JPH08159571A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 均一な冷媒分布と温度分布を実現することに
よって、優れた快適性及び熱交換性能を備えた熱交換器
を提供すること。 【構成】 熱交換器１０は、冷媒と空気との熱交換を行
なう蒸発部１２と、蒸発部１２に流入する冷媒と蒸発部
１２から流出する冷媒との熱交換を行なう冷媒熱交換部
１４とからなる。蒸発部１２は第１蒸発部１５と第２蒸
発部１６とからなり、冷媒熱交換部１４は第１冷媒熱交
換部２１と第２冷媒熱交換部２２とからなる。第１冷媒
熱交換部２１には、膨張弁６から分岐した冷媒が流入す
る第１冷媒流入路２１ａと第２蒸発部１６からの冷媒が
流入する第１冷媒流出路２１ｂとが、熱交換可能に配置
され、第２冷媒熱交換部２２には、膨張弁６から分岐し
た冷媒が流入する第２冷媒流入路２２ａと第１蒸発部１
５からの冷媒が流入する第２冷媒流出路２２ｂとが、熱
交換可能に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器に関し、詳しく
は例えば自動車用空気調和装置等の冷凍サイクルに用い
られる熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置等の冷凍
サイクルを構成する冷房装置は、圧縮機，凝縮器，受液
器，膨張弁，（複数の蒸発流路を有する）蒸発器等によ
り構成されており、この密閉された回路へ冷媒を循環さ
せることにより、蒸発器の冷媒と室内空気とで熱交換を
行なって室内を冷却している。

【０００３】前記冷凍サイクルにおいては、膨張弁を通
って断熱膨張した冷媒は、ガスと液との二相流の状態と
なって蒸発器に入り、ここで外部より熱を吸収して気化
（蒸発）し、室内空気の冷却作用を果たし、その後、冷
媒は過熱蒸気となって圧縮機に吸入される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記の様な
冷房装置であっても、必ずしも十分でなく、一層の改善
が望まれていた。つまり、従来の冷房装置の蒸発器で
は、その複数の蒸発流路にて冷媒が並列に流れながら蒸
発する構造となっているため、蒸発器に流入する空気の
温度や風量が均一でない場合、空気の伝熱量が蒸発器内
の各蒸発流路で変化し、各蒸発流路における冷媒の蒸発
量が均一とならない。そのため、蒸発器の出口近傍で
は、各蒸発流路において、冷媒の過熱度が均一でない現
象が発生する。

【０００５】一方、蒸発器内部の圧力降下は、流速が速
くなるほど大きくなるため、即ち、乾き度が高い領域
（＝過熱度領域）ほど大きくなるため、上述した冷媒蒸
発量の不均一により、各蒸発流路の過熱度領域が均一で
ない場合、各蒸発流路での圧力損失（抵抗）が不均一と
なる。また、過熱度領域の長い流路、即ち、冷媒蒸発量
の多い流路では、抵抗が増大する。

【０００６】その結果、抵抗の増加→冷媒の質量流量の
低下→過熱度領域の拡大→更に抵抗が増加→質量の流量
の低下、といった悪循環が起き、冷房装置における空気
の吹出し温度の分布の不均一が助長されることになる。
この吹出し温度の分布の不均一は、冷房装置の左右のエ
アグリルからの風の吹出し温度の不均一をもたらし、快
適性に大きな影響を与える。また、冷媒の蒸発器内の分
布が不均一になると、冷媒供給量が不足する領域が発生
し、蒸発器の性能の低下をもたらす。

【０００７】この対策として、膨張弁の上流側の高温配
管の冷媒と蒸発器の下流側の低温配管の冷媒とを熱交換
させ、蒸発器内部での液体状の冷媒が存在する距離を長
くし、蒸発器末端での冷媒が過熱蒸気になる様にして、
前記の不均一冷却を抑えた技術が提案されている（日本
電装公開技報第４０−０７６号参照）。

