JP2007162961A - 冷凍機用蒸発器 - Google Patents

Abstract

【課題】プレートフィンの空気流れ上流側端部に長短をつけた冷凍用蒸発器において、確実に除霜できるようにする。
【解決手段】空気流れ方向Ａと直交する方向に積層される多数枚のプレートフィン２７と、多数枚のプレートフィン２７を積層方向に貫通し、内部に低圧側冷媒が流れるチューブ２８とを備え、多数枚のプレートフィン２７は、第１プレートフィン３０と、第１プレートフィン３０の空気流れ上流側における端面３０ａよりも空気流れ上流側に突出する突出部３１ａを有する第２プレートフィン３１とを包含しており、突出部３１ａには、高圧側冷媒が流れる除霜チューブ２４が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、冷凍機用蒸発器に関するものであり、車両用冷凍装置の冷却用熱交換器に用いて好適である。

従来、多数枚のプレートフィンを空気流れ方向と直交する方向に積層するプレートフィン型の冷凍機用蒸発器では、プレートフィンの空気流れ上流側端部に１枚ごとに交互に長短をつけて空気流れ上流側端部を不揃いにして、空気流れ上流側端部に凝縮水が残留することを防止している（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、第１プレートフィンと、第１プレートフィンよりも空気流れ方向寸法の長い第２プレートフィンとを１枚ずつ交互に積層配置し、第２プレートフィンの空気流れ上流側端部を第１プレートフィンの空気流れ上流側端部よりも突出するように配置している。

即ち、空気流れ上流側端部におけるプレートフィン間のフィンピッチを大きくすることにより、プレートフィンの空気流れ上流側端部に付着した凝縮水が表面張力によって残留することなく、速やかに落下するようになっている。

この従来技術では、内部に冷媒が流れるチューブを、第１プレートフィン及び第２プレートフィンに積層方向に貫通させている。このチューブは、第１プレートフィンと第２プレートフィンとが対向する部位に貫通するようになっている。したがって、第２プレートフィンのうち第１プレートフィンよりも突出する突出部にはチューブが配置されないようになっている。

一方、図１０に示すように、特許文献１の冷凍機用蒸発器を車両用冷凍装置の冷却用熱交換器１０に適用したものが製品化されている。この従来技術では、圧縮機１１から吐出される高温高圧冷媒（ホットガス）を放熱器１５を迂回させて冷却用熱交換器１０に導くバイパス流路２１を配置している。

そして、冷却用熱交換器１０の除霜を行う除霜運転時には、圧縮機１１から吐出されるホットガスをバイパス流路２１を通じて直接冷却用熱交換器１０に流すようになっているので、ホットガスの有する熱によって冷却用熱交換器１０の除霜を行うことができる。
特開平４−２３６０８１号公報

しかしながら、図１０の従来技術では、第２プレートフィン３１の突出部にチューブ２８が配置されていないので、チューブ２８から第２プレートフィン３１の空気流れＡ上流側における端部までの距離は、チューブ２８から第１プレートフィン３０の空気流れＡ上流側における端部までの距離に比べて長くなっている。

このため、第２プレートフィン３１の空気流れＡ上流側における端部にはホットガスの熱が伝達されにくいので、第２プレートフィン３１の空気流れＡ上流側における端部を十分に除霜することができない。

この結果、第２プレートフィン３１の空気流れＡ上流側における端部に氷が蓄積してしまうので、冷却用熱交換器１０を流れる空気の流量が減少してしまい、冷却用熱交換器１０の熱交換性能が低下してしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、プレートフィンの空気流れ上流側端部に長短をつけた冷凍機用蒸発器において、確実に除霜できるようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、空気流れ方向（Ａ）と直交する方向に積層される多数枚のプレートフィン（２７）と、
多数枚のプレートフィン（２７）を積層方向に貫通し、内部に低圧側冷媒が流れるチューブ（２８）とを備え、
多数枚のプレートフィン（２７）は、第１プレートフィン（３０）と、第１プレートフィン（３０）の空気流れ上流側における端面（３０ａ）よりも空気流れ上流側に突出する突出部（３１ａ）を有する第２プレートフィン（３１）とを包含しており、
突出部（３１ａ）には、高圧側冷媒が流れる除霜チューブ（２４）が配置されていることを特徴とする。

