JP2001324290A

JP2001324290A - 冷媒蒸発器

Info

Publication number: JP2001324290A
Application number: JP2000164886A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Makihara; 正径牧原; Isao Azeyanagi; 功畔柳; Toshiya Nagasawa; 聡也長澤; Eiichi Torigoe; 栄一鳥越
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-11-22

Abstract

(57)【要約】【課題】アルミニウム製の冷媒蒸発器において、伝熱
性能の向上を図る。【解決手段】アルミニウム製のチューブ２〜５を多数
積層し、チューブ２〜５間を通る空気との伝熱面積を増
加させるアルミニウム製のフィン１９をチューブ２〜５
間に介在させた冷媒蒸発器において、チューブ２〜５の
板厚ＴＴを、０．１≦ＴＴ≦０．３５ｍｍに設定し、チ
ューブ２〜５の積層方向の寸法であるチューブ高さＴＨ
を、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍに設定することにより、
冷媒通路の圧力損失が小さく、かつ空気側伝熱面積が大
きくなり、従来よりも伝熱性能を向上することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は冷凍サイクルの冷媒
を蒸発させる冷媒蒸発器に関するもので、例えば、車両
用空調装置に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の冷媒蒸発器としては、内
部に冷媒通路を有するアルミニウム製のチューブを多数
積層し、空気側伝熱面積を増加させるアルミニウム製の
コルゲートフィンをチューブ間に介在させたものが、よ
く知られている。そして、冷媒蒸発器の軽量化のため
に、チューブ板厚の薄肉化が進んでおり、現状ではチュ
ーブ板厚を０．４ｍｍまで薄肉化したものが実用化され
ている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにチューブ板厚の薄肉化による軽量化は図られてい
るものの、チューブ板厚の薄肉化を伝熱性能の向上に結
びつけようとする検討は十分に行われていない。

【０００４】本発明は、高耐食性アルミニウムの使用に
よりチューブ板厚のさらなる薄肉化が可能になる点に鑑
み、チューブ板厚を薄肉化した場合に冷媒蒸発器の最大
伝熱性能が得られる条件を求め、それにより冷媒蒸発器
の伝熱性能の向上を図ることを目的とする。また、チュ
ーブの耐圧強度を確保しつつ冷媒蒸発器の伝熱性能の向
上を図ることを他の目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者らが、冷媒蒸発器の伝熱性能をコンピュー
タシミュレーションにて検討したところ、チューブ板
厚、チューブ高さおよびフィン高さについて、伝熱性能
がピークとなる特定の範囲を見いだした。また、特に多
穴チューブを用いた冷媒蒸発器において、耐圧強度と伝
熱性能を両立させる特定の範囲を見いだした。

【０００６】請求項１記載の発明では、アルミニウム製
のチューブ（２〜５）を多数積層し、空気側伝熱面積を
増加させるアルミニウム製のコルゲートフィン（１９）
をチューブ（２〜５）間に介在させた冷媒蒸発器におい
て、チューブ（２〜５）の板厚ＴＴを、０．１≦ＴＴ≦
０．３５ｍｍに設定し、チューブ（２〜５）の積層方向
の寸法であるチューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦３．
０ｍｍに設定したことを特徴としている。

【０００７】これによると、チューブ板厚ＴＴおよびチ
ューブ高さＴＨを上記範囲に設定することにより、冷媒
通路の圧力損失が小さく、かつ空気側伝熱面積が大きく
なり、図７〜９から理解されるように、高い伝熱性能を
得ることができる。

【０００８】また、請求項２〜５記載の発明では、アル
ミニウム製のチューブ（２〜５）を多数積層し、空気側
伝熱面積を増加させるアルミニウム製のコルゲートフィ
ン（１９）をチューブ（２〜５）間に介在させた冷媒蒸
発器において、フィン高さＦＨを、４．０≦ＦＨ≦７．
５ｍｍに設定したことを特徴としている。

【０００９】これによると、フィン高さＦＨを上記範囲
に設定することにより、凝縮水の付着による熱伝達率の
低下を抑制しつつ、フィン効率を高くすることができ、
図３〜６から理解されるように、高い伝熱性能を得るこ
とができる。

【００１０】また、請求項６記載の発明では、内部に冷
媒通路（３２）を形成する断面偏平のチューブ外層部
（３１）と、冷媒通路（３２）を分割する多数の支柱
（３３）とを有するアルミニウム製の多穴チューブ（３
０）を備え、このチューブ（３０）を多数積層し、チュ
ーブ（３０）間を通る空気との伝熱面積を増加させるア
ルミニウム製のコルゲートフィン（１９）をチューブ
（３０）間に介在させた冷媒蒸発器において、チューブ
外層部（３１）の板厚ＴＴを、０．１≦ＴＴ≦０．３５
ｍｍに設定し、チューブ（３０）の積層方向の寸法であ
るチューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍに設
定し、支柱の板厚Ｘを、Ｘ≧０．０５ｍｍに設定し、支
柱（３３）間の距離Ｌを、０．８≦Ｌ≦１．６ｍｍに設
定したことを特徴としている。

