JP2017190878A - 蓄冷熱交換器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】容器本体から栓部材が張り出す寸法を小さくすることで、小型化を図ることのできる蓄冷熱交換器及びその製造方法を提供する。
【解決手段】栓部材５０は、一端側が容器本体３０の開口部３１に接続された円筒状部材５０´の他端側を変形させることで他端部を閉鎖する閉鎖部５４を形成したものであり、円筒状部材は、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成されている。これにより、他端側の外径寸法が一端側の外径寸法と同一の円筒状部材に閉鎖部を形成する場合と比較して変形部５５の長さを小さくすることができるので、容器本体３０の開口部３１から外方に張り出す栓部材５０の寸法を小さくすることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、車両用空気調和装置の蒸発器として用いられる蓄冷熱交換器及びその製造方法に関するものである。

従来、この種の蓄冷熱交換器としては、互いに間隔をおいて配置された複数の冷媒管と、隣り合う冷媒管の間に設けられたフィン及び蓄冷材容器と、を備えたものが知られている。

蓄冷熱交換器は、例えば、車両用空気調和装置の蒸発器として用いられるものである。蓄冷熱交換器は、エンジンで駆動する圧縮機から吐出されて凝縮器で凝縮した冷媒を蒸発させることで、車室内に供給する空気を冷却すると同時に、蓄冷材容器内に収容された蓄冷材を冷却している。蓄冷熱交換器は、エンジンを停止させて圧縮機が停止した状態においても、冷却された蓄冷材と車室内に供給する空気とを熱交換させることで、車室内に供給する空気を冷却することが可能である。

前記蓄冷材容器は、蓄冷材を注入する開口部が設けられた容器本体と、容器本体の開口部を閉鎖する栓部材と、を有している。栓部材は、容器本体の開口部に一端側が接続された筒状部材の他端側を変形させることで他端部を閉鎖する閉鎖部を形成したものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−２３１５３２号公報

前記蓄冷材容器では、容器本体に筒状部材の一端側をロウ付けによって固定し、筒状部材を介して蓄冷材を容器本体内に注入した後に、容器本体から外方に張り出す筒状部材の他端側に閉鎖部を形成している。

閉鎖部は、筒状部材の他端側を径方向外側から潰すことによって形成される。栓部材には、筒状部材の他端側を径方向外側から潰して閉鎖部を形成する際に、他端部だけでなく他端部から一定の長さが変形した状態となる変形部が形成される。変形部の長さは、筒状部材の外径寸法によって異なり、外径寸法が大きくなるほど変形部の長さが大きくなる。

栓部材は、変形部が容器本体の開口部に位置すると、蓄冷材の漏れの原因となる。このため、栓部材は、変形部が開口部に位置しないように、容器本体の開口部から外方に張り出すことになる。蓄冷熱交換器は、栓部材が容器本体から張り出す寸法が大きくなると、外形寸法が大きくなるため、広い設置スペースが必要となる。

本発明の目的とするところは、容器本体から栓部材が張り出す寸法を小さくすることで、小型化を図ることのできる蓄冷熱交換器及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、前記目的を達成するために、冷媒流路を有し、互いに間隔をおいて配置された複数の冷媒管と、蓄冷材が収容される空間を有し、隣り合う冷媒管の間に設けられた蓄冷材容器と、を備え、蓄冷材容器は、蓄冷材を注入する開口部が設けられた容器本体と、容器本体の開口部を閉鎖する栓部材と、を有し、栓部材は、一端側が容器本体の開口部に接続された筒状部材の他端側を変形させることで他端部を閉鎖する閉鎖部を形成したものであり、筒状部材は、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成されている。

また、前記目的を達成するために、蓄冷材を注入する開口部が設けられた容器本体を有する蓄冷材容器を備えた蓄冷熱交換器の製造方法であって、容器本体に設けられた開口部に、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成された筒状部材の一端側を組み付ける組み付け工程と、ロウ付けによって容器本体に筒状部材を固定するロウ付け工程と、筒状部材を介して容器本体内に蓄冷材を注入する蓄冷材充填工程と、筒状部材の他端側を変形させることで筒状部材の他端部を閉鎖する閉鎖部を形成する閉鎖部形成工程と、を含んでいる。

