JP6281394B2 - 蓄冷熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、冷凍サイクル装置に用いられる蓄冷熱交換器に関するものである。

車両用空調装置では、走行用エンジンによって冷凍サイクル装置が駆動される。このため、車両が一時的に停車している間にエンジンが停止すると、冷凍サイクル装置が停止することになる。燃費の向上を図るため、信号待ち等の車両停止中にエンジンを停止する、いわゆるアイドルストップ車が増加している。このようなアイドルストップ車では、車両停車中（エンジン停止中）に冷凍サイクル装置が停止することで車室内の快適性を損なうという問題がある。また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ると、燃費の向上の妨げになるという問題もある。

このような問題を解決する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１には、エンジン停止中においても空調感を維持するため、室内用熱交換器に蓄冷機能を持たせている。具体的には、特許文献１には、蓄冷材を封入した蓄冷容器を従来のエバポレータの空気流れ後方へ配置したものが記載されている。これによって車両走行中に冷熱を蓄え、この冷気を車両停止中に用いている。

また特許文献２には、蒸発器の冷媒流路を構成するチューブに隣接する形で小容量の蓄冷容器を設け、ここに蓄冷材を封入するものが記載されている。また蓄冷材として、長期間安定した凝固融解特性をもち、高い潜熱をもつノルマルパラフィンを使用することが特許文献３に記載されている。

特表２００９−５２６１９４号公報 特開２００２−２７４１６５号公報 特開２００２−３３７５３７号公報

アイドルストップ時の空調装置の課題として、車室内の温熱感の悪化に加えエバポレータに付着した凝縮水の蒸発に伴う臭い発生があげられる。この臭いは、アイドルストップ時のコンプレッサの停止に伴いエバポレータの温度が上昇し、その温度が吸込み空気の湿球温度より高くなった時点から発生する。そのため、吸込み空気の湿球温度よりも融点の低い蓄冷材を利用すると蓄冷材が融解している間は、エバポレータの温度を吸込み空気の湿球温度以下に維持することができるため、臭いを抑制できる。

しかし、従来技術ではアイドルストップ中の冷房感維持を考慮して、長時間冷房感を維持できるように融点が高い蓄冷材を使用している。したがって外気温度が融点以下となる時期、たとえば中間期から冬季では、エバポレータ周りの温度が蓄冷材の融点以下であるため蓄冷材が常時凝固しており、融解できないため臭いを抑制できないとう問題がある。

さらに、蓄冷材としては、化学的に安定であり、エバポレータの冷熱で凝固できるパラフィンが用いられているが、臭いの発生抑制と快適性維持を両立できるパラフィンが存在しなかった。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、広範囲な空気温度における臭いの発生を抑制でき、さらに蓄冷機能を維持することができる蓄冷熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、周囲を流れる空気と熱交換する蓄冷熱交換器（４０）であって、蓄冷材（５０，５０ａ，５０ｂ）を内部に収容する蓄冷体（４７）を含み、蓄冷材は、炭素数が１５のパラフィンからなる低炭素数のパラフィンと炭素数が１６のパラフィンからなる高炭素数のパラフィンとを含み、高炭素数のパラフィンは６０質量パーセント濃度よりも高く、１００質量パーセント濃度未満であり、低炭素数のパラフィンは０質量パーセント濃度よりも高く４０質量パーセント濃度未満であり、低炭素数のパラフィンおよび高炭素数のパラフィンを除くパラフィンであって、炭素数が１４および１７のパラフィンのうち少なくとも１つのパラフィンを含む不可避混合物の質量パーセント濃度が、０質量パーセント濃度よりも高く、５質量パーセント濃度未満であることを特徴とする。

このような本発明に従えば、蓄冷材は、低炭素数のパラフィンと高炭素数のパラフィンとを含む。低炭素数のパラフィンは、比較的融点が低く、高炭素数のパラフィンは比較的融点が高い。これら融点が異なる少なくとも２種類のパラフィンを前述の質量パーセント濃度で配合して蓄冷材に用いることによって、蓄冷材が凝固および融解する温度範囲を広くすることができる。これによって空気の温度が低い場合であっても、蓄冷材は融解して放冷することができる。したがって空気の温度が低い場合であっても、通過する空気の湿球温度以下に維持することが可能となり、凝縮水の蒸発に伴う臭いの発生を抑制することができる。また蓄冷材が蓄冷および放冷できる温度範囲が広いので、より広範囲な空気温度において蓄冷機能を維持することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の蒸発器４０を示す正面図である。 蒸発器４０を示す側面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面の一部を示す拡大断面図である。 Ｃ１６とＣ１４を混合したときの融点と潜熱の関係を示すグラフである。 蓄冷材５０の潜熱と温度との関係の一例を示すグラフである。 吹出温度と経過時間との関係の一例を示すグラフである。 アイドルストップ時間と空気温度との関係の一例を示すグラフである。 相変化距離と蓄冷時間との関係を示すグラフである。 蓄冷容器４７を拡大して示す断面図である。 蓄冷材５０の一部が凝固している状態を示す断面図である。 蓄冷材５０の温度と蓄冷完了時間との関係を示すグラフである。 第２実施例の蓄冷材５０の潜熱と温度との関係を示すグラフである。 第３実施例の蓄冷材５０の潜熱と温度との関係を示すグラフである。 第４実施例の蓄冷材５０の潜熱と温度との関係を示すグラフである。 第５実施例の蓄冷材５０の潜熱と温度との関係を示すグラフである。 第５実施例の蓄冷材５０の潜熱低下率と不可避混合物の混合率との関係を示すグラフである。 第６実施形態の蒸発器４０Ａの一部を拡大して示す正面図である。 第７実施形態の蒸発器４０Ｂの一部を拡大して示す断面図である。 第８実施形態の蒸発器４０Ｃの一部を拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図１１を用いて説明する。蒸発器４０は、冷凍サイクル装置（図示せず）を構成する。冷凍サイクル装置は、たとえば車両用の空調装置に用いられる。冷凍サイクル装置は、図示は省略するが、圧縮機、放熱器、減圧器、および蒸発器４０を有する。これら構成部品は、配管によって環状に接続され、冷媒循環路を構成する。圧縮機は、車両の走行用の動力源によって駆動される。このため、動力源が停止すると、圧縮機も停止する。圧縮機は、蒸発器４０から冷媒を吸引し、圧縮し、放熱器へ吐出する。放熱器は、高温冷媒を冷却する。放熱器は、凝縮器とも呼ばれる。減圧器は、放熱器によって冷却された冷媒を減圧する。減圧器は、固定の絞り、温度式膨張弁、あるいはエジェクタによって提供されうる。蒸発器４０は、減圧器によって減圧された冷媒を蒸発させ、媒体を冷却する。蒸発器４０は、車室に供給される空気を冷却する。

