JP2005083653A - 冷媒蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィンの構造により凝縮水の排水性を良好にすることでフィンの寸法設定を比較的自由に行えるようにして、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器を得る。
【解決手段】 扁平状チューブ２及びコルゲートフィン３を交互に並設してコア４を構成する。フィン３の第１接合面部１１と第２接合面部とをチューブ２外面に沿うように形成する。第１及び第２接合面部１１の全体をチューブ２外面に接合する。第１及び第２接合面部１１に連なる中間面部１３、１４をチューブ２外面に対して略垂直に延びるように形成する。フィン３のチューブ２並設方向の寸法を３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下の範囲で設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調装置等の冷凍サイクルにおいて冷媒蒸発行程を行うための冷媒蒸発器に関する。

従来より、例えば自動車用空調装置の冷媒蒸発器として、冷媒流路の断面形状が空気流れ方向に長い扁平状チューブと、空気流れ方向に見て波板状に形成された伝熱用のフィンとを交互に並設してなるコアを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この冷媒蒸発器のフィンは、波板状の頂部がＵ字状であり、この頂部がチューブ外面にろう付けされるようになっている。
特開２００１−３２４２９０号公報（第３頁、第４頁、図１、図２）

しかしながら、前記特許文献１の冷媒蒸発器では、フィンのチューブへのろう付け部分がＵ字状に形成されているので、フィンとチューブ外面との隙間がろう付け部分へ行くほど狭くなる。このように、フィンとチューブとの間に狭い隙間が形成されると、その隙間に凝縮水が溜まって排水されにくくなり、フィンの通気抵抗が増大するとともに、伝熱効率が悪化し、冷房性能が低下する。このため、特許文献１の冷媒蒸発器では、フィンの各寸法を設定する際、凝縮水の排水性を十分に考慮しなければならず、冷房性能を重視した寸法に設定できない。

また、一般に、冷媒蒸発器においては、材料の使用量を減らして軽量に構成しながら、高い冷房性能を得たいという要求があるが、前記特許文献１の冷媒蒸発器では、フィンの寸法の設定自由度が低いために、軽量化と高い冷房性能とを両立するのが困難である。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、フィンの構造を工夫して凝縮水の排水性を良好にすることで、フィンの寸法設定を比較的自由に行えるようにして、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器を得ることにある。

前記目的を達成するために、本発明では、フィンやチューブの各寸法を変更した複数の冷媒蒸発器の冷房性能値をコンピュータシュミレーションにより求め、この冷房性能値を冷媒蒸発器の重量で除した値、即ち冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が良好になるフィンの寸法範囲を特定した。

具体的には、冷媒流路の断面形状が空気流れ方向に長い複数のチューブを空気流れ方向と交差する方向に間隔をあけて並設し、隣り合うチューブ間に伝熱用のフィンを配設してなる冷媒蒸発器を対象とする。

そして、前記フィンを、隣り合うチューブの相対向する外面に沿って略平坦に延び該チューブ外面にそれぞれ面接触して接合された第１接合面部及び第２接合面部と、これら両接合面部に連なり該両接合面部に対して略垂直に延びる中間面部とで、空気流れ方向に見て波板状に形成し、前記フィンのチューブ並設方向の寸法を３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下に設定する構成とする。

この構成によれば、フィンの第１及び第２接合面部の全体がチューブ外面に接合されて、チューブ外面と該チューブ外面に接合される各接合面部との間には隙間が形成されない。また、フィンの中間面部は、第１及び第２接合面部に対し略垂直なので、チューブ外面に対しても略垂直に延びることとなり、中間面部とチューブ外面との間にも隙間が形成されない。これらのことにより、フィンとチューブとの間に凝縮水が溜まるのが防止されて、凝縮水がスムーズに排水されるようになる。その結果、フィンの通気抵抗が減少するとともに、伝熱効率が良好になって冷房性能が向上する。このように、フィンの構造により冷房性能の確保が可能となるので、フィンの寸法設定が比較的自由に行えるようになる。

