JP5907719B2 - 車両用空調装置のクーリングユニット - Google Patents

Description

この発明は、車両の空調装置に用いられるクーリングユニットに関する。

この明細書および特許請求の範囲において、各図面の上下を上下というものとする。

車両用空調装置のクーリングユニットとして、通風方向に並んで配置された１対の上下両ヘッダ部、風下側および風上側の上下両ヘッダ部間に配置された複数の熱交換管、ならびに隣り合う熱交換管間に配置されたコルゲート状アウターフィンからなる積層型エバポレータと、積層型エバポレータの下側に配置され、かつ積層型エバポレータの風下側および風上側の２つの下ヘッダ部が嵌め入れられた排水ケースとを備えており、積層型エバポレータが、周縁部どうしが互いに接合された２枚の縦長金属板からなり、かつ両金属板間に、通風方向に間隔をおいて設けられた上下方向にのびる２つの熱交換管および各熱交換管の上下両端に連なって設けられたヘッダ形成部とを備えている複数の扁平中空体が、積層状に配置されて隣接する扁平中空体のヘッダ形成部どうしが接合されるとともに、隣り合う扁平中空体の熱交換管どうしの間に配置されることにより形成されているものが知られている（特許文献１参照）。

ところで、車両用空調装置のクーリングユニットに用いられるエバポレータのさらなる小型軽量化および高性能化が図られており、上下方向に間隔をおいて配置され、かつ通風方向に並んで設けられた風下側ヘッダ部および風上側ヘッダ部を有する１対のヘッダタンク、長手方向を上下方向に向けた状態で上下のヘッダタンクの両ヘッダ部間に配置され、かつ上下両端部が両ヘッダ部に接続された複数の熱交換管からなる風下側熱交換管列および風上側熱交換管列、ならびに隣り合う熱交換管どうしの間の通風間隙に、両熱交換管列の熱交換管にまたがるように配置されたコルゲート状アウターフィンを備えており、一方のヘッダタンクの風下側ヘッダ部の一端部に冷媒入口が設けられるとともに、同じく風上側ヘッダ部における冷媒入口と同一端部に冷媒出口が設けられ、冷媒入口から流入した冷媒が、すべての熱交換管を通過して冷媒出口から流出するようになされた改良型エバポレータが用いられるようになってきた。前記改良型エバポレータは、特許文献１記載のクーリングユニットの積層型エバポレータの場合と同様に、下側のヘッダタンクが、発生した凝縮水を受ける排水ケース内に嵌め入れられて車両用空調装置のクーリングユニットとして用いられる。

しかしながら、前記改良型エバポレータにおいては、小型軽量化および高性能化が図られているので、積層型エバポレータに比較してコルゲートフィンの表面に多くの凝縮水が発生し、エバポレータの単位体積あたりの凝縮水量が多くなり、その結果凝縮水が飛散したり、あるいは凝縮水がコルゲートフィンの表面で氷結して熱交換性能が低下したりするおそれがある。

そこで、前記改良型エバポレータの上述した問題を解決する目的で、前記改良型エバポレータにおいて、アウターフィンが、風下側の熱交換管よりも風下側に張り出すように設けられた外方張り出し部を有しているエバポレータが提案されている（特許文献２参照）。

特許文献２記載のエバポレータにおいては、アウターフィンの表面に発生した凝縮水は、風下側に流れるとともに下方に向かって流れることによって、外方張り出し部の下端に集まる。

しかしながら、特許文献２記載のエバポレータの下側ヘッダタンクを、特許文献１記載のクーリングユニットの排水ケース内に嵌め入れられたとしても、アウターフィンの外方張り出し部の下端に流れ落ちてきた凝縮水を効率良く排水することができないおそれがある。

