JP2016522384A - 熱交換バンドルのための、特に乗り物の空調システムの蒸発器のための、相変化材料の容器を有するチューブ - Google Patents

Abstract

本発明は熱交換器（１）の、特に乗り物の乗員室の空調システムの蒸発器の、熱交換バンドル（３）のための相変化材料Ｍの貯留部を有するチューブ（１３）に関し、チューブ（１３）は、チューブの第１の外表面（１７）を形成するように構成される第１のプレート（１５）と、第１のプレート（１５）と密閉状態で組み付けられ第１の外表面（１７）とは反対側の第２の外表面（２１）を形成するように構成される第２のプレート（１９）と、第１及び第２のプレート（１５，１９）間で当該プレートに密閉状態で組み付けられ、その両側にバンドル（３）内への冷却剤Ｆを流すための少なくとも１つのチャネル（９）と、相変化材料Ｍのための少なくとも１つの凹部（２５）とを画定するように構成される中間プレート（２３）とを含む。また本発明は、熱交換バンドル及びチューブを含む熱交換器を組み立てるための方法に関する。

Description

本発明は、熱交換器の熱交換コアのための、特に乗り物の空調回路の蒸発器のための、相変化材料の貯留部を有するチューブに関する。また、本発明は、得られるコア及び交換器、並びに、前記交換器を組み立てるための方法に関する。

冷媒を収容するプレートから形成される平行なチューブのコアを備える交換器が知られており、コアを通過してチューブ上を通り抜ける外気流が熱交換を最適化し、チューブの表面はチューブ間にディスラプター（ｄｉｓｒｕｐｔｏｒｓ）又はスペーサを付加することにより拡大されている。

コアのチューブに接続される相変化材料の貯留部をこれらの熱交換器に設けることが知られており、そのチューブは冷媒を循環させるために使用される。このタイプの交換器は、特に乗り物が短時間にわたってアイドリング状態にあるときにエンジンを自動的に停止させるためのシステムが設けられている乗り物に関し、乗り物のエンジンがアイドリング状態にあって冷媒を循環させるためのコンプレッサをもはや駆動しない場合に、乗り物の乗員室が所定の期間にわたって冷えたままとなることができるようにする。エンジンがアイドリング状態にあるこれらの期間中、相変化材料は、実際に、交換器を通過する空気への冷たさを回復させる。

特に、冷媒が流通するチューブのセットが設けられる熱交換コアと、相変化材料を蓄えてチューブに接続される貯留部と、冷たさを蓄えるための貯留部とチューブとの間に、特にこれらの間に形成される突起及び窪みによって設けられる空気通路と、を備える乗り物空調回路用の蒸発器が知られている。これらの交換器では、一方で、各チューブの大きい表面上で延びる前記突起及び窪みの存在により、他方で、チューブから貯留部への熱伝達に関与する材料の厚さにより、冷媒チューブと相変化材料貯留部との間の冷熱伝達が減少される。実際には、前記厚さは、チューブの壁と貯留部の壁とを含む。

本発明の目的は、これらの欠点の全て或いは一部を克服することである。

この目的のため、本発明によれば、熱交換器の、特に乗り物の乗員室のための空調回路の蒸発器の、熱交換コアのための相変化材料の貯留部を有するチューブが提案される。

本発明によれば、前記チューブは、該チューブの第１の外表面を形成するように設けられている第１のプレートと、前記第１のプレートに対して密閉された態様で接続されて前記第１の外表面に対向する第２の外表面を形成するように設けられている第２のプレートと、前記第１及び第２のプレートに対して当該プレート間で密閉された態様で接続され、それ自体の両側に、前記コアにおける前記冷媒の流れのための少なくとも１つのダクトと、前記相変化材料のための少なくとも１つの凹部とを画定するように設けられている中間プレートとを備える。

したがって、冷媒が前記中間プレートを介して相変化材料と接触し、また、前記プレートの壁を通じて冷熱伝達が行われる。前述の交換器の場合とは異なり、多量の断熱空気は前記熱伝達を減少させない。また、この伝達を確保するための壁厚は、１つのみ、すなわち、中間プレートの壁厚しか存在せず、前記中間プレートは衝撃や外的影響に晒されないため、有利には、中間プレートの厚さを外側プレートの厚さに比べて減少させることができる。更に、中間プレートの一方側の相変化材料と中間プレートの他方側の冷媒材料とに組立体を分配することにより、信頼できる頑丈なチューブを設けることができる。

