JP6073561B2

JP6073561B2 - 蓄冷熱交換器

Info

Publication number: JP6073561B2
Application number: JP2012037900A
Authority: JP
Inventors: 亮輔櫻井; 優輝高橋
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Holdings Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2017-02-01
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013173393A; CN104114970B; WO2013125533A1; CN104114970A

Description

本発明は、カーエアコンなどの冷凍サイクルにて蒸発器（エバポレータ）として使用でき、蓄冷材による蓄冷と放冷とが可能な蓄冷熱交換器に関する。

蓄冷熱交換器は、特許文献１などに示されるように、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、一部の隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置され蓄冷材が封入される蓄冷材容器と、を含んで構成される。

蓄冷熱交換器は、通常は、カーエアコンなどの冷凍サイクルにて蒸発器として使用される。従って、エンジン駆動される圧縮機により凝縮器及び膨張弁を介して供給される冷媒が冷媒管内を流れ、ここで蒸発する。そして、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙を流れる空気から蒸発熱を奪って、冷房用空気を冷却する。このとき同時に一部の隣合う冷媒管の扁平部間に配置された蓄冷材容器内の蓄冷材に蓄冷する。その後、エンジンがアイドルストップなどで停止して圧縮機が停止したときは、蓄冷材に蓄えた冷熱を利用して空気を冷却し、冷房能力を確保する。

特開２０１０−１４９８１４号公報

ところで、従来の蓄冷熱交換器において、蓄冷材容器は、特許文献１などに示されるように、その両方の側板に、それぞれ、平坦面から外側に突出する複数の凸部を設けて、凸部頂壁を冷媒管の扁平部にろう付け接合している。そして、両方の側板の平坦面と冷媒管との間にそれぞれ空気通路を形成している。

しかしながら、このような従来の蓄冷熱交換器にあっては、次のような問題点がある。（１）所定幅の空隙内で、蓄冷材容器の両面に凸部を設けるため、その分、蓄冷材容器の容積が減少し、蓄冷材の封入量が少なくなり、蓄冷能力が低下する。特に空気通路を設ける以上は、結露水で空気通路が詰まらないように通路幅（凸部の高さ）を確保する必要があり、このことが蓄冷材容器の容積減少に拍車を掛けている。
（２）蓄冷材容器と冷媒管との接合が容器側の凸部頂壁にてなされるため、接触面積が少なく、伝熱効率が悪い。

本発明は、このような実状に鑑み、蓄冷材の封入量を増加させ、なおかつ伝熱効率を向上させることができるようにすることを課題とする。

本発明に係る蓄冷熱交換器は、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置されるフィンと、一部の空隙に前記フィンに代えて配置され蓄冷材が封入される蓄冷材容器とを備えることを前提とする。

前記蓄冷材容器は、一方の冷媒管側の第１側板と、他方の冷媒管側の第２側板と、を含んで構成される。前記第１側板は、平坦面を有して、該平坦面にて前記一方の冷媒管とろう付け接合される。前記第２側板は、平坦面から外側に突出する複数の凸部を有して、凸部の頂壁にて前記他方の冷媒管とろう付け接合される。そして、前記第２側板の平坦面と前記他方の冷媒管との間に空気通路が形成され、前記空気通路は、前記蓄冷材容器の片方の側だけに存在する。

本発明によれば、蓄冷材容器の両方の側板（第１側板及び第２側板）のうち、片方の側板（第２側板）にのみ、外側に突出する凸部が形成されるため、蓄冷材容器の容積を確保でき、蓄冷材の封入量を増加させて、放冷性能を向上できる。
また、蓄冷材容器の両方の側板（第１側板及び第２側板）のうち、片方の側板（第１側板）は、平坦面にて冷媒管とろう付け接合されるため、接触面積が増大し、伝熱効率を改善できる。

一方、空気通路は、蓄冷材容器の片方の側だけになるが、片側だけである分、通路幅（凸部の高さ）を大きくして、空気への直接的な放冷性能や通気抵抗の低減性能を確保できる。また、大きくすることで、結露水が詰まるのも防止できる。

本発明の実施形態を示す蓄冷熱交換器の全体斜視図第１実施形態を示す蓄熱材容器の分解斜視図第１実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図第２実施形態を示す蓄熱材容器の分解斜視図第２実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図第３実施形態を示す蓄熱材容器の分解斜視図第３実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図第４実施形態を示す蓄熱材容器の分解斜視図第４実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す蓄冷熱交換器（蓄冷エバポレータ）の全体斜視図である。