これによると、空気流れ上流側に突出する第２プレートフィン（３１）の突出部（３１ａ）に、高温の高圧側冷媒が流れる除霜チューブ（２４）が配置されているので、高圧側冷媒が有する熱を第２プレートフィン（３１）の突出部（３１ａ）に十分に伝達させることができる。

このため、空気流れ上流側に突出する第２プレートフィン（３１）の突出部（３１ａ）を確実に除霜することができる。

本発明は、具体的には、高圧側冷媒が除霜チューブ（２４）を通過したのちチューブ（２８）を流れるように、除霜チューブ（２４）とチューブ（２８）とが接続されている。

これによると、高温の高圧側冷媒が除霜チューブ（２４）を通過したのち、チューブ（２８）を流れるので、第２プレートフィン（３１）の突出部（３１ａ）のみならず、多数枚のプレートフィン（２７）全体及びチューブ（２８）を除霜することができる。

また、高圧側冷媒はチューブ（２８）よりも先に除霜チューブ（２４）を流れるので、除霜チューブ（２４）に高圧側冷媒を最も高温状態にて流すことができる。

このため、第２プレートフィン（３１）の突出部（３１ａ）を確実に除霜することと、多数枚のプレートフィン（２７）全体及びチューブ（２８）を除霜することとを両立することができる。

また、本発明は、より具体的には、除霜チューブ（２４）は、突出部（３１ａ）を積層方向に貫通しているようにすればよい。

また、本発明は、より具体的には、除霜チューブ（２４）の外周面は、突出部（３１ａ）の突出方向側における端面（３１ｂ）に当接しているようにしてもよい。

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。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態による冷却用熱交換器１０を車両用冷凍装置に適用した例である。本実施形態の車両用冷凍装置において、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１１は、プーリー１２、ベルト等を介して図示しない車両走行用エンジンにより回転駆動される。

この圧縮機１１としては、吐出容量の変化により冷媒吐出能力を調整できる可変容量型圧縮機、あるいは電磁クラッチの断続により圧縮機作動の稼働率を変化させて冷媒吐出能力を調整する固定容量型圧縮機のいずれを使用してもよい。また、圧縮機１１として電動圧縮機を使用すれば、電動モータの回転数調整により冷媒吐出能力を調整できる。

この圧縮機１１の冷媒吐出側には、冷媒中の潤滑オイルを分離するオイルセパレータ１３が配置される。オイルセパレータ１３は、冷媒中のオイルを分離して、減圧機構１４を介して圧縮機１２の冷媒吸入側にオイルを戻すために配置されているものである。また、本実施形態では減圧機構１４としてキャピラリチューブを採用している。

オイルセパレータ１３の冷媒流出側には放熱器１５が配置されている。放熱器１５は、冷凍サイクルの高圧側冷媒、即ち、圧縮機１２から吐出された高温高圧冷媒（ホットガス）と、冷却ファン１６により送風される外気（車室外空気）との間で熱交換を行ってホットガスを冷却する。

放熱器１５よりも冷媒流れ下流側にはレシーバ１７が配置されている。このレシーバ１７は放熱器１５から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して液相冷媒を流出するとともに、余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるものである。

レシーバ１７から流出した液相冷媒は、減圧器１８により減圧されたのち、冷却用熱交換器１０に流入する。即ち、冷却用熱交換器１０には、冷凍サイクルの低圧側冷媒が流入する。冷却用熱交換器１０には、送風ファン１９により矢印Ａのように空気が送風されるようになっている。

冷却用熱交換器１０を流れる冷媒が送風空気から吸熱して蒸発することにより、送風空気が冷却される。冷却用熱交換器１０によって冷却された空気（冷風）は、図示しない冷凍庫内に吹き出されるようになっている。