【００１１】これによると、チューブ外層部の板厚ＴＴ
およびチューブ高さＴＨを上記範囲に設定し、かつ、支
柱間の距離Ｌを、０．８ｍｍ≦Ｌに設定することによ
り、冷媒通路の圧力損失が小さく、かつ空気側伝熱面積
が大きくなり、高い伝熱性能を得ることができる。しか
も、支柱の板厚Ｘを、Ｘ≧０．０５ｍｍとし、支柱間の
距離Ｌを、Ｌ≦１．６ｍｍとすることにより、チューブ
の耐圧強度を確保することができる。すなわち、多穴チ
ューブを用いた冷媒蒸発器において、耐圧強度と伝熱性
能を両立させることができる。

【００１２】請求項７記載の発明のように、フィン高さ
ＦＨを、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍに設定することによ
り、凝縮水の付着による熱伝達率の低下を抑制しつつ、
フィン効率を高くすることができ、高い伝熱性能を得る
ことができる。

【００１３】また、請求項８記載の発明のように、外周
面に犠牲腐食層を有するアルミニウム材にてチューブ
（２〜５）を形成することにより、チューブ（２〜５）
の耐食性が向上してチューブ（２〜５）の薄肉化が可能
になる。従って、請求項１〜７記載の発明を適用する冷
媒蒸発器として好適である。

【００１４】さらに、請求項９記載の発明のように、チ
ューブ（）を空気流れ方向に複数列設けた冷媒蒸発器
は、冷媒側圧力損失の影響により伝熱性能のピークが顕
著に現れやすく、従って、上記のような冷媒蒸発器に特
に有効である。

【００１５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。また、本明細書でいうアルミニウムは、純アル
ミニウム、およびアルミニウム合金の両方を含んでい
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
実施の形態を図に基づいて説明する。図１は自動車用空
調装置の冷凍サイクルにおける冷媒蒸発器に本発明を適
用した実施形態を示すもので、蒸発器の全体構成の概要
を示している。図２は蒸発器におけるチューブおよびコ
ルゲートフィンの詳細な構成を示すものである。蒸発器
１は図１の上下方向を上下にして、図示しない自動車用
空調装置の空調ユニットケース内に設置される。蒸発器
１には図示しない送風機により矢印Ａ方向に空気が送風
され、この送風空気（外部流体）と冷媒とが熱交換す
る。

【００１７】蒸発器１は、空気流れ方向Ａに２列配置さ
れたチューブ２、３、４、５を有している。これらのチ
ューブ２〜５はすべて断面偏平状の冷媒通路を構成する
偏平チューブである。そして、チューブ２〜５はそれぞ
れ空気流れ方向Ａと直交方向に多数本並列配置されてい
る。ここで、空気下流側の第１のチューブ２、３は冷媒
入口側コア部Ｘの冷媒通路を構成し、また、空気上流側
の第２のチューブ４、５は冷媒出口側コア部Ｙの冷媒通
路を構成する。

【００１８】冷媒入口６は、冷凍サイクルの図示しない
温度作動式膨張弁（減圧手段）で減圧され膨張した低温
低圧の気液２相冷媒が流入する。また、冷媒出口７は図
示しない圧縮機吸入配管に接続され、蒸発器１で蒸発し
たガス冷媒を圧縮機吸入側に還流させるためのものであ
る。また、冷媒入口６と冷媒出口７は、本例では、蒸発
器１の左側の上部に配置され、冷媒入口６は上部の左側
に位置する入口側タンク部８に連通している。また、冷
媒出口７は上部の左側に位置する出口側タンク部１３に
連通している。

【００１９】ここで、蒸発器１のタンク部８〜１３につ
いて具体的に説明すると、各タンク部はチューブ２〜５
への冷媒の分配もしくはチューブ２〜５からの冷媒の集
合を行うもので、第１のチューブ２、３と、第２のチュ
ーブ４、５とに対応して、空気流れ方向Ａに２列配置さ
れている。すなわち、入口側タンク部８〜１０は空気流
れ下流側に位置し、出口側タンク部１１〜１３は空気流
れ上流側に位置している。

【００２０】そして、上部の入口側タンク部８と１０の
間は仕切り板１４により仕切られ、また、上部の出口側
タンク部１１と１３の間は仕切り板１５により仕切られ
ている。これに対して、下部の入口側タンク部９および
下部の出口側タンク部１２は、仕切りなしで蒸発器１の
幅方向全長にわたって１つの流路として連通している。

