(57)【要約】【課題】蓄冷材容器の容積を犠牲にすることなく、凍結による体積膨張力が部材に働いてしまうことを防止することのできる熱交換器、を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、内部を冷媒が通るチューブ１００と、チューブ１００と隣り合うように配置された容器であって、内部に蓄冷材ＨＭを収容する蓄冷材容器３００と、を備える。蓄冷材容器３００に形成された複数の凸部３１０の先端が、チューブ１００に接合されている。蓄冷材容器３００とチューブ１００との間に形成された空間を隙間空間ＧＰとし、当該隙間空間ＧＰのうち外部空間に開放された端部を開放端部としたときに、隙間空間ＧＰのうち少なくとも一部の開放端部側に存在する水の凍結が、それよりも内側に存在する水の凍結よりも遅く完了するように、複数の凸部３１０が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒との熱交換によって空気を冷却する熱交換器（１０）であって、
内部を冷媒が通るチューブ（１００）と、
前記チューブと隣り合うように配置された容器であって、内部に蓄冷材（ＨＭ）を収容する蓄冷材容器（３００）と、を備え、
前記蓄冷材容器に形成された複数の凸部（３１０）の先端が前記チューブに接合されており、
前記蓄冷材容器と前記チューブとの間に形成された空間を隙間空間（ＧＰ）とし、当該隙間空間のうち外部空間に開放された端部を開放端部としたときに、
前記隙間空間のうち少なくとも一部の前記開放端部側に存在する水の凍結が、それよりも内側に存在する水の凍結よりも遅く完了するように、複数の前記凸部が形成されている熱交換器。
【請求項２】
前記凸部のうち前記チューブに接合されている部分の面積を接合面積としたときに、
一部の前記凸部についての前記接合面積が、他の前記凸部についての前記接合面積と異なっている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記開放端部側の前記凸部についての前記接合面積が、それよりも内側の前記凸部についての前記接合面積よりも小さくなっている、請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
それぞれの前記凸部についての前記接合面積が、前記開放端部に近づくに従って小さくなっている、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記隙間空間の内側から前記開放端部に向かう方向に対し垂直な方向に、互いに隣り合う前記凸部の側面間の距離を凸部間隔としたときに、
前記開放端部側の前記凸部間隔が、それよりも内側の前記凸部間隔よりも大きくなっている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記凸部間隔が、前記開放端部に近づくに従って大きくなっている、請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
一対の前記チューブが、前記蓄冷材容器の片面に沿って並ぶように配置されており、
前記蓄冷材容器のうち、一対の前記チューブの間の空間と対向する部分には、当該空間側に向けて突出する中央凸部（３２０）が形成されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記中央凸部側における前記チューブの端部と前記中央凸部との間の距離が、前記隙間空間の高さよりも大きい、請求項７に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、冷媒との熱交換によって空気を冷却する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷媒との熱交換によって空気を冷却する熱交換器としては、例えば、冷凍サイクルの一部として用いられる蒸発器が挙げられる。蒸発器では、チューブの内側において蒸発し温度を低下させる冷媒と、チューブの外側を通過する空気との間で熱交換が行われることにより、当該空気が冷却される。
【０００３】
近年では、蓄冷材容器を備えた構成の熱交換器が提案されており、既に実用化されている（例えば、下記特許文献１を参照）。蓄冷材容器は、内部にパラフィン等の蓄冷材が収容された容器であって、熱交換器のうち冷媒が通るチューブに接した状態で配置されるものである。蓄冷材容器を備えた熱交換器では、冷媒の循環が停止した後においても、チューブ等の温度がしばらくの間は低温に保たれる。このため、このような熱交換器が車両用空調装置に搭載された場合には、アイドルストップの状態においても低温の空気を車室内に吹き出し続けることが可能となる。
【０００４】
下記特許文献１に記載されているように、蓄冷材容器の表面には複数の凸部が形成されており、それぞれの凸部の先端がチューブの表面に接合されている。その結果、蓄冷材容器とチューブとの間（つまり凸部の周囲）には隙間空間が形成されている。この隙間空間によって、空気が通過する経路が十分に確保される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１７３３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
チューブや蓄冷材容器の表面では、空気が冷却されることによって結露水が生じ、結露水が更に冷却されて凍結し氷となる。結露水の凍結は、冷媒が通るチューブとそれぞれの凸部の接合部を起点として発生した後、周囲に広がって行くように進行する。このため、一部の水（液体）が、先に生じた氷の内側に閉じ込められてしまい、当該水がその後に凍結し膨張することによって、周囲の部材に大きな体積膨張力を加えてしまうことがある。その結果、チューブや蓄冷材容器などの破損が生じる可能性がある。
【０００７】
このため、上記特許文献１に記載されているような従来の蓄冷材容器では、凸部の高さをある程度高くして、隙間空間の排水性能を十分に高めておく必要があった。しかしながら、凸部の高さを高くすると、限られたスペースに配置された蓄冷材容器の容積が小さくなってしまう。この場合、蓄冷材容器に収容される蓄冷材の量が少なくなり、蓄冷の機能が短時間しか発揮されないこととなるので、好ましくない。
【０００８】
