JP2014089035A - 蓄冷熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン始動時のクール・ダウン性能の悪化およびコスト・アップを抑制可能な蓄冷熱交換器を提供する。
【解決手段】 蓄冷熱交換器は、エバポレータ1と蓄冷器2を備える。蓄冷器2は、空気流の流れ方向に対して直交する方向に延在する複数のチューブ5を有する。チューブ5は、各々、内部が仕切られて直交方向にそれぞれ延在する複数の流路5a、5b、5cが形成され、これらの流路5a、5b、5cは、空気流の流れ方向に沿って直列配列され、蓄冷剤が充填される蓄冷剤充填流路とエバポレータの冷媒が流れる冷媒循環路とが配置される。
【選択図】図３

Description

本発明は、冷媒で冷却可能な蓄冷剤を備え、アイドル・ストップ時にその蓄冷剤の冷熱を利用して冷房可能な蓄冷熱交換器に関する。

車両の一部には、車両の一旦停止時にエンジンを一停止することで燃費の向上を図る、いわゆるアイドル・ストップ機能が設けられたものがある。
このような車両にあっては、エア・コンディショナを作動していると、アイドル・ストップでエンジンが一時停止することから、エンジンで駆動されているエア・コンディショニング・システムのコンプレッサの駆動も停止する。そうすると、そのシステムで使用されている冷媒は、もはや冷却されなくなる。
そこで、このエンジンの一時停止中であっても冷気を車室内に供給可能にするため、蓄冷剤を備えてこの蓄冷剤と冷媒との間で熱交換可能にして蓄冷剤に冷熱を蓄えておき、アイドル・ストップ時の蓄冷剤の冷熱を冷房に利用するようにした蓄冷熱交換器が用いられる。

このような従来の蓄冷熱交換器としては、特許文献１に記載のものが知られている。
この特許文献１の従来の蓄冷熱交換器は、並列配置されて冷凍剤を案内する多数のフラット・パイプと、これらフラット・パイプに接続されて、内部に冷熱貯蔵媒体(蓄冷剤)が配置された少なくとも１つの冷熱貯蔵器と、を有する蓄冷器を備えている。また、互いに並行配列された２つの領域を有するエバポレータを備えており、２つの領域のうち、第１の領域を従来一般のエバポレータで構成し、第２の領域内には冷熱貯蔵器を内蔵させて、この領域が冷凍剤流の少なくとも一部分により貫流可能とされている。
この冷凍剤流は、第１の領域の少なくとも一部を貫流し、かつ第１および第２の領域が、少なくとも１つのオーバーフロー開口部によって互いに接続されている。

特表２００９−５２５９１１号公報

しかしながら、上記従来の蓄冷熱交換器には、以下に説明するような問題がある。
すなわち、上記従来の蓄冷熱交換器にあっては、蓄冷器がエバポレータの空気流れ下流側に配置され、かつそのフラット・パイプが、その内側にエバポレータの冷媒を流し、その外周側に蓄冷剤を充満する長方形状の２重パイプと大幅な形状にならざるを得ないので、走行風上流にあるエバポレータのチューブ間の空気が流れる隙間（フィンがある）に対し、走行風下流側にある蓄冷器のフラット・パイプ間の空気が流れる隙間（フィンがある）の方が、幅方向に大きくなって、エバポレータのチューブと蓄冷器のフラット・パイプが並列配置されているにも関わらず、幅方向へずれてしまう。
この結果、蓄冷器側で空気抵抗が増えてしまうため、エバポレータを通過した空気が持つ冷熱が蓄冷剤に伝搬する割合が大きくなる結果、とりわけエンジン始動時のクール・ダウン性能が悪化するという問題がある。

