WO2016194656A1 - 熱交換器 - Google Patents
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- the cold storage case 9 includes a cold storage plate 13 having an accommodation portion (accommodating depression) 11 filled with a cold storage agent.
- the edge part of the accommodating part 11 is closely_contact
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Abstract
熱交換器は、一対のタンクと、タンクの長手方向に沿って配列された複数のチューブと、複数のチューブの隣り合うチューブ間に配置された複数のフィンと、少なくとも一対の隣り合うチューブの間に配置された蓄冷ケースと、を備えている。各チューブの一端は、一方のタンクに連通され、他端は他方のタンクに連通されている。蓄冷ケースの内部には、蓄冷ケースには蓄冷剤が充填される。蓄冷ケースは、蓄冷剤が充填される収容部を有する蓄冷プレートを備えている。少なくとも一対の隣り合うチューブの一方の外表面に、蓄冷プレートが固定されている。
Description
本発明は、車両に適用される熱交換器に関する。
下記特許文献1は、熱交換器を開示している。特許文献1に開示された熱交換器は、一対のタンクと、複数のチューブと、複数のフィンと、蓄冷ケースとを備えている。タンクは空気流れ方向と直交する方向の両側にそれぞれ配置されており、それらの内部を冷媒が流れる。各チューブの両端はタンクにそれぞれ連通されており、各チューブの内部を冷媒が流れて冷媒と空気流れとの間で熱交換が行われる。複数のチューブは、タンクの長手方向に沿って配列されている。各フィンは、隣り合うチューブの間に配置され空気流れを攪拌する。蓄冷ケースは、少なくとも一対の隣り合うチューブの間に配置されており、その内部には蓄冷剤[cold storage agent]が充填されている。
特許文献1に開示された熱交換器では、蓄冷ケースのチューブとの対向面には、複数の凸部が設けられている。凸部の先端面をチューブの表面にろう付けすることで、隣り合うチューブ間に蓄冷ケースが固定されている。
特許文献1に開示された熱交換器では、蓄冷ケースの複数の凸部がチューブの表面にろう付けされるので、ろう付け部の内部に微小な空隙[void(s)]が形成されてしまうことがある。この空隙内に溜まった水が凍結して、凍結不具合[freeze failure]が発生することがある。凍結不具合は、凍結した水(氷)の体積膨張による、ろう付け部のはく離や、チューブや蓄冷ケースの破裂[burst]を含む。
本発明の目的は、蓄冷ケースとチューブとの間での空隙の形成に起因する凍結不具合を抑制することのできる熱交換器を提供することにある。
本発明の特徴は、熱交換器であって、空気流れ方向と直交する方向の前記熱交換器の両側に配置された一対のタンクと、前記タンクの長方向に沿って配列された複数のチューブと、前記複数のチューブの隣り合うチューブ間に配置された複数のフィンと、少なくとも一対の隣り合うチューブの間に配置された蓄冷ケースと、を備えており冷媒が前記一対のタンクの内部を流れ、前記複数のチューブのそれぞれの一端が前記一対のタンクの一方に連通されるとともに、他端が前記一対のタンクの他方に連通され、前記冷媒が前記複数のチューブの内部を流れて前記空気流れと熱交換し、前記蓄冷ケースの内部には、蓄冷剤が充填され、前記蓄冷ケースが、前記蓄冷剤が充填される収容部を有する蓄冷プレートを備え、前記少なくとも一対の隣り合うチューブの一方の前記チューブの外表面に前記収容部の縁部が密着されて、前記蓄冷プレートが前記少なくとも一対の隣り合うチューブの一方に固定されている、熱交換器を提供する。
(第1実施形態)
図1~図4を参照しつつ第1実施形態を説明する。
図1~図4を参照しつつ第1実施形態を説明する。
