(57)【要約】【課題】蓄冷熱交換器において、冷媒の過熱域による蓄冷材容器全体の総蓄熱量の減少を抑制し、圧縮機停止時の蓄冷材による空気冷却機能を良好に維持して冷房性能を確保する。【解決手段】  冷媒管３の群が前後２列に設けられて送風空気の上流側（下流側）で、冷媒流通が下流側（上流側）となるカウンター方式で、かつ、各冷媒管群が流通方向が反転する４つのパスに区分された蓄冷熱交換器において、冷媒が顕熱化して温度上昇する過熱域を含む第４パスＰ４（及び第１パスＰ１）における蓄冷材容器５の配設割合（冷媒管３の配設数に対する蓄冷材容器５の配設数の割合）を、他のパス（第２パスＰ２及び第３パスＰ３）における蓄冷材容器５の配設割合より小さく設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置され該空隙を通流する空気と接触するフィンと、一部の隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に前記フィンに代えて配置され蓄冷材が収容される蓄冷材容器とを備える、蓄冷熱交換器であって、
前記冷媒管内の冷媒が顕熱化して温度上昇する過熱域を含む冷媒管配設領域における前記蓄冷材容器の配設割合を、他の冷媒管配設領域における配設割合より小さくしたことを特徴とする蓄冷熱交換器。
【請求項２】
前記複数の冷媒管は、両端部がそれぞれヘッダタンクに連通して接続され、前記少なくとも一部のヘッダタンクに形成された仕切り壁により、隣接する冷媒管群相互間で冷媒流通方向が反転する複数の冷媒管群に区画され、前記過熱域を含む冷媒管群における前記蓄冷材容器の配設割合を、他の冷媒管群における配設割合より小さくしたことを特徴とする請求項１に記載の蓄冷熱交換器。
【請求項３】
前記過熱域を含む冷媒管群は、少なくとも冷媒流通方向最下流の冷媒管群を含むことを特徴とする請求項２に記載の蓄冷熱交換器。
【請求項４】
前記複数の冷媒管は、両端部がそれぞれヘッダタンクに連通して接続された冷媒管群が一対形成され、冷媒流通方向上流側の冷媒管群を空気送風方向の下流側、冷媒流通方向下流側の冷媒管群を空気送風方向の上流側に並べて配置すると共に、前記冷媒流通方向上流側及び下流側の一対の冷媒管群の隣接するヘッダ同志が連通接続されたカウンターフロー方式の熱交換器であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の蓄冷熱交換器。
【請求項５】
前記蓄冷材容器は、前記冷媒流通方向上流側及び下流側の冷媒管群に跨って配設されることを特徴とする請求項４に記載の蓄冷熱交換器。
【請求項６】
前記蓄冷材容器は、前記過熱域を含む冷媒管群における全冷媒管に対し、均等な割合で配設されることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の蓄冷熱交換器。
【請求項７】
前記蓄冷材容器は、前記過熱域を含む冷媒管群において、過熱域となる冷媒管配設領域を除く冷媒管配設領域に集約して配設したことを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の蓄冷熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カーエアコンなどの冷凍サイクルにて蒸発器（エバポレータ）として使用でき、蓄冷材による蓄冷と放冷とが可能な蓄冷熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄冷熱交換器は、一般に、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣り合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置され該空隙を通流する空気と接触するフィンと、これら冷媒管及びフィンの列に組み込まれ蓄冷材が収容される蓄冷材容器と、を含んで構成される。
【０００３】
蓄冷熱交換器は、通常は、カーエアコンなどの冷凍サイクルにて蒸発器として使用される。従って、エンジン駆動される圧縮機により凝縮器及び膨張弁を介して供給される冷媒が冷媒管内を流れ、ここで蒸発する。そして、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙を流れる空気から蒸発熱を奪って、冷房用空気を冷却する。このとき同時に蓄冷材容器内の蓄冷材に蓄冷する。その後、エンジンがアイドルストップなどで停止して圧縮機が停止したときは、蓄冷材に蓄えた冷熱を利用して空気を冷却し、冷房能力を確保する。