前記のような構造のフィンを用いた冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値は、フィンのチューブ並設方向の寸法を前記の範囲に設定すると、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法やコアの空気流れ方向の寸法によらず高まる。一方、フィンのチューブ並設方向の寸法を前記の範囲外に設定すると、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値は低くなる。

すなわち、フィンのチューブ並設方向の寸法を３ｍｍよりも短くすると、チューブの間隔が狭くなって該チューブが密に配置され、その結果、冷房性能値は向上するが、それ以上に冷媒蒸発器の重量が増加する。また、フィンのチューブ並設方向の寸法を６ｍｍよりも長くすると、チューブの本数が減少して冷媒蒸発器の重量は軽くなるが、それ以上に冷房性能値が低くなる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を０．７ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に設定する構成とする。

この構成によれば、コアの空気流れ方向の寸法によらず、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が高まる。

すなわち、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を０．７ｍｍよりも短くすると、冷媒流路の断面積が小さくなって管内圧損増加による冷媒蒸発器全体の冷媒流量が少なくなり、冷房性能値が低くなる。また、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を１．２ｍｍよりも長くすると、冷媒流路の断面積が大きくなって冷媒流速が下がり、管内側熱伝達率が低下し、冷房性能値が低くなる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、チューブ及びフィンにより構成されたコアの空気流れ方向の寸法を１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定する構成とする。

この構成によれば、コアが比較的薄型になることにより、空気側の熱伝達の効率が向上し、冷房効率が高くなる。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が１乃至３つである構成とする。

この構成によれば、冷媒蒸発器における冷媒の流速と管内圧損とがバランスして伝熱効率が向上し、冷房性能値が高くなる。

請求項５の発明では、請求項３の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が２乃至４つである構成とする。

この構成によれば、請求項４の発明と同様に冷房性能値が高くなる。

請求項６の発明では、請求項３の発明において、コアの空気流れ方向の寸法を３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定し、前記コアには冷媒が流れるパスをチューブにより構成し、該パスの数が２乃至５つである構成とする。

この構成によれば、請求項４の発明と同様に冷房性能値が高くなる。

請求項１の発明によれば、フィンの構造により凝縮水がスムーズに排水されるようになって、冷房性能を確保しながらフィンの寸法設定を比較的自由に行うことができる。そして、このフィンを用いて冷媒蒸発器を構成し、フィンのチューブ並設方向の寸法を３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲に設定することで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値を高くできて、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器を得ることができる。

請求項２の発明によれば、チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法を０．７ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に設定することで、冷房性能値を高くできて、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。

請求項３の発明によれば、コアの空気流れ方向の寸法を１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定することで、冷媒蒸発器の冷房効率が高くなり、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。

請求項４の発明によれば、コアの空気流れ方向の寸法を１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満に設定し、パスの数を１乃至３つにすることで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。

請求項５、６の発明によれば、請求項４の発明と同様に、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図２は、本発明の実施形態に係る冷媒蒸発器１を示し、この冷媒蒸発器１は自動車用空調装置における冷凍サイクルの一要素を構成するものである。

この冷媒蒸発器１は、上下方向に延びる複数のチューブ２及び伝熱用のフィン３を交互に車幅方向に並設してなるコア４と、前記チューブ２の上下両端部にそれぞれ配置されて該チューブ２の上端部及び下端部が連通状態で挿入される上側ヘッダタンク６及び下側ヘッダタンク７とを備えている。そして、この冷媒蒸発器１は、図示しないが、空調装置のケーシング内に収容され、送風機からの空気がコアを矢印イ方向に通過するように構成されている。

コア４のチューブ２は、図１に示すように、冷媒流路Ｒの断面形状が空気流れ方向に長い扁平状チューブである。該チューブ２は、アルミニウム合金製の板材を折り曲げ成形してなり、該板材の縁部同士はろう付けされている。また、隣り合うチューブ２は、対向するチューブ２外面が略平行となるように配置されている。

