(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を循環させる冷凍サイクルでの減圧弁の下流に設けられる冷房装置用蒸発器において、
内部が１室だけで形成された流入側タンク及び内部が１室だけで形成された流出側タンクを最下部に有し、該流入側タンクと該流出側タンクとを逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路の設けられた管状部材がフィンを挟んで複数積層され、上記冷媒蒸発流路が並列に配置されるように構成された全パス式の冷媒蒸発部と、
上記減圧弁と上記流入側タンクとの間に設けられ、上記流入側タンク入口での上記冷媒の乾き度を０．０１〜０．２の範囲に調整する乾き度調整手段であって、上記減圧弁と上記流入側タンクとを連通する被冷却流路と、上記流出側タンクに接続され上記冷媒を出口に導く冷却流路との間で熱交換可能に形成された熱交換部と、
上記減圧弁と上記熱交換部との間に一端が接続され、上記熱交換部よりも下流側に他端が接続され、開閉弁または定圧弁が介装された低負荷の時に有効なバイパス流路とを備え、
上記冷媒蒸発部の上記管状部材の積層方向の厚さが１．６〜３．４ｍｍの範囲にされたことを特徴とする冷房装置用蒸発器。
【請求項２】
上記管状部材の積層方向の厚さが１．６〜２．５ｍｍの範囲にされたことを特徴とする請求項１に記載の冷房装置用蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、冷凍サイクルに使用される冷房装置用蒸発器に関し、特に複数の冷媒蒸発流路を並列に接続した冷房装置用蒸発器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
自動車用空気調和装置等に用いられる冷凍サイクルシステムは、例えば、圧縮機・凝縮器・受液器（レシーバ）・膨張弁（減圧手段）・蒸発器等により構成されている。そして、この密閉された回路内で冷媒を循環させて室内空気と蒸発器とで熱交換を行ない、室内を冷却するものである。膨張弁を通り断熱膨張した冷媒は、気体と液体との二相流の状態となって蒸発器に入り、外部より熱を吸収して気化（蒸発）し、等温膨張を続け室内空気の冷却作用を果たし、過熱蒸気となって圧縮機に吸入される。
【０００３】
この蒸発器として、例えば特開平２−５００５９号に開示されているように、２枚の平板状のコアプレートを重ね合わせて冷媒が通る冷媒蒸発流路を形成した管状部材とフィンとを交互に複数段積層したものがある。しかし、蒸発器に入る冷媒は気液混合状態であるので気液が分離し易い。そのため、蒸発器内の複数の配管へ冷媒を分配しても気液の割合が配管毎に異なる場合がある。気体状冷媒よりも液体状冷媒の方が熱伝達率が高くかつ冷却能力が高い。そのため、気液割合の偏りが生ずると、特に蒸発器の下流側で熱交換効率が低下して、室内空気の冷却が不均一になる場合があった。特に自動車用空気調和装置にては、吹出空気の撹拌のためのスペースが確保しにくいので、その影響は大きい。
【０００４】
また、上述した特開平２−５００５９号の第１４〜１６図にも示されているように、従来の蒸発器は２つのタンク部が上方に配置され、管状部材はそれら２つのタンク部をＵ字状に連通するように並列に配置されているが、一方のタンク部の途中には仕切り壁が設けられて２室に分割されている。そのため、流入ポートより供給された冷媒の流れは、まず流入ポートに接続された一方の分割室と連通する冷媒蒸発流路のみを通って下方に至り、Ｕ字状にターンして他方のタンク部に至る。そして、その他方のタンク部内を移動して、流出ポートに接続された他方の分割室とのみ連通する冷媒蒸発流路の側に至る。その後、その冷媒蒸発流路を下方に移動し、Ｕ字状にターンして上記他方の分割室へ至る。そして、流出ポートより排出されることとなる。
【０００５】
このような冷媒蒸発流路構成（以下、説明の便宜のために３ターン方式とも呼ぶ。）にした場合には、例えば管状部材が１０本あっても冷媒の流路としては１０本全部使用できず、流入側および流出側をそれぞれ５本ずつ、あるいは流入側を７本で流出側を３本といった具合いに分割しなくてはいけなかった。一方、上述した仕切り壁を取り払ってしまってタンク内部を１室だけで形成して冷媒を一方のタンク部から流入させ、１回Ｕターンして至った他方のタンク部から流出させるような冷媒蒸発流路構成にすれば、管状部材が１０本あれば冷媒蒸発流路も１０本確保できることとなる（以下、説明の便宜のためにこの方式を全パス方式と呼ぶ。）。この２つの場合の比較を以下に示す。
【０００６】
（１）３ターン方式の場合は３回もターンする必要があり、また管状部材の一部にしか冷媒を流入させられないのに対して、全パス方式は全ての冷媒蒸発流路に冷媒を流入させることができ、また１回しかターンしなくてよいので、相対的に圧力損失を下げることができて性能向上の点では好ましい。
【０００７】
（２）しかし、単に全パス方式にしただけでは、タンク部に冷媒が流入した後、手前側の管状部材には液相冷媒が多く流入するが、奥側の管状部材には気相冷媒が多く流入してしまう。そのため、積層方向に温度差が大きくなってしまい、上述した熱交換効率の低下、室内空気の冷却が不均一になる等の不都合が生じる。
【０００８】
