JP2015034684A

JP2015034684A - 蓄冷機能付きエバポレータ

Info

Publication number: JP2015034684A
Application number: JP2013166734A
Authority: JP
Inventors: 鴨志田　理; Osamu Kamoshita; 理鴨志田
Original assignee: Keihin Thermal Technology Corp
Current assignee: Mahle Behr Thermal Systems Japan Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2015-02-19

Abstract

【課題】重量の増大を抑制しうる蓄冷機能付きエバポレータを提供する。【解決手段】蓄冷機能付きエバポレータは、長手方向を上下方向に向けるとともに互いに間隔をおいて並列状に配置された複数の冷媒流通管12を備えている。隣り合う冷媒流通管12どうしの間に形成されたすべての間隙14A,14Bのうち一部の複数の間隙14Aに凝縮水貯留部材15を配置し、残りの間隙14Bに伝熱フィン16を配置する。凝縮水貯留部材15が配置された間隙14Aの両側の間隙14Bに伝熱フィン16が位置している。凝縮水貯留部材15は、上下方向にのびる波頂部15a、上下方向にのびる波底部15b、および波頂部15aと波底部15bとを連結する連結部15cよりなるコルゲートフィン状である。凝縮水貯留部材15に貫通穴18からなる通風部を設ける。凝縮水貯留部材15が配置された間隙14Aの通気抵抗を、伝熱フィン16が配置された間隙14Bの通気抵抗よりも大きくする。【選択図】図２

Description

この発明は蓄冷機能付きエバポレータに関する。

この明細書および特許請求の範囲において、図１の上下を上下というものとする。

近年、環境保護や自動車の燃費向上などを目的として、信号待ちなどの停車時にエンジンを自動的に停止させる自動車が提案されている。

しかしながら、通常のカーエアコンにおいては、エンジンを停止させると、エンジンを駆動源とする圧縮機が停止するので、エバポレータに冷媒が供給されなくなり、冷房能力が急激に低下するという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、エバポレータに蓄冷機能を付与し、エンジンが停止して圧縮機が停止した際に、エバポレータに蓄えられた冷熱を放冷して車室内を冷却することが考えられている。

この種の蓄冷機能付きエバポレータとして、上下方向にのびるとともに幅方向が通風方向を向いた複数の扁平状冷媒流通管が、互いに間隔をおいて並列状に配置されており、隣り合う冷媒流通管どうしの間に間隙が形成され、全間隙のうち一部の間隙に蓄冷材が封入された蓄冷材容器が配置されるとともに、残りの間隙に伝熱フィンが配置され、蓄冷材容器が、２枚の金属板の周縁部どうしを接合することにより形成され、蓄冷材容器内にインナーフィンが配置されている蓄冷機能付きエバポレータが提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１記載の蓄冷機能付きエバポレータによれば、圧縮機が作動している通常の冷房時には、冷媒流通管内を流れる冷媒の有する冷熱が、蓄冷材容器の両側壁を形成する金属板に伝えられた後、直接またはインナーフィンを介して蓄冷材容器内の蓄冷材に伝わって蓄冷材に冷熱が蓄えられるようになっている。一方、圧縮機が停止した際には、蓄冷材容器内の蓄冷材に蓄えられた冷熱が、直接またはインナーフィンを介して蓄冷材容器の両側壁を形成する金属板に伝えられた後冷媒流通管に伝えられ、冷媒流通管を通って蓄冷材容器が配置された間隙の両隣の間隙に配置されたアウターフィンに伝えられ、アウターフィンから当該通風間隙を流れる空気に放冷されるようになっている。

しかしながら、特許文献１記載の蓄冷機能付きエバポレータによれば、蓄冷材が封入された蓄冷材容器を備えているので、全体の重量が増大するという問題がある。

特開２０１３−６１１３７号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、重量の増大を抑制しうる蓄冷機能付きエバポレータを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)長手方向を同方向に向けるとともに互いに間隔をおいて並列状に配置された複数の冷媒流通管を備えており、隣り合う冷媒流通管どうしの間に形成されたすべての間隙のうち一部の複数の間隙に凝縮水貯留部材が配置されるとともに、残りの間隙に伝熱フィンが配置され、凝縮水貯留部材が配置された間隙の両側の間隙のうち少なくともいずれか一方の間隙に伝熱フィンが位置し、凝縮水貯留部材に通風部が設けられ、凝縮水貯留部材が配置された間隙の通気抵抗が、伝熱フィンが配置された間隙の通気抵抗よりも大きくなっている蓄冷機能付きエバポレータ。