【００２１】冷媒入口側コア部Ｘにおいて、左側のチュ
ーブ２の一端部（上端部）は上部の入口側タンク部８に
連通し、他端部（下端部）は下部の入口側タンク部９に
連通している。同様に、右側のチューブ３の一端部（上
端部）は上部の入口側タンク部１０に連通し、他端部
（下端部）は下部の入口側タンク部９に連通している。
また、冷媒出口側コア部Ｙにおいて、左側のチューブ４
の一端部（上端部）は上部の出口側タンク部１３に連通
し、他端部（下端部）は下部の出口側タンク部１２に連
通している。同様に、右側のチューブ５の一端部（上端
部）は上部の出口側タンク部１１に連通し、他端部（下
端部）は下部の出口側タンク部１２に連通している。

【００２２】ところで、空気流れ方向Ａにおいて隣接す
る上部のタンク部８と１３との間、上部のタンク部１０
と１１との間、および下部のタンク部９と１２との間に
は、いずれも蒸発器１の幅方向全長にわたって延びる仕
切り壁１６、１７が形成されている。

【００２３】但し、上部の仕切り壁１６のうち、タンク
部１０、１１の間を仕切る右側の部位には、タンク部１
０、１１を直結するバイパス穴（バイパス通路手段）１
８が複数個設けてある。ここで、バイパス穴１８は仕切
り壁１６を構成するアルミニウム薄板に例えばプレス加
工で複数個、同時に打ち抜き加工することができ、バイ
パス穴１８の形状は例えば、図１に示すような矩形状で
ある。さらに、バイパス穴１８の開口面積および配列は
各チューブへの冷媒分配性が最適となるように設定す
る。

【００２４】各チューブ２〜５の相互の間には波形に成
形されたコルゲートフィン１９が配置され、コルゲート
フィン１９は各チューブ２〜５の平坦面に一体に接合さ
れる。また、各チューブ２〜５の内部には波形に成形さ
れたインナーフィン２０が配置され、このインナーフィ
ン２０の波形の頂部を各チューブ内壁面に接合すること
により各チューブ２〜５の補強を図るとともに、冷媒側
伝熱面積の増大による性能向上を図るようにしてある。

【００２５】次に、チューブ２〜５は１枚のアルミニウ
ム製薄板材を中央部で折り曲げることにより断面偏平状
の通路形状を構成している。ここで、チューブ２〜５内
の冷媒通路は、インナーフィン２０の波形頂部の接合に
より多数の小通路に分割される。チューブ２〜５のアル
ミニウム製薄板材の具体的材質例としては、Ａ３０００
番系の芯材の外側面（コルゲートフィン１９が接合され
る面）に犠牲腐食材（例えば、Ａｌ−１．５ｗｔ％Ｚ
ｎ）を設けた、高耐食性のアルミニウム材を用いること
ができる。チューブ２〜５のアルミニウム製薄板材の板
厚は、高耐食性板材の使用と、インナーフィン２０によ
る補強作用により、大幅に薄肉化できる。このチューブ
板厚の薄肉化によりチューブ高さも低くすることができ
る。インナーフィン２０は、Ａ３０００番系のアルミニ
ウム材からなる。

【００２６】そして、チューブ２〜５とインナーフィン
２０との接合は、例えば、チューブ薄板材の材質として
内側面にろう材をクラッドした片面クラッド材を用いれ
ば、チューブ薄板材の両端部同志の接合およびチューブ
薄板材の内側面とインナーフィン２０の波形頂部との接
合を蒸発器全体の一体ろう付け時に行うことができる。
なお、チューブ２〜５は、外側に犠牲腐食層を有する押
し出し材を用いてもよい。

【００２７】次に、タンク部８〜１３とチューブ２〜５
の長手方向両端部との接合は、例えばタンク板材として
両面にろう材をクラッドした両面クラッド材を用い、タ
ンク部８〜１３に形成したチューブ挿入穴に、チューブ
２〜５の長手方向両端部を挿入することにより、タンク
部８〜１３とチューブ２〜５の長手方向両端部との接合
を蒸発器全体の一体ろう付け時に行うことができる。

【００２８】次に、上記構成において本実施形態による
蒸発器１の作用を説明すると、図示しない膨張弁で減圧
された低温低圧の気液２相冷媒は、冷媒入口６からま
ず、空気下流側の上部タンク部８内に流入し、ここで、
複数本のチューブ２に分配され、チューブ２を矢印ａの
ように下方へ流れる。その後に、冷媒は下部のタンク部
９を矢印ｂのように右方へ流れた後に複数本のチューブ
３に分配され、このチューブ３を矢印ｃのように上方へ
流れる。

【００２９】そして、冷媒は上部のタンク部１０内に流
入し、次に、仕切り壁１６に開けられたバイパス穴１８
を矢印ｄのように通過して、空気下流側から空気上流側
に移行して、空気上流側の上部タンク部１１内に流入す
る。次に、この上部タンク部１１から冷媒は複数本のチ
ューブ５に分配され、チューブ５を矢印ｅのように下方
へ流れ、下部タンク部１２の右側部に流入する。

