JP2014148181A - 蓄冷熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄冷器チューブの端部に複雑な加工を必要とせず、かつ蓄冷器チューブとタンクとの位置決めを簡単な構造で可能にした蓄冷熱交換器を提供する。
【解決手段】エバポレータ２と蓄冷材を内蔵する蓄冷器３とを備え、エバポレータ２を流れる冷媒が蓄冷器３へ循環可能にした蓄冷熱交換器１において、蓄冷器チューブ３を、冷媒循環部２１と蓄冷材充填部２２からなる多穴管とし、タンク１０に配置した冷媒タンク１１と蓄冷材タンク１２とを上下に仕切る中央プレート１５の一部に膨出部１６を設け、蓄冷器チューブ２０内に配置した冷媒循環部２１と蓄冷材充填部２２とが、冷媒タンク１１と蓄冷材タンク１２のそれぞれに連通する様に、蓄冷器チューブ２０と膨出部１６に設けた連通穴１７とを嵌合させた。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒で冷却可能な蓄冷材を備え、冷凍サイクル停止時にその蓄冷材の冷熱を利用して冷房可能な蓄冷熱交換器に関する。

車両の一部には、信号待ちなどの車両の一旦停止時にエンジンを一停止することで燃費の向上を図る、いわゆるアイドル・ストップ機能が設けられたものがある。

このような車両にあっては、空調装置を作動していると、アイドル・ストップ機能によりエンジンが一時停止することから、エンジンの動力により駆動されている空調システムの圧縮機の駆動も停止する。そうすると、そのシステムで使用されている冷媒の循環も停止し、冷房能力が発揮されなくなる。

そこで、このエンジンの一時停止中であっても冷気を車室内に供給可能にするため、蓄冷材を備えてこの蓄冷材と冷媒との間で熱交換可能にして蓄冷材に冷熱を蓄えておき、アイドル・ストップ時の蓄冷材の冷熱を冷房に利用するようにした蓄冷熱交換器が用いられる。このような従来の蓄冷熱交換器としては、特許文献１に記載のものが知られている。

この特許文献１の従来の蓄冷熱交換器は、並列配置されて冷凍剤を案内する多数のフラット・パイプと、これらフラット・パイプに接続されて、内部に冷熱貯蔵媒体（蓄冷材）が配置された少なくとも１つの冷熱貯蔵器と、を有する蓄冷器を備えている。また、互いに並行配列された２つの領域を有するエバポレータを備えており、２つの領域のうち、第１の領域を従来一般のエバポレータで構成し、第２の領域内には冷熱貯蔵器を内蔵させて、この領域が冷凍剤流の少なくとも一部分により貫流可能とされている。この冷凍剤流は、第１の領域の少なくとも一部を貫流し、かつ第１および第２の領域が、少なくとも１つのオーバーフロー開口部によって互いに接続されている。

特表２００９−５２５９１１号公報

しかしながら、上記従来の蓄冷熱交換器には、第２の領域に配置された蓄冷器にあっては、上下方向に隣接して配置された冷媒タンクと蓄冷材タンクとのそれぞれに冷媒を案内するパイプと蓄冷材を案内するパイプとを連通させるため、２つのパイプの両端部がオフセットされた２重管構造としている。これらの２重管構造のパイプと２つのタンクとを組付ける際、その位置決めが困難であり、タンクに対するパイプの挿入代、つまりタンクの内部に突出したパイプの寸法にばらつきが出てしまうという問題があった。