一方、フィン３は、空気流れ方向に見て波板状に形成されたコルゲートフィンであり、チューブ２の上端部から下端部に亘って延びている。このフィン３は、両面にろう材が層状に設けられたアルミニウム合金製の板材を成形してなる。これらフィン３のうち、コア４の車幅方向左端及び右端に位置する外端のフィン３は、比較的厚肉なアルミニウム合金製の板材を成形してなるエンドプレート９によりそれぞれ保持されている。

フィン３には、図３に示すように、車幅方向左側に隣接するチューブ２外面に接合される第１接合面部１１と、右側に隣接するチューブ２外面に接合される第２接合面１２とが、上下方向に交互に形成されている。前記両接合面部１１、１２は第１中間面部１３及び第２中間面部１４に連なっており、これら両接合面部１１、１２及び両中間面部１３、１４は一体成形されている。

前記第１接合面部１１と第２接合面部１２とは同じ形状であり、両接合面部１１、１２はチューブ２外面に沿って該チューブ２の空気流れ方向である幅方向両端に亘るように形成され、チューブ２外面に面接触している。フィン３を車幅方向から見ると、第１接合面部１１の下縁が第２接合面部１２の上縁に重なり、また、前記第１接合面部１１の下側に形成されている第１接合面部１１の上縁が前記第２接合面部１２の下縁に重なっている。

また、前記第１中間面部１３は、第１接合面部１１の下縁から該第１接合面部１１に対して略垂直に第２接合面部１２の上縁まで延びている。一方、第２中間面部１４は、第１接合面部１１の上縁から該第１接合面部１１に対して略垂直に第２接合面部１２の下縁まで延びており、これら第１中間面部１３と第２中間面部１４とは略同じ形状である。

第１中間面部１３の空気流れ方向上流側の端部は、図３（ｂ）に示すように、空気流れ方向に真っ直ぐに延びている。この第１中間面部１３の上流側端部よりも空気流れ方向下流側には、第１中間面部１３の板厚方向一側である上側に切り起こされてなる第１ルーバ１３ａと、板厚方向他側である下側に切り起こされてなる第２ルーバ１３ｂとが空気流れ方向に交互に形成されている。

図３（ａ）に示すように、第１接合面部１１の第１ルーバ１３ａ対応箇所は、第１中間面部１３の板厚方向一側に切り欠かれ、この切り欠き部分から前記第１ルーバ１３ａが第１接合面部１１に対して略垂直に第２接合面部１２側へ延びている。この第１ルーバ１３ａの第２接合面部１２側は、チューブ２外面に沿うように第１中間面部１３の板厚方向他側へ折り曲げられて第２接合面部１２に連なっている。従って、この第１ルーバ１３ａと前記第１中間面部１３の空気流れ方向上流側の端部との間には略矩形の貫通孔１５が形成されることとなり、この貫通孔１６を空気が流れるようになっている。該貫通孔１５の幅は、その第１接合面部１１側から第２接合面部１２側に亘って略同一とされている。

第２ルーバ１３ｂは、第１接合面部１１からチューブ２外面に沿って第１中間面部１３の板厚方向他側へ延びた後、第１接合面部１１に対し略垂直となるように、第２接合面部１２側へ折り曲げられ、該第２接合面部１２側へ延びている。第２接合面部１２の第２ルーバ１３ｂ対応箇所は、第１中間板部１３の板厚方向他側へ切り欠かれ、この切り欠き部分に前記第２ルーバ１３ｂの第２接合面部１２側が連なっている。従って、この第２ルーバ１３ｂと前記第１ルーバ１３ａとの間には、前記貫通孔１５と同様に第１接合面部１１側から第２接合面部１２側に亘って略同一幅を有する貫通孔１６が形成されている。また、前記第１ルーバ１３ａ及び第２ルーバ１３ｂは、全体が空気流れ方向に対して傾斜していて、図３（ｂ）に示すように、その傾斜角度θは、例えば１０゜以上１５゜以下に設定されている。このように傾斜角度θを設定することにより、コア４を通過する空気の流れを乱して伝熱効率の向上を図りながら、通気抵抗を抑えることが可能となる。

