JP6182429B2 - エバポレータ - Google Patents

Description

この発明は、自動車に搭載される冷凍サイクルであるカーエアコンに好適に用いられるエバポレータに関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１、図３〜図６の上下を上下というものとする。

カーエアコンに用いられるエバポレータとして、長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向を向いた複数の扁平状冷媒流通管が、冷媒流通管の厚み方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う冷媒流通管どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙のうちの少なくとも一部の通風間隙にコルゲートフィンが配置されたものが広く知られている。

図８に示すように、上述したエバポレータに用いられるコルゲートフィン(30)としては、通風方向にのびる波頂部(31)、通風方向にのびる波底部(32)、および波頂部(31)と波底部(32)とを連結する連結部(33)よりなり、連結部(33)に、長手方向を連結部(33)の幅方向に向けた複数のルーバ(34)が通風方向に並んで形成されており、ルーバ(34)が、連結部(33)に、連結部(33)の幅方向にのびる複数の切れ目を通風方向に間隔をおいて入れるとともに、隣接する切れ目間の帯状部分を連結部(33)に対して傾斜するように曲げることによって形成され、ルーバ(34)の長手方向両端部が、連結部(33)の上下両側に突出した塑性変形部(35)(36)を介してコルゲートフィン(30)の連結部(33)に繋がっており、上側塑性変形部(35)における前記切れ目に臨んでいた切断端縁(35a)の形状が、通風方向から見て、上方に向かってルーバ(34)の連結部(33)の幅方向中央部側に傾斜した直線状であり、同じく下側塑性変形部(36)における前記切れ目に臨んでいた切断端縁(36a)の形状が、通風方向から見て、下方に向かって連結部(33)の幅方向中央部側に傾斜した直線状であり、上側塑性変形部(35)および下側塑性変形部(36)の切断端縁(35a)(36a)とコルゲートフィン(30)の連結部(33)との間隔が、波頂部(31)および波底部(32)側からルーバ(34)の長手方向中央部側に向かって徐々に大きくなっているものが知られている（特許文献１参照）。

通常、エバポレータは、圧縮機、冷媒冷却器としてのコンデンサおよび減圧器としての膨張弁などとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして車両、たとえば自動車に搭載される。このようなカーエアコンにおいては、圧縮機の作動時に、エバポレータのコルゲートフィンの表面に凝縮水が発生し、熱交換性能の低下や、送風量を低送風量から高送風量に切り替えた際の凝縮水の飛散が生じるおそれがあるので、凝縮水の排水性を向上させる必要がある。

特許文献１記載のコルゲートフィン(30)を用いたエバポレータの場合、コルゲートフィン(30)の表面に発生した凝縮水は、風により風下側に流れながら隣り合うルーバ(34)間を通って下方に排水されるが、上側塑性変形部(35)における前記切れ目に臨んでいた切断端縁(35a)の形状が、通風方向から見て、上方に向かってルーバ(34)の連結部(33)の幅方向中央部側に傾斜した直線状であり、同じく下側塑性変形部(36)における前記切れ目に臨んでいた切断端縁(36a)の形状が、通風方向から見て、下方に向かって連結部(33)の幅方向中央部側に傾斜した直線状であるから、コルゲートフィン(30)の表面に発生した凝縮水が下方に排水されるまでに比較的長い時間を必要とする。

特許第３７７５３０２号公報

この発明の目的は、上記要求に応え、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水を比較的短時間で排水しうるエバポレータを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向を向いた複数の扁平状冷媒流通管が、冷媒流通管の厚み方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う冷媒流通管どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙のうちの少なくとも一部の通風間隙に、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンが配置されており、コルゲートフィンの連結部に、長手方向を連結部の幅方向に向けた複数のルーバが通風方向に並んで形成され、ルーバが、連結部の幅方向にのびる複数の切れ目を通風方向に間隔をおいて入れるとともに、隣接する切れ目間の帯状部分を連結部に対して傾斜するように曲げることによって形成され、ルーバの長手方向両端部が、連結部の上下両側に突出した塑性変形部を介してコルゲートフィンの連結部に繋がっているエバポレータであって、
上側塑性変形部および下側塑性変形部における前記切れ目に臨んでいた切断端縁の形状が、通風方向から見て、中間部がコルゲートフィンの連結部の幅方向中央部側に突出するように湾曲した円弧状であるエバポレータ。

2)コルゲートフィンのフィン高さをＨｍｍ、ルーバ長さをＬ１ｍｍ、コルゲートフィンの肉厚をＴｍｍ、切断端縁の連結部幅方向の寸法をＬ２ｍｍとした場合、０．８×Ｈ≦Ｌ１、Ｌ２≧Ｔという関係となる上記1)記載のエバポレータ。

