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JP4480539B2 - 蒸発器 - Google Patents

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JP4480539B2 JP2004311372A JP2004311372A JP4480539B2 JP 4480539 B2 JP4480539 B2 JP 4480539B2 JP 2004311372 A JP2004311372 A JP 2004311372A JP 2004311372 A JP2004311372 A JP 2004311372A JP 4480539 B2 JP4480539 B2 JP 4480539B2
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Description

本発明は、二つの熱交換部を通風方向にならべて配置した蒸発器に関するものである。
特許文献1、2には、二つの熱交換部を通風方向にならべた蒸発器が開示されている。この蒸発器においては、各熱交換部は左右に2つのパス(熱交換通路群)に分割されている。蒸発器内を流通する冷媒は、入口→第1パス(入口側熱交換部の第1パス)→第2パス(入口側熱交換部の第2パス)→連通路→第3パス(出口側熱交換部の第1パス)→第4パス(出口側熱交換部の第2パス)→出口の順番に流れる。通風方向に沿って見ると、左半分では第1パスと第4パスが重なり合い且つ右半分では第2パスと第3パスとが重なり合っている。
実開平7−12778号公報 特開平9−170850号公報
このような従来技術によれば、最上流の第1パスと最下流の第4パスとの熱交換により、最も冷却性の高い第1パスが最も高温の第4パスにより温められてしまい、冷却性能が低下してしまう。なお、5パス以上の蒸発器でも、もっとも温度差がある最上流のパスと最下流のパスが重ね合わされる。
本発明は上記点に鑑みてなされたもので、熱交換部を通風方向に向けて二層に積層した蒸発器であって、冷却性能を高くできる蒸発器の提供を目的とする。
請求項1の発明の蒸発器は、通風方向に互いに積層された冷媒入口側の熱交換部と冷媒出口側の熱交換部とを備え、前記各熱交換部は、縦方向に延在し且つ横方向に複数多段に積層される熱交換通路と、この複数多段の熱交換通路の上下両端に設けられ且つ熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンクと、を備え、前記入口側熱交換部および前記出口側熱交換部は、熱交換通路の積層方向に向けて冷媒流れの第1パスと冷媒流れの第2パスとに区画され、前記入口側熱交換部の第1パスと前記出口側熱交換部の第1パスとが通風方向に対向配置され、且つ、前記入口側熱交換部の第2パスと前記出口側熱交換部の第2パスとが通風方向に対向配置され、前記入口側熱交換部の第2パスと前記出口側熱交換部の第1パスとが通風方向に干渉するように設定され、前記干渉部分に、前記入口側熱交換部の第2パスの出口であり且つ前記出口側熱交換部の第1パスの入口である連通路を設けたことを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1に記載の蒸発器であって、前記入口側熱交換部の第1パスと前記出口側熱交換部の第1パスとの冷媒流通方向が同一であり、且つ、前記入口側熱交換部の第2パスと前記出口側熱交換部の第2パスとの冷媒流通方向が同一であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の蒸発器であって、前記入口側熱交換部は、第1パスの入口および出口が前記積層方向中央側にあり且つ第2パスの入口および出口が前記積層方向中央側にあることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3に記載の蒸発器であって、蒸発器入口および蒸発器出口の一方に接続され且つ何れかのパスを貫通するインナーパイプを備えることで、前記蒸発器入口と前記蒸発器出口とが近接配置されていることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項4に記載の蒸発器であって、前記入口側熱交換部の第2パスを貫通し且つ前記蒸発器入口と前記入口側熱交換部の第1パスとを連通するインナーパイプを備え、前記入口側熱交換部の第2パスおよび前記出口側熱交換部の第2パスの側端部に、前記蒸発器入口および蒸発器出口が近接配置されていることを特徴とする。
