JP6050995B2 - エバポレータ - Google Patents

Description

この発明は、自動車に搭載される冷凍サイクルであるカーエアコンに好適に用いられるエバポレータに関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１および図３の上下を上下というものとする。

カーエアコンに用いられるエバポレータとして、本出願人は、先に、長手方向を、上下方向および通風方向の２方向と直角をなす方向に向けた状態で、上下方向に間隔をおいて配置された１対のヘッダタンクと、上下両ヘッダタンク間に長手方向を上下方向に向けるとともに幅方向を通風方向に向けて配置された複数の扁平状冷媒流通管とを備えており、各ヘッダタンクに、長手方向をヘッダタンクの長手方向に向けた風下側ヘッダ部および風上側ヘッダ部が通風方向に並んで設けられ、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、通風方向に間隔をおいて配置された２つの扁平状冷媒流通管からなる複数の管組が、ヘッダタンクの長手方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う管組どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙に、管組の両冷媒流通管に跨るようにコルゲートフィンが配置され、コルゲートフィンが波頂部、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り、連結部に、連結部の幅方向にのびかつ長さが等しい複数のルーバが通風方向に並んで形成されたエバポレータを提案した（特許文献１参照）。

特許文献１記載のエバポレータは、圧縮機、冷媒冷却器としてのコンデンサおよび減圧器としての膨張弁などとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。

ところで、上述したカーエアコンにおいては、エバポレータを通過する空気の温度である吐気温に基づいて圧縮機をオン、オフさせることにより、車室内へ吹き出される空気の温度が制御されるようになっているのが一般的であるが、最近では、自動車の車室内の快適性を一層向上させることを目的として、圧縮機のオフ時に、エバポレータの吐気温の急激な上昇を抑制することが要求されている。

特開２００８−２００９８号公報

この発明の目的は、上記要求に応え、圧縮機のオフ時に車室内へ吹き出される空気の急激な温度上昇を抑制しうるエバポレータ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)長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向を向き、かつ通風方向に間隔をおいて配置された２つの扁平状冷媒流通管からなる複数の管組が、冷媒流通管の厚み方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う管組どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙のうちの少なくとも一部の通風間隙に、管組の両冷媒流通管に跨るようにコルゲートフィンが配置されており、コルゲートフィンが波頂部、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り、連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが通風方向に並んで形成されたエバポレータにおいて、
風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側に位置する複数のルーバの長さが、風上側冷媒流通管の最も風上側および風下側冷媒流通管の最も風下側に位置するルーバの長さよりも短くなっており、コルゲートフィンの連結部における管組の風上側冷媒流通管の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内の部分、および風下側冷媒流通管の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内の部分に、それぞれ複数のルーバからなるルーバ群が設けられており、風上側ルーバ群のルーバの長さが、風上側から風下側に向かって徐々に短くなり、風下側ルーバ群のルーバの長さが、風下側から風上側に向かって徐々に短くなっているエバポレータ。

2)風上側ルーバ群と風下側ルーバ群との間隔が、各管組の風上側冷媒流通管と風下側冷媒流通管との間隔よりも大きくなっている上記1)記載のエバポレータ。

3)各管組における風上側冷媒流通管と風下側冷媒流通管との間隔が３．５ｍｍよりも大きくなっている上記2)記載のエバポレータ。

4)コルゲートフィンの連結部の両ルーバ群のルーバが、冷媒流通管の長手方向と直交する断面において、両冷媒流通管間の空隙の通風方向中央部に位置しかつ通風方向と直交する方向にのびる仮想直線を対称軸として線対称となるように形成されている上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のエバポレータ。