この点に関しては、３ターンの場合の方がまだ積層方向の温度差を小さくできるのである。したがって、積層方向への温度分布を均一に近づけることができれば、上記全パス方式のように管状部材は全て冷媒蒸発流路として冷媒を流入させる構成を採用した方が性能を向上させる上で有利である。
【０００９】
そこで本発明は上記の課題を解決することを目的とし、全パス方式を採用しながらも温度分布を均一に近づけることができ、冷房性能の低下を招くことのない冷房装置用蒸発器を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成すべく、本発明は課題を解決するための手段として次の構成を取った。即ち、請求項１記載の発明は、冷媒を循環させる冷凍サイクルでの減圧弁の下流に設けられる冷房装置用蒸発器において、内部が１室だけで形成された流入側タンク及び内部が１室だけで形成された流出側タンクを最下部に有し、該流入側タンクと該流出側タンクとを逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路の設けられた管状部材がフィンを挟んで複数積層され、上記冷媒蒸発流路が並列に配置されるように構成された冷媒蒸発部と、上記減圧弁と上記流入側タンクとの間に設けられ、上記流入側タンク入口での上記冷媒の乾き度を０．０１〜０．２の範囲に調整する乾き度調整手段であって、上記減圧弁と上記流入側タンクとを連通する被冷却流路と、上記流出側タンクに接続され上記冷媒を出口に導く冷却流路との間で熱交換可能に形成された熱交換部と、上記減圧弁と上記熱交換部との間に一端が接続され、上記熱交換部よりも下流側に他端が接続され、開閉弁または定圧弁が介装された低負荷の時に有効なバイパス流路とを備え、上記冷媒蒸発部の上記管状部材の積層方向の厚さが１．６〜３．４ｍｍの範囲にされたことを特徴とする冷房装置用蒸発器である。
【００１１】
そして、小型化の点では、管状部材の積層方向の厚さを１．６〜２．５ｍｍの範囲にすることが好ましい。
【００１２】
【００１３】
【作用および発明の効果】
本発明の冷房装置用蒸発器によれば、減圧弁から流出した冷媒は、乾き度調整手段を通過することによって、流入側タンク入口での冷媒の乾き度が０．０１〜０．２の範囲に調整された状態で冷媒蒸発部の流入側タンクに導入される。そして、流入側タンクと流出側タンクとを逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路を通って流出側タンクに至る。
【００１４】
上記冷媒蒸発流路は並列に複数配置されており、流入側タンクから各冷媒蒸発流路に冷媒が分配されて、各冷媒蒸発流路を通過する際に熱交換が行われる。本発明の場合、まず、乾き度が０．０１〜０．２の範囲に調整された状態で冷媒が流入してくる。何も調整しない場合には一般的に乾き度が０．３〜０．５程度であるので、その程度の乾き度では気液が分離して流入し易い。それに対して、乾き度を０．０１〜０．２の範囲に調整することで、冷媒の分配がよくなり、圧力損失の低下の面で有利である。
【００１５】
また、流入側タンクは冷媒蒸発部の最下部に配置されているため、流入側タンクに流入した冷媒、特に液相冷媒は流入側タンクの奥まで侵入した後に各冷媒蒸発流路を上昇していくこととなる。従来技術の項でも説明したが、タンクが上側に配置され、冷媒が流路を下降していくような構成であると、手前側には液相冷媒が偏って流入し、奥側には気相冷媒ばかりが流入してしまい、積層方向に温度差が大きくなってしまうのである。
【００１６】
それに対して、本発明では、特に液相冷媒が流入側タンクの奥まで侵入した後に各冷媒蒸発流路を上昇していくため、液相冷媒の偏りが少なく、全パス方式であっても積層方向での温度分布が均一に近くなる。そのため、熱交換効率が向上し、室内空気の冷却も均一になる。
【００１７】
さらにまた、本発明の冷媒蒸発流路は上述した全パス方式であるので、相対的に圧力損失を下げることができ、性能向上の点で好ましい。次に、管状部材の積層方向の厚さについて考察すると、この積層方向の厚さを小さくして冷媒蒸発流路を狭くすると、冷媒流速が大きくなるが圧力損失も大きくなる。そのため、上記３ターン方式においては、両者のバランス等を考慮した最適厚さは一般的に３．５ｍｍとされている。
【００１８】
これに対して本発明では、全パス方式であるので、相対的に圧力損失を下げることができる。そのため、管状部材の積層方向の厚さを小さくしても、従来の３ターン方式のものと同等の性能を発揮することができる。その結果、冷媒蒸発部自体の大きさも小さくすることができ、小型化の点で好ましい。したがって、管状部材の積層方向の厚さは、従来の３．５ｍｍより小さく１．６〜３．４ｍｍの範囲にすることが好ましく、小型化の点では、管状部材の積層方向の厚さを１．６〜２．５ｍｍの範囲にすることがさらに好ましい。
【００１９】
また、上記乾き度調整手段は、減圧弁と流入側タンクとを連通する被冷却流路と、流出側タンクに接続され冷媒を出口に導く冷却流路との間で熱交換可能に形成された熱交換部によって実現してもよい。この場合、熱交換部においては、冷媒蒸発部の流出タンクから冷媒の流入した冷却流路と被冷却流路との間で熱交換が行われ、被冷却流路内の冷媒が冷却される。そのため、被冷却流路内の冷媒の液化が促進されて流入側タンク入口での冷媒の乾き度が０．０１〜０．２の範囲に調整される。