【０００８】また、上述した様に大きな抵抗となる過熱
度領域の熱交換を行なう部位を、蒸発器である空気との
熱交換を行なう部位とは異なる部位に設けることによっ
て、空気と熱交換を行なう部位の伝熱量を均一にして、
吹出し空気温度を一定にする技術が提案されている。

【０００９】つまり、図６（ａ）に示す様に、複数の蒸
発流路を有し空気との熱交換を行なう蒸発部Ｐ１と、冷
媒流入路（被冷却流路）Ｐ２及び冷媒流出路（冷却流
路）Ｐ３を並列に配置して冷媒間で熱交換を行なう冷媒
熱交換部Ｐ４と、冷媒流入路Ｐ２の上流側に配置された
膨張弁（減圧弁）Ｐ５と、冷媒流入路Ｐ２と蒸発部Ｐ１
との間に配置された固定の絞り部Ｐ６と、圧縮機Ｐ７や
凝縮器Ｐ８等を備えた冷房装置が提案されている（特開
平５−１９６３２１号公報参照）。尚、前記蒸発部Ｐ１
及び冷媒熱交換部Ｐ４等の直接に熱交換を行なう機構を
熱交換器と称する。

【００１０】しかしながら、実際にこの様な熱交換器を
備えた冷房装置を車両に搭載する場合、図６（ｂ）に示
す様に、送風用のファンから送られている風には分布が
あるため、蒸発部Ｐ１の各蒸発流路Ｐ１ａ，Ｐ１ｂの過
熱度領域（スーパーヒート領域）の大きさ及び冷媒流量
は均一とはならず、その吹出し温度には分布が発生して
しまう。その結果、車両室内の快適性が低下するととも
に、熱交換性能が低下するという問題がある。

【００１１】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れたものであり、均一な冷媒分布と温度分布を実現する
ことによって、優れた快適性及び熱交換性能を備えた熱
交換器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルに
て、該冷媒の減圧を行なう膨張弁の下流側に配置され、
該冷媒と外部ガスとの熱交換を行なう蒸発部と冷媒同士
の熱交換を行なう冷媒熱交換部とを備えた熱交換器にお
いて、前記蒸発部内に少なくとも第１蒸発部及び第２蒸
発部を設けるとともに、前記冷媒熱交換部内に少なくと
も第１冷媒熱交換部及び第２冷媒熱交換部を設けること
により、冷媒の流路を２つ以上に分離し、前記第１冷媒
熱交換部にて、前記第１蒸発部に流入する冷媒と前記第
２蒸発部から流出する冷媒との熱交換を行なうととも
に、前記第２冷媒熱交換部にて、前記第２蒸発部に流入
する冷媒と前記第１蒸発部から流出する冷媒との熱交換
を行なうことを特徴とする熱交換器を要旨とする。

【００１３】請求項２の発明は、前記各冷媒熱交換部に
は、前記各蒸発部に流入する冷媒の冷媒流入路と各蒸発
部から流出する冷媒の冷媒流出路とを各々近接して設け
たことを特徴とする前記請求項１記載の熱交換器を要旨
とする。

【００１４】請求項３の発明は、前記各冷媒流入路と各
蒸発部との間には、冷媒の減圧を行なう絞り部を各々設
けたことを特徴とする前記請求項２記載の熱交換器を要
旨とする。請求項４の発明は、前記冷媒熱交換部の下流
側に感温部が設けられ、この感温部で検知した冷媒温度
に基づいて前記膨張弁の開度を調節することを特徴とす
る前記請求項１〜３のいずれか記載の熱交換器を要旨と
する。