単独で或いは組み合わせて解釈され得る本発明の他の特徴によれば、
− 前記第２のプレートは、前記コアを通過する外気流と接触するように作られる外表面であって、特に相変化材料と前記気流との間の熱交換を可能にするように作られる外表面を具備し、
− 前記外表面には、熱伝達表面積を増大させるよう作られるセルが設けられ、
− 前記セルはそれぞれ、表面上での前記気流の流れを促進させて気流のヘッドロスを減らす円錐台頂部を備え、
− 前記セルが互いに同一であり、
− 前記セルが互いに隣り合っており、
− 前記セルは、互いに対してハニカム形態で配置され、
− 前記中間プレートが第１及び第２のプレートの材料と同一の材料から形成され、
− 前記中間プレートは、その熱伝達能力が第１及び第２のプレートのそれよりも大きい材料から形成され、
− 前記中間プレートには補強リブが設けられ、該補強リブは、プレートの壁の厚さを更に減らすことができるようにし、
− 前記中間プレートには、前記第１のプレートに接続され得るとともに冷媒のための前記ダクトを画定するようになっている少なくとも１つの接続リブが設けられ、
− 前記第１のプレートは、チューブの第１の外表面上の前記空気流との熱伝達のためのスペーサを受けるように形成され、
− 前記第１のプレートは、コアの標準的なチューブプレートに対応する形状を有し、すなわち、相変換材料貯留部を備えず、
− 前記第１及び第２のプレート及び／又は前記中間プレートは、それらの外周で互いに接合されるように形成され、
− 前記第１のプレート及び／又は前記第２のプレートは、例えば第２のプレートの縁部へ向けて折り曲げられることができる第１のプレート上の外周タブによって、前記第１及び第２のプレート及び／又は前記中間プレートを予め組み付けることができるように形成され、
− 相変化材料の貯留部を有する前記チューブは、特にそれらの凹状の外表面を互いに略対向するように位置させることにより、第２の同一のチューブに接続されるように形成され、
− 前記第２のプレートは、前記第２のチューブの第２のプレートに対して互いに対向する位置で接合されるように形成され、前記第２のプレートのそれぞれのセルがそれらの頂部によって共に接合され、
− 相変化材料の貯留部を有する前記チューブは、前記第２のチューブに対して互いに対向する前記位置で接続される場合に、チューブの前記組立体を前記コアの標準的なチューブと前記コアのための標準的なスペーサ、すなわち、前記コアの２つの標準的なチューブ間のスペーサとの組立体と交換できるように形成される。

本発明は、前述したように、相変化材料の貯留部を有する少なくとも１つのチューブを備える熱交換器のための、特に動力車の空調回路の蒸発器のための、熱交換コアにも関連する。

前記コアは、有利には、相変化材料の貯留部を有する複数の前記チューブを備えるように形成され、標準的なチューブのうちの前記チューブの数は、乗り物の前記乗員室における冷却の生成の必要性に適合される。

前記コアは、有利には、互いに対向する位置における、相変化材料の貯留部を有する２つの前記チューブの少なくとも１つの前記組立体を備える。

また、本発明は、前述の少なくとも１つの熱交換コアを備える熱交換器、特に動力車の空調回路の蒸発器にも関連する。

また、本発明は、熱交換器を組み立てるための方法であって、相変化材料の貯留部を有する２つのチューブを互いに対向する位置で少なくとも事前に組み立てるステップと、交換器をその組立前に事前に組み立てることができるようにするべく前記コアの２つの標準的なチューブ間に前記事前組立体を配置するステップとを備える方法にも関連する。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に関連して例示的に与えられる実施形態の以下の説明を読むことで明らかになる。

本発明の一実施形態に係る熱交換器の斜視図である。 図１の交換器の一部の分解図である。 図１の交換器からの相変化材料の貯留部を有するチューブを示す部分分解拡大図である。 図３からのチューブの外表面を示す部分斜視図である。 図１の交換器のコアの２つの標準的なチューブ間に配置される、互いに対向する位置における相変化材料の貯留部を有する２つのチューブの組立体の断面図である。