冷却用熱交換器１０から流出した冷媒は、アキュムレータ２０によって気相冷媒と液相冷媒とに分離される。分離された気相冷媒は圧縮機１１の吸入側に供給され、液相冷媒はアキュムレータ２０内に蓄えられる。

放熱器１５の冷媒流れ上流側において、冷媒流れが分岐するバイパス流路２１が配置されている。このバイパス流路２１は、圧縮機１１から吐出されるホットガスを放熱器１５を迂回させて冷却用熱交換器１０に導く流路である。

バイパス流路２１には除霜バルブ２２が配置されている。この除霜バルブ２２は、バイパス流路２１にホットガスを流す場合と流さない場合とを切り換える電磁弁であり、空調用電子制御装置（ＥＣＵ）２３によって開閉制御される。空調用電子制御装置２３は、周知のごとくＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータと、その周辺回路にて構成されるものである。

バイパス流路２１を流れるホットガスは、冷却用熱交換器１０の除霜チューブ２４（詳細後述）に流入するようになっている。

冷却用熱交換器１０の冷媒流れ下流側には、冷媒温度検出用の除霜解除センサ２５が配置されている。この除霜解除センサ２５からの検出信号は空調用電子制御装置２３に入力されるようになっている。

また、空調用電子制御装置２３には、図示しない空調操作パネルに配置され、乗員によって操作される除霜スイッチ２６からの操作信号も入力されるようになっている。

次に、冷却用熱交換器１０の構造について図２に基づいて述べる。図２は冷却用熱交換器１０の要部斜視図であり、図２の上下、左右の各矢印は車両の上下、左右の各方向を示す。

冷却用熱交換器１０はアルミニウム等の金属により形成される矩形状のプレートフィン２７及び内部に冷媒が流れるチューブ２８等により構成されるプレートフィン型の熱交換構造になっている。

具体的には、プレートフィン２７は所定間隔を空けて多数枚積層されており、フィン積層方向の両端部に、補強部材をなすサイドプレート２９（図１）が配置されている。

プレートフィン２７の平板部２７ａの板面にチューブ２８が貫通するチューブ挿入穴２７ｂを設け、サイドプレート２９の平板部の板面にもチューブ２８が貫通する図示しないチューブ挿入穴が設けられる。

そして、チューブ２８が多数枚のプレートフィン２７のチューブ挿入穴２７ｂ、及び、サイドプレート２９のチューブ挿入穴に串刺状に挿入され固定されている。

チューブ２８のうちプレートフィン２７の積層方向における両端部にはＵ状曲げ部２８ａ（図１）が形成されている。チューブ２８の冷媒入口部２８ｂ（図１）は冷却用熱交換器１０の空気吸込み側に配置されており、チューブ２８の冷媒出口部２８ｃ（図１）は冷却用熱交換器１０の空気吹き出し側に配置されている。

なお、本例における冷却用熱交換器１０は、プレートフィン２７の積層方向が車両左右方向を向き、空気吸込み側が車両下方側を向くように配置されている。したがって、冷却用熱交換器１０に送風される空気の流れ方向Ａは車両下方から車両上方を向くようになっている。

多数枚のプレートフィン２７は、第１プレートフィン３０と第２プレートフィン３１ととが１枚ごとに交互に積層されて構成されている。ここで、第２プレートフィン３１は第１プレートフィン３０よりも空気流れ方向Ａにおける寸法が所定寸法Ｌだけ長く形成されている。

第１、第２プレートフィン３０、３１は、空気流れ下流側（本例では車両上方側）において、端面の位置を揃えて配置されている。このため、空気流れ上流側（本例では車両下方側）においては、第１、第２プレートフィン３０、３１の端面は不揃いとなる。

即ち、第２プレートフィン３１の空気流れ上流側における端部には、第１プレートフィン３０の空気流れ上流側における端面３０ａよりも所定寸法Ｌだけ突出する突出部３１ａが形成される。

これにより、第２プレートフィン３１の空気流れ上流側における端面３１ｂにおいては、隣接するフィンが第１プレートフィン３０ではなく、第２プレートフィン３１になる。このため、第２プレートフィン３１の端面３１ｂにおけるフィンピッチＰ１を、第１、第２プレートフィン３０、３１間のフィンピッチＰ２よりも大きくすることができる。