【０００４】
特許文献１に記載の蓄冷熱交換器（蓄冷エバポレータ）は、３個並んだ冷媒管の間に２個のフィンと、１個の蓄冷材容器が配設されており、蓄冷材容器は、冷媒管が配設される全領域において一定の割合で均一に配設されている。また、特許文献２に記載の蓄冷熱交換器（蓄冷エバポレータ）では、冷媒管と蓄冷材容器とが一体に形成されており、蓄冷材容器は、冷媒管に対し１対１の比率で均一に配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２９４７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９６８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エバポレータでは、膨張弁から気液混合状態で流入した冷媒が、送風空気と熱交換して吸熱し、潜熱で相変化する間は冷媒温度が一定の低温に維持されるが、相変化を終了すると気化された冷媒は顕熱変化して温度上昇し、過熱域を生じる。
過熱域となる冷媒管配設領域の中に配設される蓄冷材容器は、相対的に高温の冷媒と熱交換するため蓄冷効率が低く、蓄冷材容器全体の総蓄冷量が減少するため、圧縮機停止時の蓄冷材による空気冷却機能が損なわれていた。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、蓄冷熱交換器において、冷媒の過熱域による蓄冷材容器全体の総蓄冷量の減少を抑制し、圧縮機停止時の蓄冷材による空気冷却機能を良好に維持して冷房性能を確保することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る蓄冷熱交換器は、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される複数の扁平状冷媒管と、隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に配置され該空隙を通流する空気と接触するフィンと、一部の隣合う冷媒管の扁平部間の空隙に前記フィンに代えて配置され蓄冷材が収容される蓄冷材容器とを備える。
【０００９】
そして、前記冷媒管内の冷媒が顕熱化して温度上昇する過熱域を含む冷媒管配設領域における前記蓄冷材容器の配設割合を、他の冷媒管配設領域における配設割合より小さくする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過熱域を含む冷媒管配設領域内に配設される蓄冷材容器の蓄冷効率は小さいので、他の冷媒管配設領域における配設割合より小さくすることにより、蓄冷材容器全体の総蓄冷量を増大することができ、アイドルストップ等、圧縮機停止時の蓄冷材による空気冷却機能を良好に維持して冷房性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態を示す蓄冷熱交換器の正面図
【図２】同上の蓄冷熱交換器の平面図
【図３】同上の蓄冷熱交換器の底面図
【図４】図１のＸ−Ｘ矢視断面図
【図５】図１のＹ−Ｙ矢視断面図
【図６】同上の蓄冷熱交換器での冷媒の流れを示す概略斜視図
【図７】第２実施形態を示す蓄冷熱交換器の正面図
【図８】同上の蓄冷熱交換器での冷媒の流れを示す概略斜視図
【図９】第３実施形態を示す蓄冷熱交換器の正面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１〜図６は、それぞれ本発明の第１実施形態を示す蓄冷熱交換器（蓄冷エバポレータ）の正面図、平面図、底面図、図１のＸ−Ｘ矢視断面図、図１のＹ−Ｙ矢視断面図、蓄冷熱交換器での冷媒の流れを示す概略斜視図である。尚、熱交換器に対する空気の通流方向上流側を前側、下流側を後側という。
【００１３】
本実施形態の蓄冷熱交換器は、上側ヘッダタンク１と下側ヘッダタンク２とを連通する複数の扁平状冷媒管３と、隣合う冷媒管３、３間の空隙に配設されるフィン４と、一部の空隙にフィン４に代えて配設される蓄冷材容器５と、両側のサイドプレート６とを含んで構成される。
【００１４】
