図1乃至図6は、本発明の第1実施形態を示すものである。
本発明の蓄冷熱交換器は、車両用空気調和装置に適用されるものである。この車両用空気調和装置は、図1に示すように、車室A内に設置される本発明の蓄冷熱交換器10が接続された冷媒回路1を備えている。冷媒回路1には、蓄冷熱交換器10の他に、車両の走行用のエンジンによって駆動する圧縮機2と、圧縮機2から吐出された冷媒を凝縮するための凝縮器3と、凝縮器3によって凝縮された冷媒を減圧するための膨張弁4と、が接続されている。また、車両用空気調和装置は、凝縮器3を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための室外側送風機5と、蓄冷熱交換器10を流通する冷媒と熱交換する空気を流通させるための室内側送風機6と、を備えている。室外側送風機5及び室内側送風機6は、それぞれ車両に設けられたオルタネータで発電された電力またはバッテリの電力によって駆動する。
蓄冷熱交換器10は、図2に示すように、上部に設けられた上側ヘッダ11と、下部に設けられた下側ヘッダ12と、一端が上側ヘッダ11に接続され他端が下側ヘッダ12に接続された複数の冷媒管13と、隣り合う冷媒管13の間に設けられたフィン14と、一部の隣り合う冷媒管13の間に設けられた蓄冷材容器20と、を備えている。
上側ヘッダ11は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなり、水平方向に延びる筒状に形成されている。上側ヘッダ11は、内部の空間が前後に仕切られている。上側ヘッダ11の一方の空間は、凝縮器3から流出した冷媒が流入する流入ヘッダ部11aである。上側ヘッダ11の他方の空間は、蓄冷熱交換器10から流出する冷媒が流通する流出ヘッダ部11bである。流入ヘッダ部11aには、冷媒流入口11cが設けられている。また、流出ヘッダ部11bには、冷媒流出口11dが設けられている。
下側ヘッダ12は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなり、水平方向に延びる筒状に形成されている。下側ヘッダ12は、内部の空間が前後に仕切られている。下側ヘッダ12の前後の空間は、互いに連通しており、一方の空間に流入した冷媒が他方の空間に向かって流通する。
冷媒管13は、例えばアルミニウム等の金属を押出成型によって、図6に示すように、平板状に形成した中空の部材である。冷媒管13は、内部が流路断面の長手方向(幅方向)に仕切られており、冷媒が流通する冷媒流路13aが流路断面の長手方向(幅方向)に複数形成されている。
冷媒管13は、隣り合う冷媒管13に対して平坦部同士を対向させて、互いに所定の間隔をおいて配置されている。複数の冷媒管13は、上側ヘッダ11の流入ヘッダ部11aと下側ヘッダ12の一方の空間とを連通する後列と、上側ヘッダ11の流出ヘッダ部11bと下側ヘッダ12の他方の空間とを連通する前列と、の前後2列に配置されている。後列の各冷媒管13と前列の各冷媒管13は、互いに前後方向に並ぶように配置されている。
フィン14は、例えばアルミニウム等の金属板を波形に屈曲したコルゲートフィンであり、波形の頂点部分が冷媒管13の平坦部にロウ付けによって接合される。
蓄冷材容器20は、例えばアルミニウム等の金属製の部材からなり、内部にパラフィン等の蓄冷材が収容されるようになっている。蓄冷材容器20は、図2または図6に示すように、上下方向の寸法が上側ヘッダ11と下側ヘッダ12の間の寸法と略同一に形成され、幅方向の寸法が互いに隣り合う冷媒管13の間の寸法と略同一に形成され、前後方向の寸法が前列の冷媒管13の前端部と後列の冷媒管13の後端部との間寸法と略同一に形成されている。蓄冷材容器20の上部には、図3及び図5に示すように、蓄冷材を内部に注入するための注入口20aが設けられている。
蓄冷材容器20は、図6に示すように、一方の冷媒管13に対向する第1側板21と、他方の冷媒管13に対向する第2側板22と、第1側板21と第2側板22との間に設けられたインナーフィン23と、を有している。
第1側板21は、図4及び図6に示すように、外周部に設けられたフランジ21aと、フランジ21aを除く部分に設けられた平坦面21bと、平坦面21bから外側に突出する円錐台形状に形成された複数の凸部21cと、を有している。複数の凸部21cは、それぞれ隣り合う凸部21cと間隔をおいて配置されている。凸部21cの先端面は、一方の冷媒管13の平坦面に対してロウ付けによって接合される接合部21dとなる。
第1側板21の接合部21dが一方の冷媒管13の平坦部に接合された状態において、第1側板21と一方の冷媒管13との間には、図6に示すように、蓄冷材と熱交換する空気が流通する空気流路21eが形成される。
第2側板22は、図5及び図6に示すように、外周部に設けられたフランジ22aと、フランジ22aを除く部分に設けられた平坦面22bと、平坦面22bに凹状に形成された前後一対の凹部22cと、を有している。第2側板22は、フランジ22aを第1側板21のフランジ21aに対してロウ付けによって接合することにより、第1側板21と一体に形成される。