【００１５】

【作用及び発明の効果】請求項１の発明の熱交換器は、
冷媒を循環させる冷凍サイクルにて、冷媒の減圧を行な
う膨張弁の下流側に配置されるものであり、その蒸発部
にて冷媒と外部ガスとの熱交換を行なうとともに、冷媒
熱交換部にて冷媒同士の熱交換を行なう。特に本発明で
は、蒸発部内に少なくとも第１蒸発部及び第２蒸発部を
設けるとともに、冷媒熱交換部内に少なくとも第１冷媒
熱交換部及び第２冷媒熱交換部を設けることにより、冷
媒の流路を２つ以上に分離している。そして、第１冷媒
熱交換部にて、第１蒸発部に流入する冷媒と第２蒸発部
から流出する冷媒との熱交換を行なうとともに、第２冷
媒熱交換部にて、第２蒸発部に流入する冷媒と第１蒸発
部から流出する冷媒との熱交換を行なう。

【００１６】ここで、本発明の熱交換器の作用を、図１
に示す２つの冷媒の流路を有する熱交換器を例に挙げ、
従来例と比較して詳細に説明する。前記図６（ａ）の従
来の熱交換器を備えた冷房装置では、図７に示す様に、
冷媒流入路Ｐ２（ｄ点〜ｅ点）の冷媒の熱が、冷媒流出
路Ｐ３（ｇ点〜ａ点）の冷媒に流れるので、冷媒流入路
Ｐ２の冷媒が冷却されるとともに、冷媒流出路Ｐ３の冷
媒は加熱されて過熱度を持つようになる。この時、蒸発
部Ｐ１内の各蒸発流路の風量のムラによって過熱度のム
ラが生じた場合、従来の構成では、単一の冷媒熱交換部
Ｐ４にて過熱度がならされた冷媒に応じて膨張弁Ｐ５が
制御されるだけなので、冷媒流量が適切に調節されず、
結果として、吹出す空気の温度ムラや熱交換性能が低下
が生じる。

【００１７】それに対して、本発明では、図１（ａ）に
示す様に、膨張弁Ｓ１から流出し、一方の流路Ａ側に分
岐した冷媒は、第１冷媒熱交換部Ｓ２の冷媒流入路Ｓ２
ａを介して第１蒸発部Ｓ３に供給され、空気との熱交換
を行った後に第１蒸発部Ｓ３から流出し、第２冷媒熱交
換部Ｓ４の冷媒流出路Ｓ４ｂを介して、図示しない圧縮
機に供給される。また、同様に、膨張弁Ｓ１から流出
し、他方の流路Ｂ側に分岐した冷媒は、第２冷媒熱交換
部Ｓ４の冷媒流入路Ｓ４ａを介して第２蒸発部Ｓ５に供
給され、空気との熱交換を行った後に第２蒸発部Ｓ５か
ら流出し、第１冷媒熱交換部Ｓ２の冷媒流出路Ｓ２ｂを
介して、図示しない圧縮機に供給される。

【００１８】従って、図１（ｂ）に示す様に、例えば第
１蒸発部Ｓ３の冷媒の過熱度が（風量の増加によって）
大きくなった場合に、第１蒸発部Ｓ３から流出する冷媒
の温度が例えば２℃から１３℃に上昇すると、第２冷媒
熱交換部Ｓ４において、冷媒流入路Ｓ４ａの冷媒から冷
媒流出路Ｓ４ｂの冷媒への熱の移動が低下するので（吸
熱量の低下）、冷媒流入路Ｓ４ａにおける冷媒の凝縮量
が低下する。その結果、第２蒸発部Ｓ５における冷媒の
過熱度が、第１蒸発部Ｓ３と同様に上昇することにな
る。

【００１９】つまり、本発明の様に、冷媒の流路を分離
して構成することによって、従来の様に過熱度をならす
のでなく、蒸発部の全ての領域における過熱度が（大き
な過熱度側に）揃う様に機能するので、この過熱度を例
えば感温筒Ｓ６などで検知して膨張弁Ｓ１を調節するこ
とによって、適切に冷媒流量を制御することができる。
その結果、例えば送風用のファン等による風量のムラが
あったとしても、均一な冷媒分布と温度分布を実現でき
るので、冷房装置の快適性が向上し、しかもその熱交換
性能も向上するという顕著な効果を奏する。

