JP4233442B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用空調機として使用される蒸発器に関し、詳細には、気相冷媒と液相冷媒とに分離した二相冷媒のタンク内での分布量バラツキに左右されずに各チューブに均一に冷媒を導入させ得る技術に関する。

この種の蒸発器としては、例えば、互いに所定間隔を置いて配設された一対のタンクと、これらタンク間を連通連結する複数のチューブと、各チューブ間に設けられたフィンとから構成され、タンク内に流入した二相冷媒をそれぞれのチューブ下端に開口された孔部から当該チューブ内に導入させている。（例えば、特許文献１など参照）。
実開昭６４−２２１７１号公報（第８頁〜第１０頁、第１図及び第４図）

図６は、タンク１０１内にチューブ１０２の先端を差し込み、二相冷媒１０３を各チューブ１０２へ分配させる一例を示す図である。タンク１０１内に液相冷媒１０３ａと気相冷媒１０３ｂが混入すると、タンク１０１の入口に近いチューブ１０２には、気相冷媒（ガス相）１０３ｂが多く流れ、入口と離れた奥側のチューブ１０２には、液相冷媒（液相）１０３ａが多く流れる。

これにより、タンク１０１の入口に近いチューブ１０２は、気相冷媒１０３ｂが多く流れることによりガスリッチになり、タンク１０１の奥側のチューブ１０２は、液相冷媒１０３ａが多く流れることにより液リッチになる。

そのため、気相冷媒１０３ｂの多いチューブ１０２付近の空気は冷却され難く、また、液相冷媒１０３ａの多いチューブ１０２付近を流れる空気は冷却され易くなる。このように、各チューブ１０２に導入される液相冷媒１０３ａと気相冷媒１０３ｂの量は、タンク１０１への取り付け位置によってばらつきが発生する。その結果、蒸発器によって熱交換した空気温度にばらつきが発生し、冷却効率の良い部分と冷却効率の悪い部分とが混在し、全体としての熱交換効率の向上が図れない。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、タンク内を流れる二相冷媒を各チューブに均等に分配して熱交換効率を向上させることのできる蒸発器を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、二相冷媒が流通する流路が形成されたチューブと、所定間隔で配置される各チューブ間に設けられたフィンと、各チューブの両端部をそれぞれ挿入させるタンクとからなる蒸発器において、タンク内に挿入された前記チューブのうち該タンクとの付け根近傍部に、気相冷媒をチューブ内に導入させる第１の導入孔を設けると共に、該チューブ下端部に液相冷媒をチューブ内に導入させる第２の導入孔を設け、前記第１の導入孔を、前記タンクの入口側から奥側に二相冷媒の流れ方向に沿って貫通する貫通孔としたたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の蒸発器であって、前記第１の導入孔は、直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の蒸発器であって、前記チューブは、前記タンク内の底面近傍部まで突出していることを特徴とする
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の蒸発器であって、タンク内に突出するチューブの突出量は、該タンクの内側高さの８０％以上であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、少なくとも請求項１から請求項４の何れか一つに記載の蒸発器であって、前記タンクの内側幅は、前記チューブの幅に対して１．２倍以上であることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、少なくとも請求項１から請求項５の何れか一つに記載の蒸発器であって、前記タンク内に突出する前記チューブの下端部は、傾斜面とされていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、気相冷媒をチューブ内に導入させる第１の導入孔と、液相冷媒をチューブ内に導入させる第２の導入孔とを分けたので、タンク上部に滞留し易い比重の軽い気相冷媒はタンクとの付け根近傍部に形成された第１の導入孔から流入し、タンク下部に滞留し易い比重の大きな液相冷媒は下端部に形成された第２の導入孔から流入することになることから、二相冷媒を各チューブに均等に分配させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、気相冷媒を導入させる第１の導入孔の直径を０．１ｍｍ〜０．５ｍｍと小さくしたので、大きな孔のものと比べて流入抵抗が大きくなることから流入量が抑制され、各チューブの入口から均等に流入することになる。

請求項３に記載の発明によれば、チューブをタンク内の底面近傍部まで突出させたので、タンク底部に滞留した液相冷媒を複数の各チューブに分配させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、タンク内に突出するチューブの突出量を、タンクの内側高さの８０％以上としたので、タンク底部に滞留した液相冷媒を確実に各チューブに分配させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、タンクの内側幅をチューブの幅に対して１．２倍以上としたので、タンクの入口部から最奥部まで二相冷媒の流入を容易なものとすることができる。