冷凍サイクル装置は、さらに、高圧側液冷媒と低圧側ガス冷媒とを熱交換する内部熱交換、余剰冷媒を蓄えるレシーバまたはアキュムレータのタンク要素を備えることができる。また、動力源は、内燃機関あるいは電動機によって提供されうる。

蒸発器４０は、蓄冷熱交換器であって、複数に分岐した冷媒通路部材を有する。この冷媒通路部材は、アルミニウム等の金属製の通路部材によって提供される。冷媒通路部材は、組をなして位置づけられたヘッダ４１〜４４と、それらヘッダ４１〜４４の間を連結する複数の冷媒管４５とによって提供されている。

図１および図２に示すように、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とも、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４５が等間隔に配列されている。第３ヘッダ４３と第４ヘッダ４４との間には、複数の冷媒管４５が等間隔に配列されている。各冷媒管４５は、その端部において対応するヘッダ内に連通している。

図２に示すように、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４５によって第１熱交換部４８が形成されている。同様に、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４５によって第２熱交換部４９が形成されている。この結果、蒸発器４０は、２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。空気の流れ方向に関して、第２熱交換部４９が上流側に配置され、第１熱交換部４８が下流側に配置されている。

第１ヘッダ４１の端部には、冷媒入口としてのジョイント（図示せず）が設けられている。第１ヘッダ４１内は、その長さ方向のほぼ中央に設けられた仕切板（図示せず）によって、第１区画と第２区画とに区画されている。これに対応して、複数の冷媒管４５は、第１群と第２群とに区分されている。冷媒は、第１ヘッダ４１の第１区画に供給される。冷媒は、第１区画から、第１群に属する複数の冷媒管４５に分配される。冷媒は、第１群を通して第２ヘッダ４２に流入し、集合される。冷媒は、第２ヘッダ４２から、第２群に属する複数の冷媒管４５に再び分配される。冷媒は、第２群を通して第１ヘッダ４１の第２区画に流入する。このように、第１熱交換部４８においては、冷媒をＵ字状に流す流路が形成される。

第３ヘッダ４３の端部には、冷媒出口としてのジョイント（図示せず）が設けられている。第３ヘッダ４３内は、その長さ方向のほぼ中央に設けられた仕切板（図示せず）によって、第１区画と第２区画とに区画されている。これに対応して、複数の冷媒管４５は、第１群と第２群とに区分されている。第３ヘッダ４３の第１区画は、第１ヘッダ４１の第２区画に隣接している。第３ヘッダ４３の第１区画と第１ヘッダ４１の第２区画とは連通している。

冷媒は、第１ヘッダ４１の第２区画から、第３ヘッダ４３の第１区画に流入する。冷媒は、第１区画から、第１群に属する複数の冷媒管４５に分配される。冷媒は、第１群を通して第４ヘッダ４４に流入し、集合される。冷媒は、第４ヘッダ４４から、第２群に属する複数の冷媒管４５に再び分配される。冷媒は、第２群を通して第３ヘッダ４３の第２区画に流入する。このように、第２熱交換部４９においては、冷媒をＵ字状に流す流路が形成される。第３ヘッダ４３の第２区画内の冷媒は、冷媒出口から流出し、圧縮機へ向けて流れる。

次に、冷媒管４５などの具体的な構成に関して説明する。図３では、蓄冷容器４７の厚みは省略して示し、蓄冷材５０にハッチングを施して示す。冷媒管４５は、内部に冷媒が流通する複数の冷媒通路４５ａを有する多穴管である。冷媒管４５は、扁平管とも呼ばれる。この多穴管は、押出製法によって得ることができる。複数の冷媒通路４５ａは、冷媒管４５の長手方向に沿って延びており、冷媒管４５の両端に開口している。複数の冷媒管４５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４５は、その主面が対向するように配置されている。複数の冷媒管４５は、互いに隣接する２つの冷媒管４５の間に、空気と熱交換するための空気通路４６０と、後述する蓄冷容器４７を収容するための収容部４６１とを区画している。

蒸発器４０は、車室へ供給される空気と接触面積を増加させるためのアウターフィン４６を備える。アウターフィン４６は、複数のコルゲート型のアウターフィン４６によって提供されている。アウターフィン４６は、隣接する２つの冷媒管４５の間に区画された空気通路４６０に配置されている。アウターフィン４６は、隣接する２つの冷媒管４５と熱的に結合している。アウターフィン４６は、熱伝達に優れた接合材によって、隣接する２つの冷媒管４５に接合されている。接合材としては、ろう材を用いることができる。アウターフィン４６は、薄いアルミニウム等の金属板が波状に曲げられた形状をもっており、ルーバーと呼ばれる空気通路４６０を備える。