タンクの内部に突出したパイプの寸法にばらつきがあると、特に冷媒が循環するタンクにおいては、タンクの長手方向に見て冷媒の流通抵抗がばらついてしまう。

上記課題を解決するために、本発明の目的は、蓄冷器内に冷媒を循環させる蓄冷熱交換器において、蓄冷器のチューブ端部の複雑な加工を必要とせず、かつ蓄冷器チューブとタンクとの位置決めを簡単な構造で可能にした蓄冷熱交換器を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の本発明による蓄冷熱交換器は、冷媒を気化するエバポレータと、該エバポレータに隣接して配置され蓄冷材を内蔵する蓄冷器と、を備え、エバポレータを流れる冷媒が蓄冷器へ循環可能にした蓄冷熱交換器において、蓄冷器は、冷媒側プレートと、蓄冷材側プレートと、中央プレートとにより形成される冷媒タンクと蓄冷材タンクからなる少なくとも１つのタンクと冷媒循環部と蓄冷材充填部との複数の流路を有する蓄冷器チューブと、を備え、中央プレートは、少なくとも一部が膨出した膨出部を有し、該膨出部には、蓄冷器チューブの一部の流路と、冷媒タンクと蓄冷材タンクのどちらか一方とを連通するための連通穴と、を有し、冷媒循環部と蓄冷材充填部との開口端部が、該蓄冷器チューブの長手方向と直交する同一平面内に配置されており、蓄冷器チューブの端部が、膨出部の一部にくい込む様に連通穴に嵌合され、蓄冷器チューブ内に配置された冷媒循環部と蓄冷材充填部とが、冷媒タンク、蓄冷材タンクのそれぞれに連通する事を特徴としている。この発明によれば、冷媒循環部と蓄冷材充填部との開口部のオフセットを必要としない為、蓄冷器チューブの端部に複雑な加工を必要とせず、かつ蓄冷器チューブを中央プレートと嵌合する構造にした為、タンクに対する蓄冷器チューブの位置および個々のチューブの開口端部同士の位置が安定し、タンクとチューブ内を満たしている流体、特に蓄冷器内を循環する冷媒の流通抵抗を均一にすることができる。

請求項２に記載の発明では、蓄冷器チューブは、内部に複数の流路を仕切る仕切壁を有し、仕切壁と膨出部の側壁部とが一致するように嵌合される事を特徴としている。この発明によれば、仕切壁と側壁部が一致する事で、蓄冷材と冷媒とが混ざり合う事なく蓄冷器を成形できる。

請求項３に記載の発明では、膨出部に蓄冷器チューブとタンクとの挿入位置を決める係止部を設けた事を特徴としている。この発明によれば、タンクと蓄冷器チューブとの位置を確実に決める事ができる。

請求項４に記載の発明では、冷媒タンクが蓄冷器の外方に配置され、蓄冷材タンクが蓄冷器の蓄冷器チューブ側に配置されるように形成され、蓄冷器チューブには、中央に冷媒循環部が配置され、両外側に蓄冷材充填部が配置され、冷媒循環部と蓄冷材充填部とが空調空気の流れ方向に直列に配置されている事を特徴としている。この発明によれば、冷媒の両側から効率良く蓄冷材との熱交換が可能であり、空調空気の流れ抵抗に大きな影響を与えることなく蓄冷器が形成できる。

請求項５に記載の発明では、蓄冷材側プレートと冷媒側プレートの少なくとも一方が器状の形状を有し、中央プレートと、蓄冷材側プレートと冷媒側プレートのもう一方とが、内側に嵌入されることにより冷媒タンクと蓄冷材タンクを形成することを特徴としている。この発明によれば、冷媒側プレートと蓄冷材側プレートの位置が固定される為、タンクの長手方向に見て、それぞれのタンクの容量をより均一に保つことができる。

請求項６に記載の発明では、器状に成形した蓄冷材側プレートと冷媒側プレートの少なくとも一方にタンクの内側に向けて凹んだ凹部を有しており、凹部は、蓄冷材側プレートと冷媒側プレートのもう一方とを内側に嵌入した際の嵌入位置を決める位置決めであることを特徴としている。この発明によれば、請求項４に記載の発明の効果に加え、中央プレートの位置も固定される為、それぞれのタンクの容量をさらに均一に保つことができる。また、中央プレートの位置が固定される事により、蓄冷チューブと中央プレートとの嵌合精度も向上できる。