また、蓄冷器のパイプが２重のフラット・パイプであるため、製造性が悪く、コスト高になるという問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、エンジン始動時のクール・ダウン性能の悪化を抑えながら、コスト・アップを抑制できるようにした蓄冷熱交換器を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の本発明による蓄冷熱交換器は、冷媒を気化するエバポレータと、このエバポレータに並設されて蓄冷剤を内蔵する蓄冷器と、を備え、エバポレータを流れる冷媒が蓄冷器へ循環可能にした蓄冷熱交換器において、蓄冷器が、この蓄冷器を通過する空気流の流れ方向に対して直交する方向に延在する複数のチューブを有し、これらのチューブは、各々、内部が仕切られて直交方向にそれぞれ延在する複数の流路が形成され、これらの流路は、空気流の流れ方向に沿って直列配列され、蓄冷剤が充填される蓄冷剤充填流路とエバポレータの冷媒が流れる冷媒循環路とが配置されている、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明の蓄冷熱交換器は、請求項１に記載の蓄冷熱交換器において、蓄冷器が、それぞれ内部が仕切板により仕切られて蓄冷剤を貯留する蓄冷剤貯留部と冷媒を貯留する冷媒貯留部とが画成されて、互いに離間される第１および第２のタンクを備え、チューブの流路がこの両端部に設けた、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とが上記直交方向にオフセットされて、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とのうちの一方が蓄冷剤貯留部に連通するとともに、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とのうちの他方が冷媒貯留部に連通するように、チューブの両端部がそれぞれ第１および第２のタンク内に挿入され、オフセットされた上記両開口部間に形成される段差部が、仕切板に当接されてチューブの第１および第２のタンクに対する位置決めがなされる、を備えたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明の蓄冷熱交換器は、請求項１に記載の蓄冷熱交換器において、蓄冷器が、それぞれ内部が仕切板により仕切られて蓄冷剤を貯留する蓄冷剤貯留部と冷媒を貯留する冷媒貯留部とが画成されて、互いに離間される第１のタンクおよび第２のタンクを備え、チューブの両端部に設けた、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とが、直交方向にオフセットされて、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とのうちの一方が蓄冷剤貯留部に連通するとともに、蓄冷剤充填流路の開口部と冷媒循環路の開口部とのうちの他方が冷媒貯留部に連通するように、チューブの両端部がそれぞれ第１のタンクおよび第２のタンク内に挿入され、オフセットされた上記両開口部間に形成される曲率部が仕切板に当接されてチューブの第１のタンクおよび第２のタンクに対する位置決めがなされる、ことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の蓄冷熱交換器にあっては、チューブの内部が仕切られて直交方向にそれぞれ延在する複数の流路が形成され、これらの流路が空気流の流れ方向に沿って直列配列されて、蓄冷剤充填流路と冷媒循環路とが配列されるようにしたので、蓄冷器のチューブを薄くでき、この結果、蓄冷器での空気流をチューブ間からスムーズに流すことができ、かつ蓄冷器のチューブ位置をエバポレータのチューブの位置に合わせて配置させることが可能となり、空気抵抗をさらに減らすことが可能となる。したがって、空気流れを良くでき、これによりエンジン始動時のクール・ダウン性能の悪化を抑えることができる。
また、上記のようにチューブ内の流路を蓄冷剤充填流路と冷媒循環路との交互直列配置としたので、チューブの製造コストを易くできる上、段差部等の位置決め構造を設けることが可能となり、チューブの取り付け側（タンクなど）の構造を簡単にすることが可能となって、コスト高を抑えることができるようになる。

また、請求項２に記載の本発明の蓄冷熱交換器にあっては、チューブをタンクに取り付ける際、段差部という簡単な構成で、それら間の位置決めが簡単にでき、製造性を向上することができる。

また、請求項３に記載の本発明の蓄冷熱交換器にあっては、チューブをタンクに取り付ける際、曲率部という簡単な構成で、それら間の位置決めが簡単にでき、製造性を向上することができる。加えて、上記段差部と比較して、曲率部にバリが発生しにくく、その上、例えばワイヤー放電機による加工時の加工時間を短縮することができ、しかも、ろう付けを容易に行うことができる。

本発明の実施例１の蓄冷熱交換器の全体構造を示す斜視図である。 図１、２のチューブの横断面図である。 実施例１の蓄冷熱交換器を構成する蓄冷器でのタンクとチューブとの取り付け構造を示す拡大断面図である。 チューブの変形例を示す横断面図である。 チューブの先端の変形例１を示す図である。 チューブの先端の変形例２を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
［実施例１］

