JP6553173B2 - 熱交換器用の相変化材料貯留部を有するチューブ - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車の熱制御の分野における、熱交換器の熱交換バンドル（管束）用の相変化材料貯留部を有するチューブに関する。

熱交換器は、通常、第１伝熱流体、例えば、空調回路エバポレータの場合であれば冷却流体を収容するプレートから形成された一群の平行なチューブを有している。第２伝熱流体、例えば、チューブを吹き抜ける車室用の空気流もバンドルを通過し、チューブ間に攪乱又は中間要素が追加されることによって増大されるチューブの表面積は、熱交換を最適化する。

このような熱交換器に、第１伝熱流体を循環させるために使用されるバンドルチューブに関連する相変化材料の貯留部を設けることが知られている。空調回路のエバポレータの場合、例えば、この種の交換器は、特に車両が短時間停止している間にエンジンを自動的に停止するシステムを設けられた車両において、特に車両のエンジンが停止して冷却流体を循環させるコンプレッサをもう駆動していない場合において、車両の車室の冷却を所定の時間に亘って維持することを可能にする。エンジン停止時のこのような時間に、相変化材料は、エバポレータを通過する空気から熱エネルギを吸収して、この空気を冷却する。

したがって、特に、冷却流体を循環させるための一連のチューブと、チューブと接触している相変化材料を貯蔵する貯留部と、これらのチューブと冷蔵貯留部との間に設けられた空気路であって、特に後者の間に形成された凸部及び凹部によって設けられた空気路と、を有する熱交換バンドルを含む車両の空調回路エバポレータが、知られている。この種の交換器において、冷却流体が循環するチューブと相変化材料の貯留部との間の熱の伝達は、一方では各チューブの広い面積に亘って延在する上記の凸部及び凹部の存在により、また他方では、チューブから貯留部への熱の伝達に関わる材料の厚さにより、減少されている。実際に、この厚さは、チューブの壁と貯留部の壁とを含むものである。

本発明の１つの目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に改善しつつ、熱交換器の熱交換バンドルにおいて、より有効な利用のために改良された相変化材料貯留部を有するチューブを提案する。

したがって、本発明は、熱交換器の熱交換バンドル用の相変化材料貯留部を有するチューブであって、前記相変化材料貯留部を有するチューブは、
−互いに液密の態様で組み付けられる２つの通流プレートであって、その間を第１伝熱流体が通流する少なくとも１つのダクトを形成するように構成された２つの通流プレートと、
−キャビティを有する少なくとも１つの貯留プレートと、
を備え、
前記貯留プレートは、前記キャビティを閉鎖するとともに前記相変化材料のハウジングを形成するべく、液密の態様で前記２つの通流プレートのうちの一方の外面に組み付け可能となるように構成され、
前記キャビティは、第２伝熱流体が前記キャビティの間を循環可能であるように、前記貯留プレートの前記外面から突出している、
相変化材料貯留部を有するチューブ、に関する。

したがって、相変化材料貯留部を有するチューブを製造するために、異なる数種類のみのプレートしか、すなわち２つの循環プレート及び少なくとも１つの貯留プレートしか使用されない。これにより、製造がこれら２種類のプレートに限定され、製造コストの節約となる。更に、抑制されたプレートの種類数が少ないため組立が単純化される。

相変化材料貯留部を有するチューブの更なる利点は、相変化材料が循環プレートに直接接触しているということであり、これにより、第１伝熱流体と相変化材料との間での熱エネルギの交換が容易化され、且つ向上する。

本発明の一態様によれば、相変化材料貯留部を有するチューブは、前記第２伝熱流体に接触するその外面のうちの一方の側に、単独の貯留プレートを有している。

本発明の他の態様によれば、前記チューブは、前記第２伝熱流体に接触するその外面のそれぞれに、相変化材料貯留部を有する貯留プレートを有している。

本発明の他の態様によれば、前記相変化材料貯留部を有するチューブは、前記２つの貯留プレートの突出する前記キャビティを充填するための共通開口を有している。

本発明の他の態様によれば、突出する前記キャビティは、ドーム形状である。

本発明の他の態様によれば、突出する前記キャビティは、前記貯留プレートの前記長手方向軸について「Ｖ」字状の配置を有している。

本発明の他の態様によれば、突出する前記キャビティの前記頂部は、前記熱交換バンドルにおいてこれと対面する交換チューブに接触するように、平坦である。

本発明の他の態様によれば、前記循環プレートは同一のものである。

本発明の他の態様によれば、前記循環プレートのうちの少なくとも一方は、相変化材料を貯蔵するための空洞部を有している。

本発明の他の態様によれば、前記空洞部のそれぞれは、他方の循環プレートに接触している。

本発明の他の態様によれば、前記空洞部は、五つ目型配置において配設されている

また、本発明は、上述の少なくとも１つの相変化材料貯留部を有するチューブを備える、熱交換器用の熱交換バンドルに関する。

また、本発明は、上述の少なくとも１つの熱交換バンドルを有している熱交換器に関する。

本発明の他の特徴及び利点は、非制限的な例示を目的としてなされる以下の説明と添付図面を精査することでより明らかになるであろう。

相変化材料貯留部を有するチューブの概略分解斜視図。 図１から組み付けられた状態の相変化材料貯留部を有するチューブの概略斜視図。 一実施形態による相変化材料貯留部を有するチューブの概略斜視図。 相変化材料貯留部を有するチューブの一部の概略断面図。 他の実施形態による相変化材料貯留部を有するチューブの一部の概略断面図。 図５の実施形態による相変化材料貯留部付きチューブの概略斜視図。 熱交換バンドルにおけるチューブアセンブリの概略斜視図。 熱交換バンドルの概略図。