請求項７に記載の発明では、タンクの長手方向の端部を封止するエンドプレートを有し、中央プレートは、タンクの長手方向の端部近傍に開口するエンドプレート用連通穴を有し、エンドプレートは、エンドプレート用連通穴と嵌合し、エンドプレートの縁と冷媒側プレートと蓄冷材側プレートとが接触するように、冷媒側プレートと蓄冷材側プレートとによりエンドプレートが挟持される事を特徴としている。この発明によれば、請求項５に記載の発明の効果と同等の効果を得る事ができる。

請求項８に記載の発明では、エンドプレートは、中央プレートと冷媒側プレートとの嵌合位置を決める、位置決め部を有していることを特徴としている。この発明によれば、請求項６に記載の発明の効果と同等の効果を得る事ができる。

本発明を適用した第１実施形態にかかる蓄冷熱交換器の全体を示す斜視図である。 第１実施形態の蓄冷器チューブの断面図である。 第１実施形態の蓄冷器のタンク周辺を示す拡大断面図である。 第１実施形態の蓄冷器のタンク周辺を示す拡大斜視図である。 第２実施形態の蓄冷器のタンクを示したものであり、（ａ）は組立て前の各プレートを示した斜視図、（ｂ）は組立て後の蓄冷器のタンクを示した斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ−Ａ断面の断面図である。 第３実施形態の蓄冷器のタンクの組立て工程を示したものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）の順に各プレートとエンドプレートとを組立てる。 他の実施形態の蓄冷器のタンク周辺の断面図である。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態としての蓄冷熱交換器１の全体の構成を示す斜視図である。蓄冷熱交換器１は、エンジンのアイドル・ストップ機能を備えた車両用の空調装置に用いられる。蓄冷熱交換器１は、エバポレータ２、および蓄冷器３を有する。

図１において、エバポレータ２は、空調システム内を循環する冷媒を蒸発させてその気化熱で車室に供給する空気を冷却するもので、周知の構成を有している。したがって、ここでは、その詳細な構造の説明および図示を省略する。

蓄冷器３は、エバポレータ２の車両後方側の位置、すなわち空調装置内の送風機からの送風を受ける際エバポレータ２の下流側の位置に、エバポレータ２と並列に配列された状態で、それらの長手方向が車両幅方向に沿う向きで空調装置内に搭載される。

蓄冷器３は、上下に配置された一対のタンク１０と、車両の幅方向に交互に積層された蓄冷器チューブ２０とフィン５から成るコア部４を有している。

図２に、蓄冷器チューブ２０の横断面を示す。蓄冷器チューブ２０は、エバポレータ２を流れる冷媒が循環する冷媒循環部２１と、冷媒が持つ冷熱を蓄える蓄冷材が充填される蓄冷材充填部２２から成る複数の流路を有する多穴管構造をしており、中央に冷媒循環部２１が、両外側に蓄冷材充填部２２がそれぞれ配置され、空調空気の流れ方向に直列に配置されている。

図３は、タンク１０と蓄冷器チューブ２０の連通構造を示す断面図であり、図４はその斜視図である。なお、図４は、後述する連通穴１７と係止部１８の説明の為に、紙面奥側の蓄冷器チューブ２０を省略している。タンク１０は、冷媒側プレート１３、蓄冷材側プレート１４、中央プレート１５から成る冷媒タンク１１、蓄冷材タンク１２を有し、冷媒タンク１１は蓄冷器３の外方、蓄冷材タンク１２は蓄冷器３のコア部４側に上下に配置されている。また、中央プレート１５には、その中央部分にコア部４側に膨出した膨出部１６が設けられている。

蓄冷器チューブ２０は、各々の流路の端部が流路の長手方向と直交する同一平面内に存在しているフラットな端部となっており、蓄冷器チューブ２０のすべての流路が蓄冷材側プレート１４を貫通するように嵌合し、冷媒循環部２１が膨出部１６に設けられた連通穴１７と嵌合するようにタンク１０に挿入される。この際、蓄冷器チューブ２０の挿入方向に対向するように設けられた係止部１８に蓄冷器チューブ２０が突き当たり、蓄冷器チューブ２０の挿入位置が決められ、膨出部１６の側壁と蓄冷器チューブ２０内部の流路を仕切る仕切壁２３とが一致する。この構造により、蓄冷器チューブ２０の両外側に設けられた蓄冷材充填部２２が蓄冷材タンク１２内に開口し、蓄冷器チューブ２０の中央に設けられた冷媒循環部２１が冷媒タンク１１内に開口する。