上側ヘッダタンク１は、水平方向に延在し、また延在方向と直交する前後方向に２つのタンク１Ａ、１Ｂに分割されている。ここで、後側のタンク１Ａの一端部に冷媒入口７が形成され、これと隣合う前側のタンク１Ｂの一端部に冷媒出口８が形成されている。
【００１５】
下側ヘッダタンク２は、上側ヘッダタンク１の下方に、上側ヘッダタンク１と同様、水平方向に延在し、また延在方向と直交する前後方向に２つのタンク２Ａ、２Ｂに分割されている。
【００１６】
冷媒管３は、扁平状であり、扁平部を向かい合わせにして所定の間隔で並設される。そして、冷媒管３は、ここでは、前後２列に配置され、後側の１列目は上側タンク１Ａと下側タンク２Ａとを連通し、前側の２列目は上側タンク１Ｂと下側タンク２Ｂとを連通する。また、前記並設方向に隣合う冷媒管３、３の扁平部間には、冷媒管３、３内の冷媒と熱交換する空気が通る空隙が形成される。
【００１７】
フィン４は、コルゲートフィンであり、前記空隙、すなわち、隣合う冷媒管３、３の扁平部間に、熱交換効率向上のために配置される。
【００１８】
蓄冷材容器５は、蓄冷材を封入した扁平な容器であり、下端部に蓄冷材注入口５ａ（蓄冷材封入後に閉塞される）が形成され、一部の隣合う冷媒管３、３の扁平部間の空隙に、フィン４に代えて、配置される。なお、フィン４と蓄冷材容器５は、前後２個の冷媒管３に跨って形成される。該蓄冷材容器５の冷媒管３配設数に対する配設数割合については、後述する。
【００１９】
本実施形態では、冷媒管３は、前側の列と後側の列とに分けられる他、前側の列は更に２つの群に分けられ、後側の列も更に２つの群に分けられる。従って、熱交換器全体では、図６の概略図（及び図１の一点鎖線）に示されるように、冷媒流通方向に沿って後側の第１，第２パス（Ｐ１，Ｐ２）と、前側の第３，第４パス（Ｐ３，Ｐ４）とに分けられる。
【００２０】
このような第１〜第４パス（Ｐ１〜Ｐ４）を実現するため、上側ヘッダタンク１（１Ａ、１Ｂ）及び下側ヘッダタンク２（２Ａ、２Ｂ）は次のように区画されている。
【００２１】
図２を参照し、タンク１Ａと１Ｂとは互いに長手方向図示右側部分が仕切り１１により仕切られているが、同左側部分の連通部１２にて連通している。そして、各タンク１Ａ、１Ｂにはそれぞれ長手方向中央部に仕切り１３が設けられている。
一方、図３に示すように、タンク２Ａと２Ｂとは互いに仕切り１４により仕切られて非連通となっている。
【００２２】
このような４パス方式では、冷媒は、エンジン駆動される圧縮機により凝縮器及び膨張弁を介して供給されて、冷媒入口７より後側の上側タンク１Ａに流入し、仕切り板１３手前の長手方向図示右側半分から第１パスＰ１の冷媒管３群を下向きに流れて、下側タンク２Ａに至る。そして、下側タンク２Ａの同左側半分から第２パスＰ２の冷媒管３群を上向きに流れ、上側タンク１Ａに至り、上側タンク１Ａから連通部１２を経て前側の上側タンク１Ｂに至る。
【００２３】
そして、前側の上側タンク１Ｂの同左側部分から第３パスＰ３の冷媒管３群を下向きに流れて、前側の下側タンク２Ｂに至る。そして、下側タンク２Ｂの同右側部分から第４パスＰ４の冷媒管３群を上向きに流れ、前側の上側タンク１Ｂに至り、冷媒出口８から流出する。
【００２４】
ここにおいて、冷媒が冷媒管３内を流れるときに、フィン４を介し、空隙を通過する空気を冷却する。このとき同時に一部の隣合う冷媒管３、３の扁平部間に配置された蓄冷材容器５内の蓄冷材に蓄冷する。その後、エンジンがアイドルストップなどで停止して圧縮機が停止したときは、蓄冷材容器５内の蓄冷材に蓄えた冷熱を利用して空気を冷却し、冷房能力を確保する。
【００２５】
かかる構成の蓄冷熱交換器において、冷媒入口７から気液混合状態で流入した冷媒は送風空気と熱交換して吸熱するが、第１パスＰ１から第３パスＰ３までは、気化が完了せず潜熱状態で相変化し、冷媒温度が一定の低温に維持される。そして、第４パスＰ４の途中で相変化（気化）が終了し、その下流側では気化された冷媒は顕熱変化して温度上昇し、過熱域となる。
【００２６】
そして、冷媒管３群の過熱域を含む第４パスＰ４領域に配設される蓄冷材容器は、該過熱域にある冷媒の温度が他の潜熱状態に維持される冷媒の温度に比較して高いため、冷媒による蓄冷効率（蓄冷量）が低下する。なお、本実施形態のように送風空気の上流側（前側）で、冷媒流通が下流側（後側）となるカウンター方式においては、上述したように各蓄冷材容器５は、前側のパスと後側のパスとに跨って配設されている。