上記1)および2)のエバポレータによれば、ルーバの長手方向両端部を、コルゲートフィンの連結部に繋げる上側塑性変形部および下側塑性変形部における前記切れ目に臨んでいた切断端縁の形状が、通風方向から見て、中間部がコルゲートフィンの連結部の幅方向中央部側に突出するように湾曲した円弧状であるから、このエバポレータをカーエアコンに組み込んだ場合、圧縮機の作動時にコルゲートフィンの表面に発生した凝縮水は、表面張力により上側塑性変形部の下側に向かって流れるとともに、下側塑性変形部の上側に向かって流れる。したがって、比較的短時間で隣り合うルーバ間を通って下方に排水される。

すなわち、凝縮水が大量に発生した場合でも、幅方向中央側に突出するように湾曲した円弧状部の表面張力により、コルゲートフィンの表面に発生した凝縮水が比較的短時間で隣り合うルーバ間を通って下方に排水される。

上記2)のエバポレータによれば、ルーバの長さを比較的長く設定することができるので、排水性を保持しつつ、熱交換性能の高性能化が可能となる。

この発明のエバポレータの全体構成を示す一部切り欠き斜視図である。 図１のエバポレータに用いられているコルゲートフィンの一部を拡大して示す斜視図である。 図１のエバポレータに用いられているコルゲートフィンの一部を拡大して示す横断面図である。 図３のＡ−Ａ線断面の一部分に相当する図である。 図３のＢ−Ｂ線断面の一部分に相当する図である。 図３の要部拡大図である。 この発明のエバポレータに用いられているコルゲートフィンおよび特許文献１記載のコルゲートフィンにおける保水量と時間との関係を示すグラフである。 特許文献１記載のエバポレータに用いられているコルゲートフィンを示す図３相当の図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

以下の説明において、通風方向下流側（図１に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後というものとする。また、前方から後方を見た際の左右、すなわち図１および図３の左右を左右というものとする。

さらに、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１はこの発明によるエバポレータの全体構成を示し、図２〜図６はその要部の構成を示す。

図１において、エバポレータ(1)は、長手方向を左右方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製上ヘッダタンク(2)およびアルミニウム製下ヘッダタンク(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

上ヘッダタンク(2)は、前側（通風方向下流側）に位置する風下側上ヘッダ部(5)と、後側（通風方向上流側）に位置しかつ風下側上ヘッダ部(5)に一体化された風上側上ヘッダ部(6)とを備えている。風下側上ヘッダ部(5)の右端部に冷媒入口(7)が設けられ、風上側上ヘッダ部(6)の右端部に冷媒出口(8)が設けられている。下ヘッダタンク(3)は、前側に位置する風下側下ヘッダ部(9)と、後側に位置しかつ風下側下ヘッダ部(9)に一体化された風上側下ヘッダ部(11)とを備えている。

熱交換コア部(4)には、長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向（前後方向）を向いた複数のアルミニウム押出形材製扁平状冷媒流通管(12)が、左右方向に間隔をおいて並列状に配置されている。ここでは、前後方向に間隔をおいて配置された２つの冷媒流通管(12)からなる複数の組(13)が左右方向に間隔をおいて配置されており、前後の冷媒流通管(12)よりなる組(13)の隣り合うものどうしの間に風を通す通風間隙(14)が形成されている。風下側の冷媒流通管(12)の上端部は風下側上ヘッダ部(5)に接続されるとともに、同下端部は風下側下ヘッダ部(9)に接続されている。また、風上側の冷媒流通管(12)の上端部は風上側上ヘッダ部(6)に接続されるとともに、同下端部は風上側下ヘッダ部(11)に接続されている。そして、冷媒は、冷媒入口(7)を通ってエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)内に入り、全冷媒流通管(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の冷媒出口(8)から流出するようになっている。

熱交換コア部(4)の全通風間隙(14)および左右両端の冷媒流通管(12)の管組(13)の外側に、それぞれアルミニウムブレージングシートからなるコルゲートフィン(15)が配置されており、管組(13)を構成する前後両冷媒流通管(12)にろう付されている。また、左右両端のコルゲートフィン(15)の外側にアルミニウム製サイドプレート(16)が配置されてコルゲートフィン(15)にろう付されている。左右両端の管組(13)とサイドプレート(16)との間も風を通す通風間隙(14)となっている。

