JP6098343B2 - 冷媒蒸発器 - Google Patents

Description

本発明は、被冷却流体から吸熱して冷媒を蒸発させることで、被冷却流体を冷却する冷媒蒸発器に関する。

冷媒蒸発器は、外部を流れる被冷却流体（例えば、空気）から吸熱して、内部を流れる冷媒（液相冷媒）を蒸発させることで、被冷却流体を冷却する冷却用熱交換器として機能する。

この種の冷媒蒸発器としては、複数のチューブを積層して構成される熱交換コア部、および複数のチューブの両端部に接続された一対のタンク部を備える第１、第２蒸発部を被冷却流体の流れ方向に直列に配置し、各蒸発部における一方のタンク部同士を一対の連通部を介して連結する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１の冷媒蒸発器では、第１蒸発部の熱交換コア部を流れた冷媒を、各蒸発部の一方のタンク部および当該タンク部同士を連結する一対の連通部を介して第２蒸発部の熱交換コア部に流す際に、冷媒の流れを熱交換コア部の幅方向（左右方向）で入れ替える構成としている。つまり、冷媒蒸発器は、一対の連通部のうち、一方の連通部によって、第１蒸発部の熱交換コア部の幅方向一側を流れる冷媒を第２蒸発部の熱交換コア部の幅方向他側に流すと共に、他方の連通部によって第１蒸発部の熱交換コア部の幅方向他側を流れる冷媒を第２蒸発部の熱交換コア部の幅方向一側に流すように構成されている。

特許第４１２４１３６号公報

ところで、冷凍サイクル中には、冷媒だけでなく圧縮機を潤滑するための冷凍機油も封入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクル内を循環している。上記特許文献１に記載の冷媒蒸発器を備える冷凍サイクルでは、サイクル内を循環する冷媒流量が少ない低流量連続運転時において、冷媒蒸発器の内部に冷凍機油の一部が停滞する可能性がある。この原因を以下説明する。

すなわち、第１蒸発部の熱交換コア部の幅方向一側を流れる冷媒を第２蒸発部の熱交換コア部の幅方向他側に流す冷媒通路Ａ、および第１蒸発部の熱交換コア部の幅方向他側を流れる冷媒を第２蒸発部の熱交換コア部の幅方向一側に流す冷媒通路Ｂのうち、例えば冷媒流路Ａに９５％、冷媒流路Ｂに５％の冷媒および冷凍機油が流れるとする。この場合、冷媒流路Ｂでは冷媒流量が少ないため、早期に蒸発が完了し、熱交換に寄与しない過熱度を持った気相冷媒となる。この蒸発現象に伴って冷媒に溶け込んでいた冷凍機油も分離される。この蒸発現象が第１蒸発部の熱交換コア部を通過中に完了した場合、冷媒流路Ｂでは下方側のタンク部に溜まった冷凍器油を第２蒸発部の熱交換コア部において上昇させて外部へ流出させるのは困難になる。

そして、冷媒蒸発器の内部に冷凍機油の一部が停滞すると、サイクル内を循環する冷凍機油の流量が低下してしまい、圧縮機の内部摩耗による圧縮効率の低下や、圧縮機の耐久寿命の低下が発生するという問題がある。

ところで、固定容量型の圧縮機を搭載した冷凍サイクルを備える車両用空調装置においては、エンジン回転数や、冷媒蒸発器を通過する被冷却空気（車室内送風空気）の温度・湿度・流量等の種々の要因によって冷房能力が変化する。

このような車両用空調装置において、車室内温度を検出する内気温センサや、車室内へ吹き出す吹出空気温度を検出する吹出空気温度センサ等の検出信号により、乗員の冷房要求に対して冷房能力が過剰になった場合や、冷媒蒸発器に着霜（フロスト）が生じそうな場合を検知し、圧縮機の作動を一時的に停止（ＯＦＦ）させる制御を行うものがある。また、圧縮機の作動を停止させることによって冷房能力が不足した場合には、再度圧縮機を作動（ＯＮ）させて、所定の冷房状態を実現する制御を行う。

ところで、特許文献１の冷媒蒸発器では、各蒸発部の一方タンク部同士を連結する一対の連通部にて冷媒の流れ方向を入れ替える構成とすることによって、熱交換コア部の幅方向で熱負荷が異なるときでも、熱交換コア部の全面で良好な温度分布を実現できる。このとき、上述した冷媒流路Ａ、Ｂをそれぞれ流れる冷媒流量は、熱負荷（熱交換量、冷媒圧損等）に応じてバランスが調整される。

しかしながら、低流量運転時には、極端な例では二つの冷媒流路のうち一方の冷媒流路に全ての冷媒が流れ、他方の冷媒流路に全く冷媒が流れない状態も存在してしまう。この状態で圧縮機の作動が停止すると、液相冷媒が全く流れない冷媒流路の下方側のタンク部には、液相冷媒がほとんど残留しないことになる。つまり、下方側のタンク部において、熱交換コア部の幅方向で残留冷媒量に差が生じる。

その後、圧縮機を作動させると、圧縮機作動直後においては、上記タンク部における残留冷媒量の差により、第２蒸発部の熱交換コア部において液相冷媒が偏って分配され、冷媒蒸発器を通過する送風空気に温度分布が生じてしまうという問題がある。