本実施形態に係る熱交換器1は、空気流れ方向(図1中の矢印AF参照)と直交する方向(図1中の上下方向)の熱交換器1の両側に配置された一対のタンク3と、タンク3の長手方向に沿って配列された複数のチューブ5と、複数のチューブ5の隣り合うチューブ5間に配置された複数のフィン7と、少なくとも一対の隣り合うチューブ5の間に配置され、蓄冷剤が充填される蓄冷ケース9と、を備えている。なお、図1には、一対のタンクのうち一方(上方)のタンク3のみが示されており、他方(下方)のタンクは図示されていない。
各チューブの一端は、一方のタンク3に連通されるとともに、他端は、他方のタンクに連通されている。一方のタンク3に供給された冷媒は、一方のタンク3の内部を流れたのち、チューブ5の内部に流入する。チューブ5の内部を流れた冷媒は、他方のタンクの内部に流入する。他方のタンクの内部を流れた冷媒は、他方のタンクから排出される。冷媒は、主として、チューブ5の内部を流れている間に熱交換器1の外部の空気流れと熱交換する。
蓄冷ケース9は、蓄冷剤が充填される収容部[accommodation portion](収容凹部[accommodating depressed portion])11を有する蓄冷プレート13を備えている。上述した少なくとも一対の隣り合うチューブ5のうちの一方の外表面(空気流れ側の表面)に収容部11の縁部が密着されて、蓄冷プレート13が少なくとも一対の隣り合うチューブ5のうちの一方に固定されている。
収容部11の縁部からチューブ5の外表面に沿ってフランジ15が延設されている(図1及び図3参照)。蓄冷プレート13には、チューブ5に向けて突部17が設けられている。チューブ5の外表面には、突部17と係合する凹部19が設けられている。突部17及び凹部19と同様の突部及び凹部が、他方のタンクの近傍にも設けられている。蓄冷プレート13の空気流れ方向AFの両側縁には、熱交換器1を構成する後述する複数のプレート23の一つの両側縁と係合する係合フランジ21が設けられている。
なお、本実施形態では、空気は図1中の矢印AFに示されるように流れ、この矢印AFに基づいて、空気流れAFの上流及び下流が定義される。本実施形態に係る熱交換器1は、例えば、車両用空調装置に適用される。図1及び図2に示されるように、空気流れ方向AFと直交する方向(図1中の横方向:タンク3の長手方向)にチューブ5が配列される。チューブ5間を流れる空気とチューブ5の内部を流れる冷媒との間で熱交換が行なわれ、空気が冷却される。即ち、本実施形態に係る熱交換器1は、エバポレータとして機能する。
図1及び図2に示されるように、熱交換器1は、複数のプレート23を積層させることで構成されている。複数のプレート23は、交互に向きが変えられている[turned over alternately]。各プレート23の長手方向の両端には、一対のタンク3を形成する孔25が形成されている(上述したように、他方のタンクを形成する孔は図示されていない)。また、各プレート23には、両端の孔25を連通させる溝部[grooved portions]27が長手方向に沿って形成されている。図3に示されるように、複数のプレート23を交互に積層させることで、孔25が連通されてタンク3が形成され、溝部27がチューブ5を形成する。一対の対向する溝部27が、一つのチューブ5を形成する。
複数のプレート23を積層することで構成される熱交換器1について詳しく説明する。図1~図3に示されるように、熱交換器1は、一対のタンク3(他方のタンクは図示せず)、複数のチューブ5、複数のフィン7、及び、蓄冷ケース9などを備えている。タンク3は、複数枚のプレート23を重ね合わせることで、長方形のプレート23の長手方向の端部に形成された孔25が連結されて構成される(他方のタンクも同様)。孔25の周縁には、プレート23の主面[main plane](接合面)から外方に延出された円筒壁が形成されている。複数のプレート23は、空気流れ方向AFと直交する方向(図1中の横方向)に重ね合わされてろう付けされ、孔25(円筒壁含む)によってプレート23の積層方向に沿って延設されたタンク3が構成される。
