JP6643932B2 - 車両用空調装置の蒸発器 - Google Patents

Description

この発明は、蓄熱材容器を備えた車両用空調装置の蒸発器に関する。

エンジンの駆動力を用いて圧縮機を駆動し、冷凍サイクルの冷媒を蒸発器に流し、車室内へ送風する空気を冷却する冷凍サイクルが知られている。また、燃費の向上のため、停車時にエンジンの駆動を一時的に停止するアイドリングストップ機構を有する車両も知られている。そして、アイドリングストップ機構によりエンジンが一時的に停止されると、圧縮機の駆動も一時的に停止され、車室内を冷却できない問題があった。そこで、例えば冷凍サイクルに、特許文献１に記載される蓄熱材（蓄冷材）を備えた蒸発器を用いることで、冷媒の循環が一時的に停止されたとしても、車室内へ送風する空気の冷却を継続できる技術が提案されている。

当該特許文献１の蓄冷熱交換器は、図３（当該特許文献１の図２４）に示すように、冷媒が流れる多数のチューブ１１１と、チューブの間にそれぞれ配置される多数のフィン１１２と、チューブに冷媒を分配するタンクと、チューブを通過した冷媒を集約するタンクとを備えている。そして、積層された多数のフィンのうち所定の箇所に、蓄熱材（蓄冷材）を収容する蓄熱材容器１２０が配置されている。これにより、冷凍サイクルの冷媒が循環すると、チューブによって蓄熱材が冷却される。そして冷凍サイクルの冷媒の循環が一時的に停止されたときには、冷却された蓄熱材の熱（冷熱）がチューブを介してフィンに伝わり、車室内へ送風する空気の冷却を継続することができる。

特開２０１１−０１２９４７号公報

しかしながら特許文献１の蓄冷熱交換器１００は、チューブ１１１とアウタフィン１１２とを交互に積層する構成を基本としつつ、アウタフィン１１２の代わりにチューブ１１１の間に蓄熱材容器１２０が脱着不可能な態様で配置されたものである。このように、蓄熱材を収容する空間が蒸発器の一部として設けてられているので、蒸発器に配置する蓄熱材の位置を変更できない問題がある。

一般に、車両用空調装置の蒸発器は、ユニットケースの内部に配置される。ここで、車両や空調装置ごとにユニットケースの内部を流れる空気の流れ方が異なる。すなわち、車両や空調装置ごとに、蒸発器を通過する空気の流速が早い部位や遅い部位の分布が異なる。このため、流速の早い部位に蓄熱材を配置し、冷媒の循環が一時的に停止された場合に蒸発器の局部的な温度上昇を防止したいところ、予め蓄熱材が収容される空間が定められていると、蓄熱材の位置と局部的に温度上昇する位置とが異なり、温度分布の少ない冷風の吹き出しが困難となる。

そして蒸発器は、生産性の向上のため、ある一つの仕様の蒸発器が多くの種類の空調装置に搭載されるものである。よって、蓄熱材の位置と、局部的に温度上昇する位置との不一致が、ますます発生しやすい状況にある。

一方、ユニットケースの内部を流れる空気の流れ方とは別に、蒸発器は、冷媒の流れ方によっても、温度の低下しやすい部位と低下しにくい部位とが発生することが知られている。これは、気液混同状態として蒸発器に流入される冷媒が、徐々に気体状態へと相変化しつつ通流する過程で、過冷却度を有する液状の冷媒が通流する部位が、加熱度を有する気体状の冷媒が通流する部位よりも温度が低下しやすいために発生する現象である。さらに、圧縮機の回転数、凝縮器における放熱の状況等、冷凍サイクルの稼働状況によって冷媒の循環量や気液混合状態が変化するので、蒸発器における温度分布が変動する。このため、蒸発器の温度分布を均一化することが望まれていた。

