JP6974062B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車等に搭載される車両用空調装置に用いられる熱交換器に関し、特に、外部空気流れ方向に並ぶ複数のパスを備えた構造の技術分野に属する。

従来より、車両用空調装置は、冷却用熱交換器及び加熱用熱交換器を収容する空調ケーシングと、空調ケーシングの内部に配設された温度調節用ダンパ及び吹出方向切替用ダンパ等とを備えている。そして、温度調節用ダンパによって冷却用熱交換器及び加熱用熱交換器を通過する空気量が変更されて空調風の温度（吹出空気温度）が調節され、また、吹出方向切替用ダンパによって空調風の吹出方向（デフロスタ、ベント、ヒート等）が切り替えられるようになっている。

この種の車両用空調装置では、冷却用熱交換器として冷凍サイクルの一要素である蒸発器が使用されることがある（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１、２の熱交換器は、上下方向に延びる複数のチューブを外部空気流れ方向上流側と下流側とにそれぞれ配置して外部空気流れ方向と交差する方向に積層し、チューブの上端部及び下端部にそれぞれ上側及び下側ヘッダタンクを接続して構成されている。これにより、外部空気流れ方向上流側のパス（風上側パス）と、下流側のパス（風下側パス）とを１つの熱交換器に形成している。さらに、外部空気流れ方向上流側では複数の風上側パスが直列に接続された状態で形成され、また、外部空気流れ方向下流側においても同様に複数の風下側パスが直列に接続された状態で形成されている。

外部から減圧後の冷媒が熱交換器に流入すると、外部空気流れ方向下流側に形成されている複数の風下側パスを順に流れた後、外部空気流れ方向上流側に移動して上流側の複数の風上側パスを順に流れる。この間に冷媒が外部空気と熱交換することによって外部空気を冷却するようにしている。

特開２０１５−１７５５６２号公報 特開２００９−１５６５３２号公報

ところで、一般的に、冷凍サイクルの圧縮機は熱交換器（蒸発器）の表面温度に応じて制御されており、具体的には、熱交換器の表面温度が例えば氷点下付近まで低下すると圧縮機を停止して凝縮水の凍結を抑制し、一方、熱交換器の表面温度が上昇すると圧縮機を作動させる。

圧縮機が停止すると熱交換器内の冷媒の流れが止まることになるが、圧縮機が停止していても空調装置がＯＮになっている間はファンが作動し続けているので、熱交換器のパス内に残った冷媒が、外部空気と熱交換して蒸発し体積膨脹することになる。風上側パス内の冷媒が体積膨脹すると、まだ蒸発していない液冷媒が隣接する風下側パスへ移動する場合がある。液冷媒が移動してきた風下側パスでは表面温度の上昇が遅れることになる。つまり、風下側パスでは風上側パスを通過して冷却された外部空気が流れているので、表面温度の上昇遅れが顕著に表れやすい。その結果、熱交換器を通過した後の空気の温度が、熱交換器における通過する部位によって変わることになり、これによって生じた空気の温度差は、車両の各吹出口から吹き出す空気の温度差となって現れるので、乗員の快適性を阻害する原因になることがある。

また、表面温度の上昇が遅くなったパスではその表面で凝縮水の凍結が発生しやすくなるので、通風を妨げて冷房性能の低下に繋がるとともに、凝縮水の凍結による熱交換器の変形や破損に繋がることも考えられる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器内の冷媒の流れが止まった場合であっても熱交換器の部分的な表面温度の低下を抑制して吹出空気の温度を均一化するとともに、熱交換器の凍結による変形や破損を抑制することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、冷媒が体積膨脹した場合に風上側パスに移動するようにした。

第１の発明は、外部空気流れ方向上流側及び下流側にそれぞれ配設された上下方向に延びる複数のチューブと、該チューブの上端部及び下端部にそれぞれ連通するヘッダタンクとを備え、該チューブを流通する冷媒と外部空気とを熱交換させるように構成された熱交換器において、上記熱交換器における外部空気流れ方向上流側には、上記チューブで構成された第１風上側パス、第２風上側パス及び第３風上側パスが形成され、上記第１風上側パス、上記第２風上側パス及び上記第３風上側パスが順に並ぶように配置されており、上記熱交換器における外部空気流れ方向下流側には、上記チューブで構成された第１風下側パス、第２風下側パス、第３風下側パス及び第４風下側パスが形成され、上記第１風下側パス、上記第２風下側パス、上記第３風下側パス及び上記第４風下側パスが順に並ぶように配置されており、上記第１風下側パス及び上記第４風下側パスには上記熱交換器に冷媒を流入させる冷媒流入管が接続され、上記第１風下側パスの下流側と上記第１風上側パスの上流側とが接続され、上記第１風上側パスの下流側と上記第２風下側パスの上流側とが接続され、上記第２風下側パスの下流側及び上記第３風下側パスの下流側と上記第２風上側パスの上流側とが接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、冷媒流入管から流入した冷媒は、第１風下側パスに流入して外部空気と熱交換した後、第１風上側パスに流入して外部空気と熱交換する。その後、第２風下側パスに流入して外部空気と熱交換した後、第２風上側パスに流入して外部空気と熱交換することになる。