本開示は、蓄冷材容器の容積を犠牲にすることなく、凍結による体積膨張力が部材に働いてしまうことを防止することのできる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る熱交換器は、冷媒との熱交換によって空気を冷却する熱交換器（１０）であって、内部を冷媒が通るチューブ（１００）と、チューブと隣り合うように配置された容器であって、内部に蓄冷材（ＨＭ）を収容する蓄冷材容器（３００）とを備える。この熱交換器では、蓄冷材容器に形成された複数の凸部（３１０）の先端がチューブに接合されている。蓄冷材容器とチューブとの間に形成された空間を隙間空間（ＧＰ）とし、当該隙間空間のうち外部空間に開放された端部を開放端部としたときに、この熱交換器では、隙間空間のうち少なくとも一部の開放端部側に存在する水の凍結が、それよりも内側に存在する水の凍結よりも遅く完了するように、複数の凸部が形成されている。
【００１０】
上記熱交換器では、複数の凸部の配置や形状を工夫することにより、隙間空間のうち少なくとも一部の開放端部側に存在する水の凍結が、それよりも内側に存在する水の凍結よりも遅く完了するように構成されている。このような複数の凸部の形状としては、例えば、開放端部近傍における凸部の接合面積を小さくし、それよりも内側における凸部の接合面積を大きくすること等が挙げられる。
【００１１】
このような構成の熱交換器では、隙間空間の内側における凸部の近傍で氷が生じても、当該氷の周囲にある水が、開放端部まで到達し得るような経路が確実に確保される。このため、隙間空間にある一部の水が、先に生じた氷の内側に閉じ込められてしまうことがない。上記構成の熱交換器では、蓄冷材容器の容積を犠牲にして隙間空間の排水性を十分に確保しておかなくても、凍結による体積膨張力が部材に働いてしまう現象を防止することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によれば、蓄冷材容器の容積を犠牲にすることなく、凍結による体積膨張力が部材に働いてしまうことを防止することのできる熱交換器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、第１実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図である。
【図２】図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面の一部を示す図である。
【図３】図３は、蓄冷材容器の外観の一部を示す図である。
【図４】図４は、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図５】図５は、チューブと蓄冷材容器との位置関係を模式的に示す図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図７】図７は、第３実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図８】図８は、第４実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図９】図９は、第５実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図１０】図１０は、第６実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図１１】図１１は、第７実施形態に係る熱交換器における、蓄冷材容器に形成された凸部の形状及び配置を模式的に示す図である。
【図１２】図１２は、比較例に係る熱交換器において凍結が生じた状態を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１５】
本実施形態に係る熱交換器１０は、車両の空調システムとして構成された冷凍サイクル（不図示）の一部を成す蒸発器として構成されている。熱交換器１０には、冷凍サイクルの一部に配置された不図示のコンプレッサにより冷媒が送り込まれる。コンプレッサは、車両に備えられた内燃機関の駆動力により動作する。熱交換器１０では、送り込まれた冷媒を内部で蒸発させながら、冷媒と空気との熱交換を行うことにより空気を冷却するものである。
【００１６】
図１を参照しながら、熱交換器１０の構成について説明する。熱交換器１０は、上部タンク１１と、下部タンク１２と、チューブ１００と、コルゲートフィン２００と、蓄冷材容器３００と、を備えている。
【００１７】
上部タンク１１は、熱交換器１０に対して供給された冷媒を一時的に貯留し、当該冷媒をそれぞれのチューブ１００に供給するための容器である。上部タンク１１は、細長い棒状の容器として形成されている。上部タンク１１は、その長手方向を水平方向に沿わせた状態で、熱交換器１０のうち上方側部分に配置されている。
【００１８】
下部タンク１２は、上部タンク１１と略同一形状の容器である。下部タンク１２は、上部タンク１１からチューブ１００を通って来た冷媒を受け入れるものである。下部タンク１２は、上部タンク１１と同様にその長手方向を水平方向に沿わせた状態で、熱交換器１０のうち下方側部分に配置されている。
【００１９】
チューブ１００は、扁平形状の断面を有する細長い管であって、熱交換器１０に複数備えられている。チューブ１００の内部には、その長手方向に沿った流路ＦＰ（図１では不図示、図２を参照）が複数形成されている。それぞれのチューブ１００は、その長手方向を鉛直方向に沿わせており、互いの主面を対向させた状態で積層配置されている。積層された複数のチューブ１００が並ぶ方向は、上部タンク１１の長手方向と同じである。
【００２０】
それぞれのチューブ１００は、その一端が上部タンク１１に接続されており、その他端が下部タンク１２に接続されている。このような構成により、上部タンク１１の内部空間と、下部タンク１２の内部空間とは、それぞれのチューブ１００内の流路ＦＰによって連通されている。
【００２１】
冷媒は、チューブ１００の内部（つまり流路ＦＰ）を通って上部タンク１１から下部タンク１２へと移動する。その際、チューブ１００の外側を通過する空気との間で熱交換が行われ、これにより冷媒は液相から気相へと変化する。また、空気は冷媒との熱交換により熱を奪われて、その温度を低下させる。
【００２２】
