JPH05149650A - 熱交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】自動車用空気調和装置等の冷凍サイクルに用い
られる形状および重量の小さな蒸発器を有する熱交換装
置を提供する。 【構成】熱交換装置１は、膨張弁３から流出した冷媒の
蒸発領域となる蒸発流路を有し、冷媒と空気とを熱交換
する積層型蒸発器５と、蒸発器５への入口冷媒と蒸発器
５からの出口冷媒とを熱交換させる熱交換器７と、蒸発
器５と熱交換器７とを接続するジョイントブロック９と
を備える。熱交換器７は、膨張弁３側および蒸発器５入
口側に接続される入口配管７１と、入口配管７１の周囲
を取り囲むようにして配置され、入口配管７１とで二重
管構造をなす出口配管７２とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用空気調和装置
等の冷凍サイクルに用いられる熱交換装置に関する。

【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】ところが、冷媒流路を複数設け冷媒を分配
する積層型蒸発器では、蒸発器の入口側で冷媒を均一に
分配することが望ましく、そのためには、冷媒がガスと
液との二相ではなく液単相である必要がある。また、膨
張弁を用いる冷凍サイクルにおいては、蒸発器の出口側
の冷媒は加熱蒸気となって温度上昇してしまう。このた
め、冷媒が蒸発している蒸発器入口側と、冷媒が過熱蒸
気となる蒸発器出口側とでは、熱交換された空気の温度
に差が生じて、空気が均一に冷却されず、使用者に不快
感を与えてしまう。

【０００５】以上の問題を同時に解決するものとして、
本願出願人は特願平３−１１０５９号において、積層型
蒸発器と、該積層型蒸発器の入口流路と出口流路とを近
接配置して入口流路の冷媒と出口流路の冷媒とを熱交換
させるプレート型熱交換器とを有する熱交換装置を提案
した。この熱交換装置では、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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記熱
交換装置では、プレート型熱交換器が積層型蒸発器に一
体的に組み込まれていたので、蒸発器全体の形状および
重量が大きいという問題があった。

【０００７】本発明は上記問題を解決するためになされ
たもので、形状および重量の小さい蒸発器を有する熱交
換装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルで減圧手
段の下流に設けられる熱交換装置において、前記減圧手
段から流出した冷媒の蒸発領域となる蒸発流路を有し、
冷媒と空気とを熱交換する冷媒空気間熱交換部と、前記
冷媒空気間熱交換部へ流入される冷媒の流路である入口
配管と、前記冷媒空気間熱交換部から流出した冷媒の流
路である出口配管とを有し、前記入口配管の冷媒と前記
出口配管の冷媒とを熱交換させる冷媒熱交換部と、を備
えると共に、前記入口配管と前記出口配管とが、一方が
他方を包含する二重管をなすことを特徴とする熱交換装
置を要旨とする。

【０００９】

【作用】上記構成を有する本発明の熱交換装置では、減
圧手段から流出した冷媒が、冷媒空気間熱交換部の蒸発
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、冷媒熱交換部の出口
配管を通過することによって、冷媒熱交換部にて入口配
管を通過する冷媒と熱交換する。つまり、出口配管の冷
媒は入口配管の冷媒を冷却し、それによって、冷媒空気
間熱交換部に入る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、出口配管の冷媒は、入口配管の冷
媒により加熱され次第に過熱蒸気状態となる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本実施例の熱交換装置の模式図であ
る。図１に示すように、熱交換装置１は、自動車用冷凍
サイクルに用いられるものであり、減圧手段である膨張
弁３の下流側に設けられる。

【００１１】熱交換装置１は、冷媒空気間熱交換部とし
ての積層型蒸発器（以下、単に蒸発器と呼ぶ）５と、冷
媒熱交換部としての熱交換器７と、蒸発器５と熱交換器
７とを接続するジョイントブロック９とを備える。ジョ
イントブロック９には、膨張弁３から流出した二相状態
の冷媒の蒸発器５への入口となる流入口１０と、気化後
の冷媒を熱交換器７へ送り出す流出口１１とが設けられ
ている。

【００１２】熱交換器７は、図１および図２に示すよう
に、膨張弁３側および蒸発器５の入口側に接続される入
口配管７１と、入口配管７１の周囲を取り囲むようにし
て配置され、入口配管７１とで二重管構造をなす出口配
管７２とからなる。入口配管７１の外面には接触面積を
増やして熱交換率を高めるために、スパイラル形状の多
数のフィン７３を設けることが望ましい。

【００１３】蒸発器５は、冷媒と空気とを熱交換させる
多数のプレート（管板）５１を有する冷媒蒸発部５０
と、冷媒蒸発部５０の各一対のプレート５１間に冷媒を
分配する入口タンク５２と、各一対のプレート５１の出
口側から流出した冷媒を合流させる出口タンク５３とか
ら構成されている。