例えば圧縮機が停止して冷媒の流れが止まると、第１風下側パスに残っている液冷媒が外部空気と熱交換して体積膨脹する。この体積膨脹によって第１風下側パスの液冷媒が第１風上側パスに移動することになる。風上側パスでは、外部空気と冷媒との温度差が大きいので、冷媒が素早く蒸発することになり、部分的な温度上昇遅れが解消される。

また、冷媒の流れが熱交換器の左右対称な流れとなるので、熱交換器の温度分布も左右対称になる。その結果、車両の左側と右側とで吹出空気の温度差がより一層小さくなる。

第２の発明は、第１の発明において、上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクとは別部材で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、冷媒流入管とヘッダタンクとが別々に構成されるので、ヘッダタンクの複雑化が回避される。

第３の発明は、第１または２の発明において、上記熱交換器から冷媒を流出させる冷媒流出管を備え、上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクとは別部材で構成されていることを特徴とする。

この構成によれば、冷媒流出管とヘッダタンクとが別々に構成されるので、ヘッダタンクの複雑化が回避される。

第４の発明は、第２または３の発明において、上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクの内部に配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器の外部に冷媒流入管が無くなるので、熱交換器の外部形状がシンプルになる。

第５の発明は、第３の発明において、上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクの内部に配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器の外部に冷媒流出管が無くなるので、熱交換器の外部形状がシンプルになる。

第６の発明は、第２または３の発明において、上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクの外部に配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器の内部に冷媒流入管が無くなるので、ヘッダタンクの内部構造がシンプルになる。また、ヘッダタンク内での冷媒漏れ等の不具合を回避できる。

第７の発明は、第３の発明において、上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクの外部に配設されていることを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器の内部に冷媒流出管が無くなるので、ヘッダタンクの内部構造がシンプルになる。また、ヘッダタンク内での冷媒漏れ等の不具合を回避できる。

第８の発明は、第１から７のいずれか１つの発明において、上記ヘッダタンクの内部には、外部空気流れ方向上流側と下流側とに区画する隔壁が設けられており、上記風上側パスと上記風下側パスとは、上記隔壁の一部に設けられた貫通孔によって接続されることを特徴とする。

この構成によれば、冷媒の分流状態に合わせて任意の位置に貫通孔を形成して風上側パスと風下側パスとを接続することが可能になる。

第９の発明は、第１から８のいずれか１つの発明において、上記各パスを構成するチューブは外部空気の流れ方向と交差する方向に積層されており、上記パスに冷媒を流入させる部位と、該パスから冷媒を流出させる部位とは、上下方向に離れ、かつ、上記チューブの積層方向にも離れていることを特徴とする。

この構成によれば、パスに冷媒を流入させる部位と、該パスから冷媒を流出させる部位とが、該パスの対角線上に位置することになる。

第１０の発明は、第９の発明において、冷媒流れ方向最下流のパスは上記第２風上側パスで構成され、上記第２風下側パス及び上記第３風下側パスの下流側が上記第２風上側パスの上流側に接続されていることを特徴とする。

この構成によれば、第１風下側パス及び第４風下側パスの冷媒量に差が生じた場合であっても、冷媒流れ方向最下流の第２風上側パスで第２風下側パス及び上記第３風下側パスの冷媒が合流するので、第２風上側パスにおいては温度分布が均一化する。特に、冷媒流れ方向最下流のパスでは、ガス冷媒の割合が多く、冷媒の流れに偏りがあると部位による温度差が大きくなりやすいが、本発明により冷媒流れ方向最下流のパス内で部位による温度差を小さくすることができる。

第１１の発明は、第１から１０の発明において、上記冷媒流入管には、上記第１風下側パスに流入する冷媒量と上記第４風下側パスに流入する冷媒量とを均等にするための冷媒分流制御構造が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、熱交換器の温度分布が左右対称になる。

第１２の発明は、第１１の発明において、上記冷媒流入管は、上記第１風下側パスに接続される第１管部と、上記第４風下側パスに接続される第２管部とを有し、上記冷媒分流制御構造は、上記冷媒流入管における上記第１管部と上記第２管部との間に設けられた絞り部であることを特徴とする。

この構成によれば、簡単な構造によって熱交換器の温度分布を左右対称にすることが可能になる。

第１３の発明は、第１１の発明において、上記冷媒流入管は、上記第１風下側パスに接続される第１管部と、該第１管部よりも冷媒流れ方向下流側に設けられ、上記第４風下側パスに接続される第２管部とを有し、上記冷媒分流制御構造は、上記冷媒流入管内の冷媒を上記第１管部に案内するための案内部であることを特徴とする。

第１４の発明は、第１から１３の発明において、隣合う上記チューブの間には、蓄冷材が設けられていることを特徴とする。

この構成によれば、蓄冷材に均一に蓄冷でき、冷媒の温度上昇が均一化するので、蓄冷材が冷熱を放出する際に温度分布が左右対称になる。

第１の発明によれば、風下側パスの液冷媒が体積膨脹した場合に当該風下側パスの液冷媒を風上側パスに移動させることができるので、熱交換器の部分的な温度上昇遅れを解消することができる。これにより、吹出空気の温度を均一化できるとともに、熱交換器の凍結による変形や破損を抑制することができる。