請求項６に記載の発明によれば、タンク内に突出するチューブの下端部を傾斜面としたので、タンク底部の液相冷媒及び気相冷媒を当該チューブの流路内に流入させ易くなる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態は、自動車用空調機の蒸発器に本発明を適用したものである。

「蒸発器の構成」
図１は蒸発器の要部分解斜視図、図２は蒸発器の断面図、図３はチューブのタンクへの取り付け部分を示す要部拡大図、図４は各チューブに二相冷媒が流入する様子を示す模式的な図である。

本実施の形態の蒸発器は、図１及び図２に示すように、二相冷媒が流通する流路が形成されたチューブ１と、所定間隔で配置される各チューブ１間に設けられたフィン２と、各チューブ１の両端部をそれぞれ挿入させる一対のタンク３とから構成されている。

チューブ１は、例えばアルミニウムなどの長尺状をなす中空平板からなり、その中心部に二相冷媒を流通させる流路４を形成している。かかるチューブ１は、その長手方向を鉛直方向に向けて配置されると共に、所定間隔を置いて複数設けられている。なお、チューブ１は、押し出し成形によって形成されたものが使用される。

フィン２は、例えばアルミニウム板を蛇腹形状に折り曲げることにより形成されている。かかるフィン２は、前記チューブ１間にそれぞれ配置され、それぞれの折返し部をチューブ１に接触させている。

タンク３は、チューブ１及びフィン２と同様、アルミニウムから形成されており、その中心部に二相冷媒を流通させる流通路５を形成している。また、このタンク３には、各チューブ１の両端部を当該タンク３内部に挿入させるためのチューブ挿入孔６が形成されている。このチューブ挿入孔６は、各チューブ１とそれぞれ相対向する位置に、該タンク３の長手方向に沿って複数形成されている。

これらチューブ１、フィン２及びタンク３は、それらを組み立てた後、ろう付けされて接合されることにより蒸発器を構成する。そして特に、本実施の形態の蒸発器では、図３に示すように、タンク３内に挿入されたチューブ１のうち該タンク３との付け根近傍部に、二相冷媒９のうち気相冷媒９ｂをチューブ１の流路４に導入（流入）させる第１の導入孔７を設けると共に、チューブ下端部に液相冷媒を前記流路４に導入させる第２の導入孔８を設ける。

第１の導入孔７は、チューブ挿入孔６からタンク３の内部に挿入された部分のうち当該タンク３との付け根近傍に、チューブ壁面に貫通する小さな円形孔として形成されている。この第１の導入孔７は、例えば直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の小さな円形小孔とされている。

第１の導入孔７の直径を０．１ｍｍ未満とした場合、気相冷媒９ｂをこの第１の導入孔７からチューブ１内に流入するとガスの流動抵抗が大きくなるので、熱交換器の冷媒側の抵抗が大きくなる。一方、第１の導入孔７の直径を０．５ｍｍ超とした場合、この第１の導入孔７から気相冷媒９ｂが多量に流入し、タンク３の入口側に近いチューブ１により多く気相冷媒９ｂが入り込んでしまい、奥側に配置されたチューブ１には気相冷媒９ｂの流入量が少なくなり、全体としてばらつきを生じる。

第２の導入孔８は、チューブ１の下端部に大きな開口として形成されている。この第２の導入孔８は、チューブ１の中央部にその長手方向に沿って形成された流路４と連通する。

本実施の形態では、前記チューブ１は、タンク３内に突出する下端部がタンク３の底面３ａ近傍部まで延長して設けられている。このように、チューブ下端部がタンク３の底面３ａ近傍部に設けられることで、当該タンク３の底部に滞留した液相冷媒９ａを複数の各チューブ１に分配させることが可能となる。

前記タンク３内に突出する前記チューブ１の突出量Ｈ１（突き出し長さ）は、タンク３の内側高さＨ２の８０％以上とされている。この程度の突出量Ｈ１であれば、液相冷媒が多少振動により波打ったとしてもチューブ１の下端部は、常に液中にあることになる。このため、タンク３の底部に滞留する液相冷媒９ａを、チューブ１の下端部より流路４内に流入させることができる。