これにより、容器本体に固定された筒状部材の一端側の外径寸法に対して外径寸法の小さい他端側に閉鎖部を形成することで栓部材が構成されることから、他端側の外径寸法が一端側の外径寸法と同一の筒状部材に閉鎖部を形成する場合と比較して変形部の長さが小さくなり、容器本体の開口部から外方に張り出す栓部材の寸法が小さくなる。

本発明によれば、他端側の外径寸法が一端側の外径寸法と同一の筒状部材に閉鎖部を形成する場合と比較して変形部の長さを小さくすることができるので、容器本体の開口部から外方に張り出す栓部材の寸法を小さくすることができ、蓄冷熱交換器の小型化を図ることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す車両用空気調和装置の概略構成図である。 蓄冷熱交換器の全体斜視図である。 蓄冷材容器の第１側板側から見た図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 円筒状部材の断面図である。 蓄冷材容器の製造方法を示す図である。 蓄冷熱交換器の製造工程を示す図である。 本発明の他の例を示す蓄冷材容器の要部断面図である。

図１乃至図７は、本発明の一実施形態を示すものである。

本発明の蓄冷熱交換器は、アイドリングストップ機能によってエンジンの駆動を停止する車両の空気調和装置に適用されるものである。

この空気調和装置は、図１に示すように、車室Ａ内に設置される本発明の蓄冷熱交換器１０が接続された冷媒回路１を備えている。冷媒回路１には、蓄冷熱交換器１０の他に、車両走行用のエンジンによって駆動する圧縮機２と、圧縮機２から吐出された冷媒を凝縮するための凝縮器３と、凝縮器３によって凝縮された冷媒を減圧するための膨張弁４と、が接続されている。また、車両用空気調和装置は、凝縮器３を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための室外側送風機５と、蓄冷熱交換器１０を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための室内側送風機６と、を備えている。室外側送風機５及び室内側送風機６は、それぞれ車両に設けられたオルタネータで発電された電力またはバッテリの電力によって駆動する。

蓄冷熱交換器１０は、図２に示すように、上部に設けられた上側ヘッダ１１と、下部に設けられた下側ヘッダ１２と、一端が上側ヘッダ１１に接続され他端が下側ヘッダ１２に接続された複数の冷媒管１３と、隣り合う冷媒管１３の間に設けられたフィン１４と、一部の隣り合う冷媒管１３の間に設けられた蓄冷材容器２０と、を備えている。

上側ヘッダ１１は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなり、水平方向に延びる筒状に形成されている。上側ヘッダ１１は、内部の空間が前後に仕切られている。上側ヘッダ１１の後側の空間は、凝縮器３から流出した冷媒が流入する流入ヘッダ部１１ａである。上側ヘッダ１１の前側の空間は、蓄冷熱交換器１０から流出する冷媒が流通する流出ヘッダ部１１ｂである。流入ヘッダ部１１ａには、冷媒流入口１１ｃが設けられている。また、流出ヘッダ部１１ｂには、冷媒流出口１１ｄが設けられている。

下側ヘッダ１２は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなり、水平方向に延びる筒状に形成されている。下側ヘッダ１２は、内部の空間が前後に仕切られている。下側ヘッダ１２の前後の空間は、互いに連通しており、後側の空間に流入した冷媒が前側の空間に向かって流通する。

冷媒管１３は、例えばアルミニウム等の金属を押出成型によって、平板状に形成した中空の部材である。冷媒管１３は、内部が流路断面における長手方向（幅方向）に仕切られており、冷媒が流通する冷媒流路が流路断面における長手方向（幅方向）に複数形成されている。

冷媒管１３は、隣り合う冷媒管１３に対して平坦部同士を対向させて、互いに所定の間隔をおいて配置されている。複数の冷媒管１３は、上側ヘッダ１１の流入ヘッダ部１１ａと下側ヘッダ１２の後側の空間とを連通する後列と、上側ヘッダ１１の流出ヘッダ部１１ｂと下側ヘッダ１２の前側の空間とを連通する前列と、の前後２列に配置されている。後列の各冷媒管１３と前列の各冷媒管１３は、互いに前後方向に並ぶように配置されている。

