(57)【要約】【課題】蒸発器から排出される空気の排出場所による温度ばらつきをより小さくする方策を提案する。【解決手段】ヒートパイプ５０を有し、当該ヒートパイプ５０の一部は、冷媒流路の冷媒導入部３３側の領域の近傍にある。ヒートパイプ５０の他の一部または全部は冷媒流路の冷媒排出部３５側の領域の近傍にある。ヒートパイプ５０は冷媒導入部３３側に配された部分を吸冷側とし、冷媒排出部３５側に配された部分を放冷側として冷媒導入部３３側の冷熱を冷媒排出部３５側に伝熱する。通風領域１８の内、直管の長手方向の中心から前記冷媒導入部側の領域を前半領域Ｆとし、その反対側を後半領域Ｒとしたとき、ヒートパイプ５０の吸冷側の少なくとも一部が前半領域Ｆにあり、ヒートパイプ５０の放冷側の少なくとも一部が後半領域Ｒにある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通風領域を有し、当該通風領域を通過する空気を冷却する蒸発器であって、
冷媒導入部と、冷媒排出部と、両者を繋ぐ冷媒流路を有し、
前記冷媒流路は、複数の直管部を有し、前記複数の直管部は前記通風領域を横切って平行状に配置されており、前記直管部の端部同士が直列的に連結されていて一連の流路を形成し、且つ前記冷媒流路を流れる冷媒が前記通風領域を２回以上往復して通過する蒸発器において、
ヒートパイプを有し、当該ヒートパイプの一部は、前記冷媒流路の前記冷媒導入部側の領域の近傍にあり、前記ヒートパイプの他の一部または全部は前記冷媒流路の前記冷媒排出部側の領域の近傍にあり、
前記ヒートパイプは前記冷媒導入部側に配された部分を吸冷側とし、前記冷媒排出部側に配された部分を放冷側として前記冷媒導入部側の冷熱を前記冷媒排出部側に伝熱し、
前記通風領域の内、前記各直管の長手方向の中心から前記冷媒導入部側の領域を前半領域とし、その反対側を後半領域としたとき、前記ヒートパイプの前記吸冷側の少なくとも一部が前記前半領域にあり、前記ヒートパイプの前記放冷側の少なくとも一部が前記後半領域にあることを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
前記ヒートパイプの中間部に前記通風領域を迂回して配置された部位があることを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
一対のエンドプレートと、複数のプレートフィンを有し、前記プレートフィンは、前記一対のエンドプレートの間にあり、前記プレートフィンには複数の開口があり、前記直管が前記開口に挿通されて前記プレートフィンと一体化されており、
前記ヒートパイプの一部が前記前半領域にあって前記プレートフィンに固定されており、中間部が他方の前記エンドプレートの外側を迂回し、前記ヒートパイプの他の一部が前記後半領域に配されていて前記プレートフィンに固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の蒸発器。
【請求項４】
冷凍機と、送風機を備えた空気調和装置において、
前記冷凍機は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、請求項１乃至３のいずれかに記載の蒸発器を有する循環回路を備えており、当該循環回路の内部を相変化する熱媒体が循環して冷凍サイクルを実現するものであることを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】
被試験物を配置する試験室と、請求項４に記載の空気調和装置を備え、前記空気調和装置で前記試験室内の環境を調節することを特徴とする環境試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境試験装置等に搭載される蒸発器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製品や部品等の性能や耐久性を調べる方策として、環境試験が知られている。環境試験は、環境試験装置と称される設備を使用して実施される。環境試験装置は、例えば高温環境や、低温環境、高湿度環境等を人工的に作り出すものである。
環境試験装置は、例えば図５の様な構成を備えている。図５に示す環境試験装置１００は、試験室３、冷却手段（冷凍機）１０６、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８を備えている。試験室３は、断熱材２によって覆われた空間である。そして試験室３と連通する空気通路１０があり、当該空気通路１０に前記した冷却手段１０６の蒸発器１０７と、加熱ヒータ６、加湿装置７及び送風機８が設けられている。また、空気通路１０の出口側に、温度センサー１２と湿度センサー１３が設けられている。