【００２０】請求項２の発明では、各冷媒熱交換部に、
各蒸発部に流入する冷媒の冷媒流入路と各蒸発部から流
出する冷媒の冷媒流出路とを各々近接して設けてあるの
で、この冷媒流入路及び冷媒流出路にて冷媒の熱交換を
効率よく行なうことができる請求項３の発明では、各冷
媒流入路と各蒸発部との間に絞り部を設けてあるので、
膨張弁で減圧した冷媒を、更にこの絞り部にて減圧を行
なうことにより、蒸発部に、低圧の冷媒を供給すること
ができる。

【００２１】請求項４の発明では、冷媒熱交換部の下流
側に例えば感温筒である感温部が設けられ、この感温部
で検知した冷媒温度に基づいて膨張弁の開度を調節する
ので、熱交換器から流出する過熱度（冷媒温度）に応じ
て、適切に冷媒流量を制御することができる。

【００２２】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の冷凍装置の好適な実施例
について説明する。図２は、本実施例の熱交換器を適用
した冷凍サイクルの概略構成図である。

【００２３】図２に示す様に、１は圧縮機（コンプレッ
サ）であり、車両用に適用された場合には内燃機関（図
示せず）で回転駆動され、ガス状の冷媒を圧縮して凝縮
器２に送るものである。この凝縮器２は、冷媒を外部の
空気により冷却して液状の冷媒として、レシーバ４に送
るように接続されている。レシーバ４は、冷媒を一時蓄
えると共に、冷媒中の塵や水分を取り除くものであり、
レシーバ４を出た冷媒は、膨張弁６に送られる。

【００２４】膨張弁６は、送られてきた冷媒を減圧させ
るものであり、この膨張弁６には、キャピラリーチュー
ブ７を介して、感温筒８が接続されている。感温筒８
は、後述する熱交換器１０の下流側の排出管路１１に配
置されており、この排出管路１１を流れる冷媒の温度に
応じて、膨張弁６の開度を調節する。具体的には、冷媒
の過熱度（温度）が高いほど、膨張弁６の開度を大きく
して、冷媒流量を増大する様にされている。

【００２５】そして、本実施例の熱交換器１０は、２つ
の互いに分離された冷媒の流路を備えており、主とし
て、冷媒と車室内の空気との熱交換を行なう蒸発部１２
と、蒸発部１２に流入する冷媒と蒸発部１２から流出す
る冷媒との間で熱交換を行なう冷媒熱交換部１４とから
構成されている。

【００２６】このうち、蒸発部１２は、第１蒸発部１５
と第２蒸発部１６とからなり、図３及び図４に示す様
に、その内部の複数の蒸発流路１５ａ，１６ａを形成す
るために、複数のコアプレート１７が、フィン１９を挟
んで積層されたものである。尚、図５に示す様に、コア
プレート１７の形状は、第１蒸発部１５と第２蒸発部１
６とでは、多少異なる。つまり、第１蒸発部１５を構成
するコアプレート１７ａの下部には、各蒸発流路１５ａ
を連結するためと第２蒸発部１６側に冷媒を送るために
４箇所に連通孔１５ａ1〜4が形成されているが、第２蒸
発部１６を構成するプレート１７ｂの下部には、各蒸発
流路１６ａを連結するために、２箇所に連通孔１７ｂ
1，2が形成されている。

【００２７】一方、冷媒熱交換部１４は、第１冷媒熱交
換部２１と第２冷媒熱交換部２２とからなり、図４に示
す様に、側板２５とセンタプレート２６との間に複数の
プレート２７が積層されたものである。尚、側板２５の
上部には、ジョイントブロック２８が設けられ、このジ
ョイントブロック２８に、冷媒の入口孔２９及び出口孔
３０が設けられている。