フィン１４は、例えばアルミニウム等の金属板を波形に屈曲したコルゲートフィンであり、波形の頂点部分が冷媒管１３の平坦部にロウ付けによって接合される。

蓄冷材容器２０は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなる。蓄冷材容器２０は、図３及び図４に示すように、内部にパラフィン等の蓄冷材が収容される容器本体３０と、容器本体３０内に設けられたインナーフィン４０と、容器本体３０に形成された蓄冷材注入用の開口部３１を閉鎖するための栓部材５０と、を有している。

容器本体３０は、上下方向の寸法が、上側ヘッダ１１と下側ヘッダ１２の間の寸法と略同一に形成されている。また、容器本体３０は、幅方向の寸法が、互いに隣り合う冷媒管１３の間の寸法と略同一に形成されている。さらに、容器本体３０は、前後方向の寸法が、前列の冷媒管１３の前端部と後列の冷媒管１３の後端部との間の寸法と略同一に形成されている。

容器本体３０は、幅方向一方に位置する冷媒管１３に対向する第１側板３２と、幅方向他方に位置する冷媒管１３に対向する第２側板３３と、から構成されている。

第１側板３２は、図４に示すように、外周部に設けられたフランジ３２ａと、フランジ３２ａを除く部分に設けられた平坦面３２ｂと、平坦面３２ｂから外側に突出する円錐台形状に形成された複数の凸部３２ｃと、を有している。複数の凸部３２ｃは、それぞれ隣り合う凸部３２ｃと間隔をおいて配置されている。凸部３２ｃの先端面は、一方の冷媒管１３の平坦面に対してロウ付けによって接合される。

第２側板３３は、外周部に設けられたフランジ３３ａと、フランジ３３ａを除く部分に設けられた平坦面３３ｂと、を有している。平坦面３３ｂは、他方の冷媒管１３の平坦面に対してロウ付けによって接続される。

第１側板３２及び第２側板３３は、フランジ３２ａとフランジ３３ａとを互いにロウ付けによって接合することにより、一体に形成される。

容器本体３０の下部の前面側には、図３及び図４に示すように、蓄冷材を内部に注入するための開口部３１が設けられている。開口部３１は、第１側板３２及び第２側板３３のそれぞれに設けられた半円筒部３２ｄ，３３ｄを、互いに向かい合わせることによって形成される円筒部の内側に設けられている。

インナーフィン４０は、図４に示すように、板状部材を波形に屈曲したコルゲートフィンであり、波形が前後方向に連続している。インナーフィン４０は、波形の頂点部分が第１側板３２及び第２側板３３の内面にロウ付けによって接合される。

栓部材５０は、一端側が容器本体３０の開口部３１に接続された円筒状部材５０´の他端側を変形させることによって構成される。

円筒状部材５０´は、第１外径寸法Ｄ１の円筒状部材にスウェージング加工を施すことによって、一端側の外径寸法及び内径寸法よりも他端側の外径寸法及び内径寸法が小さく形成されている。円筒状部材５０´は、図５に示すように、一端側に設けられた第１外径寸法Ｄ１を有する第１円筒部５１と、他端側に第１円筒部５１と同軸状に設けられた第１外径寸法Ｄ１よりも小さい第２外径寸法Ｄ２を有する第２円筒部５２と、第１円筒部５１と第２円筒部５２との間に設けられた径変部５３と、を有している。径変部５３は、周方向にわたって第２円筒部５２の外周面よりも径方向外側に突出している。径変部５３は、第１円筒部５１から第２円筒部５２に向かって外径寸法が徐々に小さくなる。円筒状部材５０´は、例えば、長さ寸法Ｌが１６ｍｍであり、第１外径寸法Ｄ１が８ｍｍであり、第２外径寸法Ｄ２が６ｍｍである。

円筒状部材５０´は、第１円筒部５１を開口部３１に挿入した状態でロウ付けすることにより容器本体３０に固定される。栓部材５０は、容器本体３０に固定された円筒状部材５０´の第２円筒部５２に閉鎖部５４を形成することによって構成される。

閉鎖部５４は、第２円筒部５２の端部を含む所定範囲を径方向外側から潰すとともに、第２円筒部５２の潰れた部分の内面を超音波金属接合によって接合することによって形成される。第２円筒部５２に閉鎖部５４を形成すると、第２円筒部５２の端部から閉鎖部５４を含む一定の長さの範囲には、円筒形状が変形した状態となる変形部５５が形成される。変形部５５が形成される長さは、第２円筒部５２の第２外径寸法Ｄ２の大きさに応じて変化し、第２外径寸法Ｄ２が小さくなるに従って小さくなる。また、径変部５３は、第２円筒部５２と比較して変形が生じ難い部分となる。このため、径変部５３は、第２円筒部５２に閉鎖部５４を形成する際に、径変部５３及び第１円筒部５１に到達することなく、第２円筒部５２の範囲内で変形部５５が形成されるようにしている。