環境試験装置１００では、前記した空気通路１０内の部材と、温度センサー１２及び湿度センサー１３によって空気調和装置１５が構成されている。
【０００３】
冷却手段１０６は冷凍機であり、相変化する熱媒体を使用して冷凍サイクルを実現するものであり、蒸発器１０７の他に、圧縮機１０１と、凝縮器１０２と、膨張弁１０３を有する循環回路１０５を備えている。
冷却手段１０６は、蒸発器１０７内で冷媒を蒸発させ、蒸発器１０７の表面温度を低下させて空気通路１０を通過する空気と熱交換する。
【０００４】
図６は、従来技術の蒸発器１０７を示している。蒸発器１０７は、プレートフィンコイル式の熱交換器であり、一対のエンドプレート２２、２３を有し、当該エンドプレート２２、２３の間に多数のプレートフィン２５が配されている。
蒸発器１０７には冷媒流路がある。冷媒流路は、直列に連結されて一本の流路を形成する管であり、当該管は、一対のエンドプレート２２、２３の間を複数回往復した状態で配置されている。前記したプレートフィン２５には複数の開口５１があり、冷媒流路を構成する管は、プレートフィン２５の開口５１を通過していると共に、プレートフィン２５と一体化している。
【０００５】
蒸発器１０７では、図面手前側のエンドプレート２２（以下  手前側エンドプレート２２と称する）に、冷媒導入部３３と、冷媒排出部３５がある。冷媒は、手前側エンドプレート２２側に設けられた冷媒導入部３３から蒸発器１０７に内に入り、奥側のエンドプレート２３（以下  奥側エンドプレート２３と称する）に向かって進む。冷媒は、奥側で向きを変えて手前側エンドプレート２２側に戻る。以後、冷媒は、手前側エンドプレート２２側と奥側エンドプレート２３の間を複数回往復し、手前側エンドプレート２２に設けられた冷媒排出部３５から排出される。
【０００６】
蒸発器１０７は空気通路１０内に置かれ、手前側エンドプレート２２と奥側エンドプレート２３の間を空気が通過する。即ち手前側エンドプレート２２と奥側エンドプレート２３の間が通風領域１８となり、プレートフィン２５に空気が接して空気通路１０を通過する空気と熱交換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平６−３２９７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
蒸発器１０７を通過した空気の温度分布は均一であることが望ましいが、実際には、排出箇所によってばらつきがある。
蒸発器１０７に導入される冷媒は、液相又は気液混合相である。冷媒は、蒸発器１０７の中で蒸発し、気化熱を奪う。ここで、蒸発器１０７内の冷媒が、気液混合相である場合には、蒸発器１０７の表面温度は略一定である。これに対して、冷媒が気体に相変化した後は、蒸発器１０７の表面温度が上昇してゆく。
そのため冷媒導入部３３に近い領域に比べ、冷媒排出部３５に近い領域は、蒸発器１０７の表面温度が比較的高くなる傾向があり、蒸発器１０７を通過した空気の排出箇所によって、空気の温度にばらつきが出る場合がある。
【０００９】
本出願人は、蒸発器から排出される空気の排出場所による温度ばらつきを解消する方策を特許文献１で提案した。
本発明は、特許文献１に開示した構成をさらに改良し、蒸発器から排出される空気の排出場所による温度ばらつきをより小さくする方策を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記した課題を解決するための態様は、通風領域を有し、当該通風領域を通過する空気を冷却する蒸発器であって、冷媒導入部と、冷媒排出部と、両者を繋ぐ冷媒流路を有し、前記冷媒流路は、複数の直管部を有し、前記複数の直管部は前記通風領域を横切って平行状に配置されており、前記直管部の端部同士が直列的に連結されていて一連の流路を形成し、且つ前記冷媒流路を流れる冷媒が前記通風領域を２回以上往復して通過する蒸発器において、ヒートパイプを有し、当該ヒートパイプの一部は、前記冷媒流路の前記冷媒導入部側の領域の近傍にあり、前記ヒートパイプの他の一部または全部は前記冷媒流路の前記冷媒排出部側の領域の近傍にあり、前記ヒートパイプは前記冷媒導入部側に配された部分を吸冷側とし、前記冷媒排出部側に配された部分を放冷側として前記冷媒導入部側の冷熱を前記冷媒排出部側に伝熱し、前記通風領域の内、前記各直管の長手方向の中心から前記冷媒導入部側の領域を前半領域とし、その反対側を後半領域としたとき、前記ヒートパイプの前記吸冷側の少なくとも一部が前記前半領域にあり、前記ヒートパイプの前記放冷側の少なくとも一部が前記後半領域にあることを特徴とする蒸発器である。