これにより、第２プレートフィン３１の端面３１ｂに付着した凝縮水が表面張力によって残留することなく、速やかに落下するようになっている。

第２プレートフィン３１の突出部３１ａには、除霜チューブ２４が串刺状に挿入し固定される。したがって、第２プレートフィン３１の突出部３１ａの突出方向長さＬは、除霜配管の外径Ｄよりも大きくなっている。

図１に示すように、除霜チューブ２４の一端部（図１の右側端部）はバイパス流路２１に接続され、除霜チューブ２４の他端部（図１の左側端部）はチューブ２８の冷媒入口部２８ｂに接続されるようになっている。

したがって、バイパス流路２１を流れるホットガスは、除霜チューブ２４を一端部から他端部へと通過したのち、チューブ２８を冷媒入口部２８ｂから冷媒出口部２８ｃへと向かって流れるようになっている。

次に、上記構成において作動を説明する。通常の運転状態である冷凍運転時には、除霜バルブ２２が閉じられているので、圧縮機１１から吐出されるホットガス（高温高圧冷媒）の全量が放熱器１５によって冷却されたのち、レシーバ１７によって液相冷媒と気相冷媒とに分離される。

分離された液相冷媒は、減圧器１８により減圧されたのち、冷却用熱交換器１０のチューブ２８に導かれる。そして、チューブ２８を流れる液相冷媒が送風ファン１９により送風される空気から吸熱して蒸発する。これにより、送風空気が冷却されて図示しない冷凍庫内に吹き出されるので、冷凍庫内を冷却することができる。

そして、冷却用熱交換器１０から流出した冷媒はアキュムレータ２０によって気相冷媒と液相冷媒とに分離され、分離された気相冷媒が圧縮機１１に吸入される。

ここで、冷却用熱交換器１０は冷媒蒸発温度が０℃より低い条件にて運転されるので、冷却用熱交換器１０に霜が付着して冷却性能が低下してしまう。

そこで、本実施形態においては、除霜運転によって冷却用熱交換器１０に付着した霜を除去するようになっている。この除霜運転は、冷凍運転を開始してから一定時間後（例えば１時間後等）に開始するようになっている。また、本例では、乗員によって除霜スイッチ２６がオンされたときも除霜運転を開始するようになっている。

除霜運転を開始すると、空調用電子制御装置２３によって除霜バルブ２２が開かれる。これにより、圧縮機１１から吐出されるホットガスがバイパス流路２１を流れて、冷却用熱交換器１０の除霜チューブ２４に流入する。

除霜チューブ２４は第２プレートフィン３１の突出部３１ａに挿入固定されているので、ホットガスの有する熱によって、第２プレートフィン３１の突出部３１ａに付着した霜を確実に溶かすことができる。

さらに、本実施形態では、除霜チューブ２４から第２プレートフィン３１の空気流れ上流側における端面３１ｂまでの距離が短くなっているので、第２プレートフィン３１の端面３１ｂに付着した霜を確実に溶かすことができる。

そして、除霜チューブ２４を通過したホットガスは、チューブ２８内を冷媒入口部２８ｂから冷媒出口部２８ｃへと向かって流れる。これにより、ホットガスの有する熱によって、第２プレートフィン３１の突出部３１ａのみならず、多数枚のプレートフィン２７全体及びチューブ２８に付着した霜を溶かすことができる。

ここで、ホットガスはチューブ２８よりも先に除霜チューブ２４を流れるので、除霜チューブ２４にホットガスを最も高温状態にて流すことができる。

このため、第２プレートフィン３１の突出部３１ａ及び端面３１ｂを確実に除霜することと、多数枚のプレートフィン２７全体及びチューブ２８を除霜することとを両立することができる。