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【００２３】
【実施例】
以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の第１実施例である蒸発器を適用した冷凍サイクルの概略構成図である。コンプレッサ１はガス状の冷媒を圧縮して凝縮器２に送り、凝縮器２はこの冷媒を外部の空気により冷却して液状の冷媒としてレシーバ４に送るように接続されている。車両用に適用された場合にはコンプレッサ１は図示しない内燃機関で回転駆動される。
【００２４】
レシーバ４は冷媒を一時蓄えると共に、冷媒中の塵や水分を取り除くものである。そして、レシーバ４を出た冷媒は膨張弁６に送られる。膨張弁６は、送られてきた冷媒を減圧させるものである。また、この膨張弁６は、図２に示すように、弁体７の移動により、その開度を調節可能な構成のものである。なお、本実施例では、膨張弁６が減圧弁として働くが、減圧弁は開度が調節可能なものに限らず、固定絞り弁であっても実施可能である。
【００２５】
膨張弁６は、弁体７が、ばね１０により閉弁方向に付勢力Ｐｓにより付勢されると共に、弁体７の一端がダイヤフラム１２に係合されている。さらに、後述する蒸発器１６の下流側に設けられた感温筒８を備え、蒸発器１６の下流側の冷媒温度が上昇すると、感温筒８内の圧力Ｐｆが上昇し、即ち冷房負荷が増加すると、この圧力Ｐｆがキャピラリーチューブ１４を介してダイヤフラム１２の一側に作用して、弁体７を開弁方向に移動して、冷媒の量を大きくするように開度が調節されるよう構成されている。
【００２６】
また、膨張弁６には、蒸発器１６の下流側の冷媒圧力Ｐ０をダイヤフラム１２の他側に導入する外均管１７が設けられており、弁体７による開度は、前記ばね１０の付勢力Ｐｓと外均管１７からの圧力Ｐ０及びキャピラリーチューブ１４からの圧力Ｐｆの釣合（Ｐｆ＝Ｐｓ＋Ｐ０）により、蒸発器１６の下流側での冷媒圧力と冷媒温度を補償するように構成されている。
【００２７】
前記膨張弁６から出た冷媒は、蒸発器１６に送られた後、ガス状の冷媒となってコンプレッサ１に吸い込まれるように接続されている。蒸発器１６は、冷媒蒸発部１８と熱交換部２０とを備えており、冷媒蒸発部１８は、図３に示すように、最下部に流入流路２２と流出流路２４とを備えている。この最下部とは、重力方向に最下部という意味である。そして、両流路２２，２４は複数の並列に接続された冷媒蒸発流路２６により連通されており、冷媒蒸発流路２６を通る冷媒と、車室内に供給される空気との間で熱交換が行われるように構成されている。この冷媒蒸発部１８の構成については後で詳述する。
【００２８】
一方、前記膨張弁６と冷媒蒸発部１８の流入流路２２とを連通する被冷却流路２８を備え、この被冷却流路２８の下流側には第１絞り３０が形成されている。また、一端が冷媒蒸発部１８の流出流路２４に接続された冷却流路３２を備えており、冷却流路３２の他端は出口孔３４を介して、排出流路３６に接続されている。第１絞り３０の上流側の被冷却流路２８と冷却流路３２との冷媒の間で、熱交換が可能にされて熱交換部２０が形成されている。
【００２９】
排出流路３６には、前記感温筒８、及び外均管１７（図２参照）が取り付けられており、排出流路３６は出口孔３４から排出された冷媒をコンプレッサ１に導出するように接続されている。さらに、膨張弁６と熱交換部２０との間の被冷却流路２８に、バイパス流路３８の一端が接続されて分岐されており、このバイパス流路３８の他端は、第１絞り３０よりも下流側の被冷却流路２８に接続されて合流されている。また、バイパス流路３８には、開閉弁４０が介装されている。
【００３０】
次に、前述した蒸発器１６の熱交換部２０の具体的な構成については図４〜９を中心に、また冷媒蒸発部１８の具体的な構成については図４及び図１０〜１２を参照して詳しく説明する。まず熱交換部２０について説明する。図４に示すように、第１，第２の側板４６，４８の間に複数組の第１、第２プレート５０，５２が積層されており、１組の両プレート５０，５２は対称の形状をしている。
【００３１】
第１，第２プレート５０，５２には、波型の凹凸が多数形成されており、積層することにより、図８に示すように、第１プレート５０の内側と第２プレート５２の内側との間に多数の第１流路５４が形成される。また、同様に、第２プレート５２の外側と第１プレート５０の外側との間に多数の第２流路５６が形成されるように構成されている。
【００３２】
そして、図５，７に示すように、第１の側板４６及び一部の第１プレート５０の上方には、入口孔５７及び流入孔５８が形成されている。この流入孔５８は、前記第１流路５４と連通するように構成されており、第１流路５４は、第１，第２プレート５０，５２の下方に形成された第１連通孔６０に接続されている。
【００３３】
また、第１プレート５０のうち、第２の側板４８側に設けられている一枚の第１プレート５０ａには、第１連通孔６０に代えて、オリフィスにより形成された第１絞り３０が設けられている。この第１絞り３０は、第２プレート５２の第１連通孔６０及び第２の側板４８に形成された第１接続孔６２を介して、冷媒蒸発部１８の流入流路２２に接続されている。前記流入孔５８、第１流路５４、第１連通孔６０、第１接続孔６２により、図３に示す被冷却流路２８を形成している。