特許第３２８７１００号公報 特開２００６−１７０６０１号公報

この発明の目的は、外方張り出し部を有するアウターフィンを備えたエバポレータに発生した凝縮水を効率良く排水しうる車両用空調装置のクーリングユニットを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)上下方向に間隔をおいて配置され、かつ通風方向に並んで設けられた風下側ヘッダ部および風上側ヘッダ部を有する１対のヘッダタンク、長手方向を上下方向に向けた状態で上下のヘッダタンクの両ヘッダ部間に互いに間隔をおいて配置され、かつ上下両端部が両ヘッダ部に接続された複数の熱交換管からなる風下側熱交換管列および風上側熱交換管列、ならびに隣り合う熱交換管どうしの間に形成された通風間隙に両熱交換管列の熱交換管にまたがるように配置されたアウターフィンを有するエバポレータと、エバポレータの下方に配置された排水ケースとを備えており、エバポレータのアウターフィンが、熱交換管よりも風下側に張り出すように設けられた外方張り出し部を有している車両用空調装置のクーリングユニットにおいて、
排水ケースが、風下側側壁、風上側側壁および両側壁の下端どうしを連結する底壁を備えており、エバポレータの下側ヘッダタンクにおける上部を除いた部分が排水ケースの両側壁間に嵌め入れられ、排水ケースの風下側側壁の外面側に、上方に突出しかつアウターフィンの外方張り出し部の下部に接触し、または近接することによりエバポレータで発生した凝縮水を排水ケース内に導く凝縮水排水部が設けられている車両用空調装置のクーリングユニット。

2)排水ケースの凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部の下端に、下側から接触し、または近接している上記1)記載の車両用空調装置のクーリングユニット。

3)排水ケースの凝縮水排水部の先端に弾性体が設けられ、凝縮水排水部の弾性体がアウターフィンの外方張り出し部の下端に、下側から接触している上記2)記載の車両用空調装置のクーリングユニット。

4)排水ケースの凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部の下端に下側から接触することによって、エバポレータのアウターフィンの外方張り出し部の下端の高さ位置が一定となされている上記2)または3)記載の車両用空調装置のクーリングユニット。

5)排水ケースの凝縮水排水部が上方に向かって風上側に傾斜しており、凝縮水排水部の先端が熱交換管の風下側縁部に接触し、または近接している上記2)〜4)のうちのいずれかに記載の車両用空調装置のクーリングユニット。

上記1)〜5)のクーリングユニットによれば、排水ケースが、風下側側壁、風上側側壁および両側壁の下端どうしを連結する底壁を備えており、エバポレータの下側ヘッダタンクにおける上部を除いた部分が排水ケースの両側壁間に嵌め入れられ、排水ケースの風下側側壁の外面側に、上方に突出しかつアウターフィンの外方張り出し部の下部に接触し、または近接することによりエバポレータで発生した凝縮水を排水ケース内に導く凝縮水排水部が設けられているので、アウターフィンで発生した凝縮水は、風下側に流れるとともに下方に流れてアウターフィンの外方張り出し部の下部に至った後、凝縮水排水部に導かれて排水ケース内に入り、排水ケース内から排水される。したがって、アウターフィンの外方張り出し部で発生した凝縮水を効率良く排水することが可能になる。

上記2)のクーリングユニットにおいて、凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部に接触していると、風がエバポレータの下側ヘッダタンクとアウターフィンの下端との間を通過することが防止される。ここで、エバポレータの隣り合う熱交換管どうしの間の通風間隙における下側ヘッダタンクとアウターフィンの下端との間を通過する風は、熱交換管内を流れる冷媒とは熱交換しにくいので、上記2)のクーリングユニットによれば、エバポレータの通風間隙を通過する熱交換に寄与しない風の量を低減することができる。

上記3)および4)のクーリングユニットによれば、風がエバポレータの下側ヘッダタンクとアウターフィンの下端との間を通過することが防止される。したがって、上述した上記2)のクーリングユニットの場合と同様に、熱交換管に寄与しない風がエバポレータの通風間隙を通過することが防止される。

上記3)のクーリングユニットによれば、アウターフィンの下端の高さ位置が不均一になっていた場合であっても、弾性体が弾性変形してアウターフィンに接触することによって、風がエバポレータの下側ヘッダタンクとアウターフィンの下端との間を通過することを効果的に防止することができる。