一対の凹部22cは、それぞれ前後に並ぶ他方の冷媒管13のそれぞれに対向する位置において、冷媒管13の延びる方向に沿って凹状に形成されている。また、一対の凹部22cのそれぞれの上下両端側には、蓄冷材容器20の内側と外側とを連通する連通孔22dが設けられている。
平坦面22bのうち、一対の凹部22cの外周側に位置する部分は、他方の冷媒管13の平坦部に対して接合される接合部22eとなる。また、図5及び図6において、白抜きの矢印は、冷媒管13を流通する冷媒と熱交換する空気の流通方向を示し、空気の流通方向の最も上流側に位置する接合部22eの前後方向の寸法W1は、耐食性を向上させるために、他の接合部22eの前後方向の寸法W2よりも大きく形成されている。
第2側板22の接合部22eが他方の冷媒管13の平坦部に接合された状態において、第2側板22の凹部22cと他方の冷媒管13との間には、図6に示すように、蓄冷材容器20の内部と連通する空間22fが形成される。蓄冷材容器20に注入された蓄冷材は、空間22fに流入し、冷媒管13の外面に直接接触する。
インナーフィン23は、板状部材を波形に屈曲したコルゲートフィンであり、波形が上下方向(冷媒管13の延びる方向)に連続している。インナーフィン23は、波形の頂点部分が第1側板21及び第2側板22の内面にロウ付けによって接合される。
以上のように構成された車両用空気調和装置では、圧縮機2を駆動させると共に室外側送風機5及び室内側送風機6を駆動させることで、車室A内の冷房を行う。ここで、車両の走行時においては、走行風が凝縮器3を流通する冷媒と熱交換する空気として利用可能であるため、室外側送風機5を停止してもよい。
このとき、冷媒回路1において、圧縮機2から吐出された冷媒は、凝縮器3を流通して放熱した後、膨張弁4を介して蓄冷熱交換器10を流通して吸熱して圧縮機2に吸入される。
また、蓄冷熱交換器10において、冷媒は、冷媒流入口11cから上側ヘッダ11の流入ヘッダ部11aに流入した後、後列の冷媒管13を下方に向かって流通して下側ヘッダ12の一方の空間に流入する。下側ヘッダ12の一方の空間に流入した冷媒は、下側ヘッダ12の他方の空間に流入した後、前列の冷媒管13を上方に向かって流通して上側ヘッダ11の流出ヘッダ部11bに流入し、冷媒流出口11dから流出する。
蓄冷熱交換器10では、吸熱する冷媒によって、冷媒管13と冷媒管13との間を通過する空気が冷媒管13やフィン14に接触することで冷却されるとともに、他方の冷媒管13に接合された蓄冷材容器20の内部に収容された蓄冷材が冷却される。
このとき、蓄冷材容器20内の蓄冷材は、冷媒管13及び接合部21d,22eを介して冷媒と熱交換して冷却される。また、空間22fに位置する蓄冷材は、冷媒管13のみを介して冷媒と熱交換して冷却される。
この車両用空気調和装置では、アイドリングストップ機能等によってエンジンを停止した場合に、室内側送風機6によって流通する空気が、蓄冷材容器20の第1側板21と一方の冷媒管13との間に形成された空気流路21eを流通することで、蓄冷材容器20に収容された蓄冷材と熱交換して冷却されるため、車室A内の冷房の継続が可能である。
また、蓄冷材容器20の第2側板22と他方の冷媒管13とのロウ付けによる接合状態は、蓄冷材容器20の気密試験によって確認することができる。即ち、蓄冷材容器20の内部と空間22fは連通しているため、第2側板22と他方の冷媒管13とのロウ付けが不完全である状態は、蓄冷材容器20に充填した液体(蓄冷材)が漏洩することで発見することができる。
このように、本実施形態の蓄冷熱交換器10によれば、第2側板22には、冷媒管13の延びる方向に沿って外面が凹状に形成された凹部22cと、凹部22cの外周側の全周にわたって他方の冷媒管13に接合される接合部22eと、凹部22cにおいて蓄冷材容器20の内側と外側とを連通する連通孔22dと、が形成されている。
これにより、第2側板22の凹部22cと他方の冷媒管13によって囲まれた空間22fに注入された蓄冷材を直接他方の冷媒管13の外面に接触させることができるので、蓄冷材と冷媒管13を流通する冷媒との熱交換効率を向上させることが可能となる。また、蓄冷材容器20の気密試験によって第2側板22と他方の冷媒管13との接合状態の確認を行うことができるので、蓄冷熱交換器10の製品検査における不完全な接合状態を発見する精度を向上させることが可能となる。
また、第1側板21には、互いに間隔をおいて外面から突出する複数の凸部21cが形成され、凸部21cは、先端面が一方の冷媒管13に接合され、第1側板21と一方の冷媒管13との間には、蓄冷材と熱交換する空気が流通する空気流路21eが形成されている。
これにより、第1側板21を介して蓄冷材と車室A内に供給する空気とを熱交換させ、第2側板22を介して蓄冷材と他方の冷媒管13を流通する冷媒とを熱交換させることが可能となるので、蓄冷材による車室A内に供給する空気の冷却、及び、冷媒による蓄冷材の冷却を、それぞれ確実に行うことが可能となる。