コルゲートフィン２００は、金属板を波状に折り曲げることにより形成されたものであって、それぞれのチューブ１００の間に配置されている。波状であるコルゲートフィン２００のそれぞれの頂部は、チューブ１００の外表面に対して当接しており、且つろう接されている。このため、熱交換器１０を通過する空気の熱は、チューブ１００を介して冷媒に伝達されるだけでなく、コルゲートフィン２００及びチューブ１００を介しても冷媒に伝達される。つまり、コルゲートフィン２００によって空気との接触面積が大きくなっており、冷媒と空気との熱交換が効率よく行われる。
【００２３】
コルゲートフィン２００は、互いに隣り合う２本のチューブ１００の間に形成された空間（後述の蓄冷材容器３００が配置されている部分を除く）の全体、すなわち、上部タンク１１から下部タンク１２に至るまでの全範囲に亘って配置されている。ただし、図１においてはその一部のみが図示されており、他の部分については図示が省略されている。
【００２４】
尚、上部タンク１１の内部空間、及び下部タンク１２の内部空間が仕切り板によって複数に区分された構成とした上で、上部タンク１１と下部タンク１２との間を冷媒が往復しながら（双方向に）流れるような態様としてもよい。本発明を実施するにあたっては、冷媒が通る方向や経路は特に限定されない。
【００２５】
図１においては、上部タンク１１の長手方向であって、図１の左側から右側に向かう方向をｘ方向としてｘ軸を設定している。また、熱交換器１０を空気が通過する方向であって、図１の紙面奥側から手前側に向かう方向をｙ方向としてｙ軸を設定している。更に、下部タンク１２から上部タンク１１へと向かう方向をｚ方向としてｚ軸を設定している。以降の図面においても、同様にしてｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を設定している。
【００２６】
蓄冷材容器３００は、ｘ軸に沿ってチューブ１００と隣り合うように配置された容器であって、内部に蓄冷材ＨＭ（図１では不図示、図２を参照）を収容するものである。蓄冷材容器３００は、熱交換器１０を含む冷凍サイクルを冷媒が循環しているときに蓄冷を行い、冷媒の循環が停止した後においてもチューブ１００等を低温に保つためのものである。蓄冷材容器３００は、細長い板状の容器として形成されている。蓄冷材容器３００は、その長手方向をｚ方向に沿わせた状態で、互いに隣り合う２本のチューブ１００の間となる位置に配置されている。蓄冷材容器３００は、その両側にあるそれぞれのチューブ１００に対して接合され保持されている。
【００２７】
図１に示されるように、チューブ１００とチューブ１００との間に形成された複数の空間には、その一部にコルゲートフィン２００が配置されており、他の一部に蓄冷材容器３００が配置されている。本実施形態では、左側からコルゲートフィン２００、コルゲートフィン２００、蓄冷材容器３００、の順となるよう、これらが規則的に配置されている。しかしながら、コルゲートフィン２００と蓄冷材容器３００との相対的な位置関係や、これらの配置における規則性の有無は特に限定されない。
【００２８】
冷媒が循環しているときには、チューブ１００によって蓄冷材容器３００が冷却される。このとき、蓄冷材容器３００の内部に収容された蓄冷材ＨＭは、冷却されてその温度を低下させ、凝固した状態となる。
【００２９】
その後、車両がアイドルストップの状態になると、冷凍サイクルのコンプレッサが停止した状態となる。このため、冷凍サイクルにおける冷媒の循環は行われなくなり、熱交換器１０における冷媒の蒸発も行われなくなる。
【００３０】
しかしながら、このときの蓄冷材ＨＭは凝固した状態となっているので、蓄冷材容器３００、及びその近傍に配置されているチューブ１００やコルゲートフィン２００は、いずれも低温に維持される。このため、冷媒の循環が停止していても、熱交換器１０を通過する空気は冷却される。このように、蓄冷材容器３００が配置されていることにより、アイドルストップの状態に移行した後においても、熱交換器１０はその冷却性能をしばらくの間維持することができる。
【００３１】
チューブ１００及び蓄冷材容器３００の更に具体的な構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ断面の一部を示すものであり、具体的には、一つの蓄冷材容器３００と、その両側にあるチューブ１００のそれぞれの断面を示す図である。図３は、蓄冷材容器３００のうちｚ方向側の部分を、ｘ軸に沿って見た場合の外観を示す図である。
【００３２】
図２に示されるように、熱交換器１０では、一対のチューブ１００が蓄冷材容器３００の片面に沿って、ｙ方向に並ぶように配置されている。図２では、蓄冷材容器３００のｘ方向側の面に沿って並ぶ２本のチューブ１００と、−ｘ方向側の面に沿って並ぶ２本のチューブ１００と、がそれぞれ示されている。
【００３３】
蓄冷材容器３００の片面に沿って並ぶ一対のチューブ１００の間は互いに離間している。蓄冷材容器３００のうち、一対のチューブ１００の間の空間と対向する部分は、当該空間に向けて突出している。この突出した部分のことを、以下では「中央凸部３２０」とも称する。中央凸部３２０は、蓄冷材容器３００のうちｙ方向における中央となる位置において、ｘ方向側の面及び−ｘ方向側の面のそれぞれに形成されている。それぞれの中央凸部３２０は、ｚ軸に沿って伸びるように形成されている。このような中央凸部３２０が形成されていることにより、チューブ１００間の空間を無駄にすることなく、蓄冷材容器３００の容積（つまり蓄冷材ＨＭの量）が十分に確保されている。
【００３４】
図２、図３に示されるように、蓄冷材容器３００のうちチューブ１００と対向する面には、チューブ１００側に向けて突出する凸部３１０が複数形成されている。それぞれの凸部３１０の先端面は、チューブ１００の表面に対して接合されている。これにより、チューブ１００に対する蓄冷材容器３００の固定が行われている。
【００３５】
上記のような構成により、互いに隣り合う蓄冷材容器３００とチューブ１００との間、すなわち凸部３１０の周囲には空間が形成されている。以下では、この空間のことを「隙間空間ＧＰ」とも称する。
【００３６】
図３において示される点線ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３は、蓄冷材容器３００の隣にあるチューブ１００の外形を示している。点線ＤＬ１は、チューブ１００のうち中央凸部３２０とは反対側の端部を示している。点線ＤＬ２は、チューブ１００のうち中央凸部３２０側の端部を示している。点線ＤＬ３は、チューブ１００のうちｚ方向側の端部を示している。