【００２７】
そこで、本第１実施形態では、上記の点に着目し、過熱域を含む第４パスＰ４（及び第１パスＰ１）における蓄冷材容器５の配設割合（冷媒管３の配設数に対する蓄冷材容器５の配設数の割合）を、他のパス（第２パスＰ２及び第３パスＰ３）における蓄冷材容器５の配設割合より小さく設定する。
【００２８】
具体的には、第２パスＰ２及び第３パスＰ３における蓄冷材容器５を蓄冷熱交換器の長手方向均等間隔に６本（冷媒管３の配設数は、第２パスＰ２と第３パスＰ３とで１２本ずつ、計２４本）配設するのに対し、第４パスＰ４及び第１パスＰ１の蓄冷材容器５の配設数を４本（冷媒管３の配設数は、４パス側と１パス側とで１２本ずつ、計２４本）とする。
【００２９】
このように、過熱域を含むパスにおける蓄冷効率の低い蓄冷材容器５の冷媒管３に対する配設割合（＝４／２４＝１／６）を、他のパスにおける蓄冷効率が相対的に高い蓄冷材容器５の冷媒管３に対する配設割合（＝６／２４＝１／４）より小さくする。
【００３０】
一方、１０本全ての蓄冷材容器５の冷媒管３に対する配設割合を一定にした場合は、第４パスＰ４及び第１パスＰ１と、第２パスＰ２及び第３パスＰ３とで、蓄冷材容器５が５本ずつ配設されることとなる。
【００３１】
したがって、本実施形態を、上記のように蓄冷材容器５全体を均等な割合で配設した場合に比較すると、蓄冷効率が高いパスにおける蓄冷材容器５の配設割合が大きく、蓄冷効率が低いパスにおける蓄冷材容器５の配設割合が小さくなるため、１０本の蓄冷材容器５全体の総蓄冷量が増大する。これにより、アイドルストップ等で圧縮機が停止したときでも、送風空気の蓄冷材容器５との熱交換による冷却量が増大し、室内に送られる空気の温度をより大きく低下させて良好な冷房性能を確保することができる。
【００３２】
ここで、蓄冷材容器５の総数を増加すれば総蓄冷量は増加するが、熱交換器の稼働開始後蓄冷材容器５の蓄冷に要する冷媒の冷熱量が増大する分、冷媒と送風空気との熱交換量が低下し、良好な冷房性能が確保できなくなる。
【００３３】
したがって、これらのこと等を考慮して蓄冷材容器５の適切な配設本数が決定され（本実施形態では１０本）、該配設本数において過熱域の配設割合を小さくすることにより、総蓄冷量を増大することができる。
図７及び図８は、第２の実施形態を示す。
【００３４】
本実施形態では、冷媒管３は、前側の列と後側の列とに分けられる他、前側の列は更に３つの群に分けられ、後側の列も更に３つの群に分けられる。従って、熱交換器全体では、図８の概略図に示されるように、後側の第１パスＰ１〜第３パスＰ３と、前側の第４Ｐ４〜第６パスＰ６とに分けられる。
【００３５】
このような第１パスＰ１〜第６パスＰ６を実現するため、上側ヘッダタンク１（１Ａ、１Ｂ）及び下側ヘッダタンク２（２Ａ、２Ｂ）は次のように区画されている。
図８を参照し、タンク１Ａと１Ｂとは互いに仕切り２１により仕切られて非連通となっている。そして、各タンク１Ａ、１Ｂにはそれぞれ長手方向一端部寄りに仕切り２２が設けられている。
【００３６】
また、タンク２Ａと２Ｂとは互いに仕切り２３により仕切られているが、他端部側の連通部２４にて連通している。そして、各タンク２Ａ、２Ｂにはそれぞれ長手方向他端部寄りに仕切り２５が設けられている。
【００３７】
このような６パス方式では、冷媒は、冷媒入口７より後側の上側タンク１Ａに流入し、第１パスＰ１の冷媒管３群を下向きに流れて、下側タンク２Ａに至る。そして、下側タンク２Ａの長手方向中間部から第２パスＰ２の冷媒管３群を上向きに流れ、上側タンク１Ａに至る。そして、上側タンク１Ａの長手方向他端部側から第３パスＰ３の冷媒管３群を下向きに流れて、下側タンク２Ａに至る。そして、下側タンク２Ａから連通部２４を経て前側の下側タンク２Ｂに至る。
【００３８】
そして、前側の下側タンク２Ｂの長手方向他端部側から第４パスＰ４の冷媒管３群を上向きに流れて、上側タンク１Ｂに至る。そして、上側タンク１Ｂの長手方向中間部から第５パスＰ５の冷媒管３群を下向きに流れ、下側タンク２Ｂに至る。そして、下側タンク２Ｂの長手方向一端部側から第６パスＰ６を上方向に流れて、上側タンク１Ｂに至る。そして、冷媒出口８から流出する。
【００３９】
なお、パス数は冷房性能の要求に応じて設定されるが、パス数の増減は冷媒流動速度及び圧力損失が変化することを考慮して決定する。
