JP3114280B2 - 蒸発器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は蒸発器に関し、詳しくは
自動車用空気調和装置等の冷凍サイクルに用いられる蒸
発器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、自動車用空気調和装置等に用い
られる冷凍サイクルは、圧縮機，凝縮器，受液器，膨張
弁，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】上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、等温膨張を続けて室内空気の冷却作用を果
たし、膨張した冷媒は過熱蒸気となって圧縮器に吸入さ
れる。

【０００４】そして、上記の様な冷凍サイクルに使用さ
れる蒸発器としては、従来より性能が優れる等の観点か
ら、積層型の蒸発器が開発されている。この積層型蒸発
器は、多くの管板を積層して形成した複数の蒸発流路か
らなる熱交換部を備え、これらの蒸発流路に冷媒を分配
して供給することによって、冷媒と室内空気との熱交換
を行なうものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の様な
冷凍サイクルを用いる蒸発器では、蒸発器内で冷媒が蒸
発していく過程で、冷凍サイクルの熱交換性能に有害な
遊離水分が発生するために、これを除去する必要に迫ら
れていた。このため、例えば、図７に示す様な装置を使
用して水分を除去することが考えられるが、この場合に
は以下の様な問題があり、必ずしも好適ではなかった。

【０００６】図７に示す装置は、膨張弁Ｐ１の下流側に
熱交換部Ｐ２を設け、この熱交換部Ｐ２の流出経路Ｐ３
にバイパスＰ４を形成するとともに、バイパスＰ４に冷
却部Ｐ５とグラスウール等を使用した水分除去装置Ｐ６
とを設けたものである。この装置では、膨張弁Ｐ１から
熱交換部Ｐ２に供給された冷媒は、熱交換部Ｐ２内で徐
々に蒸発するが、その際に遊離水が発生する。このとき
に、熱交換部Ｐ２の下流端近傍を熱して過熱域とする
と、遊離水は蒸発してしまうので、流出経路Ｐ３に設け
たバイパスＰ４を冷却して遊離水を出現させ、水分除去
装置Ｐ６にて水分を捕集して外部に取り出している。

【０００７】しかしながら、蒸発器の出口付近の配管か
ら、バイパスＰ４を取り出し、このバイパスＰ４中の冷
媒ガスを再度冷却して遊離水を発生させる機構は、構造
的に複雑であり、製造コストも高いという問題があっ
た。また、それとは別に、熱交換部Ｐ２の途中から冷媒
ガスを抜き出せば、遊離水は加熱する前であるので消滅
していないが、例えば積層型蒸発器の様に流路が密集す
る熱交換部Ｐ２の途中から、バイパスＰ４を取り出す構
造は現実的には難しいという問題があった。

【０００８】本発明の蒸発器は、上記課題を解決するた
めになされ、簡易な構成で、冷媒からの遊離水を捕捉し
て外部に取り出すことができる蒸発器を提供することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルに用いる蒸
発器において、上記冷媒を導入して所定距離通過させる
入口流路と、上記入口流路の下流端側に接続されて冷媒
の蒸発領域となる蒸発流路と、上記蒸発流路の下流端か
ら流出した冷媒を所定距離通過させて送り出す出口流路
と、上記入口流路と上記出口流路とを近接配置して、上
記入口流路の冷媒と上記出口流路の冷媒とを熱交換させ
る冷媒熱交換部と、を備えるとともに、上記冷媒熱交換
部の出口流路のうち、冷媒の過熱域より上流側の出口流
路から分岐するバイパス流路と、該バイパス流路に設け
られて、バイパス流路中の冷媒の遊離水を取り出す水分
除去装置と、を備えたことを特徴とする蒸発器を要旨と
する。