本発明は上記点に鑑みて、冷凍サイクルを循環する冷凍機油の流量を確保するとともに、圧縮機作動直後における冷媒の分配性の悪化を抑制することができる冷媒蒸発器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、被冷却流体の流れ方向に対して直列に配置された第１蒸発部（２０）および第２蒸発部（１０）を備え、第１蒸発部（２０）および第２蒸発部（１０）それぞれは、冷媒が流れる複数のチューブ（１１１、２１１）を積層して構成された熱交換コア部（１１、２１）を有し、第１蒸発部（２０）における熱交換コア部（２１）は、複数のチューブ（２１１）のうち、一部のチューブ群で構成される第１コア部（２１ａ）、および残部のチューブ群で構成される第２コア部（２１ｂ）を有し、第２蒸発部（１０）における熱交換コア部（１１）は、複数のチューブ（１１１）のうち、被冷却流体の流れ方向において第１コア部（２１ａ）の少なくとも一部と対向するチューブ群で構成される第３コア部（１１ａ）、および被冷却流体の流れ方向において第２コア部（２１ｂ）の少なくとも一部と対向するチューブ群で構成される第４コア部（１１ｂ）を有し、さらに、第１コア部（２１ａ）からの冷媒を第４コア部（１１ｂ）へ導く第１冷媒流路と、第２コア部（２１ｂ）からの冷媒を第３コア部（１１ａ）へ導く第２冷媒流路とを接続する接続流路（１３２、３５）を備えるとともに、液相冷媒が接続流路（１３２、３５）を介して第１冷媒流路と第２冷媒流路との間で双方向に移動可能に構成されていることを特徴とする。

これによれば、第１コア部（２１ａ）からの冷媒を第４コア部（１１ｂ）へ導く第１冷媒流路と、第２コア部（２１ｂ）からの冷媒を第３コア部（１１ａ）へ導く第２冷媒流路とを接続する接続流路（１３２、３５）を設けることで、液相冷媒が、接続流路（１３２）を介して、第１冷媒流路（第４コア部（１１ｂ）側）と第２冷媒流路（第３コア部（１１ａ）側）との間で移動可能となる。

このため、液相冷媒は、第１冷媒流路および第２冷媒流路のうち冷媒流量が多い方の冷媒流路から、冷媒流量の少ない他の冷媒流路へ、接続流路（１３２、３５）を介して移動する。これにより、冷媒流量の少ない他の冷媒流路を流通する冷媒流量が増加するため、冷媒流量が少ない冷媒流路に滞留した冷凍機油を、液相冷媒によって押し流す（移動させる）ことができる。したがって、冷凍機油が冷媒蒸発器内に滞留することを抑制し、冷凍サイクルを循環する冷凍機油の流量を確保することが可能となる。

また、第１コア部（２１ａ）からの冷媒を第４コア部（１１ｂ）へ導く第１冷媒流路と、第２コア部（２１ｂ）からの冷媒を第３コア部（１１ａ）へ導く第２冷媒流路とを接続する接続流路（１３２、３５）を設けることで、圧縮機の作動が停止した際に、冷媒蒸発器内に残留している液相冷媒が、接続流路（１３２）を介して、第１冷媒流路および第２冷媒流路間を移動可能となる。このため、第１冷媒流路の残留冷媒量と第２冷媒流路の残留冷媒量が均等になる。

これにより、圧縮機作動直後において、第４コア部（１１ｂ）および第３コア部（１１ａ）を流れる冷媒流量が均等になり、圧縮機作動直後における冷媒の分配性の悪化を抑制することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の実施形態に係る冷媒蒸発器の模式的な斜視図である。 図１に示す冷媒蒸発器の分解斜視図である。 実施形態における中間タンク部の模式的な斜視図である。 図３に示す中間タンク部の分解斜視図である。 実施形態に係る冷媒蒸発器における冷媒の流れを説明するための説明図である。 比較例に係る冷媒蒸発器の各熱交換コア部を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。 実施形態に係る冷媒蒸発器の各熱交換コア部を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。 比較例に係る冷媒蒸発器において、圧縮機の作動をＯＦＦからＯＮに切り替えた際の各熱交換コア部を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。 実施形態に係る冷媒蒸発器において、圧縮機の作動をＯＦＦからＯＮに切り替えた際の各熱交換コア部を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。 他の実施形態に係る冷媒蒸発器の分解斜視図である。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図９を用いて説明する。本実施形態に係る冷媒蒸発器１は、車室内の温度を調整する車両用空調装置の蒸気圧縮式の冷凍サイクルに適用され、車室内へ送風する送風空気から吸熱して冷媒（液相冷媒）を蒸発させることで、送風空気を冷却する冷却用熱交換器である。なお、本実施形態では、送風空気が特許請求の範囲における「外部を流れる被冷却流体」に相当する。

冷凍サイクルは、周知の如く、冷媒蒸発器１以外に、図示しない圧縮機、放熱器（凝縮器）、膨張弁等を備えおり、本実施形態では、放熱器と膨張弁との間に受液器を配置するレシーバサイクルとして構成されている。また、冷凍サイクルの冷媒には、圧縮機を潤滑するための冷凍機油が混入されており、冷凍機油の一部は冷媒とともにサイクルを循環している。

ここで、図２では、後述する各熱交換コア部１１、２１におけるチューブ１１１、２１１、およびフィン１１２、２１２の図示を省略している。

図１、図２に示すように、本実施形態の冷媒蒸発器１は、送風空気の流れ方向（被冷却流体の流れ方向）Ｘに対して直列に配置された２つの蒸発部１０、２０を備えて構成されている。ここで、本実施形態では、２つの蒸発部１０、２０のうち、送風空気の空気流れ方向の風上側（上流側）に配置される蒸発部を風上側蒸発部１０と称し、送風空気の流れ方向の風下側（下流側）に配置される蒸発部を風下側蒸発部２０と称する。なお、本実施形態における風上側蒸発部１０が、特許請求の範囲の「第２蒸発部」を構成し、風下側蒸発部２０が、特許請求の範囲の「第１蒸発部」を構成している。

風上側蒸発部１０および風下側蒸発部２０の基本的構成は同一であり、それぞれ熱交換コア部１１、２１と、熱交換コア部１１、２１の上下両側に配置された一対のタンク部１２、１３、２２、２３を有して構成されている。

なお、本実施形態では、風上側蒸発部１０における熱交換コア部を風上側熱交換コア部１１と称し、風下側蒸発部２０における熱交換コア部を風下側熱交換コア部２１と称する。また、風上側蒸発部１０における一対のタンク部１２、１３のうち、上方側に配置されるタンク部を第１風上側タンク部１２と称し、下方側に配置されるタンク部を第２風上側タンク部１３と称する。同様に、風下側蒸発部２０における一対のタンク部２２、２３のうち、上方側に配置されるタンク部を第１風下側タンク部２２と称し、下方側に配置されるタンク部を第２風下側タンク部２３と称する。