図２〜図６に示すように、コルゲートフィン(15)は、前後方向にのびる波頂部(17)、前後方向にのびる波底部(18)、および波頂部(17)と波底部(18)とを連結する平坦な連結部(19)よりなり、連結部(19)に、長手方向を連結部(19)の幅方向（左右方向）に向けた複数のルーバ(21)が通風方向に並んで形成されている。ルーバ(21)は、連結部(19)に、連結部(19)の幅方向にのびる複数の切れ目を通風方向に間隔をおいて入れるとともに、隣接する切れ目間の帯状部分を、当該帯状部分の幅方向の中心線の周りに、連結部(19)に対して傾斜するように曲げることによって形成されたものであり、ルーバ(21)の長手方向両端部（左右両端部）が、連結部(19)の上下両側に突出した塑性変形部(22)(23)を介して連結部(19)に繋がっている。したがって、ルーバ(21)の長手方向にのびる両側縁部(21a)は、前記切れ目に臨んでいた切断端縁であり直線状となっている。

ルーバ(21)の長手方向両端部を連結部(19)に繋げる上側塑性変形部(22)および下側塑性変形部(23)における前記切れ目に臨んでいた切断端縁(22a)(23a)の形状は、通風方向から見て、中間部がコルゲートフィンの連結部(19)の幅方向中央部側に突出するように湾曲した円弧状であり、切断端縁(22a)(23a)とコルゲートフィン(15)の連結部(19)との間隔は、冷媒流通管(12)側（波頂部(17)および波底部(18)側）からルーバ(21)の長手方向中央部側に向かって徐々に大きくなっている。切断端縁(22a)(23a)の円弧状部を(27)(28)で示す。

ここで、コルゲートフィン(15)のフィン高さをＨｍｍ、ルーバ(21)の長さをＬ１ｍｍ、コルゲートフィン(15)の肉厚をＴｍｍ、上側塑性変形部(22)および下側塑性変形部(23)の切断端縁(22a)(23a)における円弧状部を(27)(28)の左右方向の寸法をＬ２ｍｍとした場合、０．８×Ｈ≦Ｌ１、Ｌ２≧Ｔという関係となっていることが好ましい。

なお、コルゲートフィン(15)の連結部(19)には、複数のルーバ(21)からなる４つのルーバ群(24A)(24B)が前後方向に間隔をおいて設けられている。前端および前から３番目のルーバ群(24A)のルーバ(21)は前方に向かって下方に傾斜しているとともに、前から２番目および後端のルーバ群(24B)のルーバ(21)は後方に向かって下方に傾斜しており、前端および前から２番目のルーバ群(24A)(24B)が前側冷媒流通管(12)と対応する位置に設けられ、前から３番目および後端のルーバ群(24A)(24B)が後側冷媒流通管(12)と対応する位置に設けられている。前端および前から３番目のルーバ群(24A)の前端ルーバ(21)よりも前側に、両ルーバ群(24A)のルーバ(21)を形成する際に入れられた前端の切れ目よりも前側部分を、連結部(19)に対して傾斜するように上側に曲げることによって形成された傾斜片(25A)があり、これらのルーバ群(24A)の後端ルーバ(21)よりも後側に、両ルーバ群(24A)のルーバ(21)を形成する際に入れられた後端の切れ目よりも後側部分を、連結部(19)に対して傾斜するように下側に曲げることによって形成された傾斜片(25B)がある。また、前から２番目および後端のルーバ群(24B)の前端ルーバ(21)よりも前側に、両ルーバ群(24B)のルーバ(21)を形成する際に入れられた前端の切れ目よりも前側部分を、連結部(19)に対して傾斜するように下側に曲げることによって形成された傾斜片(26A)があり、これらのルーバ群(24A)の後端ルーバ(21)よりも後側に、両ルーバ群(24B)のルーバ(21)を形成する際に入れられた後端の切れ目よりも後側部分を、連結部(19)に対して傾斜するように上側に曲げることによって形成された傾斜片(26B)がある。

上述したエバポレータ(1)は、車両のエンジンを駆動源とする圧縮機、圧縮機から吐出された冷媒を冷却するコンデンサ（冷媒冷却器）、コンデンサを通過した冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）などとともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして自動車に搭載される。そして、圧縮機が作動している場合には、圧縮機で圧縮されてコンデンサおよび膨張弁を通過した低圧の気液混相の２相冷媒が、冷媒入口(7)を通ってエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)内に入り、全冷媒流通管(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の冷媒出口(8)から流出する。そして、冷媒が冷媒流通管(12)内を流れる間に、通風間隙(14)を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出する。