次に、蓄冷容器４７に関して説明する。蓄冷容器４７は、蓄冷体であって、内部に蓄冷材５０を収容するための部屋を区画している。蓄冷容器４７は、扁平な筒状である。蓄冷容器４７は、その長手方向両端において、筒をその厚さ方向に押しつぶすことによって閉じられ、内部に蓄冷材５０を収容するための空間が形成される。蓄冷容器４７は、広い主面を両面に有している。これら２つの主面を提供する２つの主壁は、それぞれが冷媒管４５と平行に配置されている。そして少なくとも片面、本実施形態では両面に、冷媒管４５が接触するように配置されている。

蓄冷容器４７は、その両側に配置された２つの冷媒管４５に熱的に結合している。蓄冷容器４７は、熱伝達に優れた接合材によって、隣接する２つの冷媒管４５に接合されている。接合材としては、ろう材または接着剤などの樹脂材料を用いることができる。蓄冷容器４７は、冷媒管４５にろう付けされている。蓄冷容器４７と冷媒管４５との間には、それらの間を広い断面積によって連結するために大量のろう材が配置されている。このろう材は、蓄冷容器４７と冷媒管４５との間にろう材の箔を配置することによって提供することができる。この結果、蓄冷容器４７は、冷媒管４５との間で良好な熱伝導を示す。

各蓄冷容器４７の厚さは、空気通路４６０の厚さとほぼ等しい。よって、蓄冷容器４７の厚さは、アウターフィン４６の厚さとほぼ等しい。アウターフィン４６と蓄冷容器４７とは、入れ替え可能である。この結果、複数のアウターフィン４６と複数の蓄冷容器４７との配置パターンを、高い自由度をもって設定することができる。

蓄冷容器４７の長さは、アウターフィン４６とほぼ同じ長さを有する。この結果、蓄冷容器４７は、隣接する２つの冷媒管４５の間に区画された収容部４６１の長手方向のほぼ全体を占めている。また蓄冷容器４７とヘッダ４１〜４４との間の隙間は、アウターフィン４６の切片、あるいは樹脂などの充填材によって埋めることが望ましい。

複数の冷媒管４５は、ほぼ一定の間隔で配置されている。それら複数の冷媒管４５の間には、複数の隙間が形成されている。これら複数の隙間には、複数のアウターフィン４６と複数の蓄冷容器４７とが、所定の規則性をもって配置されている。隙間のうちの一部は、空気通路４６０である。隙間のうちの残部は、蓄冷容器４７の収容部４６１である。複数の冷媒管４５の間に形成された合計間隔のうち、たとえば１０％以上５０％以下が収容部４６１とされる。収容部４６１には、蓄冷容器４７が配置されている。

蓄冷容器４７は、蒸発器４０の全体にほぼ均等に分散して配置されている。蓄冷容器４７の両側に位置する２つの冷媒管４５は、蓄冷容器４７とは反対側において空気と熱交換するための空気通路４６０を区画している。別の観点では、２つのアウターフィン４６の間に２つの冷媒管４５が配置され、さらにこれら２つの冷媒管４５の間に２つの蓄冷容器４７を１組とした蓄冷容器４７が１組配置されている。

蓄冷容器４７は、アルミニウムおよびアルミニウム合金等の金属製である。また蓄冷容器４７のアルミニウム以外の材料としては、たとえばイオン化傾向が水素よりも低い金属を主材、もしくは成分として含む材料が用いられる。

次に、蓄冷材５０に関して説明する。蓄冷材５０は、冷媒通路４５ａを流通する冷媒と熱交換して冷媒からの熱量を留める材料である。蓄冷材５０は、冷媒からの熱を凝固することで留め、留めた熱を融解することによって外部に放出する。

蓄冷材５０には、パラフィンが用いられる。パラフィンは、炭素数によって融点および融解熱が異なる。炭素数１２〜１８（Ｃ１２〜Ｃ１８）と融点および融解熱との関係を、表１に示す。

表１に示すように、炭素数が大きくなるにつれて、融点が高温になることがわかる。空調装置の運転する温度範囲である０℃〜２０℃から大きくはずれず、かつ広い温度範囲で蓄冷可能なものを探査した結果、発明者らは融点の低いパラフィン（Ｃ１２〜Ｃ１５）と高いパラフィン（Ｃ１６〜Ｃ１８）を混合すると良いことを発見した。さらに、融点の高い蓄冷材５０として、融点が運転温度により近く、かつ単体の融解熱（以下、潜熱ともいう）が高いＣ１６を使うと、さらに良い。

ここで融点が０℃より大きいのが好ましい理由を説明する。冷房運転中の蒸発器４０には空気中の水蒸気が凝縮して、液体の水として付着している。したがって蓄冷材５０が０℃以下になると蒸発器４０および蓄冷容器４７の表面に付着している水分が凝固するので、蒸発器４０の空気通路４６０を閉塞するおそれがある。空気通路４６０が閉塞すると、蒸発器４０の性能が大幅に低下する。したがって蒸発器４０の温度が０℃より大きくすることが好ましいので、蓄冷材５０の融点が０℃より大きい方が好ましい。