以下に、図６及び図７を用いて蓄冷熱交換器１０の製造方法について説明する。

まず、組み付け工程として、上側ヘッダ１１、下側ヘッダ１２、複数の冷媒管１３、フィン１４及び蓄冷材容器２０、を組み付ける。このとき、蓄冷材容器２０については、図６（ａ）に示すように、第１側板３２、第２側板３３、インナーフィン４０及び円筒状部材５０´が組み付けられ、栓部材５０は構成されていない。

次に、ロウ付け工程として、組み付けられた上側ヘッダ１１、下側ヘッダ１２、複数の冷媒管１３、フィン１４及び蓄冷材容器２０をロウ付けによって互いに接合する。このとき、組み付けられた上側ヘッダ１１、下側ヘッダ１２、複数の冷媒管１３、フィン１４及び蓄冷材容器２０の各部材には、ロウ材が被覆されており、炉中ロウ付けによって互いに接合される。また、蓄冷材容器２０は、容器本体３０の開口部３１に円筒状部材５０´の第１円筒部５１が接続された状態で、容器本体３０に円筒状部材５０´が固定されている。

ロウ付け工程の後、蓄冷材充填工程として、図６（ｂ）に示すように、円筒状部材５０´の第２円筒部５２の端部の開口を介して容器本体３０内に蓄冷材を充填する。

最後に、閉鎖部形成工程として、図６（ｃ）に示すように、円筒状部材５０´の第２円筒部５２を潰すとともに、第２円筒部５２の潰れた部分の内面を超音波金属接合によって接合する。これにより、第２円筒部５２には、図６（ｄ）に示すように、閉鎖部５４が形成されて栓部材５０が構成される。

このように、本実施形態の蓄冷熱交換器１０によれば、栓部材５０は、一端側が容器本体３０の開口部３１に接続された円筒状部材５０´の他端側を変形させることで他端部を閉鎖する閉鎖部５４を形成したものであり、円筒状部材５０´は、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成されている。

これにより、変形部５５の長さを、他端側の外径寸法が一端側の外径寸法と同一円筒状部材に閉鎖部を形成する場合と比較して小さくすることができるので、容器本体３０の開口部３１から外方に張り出す栓部材５０の寸法を小さくすることができ、蓄冷熱交換器１０の小型化を図ることが可能となる。

また、円筒状部材５０´は、一端側に設けられた第１外径寸法Ｄ１を有する第１円筒部５１と、他端側に設けられた第１外径寸法よりも小さい第２外径寸法Ｄ２を有する第２円筒部５２と、第１円筒部５１と第２円筒部５２との間に設けられた径変部５３と、を有し、径変部５３は、周方向にわたって第２円筒部５２の外周面よりも径方向外側に突出している。

これにより、径変部５３が、第２円筒部５２と比較して変形が生じ難い部分となるため、第２円筒部５２に閉鎖部５４を形成する際に、変形部５５が、第２円筒部５２の範囲内で形成されることになり、容器本体３０の開口部３１から外方に張り出す栓部材５０の寸法をより小さくすることができる。

また、閉鎖部５４は、第２円筒部５２を径方向外側から潰して第２円筒部５２の端部を閉鎖するとともに、第２円筒部５２における潰れた部分の内面を接合することにより形成される。

これにより、第２円筒部５２を変形させるだけでなく、第２円筒部５２における潰れた部分の内面を接合することによって円筒状部材５０´の端部を閉鎖することができるので、栓部材５０からの蓄冷材の漏れを確実に防止することができ、容器本体３０に対して開口部３１を自由に配置することが可能となる。

尚、前記実施形態では、本発明を車両用空気調和装置に適用したものを示したが、これに限られるものではなく、圧縮機を停止した状態で冷却運転を継続可能な冷却装置に本発明を適用することが可能である。