また、前記第２中間面部１４は、前記第１中間板部１３と同様に形成されていて、空気流れ方向上流側の端部が空気流れ方向に真っ直ぐに延び、その空気流れ下流側には、前記第１中間面部１３の第１ルーバ１３ａ及び第２ルーバ１３ｂにそれぞれ対向するように第１ルーバ１４ａ及び第２ルーバ１４ｂが交互に形成されている。これら第１ルーバ１４ａ及び第２ルーバ１４ｂは、前記ルーバ１３ａ、１３ｂと同様に傾斜している。また、第１ルーバ１４ａと、第２中間面部１４の空気流れ方向上流側の端部との間には貫通孔１５が形成され、また、第１ルーバ１４ａと、第２ルーバ１４ｂとの間には貫通孔１６が形成されている。

一方、上側ヘッダタンク６は、図２に示すように、アルミニウム合金製の板材を円筒状に成形してなるタンク本体２０を備えている。該タンク本体２０の両端の開口は、アルミニウム合金製の板材からなるキャップ部材２１によりそれぞれ閉塞されるようになっており、これらタンク本体２０とキャップ部材２１とがろう付けされて上側ヘッダタンク６が構成されている。タンク本体２０におけるチューブ２側の壁部には、チューブ２の上端部が挿入されるチューブ挿入孔（図示せず）が形成されていて、このチューブ挿入孔周縁とチューブ２の上端部外周面とがろう付けされるようになっている。

前記タンク本体２０の車幅方向右側には、この上側ヘッダタンク６内に冷媒を流入させる流入用クーラパイプ２２が接続されている。このタンク本体２０における流入用クーラパイプ２２に近い部位には、上側ヘッダタンク６の内部を車幅方向左側の空間Ｔ１と右側の空間Ｔ２とに仕切るための第１仕切板２３が配設されている。この第１仕切板２３は円板状のもので、その周縁がタンク本体２０の内周面にろう付けされている。

また、下側ヘッダタンク７も前記上側ヘッダタンク６と同様に構成され、タンク本体２４とキャップ部材２５とを備えている。タンク本体２４の車幅方向左側には、この下側ヘッダタンク７内の冷媒を冷媒蒸発器１の外部へ流出させる流出用クーラパイプ２６が接続されている。タンク本体２４の流出用クーラパイプ２６に近い部位には、下側ヘッダタンク７の内部を車幅方向左側の空間Ｓ１と右側の空間Ｓ２とに仕切るための第２仕切板２７が配設され、該第２仕切板２７は、前記第１仕切板２３と同様にタンク本体２４の内周面にろう付けされている。

前記コア４の第１仕切板２３よりも車幅方向右側に位置するチューブ２の上端部は、上側ヘッダタンク６の右側空間Ｔ２に連通し、これらチューブ２の下端部は下側ヘッダタンク７の右側空間Ｓ２に連通していて、これらチューブ２により第１パスＰ１が構成されている。また、コア４の第１仕切板２３及び第２仕切板２７の間に位置するチューブ２の上端部は、上側ヘッダタンク６の左側空間Ｔ１に連通し、これらチューブ２の下端部は、下側ヘッダタンク７の右側空間Ｓ２に連通していて、これらチューブ２により第２パスＰ２が構成されている。さらに、コア４の第２仕切板２７よりも車幅方向左側に位置するチューブ２の上端部は、上側ヘッダタンク６の左側空間Ｔ１に連通し、これらチューブ２の下端部は、下側ヘッダタンク７の左側空間Ｓ１に連通していて、これらチューブ２により第３パスＰ３が構成されている。

