JP2018511775A - 熱交換器用相変化材料の容器を有するチューブ - Google Patents

Abstract

本発明は、-互いに組み付けられるように構成された２つのフロープレート（３）と、-ハウジングを形成するように前記２つのフロープレート（３）のうちの一方の外面に組み付けられるように構成された少なくとも１つの容器プレート（５）と、を有する相変化材料の容器を有するチューブ（１）であって、相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）は、充填ダクト（２００）を更に有し、前記充填ダクト（２００）は、一方で外部に向かう前記容器プレート（５）の充填スパウト（２０１）により形成され、他方で前記２つのフロープレート（３）のうちの一方の外面により形成され、前記充填ダクト（２００）は、プラグ（２１０）を更に有し、前記充填ダクト（２００）及び前記プラグ（２１０）は、相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）の幅より狭い又はこれに等しい幅と、前記ハウジングの高さより低い又はこれに等しい高さと有する容積内に収まる、相変化材料の容器を有するチューブ（１）に関する。

Description

本発明は、特に自動車内部の熱管理の分野における、熱交換器の熱交換バンドル用相変化材料の容器を有するチューブに関する。

熱交換器は、一般に、例えば空調回路のエバポレータの場合では、冷却剤等の第１伝熱流体を収容するプレートにより形成される、平行なチューブからなるバンドルを含む。また、このバンドルを、例えば車室用に意図された空気流等の第２伝熱流体が通る。前記空気流は、チューブを通過する。チューブの表面積は、チューブ間に分離体（ディスラプタ）や挿入体（インサート）が追加されることで増大して、熱交換を最適なものとしている。

このような熱交換器に、第１伝熱流体の流れに資するチューブのバンドルに関連して、相変化材料の容器を設けることが知られている。例えば空調回路のエバポレータの場合、このような交換器は、特に車両のエンジンが停止して冷却剤を循環させるためのコンプレッサが駆動されていない場合に、特に自動停止‐始動エンジンシステムを有する車両について車両が短時間停止している場合に、車両の車室の冷却が所定の期間において維持されることを可能にする。このようにエンジンが停止している期間においては、空気を冷却するために、相変化材料は、エバポレータを通過する空気中の熱エネルギーを利用している。

したがって、特に空調回路用のエバポレータであって、冷却剤の循環用の一組のチューブを有する熱交換バンドルと、相変化材料を貯蔵するとともにこれらのチューブに取付けられた容器と、チューブと冷却貯蔵容器との間において特にこれらの間に形成された凸部及び凹部により設けられた空気路と、を有するエバポレータが公知である。このような交換器において、冷却剤が流れるチューブと相変化材料の容器との間の伝熱は、各チューブの広い表面に亘って延在する前記凸部及び凹部の存在によって減少する一方で、他方ではチューブから容器への伝熱に関与する材料の厚さによっても減少する。より具体的には、この厚さは、チューブの壁と容器の壁とを含む。

本発明の目的のひとつは、先行技術の欠点を少なくとも部分的に改善し、熱交換器の熱交換バンドル内部においてより効率良く使用されるように改良された相変化材料の容器を有するチューブを提供することである。

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の容器を有するチューブであって、
‐ シールされた態様で互いに組み付けられて、第１伝熱流体が内部を流れる少なくとも１つの導管を形成するように構成された２つのフロープレートと、
‐ 少なくとも１つの容器プレートであって、前記２つのフロープレートのうちの一方の外面にシールされた態様で組み付けられて、前記熱交換材料のハウジングを形成するように構成された容器プレートと、
を含み、
相変化材料の容器を有する前記チューブは、前記相変化材料のための充填ダクトを更に有し、
前記充填ダクトの一端部は、相変化材料の容器を有する前記チューブの縁部のうちの一方に開放し、
前記充填ダクトは、一方で外部に向かう前記容器プレートの充填スパウトにより形成され、他方で前記２つのフロープレートのうちの一方の外面により形成され、
前記充填ダクトは、プラグを更に有し、
前記充填ダクト及び前記プラグは、相変化材料の容器を有する前記チューブの幅より狭い又はこれに等しい幅と、相変化材料の前記ハウジングの高さより低い又はこれに等しい高さと、有する容積内に収まる、
相変化材料の容器を有するチューブ、に関する。

この結果、充填ダクトは、相変化材料の容器を有するチューブの幅及び高さのいずれに関しても、これを越えない。したがって、相変化材料の容器を有する前記チューブが熱交換バンドルに組み込まれたとき、充填ダクトは突出せず邪魔にならない。

