JPH10267462A

JPH10267462A - 蒸発器

Info

Publication number: JPH10267462A
Application number: JP9071455A
Authority: JP
Inventors: Keiji Yamazaki; 啓司山崎
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 1998-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】複雑なシステムを構成することなしに、冷凍
サイクルの成績係数を向上することができる蒸発器を提
供する。【解決手段】蒸発器1 は、互いに間隔をおいて配置さ
れた前後ヘッダ部および前後両端がそれぞれ前後ヘッダ
部に接続された多数の偏平管部を備えており、前後ヘッ
ダ部にそれぞれ仕切り12,13 が設けられることにより、
複数の通路21A,21B,21C に区画された蛇行状冷媒通路21
が形成されている。ヘッダ部仕切り12に、冷媒を膨脹さ
せて後流の通路21C に分流させるノズル部20が設けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、カー・エアコン
等に用いられる蒸発器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、カー・エアコン等に用いられる蒸
発器としては、互いに間隔をおいて配置された前後ヘッ
ダ部および前後両端がそれぞれ前後ヘッダ部に接続され
た多数の偏平管部を備え、前後ヘッダ部に仕切りがそれ
ぞれ少なくとも１つ設けられることにより、それぞれ複
数の偏平管部を備えた複数の通路に区画された蛇行状冷
媒通路が形成され、前側ヘッダ部の一端に冷媒導入口が
設けられるとともに、後側ヘッダ部の他端に冷媒排出口
が設けられているものが知られている。また、冷媒導入
パイプと冷媒排出パイプを熱交換器の同側に配置するた
め、前側ヘッダ部の他端側から同ヘッダ部内の一端近く
まで冷媒導入パイプが挿入されるとともに、後側ヘッダ
部の他端に冷媒排出口が設けられているものも知られて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】カー・エアコン等にお
いては、エアコン性能を向上させること、すなわち、シ
ステムの冷凍サイクルの効率（成績係数）を向上させる
ことが最重要課題となっている。カー・エアコン等の冷
媒は、図１０に示すように、圧縮、凝縮、膨張および蒸
発の冷凍サイクルを繰り返している。そして、蒸発器に
おいては、エンタルピーがｉ₀の液リッチの冷媒は、各
通路を通る間に蒸発してエンタルピーがｉ₁となり、圧
縮器へと送られる。この蒸発器におけるエンタルピーの
増加量（ｉ₁−ｉ₀）が、成績係数の向上に寄与するこ
とは公知であり、成績係数を向上させる１手段として、
蒸発器前に設置された膨張弁で一度膨張した冷媒を冷却
し、飽和液とした後、再膨張させるために、さらに膨張
弁を追加するシステムが提案されている。

【０００４】しかしながら、蒸発器の前流側に膨張弁を
追加することは、膨張弁が高価であり、しかもシステム
が複雑になって取り扱いにくくなるという問題がある。

【０００５】この発明の目的は、複雑なシステムを構成
することなしに、冷凍サイクルの成績係数を向上するこ
とができる蒸発器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明による蒸
発器は、互いに間隔をおいて配置された前後ヘッダ部お
よび前後両端がそれぞれ前後ヘッダ部に接続された多数
の偏平管部を備え、前後ヘッダ部に仕切りがそれぞれ少
なくとも１つ設けられることにより、それぞれ複数の偏
平管部を備えた複数の通路に区画された蛇行状冷媒通路
が形成されている蒸発器において、少なくとも１つのヘ
ッダ部仕切りに、冷媒を膨脹させて後流の通路に分流さ
せるノズル部が設けられていることを特徴とするもので
ある。

【０００７】請求項２の発明による蒸発器は、互いに間
隔をおいて配置された前後ヘッダ部および前後両端がそ
れぞれ前後ヘッダ部に接続された多数の偏平管部を備
え、前後ヘッダ部に仕切りがそれぞれ少なくとも１つ設
けられることにより、それぞれ複数の偏平管部を備えた
複数の通路に区画された蛇行状冷媒通路が形成されてお
り、前後ヘッダ部のいずれか一方の一端側から同ヘッダ
部内の他端近くまでインナーパイプが挿入されている蒸
発器において、インナーパイプに、冷媒を膨脹させて後
流の通路に分流させるノズル部が設けられていることを
特徴とするものである。

【０００８】請求項１および請求項２の蒸発器による
と，冷媒の一部は、ノズル部を通じて膨張するとともに
分流させられ、蛇行状冷媒通路のうちの一部の通路を通
過せずに、後流の通路に至る。これにより、乾き度の異
なる２種類の冷媒が混合されて、新たな状態の冷媒が作
られる。新たな状態の冷媒のエンタルピーは、ノズル部
を通過せずに後流の通路に至った乾き度大の冷媒のもつ
エンタルピーよりも小さくなり、最終的に従来のものと
同じエンタルピーの気体となって蒸発器から排出され
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。