次に融点が２０℃以下が好ましい理由を説明する。アイドルストップ中に乗客が不快感を感じる温度が約２０℃である。これは２０℃よりも高くなると、車室内温度が上昇していくこと、および蒸発器４０に付着した水分が蒸発することで発生する臭いに起因する。たとえば空調装置の設定を内気循環モード、および車室内温度を２５℃から２８℃で使用していた場合、乗員の代謝および人数、車両の種類にもよるが、アイドルストップ中に臭いが発生する温度である湿球温度は約２０℃となる。したがって車室内の温度が２０℃に到達したら、臭いが発生しないように冷房運転を再開するように制御する。そこで２０℃までに蓄冷材５０に貯まった冷熱を全て消費するために、蓄冷材５０の融点が２０℃以下にすることで、効率のよい運転が可能となる。

換言すると、本実施形態の蓄冷材５０は、融点が低いパラフィンと高いパラフィンを混合した広い温度範囲で蓄冷できる蓄冷材５０を用いる。具体的には、蓄冷材５０は、低炭素数のパラフィンと高炭素数のパラフィンとを混合している。低炭素数のパラフィンは、炭素数が１２以上１５以下のパラフィンのうち少なくともいずれか１つのパラフィンを含むパラフィンである。また高炭素数のパラフィンは、低炭素数のパラフィンに含まれる最大の炭素数のパラフィンよりも炭素数が大きいパラフィンである。そして高炭素数のパラフィンは、炭素数が１５以上１８以下のパラフィンのうち少なくともいずれか１つのパラフィンを含む。本実施形態では、高炭素数のパラフィンは、炭素数が１６である。低炭素数のパラフィンは、炭素数が１３である。

次に配合比について、図４を用いて説明する。図４の横軸は、Ｃ１４の質量パーセント濃度を示す。したがってＣ１４の質量パーセント濃度が０％の場合は、Ｃ１６が１００％となる。またＣ１４の質量パーセント濃度が１００％の場合は、Ｃ１６が０％となる。融点の低いＣ１４を融点の高いＣ１６に配合量を増やして混合すると、図４に示すように、徐々に融点が低下するが、潜熱も低下していることがわかる。

パラフィンの温度を融点よりもさらに下げると、図４に示すように潜熱の低い固相から高い固相への相転移する相転移温度が存在する。しかしＣ１４の配合量が増えると、相転移温度が低下する。多くの冷熱を蓄冷するためには、融点よりもさらに低温にして、潜熱の高い固相まで相変化させる必要がある。すなわち、蓄冷のためにその分、余分に動力を消費する。

また蒸発器４０は空気中の水分が蒸発器４０の表面で凝固して風の流れを妨げることを防ぐため、０℃以下にならないように冷媒温度などが制御される。しかし、Ｃ１６とＣ１４の混合の例のように、パラフィンの組合せや配合比によっては、相転移温度が０℃以下になってしまう。したがって相転移温度が０℃以下のパラフィンを用いると、潜熱の高い固相まで蓄冷することができなくなる。

したがって多くの冷熱を蓄冷できるようにするため、相転移温度が０℃以上であって、相転移温度が融点に近いパラフィンが好ましい。そのために、いずれかのパラフィンの配合量を多くすることが好ましい。さらに、その配合比は、７５ｗｔ％（質量パーセント濃度）より高くすることが好ましい。さらに、７５ｗｔ％より高くするのは、融点が広範囲となるように、融点の高いパラフィンとすることが好ましい。たとえばＣ１６とＣ１４の例ではＣ１６を７５ｗｔ％よりも高くする。

換言すると、低炭素数のパラフィンの蓄冷材５０における質量パーセント濃度は、高炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度よりも少なくなるように設定される。具体的には、高炭素数のパラフィンは７５質量パーセント濃度よりも高く、１００質量パーセント濃度未満に設定される。そして低炭素数のパラフィンは０質量パーセント濃度よりも高く、２５質量パーセント濃度未満に設定される。

図５を用いて、蓄冷材５０の潜熱と温度との関係について説明する。本実施形態では、実施例として低炭素数のパラフィン（Ｃ１３）は、２０質量パーセント濃度であり、高炭素数のパラフィン（Ｃ１６）は、８０質量パーセント濃度である。図５では、比較例として炭素数が１５のパラフィンの波形を示している。前述のように、実施例の蓄冷材５０は融点が−５℃のＣ１３と、融点が１８℃のＣ１６を、Ｃ１３：Ｃ１６＝２０：８０質量％で混合している。これによって融点が約５℃から約１７度までの広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる。これに対して比較例は、融点が１０℃のＣ１５のパラフィンである。したがって蓄冷できる範囲は、約１０℃から約１５℃と実施例に対して小さい。

図６を用いて、吹出温度と経過時間との関係について説明する。図６に示すグラフでは、蓄冷機能のない蒸発器と、比較例の蓄冷材を用いた蒸発器と、実施例の蓄冷材５０を用いた蒸発器４０の３種類の波形を示す。蓄冷機能のない蒸発器では、吹出温度が短時間で上昇している。次に、比較例の蒸発器の吹出温度が短時間で上昇し、実施例の蒸発器４０の温度上昇が最も緩やかである。これは、実施例のパラフィンは、蓄冷できる温度範囲が比較例に比べて広いことに起因する。したがって外気が高温の夏季だけでなく、外気が１０℃などの低温の冬季にエンジンまたは空調装置が停止中でも、蓄冷材５０のすべてが比較例のように常時凝固せず、一部が融解した状態となっている。したがって空調装置の運転でその一部が凝固し、停止すると再度融解することで、アイドルストップ時間を延長することができる。