【００３０】次に、冷媒は下部タンク部１２を矢印ｆの
ように右側から左側へ移行した後に、複数本のチューブ
４に分配され、このチューブ４を矢印ｇのように上方へ
流れる。しかるのち、チューブ４からの冷媒は上部タン
ク部１３内で集合され、この上部タンク部１３を矢印ｈ
のように右側から左側へ移行し、冷媒出口７から蒸発器
１の外部へ流出する。

【００３１】一方、送風空気（空調空気）は矢印Ａ方向
に送風され、チューブ２〜５とコルゲートフィン１９と
により構成される熱交換用コア部の空隙部を通過する。
この際に、チューブ２〜５内の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て冷風と
なり、車室内へ吹出して、車室内を冷房する。

【００３２】ところで、上記蒸発器１においては、矢印
ａ〜ｃで示される冷媒入口側の蛇行状流路からなる冷媒
入口側コア部Ｘを空気流れ方向Ａの下流側に配置し、矢
印ｅ〜ｈで示される冷媒出口側の蛇行状流路からなる冷
媒出口側コア部Ｙを空気流れ方向Ａの上流側に配置して
いるから、冷媒と空気との間で、伝熱性能の良い直交対
向流の熱交換を行うことができる。

【００３３】次に、上記構成の冷媒蒸発器１において、
伝熱量（Ｗ）をコンピュータシミュレーションにて検討
した結果を説明する。シミュレーションは、図１、２に
示す構成の冷媒蒸発器１において、コア部厚みＤ、チュ
ーブ高さＴＨ、チューブ板厚ＴＴ、フィン高さＦＨ、フ
ィンピッチＦＰをパラメータにして、伝熱量（Ｗ）を算
出した。ここで、チューブ高さＦＨは、図２に示すよう
にチューブ２〜５の積層方向の寸法である。また、フィ
ン高さＦＨは、図２に示すようにコルゲートフィン１９
におけるチューブ積層方向の寸法である。

【００３４】このシミュレーションの前提条件は、コア
部高さＨ＝２１５ｍｍ、コア部幅Ｗ＝３００ｍｍ、フィ
ン板厚ＦＴ＝０．０７ｍｍ、パス数＝４としている。な
お、本明細書でいうパスは、タンク部から複数のチュー
ブに分配された冷媒がチューブ内を通過してタンク部に
一旦集合されるまでの冷媒の流れを、１パスとしてい
る。例えば、図１に示す冷媒蒸発器１において、タンク
部８からチューブ２を介してタンク部９に至るまでの冷
媒流れが１パスであり、従って、図１に示す冷媒蒸発器
１は４パスである。

【００３５】また、コア部に流入する空気については、
その温度、湿度および風量を一定とした。一方、冷媒に
ついては、冷媒入口６での温度および圧力を一定とし、
冷媒出口７での温度および圧力も一定とした。さらに、
冷媒蒸発器１の場合、凝縮水がコルゲートフィン１９に
付着することによる熱伝達率への影響が大きいため、そ
の凝縮水の熱伝達率への影響を考慮して伝熱量を算出し
た。

【００３６】フィン高さＦＨの検討。

【００３７】図３〜６は、フィン高さＦＨと伝熱量
（Ｗ）の関係を示すものである。まず、図３は、チュー
ブ高さＴＨ＝１．７ｍｍ、チューブ板厚ＴＴ＝０．２５
ｍｍ、フィンピッチＦＰ＝３．０ｍｍに固定し、かつコ
ア部厚みＤを３５〜１５０ｍｍの範囲で７種類設定して
伝熱量（Ｗ）を算出したものである。図３から理解され
るように、コア部厚みＤの寸法にかかわらず、フィン高
さＦＨが、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍの範囲のとき、伝
熱量が大になることが判明した。また、４．５≦ＦＨ≦
６．５ｍｍの範囲のとき、伝熱量がさらに大になる。

【００３８】図４は、チューブ高さＴＨ＝１．７ｍｍ、
チューブ板厚ＴＴ＝０．２５ｍｍ、コア部厚みＤ＝４０
ｍｍに固定し、フィンピッチＦＰを２．０〜３．５ｍｍ
の範囲で４種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したもので
ある。図４から理解されるように、フィンピッチＦＰの
寸法にかかわらず、フィン高さＦＨが、４≦ＦＨ≦７．
５ｍｍの範囲のとき、伝熱量が大になることが判明し
た。また、４．５≦ＦＨ≦６．５ｍｍの範囲のとき、伝
熱量がさらに大になる。

【００３９】図５は、チューブ板厚ＴＴ＝０．２５ｍ
ｍ、フィンピッチＦＰ＝３．０ｍ、コア部厚みＤ＝４０
ｍｍに固定し、チューブ高さＴＨを１．３〜４．０ｍｍ
の範囲で７種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したもので
ある。図５から理解されるように、チューブ高さＴＨが
１．５ｍｍ以上の場合、フィン高さＦＨが、４≦ＦＨ≦
７．５ｍｍの範囲のとき、伝熱量が大になることが判明
した。また、４．５≦ＦＨ≦６．５ｍｍの範囲のとき、
伝熱量がさらに大になる。

