JP2013212764A - 蓄冷機能付きエバポレータの蓄冷ケース - Google Patents

Abstract

【課題】インナーフィンが内部に配置された蓄冷ケースに、短時間に蓄冷材を充填できるようにした蓄冷ケースを提供する。
【解決手段】冷媒管（１０）と、インナーフィン（３）を内部に搭載した蓄冷ケース（２）と、空気側フィン（２０）を具備する蓄冷機能付きエバポレータであって、前記蓄冷ケース（２）には、蓄冷材を充填するための充填口（５）と、充填する際に、該充填口（５）から充填された蓄冷材が鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる鉛直方向流路（Ｖ）と、水平方向に蓄冷材が移動する水平方向流路（Ｈ）とが、内部に設置されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、蓄冷材が充填された蓄冷ケースを、冷媒チューブ間に挟む蓄冷機能付きエバポレータにおいて、インナーフィンが内部に配置された蓄冷ケースに関する。

近年、信号待ち等の車両停止中にエンジンを停止することで、燃費の向上を図るアイドルストップ車が増加してきている。車両停車中（エンジン停止中）に空調用コンプレッサが停止することで、空調の快適性を損なったり、逆に、空調感を維持するために、車両停止中においても、エンジンを再起動させてしまうような場合が発生している。そこで、エンジン停止中においても空調感を維持するため、冷凍サイクル装置のエバポレータに蓄冷機能を持たせることで車両走行中に冷熱を蓄え、この冷気を車両停止中に用いる蓄冷機能付きエバポレータが、従来から提案されてきている。

このような蓄冷機能付きエバポレータは、空調用コンプレッサの運転中に蓄冷ケース内の蓄冷材が凝固することで、冷気を蓄冷材に溜める一方、アイドルストップ中には、逆に固体蓄冷材が融解しながら冷気を空気中に放出することで、蓄冷材が完全に融解するまでは吸込み空気の温度変化が抑え、空調感を維持するものである。蓄冷材を充填した蓄冷ケースを冷媒チューブ間に挟む構造の場合、蓄冷ケース外壁面から、ケース内部中央の蓄冷材のまで熱伝導に時間がかかるため、熱伝導時間を短縮する目的で蓄冷ケース内にインナーフィンが搭載されていることが多い。

熱伝導時間を短縮する目的で蓄冷ケース内にインナーフィンを配置した場合、蓄冷放冷性能が向上するが、特許文献１の図５、６に見られるように、インナーフィンの端部やコルゲート状の山部などが、蓄冷ケース内面と密着したりして、蓄冷材の充填時、蓄冷材の流れの流路を確保できないため、充填に時間がかかるという課題が生じていた。

特開２０１１−１２９４７号公報

本発明は、上記問題に鑑み、蓄冷機能付きエバポレータにおける、インナーフィンが内部に配置された蓄冷ケースに、短時間に蓄冷材を充填できるようにした蓄冷ケースを提供するものである。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、冷媒管（１０）と、インナーフィン（３）を内部に搭載した蓄冷ケース（２）と、空気側フィン（２０）を具備する蓄冷機能付きエバポレータであって、前記蓄冷ケース（２）には、蓄冷材を充填するための充填口（５）が設置され、充填する際に、該充填口（５）から充填された蓄冷材が鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる鉛直方向流路（Ｖ）と、水平方向に蓄冷材が移動する水平方向流路（Ｈ）とが、内部に設置されている蓄冷機能付きエバポレータである。

なお、上記に付した符号は、後述する実施形態に記載の具体的実施態様との対応関係を示す一例である。

本発明の第１〜６実施形態の蓄冷機能付きエバポレータの全体構成を示す概略図である。 本発明の第１実施形態の平面断面図である。 本発明の第１実施形態の正面図である。 本発明の第１実施形態の蓄冷材の充填時の説明図である。 本発明の第２実施形態の説明図である。 本発明の第３実施形態の説明図である。 本発明の第４実施形態の説明図である。 本発明の第４実施形態の蓄冷材の充填時の説明図である。 本発明の第４実施形態のインナーフィンの斜視図である。 本発明の第４実施形態のインナーフィンに設けた通過穴の一例である。 本発明の第４実施形態のインナーフィンのフィンピッチの説明図である。 本発明の第５実施形態のインナーフィンから蓄冷材への熱伝導の説明図である。 本発明の第６実施形態のインナーフィンの斜視図である。 本発明の第６実施形態の正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。
（第１実施形態）
車両用空調装置を構成する冷凍サイクル装置においては、圧縮機、凝縮器（コンデンサ）、減圧器、及び、蒸発器（エバポレータ）４０を有する。蒸発器４０は、一例として、二層に配置された第１熱交換部４８と第２熱交換部４９とを有する。そして、第２熱交換部４９が空気流れ上流側に配置され、第１熱交換部４８が空気流れ下流側に配置されている。本実施形態は、このような二層配置に限定されることなく、一層構造であってもよく、広く車両用の蓄冷機能付きエバポレータに適用可能である。