【００１０】この明細書において、前後・左右は図４を
基準とし、同図の上を後、下を前といい、同図の左右を
左右いうものとする。

【００１１】図１から図５までは、この発明の蒸発器
(1) の第１実施形態を示している。

【００１２】同図に示すように、蒸発器(1) は、アルミ
ニウム（アルミニウム合金を含む）製であって、略方形
の中間プレート(2) の片面に、Ｕ形の冷媒流路形成用凹
部(3) とこれの前後両上端部に連なる２つのヘッダ形成
用凹部(4) が設けられており、１つおきに隣り合う中間
プレート(2) 同士が相互に凹部(3)(4)を対向させた状態
に層状に重ね合わせられて、両中間プレート(2) 同士が
互いに接合されることにより、Ｕ形の偏平管部(5) と各
偏平管部(5) の両端部に連なる前後一対のヘッダ部(6)
(7)とが形成されたものである。隣り合う偏平管部(5)
同士の互いに対向する中間プレート(2) は、これらのヘ
ッダ形成用凹部(4) の底壁(4a)が相互に突き合わせられ
て接合されており、両偏平管部(5) 同士の間にはコルゲ
ート・フィン(8) が介在されている。

【００１３】蒸発器(1) の左右両外側には、サイド・プ
レート(9) がそれぞれ配置され、各サイドプレート(9)
と偏平管部(5) との間にもコルゲート・フィン(8) が介
在されている。両サイド・プレート(9) および中間プレ
ート(2) は、それぞれアルミニウム・ブレージング・シ
ートによりつくられている。前側ヘッダ部(6) の右端に
冷媒導入口(22)が設けられて、この周縁に冷媒導入パイ
プ(10)が溶接され、後側ヘッダ部(7) の左端に冷媒排出
口(23)が設けられて、この周縁に冷媒排出パイプ(11)が
溶接されている。蒸発器(1) には、後方から前方に向か
って空気が流され、コルゲートフィン(8) の存在する間
隙を通過した空気と冷媒とが、プレート(2) の壁面およ
びコルゲートフィン(8) を介して熱交換する。

【００１４】図３には、後側ヘッダ部の仕切り用として
使用される中間プレート(2A)と標準的な中間プレート
(2) とを示している。同図に示すように、各プレート(2
A)(2)の冷媒流路形成用凹部(3) の幅中央部には、上下
方向に長くかつプレート(2A)(2) の周縁部と同じ高さを
有する仕切用凸条(15)が、同凹部(3) の上端より下端寄
り部分まで設けられている。各プレート(2A)(2) の冷媒
流路形成用凹部(3) には、凹部(3) の深さの２倍の高さ
を有する複数の凸条(16)が設けられている。各凸条(16)
は、Ｕ字のちょうど半分の形状を有しており、両プレー
ト(2)(2)の重ね合わせ状態において、各凸条(16)の先端
部が、これらに対向するプレート(2A)(2)の冷媒流路形
成用凹部(3) の底壁に接合されることによって、偏平管
部(5) のＵ形冷媒流路内に並列状のＵ形分割冷媒流路が
形成されている。前後ヘッダ形成用凹部(4) の底壁(4a)
に、それぞれ前後に長い略長円形の冷媒通過孔(17)があ
けられている。また、プレート(2A)(2) 下端には、前後
ヘッダ形成用凹部(4) の底壁(4a)と同じ高さを有する間
隔保持用凸部(18)が設けられ、プレート(2A)(2) 下端の
前後コーナー部には、プレート(2A)(2) の周縁部と同じ
高さを有する略三角形状の前後補強凸部(19)が設けられ
ている。

【００１５】図４に示すように、前側ヘッダ部(6) の右
端より約３分の１左に寄ったところに前側ヘッダ部仕切
り(12)が設けられ、後側ヘッダ部(7) の左端より約３分
の１右に寄ったところに後側ヘッダ部仕切り(13)が設け
られている。前側ヘッダ部仕切り(12)は、図３に示すよ
うに、中間プレート(2) のヘッダ形成用凹部(4) の底壁
(4a)に冷媒通過孔があけられないことにより形成されて
いる。前側ヘッダ部仕切り(12)となる中間プレート(2)
のヘッダ形成用凹部(4) の底壁(4a)には、さらに、ノズ
ル部(20)が設けられている。このノズル部(20)は、図５
に拡大して示すが、左方に開口しており、その口径は、
冷媒通過孔(17)に比べて十分小さくかつ先広がりとされ
ている。このようなノズル部(20)は、例えばバーリング
加工により設けることができる。なお、図示省略した
が、後側ヘッダ部仕切り(13)は、中間プレート(2A)のヘ
ッダ形成用凹部(4) の底壁(4a)に冷媒通過孔があけられ
ないことにより形成されている。