図７を用いて、アイドルストップ時間と空気温度との関係について説明する。図７に示すグラフでは、蓄冷機能のない蒸発器と、比較例の蓄冷材を用いた蒸発器と、実施例の蓄冷材５０を用いた蒸発器４０の３種類の波形を示す。蓄冷機能がない蒸発器では、エンジンを停止すると、冷媒の温度が上昇するので、外気の空気温度にかかわらずアイドルストップ可能時間が低い。比較例では、空気温度が低いと蓄冷材５０が常時凝固し放冷できないため、吸込み温度（空気温度）が低い場合には、アイドルストップ時間が短くなる。また比較例は、吸込み温度が融点（１５℃）を超えると蓄冷・放冷が可能となる。これに対して、実施例の蓄冷材５０は、広範囲で凝固・融解する蓄冷材５０であるので、吸込み温度の広い範囲で蓄放冷が可能となる。このように比較例よりも実施例の方が、全ての温度範囲でアイドルストップ時間が長いことがわかる。

次に、図８〜図１０を用いて、蓄冷容器４７の内部の構造に関して説明する。蓄冷容器４７の内部には、図９に示すように、インナーフィン７０が設けられる。蓄冷材５０は、走行中などエンジンが駆動して空調装置が運転されているときしか蓄冷できないため、冷却時間が限られる。しかし、パラフィンは熱伝導度が小さい上、本実施例のように融点の低い蓄冷材５０を使用すると、冷媒温度と融点との温度差が小さくなるため伝熱速度が小さくなり、長い蓄冷時間を要する。図８に示す相変化距離とは、冷却面（蓄冷容器内面やインナーフィン７０の表面）から蓄冷材５０の固体−液体の境界までの距離のことである。この相変化距離と融点が異なるパラフィンとの関係は、図８に示すように、融点が小さくなるほどに時間当たりの相変化距離が小さくなっていることがわかる。

そのため、蓄冷容器４７内の凝固完了までに必要な相変化距離をあらかじめ小さくしておけば、図８のように短い時間で凝固完了させることができる。市街地走行のように、短時間、たとえば１００秒以下で走行と停車とを繰り返す環境で凝固させるには、蓄冷容器４７内の相変化距離を０．５ｍｍ未満にすることが好ましい。この相変化距離０．５ｍｍ未満を実現する方法として、蓄冷容器４７内に山間隔が１ｍｍ未満のインナーフィン７０がろう付等で蓄冷容器４７の内面と密着されて内在していることが好ましい。

具体的には、インナーフィン７０は、蒸発器４０の周囲を流れる空気の流れ方向に垂直な断面形状が、凸部を一方側と他方側に交互に位置させて曲折する波形状である。そしてインナーフィン７０の断面形状にて凸部において対向する内壁面の距離であるフィンピッチｐの大きさが１ｍｍ未満に設定される。

図１０は蓄冷容器４７の断面図であって、蓄冷材５０の一部が凝固している状態を示している。図１０では、凝固した状態の蓄冷材５０を符号「１５０」で示し、凝固前の状態の蓄冷材５０を符号「２５０」で示す。前述のように、インナーフィン７０の表面から蓄冷材５０が徐々に凝固する。したがって相変化距離はインナーフィン７０の表面から凝固した蓄冷材５０の厚みｔともいえる。インナーフィン７０の対向する内壁面から中央に向かって、徐々に凝固していくので、フィンピッチｐを１ｍｍ未満にすることによって、相変化距離が０．５ｍｍ未満の蓄冷材５０であっても、所定時間内に凝固させることができる。

図１１を用いて、蓄冷材５０の温度と蓄冷完了時間との関係について説明する。実施例１は、実施例の蓄冷材５０とフィンピッチｐを１ｍｍ未満にしている。実施例２は、実施例の蓄冷材５０を、インナーフィン７０を有さない蓄冷容器４７内に封入している。比較例は、比較例の蓄冷材を、インナーフィン７０を有さない蓄冷容器４７内に封入している。図１１に示すように、実施例１の蓄冷完了時間と比較例の蓄冷完了時間とはほどんど変わらない。これに対して、実施例２の蓄冷完了時間は、大幅に長くなっていることがわかる。したがってインナーフィン７０を挿入していることによる蓄冷時間の短縮効果が明らかである。

フィンピッチｐを小さくすると蓄冷容器４７内でインナーフィン７０が占める体積が増加し、その分、蓄冷容器４７内にパラフィンを封入できる量が低下する。そのため、蓄冷できる冷熱量も減少する。しかし、融点の低い蓄冷材５０を使用する環境は、おもに外気温度が低い（冬季など）ときであり、熱的な環境負荷が小さいため蓄冷材５０はそれほど必要ない。したがってフィンピッチｐを１ｍｍ未満であっても、必要な蓄冷材量を確保することができる。

次に、本実施形態の作動を説明する。乗員からの空調要求、例えば冷房要求があると、圧縮機は動力源によって駆動される。圧縮機は蒸発器４０から冷媒を吸入し、圧縮して、吐出する。圧縮機から吐出された冷媒は、放熱器で放熱される。放熱器から出た冷媒は、減圧器によって減圧され、蒸発器４０に供給される。冷媒は、蒸発器４０において蒸発し、蓄冷容器４７を冷却するとともに、アウターフィン４６を介して周囲の空気を冷却する。車両が一時停止すると、動力源は消費エネルギを減らすために停止し、圧縮機が停止する。その後、蒸発器４０の冷媒は徐々に冷却能力を失ってゆく。この過程で、蓄冷材５０は、徐々に放冷し、空気を冷却する。このとき、空気の熱は、アウターフィン４６、冷媒管４５、および蓄冷容器４７を通して、蓄冷材５０に伝導する。この結果、冷凍サイクル装置が一時的に停止しても、蓄冷材５０によって空気を冷却することができる。やがて、車両が再び走行を始めると、動力源が再び圧縮機を駆動する。このため、冷凍サイクル装置は、再び蓄冷材５０を冷却し、蓄冷材５０が蓄冷する。