図面が発明を詳細な態様で開示し、また、当然ながら、必要に応じてそれらの図面を使用して発明をより良く規定できることに留意すべきである。

最後に、同一の参照数字は、同一又は同様の要素を示すために使用される。

図１及び図２に示されるように、本発明は、例えば動力車の乗員室の空調ループの蒸発器となり得る熱交換器１に関する。

図示のように、構造的に、交換器１は複数の平行なチューブ５のコア３を備え、チューブ５は例えばそれらの端部によって互いに接続される。この場合、前記チューブ５により、冷媒Ｆは、チューブ５の２つの平行なダクト９内を、第１のダクト９内ではチューブにおける流体の第１の流れ方向に、また、第２のダクト９内では反対の流れ方向にそれぞれ流れることができる。特に、冷媒Ｆが内部で流れるチューブ５は楕円断面を有し、また、チューブ間には、交換器１内を流れる冷媒Ｆと前記交換器を通過する外気流Ａとの間の熱交換のための表面積を増大させるスペーサ１１が配置される。

この場合、前記チューブ５は、第１のプレート１５’と第２のプレート１５’とによって形成される。前記プレートは、例えば、前記プレートが接続された時点で冷媒のための内部流れ空間を画定する底部と隆起外周縁部とを備える。この場合、前記プレートのうちの一方のプレート及び／又は他方のプレートは、各ダクト９を離間させる長手方向リブを更に備える。

前記交換器は、有利には、例えば交換器内の冷媒のための入口／出口から及び／又は入口／出口へ向けて、冷媒を前記チューブ５内へ導入するための及び／又は冷媒をチューブから引き出すための冷媒コレクターを備える。そのようにするために、前記プレートは、冷媒が一方のチューブ５から他方のチューブへと流れることができるようにするべく、それらの端部に、特にスタンピング加工により形成されるカラー７を備えることができる。前記カラー７は、特に、隣り合うチューブのカラーとの連通をもたらすように形成される。ここで、カラーは前記ダクト９の各端部に位置する。

チューブ５の内部は、チューブの内側における冷媒流のための導管を画定するディスラプター、特に波状ディスラプター８、を含むこともできる。

コア内で図１の破線の矢印にしたがって複数の連続するチャネル内に流体流れを形成するために、コレクター内に位置される内部隔壁（図示せず）を使用することができる。

とは言うものの、コア３は、前述したような標準的なチューブ５と、相変化材料貯留部を画定するための本発明に係るチューブ１３と備える。以下、後者のチューブについて説明する。

前述したように、相変化材料の貯留部を有するチューブ１３は、特に乗り物のエンジンが短い期間にわたってアイドリング状態にあるときに、乗り物の乗員室が所定の期間にわたって冷えたままとなることができるようにし、その間、相変化材料Ｍは、交換器を通過する空気Ａへの冷却を回復させる。

前記チューブ１３のそれぞれは、チューブの第１の外表面１７を形成するように設けられる第１のプレート１５を備える。前記チューブのそれぞれは、前記第１のプレート１５に対して密閉された態様で接続されるとともに前記第１の外表面１７とは反対側の第２の外表面２１を形成するように設けられる第２のプレート１９も備える。また、チューブは、前記第１及び第２のプレート１５，１９に対して当該プレート間で密閉された態様で接続されるように設けられる中間プレート２３も備える。前記中間プレート２３は、その両側に、前記コア３内で前記冷媒Ｆを流すための少なくとも１つのダクト９と、前記相変化材料Ｍのための少なくとも１つの凹部２５とを画定するように設けられている。

したがって、冷媒Ｆは、前記中間プレート２３を介して相変化材料Ｍと熱接触し、また、前記プレートの壁２７を通じて冷熱伝達が行われる。また、中間プレート２３の一方側の相変化材料Ｍと中間プレート２３の他方側の冷媒Ｆとに組立体を分配することにより、小さい深さのコアをもたらすことができるようにするチューブを配置することができる。

相変化材料Ｍ（ＰＣＭ）は、チューブ１３により伝えられる蓄積される冷たさを回復させ、前記回復は相の変化の際に活性化される。相変化材料Ｍは特に二相材料であり、この材料では、冷媒流が中断されるときに、より熱い空気流Ａと接触して、前記材料が一方の相から他方の相へ変化すると、冷たさが回復される。冷媒が再び流れた時点で、冷媒により生み出される冷却の結果として、反対方向の相変化がもたらされる。