【００１１】
本態様は、冷媒流路を流れる冷媒が通風領域を２回以上往復して通過する蒸発器を対象としている。対象となる蒸発器は、冷媒流路が長く、冷媒流路の始端と終端で冷媒の温度が異なる場合が多い。
「冷媒流路の前記冷媒導入部側の領域」とは、冷却負荷の大きさに係わらず、冷媒が気液混合状態を維持していると想定される領域である。限定するものではないが、例えば冷媒導入部を起点として、蒸発器内の冷媒流路の全長の５分の１以下の部分が「冷媒流路の前記冷媒導入部側の領域」に該当する。また冷媒が導入される最初の直管の部分も、冷媒が気液混合状態を維持していると想定される領域であり、「冷媒流路の前記冷媒導入部側の領域」に該当する。
これに対して、「冷媒排出部側の領域の近傍」は、冷媒が気相状態になる可能性が高い領域である。限定するものではないが、例えば冷媒排出部から冷媒導入部側に向かって、蒸発器内の冷媒流路の全長の５分の１以下の部分が「冷媒排出部側の領域の近傍」に該当する。また冷媒が最後に通過する直管の部分も「冷媒排出部側の領域の近傍」に該当する。
ヒートパイプは、熱を効率的に移動させる部材である。熱は、高い側から低い側に移動するが、「冷熱」という概念で考えると、「冷熱」は熱とは逆方向に移動するとも言える。
「冷媒導入部側の冷熱を冷媒排出部側に伝熱」を物理学的に正確に表現すると、「冷媒排出部側の熱を冷媒導入部側に移動させる」である。
本態様の蒸発器では、ヒートパイプによって冷媒導入部側の冷熱が冷媒排出部側に伝熱されるので、冷媒流路の各部における温度が均一化する。さらに加えて、ヒートパイプの吸冷側の少なくとも一部が前半領域にあり、ヒートパイプの放冷側の少なくとも一部が後半領域にあるので、蒸発器の各部の温度も均一化する。
そのため本態様の蒸発器を通過した空気は、通過箇所ごとの温度分布が均一化され、ばらつきが小さい。
【００１２】
前記した態様において、前記ヒートパイプの中間部に前記通風領域を迂回して配置された部位があることが望ましい。
【００１３】
ここで「ヒートパイプの中間部」とは、ヒートパイプの両端を除く部分である。
本態様によると、冷媒流路が配管で混雑しない構造の蒸発器を製作することができ、通風領域の通気性が確保される。
【００１４】
前記した態様において、一対のエンドプレートと、複数のプレートフィンを有し、前記プレートフィンは、前記一対のエンドプレートの間にあり、前記プレートフィンには複数の開口があり、前記直管が前記開口に挿通されて前記プレートフィンと一体化されており、前記ヒートパイプの一部が前記前半領域にあって前記プレートフィンに固定されており、中間部が他方の前記エンドプレートの外側を迂回し、前記ヒートパイプの他の一部が前記後半領域に配されていて前記プレートフィンに固定されていることが望ましい。
【００１５】
本態様では、ヒートパイプはプレートフィンを介して冷媒が通過する直管に接続されている。本態様では、プレートフィンを介してヒートパイプと直管の間で熱移動が行われる。
本態様の蒸発器では、ヒートパイプの中間部がエンドプレートの外側を迂回している。そのため通風領域が配管で混雑せず、通風領域の通気性が確保される。
【００１６】
空気調和装置の態様は、冷凍機と、送風機を備えた空気調和装置において、前記冷凍機は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、前記蒸発器を有する循環回路を備えており、当該循環回路の内部を相変化する熱媒体が循環して冷凍サイクルを実現するものであることを特徴とする空気調和装置である。
【００１７】
環境試験装置の態様は、被試験物を配置する試験室と、前記空気調和装置を備え、前記空気調和装置で前記試験室内の環境を調節することを特徴とする環境試験装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の蒸発器は、蒸発器から排出される空気の温度の排出場所によるばらつきが小さい。そのため本発明の蒸発器を搭載した空気調和装置は、排出する空気の温度ばらつきが小さい。また本発明の蒸発器を搭載した環境試験装置は、試験室内の温度ばらつきが小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態の蒸発器の斜視図であり、（ａ）は冷媒導入部側から観察したものであり、（ｂ）は裏面側から観察したものである。