このとき、冷媒流通管(12)内を流れる冷媒により冷却されて、コルゲートフィン(15)の表面に凝縮水が発生する。コルゲートフィン(15)の表面に発生した凝縮水は、風により風下側に流れながら表面張力により上側塑性変形部(22)の下側に向かって流れるとともに、下側塑性変形部(23)の上側に向かって流れ、その結果隣り合うルーバ(21)間を通って比較的短時間で下方に排水される。

次に、上記実施形態のエバポレータ(1)に用いられているコルゲートフィン(15)（本発明品）、および図８に示すコルゲートフィン(30)（比較品）における保水量と時間との関係を調べた。すなわち、エバポレータ(1)を水槽内の水に浸し、エバポレータ(1)に残存していた空気を除去した後、３０分間放置した。ついで、エバポレータ(1)を吊り上げて水から出し、この状態で上記組み合わせ体の重量を測定することにより保水量変化を調べた。

その結果を図７に示す。図７から明らかなように、上記実施形態のエバポレータ(1)に用いられているコルゲートフィン(15)の保水量は、比較的短時間で急激に減少するのに対し、図８に示すコルゲートフィン(30)の保水量は、比較的長時間をかけて徐々に減少することが分かる。

上記実施形態においては、エバポレータ(1)のすべての通風間隙(14)にコルゲートフィン(15)が配置されているが、これに限定されるものではなく、全通風間隙(14)のうち一部の複数の通風間隙(14)に蓄冷材が封入された蓄冷材容器が配置されるとともに、残りの通風間隙(14)にコルゲートフィン(15)が配置されていてもよい。この場合、圧縮機の作動時に蓄冷材容器内の蓄冷材に冷熱が蓄えられ、エンジンが停止して圧縮機が停止した際に蓄冷材容器内の蓄冷材に蓄えられた冷熱を利用して車室内を冷却することができる。

また、上記実施形態においては、上下ヘッダタンク(2)(3)に、これとは別個に作られた冷媒流通管(12)が接続されたものであるが、これに代えて、この発明によるエバポレータは、１対の皿状プレートを対向させて周縁部どうしをろう付してなる複数の扁平中空体が並列状に配置されてなり、前後方向に並んで配置された風下側上ヘッダ部および風上側上ヘッダ部と、両ヘッダ部の下方に間隔をおいて配置された風下側下ヘッダ部および風上側下ヘッダ部と、冷媒入口ヘッダ部と風下側下ヘッダ部とを連通させる複数の冷媒流通管と、風上側上ヘッダ部と風上側下ヘッダ部とを連通させる複数の冷媒流通管とを備えており、隣り合う冷媒流通管どうしの間にコルゲートフィンが配置されている形式の所謂積層型エバポレータにも適用可能である。

この発明によるエバポレータは、車両のカーエアコンを構成する冷凍サイクルに好適に用いられる。

(1)：エバポレータ
(12)：冷媒流通管
(14)：通風間隙
(15)：コルゲートフィン
(17)：波頂部
(18)：波底部
(19)：連結部
(21)：ルーバ
(21a)：直線状両側縁部
(22)：上側塑性変形部
(22a)：切断端縁
(23)：下側塑性変形部
(23a)：切断端縁
(27)(28)：円弧状部

Claims (2)

1. 長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向を向いた複数の扁平状冷媒流通管が、冷媒流通管の厚み方向に間隔をおいて並列状に配置され、隣り合う冷媒流通管どうしの間に通風間隙が形成され、すべての通風間隙のうちの少なくとも一部の通風間隙に、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンが配置されており、コルゲートフィンの連結部に、長手方向を連結部の幅方向に向けた複数のルーバが通風方向に並んで形成され、ルーバが、連結部の幅方向にのびる複数の切れ目を通風方向に間隔をおいて入れるとともに、隣接する切れ目間の帯状部分を連結部に対して傾斜するように曲げることによって形成され、ルーバの長手方向両端部が、連結部の上下両側に突出した塑性変形部を介してコルゲートフィンの連結部に繋がっているエバポレータであって、
   上側塑性変形部および下側塑性変形部における前記切れ目に臨んでいた切断端縁の形状が、通風方向から見て、中間部がコルゲートフィンの連結部の幅方向中央部側に突出するように湾曲した円弧状であるエバポレータ。
2. コルゲートフィンのフィン高さをＨｍｍ、ルーバ長さをＬ１ｍｍ、コルゲートフィンの肉厚をＴｍｍ、切断端縁の連結部幅方向の寸法をＬ２ｍｍとした場合、０．８×Ｈ≦Ｌ１、Ｌ２≧Ｔという関係となる請求項１記載のエバポレータ。

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