また、冷媒の流れを熱交換器の左右対称な流れとすることができるので、熱交換器の温度分布が左右対称になり、その結果、車両の左側と右側とで吹出空気の温度差をより一層小さくすることができ、例えば運転席側と助手席側とで均一な温度の空調風を供給することができる。

第２の発明によれば、冷媒流入管をヘッダタンクとは別部材で構成したので、ヘッダタンクの構造が複雑化することはなく、生産性を良好にすることができる。

第３の発明によれば、冷媒流出管をヘッダタンクとは別部材で構成したので、ヘッダタンクの構造が複雑化することはなく、生産性を良好にすることができる。

第４の発明によれば、冷媒流入管をヘッダタンクの内部に配設することで、熱交換器の外部形状をシンプルにすることができ、熱交換器を空調ケーシングに固定する構造を簡単にすることができる。

第５の発明によれば、冷媒流出管をヘッダタンクの内部に配設することで、熱交換器の外部形状をシンプルにすることができ、熱交換器を空調ケーシングに固定する構造を簡単にすることができる。

第６の発明によれば、冷媒流入管をヘッダタンクの外部に配設したので、ヘッダタンクの内部構造をシンプルにすることができる。

第７の発明によれば、冷媒流出管をヘッダタンクの外部に配設したので、ヘッダタンクの内部構造をシンプルにすることができる。

第８の発明によれば、ヘッダタンクの隔壁の一部に設けた貫通孔によって風上側パスと風下側パスとを接続するようにしたので、冷媒の分流状態に合わせて風上側パスと風下側パスとを接続することができる。

第９の発明によれば、パスに冷媒を流入させる部位と、該パスから冷媒を流出させる部位とが、該パスの対角線上に位置することになるので、各チューブの冷媒分配を均一化することができる。

第１０の発明によれば、冷媒流れ方向最下流のパスに対して２つの風上側パスの冷媒を流入させるようにしたので、冷媒の流れの偏りを小さくすることができ、冷媒流れ方向最下流のパス内で部位による温度差を小さくすることができる。

第１１の発明によれば、第１風下側パスに流入する冷媒量と第４風下側パスに流入する冷媒量とを均等にすることができるので、熱交換器の温度分布が左右対称になり、車両の左側と右側とで吹出空気の温度差をより一層小さくすることができる。

第１２の発明によれば、第１風下側パスに流入する冷媒量と第４風下側パスに流入する冷媒量と絞り部によって均等にすることができるので、簡単な構成で熱交換器の温度分布を左右対称にすることができる。

第１３の発明によれば、熱交換器の温度分布を左右対称にすることができる。

第１４の発明によれば、隣合うチューブの間に蓄冷材を設ける場合に温度分布を左右対称にすることができる。

実施形態に係る熱交換器を外部空気の流れ方向上流側から見た斜視図である。 熱交換器のパス割及び冷媒の流れを模式的に示した概略図である。 熱交換器の風上側部分と風下側部分とを分離して示す概略図である。 風下側パスと風上側パスとの接続部を示す上側ヘッダダンクの縦断面図である。 変形例１に係る上側ヘッダタンクの断面図である。 変形例２に係る図３相当図である。 変形例３に係る図３相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器１を外部空気流れ方向（白抜きの矢印で示す）の上流側かつ上方から見た斜視図である。図２は実際の熱交換器１の形状（図１に示す形状）とは相違しているが、これは熱交換器１に形成されているパスＵ１〜Ｕ３、Ｄ１〜Ｄ４（詳細は後述する）の配置及び熱交換器１の内部の冷媒の流れを分かり易く模式的に示した図である。図３も実際の熱交換器１の形状（図１に示す形状）とは相違しているが、図２とは異なる方法で熱交換器１に形成されているパスＵ１〜Ｕ３、Ｄ１〜Ｄ４の配置及び熱交換器１の内部の冷媒の流れを分かり易く模式的に示した図である。図３では、外部空気流れ方向上流側のパスＵ１〜Ｕ３と外部空気流れ方向下流側のパスＤ１〜Ｄ４とを、外部空気流れ方向に間隔をあけて示しているが、実際は、図１に示すように外部空気流れ方向上流側のパスＵ１〜Ｕ３と外部空気流れ方向下流側のパスＤ１〜Ｄ４とが接近している。

図１に示すように、熱交換器１は、例えば自動車等に搭載される車両用空調装置の冷却用熱交換器として使用されるものであり、この実施形態では冷凍サイクルの一要素である蒸発器で構成されている。車両用空調装置は、図示しないが、送風機を有する送風ユニットと、送風ユニットにダクト等を介して接続される樹脂製の空調ケーシングと、空調ケーシングの内部に配設された温度調節用ダンパ及び吹出方向切替用ダンパ等とを備えている。空調ケーシングの内部には、上記熱交換器１の他にヒータコア等からなる加熱用熱交換器や、ＰＴＣヒータ等からなる電気ヒータ等も収容されている。

熱交換器１は、空調ケーシングの内部に収容された状態で、外周部が空調ケーシングに形成された保持部によって保持されるようになっている。熱交換器１は、その空気通過面が上下方向かつ左右方向に延びるように配置される。送風機から送風された空気は略全量が熱交換器１を通過する。温度調節用ダンパの開度によって加熱用熱交換器及び電気ヒータに流れる空気量が設定されるようになっている。

