JP2008256248A - 冷却用熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工数の増加を抑制しつつ、凝縮水の排水性を向上することができる冷却用熱交換器を提供する。
【解決手段】空気を冷却することにより凝縮水を発生する蒸発器であって、空気流れ方向に直列に配置された第１蒸発器１および第２蒸発器２を備え、第１蒸発器１および第２蒸発器２に、それぞれ、冷媒通路を構成する複数のチューブ１４、２４と複数のチューブ１４、２４の外面側に接合され空気側伝熱面積を拡大する複数のフィン１５、２５との積層構造からなるコア部１１、２１と、複数のチューブ１４、２４の一方の端部に接合され、コア部１１、２１より下方側に配置される下側タンク部１３、２３とを設け、第１蒸発器１および第２蒸発器２を、一体に構成し、第１蒸発器１の下側タンク部１３と第２蒸発器２の下側タンク部２３との間に、少なくとも１箇所、隙間４を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気と熱媒体との間で熱交換して空気を冷却する冷却用熱交換器に関するもので、例えば、車両空調用蒸発器等に用いて好適なものである。

従来、車両用空調装置の蒸発器（冷却用熱交換器）は、冷媒通路を構成する複数のチューブ、および複数のチューブの外面側に接合される複数のフィンを有するコア部と、チューブの冷媒通路と連通するタンクとを備えている。そして、チューブ内を流れる冷媒が蒸発することでチューブが冷却され、このチューブおよびフィンを介して複数のチューブ間を流れる空気を冷却するようになっている。このとき、蒸発器の冷却作用により空気中の水分が凝縮して、チューブおよびフィンの表面に凝縮水が発生するため、凝縮水が風圧によって空気流れ下流側に飛ばされてしまう、いわゆる水飛びの問題があった。特に、蒸発器から飛散した凝縮水が車室内にまで達してしまうと、乗員に不快感を与える虞があった。

これに対し、冷媒通路を空気流れ方向に並設された二列のチューブによって構成するとともに、空気流れ上流側のチューブと空気流れ下流側のチューブとを接触しないように配置した冷却用熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この冷却用熱交換器では、空気流れ上流側のチューブの表面上を、風圧により、その空気流れ下流側端部に流れてきた凝縮水が、空気流れ下流側のチューブに達する前に下方に落下するようになっている。これにより、凝縮水が風圧によって空気流れ下流側に飛散することを抑制している。
特開２００１−２５５０３９号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の冷却用熱交換器では、コア部の下方側に滞留した凝縮水を、タンクに形成された排水用の貫通孔から風圧により外部に排水するようになっているため、凝縮水の排水性が悪いという問題がある。また、タンクに貫通孔を形成する工程が必要となるため、製造工数が増加してコストが高くなるという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、製造工数の増加を抑制しつつ、凝縮水の排水性を向上することができる冷却用熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、空気を冷却することにより凝縮水を発生する冷却用熱交換器であって、空気流れ方向に直列に配置された第１熱交換器（１）および第２熱交換器（２）を備え、第１熱交換器（１）および第２熱交換器（２）は、それぞれ、熱媒体通路を構成する複数のチューブ（１４、２４）と複数のチューブ（１４、２４）の外面側に接合され空気側伝熱面積を拡大する複数のフィン（１５、２５）との積層構造からなるコア部（１１、２１）と、複数のチューブ（１４、２４）の一方の端部に接合され、コア部（１１、２１）より下方側に配置される下側タンク部（１３、２３）とを有しており、第１熱交換器（１）および第２熱交換器（２）は、一体に構成されており、第１熱交換器（１）の下側タンク部（１３）と第２熱交換器（２）の下側タンク部（２３）との間には、少なくとも１箇所、隙間（４）が設けられていることを特徴としている。

このように、空気流れ方向に直列に配置された２つの熱交換器（１、２）それぞれに下側タンク部（１３、２３）を設ける、すなわち２つの熱交換器（１、２）の下側タンク部（１３、２３）をそれぞれ独立に形成するとともに、２つの下側タンク部（１３、２３）間に隙間（４）を設定することで、この隙間（４）から凝縮水を外部に排出させることができるため、凝縮水の排水性を向上させることができる。このとき、２つの熱交換器（１、２）の下側タンク部（１３、２３）はそれぞれ独立に形成されているため、下側タンク部（１３、２３）に排水用の貫通孔を形成する必要がなくなる。したがって、製造工数の増加を抑制しつつ、凝縮水の排水性を向上させることが可能となる。

