JP2006275403A - 蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝熱部材及びフィンの下部タンク近傍で凝縮水が凍結するのを抑制して、冷凍装置の運転時間を長くできるようにし、外部空気の冷却能力を向上させる。
【解決手段】 一対の成形プレート２からなる伝熱部材とフィンとを交互に積層して蒸発器を構成する。成形プレート２には、上下方向に延びる冷媒通路を構成する通路構成部１５、１６と、タンクを構成する上部カップ部１０、１１及び下部カップ部１２、１３とを成形する。通路構成部１５、１６の上下方向中間部に中間膨出部２１を多数設ける。通路構成部１５、１６の下端側には、直線状に延びる下部膨出部２０を設ける。下部膨出部２０により冷媒の流れを整流させて外部空気との熱伝達率を上下方向中間部よりも低減させ、伝熱部材の下部タンク近傍の表面温度が凝縮水の凍結温度以下となるのを抑制する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、一対の成形プレートを重ねて接合することにより形成された複数の伝熱部材が伝熱フィンを介して積層された蒸発器に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、車両用空調装置は冷凍装置を備えており、該冷凍装置の一要素を構成する蒸発器が冷却用熱交換器として使用されている。蒸発器は、上下方向に延びる一対の成形プレートを重ねて接合することにより形成された複数の伝熱部材と伝熱フィンとを備えている。伝熱部材は伝熱フィンを介して積層されている。

各成形プレートの風上側及び風下側には、冷媒通路を構成する風上側通路構成部及び風下側通路構成部が上下方向に延びるようにそれぞれ成形されている。また、各成形プレートの上部には、風上側の冷媒通路及び風下側の冷媒通路の上端部に連通する上部タンク構成部が成形され、下部には、風上側の冷媒通路及び風下側の冷媒通路の下端部に連通する下部タンク構成部が成形されている。

そして、高圧の冷媒を膨張弁により減圧してから例えば風下側の上部タンクに流入させると、該冷媒は風下側の冷媒通路を下方へ流れて下部タンクに流入する。下部タンクに流入した冷媒は、風上側の冷媒通路を上方へ流れて上部タンクに流入して蒸発器の外部に導出される。冷媒は、冷媒通路を流れる間に外部空気と熱交換して蒸発するとともに外部空気を冷却する。この外部空気の冷却時に、伝熱部材や伝熱フィンの表面に凝縮水が発生する。

上記凝縮水が伝熱部材間やフィン間で凍結して成長すると、熱交換の妨げになることがある。このことに対し、一般には、例えば蒸発器の表面に温度センサを取り付けておき、この温度センサにより蒸発器の表面の温度状態を検出し、この温度状態に基づいて冷凍装置の運転を制御して凝縮水が凍結するのを抑制することが行われている。

また、伝熱部材と伝熱フィンとを備えた蒸発器として、例えば、特許文献２に開示されているように、伝熱部材の通路構成部に、冷媒通路内へ膨出する複数の膨出部を互いに離して設けたものが知られている。この蒸発器では、冷媒通路を流れる冷媒の流れが膨出部によって乱されるので、冷媒通路内の冷媒を外部空気と略均一に熱交換させることが可能になって単位時間当たり熱伝達量、即ち熱伝達率が高まり、外部空気の冷却能力が向上する。
特開２００５−１４０８号公報 特開平５−１４９６５１号公報

ところで、特許文献１の下部タンクを備えた蒸発器においては、冷凍装置の運転を一旦停止して再開すると、蒸発前の液冷媒が自重で下部タンクに溜まることがある。こうなると、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍における表面温度が他の部分よりも低下することになる。また、上記特許文献１の蒸発器の冷却能力を高める手段として、特許文献２のように冷媒通路に複数の膨出部を設けることが考えられる。この場合には、伝熱部材の膨出部により熱伝達率が高まる分、伝熱部材及び伝熱フィンの表面温度が低下し易くなる。このように下部タンクを備えた蒸発器の冷媒通路に膨出部を設けると、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で凝縮水が凍結し易くなる。

上記のように蒸発器の一部に凝縮水が凍結し易い部位があると、温度センサを凍結し易い部位近傍に取り付けてその部位が凍結しないように優先して冷凍装置の運転状態を制御しなければならない。つまり、蒸発器の他の部位の温度が凍結温度となるまで余裕があるのに、冷凍装置の運転を停止して凍結し易い部位の温度が上昇するのを待つ必要が生じる。このように冷凍装置の運転停止時間が長くなると、外部空気の冷却能力が低下してしまう。

本発明は斯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、下部タンクを備えた蒸発器の冷媒通路に膨出部を設ける場合に、成形プレートの通路構成部の形状に工夫を凝らし、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で凝縮水が凍結するのを抑制することで、冷凍装置の運転時間を長くできるようにして外部空気の冷却能力を向上させることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、成形プレートの通路構成部における上下方向中間部に冷媒の流れを乱すための中間膨出部を設け、下部タンク構成部近傍に熱伝達率を低減させるための下部膨出部を設けた。