熱交換器１を通過して温度低下した冷風と、加熱用熱交換器及び電気ヒータを通過して温度上昇した温風とが空調ケーシング内で混合して調和空気となり、この調和空気が吹出方向切替用ダンパの開度によってデフロスタ口、ベント口、ヒート口に分配されて車室に供給されるようになっている。吹出モードは所望のモードにすることができる。

尚、この実施形態の説明では、説明の便宜を図るために、車両左側を単に「左」といい、車両右側を単に「右」というものとする。

熱交換器１は、複数のチューブ２及びフィン３からなるコア４と、上側ヘッダタンク２０と、下側ヘッダタンク３０と、冷媒流入管４０と、冷媒流出管５０とを備えている。コア４のチューブ２とフィン３は、外部空気流れ方向と交差する方向（左右方向）に交互に配置されて積層された状態でろう付けによって一体化されている。

また、チューブ２は上下方向に延びている。このチューブ２の材質は例えばアルミニウム合金とすることができる。チューブ２は外部空気流れ方向に長い扁平状の断面を有する扁平チューブである。フィン３の材質も例えばアルミニウム合金とすることができる。フィン３は、上下方向に連続する波形に形成されたコルゲートフィンである。

図示しないが、コア４には、隣合うチューブ２、２の間に蓄冷材を設けてもよい。蓄冷材は、従来から周知の冷熱を蓄えることができる部材で構成することができる。例えば、隣合うチューブ２、２の間に蓄冷材を収容するための蓄冷材容器を設け、この蓄冷材容器に蓄冷材を収容することでチューブ２の冷熱を蓄冷材に伝達させること、及び蓄冷材の冷熱をフィン３等に伝達することができる。

図３にも示すように、チューブ２は、熱交換器１の外部空気流れ方向上流側と、下流側とにそれぞれ同様に配設されている。外部空気流れ方向下流側に配設されているチューブ２、２の間にも上流側と同様にフィン３が配設されている。また、外部空気流れ方向上流側のチューブ２と、外部空気流れ方向下流側のチューブ２とは同じものとすることができる。さらに、外部空気流れ方向上流側のチューブ２と、外部空気流れ方向下流側のチューブ２とは外部空気流れ方向に同一直線上に並ぶように配置されている。よって、外部空気流れ方向上流側のチューブ２、２の間を流れた外部空気は、外部空気流れ方向下流側のチューブ２、２の間にそのまま流れ込むことになる。チューブ２を流通する冷媒は、外部空気と熱交換することによって外部空気から吸熱する。

上側ヘッダタンク２０は、外部空気流れ方向上流側のチューブ２の上端部及び外部空気流れ方向下流側のチューブ２の上端部に連通している。また、下側ヘッダタンク３０は、外部空気流れ方向上流側のチューブ２の下端部及び外部空気流れ方向下流側のチューブ２の下端部に連通している。

すなわち、図１に示すように上側ヘッダタンク２０は左右方向に長い筒状に形成されたタンク本体２１と、タンク本体２１の左端部を閉塞する左側キャップ部材２２と、タンク本体２１の右端部を閉塞する右側キャップ部材２３とを備えている。タンク本体２１、左側キャップ部材２２及び右側キャップ部材２３は、例えばアルミニウム合金等で構成することができる。タンク本体２１の内部には、図４に示すように外部空気流れ方向上流側の空間Ｒ１と下流側の空間Ｒ２とに区画するための隔壁２４が設けられている。この隔壁２４は上下方向に延びるとともに左右方向にも延びる板材で構成することができるが、隔壁２４をタンク本体２１に一体成形するようにしてもよい。隔壁２４の上端部はタンク本体２１の上壁部の内面に接合され、隔壁２４の下端部はタンク本体２１の下壁部の内面に接合されている。また、隔壁２４の左端部は左側キャップ部材２２の内面に接合され、隔壁２４の右端部は右側キャップ部材２３の内面に接合されている。

また、図３に模式的に示すように、上側ヘッダタンク２０のタンク本体２１の内部には、複数の仕切板２５〜２９が設けられている。仕切板２５〜２９は、上下方向に延びるとともに外部空気流れ方向に延びている。仕切板２５〜２７は、上側ヘッダタンク２０の隔壁２４よりも外部空気流れ方向下流側の空間Ｒ２（図４に示す）に配設され、該空間Ｒ２を左右方向に４つに仕切るためのものである。また、仕切板２８、２９は、上側ヘッダタンク２０の隔壁２４よりも外部空気流れ方向上流側の空間Ｒ１（図４に示す）に配設され、該空間Ｒ１を左右方向に３つに仕切るためのものである。

下側ヘッダタンク３０もタンク本体３１と、左側キャップ部材３２と、右側キャップ部材３３とを備えている。下側ヘッダタンク３０の内部には、図３に模式的に示すように、上側ヘッダタンク２０と同様な隔壁３４が設けられており、この隔壁３４によってタンク本体３１の内部が外部空気流れ方向上流側の空間と下流側の空間とに区画されている。