請求項1の発明によれば、最も温度差のある第1パスと第4パスとを重ね合わせない構造であるため、空気の冷却性能が向上する。また、入口側熱交換部から出口側熱交換部に冷媒を導入する連通路を、別部材で構成する必要がなくなる。結果、蒸発器の製造コストをさらに低減できる。
請求項2の発明によれば、請求項1の発明の効果に加え、さらに蒸発器の冷却性能が向上する。なぜなら、本発明のように通風方向に重ね合わされるパス同士において冷媒流通方向が順行する場合は、冷媒流通方向が逆行する場合に比べてパス同士の間での熱交換量が小さくなるからである。
請求項3の発明によれば、請求項1または2の発明の効果に加え、入口側熱交換部は中央側に冷媒の主流が位置することとなるため、冷媒の流通量が低流量でも高流量でも、蒸発器の中央部が冷えやすい。一般に送風路に配置された蒸発器は周縁部よりも中央部のほうがより多く空気が流通するため、より冷えた中央部を効率的に利用して、さらに蒸発器の冷却性能を向上できる。
請求項4の発明によれば、請求項3の発明の効果に加え、インナーパイプを利用することで蒸発器入口および蒸発器出口を隣接して設けることができる。つまり、蒸発器に接続する導入管と排出管との接続位置を隣接して設けることができ、導入管と排出管との接続位置が離れている場合に比べて配管接続作業を簡素化できる。また、導入管用のコネクタと排出管用のコネクタとを一体にできるため、部品点数が減り、製造コストが低減する。
請求項5の発明によれば、請求項4の発明と同様の効果が得られる。しかも、液密度の高く体積が小さい導入冷媒用にインナーパイプを利用する構造であるため、液密度が低くなり体積が大きくなった排出冷媒用にインナーパイプを利用する構造に比べ、インナーパイプの口径を小さく抑えることができる。これに伴ってインナーパイプを組み込むことによる蒸発器の大型化を、抑えることができる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
第1実施形態:図1〜図7は本発明の第1実施形態の蒸発器を説明する図である。
この第1実施形態の蒸発器1は、インストルメントパネルの内側に設置された自動車用空調装置の冷却用熱交換器として利用される。蒸発器1は、冷凍サイクルの一構成要素であって、内部を流れる冷媒を蒸発気化させて外側を通過する空気を冷却するものである。なお本発明の蒸発器は車両用空調装置に限られずその他の分野で利用できる。
蒸発器1は、図1、図2に示すように垂直方向に向けて配置されたチューブ30をアウターフィン53を介在させつつ水平方向Xに向けて複数多段に積層し、最外端の金属板54、57に強度補強用のサイドプレート55および配管コネクタ58等を付設して所定の蒸発器の形状とし、この状態で一体にろう付けすることで製造される。
使用されるチューブ30は、図4に示すように、一対の金属板40、40をその間にインナーフィン61、61を挟み込んだ状態で最中合わせにして形成される。一対の金属板40は、周縁の接合部40b同士および中央の仕切部40a同士が接合される。チューブ30内部には、中央部の仕切部30aを隔てて冷媒を流す2本の熱交換通路31、31が形成されている。また、各熱交換通路31の両端部からは積層方向X外方に向けて筒状に突出するタンク部32、32が形成されている。これに対応して、チューブ30を形成する各金属板40、40は、2本の熱交換通路用凹部41、41と4つのタンク部42、42、42、42とを備えている。なお、図5に示す仕切部45および連通路34を備える金属板40A、40Bを、所定の積層位置の金属板40の代わりに利用することで、後述する仕切部45および連通路34が形成される。なお、入口側熱交換部10の仕切部45には、インナーパイプ59の内部通路が確保され且つ外側が密閉された状態でインナーパイプ59が貫通している(図示せず)。