また、前記実施形態では、径変部５３として、第１円筒部５１から第２円筒部５２に向かって外径寸法が徐々に小さくなるものを示したが、これに限られるものではない。円筒状部材５０´の周方向にわたって第２円筒部５２の外周面に対して高さ寸法が変化する形状であれば、例えば図８に示すように、第１円筒部５１及び第２円筒部５２の外周面よりも径方向外側に突出するように、円筒状部材５０´にビード加工を施した径変部５６としてもよい。

また、前記実施形態では、第２円筒部５２を径方向外側から潰して第２円筒部５２の端部を閉鎖するとともに、第２円筒部５２における潰れた部分の内面を超音波金属接合によって接合することにより閉鎖部５４を形成したものを示したが、これに限られるものではない。例えば、容器本体の上部に開口部を設ける場合等、蓄冷材の漏れが生じ難い開口部の配置の場合には、超音波金属接合を用いることなく、第２円筒部５２をカシメ加工のみによって第２円筒部５２の端部を閉鎖してもよい。

また、前記実施形態では、栓部材５０を、径変部５３が形成された円筒状部材５０´の一端側を容器本体３０に接続して他端側に閉鎖部５４を形成するようにしたものを示したがこれに限られるものではない。例えば、栓部材を、一端側から他端側に徐々に外径寸法が小さくなる円筒状部材の一端側を容器本体３０に接続して他端側に閉鎖部を形成するようにしても、前記実施形態と同様に、開口部３１から外方に張り出す栓部材５０の寸法を小さくすることができる。

１０…蓄冷熱交換器、１３…冷媒管、２０…蓄冷材容器、３０…容器本体、５０…栓部材、５０´…円筒状部材、５１…第１円筒部、５２…第２円筒部、５３…径変部、５４…閉鎖部、５５…変形部、５６…径変部。

Claims (6)

1. 冷媒流路を有し、互いに間隔をおいて配置された複数の冷媒管と、
   蓄冷材が収容される空間を有し、隣り合う冷媒管の間に設けられた蓄冷材容器と、を備え、
   蓄冷材容器は、蓄冷材を注入する開口部が設けられた容器本体と、容器本体の開口部を閉鎖する栓部材と、を有し、
   栓部材は、一端側が容器本体の開口部に接続された筒状部材の他端側を変形させることで他端部を閉鎖する閉鎖部を形成したものであり、
   筒状部材は、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成されている
   蓄冷熱交換器。
2. 筒状部材は、一端側に設けられた第１外径寸法を有する第１円筒部と、他端側に設けられた第１外径寸法よりも小さい第２外径寸法を有する第２円筒部と、第１円筒部と第２円筒部との間に設けられた径変部と、を有し、
   径変部は、周方向にわたって第２円筒部の外周面よりも径方向外側に突出している
   請求項１に記載の蓄冷熱交換器。
3. 閉鎖部は、筒状部材の他端側を径方向外側から潰して他端部を閉鎖するとともに、筒状部材における潰れた部分の内面を接合する
   請求項１または２に記載の蓄冷熱交換器。
4. 蓄冷材を注入する開口部が設けられた容器本体を有する蓄冷材容器を備えた蓄冷熱交換器の製造方法であって、
   容器本体に設けられた開口部に、一端側の外径寸法に対して他端側の外径寸法が小さく形成された筒状部材の一端側を組み付ける組み付け工程と、
   ロウ付けによって容器本体に筒状部材を固定するロウ付け工程と、
   筒状部材を介して容器本体内に蓄冷材を注入する蓄冷材充填工程と、
   筒状部材の他端側を変形させることで筒状部材の他端部を閉鎖する閉鎖部を形成する閉鎖部形成工程と、を含む
   蓄冷熱交換器の製造方法。
5. 筒状部材に、一端側に設けられた第１外径寸法を有する第１円筒部と、他端側に設けられた第１外径寸法よりも小さい第２外径寸法を有する第２円筒部と、第１円筒部と第２円筒部との間を周方向にわたって第２円筒部よりも径方向外側に突出する径変部と、を形成する
   請求項４に記載の蓄冷熱交換器の製造方法。
6. 筒状部材の他端側を径方向外側から潰して他端部を閉鎖するとともに、筒状部材における潰れた部分の内面を接合して閉鎖部を形成する
   請求項４または５に記載の蓄冷熱交換器の製造方法。