【００１０】

【作用】上記構成を有する本発明の蒸発器では、例えば
膨張弁から流出した冷媒が、入口流路に導入され所定距
離通過して蒸発流路に導入される。この蒸発流路にて冷
媒が蒸発するに従って低温となり、冷媒と例えば空気と
の熱交換を行なう。そして、蒸発流路を通過した冷媒
は、出口流路を所定距離通過することによって、冷媒熱
交換部にて入口流路の冷媒と熱交換する。つまり、出口
流路の冷媒は入口流路の冷媒を冷却し、それによって、
入口流路の気体と液体との二相状態の冷媒は液単相状態
となる。逆に、出口流路の冷媒は、入口流路の冷媒によ
り加熱され次第に過熱蒸気状態となる。

【００１１】そして、特に本発明では、バイパス流路を
上記出口流路の過熱域より上流側に設けたので、蒸発流
路から流出した気体状の冷媒は、過熱度を持たない飽和
ガスの状態にあり、その中には遊離水が存在する。そし
て、この（過熱域にて蒸発する前の）遊離水を冷媒とと
もにバイパス流路に導き、バイパス流路中の遊離水を水
分除去装置に捕集することによって、外界に取り出す。

【００１２】

【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、以下本発明の蒸発器の好適な実施例に
ついて説明する。図１は本実施例の積層型蒸発器の模式
図である。

【００１３】図１に示す様に、積層型蒸発器（以下、単
に蒸発器と呼ぶ）１は、自動車用冷凍サイクルに用いら
れるものであり、膨張弁３の下流側に設けられる。この
蒸発器１は、膨張弁３から流出した冷媒の導入及び蒸発
器１外へ気化後の冷媒の送出を行なうジョイントブロッ
ク５と、冷媒間で熱交換を行なう冷媒熱交換部（スーパ
ーヒータ）７と、冷媒と空気とを熱交換させる冷媒蒸発
部９と、冷媒蒸発部９の入口で冷媒熱交換部７からの冷
媒を減圧する絞り部３４とから構成されている。その外
観を図２に示す。

【００１４】上記ジョイントブロック５には、膨張弁３
から流出した二相状態の冷媒の入口となる流入口１０
と、気化後の冷媒を送り出す流出口１１とが設けられて
いる。冷媒熱交換部７は、入口冷媒と出口冷媒とが熱交
換される部分であり、図３（Ａ）に示す様に、凹凸のあ
るプレート１２をろう付けにより複数積層して、図３
（Ｂ）にそのＩ−Ｉ断面を示す様に、冷媒の入口流路１
３と出口流路１４とを隣接して形成し、この入口流路１
３と出口流路１４とに各々入口冷媒と出口冷媒とを流す
ように構成されている。

【００１５】上記冷媒熱交換部７の上部側面には、冷媒
ガスに含まれる遊離水を取り除くために、水分除去装置
１５が接合されており、水分除去装置１５は、後述する
冷媒の過熱域より上流側となる様に配置されている。こ
の水分除去装置１５は、図４に示す様に、台座１６，Ｏ
リング１７及び筒状のボディ１８を備えるとともに、冷
媒熱交換部７の出口流路１４に連通する導入路１９及び
導出路，導入路１９と導出路２０とを区分する仕切り部
２１，グラスウール層２２，筒状のスペーサ２２３及び
スペーサ２３によって形成された内部空間２４，ポリイ
ミド等からなる水分透過膜１２４，筒状の固定金具２５
等を備えている。

【００１６】また、冷媒蒸発部９は、図１，図２に示す
様に、空気を冷却するための波板状のコルゲートフィン
２６（以下、フィンと呼ぶ）と、図５に示す凹凸のある
プレート（管板）２７とを、ろう付けにより多数積層し
たものである。このプレート２７は、図５に示す様に、
略長方形の板状で、その下部に円筒形の入口タンク２８
と出口タンク２９とが形成されている。入口タンク２８
及び出口タンク２９は、冷媒熱交換部７の下部の入口部
３１及び出口部３２（図１）に整合する位置に、各々設
けられている。