製造された蒸発器1は、図6に示すように冷媒の入口側の熱交換部10と冷媒の出口側の熱交換部20とが通風方向Yにならんだ構造である。入口側熱交換部10は、上部タンク11および下部タンク12と、これら両タンク11、12を連通する複数の熱交換通路31と、を備える。また、出口側熱交換部20も同様に上部タンク21および下部タンク22と、これら両タンク21、22を連通する複数の熱交換通路31と、を備える。なお、タンク11、12、21、22はチューブ30のタンク部32によって形成される。
入口側熱交換部10の上部タンク11は仕切部45によって上部第1タンク部11aおよび上部第2タンク部11bに区画され、これにより入口側熱交換部10は左右に二つのパス(熱交換通路群)10a、10bに区画されている。また、出口側熱交換部20の上部タンク21も仕切部45によって上部第1タンク部21aおよび上部第2タンク部21bに区画され、これにより出口側熱交換部20も左右に二つのパス(熱交換通路群)20a、20bに区画されている。
蒸発器1の左上端には、配管を接続する蒸発器入口7および蒸発器出口8が設けられている。蒸発器入口7は入口側熱交換部10の上部タンク11の左端に位置し、蒸発器出口8は出口側熱交換部20の上部タンク21の左端に位置する。
蒸発器入口7には、左側の上部第2タンク部11bを貫通し上部第1タンク部11aに連通するインナーパイプ59が接続されている。このインナーパイプ59により、蒸発器入口に近い左側のパスが第2パス10bとなり、蒸発器入口7から遠い右側のパスが第1パス10aとなっている。通風方向Yからみて入口側熱交換部10の第2パス10bと第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)とは一部が重なり合っており、この重なり合う部分60で、入口側熱交換部10の左側の上部第2タンク部11bと出口側熱交換部20の右側の上部第1タンク部21aとが連通路34によって連通している。この連通路34は入口側熱交換部10の出口を構成し且つ出口側熱交換部20の入口を構成する。
これにより蒸発器入口7から入口側熱交換部10に導入される冷媒は、インナーパイプ59により上部第2タンク部11b内を貫通して上部第1タンク部11aに導入され、上部第1タンク部11a→第1パス10a→下部タンク12→第2パス10b→上部第2タンク部11bという順で流れ、最終的に連通路34を通じて出口側熱交換部20に導入される。連通路34から出口側熱交換部20に導入された冷媒は、上部第1タンク部21a→第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)→下部タンク22→第4パス(出口側熱交換部20の第2パス20b)→上部第2タンク部21bという順で流れ、最終的に蒸発器出口8から蒸発器1外に導出される。
このような構成により、通風方向Yに対向するパス同士は冷媒の流通方向が同一となっている。つまり、入口側熱交換部10の第1パス10aと第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)とは冷媒の流通方向が同一で、また、入口側熱交換部10の第2パス10bと第4パス(出口側熱交換部20の第2パス20b)とは冷媒の流通方向が同一となっている。
「効果」
次に、第1実施形態の効果をまとめる。
(i)この第1実施形態によれば、第1パス(入口側熱交換部10の第1パス10a)と第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)とが通風方向Yに対向し、且つ第2パス(入口側熱交換部10の第2パス10b)と第4パス(出口側熱交換部20の第2パス20b)とが通風方向Yに対向した構造である。そのため、最も温度差のある第1パス10aと第4パス20bとが重ならない構造であり、蒸発器1の冷却性能が向上する。つまり、第1パス10aと最も温度差がある第4パス20bとが重なる従来構造では、冷却性能が最も高い第1パス10aが無駄に第4パス20bを冷却してしまうことで空気を冷却する量が減ってしまうが、この第1実施形態の蒸発器1では第1パス10aが他のパスを冷却する量が減ることで冷却性能が向上する。