【００１６】図２に示すように、前側ヘッダ部仕切り(1
2)および後側ヘッダ部仕切り(13)により、蒸発器(1) に
は、入口側通路(21A) 、出口側通路(21C) および両通路
(21A)(21C)の中間に位置する中間通路(21B) よりなる３
個の通路(21A)(21B)(21C) に区画され、かつ入口側通路
(21A) および出口側通路(21C) における冷媒の流れが空
気の流れ方向に対して対向流となされた蛇行状冷媒通路
(21)が形成されている。

【００１７】従って、蒸発器(1) 右側の冷媒導入パイプ
(10)より前側ヘッダ部(6) の右端部の冷媒導入口(22)に
導入された冷媒は、前側ヘッダ部仕切り(12)によってタ
ーンさせられかつ空気の流れ方向に対して対向流である
入口側通路(21A) に至り、さらに後側ヘッダ部仕切り(1
3)によってターンさせられかつ空気の流れ方向に対して
平行流である中間通路(21B) 、空気の流れ方向に対して
対向流である出口側通路(21C) 、後側ヘッダ部(7) の後
端部の冷媒排出口(23)を経て冷媒排出パイプ(11)より排
出される。ここで、前側ヘッダ部仕切り(12)には、ノズ
ル部(20)が設けられているため、冷媒の一部は、このノ
ズル部(20)を通じて膨張するとともに分流させられ、入
口側通路(21A) の始点部から中間通路(21B) の終点部
に、これらの通路(21A)(21B)を通過することなく至るこ
とになる。したがって、入口側通路(21A) 始点部にある
液リッチの冷媒の一部は、膨張して中間通路(21B) 通過
後の気リッチの冷媒と混合することとなる。すなわち、
乾き度小の冷媒と乾き度大の冷媒とが混合させられる。
こうして、異なる状態量を有する２種類の状態にある冷
媒が混合されることにより、新たな状態量を有する混合
冷媒が作られる。混合後の冷媒は、出口側通路(21C) を
流れて、完全に蒸発してから排出される。

【００１８】図６は、上記の蒸発器(1) を使用する冷凍
サイクルの圧力−エンタルピー線図を示すものであり、
同図に示すように、エンタルピーがｉ₀の液リッチの冷
媒のほとんどは、入口側通路(21A) および中間通路(21
B) を通る間に蒸発してエンタルピーがｉ_bとなる。一
方、エンタルピーがほぼｉ₀であるノズル部(20)を通過
した冷媒は、膨張して圧力を下げた後、エンタルピーが
ｉ_bとなった上記冷媒と混合される。こうして２種類の
状態の異なる状態量（圧力とエンタルピー）を有する冷
媒（エンタルピー値がｉ₀の冷媒とｉ_bの冷媒）は、混
合により、新たな状態（圧力およびエンタルピーが、両
者の重量比に応じた中間の値を有する状態）に移行す
る。混合後の冷媒のエンタルピーをｉ_aとすると、ｉ₀
＜ｉ_a＜ｉ_bとなり、その後出口側通路(21C) を通る間
に完全に蒸発して、エンタルピーがｉ₁（ｉ_b＜ｉ₁）
となり、圧縮器へと送られる。

【００１９】これを図１０に示した従来の冷凍サイクル
と比較すると、（ｉ_b−ｉ_a）だけ全体のエンタルピー
が増加しており、成績係数が、（ｉ_b−ｉ_a）／（ｉ₁
−ｉ₀）向上していることがわかる。

【００２０】上記第１実施形態において、前後ヘッダ部
(6)(7)に仕切り(12)(13)を設ける位置は、左右各端より
丁度３分の１のところに限られるものではなく、熱交換
性能を考慮して適宜左右にずらされる。また、上記実施
形態では、パス(21A)(21B)(21C) の数は３つとなされて
いるが、仕切り(12)(13)を前側ヘッダ部(6) と後側ヘッ
ダ部(7) に交互に設けることにより、４以上の通路を形
成するようにしてもよい。この場合に、ノズル部(20)を
設ける仕切りの位置は、状態量の差が大きいほど効果が
あり、上述したように基本的には入口側に近い仕切りに
設けられるが、これに限られるものではなく、冷媒を膨
脹させて後流の通路に分流させる位置であれば、どこで
もよく、また２か所以上に設けるようにしてもよい。ま
た、ノズル部(20)の形状は、蒸発器(1) の大きさおよび
使用条件により決定される。ただし、ノズル部(20)から
分流する冷媒量は、全体の５０％以下に規定される。