つまり、この冷媒蒸発器１は３つのパスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を備えており、図示しない冷媒膨張弁を介して流入用クーラパイプ２２から上側ヘッダタンク６の右側空間Ｔ２に流入した冷媒は、該右側空間Ｔ２を車幅方向左側へ流れながら第１パスＰ１を構成する各チューブ２に流入して該チューブ２を下側へ流れて、下側ヘッダタンク７の右側空間Ｓ２に流入する。この右側空間Ｓ２に流入した冷媒は、車幅方向左側へ流れながら第２パスＰ２を構成する各チューブ２に流入して該チューブ２を上側へ流れて、上側ヘッダタンク６の左側空間Ｔ１に流入する。この左側空間Ｔ１に流入した冷媒は、車幅方向左側へ流れながら第３パスＰ３を構成する各チューブ２に流入し、該チューブ２を下側へ流れて下側ヘッダタンク７の左側空間Ｓ１へ流入した後、流出用クーラパイプ２６を通って外部に流出する。

この実施形態では、冷媒蒸発器１に３つのパスＰ１、Ｐ２、Ｐ３を構成しているが、このパスの数は、上側ヘッダタンク６及び下側ヘッダタンク７の仕切板２３、２７を増減させることにより変更可能である。具体的には、図示しないが、第１仕切板２３及び第２仕切板２７を取り除くことで、パスは１つとなり、また、流出用クーラパイプを上側ヘッダタンク６の左側空間Ｔ１に接続して第１仕切板２３を残し、第２仕切板２７を取り除くことにより、パスが２つとなる。さらに、仕切板を増やして上側ヘッダタンク６や下側ヘッダタンク７の内部を３つ以上の空間に仕切ることで、パスを４つ以上構成することが可能となる。

前記冷媒蒸発器１に流入した冷媒がパスＰ１、Ｐ２、Ｐ３のチューブ２を流れる際には、該冷媒と、コア４を通過する送風機からの空気とがフィン３を介して熱交換し、空気が冷却される。この空気の冷却時には、フィン２の表面に凝縮水が発生する。このとき、フィン２の第１接合面部１１及び第２接合面部１２は、チューブ２外面に沿う略平坦に形成されているので、第１接合面部１１及び第２接合面部１２の全体がそれぞれ対応するチューブ２外面に接合される。これにより、チューブ２外面と、該チューブ２外面に接合される両接合面部１１、１２との間には隙間が形成されない。また、フィン３の第１中間面部１３及び第２中間面部１４は、チューブ２外面に対して略垂直に延びていて、両中間面部１３、１４とチューブ２外面との間にも隙間が形成されていない。これらのことにより、フィン３とチューブ２外面との間に凝縮水が溜まることはなく、スムーズに排水される。

さらに、フィン３に形成された貫通孔１５、１６は、第１接合面部１１側から第２接合面部１２側に亘って略同じ幅を有していて局部的に狭い箇所がないので、貫通孔１５、１６の内側に凝縮水が溜まることはなく、スムーズに排水される。

このように、フィン３の構造により、凝縮水をスムーズに排水可能にして、通気抵抗を減少させるとともに伝熱効率を良好にして、冷房性能を向上させているので、フィン３の寸法設定が比較的自由に行えるようになる。尚、このフィンには、超親水性表面処理を施すようにしてもよく、これにより、凝縮水の排水性がより向上する。

次に、前記のように構成された冷媒蒸発器１による冷房性能値をコンピュータシュミレーションにより求め、この冷房性能値を冷媒蒸発器１の重量で除した値である冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値について図４〜図８に基づいて説明する。ここで、冷媒蒸発器１の重量は、チューブ２、フィン３、エンドプレート９及びヘッダタンク６、７の重量を合計したものである。

このコンピュータシュミレーションでは、フィン３のチューブ２並設方向の寸法であるフィン３の高さ寸法Ｆｈ（図３（ａ）参照）、チューブ２の冷媒流路Ｒにおけるチューブ２並設方向の寸法であるチューブ２内の流路高さ寸法Ｔｈｉ（図１参照）及びコア４の空気流れ方向の寸法であるコアの厚さＤ（図２参照）をそれぞれ変化させて冷房性能値を求めている。尚、コアの厚さＤは、チューブ２の幅方向の寸法に対応している。