また、本実施の形態では、前記タンク３の内側幅Ｗ１を、前記チューブ１の幅Ｗ２に対して１．２倍以上としている。このようにすることで、タンク３の入口部から最奥部まで二相冷媒９の流入を容易なものとすることができる。

［作用・効果］
以上のように構成された蒸発器においては、図４に示すように、タンク３の下部に滞留した比重の大きな液相冷媒９ａは、チューブ１の下端部に形成された第２の導入孔８から当該チューブ１内に流入する。一方、タンク３の上部に滞留した比重の軽い気相冷媒９ｂは、タンク３との付け根近傍部に形成された第１の導入孔７からチューブ１内に流入する。これら各チューブ１に流入する液相冷媒９ａ及び気相冷媒９ｂの流入量は、タンク３の入口側から奥側に至るまでほぼ均等になる。

但し、第１の導入孔７を大きな孔としてしまうと、タンク３の入口近傍部に配置されたチューブ１には気相冷媒９ｂがより多く流入し、奥側に配置されたチューブ１には気相冷媒９ｂの流入量が減り、ばらつきを生じる。しかしながら、前記した大きさ（直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）の比較的小さな孔とすることで、流入抵抗が高くなって流入量が抑制されるため、各チューブ１には均等に気相冷媒９ｂが流入することになる。

したがって、本実施の形態の蒸発器によれば、タンク３内を流れる二相冷媒９を各チューブ１に均等に分配することができ、熱交換効率を大幅に向上させることが可能となる。

「その他の実施の形態」
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

上述の実施の形態では、タンク３の内部に挿入されたチューブ１の下端部の形状をストレート形状としたが、図５に示すように、斜めに傾斜させたテーパ形状である傾斜面１ａとしてもよい。このように形成した蒸発器では、やはり前述した実施の形態と同様の効果が奏される。

本実施の形態の蒸発器の要部分解斜視図である。 本実施の形態の蒸発器の断面図である。 チューブのタンクへの取り付け部分を示す要部拡大図である。 各チューブに二相冷媒が流入する様子を示す模式的な図である。 本実施の形態の他の例を示し、チューブのタンクへの取り付け部分を示す要部拡大図である。 従来の蒸発器における各チューブに二相冷媒が流入する様子を示す模式的な図である。

符号の説明

１…チューブ
２…フィン
３…タンク
４…流路
５…流通路
７…第１の導入孔
８…第２の導入孔
９…二相冷媒
９ａ…液相冷媒
９ｂ…気相冷媒

Claims (6)

1. 二相冷媒（９）が流通する流路（４）が形成されたチューブ（１）と、所定間隔で配置される各チューブ（１）間に設けられたフィン（２）と、各チューブ（１）の両端部をそれぞれ挿入させるタンク（３）とからなる蒸発器において、
   前記タンク（３）内に挿入された前記チューブ（１）のうち該タンク（３）との付け根近傍部に、気相冷媒（９ｂ）をチューブ（１）内に導入させる第１の導入孔（７）を設けると共に、該チューブ下端部に液相冷媒（９ａ）をチューブ（１）内に導入させる第２の導入孔（８）を設け、
   前記第１の導入孔（７）を、前記タンク（３）の入口側から奥側に二相冷媒（９）の流れ方向に沿って貫通する貫通孔とした
   ことを特徴とする蒸発器。
2. 請求項１に記載の蒸発器であって、
   前記第１の導入孔（７）は、直径０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである
   ことを特徴とする蒸発器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の蒸発器であって、
   前記チューブ（１）は、前記タンク（３）内の底面（３ａ）近傍部まで突出している
   ことを特徴とする蒸発器。
4. 請求項３に記載の蒸発器であって、
   前記タンク（３）内に突出する前記チューブ（１）の突出量（Ｈ１）は、該タンク（３）の内側高さ（Ｈ２）の８０％以上である
   ことを特徴とする蒸発器。
5. 少なくとも請求項１から請求項４の何れか一つに記載の蒸発器であって、
   前記タンク（３）の内側幅（Ｗ１）は、前記チューブ（１）の幅（Ｗ２）に対して１．２倍以上である
   ことを特徴とする蒸発器。
6. 少なくとも請求項１から請求項５の何れか一つに記載の蒸発器であって、
   前記タンク（３）内に突出する前記チューブ（１）の下端部は、傾斜面（１ａ）とされている
   ことを特徴とする蒸発器。

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