冷媒通路部材は、組をなして位置づけられた第１〜第４ヘッダ４１〜４４と、それらヘッダ４１〜４４の間を連結する複数の冷媒管１０によって構成されている。第１ヘッダ４１と第２ヘッダ４２とは、組をなしており、互いに所定距離れて平行に配置されている。第３ヘッダ４３と第４ヘッダ４４も組をなしており、互いに所定距離れて平行に配置されている。第１ヘッダ４１と第２ヘッダ４２との間には、複数の冷媒管１０が等間隔に配列されている。各冷媒管１０は、その端部において対応するヘッダ４１、４２内に連通している。これら第１ヘッダ４１と、第２ヘッダ４２と、それらの間に配置された複数の冷媒管１０によって第１熱交換部４８が形成されている。

第３ヘッダ４３と第４ヘッダ４４との間には、複数の冷媒管１０が等間隔に配列されている。各冷媒管１０は、その端部において対応するヘッダ４３、４４内に連通している。これら第３ヘッダ４３と、第４ヘッダ４４と、それらの間に配置された複数の冷媒管１０によって第２熱交換部４９が形成されている。

冷媒管１０は、扁平状に形成され、内部に冷媒通路を有する管である。プレス、打ち抜きなどの板金加工により形成されている。この冷媒管１０は、押出成形によっても得ることができる。複数の冷媒通路は、冷媒管１０の長手方向（図１のＺ軸方向）に沿って延びており、冷媒管１０の両端で開口している。複数の冷媒管１０は、列をなして並べられている。各列において、複数の冷媒管１０は、その扁平面が対向するように配置されている。

蒸発器４０には、空気側フィン２０は、隣接する２つの冷媒管１０の間に区画された空気通路に配置されている。空気側フィン２０は、ろう材によって、隣接する２つの冷媒管１０に接合されている。空気側フィン２０は、薄いアルミニウム等の金属板を、３〜４ｍｍピッチ程度で波状に曲げることにより形成されている。空気側フィン２０の通風方向は、図１でＹ軸方向である。

エバポレータ４０は、複数の蓄冷体１を有している蓄冷機能つきエバポレータである。蓄冷体１は、アルミニウム等の金属で、扁平な筒状に形成された蓄冷ケース２から形成されており、内部に蓄冷材（パラフィン系など）を収容する。蓄冷体１は、広い扁平面を両面に有し、それぞれが冷媒管１０と平行に配置されている。蓄冷ケース２の冷媒管１０との接合側には、図２Ｂに示すような凸部４が突出している。これは、蓄冷時に発生する凝縮水又は氷を排出しやすくするように、傾斜形状に形成されている。

このような蓄冷機能付きエバポレータは、空調用コンプレッサの運転中に蓄冷ケース２内の蓄冷材が凝固することで冷気を蓄冷材に溜め、アイドルストップ中には逆に固体蓄冷材が融解しながら冷気を空気中に放出することで、蓄冷材が完全に融解するまでは吸込み空気の温度変化が抑えられ、空調感を維持することができるものである。

蓄冷材を充填した蓄冷ケース２を、冷媒管１０の間に挟むようにした本実施形態の場合、蓄冷ケース面から蓄冷材までの熱移動距離は、冷媒管相互の間隔の１／２近くになるため蓄冷に時間がかかる。そこで、本実施形態では、熱移動距離を縮小する目的で、蓄冷ケース２内にインナーフィン３を搭載している。インナーフィン３を蓄冷ケース２内に配置した場合、蓄冷放冷性能が向上するが、インナーフィン３の端部などが蓄冷ケース内面とろう付け接合される。このため、蓄冷材の充填時、蓄冷材の流れの流路を確保できないため、充填に時間がかかることがあった。