【００１７】このプレート２７は、積層したときにプレ
ート２７間に冷媒の蒸発流路３０が形成されるように、
外周に対して中央部がくぼんでいる。また、この中央部
である中央凹面部３３には、冷媒の伝熱促進のための複
数のクロスリブ３５と、冷媒を上方に導き更に方向転換
して出口タンク２９に導く中央隔壁３７が凸状に形成さ
れている。

【００１８】上述した構成を備えた蒸発器１を製造する
場合には、ろう材を塗布したプレート１２，２７とフィ
ン２６とを積層するとともに、水分除去装置１５の台座
１６やジョイントブロック５を固定し、これらの部材を
加熱してろう付けすることによって一体に接合形成し、
最後に水分除去装置１５を台座１６に組み付ける。

【００１９】次に、この様にして製造した蒸発器１の冷
媒の流れを、図１ないし図５の矢印にて示す。まず、図
１に示す様に、膨張弁３からジョイントブロック５の流
入口１０に送られた冷媒は、冷媒熱交換部７の入口流路
１３を通って各入口タンク２８に送られ、ここで分配さ
れて各蒸発流路３０に送られる。そして、図５に示す様
に、絞り部３４から蒸発流路３０に流入した冷媒は、蒸
発しながら中央凹面部３３間を上方に向かって流れ、更
に上部で方向転換して下方に向い、各出口タンク２９に
流れ込む。次に、図１に示す様に、出口タンク２９で合
流した冷媒は、冷媒熱交換部７に送られて、出口流路１
４を通過する。ここで、図２に示す様に、出口流路１４
から分岐した導入路１９に導かれた冷媒は、水分除去装
置１５内に入り、グラスウール層２２を通過する際に遊
離水を捕捉された後に、導出路２０を介して再度出口流
路１４に合流する。

【００２０】次に、以上の様に構成された蒸発器１の動
作を図６とともに説明する。図６は、冷凍サイクル上で
の冷媒の状態を表すモリエ線図である。尚、モリエ線図
上の主要点ａ〜ｆに対応する位置を、図１，図４に点ａ
〜ｆで示す。図示しない圧縮機により圧縮された（図中
線ｍ部分）高圧の冷媒は、凝縮器で放熱し（図中線ｎ部
分）、ガス冷媒から液冷媒へと相変化する。そして、冷
媒熱交換部７で入口冷媒と出口冷媒を熱交換させること
で、冷媒を線ｐ上に沿って点ｂまで変化させて液化して
いる。この液冷媒は、入口タンク２８の入口にある絞り
部３４により、冷媒は線ｑ上に沿って点ｃにまで減圧さ
れて気液二相状態となり、その後、冷媒蒸発部９の入口
タンク２８から各蒸発流路３０に均等に分配されて、フ
ィン２６を介して空気と熱交換され蒸発を開始する（図
中線ｒ部分）。冷媒は、点ｄの気液二相状態で冷媒蒸発
部９の出口タンク２９で合流して冷媒熱交換部７に送ら
れる。この出口冷媒は、出口流路１４を通過すること
で、入口冷媒と熱交換され過熱（スーパーヒート）蒸気
となって（図中線ｆ部分）、圧縮機へと送られる。

【００２１】つまり、冷媒蒸発部９を出た冷媒は、冷媒
熱交換部７内で高温の入口冷媒と熱交換し、図６のｄ〜
ｆ点間の状態変化をする。そして、このｄ〜ｆ点間の途
中の湿り蒸気状態の冷媒のうち、過熱域に達する前の冷
媒（点ｅ）を、図４に示す様に、水分除去装置内１５に
導いて、グラスウール層２２を通過させて遊離水を捕集
し、再度出口流路１４に戻す。尚、捕集された水分は、
蒸発器１の停止時に水分透過膜２４によって大気中に放
出される。

【００２２】以上説明したように、本実施例の蒸発器１
によれば、冷媒熱交換部７および絞り部３４を設けたこ
とにより、入口冷媒と出口冷媒とを熱交換して各蒸発流
路３０に冷媒を均一に分配することができ、しかも、蒸
発流路３０における冷媒の温度を一定に維持することが
できる。この結果、冷媒の均一分配により熱交換性能が
向上し、冷媒の等温膨張により空気との熱交換を均一に
することができ、フィン２６を通過した空気の温度を均
一にすることができる。