本実施形態の風上側熱交換コア部１１および風下側熱交換コア部２１それぞれは、上下方向に延びる複数のチューブ１１１、２１１と、隣合うチューブ１１１、２１１の間に接合されるフィン１１２、２１２とが交互に積層配置された積層体で構成されている。なお、以下、複数のチューブ１１１、２１１および複数のフィン１１２、２１２の積層体における積層方向をチューブ積層方向と称する。

ここで、風上側熱交換コア部１１は、複数のチューブ１１１のうち、一部のチューブ群で構成される第１風上側熱交換コア部１１ａ、および残部のチューブ群で構成される第２風上側熱交換コア部１１ｂを有している。なお、本実施形態における第１風上側熱交換コア部１１ａが、特許請求の範囲における「第３コア部」を構成し、第２風上側熱交換コア部１１ｂが、特許請求の範囲における「第４コア部」を構成する。

本実施形態では、風上側熱交換コア部１１を送風空気の流れ方向から見たときに、チューブ積層方向の右側に存するチューブ群で第１風上側熱交換コア部１１ａが構成され、チューブ積層方向の左側に存するチューブ群で第２風上側熱交換コア部１１ｂが構成されている。

また、風下側熱交換コア部２１は、複数のチューブ２１１のうち、一部のチューブ群で構成される第１風下側熱交換コア部２１ａ、および残部のチューブ群で構成される第２風下側熱交換コア部２１ｂを有している。なお、本実施形態における第１風下側熱交換コア部２１ａが、特許請求の範囲における「第１コア部」を構成し、第２風下側熱交換コア部２１ｂが、特許請求の範囲における「第２コア部」を構成する。

本実施形態では、風下側熱交換コア部２１を送風空気の流れ方向から見たときに、チューブ積層方向の右側に存するチューブ群で第１風下側熱交換コア部２１ａが構成され、チューブ積層方向の左側に存するチューブ群で第２風下側熱交換コア部２１ｂが構成されている。なお、本実施形態では、送風空気の流れ方向から見たときに、第１風上側熱交換コア部１１ａおよび第１風下側熱交換コア部２１ａそれぞれが重合（対向）するように配置されると共に、第２風上側熱交換コア部１１ｂおよび第２風下側熱交換コア部２１ｂそれぞれが重合（対向）するように配置されている。

各チューブ１１１、２１１は、内部に冷媒が流れる冷媒通路が形成されると共に、その断面形状が送風空気の流れ方向に沿って延びる扁平形状となる扁平チューブで構成されている。

風上側熱交換コア部１１のチューブ１１１は、長手方向の一端側（上端側）が第１風上側タンク部１２に接続されると共に、長手方向の他端側（下端側）が第２風上側タンク部１３に接続されている。また、風下側熱交換コア部２１のチューブ２１１は、長手方向の一端側（上端側）が第１風下側タンク部２２に接続されると共に、長手方向の他端側（下端側）が第２風下側タンク部２３に接続されている。

各フィン１１２、２１２は、薄板材を波上に曲げて成形したコルゲートフィンであり、チューブ１１１、２１１における平坦な外面側に接合され、送風空気と冷媒との伝熱面積を拡大させるための熱交換促進手段を構成する。

チューブ１１１、２１１およびフィン１１２、２１２の積層体には、チューブ積層方向の両端部に、各熱交換コア部１１、１２を補強するサイドプレート１１３、２１３が配置されている。なお、サイドプレート１１３、２１３は、チューブ積層方向の最も外側に配置されたフィン１１２、２１２に接合されている。

第１風上側タンク部１２は、一端側（送風空気の流れ方向から見たときの左側端部）が閉塞されると共に、他端側（送風空気の流れ方向から見たときの右側端部）にタンク内部から圧縮機（図示略）の吸入側に冷媒を導出するための冷媒導出口１２ａが形成された筒状の部材で構成されている。この第１風上側タンク部１２は、底部に各チューブ１１１の一端側（上端側）が挿入接合される貫通穴（図示略）が形成されている。つまり、第１風上側タンク部１２は、その内部空間が風上側熱交換コア部１１の各チューブ１１１に連通するように構成されており、風上側熱交換コア部１１の各コア部１１ａ、１１ｂからの冷媒を集合させる冷媒集合部として機能する。

第１風下側タンク部２２は、一端側が閉塞されると共に、他端側にタンク内部に膨張弁（図示略）にて減圧された低圧冷媒を導入するための冷媒導入口２２ａが形成された筒状の部材で構成されている。この第１風下側タンク部２２は、底部に各チューブ２１１の一端側（上端側）が挿入接合される貫通穴（図示略）が形成されている。つまり、第１風下側タンク部２２は、その内部空間が風下側熱交換コア部２１の各チューブ２１１に連通するように構成されており、風下側熱交換コア部２１の各コア部２１ａ、２１ｂへ冷媒を分配する冷媒分配部として機能する。

第２風上側タンク部１３は、両端側が閉塞された筒状の部材で構成されている。この第２風上側タンク部１３は、天井部に各チューブ１１１の他端側（下端側）が挿入接合される貫通穴（図示略）が形成されている。つまり、第２風上側タンク部１３は、その内部空間が各チューブ１１１に連通するように構成されている。

また、第２風上側タンク部１３の内部には、長手方向の中央位置に仕切部材１３１が配置されており、この仕切部材１３１によって、タンク内部空間が第１風上側熱交換コア部１１ａを構成する各チューブ１１１が連通する空間と、第２風上側熱交換コア部１１ｂを構成する各チューブ１１１が連通する空間とに仕切られている。

ここで、第２風上側タンク部１３の内部のうち、第１風上側熱交換コア部１１ａを構成する各チューブ１１１に連通する空間が、第１風上側熱交換コア部１１ａに冷媒を分配する第１冷媒分配部１３ａを構成し、第２風上側熱交換コア部１１ｂを構成する各チューブ１１１に連通する空間が、第２風上側熱交換コア部１１ｂに冷媒を分配する第２冷媒分配部１３ｂを構成する。