具体的には、請求項１の発明では、上下方向に延びる冷媒通路を構成する通路構成部と、該冷媒通路の下端部に連通する下部タンクを構成する下部タンク構成部とが成形された一対の成形プレートを重ねて接合してなる伝熱部材と、伝熱フィンとを備え、上記伝熱部材が伝熱フィンを介して複数積層されてなる蒸発器を対象とする。

そして、上記通路構成部の上下方向中間部には、冷媒通路内へ膨出し、該冷媒通路内の冷媒の流れを乱して冷媒と外部空気との熱伝達率を向上させる中間膨出部が互いに間隔をあけて複数設けられ、上記通路構成部の下部タンク構成部近傍には、冷媒通路内へ膨出し、冷媒と外部空気との熱伝達率を上記中間膨出部が形成された部位の熱伝達率よりも低減させる下部膨出部が設けられている構成とする。

この構成によれば、冷凍装置の運転により蒸発器に導入された冷媒が冷媒通路を流れる間に該冷媒の流れが中間膨出部で乱される。これにより、冷媒通路内の冷媒を外部空気と略均一に熱交換させることが可能になって熱伝達率が高まる。一方、冷媒通路における下部タンク近傍を流れる冷媒と外部空気との熱伝達率は、下部膨出部により、中間膨出部が形成された部位を流れる冷媒と外部空気との熱伝達率よりも低くなる。これにより、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍の表面温度が凝縮水の凍結温度以下となるのを抑制することが可能になる。

したがって、例えば冷凍装置の運転を一旦停止して再開するときのように、冷媒の流速が０に近づいて冷媒通路内の液冷媒が自重で下部タンクに落ちて溜まり、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍の表面温度が上昇しにくくなり凝縮水の凍結温度以下になり易い状態のときに、その下部タンク近傍で凝縮水が凍結するのを抑制することが可能になる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、下部膨出部は、冷媒通路を絞るように形成されている構成とする。

この構成によれば、冷媒通路が下部膨出部によって絞られるので、冷媒通路の下部膨出部が形成された部位では冷媒の流れる量が減少する。これにより、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率が確実に低減する。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、下部膨出部は、冷媒通路の下部タンク近傍の内表面積を上下方向中間部の内表面積よりも減少させるように形成されている構成とする。

この構成によれば、冷媒通路の下部タンク近傍において、冷媒が接触する冷媒通路の内表面積が減少する。このように冷媒通路の下部タンク近傍で内表面積を減少させることにより、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率が確実に低減する。

請求項４の発明では、請求項２または３の発明において、冷媒通路の断面形状が、扁平形状とされ、下部膨出部の形状が、冷媒通路の平面視で略Ｘ形状とされている構成とする。

この構成によれば、下部膨出部がシンプルな形状になる。

請求項５の発明では、請求項１の発明において、下部膨出部は、冷媒の流れを整流するように形成されている構成とする。

この構成によれば、冷媒通路において中間膨出部により流れが乱された状態の冷媒の流れが下部タンク近傍で下部膨出部により整流され、冷媒の流れに発生した乱れが小さくなる。このように冷媒通路の下部タンク近傍において冷媒の流れの乱れが小さくなると、冷媒と外部空気との熱交換が均一になされなくなって、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率が確実に低減する。

請求項６の発明では、請求項５の発明において、下部膨出部は、冷媒の流れ方向に略直線状に延びるように形成されている構成とする。

この構成によれば、下部膨出部がシンプルな形状になるとともに、冷媒の整流効果が十分に得られる。

請求項７の発明では、請求項１から６のいずれか１つの発明において、一対の成形プレートのうち、一方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部は、他方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部と接合されている構成とする。

この構成によれば、伝熱部材の耐圧強度が向上する。

請求項８の発明では、請求項１から７のいずれか１つの発明において、成形プレートには、風上側と風下側とに通路構成部及び下部タンク構成部がそれぞれ設けられ、伝熱部材は、冷媒を風下側の冷媒通路から風上側の冷媒通路に流すように構成され、下部膨出部は、成形プレートの風下側の通路構成部にのみ設けられている構成とする。

この構成によれば、冷媒が風下側の冷媒通路を流れた後、風上側の冷媒通路を流れるので、風下側の冷媒通路を流れる冷媒の方が液成分の占める割合が多い。このため、伝熱部材の下部タンク近傍においては風下側の表面温度の方が風上側の表面温度よりも低下し易く、この風下側の通路構成部にのみ下部膨出部を設けているので、凝縮水が凍結するのを効果的に抑制することが可能になる。

請求項９の発明では、請求項１から８のいずれか１つの発明において、成形プレートには、冷媒通路の上端部に連通する上部タンクを構成する上部タンク構成部が成形され、通路構成部の上部タンク構成部近傍には、下部膨出部と略同じ形状の上部膨出部が設けられている構成とする。