上記1)〜4)のエバポレータによれば、風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側に位置する複数のルーバの長さが、風上側冷媒流通管の最も風上側および風下側冷媒流通管の最も風下側に位置するルーバの長さよりも短くなっているので、圧縮機の作動時にコルゲートフィンの表面に発生した凝縮水の有する冷熱を利用して、圧縮機のオフ時に車室内へ吹き出される空気の急激な温度上昇を抑制しうる。すなわち、圧縮機の作動時にコルゲートフィンの表面に発生した凝縮水は、隣り合うルーバ間に形成される間隙を通って下方に排水されるが、ルーバの長さが短くなると、前記間隙を通っての凝縮水の排水速度が遅くなるので、風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側においては比較的多くの凝縮水が溜まることになる。したがって、圧縮機が停止した際に、風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側に溜まっている凝縮水の顕熱としての冷熱が、通風間隙を流れる空気に放冷されることになり、車室内へ吹き出される空気の温度である吐気温の急激な上昇を抑制することが可能になる。その結果、圧縮機を、エバポレータの吐気温に基づいて制御する場合であっても、圧縮機のオン時とオフ時において車室内へ吹き出される空気の温度差を小さくすることができ、自動車の車室内の快適性が向上する。さらに、圧縮機のオフ時の吐気温の急激な上昇を抑制することができるので、圧縮機を、エバポレータの吐気温に基づいて制御する場合であっても、圧縮機が頻繁にオン、オフすることはなく、自動車の燃費に悪影響を及ぼすことは少なくなる。

しかも、風上側冷媒流通管の最も風上側に位置するルーバの長さ、および風下側冷媒流通管の最も風下側に位置するルーバの長さが比較的長くなるので、風上側冷媒流通管の風上側部分および風下側冷媒流通管の風下側部分においては、前記間隙を通っての凝縮水の排水速度が速くなる。したがって、冷媒流通管内を流れる冷媒と通風間隙を流れる空気との温度差が最も大きく、かつ比較的多量の凝縮水が発生する風上側冷媒流通管の風上側部分に多量の凝縮水の滞留を抑制することが可能になる。また、通風間隙を流れる空気の温度が最も低くなっている風下側冷媒流通管の風下側部分では、凝縮水の氷結や飛散を抑制することが可能になる。

上記2)および3)のエバポレータの場合、コルゲートフィンの表面における風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側で発生した凝縮水が、各管組の風上側冷媒流通管と風下側冷媒流通管に伝わり、両冷媒流通管間の間隙を通って下方に排水することが抑制される。したがって、風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側において発生した凝縮水の排水速度の上昇を抑制することができる。

上記4)のエバポレータにおいては、コルゲートフィンを製造する際のルーバ成形時の残留応力が、コルゲートフィンの連結部の風上側および風下側において均等になるので、ルーバの曲がりを抑制することができる。

この発明のエバポレータ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。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。

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、後方から前方を見た際の左右、すなわち図１の左右を左右というものとする。

さらに、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はこの発明によるエバポレータの全体構成を示し、図２はその要部の構成を示す。

図１において、エバポレータ(1)は、上下方向に間隔をおいて配置された左右方向にのびるアルミニウム製上ヘッダタンク(2)およびアルミニウム製下ヘッダタンク(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

上ヘッダタンク(2)は、前側（通風方向下流側）に位置する風下側上ヘッダ部(5)と、後側（通風方向上流側）に位置しかつ風下側上ヘッダ部(5)に一体化された風上側上ヘッダ部(6)とを備えている。風下側上ヘッダ部(5)の右端部に冷媒入口(7)が設けられ、風上側上ヘッダ部(6)の右端部に冷媒出口(8)が設けられている。下ヘッダタンク(3)は、前側に位置する風下側下ヘッダ部(9)と、後側に位置しかつ風下側下ヘッダ部(9)に一体化された風上側下ヘッダ部(11)とを備えている。下ヘッダタンク(3)の風下側下ヘッダ部(9)内と風上側下ヘッダ部(11)内とは、両下ヘッダ部(9)(11)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(12)を介して通じさせられている。

図１〜図３に示すように、熱交換コア部(4)には、長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向（前後方向）を向き、かつ通風方向に間隔をおいて配置された２つの扁平状冷媒流通管(13)からなる複数の管組(14)が、冷媒流通管(13)の厚み方向（左右方向）に間隔をおいて並列状に配置されており、左右方向に隣り合う管組(14)どうしの間に通風間隙(15)が形成されている。風下側の冷媒流通管(13)の上端部は風下側上ヘッダ部(5)に接続されるとともに、同下端部は風下側下ヘッダ部(9)に接続されている。また、風上側冷媒流通管(13)の上端部は風上側上ヘッダ部(6)に接続されるとともに、同下端部は風上側下ヘッダ部(11)に接続されている。