第２風下側タンク部２３は、両端側が閉塞された筒状の部材で構成されている。この第２風下側タンク部２３は、天井部に各チューブ２１１の他端側（下端側）が挿入接合される貫通穴（図示略）が形成されている。つまり、第２風下側タンク部２３は、その内部空間が各チューブ２１１に連通するように構成されている。

第２風下側タンク部２３の内部には、長手方向の中央位置に仕切部材２３１が配置されており、この仕切部材２３１によって、タンク内部空間が第１風下側熱交換コア部２１ａを構成する各チューブ２１１が連通する空間と、第２風下側熱交換コア部２１ｂを構成する各チューブ２１１が連通する空間とに仕切られている。

ここで、第２風下側タンク部２３の内部のうち、第１風下側熱交換コア部２１ａを構成する各チューブ２１１に連通する空間が、第１風下側熱交換コア部２１ａからの冷媒を集合させる第１冷媒集合部２３ａを構成し、第２風下側熱交換コア部２１ｂを構成する各チューブ２１１が連通する空間が、第２風下側熱交換コア部２１ｂからの冷媒を集合させる第２冷媒集合部２３ｂを構成する。

第２風上側タンク部１３、および第２風下側タンク部２３それぞれは、冷媒入替部３０を介して連結されている。この冷媒入替部３０は、第２風下側タンク部２３における第１冷媒集合部２３ａ内の冷媒を第２風上側タンク部１３における第２冷媒分配部１３ｂに導くと共に、第２風下側タンク部２３における第２冷媒集合部２３ｂ内の冷媒を第２風上側タンク部１３における第１冷媒分配部１３ａに導くように構成されている。すなわち、冷媒入替部３０は、冷媒の流れを各熱交換コア部１１、２１においてコア幅方向に入れ替えるように構成されている。

具体的には、冷媒入替部３０は、第２風下側タンク部２３における第１、第２冷媒集合部２３ａ、２３ｂに連結された一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂと、第２風上側タンク部１３における各冷媒分配部１３ａ、１３ｂに連結された一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂと、一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂおよび一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂそれぞれに連結された中間タンク部３３と、を有して構成されている。

一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂそれぞれは、内部に冷媒が流通する冷媒流通路が形成された筒状の部材で構成されており、その一端側が第２風下側タンク部２３に接続されると共に、他端側が中間タンク部３３に接続されている。

一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂのうち、一方を構成する第１集合部連結部材３１ａは、一端側が第１冷媒集合部２３ａに連通するように第２風下側タンク部２３に接続されており、他端側が後述する中間タンク部３３内の第１冷媒流通路３３ａに連通するように中間タンク部３３に接続されている。

また、他方を構成する第２集合部連結部材３１ｂは、一端側が第２冷媒集合部２３ｂに連通するように第２風下側タンク部２３に接続されており、他端側が後述する中間タンク部３３内の第２冷媒流通路３３ｂに連通するように中間タンク部３３に接続されている。

本実施形態では、第１集合部連結部材３１ａの一端側が、第１冷媒集合部２３ａのうち、仕切部材２３１に近い位置に接続され、第２集合部連結部材３１ｂの一端側が、第２冷媒集合部２３ｂのうち、第２風下側タンク部２３の閉塞端に近い位置に接続されている。

一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂそれぞれは、内部に冷媒が流通する冷媒流通路が形成された筒状の部材で構成されており、その一端側が第２風上側タンク部１３に接続されると共に、他端側が中間タンク部３３に接続されている。

一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂのうち、一方を構成する第１分配部連結部材３２ａは、一端側が第１冷媒分配部１３ａに連通するように第２風上側タンク部１３に接続されており、他端側が後述する中間タンク部３３内の第２冷媒流通路３３ｂに連通するように中間タンク部３３に接続されている。すなわち、第１分配部連結部材３２ａは、中間タンク部３３の第２冷媒流通路３３ｂを介して、上述の第２集合部連結部材３１ｂと連通している。

また、他方を構成する第２分配部連結部材３２ｂは、一端側が第２冷媒分配部１３ｂに連通するように第２風上側タンク部１３に接続されており、他端側が後述する中間タンク部３３内の第１冷媒流通路３３ａに連通するように中間タンク部３３に接続されている。すなわち、第２分配部連結部材３２ｂは、中間タンク部３３の第１冷媒流通路３３ａを介して、上述の第１集合部連結部材３１ａと連通している。

本実施形態では、第１分配部連結部材３２ａの一端側が、第１冷媒分配部１３ａのうち、第２風上側タンク部１３の閉塞端に近い位置に接続され、第２分配部連結部材３２ｂの一端側が、第２冷媒分配部１３ｂのうち、仕切部材１３１に近い位置に接続されている。

このように構成される一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂそれぞれは、冷媒入替部３０における冷媒の流入口を構成し、一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂそれぞれは、冷媒入替部３０における冷媒の流出口を構成している。

中間タンク部３３は、両端側が閉塞された筒状の部材で構成されている。この中間タンク部３３は、第２風上側タンク部１３、および第２風下側タンク部２３との間に配置されている。具体的には、本実施形態の中間タンク部３３は、送風空気の流れ方向Ｘから見たときに、その一部（上方側の部位）が第２風上側タンク部１３、および第２風下側タンク部２３と重合し、他部（下方側の部位）が第２風上側タンク部１３、および第２風下側タンク部２３と重合しないように配置されている。

このように、中間タンク部３３の一部を第２風上側タンク部１３、および第２風下側タンク部２３と重合しないように配置する構成とすれば、送風空気の流れ方向Ｘにおいて、第１蒸発部１０および第２蒸発部２０を近接した配置形態とすることができるので、中間タンク部３３を設けることによる冷媒蒸発器１の体格の増大を抑制することが可能となる。

図３、図４に示すように、中間タンク部３３の内部には、上方側に位置する部位に仕切部材３３１が配置されており、この仕切部材３３１によって、タンク内部の空間が第１冷媒流通路３３ａと第２冷媒流通路３３ｂとに仕切られている。