本発明の１つの特徴によれば、前記充填ダクトは、ストッパを有する。

本発明の更なる特徴によれば、前記プラグは、金属から製造される。

本発明の更なる特徴によれば、前記フロープレート及び前記容器プレートは、金属から構成されるとともにろう付けにより互いに固定され、前記金属プラグは、前記プレートを互いにろう付けする際に固定される。

本発明の更なる特徴によれば、前記プラグは、エラストマー又はプラスチック材料から製造される。

本発明の更なる特徴によれば、前記プラグは、前記充填ダクトの内部で圧縮されるように、前記充填ダクトの寸法より大きい寸法を有する。

本発明の更なる特徴によれば、前記充填ダクトは、保持タングを有し、前記保持タングは、相変化材料の容器を有する前記チューブの縁部のうちの一方に開放する前記充填ダクトの前記端部に折り返される。

本発明の更なる特徴によれば、前記保持タングは、前記容器プレートと同じ材料から構成される。

本発明の更なる特徴によれば、前記プラグは、充填オリフィスを有する。

本発明の更なる特徴によれば、前記保持タングは、折り返されると、前記プラグの前記充填オリフィスを覆う。

本発明の更なる特徴によれば、前記保持タングは突起を有し、前記突起は、前記保持タングが折り返されたときに、前記プラグの前記充填オリフィスに少なくとも部分的に挿入されるように設計される。

本発明の更なる特徴によれば、相変化材料の容器を有する前記チューブは、前記容器プレートの前記充填スパウトと前記プラグとの間に充填シール化合物を有する。

本発明の更なる特徴及び利点は、例示的に非制限的な例として示される以下の説明及び添付図面を参照することでより明らかになるであろう。

相変化材料の容器を有するチューブの分解概略斜視図。 図１の相変化材料の容器を有するチューブの組立てられた状態の概略斜視図。 １つの特定の実施形態による相変化材料の容器を有するチューブの概略斜視図。 相変化材料の容器を有するチューブの一部の概略断面図 更なる実施形態による相変化材料の容器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の容器を有するチューブの一部の概略斜視図。 熱交換バンドルにおける一連のチューブの概略斜視図。 熱交換バンドルの概略図。 相変化材料の容器を有するチューブの充填ダクトの概略斜視図。 相変化材料の容器を有するチューブの充填ダクトの概略斜視分解図。 組立工程における相変化材料の容器を有するチューブの充填ダクトの上方から見た概略斜視図。 別の組立工程における相変化材料の容器を有するチューブの充填ダクトの上方から見た概略斜視図。

図面において、同一の要素には同じ参照符号が付されている。

以下の実施形態は例示である。１つ又は複数の実施形態について説明がなされるが、これは、各言及が同一の実施形態に関する、或いは特徴が個々の実施形態のみに適用されるということを必ずしも意味しない。異なる実施形態の個々の特徴が組み合わされて更なる実施形態を提供し得る。

図１に示すように、相変化材料（phase-change material）の容器を有するチューブ１は、２つのフロープレート３と、少なくとも１つの容器プレート５と、を有する。２つのフロープレート３は、シールされた態様で互いに組み付けられて、少なくとも１つの導管３１を形成するように構成されている。導管３１において、第１伝熱流体が前記フロープレート３の間を流れる。２つのフロープレート３は、好適には同一であり、「鏡面対称」な態様で互いに取付けられる。これにより、同一タイプのフロープレート３のみを製造すればよく、製造時の節約が可能とされる。

少なくとも１つの容器プレート５は、キャビティ５１を有するとともに、２つのフロープレート３のうちの一方の外面にシールされた態様で組み付けられてキャビティ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ように構成されている。これらのキャビティ５１が容器プレート５の外面上方に突出することにより、第２伝熱流体、例えば空気流が、これらキャビティ５１間を流れることができる。

相変化材料の容器を有するチューブ１を製造するために、異なる２種類のみのプレートが使用される。すなわち、２つのフロープレート３と少なくとも１つの容器プレート５が使用される。このような設計により、かかる容器を有するチューブの製造をこれら２種類プレートに限定することが可能となるため、製造コストの節約となる。更に、このような少ないプレートの種類数により、組付けが簡単となる。

相変化材料の容器を有するチューブ１の更なる利点は、相変化材料がフロープレート３と直接接触することであり、これにより第１伝熱流体と相変化材料との間の熱エネルギーの交換が促進されつつ向上する。