(ii)また、この第1実施形態によれば、右半部で、第1パス(入口側熱交換部10の第1パス10a)と第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)とが通風方向Yに対向し、且つ、左半部で、第2パス(入口側熱交換部10の第2パス10b)と第4パス(出口側熱交換部20の第2パス20b)とが通風方向Yに対向した構造である。そのため、従来構造の蒸発器100のように冷媒流量(高流量、中流量、低流量)の変化に応じて右左の温度分布傾向が逆転せずに、従来構造の蒸発器100に比べて取り扱いが容易となる。
以下、より具体的に説明する。冷媒は、蒸発が起こる気液相では温度が低いが気相になると温度が急激に高くなる。そのため、パス内の冷媒温度は図11に示すように冷媒流量(高流量、中流量、低流量)によって大きく異なる。つまり、冷媒流量が低流量の時(=冷媒の乾き度SHが高い時)は、第1パスで気液混合冷媒の蒸発気化が進み第2パス以降ではほぼ気化冷媒となるため、第1パスは低温で、第2パス以降は急激に温度が上昇する。冷媒流量が中程度の時(=冷媒の乾き度SHが中程度の時)は、第1パスおよび第2パスで気液混合冷媒の蒸発気化が進み第3パスおよび第4パスではほぼ気化冷媒となるため、第1パスおよび第2パスが低温で、第3パス以降は急減に温度が上昇する。冷媒流量が高流量の時(=冷媒の乾き度SHが低い時)は、気液混合冷媒は第1パスおよび第2パスおよび第3パスで蒸発気化が進み第4パスでほぼ気化冷媒となるため、第1パスおよび第2パスおよび第3パスの温度はほぼ同等で、第4パスで急激に温度が上昇する。
このような冷媒の特性により、図12の従来構造の蒸発器100では、冷媒流量が低流量の時は、唯一低温の第1パス101が存在する左半分の温度TLが右半分の温度TRよりも低温となる(図12a)。冷媒流量が中程度の時は、第1パス101および第2パス102の温度はほぼ同等で且つ第3パス103が第4パス104より低温であるため、左半分の温度TRが右半分の温度TRがよりも高温となる(図12b)。冷媒流量が高流量の時は、第1パス101および第2パス102および第3パス103の温度はほぼ同等で且つ第4パス104で急激に温度が上昇するため、左半分の温度TLが右半分の温度TRよりも高温となる(図12c)。このように従来構造の蒸発器100では、冷媒流量(高流量、中流量、低流量)に応じて左右の温度分布傾向が逆転し、蒸発器100の取り扱いが難しい。
一方、図7に示すように第1実施形態の蒸発器1では、冷媒流量が低流量の時は、唯一低温の第1パス10aが右半分に存在するため、左半分の温度TLが右半分の温度TRよりも高温となる(図7a)。冷媒流量が中量の時は、第1パス10aおよび第2パス10bの温度はほぼ同等で且つ第3パス20aが第4パス20bより低温となるため、左半分の温度TLが右半分の温度TRよりも高温となる(図7b)。冷媒流量が高流量の時は、第4パス20bのみが温度が高いため、第4パス20bがある左半分の温度TLが右半分の温度TRよりも高温となる(図7c)。このように第1実施形態の蒸発器1は、冷媒流量(高流量、中流量、低流量)に関わらず常に温度分布傾向が逆転せず、蒸発器1の取り扱いが容易となる。なお、温度分布傾向が逆転しなければ、左右のいずれが低温でもよいしまた左右方向に傾斜していてもよい。
(iii)また、この第1実施形態では、入口側熱交換部10の第1パス10aと第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)との冷媒流通方向が同一であり、且つ、前記入口側熱交換部10の第2パス10bと第4パス(前記出口側熱交換部20の第2パス20b)との冷媒流通方向が同一である。そのため、蒸発器1の冷却性能がさらに向上する。これは、通風方向に重ね合わされるパス同士において冷媒流通方向が順行する場合は、冷媒流通方向が逆行する場合に比べてパス同士の間での熱交換量が小さくなることによる。