第１冷媒流通路３３ａは、第１集合部連結部材３１ａからの冷媒を第２分配部連結部材３２ｂへ導く冷媒流通路を構成している。一方、第２冷媒流通路３３ｂは、第２集合部連結部材３１ｂからの冷媒を第１分配部連結部材３２ａへ導く冷媒流通路を構成している。

ここで、本実施形態では、第１集合部連結部材３１ａ、第２分配部連結部材３２ｂ、中間タンク部３３における第１冷媒流通路３３ａが、特許請求の範囲に記載の「第１連通部」を構成している。また、第２集合部連結部材３１ｂ、第１分配部連結部材３２ａ、中間タンク部３３における第２冷媒流通路３３ｂが、特許請求の範囲に記載の「第２連通部」を構成している。

図２に戻り、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１には、その表裏を貫通する貫通穴１３２が形成されている。この貫通穴１３２により、第１冷媒分配部１３ａと第２冷媒分配部１３ｂとが連通している。このため、本実施形態では、貫通穴１３２が、特許請求の範囲に記載の「連通部」を構成している。

次に、本実施形態に係る冷媒蒸発器１における冷媒の流れについて図５を用いて説明する。

図５に示すように、膨張弁（図示略）にて減圧された低圧冷媒は、矢印Ａの如く第１風下側タンク部２２の一端側に形成された冷媒導入口２２ａからタンク内部に導入される。第１風下側タンク部２２の内部に導入された冷媒は、矢印Ｂの如く風下側熱交換コア部２１の第１風下側熱交換コア部２１ａを下降すると共に、矢印Ｃの如く風下側熱交換コア部２１の第２風下側熱交換コア部２１ｂを下降する。

第１風下側熱交換コア部２１ａを下降した冷媒は、矢印Ｄの如く第２風下側タンク部２３の第１冷媒集合部２３ａに流入する。一方、第２風下側熱交換コア部２１ｂを下降した冷媒は、矢印Ｅの如く第２風下側タンク部２３の第２冷媒集合部２３ｂに流入する。

第１冷媒集合部２３ａに流入した冷媒は、矢印Ｆの如く第１集合部連結部材３１ａを介して中間タンク部３３の第１冷媒流通路３３ａに流入する。また、第２冷媒集合部２３ｂに流入した冷媒は、矢印Ｇの如く第２集合部連結部材３１ｂを介して中間タンク部３３の第２冷媒流通路３３ｂに流入する。

第１冷媒流通路３３ａに流入した冷媒は、矢印Ｈの如く第２分配部連結部材３２ｂを介して第２風上側タンク部１３の第２冷媒分配部１３ｂに流入する。また、第２冷媒流通路３３ｂに流入した冷媒は、矢印Ｉの如く第１分配部連結部材３２ａを介して第２風上側タンク部１３の第１冷媒分配部１３ａに流入する。

第２風上側タンク部１３の第２冷媒分配部１３ｂに流入した冷媒の大半は、矢印Ｊ１の如く風上側熱交換コア部１１の第２風上側熱交換コア部１１ｂを上昇する。第２風上側タンク部１３の第２冷媒分配部１３ｂに流入した冷媒の一部は、矢印Ｊ２の如く、貫通穴１３２を介して第２風上側タンク部１３の第１冷媒分配部１３ａに流入する。

一方、第１冷媒分配部１３ａに流入した冷媒は、矢印Ｋの如く風上側熱交換コア部１１の第１風上側熱交換コア部１１ａを上昇する。

第２風上側熱交換コア部１１ｂを上昇した冷媒、および第１風上側熱交換コア部１１ａを上昇した冷媒は、それぞれ矢印Ｌ、Ｍの如く第１風上側タンク部１２のタンク内部に流入し、矢印Ｎの如く第１風上側タンク部１２の一端側に形成された冷媒導出口１２ａから圧縮機（図示略）吸入側に導出される。

上述したように、風下側熱交換コア部２１の第１風下側熱交換コア部２１ａからの冷媒は、第２風下側タンク部２３の第１冷媒集合部２３ａ、第１集合部連結部材３１ａ、中間タンク部３３の第１冷媒流通路３３ａ、第２分配部連結部材３２ｂおよび第２風上側タンク部１３の第２冷媒分配部１３ｂを介して、風上側熱交換コア部１１の第２風上側熱交換コア部１１ｂに流入する。

したがって、本実施形態では、第１冷媒集合部２３ａ、第１集合部連結部材３１ａ、第１冷媒流通路３３ａ、第２分配部連結部材３２ｂおよび第２冷媒分配部１３ｂが、特許請求の範囲に記載の「第１冷媒流路」を構成している。

また、風下側熱交換コア部２１の第２風下側熱交換コア部２１ｂからの冷媒は、第２風下側タンク部２３の第２冷媒集合部２３ｂ、第２集合部連結部材３１ｂ、中間タンク部３３の第２冷媒流通路３３ｂ、第１分配部連結部材３２ａおよび第２風上側タンク部１３の第１冷媒分配部１３ａを介して、風上側熱交換コア部１１の第１風上側熱交換コア部１１ａに流入する。

したがって、本実施形態では、第２冷媒集合部２３ｂ、第２集合部連結部材３１ｂ、第２冷媒流通路３３ｂ、第１分配部連結部材３２ａおよび第１冷媒分配部１３ａが、特許請求の範囲に記載の「第２冷媒流路」を構成している。

また、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に形成された貫通穴１３２により、第１風下側熱交換コア部２１ａからの冷媒を第２風上側熱交換コア部１１ｂへ導く「第１冷媒流路」と、第２風下側熱交換コア部２１ｂからの冷媒を第１風上側熱交換コア部１１ａへ導く「第２冷媒流路」とが接続されている。したがって、本実施形態では、貫通穴１３２が、特許請求の範囲に記載の「接続流路」を構成している。

