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CN106255861A - 热交换器 - Google Patents

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CN106255861A
CN106255861A CN201580022363.8A CN201580022363A CN106255861A CN 106255861 A CN106255861 A CN 106255861A CN 201580022363 A CN201580022363 A CN 201580022363A CN 106255861 A CN106255861 A CN 106255861A
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Abstract

一种热交换器，具有：供内部气体流通的空气流路(45)；与空气流路热连接且储存冷热的蓄热部(41)；以及与空气流路及蓄热部这两者热连接且供制冷剂流通的制冷剂流路(46)。热交换器在内部气体和制冷剂之间进行热交换。在蓄热部的温度是相变温度以下的情况下，蓄热部变为固体状的第一相态，且在该蓄热部的温度超过相变温度的情况下，蓄热部变为固体状的第二相态。蓄热部通过第一相态和第二相态之间的相变从而蓄热或散热。制冷剂流路一体地形成在蓄热部内。

Description

热交换器
相关申请的相互参照
本申请基于2014年5月23日申请的日本专利申请2014-106784号，其公开内容作为参照编入本申请。
技术领域
本发明涉及一种热交换器，该热交换器适用于制冷循环装置中使用的蓄冷热交换器。
背景技术
以往，在空调装置中使用制冷循环装置。该制冷循环装置即使在停止的状态也会尝试实施限定的制冷。例如，在车辆用空调装置中，通过行驶用发动机来驱动制冷循环装置的压缩机。因此，若在车辆暂时停车时发动机停止，则制冷循环装置停止。
在像这样暂时的停车中，为了实施限定的制冷，公开了如下的热交换器：在制冷循环装置的蒸发器中增加储存冷热的蓄冷材料(例如，参照专利文献1)。在该专利文献1记载的热交换器中，作为蓄冷材料，采用固液相变潜热蓄热材料。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-20758号公报
发明所要解决的课题
但是，根据本发明的发明人们的研究，在使用固液相变潜热蓄热材料作为蓄热材料的情况下，为了使液体状态的蓄热材料不流出，除构成热交换器的构成部件(管、翅片和箱等)之外，还必须另外设置收容蓄热材料的壳体。
并且，在固体和液体间相变时，由于蓄热材料的密度变化大，壳体内的蓄热材料的体积变化就变大。因此，并不是用蓄热材料填满壳体内，必须空出与因蓄热材料的相变而引起的体积变化相应的空间。
因此，在从蓄热材料向作为传热对象的空气流路释放冷热时，热沿着蓄热材料、壳体、制冷剂流路、空气流路的顺序传递，蓄热材料和壳体之间以及壳体和管(制冷剂流路)之间产生大的热阻。因此，作为热交换器整体的散热时的热阻有可能增大。
并且，在使用固液相变潜热蓄热材料作为蓄热材料的情况下，向蓄热材料蓄冷时，有可能在相变中产生过冷却。因此，即使在设想的相变温度(平衡融点)进行蓄冷的情况下，也经常会发生由于过冷却而导致蓄冷材料不凝固的情况。结果，蓄冷材料有可能不能充分的储存冷热。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于，提供一种具有蓄热部的热交换器，能够在散热时降低从蓄热部到传热对象的热阻且能够抑制蓄热时的过冷却。
本发明的热交换器具有第一流路、蓄热部、以及第二流路，在第一流体和第二流体之间进行热交换。第一流体在第一流路内流通。蓄热材料与第一流路热连接且储存暖热或冷热。第二流路与第一流路以及蓄热部这两者热连接，并且第二流体在第二流路流通。在该蓄热部的温度是相变温度以下的情况下，蓄热部变为固体状的第一相态，且在该蓄热部的温度超过相变温度的情况下，蓄热部变为固体状的第二相态。此外，蓄热部通过在第一相态和第二相态之间的相变从而蓄热或散热。在蓄热部内一体地形成第二流路。