【００１４】冷媒蒸発部５０は、空気を冷却するための
波板状のコルゲートフィン５４（以下、フィンと呼ぶ）
と、プレート５１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５１は、図３（ａ）に示すよう
に、略長方形の板状で、その上部に円筒形の入口タンク
５２と出口タンク５３とが形成されている。

【００１５】このプレート５１は、積層したときにプレ
ート５１間に冷媒の蒸発流路２５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２７には、冷媒の伝熱促進のための複
数のクロスリブ２９と、冷媒を上方に導き更に方向転換
して出口タンク５３に導く中央隔壁３１が凸状に形成さ
れている。また、図３（ａ）およびそのＩ−Ｉ断面を示
す図３（ｂ）に示すように、入口タンク５２の冷媒が蒸
発流路２５へ流入する部分には、冷媒の流路面積を狭く
する上記絞り部２１が設けられている。更に、蒸発流路
２５の冷媒が出口タンク５３に流出する部分には、長孔
２３が設けられている。

【００１６】上述した構成を備えた熱交換装置１を製造
する場合には、ろう材を塗布したプレート５１とフィン
５４とを積層するとともに、ジョイントブロック９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
て一体に接合形成する。熱交換器７をジョイントブロッ
ク９に接続するときには、ダルマジョイント等の所定の
継手を用いる。

【００１７】次に、このようにして製造した熱交換装置
１の冷媒の流れを、図１ないし図３の矢印にて示す。ま
ず、図１に示すように、膨張弁３から熱交換器７の入口
配管７１を介してジョイントブロック９の流入口１０に
送られた冷媒は、入口タンク５２に送られ、ここで分配
されて各蒸発流路２５に送られる。そして、図３（ａ）
に示すように、絞り部２１から蒸発流路２５に流入した
冷媒は、蒸発しながら中央凹面部２７間を下方に向かっ
て流れ、更に下部で方向転換して上方に向い、出口タン
ク５３に流れ込む。次に、図１に示すように、出口タン
ク５３で合流した冷媒は、ジョイントブロック９の流出
口１１から熱交換器７の出口配管７２へ送出され、熱交
換器７から図示しない圧縮機へと送出される。

【００１８】次に、以上のように構成された熱交換装置
１の動作を図４とともに説明する。図４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〜ｅに対応する位置を、図１，図３
に点ａ〜ｅ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、熱交換器７により入口冷媒と出口冷媒を熱交換させ
ることで、冷媒を線ｏ，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５２から各
蒸発流路２５に均等に分配される。そして、入口タンク
５２にある絞り部２１により、冷媒は線ｑ上に沿って点
ｃにまで減圧されて（このとき低温となる）気液二相状
態となり、その後、冷媒蒸発部５０の、フィン５４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５０の
出口タンク５３で合流する。この出口冷媒は、熱交換器
７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ｓ部分）、図示しない圧縮機へと送ら
れる。

【００１９】尚、入口配管７１の圧損により、冷媒は減
圧されるので、上述の絞り部２１を廃止することが可能
である。以上説明したように、本実施例によれば、二重
管構造の熱交換器７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２５に冷媒を均一に分
配することができ、しかも、蒸発流路２５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
５４を通過した空気の温度を均一にすることができる。

【００２０】また、本実施例では、熱交換器７を蒸発器
５と別体とし、ジョイントブロック９および継手により
両者を接続するようにしたので、蒸発器の体積および重
量を小さくすることができる。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。例
えば、膨張弁の代わりにキャピラリーチューブを減圧手
段として用いることができる。また、二重管構造におい
て、入口配管が出口配管を取り囲むようにしてもよい。

【００２１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、冷媒を
蒸発させることにより冷媒と空気との間で熱交換させる
冷媒空気間熱交換部とは別体に設けられた冷媒熱交換部
により入口冷媒と出口冷媒とを熱交換させるようにした
ので、蒸発器の形状および重量を小さくすることができ
るという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の熱交換装置の模式図であ
る。

【図２】冷媒間で熱交換させる熱交換器の構造を示す断
面図である。

【図３】プレートの平面およびそのＩ−Ｉ断面を示す説
明図である。

【図４】冷媒の状態を表すモリエ線図である。

【符号の説明】 １…熱交換装置 ５…蒸発器 ７…熱交換器 ９
…ジョイントブロック ２５…蒸発流路 ７１…入口配管 ７２…出口配管

Claims (1)

【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で減圧手
   段の下流に設けられる熱交換装置において、 前記減圧手段から流出した冷媒の蒸発領域となる蒸発流
   路を有し、冷媒と空気とを熱交換する冷媒空気間熱交換
   部と、 前記冷媒空気間熱交換部へ流入される冷媒の流路である
   入口配管と、前記冷媒空気間熱交換部から流出した冷媒
   の流路である出口配管とを有し、前記入口配管の冷媒と
   前記出口配管の冷媒とを熱交換させる冷媒熱交換部と、 を備えると共に、 前記入口配管と前記出口配管とが、一方が他方を包含す
   る二重管をなすことを特徴とする熱交換装置。