ここで、特許文献１の蓄冷熱交換器を利用することで、蓄熱材が、温度の低下しやすい部位で冷却され、温度の高い部位で放冷（通流する空気を冷却）して、温度分布の均一化の効果を期待できる。しかしながら、蓄熱材容器１２０の位置が固定化されているから、冷凍サイクルの稼働状況に応じて変動する温度分布に対し、適切に蓄熱材を配置することが困難であった。

本発明の目的は、蒸発器の温度分布を均一化するために、蓄熱材の位置を容易に変更できる蓄熱材容器を備えた車両用空調装置の蒸発器を提供することである。

本発明に係る車両用空調装置の蒸発器１は、交互に複数積層されたチューブ１１およびアウタフィン１２により構成され、冷媒と空気との熱を交換するエレメント部１３と、 前記チューブの長手方向の一方の端部に設けられた一方のタンク部１４と、前記チューブの長手方向の他方の端部に設けられた他方のタンク部１５と、前記チューブの長手方向に沿って、前記エレメント部に装着された蓄熱材容器２０と、を備え、前記蓄熱材容器は、蓄熱材収容部２１と、前記蓄熱材収容部に収容された蓄熱材Ｍと、当該蓄熱材容器を前記エレメント部に装着する装着部３０と、を有し、前記装着部は、間に前記チューブ１１が挿入される一方の端辺３１と他方の端辺３２を有し、前記一方の端辺に形成される凸部３１ａと前記他方の端辺に形成される凸部３２ａは、それぞれ、前記チューブ１１の長手方向において前記アウタフィン１２のフィンピッチと同じ間隔Ｄを有することを特徴とする（請求項１）。

このように、蓄熱材を収納した蓄熱材容器を、装着部を用いて蒸発器のエレメント部に装着を可能としたので、蓄熱材の位置を容易に変更することができる。

本発明に係る車両用空調装置の蒸発器は、前記蓄熱材容器は、前記エレメント部のうち、前記空気の通流方向における下流側に装着されることが好ましい（請求項２）。蒸発器により冷却された空気によって、効率的に蓄熱材容器および、この蓄熱材容器に収容された蓄熱材を冷却することができる。

本発明に係る車両用空調装置の蒸発器は、前記エレメント部のうち、前記空気の通流方向において前記チューブの下流側に装着されることが好ましい（請求項３）。蓄熱材容器がチューブの下流側に装着されるので、エレメント部を通流する空気の通気抵抗の上昇を抑制することができる。

本発明に係る車両用空調装置の蒸発器は、前記蓄熱材収容部と前記装着部は、前記エレメント部よりも腐食性の高い材料であることが好ましい（請求項４）。蒸発器は凝縮水が発生し、耐腐食性が求められるところ、蓄熱材収容部と装着部とを蒸発器のエレメント部よりも腐食性の高い材料で構成することで、犠牲腐食の効果により、エレメント部の腐食の進行を抑制することができる。

本発明により、蓄熱材の場所を容易に変更できる蓄熱材容器を備えた車両用空調装置の蒸発器を提供することができる。

本発明の実施形態に係る蒸発器を示し、図１（ａ）は正面概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ断面概略図である。 本発明の実施形態に係る蓄熱材容器を示し、図２（ａ）は断面概略図、図２（ｂ）は図２（ａ）を矢視Ｙから見た側面概略図を示す。 従来技術として示した蒸発器の正面概略図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の一態様を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。本発明の効果を奏する限り、種々の形態変更をしてもよい。

図１は、本発明の実施形態に係る車両用空調装置の蒸発器を示し、図１（ａ）は正面概略図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ断面概略図である。蒸発器１は、交互に複数積層されたチューブ１１およびアウタフィン１２により構成され、冷媒と空気との熱を交換するエレメント部１３と、チューブの長手方向の一方の端部に設けられた一方のタンク部１４と、チューブの長手方向の他方の端部に設けられた他方のタンク部１５と、チューブの長手方向に沿って、エレメント部に装着された蓄熱材容器２０と、を備える。