由此，通过使蓄热部利用固体状的第一相态和固体状的第二相态之间的相变而蓄热或散热，从而在蓄热时蓄热部不发生从液体到固体的相变。因此，可以抑制蓄热时的过冷却。
并且，通过使蓄热部利用固体状的第一相态和固体状的第二相态之间的相变而蓄热或散热，在第一相态和第二相态这两相，蓄热部都为固体状。因此，可以在蓄热部内一体地形成第二流路。
由此，不需要收容蓄热材料的壳体，因此在散热时，可以直接从蓄热部向作为传热对象的第一流路进行热传递。因此，散热时，可以消除蓄热部和壳体之间以及壳体和第二流路之间的热阻。因此，可以降低散热时从蓄热部到传热对象的热阻。
另外，本发明的“蓄热”不仅意味着储存暖热，也包含储存冷热的意思。并且，本发明的“散热”不仅意味着释放暖热，还包含释放冷热的意思。
附图说明
图1是第一实施方式的构成车辆用空调装置的制冷循环装置的结构图。
图2是表示第一实施方式的蒸发器的平面图。
图3是图2的Ⅲ-Ⅲ处剖面图。
图4是表示怠速停止时间和吹出温度的关系的特性图。
图5是表示第二实施方式的蓄热部附近的放大剖面图。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的具体实施方式进行说明。另外，以下的各实施方式之间，对于彼此相同或等同的部分，在图中标注相同的符号。
(第一实施方式)
基于图1～图4对第一实施方式进行说明。图1表示构成车辆用空调装置的制冷循环装置的结构。构成该空调装置的制冷循环装置1具有：压缩机10、散热器20、减压器30和蒸发器(蒸发装置)40。这些构成部件通过配管而被连接成环状并构成制冷剂循环路。
通过作为车辆行驶用的动力源2的内燃机(或电动机等)来驱动压缩机10。若动力源2停止，则压缩机10也停止。压缩机10从蒸发器40吸引并压缩制冷剂，并向散热器20排出制冷剂。散热器20冷却高温制冷剂。散热器20也被称作冷凝器。减压器30使通过散热器20冷却后的制冷剂减压。
蒸发器40使通过减压器30减压后的制冷剂蒸发并冷却车室内的空气(以下，称作内部气体)。即，蒸发器40是如下的热交换器：通过在内部气体(第一流体)和制冷剂(第二流体)之间进行热交换而冷却内部气体。因此，内部气体相当于本发明的第一流体，制冷剂相当于本发明的第二流体。
并且，蒸发器40是如下的蓄冷热交换器：在蒸发器40使制冷剂蒸发而发挥吸热作用时向蓄热部41(参照图2)储存冷热，并在压缩机10停止时，即动力源停止时使储存的冷热释放。
如图2所示，蒸发器40具有多个蓄热部41、芯部43、以及一对集水箱44。芯部43和接合于相邻的蓄热部41之间的翅片42互相层积。一对集水箱44安装于芯部43的两端部。并且，在相邻的蓄热部41之间，即设有翅片42的部位，形成有作为供内部气体流通的第一流路的空气流路45。蓄热部41和空气流路45热连接。
蓄热部41以内部气体的流动方向(以下，称为空气流动方向)与长轴方向一致的方式形成扁平状。并且，蓄热部41以其长度方向与水平方向一致的方式在垂直方向上平行地配置多个。
如图3所示，蓄热部41在该蓄热部41的温度是相变温度以下的情况下变为固体状的第一相态，且在该蓄热部41的温度超过相变温度的情况下变为固体状的第二相态。即，蓄热部41是由第一相态和第二相态这两相下都是固体的材质构成。本实施方式的蓄热部41通过在第一相态和第二相态之间的相变而蓄冷或放冷。关于该蓄热部41的构成材料详见后述。
在蓄热部41的内部，设置有多个作为供制冷剂流通的第二流路的制冷剂流路46。多个制冷剂流路46在蓄热部41内一体地形成。在制冷剂和内部气体之间进行热交换时，在该制冷剂流路46中制冷剂蒸发。
在本实施方式中，通过在蓄热部41开通贯通孔而形成制冷剂流路46。并且，多个制冷剂流路46在空气流动方向上排列配置在蓄热部41中与空气流路45相邻的部位。即，在蓄热部41中，在蓄热部41的层积方向(以下，称为层积方向)上的两端部，制冷剂流路46在空气流动方向上排列配置。并且，多个制冷剂流路46分别形成为剖面矩形状。