また、下側ヘッダタンク３０のタンク本体３１の内部には、複数の仕切板３５〜３８が設けられている。仕切板３５〜３８は、上下方向に延びるとともに外部空気流れ方向に延びている。仕切板３５、３６は、下側ヘッダタンク３０の隔壁３４よりも外部空気流れ方向下流側の空間に配設され、該空間を左右方向に３つに仕切るためのものである。また、仕切板３７、３８は、下側ヘッダタンク３０の隔壁３４よりも外部空気流れ方向上流側の空間に配設され、該空間を左右方向に３つに仕切るためのものである。

（熱交換器１のパスの形成方法）
次に、熱交換器１にパスＵ１〜Ｕ３、Ｄ１〜Ｄ４を形成する方法について説明する。パスとは、複数のチューブ２で構成されており、熱交換器１における冷媒が流通する部分であって主に熱交換する部分のことであり、同一パスを構成するチューブ２を流れる冷媒の向きは全て同じになる。上述したように、上側ヘッダタンク２０を隔壁２４によって外部空気流れ方向に２つに区画するとともに、下側ヘッダタンク３０を隔壁３４によって外部空気流れ方向に２つに区画しており、外部空気流れ方向上流側のチューブ２が、上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向上流側の空間Ｒ１及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側の空間に連通しているので、これらチューブ２によって風上側パスＵ１〜Ｕ３が形成される。また、外部空気流れ方向下流側のチューブ２が、上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向下流側の空間Ｒ２及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向下流側の空間に連通しているので、これらチューブ２によって風下側パスＤ１〜Ｄ４が形成される。

また、上側ヘッダタンク２０に仕切板２５〜２９が配設され、下側ヘッダタンク３０に仕切板３５〜３８が配設されている。上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向下流側の仕切板２５〜２７及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向下流側の仕切板３５、３６の配設によって、上側ヘッダタンク２０及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向下流側の空間が左右方向に仕切られている。仕切板２５〜２７及び仕切板３５、３６の配設位置の設定により、４つの風下側パスＤ１〜Ｄ４を形成することができる。この実施形態では、風下側パスＤ１〜Ｄ４を順に第１〜第４風下側パスと呼ぶことにし、第１風下側パスＤ１が最も左側に位置し、この第１風下側パスＤ１から右側に順に、第２〜第４風下側パスＤ２〜Ｄ４が配置されるように、仕切板２５〜２７及び仕切板３５、３６の配設位置を設定している。

また、仕切板２５〜２７及び仕切板３５、３６の配設位置の設定により、各風下側パスＤ１〜Ｄ４を構成するチューブ２の本数を任意に設定することができる。第１風下側パスＤ１を構成するチューブ２の本数と、第４風下側パスＤ４を構成するチューブ２の本数とを同じにしている。第２風下側パスＤ２を構成するチューブ２の本数と、第３風下側パスＤ３を構成するチューブ２の本数とを同じにしている。尚、第１〜第４風下側パスＤ１〜Ｄ４の全てでチューブ２の本数を同じにしてもよい。チューブ２の本数は、そのパスにおける冷媒流路断面積の広さを表している。

また、上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向上流側の仕切板２８、２９及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側の仕切板３７、３８の配設によって、上側ヘッダタンク２０及び下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側の空間が左右方向に仕切られている。仕切板２８、２９及び仕切板３７、３８の配設位置の設定により、３つの風上側パスＵ１〜Ｕ３を形成することができる。この実施形態では、風上側パスＵ１〜Ｕ３を順に第１〜第３風上側パスと呼ぶことにし、第１風上側パスＵ１が最も左側に位置し、この第１風上側パスＵ１から右側に順に、第２、第３風下側パスＵ２、Ｕ３が配置されるように、仕切板２８、２９及び仕切板３７、３８の配設位置を設定している。

また、仕切板２８、２９及び仕切板３７、３８の配設位置の設定により、各風上側パスＵ１〜Ｕ３を構成するチューブ２の本数を任意に設定することができる。第１風上側パスＵ１を構成するチューブ２の本数と、第３風上側パスＵ３を構成するチューブ２の本数とを同じにしている。また、第２風上側パスＵ２を構成するチューブ２の本数は、第１風上側パスＵ１を構成するチューブ２の本数よりも多くしている。尚、第１〜第３風上側パスＵ１〜Ｕ３の全てでチューブ２の本数を同じにしてもよい。また、第１風上側パスＵ１を構成するチューブ２は、第１風下側パスＤ１を構成するチューブ２の本数よりも多くしている。第２風上側パスＵ２を構成するチューブ２の本数は、第２風下側パスＤ２を構成するチューブ２の本数よりも多くしている。

以上のようにして熱交換器１にパスＵ１〜Ｕ３、Ｄ１〜Ｄ４を形成することができる。熱交換器１に形成するパスの数は、上記した数に限られるものではなく、例えば、風上側パスを２つにしてもよいし、３つ以上にしてもよく、また、風下側パスを３つまたは２つにしてもよいし、５つ以上にしてもよい。