(iv)また、この第1実施形態では、入口側熱交換部10は、第1パス10aの入口および出口が中央側にあり且つ第2パス10bの入口および出口が中央側にある。そのため、入口側熱交換部10は中央側に冷媒の主流が位置することとなり、冷媒流量に関わらず蒸発器1の中央部が冷える。一般に蒸発器の周縁部よりも蒸発器の中央部のほうがより多く空気が流通するので、冷えた蒸発器1中央部を効率的に利用でき、さらに蒸発器1の冷却性能を向上できる。
(v)また、この第1実施形態では、インナーパイプ59を利用することで蒸発器入口7および蒸発器出口8が隣接配置されている。このため、これらが離れている構造に比べて配管(導入管と排出管)の接続作業が簡素化する。また、導入管用のコネクタと排出管用のコネクタとを一体にできるため、部品点数が減り、製造コストが低減する。
(vi)また、この第1実施形態では、液密度が高く体積が小さい導入冷媒用にインナーパイプ59を利用する構造であるため、図9に示す第3実施形態の蒸発器300ように液密度が低くなり体積が大きくなった排出冷媒用にインナーパイプ301を利用する構造に比べ、インナーパイプ59の口径を小さく抑えられる。これに伴ってインナーパイプを組み込むことによる蒸発器の大型化を抑えることができる。
(vii)また、この第1実施形態では、第2パス(入口側熱交換部10の第2パス10b)と第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)とが通風方向に干渉するように設定され、この干渉部分60に、入口側熱交換部10の出口であり且つ出口側熱交換部20の入口である連通路34が設けられている。そのため、連通路を別部材で設ける必要がなく、結果、製造コストが低減する。
以下、本発明のその他の実施形態を説明する。以下の実施形態では第1実施形態と同一または類似の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
第2実施形態:図8は第2実施形態を示すものである。
この第2実施形態の蒸発器200は、蒸発器入口7および蒸発器出口8および仕切部45およびインナーパイプ59および連通路34のの位置設定によって第1パス10aが上昇流、第2パス10bが下降流、第3パス20aが上昇流、第4パス20bが下降流であり第1実施形態と冷媒流通方向が逆になっている点を除いては第1実施形態と同様の構成である。そのため、この第2実施形態によれば、第1実施形態と同様の効果が得られる。
第3実施形態:図9は第3実施形態を示すものである。
この第3実施形態の蒸発器300は、蒸発器入口7および蒸発器出口8の位置を変更し且つインナーパイプ301を排出用に用いている点を除いては第1実施形態と同様の構成である。そのため、この第3実施形態によれば第1実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように第1〜第3実施形態によれば、最も温度差のある第1パス(入口側熱交換部10の第1パス10a)と第4パス(出口側熱交換部20の第2パス20b)とが通風方向Yに重ならない構造であるため、冷却性能が向上する。
なお、図10に示す第4実施形態の蒸発器400のようにインナーパイプを利用しない構造であっても、第1パスと第3パスが対向し第2パスと第4パスとが対向する構造であれば本発明の範囲内に含まれる。この第4実施形態では、蒸発器400の上端中央部に蒸発器入口7および蒸発器出口8がされている。そして、第3パス(出口側熱交換部20の第1パス20a)の入口および出口が中央部に位置し且つ第4パス(出口側熱交換部の第2パス20b)の入口および出口が中央部に位置するため、出口側熱交換部20を流通する冷媒の主流が中央に集まるため、さらに冷却性能が向上する利点もある。