【００４０】図６は、チューブ高さＴＨ＝１．７ｍｍ、
フィンピッチＦＰ＝３．０ｍｍ、コア部厚みＤ＝４０ｍ
ｍに固定し、チューブ板厚ＴＴを０．１〜０．４ｍｍの
範囲で４種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したものであ
る。図６から理解されるように、チューブ板厚ＴＴの寸
法にかかわらず、フィン高さＦＨが、４≦ＦＨ≦７．５
ｍｍの範囲のとき、伝熱量が大になることが判明した。
また、４．５≦ＦＨ≦６．５ｍｍの範囲のとき、伝熱量
がさらに大になる。

【００４１】なお、図３〜６において、４≦ＦＨ≦７．
５ｍｍの範囲では、凝縮水がコルゲートフィン１９に付
着することによる熱伝達率の低下を抑制しつつ、フィン
効率を高くすることができ、その結果高い伝熱量を得る
ことができる。一方、ＦＨ＜４．０ｍｍで伝熱量が低下
しているのは、コルゲートフィン１９の表面のうち凝縮
水が付着した部分の割合が高くなって熱伝達率の低下を
招いているためであり、一方、ＦＨ＞７．５ｍｍで伝熱
量が低下しているのは、フィン効率の低下によるもので
ある。

【００４２】チューブ板厚ＴＴの検討。

【００４３】図７は、チューブ板厚ＴＴと伝熱量（Ｗ）
の関係を示すもので、チューブ高さＴＨ＝１．７ｍｍ、
フィンピッチＦＰ＝３．０ｍｍ、コア部厚みＤ＝４０ｍ
ｍに固定し、フィン高さＦＨを４〜１０ｍｍの範囲で５
種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したものである。

【００４４】図７から理解されるように、チューブ板厚
ＴＴが０．３５ｍｍを越えると、伝熱量が急激に減少す
る。これは、チューブ内の冷媒通路の断面積が減少し、
冷媒通路での圧力損失が増加するためである。故に、チ
ューブ板厚ＴＴは、ＴＴ≦０．３５ｍｍとするのが望ま
しい。

【００４５】また、チューブ板厚ＴＴの下限値は、自動
車用冷媒蒸発器の腐食環境を考慮した模擬凝縮水による
腐食加速試験により、犠牲腐食層を有するアルミニウム
材の場合、０．１ｍｍでもよいことが確認された。

【００４６】すなわち、図１０は模擬凝縮水による腐食
加速試験の結果を示すもので、被験材Ｔは現在自動車
用冷媒蒸発器で多用されている、犠牲腐食層なし、ＴＴ
＝０．６ｍｍ、のアルミニウム材にて形成したチューブ
であり、プレス成型時の減肉により最小板厚は０．５ｍ
ｍになっている。そして、この被験材Ｔは試験時間８
００時間で最大腐食深さが０．５ｍｍに達し、最小板厚
部が貫通した。

【００４７】被験材Ｔは、犠牲腐食層厚さ２０μｍ、
ＴＴ＝０．１ｍｍ（犠牲腐食層厚さ含む）、のアルミニ
ウム材にて形成したチューブであり、被験材Ｔは、犠
牲腐食層厚さ４０μｍ、ＴＴ＝０．２５ｍｍ（犠牲腐食
層厚さ含む）、のアルミニウム材にて形成したチューブ
である。被験材Ｔおよびは、試験時間８００時間で
の最大腐食深さは０．０５ｍｍであるため貫通しておら
ず、現在多用されている被験材Ｔと同等以上の耐食性
を有することが確認された。

【００４８】以上により、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍ
で、かつ０．１≦ＴＴ≦０．３５ｍｍとすることによ
り、耐圧強度や耐食性を確保しつつ、高い伝熱量を得る
ことができる。また、特に、ＴＴ≦０．３０ｍｍとする
ことにより、さらに高い伝熱量を得ることができる。

【００４９】チューブ高さＴＨの検討。図８、９は、
チューブ高さＴＨと伝熱量（Ｗ）の関係を示すものであ
る。まず、図８は、チューブ板厚ＴＴ＝０．２５ｍｍ、
フィンピッチＦＰ＝３．０ｍｍ、コア部厚みＤ＝４０ｍ
ｍに固定し、フィン高さＦＨを４〜１０ｍｍの範囲で５
種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したものである。

【００５０】図８から理解されるように、フィン高さＦ
Ｈが、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍの場合、チューブ高さ
ＴＨが、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍの範囲のとき、伝熱
量が大になり、さらに１．５≦ＴＨ≦２．５ｍｍの範囲
のとき、伝熱量が一層増加することが判明した。