【００３７】
点線ＤＬ１、ＤＬ２、ＤＬ３はいずれも、隙間空間ＧＰのうち外部空間に開放された端部が形成される。このような隙間空間ＧＰの端部のことを、以下では「開放端部」とも称する。
【００３８】
図２に示されるように、蓄冷材容器３００の内部には空間ＳＰが形成されており、この空間ＳＰには蓄冷材ＨＭが収容されている。本実施形態では、蓄冷材ＨＭとしてパラフィンが用いられているのであるが、蓄冷材ＨＭとしては他の材料が用いられてもよい。
【００３９】
空間ＳＰには、伝熱部材３３０が収容されている。伝熱部材３３０は、蓄冷材容器３００の内面に対して接合された板状の部材であって、所謂「インナーフィン」として機能するものである。伝熱部材３３０によって蓄冷材ＨＭとの接触面積が大きくなっており、蓄冷材ＨＭに対する伝熱が効率よく行われる。
【００４０】
図３に示されるように、それぞれの凸部３１０は、ｘ軸に沿って見た場合の形状が円形の突起として形成されている。本実施形態では、複数の凸部３１０が、中央凸部３２０から遠ざかるほど−ｚ方向側に向かうよう傾斜した直線状の列をなすように並んでいる。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。
【００４１】
凸部３１０のうちチューブ１００に接合されている部分の面積を「接合面積」とすると、本実施形態では、点線ＤＬ１に示される開放端部側に形成された凸部３１０についての接合面積が、それよりも内側の凸部３１０についての接合面積よりも小さくなっている。具体的には、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、点線ＤＬ１に示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。
【００４２】
凸部３１０がこのように形成されていることの効果について説明するために、比較例に係る熱交換器について説明する。比較例に係る熱交換器では、図１２に示されるように、それぞれの凸部３１０が互いに同一形状となっており、且つ同一間隔で並んでいる。
【００４３】
ところで、チューブ１００や蓄冷材容器３００の表面では、空気が冷却されることによって結露水が生じ、結露水が更に冷却されて凍結する。結露水の凍結は、それぞれの凸部３１０の接合部を起点として発生した後、周囲に広がって行くように進行する傾向がある。図１２の点線ＤＬ１０で示されるように、このように形成された氷Ｃの外形は、それぞれの凸部３１０の周囲を囲むような形状となっている。
【００４４】
図１２において点線ＤＬ１０の外側には、未だ凍結していない（つまり液体の）水ＷＴが存在している。このため、凍結が進行し、点線ＤＬ１０で示される範囲が次第に広がって行くと、液体の水ＷＴが氷Ｃの内側に閉じ込められた状態となる。図１２では、このように閉じ込められた水ＷＴが斜線により示されている。
【００４５】
氷Ｃの内側に閉じ込められた水ＷＴも、その後は凍結することとなる。ただし、当該水ＷＴの凍結は閉じられた空間内で行われるので、水ＷＴの凍結時における膨張により、周囲にあるチューブ１００や蓄冷材容器３００に対して大きな体積膨張力が加えられてしまうことがある。その結果、チューブ１００や蓄冷材容器３００等の一部が破損してしまう可能性がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態に係る熱交換器１０では、凸部３１０の形状及び配置を工夫することにより、水の凍結に伴う上記のような現象の発生を防止している。これについて、図４を参照しながら説明する。
【００４７】
図４では、図３を参照しながら説明した凸部３１０の複数の列のうち、２つの列のみが示されている。図４に示される点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２は、それぞれ図３に示されるものと同じであって、隙間空間ＧＰの開放端部を示す線となっている。
【００４８】
既に述べたように、本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、点線ＤＬ１に示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。このため、中央凸部３２０側に形成された凸部３１０（図４では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち中央凸部３２０側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００４９】
一方、上記とは反対側、すなわち−ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図４では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００５０】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ１側に行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、中央凸部３２０側において最も大きく、点線ＤＬ１側において最も小さい。水の凍結は、図４の矢印ＡＲ１１に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ１１に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００５１】
尚、符号３１１、３１２が付された凸部３１０よりも更にｙ方向側となる位置では、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ１２に沿って中央凸部３２０側に排出されることとなる。このため、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象は、隙間空間ＧＰの全体において防止される。
【００５２】