図1は第1実施形態の蒸発器の風上側から見た正面図。 図2は同蒸発器の上面図。 図3は図1中のIII−III断面図。 図4はチューブを示す図であって、図4aは分解状態の斜視図、図4bは組立状態の斜視図。 図5は連通路および仕切部を備えるチューブを示す図であって、図5aは分解状態の斜視図、図5bは組立状態の斜視図。 図6は同蒸発器を概略的に示す分解斜視図。 図7は第1実施形態の蒸発器の冷媒流量と温度分布の関係を示す図であって、図7aは低流量時、図7bは中流量時、図7cは高流量時の温度分布を示す図。 図8は第2実施形態の蒸発器を示す概略図。 図9は第3実施形態の蒸発器を示す概略図。 図10は第4実施形態の蒸発器を示す概略図。 図11は冷媒流量と4つのパスにおける冷媒温度の関係を示す図。 図12は比較例の蒸発器の冷媒流量と温度分布の関係を示す図であって、図12aは低流量時、図12bは中流量時、図12cは高流量時の温度分布を示す図。
符号の説明
1…蒸発器
7…蒸発器入口
8…蒸発器出口
10…入口側熱交換部
10a…第1パス
10b…第2パス
11…上部タンク
12…下部タンク
20…出口側熱交換部
20a…第3パス(出口側熱交換部の第1パス)
20b…第4パス(出口側熱交換部の第2パス)
21…上部タンク
22…下部タンク
31…熱交換通路
34…連通路
59…インナーパイプ
60…干渉部分
200…蒸発器
300…蒸発器
400…蒸発器
X…積層方向
Y…通風方向

Claims (5)

  1. 通風方向(Y)に互いに積層された冷媒入口側の熱交換部(10)と冷媒出口側の熱交換部(20)とを備え、前記各熱交換部(10、20)は、縦方向に延在し且つ横方向に複数多段に積層された熱交換通路(31)と、この複数多段の熱交換通路(31、31、・・)の上下両端に設けられ熱交換通路からの冷媒を合流分配するタンク(11、12、21、22)と、を備え、
    前記入口側熱交換部(10)および前記出口側熱交換部(20)は、それぞれ熱交換通路の積層方向(X)に向けて冷媒流れの上流側の第1パス(10a、20a)と冷媒流れの下流側の第2パス(10b、20b)とに区画され、
    前記入口側熱交換部の第1パス(10a)と前記出口側熱交換部の第1パス(20a)とが通風方向(Y)に対向配置され、且つ、前記入口側熱交換部の第2パス(10b)と前記出口側熱交換部の第2パス(20b)とが通風方向(Y)に対向配置され
    前記入口側熱交換部の第2パス(10b)と前記出口側熱交換部の第1パス(20a)とが通風方向に干渉するように設定され、前記干渉部分(60)に、前記入口側熱交換部の出口であり且つ前記出口側熱交換部の入口である連通路(34)が設けられていることを特徴とする蒸発器(1、200、300、400)。
  2. 請求項1に記載の蒸発器(1、200、300、400)であって、
    前記入口側熱交換部の第1パス(10a)と前記出口側熱交換部の第1パス(20a)との冷媒流通方向が同一であり、且つ、前記入口側熱交換部の第2パス(10b)と前記出口側熱交換部の第2パス(20b)との冷媒流通方向が同一であることを特徴とする蒸発器(1、200、300、400)。
  3. 請求項1または2に記載の蒸発器(1、200、300、400)であって、
    前記入口側熱交換部(10)は、第1パス(10a)の入口および出口が前記積層方向(X)中央側にあり且つ第2パス(10b)の入口および出口が前記積層方向(X)中央側にあることを特徴とする蒸発器(1、200、300、400)。
  4. 請求項3に記載の蒸発器(1、200、300、400)であって、
    蒸発器入口(7)および蒸発器出口(8)の一方に接続され且つ何れかのパス(10aまたは10bまたは20aまたは20b)を貫通するインナーパイプ(59、301)を備え、前記蒸発器入口(7)と前記蒸発器出口(8)とが近接配置されていることを特徴とする蒸発器(1、200、300)。
  5. 請求項4に記載の蒸発器(1、200、300)であって、
    前記入口側熱交換部の第2パス(10b)を貫通し且つ前記蒸発器入口(7)と前記入口側熱交換部の第1パス(10a)とを連通するインナーパイプ(59)を備えて、前記入口側熱交換部の第2パス(10b)および前記出口側熱交換部の第2パス(20b)の端部に、前記蒸発器入口(7)および蒸発器出口(8)が近接配置されていることを特徴とする蒸発器(1)。
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