【００５１】図９は、フィン高さＦＨ＝６ｍｍ、フィン
ピッチＦＰ＝３．０ｍｍ、コア部厚みＤ＝４０ｍｍに固
定し、チューブ板厚ＴＴを０．１〜０．４ｍｍの範囲で
７種類設定して伝熱量（Ｗ）を算出したものである。図
９から理解されるように、チューブ板厚ＴＴが、０．１
≦ＴＴ≦０．３５ｍｍの場合、チューブ高さＴＨが、
１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍの範囲のとき、伝熱量が大に
なり、さらに１．５≦ＴＨ≦２．５ｍｍの範囲のとき、
伝熱量が一層増加することが判明した。

【００５２】また、フィン高さＦＨを、４．０≦ＦＨ≦
７．５ｍｍとし、チューブ板厚ＴＴを、０．１≦ＴＴ≦
０．３５ｍｍとし、さらにチューブ高さＴＨを、１．５
≦ＴＨ≦３．０ｍｍとすることにより、伝熱量を最大に
することができる。

【００５３】なお、図８、９において、０．１≦ＴＴ≦
０．３５ｍｍの範囲では、冷媒通路での圧力損失の増加
を抑制しつつ、空気側伝熱面積を十分確保することがで
き、その結果高い伝熱量を得ることができる。一方、Ｔ
Ｈ＜１．５ｍｍで伝熱量が低下しているのは、チューブ
内の冷媒通路の断面積が減少し、冷媒通路での圧力損失
が増加するためであり、一方、ＴＨ＞３．０ｍｍで伝熱
量が低下しているのは、空気側伝熱面積の減少によるも
のである。

【００５４】（第２実施形態）上記実施形態では、１枚
のアルミニウム製薄板材を中央部で折り曲げて形成した
チューブ２〜５を用いたが、第２実施形態では、多数の
冷媒通路穴をアルミニウムの押し出し加工で成形した押
し出し多穴偏平チューブ３０を用いている。

【００５５】図１１に示すように、多穴偏平チューブ３
０のチューブ外層部３１内には、断面偏平方向に多数の
冷媒通路３２が並列に形成され、この多数の冷媒通路３
２相互は多数の支柱３３によって仕切られている。そし
て、上記実施形態と同様に、チューブ３０を多数積層
し、チューブ３０間にアルミニウム製のコルゲートフィ
ンを介在させるようになっている。なお、本実施形態の
チューブ３０では、インナーフィン２０は用いない。

【００５６】次に、上記多穴偏平チューブ３０を用いた
冷媒蒸発器において、チューブ３０の強度と伝熱量
（Ｗ）をコンピュータシミュレーションにて検討した結
果を説明する。

【００５７】チューブ３０の強度の検討。

【００５８】図１２は支柱３３間の距離Ｌとチューブ３
０に発生する最大応力σとの関係を表したものである。
シミュレーションの条件として、フィン高さＦＨ＝１．
７ｍｍ、支柱３３の板厚Ｘ＝０．２ｍｍ、内圧は実車で
の最高負荷圧１０ｋｇ／ｃｍ ²とした。

【００５９】ここで、本実施形態で用いるチューブ３０
は、アルミニウム押し出し材（例えばＡ１０００番系
の、０．４５ｗｔ％Ｃｕ、０．１５ｗｔ％Ｍｎのアルミ
ニウム合金）にて押し出し加工で成形した後、チューブ
外層部３１の外層表面に例えば亜鉛溶射を施して犠牲腐
食層を設けた高耐食性チューブである。この場合、亜鉛
拡散深さは０．０６〜０．０７ｍｍ程度であり、実使用
上の腐食深さに対して十分な値である。そして、所定の
耐用年数使用による腐食代を０．０７ｍｍとし、シミュ
レーションでは、チューブの初期板厚ＴＴ０．１〜０．
３５ｍｍからこの腐食代０．０７ｍｍを引いた値、すな
わち、０．０３〜０．２８ｍｍの範囲で４種類設定して
検討した。

【００６０】図１２に示すように、アルミニウム押し出
し材の引張強さは約９０ＭＰａであるため、チューブの
初期板厚ＴＴ＝０．１〜０．３５ｍｍの範囲において、
所定の耐用年数使用後の耐圧強度を確保するためには、
支柱間距離Ｌを、Ｌ≦１．６ｍｍとする必要がある。

【００６１】図１３は支柱３３の板厚Ｘとチューブ３０
に発生する最大応力σとの関係を表したものである。シ
ミュレーションの条件として、フィン高さＦＨ＝１．７
ｍｍ、チューブ板厚ＴＴ＝０．３５ｍｍ、支柱間距離Ｌ
＝１．２ｍｍ、内圧はＪＩＳで定められているＲ１３４
ａを用いた内圧容器の破壊圧である２７ｋｇ／ｃｍ²と
した。この検討の結果、図１３から明らかなように、初
期の破壊強度を確保するためには、支柱板厚Ｘを、Ｘ≧
０．０５ｍｍとする必要がある。