図１、図４及び図５に示すように、フロープレート３は、また、中空部３２を有し得る。中空部３２は、好適には、フロープレート３の全体に亘って均一に分布したプレス加工によって製造される。フロープレート３は、容器プレート５、又は波形プレート等の第２伝熱流体との熱交換のための要素のいずれかに向かって配向されるように設計された外面を有する。各フロープレート３は、外面に対向する内面を有し、この内面から各中空部３２が、その上部が隣接するフロープレート３に接触するように延在している。好適ではあるが限定的でない実施形態によれば、中空部３２は、フロープレート３上で交互にずらした態様で分散配置される。このような分散配置により、各中空部３２の内面が導管３１により画定された第１流体の流路に配置されつつ、外面が相変化材料の局所的貯蔵部を形成して、その熱交換が向上する。

フロープレート３の外面は中空部３２を有しているため、これらの中空部は相変化材料の相補的収納部を形成する。これにより、所与の空間的要請に対して、このような中空部３２を設けられた相変化材料の容器５を有するチューブが、より多くの相変化材料を貯蔵することができる。このことは、相変化材料が熱エネルギーを第２流体と交換する時間を長くするという効果をもたらす。

更に、中空部３２が隣接するフロープレート３に対して更なる連結部を形成するということにより、相変化材料の容器を有するチューブ１の機械的強度が向上する。この結果、このような相変化材料の容器を有するチューブ１は、圧力の名目値がおよそ１５ｂａｒである、冷却剤を受容可能なエバポレータを有するタイプの熱交換器において、使用され得る。

図２に示すように、相変化材料の容器を有するチューブ１は、第２伝熱流体と接触する外面の一方に、単一の容器プレート５を有する。チューブ１の他方の面は、波形熱交換プレートを介して第２伝熱流体と接触する。このような波形プレートは、フィン又はインサートと称される場合がある。

しかしながら一変形例によれば、チューブ１は、図３に示すように、第２伝熱流体と接触する外面の各々に、相変化材料の容器を有する容器プレート１を有し得る。本実施形態における突出キャビティ５１の充填を容易とするように、相変化材料の容器を有するチューブ１は、２つの容器プレート５の突出キャビティ５１用の共通の充填オリフィス（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はドーム形状をしている。これらのドームは、より具体的には、交互にずらした態様で配置され、これにより第２伝熱流体はそれらの間を流れることができる。

図５に示す第２実施形態によれば、突出キャビティ５１は横長（縦長）の形状を有している。したがって、突出キャビティ５１は、図６に示すように、容器プレート５の長手方向軸線Ａに対して「Ｖ」字状に分散配置される。この形状及びこの特定の分散配置により、相変化材料の容器を有するチューブ１は、ドーム形状の場合と比較してより多量の相変化材料を収容することができるとともに、第２伝熱流体が突出キャビティ５１同士の間を通過する際の第２伝熱流体の圧力損失を限定的なものとすることができる。

第１又は第２実施形態のいずれにおいても、突出キャビティ５１は、円筒形断面及び例えばおおよそ台形等の多角形断面を持つ平坦な頂部５５を有している。

このような頂部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、反対側に配置された熱交換チューブ３０と接触するように設計されている。

交換チューブ３０は、マイクロチャネルを有するチューブであり得る。このようなチューブは、平面プレートと波形プレートとを重ね合せることにより形成される。前記波形プレートは、内部インサートと称される場合がある。こうして、前記波形プレートは、マイクロチャネルを形成するように、２つの隣接する平面プレートの間に配置される。

変形例によれば、交換チューブ３０は、より具体的には、シールされた態様で組み付けられた上述の２つのフロープレート３から構成され得る。

図８は、最終的に熱交換器を形成するように、相変化材料の容器を有する複数のチューブ１を有する熱交換バンドル１００を示す。本例において、熱交換バンドル１００は、その全長に亘って分散配置された相変化材料の容器を有する３つのチューブ１を有している。これらの相変化材料の容器を有するチューブ１のうちの２つは、第２伝熱流体に接触する外面のそれぞれに容器プレート５を有している。これに対し、相変化材料の容器を有する３番目のチューブ１は、第２伝熱流体に接触する外面のうちの一方に単一の容器プレート５のみを有している。熱交換バンドル１００内に存在する相変化材料の容器を有するチューブ１及び容器プレート５の総数は、その寸法及び長さに依存する。例えばコンプレッサが停止するなどしたときに、第１伝熱流体が前記バンドル内を通流しなくなってしまった場合であっても、第２伝熱流体の継続的な冷却を確保するために、熱交換バンドル１００が長いほど、個数は増加する。

