JP6140426B2 - 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２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通風方向にのびる波頂部、通風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、エバポレータの隣り合う冷媒流通管どうしの間に配置されたコルゲートフィンの連結部間に挿入されたサーミスタにより検出された温度に基づいて圧縮機をオン、オフさせることによって、エバポレータが、凝縮水が凍結しない程度に低温（５℃程度）に維持され、エバポレータを通過して冷却された後にエンジン冷却水により高温（９０℃程度）に維持されたヒータコアを通過した空気と、エバポレータを通過して冷却された後にヒータコアを迂回した空気とを混合することにより、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。しかしながら、エバポレータの凝縮水が凍結するのを防止するために圧縮機をオフにした時にサーミスタにより検出されるエバポレータの温度が急激に上昇すると、圧縮機のオン、オフが頻繁に切り替わることになって燃費が悪化する。そこで、エバポレータの温度の急激な上昇を抑制し、圧縮機がオフからオンに切り替わるまでの時間を長くすることによって、燃費を改善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、圧縮機のオン、オフのサイクルを長く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、通風方向にのびる波頂部、通風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フィンが配置されており、コルゲートフィンの連結部に、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ているエバポレータにおいて、
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、冷媒流通管の厚み方向に並んだ複数のコルゲートフィンと、隣り合う２つのコルゲートフィン間に介在させられた保水板とが配置されており、コルゲートフィンが、複数のコルゲートフィンが配置された通風間隙の両側に位置する管組の両冷媒流通管に跨るように配置され、１つの通風間隙に配置された複数のコルゲートフィンの連結部が、保水板に向かって下方に傾斜しており、保水板に、上下方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴からなる穴列が、通風方向に間隔をおいて２列設けられているエバポレータ。

2)保水板の貫通穴が、コルゲートフィンの保水板へのろう付部の上下に跨るように形成されている上記1)記載のエバポレータ。

3)保水板の風下側縁部または風上側縁部に、通風方向外側に突出した突出部が設けられている上記1)または2)記載のエバポレータ。

上記1)〜3)のエバポレータによれば、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、冷媒流通管の厚み方向に並んだ複数のコルゲートフィンと、隣り合う２つのコルゲートフィン間に介在させられた保水板とが配置されており、コルゲートフィンが、複数のコルゲートフィンが配置された通風間隙の両側に位置する管組の両冷媒流通管に跨るように配置され、１つの通風間隙に配置された複数のコルゲートフィンの連結部が、保水板に向かって下方に傾斜しており、保水板に、上下方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴からなる穴列が、通風方向に間隔をおいて２列設けられているので、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、コルゲートフィンの連結部に沿って保水板側に流れ、連結部と保水板との間の入り隅部に溜まり、前記入り隅部からあふれてコルゲートフィンの連結部における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。また、前記入り隅部に溜まった凝縮水は風下側に流れ、保水板の風下側縁部に沿って下方に流下する。したがって、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水は、連結部と保水板との間の入り隅部に比較的多く溜まった後に排水されることになり、圧縮機のオフ時に、前記入り隅部に溜まっている凝縮水の冷熱によって、エバポレータの温度の急激な上昇を抑制することができる。その結果、圧縮機が、オフからオンに切り替わるまでの時間を延ばすことができ、圧縮機のオン、オフサイクルを長くすることが可能になって、自動車の燃費の向上を図ることができる。

しかも、連結部と保水板との間の入り隅部に比較的多く溜まるので、多量の凝縮水の凍結を防止することができる。すなわち、熱交換管とコルゲートフィンの連結部との間の入り隅部に多くの凝縮水が溜まると、熱交換管内を低温の冷媒が流れているために熱交換管の表面が低温になっており、溜まった凝縮水が凍結しやすくなって、比較的多量の凝縮水が凍結することになる。これに対し、連結部と保水板との間の入り隅部に比較的多くの凝縮水が溜まったとしても、保水板の表面温度は熱交換管の表面温度に比べて高くなり、多量の凝縮水の凍結が防止される。