【００６２】伝熱性能の検討。

【００６３】図１４は、支柱間距離Ｌと伝熱量との関係
を表したものである。シミュレーション条件は、コア部
高さＨ＝２１５ｍｍ、コア部幅Ｗ＝３００ｍｍ、フィン
板厚ＦＴ＝０．０７ｍｍ、パス数＝４、チューブ高さＴ
Ｈ＝１．７ｍｍ、フィンピッチＦＰ＝３．０ｍｍ、コア
部厚みＤ＝４０ｍｍ、支柱板厚Ｘ＝０．２ｍｍとし、チ
ューブ板厚ＴＴを０．１ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲で４
種類設定して検討した。

【００６４】また、コア部に流入する空気については、
その温度、湿度および風量を一定とした。一方、冷媒に
ついては、冷媒入口での温度および圧力を一定とし、冷
媒出口での温度および圧力も一定とした。さらに、冷媒
蒸発器の場合、凝縮水がコルゲートフィンに付着するこ
とによる熱伝達率への影響が大きいため、その凝縮水の
熱伝達率への影響を考慮して伝熱量を算出した。

【００６５】図１４に示すように、支柱間距離Ｌが０．
８ｍｍ以下になると急に伝熱量が低下している。これ
は、支柱間距離Ｌが短くなることで支柱３３の数が増
え、冷媒通路の断面積が減少し、管内冷媒圧損が増大す
るためである。従って、高い伝熱性能を得るためには、
支柱間距離Ｌは、Ｌ≧０．８ｍｍとするのが望ましい。

【００６６】以上の検討により、多穴チューブ３０を用
いる冷媒蒸発器においては、支柱間距離Ｌを、０．８ｍ
ｍ≦Ｌとし、チューブ板厚ＴＴを、０．１≦ＴＴ≦０．
３５ｍｍとし、チューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦
３．０ｍｍとすることにより、冷媒通路の圧力損失が小
さく、かつ空気側伝熱面積が大きくなり、高い伝熱性能
を得ることができる。しかも、支柱板厚Ｘを、Ｘ≧０．
０５ｍｍとし、支柱間距離Ｌを、Ｌ≦１．６ｍｍとする
ことにより、チューブ３０の耐圧強度を確保することが
できる。すなわち、多穴チューブ３０を用いた冷媒蒸発
器において、耐圧強度と伝熱性能を両立させることがで
きる。

【００６７】また、フィン高さＦＨを、４．０≦ＦＨ≦
７．５ｍｍに設定することにより、凝縮水の付着による
熱伝達率の低下を抑制しつつ、フィン効率を高くするこ
とができ、高い伝熱性能を得ることができる。

【００６８】ところで、冷媒蒸発器においては、冷媒通
路断面積が小さくなると圧力損失が増大するが、冷媒流
速が高くなるため管内側の熱伝達率が上昇する。しか
し、その反面、ある点にて圧力損失増大による伝熱量減
少分が、熱伝達率上昇による伝熱量増加分を上回ると、
伝熱量が低下する。そして、図１に示す冷媒蒸発器１の
ごとくチューブ２〜５内の冷媒通路を空気流れ方向Ａに
２列有するものは、冷媒通路を空気流れ方向Ａに１列有
するものと比較すると、冷媒流速は約２倍になり、上記
した圧力損失増大と熱伝達率上昇の影響で、伝熱量のピ
ークが顕著に現れやすい。従って、上記のような各種寸
法の最適化による効果は、冷媒通路を空気流れ方向Ａに
複数列有する冷媒蒸発器において顕著に現れやすい。

【００６９】また、図３よりコア部厚さＤ≦５０ｍｍに
おいて、その各種寸法の最適化効果は特に顕著である。

【００７０】また、上記したように、本発明によれば高
い伝熱量を得ることができるので、従来と同じ伝熱量を
得る場合には、冷媒蒸発器を従来よりも小型軽量にする
ことができる。

【００７１】（他の実施形態）上記実施形態では、チュ
ーブ２〜５、３０とタンク部８〜１３が、別々に形成さ
れた後接合されるものを示したが、本発明は、プレス成
形した一対のアルミニウム製プレートを接合して、その
一対のプレート内に冷媒通路とタンク部をともに形成
し、その接合した一対のプレートを多数積層したタイプ
の冷媒蒸発器にも適用可能である。

【００７２】また、上記実施形態では、チューブを空気
流れ方向に２列設けたが、チューブを空気流れ方向に１
列あるいは３列以上設けた冷媒蒸発器にも、本発明は適
用可能である。さらに、本発明は、上記実施形態で示し
た４パスの冷媒蒸発器１に限定されるものではなく、パ
ス数を種々変更した冷媒蒸発器に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による冷媒蒸発器の概略
斜視図である。