一対のタンク3(他方のタンクは図示せず)は、熱交換器1の空気流れ方向AFと直交する方向(図1中の上下方向)の両側に配置され、タンク3(他方も同様)は空気流れ方向AFと直交する方向(図1中の横方向)に沿って配置される。タンク3を構成する孔25は、プレート23の長手方向の端部に、空気流れ方向AF(プレート23の幅方向)に沿って二つ設けられている(他方のタンクも同様)。即ち、空気流れ方向AFに沿って二つの流路(タンク3)が並列に配置されている(他方のタンクでも同様)。従って、本実施形態に係る熱交換器1では、四つの流路が設けられている。
空気流れ方向AFに沿って配置された一対の流路(タンク3)は、それらの長手方向の一端部にろう付けされた連通管(不図示)によって連通される(他方のタンクでも同様)。なお、連通管の位置に後述する仕切板が配置されてもよい(この場合の仕切板は、孔25を塞ぐ閉塞板となる)。また、一対の流路の他端部の一方には、冷媒を流入させる流入管(不図示)が接続され、他方には流出管(不図示)が接続される。他方のタンクでは、一対の流路の他端部の一方及び他端部の他方は閉塞されている(即ち、仕切板[閉塞板]が配置されている)。
プレート23上には上述した溝部27が形成されており、二枚のプレート23を溝部27の開口側を向い合せて(内表面を向い合せて)積層させると、向かい合う二つの溝部27によって一つのチューブ5が形成される。各溝部27は、プレート23を凹ませることで形成されている。複数枚のプレート23を空気流れ方向AFと直交する方向(図1中の横方向)に積層させてろう付けすると、プレート23の積層方向に複数のチューブ5が等間隔に配列される。また、積層方向に隣り合うチューブ5の間には、空気の流路が形成される(流路には後述するフィン7や、蓄冷ケース9及び蓄冷フィン29が配置される)。
チューブ5は、空気流れ方向AF(プレート23の幅方向)に二列配置される。各チューブ5の両端は、タンク(3)と連通されている。各チューブ5の内部には、タンク3に供給された冷媒が流れ、チューブ5の外部を流れる空気と冷媒との間で熱交換が行われ、空気が冷却される。なお、一対のタンク(3)の内部には、孔(25)を閉塞する仕切板(不図示)が複数箇所に設けられており、冷媒が一方のタンク3と他方のタンクの間を往復する(流路長が長くなる)。この結果、空気と冷媒との間の熱交換効率が向上される。なお、熱交換器1内の冷媒の流れについては、日本国特許第4761790号に開示された熱交換器における冷媒の流れと同じである。
プレート23の積層方向に隣り合うチューブ5の間にはフィン7が配置されている。フィン7は、隣り合うチューブ5の外表面にろう付けされている、フィン7は、チューブ5の外部を流れる空気を攪拌し、冷媒と空気との熱交換効率を向上させる。少なくとも一対の隣り合うチューブ5の間には、内部に蓄冷剤が充填された蓄冷ケース9が配置されている。蓄冷ケース9は蓄冷プレート13を備えている。蓄冷プレート13の長さは、チューブ5の長さより短い。
蓄冷プレート13には、二列のチューブ5の外表面に向けて開口された収容部11が形成されている。収容部11は、蓄冷プレート13の長手方向に沿って延設され、二列のチューブ5の幅より僅かに短い幅を有している。収容部11の内部には蓄冷剤が充填される。なお、収容部11の側面には、収容部11の内部に蓄冷剤を充填するための充填口11Hが形成されている(図4参照)。
蓄冷プレート13のフランジ15をチューブ5の外表面にろう付けすることによって、蓄冷プレート13がチューブ5に固定される。蓄冷プレート13及びチューブ5によって蓄冷ケース9が構成される。蓄冷プレート13のフランジ15をチューブ5の外表面にろう付けすることによって、蓄冷ケース9とチューブ5との間のろう付け面積を大幅に削減しつつ、ろう付け部(蓄冷プレート13とチューブ5との間)での空隙の形成を抑制できる。
上述したように、フランジ15は、蓄冷プレート13の収容部11の周囲(周縁部)に、チューブ5の外表面に沿って延設されている。フランジ15がチューブ5の外表面にろう付けされる。収容部11の周囲にフランジ15を設けることによって、ろう付け面積を大幅に削減しつつ、かつ、蓄冷プレート13を確実にプレート23にろう付けできる。