2)伝熱フィンが、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンからなり、伝熱フィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、通風方向に間隔をおいて形成されており、
凝縮水貯留部材が、冷媒流通管の長手方向にのびる波頂部、冷媒流通管の長手方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィン状であり、凝縮水貯留部材の連結部に貫通穴からなる通風部が形成されている上記1)記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

3)凝縮水貯留部材における隣り合う波頂部と波底部との間の間隔が、表面張力により隣り合う連結部間に凝縮水を保持しうるような大きさで、かつ伝熱フィンにおける隣り合う波頂部と波底部との間の間隔よりも小さくなっている上記2)記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

4)凝縮水貯留部材の連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、冷媒流通管の長手方向に間隔をおいて形成されており、これにより貫通穴からなる通風部が形成されている上記2)または3)記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

5)伝熱フィンが、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンからなり、伝熱フィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、通風方向に間隔をおいて形成されており、
凝縮水貯留部材が、冷媒流通管の長手方向にのびる波頂部、冷媒流通管の長手方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部からなる波状帯板が、冷媒流通管の長手方向に複数並べられるとともに相互に一体に連結されることにより形成され、かつ冷媒流通管の長手方向に隣り合う２つの波状帯板の波頂部どうしおよび波底部どうしが通風方向に位置ずれしたオフセットフィン状である上記1)記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

6)凝縮水貯留部材を構成する帯状波板における隣り合う波頂部と波底部との間の間隔が、表面張力により隣り合う連結部間に凝縮水を保持しうるような大きさで、かつ伝熱フィンにおける隣り合う波頂部と波底部との間の間隔よりも小さくなっている請求項５記載の蓄冷機能付きエバポレータ。

上記1)〜6)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、圧縮機の作動時に、凝縮水貯留部材の表面に凝縮水が発生し、当該凝縮水が凝縮水貯留部材に保持される。そして、エンジンが停止して圧縮機が停止した際には、凝縮水貯留部材に保持されている凝縮水の顕熱としての冷熱や、凝縮水貯留部材において凝縮水が凍結していた場合には、凍結した凝縮水の潜熱としての冷熱および溶融した後の凝縮水の顕熱としての冷熱が、凝縮水貯留部材が配置された間隙を流れる空気に放冷される。さらに、上述した凝縮水の顕熱としての冷熱や、凝縮水貯留部材において凝縮水が凍結していた場合には、凍結した凝縮水の潜熱としての冷熱および溶融した後の凝縮水の顕熱としての冷熱が、凝縮水貯留部材の両側の冷媒流通管を通って凝縮水貯留部材が配置された間隙の両側の間隙のうち少なくともいずれか一方に位置する伝熱フィンに伝えられ、伝熱フィンから伝熱フィンが配置されている間隙を流れる空気に放冷される。したがって、放冷時間を延長することが可能になり、冷房能力の低下をより長時間抑制することができる。その結果、潜熱蓄熱材を収容する蓄冷材容器やインナーフィンを必要とせず、特許文献１記載の蓄冷機能付きエバポレータに比べて軽量化を図ることが可能になる。

上記2)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、冷媒流通管が長手方向を上下方向に向けて配置される場合、凝縮水貯留部材の波頂部および波底部も上下方向を向くことになり、凝縮水貯留部材の表面に発生した凝縮水の飛散を防止することができる。しかも、比較的簡単に通風部を形成することができる。

上記3)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、圧縮機の作動時に、凝縮水貯留部材に効率良く凝縮水を貯留することが可能になる。

上記4)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、上記2)または3)の蓄冷機能付きエバポレータにおいて、貫通穴からなる通風部を比較的簡単に形成することができる。

上記5)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、冷媒流通管が長手方向を上下方向に向けて配置される場合、凝縮水貯留部材の帯状波板の波頂部および波底部も上下方向を向くことになり、凝縮水貯留部材の表面に発生した凝縮水の飛散を防止することができる。しかも、隣り合う帯状波板どうしの間が痛風部となるので、比較的簡単に通風部を有する凝縮水貯留部材をつくることができる。