【００２１】図７から図９までは、この発明の第２実施
形態を示すものである。

【００２２】この蒸発器(31)は、冷媒導入用のインナー
パイプ(32)が付加されている点で第１実施形態のものと
異なっている。

【００２３】すなわち、図７に示すように、左側のサイ
ド・プレート(9) に、前側ヘッダ部(6) の左端に通じる
冷媒導入パイプ(33)が溶接されて、冷媒導入パイプ(33)
および冷媒排出パイプ(11)がいずれも蒸発器(31)の左側
に位置する構成とされている。図９に示すように、イン
ナーパイプ(32)は、冷媒導入パイプ(33)に連通し、各プ
レート(2) の冷媒通過孔(8) 周縁との間に冷媒通過間隙
を残した状態で前側ヘッダ部(6) に挿通されている。冷
媒導入パイプ(33)は、サイド・プレート(9) に設けられ
た冷媒導入パイプ接続口(35)の縁部に溶接され、インナ
ーパイプ(32)の左端部は、冷媒導入パイプ(33)に嵌め入
れられてろう接され、同右端部は、前側ヘッダ部(6) の
仕切り(34)に設けられたインナーパイプ挿通孔(36)の縁
部にろう接されている。前側ヘッダ部(6) の仕切り(34)
は、中間プレート(2) のヘッダ形成用凹部(4) の底壁(4
a)に冷媒通過孔があけられないことにより形成されたも
ので、インナーパイプ挿通孔(36)は、この底壁(4a)に、
冷媒通過孔(17)より小さい貫通孔をあけることにより形
成されたものである。

【００２４】インナーパイプ(32)の中程には、前方に開
口しているノズル部(40)が設けられている。このノズル
部(40)の口径は、インナーパイプ(32)の径に比べて十分
小さくかつ先広がりとされている。なお、ノズル部(40)
を設ける位置は、サイド・プレート(9) と仕切り(34)と
の間であれば、インナーパイプ(32)のどこに設けてもよ
く、またノズル部(40)の開口の向きも、図示したものに
限られるものではない。

【００２５】インナーパイプ(32)、前側ヘッダ部仕切り
(34)および後側ヘッダ部仕切り(13)により、蒸発器(31)
には、右端部の入口側通路(41A) 、左端部の出口側通路
(41C) および両通路(41A)(41C)の中間に位置する中間通
路(41B) よりなる３個の通路(41A)(41B)(41C) に区画さ
れ、かつ入口側通路(41A) および出口側通路(41C) にお
ける冷媒の流れが空気の流れ方向に対して対向流となさ
れた蛇行状冷媒通路(41)が形成されている。

【００２６】従って、蒸発器(31)の冷媒導入パイプ(33)
およびこれに連通するインナーパイプ(32)によって前側
ヘッダ部(6) の右端部に送られ、右側のサイド・プレー
ト(9) によってターンさせられる。そして、空気の流れ
方向に対して対向流である入口側通路(41A) を流れ、さ
らに、後側ヘッダ部仕切り(13)によってターンさせられ
かつ空気の流れ方向に対して平行流である中間通路(41
B) 、空気の流れ方向に対して対向流である出口側通路
(41C) 、後側ヘッダ部(7) の後端部を経て冷媒排出パイ
プ(11)より排出される。ここで、インナーパイプ(32)に
は、ノズル部(40)が設けられているため、冷媒の一部
は、このノズル部(40)を通じて膨張するとともに分流さ
せられ、入口側通路(41A) の始点部から中間通路(41B)
の終点部に、これらの通路(41A)(41B)を通過することな
く至ることになる。したがって、入口側通路(41A) 始点
部にある液リッチの冷媒の一部は、膨張して中間通路(4
1B) 通過後の気リッチの冷媒と混合することとなる。す
なわち、乾き度小の冷媒と乾き度大の冷媒とが混合させ
られる。こうして、異なる状態量を有する２種類の状態
にある冷媒が混合されることにより、新たな状態量を有
する混合冷媒が作られる。混合後の冷媒は、出口側通路
(41C) を流れて、完全に蒸発してから排出される。