本実施形態の蓄冷熱交換器は、上側ヘッダタンク１と、下側ヘッダタンク２と、上側ヘッダタンク１と下側ヘッダタンク２とを連通する複数の扁平状冷媒管３と、隣合う冷媒管３、３間の空隙に配置されるフィン４と、一部の空隙にフィン４に代えて配置される蓄冷材容器５と、両側のサイドプレート６とを含んで構成される。

上側ヘッダタンク１は、水平方向に延在し、また延在方向と直交する前後方向に２つのタンク１Ａ、１Ｂに分割されている。タンク１Ａと１Ｂは非連通であり、タンク１Ａは冷媒入口を有し、タンク１Ｂは冷媒出口を有している。

下側ヘッダタンク２は、上側ヘッダタンク１の下方に、上側ヘッダタンク１と同様、水平方向に延在し、また延在方向と直交する前後方向に２つのタンク２Ａ、２Ｂに分割されている。タンク２Ａと２Ｂは互いに連通している。

冷媒管３は、扁平状であり、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される。ここでは、前後２列に配置され、１列目は上側タンク１Ａと下側タンク２Ａとを連通し、２列目は上側タンク１Ｂと下側タンク２Ｂとを連通する。また、前記並設方向に隣合う冷媒管３、３の扁平部間には、冷媒管３、３内の冷媒と熱交換する空気が通る空隙が形成される。

フィン４は、コルゲートフィンであり、前記空隙、すなわち、隣合う冷媒管３、３の扁平部間に、熱交換効率向上のために配置される。

蓄冷材容器５は、蓄冷材を封入した扁平な容器であり、一部の隣合う冷媒管３、３の扁平部間の空隙に、前記フィン４に代えて、配置される。

ここにおいて、冷媒は、エンジン駆動される圧縮機により凝縮器及び膨張弁を介して供給されて、上側タンク１Ａに流入し、１列目の冷媒管３内を下向きに流れて、下側タンク２Ａに至る。そして、これと連通している下側タンク２Ｂに流入し、２列目の冷媒管３内を上向きに流れて、上側タンク１Ｂに至り、冷媒出口より流出する。従って、１列目の冷媒管３と２列目の冷媒管３とでは冷媒の流れが逆向きとなり、いわゆるカウンターフローとなる。そして、冷媒が冷媒管３内を流れるときに、フィン４を介し、空隙を通過する空気を冷却する。このとき同時に一部の隣合う冷媒管３、３の扁平部間に配置された蓄冷材容器５内の蓄冷材に蓄冷する。その後、エンジンがアイドルストップなどで停止して圧縮機が停止したときは、蓄冷材容器５内の蓄冷材に蓄えた冷熱を利用して空気を冷却し、冷房能力を確保する。

次に、一部の隣合う冷媒管３、３間に配置される蓄冷材容器５の詳細構造について、図２〜図９により説明する。尚、以下では、蓄冷材容器５が配置される隣合う冷媒管３、３のうち、一方の冷媒管３を「３Ｌ」、他方の冷媒管３を「３Ｒ」と呼称する。

〔第１実施形態〕
図２は第１実施形態を示す蓄冷材容器の分解斜視図、図３は第１実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図である。

本実施形態の蓄冷材容器５は、一方の冷媒管３Ｌ側の第１側板１１と、他方の冷媒管３Ｒ側の第２側板１２とを含んで構成される。第１側板１１及び第２側板１２はそれぞれ外周部に枠状のフランジ部を有し、フランジ部同士がろう付け接合されることで、第１側板１１と第２側板１２との間に蓄冷材封入空間が形成される。尚、第１側板１１及び第２側板１２の一部には蓄冷材の注入口部２０が設けられる。

第１側板１１は、平坦面１１ａを有し、該平坦面１１ａにて冷媒管３Ｌとろう付け接合される。

第２側板１２は、平坦面１２ａから外側に突出する円錐台形状の凸部１２ｂを複数有し、凸部１２ｂの頂壁にて冷媒管３Ｒとろう付け接合される。尚、複数の凸部１２ｂは互いに独立している。また、各凸部１２ｂは図では円錐台形状に示したが、これに限るものではない。但し、凸部１２ｂの頂壁は、ろう付け接合のため、平坦になっていることが望ましい。