また、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水が、コルゲートフィンの連結部に沿って保水板側に流れるので、冷媒の流れる熱交換管の表面に残る凝縮水の量は少量となり、熱交換管内を流れる冷媒とコルゲートフィンとの間の熱伝導性が向上する。

また、上記1)および2)のエバポレータの場合、コルゲートフィンの表面に発生してコルゲートフィンの連結部に沿って保水板側に流れた凝縮水は、前記入り隅部に溜まるとともに貫通穴内にも溜まった後に排水されることになる。したがって、圧縮機が停止した際に、前記貫通穴に溜まっている凝縮水の冷熱を有効利用することにより、エバポレータの温度の急激な上昇を一層効果的に抑制することが可能になる。

さらに、上記1)および2)のエバポレータによれば、コルゲートフィンの表面に発生してコルゲートフィンの連結部に沿って保水板側に流れた凝縮水は、保水板の複数の貫通穴内に順次溜まった後に排水されることになる。したがって、圧縮機が停止した際に、前記貫通穴に溜まっている凝縮水の冷熱を有効利用することにより、エバポレータの温度の急激な上昇を一層効果的に抑制することが可能 上記3)のエバポレータによれば、次の効果を奏する。すなわち、エバポレータを製造するにあたって、すべての部品を組み合わせて仮止めした後一括してろう付する際には、通風間隙に配置されるすべてのコルゲートフィンの連結部を水平状態にしておき、ろう付後に、突出部を上方から下方に押すことによって保水板を下方に移動させ、これにより連結部が保水板に向かって下方に傾斜させることができる。

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のエバポレータを前方から見た際の一部分を示す部分正面図である。 図１のエバポレータに用いられている保水板を示す斜視図である。 図１のエバポレータを製造する方法の一工程を示す部分正面図である。

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１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および図２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および図３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）に位置しかつ長手方向を左右方向に向けた風下側上ヘッダ部(5)と、後側（通風方向上流側）に位置しかつ長手方向を左右方向に向けるとともに、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、前側に位置しかつ長手方向を左右方向に向けた風下側下ヘッダ部(9)と、後側に位置しかつ長手方向を左右方向に向けるとともに、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、図示しない適当な手段により通じさせられている。

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(12)からなる複数の管組(13)が、冷媒流通管(12)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(13)どうしの間に通風間隙(14)が形成されている。風下側の冷媒流通管(12)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(12)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。

図１および図２に示すように、熱交換コア部(4)のすべての通風間隙(14)のうちの少なくとも一部の通風間隙(14)、ここではすべての通風間隙(14)に、左右方向（冷媒流通管(13)の厚み方向）に並んだ複数、ここでは２つのアルミニウム製コルゲートフィン(15)と、隣り合う２つのコルゲートフィン(15)間に介在させられた縦長方形のアルミニウム製保水板(16)とが配置されている。

コルゲートフィン(15)は、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（通風方向）にのびる波頂部(15a)、前後方向にのびる波底部(15b)、および波頂部(15a)と波底部(15b)とを連結する連結部(15c)よりなり、各管組(13)の前後両冷媒流通管(12)に跨るように配置され、波頂部(15a)および波底部(15b)のうちのいずれか一方が冷媒流通管(12)にろう付され、同他方が保水板(16)にろう付されている。図示は省略したが、コルゲートフィン(15)の連結部(15a)に、連結部(15a)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ている。１つの通風間隙(14)に配置された複数のコルゲートフィン(15)の連結部(15c)は、保水板(16)に向かって下方に傾斜している。

図３に示すように、保水板(16)に、上下方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴(17)からなる穴列が、通風方向に間隔をおいて２列、すなわち管組(13)を構成する冷媒流通管(12)と同数設けられている貫通穴(17)は、通風方向の外側に向かって下方、すなわち風上側貫通穴(17)は風上側に向かって下方、風下側貫通穴(17)は風下側に向かって下方に傾斜している。図示は省略したが、保水板(16)の貫通穴(17)は、コルゲートフィン(15)の少なくとも１つの波頂部(15a)または波底部(15b)における保水板(16)へろう付された部分の上下に跨るように形成されている。また、図示は省略したが、保水板(16)の貫通穴(17)は、全てが側方から見て冷媒流通管(12)の通風方向の範囲内に形成されていてもよく、あるいは一部分が冷媒流通管(12)の通風方向の範囲内からずれるように形成されていてもよい。さらに、保水板(16)の風下側縁部および風上側縁部のうちいずれか一方、ここでは風下側縁部の上端部に通風方向外側に突出した突出部(18)が一体に設けられている。