【００３４】
さらに、図９に示すように、第１，第２プレート５０，５２及び第２の側板４８の下方には、冷媒蒸発部１８の流出流路２４に連通する第２接続孔６３，６４が形成されており、この第２接続孔６３，６４は第２流路５６と連通するように構成されている。そして、図７に示すように、第２流路５６は第１，第２プレート５０，５２及び第１の側板４６の上方に形成された流出孔６６及び出口孔３４に接続されている。
【００３５】
前記第２接続孔６３，６４、第２流路５６、流出孔６６により冷却流路３２が形成されている。そして、被冷却流路２８及び冷却流路３２を通る冷媒間で、第１，第２プレート５０，５２を介して、熱交換可能にされた熱交換部２０が形成されている。
【００３６】
一方、図７に示すように、前記一枚の第１プレート５０ａには、流入孔５８に代えて開閉弁４０が設けられており、開閉弁４０は、第２プレート５２の流入孔５８を介して、第２プレート５２と第２の側板４８との間に形成された第３流路６８に連通されている。
【００３７】
この第３流路６８は、図９に示すように、第２の側板４８の前記第１接続孔６２に連通されて、被冷却流路２８に接続され、この流入孔５８、第３流路６８によりバイパス流路３８が形成されている。この流路は、特に冬季モード時のように低負荷の時に有効であり、夏季に使用される通常時のみ考える場合は、無くてもよい流路である。
【００３８】
次に冷媒蒸発部１８について説明する。冷媒蒸発部１８は、室内空気を効率的に冷却するための波板状のコルゲートフィン４４（以下、単にフィン４４と呼ぶ）と図１０に示すプレート４２とをろう付けにより積層したもので、この積層状態の断面を図１１（図１０のＥ−Ｅ線での断面図）、図１２（図１１のＦ−Ｆ線での断面図）に示す。なお、図１１は、熱交換部２０と接続される側とは反対側の一部分だけを示している。
【００３９】
プレート４２は、図１０に示すように略長方形の板状で、その最下部に略円筒形の入口タンク７３と出口タンク７４とが形成されている。入口タンク７３は、上述した熱交換部２０の第１接続孔６２に整合する位置に設けられ、その中央に円孔７５が穿設されており、熱交換部２０から送られてきた冷媒が導入される部位となる。出口タンク７４は、熱交換部２０の第２接続孔６３，６４に整合する位置に設けられ、その中央に横長の円孔７６が穿設されており、熱交換部２０の第２接続孔６３，６４に冷媒を送り出す部位となる。
【００４０】
このプレート４２は、積層したときにプレート４２間に冷媒の流路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。この中央部である中央凹面部７７には、冷媒の伝熱促進のための複数のクロスリブ７８と、冷媒を下方に導きさらに方向転換して出口タンク７４に導く中央隔壁７９が凸状に形成されている。この中央隔壁７９は、図１０に示すように、圧力損失を均一にするために冷媒の蒸発による膨張に合わせて斜め方向に形成されている。
【００４１】
入口タンク７３と中央凹面部７７との間には、両者を結ぶ細い溝７９ａが形成されている。このため、入口タンク７３の冷媒は、この溝７９ａを通過して中央凹面部７７に流れる。冷媒蒸発部１８は、端面となるエンドプレート７１（図４，１１，１２参照）と熱交換部２０の第２の側板４８との間で、上述したプレート４２を図１１，図１２に示すように向かい合わせて冷媒の流路を形成し、各プレート４２の裏面の間に波板状のフィン４４を装着してろう付けにより形成される。このとき、各プレート４２に形成された溝７９ａが向かい合って、冷媒の流路面積を狭くする絞り部８０が形成される。また、各フィン４４には、冷媒と室内空気との熱交換を促進するための細い溝８２が複数形成されている。なお、向かい合わせてろう付けされるプレート４２の形状は、左右反対、つまり一方のプレート４２に対して他方のプレート４２の形状を鏡に映した形状としている。但し、向かい合うクロスリブ７８は、互いに交差する方向に形成されている。
【００４２】
このようにプレート４２を積層したときのプレート４２内での冷媒の流れを図１０中に矢印ｅ，ｆ，ｇにて示す。熱交換部２０から各入口タンク７３（以下、各入口タンク７３を重ねることで形成された冷媒の溜り部を流入側タンク７０と呼ぶ）に送られた冷媒は、分配されて各絞り部８０を通過し、中央凹面部７７間を上方に向かって流れ（矢印ｅ）、さらに最上部で方向転換して下方に向い（矢印ｆ）、各出口タンク７４（以下、各出口タンク７４を重ねることで形成された冷媒の溜り部を流出側タンク９０と呼ぶ）に流れ込み（矢印ｇ）、合流して熱交換部２０の上出口冷媒タンク部４１に送られる。
【００４３】
上記構成によって、冷媒蒸発部１８は、流入側タンク７０及び流出側タンク９０を最下部に有し、上記１対のプレート４２によって、両タンク７０，９０を逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路となる本発明の管状部材が形成されることとなる。そして、フィン４４を挟んで複数が積層されることによって、冷媒蒸発流路２６が並列に配置されることとなる。
【００４４】