上述したように、チューブ5に向けて突出された突部17が、蓄冷プレート13に設けられている。また、突部17と係合する凹部19が、チューブ5の外表面に設けられている。突部17は、蓄冷プレート13の長手方向の両端に設けられている。各突部17は、蓄冷プレート13の空気流れ方向AFの中央に設けられている。凹部19は、空気流れ方向AFの二列のチューブ5を構成する二列の溝部27を仕切るビード部[bead]の裏面に位置する。凹部19は、突部17に対応して、チューブ5の両端に設けられている。本実施形態では、一つのビードの(裏側の)両端がそれぞれ凹部19として機能している。突部17と凹部19とを係合させることで、蓄冷プレート13をチューブ5(プレート23)に対して正確に位置決めできる。この結果、蓄冷プレート13を正確かつ確実にチューブ5(プレート23)にろう付けできる。
さらに、蓄冷プレート13の両側縁には、チューブ5側に折り曲げられた係合フランジ21が設けられている。係合フランジ21は、プレート23の両側縁と係合する。係合フランジ21をプレート23と係合させることで、蓄冷プレート13をチューブ5(プレート23)に対してより正確に位置決めできる。この結果、蓄冷プレート13をより正確かつ確実にプレート23にろう付けできる。
蓄冷プレート13及びチューブ5によって構成された蓄冷ケース9によれば、例えば、燃費改善のために車両の内燃機関を交差点で停止させる場合などに、蓄冷剤と空気流れとの間の熱交換によって補助的に空気流れを冷却でき、この冷却された空気流れで車室を冷房できる。
なお、蓄冷プレート13のと対向するチューブ5の外表面(対向面)と収容部11との間には、蓄冷フィン29が配置されている。蓄冷フィン29は、収容部11の外表面及びチューブ5の外表面にろう付けされている。蓄冷フィン29は、収容部11とチューブ5との間を流れる空気を攪拌し、蓄冷剤と空気との熱交換効率を向上させる(空気とチューブ5内の冷媒との熱交換効率も向上させる)。
本実施形態に係る熱交換器1では、蓄冷プレート13が、チューブ5の外表面に収容部11の縁部が密着されて、チューブ5(プレート23)に固定されている。このため、蓄冷ケース9とチューブ5との間のろう付け面積を大幅に削減できる。この結果、ろう付け部(蓄冷プレート13とチューブ5との間)での空隙の形成に起因する凍結不具合を抑制できる。
また、収容部11の縁部からチューブ5の外表面に沿ってフランジ15が延設されているので、ろう付け面積を大幅に削減しつつ、かつ、蓄冷プレート13を確実にプレート23にろう付けできる。
さらに、チューブ5に向けて突出された突部17が蓄冷プレート13に設けられ、かつ、突部17と係合する凹部19がチューブ5の外表面に設けられているので、蓄冷プレート13をチューブ5に対して正確に位置決めできる。この結果、蓄冷プレート13を正確かつ確実にチューブ5にろう付けできる。
またさらに、チューブ5の両側縁と係合する係合フランジ21が蓄冷プレート13の両側縁に設けられているので、蓄冷プレート13をチューブ5に対してより正確に位置決めできる。この結果、蓄冷プレート13をより正確かつ確実にチューブ5にろう付けできる。
(第2実施形態)
図5及び図6を参照しつつ第2実施形態を説明する。第1実施形態の構成と同一又は同等の構成には、同一の参照符号を付して、それらの詳しい説明は省略する。
図5及び図6を参照しつつ第2実施形態を説明する。第1実施形態の構成と同一又は同等の構成には、同一の参照符号を付して、それらの詳しい説明は省略する。
本実施形態に係る熱交換器101は、収容部11の外表面に、複数の突部105が設けられている。各突部105は、収容部11と対向するチューブ5の外表面に向けて突出されている。各突部105の先端103は、チューブ5の外表面にろう付けされる。先端103は、曲面状に形成されている。複数の突部105によっても、上述した蓄冷フィン29と同様の効果が得られる。また、本実施形態によれば、上記構成によって部品数を削減できる。
もし、先端103が平面状に形成されると、先端103とチューブ5の外表面とは面接触となる。従って、ろう付け部(先端103とチューブ5との間)に空隙が形成されやすい(凍結不具合が発生しやすい)。従って、本実施形態では、先端103は曲面状に形成されている。先端103を曲面状に形成することで先端103をチューブ5に点接触させることができる。この結果、ろう付け部での空隙の形成、即ち、凍結不具合を防止できる。