また、２つの熱交換器（１、２）それぞれにフィン（１５、２５）を設ける、すなわち２つの熱交換器（１、２）のフィン（１５、２５）をそれぞれ独立に形成することで、風圧により冷却用熱交換器の空気流れ下流側に凝縮水が飛散することを確実に抑制することが可能となる。

また、上記特徴の冷却用熱交換器において、隙間（４）は、下側タンク部（１３、２３）の長手方向全長に亘って設けられていてもよい。これによれば、凝縮水の排水性をより向上させることが可能となる。

また、上記特徴の冷却用熱交換器において、第１熱交換器（１）の下側タンク部（１３）および第２熱交換器（２）の下側タンク部（２３）における互いに対向する面（１３０、２３０）の少なくとも下端部は、下方に向かうほど互いに対向する面（１３０、２３０）間の距離が大きくなるように、鉛直方向に対して傾斜していてもよい。

これによれば、隙間（４）に溜まった凝縮水の表面張力によって、凝縮水が下側タンク部（１３、２３）の外壁を伝って冷却用熱交換器の下方側に流れるため、凝縮水を冷却用熱交換器の下方に確実に排出することが可能となる。

また、上記特徴の冷却用熱交換器において、第１熱交換器（１）は、第２熱交換器（２）より空気流れ上流側に配置されており、第１熱交換器（１）における複数のフィン（１５）のフィンピッチは、第２熱交換器（２）における複数のフィン（２５）のフィンピッチより小さくなっていてもよい。

これによれば、空気流れ上流側に配置される第１熱交換器（１）の熱交換性能を、空気流れ下流側に配置される第２熱交換器（２）の熱交換性能より高くすることができるので、第１熱交換器（１）において発生する凝縮水量を、第２熱交換器（２）においては発生する凝縮水量より多くすることができる。このため、第１熱交換器（１）において凝縮水をできるだけ多く発生させるようにし、第２熱交換器（２）においては凝縮水がほとんど発生しないようにすることができる。これにより、冷却用熱交換器の空気流れ下流側に凝縮水が飛散することをより確実に抑制することが可能となる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の一実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る冷却用熱交換器を、空気と冷媒（熱媒体）との間で熱交換して空気を冷却する車両空調用蒸発器に適用したものである。

図１は本実施形態に係る蒸発器の斜視図で、図２は図１のＸ−Ｘ断面図である。なお、図２中の斑点を付した部分は凝縮水を示している。

図１および図２に示すように、本実施形態の蒸発器は、空気流れ方向に直列に配置された２つの蒸発器１、２から構成されている。ここで、２つの蒸発器１、２のうち、空気流れ上流側に配置されるものを第１蒸発器１といい、空気流れ下流側に配置されるものを第２蒸発器２という。

第１蒸発器１および第２蒸発器２の基本的構成は同一であり、それぞれコア部１１、２１と、このコア部１１、２１の上下両側に位置するタンク部１２、１３、２２、２３とを備えている。なお、タンク部１２、１３、２２、２３のうち、コア部１１、２１の上方側に配置されるものを上側タンク部１２、２２といい、コア部１１、２１の下方側に配置されるものを下側タンク部１３、２３ともいう。

ここで、コア部１１、２１は、それぞれ上下方向に延びる複数のチューブ１４、２４と、この複数のチューブ１４、２４相互間に接合されるフィン１５、２５との積層構造からなる。チューブ１４、２４は冷媒通路を構成するもので、断面形状が空気流れ方向Ａに沿って扁平な扁平チューブよりなる。フィン１５、２５は薄板材を波状に曲げ成形したコルゲートフィンであり、チューブ１４、２４の平坦な外面側に接合され空気側伝熱面積を拡大する。