在此，如上所述，空气流路45被配置在相邻蓄热部41之间。即，空气流路45在相互之间设有间隔地配置有多个。并且，制冷剂流路46在蓄热部41内一体地形成，因此制冷剂流路46可以说是配置在相邻的空气流路45之间。此时，制冷剂流路46与空气流路45和蓄热部41双方热连接。
回到图2，翅片42形成为波状，且接合于蓄热部41的两侧的扁平面。通过该翅片42，使与内部气体的传热面积增大从而促进在蓄热部41内的制冷剂流路46流通的制冷剂和内部气体的热交换。
集水箱44在蓄热部41的长度方向的两端部沿与长度方向垂直的方向延伸而与多个蓄热部41内的制冷剂流路46连通。在本实施方式中，集水箱44配置于蓄热部41的上下端并沿水平方向延伸而与多个蓄热部41内的制冷剂流路46连通。
并且，在芯部43的层积方向上的两端部设有加固芯部43的侧板47。侧板47的与长度方向平行地延伸的两端部与集水箱44连接。
如上所述的本实施方式的蒸发器40具有储存冷热的蓄热部41。因此，本实施方式的车辆用空调装置可以切换放冷模式和蓄冷模式，该放冷模式是将储存于蓄热部41的冷热供给到作为冷却对象流体的内部气体的模式，该蓄冷模式是将作为冷热源的制冷剂所具有的冷热储存到蓄热部41的模式。
车辆行驶时，通过车辆行驶用的动力源2驱动制冷循环装置的压缩机10。并且在蒸发器40中，内部气体通过和制冷剂进行热交换而冷却，从而使车室内制冷。此时，执行蓄冷模式，制冷剂所具有的冷热被储存到蓄热部41。
一般，若在车辆暂时停车时车辆行驶用动力源2停止，则制冷循环装置停止。此时，执行放冷模式，通过将储存在蓄热部41的冷热供给到内部气体，从而提供限定的制冷。
接着，对本实施方式的蓄热部41的材质进行详细的说明。蓄热部41由作用于构成物质的电子间的库伦相互作用较强的强关联电子体系化合物构成。
在本实施方式中，作为构成蓄热部41的强关联电子体系化合物，采用至少含有过渡金属元素和氧元素的物质，例如采用二氧化钒。并且，作为构成蓄热部41的强关联电子体系化合物，也可以采用由下述化学式(1)表示的强关联电子体系化合物。
M1-xNxOy (1)
化学式(1)中，M和N表示相互不同的过渡金属元素，x和y满足0<x≤0.5，1.9<y<2.1的关系。
在此，上述化学式(1)中的M可以采用钒。并且，上述化学式(1)中的N可以采用钨、铼、钼、钌、铌以及钽中的一个。这样，通过向二氧化钒添加指定量的如上所述的钨等金属元素，可以将蓄热部41的相变温度设定为所希望的温度。
本实施方式的蒸发器40中，随着内部气体和制冷剂之间进行热交换，在制冷剂流路46的制冷剂蒸发。本实施方式中，蓄热部41优选由上述化学式(1)中的N是钨且x和y满足0.02<x<0.03、1.9<y<2.1关系的强关联电子体系化合物构成。
如以上说明的那样，本实施方式的蓄热部41通过固体状的第一相态和固体状的第二相态之间的相变从而蓄冷或放冷。据此，在蓄冷时不发生蓄热部41从液体到固体的相变，因此可以抑制蓄冷时的过冷却。
并且，由于蓄热部41通过在固体状的第一相态和固体状的第二相态之间的相变而蓄冷或放冷，所以在第一相态和第二相态这两相下，蓄热部41是固体状。因此，可以在蓄热部41内一体地形成制冷剂流路46。
因此，由于不需要收容蓄热材料的壳体，在放冷时，可以从蓄热部41直接向作为传热对象的空气流路45进行热传递。因此，可以消除在放冷时蓄热部41和壳体之间以及壳体和制冷剂流路46之间的热阻。因此，可以降低放冷时从蓄热部41到传热对象的热阻。其结果，可以提高从蓄热部41输出的冷热并降低蒸发器40的吹出温度。
在此，车辆的怠速停止时间和蒸发器40的吹出空气温度的关系如图4所示。从图4可知，与不设有蓄冷材料的以往的蒸发器以及采用石蜡作为蓄冷材料的以往的蒸发器这两者相比，由二氧化钒构成蓄热部41的本实施方式的蒸发器40可以使怠速停止时的吹出空气的温度降低。由此，可以长时间地抑制吹出空气的温度上升，并延长怠速停止时间。