この実施例１の蓄冷熱交換器は、エンジンのアイドル・ストップ機構を備えた車両に搭載され、そのエア・コンディショニング・システムに適用される。図１に、その実施例１の蓄冷熱交換器の全体を示す。

図１において、エバポレータ1は、エア・コンディショニング・システム内を循環する冷媒を蒸発させてその気化熱で車室に供給する空気を冷却するもので、周知の構成を有している。したがって、ここでは、その詳細な構造の説明および図示を省略する。

蓄冷器2は、エバポレータ1の車両後方側の位置、すなわち走行風を受ける際エバポレータ1の下流側の位置に、エバポレータ1と並列に配列された状態で、それらの長手方向が車両幅方向に沿う向きで車両に搭載される。

蓄冷器2は、この一番上側に配置されてエバポレータ1のすぐ上流側に流れて来た冷媒の一部が導かれてこれを貯留する上側の冷媒タンクタンク3aと、この直下に並列配置されて、蓄熱剤を貯留する上側の蓄冷剤タンク3bと、蓄冷器2の一番下側に配置されて貯留した冷媒の一部を流出してエバポレータ1の入口に流す下側の冷媒タンク4aと、この直上に並列配置されて蓄熱剤を貯留する下側の蓄冷剤タンク4bと、上側の蓄冷剤タンク3bおよび下側の蓄冷剤タンク4bの間に設けられたコア部7と、を備えている。

なお、上側の冷媒タンク3aと上側の蓄冷剤タンク3bとは、一体に組み付けられて上側のタンクT1を構成し、下側の冷媒タンクタンク4aと下側の蓄冷剤タンク4bとは、一体に組み付けられて下側のタンクT2を構成する。
また、上側の蓄冷剤タンク3bと下側の蓄冷剤タンク4bとのうちの一方は、本発明の第１のタンクに、またその他方は、本発明の第２のタンクに相当する。

コア部7は、この両側端側に配置されて上側、下側の蓄冷剤タンク3b、4b間をそれぞれ連結する補強プレート8a、8bと、これら間にあって上側、下側の冷媒タンク3a、4a間を連通して冷媒が流通可能で、かつ上側、下側の蓄冷剤タンク3b、4bの間を連通して蓄冷剤が入れられた複数のチューブ5と、隣合うチューブ5間に配置されたフィン6と、を備えている。

図２に、チューブ5の横断面を示す。
同図に示すように、チューブ5は、両先端が丸みを有する長方形状の断面をしており、停車中でのファン駆動時や走行時での空気流の流れ方向（車両前後方向）に沿って３本の流路5a、5b、5cが直列配置され、空気流の流れ方向に直交する方向（紙面に直交する方向）に延在される。

本実施例では、３本の流路5a、5b、5cには、風の上流側から下流側に向けて順に、流路5a内には蓄冷剤、流路5b内には冷媒、流路5cには蓄冷剤が、それぞれ流通可能にしてある。
あるいは、上記に代えて、流路5a内に冷媒、流路5b内に蓄冷剤、流路5cには冷媒が、それぞれ流通可能にしてある。
すなわち、３本の流路5a、5b、5cには、冷媒と蓄冷剤とが交互に配置されるようにしてある。また、３本の流路5a、5b、5cのうち、冷媒が流れる流路は本発明の冷媒循環路を、また蓄冷剤が充填される流路は蓄冷剤充填路をそれぞれ構成する。

チューブ5の両先端は、これらのうちの一方が上側のタンクT1に接続され、他方が下側のタンクT2にそれぞれ接続される。
これらの接続構造は、上下方向が逆になるものの、同じ構成にされる。
そこで、図３の上側の接続構造のみを示し、下側の接続構造は図示およびその説明は省略する。