前記コンピュータシュミレーションの前提条件について説明すると、コア４の空気通過面における上下方向の寸法である上側ヘッダタンク６の下端と下側ヘッダタンク７の上端との間隔は２１３ｍｍである。また、コア４の空気通過面における車幅方向の寸法である両エンドプレート９、９の間隔は２２１ｍｍである。また、フィンピッチＦｐ（図１参照）、即ちフィン３の第１中間面部１３と第２中間面部１４との離間寸法は、前記した各部の寸法を変化させたときに、コア４の空気通過抵抗が一定になるように変化させている。具体的には、この冷媒蒸発器１においては、フィン４の構造により凝縮水の排水性を良好にしているため、フィンピッチＦｐは、例えば、０．８ｍｍ以上１．５ｍｍ以下、好ましくは１．２ｍｍ程度の比較的小さい値に設定することが可能となっている。これにより、フィン４の波形状が密になって伝熱面積が広く確保されて、冷房性能値が向上する。さらに、チューブ２の板厚及びフィン３の板厚については、これら板厚を実用範囲内で変化させた場合には、冷媒蒸発器１の重量が変化するだけで冷房性能値には殆ど影響しないため、チューブ２の板厚は該チューブ２の耐圧性及び耐食性が十分に得られる程度の０．２ｍｍとし、フィン３の板厚は通常の使用状態において該フィン３の変形が起こり難い程度の０．０７ｍｍとしている。尚、前記チューブ２の板厚については０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下が実用上好ましく、また、フィン３の板厚については、０．０５ｍｍ以上０．０９ｍｍ以下が実用上好ましい。

また、コア４へ送風する空気については、温度、湿度及び風量を一定にしており、また、冷媒蒸発器１に流入する冷媒については、流入用クーラパイプ２２内での温度及び圧力を一定とするとともに、流出用クーラパイプ２６内での温度及び圧力を一定としている。

図４は、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．５ｍｍに固定した場合における冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値とフィンの高さ寸法Ｆｈとの関係を示すものであり、コアの厚さＤを２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍにした場合の各々についてシュミレーションしている。この結果より、コアの厚さＤによらず、フィンの高さ寸法Ｆｈが３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲で冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が高く、一方、フィンの高さ寸法Ｆｈがその範囲を外れると冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が低い。

このようにフィンの高さ寸法Ｆｈを３ｍｍよりも短くした場合に冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値が低下するのは、フィンの高さ寸法Ｆｈが短くなることによりチューブ２の間隔が狭まって該チューブ２が密に配置されることによる。すなわち、チューブ２が密に配置されると冷媒蒸発器１が有するチューブ２の本数が増えるので、内表面積が増加するとともに管内圧損が低減して冷房性能値は向上するが、それ以上にチューブ２の本数が増えることによる重量の増加が大きく影響するためである。

また、フィンの高さ寸法Ｆｈを６ｍｍよりも長くした場合に冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値が低下するのは、チューブ２の間隔が広がることによる。すなわち、チューブ２の間隔が広がると、冷媒蒸発器１が有するチューブ２の本数が減少するため冷媒蒸発器１の重量は軽くなるが、それ以上に内表面積の減少と管内圧損の増加により冷房性能値が低下するためである。

図５〜図８は、それぞれチューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．７ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．４ｍｍに固定した場合を示すものであり、各々についてコアの厚さＤを前記図４の場合と同じ４つに変化させている。これらの場合においても、フィンの高さ寸法Ｆｈが３ｍｍ以上６ｍｍ以下の範囲で冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値が高くなる。一方、フィンの高さ寸法Ｆｈがその範囲を外れると、前記図４の場合と同様な理由により冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値が低くなる。

また、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．５ｍｍにした場合を示す図４と、０．７ｍｍにした場合を示す図５とを比べると、コアの厚さＤによらず、冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値は０．７ｍｍにした場合の方が全体的に高い。このことは、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．７ｍｍよりも低くすると、チューブ２内の冷媒流路Ｒの断面積が小さくなって管内流速が上がることにより管内側熱伝達率が向上するが、それ以上に管内圧損が増加する影響が大きく、冷房性能値が低くなることによる。