（パスの接続構造）
熱交換器１に形成された第１〜第４風下側パスＤ１〜Ｄ４、第１〜第３風上側パスＵ１〜Ｕ３は所定の冷媒経路を構成するように接続されている。すなわち、図２や図３に示すように、第１風下側パスＤ１の冷媒流れ方向下流側（下端側）と、第１風上側パスＵ１の冷媒流れ方向上流側（下端側）とが接続されている。これは、下側ヘッダタンク３０に設けた隔壁３４の仕切板３５、３７よりも左側の部分に設けられた第１貫通孔３４ａによってなされており、第１貫通孔３４ａによって下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第１風下側パスＤ１の下流側と、第１風上側パスＵ１の上流側とを接続している。

また、第１風上側パスＵ１の冷媒流れ方向下流側（上端側）と、第２風下側パスＤ２の冷媒流れ方向上流側（上端側）とが接続されている。これは、上側ヘッダタンク２０に設けた隔壁２４の仕切板２５と仕切板２６の間に設けられた第１貫通孔２４ａによってなされており、第１貫通孔２４ａによって上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第１風上側パスＵ１の下流側と、第２風下側パスＤ２の上流側とを接続している。

また、第２風下側パスＤ２の冷媒流れ方向下流側（下端側）と、第２風上側パスＵ２の冷媒流れ方向上流側（下端側）とが接続されている。これは、下側ヘッダタンク３０に設けた隔壁３４の仕切板３７と仕切板３８の間に設けられた第２貫通孔３４ｂによってなされており、第２貫通孔３４ｂによって下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第２風下側パスＤ２の下流側と、第２風上側パスＵ２の上流側とを接続している。

また、第４風下側パスＤ４の冷媒流れ方向下流側（下端側）と、第３風上側パスＵ３の冷媒流れ方向上流側（下端側）とが接続されている。これは、下側ヘッダタンク３０に設けた隔壁３４の仕切板３６、３８よりも右側の部分に設けられた第３貫通孔３４ｃによってなされており、第３貫通孔３４ｃによって下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第４風下側パスＤ４の下流側と、第３風上側パスＵ３の上流側とを接続している。

また、第３風上側パスＵ３の冷媒流れ方向下流側（上端側）と、第３風下側パスＤ３の冷媒流れ方向上流側（上端側）とが接続されている。これは、上側ヘッダタンク２０に設けた隔壁２４の仕切板２６と仕切板２７の間に設けられた第２貫通孔２４ｂによってなされており、第２貫通孔２４ｂによって上側ヘッダタンク２０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第３風上側パスＵ３の下流側と、第３風下側パスＤ３の上流側とを接続している。

また、第３風下側パスＤ３の冷媒流れ方向下流側（下端側）と、第２風上側パスＵ２の冷媒流れ方向上流側（下端側）とが接続されている。これは、下側ヘッダタンク３０に設けた隔壁３４の仕切板３７と仕切板３８の間に設けられた第２貫通孔３４ｂによってなされており、第２貫通孔３４ｂによって下側ヘッダタンク３０の外部空気流れ方向上流側と下流側とを連通させることで、第３風下側パスＤ３の下流側と、第２風上側パスＵ２の上流側とを接続している。第２風下側パスＤ２の下流側と、第３風下側パスＤ３の下流側とは連通しているので、共通の第２貫通孔３４ｂによって第２風上側パスＵ２に接続することができる。

例えば、第１風下側パスＤ１に冷媒を流入させる部位と、該第１風下側パスＤ１から冷媒を流出させる部位とは、上下方向に離れ、かつ、チューブ２の積層方向にも離れている。つまり、図３に示すように、第１風下側パスＤ１に冷媒を流入させる部位は、該第１風下側パスＤ１の上端側であり、かつ、該第１風下側パスＤ１の右側となるように設定されている。一方、第１風下側パスＤ１から冷媒を流出させる部位は、該第１風下側パスＤ１の下端側であり、かつ、該第１風下側パスＤ１の左側となるように設定されている。これにより、第１風下側パスＤ１に冷媒を流入させる部位と、該第１風下側パスＤ１から冷媒を流出させる部位とが、該第１風下側パスＤ１の対角線上に位置することになるので、各チューブ２の冷媒分配を均一化することができる。

第２〜第４風下側パスＤ２〜Ｄ４についても、冷媒を流入させる部位と冷媒を流出させる部位とが、各パスＤ２〜Ｄ４の対角線上に位置するようになっている。第１風上側パスＵ１、第３風上側パスＵ３についても同様である。

（冷媒流入管４０の構成）
図１に示すように、冷媒流入管４０は、熱交換器１の上部に設けることができる。冷媒流入管４０は、上側ヘッダタンク２０とは別部材で構成されており、上側ヘッダタンク２０の外部に配設されている。これにより、熱交換器１の内部に冷媒流入管４０が無くなるので、上側ヘッダタンク２０の内部構造がシンプルになる。また、上側ヘッダタンク２０内での冷媒漏れ等の不具合を回避できる。

冷媒流入管４０は、上側ヘッダタンク２０の上壁部に沿って左右方向に延びており、左側が上流側とされている。冷媒流入管４０の左側には、図示しない減圧装置を経て減圧された冷媒が流入するようになっている。冷媒流入管４０は、第１風下側パスＤ１の冷媒流れ方向上流側に接続される第１管部４０ｂと、該第１管部４０ｂよりも冷媒流れ方向下流側に設けられ、第４風下側パスＤ４に接続される第２管部４０ａとを有している。第１管部４０ｂは、冷媒流入管４０の中途部から分岐している。第１〜第４風下側パスＤ１〜Ｄ４、第１〜第３風上側パスＵ１〜Ｕ３のうち、冷媒流れ方向最上流のパスは第１風下側パスＤ１及び第４風下側パスＤ４になる。