【００２３】また、本実施例では、水分除去装置１５を
冷媒熱交換部７の上部側面に設け、過熱域の上流側にて
導入路１９及び導出路２０等によって、出口流路１４を
分岐したバイパスを設けているので、冷媒ガスに含まれ
る遊離水を効率よく除去することができる。つまり、水
分除去装置１５のバイパスが設けられた位置は、出口流
路１４において過熱域の上流側であり、この位置は、冷
媒ガスが冷却されて多量の遊離水が発生し、しかも過熱
域にて遊離水が消滅する手前の位置であるので、遊離水
の捕集には極めて好都合である。

【００２４】しかも、この水分除去装置１５が設けられ
る位置は、冷媒熱交換部７の平坦な上部側面であるの
で、取り付けるための構造及び取り付け作業が容易であ
るという利点がある。以上本発明の実施例について説明
したが、本発明はこうした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において、種
々なる態様で実施し得ることは勿論である。

【００２５】例えば、膨張弁３を廃止し、コンデンサを
出た後の液冷媒を冷媒蒸発部９の入口タンク２８に導入
して、絞り部３４で蒸発させる構成にしてもよく、その
場合でも入口タンク２８に導入した冷媒が液単相に近い
状態であるために、気液二相に比較すると分配性能は向
上することになる。

【００２６】また、本実施例では、冷媒蒸発部９と冷媒
熱交換部７との一体型としているが、冷媒蒸発部９と冷
媒熱交換部７とを分離して配管等により接続した別置タ
イプにしてもよい。例えば、自動車用エアコンの場合、
冷媒蒸発部９を車室内に、冷媒熱交換部７を車室外に設
置して配管接続してもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の蒸発器に
よれば、冷媒熱交換部において、冷媒の過熱域より上流
側の出口流路から分岐するバイパス流路を設け、このバ
イパス流路に水分除去装置を設けているので、出力流路
に発生した遊離水を、遊離水が過熱域で消滅する前に効
率よく除去することができる。また、この水分除去装置
は、冷媒熱交換器の冷媒熱交換部に取り付けるだけで済
み、しかもバイパス流路を冷却するための特別の機構を
必要としないので、装置構成が極めて簡単であるという
利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】蒸発器の構成を示す模式図である。

【図２】蒸発器を示す外観図である。

【図３】冷媒熱交換部のプレートの平面及びそのＩ−Ｉ
断面を示す説明図である。

【図４】水分除去装置を示す断面図である。

【図５】冷媒蒸発部のプレートを示す平面図である。

【図６】冷媒の状態を表すモリエ線図である。

【図７】従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１…積層型蒸発器（蒸発器），７…冷媒熱交換部，
９…冷媒蒸発部，３０…蒸発流路， ２６…
コルゲートフィン（フィン），１２，２７…プレート，
１５…水分除去装置 １９…導入路，２０…導
出路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭56−86472（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 39/02 F25B 43/00

Claims (1)

(57)【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用いる
   蒸発器において、 上記冷媒を導入して所定距離通過させる入口流路と、 上記入口流路の下流端側に接続されて冷媒の蒸発領域と
   なる蒸発流路と、 上記蒸発流路の下流端から流出した冷媒を所定距離通過
   させて送り出す出口流路と、 上記入口流路と上記出口流路とを近接配置して、上記入
   口流路の冷媒と上記出口流路の冷媒とを熱交換させる冷
   媒熱交換部と、 を備えるとともに、 上記冷媒熱交換部の出口流路のうち、冷媒の過熱域より
   上流側の出口流路から分岐するバイパス流路と、 該バイパス流路に設けられて、バイパス流路中の冷媒の
   遊離水を取り出す水分除去装置と、 を備えたことを特徴とする蒸発器。