隙間空間ＧＰの内側から開放端部である点線ＤＬ１に向かう方向（つまり−ｙ方向）に対し垂直な方向（つまりｚ方向）に、互いに隣り合う凸部３１０の側面間の距離を、以下では「凸部間隔」とも称する。図４では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ１１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ１２」として示されている。Ｌ１１はＬ１２よりも小さい。
【００５３】
本実施形態では、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、中央凸部３２０側から、点線ＤＬ１で示される開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００５４】
図５には、図２に示される断面の一部、具体的には中央凸部３２０の近傍の部分が、拡大され模式的に示されている。同図においては、凸部３１０の図示が省略されている。
【００５５】
同図において符号１０１が付されているのは、チューブ１００のうち中央凸部３２０側（つまり−ｙ方向側）の端部である。以下では、当該端部のことを「端部１０１」とも称する。端部１０１と中央凸部３２０との間の距離が、図５では「Ｌ１３」として示されている。また、隙間空間ＧＰの高さ（ｘ方向に沿った寸法）が、図５では「Ｌ１４」として示されている。本実施形態では、Ｌ１３がＬ１４よりも大きくなっている。
【００５６】
仮に、Ｌ１３がＬ１４よりも小さい場合には、端部１０１と中央凸部３２０との間となる部分で、比較的早い段階で凍結が完了してしまう可能性がある。この場合、端部１０１の近傍であり且つ隙間空間ＧＰの内側に存在する水（液体）が、端部１０１と中央凸部３２０との間に生じた氷によって閉じ込められてしまう可能性がある。つまり、図４の矢印ＡＲ１２で示される経路での水の排出が妨げられてしまう可能性がある。
【００５７】
しかしながら、本実施形態ではＬ１３がＬ１４よりも大きくなっているので、端部１０１と中央凸部３２０との間が、早い段階で氷により塞がれてしまうことが無い。このため、端部１０１の近傍においても、閉じ込められた水の体積膨張力により部材が破損してしまう現象が確実に防止される。
【００５８】
以上に説明したように、本実施形態に係る熱交換器１０では、隙間空間ＧＰのうち少なくとも一部の開放端部側（点線ＤＬ１側）に存在する水の凍結が、それよりも内側に存在する水の凍結よりも遅く完了するように、複数の凸部３１０の位置や形状が工夫されている。これにより、凍結による体積膨張力が部材に働いてしまうことが防止されている。尚、このような効果を実現するにあたっては、複数の凸部３１０の高さ（ｘ軸に沿った寸法）を大きくする必要が無い。つまり、蓄冷材容器３００の容積を犠牲にし、収容される蓄冷材ＨＭの量を少なくする必要がない。このため、蓄冷材容器３００の性能（つまり放冷）を長時間に亘り発揮させることができる。
【００５９】
第２実施形態について、図６を参照しながら説明する。本実施形態では、複数の凸部３１０の形状や配置についてのみ第１実施形態と異なっており、他の点については第１実施形態と同じである。以下では、第１実施形態と異なる点について主に説明し、第１実施形態と共通する点については適宜説明を省略する。後に説明する他の実施形態についても同様である。
【００６０】
本実施形態では、複数の凸部３１０が、中央凸部３２０から遠ざかるほどｚ方向側に向かうよう傾斜した直線状の列をなすように並んでいる。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。図６では、先に説明した図４と同様に、凸部３１０の複数の列のうち２つの列のみが示されている。
【００６１】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、点線ＤＬ２に示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。このため、点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図６では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００６２】
一方、上記とは反対側、すなわちｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ２側に形成された凸部３１０（図４では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ２側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００６３】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ２側に行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、点線ＤＬ１側において最も大きく、点線ＤＬ２側において最も小さい。水の凍結は、図６の矢印ＡＲ２１に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ２１に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００６４】
尚、符号３１３、３１４が付された凸部３１０よりも更に−ｙ方向側となる位置では、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ２２に沿って点線ＤＬ１側に排出されることとなる。このため、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象は、隙間空間ＧＰの全体において防止される。
【００６５】
図６では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ２１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ２２」として示されている。Ｌ２１はＬ２２よりも小さい。
【００６６】
本実施形態では、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、点線ＤＬ１側から、点線ＤＬ２で示される開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００６７】