このとき、プレート４２の中央凹面部７７間では、交差するクロスリブ７８により、冷媒が分散され全体に広く行き渡る。なお、図１２において８３が上方に向かう冷媒の流路となり、８４が下方に向かう冷媒の流路となる（この流路８３，８４、即ち、中央凹面部７７間の冷媒の流路が上記図３における冷媒蒸発流路２６である。）。この冷媒蒸発流路２６を冷媒が流れるときに、冷媒は、フィン４４を介して室内空気と熱交換し、一部が蒸発しつつ等温膨張を続ける。
【００４５】
次に、前述した本第１実施例の冷房装置用蒸発器の作動について、冷凍サイクルの作動と共に説明する。図１３は、冷凍サイクル上での冷媒の状態を表すモリエル線図である。コンプレッサ１の駆動により圧縮された（図中線ｍ部分）高圧の冷媒は、凝縮器２で放熱し（図中線ｎ部分）、気体状冷媒から液体状冷媒へと相変化する。そして、通常の冷凍サイクルでは、膨張弁６により、線ｏ上を点Ｗまで膨張させているため、冷媒は蒸発器１６の入口で気体と液体との気液二相状態となり、蒸発器２内で冷媒の分配が均等に行なわれない。そこで、本実施例の蒸発器１６では、熱交換部２０で被冷却流路２８内を通過する入口冷媒と冷却流路３２内を通過する出口冷媒（後述するが、絞り部８０により入口冷媒よりも低温となっている）を熱交換させることで入口冷媒を冷却し、冷媒を線ｐ上に沿って点Ｘまで変化させて液相方向へシフトしている。
【００４６】
このため、単に膨張弁６による膨張では冷媒は乾き度ｘ＝０．３〜０．５程度までしか下がらないが、本第１実施例によれば冷媒は乾き度ｘ＝０．０１〜０．２の範囲になり、冷媒蒸発部１８の流入側タンク７０から各プレート４２間の冷媒蒸発流路２６に均等に分配される。このとき、冷媒蒸発流路２６の入口となる絞り部８０により、冷媒は線ｑ上に沿って点Ｙにまで減圧されて、一層低温化した気液二相状態となり、フィン４４を介して室内空気と熱交換され蒸発を開始する（図中線ｒ部分）。冷媒は、その一部が蒸発した状態（点Ｚ１）、即ち乾き度ｘが１未満で冷媒蒸発部１８の流出側タンク９０で合流し熱交換部２０に送られる。この冷媒（出口冷媒）は、熱交換部２０に形成された冷却流路３２を通過することで入口冷媒と熱交換される。このため、冷却流路３２内で冷媒の乾き度ｘは１以上となって（点Ｚ２）冷媒は過熱蒸気となり（図中線ｓ１，ｓ２部分）、感温筒８を経てコンプレッサ１へと送られる。
【００４７】
即ち、膨張弁６から送られた気液二相状態の冷媒（入口冷媒）は、被冷却流路２８を流れるときに冷却流路３２を流れる低温の冷媒（出口冷媒）と熱交換して冷却されて、より液相側へシフトし、冷媒蒸発部１８の流入流路２２に送られる。なお、図１中において冷媒の液状態部分にハッチングを施す。そして、均一に各冷媒蒸発流路２６に流れ込むと共に、絞り部８０により減圧されて室内空気と熱交換して一部が気化しつつ等温膨張する。冷媒は気液二相状態のまま、冷媒蒸発部１８の流出流路２４に送られて合流し、熱交換部２０の冷却流路３２を流れる。このとき、冷媒（出口冷媒）は、被冷却流路２８を流れる入口冷媒と熱交換して加熱されすべて乾き度が１以上の過熱蒸気となる。つまり、図１３の線ｐにおける冷媒と線ｓ１，ｓ２における冷媒とを熱交換している。
【００４８】
本第１実施例の冷房装置用蒸発器１６によれば、減圧弁６から流出した冷媒は、乾き度調整手段としての熱交換部２０を通過することによって、流入側タンク７０入口での冷媒の乾き度が０．０１〜０．２の範囲に調整された状態で冷媒蒸発部の流入側タンク７０に導入される。そして、流入側タンク７０と流出側タンク９０とを逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路を通って流出側タンク９０に至る。
【００４９】
上記冷媒蒸発流路は並列に複数配置されており、流入側タンク７０から各冷媒蒸発流路２６に冷媒が分配されて、各冷媒蒸発流路２６を通過する際に熱交換が行われる。本発明の場合、まず、乾き度が０．０１〜０．２の範囲に調整された状態で冷媒が流入してくる。何も調整しない場合には一般的に乾き度が０．３〜０．５程度であるので、その程度の乾き度では気液が分離して流入し易い。それに対して、乾き度を０．０１〜０．２の範囲に調整することで、冷媒の分配がよくなり、圧力損失の低下の面で有利である。
【００５０】
また、流入側タンク７０は冷媒蒸発部１８の（重力方向に見た場合の）最下部に配置されているため、流入側タンク７０に流入した冷媒、特に液相冷媒は流入側タンク７０の奥まで侵入した後に各冷媒蒸発流路２６を上昇していくこととなる。従来技術の項でも説明したが、タンクが上側に配置され、冷媒が流路を下降していくような構成であると、手前側には液相冷媒が偏って流入し、奥側には気相冷媒ばかりが流入してしまい、積層方向に温度差が大きくなってしまうのである。
【００５１】
それに対して、本第１実施例では、特に液相冷媒は流入側タンク７０の奥まで侵入した後に各冷媒蒸発流路を上昇していくため、液相冷媒の偏りが少なく、全パス方式であっても積層方向での温度分布が均一に近くなる。その点に関する実験結果として、乾き度ｘ＝０．１に設定した状態で流入側タンク７０へ流入した冷媒の各冷媒蒸発流路２６への分配状況等を示す。
【００５２】
図１４は、比較例として、本第１実施例の流入側タンク７０を冷媒蒸発部１８の上部側に配置し冷媒が下降流として供給される場合の、冷媒蒸発流路別の個別流量Ｇｌｏｃａｌと温度変化△Ｔａを示したものである。（Ａ）は高流量（１５０ｋｇ／ｈ）の場合、（Ｂ）は低流量（５０ｋｇ／ｈ）の場合を示す。