【００２８】また、図２に示す様に、前記第１冷媒熱交
換部２１には、膨張弁６から分岐して供給される冷媒が
流入する第１冷媒流入路２１ａと第２蒸発部１６から供
給される冷媒が流入する第１冷媒流出路２１ｂとが、互
いに熱交換可能に近接して配置されている。更に、第２
冷媒熱交換部２２には、膨張弁６から分岐して供給され
る冷媒が流入する第２冷媒流入路２２ａと第１蒸発部１
５から供給される冷媒が流入する第２冷媒流出路２２ｂ
とが、互いに熱交換可能に近接して配置されている。

【００２９】尚、各冷媒流入路２１ａ，２２ａと各蒸発
部１５，１６との間には、更に減圧を行なう固定の絞り
部３１，３３が配置されている。次に、上述した構造の
本実施例の熱交換器１０を備えた冷凍サイクルにおける
冷媒の流れ及びその作用について、図２及び図３に基づ
いて、説明する。

【００３０】まず、コンプレッサ１の駆動により、ガス
状の冷媒が吸入されて圧縮され、凝縮器２に送られる。
凝縮器２では、冷媒と空気との間で熱交換を行い、高温
の冷媒を空気により冷却して、液状の冷媒としてレシー
バ４に送る。レシーバ４に送られた冷媒は、一時蓄えら
れて、膨張弁６に送られる。この膨張弁６を通過した冷
媒は、その開度に応じて流量が調節されると共に減圧さ
れて、熱交換器１０の入口孔２９に送られる。

【００３１】そして、Ａ側（図１）に分岐した冷媒は、
第１冷媒熱交換部２１の第１冷媒流入路２１ａを介して
更に冷却され、絞り部３１に達する。その後、絞り部３
１を介して減圧され、第１蒸発部１５の蒸発流路１５ａ
に送られる。そして、冷媒が蒸発流路１５ａ内にあると
きには、冷媒と空気との間で各コアプレート１７及びフ
ィン１９を介して熱交換が行われて、車室内へ供給され
る空気が冷却される。

【００３２】その後、第１蒸発部１５の蒸発流路１５ａ
から流出した冷媒は、第１熱交換部２１ではなく、第２
冷媒熱交換部２２の第２冷媒流出路２２ｂを通り、第２
冷媒流入路２２ａの冷媒から熱を奪った後、出口孔３０
を介して排出管路１１に排出される。

【００３３】一方、Ｂ側（図１）に分岐した冷媒は、第
２冷媒熱交換部２２の第２冷媒流入路２２ａを介して更
に冷却され、絞り部３３に達する。その後、絞り部３３
を介して減圧され、第２蒸発部１６の蒸発流路１６ａに
送られる。そして、冷媒が蒸発流路１６ａ内にあるとき
には、冷媒と空気との間で各コアプレート１７及びフィ
ン１９を介して熱交換が行われて、車室内へ供給される
空気が冷却される。

【００３４】その後、第２蒸発部１６の蒸発流路１６ａ
から流出した冷媒は、第２熱交換部２２ではなく、第１
冷媒熱交換部２１の第１冷媒流出路２１ｂを通り、第１
冷媒流入路２１ａの冷媒から熱を奪った後、前記と同様
に、出口孔３０を介して排出管路１１に排出される。

【００３５】そして、この排出管路１１に配置された感
温筒８によって検知された冷媒の過熱度（温度）に応じ
て、膨張弁６の開度を制御して、熱交換器１０側に供給
する冷媒流量を調節する。具体的には、冷媒温度が高い
場合は、膨張弁６の開度を増加して、冷媒流量を増や
し、逆に冷媒温度が低い場合は、膨張弁６の開度を減少
して、冷媒流量を低減する。

【００３６】この様に、本実施例の熱交換器１０におい
ては、１つの熱交換器１０内に、第１及び第２蒸発部１
５，１６と、第１及び第２冷媒蒸発部２１，２２とを設
けることによって、分離した２つの冷媒の（Ａ側及びＢ
側の）流路を形成し、第１冷媒流入路２１ａ及び第１冷
媒流出路２１ｂにて、膨張弁６から流入する冷媒と第２
蒸発部１６から流入する冷媒との熱交換を行なうととも
に、第２冷媒流入路２２ａ及び第２冷媒流出路２２ｂに
て、膨張弁６から流入する冷媒と第１蒸発部１５から流
入する冷媒との熱交換を行なっている。