上記6)の蓄冷機能付きエバポレータによれば、圧縮機の作動時に、凝縮水貯留部材に効率良く凝縮水を貯留することが可能になる。

この発明の蓄冷機能付きエバポレータの全体構成を示す一部を省略した斜視図である。図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。図１の蓄冷機能付きエバポレータに用いられる凝縮水貯留部材を示す斜視図である。この発明の蓄冷機能付きエバポレータに用いられる凝縮水貯留部材の変形例を示す図２相当の図である。図４の凝縮水貯留部材を示す斜視図である。

以下、この発明の実施形態を図面を参照して説明する。

以下の説明において、通風方向下流側（図１および図２に矢印Ｘで示す方向）を前、これと反対側を後というものとし、通風方向下流側から見た際の上下、左右（図１の上下、左右）を上下、左右というものとする。

さらに、以下の説明において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

図１はこの発明による蓄冷機能付きエバポレータの全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。

図１において、蓄冷機能付きエバポレータ(1)は、長手方向を左右方向に向けた状態で上下方向に間隔をおいて配置されたアルミニウム製上ヘッダタンク(2)およびアルミニウム製下ヘッダタンク(3)と、両ヘッダタンク(2)(3)間に設けられた熱交換コア部(4)とを備えている。

上ヘッダタンク(2)は、前側（通風方向下流側）に位置する風下側上ヘッダ部(5)と、後側（通風方向上流側）に位置しかつ風下側上ヘッダ部(5)に一体化された風上側上ヘッダ部(6)とを備えている。風下側上ヘッダ部(5)の左端部に冷媒入口(7)が設けられ、風上側上ヘッダ部(6)の右端部に冷媒出口(8)が設けられている。下ヘッダタンク(3)は、前側に位置する風下側下ヘッダ部(9)と、後側に位置しかつ風下側下ヘッダ部(9)に一体化された風上側下ヘッダ部(11)とを備えている。

図１および図２に示すように、熱交換コア部(4)には、長手方向が上下方向を向くとともに幅方向が通風方向（前後方向）を向いた複数のアルミニウム押出形材製扁平状冷媒流通管(12)が、左右方向（冷媒流通管(12)の厚み方向）に間隔をおいて並列状に配置されている。ここでは、前後方向に間隔をおいて配置された２つの冷媒流通管(12)からなる複数の組(13)が左右方向に間隔をおいて配置されており、前後の冷媒流通管(12)よりなる組(13)の隣り合うものどうしの間に間隙(14A)(14B)が形成されている。風下側の冷媒流通管(12)の上端部は風下側上ヘッダ部(5)に接続されるとともに、同下端部は風下側下ヘッダ部(9)に接続されている。また、風上側の冷媒流通管(12)の上端部は風上側上ヘッダ部(6)に接続されるとともに、同下端部は風上側下ヘッダ部(11)に接続されている。そして、冷媒は、冷媒入口(7)を通ってエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)内に入り、全冷媒流通管(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の冷媒出口(8)から流出するようになっている。

熱交換コア部(4)における全間隙(14A)(14B)のうち一部の複数の間隙(14A)でかつ隣接していない間隙(14A)において、アルミニウム製凝縮水貯留部材(15)が、前後両冷媒流通管(12)に跨るように配置されて間隙(14A)を形成する左右両側の管組(13)を構成する前後両冷媒流通管(12)にろう付され、残りの間隙(14B)において、アルミニウム製伝熱フィン(16)が、前後両冷媒流通管(12)に跨るように配置されて間隙(14B)を形成する左右両側の管組(13)を構成する前後両冷媒流通管(12)にろう付されている。ここでは、凝縮水貯留部材(15)が配置された間隙(14A)の左右両側に隣り合う間隙(14B)にはそれぞれ伝熱フィン(16)が配置されており、左右方向に隣り合う凝縮水貯留部材(15)間には２つの伝熱フィン(16)が位置している。