この構成によれば、各成形プレートの形状が上下方向について対称形状となる。これにより、蒸発器の製造時、一対の成形プレートを接合する際に該成形プレートの上下方向の向きが関係なくなるので、製造工程及び設備を簡素化することが可能になる。

請求項１０の発明では、請求項１から９のいずれか１つの発明において、積層方向に隣接する複数の伝熱部材の冷媒通路により構成されたパスが、伝熱部材の積層方向に３つ設けられている構成とする。

この構成によれば、蒸発器内の冷媒通路が、伝熱部材の積層方向に３つのパスに分けられるので、パスが１つや２つの場合に比べてパス１つ当たりの冷媒の流路断面積が狭くなって、冷媒の流速が上がる。また、パスが１つや２つの場合に比べてパス１つ当たりの冷媒通路の本数が少なくなるので、各冷媒通路へ流入する冷媒量の差が小さくなる。これにより、蒸発器の空気通過面における異なる部位の温度差を小さくすることが可能になる。

請求項１の発明によれば、冷媒通路の上下方向中間部に冷媒の流れを乱すための中間膨出部を設けたので、冷媒通路内の冷媒と外部空気との熱伝達率を高めることができる。そして、上記冷媒通路の下部タンク近傍に熱伝達率を低減させるための下部膨出部を設けたので、例えば冷凍装置の運転状態により液冷媒が下部タンクに溜まったときに、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍において凝縮水が凍結するのを抑制することができる。これにより、冷凍装置の運転時間を長くすることができて、外部空気の冷却能力を向上させることができる。

請求項２の発明によれば、冷媒通路の下部膨出部が形成された部位において冷媒の流れる量を減少させることができるので、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率を確実に低減することができる。

請求項３の発明によれば、下部膨出部により冷媒通路の下部タンク近傍の内表面積を減少させたので、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率を確実に低減することができる。

請求項４の発明によれば、下部膨出部がシンプルな形状となるので、成形プレートを容易に成形することができる。

請求項５の発明によれば、下部膨出部により冷媒の流れを整流するようにしたので、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で熱伝達率を確実に低減することができる。

請求項６の発明によれば、成形プレートを容易に成形することができるとともに、冷媒を整流効果を十分に得ることができる。

請求項７の発明によれば、一方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部を、他方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部に接合したので、伝熱部材の耐圧強度を落とすことなく、成形プレートの薄肉にして軽量化を図ることができる。

請求項８の発明によれば、冷媒を伝熱部材の風下側の冷媒通路から風上側の冷媒通路に流させ、下部膨出部を風下側の通路構成部にのみ設けたので、伝熱部材及び伝熱フィンの下部タンク近傍で凝縮水が凍結するのを効果的に抑制することができる。

請求項９の発明によれば、通路構成部の上部タンク構成部近傍に、下部膨出部と略同じ形状の上部膨出部を設けたので、成形プレートの形状を上下方向について対称形状にすることができる。これにより、蒸発器の製造時、成形プレートの上下方向の向きが関係なくなるので、製造工程及び設備を簡素化して低コスト化を図ることができる。

請求項１０の発明によれば、パスを伝熱部材の積層方向に３つ並べて設けたので、冷媒の流速が上がり熱交換効率をより一層向上させることができる。また、パス１つ当たりの冷媒通路の本数が少なくなるので、各冷媒通路へ流入する冷媒量の差が小さくなる。その結果、蒸発器の凝縮水が凍結し易い部位とそうでない部位との温度差が小さくなる。これにより、例えば、温度センサを用いて蒸発器の表面温度を検出して冷凍装置の運転を制御する場合に、適切な制御を行うことができて冷却能力を高めることができる。

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及び図２は、本発明の実施形態に係る蒸発器を示すものである。この実施形態の説明では、蒸発器が車両用空調装置の冷却用熱交換器を構成する場合について説明する。図示しないが、上記空調装置は、車室の前部に配設されたインストルメントパネル内に収容されており、この空調装置の樹脂製ケーシング内に上記蒸発器１が収容されている。蒸発器１は、図示しないが、圧縮機、凝縮器、膨張弁等と共に冷凍装置を構成している。この冷凍装置は、制御装置（図示せず）により制御されるようになっている。

上記蒸発器１は、一対の成形プレート２を重ねて接合することにより形成された複数の伝熱部材３が伝熱フィン４を介して左右方向（図１及び図２の左右方向）に積層された本体５と、該本体５の積層方向両端部、即ち左端部及び右端部に設けられたエンドプレート６とで構成されている。そして、図示しない送風機から送風された空気は、各伝熱部材３間のフィン４を該伝熱部材３の積層方向に略直交する方向（図２及び図５に白抜きの矢印で示す方向）に通過するようになっている。