このように、中央凸部３２０が設けられている方の開放端部側（点線ＤＬ２側）に水を排出するような構成としても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【００６８】
第３実施形態について、図７を参照しながら説明する。本実施形態では、複数の凸部３１０が、ｙ軸に沿った直線状の列をなすように並んでいる。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。図７では、先に説明した図４と同様に、凸部３１０の複数の列のうち２つの列のみが示されている。
【００６９】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、点線ＤＬ１に示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。このため、中央凸部３２０側に形成された凸部３１０（図７では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち中央凸部３２０側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００７０】
一方、上記とは反対側、すなわち−ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図７では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００７１】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ１側に行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、中央凸部３２０側において最も大きく、点線ＤＬ１側において最も小さい。水の凍結は、図７の矢印ＡＲ３１に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ３１に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００７２】
尚、符号３１１、３１２が付された凸部３１０よりも更にｙ方向側となる位置では、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ３２に沿って中央凸部３２０側に排出されることとなる。このため、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象は、隙間空間ＧＰの全体において防止される。
【００７３】
図７では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ３１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ３２」として示されている。Ｌ３１はＬ３２よりも小さい。
【００７４】
本実施形態では、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、中央凸部３２０側から、点線ＤＬ１で示される開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００７５】
このように、凸部３１０の並ぶそれぞれの列がｙ軸に沿っているような構成としても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【００７６】
第４実施形態について、図８を参照しながら説明する。本実施形態では、複数の凸部３１０が直線状の列をなすように並んでいるのではなく、一部において屈曲した逆Ｖ字型の列をなすように並んでいる。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。図８では、先に説明した図４と同様に、凸部３１０の複数の列のうち２つの列のみが示されている。
【００７７】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、各列の中央（ｙ方向における中央）において最も大きくなっており、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２のそれぞれに示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。このため、ｙ方向における中央側に形成された凸部３１０（図８では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうちｙ方向における中央側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００７８】
一方、ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ２側に形成された凸部３１０（図８では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍、及び、−ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図８では、符号３１５、３１６を付してある）の近傍では、いずれも凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００７９】
本実施形態では、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれに行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、ｙ方向における中央側において最も大きく、点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれにおいて最も小さい。水の凍結は、図８の矢印ＡＲ４１及び矢印ＡＲ４２に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ４１及び矢印ＡＲ４２に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００８０】