チューブ１４、２４とフィン１５、２５はコア部１１、２１の左右方向に交互に積層配置され、このチューブ・フィン積層方向（コア部左右方向）の両端部にはコア部１１、２１を補強するサイドプレート１６、２６が配置されている。このサイドプレート１６、２６は、チューブ積層方向の最も外側に位置するコルゲートフィン１５、２５に接合される。

第１蒸発器１の上下両側のタンク部１２、１３はコア部１１のチューブ１４の上下両端部が挿入され、接合されるチューブ嵌合穴部（図示せず）を有し、チューブ１４の上下両端部がタンク部１２、１３の内部空間に連通するようになっている。同様に、第２蒸発器２の上下両側のタンク部２２、２３はコア部２１のチューブ２４の上下両端部が挿入され、接合されるチューブ嵌合穴部（図示せず）を有し、チューブ２４の上下両端部がタンク部２２、２３の内部空間に連通するようになっている。これにより、上下両側のタンク部１２、１３、２２、２３は、それぞれ対応する熱交換コア部１１、２１の複数のチューブ１４、２４へ冷媒流れを分配したり、複数のチューブ１４、２４からの冷媒流れを集合する役割を果たす。

次に、このタンク部１２、１３、２２、２３による冷媒流れの分配・集合機能を具体的に説明する。

第２蒸発器２の上側タンク部２２の一端部（図示左端部）には、膨張弁（図示せず）下流側の低圧冷媒が流入する入口部２７が配置されている。また、第１蒸発器１の上側タンク部１２の一端部（図示左端部）には、圧縮機（図示せず）の吸引側に向けて冷媒を流出させる出口部１７が配置されている。

２つの蒸発器１、２の上側タンク部１２、２２の他端部（図示右端部）には、２つの上側タンク部１２、２２の内部空間同士を連通させるとともに、２つの上側タンク部１２、２２を連結する連通キャップ３０が取り付けられている。そして、２つの蒸発器１、２の上側タンク部１２、２２の内部空間の長手方向（チューブ積層方向）の中間部には仕切板１８、２８がそれぞれ配置され、この仕切板１８、２８により上側タンク部１２、２２の内部空間を図示左側領域と右側領域とにそれぞれ仕切っている。

図３は、本実施形態に係る蒸発器の冷媒流れを示す概略斜視図である。図３に示すように、第２蒸発器２の入口部２７から上側タンク部２２内部の左側領域に流入した低圧冷媒は、コア部２１の左側領域のチューブ２４群を矢印ａのごとく下降して下側タンク部２３の内部空間に流入し、この内部空間を矢印ｂのごとく左側から右側へと流れる。

続いて、下側タンク部２３の内部空間の右側領域の冷媒が、コア部２１の右側領域のチューブ２４群を矢印ｃのごとく上昇して上側タンク部２２内部の右側領域に流入する。そして、第２蒸発器２における上側タンク部２２の右端部から、冷媒が矢印ｄのごとく連通キャップ３０を介して第１蒸発器１における上側タンク部１２の内部空間の右側領域に流入する。

次に、上側タンク部１２の内部空間の右側領域の冷媒が、コア部１１の右側領域のチューブ１４群を矢印ｅのごとく下降して下側タンク部１３の内部空間に流入し、この内部空間を矢印ｆのごとく右側から左側へと流れる。

続いて、下側タンク部１３の内部空間の左側領域の冷媒が、コア部１１の左側領域のチューブ１４群を矢印ｇのごとく上昇して上側タンク部１２内部の左側領域に流入する。そして、上側タンク部１２の左端部の出口部１７から冷媒が矢印ｈのごとく流出して圧縮機（図示せず）の吸入側へ向かう。

次に、図１および図２に戻り、２つの蒸発器１、２のより詳細な構成について述べる。

２つの蒸発器１、２は独立に形成されている。すなわち、タンク部１２、１３、２２、２３、チューブ１４、２４およびフィン１５、２５は、それぞれ独立に形成されている。また、本実施形態では、左右両側のサイドプレート１６、２６もそれぞれ独立に形成されている。