このように、相変化材料の容器を有するチューブ１は２つのフロープレート３と少なくとも１つの容器プレート５から構成されるため、その組付けが単純で製造が安価になり得る、ということが明瞭に理解される。更に、相変化材料がフロープレート３と直接接触するので、第１伝熱流体と相変化材料との間の熱エネルギーの交換が、促進されるとともに向上する。

相変化材料を相変化材料の容器を有するチューブ１に導入するために、前記チューブは、図９乃至図１１ｂに示すように、充填ダクト２００を更に有している。

理解と図示をしやすくするように、図１０、図１１ａ及び図１１ｂにおいて容器プレート５のみが示されている。

前記充填ダクト２００の一端部は、相変化材料の容器を有するチューブ１が熱交換バンドル１００内に組み込まれたときにアクセス可能となるように、前記相変化材料の容器を有するチューブ１の縁部のうちの一方に開放している。

充填ダクト２００は、一方で充填スパウト２０１により、他方で２つのフロープレート３のうちの一方の外面により、形成される。充填ダクト２００はプラグ２１０を更に有し、プラグ２１０は、前記ダクトを閉鎖するとともに、相変化材料が前記充填ダクト２００を通じて流出することを防ぐ。

充填ダクト２００及びプラグ２１０は、相変化材料の容器を有するチューブ１の幅より狭い又はこれに等しい幅と、相変化材料のハウジング、具体的にはキャビティ５１の高さより低い又はこれに等しい高さと、を有する容積内に収まる。この結果、充填ダクト２００は、相変化材料の容器を有するチューブ１の幅及び高さのいずれに関してもこれを越えない。したがって、相変化材料の容器を有するチューブ１が熱交換バンドル１００に組み込まれたとき、充填ダクト２００は突出せず邪魔にならない。

熱交換バンドル１００の内部において、充填ダクト２００が上部に位置するように、すなわち地面から最も離間するように、相変化材料の容器を有するチューブ１を配置することが有利である。このような態様において、その充填が容易となるとともに、前記充填ダクト２００の領域における漏出の危険が減少するであろう。

フロープレート３及び容器プレート５は、好適には、金属で製造されるとともにプレス加工により得られる。したがって、容器プレート５の充填スパウト２０１も、前記容器プレート５のプレス加工中に製造され得る。このため、異なるプレートを、例えばろう付けにより固定し得る。

効果的に固定することと良好にシール（封止）することを確保するために、相変化材料の容器を有するチューブ１は、容器プレート５の充填スパウト２０１とプラグ２１０との間に、充填シール化合物を有し得る。

充填ダクト２００、より具体的には充填スパウト２０１は、その内部にストッパ２０４を有利に有する。このストッパ２０４はプラグ２１０をブロックし、プラグ２１０は充填ダクト２００の内部に向かってそれ以上移動できない。前記プラグ２１０が前記充填ダクト２００を越えて突出しないように、プラグ２１０は、好適には、充填ダクト２００の端部とストッパ２０４との間の距離より短い又はこれに等しい長さを有する。

プラグ２１０は、例えば、金属で製造され得る。したがって、前記金属プラグ２１０は、フロープレート２と容器プレート５とが互いにろう付けにより固定される工程中に、ろう付けにより固定され得る。

プラグ２１０は、エラストマー又はプラスチック材料で製造され得る。この場合、前記プラグ２１０は、例えば、前記プラグ２１０が充填ダクト２００の内部で圧縮されるように、充填ダクト２００の寸法より大きい寸法を有し得る。この圧縮により、充填ダクト２００の領域におけるシール（封止）が確保される。プラグ２１０がエラストマー又はプラスチック材料で構成される場合、この材料は、好適には、フロープレート３と容器プレート５とを互いにろう付けにより固定した後に、充填ダクト２００に挿入される。

プラグ２１０を充填ダクト２００の内部に保持するように、充填ダクト２００は、図１０乃至図１１ｂに示すように、保持タング２０２を有し得る。保持タング２０２は、相変化材料の容器を有するチューブ１の縁部のうちの一方に開放する充填ダクト２００の端部に折り返される。こうして、プラグ２１０は、図１１ｂに示すように、ストッパ２０５と保持タング２０２との間でブロックされる。

好適には、保持タング２０２は、容器プレート５と同じ材料で構成され、したがって例えばプレス加工により前記容器プレート５と同時に製造され得る。

プラグ２１０は、図１０乃至図１１ｂに示すように、充填オリフィス２１１をも有し得る。充填オリフィス２１１は、特に、プラグ２１０が所定位置に既に固定されている場合、相変化材料の容器を有するチューブ１への相変化材料の挿入（充填）を許容する。