各伝熱部材３内には、上下方向に平行に延びる風上側冷媒通路７及び風下側冷媒通路８（共に図４にのみ示す）と、風上側冷媒通路７の上端部及び下端部に連通する風上側上部空間及び風上側下部空間（図示せず）と、風下側冷媒通路８の上端部及び下端部に連通する風下側上部空間及び風下側下部空間（図示せず）とが形成されている。風上側冷媒通路７及び風下側冷媒通路８は、空気流れ方向に長い扁平形状とされている。

図３に示すように、上記一対の成形プレート２は、各々、アルミニウム製の板材をプレス成形して得られたものである。各成形プレート２の上部には、図２にも示すように、風上側上部カップ部１０及び風下側上部カップ部１１が外部空気の流れ方向に並んで形成されている。これら風上側上部カップ部１０及び風下側上部カップ部１１は略同じ形状とされている。また、成形プレート２の下部には、風上側下部カップ部１２及び風下側下部カップ部１３が外部空気の流れ方向に並んで形成されている。これら下部カップ部１２、１３は略同じ形状とされている。上記カップ部１０〜１３の底面には、空気流れ方向に長い略長円形の開口部１０ａ〜１３ａが形成されている。

成形プレート２には、風上側上部カップ部１０から風上側下部カップ部１２に亘って延びる風上側通路構成部１５と、風下側上部カップ部１１から風下側下部カップ部１３に亘って延びる風下側通路構成部１６とが形成されている。上記風上側通路構成部１５の幅は、風上側上部カップ部１０の同方向の寸法と略同じに設定されている。風上側通路構成部１５の深さは、風上側上部カップ部１０の深さよりも浅く設定されている。上記風下側通路構成部１６は、上記風上側通路構成部１５と略同じ形状とされている。

上記成形プレート２には、接合相手となる成形プレート２に接合される接合部１７が形成されている。この接合部１７は、成形プレート２の周縁部、風上側上部カップ部１０と風下側上部カップ部１１との間、風上側下部カップ部１２と風下側下部カップ部１３との間及び風上側通路構成部１５と風下側通路構成部１６との間に連続して形成されている。尚、成形プレート２の両面にはろう材が層状に設けられており、このろう材により接合相手の成形プレート２に接合されるようになっている。

風上側通路構成部１５の下端側には、図４にも示すように、風上側冷媒通路７側に向けて膨出する下部膨出部２０が３つ形成されている。各下部膨出部２０の先端面は上記接合部１７と略同一面上に位置付けられており、接合相手となる成形プレート２の下部膨出部２０先端面と接合されるようになっている。下部膨出部２０は、風上側冷媒通路７を幅方向に４分割する位置にそれぞれ配置され、各々、上下方向に直線状に延びている。この下部膨出部２０の直線形状により冷媒通路１５内を流れる冷媒の流れが整流されるようになっている。

上記各下部膨出部２０の上下方向の寸法、即ち冷媒流れ方向の寸法は、通路構成部１５の同方向の寸法の１５％以上２５％以下に設定されている。各下部膨出部２０の幅方向の寸法、即ち風上側冷媒通路７の幅方向の寸法は、下半部よりも上半部の方が長く設定されている。さらに、下部膨出部２０の下半部の幅方向の寸法は、下側へ行くほど長く設定されている。この下部膨出部２０の下半部により、冷媒通路１５が上下方向中間部に比べて絞られるとともに、冷媒通路１５の内表面積が上下方向中間部に比べて減少する。

また、風上側通路構成部１５の上端側には、上記下部膨出部２０と略同形状の上部膨出部２２が形成されている。尚、下部膨出部２０及び上部膨出部２２の数は、２つ以下であってもよいし、４つ以上であってもよい。

また、風上側通路構成部１５の下部膨出部２０と上部膨出部２２との間には、風上側冷媒通路７側に膨出する多数の中間膨出部２１が形成されている。各中間膨出部２１の先端面は上記突条部１７の先端面と略同一面上に位置付けられており、接合相手となる成形プレート２の中間膨出部２１先端面と接合されるようになっている。各中間膨出部２１は、上記下部膨出部２０や上部膨出部２２よりも小さく、冷媒の流れ方向に長い略長円形状とされている。

上記中間膨出部２１は、上下方向及び風上側通路構成部１５の幅方向に間隔をあけて配置されている。つまり、風上側通路構成部１５の上部膨出部２２よりも下方には、風上側通路構成部１５を幅方向に３分割する位置に２つの中間膨出部２１ａが形成されている。これら２つの中間膨出部２１ａの下方には、風上側通路構成部１５を幅方向に４分割する位置に３つの中間膨出部２１ｂが形成されている。また、風上側通路構成部１５の下部膨出部２０よりも上方には、上記２つの中間膨出部２１ａが形成され、これら中間膨出部２１ａの上方には３つの中間膨出部２１ｂが形成されている。このように、風上側通路構成部１５の幅方向に並ぶ２つの中間膨出部２１ａ及び３つの中間膨出部２１ｂが、上下方向に交互に形成されている。