図３に示すように、上側の冷媒タンクタンク3aと上側の蓄冷剤タンク3bとは、以下のように一体の上側のタンクT1として構成される。
すなわち、プレート9を直方体状に折り曲げてこの側端部同士を対向させ、これら間に上下方向の若干の隙間10を設けた状態で、一方（図３中右側）の側壁部分9a、他方（図３中の左側）の側壁部分9b、天井壁部分9c、底壁部分9dを形成し、これらの両端部開口をそれぞれ蓋部材で塞いで上側のタンクT1を構成する。
このプレート9の底部9dに相当する箇所には、複数の第１チューブ孔11が設けられており、チューブ5の上側の先端部分が挿入可能とされる。

上側のタンクT1の上記隙間10には、仕切板8の一端が挿入され、仕切板8の他端が上側のタンクT1の他方（図３中の左側）の側壁9bの内周面に当接するようにして、仕切板8が上側のタンクT1の内部に挿入されて、上側のタンクT1の内部空間が上下に２分割される。上側の空間は、冷媒貯留部30とされ、下側の空間は、蓄冷剤貯留部40とされる。
仕切板8は、チューブ5が取り付けられる箇所に対応して、第１チューブ孔11と同じ幅だが長さがより短くされた第２チューブ孔12が設けられ、チューブ5の流路5bの突出部分が挿入可能とされている。
上側のタンクT1は、治具を用いて位置決めされた状態でろう付けで一体化される。

一方、チューブ5は、空気流の流れ方向に沿って蓄冷剤の流路5a、冷媒の流路5b、蓄冷剤の流路5cとなっているので、中央にある冷媒の流路5bの先端部分が、この両側にある蓄冷剤の流路5a、5cの先端分より長くされて凸状に形成される。
すなわち、冷媒の流路5bの先端部分の途中に設けた段差部Sから、それぞれ両端部側に離れるにしたがって先端部分が低くなるようなテーパ状に蓄冷剤の流路5a、5cの先端部分が形成されている。これにより、蓄冷剤の流路5a、5cの先端部分での開口は傾斜される結果、その先端部をテーパにしない場合に比べて開口面積が拡大するようにしてある。

上記のように形成されたチューブ5の先端部分は、上側のタンクT1の底壁部分９dの第１チューブ孔11から、その段差部Sが仕切板8の下面に当たるまで挿入され、その当接位置で仕切板8、したがって上側のタンクT1に対して位置決めされる。
このとき、蓄冷剤の流路5a、5cの先端部分は、底壁部分9dの内面と仕切板8の下面との間にあり、それらの開口が蓄冷剤貯留部40に臨むようになるとともに、冷媒の流路5bの先端部分は、仕切板8の第２チューブ孔12を貫通して仕切板8の上面から突出し、この開口が冷媒貯留部30内に臨むようになる。

下側のタンクT2とチューブ5の下側の先端部分との接続構造は省略するが、方向は上下逆である点を除けば上記上側タンクの場合と同じであることは、上述したとおりである。なお、上記のように構成される蓄冷熱交換器は、全部品がアルミニウムやアルミニウム合金製であり、ろう付けで一体化される。
また、冷媒としては、たとえばHFC-134aを、また蓄冷剤としては、たとえばデカノール、テトラデカン、ペンタデカン、ヘクサデカン、パラフィンなどを用いる。

次に、実施例１の蓄冷熱交換器の作用について以下に説明する。イグニッション・キーをオンにして、エンジンを駆動すると、エア・コンディショニング・システムを作動させることが可能となる。
ここで、エア・コンディショニング・システムを作動させるようにこのスイッチをオンにすると、マグネット・クラッチが締結してコンプレッサがエンジンにより駆動されるようになる。したがって、コンプレッサから吐き出された冷媒は、周知のエア・コンディショニング・システムのコンデンサ、レシーバなどの各部品を循環するようになり、冷房をドライバが選択している場合には、エバポレータ1で車室内に供給する空気を冷却する。