【００４０】
本第２実施形態においても、冷媒入口７から気液混合状態で流入した冷媒は送風空気と熱交換して吸熱し、第１パスＰ１から第５パスＰ５までは、気化が完了せず潜熱で相変化し、冷媒温度が一定の低温に維持され、第６パスＰ６の途中で相変化（気化）が終了し、その下流側に過熱域を生じる。
【００４１】
したがって、過熱域を含む第６パスＰ６（及び第１パスＰ１）における蓄冷材容器５の配設割合（冷媒管３の配設数に対する蓄冷材容器５の配設数の割合）を、他のパス（第２パスＰ２〜第５パスＰ５）における蓄冷材容器５の配設割合より小さく設定する。
【００４２】
具体的には、第５パスＰ５及び第２パスＰ２と、第４パスＰ４及び第３パスＰ３における蓄冷材容器５の配設数を長手方向均等間隔にそれぞれ４本（冷媒管３の配設数は、前後のパスで８本ずつ計１６本）配設するのに対し、第６パスＰ６及び第１パスＰ１における蓄冷材容器５を長手方向均等間隔に蓄冷熱交換器の２本（冷媒管３の配設数は１６本）とする。
【００４３】
本実施形態においても、第１実施形態同様に、過熱域を含む蓄冷効率が低いパスの蓄冷材容器５の配設割合を小さく、蓄冷効率が高い他のパスの蓄冷材容器５の配設割合を大きくしたことにより、総蓄冷量が増大し、アイドルストップ等での冷房効果を高めることができる。
【００４４】
第１及び第２実施形態では、過熱域を含む最下流パスにおいて、蓄冷材容器５を均等間隔で配設したため、蓄冷熱交換器を通過する空気の風量分布のばらつきを抑制できる。
【００４５】
図９は、第３の実施形態を示す。
本実施形態では、第２実施形態同様の６パス方式の蓄冷熱交換器において、過熱域を含む６パスにおける蓄冷材容器５の配設割合は同様で２本配設するが、過熱域の発生領域を除く部分に集約して２本の蓄冷材容器５を配設したものである。
【００４６】
即ち、気液混合状態の冷媒が第５パスＰ５から下側タンク２Ｂに流出した後、第６パスＰ６側に向かって流動する際に、下側タンク２Ｂ内に一点鎖線で図示するように、慣性によって端部側（図示右側）に液状冷媒が偏って流動する。
【００４７】
この結果、第６パスＰ６では、第５パスＰ５に近い側（図示左側）の冷媒管３ほど、液体成分が少なく気体成分が大きい冷媒が流入し、気化の完了が早められて過熱化されるので、図示のように過熱域ＳＨが台形状に生じる。
【００４８】
そこで、上記過熱域ＳＨを含む冷媒管３群領域には、これらに隣接する蓄冷材容器５は配設せず、過熱域を含まない前後４本ずつ計８本の冷媒管３群領域に２本の蓄冷材容器５を均等間隔に配設する。
【００４９】
このように、２本の蓄冷材容器５を、過熱域ＳＨを含まない冷媒管３群領域に集約的に配設したことにより、これらの蓄冷材容器５においても蓄冷効率を確保することができ、総蓄冷量を可及的に増大して、アイドルストップ等圧縮機停止時の冷房性能をより高めることができる。
【００５０】
以上の実施形態では、冷媒管群が前後２列に設けられて送風空気の上流側（下流側）で、冷媒流通が下流側（上流側）となるカウンター方式の蓄冷熱交換器に適用したものを示したが、本発明は、冷媒管群が一列設けられる蓄冷熱交換器にも適用でき、最終パスなど過熱域を含む冷媒管配設領域における蓄冷材容器の配設割合を小さくすることにより、同様の効果が得られる。
【００５１】
また、パス数を大きくした場合など、最終パスより上流側のパスにも過熱域を含む場合は、該過熱域を含む上流側のパスにおける蓄冷材容器の配設割合を小さくしてもよいことは勿論である。
【００５２】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１（１Ａ、１Ｂ）  上側ヘッダタンク
２（２Ａ、２Ｂ）  下側ヘッダタンク
３  冷媒管
４  フィン
５  蓄冷材容器
７  冷媒入口
８  冷媒出口
１１、１３、１４、２１、２２，２３、２５  仕切り
１２、２４  連通部
Ｐ１  第１パス
Ｐ２  第２パス
Ｐ３  第３パス
Ｐ４  第４パス
Ｐ５  第５パス
Ｐ６  第６パス
ＳＨ  過熱域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2015007518.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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