また、連通孔22dは、冷媒管13の延びる方向における凹部22cの両端側に設けられている。
これにより、蓄冷材容器20内に蓄冷材を注入する際に、一方の連通孔22dがエア抜きとして機能するため、空間22fに蓄冷材を確実に流入させることができるので、空間22fにおける冷媒管13を流通する冷媒との熱交換効率をより向上させることが可能となる。
また、蓄冷材容器20の内部には、板状のインナーフィン23が設けられている。
これにより、蓄冷材容器20内の蓄冷材と冷媒との熱交換及び蓄冷材と空気との熱交換を、それぞれ促進することが可能となる。
また、インナーフィン23は、板状部材を屈曲することによって、冷媒管13の延びる方向に連続する波形に形成されている。
これにより、インナーフィン23の波形の頂点部分が蓄冷材容器20内の全体に均一に接合されるため、蓄冷材容器20の強度を大きくすることができ、蓄冷材容器20内の圧力の変化による蓄冷材容器20の変形を防止することが可能となる。
図7は、本発明の第2実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
本実施形態の蓄冷熱交換器10の蓄冷材容器20は、空間22fの前後方向中央部に設けられ空間22fを上下方向にわたって前後方向に仕切る仕切部22gを有している。仕切部22gは、冷媒管13及び第2側板22の一方側に一体に形成されており、冷媒管13に対して第2側板22をロウ付けによって接合する際に、冷媒管13及び第2側板22の他方側に接合される。
以上のように構成された蓄冷熱交換器10では、空間22f内の前後方向中央部において、第2側板22と他方の冷媒管13とが仕切部22gによって上下方向にわたって連結されているため、蓄冷材容器20内の圧力の変化に対して空間22fの形状が保持される。これにより、空間22fの前後方向の寸法を大きくすることが可能となり、蓄冷材と冷媒管13を流通する冷媒との熱交換効率をより向上させることが可能となる。
図8は、本発明の第3実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
本実施形態の蓄冷熱交換器10の蓄冷材容器20は、インナーフィン24の波形が前後方向(流路断面の長手方向)に連続している。インナーフィン24の高さ寸法は、第1側板21の平坦面21bの内側と第2側板22の平坦面22bの内側との間の寸法と略同一である。インナーフィン24は、波形の頂点部分が第1側板21及び第2側板22の内面にロウ付けによって接合される。
以上のように構成された蓄冷熱交換器10では、第1実施形態と同様に、蓄冷材容器20内の蓄冷材と冷媒との熱交換及び蓄冷材と空気との熱交換を、それぞれ促進することが可能となる。
図9は、本発明の第4実施形態を示すものである。尚、前記実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付して示す。
本実施形態の蓄冷熱交換器10の蓄冷材容器20は、インナーフィン25が、波形が前後方向(流路断面の長手方向)に連続するとともに、波形の各頂点部分が前後方向にわたって第2側板22の内面に接合される高さ寸法となっている。即ち、第2側板22の凹部22cに位置する波形の頂点部分は、平坦面22bに位置する波形の頂点部分の高さ寸法よりも高さ寸法が大きく形成されている。
以上のように構成された蓄冷熱交換器10では、第3実施形態と同様に、蓄冷材容器20内の蓄冷材と冷媒との熱交換及び蓄冷材と空気との熱交換を、それぞれ促進することが可能となる。
また、インナーフィン25の全ての頂点部分が、第2側板22の内面に接合させることになるため、蓄冷材容器20内の蓄冷材と冷媒との熱交換を一層促進することが可能となる。また、インナーフィン23の波形の頂点部分が第2側板22の全面に均一に接合されることになるため、蓄冷材容器20の強度を大きくすることができ、蓄冷材容器20内の圧力の変化による蓄冷材容器20の変形を防止することが可能となる。
尚、前記実施形態では、本発明を車両用空気調和装置に適用したものを示したが、これに限られるものではなく、圧縮機を停止した状態で冷却運転を継続可能な冷却装置に本発明を適用することが可能である。
また、前記実施形態のインナーフィン23,24,25は、インナーフィン23,24,25を構成する部材の板厚や波形の間隔を適宜選択することが可能であり、要求される蓄冷材容器20の強度や熱伝達の性能を発揮することが可能である。
また、前記実施形態では、第2側板22の凹部22cの上下方向両側に一対の連通孔22dを形成したものを示したが、1または3以上の連通孔を凹部に形成するようにしてもよい。また、各連通孔の開口面積についても適宜選択することが可能であり、要求される蓄冷材容器20の強度や熱伝達の性能を発揮することが可能である。
また、前記第2実施形態では、仕切部22gを、連通孔22dが位置する部分にも配置しているが、空間22fの連通孔22d以外の部分を前後方向に仕切るように配置してもよい。また、空間22fの上下方向にわたって仕切部22gを設け、仕切部22gによって仕切られた空間の前後両側に連通孔を設けるようにしてもよい。