上記風下側通路構成部１６にも、上記風上側通路構成部１５と同様に、下部膨出部２０、上部膨出部２２及び中間膨出部２１が形成されている。

一対の成形プレート２を重ねて突条部１７を接合すると、風上側通路構成部１５及び風下側通路構成部１６により風上側冷媒通路７及び風下側冷媒通路８がそれぞれ構成される。このとき、風上側上部カップ部１０により上記風上側上部空間が構成され、風下側上部カップ部１１により上記風下側上部空間が構成される。さらに、風上側下部カップ部１２により上記風上側下部空間が構成され、風下側下部カップ部１３により上記風下側下部空間が構成される。

上記伝熱部材３を積層していくと、積層方向に隣接する各カップ部１０〜１３の開口部１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ周縁が接触する。この状態で積層方向に隣接する開口部１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａ周縁を接合すると、該開口部１０ａ、１１ａ、１２ａ、１３ａを介し、積層方向に並ぶ風上側上部空間が連通して風上側上部タンク２３が構成され、風下側上部空間が連通して風下側上部タンク２４が構成され、風上側下部空間が連通して風上側下部タンク２５が構成され、風下側下部空間が連通して風下側下部タンク２６が構成される。つまり、上部カップ部１０、１１は、本発明の上部タンク構成部であり、下部カップ部１２、１３は、本発明の下部カップ構成部である。

また、図１に示すように、蒸発器１における左端部には、フィン４が配置されており、このフィン４の左側に上記エンドプレート６が接合されている。蒸発器１の右端部にも同様にフィン４が配置され、その右側に上記エンドプレート６が接合されている。

風下側上部タンク２４の右端部には、図２に示すように、冷媒の導入管部２７が設けられている。また、風上側上部タンク２３の右端部には、冷媒の導出管部２８が設けられている。これら導入管部２７及び導出管部２８には、膨張弁を内蔵した膨張弁ブロック（図示せず）が接続されるようになっている。上記圧縮機や凝縮器を経て生成された高圧の液冷媒は、上記膨張弁ブロックを介して減圧されて導入管部２７から蒸発器１内に導入され、また、蒸発器１内の冷媒は導出管部２８から膨張弁ブロックを介して外部に導出されるようになっている。

上記左右方向に積層された伝熱部材３のうち、蒸発器１の右寄りに位置する伝熱部材３ａの成形プレート２ａには、風上側上部カップ部１０及び風下側上部カップ部１１の開口部１０ａ、１１ａが形成されていない。この右寄りに位置する伝熱部材３ａにより、図５に示すように、風上側上部タンク２３及び風下側上部タンク２４が左右方向右寄りの部位で左側空間２３ａ、２４ａと右側空間２３ｂ、２４ｂとにそれぞれ区画されている。また、左右方向に積層された伝熱部材３のうち、蒸発器１の左寄りに位置する伝熱部材３ｂの成形プレート２ｂには、風上側下部カップ部１２及び風下側下部カップ部１３の開口部１２ａ、１３ａが形成されていない。この左寄りに位置する伝熱部材３ｂにより、風上側下部タンク２５及び風下側下部タンク２６が左右方向左寄りの部位で左側空間２５ａ、２６ａと右側空間２５ｂ、２６ｂとにそれぞれ区画されている。

また、上記左寄りに位置する伝熱部材３ｂよりも左側に位置する伝熱部材３ｃを構成する成形プレート２ｃの風上側下部カップ部１２と風下側下部カップ部１３との間は、切り欠かれた形状をなしている。この切り欠かれた部分により、図２（ｂ）に示すように、伝熱部材３ｃの風上側下部空間と風下側下部空間とを連通させる連通路３０が形成されている。そして、この連通路３０を介して風上側下部タンク２５の左側空間２５ａと風下側下部タンク２６の左側空間２６ａとが連通している。

上記蒸発器１の風下側の下部、即ち伝熱部材３の下部膨出部２０が形成された部位近傍には、温度センサＳが取り付けられている。この温度センサＳは、伝熱部材３及びフィン４の表面温度を検出するものであり、上記制御装置に接続されている。制御装置は、基本的には乗員により設定された空調モードに対応して冷凍装置の運転状態を制御しており、例えば温度センサＳで検出された温度が凝縮水の凍結温度に近いと、上記空調モードにかかわらず圧縮機を停止させて冷凍装置の運転を停止させ、また、凝縮水の凍結温度よりも高く凝縮水が凍結しない温度であると、上記空調モードに対応して圧縮機を作動させ、冷凍装置を運転するように構成されている。つまり、冷凍装置は、伝熱部材３及びフィン４の表面温度により断続運転するようになっている。尚、上記温度センサＳの取付位置は、後述するが、蒸発器１の表面において温度が最も低下し易い位置とされている。