図２および図３に示すように、凝縮水貯留部材(15)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、かつ上下方向（冷媒流通管(12)の長手方向）にのびる波頂部(15a)、前後方向にのびる波底部(15b)、および波頂部(15a)と波底部(15b)とを連結する連結部(15c)よりなるコルゲートフィン状である。凝縮水貯留部材(15)の連結部(15c)には、連結部(15c)の幅方向にのびる複数のルーバ(17)が、上下方向に間隔をおいて形成されており、これにより貫通穴(18)からなる通風部が形成されている。凝縮水貯留部材(15)における隣り合う波頂部(15a)と波底部(15b)との間の間隔は、表面張力により隣り合う連結部(15c)間に凝縮水を保持しうるような大きさ、たとえば１〜２ｍｍとなっていることが好ましい。

伝熱フィン(16)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、かつ前後方向にのびる波頂部(16a)、前後方向にのびる波底部(16b)、および波頂部(16a)と波底部(16b)とを連結する連結部(16c)よりなるコルゲートフィンからなる。伝熱フィン(16)の連結部(16c)には、連結部(16c)の幅方向にのびる複数のルーバ(19)が、通風方向に間隔をおいて形成されている。伝熱フィン(16)における隣り合う波頂部(16a)と波底部(16b)との間の間隔は、凝縮水貯留部材(15)における隣り合う波頂部(15a)と波底部(15b)との間の間隔よりも大きくなっている。また、左右両端の冷媒流通管(12)の管組(13)の外側にも両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなる伝熱フィン(16)が配置されて前後両冷媒流通管(12)にろう付され、さらに左右両端の伝熱フィン(16)の外側にアルミニウム製サイドプレート(21)が配置されて伝熱フィン(16)にろう付されている。

上述した蓄冷機能付きエバポレータ(1)は、車両のエンジンを駆動源とする圧縮機、圧縮機から吐出された冷媒を冷却するコンデンサ（冷媒冷却器）、コンデンサを通過した冷媒を減圧する膨張弁（減圧器）とともに冷凍サイクルを構成し、カーエアコンとして、停車時に圧縮機の駆動源であるエンジンを一時的に停止させる車両、たとえば自動車に搭載される。そして、圧縮機が作動している場合には、圧縮機で圧縮されてコンデンサおよび膨張弁を通過した低圧の気液混相の２相冷媒が、冷媒入口(7)を通って蓄冷機能付きエバポレータ(1)の風下側上ヘッダ部(5)内に入り、全冷媒流通管(12)を通って風上側上ヘッダ部(6)の冷媒出口(8)から流出する。冷媒が冷媒流通管(12)内を流れる間に、間隙(14B)を通過する空気と熱交換をし、冷媒は気相となって流出する。

圧縮機の作動時には、冷媒流通管(12)内を流れる冷媒により冷却されて、凝縮水貯留部材(15)の表面に凝縮水が発生し、表面張力によって、波頂部(15a)および波底部(15b)のうちの冷媒流通管(12)にろう付された部分の屈曲内側において隣り合う連結部(15c)どうしの間に溜まる。貯まった凝縮水の量が多くなりすぎると、重力が表面張力に打ち勝って凝縮水が下方に排水される。

したがって、凝縮水貯留部材(15)の表面に発生した凝縮水は、比較的多く溜まった後に排水されることになり、圧縮機のオフ時に、凝縮水貯留部材(15)の表面に保持された凝縮水の顕熱としての冷熱や、凝縮水貯留部材(15)の表面において凝縮水が凍結した場合には、氷の潜熱としての冷熱および溶融した後の凝縮水の顕熱としての冷熱が、冷媒流通管(12)を通過し、伝熱フィン(16)を介して凝縮水貯留部材(15)が配置されている間隙(14A)の両隣の間隙(14B)を通過する空気に伝えられる。したがって、間隙(14B)を流れる空気に放冷される放冷時間を延長することが可能になり、蓄冷機能付きエバポレータ(1)を通過した風の温度が上昇したとしても、当該風は冷却されることになって、冷房能力の急激な低下が比較的長時間にわたって抑制される。