図８では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ４１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ４２」として示されている。更に、符号３１５、３１６が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ４３」として示されている。Ｌ４２とＬ４３とは互いに等しく、Ｌ４１は、Ｌ４２及びＬ４３のいずれよりも小さい。
【００８１】
本実施形態では、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、中央凸部３２０側から、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２で示されるそれぞれの開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００８２】
このように、単一の開放端部に向けて水が排出されるような構成ではなく、複数の開放端部に向けて水が排出されるような構成としても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【００８３】
第５実施形態について、図９を参照しながら説明する。本実施形態では、第３実施形態（図７）と同様に、複数の凸部３１０が、ｙ軸に沿った直線状の列をなすように並んでいる。また、第４実施形態（図８）と同様に、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、各列の中央（ｙ方向における中央）において最も大きくなっており、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２のそれぞれに示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。図９では、先に説明した図４と同様に、凸部３１０の複数の列のうち２つの列のみが示されている。
【００８４】
本実施形態でも、ｙ方向における中央側に形成された凸部３１０（図９では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうちｙ方向における中央側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００８５】
一方、ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ２側に形成された凸部３１０（図９では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍、及び、−ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図９では、符号３１５、３１６を付してある）の近傍では、いずれも凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００８６】
本実施形態でも、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれに行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、ｙ方向における中央側において最も大きく、点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれにおいて最も小さい。水の凍結は、図９の矢印ＡＲ５１及び矢印ＡＲ５２に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ５１及び矢印ＡＲ５２に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００８７】
図９では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ５１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ５２」として示されている。更に、符号３１５、３１６が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ５３」として示されている。Ｌ５２とＬ５３とは互いに等しく、Ｌ５１は、Ｌ５２及びＬ５３のいずれよりも小さい。
【００８８】
本実施形態でも、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、中央凸部３２０側から、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２で示されるそれぞれの開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００８９】
このように、単一の開放端部に向けて水が排出されるような構成ではなく、複数の開放端部に向けて水が排出されるような構成とし、且つ凸部３１０の並ぶそれぞれの列がｙ軸に沿っているような構成としても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【００９０】
第６実施形態について、図１０を参照しながら説明する。本実施形態では、第４実施形態（図８）と同様に、複数の凸部３１０が直線状の列をなすように並んでいるのではなく、一部において屈曲した逆Ｖ字型の列をなすように並んでいる。また、ｘ軸に沿って見た場合におけるそれぞれの凸部３１０の形状は、これまでのような円形ではなく、四角形となっている。蓄冷材容器３００の表面には、このような凸部３１０の列が、ｚ軸に沿って複数形成されている。図１０では、先に説明した図４と同様に、凸部３１０の複数の列のうち２つの列のみが示されている。
【００９１】
本実施形態でも第４実施形態（図８）と同様に、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、各列の中央（ｙ方向における中央）において最も大きくなっており、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２のそれぞれに示される開放端部に近づくに従って小さくなっている。このため、ｙ方向における中央側に形成された凸部３１０（図１０では、符号３１１、３１２を付してある）の近傍では、凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が大きくなっており、且つ保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうちｙ方向における中央側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【００９２】