次に、上記のように構成された蒸発器１内部での冷媒の流れについて、図５に基づいて説明する。まず、導入管部２７から風下側上部タンク２４の右側空間２４ｂに導入された冷媒は、該右側空間２４ｂに連通する冷媒通路８に流入して下方へ流れ、風下側下部タンク２６の右側空間２６ｂに流入する。この風下側上部タンク２４の右側空間２４ｂに連通する冷媒通路８で第１パスＰ１が構成されている。

風下側下部タンク２６の右側空間２６ｂに流入した冷媒は左側へ流れて伝熱部材３ａと伝熱部材３ｂとの間の冷媒通路８に流入して上方へ流れ、風下側上部タンク２４の左側空間２４ａに流入する。この伝熱部材３ａと伝熱部材３ｂとの間の冷媒通路８で第２パスＰ２が構成されている。

風下側上部タンク２４の左側空間２４ａに流入した冷媒は、左側へ流れて風下側下部タンク２６の左側空間２６ａに連通する冷媒通路８に流入して下方へ流れ、風下側下部タンク２６の左側空間２６ａに流入する。この風下側下部タンク２６の左側空間２６ａに連通する冷媒通路８で第３パスＰ３が構成されている。

風下側下部タンク２６の左側空間２６ａに流入した冷媒は連通路３０を通って風上側下部タンク２５の左側空間２５ａに流入し、該左側空間２５ａに連通する冷媒通路７に流入して上方へ流れ、風上側上部タンク２３の左側空間２３ａに流入する。この風上側下部タンク２５の左側空間２５ａに連通する冷媒通路７で第４パスＰ４が構成されている。

風上側上部タンク２３の左側空間２３ａに流入した冷媒は、右側へ流れて伝熱部材３ａと伝熱部材３ｂとの間の冷媒通路７に流入して下方へ流れ、風上側下部タンク２５の右側空間２５ｂに流入する。この伝熱部材３ａと伝熱部材３ｂとの間の冷媒通路７で第５パスＰ５が構成されている。

風上側下部タンク２５の右側空間２５ｂに流入した冷媒は、右側へ流れて風上側上部タンク２３の右側空間２３ｂに連通する冷媒通路７に流入して上方へ流れ、風上側上部タンク２３の右側空間２３ｂに流入する。この風上側上部タンク２３の右側空間２３ｂに連通する冷媒通路７で第６パスＰ６が構成されている。風上側上部タンク２３の右側空間２３ｂに流入した冷媒は導出管部２８から外部に導出される。

上記冷媒通路７、８を流れる冷媒には、中間膨出部２１により乱流が形成される。これにより、冷媒通路７、８内の冷媒を外部空気と略均一に熱交換させることが可能になり、冷媒通路７、８内の冷媒と外部空気との熱伝達率が高まる。

上記蒸発器１内の冷媒は、第１パスＰ１〜第６パスＰ６へ流れるに従って外部空気と熱交換して蒸発し、気体成分が占める割合が多くなる。冷媒が外部空気と熱交換する際には、伝熱部材３及びフィン４の表面に凝縮水が発生する。

また、例えば第１パスＰ１を構成する冷媒通路８に流入した冷媒は、中間膨出部２１よりも下流側へ流れると、下部膨出部２０と冷媒通路８内側面との間及び下部膨出部２０間を通る。このとき下部膨出部２０が冷媒通路８の延びる方向に直線状をなしているので、冷媒の流れが整流され、冷媒の流れに発生した乱れが小さくなる。このように冷媒通路８の下部近傍で冷媒の流れの乱れが小さくなることで、冷媒と外部空気との熱交換が均一になされなくなり、伝熱部材３及び伝熱フィン４の下部タンク２６近傍で熱伝達率が低減する。

このことに加え、下部膨出部２０は、下側へ行くほど幅広とされているので、冷媒通路８が下部タンク２６に近づくほど絞られて流路断面積が減少することになる。その結果、冷媒通路８の下部膨出部２０近傍では冷媒の流れる量が減少する。さらに、下部膨出部２０が下側へ行くほど幅広とされていることにより、冷媒通路８の下部タンク２６近傍においては、冷媒が接触する冷媒通路８の内表面積が減少する。このように冷媒通路８の下部タンク２６近傍で冷媒の流れる量を少なくし、しかも、冷媒通路８の内表面積を減少させていることによっても、伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２６近傍で熱伝達率が低減する。

一方、上記制御装置が圧縮機を一旦停止させた状態では、蒸発器１内での冷媒の流速が０に近づいて第１パスＰ１を構成する冷媒通路８内の液冷媒が自重で下部タンク２６に落ちて溜まる。下部タンク２６に液冷媒が溜まると、伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２６近傍の表面温度が上昇しにくくなり凝縮水の凍結温度以下になり易い。この状態のときに、上述のように伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２６近傍で熱伝達率を低減させているので、その下部タンク２６近傍において凝縮水が凍結するのを抑制することが可能になる。尚、風上側でも同様に伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２５近傍において凝縮水が凍結するのを抑制することが可能になる。