【００５３】
この実験結果からも判るように、冷媒が流入してきた入口付近、すなわち手前側にはおいては液相冷媒が偏って流入しており、奥側には気相冷媒ばかりが流入してしまう。そして、流量自体も手前側の方が相当多くなってしまう。そのため、液相冷媒が多い手前側では温度差はほとんどないが、中頃から奥にかけて温度差が大きく生じてしまう。特に、（Ｂ）に示す低流量の場合には、手前側の２〜３の冷媒蒸発流路にしか液相冷媒が流入せず、残りはほとんど気相冷媒となってしまう。このように、積層方向に温度差が大きくなってしまうのである。
【００５４】
一方、図１５は、本第１実施例のように流入側タンク７０を最下部に配置して冷媒が上昇流として供給される場合の、冷媒蒸発流路２６別の個別流量Ｇｌｏｃａｌと温度変化△Ｔａを示したものである。図１４と同様に、（Ａ）は高流量（１５０ｋｇ／ｈ）の場合、（Ｂ）は低流量（５０ｋｇ／ｈ）の場合を示す。
【００５５】
この場合、流入側タンク７０は冷媒蒸発部１８の最下部に配置されているため、流入側タンク７０に流入した冷媒、特に液相冷媒は流入側タンク７０の奥まで侵入した後に各冷媒蒸発流路２６を上昇していくこととなる。そのため、上述した流入側タンク７０が上側に配置された場合の比較例におけるような、冷媒が流路を下降していくものとは反対に、どちらかと言えば奥側の冷媒蒸発流路の方に液相冷媒が多く流入するが手前側にも液相冷媒は流入する。特に、（Ｂ）に示す低流量の場合には、各冷媒蒸発流路２６への液相冷媒の流入量がほとんど同じぐらいになり、液相冷媒の偏りが少なく、積層方向での温度分布が均一に近くなることが判る。そのため、熱交換効率が向上し、室内空気の冷却も均一になる。
【００５６】
さらにまた、本実施例の冷媒蒸発部１８は上述した「全パス方式」の冷媒蒸発流路２６の構成であるので、相対的に圧力損失を下げることができ、性能向上の点で好ましい。次に、管状部材の積層方向の厚さについて考察する。１対のプレート４２によって、両タンク７０，９０を逆Ｕ字状に連通する冷媒蒸発流路２６となる本発明の管状部材が形成されることはすでに述べたが、一般的にこの積層方向の厚さを小さくして冷媒蒸発流路２６を狭くすると、冷媒流速が大きくなるが圧力損失も大きくなる。そのため、上記３ターン方式においては、両者のバランス等を考慮した最適厚さは一般的に３．５ｍｍが下限とされている。
【００５７】
これに対して本冷媒蒸発部１８は全パス方式であるので、相対的に圧力損失を下げることができる。そのため、管状部材の積層方向の厚さを小さくしても、従来の３ターン方式のものと同等の性能を発揮することができる。このことを裏付ける実験結果を図１６に示す。
【００５８】
図１６（Ａ）においては、本第１実施例の構成において、１対のプレート４２によって構成される管状部材の積層方向厚さＴｔを変化させていった場合の通風抵抗△Ｐの変化を三角印（△）で示し、単体性能Ｑ／前面面積Ｆの変化を丸印（○）で示してある。なお、前面風速を２ｍ／ｓの条件にしてある。そして、これを通風抵抗△Ｐを同等に整理して表したものが図１６（Ｂ）である。この図１６（Ｂ）中には、従来のいわゆる３ターン方式のものにおける、Ｔｔ＝３．５ｍｍの場合の数値を比較のために記入してある。
【００５９】
このグラフからも判るように、本第１実施例の構成を採用すれば、積層方向厚さＴｔを３．５ｍｍよりも小さくすることで単体性能Ｑ／前面面積Ｆを向上させることができる。したがって、管状部材の積層方向の厚さＴｔは、従来の３．５ｍｍより小さく１．６〜３．４ｍｍの範囲にすることが好ましい。そして、小型化の点では、Ｔｔを１．６〜２．５ｍｍの範囲にすることがさらに好ましい。このように薄くすることで、同等性能を発揮しながら結果的に冷媒蒸発部１８自体の大きさも小さくすることができ、全体をコンパクトにすることができる。
【００６０】
【００６１】
【００６２】
【００６３】
【００６４】
【００６５】
【００６６】
【００６７】
【００６８】
【００６９】
【００７０】
次に、さらに他の実施例について説明する。上記第１実施例では、第１絞り３０（図１，３，６，９等参照）を減圧手段として使用し、被冷却流路２８の冷媒を減圧しているが、例えば、図１７の冷凍サイクルの概略構成図に例示するように、図１における第１絞り３０を設けずに他の構成による減圧手段を採用することができる。その例を、以下の第２，第３実施例に示す。
【００７１】
図１８は、第２実施例の蒸発器３１６の構成を表す分解斜視図である。図１８に示すように、冷媒蒸発流路を形成する複数のコアプレート３４２，３４３がフィン３４４を挟んで交互に積層されて蒸発部３１８が形成されている。また、側板３４６とセンタプレート３４８との間に、複数組の第１〜第４プレート３５０ａ，３５２ａ，３５０ｂ，３５２ｂが順次積層されている。
【００７２】