図５に示す変形例１のように、冷媒流入管４０を、上側ヘッダタンク２０の隔壁２４よりも外部空気流れ方向下流側の空間Ｒ２（ヘッダタンクの内部）に配設するようにしてもよい。また、図６に示す変形例２のように、冷媒流入管４０には、第１風下側パスＤ１に流入する冷媒量と、第４風下側パスＤ４に流入する冷媒量とを均等にするための冷媒分流制御構造４１を設けてもよい。冷媒分流制御構造４１は、冷媒流入管４０における第１管部４０ｂと第２管部４０ａとの間に設けられており、冷媒流入管４０の流路を絞る絞り部で構成されている。

また、図７に示す変形例３のように、冷媒分流制御構造は、冷媒流入管４０内の冷媒を第１管部４０ｂに案内するための案内部４２であってもよい。案内部４２は、冷媒流入管４０の周壁部に形成した下降傾斜する部分であってもよいし、冷媒流入管４０の内部に設けた傾斜板等であってもよい。

（冷媒流出管５０の構成）
図１に示すように、冷媒流出管５０は熱交換器１の上部に設けることができる。冷媒流出管５０は、上側ヘッダタンク２０とは別部材で構成されており、上側ヘッダタンク２０の外部に配設されている。これにより、熱交換器１の内部に冷媒流出管５０が無くなるので、上側ヘッダタンク２０の内部構造がシンプルになる。また、上側ヘッダタンク２０内での冷媒漏れ等の不具合を回避できる。

冷媒流出管５０は、上側ヘッダタンク２０の上壁部に沿って左右方向に延びており、左側が下流側とされている。冷媒流出管５０の左側には、冷凍サイクルを構成する他の要素が接続されている。冷媒流出管５０の上流端部は、第２風上側パスＵ２の冷媒流れ方向下流側に接続される。従って、第２風上側パスＵ２が冷媒流れ方向最下流のパスになる。

図５に示す変形例のように、冷媒流出管５０を、上側ヘッダタンク２０の隔壁２４よりも外部空気流れ方向上流側の空間Ｒ１（ヘッダタンクの内部）に配設するようにしてもよい。

（実施形態の作用効果）
冷媒流入管４０から流入した冷媒は、第１風下側パスＤ１及び第４風下側パスＤ４の上端側に流入して下端側へ流れながら外部空気と熱交換する。第１風下側パスＤ１を流通した冷媒は、第１風上側パスＵ１の下端側に流入して該第１風上側パスＵ１を上端側へ流れながら外部空気と熱交換する。また、第４風下側パスＤ４を流通した冷媒は、第３風上側パスＵ３の下端側に流入して該第３風上側パスＵ３を上端側へ流れながら外部空気と熱交換する。

第１風上側パスＵ１を流通した冷媒は、第２風下側パスＤ２の上端側に流入して該第２風下側パスＤ２を下端側へ流れながら外部空気と熱交換する。第３風上側パスＵ３を流通した冷媒は、第３風下側パスＤ３の上端側に流入して該第３風下側パスＤ３を下端側へ流れながら外部空気と熱交換する。

第２風下側パスＤ２及び第３風下側パスＤ３を流通した冷媒は下側ヘッダタンク３０で集合した後、第２風上側パスＵ２の下端側に流入して該第２風上側パスＵ２の上端側へ流れながら外部空気と熱交換し、その後、冷媒流出管５０を流通して熱交換器１の外部に流出する。

例えば圧縮機が停止して冷凍サイクル内の冷媒の流れが止まると、第１風下側パスＤ１に残っている液冷媒が外部空気と熱交換して体積膨脹する。この体積膨脹によって第１風下側パスＤ１の液冷媒が第１風上側パスＵ１に移動することになる。第１風上側パスＵ１では、冷却される前の外部空気が通過することになるので、風上側で冷却された外部空気が通過することになる第１風下側パスＤ１に比べて、外部空気と冷媒との温度差が大きくなる。これにより、冷媒が素早く蒸発することになり、熱交換器１の部分的な温度上昇遅れが解消される。よって、吹出空気の温度を均一化できるとともに、熱交換器１の凍結による変形や破損を抑制することができる。

また、減圧後の冷媒を、第１風下側パスＤ１及び第４風下側パスＤ４に流入させるようにしているので、冷媒の流れを熱交換器１の左右対称な流れとすることができる。これにより、熱交換器１の温度分布が左右対称になり、その結果、車両の左側と右側とで吹出空気の温度差をより一層小さくすることができ、例えば運転席側と助手席側とで均一な温度の空調風を供給することができる。

また、仮に、第１風下側パスＤ１及び第４風下側パスＤ４の冷媒量に差が生じた場合であっても、冷媒流れ方向最下流の第２風上側パスＵ２で第２風下側パスＤ２及び第３風下側パスＤ３の冷媒が合流するので、第２風上側パスＵ２においては温度分布が均一化する。特に、冷媒流れ方向最下流のパスＵ２では、ガス冷媒の割合が多く、冷媒の流れに偏りがあると部位による温度差が大きくなりやすいが、本実施形態のような冷媒の流れにすることにより、冷媒流れ方向最下流のパスＵ２内で部位による温度差を小さくすることができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る熱交換器は、例えば、自動車に搭載される車両用空調装置の熱交換器として使用することができる。