上記のように構成される蓄冷熱交換器１は、全部品がアルミニウムまたはアルミニウム合金製であり、ろう付けにより一体化される。また、冷媒としては、たとえばHFC-134aなどが用いられ、蓄冷材としてはたとえばパラフィンなどが用いられる。

次に、第1実施形態の蓄冷熱交換器１の作用について以下に説明する。エンジンの稼動中に乗員からの空調要求、特に冷房の要求があると、圧縮機はエンジンによって駆動され、冷媒を圧縮し凝縮器へ圧送する。凝縮器へ送り込まれた冷媒は、凝縮器を通過する走行風と熱交換し、冷却され、凝縮される。凝縮された冷媒は膨張弁によって減圧され、蓄冷熱交換器１に送られる。蓄冷熱交換器１に送られた冷媒は、エバポレータ２、蓄冷器３内を循環し、空調装置の内部に配置された送風機から送風された空気と熱交換する。その際、冷媒は空気の持つ熱を受けて蒸発し、その気化熱で空気が冷却される。また、その際に発生する冷熱の一部が蓄冷材に伝えられ、蓄冷材が冷熱を蓄える。

車両が一時停止すると、アイドル・ストップ機能によりエンジンが停止され、エンジンによって駆動されている圧縮機も停止される。その後、蓄冷器３に蓄えられた冷熱が放冷され、空気を冷却し、冷房を維持することができる。その後、再びエンジンが稼働し、圧縮機が作動すれば、アイドル・ストップ時に空気との熱交換で冷熱を失った蓄冷材も、再度冷却されて冷熱を貯留することで、次のアイドル・ストップに備える。

以上の説明から分かるように、第1実施形態の蓄冷熱交換器１にあっては、以下の効果を有する。すなわち、第1実施形態の蓄冷熱交換器１は、蓄冷器チューブ２０内の冷媒循環部２１と蓄冷材充填部２２との開口部のオフセットを必要としない為、蓄冷器チューブ２０の端部に複雑な加工を必要とせず、かつ蓄冷器チューブ２０を中央プレート１５と嵌合する構造にした為、タンク１０に対する蓄冷器チューブ２０の位置および個々のチューブの開口端部同士の位置が安定し、タンク１０と蓄冷器チューブ２０内を満たしている流体、特に蓄冷器３内を循環する冷媒の流通抵抗を均一にすることができる。また、蓄冷器チューブ２０の仕切壁２３と膨出部１６の側壁部とが一致する事で、蓄冷材と冷媒とが混ざり合う事無く、蓄冷器チューブ２０内の冷媒循環部２１と蓄冷材充填部２２とを冷媒タンク１１、蓄冷材タンク１２のそれぞれの内部に開口させることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る蓄冷熱交換器について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の第２実施形態としての蓄冷器３のタンク１０を示したものである。（ａ）は組立て前の各プレートを示した斜視図、（ｂ）は組立て後の蓄冷器のタンクを示した斜視図、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ−Ａ断面の断面図である。なお、第２実施形態の蓄冷熱交換器は、第１実施形態とタンク１０の形状が異なるだけで他はすべて同じなので、それらの説明や図示を省略する。

第２実施形態のタンク１０は、蓄冷材側プレート１４が器状の形状を有しており、その側面に、タンク１０の内側に向けて一部が凹んだ凹部３０が形成されている。また、蓄冷材側プレート１４に対して中央プレート１５が嵌入され、さらに中央プレート１５に対して冷媒側プレート１３が嵌入される構造になっている。

器状の形状とした蓄冷器側プレート１４に中央プレート１５を嵌入する際、蓄冷器側プレート１４に設けた凹部３０と中央プレート１５とが接触し、蓄冷器側プレート１４に対する中央プレート１５の嵌入位置が決められる。また、中央プレート１５に冷媒側プレート１３を嵌入する際、冷媒側プレート１３の端部が中央プレート１５の底部に接触し、中央プレート１５に対する冷媒側プレート１３の位置が決められる。