また、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを１．２ｍｍにした場合を示す図７と、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを１．４ｍｍにした場合を示す図８とを比べると、コアの厚さＤによらず、冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値は、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを１．２ｍｍにした場合の方が全体的に高い。このことは、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉが１．２ｍｍよりも高くなると、チューブ２内の冷媒流路Ｒの断面積が大きくなって管内圧損が低下するが、それ以上に管内流速が下がることによる管内側熱伝達率低下の影響が大きく、冷房性能値が低くなることによる。また、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを１．０ｍｍにした場合には、前記したチューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．７ｍｍにした場合や、１．２ｍｍにした場合と同様に冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値は高くなる。

また、図９は、冷房効率とコアの厚さＤとの関係を示すものである。この図における冷房効率は、フィンの高さ寸法Ｆｈを２．５ｍｍ〜７．０ｍｍの間で変化させ、かつそのフィンの高さ寸法Ｆｈの範囲内でチューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．５ｍｍ〜１．４ｍｍの間で変化させて求めた値の平均値である。

前記図９から明らかなようにコア４が薄くなるほど冷房効率は高くなる。このことは、コアの厚さＤが薄くなると、空気側の熱伝達率が向上することによる。自動車用空調装置の冷媒蒸発器１として用いるのに十分な冷房効率は、コアの厚さＤが１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下の範囲で得られ、特に３７ｍｍ以下でより高い冷房効率が得られる。つまり、コアの厚さＤを前記範囲に設定することで、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値がより高まる。

また、図１０は、冷房性能値とパスの数との関係を示すものであり、パスの数は前述のようにして変更している。また、この図における冷房性能値は前記図９の場合と同様な平均値である。この図１０において、コアの厚さＤが１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満の場合には、パスの数が１乃至３つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が２つのときに高い冷房性能値が得られる。また、コアの厚さＤが２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満の場合には、パスの数が２乃至４つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が２つのときに高い冷房性能値が得られる。さらに、コアの厚さＤが３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の場合には、パスの数が２乃至５つのときに冷房性能値が十分に得られ、特にパスの数が２つ又は３つのときに高い冷房性能値が得られる。

すなわち、コアの厚さＤが薄くなるとチューブ２の幅寸法が減少してチューブ２の断面積が小さくなり、管内圧損が増える一方、コアの厚さＤが厚くなるとチューブ２の断面積が広くなり管内圧損が減少する。また、チューブ２の本数を変えずにパスの数を少なく設定すると、１つのパス当たりのチューブ２の本数が増えて該パスにおける冷媒流路の断面積が広くなり、これにより、管内圧損が減少して冷媒流量が増える。一方、チューブ２の本数を変えずにパスの数を多く設定すると、１つのパス当たりのチューブ２の本数が少なくなって該パスにおける冷媒流路の断面積が狭くなり、これにより、管内圧損が増加して冷媒流量が減少する。つまり、コアの厚さＤと、パスの数により冷媒流速と管内圧損が変化するので、コアの厚さＤ及びパスの数をそれぞれ前記の範囲に設定することで、冷媒蒸発器１において熱伝達率に影響を及ぼす冷媒の管内圧損と流速とがバランスして、冷房性能値が高まる。

したがって、この実施形態に係る冷媒蒸発器１によれば、フィン３の構造により凝縮水をスムーズに排水して冷房性能を確保するようにしているので、フィンの寸法設定を自由に行うことができる。そして、フィンの高さ寸法Ｆｈを３ｍｍ以上６ｍｍ以下に設定することで、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉやコアの厚さＤによらず、冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値を高くできて、軽量でかつ冷房性能が高い冷媒蒸発器１を得ることができる。