このような問題を解決するため、蓄冷ケース２には、蓄冷材を充填するための充填口５と、充填する際に、充填口５から充填された蓄冷材が鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる鉛直方向流路Ｖと、水平方向に蓄冷材が移動する水平方向流路Ｈとが、内部に設置されている。通常、蓄冷ケース２の長手方向は、図２Ｂに見られるように、Ｚ軸方向である。そこで、充填時には、図３に見られるように、９０度回転してから蓄冷材を鉛直方向に向けて、重力で垂下するように充填する。もちろん、後述する第２実施形態の図４のように、長手方向に立てて充填しても良い。第１実施形態では、図３に示すように、充填時、すなわち図３の９０度回転後に、充填口５から充填された蓄冷材が鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる鉛直方向流路Ｖが設けられている。鉛直方向流路Ｖがバッファとして、一旦蓄冷材を溜め、インナーフィン３の山形状に沿って水平方向に流れてゆく。これにより、従来と比較して約半分程度の充填時間で、効率よく充填を済ませることができる。

水平方向流路Ｈは、コルゲート状に折り曲げられたインナーフィン３の隣り合う山形状３−１と山形状３−１との谷部３−２によって形成されて、充填された蓄冷材が水平方向に流れるようにしている。インナーフィン３の山形状３−１の頂点が連なる線（以下、山方向という）を、蓄冷ケース２の長手方向（Ｚ軸方向）と平行に配置することで、充填時、蓄冷材がインナーフィン３の山形状に沿って流れる。第１実施形態においては、充填口５の蓄冷材の充填方向が、空気側フィンの通風方向（Ｙ軸方向）に設置されている。この場合には、ヘッダー４１、４３と４２、４４との間の距離（Ｚ軸方向）を短縮することができる。蓄冷ケース２の充填口５（流入口）の流れ方向とインナーフィン３の山方向は直角になっている。なお、インナーフィン３の端部と充填口５の間に一定の隙間を設けることがのぞましい。

以上述べたように、充填口５の方向とそれに繋がる鉛直方向流路Ｖと、インナーフィン３の山方向が、直角になっていることで、充填口からの蓄冷材が、短時間で蓄冷ケース２内部に充填することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、図４のように、長手方向に立てて充填できるように鉛直方向流路ＶがＺ軸方向に設けられている。充填時、充填口５から充填された蓄冷材が、鉛直方向流路Ｖを通って、鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる。水平方向流路Ｈ（Ｙ軸方向）は、コルゲート状に折り曲げられたインナーフィン３の隣り合う山形状３−１と山形状３−１との谷間３−２によって形成されて、充填された蓄冷材が水平方向に流れるようにしている。本実施形態において、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第３実施形態）
図５を参照して、第３実施形態を説明する。第３実施形態では、図５のように、インナーフィン３の端部（図５では下端部）と蓄冷ケース２の底部との間にスペースを形成するとともに、蓄冷材が蓄冷ケース２の底部に沿って水平方向に移動できるようにした流路保持突起６、６’を、少なくとも１個、蓄冷ケース２の底部に設置したものである。ここで蓄冷ケース底部とは、充填時に鉛直方向下になるケース側面のことである。流路保持突起６、６’は必ずしも２個設ける必要はない。インナーフィン３が、ろう付けなどの固定手段により、蓄冷ケース２に固定されるので、１個でも良く、適宜設定すれば良い。インナーフィン３の山数が多く、長手方向に長い場合には、複数の流路保持突起を設けると良い。流路保持突起の図５のＺ軸方向の巾（長手側方向）は搭載するインナーフィンピッチｆｐ以上の大きさを有するようにする。また、流路保持突起６を、充填口５から最も遠い蓄冷ケース２の底部に配置すれば、充填された蓄冷材が水平方向に流れることを阻害しない。

図５の断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂに見られるように、流路保持突起６、６’が、水平方向流路Ｈを閉鎖しないように、幅の片側だけに設置されている。第３実施形態の場合には、インナーフィン３の山方向が、鉛直方向流路Ｖと平行な場合にあっても、水平方向流路Ｈを確保することができる。もちろん、図３のように、鉛直方向流路Ｖとインナーフィン３の山方向とが、直角になっている場合であっても、第３実施形態に含まれる。

（第４実施形態）
図６Ａ、６Ｂ、図７〜１０を参照して、第４、５実施形態を説明する。第４実施形態の場合は、インナーフィン３の山方向が、鉛直方向流路Ｖと平行な場合である。この場合には、インナーフィン３の山方向に遮られて、水平方向流路Ｈが確保できない。このような場合には、図７に見られるように、インナーフィンの側面３−３に複数の通過穴７を設置して、図６Ｂのように、充填された蓄冷材が、鉛直方向流路Ｖから水平方向流路Ｈに移動させることができる。本実施形態において、第１実施形態と同様の効果が得られる。