ここにおいて、第２側板１２の平坦面１２ａと冷媒管３Ｒとの間には、前記凸部１２ｂの高さの分、空気通路１５が形成される。

本実施形態の蓄冷材容器５は、第１側板１１と第２側板１２との間に配置されるコルゲートタイプのインナーフィン１４を更に含んで構成される。インナーフィン１４は、蓄冷材容器５内に収納され、第１側板１１の平坦面１１ａと第２側板１２の平坦面１２ａとにろう付け接合される。

本実施形態によれば、次のような基本的効果が得られる。
（１）蓄冷材容器５の両方の第１側板１１及び第２側板１２のうち、片方の第２側板１２にのみ、外側に突出する凸部１２ｂが形成されるため、蓄冷材容器５の容積を確保でき、蓄冷材の封入量を増加させて、放冷性能を向上できる。
（２）蓄冷材容器５の両方の第１側板１１及び第２側板１２のうち、片方の第１側板１１は、平坦面１１ａにて冷媒管３Ｌとろう付け接合されるため、接触面積が増大し、伝熱効率を改善できる。
（３）空気通路１５は、蓄冷材容器５の片方の側だけになるが、片側だけである分、通路幅（凸部１２ｂの高さ）を大きくして、空気への直接的な放冷性能や通気抵抗の低減性能を確保できる。また、大きくすることで、結露水が詰まるのを防止でき、排水性能を確保できる。

一方、蓄冷材容器５は、内部が中空であると、外圧及び内圧に対し形状を維持できなくなってしまうおそれがあり、十分な強度を持たせる必要がある。
この点、本実施形態の蓄冷材容器５は、第１側板１１と第２側板１２との間に配置されるインナーフィン１４を含んで構成されるので、十分な強度を持たせることが可能となる。このため、ろう付け時の蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。また、蓄冷材の熱膨張に起因する内圧の変化による蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。

〔第２実施形態〕
図４は第２実施形態を示す蓄冷材容器の分解斜視図、図５は第２実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図である。

第１側板１１は、平坦面１１ａを有し、該平坦面１１ａにて冷媒管３Ｌとろう付け接合される。第２側板１２は、平坦面１２ａから外側に突出する凸部１２ｂを複数有し、凸部１２ｂの頂壁にて冷媒管３Ｒとろう付け接合される。ここにおいて、第２側板１２の平坦面１２ａと冷媒管３Ｒとの間には、前記凸部１２ｂの高さの分、空気通路１５が形成される。

以上は前述の第１実施形態と同じであり、本実施形態では、蓄冷材容器５の強度アップのため、インナーフィン４を入れる代わりに、下記の構造を採用している。

本実施形態では、第１側板１１の平坦面１１ａから内側に突出する円錐台形状の凹部（ディンプル）１１ｃを複数設け、蓄冷材容器５内で、凹部１１ｃの底壁と第２側板１２の平坦面１２ａとをろう付け接合している。

また、第２側板１２の平坦面１２ａから内側に突出する円錐台形状の凹部（ディンプル）１２ｃを複数設け、蓄冷材容器５内で、凹部１２ｃの底壁と第１側板１１の平坦面１１ａとをろう付け接合している。

尚、これらの構造のうちいずれか一方のみを採用してもよい。両方採用する場合は、第１側板１１の凹部１１ｃと第２側板１２の凹部１２ｃとが重ならないように位置をずらして設ける。

本実施形態によれば、前述の第１実施形態と同じ基本的効果が得られる他、強度に関し、次のような効果が得られる。
第１側板１１及び第２側板１２のうち、少なくとも一方の側板１１、１２に平坦面１１ａ、１２ａから内側に突出する凹部１１ｃ、１２ｃを設け、凹部１１ｃ、１２ｃの底壁と他方の側板１２、１１の平坦面１２ａ、１１ａとをろう付け接合したことにより、蓄冷材容器５に十分な強度を持たせることが可能となる。このため、ろう付け時の蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。また、蓄冷材の熱膨張に起因する内圧の変化による蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。

〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態を示す蓄冷材容器の分解斜視図、図７は第３実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図である。