また、チューブ内の流路高さ寸法Ｔｈｉを０．７ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に設定することで、冷媒流量を確保できるとともに、その冷媒流量と伝熱面積とをバランスさせて冷房性能値を高くでき、これにより、冷媒蒸発器１の単位重量当たりの冷房性能値をより高くできる。

さらに、コアの厚さを４０ｍｍ以下に設定することで、冷媒蒸発器１の冷房効率が高くなり、冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値をより高めることができる。

尚、この実施形態では、チューブ２を空気流れ方向に１列配置する場合について説明しているが、これに限らず、チューブ２を空気流れ方向に複数列配置するようにしてもよい。この場合には、パスを空気流れ方向上流側のチューブ列及び下流側のチューブ列にそれぞれ形成し、冷媒が上流側のチューブ列から下流側のチューブ列へ、また下流側のチューブ列から上流側のチューブ列へ流れるように構成することが可能となる。

また、この実施形態では、フィン３に第１ルーバ１３ａ、１４ａ及び第２ルーバ１３ｂ、１４ｂを形成するようにしているが、これらルーバを形成しなくてもよい。

以上説明したように、本発明に係る冷媒蒸発器は、例えば、自動車の空調装置に適用することができる。

チューブ及びフィンの上端側を拡大して示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る冷媒蒸発器を空気流れ上流側から見た斜視図である。 （ａ）はフィンの部分拡大図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。 冷媒蒸発器の単位重量当たりの冷房性能値とフィンの高さ寸法との関係を示し、チューブ内の流路高さ寸法が０．５ｍｍの場合のグラフである。 チューブ内の流路高さ寸法が０．７ｍｍの場合の図４に相当する図である。 チューブ内の流路高さ寸法が１．０ｍｍの場合の図４に相当する図である。 チューブ内の流路高さ寸法が１．２ｍｍの場合の図４に相当する図である。 チューブ内の流路高さ寸法が１．４ｍｍの場合の図４に相当する図である。 冷房効率とコアの厚さとの関係を示すグラフである。 冷房性能値とパスの数との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 冷媒蒸発器
２ チューブ
３ フィン
４ コア
１１ 第１接合面部
１２ 第２接合面部
１３ 第１中間面部
１４ 第２中間面部
Ｒ 冷媒流路
Ｐ１〜Ｐ３ パス

Claims (6)

1. 冷媒流路の断面形状が空気流れ方向に長い複数のチューブを空気流れ方向と交差する方向に間隔をあけて並設し、隣り合うチューブ間に伝熱用のフィンを配設してなる冷媒蒸発器であって、
   前記フィンは、隣り合うチューブの相対向する外面に沿って略平坦に延び該チューブ外面にそれぞれ面接触して接合された第１接合面部及び第２接合面部と、これら両接合面部に連なり該両接合面部に対して略垂直に延びる中間面部とで、空気流れ方向に見て波板状に形成され、
   前記フィンのチューブ並設方向の寸法が３．０ｍｍ以上６．０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
2. 請求項１に記載の冷媒蒸発器において、
   チューブの冷媒流路におけるチューブ並設方向の寸法が０．７ｍｍ以上１．２ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
3. 請求項１又は２に記載の冷媒蒸発器において、
   チューブ及びフィンにより構成されたコアの空気流れ方向の寸法が１５ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする冷媒蒸発器。
4. 請求項３に記載の冷媒蒸発器において、
   コアの空気流れ方向の寸法が１５ｍｍ以上２０ｍｍ未満に設定され、
   前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が１乃至３つであることを特徴とする冷媒蒸発器。
5. 請求項３に記載の冷媒蒸発器において、
   コアの空気流れ方向の寸法が２０ｍｍ以上３０ｍｍ未満に設定され、
   前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が２乃至４つであることを特徴とする冷媒蒸発器。
6. 請求項３に記載の冷媒蒸発器において、
   コアの空気流れ方向の寸法が３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下に設定され、
   前記コアには冷媒が流れるパスがチューブにより構成され、該パスの数が２乃至５つであることを特徴とする冷媒蒸発器。

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