図面において、同一の要素には同じ参照符号を付す。

図１に示すように、相変化材料貯留部を有するチューブ１は、２つの循環プレート３と、少なくとも１つの貯留プレート５と、を有している。

２つの循環プレート３は、互いに液密の態様で組み付けられて、少なくとも１つのダクト３１を形成するように構成されている。このダクト３１において、第１伝熱流体が、前記循環プレート３の間を循環する。２つの循環プレート３は、好適には、同一であって、互いに対して「ミラー」形態において配設され、これにより、一種類のみの循環プレート３を製造することができるとともに、製造費用を節約することができる。

他方の貯留プレート５は、その一部として、複数のキャビティ５１を有し、２つの循環プレート３のうちの一方の外面に液密の態様で組み付けられるように構成されて、これによりキャビティ５１を閉鎖しつつ相変化材料のハウジングを形成する。これらのキャビティ５１は、貯留プレート５の外面において突出しており、こうして、例えば空気流等の第２伝熱流体がこれらのキャビティ５１の間を循環可能となっている。

相変化材料貯留部を有するチューブ１を製造するために、異なる２種類のプレートしか、すなわち２つの循環プレート３及び少なくとも１つの貯留プレート５しか使用されない。このような設計により、この種の貯留部チューブの製造がこれら２種類のプレートに限定され、結果として製造コストの節約となる。更に、プレートの種類数が少ないため組立が単純化される。

相変化材料貯留部を有するチューブ１の更なる利点は、相変化材料が循環プレート３に直接接触しているということであり、これにより、第１伝熱流体と相変化材料との間での熱エネルギの交換が容易化され、且つ向上する。

図１、４及び５に示すように、循環プレート３は、好適には引き抜き工程（drawing）により製造され、循環プレート３の全体に亘って一様に分散配置された空洞部３２を有し得る。循環プレート３は、貯留プレート５か、又は、第２伝熱流体と熱交換するための要素、例えば波形プレートのいずれか、に向かって配向されることが意図された外面を有している。各循環プレート３はこの外面に対向する内面を有している。この内面から、各空洞部３２は、その頂部が隣接する循環プレート３に接触するようにして延在している。好適な非制限的一実施形態によれば、空洞部３２は、五つ目型配置において、循環プレート３上に分散配置されている。このように分散配置することにより、各空洞部３２の内面が、ダクト３１により画成される第１流体の流路内に存在するとともに、その外面が相変化材料の局所的貯留部を形成することが可能となり、これにより、相変化材料との熱交換が向上する。

循環プレート３の外面が空洞３２を有するため、空洞３２は相変化材料の相補的な貯留部を形成し、これにより、任意の全体的寸法について、この種の空洞部３２を有する相変化材料の貯留部５を有するチューブは、より多量の相変化材料を貯蔵することができる。この効果は、相変化材料が第２流体と熱エネルギを交換する時間が増加するということである。

更に、空洞部３２が、隣接する循環プレート３に対する追加の連結部を形成するとすれば、相変化材料貯留部を有するチューブ１の機械的強度が増大する。このため、相変化材料貯留部を有するこの種のチューブ１を、圧力がおよそ１５バールの名目値である冷却流体を受容するのに適したエバポレータタイプの熱交換器において使用することができる。

図２に示すように、相変化材料貯留部を有するチューブ１は、第２伝熱流体に接触しているその外面のうちの一方の側に、単独の貯留プレート５を有している。他方の外面は、第２伝熱流体と熱交換するための波形プレートに接触しており、この種の波形プレートは、セパレータ又はフィン付プレートと称されることがある。

変形実施形態によれば、チューブ１は、相変化材料貯留部を有する貯留プレート１を、図３に示すように、第２伝熱流体に接触しているその外面のそれぞれに有することができる。本実施形態における突出キャビティ５１を充填しやすくするように、相変化材料貯留部を有するチューブ１は、２つの貯留プレート５の突出キャビティ５１に共通の充填開口（図示せず）を有し得る。

図４に示す第１実施形態によれば、突出キャビティ５１は、ドーム形状である。これらのドームは、より具体的には、五つ目型配置において配設されており、これにより、第２伝熱流体はこれらの間を循環し得る。