このとき、エバポレータ1の上流側の冷媒の一部は、蓄冷器2の流路5bの先端部分は、上側の冷媒タンク3aに流れ込み、ここからチューブ5の冷媒用の流路5bを通って下側の冷媒タンク3aへ流れ、ここからエバポレータ１の流入口に流れる。
この冷媒は、エンジン稼働中は冷やされるので、始動後のチューブ5の冷媒用の流路5bを通るとき、これに両側から隣接する蓄冷剤用の流路5a、5c内にある蓄冷剤を冷却する。

その後、たとえば信号待ちや地図を見るためなど、車両を一時停止させると、アイドル・ストップ機能によりエンジンが自動的に停止する。そうすると、コンプレッサも停止するため、冷媒はコンデンサ等ではもはや冷却されなくなる。
しかし、一時停止でエンジンが停止した場合でも、走行中に蓄熱器2内で冷やされた蓄冷剤の冷熱で車室に内供給する空気を冷却して、冷房を続行することが可能となる。
その後、車両が再び走行すれば、アイドル・ストップ時に空気と熱交換で暖められた蓄冷剤も、また冷却されて冷熱を貯留することで、次のアイドル・ストップに備える。

以上の説明から分かるように、実施例１の蓄冷熱交換器にあっては、以下の効果を有する。
すなわち、実施例１の蓄冷熱交換器は、チューブ5が、空気流の流れ方向に複数の流路が直列配置されて、それらの流路が蓄冷剤充填流路と冷媒循環路とが交互配置された構成としたので、押し出し成形などで簡単かつ安価に製造することができ、厚さを薄くして空気抵抗を減らすことができ、また蓄冷器2のチューブ5を上流側にあるエバポレータ1のチューブに対して整列配置をすることができ、さらに空気抵抗を減らすことができ、エンジン始動時にあっても、クール・ダウン性の悪化を防止することができる。

また、流路を上記のように直列配置したので、蓄冷剤充填流路の先端部分と冷媒循環路の先端部分との長さを異ならせるようにした場合には、それらの連結部に段差部Sを設けることが可能となり、この段差部Sを仕切板8に当接することで、チューブ8と上側のタンクT1との位置決めが簡単に行うことができ、製造が簡単になる。

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

なお、チューブ5は、実施例１のものを以下に説明するように変形することが可能である。
たとえば、チューブ5の横断面は、図４に示すように、図２の構造と同様に流路5a、5b、5cを設けるとともに、さらに仕切板5dを挿入して流路5a、5b、5cそれぞれ上下に分割したチューブ5'としても良い。この場合、仕切板5d、は伝熱が良好な材料を用いる。これにより冷媒と蓄冷剤との間での熱交換面積を増加させることが可能となる。

また、段差部Sは、実施例１のものに限られず、例えば変更例１として図５に示すような形状にしてもよい。
すなわち、同図(a)に示すように、段差部を流路5bの先端部分の途中からいきなり流路5a、5cの先端部分をテーパ状にするのではなく、段差部を流路5bの先端部分の途中から水平方向に張り出してからテーパ状にしたり、あるは、同図(b)に示すように、テーパ状にせず、上記張り出し部分から下にまっすぐ降りた部位で水平に伸びる開口としたりしてもよい。
この場合、これらの段差部Sを仕切板8に当接することで、チューブ8と上側のタンクT1との位置決めが簡単に行うことができる。

また、段差部Sは、実施例１のものに限られず、例えば変更例２として図６に示すような形状にしてもよい。
すなわち、同図(a)に示すように、段差部の代わりに、流路5bの先端部分の途中からチューブの外縁（流路5a、5cの外側）に向かった曲率部Sにしてもよい。
この場合、上記段差部Sと同様に、曲率部Sを仕切板8に当接することで、チューブ8と上側のタンクT1との位置決めが簡単に行うことができる。加えて、上記段差部Ｓと比較して、曲率部Rにバリが発生しにくい。
その上、例えばワイヤー放電機による加工時において、上記段差部Sを加工する場合には加工速度を遅くする必要があるが、段差部Sの代わりに曲率部Rを加工する場合には加工速度を遅くする必要がなく、加工時間を短縮することができる。
しかも、同図(b)に示すように、仕切板8の第２チューブ孔12の縁部と曲率部Rとの隙間Cが蓄冷剤貯留部40側に向かうにつれて徐々に狭くなるため、ろうが蓄冷剤貯留部40側に垂れ落ちることを防止でき、ろう付けを容易に行うことができる。