したがって、この実施形態に係る蒸発器１によれば、冷媒通路７、８の上下方向中間部に冷媒の流れを乱す中間膨出部２１を設けたので、冷媒通路７、８内の冷媒と外部空気との熱伝達率を高めることができる。そして、上記冷媒通路７、８の下部タンク２５、２６近傍に熱伝達率を低減させる下部膨出部２０を設けたので、冷凍装置の運転状態により伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２５、２６近傍で凝縮水が凍結し易くなったときに、その下部タンク２５、２６近傍において凝縮水が凍結するのを抑制することができる。これにより、冷凍装置の運転時間を長くすることができて、外部空気の冷却能力を向上させることができる。

また、下部膨出部２０をシンプルな直線形状にしたので、成形プレート２を容易に成形することができる。また、下部膨出部２０は、成形プレート２をプレス成形する際に上記中間膨出部２１及び上部膨出部２２と同時に形成することができて、製造工数を削減することができる。

また、成形プレート２の上端側に下部膨出部２０と略同形状の上部膨出部２２を設けて、該成形プレート２の形状を上下方向について対称形状したので、蒸発器１の製造時、一対の成形プレート２の上下方向の向きが関係なくなる。これにより、蒸発器１の製造工程及び設備を簡素化して低コスト化を図ることができる。

また、一方の成形プレート２の下部膨出部２０、上部膨出部２２及び中間膨出部２１と、他方の成形プレート２の下部膨出部２０、上部膨出部２２及び中間膨出部２１とを接合したので、伝熱部材３の耐圧強度を落とすことなく、成形プレート２を薄肉にして軽量化することができる。

また、蒸発器１内の冷媒通路７、８を風下側で第１〜第３パスＰ１〜Ｐ３に分け、風上側で第４〜第６パスＰ４〜Ｐ６に分けたので、風下側及び風上側の各々でパスが１つや２つ設定されている場合に比べて、パス１つ当たりの冷媒の流路断面積が狭くなって、蒸発器１内で冷媒の流速を上げることができる。これにより、熱伝達率をより一層増大させることができる。

また、上記のように風上側の冷媒通路７及び風下側の冷媒通路８をそれぞれ３つのパスに分けることで、パス１つ当たりの冷媒通路７、８の本数が少なくなる。これにより、それぞれのパスについて各冷媒通路７、８へ流入する冷媒量の差が小さくなる。これにより、蒸発器１の空気通過面における互いに異なる部位の温度差が小さくなる。その結果、蒸発器１の凝縮水が凍結し易い部位とそうでない部位との温度差が小さくなる。これにより、１つの温度センサＳの検出結果に基づいて冷凍装置の制御を適切に行うことができ、より一層冷却能力を高めることができる。

また、下部膨出部２０の形状は、下半部を幅広にすることなく、上半部と同じ形状にしてもよい。

尚、この実施形態では、下部膨出部２０及び上部膨出部２２を直線状に形成しているが、これに限らず、例えば図６及び図７に示す変形例の下部膨出部５０及び上部膨出部５２のように、冷媒通路７、８の平面視で略Ｘ形状にしてもよい。これら下部膨出部５０及び上部膨出部５２は略同じ形状とされているので、下部膨出部５０の形状について説明する。下部膨出部５０は、中間膨出部２１よりも大きく、冷媒通路７、８の幅方向及び流れ方向に延びる形状とされている。この下部膨出部５０の冷媒通路７、８の幅方向の寸法は、中間膨出部２１の同方向の寸法の約３倍とされている。このように下部膨出部５０を大型化することにより、冷媒通路７、８の下部膨出部５０が形成された部位の内表面積を、中間膨出部２１が形成された部位の内表面積よりも小さくすることが可能になる。これにより、伝熱部材３及びフィン４の下部タンク２６近傍で熱伝達率が低減する。また、下部膨出部５０を大型化することで、相手側の成形プレート２への接合面積が増大して接合強度が高まるので、伝熱部材３の耐圧強度をより一層向上させることができる。尚、図６及び図７の符号５１は、下部膨出部５０及び上部膨出部５２の側方に設けられた側方膨出部である。

また、この実施形態では、通路構成部１５、１６に上部膨出部２２、５２を設けているが、該上部膨出部２２、５２は省略してもよい。

また、蒸発器１内の冷媒の流れが上述のように設定されているので、風下側の冷媒通路８を流れる冷媒の方が風上側の冷媒通路７を流れる冷媒よりも液成分の占める割合が多い。このため、伝熱部材３の風下側下部タンク２６近傍においては風上側よりも表面温度が低下し易い。このことに対応して、風下側の通路構成部１５、１６にのみ下部膨出部２０を設けてもよい。これにより、凝縮水が凍結するのを効果的に抑制することができる。