第１〜第４プレート３５０ａ，３５２ａ，３５０ｂ，３５２ｂは一部形状が異なるだけで基本構成はぼ同じなので、全ての要素を含んだ構成を図１９を参照して説明してから、各プレート３５０ａ，３５２ａ，３５０ｂ，３５２ｂについて説明する。図１９のプレートは、被冷却流路２８および冷却流路３２を形成する波型の凹凸が多数形成されており、更に上部には、入口孔３２７と各被冷却流路３２８とを連通する冷媒流路を形成する上側流入孔３５４、定圧弁３４０と連通し第５プレート５５６に至る冷媒流路を形成するバイパス孔３５８、および出口孔５３４と各冷却流路５３２とを連通する上側流出孔５６０が形成されている。また、プレートの下部には、各被冷却流路３２８と第５プレート３５６とを連通する下側流入孔３６２、第５プレート３５６と流入流路３２２とを連通する一対の貫通孔３６４，３６６、および流出流路３２４と各冷却流路３３２とを連通する下側流出孔３６８が形成されている。第１プレート３５０ａは、図１９に示した構成のプレートにおいて上側流入孔３５４を塞いだ形状に形成されている。また、第２プレート３５２ａは第１プレート３５０ａと対称形である。一方、第３プレート３５０ｂは図１９に示した構成のプレートにおいて下側流入孔３６２を塞いだ形状にされ、第４プレート３５２ｂは第２プレート３５２ａと対称形である。
【００７３】
側板３４６には、ブロックジョイント３４１が取り付けられており、このブロックジョイント３４１には、バイパス流路の入口に設けられる定圧弁３４０、入口孔３２７、出口孔３３４が設けられている。そして、この定圧弁３４０、入口孔３２７、出口孔３３４にそれぞれに位置に対応した連通路を有する膨張弁ユニット３０６が取り付けられる。
【００７４】
この膨張弁ユニット３０６の概念図を図２０に示す。なお、図中矢印は冷媒の流れを示す。レシーバ４（図１７参照）から流入してきた冷媒は、膨張弁６を通って図１８の入口孔３２７に流出する。また、図１８の出口孔３３４からの冷媒は、コンプレッサ１へ流出する。ここで、レシーバ４から流入してきた冷媒は、膨張弁６を通った後で、流路３０７を通って入口孔３２７に流出するのであるが、この流路３０７の途中から分岐した流路３０８によって定圧弁３４０に流入する。したがって、膨張弁６の下流から分岐するバイパス流路３８が形成され、そのバイパス流路の入口に定圧弁３４０が配置されることとなる。
【００７５】
図１８に戻って、第５プレート３５６は、バイパス流路３８（図１７参照）を形成する凹部３９６と、それを補強する補強用リブ３９８とが形成されている。更に、第５プレート３５６の下部には、第１〜第４プレート３５０ａ〜３５２ｂの貫通孔６６と蒸発部１８の流入流路とを連通する貫通孔４０２、および、第１〜第４プレート３５０ａ〜３５２ｂの下側流出孔３６８と蒸発部３１８の流出流路とを連通する貫通孔４０４がそれぞれ形成されている。
【００７６】
このように構成された蒸発器３１６の熱交換部３２０は、第１〜第４プレート３５０ａ〜３５２ｂの間に、一つおきに被冷却流路３２８（図１８では、配置および方向を矢印で概略的に表示）が形成される。そして、その被冷却流路３２８は、第１プレート３５０ａと側板３４６との間、および第４プレート３５２ｂと第１プレート３５０ａとの間では、全体として下に向かって形成され、第２プレート３５２ａと第３プレート３５０ｂとの間では、全体として上に向かって形成される。しかも、その被冷却流路３２８は全体で連続した一本の流路となっている。このため、被冷却流路３２８を流動する際に冷媒に加わる流動抵抗は、相対的に極めて大きくなる。従って、この流動抵抗によって、冷媒の圧力が上記第１実施例の場合の図１３のモリエル線図における点Ｙ（図２１のおける点ｄ１）にまで低下する。すなわち、本第２実施例では、被冷却流路３２８が減圧手段の機能を兼ね備えているのである。
【００７７】
このように、本第２実施例の蒸発器３１６を適用した冷凍サイクルでは、蒸発器３１６は減圧手段として第１実施例のおける第１絞り３０（図１参照）を有しておらず、冷媒が被冷却流路３２８を通過する際に減圧がなされる。従って、その冷凍サイクルのモリエル線図は、図２１に例示するようになる。すなわち、被冷却流路３２８を通過する際、冷媒には、冷却と減圧とが同時になされる（ｂ点−ｄ１点間）。このため、本実施例では、第１絞り３０（図１等参照）がなくても、第１実施例と略同様の機能を達成することができる。
【００７８】
但し、第１実施例の第１絞り３０のように、減圧手段として、被冷却流路と蒸発部の流入流路との間に設けた絞りを適用する場合は、熱交換部における熱交換効率を向上させ、コンパクトにして熱交換性能の高い冷房装置用蒸発器を得ることができ、一方、第２実施例の被冷却流路３２８のように、被冷却流路自体が減圧手段としての機能を兼ね備える場合は、部品の種類を減らして製造コストを低減することができるといった、各々独特の作用・効果が生じる。
【００７９】
また、上側流入孔５４から下側流入孔６２に至るまでの被冷却流路を長くすることによっても、上記第２実施例と同様に、被冷却流路に減圧手段の機能を付与することもできるので、それを第３実施例として説明する。図２２は、第３実施例の蒸発器５１６の構成を表す分解斜視図である。なお、本実施例において第２実施例と同様に構成した部分には、第２実施例で使用したものと同一の符号を使用して構成の詳細な説明を省略する。また、第１実施例で説明した流入流路２２、流出流路２４、冷媒蒸発流路２６、冷却流路３２、バイパス流路３８も図中に記載してある。さらに、第２実施例における膨張弁ユニット３０６も同様に取り付けられるが、図２２では省略してある。
【００８０】