図５に示す第２実施形態によれば、突出キャビティ５１は、楕円形状を有している。突出キャビティ５１は、図６に示すように、貯留プレート５の長手方向軸Ａに対して「Ｖ」字状の形態で分散配置されている。この形状とこの特別な分散形態により、相変化材料貯留部を有するチューブ１は、ドーム形状に比較してより多量の相変化材料を収容することが可能となり、且つ第２伝熱流体が突出キャビティ５１間を通過する際の第２伝熱流体の熱損失を制限することが可能となっている。

第１及び第２実施形態のいずれにおいても、突出キャビティ５１は円筒状の平坦な頂部５５を有するとともに、多角形の、例えば略台形形状の部分を有している。

この種の頂部５５は、図７に示すように、熱交換バンドル１００の内部において、対面する交換チューブ３０に接触することが意図されている。

交換チューブ３０は、ミクロチャネルを有するチューブであってもよく、この種のチューブは、複数の平坦プレートと波形プレートとの重ね合わせによって得られ、波形プレートは内部セパレータとも呼ばれ、波形プレートは、ミクロチャネルを形成するべく隣接する二つの平坦プレートの間に配置される。

変形実施形態によれば、交換チューブ３０は、より具体的には、上述のように互いに液密の態様で組み付けられる２つの循環プレート３からなる。

図８は、最終的に熱交換器を形成するための、相変化材料貯留部を有するチューブ１を備える熱交換バンドル１００を示す。ここでは、熱交換バンドル１００は、その全長に亘って分散配置された、３つの相変化材料貯留部を有するチューブ１を含んでいる。これらの相変化材料貯留部を有するチューブ１のうちの２つは、貯留プレート５を、第２伝熱流体に接触するそれらの外面のそれぞれに有している。これに対して３番目の相変化材料貯留部を有するチューブ１は、第２伝熱流体に接触するその外面のうちの一方に１つの貯留プレート５のみを有している。熱交換バンドル１００に存在する相変化材料貯留部を有するチューブ１及び貯留プレート５の総数は、そのサイズと長さに相関している。熱交換バンドル１００の長さが長いほど、上記個数は多くなる。これは、第１伝熱流体がバンドル内をもはや循環していない場合、例えば、コンプレッサが停止している場合であっても、第２伝熱流体を引き続き冷却するためである。

したがって、相変化材料貯留部を有するチューブ１は、２つの循環プレート３と少なくとも１つの貯留プレート５とからなるため、相変化材料貯留部を有するチューブ１は製作が単純であるとともに比較的低いコストで組み立てられる。更に、相変化材料は循環プレート３に直接接触しているため、第１伝熱流体と相変化材料との間の熱エネルギの交換が容易化され、且つ向上する。

Claims (11)

1. 熱交換器の熱交換バンドル（１００）用の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）であって、
   互いに液密の態様で組み付けられる２つの通流プレートであって、その間を第１伝熱流体が通流する少なくとも１つのダクト（３１）を形成するように構成された２つの通流プレート（３）と、
   平坦な頂部（５５）を有するドーム形状の複数のキャビティ（５１）を有する少なくとも１つの貯留プレート（５）と、
   を備え、
   前記貯留プレート（５）は、前記複数のキャビティ（５１）を閉鎖するとともに相変化材料のハウジングを形成するべく、液密の態様で前記２つの通流プレート（３）のうちの一方の外面に組み付けられ、且つ、前記ハウジングの内部の前記相変化材料が前記通流プレート（３）に直接接触可能となるように構成され、
   前記複数のキャビテイ（５１）は、第２伝熱流体が前記キャビテイ（５１）の間を循環可能であるように、前記貯留プレート（５）の外面から突出し、
   前記キャビティ（５１）の前記頂部（５５）は、前記熱交換バンドル（１００）においてこれと対面する交換チューブ（３０）に接触するようになっており、
   前記キャビティ（５１）及び前記貯留プレート（５）における隣り合う前記キャビティ（５１）の間の部分は、前記交換チューブ（３０）側とは反対側で前記キャビティ（５１）と対面する前記通流プレート（３）には接していない、
   相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
2. 前記第２伝熱流体に接触するその外面のうちの一方の側に、単独の貯留プレート（５）を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
3. 前記第２伝熱流体に接触するその外面のそれぞれに、相変化材料貯留部を有する貯留プレートを有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
4. 前記２つの貯留プレート（５）の突出する前記キャビティ（５１）を充填するための共通開口を有している、
   ことを特徴とする請求項３に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
5. 突出する前記キャビティ（５１）は、前記貯留プレート（５）の長手方向軸（Ａ）について「Ｖ」字状の配置を有している、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
6. 前記通流プレート（３）は同一のものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
7. 前記通流プレート（３）のうちの少なくとも一方は、相変化材料を貯蔵するための空洞部（３２）を有している、
   ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
8. 前記空洞部（３２）のそれぞれは、他方の通流プレート（３）に接触している、 ことを特徴とする請求項７に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
9. 前記空洞部（３２）は、五つ目型配置において配設されている、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の相変化材料貯留部を有するチューブ（１）。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの相変化材料貯留部を有するチューブ（１）を備える、熱交換器用の熱交換バンドル（１００）。
11. 請求項１０に記載の少なくとも１つの熱交換バンドル（１００）を有している、熱交換器。

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