なお、チューブ5の直列配置した流路を、２本または３本にすると、第２チューブ孔12を仕切板8に孔数を少なくでき、製造が簡単になる。
また、上記実施例では、上側のタンクから下側のタンクへ冷媒を流すようにしたが、これに限られず逆方向に流すようにしてもよい。
また、上記実施例では、蓄冷器にエバポレータへ流れる一部の冷媒だけを流入させるようにしたが、全部流すようにしてもよい。

1…エバポレータ
2…蓄冷器
3a…上側の冷媒タンク（第２のタンク）
3b…下側の冷媒タンク（第１のタンク）
4a…上側の冷媒タンク（第２のタンク）
4b…下側の蓄冷剤タンク（第１のタンク）
5、5'…チューブ
5a、5b、5c…流路
5d…仕切板
6…フィン
7…コア部
8a、8b…補強プレート
9…プレート
9a、９ｂ…側壁部分
9c…天井壁部分
9d…底壁部分
10…隙間
11…第１チューブ孔
12…第２チューブ孔
30…冷媒貯留部
40…蓄冷剤貯留部
S…段差部
R…曲率部
T1…上側のタンク
T2…下側のタンク

Claims (3)

1. 冷媒を気化するエバポレータと、該エバポレータに並設されて蓄冷剤を内蔵する蓄冷器と、を備え、前記エバポレータを流れる前記冷媒が前記蓄冷器へ循環可能にした蓄冷熱交換器において、
   前記蓄冷器は、該蓄冷器を通過する空気流の流れ方向に対して直交する方向に延在する複数のチューブを有し、
   該チューブは、各々、内部が仕切られて前記直交方向にそれぞれ延在する複数の流路が形成され、
   該流路は、前記空気流の流れ方向に沿ってそれぞれ直列配列され、前記蓄冷剤が充填される蓄冷剤充填流路と前記冷媒が流れる冷媒循環路とが配置されている、
   ことを特徴とする蓄冷熱交換器。
2. 請求項１に記載の蓄冷熱交換器において、
   前記蓄冷器は、それぞれ内部が仕切板により仕切られて前記蓄冷剤を貯留する蓄冷剤貯留部と前記冷媒を貯留する冷媒貯留部とが画成されて、互いに離間される第１のタンクおよび第２のタンクを備え、
   前記チューブの両端部に設けた、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とが、前記直交方向にオフセットされて、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とのうちの一方が前記蓄冷剤貯留部に連通するとともに、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とのうちの他方が前記冷媒貯留部に連通するように、前記チューブの両端部がそれぞれ前記第１のタンクおよび前記第２のタンク内に挿入され、
   前記オフセットされた両開口部間に形成される段差部が前記仕切板に当接されて前記チューブの前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに対する位置決めがなされる、
   ことを特徴とする蓄冷熱交換器。
3. 請求項１に記載の蓄冷熱交換器において、
   前記蓄冷器は、それぞれ内部が仕切板により仕切られて前記蓄冷剤を貯留する蓄冷剤貯留部と前記冷媒を貯留する冷媒貯留部とが画成されて、互いに離間される第１のタンクおよび第２のタンクを備え、
   前記チューブの両端部に設けた、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とが、前記直交方向にオフセットされて、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とのうちの一方が前記蓄冷剤貯留部に連通するとともに、前記蓄冷剤充填流路の開口部と前記冷媒循環路の開口部とのうちの他方が前記冷媒貯留部に連通するように、前記チューブの両端部がそれぞれ前記第１のタンクおよび前記第２のタンク内に挿入され、
   前記オフセットされた両開口部間に形成される曲率部が前記仕切板に当接されて前記チューブの前記第１のタンクおよび前記第２のタンクに対する位置決めがなされる、
   ことを特徴とする蓄冷熱交換器。

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