１ 熱交換器（凝縮器）
２ チューブ
２０ 上側ヘッダタンク
２４ 隔壁
２４ａ 貫通孔
３０ 下側ヘッダタンク
３４ 隔壁
３４ａ 貫通孔
４０ 冷媒流入管
４０ａ 第２管部
４０ｂ 第１管部
４１ 絞り部（冷媒分流制御構造）
４２ 案内部（冷媒分流制御構造）
５０ 冷媒流出管
Ｄ１ 第１風下側パス
Ｄ２ 第２風下側パス
Ｄ３ 第３風下側パス
Ｄ４ 第４風下側パス
Ｕ１ 第１風上側パス
Ｕ２ 第２風上側パス
Ｕ３ 第３風上側パス

Claims (14)

1. 外部空気流れ方向上流側及び下流側にそれぞれ配設された上下方向に延びる複数のチューブと、該チューブの上端部及び下端部にそれぞれ連通するヘッダタンクとを備え、該チューブを流通する冷媒と外部空気とを熱交換させるように構成された熱交換器において、
   上記熱交換器における外部空気流れ方向上流側には、上記チューブで構成された第１風上側パス、第２風上側パス及び第３風上側パスが形成され、
   上記第１風上側パス、上記第２風上側パス及び上記第３風上側パスが順に並ぶように配置されており、
   上記熱交換器における外部空気流れ方向下流側には、上記チューブで構成された第１風下側パス、第２風下側パス、第３風下側パス及び第４風下側パスが形成され、
   上記第１風下側パス、上記第２風下側パス、上記第３風下側パス及び上記第４風下側パスが順に並ぶように配置されており、
   上記第１風下側パス及び上記第４風下側パスには上記熱交換器に冷媒を流入させる冷媒流入管が接続され、
   上記第１風下側パスの下流側と上記第１風上側パスの上流側とが接続され、
   上記第１風上側パスの下流側と上記第２風下側パスの上流側とが接続され、
   上記第２風下側パスの下流側及び上記第３風下側パスの下流側と上記第２風上側パスの上流側とが接続されていることを特徴する熱交換器。
2. 請求項１に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクとは別部材で構成されていることを特徴する熱交換器。
3. 請求項１または２に記載の熱交換器において、
   上記熱交換器から冷媒を流出させる冷媒流出管を備え、
   上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクとは別部材で構成されていることを特徴する熱交換器。
4. 請求項２または３に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクの内部に配設されていることを特徴する熱交換器。
5. 請求項３に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクの内部に配設されていることを特徴する熱交換器。
6. 請求項２または３に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流入管は、上記ヘッダタンクの外部に配設されていることを特徴する熱交換器。
7. 請求項３に記載の熱交換器において、
   上記冷媒流出管は、上記ヘッダタンクの外部に配設されていることを特徴する熱交換器。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の熱交換器において、
   上記ヘッダタンクの内部には、外部空気流れ方向上流側と下流側とに区画する隔壁が設けられており、
   上記風上側パスと上記風下側パスとは、上記隔壁の一部に設けられた貫通孔によって接続されることを特徴する熱交換器。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の熱交換器において、
   上記各パスを構成するチューブは外部空気の流れ方向と交差する方向に積層されており、
   上記パスに冷媒を流入させる部位と、該パスから冷媒を流出させる部位とは、上下方向に離れ、かつ、上記チューブの積層方向にも離れていることを特徴する熱交換器。
10. 請求項９に記載の熱交換器において、
    冷媒流れ方向最下流のパスは上記第２風上側パスで構成され、
    上記第２風下側パス及び上記第３風下側パスの下流側が上記第２風上側パスの上流側に接続されていることを特徴する熱交換器。
11. 請求項１から１０のいずれか１つに記載の熱交換器において、
    上記冷媒流入管には、上記第１風下側パスに流入する冷媒量と上記第４風下側パスに流入する冷媒量とを均等にするための冷媒分流制御構造が設けられていることを特徴する熱交換器。
12. 請求項１１に記載の熱交換器において、
    上記冷媒流入管は、上記第１風下側パスに接続される第１管部と、上記第４風下側パスに接続される第２管部とを有し、
    上記冷媒分流制御構造は、上記冷媒流入管における上記第１管部と上記第２管部との間に設けられた絞り部であることを特徴する熱交換器。
13. 請求項１１に記載の熱交換器において、
    上記冷媒流入管は、上記第１風下側パスに接続される第１管部と、該第１管部よりも冷媒流れ方向下流側に設けられ、上記第４風下側パスに接続される第２管部とを有し、
    上記冷媒分流制御構造は、上記冷媒流入管内の冷媒を上記第１管部に案内するための案内部であることを特徴する熱交換器。
14. 請求項１から１３のいずれか１つに記載の熱交換器において、
    隣合う上記チューブの間には、蓄冷材が設けられていることを特徴する熱交換器。

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