一方、ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ２側に形成された凸部３１０（図１０では、符号３１３、３１４を付してある）の近傍、及び、−ｙ方向側の開放端部を示す点線ＤＬ１側に形成された凸部３１０（図１０では、符号３１５、３１６を付してある）の近傍では、いずれも凸部３１０とチューブ１００との間の伝熱面積が小さくなっており、且つ保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【００９３】
本実施形態でも、それぞれの凸部３１０についての接合面積が、開放端部である点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれに行くに従って次第に小さくなっている。その結果、水の凍結が完了する速度は、ｙ方向における中央側において最も大きく、点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側のそれぞれにおいて最も小さい。水の凍結は、図１０の矢印ＡＲ６１及び矢印ＡＲ６２に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ６１及び矢印ＡＲ６２に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【００９４】
図１０では、符号３１１、３１２が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ６１」として示されている。また、符号３１３、３１４が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ６２」として示されている。更に、符号３１５、３１６が付された凸部３１０の凸部間隔が、「Ｌ６３」として示されている。Ｌ６２とＬ６３とは互いに等しく、Ｌ６１は、Ｌ６２及びＬ６３のいずれよりも小さい。
【００９５】
本実施形態では、凸部３１０が並ぶそれぞれの列の中心軸が、互いに平行となっている。このため、中央凸部３２０側から、点線ＤＬ１及び点線ＤＬ２で示されるそれぞれの開放端部側に近づくに従って、上記の凸部間隔が次第に大きくなっている。水の凍結が最も遅い開放端部側に近づく程、凸部間隔（保水空間の大きさといってもよい）が次第に大きくなっているので、氷の内側に水が閉じ込められてしまう現象の発生が更に防止されている。
【００９６】
このように、凸部３１０の形状を円形以外の形状とした場合であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【００９７】
第７実施形態について、図１１を参照しながら説明する。本実施形態では、比較的大きめに形成された凸部３１０が、ｚ軸に沿って１列に並ぶように形成されている。図１１では、これら複数の凸部３１０のうち２つのみが示されている。これらのうち上方側の凸部３１０には符号３１１が付されており、下方側の凸部３１０には符号３１２が付されている。
【００９８】
図１１に示されるように、それぞれの凸部３１０の形状は、概ね逆Ｖ字型の形状となっている。図１１では、ｙ方向の中央における凸部間隔が「Ｌ７１」として示されている。また、ｙ方向側の端部における凸部間隔が「Ｌ７２」として示されている。更に、−ｙ方向側の端部における凸部間隔が「Ｌ７３」として示されている。Ｌ７２とＬ７３とは互いに等しく、Ｌ７１は、Ｌ７２及びＬ７３のいずれよりも小さい。
【００９９】
ｙ方向における中央部においては、上記のように凸部間隔が最も小さくなっており、保水空間が狭くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうちｙ方向における中央側の部分では、水の凍結が比較的早い段階で完了する。
【０１００】
一方、点線ＤＬ２側の端部、及び、点線ＤＬ１側の端部では、いずれも凸部間隔が大きくなっており、保水空間が広くなっている。その結果、隙間空間ＧＰのうち点線ＤＬ１側及び点線ＤＬ２側の部分では、水の凍結が比較的遅い段階で完了する。
【０１０１】
このような構成の熱交換器１０における水の凍結は、図１１の矢印ＡＲ７１及び矢印ＡＲ７２に沿って徐々に進行していくこととなるので、一部の水が周囲の氷に閉じ込められてしまう現象の発生が抑制される。また、体積が膨張した水の一部は、矢印ＡＲ７１及び矢印ＡＲ７２に沿って排出されることとなる。その結果、図１２を参照しながら説明したような、蓄冷材容器３００等の一部が体積膨張力により破損してしまう現象が防止される。
【０１０２】
このように、比較的大型の凸部３１０がｚ軸に沿って１列に並ぶような構成であっても、第１実施形態で説明したものと同様の効果を奏する。
【０１０３】
以上の説明においては、一対のチューブ１００が蓄冷材容器３００の片面に沿って、ｙ方向に並ぶように配置されている構成の熱交換器について説明した。このような態様に替えて、蓄冷材容器３００の片面には１つのチューブ１００のみが配置されているような構成としてもよい。この場合、蓄冷材容器３００には中央凸部３２０が形成されない。
【０１０４】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０：熱交換器
１００：チューブ
３０：蓄冷材容器
３１０：凸部
ＧＰ：隙間空間
ＨＭ：蓄冷材
【図１】
2019007643.tif 000003
【図２】
2019007643.tif 000004
【図３】
2019007643.tif 000005
【図４】
2019007643.tif 000006
【図５】
2019007643.tif 000007
【図６】
2019007643.tif 000008
【図７】
2019007643.tif 000009
【図８】
2019007643.tif 000010
【図９】
2019007643.tif 000011
【図１０】
2019007643.tif 000012
【図１１】
2019007643.tif 000013
【図１２】
2019007643.tif 000014