このように構成した第２実施形態の蓄冷熱交換器にあっては、各プレートの位置が精度よく固定される為、タンク１０を形成する冷媒タンク１１と蓄冷材タンク１２の容量を、タンク１０の長手方向に見て均一に保つことができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る蓄冷熱交換器について、図６を用いて説明する。図６は、エンドプレート４０を用いた場合の蓄冷器３のタンク１０を示したものであり、（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、タンク１０を組立てる順序を示したものである。なお、第３実施形態の蓄冷熱交換器は、第１実施形態とタンク１０の形状が異なるだけで他はすべて同じなので、それらの説明や図示を省略する。

第３実施形態のタンク１０は、長手方向の端部を封止するエンドプレート４０を有し、中央プレート１５にはエンドプレート４０と嵌合するエンドプレート用連通穴４１が設けられ、エンドプレート４０には、その側方に中央プレート１５と冷媒プレート１３との嵌合位置を決める位置決め部４２を有している。

蓄冷材側プレート１４に中央プレート１５が嵌合する際、エンドプレート４０がエンドプレート用連通穴４１と嵌合する事で蓄冷材側プレート１４に対する中央プレート１５の位置が決められる。また、中央プレート１５に冷媒プレート１３が嵌合する際、冷媒プレート１３の端部と位置決め部４２とが接触する事で、中央プレート１５に対する冷媒プレート１３の位置が決められる。

このように構成した第３実施形態の蓄冷熱交換器にあっては、タンク１０の底部を形成するプレートである蓄冷材側プレート１４が器状に成形できない場合であっても、エンドプレート４０を用いて第２実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
以上、本発明を上記各実施形態に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、上記実施形態の蓄冷器チューブ２０は、１つの冷媒循環部２１と２つの蓄冷材充填部２２として３つの流路が配置されているが、図７に示した概略断面図のように、冷媒循環部２１と蓄冷材充填部２２は１つ以上配置されていればよい。また、１つの冷媒循環部２１を内側、２つの蓄冷材充填部２２を両外側に配置しているが、内側に蓄冷材充填部２２、外側に冷媒循環部２１を配置してもよい。

上記実施形態は、冷媒タンク１１が蓄冷器３の外方、蓄冷材タンク１２が蓄冷器３のコア部４側に上下に配置しているが、蓄冷器３の外方に蓄冷材タンク１２、蓄冷器３のコア部４側に冷媒タンク１１を配置してもよい。

１ 蓄冷熱交換器
２ エバポレータ
３ 蓄冷器
４ コア部
５ フィン
１０ タンク
１１ 冷媒タンク
１２ 蓄冷材タンク
１３ 冷媒側プレート
１４ 蓄冷材側プレート
１５ 中央プレート
１６ 膨出部
１７ 連通穴
１８ 係止部
２０ 蓄冷器チューブ
２１ 冷媒循環部
２２ 蓄冷材充填部
２３ 仕切壁
３０ 凹部
４０ エンドプレート
４１ エンドプレート用連通穴
４２ 位置決め部

Claims (8)