上記4)のクーリングユニットによれば、排水ケースの凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部の下端に下側から接触することによって、エバポレータのアウターフィンの外方張り出し部の下端の高さ位置が一定となされているので、アウターフィンと凝縮水排水部との間に隙間が発生することを抑制することができる。したがって、風がエバポレータの下側ヘッダタンクとアウターフィンの下端との間を通過することを効果的に防止することができる。

上記5)のクーリングユニットによれば、凝縮水排水部によって、熱交換管の風下側縁部に沿って下方に流れ落ちた凝縮水を排水ケース内に導くことができる。

図１の車両用空調装置のクーリングユニットの全体構成を示す一部切り欠き斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 凝縮水排水部の変形例を示す図２に相当する図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、通風方向下流側（図面に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後というものとする。また、前方から後方を見た際の左右、すなわち図１の左右を左右というものとする。

また、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１は車両用空調装置に使用されるクーリングユニットの全体構成を示し、図２はその要部の構成を示す。

図１において、車両用空調装置に用いられるクーリングユニット(1)は、エバポレータ(2)と、エバポレータ(2)の下方に配置され、かつエバポレータ(2)で発生した凝縮水を排水する排水ケース(3)とを備えている。

エバポレータ(2)は、長手方向を左右方向に向けて上下方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製第１ヘッダタンク(4)およびアルミニウム製第２ヘッダタンク(5)と、両ヘッダタンク(4)(5)間に設けられた熱交換コア部(6)とを備えている。

第１ヘッダタンク(4)は、前側（通風方向下流側）に位置する風下側上ヘッダ部(7)と、後側（通風方向上流側）に位置しかつ風下側上ヘッダ部(7)に一体化された風上側上ヘッダ部(8)とを備えている。風下側上ヘッダ部(7)の右端部に冷媒入口(9)が設けられ、風上側上ヘッダ部(8)の右端部に冷媒出口(11)が設けられている。第２ヘッダタンク(5)は、前側に位置する風下側下ヘッダ部(12)と、後側に位置しかつ風下側下ヘッダ部(12)に一体化された風上側下ヘッダ部(13)とを備えている。第２ヘッダタンク(5)の風下側下ヘッダ部(12)内と風上側下ヘッダ部(13)内とは、両中間ヘッダ部(12)(13)の右端部に跨って接合され、かつ内部が通路となった連通部材(14)を介して通じさせられている。第２ヘッダタンク(5)の前後両側面に上下方向にのびる排水溝(5a)が形成されるとともに、両下ヘッダ部(12)(13)間に排水穴(5b)が貫通状に形成されている（図２参照）。

図１および図２に示すように、熱交換コア部(6)には、幅方向を前後方向に向けるとともに長手方向を上下方向に向け、かつ左右方向に間隔をおいて並列状に配置された複数のアルミニウム製熱交換管(15)からなる熱交換管列(16)が、前後方向に並んで複数列、ここでは２列配置され、各熱交換管列(16)の隣接する熱交換管(15)どうしの間の通風間隙、および各熱交換管列(16)の左右両端の熱交換管(15)の外側にそれぞれアルミニウム製コルゲート状アウターフィン(17)が配置されて熱交換管(15)にろう付され、さらに左右両端のアウターフィン(17)の外側にそれぞれアルミニウム製サイドプレート(18)が配置されてアウターフィン(17)にろう付されることにより構成されている。前側熱交換管列(16)の熱交換管(15)の上下両端は風下側上ヘッダ部(7)および風下側下ヘッダ部(12)に接続され、後側熱交換管列(16)の熱交換管(15)の上下両端部は風上側上ヘッダ部(8)および風上側下ヘッダ部(13)に接続されている。アウターフィン(17)は、前後方向にのびる波頂部、前後方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲート状であり、前後の熱交換管列(16)を構成する前後両熱交換管(15)に共有されている。アウターフィン(17)は、前側熱交換管列(16)の熱交換管(15)の前側縁部よりも前方に張り出した外方張り出し部(19)を有している。