図２２に示すように、本第３実施例では、側板３４６とセンタプレート３４８との間に、複数組の第１，第２プレート５５０，５５２が積層されている。そして、側板３４６は、第２実施例と同様の第５プレート３５６を介して蒸発部１８に積層されている。ここで、本実施例では、第１，第２プレート５５０，５５２表面に形成される被冷却流路５２８の折り返し部５５６を増やしている。このため、同一の第１，第２プレート５５０，５５２間の、上側流入孔３５４から下側流入孔３６２に至るまでの被冷却流路５２８が長くなる。従って、被冷却流路５２８全体としての冷媒への流動抵抗が増加し、第２実施例と同様に、被冷却流路５２８に減圧手段としての機能を付与することができる。また、本実施例を適用した冷凍サイクルのモリエル線図も、図２１と略同様になる。
【００８１】
以上本発明はこの様な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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例としての冷房装置用蒸発器を適用した冷凍サイクルの概略構成図である。
【図２】本実施例の膨張弁の概略構成図である。
【図３】本実施例の蒸発器の概略構成を示す斜視図である。
【図４】本実施例の蒸発器の側面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線での拡大断面図である。
【図６】本実施例の第２プレートの拡大正面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線での拡大断面図である。
【図８】図５のＣ−Ｃ線での拡大断面図である。
【図９】図５のＤ−Ｄ線での拡大断面図である。
【図１０】本実施例の蒸発器のプレートの平面図である。
【図１１】上記蒸発器の冷媒蒸発部の図１０のＥ−Ｅ線での断面図である。
【図１２】図１０のＦ−Ｆ線での断面図である。
【図１３】上記実施例の冷媒の状態を表すモリエル線図である。
【図１４】タンクを上に配置して冷媒が下降流として供給される場合の、冷媒蒸発流路別の個別流量と温度変化を示すグラフである。
【図１５】タンクを下に配置して冷媒が下降流として供給される本実施例の場合の、冷媒蒸発流路別の個別流量と温度変化を示すグラフである。
【図１６】（Ａ）は、本実施例の構成での管状部材の積層方向厚さを変化させていった場合の通風抵抗および単体性能／前面面積の変化を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）を通風抵抗を同等に整理して表したグラフである。
【図１７】第２実施例の冷房装置用蒸発器を適用した冷凍サイクルの概略構成図である。
【図１８】第２実施例の冷房装置用蒸発器の構成を表す分解斜視図である。
【図１９】第２実施例の冷房装置用蒸発器の第１〜４プレートの構成を示すための正面図である。
【図２０】第２実施例の膨張弁ユニットの概念図である。
【図２１】第２実施例におけるモリエル線図を表すグラフである。
【図２２】第３実施例の冷房装置用蒸発器の構成を表す分解斜視図である。
【符号の説明】
１      コンプレッサ
２      凝縮器
４      レシーバ
６      膨張弁
８      感温筒
１６    蒸発器
１８    冷媒蒸発部
２０    熱交換部
２２    流入流路
２４    流出流路
２６    冷媒蒸発流路
２８    被冷却流路
３２    冷却流路
３６    排出流路
３８    バイパス流路
４０    開閉弁
４１    上出口冷媒タンク部
４２    プレート
４４    コルゲートフィン
４４    フィン
５０    第１プレート
５２    第２プレート
７０    流入側タンク
７３    入口タンク
７４    出口タンク
７７    中央凹面部
７８    クロスリブ
７９    中央隔壁
８０    絞り部
９０    流出側タンク
１０３  気液分離室
１０３ａ，１０３ｂ  プレート
１０９  ディンプル
１１０  リブ
１１５  入口側室
１１６  出口側室
【図１】
0003633030.tif 000002
【図２】
0003633030.tif 000003
【図３】
0003633030.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003633030.tif 000007
【図７】
0003633030.tif 000008
【図８】
0003633030.tif 000009
【図９】
0003633030.tif 000010
【図１０】
0003633030.tif 000011
【図１１】
0003633030.tif 000012
【図１２】
0003633030.tif 000013
【図１３】
0003633030.tif 000014
【図１４】
0003633030.tif 000015
【図１５】
0003633030.tif 000016
【図１６】
0003633030.tif 000017
【図１７】
0003633030.tif 000018
【図１８】
0003633030.tif 000019
【図１９】
0003633030.tif 000020
【図２０】
0003633030.tif 000021
【図２１】
0003633030.tif 000022
【図２２】
0003633030.tif 000023