チューブ１１、アウタフィン１２、一方のタンク部１４、および他方のタンク部１５は、いずれもアルミニウム合金であり、ろう付け工法によって接合されている。車両に搭載された冷凍サイクル（図示せず）から供給された冷媒は、一方のタンク部１４または他方のタンク部１５に供給され、チューブ１１の内部を通過し、一方のタンク部１４または他方のタンク部１５より冷凍サイクルへと流出される。このとき、図１（ｂ）で示される冷却前の空気Ａは、エレメント部１３を通流し、冷媒と熱の交換が行われ、冷却された空気Ｂとなって流出する。

蓄熱材容器２０は、図２（ａ）、図２（ｂ）で示されるように、蓄熱材収容部２１と、蓄熱材収容部に収容された蓄熱材Ｍと、蓄熱材容器をエレメント部に装着する装着部３０と、を有している。蓄熱材収容部２１と装着部３０とは、母材であるアルミニウムの板材を加工することで成形される。まず、図２（ｂ）に示されるように、装着部３０となる母材の端辺（装着部の一方の端辺３１、装着部の他方の端辺３２）に凸部３１ａ、３２ａと凹部３１ｂ、３２ｂを形成し、エレメント部１３への装着に好適となるように柔軟性を確保する。次いで、母材の一部を折りたたんで壁部Ｆを形成し、筒状とされた空間である収容部２１を形成する。蓄熱材は流動パラフィンなど、常温で流動性を示すもので、収容部２１の端部（図２（ａ）における、紙面の手前側）から流入する。その後、収容部２１の長手方向の両端部をカシメ等の加工や、接着剤を充填するなどし、蓄熱材を収容部２１の内部に収容する。

蓄熱材容器２０は、図１（ｂ）に示されるように、エレメント部分１３に脱着が可能に装着される。蓄熱材容器２０は、エレメント部１３のうち空気の通流方向の下流側に装着される。これにより、蓄熱材容器２０は、エレメント部１３から装着部３０を介して蓄熱材Ｍに向かう第一の伝熱経路と、エレメント部１３から流出する冷却された空気Ｂ、蓄熱材容器２０の母材、蓄熱材Ｍに向かう第二の伝熱経路とが形成され、効率的に冷媒の熱（冷熱）を蓄熱材Ｍに伝えることができる。また、蓄熱材容器２０は、チューブ１１の長手方向に沿うとともに跨ぐように装着されているので、エレメント部１３を通流する空気が流出するときに、流出領域であるアウタフィンの下流側を開放することができ、通気抵抗の上昇を抑制することができる。

また、蓄熱材容器２０は、図２（ａ）に示されるように、長手方向の長さを所望する寸法に設定することができる。この例では、寸法の長い蓄熱材容器２０ａと、寸法の短い２０ｂとが示されている。冷凍サイクルの冷媒の循環が一時的に停止された場合に局部的に温度が上昇する部位に、寸法の長い蓄熱材容器２０ａや寸法の短い蓄熱材容器２０ｂを装着し、蒸発器１の温度分布の均一化をはかることができる。

また、蓄熱材容器２０の母材は、エレメント部１３よりも腐食性の高い金属材料で構成される。蒸発器の表面には凝縮水が発生し、耐腐食性が求められるところ、犠牲腐食の効果を発揮して、エレメント部１３の腐食の進行を抑制することができる。たとえば、エレメント部１３に用いられるアルミニウム合金に対し、蓄熱材容器２０の母材に用いられるアルミニウム合金について、添加される亜鉛の量が多い材料が用いられる。

装着部の凸部３１ａ、３２ａは、長手方向（図２（ｂ）の上下方向）において、一定の間隔Ｄを設けて形成されており、この間隔Ｄはアウタフィン１２のフィンピッチと同じであることが好ましい。蓄熱材容器２０をエレメント部１３へ装着する際、アウタフィンの破損を抑制することができる。