この除霜運転は、冷却用熱交換器１０の出口冷媒温度が所定温度に達したとき終了するようになっている。本例では、除霜解除センサ２５が検出する冷媒温度が＋３℃以上になったとき、除霜バルブ２２を閉じてバイパス流路２１へのホットガスの流れを遮断するようになっている。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、第２プレートフィン３１の突出部３１ａに、除霜チューブ２４を串刺状に挿入し固定しているが、本実施形態では、図３に示すように、除霜チューブ２４の外周面を第２プレートフィン３１の空気流れ上流側における端面３１ｂに当接させた状態で固定している。

具体的には、上記第１実施形態に対してサイドプレート２９を空気流れ上流側に延長し、この延長した部位に除霜チューブ２４が貫通する図示しないチューブ挿入穴を形成することにより、除霜チューブ２４の外周面を第２プレートフィン３１の空気流れ上流側における端面３１ｂに当接させた状態で固定している。

本実施形態では、除霜チューブ２４の外周面が第２プレートフィン３１の端面３１ｂに当接しているので、除霜運転時にホットガスの有する熱によって第２プレートフィン３１の突出部３１ａ及び端面３１ｂに付着した霜を確実に溶かすことができる。

また、本実施形態では、除霜チューブ２４が第２プレートフィン３１の突出部３１ａに挿入されないので、必ずしも第２プレートフィン３１の突出部３１ａの突出方向長さＬを除霜配管の外径Ｄよりも大きくする必要がない。このため、第２プレートフィン３１の突出部３１ａの突出方向長さＬの設計自由度を向上させることができる。

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、冷却用熱交換器１０を、空気吸込み側が車両下方側を向くように配置しているが、これに限定されるものではなく、空気吸込み側が車両上方側、あるいは、水平方向側を向くように配置してもよい。

この場合においては、第２プレートフィン３１の突出部３１ａを冷却用熱交換器１０の空気吸込み側のみならず、車両下方側端部にも形成して、車両下方側端部におけるフィンピッチを大きくするのがよい。

これにより、凝縮水が重力によって冷却用熱交換器１０の車両下方側端部に集まっても、車両下方側端部の突出部３１ａによって凝縮水の水滴が残留することを防止できる。

また、上記各実施形態では、第１プレートフィン３０と第２プレートフィン３１を１枚ずつ交互に積層しているが、これに限定されるものではなく、例えば、第２プレートフィン３１同士の間に第１プレートフィン３０を２枚配置するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態による車両用冷凍装置の全体構成図である。 本発明の第１実施形態による冷却用熱交換器の要部斜視図である。 本発明の第２実施形態による冷却用熱交換器の要部斜視図である。 従来技術による車両用冷凍装置の全体構成図である。

符号の説明

２４…除霜チューブ、２７…多数枚のプレートフィン、２８…チューブ、
３０…第１プレートフィン、３０ａ…端面、３１…第２プレートフィン、
３１ａ…突出部、３１ｂ…端面、Ａ…空気流れ方向。

Claims (4)

1. 空気流れ方向（Ａ）と直交する方向に積層される多数枚のプレートフィン（２７）と、
   前記多数枚のプレートフィン（２７）を前記積層方向に貫通し、内部に低圧側冷媒が流れるチューブ（２８）とを備え、
   前記多数枚のプレートフィン（２７）は、第１プレートフィン（３０）と、前記第１プレートフィン（３０）の前記空気流れ上流側における端面（３０ａ）よりも前記空気流れ上流側に突出する突出部（３１ａ）を有する第２プレートフィン（３１）とを包含しており、
   前記突出部（３１ａ）には、高圧側冷媒が流れる除霜チューブ（２４）が配置されていることを特徴とする冷凍機用蒸発器。
2. 前記高圧側冷媒が前記除霜チューブ（２４）を通過したのち前記チューブ（２８）を流れるように、前記除霜チューブ（２４）と前記チューブ（２８）とが接続されていることを特徴とする請求項１に記載の冷凍機用蒸発器。
3. 前記除霜チューブ（２４）は、前記突出部（３１ａ）を前記積層方向に貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍機用蒸発器。
4. 前記除霜チューブ（２４）の外周面は、前記突出部（３１ａ）の前記突出方向側における端面（３１ｂ）に当接していることを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍機用蒸発器。

Images