図４および図５は蓄冷機能付きエバポレータ(1)に用いられる凝縮水貯留部材の変形例を示す。

図４および図５に示すように、凝縮水貯留部材(30)は、両面にろう材層を有するアルミニウムブレージングシートからなり、かつ上下方向（冷媒流通管(12)の長手方向）にのびる波頂部(31a)、上下方向にのびる波底部(31b)、および波頂部(31a)と波底部(31b)とを連結する連結部(31c)からなる波状帯板(31)が、上下方向に複数並べられるとともに相互に一体に連結されることにより形成され、かつ上下方向に隣り合う２つの波状帯板(31)の波頂部(31a)どうしおよび波底部(31b)どうしが通風方向に位置ずれしたオフセットフィン状である。

凝縮水貯留部材(30)を構成する帯状波板(31)における隣り合う波頂部(31a)と波底部(31b)との間の間隔は、表面張力によって隣り合う連結部(31c)間に凝縮水を保持しうるような大きさ、たとえば１〜２ｍｍとなっていることが好ましい。また、上記ピッチは、伝熱フィン(16)における隣り合う波頂部(16a)と波底部(16b)との間の間隔よりも小さくなっている。また、凝縮水貯留部材(30)における隣り合う帯状波板(31)どうしの間が通風部となる。

この発明による蓄熱材容器は、停車時に圧縮機の駆動源であるエンジンを一時的に停止させる車両のカーエアコンを構成する冷凍サイクルの蓄冷機能付きエバポレータに好適に用いられる。

(1)：蓄冷機能付きエバポレータ
(12)：冷媒流通管
(14A)(14B)：間隙
(15)：凝縮水貯留部材
(15a)：波頂部
(15b)：波底部
(15c)：連結部
(16)：伝熱フィン
(16a)：波頂部
(16b)：波底部
(16c)：連結部
(17)：ルーバ
(18)：貫通穴
(30)：凝縮水貯留部
(31)：帯状波板
(31a)：波頂部
(31b)：波底部
(31c)：連結部

Claims

長手方向を同方向に向けるとともに互いに間隔をおいて並列状に配置された複数の冷媒流通管を備えており、隣り合う冷媒流通管どうしの間に形成されたすべての間隙のうち一部の複数の間隙に凝縮水貯留部材が配置されるとともに、残りの間隙に伝熱フィンが配置され、凝縮水貯留部材が配置された間隙の両側の間隙のうち少なくともいずれか一方の間隙に伝熱フィンが位置し、凝縮水貯留部材に通風部が設けられ、凝縮水貯留部材が配置された間隙の通気抵抗が、伝熱フィンが配置された間隙の通気抵抗よりも大きくなっている蓄冷機能付きエバポレータ。
伝熱フィンが、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンからなり、伝熱フィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、通風方向に間隔をおいて形成されており、
凝縮水貯留部材が、冷媒流通管の長手方向にのびる波頂部、冷媒流通管の長手方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィン状であり、凝縮水貯留部材の連結部に貫通穴からなる通風部が形成されている請求項１記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
凝縮水貯留部材における隣り合う波頂部と波底部との間の間隔が、表面張力により隣り合う連結部間に凝縮水を保持しうるような大きさで、かつ伝熱フィンにおける隣り合う波頂部と波底部との間の間隔よりも小さくなっている請求項２記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
凝縮水貯留部材の連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、冷媒流通管の長手方向に間隔をおいて形成されており、これにより貫通穴からなる通風部が形成されている請求項２または３記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
伝熱フィンが、通風方向にのびる波頂部、通風方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部よりなるコルゲートフィンからなり、伝熱フィンの連結部に、連結部の幅方向にのびる複数のルーバが、通風方向に間隔をおいて形成されており、
凝縮水貯留部材が、冷媒流通管の長手方向にのびる波頂部、冷媒流通管の長手方向にのびる波底部、および波頂部と波底部とを連結する連結部からなる波状帯板が、冷媒流通管の長手方向に複数並べられるとともに相互に一体に連結されることにより形成され、かつ冷媒流通管の長手方向に隣り合う２つの波状帯板の波頂部どうしおよび波底部どうしが通風方向に位置ずれしたオフセットフィン状である請求項１記載の蓄冷機能付きエバポレータ。
凝縮水貯留部材を構成する帯状波板における隣り合う波頂部と波底部との間の間隔が、表面張力により隣り合う連結部間に凝縮水を保持しうるような大きさで、かつ伝熱フィンにおける隣り合う波頂部と波底部との間の間隔よりも小さくなっている請求項５記載の蓄冷機能付きエバポレータ。