排水ケース(3)は、前側壁(21)（風下側側壁）、後側壁(22)（風上側側壁）および前後両側壁(21)(22)の下端どうしを連結しかつ複数の貫通状排水穴(24)が形成された底壁(23)を有している。排水ケース(3)内に、エバポレータ(2)の第２ヘッダタンク(5)における上部を除いた部分が嵌め入れられ、前後両側壁(21)(22)が第２ヘッダタンク(5)の前後両側面に接触している。

排水ケース(3)の前側壁(21)の外面に、前側壁(21)の高さ方向の中間部に前方突出状に一体に形成された底壁(25a)および底壁(25a)の前縁に一体に形成された立ち上がり壁(25b)からなる樋(25)が形成されている。樋(25)の立ち上がり壁(25b)の外面に、立ち上がり壁(25b)の高さ方向の中間部に一体に形成されかつ前方に向かって上方に傾斜した底壁(26a)および底壁(26a)の前縁に一体に形成された立ち上がり壁(26b)からなる補助樋(26)が形成されている。排水ケース(3)の前側壁(21)における樋(25)の底壁(25a)よりも上方の部分、および樋(25)の立ち上がり壁(25b)における補助樋(26)の底壁(26a)よりも上方の部分に、それぞれ貫通穴(27)(28)が形成されている。

排水ケース(3)の樋(25)の立ち上がり壁(25b)の上端に連なって、上方に向かって後方に傾斜した凝縮水排水壁(29)（凝縮水排水部）が上方突出状に一体に形成されている。凝縮水排水壁(29)の先端は、アウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端に下側から接触しており、エバポレータ(2)で発生した凝縮水を、樋(25)および補助樋(26)を経て排水ケース(3)内に導くようになっている。凝縮水排水壁(29)の先端が、アウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端に下側から接触することによって、アウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端の高さ位置が一定となされている。また、凝縮水排水壁(29)の先端は、熱交換管(15)の風下側縁部にも接触している。

なお、凝縮水排水壁(29)の先端がアウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端および熱交換管(15)の風下側縁部に近接し、凝縮水排水壁(29)とアウターフィン(17)および熱交換管(15)との間には隙間が存在していてもよい。この場合、前記隙間の間隔を３ｍｍ以下として、アウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端部および熱交換管(15)の下端部に至った凝縮水が、キャピラリ効果により凝縮水排水壁(29)に誘引されるようにすることが好ましい。

上述したクーリングユニット(1)を備えた車両用空調装置において、圧縮機で圧縮されてコンデンサおよび膨張弁を通過した低圧の気液混相の２相冷媒が、冷媒入口(9)を通ってエバポレータ(2)の風下側上ヘッダ部(7)内に入り、全熱交換管(15)を通って風上側上ヘッダ部(8)の冷媒出口(11)から流出する。そして、冷媒が熱交換管(15)内を流れる間に、左右方向に隣り合う熱交換管(15)どうしの間の通風間隙を通過する空気と熱交換をし、当該空気が冷却され、冷媒は気相となって流出する。ここで、凝縮水排水壁(29)の先端がアウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端に下側から接触し、これによりアウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端の高さ位置が一定となされているので、風がアウターフィン(17)の下端と第２ヘッダタンク(5)との間を通過することが防止される。したがって、エバポレータ(2)の通風間隙を通過する熱交換に寄与しない風の量を低減することができる。

このとき、エバポレータ(2)の熱交換管(15)およびアウターフィン(17)の表面に凝縮水が発生する。熱交換管(15)およびアウターフィン(17)の表面に発生した凝縮水は、第２ヘッダタンク(12)上に流下した後、排水溝(5a)および排水穴(5b)を通って下方に落下して排水ケース(3)内に落下し、底壁(23)の排水穴(24)から排水される。また、熱交換管(15)およびアウターフィン(17)の表面に発生した凝縮水は、熱交換管(15)の風下側縁部およびアウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端部に至り、凝縮水排水壁(29)に誘引され、誘引された凝縮水は、凝縮水排水壁(29)の前後両側面に沿って下方に流れる。凝縮水排水壁(29)の前面に沿って下方に流れた凝縮水は、補助樋(26)内に入り、貫通穴(28)を経て樋(25)内に入る。凝縮水排水壁(29)の後面に沿って下方に流れた凝縮水は、直接樋(25)内に入る。樋(25)内に入った凝縮水は、貫通穴(27)を経て排水ケース(3)内に落下し、底壁(23)の排水穴(24)から排水される。