（第５実施形態）
通過穴７は、円や正方形に限らず、一例として、図８のような楕円や長方形が挙げられる。この場合の穴の大きさの最小値はｂ、ｃである。インナーフィン３に蓄冷材が流通できる穴を開けた場合、伝熱性能に悪影響を与える懸念が生じる。しかしながら、通過穴の大きさの最小値ｂ、ｃが、図９に示すインナーフィンピッチｆｐの半分以下であれば、伝熱性能に何ら悪影響を与えない。インナーフィンピッチｆｐとは、コルゲート状に折り曲げられたインナーフィン３の隣り合う山形状３−１と山形状３−１との距離である。図９のように、インナーフィンの側面３−３が平行に設定されている場合ならば、繰り返し単位の側面３−３間の距離を、インナーフィンピッチｆｐとしても良い。

インナーフィンピッチｆｐの半分以下であれば、伝熱性能に何ら悪影響を与えない理由を、図１０を用いて以下説明する。蓄冷するときの伝熱流れは、蓄冷ケース２からインナーフィン３を通って蓄冷材の順に流れる。蓄冷材は、インナーフィン３の谷部３−２の中央部Ｏ１（谷部の中心線上）が、図１０の左右のインナーフィンの側面３−３から、最後に伝熱される場所となる。伝熱速度をαとして、点Ｏ２から点Ｏ１の伝熱距離（１／４）ｆｐを伝熱する時間Ｔと、通過穴７を点Ｏ４から点Ｏ３の伝熱距離ｂ／２を伝熱する時間ｔとを比較して、Ｔ≧ｔならば、伝熱性能に何ら悪影響を与えない。なぜならば、点Ｏ２から点Ｏ１熱伝熱したときには、既に、点Ｏ４から点Ｏ３への伝熱が終了していることになるからである。Ｔ＝（１／４×ｆｐ）／α、ｔ＝（ｂ／２）／αであるから、ｂ≦（１／２）ｆｐとなる。したがって、通過穴７の大きさの最小値ｂ、ｃが、インナーフィンピッチｆｐの半分以下であれば、伝熱性能に何ら悪影響を与えないことが分かる。

通過穴７の大きさを（１／２）ｆｐ以下にすることで、通過穴が蓄冷時間に悪影響することなく、通過穴７により蓄冷材の充填流れの流路を確保して、蓄冷材の充填時間を短縮することができる。

（第６実施形態）
第６実施形態の場合は、図１１Ｂに見られるように、インナーフィンの側面３−３に複数の通過穴７を設置して、各列の側面に千鳥状に設置している。このようにすれば、第４実施形態と同様に、充填された蓄冷材が、鉛直方向流路Ｖから水平方向流路Ｈに移動させることができる。通過穴７の大きさについては、第５実施形態と同じ式が成立する。本実施形態において、第４実施形態と同様の効果が得られる。

２ 蓄冷ケース
３ インナーフィン
５ 充填口
１０ 冷媒管
２０ 空気側フィン

Claims (7)

1. 冷媒管（１０）と、インナーフィン（３）を内部に搭載した蓄冷ケース（２）と、空気側フィン（２０）を具備する蓄冷機能付きエバポレータであって、
   前記蓄冷ケース（２）には、蓄冷材を充填するための充填口（５）が設置され、充填する際に、該充填口（５）から充填された蓄冷材が鉛直方向に一直線に蓄冷ケースの底部にまで流れる鉛直方向流路（Ｖ）と、水平方向に蓄冷材が移動する水平方向流路（Ｈ）とが、内部に設置されている蓄冷機能付きエバポレータ。
2. 水平方向流路が、インナーフィンに設けられたことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
3. 前記水平方向流路が、コルゲート状に折り曲げられたインナーフィンの隣り合う山形状（３−１）と山形状（３−１）との谷間（３−２）によって形成されて、充填された蓄冷材が水平方向に流れることを特徴とする請求項２に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
4. 前記水平方向流路が、インナーフィンの側面（３−３）に設けられた複数の通過穴（７）によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
5. 前記通過穴の大きさの最小値（ｂ、ｃ）が、インナーフィンピッチ（ｆｐ）の半分以下であることを特徴とする請求項４に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
6. 前記インナーフィン端部と、充填時の蓄冷ケース底部との間にスペースを形成するとともに、前記蓄冷材が前記蓄冷ケース底部に沿って水平方向に移動できるようにした流路保持突起（６、６’）を、少なくとも１個、前記蓄冷ケース底部に設置したことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
7. 前記充填口の前記蓄冷材の充填方向が、前記空気側フィンの通風方向（Ｙ）であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

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