プラグ２１１が充填オリフィス２１１を有していない場合であって、特に前記プラグが金属で構成されているとき、例えばプラグ２１０の位置決め前に、相変化材料は、相変化材料の容器を有するチューブ１に挿入される。プラグ２１０がエラストマー又はプラスチック材料からなる場合、相変化材料は、プラグ２１０を貫通する針を介して挿入され得る。エラストマー又はプラスチック材料の弾性により、作製された空間は針を取り外せば閉鎖し、こうしてプラグはそのシール性を維持する。

プラグ２１１が充填オリフィス２１１を有している場合、相変化材料は、プラグ２１０の位置決め及び固定後に、前記充填オリフィス２１１を介して相変化材料の容器を有するチューブ１に挿入され得る。

保持タング２０２は、折り返されると、有利にはプラグ２１０の充填オリフィス２１１を覆う。保持タング２０２は、こうして充填オリフィス２１１を閉鎖する。より良好な閉鎖性及びシール性を確保するように、保持タング２０２は、前記保持タング２０２が折り返されたときに、プラグ２１０の充填オリフィス２１１に少なくとも部分的に挿入されるように設計された突起２０３を有し得る。

したがって、充填ダクト２００が存在することにより、相変化材料からなる相変化材料の容器を有するチューブ１の充填の実施が単純且つ容易である、ということが明らかである。更に、部品点数が少ないことにより、製造コストが抑えられる。

Claims (12)

1. 熱交換器の熱交換バンドル（１００）用の相変化材料の容器を有するチューブ（１）であって、
   ‐ シールされた態様で互いに組み付けられて、第１伝熱流体が内部を流れる少なくとも１つの導管（３１）を形成するように構成された２つのフロープレート（３）と、
   ‐ 少なくとも１つの容器プレート（５）であって、前記２つのフロープレート（３）のうちの一方の外面にシールされた態様で組み付けられて、前記相変化材料用のハウジングを形成するように構成された容器プレート（５）と、
   を含み、
   相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）は、前記相変化材料用の充填ダクト（２００）を更に有し、
   前記充填ダクト（２００）の一端部は、相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）の縁部のうちの一方に開放し、
   前記充填ダクト（２００）は、一方で、外部に向かう前記容器プレート（５）の充填スパウト（２０１）により形成され、他方で、前記２つのフロープレート（３）のうちの一方の外面により形成され、
   前記充填ダクト（２００）は、プラグ（２１０）を更に有し、
   前記充填ダクト（２００）及び前記プラグ（２１０）は、相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）の幅より狭い又はこれに等しい幅と、前記相変化材料の前記ハウジングの高さより低い又はこれに等しい高さと、有する容積内に収まる、
   相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
2. 前記充填ダクト（２００）は、ストッパ（２０４）を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
3. 前記プラグ（２１０）は、金属から製造される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
4. 前記フロープレート（３）及び前記容器プレート（５）は、金属で作製されるとともにろう付けにより互いに固定され、
   前記金属プラグ（２１０）は、前記プレートを互いにろう付けする際に固定される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
5. 前記プラグ（２１０）は、エラストマー又はプラスチック材料から製造される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
6. 前記プラグ（２１０）は、前記充填ダクト（２００）の内部で圧縮されるように、前記充填ダクト（２００）の寸法より大きい寸法を有する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
7. 前記充填ダクト（２００）は、保持タング（２０２）を有し、
   前記保持タング（２０２）は、相変化材料の容器を有する前記チューブ（１）の縁部のうちの一方に開放する前記充填ダクト（２００）の前記端部に折り返される、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
8. 前記保持タング（２０２）は、前記容器プレート（５）と同じ材料で作製される、
   ことを特徴とする請求項７に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
9. 前記プラグ（２１０）は、充填オリフィス（２１１）を有する、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
10. 前記保持タング（２０２）は、折り返されると、前記プラグ（２１０）の前記充填オリフィス（２１１）を覆う、
    ことを特徴とする請求項９と組み合わせた請求項７又は８に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
11. 前記保持タング（２０２）は、突起（２０３）を有し、
    前記突起（２０３）は、前記保持タング（２０２）が折り返されたときに、前記プラグ（２１０）の前記充填オリフィス（２１１）に少なくとも部分的に挿入されるように設計される、
    ことを特徴とする請求項１０に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。
12. 前記容器プレート（５）の前記充填スパウト（２０１）と前記プラグ（２１０）との間に充填シール化合物を有する、
    ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の相変化材料の容器を有するチューブ（１）。

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