【００２７】第２実施形態の蒸発器(1) を使用する冷凍
サイクルの圧力−エンタルピー線図は、図６と同様にな
り、図１０に示した従来の冷凍サイクルと比較すると、
（ｉ_b−ｉ_a）だけ全体のエンタルピーが増加してお
り、成績係数が、（ｉ_b−ｉ_a）／（ｉ₁−ｉ₀）向上
している。

【００２８】上記第１実施形態において、前後ヘッダ部
(6)(7)に仕切り(34)(13)を設ける位置は、左右各端より
丁度３分の１のところに限られるものではなく、熱交換
性能を考慮して適宜左右にずらされる。また、上記実施
形態では、パス(41A)(41B)(41C) の数は３つとなされて
いるが、仕切り(34)(13)を前側ヘッダ部(6) と後側ヘッ
ダ部(7) に交互に設けることにより、４以上の通路を形
成するようにしてもよい。この場合に、ノズル部(40)を
設ける位置は、状態量の差が大きいほど効果があり、冷
媒を膨脹させて後流の通路に分流させる位置であれば、
どこでもよく、また２か所以上に設けるようにしてもよ
い。また、ノズル部(40)の形状は、蒸発器(31)の大きさ
および使用条件により決定される。ただし、ノズル部(4
0)から分流する冷媒量は、全体の５０％以下に規定され
る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１および請求項２の蒸発器による
と，冷媒の一部は、ノズル部を通じて膨張するとともに
分流させられ、蛇行状冷媒通路のうちの一部の通路を通
過せずに、後流の通路に至り、これにより、乾き度の異
なる２種類の冷媒が混合されて、新たな状態の冷媒が作
られる。新たな状態の冷媒のエンタルピーは、ノズル部
を通過せずに後流の通路に至った乾き度大の冷媒のもつ
エンタルピーよりも小さくなり、最終的に従来のものと
同じエンタルピーの気体となって蒸発器から排出され
る。蒸発器を含む冷凍サイクルの成績係数の向上には、
蒸発器に導入された冷媒の混合時までのエンタルピー増
加分と、混合後の冷媒の排出時までのエンタルピー増加
分との和が寄与し、この和が増加するため、成績係数が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による蒸発器の第１実施形態を示す斜
視図である。

【図２】同蒸発器の冷媒流路を示す斜視図である。

【図３】同蒸発器を構成する中間プレートを示す斜視図
である。

【図４】同蒸発器のヘッダ部の水平断面図である。

【図５】ノズル部の拡大図である。

【図６】この発明による蒸発器を採用した冷凍サイクル
の圧力−エンタルピー線図である。

【図７】この発明による蒸発器の第２実施形態を示す斜
視図である。

【図８】同蒸発器の冷媒流路を示す斜視図である。

【図９】同蒸発器のヘッダ部の水平断面図である。

【図１０】従来の蒸発器を採用した冷凍サイクルの圧力
−エンタルピー線図である。

【符号の説明】

(1)(31) 蒸発器 (5) Ｕ字状偏平管部 (6)(7) 前後ヘッダ部 (12)(13)(34) 仕切り (21)(41) 蛇行状冷媒通路 (20)(40) ノズル部 (21A)(21B)(21C) 区画通路（パス） (32) インナーパイプ (41A)(41B)(41C) 区画通路（パス）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに間隔をおいて配置された前後ヘッ
ダ部(6)(7)および前後両端がそれぞれ前後ヘッダ部(6)
(7)に接続された多数の偏平管部(5) を備え、前後ヘッ
ダ部(6)(7)に仕切り(12)(13)がそれぞれ少なくとも１つ
設けられることにより、それぞれ複数の偏平管部(5) を
備えた複数の通路(21A)(21B)(21C) に区画された蛇行状
冷媒通路(21)が形成されている蒸発器において、少なく
とも１つのヘッダ部仕切り(12)に、冷媒を膨脹させて後
流の通路(21C) に分流させるノズル部(20)が設けられて
いることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】互いに間隔をおいて配置された前後ヘッ
ダ部(6)(7)および前後両端がそれぞれ前後ヘッダ部(6)
(7)に接続された多数の偏平管部(5) を備え、前後ヘッ
ダ部(6)(7)に仕切り(34)(13)がそれぞれ少なくとも１つ
設けられることにより、それぞれ複数の偏平管部(5) を
備えた複数の通路(41A)(41B)(41C) に区画された蛇行状
冷媒通路(41)が形成されており、前後ヘッダ部(6)(7)の
いずれか一方の一端側から同ヘッダ部内の他端近くまで
インナーパイプ(32)が挿入されている蒸発器において、
インナーパイプ(32)に、冷媒を膨脹させて後流の通路(4
1C) に分流させるノズル部(40)が設けられていることを
特徴とする蒸発器。