図３は排水ケースの凝縮水排水壁の変形例を示す。

図３において、凝縮水排水壁(29)の先端部にはゴム状弾性体(31)が取り付けられている。ゴム状弾性体(31)は、アウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端に下側から接触し、または近接している。ゴム状弾性体(31)がアウターフィン(17)の外方張り出し部(19)の下端に下側から近接しているとともに、熱交換管(15)の風下側縁部に近接し、ゴム状弾性体(31)とアウターフィン(17)との間に隙間が存在している場合、前記隙間の間隔を３ｍｍ以下として、アウターフィン(17)の下端部に至った凝縮水が、キャピラリ効果によりゴム状弾性体(31)を経て凝縮水排水壁(29)に誘引されるようにすることが好ましい。

この発明によるクーリングユニットは、車両用空調装置を構成する冷凍サイクルに好適に用いられる。

(1)：クーリングユニット
(2)：エバポレータ
(3)：排水ケース
(4)(5)：ヘッダタンク
(7)(8)(9)(11)：ヘッダ部
(15)：熱交換管
(16)：熱交換管列
(17)：アウターフィン
(19)：外方張り出し部
(21)：前側壁（風下側側壁）
(22)：後側壁（風上側側壁）
(23)：底壁
(29)：凝縮水排水壁（凝縮水排水部）

Claims (5)

1. 上下方向に間隔をおいて配置され、かつ通風方向に並んで設けられた風下側ヘッダ部および風上側ヘッダ部を有する１対のヘッダタンク、長手方向を上下方向に向けた状態で上下のヘッダタンクの両ヘッダ部間に互いに間隔をおいて配置され、かつ上下両端部が両ヘッダ部に接続された複数の熱交換管からなる風下側熱交換管列および風上側熱交換管列、ならびに隣り合う熱交換管どうしの間に形成された通風間隙に両熱交換管列の熱交換管にまたがるように配置されたアウターフィンを有するエバポレータと、エバポレータの下方に配置された排水ケースとを備えており、エバポレータのアウターフィンが、熱交換管よりも風下側に張り出すように設けられた外方張り出し部を有している車両用空調装置のクーリングユニットにおいて、
   排水ケースが、風下側側壁、風上側側壁および両側壁の下端どうしを連結する底壁を備えており、エバポレータの下側ヘッダタンクにおける上部を除いた部分が排水ケースの両側壁間に嵌め入れられ、排水ケースの風下側側壁の外面側に、上方に突出しかつアウターフィンの外方張り出し部の下部に接触し、または近接することによりエバポレータで発生した凝縮水を排水ケース内に導く凝縮水排水部が設けられている車両用空調装置のクーリングユニット。
2. 排水ケースの凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部の下端に、下側から接触し、または近接している請求項１記載の車両用空調装置のクーリングユニット。
3. 排水ケースの凝縮水排水部の先端に弾性体が設けられ、凝縮水排水部の弾性体がアウターフィンの外方張り出し部の下端に、下側から接触している請求項２記載の車両用空調装置のクーリングユニット。
4. 排水ケースの凝縮水排水部が、アウターフィンの外方張り出し部の下端に下側から接触することによって、エバポレータのアウターフィンの外方張り出し部の下端の高さ位置が一定となされている請求項２または３記載の車両用空調装置のクーリングユニット。
5. 排水ケースの凝縮水排水部が上方に向かって風上側に傾斜しており、凝縮水排水部の先端が熱交換管の風下側縁部に接触し、または近接している請求項２〜４のうちのいずれかに記載の車両用空調装置のクーリングユニット。

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