以上説明したように本実施形態の蓄冷材５０は、低炭素数のパラフィンと高炭素数のパラフィンとを含む。低炭素数のパラフィンは、比較的融点が低く、高炭素数のパラフィンは比較的融点が高い。これら融点が異なる少なくとも２種類のパラフィンを蓄冷材５０に用いることによって、蓄冷材５０が凝固および融解する温度範囲を広くすることができる。これによって空気の温度が低い場合であっても、蓄冷材５０は融解して放冷することができる。したがって空気の温度が低い場合であっても、通過する空気の湿球温度以下に維持することが可能となり、凝縮水の蒸発に伴う臭いの発生を抑制することができる。また蓄冷材５０が蓄冷および放冷できる温度範囲が広いので、より広範囲な空気温度において蓄冷機能を維持することができる。

換言すると、本実施形態の蓄冷材５０は、融点が低いパラフィンと高いパラフィンを混合した蓄冷材５０であるので、広い温度範囲で蓄冷することができる。これにより、従来技術のように夏季だけでなく冬季（１０℃以下環境）でもアイドルストップ時間を確保することができる。

また本実施形態では、実施例の蓄冷材５０は、高炭素数のパラフィンは炭素数が１６である。また低炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度は、高炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度よりも少ない。これによって融点が広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる蓄冷材５０を実現することができる。

さらに本実施形態では、高炭素数のパラフィンは７５質量パーセント濃度よりも高く、１００質量パーセント濃度未満である。また低炭素数のパラフィンは０質量パーセント濃度よりも高く、２５質量パーセント濃度未満である。図４を用いて説明したように、相転移温度が融点に近くことが好ましいので、前述のような配合量にすることが好ましい。これによって多くの冷熱を蓄冷することができる。

さらに本実施形態では、蓄冷容器の内部には、インナーフィン７０が設けられる。そして低炭素数のパラフィンは、炭素数が１５のパラフィンを含まず、炭素数が１２以上１４以下のパラフィンのうち少なくともいずれか１つのパラフィンを含む。さらにインナーフィン７０は、断面形状が波形状であって、フィンピッチｐの大きさが１ｍｍ未満である。これによって相変化距離が小さい蓄冷材５０であっても、フィンピッチｐが小さいので所定時間内に凝固させることができる。換言すると、パラフィンは熱伝導度が低く、さらにＣ１２やＣ１３を入れて融点が低くなると蓄冷時間に時間を大幅に要するので、フィンピッチｐを小さくしてパラフィンの相変化距離を小さくして、凝固時間を短くすることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図１２を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷材５０に用いられるパラフィンが異なる点に特徴を有する。第２実施形態の蒸発器４０に用いられる蓄冷材５０を、第２実施例の蓄冷材５０と称する。図１２では、比較例として炭素数が１５のパラフィンの波形を示している。

第２実施例では、高炭素数のパラフィンとしてＣ１６（融点１８℃）を用い、低炭素数のパラフィンとしてＣ１４（融点６℃）またはＣ１５（融点１０℃）を用いる。そして低炭素数のパラフィンは、高炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度よりも小さくする。質量パーセント濃度は、たとえばＣ１６を７５質量パーセント濃度以上１００質量パーセント濃度未満とし、Ｃ１４またはＣ１５を０質量パーセント濃度より高く２５質量パーセント濃度未満にすることが好ましい。

図１２に示す第２実施例では、Ｃ１５：Ｃ１６＝２０：８０質量％で混合している。これによって融点が約１０℃から約１８度までの広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる。これに対して比較例は、融点が１０℃のＣ１５のパラフィンである。したがって蓄冷できる範囲は、約１０℃から約１５℃と実施例に対して小さい。

このように本実施形態では、前述の第１実施形態と同様に、蓄冷材５０が凝固および融解する温度範囲を広くすることができる。したがって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１３を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷材５０に用いられるパラフィンが異なる点に特徴を有する。第３実施形態の蒸発器４０に用いられる蓄冷材５０を、第３実施例の蓄冷材５０と称する。図１３では、比較例として炭素数が１５のパラフィンの波形を示している。

第３実施例では、高炭素数のパラフィンとして、Ｃ１６、Ｃ１７（融点２１℃）またはＣ１８（融点２８℃）を使用する。また好ましくは、高炭素数のパラフィンとして、単体融点が２０℃以上のＣ１７またはＣ１８を用いる。この場合、高炭素数のパラフィンは、低炭素数のパラフィンであるＣ１２〜Ｃ１５の質量パーセント濃度よりも小さくする。質量パーセント濃度は高炭素数のパラフィンを、たとえば０質量パーセント濃度よりも高く、４０質量パーセント濃度未満とし、Ｃ１２〜１５を６０質量パーセント濃度よりも高く、１００質量パーセント濃度未満にすることが好ましい。

図１３に示す第３実施例では、Ｃ１２：Ｃ１８＝８０：２０質量％で混合している。これによって融点が約１℃から約１５度までの広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる。これに対して比較例は、融点が１０℃のＣ１５のパラフィンである。したがって蓄冷できる範囲は、約１０℃から約１５℃と実施例に対して小さい。

このように本実施形態では、Ｃ１７またはＣ１８を用いているが、Ｃ１７およびＣ１８は単体融点が２０℃以上と空調装置の冷却温度に対して非常に高い。したがって融点の低いＣ１２〜Ｃ１５を多めに入れて融点を適切な範囲にしている。これによって前述の第１実施形態と同様に、蓄冷材５０が凝固および融解する温度範囲を広くすることができる。したがって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１４を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷材５０に用いられるパラフィンが異なる点に特徴を有する。第４実施形態の蒸発器４０に用いられる蓄冷材５０を、第４実施例の蓄冷材５０と称する。図１４では、比較例として炭素数が１５のパラフィンの波形を示している。