また、本実施形態では、２つの蒸発器１、２の下側タンク部１３、２３は、それぞれ両端部が開放された、すなわち両端側に開口部を有する筒状に形成されている。そして、２つの蒸発器１、２の下側タンク部１３、２３の両端部には、２つの下側タンク部１３、２３の開口部を同時に閉塞する盲キャップ３１がそれぞれ配設されている。これにより、２つの下側タンク部１３、２３の両端部を閉塞し、下側タンク部１３、２３それぞれの内部空間を形成することができるとともに、２つの下側タンク部１３、２３を連結することができる。

このように、盲キャップ３１により２つの下側タンク部１３、２３を連結するとともに、上述した連通キャップ３０により２つの上側タンク部１２、２２を連結することで、２つの蒸発器１、２は一体化されている。これにより、２つの下側タンク部１３、２３をそれぞれ独立に形成しつつ、２つの蒸発器１、２を一体に構成することができる。

また、図２に示すように、２つの下側タンク部１３、２３間には、隙間４が形成されている。本実施形態では、２つの下側タンク部１３、２３がそれぞれ円筒状に形成されているため、隙間４は下側タンク部１３、２３の長手方向（チューブ積層方向）全長に亘って設けられている。また、２つの下側タンク部１３、２３における互いに対向する面（以下、対向面１３０、２３０という）は、鉛直方向（本実施形態では、チューブ長手方向）に対して傾斜している。そして、２つの下側タンク部１３、２３における対向面１３０、２３０の下方側部位は、下方に向かうほど、すなわちコア部１１、２１から遠ざかるほど対向面１３０、２３０間の距離が大きくなっている。

また、本実施形態では、第１蒸発器１のフィン１５のフィンピッチは、第２蒸発器２のフィン２５のフィンピッチより小さく（細かく）なっている。ここで、フィンピッチとは、フィン１５、２５の空気流れ方向での断面形状が、一方側と他方側に交互に凸部が位置する波形状であるコルゲートフィンの場合、同一側で隣り合う凸部の中心同士の距離を意味する。また、本実施形態のフィン１５、２５には、空気流れと対向するように切り起こされたルーバ１５ａ、２５ａが多数個形成されている。

以上説明したように、空気流れ方向に直列に配置された２つの蒸発器１、２の下側タンク部１３、２３をそれぞれ独立に形成するとともに、２つの下側タンク部１３、２３間に隙間４を設けることで、チューブ１４、２４およびフィン１５、２５の表面に発生した凝縮水を、この隙間４から蒸発器下方に排出させることができる。このため、凝縮水の排水性を向上させることができる。このとき、２つの蒸発器１、２の下側タンク部１３、２３はそれぞれ独立に形成されているため、下側タンク部１３、２３に排水用の貫通孔を形成する必要がなくなる。したがって、製造工数の増加を抑制しつつ、凝縮水の排水性を向上させることが可能となる。

さらに、隙間４を下側タンク部１３、２３の長手方向全長に亘って設けることで、凝縮水の排水性をより向上させることが可能となる。

また、２つの蒸発器１、２のフィン１５、２５をそれぞれ独立に形成することで、風圧により蒸発器の空気流れ下流側に凝縮水が飛散することを確実に抑制できる。

また、２つの下側タンク部１３、２３を円筒状に形成し、第１蒸発器１の下側タンク部１３および第２蒸発器２の下側タンク部２３における対向面１３０、２３０の下方側部位を、下方に向かうほど対向面１３０、２３０間の距離が大きくなるように、鉛直方向に対して傾斜させることで、隙間４に溜まった凝縮水の表面張力によって、凝縮水が下側タンク部１３、２３の外壁を伝って冷却用熱交換器の下方側に流れる。このため、凝縮水を蒸発器の下方に確実に排出することが可能となる。

また、空気流れ上流側に配置される第１蒸発器１のフィン１５のフィンピッチを、空気流れ下流側に配置される第２蒸発器２のフィン２５のフィンピッチより小さく（細かく）することで、第１蒸発器１の熱交換性能を、第２蒸発器２の熱交換性能より高くすることができる。これにより、第１蒸発器１において発生する凝縮水量を、第２蒸発器２においては発生する凝縮水量より多くすることができる。このため、第１蒸発器１において凝縮水をできるだけ多く発生させるようにし、第２蒸発器２においては凝縮水がほとんど発生しないようにすることができる。したがって、風圧により蒸発器の空気流れ下流側に凝縮水が飛散することをより確実に抑制することが可能となる。