熱交換コア部(4)の通風間隙(15)に、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、かつ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(16a)よりなるコルゲートフィン(16)が、各管組(14)の前後両冷媒流通管(13)に跨るように配置されている。また、左右両端の冷媒流通管(13)の管組(14)の外側にも両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなるコルゲートフィン(16)が配置されており、左右両端のコルゲートフィン(16)の外側にアルミニウム製サイドプレート(17)が配置されてコルゲートフィン(16)にろう付されている。左右両端のコルゲートフィン(16)とサイドプレート(17)との間も通風間隙(15)となっている。

コルゲートフィン(16)の連結部(16a)に、連結部(16a)の幅方向にのびる複数のルーバ(20)が通風方向に並んで形成されている。ルーバ(20)は、各管組(14)の風上側冷媒流通管(13)の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内、および風下側冷媒流通管(13)の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内に形成されており、各管組(14)の風上側冷媒流通管(13)の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内に、複数のルーバ(20)からなる風上側ルーバ群(21)が設けられ、風下側冷媒流通管(13)の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内に、複数のルーバ(20)からなる風下側ルーバ群(22)が設けられている。風上側ルーバ群(21)における風下側部分、すなわち風上側冷媒流通管(13)の風下側縁部側に位置する複数のルーバ(20)の長さが、風上側ルーバ群(21)の風上側端部、すなわち風上側冷媒流通管(13)の最も風上側に位置するルーバ(20)の長さよりも短くなっている。また、風下側ルーバ群(22)における風上側部分、すなわち風下側冷媒流通管(13)の風上側縁部側に位置する複数のルーバ(20)の長さが、風下側ルーバ群(22)の風下側端部、すなわち風下側冷媒流通管(13)の最も風下側に位置するルーバ(20)の長さよりも短くなっている。ここでは、風上側ルーバ群(21)のルーバ(20)の長さが、風上側から風下側に向かって徐々に短くなり、風下側ルーバ群(22)のルーバ(20)の長さが、風下側から風上側に向かって徐々に短くなっている。

コルゲートフィン(16)の連結部(16a)の両ルーバ群(21)(22)のルーバ(20)は、冷媒流通管(13)の長手方向と直交する水平断面において、各管組(14)を形成する両冷媒流通管(13)間の空隙の通風方向中央部に位置しかつ通風方向と直交する方向（左右方向）にのびる仮想直線(L)を対称軸として線対称となるように形成されている。

風上側ルーバ群(21)と風下側ルーバ群(22)との間隔(D)は、各管組(14)における風上側冷媒流通管(13)と風下側冷媒流通管(13)との間隔(d)よりも大きいことが好ましい。また、各管組(14)における風上側冷媒流通管(13)と風下側冷媒流通管(13)との間隔(d)は、３．５ｍｍよりも大きくなっていることが好ましい。間隔(D)≦間隔(d)であり、間隔(d)が３．５ｍｍ以下の場合、コルゲートフィン(16)の表面に発生した凝縮水が、各管組(14)における風上側冷媒流通管(13)と風下側冷媒流通管(13)に伝わり、両冷媒流通管(13)間の間隙を通って下方に排水されやすくなる。

上述したエバポレータ(1)は、車両のエンジンを駆動源とする圧縮機、圧縮機から吐出された冷媒を冷却するコンデンサ（冷媒冷却器）、コンデンサを通過した冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）などとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして自動車に搭載される。そして、圧縮機が作動している場合には、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(7)を通ってエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)内に入り、全冷媒流通管(13)を通って風上側上ヘッダ部(6)の冷媒出口(8)から流出する。そして、冷媒が冷媒流通管(13)内を流れる間に、通風間隙(15)を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出する。

このとき、冷媒流通管(13)内を流れる冷媒により冷却されて、コルゲートフィン(16)の表面に凝縮水が発生し、隣り合うルーバ(20)間に形成される間隙(23)を通って下方に排水される。ルーバ(20)の長さが短くなると、前記間隙(23)を通っての凝縮水の排水速度が遅くなるので、風上側冷媒流通管(13)の風下側縁部側および風下側冷媒流通管(13)の風上側縁部側においては比較的多くの凝縮水が溜まることになる。