第４実施例では、Ｃ１７以上のパラフィンを用いず、高炭素数のパラフィンとしてＣ１５またはＣ１６を用い、低炭素数のパラフィンとしてＣ１２またはＣ１３を用いる。そして低炭素数のパラフィンは、高炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度よりも小さくする。質量パーセント濃度は、たとえばＣ１５またはＣ１６を６０質量パーセント濃度以上１００質量パーセント濃度以下とし、Ｃ１２またはＣ１３を０質量パーセント濃度以上４０質量パーセント濃度以下にすることが好ましい。

図１４に示す第４実施例では、Ｃ１３：Ｃ１５＝２０：８０質量％で混合している。これによって融点が約１℃から約１６度までの広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる。これに対して比較例は、融点が１０℃のＣ１５のパラフィンである。したがって蓄冷できる範囲は、約１０℃から約１５℃と実施例に対して小さい。

このように本実施形態では、高炭素数のパラフィンとしてＣ１６を用いずに、Ｃ１２〜Ｃ１５の中で最も融点の高いＣ１５を使用しても、前述のように融点を適切な範囲にしている。これによって前述の第１実施形態と同様に、蓄冷材５０が凝固および融解する温度範囲を広くすることができる。したがって前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に関して、図１５および図１６を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷材５０に用いられるパラフィンが異なる点に特徴を有する。第５実施形態の蒸発器４０に用いられる蓄冷材５０を、第５実施例の蓄冷材５０と称する。図１５では、比較例として炭素数が１５のパラフィンの波形を示している。

第５実施例では、高炭素数のパラフィンとしてＣ１６〜Ｃ１８のうち少なくとも１つ以上を用い、低炭素数のパラフィンとしてＣ１２〜Ｃ１５のうち少なくとも１つ以上を用いる。低炭素数のパラフィンは、高炭素数のパラフィンの質量パーセント濃度よりも小さくする。質量パーセント濃度は、たとえば高炭素数のパラフィンが６０質量パーセント濃度よりも高く１００質量パーセント濃度未満とし、低炭素数のパラフィンを０質量パーセント濃度よりも高く４０質量パーセント濃度未満にすることが好ましい。さらに高炭素数のパラフィンおよび低炭素数のパラフィンを除くＣ１２〜Ｃ１８のパラフィンを含む不可避混合物の質量パーセント濃度の０質量パーセント濃度よりも高く、５質量パーセント濃度未満が好ましい。また不可避混合物は、炭素数が１４および１７のパラフィンのうち少なくとも１つのパラフィンからなることが好ましい。

図１５に示す第５実施例では、Ｃ１４：Ｃ１５：Ｃ１６：Ｃ１７＝０．５：２４：７４：１．５質量％で混合している。したがって不可避混合物の質量パーセント濃度は、Ｃ１４とＣ１７の合計の質量パーセント濃度であり、２．０質量パーセント濃度である。また不可避混合物は、炭素数が１４および１７のパラフィンからなる。これによって融点が約６．５℃から約１９度までの広い温度範囲で潜熱を蓄冷できる。これに対して比較例は、融点が１０℃のＣ１５のパラフィンである。したがって蓄冷できる範囲は、約１０℃から約１５℃と実施例に対して小さい。

また図１６に示すように、不可避混合物が５％以上となると、潜熱低下率が高くなる。したがって不可避混合物は、前述のように不可避混合物の質量パーセント濃度の合計が０質量パーセント濃度よりも高く、５質量パーセント濃度未満が好ましい。したがって本実施形態のように、不可避混合物の質量パーセント濃度を、たとえば２質量パーセント濃度とすることによって、図１５に示すような特性を有する第５実施例の蓄冷材５０を得ることができる。このように前述の第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に関して、図１７を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷容器４７Ａの形状に特徴を有する。本実施形態では、複数の蓄冷容器４７Ａが積層されて収容部４６１に配置されている。各蓄冷容器４７Ａ内には、低炭素数のパラフィンとして、炭素数１２〜１５が用いられた蓄冷材５０が封入されている。そして各蓄冷容器４７Ａの内部の幅Ｗが１ｍｍ未満に設定される。換言すると、蓄冷容器の少なくとも片側に、冷媒通路を形成する冷媒管が配置されている。そして蓄冷容器の片側の内壁と、片側の内壁の対向する内壁との間隔が１ｍｍ未満である。

このような本実施形態では、蓄冷容器４７Ａ内に前述の第１実施形態のようにインナーフィン７０がなくても、蓄冷容器４７Ａ自体を薄くつくることで凝固時間を短くすることができる。これによって相変化距離が小さい蓄冷材５０であっても、蓄冷容器４７Ａが薄いので所定時間内に凝固させることができる。

また本実施形態では、蓄冷容器４７Ａ内にインナーフィン７０を設けてないが、インナーフィン７０を設けてもよい。インナーフィン７０を設けることによって、さらに凝固時間を短くすることができる。

また本実施形態では、収容部４６１には３つの蓄冷容器４７Ａが積層されているが、３つに限るものではなく、１つであってもよく、２つまたは４つ以上であってもよい。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に関して、図１８を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷容器４７Ｂの配置に特徴を有する。蓄冷容器４７Ｂは、隣接する２つの冷媒管４５の間に複数、本実施形態では２つ配置されている。各蓄冷容器４７Ｂは、吸込み空気の流れ方向に沿って配列されている。また同一の収容部４６１においては、各蓄冷容器４７Ｂは、それぞれ異なる蓄冷材５０ａ，５０ｂを収容している。