本実施形態では、第１側板１１の平坦面１１ａから内側に突出する凹部（ディンプル）１１ｃを複数設けると共に、これに対応させて、第２側板１２の平坦面１２ａから内側に突出する凹部（ディンプル）１２ｃを複数設けている。そして、蓄冷材容器５内で、第１側板１１の凹部１１ｃの底壁と第２側板１２の凹部１２ｃの底壁と対向・接触させて、ろう付け接合している。

本実施形態によれば、前述の第１実施形態と同じ基本的効果が得られる他、強度に関し、次のような効果が得られる。
第１側板１１及び第２側板１２の両方に平坦面１１ａ、１２ａから内側に突出する凹部１１ｃ、１２ｃを設け、第１側板１１の凹部１１ｃの底壁と第２側板１２の凹部１２ｃの底壁とをろう付け接合したことにより、蓄冷材容器５に十分な強度を持たせることが可能となる。このため、ろう付け時の蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。また、蓄冷材の熱膨張に起因する内圧の変化による蓄冷材容器５の変形・破損を抑制することができる。

尚、前述の第２実施形態と比べると、第１側板１１及び第２側板１２の両方に凹部１１ｃ、１２ｃを形成する必要があるが、凹部１１ｃ、１２ｃの高さ（凹み）方向の加工量を少なくできる利点がある。

〔第４実施形態〕
図８は第４実施形態を示す蓄冷材容器の分解斜視図、図９は第４実施形態での冷媒管間に配置される蓄冷材容器の平面横断面図である。

本実施形態の蓄冷材容器５は、一方の冷媒管３Ｌ側の第１側板１１と、中間の第２側板１２と、他方の冷媒管３Ｒ側の第３側板１３とを含んで構成される。

第１側板１１及び第２側板１２はそれぞれ外周部に枠状のフランジ部を有し、フランジ部同士がろう付け接合されることで、第１側板１１と第２側板１２との間に蓄冷材封入空間が形成される。尚、第１側板１１及び第２側板１２の一部には蓄冷材の注入口部２０が設けられる。

第１側板１１は、平坦面１１ａを有し、該平坦面１１ａにて冷媒管３Ｌとろう付け接合される。
第２側板１２は、平坦面１２ａから外側に突出する凸部１２ｂを複数有し、凸部１２ｂの頂壁にて後述するように第３側板１３とろう付け接合される。尚、複数の凸部１２ｂは互いに独立している。

第３側板１３は、板状で、冷媒管３Ｒ側に平坦面１３ａを有し、該平坦面１３ａにて冷媒管３Ｒとろう付け接合される。
また、第３側板１３は、平坦面１３ａから内側に突出する凹部（ディンプル）１３ｃを複数有する。そして、第２側板１２の凸部１２ｂの頂壁と第３側板１３の凹部１３ｃの底壁とが対向配置されてろう付け接合される。

ここにおいて、第２側板１２の平坦面１２ａと第３側板１３の平坦面１３ａとの間には、前記凸部１２ｂの高さ＋前記凹部１３ｃの高さ（深さ）の分、空気通路１６が形成される。

従って、本実施形態では、第２側板１２は、第３側板１３を介して、この第３側板１３の平坦面１３ａで、冷媒管３Ｒとろう付け接合される。そして、第２側板１２と第３側板１３とは、第２側板１２の凸部１２ｂ頂壁と第３側板１３の凹部１３ｃ底壁とでろう付け接合されて、第２側板１２の平坦面１２ａと第３側板１３の平坦面１３ａとの間に空気通路１６が形成される。

本実施形態によれば、次のような基本的効果が得られる。
（１）蓄冷材容器５の両側の第１側板１１と第２、第３側板１２、１３とのうち、片方の第２、第３側板１２、１３にのみ、外側に突出する凸部１２ｂ（及び凹部１３ｃ）が形成されるため、蓄冷材容器５の容積を確保でき、蓄冷材の封入量を増加させて、放冷性能を向上できる。
（２）蓄冷材容器５の両側の第１側板１１と第２、第３側板１２、１３とのうち、片方の第１側板１１は、平坦面１１ａにて冷媒管３Ｌとろう付け接合されるため、接触面積が増大し、伝熱効率を改善できる。
（３）空気通路１６は、蓄冷材容器５の片方の側だけになるが、片側だけである分、通路幅（凸部１２ｂ及び凹部１３ｃの高さ）を大きくして、空気への直接的な放冷性能や通気抵抗の低減性能を確保できる。また、大きくすることで、結露水が詰まるのを防止でき、排水性能を確保できる。