一方、ルーバ(20)の長さが長くなると、前記間隙(23)を通っての凝縮水の排水速度が速くなるので、風上側冷媒流通管(13)の風上側部分および風下側冷媒流通管(13)の風下側部分においては、前記間隙(23)を通っての凝縮水の排水速度が速くなり、冷媒流通管(13)内を流れる冷媒と通風間隙(15)を流れる空気との温度差が最も大きく、かつ比較的多量の凝縮水が発生する風上側冷媒流通管(13)の風上側部分に多量の凝縮水の滞留を抑制することが可能になる。また、通風間隙(15)を流れる空気の温度が最も低くなっている風下側冷媒流通管(13)の風下側部分では、凝縮水の氷結や飛散を抑制することが可能になる。

そして、圧縮機が停止した際に、風上側冷媒流通管(13)の風下側縁部側および風下側冷媒流通管(13)の風上側縁部側に溜まっている凝縮水の顕熱としての冷熱が、通風間隙(15)を流れる空気に放冷されることになり、エバポレータ(1)を通過して車室内へ吹き出される空気の温度である吐気温の急激な上昇を抑制することが可能になる。その結果、圧縮機を、エバポレータ(1)の吐気温に基づいて制御する場合であっても、圧縮機のオン時とオフ時において車室内へ吹き出される空気の温度差を小さくすることができ、自動車の車室内の快適性が向上する。さらに、圧縮機のオフ時の吐気温の急激な上昇を抑制することができるので、圧縮機を、エバポレータ(1)の吐気温に基づいて制御する場合であっても、圧縮機が頻繁にオン、オフすることはなく、自動車の燃費に悪影響を及ぼすことは少なくなる。

上記実施形態においては、エバポレータ(1)のすべての通風間隙(15)にコルゲートフィン(16)が配置されているが、これに限定されるものではなく、全通風間隙(15)のうち一部の複数の通風間隙(15)に蓄冷材が封入された蓄冷材容器が配置されるとともに、残りの通風間隙(15)にコルゲートフィン(16)が配置されていてもよい。この場合、圧縮機の作動時に蓄冷材容器内の蓄冷材に冷熱が蓄えられ、エンジンが停止して圧縮機が停止した際に蓄冷材容器内の蓄冷材に蓄えられた冷熱を利用して車室内を冷却することができる。

この発明によるエバポレータは、車両のカーエアコンを構成する冷凍サイクルに好適に用いられる。

(1)：エバポレータ
(13)：冷媒流通管
(14)：管組
(15)：通風間隙
(16)：コルゲートフィン
(16a)：連結部
(20)：ルーバ
(21)：風上側ルーバ群
(22)：風下側ルーバ群
(23)：間隙

Claims (4)

1. 長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向を向き、かつ通風方向に間隔をおいて配置された２つの扁平状冷媒流通管からなる複数の管組が、冷媒流通管の厚み方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う管組どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙のうちの少なくとも一部の通風間隙に、管組の両冷媒流通管に跨るようにコルゲートフィンが配置されており、コルゲートフィンが波頂部、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り、連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが通風方向に並んで形成されたエバポレータにおいて、
   風上側冷媒流通管の風下側縁部側および風下側冷媒流通管の風上側縁部側に位置する複数のルーバの長さが、風上側冷媒流通管の最も風上側および風下側冷媒流通管の最も風下側に位置するルーバの長さよりも短くなっており、コルゲートフィンの連結部における管組の風上側冷媒流通管の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内の部分、および風下側冷媒流通管の風上側縁部と風下側縁部との間の範囲内の部分に、それぞれ複数のルーバからなるルーバ群が設けられており、風上側ルーバ群のルーバの長さが、風上側から風下側に向かって徐々に短くなり、風下側ルーバ群のルーバの長さが、風下側から風上側に向かって徐々に短くなっているエバポレータ。
2. 風上側ルーバ群と風下側ルーバ群との間隔が、各管組の風上側冷媒流通管と風下側冷媒流通管との間隔よりも大きくなっている請求項１記載のエバポレータ。
3. 各管組における風上側冷媒流通管と風下側冷媒流通管との間隔が３．５ｍｍよりも大きくなっている請求項２記載のエバポレータ。
4. コルゲートフィンの連結部の両ルーバ群のルーバが、冷媒流通管の長手方向と直交する断面において、両冷媒流通管間の空隙の通風方向中央部に位置しかつ通風方向と直交する方向にのびる仮想直線を対称軸として線対称となるように形成されている請求項１〜３のうちのいずれかに記載のエバポレータ。

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