1. 冷媒を気化するエバポレータ（２）と、
   該エバポレータ（２）に隣接して配置され蓄冷材を内蔵する蓄冷器（３）と、を備え、
   前記エバポレータ（２）を流れる冷媒が前記蓄冷器（３）へ循環可能にした蓄冷熱交換器（１）において、
   前記蓄冷器（３）は、
   冷媒側プレート（１３）と、蓄冷材側プレート（１４）と、中央プレート（１５）とにより形成される冷媒タンク（１１）と蓄冷材タンク（１２）からなる少なくとも１つのタンク（１０）と、
   冷媒循環部（２１）と蓄冷材充填部（２２）との複数の流路を有する蓄冷器チューブ（２０）と、を備え、
   前記中央プレート（１５）は、少なくとも一部が膨出した膨出部（１６）を有し、
   該膨出部（１６）には、
   前記蓄冷器チューブ（２０）の一部の流路と、
   前記冷媒タンク（１１）と前記蓄冷材タンク（１２）のどちらか一方とを連通するための連通穴（１７）と、を有し、
   前記冷媒循環部（２１）と前記蓄冷材充填部（２２）との開口端部が、
   前記蓄冷器チューブ（２０）の長手方向と直交する同一平面内に配置されており、
   前記蓄冷器チューブ（２０）の端部が、前記膨出部（１６）の一部にくい込む様に前記連通穴（１７）に嵌合され、
   前記蓄冷器チューブ（２０）内に配置された前記冷媒循環部（２１）と前記蓄冷材充填部（２２）とが、前記冷媒タンク（１１）、前記蓄冷材タンク（１２）のそれぞれに連通する事を特徴とする蓄冷熱交換器（１）。
2. 前記蓄冷器チューブ（２０）は、内部に複数の流路を仕切る仕切壁（２３）を有し、前記仕切壁（２３）と前記膨出部（１６）の側壁部とが一致するように嵌合される事を特徴とする請求項１に記載の蓄冷熱交換器（１）。
3. 前記膨出部（１６）に前記蓄冷器チューブ（２０）と前記タンク（１０）との挿入位置を決める係止部（１８）を設けた事を特徴とする請求項１または２に記載の蓄冷熱交換器（１）。
4. 前記タンク（１０）は、
   前記冷媒タンク（１１）が前記蓄冷器（３）の外方に配置され、前記蓄冷材タンク（１２）が前記蓄冷器（３）の前記蓄冷器チューブ（２０）側に配置されるように形成され、
   前記蓄冷器チューブ（２０）は、
   中央に前記冷媒循環部（２１）が配置され、両外側に前記蓄冷材充填部（２２）が配置され、前記冷媒循環部（２１）と前記蓄冷材充填部（２２）とが空調空気の流れ方向に直列に配置されている事を特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の蓄冷熱交換器（１）。
5. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載の蓄冷熱交換器（１）において、
   前記蓄冷材側プレート（１４）と前記冷媒側プレート（１３）の少なくとも一方が器状の形状を有し、
   前記中央プレート（１５）と、
   前記蓄冷材側プレート（１４）と前記冷媒側プレート（１３）のもう一方とが、内側に嵌入されることにより前記冷媒タンク（１１）と蓄冷材タンク（１２）を形成する事を特徴とする蓄冷熱交換器（１）。
6. 請求項５に記載の蓄冷熱交換器（１）において、
   器状に成形した前記蓄冷材側プレート（１４）と前記冷媒側プレート（１３）の少なくとも一方に前記タンク（１０）の内側に向けて凹んだ凹部（３０）を有しており、
   前記凹部（３０）は、前記蓄冷材側プレート（１４）と前記冷媒側プレート（１３）のもう一方とを内側に嵌入した際の嵌入位置を決める位置決めである事を特徴とする蓄冷熱交換器（１）。
7. 請求項１から４のうちいずれか１項に記載の蓄冷熱交換器（１）において、
   前記タンク（１０）の長手方向の端部を封止するエンドプレート（４０）を有し、
   前記中央プレート（１５）は、前記タンク（１０）の長手方向の端部近傍に開口するエンドプレート用連通穴（４１）を有し、
   前記エンドプレート（４０）は、前記エンドプレート用連通穴（４１）と嵌合し、
   前記エンドプレート（４０）の縁と前記冷媒側プレート（１３）と前記蓄冷材側プレート（１４）とが接触するように、前記冷媒側プレート（１３）と前記蓄冷材側プレート（１４）とにより前記エンドプレート（４０）が挟持される事を特徴とする蓄冷熱交換器（１）。
8. 請求項７に記載の蓄冷熱交換器（１）において、
   前記エンドプレート（４０）は、前記中央プレート（１５）と前記冷媒側プレート（１３）との嵌合位置を決める、位置決め部（４２）を有している事を特徴とする蓄冷熱交換器（１）。