(第二实施方式)
接着，基于图5对本发明的第二实施方式进行说明。如图5所示，本实施方式的空气流路45和蓄热部41一体地形成。即，在蓄热部41中，制冷剂流路46和空气流路45这两者一体地形成。具体而言，在蓄热部41中，通过开通制冷剂流路46用的贯通孔和空气流路45用的贯通孔，从而在蓄热部41内一体地形成制冷剂流路46和空气流路45。
其它的结构和第一实施方式相同。因此，根据本实施方式的蒸发器40，可以得到和第一实施方式相同的效果。
(其它实施方式)
本发明不限定于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内，可以有如下种种变形。
(1)在上述实施方式中，制冷剂流路46具有剖面矩形状，且在蓄热部41中的与空气流路相邻的部位沿空气流动方向排列配置有多个制冷剂流路46。但是，例如，也可以使制冷剂流路46形成为剖面圆形状。另外，也可以使制冷剂流路46形成为其剖面是沿空气流动方向延伸的长方形且逐一配置于蓄热部41中与空气流路45相邻的部位。
(2)在上述实施方式中，使用储存冷热的蓄热部41且可以切换将储存在蓄热部41的冷热供给到内部气体(第一流体)的放冷模式和将制冷剂(第二流体)具有的冷热储存到蓄热部41的蓄冷模式。但是，例如，也可以构成为使用储存暖热的蓄热部41且可以切换将储存在蓄热部41的暖热供给到第一流体的散热模式和将第二流体具有的暖热储存到蓄热部41的蓄热模式。

Claims (7)

1.一种热交换器，具有：
第一流路(45)，该第一流路(45)供第一流体流通；
蓄热部(41)，该蓄热部(41)和所述第一流路(45)热连接且储存暖热或冷热；以及
第二流路(46)，该第二流路(46)与所述第一流路(45)以及所述蓄热部(41)这两者热连接并供第二流体流通，
在所述第一流体和所述第二流体之间进行热交换，
所述热交换器的特征在于，
在所述蓄热部(41)的温度是相变温度以下的情况下，所述蓄热部(41)变为固体状的第一相态，并且在所述蓄热部(41)的温度超过相变温度的情况下，所述蓄热部(41)变为固体状的第二相态，
所述蓄热部(41)通过在所述第一相态和所述第二相态之间的相变从而蓄热或散热，
所述第二流路(46)一体地形成在所述蓄热部(41)内。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述第一流路(45)和所述蓄热部(41)一体地形成。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述蓄热部(41)由强关联电子体系化合物构成。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述强关联电子体系化合物至少含有过渡金属元素和氧元素。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，
所述强关联电子体系化合物是由下述化学式(1)所表示的化合物：
M1-xNxOy (1)
在所述化学式(1)中，M和N表示相互不同的过渡金属元素，x和y满足如下关系：0<x≤0.5，1.9<y<2.1。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，
所述化学式(1)中的所述M是钒，
所述化学式(1)中的所述N是钨、铼、钼、钌、铌以及钽中的一个。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，
所述第一流体是空气，
所述第二流体是制冷循环的制冷剂，
所述第二流体在所述第二流路(46)中蒸发，
所述化学式(1)中的所述N是钨，
所述化学式(1)中的所述x和所述y满足如下关系：0.02<x＜0.03，1.9<y<2.1。
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