以上説明した本実施形態に係る冷媒蒸発器１では、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に、第２冷媒分配部１３ｂと第１冷媒分配部１３ａとを連通させる貫通穴１３２が形成されている。このため、液相冷媒が、貫通穴１３２を介して、第２冷媒分配部１３ｂと第１冷媒分配部１３ａとの間で移動可能となる。

したがって、液相冷媒は、第２冷媒分配部１３ｂおよび第１冷媒分配部１３ａのうち冷媒流量が多い第２冷媒分配部１３ｂから、冷媒流量が少ない第１冷媒分配部１３ａへ、貫通穴１３２を介して移動する。これにより、第１冷媒分配部１３ａを流通する冷媒流量が増加するため、冷媒流量が少ない第１冷媒分配部１３ａに滞留した冷凍機油を、液相冷媒によって押し流す（移動させる）ことができる。このため、冷凍機油が冷媒蒸発器１内に滞留することを抑制し、冷凍サイクルを循環する冷凍機油の流量を確保することが可能となる。

ここで、図６は、比較例に係る冷媒蒸発器１（第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に貫通穴１３２が形成されていない冷媒蒸発器）の各熱交換コア部１１、２１を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図であり、図７は、本実施形態に係る冷媒蒸発器１の各熱交換コア部１１、２１を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。

図６（ａ）および図７（ａ）は、風上側熱交換コア部１１を流れる液相冷媒の分布を示し、図６（ｂ）および図７（ｂ）は、風下側熱交換コア部２１を流れる液相冷媒の分布を示し、図６（ｃ）および図７（ｃ）は、各熱交換コア部１１、２１を流れる液相冷媒の分布の合成を示している。なお、図６および図７は、冷媒蒸発器１を図１の矢印Ｙ方向（送風空気の流れ方向Ｙの逆方向）から見たときの液相冷媒の分布を示すもので、図中の網掛部分で示す箇所が、液相冷媒が存する部分を示す。

まず、風下側熱交換コア部２１を流れる液相冷媒の分布については、図６（ｂ）および図７（ｂ）で示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１と本実施形態に係る冷媒蒸発器１とで同様であり、それぞれ第２風下側熱交換コア部２１ｂにおける一部に液相冷媒が流れ難い箇所（図中右下方側の白抜き箇所）が生ずる。

また、比較例に係る冷媒蒸発器１における風上側熱交換コア部１１を流れる液相冷媒の分布については、図６（ａ）に示すように、風上側熱交換コア部１１の第１風上側熱交換コア部１１ａでは、第２風上側熱交換コア部１１ｂよりも液相冷媒が流れ難くなっている。

また、図６に示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１では、液相冷媒が流れ難くなっている第２風下側熱交換コア部２１ｂおよび第１風上側熱交換コア部１１ａのそれぞれと連通する第２冷媒集合部２３ｂおよび第１冷媒分配部１３ａ内に、冷凍機油が滞留している（図中の点ハッチング参照）。

一方、本実施形態に係る冷媒蒸発器１では、図７（ａ）に示すように、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に形成された貫通穴１３２を介して、第２風上側タンク部１３内の液相冷媒が、第２冷媒分配部１３ｂから第１冷媒分配部１３ａへ流入する。このため、比較例に係る冷媒蒸発器１と比較して、風上側熱交換コア部１１の第１風上側熱交換コア部１１ａに液相冷媒が流れ易くなっている。

このとき、第２冷媒分配部１３ｂから流入した液相冷媒によって、第１冷媒分配部１３ａを流通する冷媒流量が増加するため、第１冷媒分配部１３ａに滞留した冷凍機油が液相冷媒によって押し流される。

また、図６（ｃ）および図７（ｃ）に示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１および本実施形態に係る冷媒蒸発器１を送風空気の流れ方向Ｘから見たときに、それぞれ第２風上側熱交換コア部１１ｂおよび第２風下側熱交換コア部２１ｂにおける重合する部位の全域に液相冷媒が流れる。

ここで、図８は、比較例に係る冷媒蒸発器１（第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に貫通穴１３２が形成されていない冷媒蒸発器）における、圧縮機の作動をＯＦＦからＯＮに切り替えた際の各熱交換コア部１１、２１を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図であり、図９は、本実施形態に係る冷媒蒸発器１における、圧縮機の作動をＯＦＦからＯＮに切り替えた際の各熱交換コア部１１、２１を流れる液相冷媒の分布を説明するための説明図である。

上述したように、冷媒蒸発器１の風上側熱交換コア部１１において、第１風上側熱交換コア部１１ａは、第２風上側熱交換コア部１１ｂよりも液相冷媒が流れ難くなっている。このため、図８（ａ）に示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１では、圧縮機の作動を停止させた際に、第２風上側タンク部１３において第２冷媒分配部１３ｂ内に液相冷媒が多く残留する一方（図中の点ハッチング参照）、第１冷媒分配部１３ａ内に残留する液相冷媒量が少なくなる。

この状態で圧縮機を作動させると、図８（ｃ）に示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１では、風上側熱交換コア部１１の第１風上側熱交換コア部１１ａに液相冷媒が流れ難くなる。

そして、図８（ｃ）に示すように、比較例に係る冷媒蒸発器１を送風空気の流れ方向Ｘから見たときに、第１風上側熱交換コア部１１ａおよび第１風下側熱交換コア部２１ａにおける重合する部位の一部に液相冷媒が流れ難い箇所（図中左側の白抜き箇所）が生ずる。

このように液相冷媒が分布する比較例に係る冷媒蒸発器１では、液相冷媒が流れ難い箇所にて冷媒が送風空気から顕熱分を吸熱するだけで送風空気を充分に冷却することができない。この結果、冷媒蒸発器１を通過する送風空気に温度分布が生じてしまうこととなる。

これに対し、本実施形態に係る本実施形態に係る冷媒蒸発器１では、図９（ａ）に示すように、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に形成された貫通穴１３２を介して、第２風上側タンク部１３内の液相冷媒が、第２冷媒分配部１３ｂから第１冷媒分配部１３ａへ流入する。これにより、第２風上側タンク部１３において、第２冷媒分配部１３ｂの残留液相冷媒量と第１冷媒分配部１３ａの残留液相冷媒量が均一化される。