また、蓄冷プレート13に設けた複数の突部105によって収容部11とチューブ5との間を流れる空気を攪拌し、蓄冷剤と空気との熱交換効率を向上させる(空気とチューブ5内の冷媒との熱交換効率も向上させる)。第1実施形態の蓄冷フィン29(図1参照)を廃止しても、熱交換効率を維持できる。なお、複数の突部105を千鳥状に[staggered manner]配置させたり、空気流れAFに対する突部105の分布密度を変化させたりするなどして、熱交換効率を向上することができる。
本実施形態に係る熱交換器101では、突部105の先端103が曲面状に形成されているので、先端103とチューブ5の外表面とを点接触させることでろう付部での空隙の形成に起因する凍結不具合を防止できる。
また、収容部11とチューブ5の外表面との間に複数の突部105を設けることで、収容部11とチューブ5との間を流れる空気を攪拌し、蓄冷剤と空気との熱交換効率を向上させる(空気とチューブ5内の冷媒との熱交換効率も向上させる)。
上記実施形態では、複数枚のプレート23を重ね合わせることでタンク3及びチューブ5が構成された。しかし、この構成に限定されない。例えば、タンクとチューブとが互いに独立されており、タンク及びチューブを組み上げて熱交換器が構成されてもよい。この場合も、少なくとも一対の隣り合うチューブ間に蓄冷ケースを配置させることで、上記実施形態に係る熱交換器1又は101で説明した蓄冷ケース9による効果と同じ効果を得られる。
また、上記実施形態の各タンク(3)は、U字状に形成されたが、一方(他方)のタンクが二分割されてもよい(空気流れ方向AFに並設される)。又は、一方(他方)のタンクが直線状の単一のタンクであってもよい。又は、一方(他方)のタンクが空気流れ方向AFに並設された三つ以上の分割タンクで構成されてもよい。
上記実施形態では、蓄冷プレート13に突部17が設けられ、チューブ5の外表面に凹部19が設けられた。しかし、チューブ5の外表面に突部が設けられ、蓄冷プレート13に凹部が設けられてもよい。
上記実施形態では、突部17及び凹部19の係合、並びに、係合フランジ21及びプレート23の両側縁の係合によって、蓄冷ケース9(蓄冷プレート13)がチューブ5(プレート23)に対して位置決めされた。しかし、突部17及び凹部19の係合のみ、又は、係合フランジ21及びプレート23の両側縁の係合のみによって、蓄冷ケース9(蓄冷プレート13)がチューブ5(プレート23)に対して位置決めされてもよい。
Claims (4)
- 熱交換器であって、
空気流れ方向と直交する方向の前記熱交換器の両側に配置された一対のタンクと、
前記タンクの長手方向に沿って配列された複数のチューブと、
前記複数のチューブの隣り合うチューブ間に配置された複数のフィンと、
少なくとも一対の隣り合うチューブの間に配置された蓄冷ケースと、を備えており
冷媒が前記一対のタンクの内部を流れ、
前記複数のチューブのそれぞれの一端が前記一対のタンクの一方に連通されるとともに、他端が前記一対のタンクの他方に連通され、前記冷媒が前記複数のチューブの内部を流れて前記空気流れと熱交換し、
前記蓄冷ケースの内部には、蓄冷剤が充填され、
前記蓄冷ケースが、前記蓄冷剤が充填される収容部を有する蓄冷プレートを備え、
前記少なくとも一対の隣り合うチューブの一方の前記チューブの外表面に前記収容部の縁部が密着されて、前記蓄冷プレートが前記少なくとも一対の隣り合うチューブの一方に固定されている、熱交換器。 - 請求項1記載の熱交換器であって、
前記収容部の縁部から前記チューブの外表面に沿ってフランジが延設されている、熱交換器。 - 請求項1又は2記載の熱交換器であって、
前記蓄冷プレート及び前記チューブの外表面の一方に向けて突出された突部が、前記蓄冷プレート及び前記チューブの外表面の他方に設けられ、
前記突部と係合する凹部が、前記蓄冷プレート及び前記チューブの前記外表面の前記一方に設けられている、熱交換器。 - 請求項1~3の何れか一項に記載の熱交換器であって、
前記熱交換器を構成する複数のプレートの一つの両側縁とそれぞれ係合する係合フランジが、前記蓄冷プレートの前記空気流れ方向の両側縁にそれぞれ設けられている、熱交換器。
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