このように蒸発器１は、蓄熱材容器２０を装着されているので、一時的に冷凍サイクルが停止されたとしても、エレメント部１３を通流する空気を継続して冷却することができる。すなわち、冷凍サイクルが稼働しているときに、前記した第一の伝熱経路および第二の伝熱経路を介して、冷媒の熱（冷熱）が蓄熱材容器２０に収容された蓄熱材Ｍに伝熱し、蓄積される。次いで、冷凍サイクルが一時的に停止すると、蓄熱材Ｍに蓄積されていた熱（冷熱）が、装着部３０を介してエレメント部１３に伝熱し、通流する空気を冷却する。

また蒸発器１は、温度分布が不均一であったとしても、通流する空気を均一的に冷却することができる。すなわち、エレメント部１３のうち温度の低下しやすい部位では、第一の経路および第二の経路を介して、冷媒の熱（冷熱）が蓄熱材Ｍに伝熱し、蓄積される。一方、エレメント部１３のうち温度の低下しにくい部位では、蓄熱材Ｍに蓄積されていた熱（冷熱）が、装着部３０を介してエレメント部１３に伝熱し、通流する空気を冷却する。

そして、蓄熱材容器２０の装着位置を容易に変更できるので、蒸発器が搭載される車両や空調装置ごとに適した位置に蓄熱材容器２０を配置して、温度分布の均一化をはかることができる。

ここまで、蓄熱材容器２０の母材をアルミニウム合金とした例を挙げ、説明してきたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、蓄熱材容器２０の母材をポリプロピレンやＡＢＳなどの樹脂材を採用してもよい。軽量化をはかることができる。

本発明に係る車両用空調装置は、工業的に製造することができ、また商取引の対象とすることができるから、経済的価値を有して産業上利用することが出来る発明である。

１ 蒸発器
１１ チューブ
１２ アウタフィン
１３ エレメント部
１４ 一方のタンク部
１５ 他方のタンク部
２０ 蓄熱材容器
２０ａ 寸法の長い蓄熱材容器
２０ｂ 寸法の短い蓄熱材容器
２１ 蓄熱材収容部
３０ 装着部
３１ 装着部の一方の端辺
３１ａ 凸部
３１ｂ 凹部
３２ 装着部の他方の端辺
３２ａ 凸部
３２ｂ 凹部
Ａ 冷却前の空気
Ｂ 冷却された空気
Ｄ 間隔
Ｆ 壁部
Ｍ 蓄熱材
１００ 蒸発器
１１１ チューブ
１１２ アウタフィン
１２０ 蓄熱材容器

Claims (4)

1. 交互に複数積層されたチューブ（１１）およびアウタフィン（１２）により構成され、冷媒と空気との熱を交換するエレメント部（１３）と、
   前記チューブの長手方向の一方の端部に設けられた一方のタンク部（１４）と、前記チューブの長手方向の他方の端部に設けられた他方のタンク部（１５）と、前記チューブの長手方向に沿って、前記エレメント部に装着された蓄熱材容器（２０）と、を備え、
   前記蓄熱材容器は、蓄熱材収容部（２１）と、前記蓄熱材収容部に収容された蓄熱材（Ｍ）と、当該蓄熱材容器を前記エレメント部に装着する装着部（３０）と、を有し、
   前記装着部は、間に前記チューブ（１１）が挿入される一方の端辺（３１）と他方の端辺（３２）を有し、
   前記一方の端辺に形成される凸部（３１ａ）と前記他方の端辺に形成される凸部（３２ａ）は、それぞれ、前記チューブ（１１）の長手方向において前記アウタフィン（１２）のフィンピッチと同じ間隔（Ｄ）を有することを特徴とする車両用空調装置の蒸発器（１）。
   
2. 前記蓄熱材容器（２０）は、前記エレメント部（１３）のうち、前記空気の通流方向における下流側に装着されたことを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
3. 前記蓄熱材容器（２０）は、前記エレメント部（１３）のうち、前記空気の通流方向において前記チューブ（１１）の下流側に装着されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蒸発器。
4. 前記蓄熱材収容部と前記装着部は、前記エレメント部よりも腐食性の高い材料であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蒸発器。

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