（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、２つの上側タンク部１２、２２をそれぞれ独立に形成した例について説明したが、これに限らず、２つの上側タンク部１２、２２を一体構造で構成してもよい。但し、この場合も、２つの上側タンク部１２と２２の互いの内部空間を互いに独立に形成する必要がある。

また、上記実施形態では、左右両側のサイドプレート１６、２６をそれぞれ独立に形成した例について説明したが、これに限らず、図４に示すように２つの左側サイドプレートを１枚のプレート５ａで一体に構成し、２つの右側サイドプレートを１枚のプレート５ｂで一体に構成してもよい。

また、上記実施形態では、下側タンク部１３、２３を両端部が開放された筒状に形成し、両端部に配設された盲キャップ３１によって両端側の開口部を閉塞すると共に２つの下側タンク部１３、２３を連結した例について説明したが、これに限らず、下側タンク部１３、２３を両端部が閉塞した筒状に形成し、ブラケットによって２つの下側タンク部１３、２３を連結してもよい。

また、上記実施形態では、下側タンク部１３を円筒状（断面円形状）に形成した例について説明したが、これに限らず、断面矩形状や断面三角形状に形成してもよい。

また、上記実施形態では、隙間４を下側タンク部１３、２３の長手方向全長に亘って設けたが、隙間４は少なくとも１箇所設けられていればよい。

また、上記実施形態では、第１蒸発器１のフィン１５のフィンピッチを、第２蒸発器２のフィン２５のフィンピッチより小さく（細かく）した例について説明したが、これに限らず、２つの蒸発器１、２のフィン１５、２５のフィンピッチを同一にしてもよいし、第１蒸発器１のフィン１５のフィンピッチを、空気流れ下流側に配置される第２蒸発器２のフィン２５のフィンピッチより大きく（荒く）してもよい。

本発明の実施形態に係る蒸発器の斜視図である。 図１のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の実施形態に係る蒸発器の冷媒流れを示す概略斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る蒸発器を示す斜視図である。

符号の説明

１…第１蒸発器（第１熱交換器）、２…第２蒸発器（第２熱交換器）、４…隙間、１１、２１…コア部、１３、２３…下側タンク部、１４、２４…チューブ、１５、２５…フィン。

Claims (4)

1. 空気を冷却することにより凝縮水を発生する冷却用熱交換器であって、
   空気流れ方向に直列に配置された第１熱交換器（１）および第２熱交換器（２）を備え、
   前記第１熱交換器（１）および前記第２熱交換器（２）は、それぞれ、
   熱媒体通路を構成する複数のチューブ（１４、２４）と前記複数のチューブ（１４、２４）の外面側に接合され空気側伝熱面積を拡大する複数のフィン（１５、２５）との積層構造からなるコア部（１１、２１）と、
   前記複数のチューブ（１４、２４）の一方の端部に接合され、前記コア部（１１、２１）より下方側に配置される下側タンク部（１３、２３）とを有しており、
   前記第１熱交換器（１）および前記第２熱交換器（２）は、一体に構成されており、
   前記第１熱交換器（１）の前記下側タンク部（１３）と前記第２熱交換器（２）の前記下側タンク部（２３）との間には、少なくとも１箇所、隙間（４）が設けられていることを特徴とする冷却用熱交換器。
2. 前記隙間（４）は、前記下側タンク部（１３、２３）の長手方向全長に亘って設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷却用熱交換器。
3. 前記第１熱交換器（１）の前記下側タンク部（１３）および前記第２熱交換器（２）の前記下側タンク部（２３）における互いに対向する面（１３０、２３０）の少なくとも下端部は、下方に向かうほど前記互いに対向する面（１３０、２３０）間の距離が大きくなるように、鉛直方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却用熱交換器。
4. 前記第１熱交換器（１）は、前記第２熱交換器（２）より空気流れ上流側に配置されており、
   前記第１熱交換器（１）における前記複数のフィン（１５）のフィンピッチは、前記第２熱交換器（２）における前記複数のフィン（２５）のフィンピッチより小さくなっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却用熱交換器。

Images