この状態で圧縮機を作動させると、図９（ｃ）に示すように、本実施形態に係る冷媒蒸発器１では、風上側熱交換コア部１１の各風上側熱交換コア部１１ａ、１１ｂでは、チューブ積層方向に均等に液相冷媒が流れ易くなっている。つまり、本実施形態に係る冷媒蒸発器１は、風上側熱交換コア部１１の各コア部１１ａ、１１ｂへの液相冷媒の分配の偏りが抑制されることとなる。

そして、図９（ｅ）に示すように、本実施形態に係る冷媒蒸発器１を送風空気の流れ方向Ｘから見たときに、第２風上側熱交換コア部１１ｂおよび第２風下側熱交換コア部２１ｂにおける重合する部位の全域に液相冷媒が流れる。

このように液相冷媒が分布する本実施形態に係る冷媒蒸発器１では、各熱交換コア部１１、２１のいずれかによって、冷媒が送風空気から顕熱および潜熱を吸熱するので、送風空気を充分に冷却することが可能となる。この結果、冷媒蒸発器１を通過する送風空気に温度分布が生じてしまうことが抑制される。

なお、圧縮機作動直後には、冷凍サイクルの膨張弁が閉じているので、風下側蒸発部２０に冷媒が直ぐには流入せず、圧縮機に近い側の風上側蒸発部１０内の冷媒がまず吸入される。このため、風下側蒸発部２０では冷媒と送風空気との熱交換がほとんど行われず、風上側蒸発部１０において冷媒と吹出空気との熱交換が行われることになる。したがって、圧縮機作動直後においては、風上側蒸発部１０の風上側熱交換コア部１１における液相冷媒の分布が、冷媒蒸発器１を通過する送風空気の温度分布に大きな影響を与える。

ところで、本実施形態の冷媒蒸発器１は、風下側蒸発部２０の熱交換コア部２１ａ、２１ｂを流れた冷媒を、冷媒入替部３０を介して風上側蒸発部１０の熱交換コア部１１ａ、１１ｂに流す際に、冷媒の流れを熱交換コア部の幅方向（左右方向）で入れ替える構成としている。この構成によれば、熱交換コア部１１ａ、１１ｂ、２１ａ０、２１ｂおいて液相冷媒が偏って分配されることを抑制し、冷媒蒸発器１を通過する送風空気に温度分布が生じることを抑制できる。

これに対し、本実施形態のように、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に形成された貫通穴１３２を形成すると、貫通穴１３２の構成によっては、上述した送風空気の温度分布抑制効果が低減する可能性がある。このため、使用する冷媒の種類や流量（流速）、貫通穴１３２の断面積や位置等を適宜設定することで、送風空気の温度分布抑制効果を得つつ、冷凍機油の流量確保効果および圧縮機作動直後における冷媒の分配性の悪化抑制効果を得ることができる。

冷媒蒸発器１内部の冷媒は気液二相状態であり、その流速に応じて流動様式が変化する。例えば、冷媒としてＨＦＣ系冷媒であるＲ１３４ａを採用した場合、高流速域においては噴霧流となり、気液混合状態となる。一方、低流速域においては層状流となり、気液分離状態となる。このため、冷媒の流動様式によって同じ断面積の貫通穴１３２を通過する際の圧力損失が変化し、通過流量も変化する。

具体的には、噴霧流は圧力損失が高くなり、層状流は圧力損失が低くなる。特に、層状流では、気液分離した気相冷媒と液相冷媒のうち、液相冷媒の方がさらに圧力損失が低くなるため、貫通穴１３２を通過しやすい傾向がある。

したがって、冷媒が噴霧流となる状態で使用する場合は、貫通穴１３２の断面積を大きくしても、当該貫通穴１３２を通過する際の圧力損失が大きいので、貫通穴１３２を通過する冷媒流量が少なくなり、送風空気の温度分布抑制効果を維持することができる。

一方、冷媒が層状流となる状態で使用する場合は、貫通穴１３２を通過する冷媒流量が顕著に変化するので、送風空気の温度分布抑制効果と冷凍機油の流量確保効果および圧縮機作動直後における冷媒の分配性の悪化抑制効果とのバランスを考慮して、貫通穴１３２の仕様を設定する。

また、冷凍機油および液相冷媒は、第２風上側タンク部１３における重力方向下方側に滞留しやすい。このため、冷凍機油および液相冷媒の液面に応じて、貫通穴１３２の設置位置を設定する。なお、この場合、第２風上側タンク部１３の断面積等により冷凍機油および液相冷媒の液面高さを調整してもよい。

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

（１）上述の実施形態では、第１風下側熱交換コア部２１ａからの冷媒を第２風上側熱交換コア部１１ｂへ導く第１冷媒流路と、第２風下側熱交換コア部２１ｂからの冷媒を第１風上側熱交換コア部１１ａへ導く第２冷媒流路とを接続する接続流路として、第２風上側タンク部１３の仕切部材１３１に形成された貫通穴１３２を採用した例について説明したが、接続流路はこれに限定されない。

例えば、接続流路として、図１０に示すように、第１分配部連結部材３２ａと第２分配部連結部材３２ｂとを接続する接続部３５を設けてもよい。また、接続流路としては、第１集合部連結部材３１ａと第２集合部連結部材３１ｂとを接続する接続部を設けてもよい。また、中間タンク部３３において、第１冷媒流通路３３ａと第２冷媒流通路３３ｂとを連通させる連通穴を設けてもよい。

（２）上述の実施形態では、冷媒入替部３０を一対の集合部連結部材３１ａ、３１ｂ、一対の分配部連結部材３２ａ、３２ｂ、および中間タンク部３３で構成する例を説明したが、これに限らず、例えば、冷媒入替部３０の中間タンク部３３を廃し、各連結部材３１ａ、３１ｂ、３２ａ、３２ｂ同士を直接接続するように構成してもよい。