各蓄冷材５０ａ，５０ｂは、融点の範囲が互いに異なるように高炭素数のパラフィンと低炭素数のパラフィンとが混合されている。これによって１種類の混合パラフィンを用いるよりも、２種類の混合パラフィンを用いてさらに広い温度範囲で蓄冷できるようになる。

また、たとえば空気温度が高いときに対応するため、一方の蓄冷容器４７Ｂには前述の第１実施形態の実施例１の蓄冷材５０を封入し、他方の蓄冷容器４７ＢにはＣ１６のパラフィンを蓄冷材５０として用いてもよい。この場合、Ｃ１６が封入される蓄冷容器４７Ｂには、融点が高いので相変化速度は十分に速く、インナーフィン７０を蓄冷容器４７Ｂの内部に設ける必要がない。

（第８実施形態）
次に、本発明の第８実施形態に関して、図１９を用いて説明する。本実施形態では、蓄冷容器４７Ｃの配置に特徴を有する。蓄冷容器４７Ｃは、隣接する２つの冷媒管４５の間に複数、本実施形態では２つ配置されている。各蓄冷容器４７Ｃは、吸込み空気の流れ方向に直行する方向に沿って配列されている。換言すると、各蓄冷容器４７Ｃは、冷媒管４５が間隔をあけて配置されている方向に積層されている。また同一の収容部４６１においては、各蓄冷容器４７Ｃは、それぞれ異なる蓄冷材５０ａ，５０ｂを収容している。これによって前述の第７実施形態と同様に、１種類の混合パラフィンを用いるよりも、２種類の混合パラフィンを用いてさらに広い温度範囲で蓄冷できるようになる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、各蓄冷容器４７に封入される蓄冷材５０は、互いに等しいが、互いに等しい構成に限るものではない。たとえば隣接する蓄冷容器４７においては、前述の第７実施形態および第８実施形態のように、互いに異なる蓄冷材５０を封入してもよい。これによっても第７実施形態および第８実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

また蓄冷材５０の組成物には、パラフィンの融解潜熱に影響を与えない程度に、添加剤を加えても良い。添加剤として、たとえば水素発生抑制剤や酸化防止剤等を用いても良い。

また前述の第１実施形態では、蓄冷体は蓄冷容器４７によって実現されているが、内部に蓄冷材５０のみを収容している蓄冷容器４７に限るものではない。したがって蓄冷体は、たとえば複数の部材を組み合わせて、内部に蓄冷材を収容する部屋を区画している部材であってもよい。換言すると、たとえば蓄冷体は１枚の板をＳ字状に変形させて、その開口を他の部材で多い、一方の空間を蓄冷材に収容し、他方の空間に冷媒などを収容してもよい。

冷媒管４５は、多穴押出管、あるいはディンプルを形成した板材を筒状に曲げた管によって提供することができる。さらに、アウターフィン４６は省略することができる。このような熱交換器は、フィンレス型とも呼ばれる。アウターフィン４６に代えて、冷媒管から延び出す突条などを設けて、空気との熱交換を促進してもよい。

本発明は、種々の流れ経路をもつ蒸発器に適用することができる。例えば、第１実施形態のような左右Ｕターン型に代えて、一方向型、前後Ｕターン型などの蒸発器に本発明を適用してもよい。

さらに、本発明は、冷凍用、暖房用、給湯用といった冷凍サイクル装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、エジェクタを備える冷凍サイクル装置に適用されてもよい。

４０…蒸発器（蓄冷熱交換器） ４１…第１ヘッダ
４２…第２ヘッダ ４３…第３ヘッダ
４４…第４ヘッダ ４５…冷媒管
４５ａ…冷媒通路 ４６…アウターフィン
４７…蓄冷容器（蓄冷体） ４８…第１熱交換部
４９…第２熱交換部 ５０，５０ａ，５０ｂ…蓄冷材
７０…インナーフィン（フィン） ４６０…空気通路
４６１…収容部

Claims (3)

1. 周囲を流れる空気と熱交換する蓄冷熱交換器（４０）であって、
   内部に冷媒が流通する冷媒通路（４５ａ）と、
   前記冷媒通路を流通する冷媒と熱交換して前記冷媒からの熱量を留める蓄冷材（５０，５０ａ，５０ｂ）を内部に収容する蓄冷体（４７）と、を含み、
   前記蓄冷材は、
   炭素数が１５のパラフィンからなる低炭素数のパラフィンと、
   炭素数が１６のパラフィンからなる高炭素数のパラフィンと、を含み
   前記高炭素数のパラフィンの成分の前記蓄冷材における質量パーセント濃度が、６０質量パーセント濃度よりも高く、１００質量パーセント濃度未満であり、
   前記低炭素数のパラフィンの成分の前記蓄冷材における質量パーセント濃度が、０質量パーセント濃度よりも高く、４０質量パーセント濃度未満であり、
   前記低炭素数のパラフィンおよび前記高炭素数のパラフィンを除くパラフィンであって、炭素数が１４および１７のパラフィンのうち少なくとも１つのパラフィンを含む不可避混合物の質量パーセント濃度が、０質量パーセント濃度よりも高く、５質量パーセント濃度未満であることを特徴とする蓄冷熱交換器。
2. 前記蓄冷体の内部に設けられるフィン（７０）をさらに含み、
   前記フィンは、凸部を一方側と他方側に交互に位置させて曲折する波形状であって、断面形状にて前記凸部において対向する内壁面の距離が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の蓄冷熱交換器。
3. 前記蓄冷体の少なくとも片側に、前記冷媒通路を形成する冷媒管（４５）が配置されており、
   前記蓄冷体の前記片側の内壁と、前記片側の内壁の対向する内壁との間隔が１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蓄冷熱交換器。

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