【図２】図１のチューブとコルゲートフィンの拡大斜視
図である。

【図３】コア部厚みおよびフィン高さと伝熱量との関係
を示す特性図である。

【図４】フィンピッチおよびフィン高さと伝熱量との関
係を示す特性図である。

【図５】チューブ高さおよびフィン高さと伝熱量との関
係を示す特性図である。

【図６】チューブ板厚およびフィン高さと伝熱量との関
係を示す特性図である。

【図７】フィン高さおよびチューブ板厚と伝熱量との関
係を示す特性図である。

【図８】フィン高さおよびチューブ高さと伝熱量との関
係を示す特性図である。

【図９】チューブ板厚およびチューブ高さと伝熱量との
関係を示す特性図である。

【図１０】素材の異なるチューブの腐食加速試験の結果
を示す図である。

【図１１】本発明の第２実施形態による冷媒蒸発器の要
部の斜視図である。

【図１２】チューブ板厚および支柱間距離とチューブの
応力との関係を示す特性図である。

【図１３】支柱板厚Ｘとチューブの応力との関係を示す
特性図である。

【図１４】チューブ板厚および支柱間距離と伝熱量との
関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１…冷媒蒸発器、２〜５、３０…チューブ、１９…コル
ゲートフィン。

フロントページの続き (72)発明者長澤聡也愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内 (72)発明者鳥越栄一愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に冷媒通路を有するアルミニウム製
のチューブ（２〜５、３０）を多数積層し、前記チュー
ブ（２〜５、３０）間を通る空気との伝熱面積を増加さ
せるアルミニウム製のコルゲートフィン（１９）を前記
チューブ（２〜５、３０）間に介在させた冷媒蒸発器に
おいて、前記チューブ（２〜５、３０）の板厚ＴＴを、０．１≦
ＴＴ≦０．３５ｍｍに設定し、前記チューブ（２〜５、３０）の積層方向の寸法である
チューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍに設定
したことを特徴とする冷媒蒸発器。
【請求項２】内部に冷媒通路を有するアルミニウム製
のチューブ（２〜５、３０）を多数積層し、前記チュー
ブ（２〜５、３０）間を通る空気との伝熱面積を増加さ
せるアルミニウム製のコルゲートフィン（１９）を前記
チューブ（２〜５、３０）間に介在させた冷媒蒸発器に
おいて、前記コルゲートフィン（１９）における前記チューブ
（２〜５、３０）の積層方向の寸法であるフィン高さＦ
Ｈを、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍに設定したことを特徴
とする冷媒蒸発器。
【請求項３】前記チューブ（２〜５、３０）の板厚Ｔ
Ｔを、０．１≦ＴＴ≦０．３５ｍｍに設定したことを特
徴とする請求項２に記載の冷媒蒸発器。
【請求項４】前記チューブ（２〜５、３０）の積層方
向の寸法であるチューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦
３．０ｍｍに設定したことを特徴とする請求項２に記載
の冷媒蒸発器。
【請求項５】前記チューブ（２〜５、３０）の板厚Ｔ
Ｔを、０．１≦ＴＴ≦０．３５ｍｍに設定し、前記チューブ（２〜５、３０）の積層方向の寸法である
チューブ高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍに設定
したことを特徴とする請求項２に記載の冷媒蒸発器。
【請求項６】内部に冷媒通路（３２）を形成する断面
偏平のチューブ外層部（３１）と、前記冷媒通路（３
２）を分割する多数の支柱（３３）とを有するアルミニ
ウム製の多穴チューブ（３０）を備え、このチューブ（３０）を多数積層し、前記チューブ（３
０）間を通る空気との伝熱面積を増加させるアルミニウ
ム製のコルゲートフィン（１９）を前記チューブ（３
０）間に介在させた冷媒蒸発器において、前記チューブ外層部（３１）の板厚ＴＴを、０．１≦Ｔ
Ｔ≦０．３５ｍｍに設定し、前記チューブ（３０）の積層方向の寸法であるチューブ
高さＴＨを、１．５≦ＴＨ≦３．０ｍｍに設定し、前記支柱の板厚Ｘを、Ｘ≧０．０５ｍｍに設定し、前記支柱（３３）間の距離Ｌを、０．８≦Ｌ≦１．６ｍ
ｍに設定したことを特徴とする冷媒蒸発器。
【請求項７】前記コルゲートフィン（１９）における
前記チューブ（３０）の積層方向の寸法であるフィン高
さＦＨを、４．０≦ＦＨ≦７．５ｍｍに設定したことを
特徴とする請求項６に記載の冷媒蒸発器。
【請求項８】前記チューブ（２〜５、３０）を、外周
面に犠牲腐食層を有するアルミニウム材にて形成したこ
とを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載
の冷媒蒸発器。
【請求項９】前記チューブ（２〜５、３０）を、空気
流れ方向に複数列設けたことを特徴とする請求項１ない
し８のいずれか１つに記載の冷媒蒸発器。
【請求項１０】前記チューブ（２〜５、３０）および
コルゲートフィン（１９）で構成されるコア部（Ｘ，
Ｙ）の厚さＤを、Ｄ≦５０ｍｍに設定したことを特徴と
する請求項９に記載の冷媒蒸発器。