【図２】冷媒流路を段ごとに分離して図示した図１の蒸発器の冷媒流路及びヒートパイプの位置を説明する説明図である。
【図３】図１の蒸発器の内部を示す斜視図であり、冷媒流路とヒートパイプとプレートフィンの関係を示す。
【図４】（ａ）は従来技術の蒸発器の冷媒流路の距離と冷媒流路の表面温度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は本実施形態の蒸発器の冷媒流路の距離と冷媒流路の表面温度の関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態及び従来技術の環境試験装置の構成図である。
【図６】従来技術の蒸発器に対する通風状態を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態の蒸発器２０である。蒸発器２０は、図５に示す環境試験装置１の蒸発器２０として使用されるものである。
本実施形態の蒸発器２０は、従来技術の蒸発器１０７にヒートパイプ５０を追加したものである。各図において、ヒートパイプ５０は黒塗りした部分である。
【００２１】
最初に従来技術と共通する部分について説明する。
蒸発器２０は、従来技術の蒸発器１０７と同様にプレートフィンコイル式の蒸発器であり、一対のエンドプレート２２、２３を有し、当該エンドプレート２２、２３の間に多数のプレートフィン２５が配されている。なお作図の関係上、図１では、プレートフィン２５の枚数を減らして図示している。
本実施形態では、一対のエンドプレート２２、２３の間が通風領域１８となり、送風は図１（ａ）の矢印の様に図面下部から入って上部側に抜ける。
【００２２】
蒸発器２０には図２の様に冷媒流路２６がある。冷媒流路２６は、図２の様に直列に連結されて一本の流路を形成する管路であり、一対のエンドプレート２２、２３の間を複数回往復した状態で配置されている。前記したプレートフィン２５には図３の様に複数の開口５１があり、冷媒流路２６を構成する管（直管２８）は、プレートフィン２５の開口５１に挿通され、且つ一体化している。
【００２３】
冷媒流路２６は、複数の直管２８とリターンベント３１によって構成されている。
複数の直管２８は、一方のエンドプレート２２と、他方のエンドプレート２３で支持されている。説明の便宜上、一方のエンドプレート２２を手前側エンドプレート２２と称し、他方を奥側エンドプレート２３と称する。
本実施形態では、一対のエンドプレート２２、２３の間に、多数の直管２８が平行且つ立体的に配列されている。
図２では、作画の関係上、直管２８の数を減らして図示しているが、直管２８は、高さ方向には複数段に渡って配列され、各段に多数の直管２８が平行に並べられている。
各直管２８は、その端部が隣接する直管２８の端部とリターンベント３１で接続されており、全体として直列に接続され、前記した様に一本の冷媒流路２６が構成されている。
【００２４】
本実施形態では、最上段であって、図面左端の第一直管２８ａの端部が開放されていて、冷媒導入部３３を構成している。
また最下段であって、図面左端の最終直管２８ｅの端部が開放されていて、冷媒排出部３５を構成している。
冷媒導入部３３と冷媒排出部３５の間は前記した様に一本の冷媒流路２６であり、蒸発器２０の熱交換部として機能する部分である。
【００２５】
本実施形態の蒸発器２０では、手前側エンドプレート２２に冷媒導入部３３と冷媒排出部３５がある。
冷媒は、冷媒導入部３３から冷媒流路２６の中に導入され、第一直管２８ａを手前側のエンドプレート２２側から奥側エンドプレート２３側に向かって流れる。
そして流路が奥側のエンドプレート２３側で折り返され、第二直管２８ｂに流れて手前側エンドプレート２２側に戻る。この様に蒸発器２０では、冷媒が通風領域１８を往復して通過する。
【００２６】
本実施形態の蒸発器２０は、特徴的構成として、ヒートパイプ５０が設けられている。ヒートパイプ５０は、密閉された管の中に作動流体が封入されたものである。ヒートパイプ５０の一部が高温状態になると、作動流体が内部で蒸発して、気化熱を奪う。作動流体は低温部に移動し、凝縮されて液体に戻る。また液化した作動流体は、ウィック等を通過して高温部に戻る。ヒートパイプ５０は、これを繰り返して高温部から低温部に熱を移動させる。
逆に言えば、低温部の冷熱を高温部に移動させる。
【００２７】
本実施形態の蒸発器２０では、図２の様に、ヒートパイプ５０の一端側が冷媒流路２６の導入部分たる第一直管２８ａの近傍にあり、中間部が奥側エンドプレート２３の外を迂回し、ヒートパイプ５０の他端側は最終直管２８ｅの近傍にある。