また、この実施形態では、蒸発器１の風上側及び風下側にそれぞれ３つのパスＰ１〜Ｐ３、Ｐ４〜Ｐ６を設けているが、パスの数はこれに限られるものではなく、伝熱部材３ａ、３ｂの配置や連通路３０の形成位置を変更することで任意に変えることが可能である。また、この実施形態では、冷媒通路を外部空気の流れ方向に２列設けているが、冷媒通路は外部空気の流れ方向に１列であってもよいし、３列以上であってもよい。

また、下部膨出部２０、５０の形状は、上記した形状に限られるものではない。

以上説明したように、本発明に係る蒸発器は、例えば、車両用空調装置の冷却用熱交換器に適している。

本発明の実施形態に係る蒸発器を外部空気の流れ方向下流側から見た図である。 （ａ）は蒸発器の平面図であり、（ｂ）は蒸発器の底面図である。 成形プレートの側面図である。 （ａ）は図３のＡ−Ａ線に相当する伝熱部材の断面図であり、（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線に相当する伝熱部材の断面図であり、（ｃ）は図３のＣ−Ｃ線に相当する伝熱部材の断面図である。 蒸発器内部での冷媒の流れを示す概略図である。 実施形態の変形例に係る図３相当図である。 （ａ）は図６のＡ−Ａ線に相当する伝熱部材の断面図であり、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ線に相当する伝熱部材の断面図である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 成形プレート
３ 伝熱部材
４ 伝熱フィン
７ 風上側冷媒通路
８ 風下側冷媒通路
１２ 風上側下部カップ部（下部タンク構成部）
１３ 風下側下部カップ部（下部タンク構成部）
１５ 風上側冷媒通路
１６ 風下側冷媒通路
２０ 下部膨出部
２１ 上部膨出部
２２ 中間膨出部
２５ 風上側下部タンク
２６ 風下側下部タンク
Ｐ１〜Ｐ６ 第１〜第６パス

Claims (10)

1. 上下方向に延びる冷媒通路を構成する通路構成部と、該冷媒通路の下端部に連通する下部タンクを構成する下部タンク構成部とが成形された一対の成形プレートを重ねて接合してなる伝熱部材と、伝熱フィンとを備え、上記伝熱部材が伝熱フィンを介して複数積層されてなる蒸発器であって、
   上記通路構成部の上下方向中間部には、冷媒通路内へ膨出し、該冷媒通路内の冷媒の流れを乱して冷媒と外部空気との熱伝達率を向上させる中間膨出部が互いに間隔をあけて複数設けられ、
   上記通路構成部の下部タンク構成部近傍には、冷媒通路内へ膨出し、冷媒と外部空気との熱伝達率を上記中間膨出部が形成された部位の熱伝達率よりも低減させる下部膨出部が設けられていることを特徴とする蒸発器。
2. 請求項１に記載の蒸発器において、
   下部膨出部は、冷媒通路を絞るように形成されていることを特徴とする蒸発器。
3. 請求項１に記載の蒸発器において、
   下部膨出部は、冷媒通路の下部タンク近傍の内表面積を上下方向中間部の内表面積よりも減少させるように形成されていることを特徴とする蒸発器。
4. 請求項２または３に記載の蒸発器において、
   冷媒通路の断面形状が、扁平形状とされ、
   下部膨出部の形状が、冷媒通路の平面視で略Ｘ形状とされていることを特徴とする蒸発器。
5. 請求項１に記載の蒸発器において、
   下部膨出部は、冷媒の流れを整流するように形成されていることを特徴とする蒸発器。
6. 請求項５に記載の蒸発器において、
   下部膨出部は、冷媒の流れ方向に略直線状に延びるように形成されていることを特徴とする蒸発器。
7. 請求項１から６のいずれか１つに記載の蒸発器において、
   一対の成形プレートのうち、一方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部は、他方の成形プレートの中間膨出部及び下部膨出部と接合されていることを特徴とする蒸発器。
8. 請求項１から７のいずれか１つに記載の蒸発器において、
   成形プレートには、風上側と風下側とに通路構成部及び下部タンク構成部がそれぞれ設けられ、
   伝熱部材は、冷媒を風下側の冷媒通路から風上側の冷媒通路に流すように構成され、
   下部膨出部は、成形プレートの風下側の通路構成部にのみ設けられていることを特徴とする蒸発器。
9. 請求項１から８のいずれか１つに記載の蒸発器において、
   成形プレートには、冷媒通路の上端部に連通する上部タンクを構成する上部タンク構成部が成形され、
   通路構成部の上部タンク構成部近傍には、下部膨出部と略同じ形状の上部膨出部が設けられていることを特徴とする蒸発器。
10. 請求項１から９のいずれか１つに記載の蒸発器において、
    積層方向に隣接する複数の伝熱部材の冷媒通路により構成されたパスが、伝熱部材の積層方向に３つ設けられていることを特徴とする蒸発器。

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