び第２ポートが前記第２対のヘッダー／タンク構造体に結合された、それぞれ隣接するヘッダーにほぼ平行となるように構成され、それによって、第１ポート又は第２ポートから流出する熱交換流体の流れが対応するヘッダーに直角にぶつかるようになされていることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
5. １対の同一のユニットを有する並流型蒸発器であって、
   各ユニットは、互いに平行に離隔して配置されており、一側壁に互いに整列した複数のスロットを有する１対の同一のヘッダー／タンク構造体と、それらのヘッダー／タンク構造体の間に延設され、両端を両ヘッダー／タンク構造体のそれぞれ対応する前記スロットに受容されて該ヘッダー／タンク構造体に結合された複数の同一の扁平管とから成り、該各ヘッダー／タンク構造体は、前記スロットが形成されている側とは反対側の側壁の同一位置に形成された平坦な表面と、該平坦な表面に形成された同一形状のポートを有しており、該１対のユニットは、それらのヘッダー／タンク構造体が互いに接触又はほぼ接触するように並置関係に配置されており、
   各ユニットの前記各隣接する管の間にフィンが延設され、
   両ユニットの互いに隣接する第１対のヘッダー／タンク構造体の前記平坦な表面に入口／出口連結具が結合されており、該入口／出口連結具は、該第１対のヘッダー／タンク構造体に形成された前記同一形状のポートの一方に流体連通する入口ポートと、第１対のヘッダー／タンク構造体の該同一形状のポートの他方に流体連通する出口ポートを有しており、
   該両ユニットの互いに隣接する第２対のヘッダー／タンク構造体の前記平坦な表面に移行連結具が結合されており、該移行連結具は、該第２対のヘッダー／タンク構造体に形成された前記同一形状のポートの一方に流体連通する第１ポートと、第２対のタンクの該同一形状のポートの他方に流体連通する第２ポートと、該第１ポートと第２ポートを相互に連結する流体通路を有していることを特徴とする蒸発器。
6. 少くとも２つの互いに離隔された細長いヘッダー／タンク構造体と、それらの離隔したヘッダー／タンク構造体の間に平行に延設され、該ヘッダー／タンク構造体の内部と流体連通した複数の扁平管と、各隣接する扁平管の間に延設されたフィンから成り、一方のヘッダー／タンク構造体にその両端間の中間に位置するように形成された入口ポートと、該ヘッダー／タンク構造体の長手方向に向けられた互いに反対向きの２つのポートを有する冷媒入口手段を備えた冷媒蒸発器であって、
   該冷媒入口手段は、前記ヘッダー／タンク構造体に形成された前記入口ポートに嵌合するように寸法づけされた板金部材と、該板金部材に嵌着されたカバーとから成り、該板金部材にディンプルが形成されており、該ディンプルに前記反対向きの２つのポートを画定するように２つの反対向きの耳片が形成されており、該カバーは、該ディンプルへ通じる入口通路を画定することを特徴とする冷媒蒸発器。
7. 前記ディンプルは、ほぼ半球状であり、前記各耳片は、該ディンプルの一側に向かって延長した１対の互いに離隔した平行な縁と、それらの平行な縁を連結する円弧状の縁を有する形状であることを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸発器。
8. 前記ディンプルの前記２つの耳片の間の部分は、無孔であることを特徴とする請求項７に記載の冷媒蒸発器。
9. 前記ディンプルは、前記板金部材を型打ち加工することによって形成され、前記耳片は、該ディンプルにパンチで打抜き加工することによって形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸発器。
10. 前記一方のヘッダー／タンク構造体は、平坦な表面を有し、その平坦な表面に前記入口ポートが形成されており、前記板金部材は、平坦な部材であることを特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸発器。
11. 各々、２つの細長いヘッダー／タンク構造体と、それらのヘッダー／タンク構造体の間に平行に延設され、該ヘッダー／タンク構造体を互いに連結し複数の扁平管と、各隣接する扁平管の間に延設されたフィンから成る２つの隣接したコアを有する冷媒蒸発器であって、
    それらのコアの第１対の隣接したヘッダー／タンク構造体は、入口ポートを有する入口ヘッダー／タンク構造体と、出口ポートを有する出口ヘッダー／タンク構造体であり、該コアの第２対の隣接したヘッダー／タンク構造体は、互いに流体連通されており、該第１対の隣接したヘッダー／タンク構造体を連結する入口／出口連結具が設けられており、該入口／出口連結具は、該第１対の隣接したヘッダー／タンク構造体に跨がる平坦な板金部材から成り、該板金部材に、前記入口ヘッダー／タンク構造体の前記入口ポートに嵌合するディンプルと、前記出口ヘッダー／タンク構造体の前記出口ポートに整合する出口開口が形成されており、該ディンプルに冷媒分配器を構成するように該入口ヘッダー／タンク構造体の両端の方にそれぞれ向けられた互いに反対向きの２つの耳片が形成されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
12. 前記板金部材の、前記ディンプルが形成されている側とは反対側の面にキャップが嵌められて密封結合されており、前記入口／出口連結具は、入口導管と出口導管を受容し、それらをそれぞれ前記ディンプルと出口開口に接続するための手段を有していることを特徴とする請求項１１に記載の冷媒蒸発器。