言い換えると、ヒートパイプ５０の一端側は、熱交換部として寄与する領域の始端部にあり、ヒートパイプ５０の他端側は、熱交換部の終端部にある。
即ち本実施形態の蒸発器２０では、ヒートパイプ５０の一部は、冷媒流路２６の内の冷媒導入部３３側の領域の近傍にあり、ヒートパイプ５０の他の一部は冷媒流路の冷媒排出部３５側の領域の近傍にある。
【００２８】
本実施形態では、図３の様に、ヒートパイプ５０は冷媒流路２６の直管２８と同様にプレートフィン２５に形成された開口５５に挿通され、且つ一体化されている。またヒートパイプ５０の一部は直管２８と直接接触している。
ただしヒートパイプ５０は長い冷媒流路２６の一部と接しているだけであり、ヒートパイプ５０の中間部は、奥側エンドプレート２３の外にある。そのため蒸発器２０の通風領域１８に占めるヒートパイプ５０の体積はわずかであり、エンドプレート２２、２３の間の冷媒流路２６は混雑せず、エンドプレート２２、２３の間の通気性は確保される。
【００２９】
本実施形態の蒸発器２０では、ヒートパイプ５０は、ヒートパイプ５０の第一直管２８ａの近傍部分が吸冷側として機能し、最終直管２８ｅの近傍部分が放冷側として機能する。その結果、第一直管２８ａ近傍の冷熱が移動して最終直管２８ｅの近傍が冷却され、冷媒流路２６の位置（冷媒導入部３３からの距離）の違いによる温度ばらつきを低減している。
以下、この原理を説明する。
【００３０】
図４（ａ）は、従来技術の蒸発器１０７の冷媒流路２６の距離と冷媒流路２６の表面温度の関係を示すグラフである。
冷媒は、冷媒導入部３３から冷媒流路２６に入り、冷媒排出部３５から排出される。冷媒導入部３３に導入された冷媒は、液相又は気液混合相であり、蒸発することによって周囲から熱を奪う。
そのため冷媒導入部３３の近傍は、冷媒流路２６の表面温度が低い。
冷媒が冷媒流路２６を流れる内に、蒸発器１０７の表面で熱交換が進む。冷媒は、液相又は気液混合相であるが、次第に気相の割合が増加してゆく。
【００３１】
冷媒が全て気化すると、冷媒の温度が次第に上昇してゆく。冷媒排出部３５の近傍においては、冷媒が完全に気化している場合が多く、冷媒排出部３５近傍の冷媒流路２６の表面温度は、冷媒導入部３３の近傍に比べて高い。
【００３２】
本実施形態の蒸発器２０には、図４（ａ）のグラフの中で、冷媒流路２６の内の冷媒導入部３３側の領域５２に相当する部分に、ヒートパイプ５０の一部がある。また冷媒流路２６の内の冷媒排出部３５側に相当する領域５３にも、ヒートパイプ５０の一部がある。
そのためヒートパイプ５０によって、図４（ａ）のグラフで示される冷媒導入部３３側の領域（低温領域）５２から、冷媒排出部３５側の領域（高温領域）５３に冷熱が移動し、図４（ｂ）のグラフの様に、両者の温度差が縮まる。
正確に説明すると、冷媒排出部３５側の領域（高温領域）５３の熱が、冷媒導入部３３側の領域（低温領域）５２に移動し、図４（ｂ）のグラフの様に、冷媒排出部３５側の温度と、冷媒導入部３３側の温度が平滑化する。
【００３３】
本実施形態では、吸冷側（低温領域）においては、ヒートパイプ５０の一部が、冷媒流路２６の導入部分たる第一直管２８ａの略全長に渡って配置されている。
即ち吸冷側（低温領域）においては、ヒートパイプ５０は通風領域１８内であって冷媒導入部３３に近い領域（前半領域Ｆ）を含む領域に配置されている。
一方、放冷側（高温領域）においては、ヒートパイプ５０は、奥側エンドプレート２３から通風領域１８内に挿入されているから、通風領域１８内であって冷媒導入部３３から遠い領域（後半領域Ｒ）を含む領域に配置されている。
そのため本実施形態の蒸発器２０によると、前半領域Ｆと後半領域Ｒの温度ばらつきも小さい。
そのため蒸発器２０を通過した空気は、排出箇所によるばらつきが小さい。
【００３４】
以上説明した実施形態では、プレートフィンコイル式の凝縮器を例に説明したが、管の周囲に小型のフィンを取り付けた形式の物や、フィンを螺旋状に取り付けたもの、裸管を利用したものにも本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１    環境試験装置
１５  空気調和装置
１８  通風領域
２０  蒸発器
２２、２３  エンドプレート
２５  プレートフィン
２６  冷媒流路
２８  直管
３３  冷媒導入部
３５  冷媒排出部
５０  ヒートパイプ
５２  冷媒導入部側の領域
５３  冷媒排出部側の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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