【００３７】そのため、たとえ熱交換器１０にファンに
よって送られる風の温度や風量にムラがあり、その結
果、各蒸発流路１５ａ，１６ａの冷媒に過熱度のムラが
生じる場合でも、従来の様に単一の冷媒熱交換部にて過
熱度をならすのでなく、両冷媒熱交換部２１，２２から
流出する冷媒の過熱度を、両蒸発部１５，１６の過熱度
の大きいほうに対応して調節することができる。従っ
て、この大きな過熱度を感温筒８で検知することによっ
て、膨張弁６を制御して冷媒流量を増加することができ
る。その結果、蒸発部１２における過熱度が低減する方
向に調整されることになるので、熱交換性能が向上する
とともに、冷房のムラも無くなって快適性も向上すると
いう顕著な効果を奏する。

【００３８】尚、本発明は前記実施例に何等限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
態様で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の熱交換器を用いた冷凍サイクルの一
部を示し、（ａ）は熱交換器の流路を示す説明図、
（ｂ）はその要部を拡大して示す説明図である。

【図２】 実施例の熱交換器を適用した冷凍サイクルの
概略構成図である。

【図３】 実施例の熱交換器の流路を示す説明図であ
る。

【図４】 実施例の熱交換器の外観を表す斜視図であ
る。

【図５】 熱交換器のプレートを示す平面図である。

【図６】 従来技術を示し、（ａ）は冷凍サイクルの概
略構成図、（ｂ）はその要部を拡大して示す説明図であ
る。

【図７】 従来の冷凍サイクルのモリエル線図を表すグ
ラフである。

【符号の説明】

１…圧縮機（コンプレッサ） ２…凝縮器 ４…レシーバ ６…膨張弁 ８…感温筒 １０…熱交換
器 １２…蒸発部 １４…冷媒熱
交換部 １５…第１蒸発部 １６…第２蒸
発部 ２１…第１冷媒熱交換部 ２１ａ…第１
冷媒流入路 ２１ｂ…第１冷媒流出路 ２２…第２冷
媒熱交換部 ２２ａ…第２冷媒流入路 ２２ｂ…第２
冷媒流出路 ３１，３３…絞り部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を循環させる冷凍サイクルにて、該
   冷媒の減圧を行なう膨張弁の下流側に配置され、該冷媒
   と外部ガスとの熱交換を行なう蒸発部と冷媒同士の熱交
   換を行なう冷媒熱交換部とを備えた熱交換器において、 前記蒸発部内に少なくとも第１蒸発部及び第２蒸発部を
   設けるとともに、前記冷媒熱交換部内に少なくとも第１
   冷媒熱交換部及び第２冷媒熱交換部を設けることによ
   り、冷媒の流路を２つ以上に分離し、前記第１冷媒熱交
   換部にて、前記第１蒸発部に流入する冷媒と前記第２蒸
   発部から流出する冷媒との熱交換を行なうとともに、前
   記第２冷媒熱交換部にて、前記第２蒸発部に流入する冷
   媒と前記第１蒸発部から流出する冷媒との熱交換を行な
   うことを特徴とする熱交換器。
2. 【請求項２】 前記各冷媒熱交換部には、前記各蒸発部
   に流入する冷媒の冷媒流入路と各蒸発部から流出する冷
   媒の冷媒流出路とを各々近接して設けたことを特徴とす
   る前記請求項１記載の熱交換器。
3. 【請求項３】 前記各冷媒流入路と各蒸発部との間に
   は、冷媒の減圧を行なう絞り部を各々設けたことを特徴
   とする前記請求項２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】 前記冷媒熱交換部の下流側に感温部が設
   けられ、この感温部で検知した冷媒温度に基づいて前記
   膨張弁の開度を調節することを特徴とする前記請求項１
   〜３のいずれか記載の熱交換器。