13. 前記キャップは、型打ちされた板であり、前記平坦な板金部材に対面した２つの凹部を有しており、一方の凹部は、前記ディンプルにまで延長し、他方の凹部は、前記出口開口にまで延長していることを特徴とする請求項１２に記載の冷媒蒸発器。
14. 前記一方の凹部は、前記ディンプルのところの一端と、それとは反対側の他端において比較的幅広であり、該両端の間では断面積が縮小されていることを特徴とする請求項１３に記載の冷媒蒸発器。
15. 前記第２対の隣接したヘッダー／タンク構造体は、両者の間に跨がる移行通路によって流体連通されており、該移行通路は、前記出口ヘッダー／タンク構造体を有するコア内へ該コアの前記管にほぼ平行な方向に冷媒を差し向けることを特徴とする請求項１１に記載の冷媒蒸発器。
16. 少くとも２つの互いに離隔された細長いヘッダー／タンク構造体と、該離隔したヘッダー／タンク構造体の間に平行に延設され、ヘッダー／タンク構造体の内部と流体連通した複数の扁平管と、各隣接する扁平管の間に延設されたフィンから成る冷媒蒸発器であって、
    前記ヘッダー／タンク構造体のうちの１つのヘッダー／タンク構造体に入口ポートが形成されており、該入口ポートに冷媒分配器が設けられ、一端において該冷媒分配器に通じる入口通路が設けられ、該入口通路は、該冷媒分配器に通じる一端とは反対側の他端に、入来冷媒流れに接続するためのコネクタを有し、該他端から一端に向かって漸次縮小し、該一端において漸次拡開する断面積を有することを特徴とする冷媒蒸発器。
17. 前記入口通路は、その両端の間で湾曲した形状であることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒蒸発器。
18. 前記入口通路は、２つのプレートを結合して密封することによって形成され、一方のプレートは、ほぼ平坦な部材であって、該一方のプレートに前記分配器が設けられ、他方のプレートの、該一方のプレートに面する側の面に凹部が形成され、該凹部と一方のプレートとで該入口通路が画定されていることを特徴とする請求項１６に記載の冷媒蒸発器。
19. 前記分配器は、前記一方のプレートの、前記他方のプレートに面する側とは反対側の面から突出するように型打ちによって形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の冷媒蒸発器。
20. 前記分配器は、前記一方のプレートに型打ち加工によって形成されたディンプルと、該ディンプルにパンチで打抜き加工された２つの互いに反対向きの耳片によって形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の冷媒蒸発器。
21. 各々、２つの互いに離隔されたヘッダー／タンク構造体と、各ヘッダー／タンク構造体の間に延設された１列の平行な管とを有する少くとも２つの隣接したコアから成る冷媒蒸発器であって、
    前記ヘッダー／タンク構造体の１つに入口が設けられ、前記ヘッダー／タンク構造体の他の１つに出口が設けられ、前記２つのヘッダー／タンク構造体を連絡する移行通路が設けられ、該移行通路は、該２つのヘッダー／タンク構造体のうちの上流側のヘッダー／タンク構造体から下流側のヘッダー／タンク構造体へと、冷媒を前記管にほぼ平行な方向で且つ冷媒の流れを２つの分岐した流れとして導くように構成されており、それによって、該移行通路の高さを、その自由な流れ断面積を小さくすることなく、低くすることができることを特徴とする冷媒蒸発器。
22. 冷媒が、移行通路を通して、上流側のヘッダー／タンク構造体から下流側のヘッダー／タンク構造体へとほぼ１８０°転向して導かれることを特徴とする請求項２１に記載の冷媒蒸発器。
23. 前記ヘッダー／タンク構造体のうちの少くとも前記下流側のヘッダー／タンク構造体は、前記各管の端部を受容するヘッダープレートと、該ヘッダープレートの、該管が延長している側とは反対側の面に密封結合されたタンクとから成り、該タンクは、該ヘッダープレートに面する、ほぼ中央に位置するポートを有しており、前記移行通路は、該ポートに接続されていることを特徴とする請求項２１に記載の冷媒蒸発器。
24. 互いに並置された少くとも２つのコアから成る多重流路型冷媒蒸発器であって、
    該２つのコアは、それぞれ複数のスロットを有する２つの並置されたヘッダープレートと、端部をそれらのスロットに密封状態に結合された複数の平行な管と、該各ヘッダープレートの、該管が延長している側とは反対側の面に装着され、冷媒の流れを通すためのヘッダー通路を画定するタンクとから成り、
    該各タンクは、その両端及び両側部の間で、かつ、それぞれのヘッダープレートにほぼ平行な平面に位置するポートを有しており、１つのポートに流入して他のポートから流出する冷媒が、合計ほぼ１８０°の湾曲経路を辿って流れるように該２つのポートを相互に連絡する移行通路が設けられていることを特徴とする多重流路型冷媒蒸発器。
25. 前記各タンクは、くぼんだ平坦な表面を有し、前記ポートは該平坦な表面に形成されており、前記移行通路は、該蒸発器の高さを最小限にするように該くぼんだ平坦な表面に固定された移行連結具によって画定されていることを特徴とする請求項２４に記載の冷媒蒸発器。

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