（３）上述の実施形態では、冷媒蒸発器１として、送風空気の流れ方向から見たときに、第１風上側熱交換コア部１１ａおよび第１風下側熱交換コア部２１ａが重合するように配置されると共に、第２風上側熱交換コア部１１ｂおよび第２風下側熱交換コア部２１ｂが重合するように配置される例について説明したが、これに限られない。冷媒蒸発器１としては、送風空気の流れ方向から見たときに、第１風上側熱交換コア部１１ａおよび第１風下側熱交換コア部２１ａの少なくとも一部が重合するように配置したり、第２風上側熱交換コア部１１ｂおよび第２風下側熱交換コア部２１ｂの少なくとも一部が重合するように配置したりしてもよい。

（４）上述の実施形態の如く、冷媒蒸発器１における風上側蒸発部１０を風下側蒸発部２０よりも送風空気の流れ方向Ｘにおける上流側に配置することが望ましいが、これに限らず、風上側蒸発部１０を風下側蒸発部２０よりも送風空気の流れ方向Ｘにおける下流側に配置するようにしてもよい。

（５）上述の実施形態では、各熱交換コア部１１、２１を複数のチューブ１１１、２１１とフィン１１２、２１２で構成する例を説明したが、これに限らず、複数のチューブ１１１、２１１だけで各熱交換コア部１１、２１を構成するようにしてもよい。また、各熱交換コア部１１、２１を複数のチューブ１１１、２１１とフィン１１２、２１２で構成する場合、フィン１１２、２１２は、コルゲートフィンに限らずプレートフィンを採用してもよい。

（６）上述の実施形態では、冷媒蒸発器１を車両用空調装置の冷凍サイクルに適用する例について説明したが、これに限らず、例えば、給湯機等に用いられる冷凍サイクルに適用してもよい。

１０ 風上側蒸発部（第２蒸発部）
１１ 風上側熱交換コア部（熱交換コア部）
１１ａ 第１風上側熱交換コア部（第３コア部）
１１ｂ 第２風上側熱交換コア部（第４コア部）
２０ 風下側蒸発部（第１蒸発部）
２１ 風下側熱交換コア部（熱交換コア部）
２１ａ 第１風下側熱交換コア部（第１コア部）
２１ｂ 第２風下側熱交換コア部（第２コア部）
１３２ 貫通穴（接続流路、連通部）

Claims (3)

1. 外部を流れる被冷却流体と冷媒との間で熱交換を行う冷媒蒸発器であって、
   前記被冷却流体の流れ方向に対して直列に配置された第１蒸発部（２０）および第２蒸発部（１０）を備え、
   前記第１蒸発部（２０）および前記第２蒸発部（１０）それぞれは、冷媒が流れる複数のチューブ（１１１、２１１）を積層して構成された熱交換コア部（１１、２１）を有し、
   前記第１蒸発部（２０）における前記熱交換コア部（２１）は、前記複数のチューブ（２１１）のうち、一部のチューブ群で構成される第１コア部（２１ａ）、および残部のチューブ群で構成される第２コア部（２１ｂ）を有し、
   前記第２蒸発部（１０）における前記熱交換コア部（１１）は、前記複数のチューブ（１１１）のうち、前記被冷却流体の流れ方向において前記第１コア部（２１ａ）の少なくとも一部と対向するチューブ群で構成される第３コア部（１１ａ）、および前記被冷却流体の流れ方向において前記第２コア部（２１ｂ）の少なくとも一部と対向するチューブ群で構成される第４コア部（１１ｂ）を有し、
   さらに、前記第１コア部（２１ａ）からの冷媒を前記第４コア部（１１ｂ）へ導く第１冷媒流路と、前記第２コア部（２１ｂ）からの冷媒を前記第３コア部（１１ａ）へ導く第２冷媒流路とを接続する接続流路（１３２、３５）を備えるとともに、液相冷媒が前記接続流路（１３２、３５）を介して前記第１冷媒流路と前記第２冷媒流路との間で双方向に移動可能に構成されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
2. 前記第１蒸発部（２０）および前記第２蒸発部（１０）それぞれは、前記複数のチューブ（１１１、２１１）の両端部に接続され、前記複数のチューブ（１１１、２１１）を流れる冷媒の集合あるいは分配を行う一対のタンク部（１２、１３、２２、２３）を有し、
   前記第１蒸発部（２０）における前記一対のタンク部（２２、２３）のうち、一方のタンク部（２３）は、前記第１コア部（２１ａ）からの冷媒を集合させる第１冷媒集合部（２３ａ）、前記第２コア部（２１ｂ）からの冷媒を集合させる第２冷媒集合部（２３ｂ）を含んで構成され、
   前記第２蒸発部（１０）における前記一対のタンク部（１２、１３）のうち、一方のタンク部（１３）は、前記第３コア部（１１ａ）に冷媒を分配させる第１冷媒分配部（１３ａ）、前記第４コア部（１１ｂ）に冷媒を分配させる第２冷媒分配部（１３ｂ）を含んで構成され、
   前記第１蒸発部（２０）および前記第２蒸発部（１０）は、前記第１冷媒集合部（２３ａ）の冷媒を前記第２冷媒分配部（１３ｂ）に導く第１連通部（３１ａ、３２ｂ、３３ａ）、および、前記第２冷媒集合部（２３ｂ）の冷媒を前記第１冷媒分配部（１３ａ）に導く第２連通部（３１ｂ、３２ａ、３３ｂ）を介して連結されており、
   前記接続流路は、前記第１冷媒集合部（２３ａ）、前記第２冷媒分配部（１３ｂ）および前記第１連通部（３１ａ、３２ｂ、３３ａ）のうちいずれか１つと、前記第２冷媒集合部（２３ｂ）、前記第１冷媒分配部（１３ａ）および前記第２連通部（３１ｂ、３２ａ、３３ｂ）のうちいずれか１つとを連通させる連通部（１３２、３５）であることを特徴とする請求項１に記載の冷媒蒸発器。
3. 前記連通部（１３２）は、前記第２冷媒分配部（１３ｂ）と前記第１冷媒分配部（１３ａ）とを連通させることを特徴とする請求項２に記載の冷媒蒸発器。

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