なお、貫通穴(17)は、必ずしも通風方向の外側に向かって下方に傾斜している必要はなく、これとは逆に通風方向内側に向かって下方に傾斜していたり、水平であったりしてもよい。

上述したエバポレータ(1)は、すべての部品を組み合わせて仮止めした後一括してろう付することにより製造される。すべての部品の組み合わせおよび一括ろう付の際には、図４に示すように、通風間隙(14)に配置されるすべてのコルゲートフィン(15)の連結部(15c)は水平状態であり、ろう付後に、突出部(18)を上方から下方に押すことによって保水板(16)を下方に移動させ、これにより連結部(15c)が保水板(16)に向かって下方に傾斜させられる。

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(12)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(12)内を流れる間に、通風間隙(14)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(12)内を流れる冷媒により冷却されて、コルゲートフィン(15)の表面に凝縮水が発生する。コルゲートフィン(15)の表面に発生した凝縮水は、連結部(15c)に沿って保水板(16)側に流れ、波頂部(15a)および波底部(15b)のうちの保水板(16)にろう付された部分の上側において連結部(15c)と保水板(16)との間に形成された入り隅部(19)、および波頂部(15a)および波底部(15b)のうちの保水板(16)にろう付された部分における冷媒流通管(12)側を向いた屈曲内側部分(20)に溜まる。凝縮水が、入り隅部(19)および屈曲内側部分(20)からあふれると、連結部(15c)に設けられた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。また、入り隅部(19)および屈曲内側部分(20)に溜まった凝縮水は、風により風下側に流され、保水板(16)の風下側縁部に沿って下方に流下する。

したがって、コルゲートフィン(15)の表面に発生した凝縮水は、入り隅部(19)および屈曲内側部分(20)に比較的多く溜まった後に排水されることになり、圧縮機のオフ時に、入り隅部(19)および屈曲内側部分(20)に溜まっている凝縮水の冷熱によりエバポレータ(1)が冷却されることになって、コルゲートフィン(15)の連結部(15c)間に挿入されるサーミスタ（図示略）により検出されるエバポレータ(1)の温度の急激な上昇を抑制することができる。その結果、圧縮機が、オフからオンに切り替わるまでの時間を延ばすことができ、圧縮機のオン、オフサイクルを長くすることが可能になって、自動車の燃費の向上を図ることができる。

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(14)に複数のコルゲートフィン(15)および保水板(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(14)のうち一部の複数の通風間隙(14)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(14)に複数のコルゲートフィン(15)および保水板(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
(12)：冷媒流通管
(13)：管組
(14)：通風間隙
(15)：コルゲートフィン
(15a)：波頂部
(15b)：波底部
(15c)：連結部
(16)：保水板
(17)：貫通穴
(18)：突出部

Claims (3)

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、通風方向にのびる波頂部、通風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フィンが配置されており、コルゲートフィンの連結部に、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ているエバポレータにおいて、
   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、冷媒流通管の厚み方向に並んだ複数のコルゲートフィンと、隣り合う２つのコルゲートフィン間に介在させられた保水板とが配置されており、コルゲートフィンが、複数のコルゲートフィンが配置された通風間隙の両側に位置する管組の両冷媒流通管に跨るように配置され、１つの通風間隙に配置された複数のコルゲートフィンの連結部が、保水板に向かって下方に傾斜しており、保水板に、上下方向に間隔をおいて形成された複数の貫通穴からなる穴列が、通風方向に間隔をおいて２列設けられているエバポレータ。
2. 保水板の貫通穴が、コルゲートフィンの保水板へのろう付部の上下に跨るように形成されている請求項１記載のエバポレータ。
3. 保水板の風下側縁部または風上側縁部に、通風方向外側に突出した突出部が設けられている請求項１または２記載のエバポレータ。

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