一方、蓄冷材容器５は、内部が中空であると、外圧及び内圧に対し形状を維持できなくなってしまうおそれがあり、十分な強度を持たせる必要がある。
このため、蓄冷材容器５内で第１側板１１と第２側板１２との間に強度アップ構造を設ける。強度アップ構造としては、第１実施形態〜第３実施形態にて示した構造を採用することができる。

但し、本実施形態（図９）では第２実施形態と同じ構造を採用している。
すなわち、第１側板１１の平坦面１１ａから内側に突出する凹部（ディンプル）１１ｃを複数設け、蓄冷材容器５内で、凹部１１ｃの底壁と第２側板１２の平坦面１２ａとをろう付け接合している。

また、第２側板１２の平坦面１２ａから内側に突出する凹部（ディンプル）１２ｃを複数設け、蓄冷材容器５内で、凹部１２ｃの底壁と第１側板１１の平坦面１１ａとをろう付け接合している。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

例えば凸部１２ｂ（及び凹部１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ）は、図では代表的に円錐台形状に示したが、これに限るものでない。

１（１Ａ、１Ｂ）上側ヘッダタンク
２（２Ａ、２Ｂ）下側ヘッダタンク
３（３Ｌ、３Ｒ）冷媒管
４フィン
５蓄冷材容器
６サイドプレート
１１第１側板
１１ａ平坦面
１１ｃ凹部
１２第２側板
１２ａ平坦面
１２ｂ凸部
１２ｃ凹部
１３第３側板
１３ａ平坦面
１３ｃ凹部
１４インナーフィン
１５空気通路
１６空気通路
２０蓄冷材の注入口部

Claims

扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置されるフィンと、一部の空隙に前記フィンに代えて配置され蓄冷材が封入される蓄冷材容器とを備える、蓄冷熱交換器であって、
前記蓄冷材容器は、一方の冷媒管側の第１側板と、他方の冷媒管側の第２側板と、を含んで構成され、
前記第１側板は、平坦面を有して、該平坦面にて前記一方の冷媒管とろう付け接合され、
前記第２側板は、平坦面から外側に突出する複数の凸部を有して、凸部の頂壁にて前記他方の冷媒管とろう付け接合され、
前記第２側板の平坦面と前記他方の冷媒管との間に空気通路が形成され、前記空気通路は、前記蓄冷材容器の片方の側だけに存在する、蓄冷熱交換器。
扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置されるフィンと、一部の空隙に前記フィンに代えて配置され蓄冷材が封入される蓄冷材容器とを備える、蓄冷熱交換器であって、
前記蓄冷材容器は、一方の冷媒管側の第１側板と、中間の第２側板と、他方の冷媒管側の第３側板と、を含んで構成されて、前記第１側板と前記第２側板との間に前記蓄冷材が封入され、
前記第１側板は、平坦面を有して、該平坦面にて前記一方の冷媒管とろう付け接合され、
前記第２側板は、平坦面から外側に突出する複数の凸部を有し、
前記第３側板は、平坦面と、該平坦面から内側に突出する凹部とを有して、該平坦面にて前記他方の冷媒管とろう付け接合され、
前記第２側板と前記第３側板とは、前記第２側板の凸部の頂壁と前記第３側板の凹部の底壁とでろう付け接合されて、前記第２側板の平坦面と前記第３側板の平坦面との間に前記空気通路が形成される、蓄冷熱交換器。
前記蓄冷材容器は、前記第１側板と前記第２側板との間に配置されるインナーフィンを更に含んで構成される、請求項１又は請求項２記載の蓄冷熱交換器。
前記第１側板及び第２側板のうち少なくとも一方の側板は、平坦面から内側に突出する凹部を有し、前記蓄冷材容器内で、前記凹部の底壁と他方の側板の平坦面とがろう付け接合される、請求項１又は請求項２記載の蓄冷熱交換器。
前記第１側板及び第２側板は、共に、平坦面から内側に突出する凹部を有し、
前記蓄冷材容器内で、前記第１側板の凹部の底壁と前記第２側板の凹部の底壁とがろう付け接合される、請求項１又は請求項２記載の蓄冷熱交換器。