より具体的には、特に相変化材料Ｍと前記空気流Ａとの間の熱交換を可能するために、前記第２のプレート１９には、前記コアを通過する外気流Ａと接触するように形成されている外表面２９が設けられる。相変化材料Ｍが相を変化させると、相変化材料が前記空気流Ａを冷却する。

特に図３及び図４において分かるように、前記外表面２９には、相変化材料Ｍと前記空気流Ａとの間の熱伝達表面積を増大させるように形成されている複数のセル３１を設けることができる。

この場合、前記セル３１はそれぞれ円錐台頂部３３を備え、これにより、前記空気流Ａが表面２９上で流れることができるとともに、空気流のヘッドロスが減少される。特に、これらのセル３１は、互いに同一であって、特に互いに隣り合っており、これにより空気流と接触する表面積が増大する。

前記セル３１は、有利には、空気流Ａとの熱交換を促進させるために互いに対してハニカム形態で配置される。

前記中間プレート２３は、第１及び第２のプレート１５，１９の材料と同一の材料、すなわち、アルミニウム及び／又はアルミニウム合金から形成される。変形例において、前記プレートは、その熱伝達能力が第１及び第２のプレート１５，１９のそれよりも大きい材料から形成され得るとともに、場合により更に硬質の材料から形成され得る。

前記中間プレート２３には特に補強リブ３５が設けられ、該補強リブ３５は、プレートの壁の厚さを更に減らすことができるようにするとともに、当該プレートの一方側の冷媒Ｆと他方側の相変化材料Ｍとの間の圧力差を抑えることができるようにする。

前記中間プレート２３には、同様に、中間プレート２３を前記第１のプレート１５に接続するためのリブ３６が設けられ、それにより、前記プレートが冷媒Ｆのための前記ダクト９（この場合には２つ）を画定する。

前記第１のプレート１５は、チューブの第１の外表面１７上の前記空気流との熱伝達のための前述のスペーサ１１と同一のスペーサ１１を受けるように形成され得る。例えば、このプレートは、コアの標準的なチューブプレート１５’に対応する形状を有し、すなわち、相変換材料の貯留部を備えない。前記プレートは、有利には、標準的なチューブのそのようなプレート１５’と同一であってもよい。

前記第１及び第２のプレート１５，１９及び／又は前記中間プレート２３は、有利には、それらの外周で、例えば標準的なプレート１５’の隆起縁部と同様の隆起縁部で、共に結合されるようになっている。前記第１のプレート１５は、図３及び図４に示されるように、例えば第２のプレート１９の縁部へ向けて折り曲げることができる第１のプレート１５上の外周タブ３７によって、前記第１及び第２のプレート１５，１９及び／又は前記中間プレート２３を予め組み付けることができるようにするべく更に形成され得る。

図２及び図５において分かるように、相変化材料の貯留部を有する前記チューブ１３は、第２の同一のチューブ１３に対し、互いに対向する位置で、接続されるように形成され得る。前記第２のプレート１９は、有利には、前記第２のチューブ１３の第２のプレート１９に対して互いに対向する位置で接合されるように形成することができ、この場合、前記それらの第２のプレートのそれぞれのセル３１がそれらの頂部３３によって共に結合される。したがって、セル３１に接触する空気流Ａのヘッドロスと熱交換との間の比率が最適化される。

この場合、相変化材料の貯留部を有する前記チューブ１３は、前記第２のチューブ１３に接続される場合及び前記互いに対向する位置にある場合にチューブの前記組立体を、前記コアの１つの前記標準的なチューブ５と標準的なスペーサ１１、すなわち、前記コアの２つの標準的なチューブ５間のスペーサ１１との組立体と交換できるようにも形成される。したがって、チューブ間隔を変える必要なく、標準的な要素を交換することによって交換器を設計することが簡単である。

好ましくは適切な温度条件で液状を成す相変化材料Ｍの交換は、相変化材料の貯留部を有する各チューブの開口を用いて、有利には図５において分かるように前後の位置においてチューブの組立体により共有されるパイプ３９を用いて行うことができることに留意すべきである。

また、本発明は、前記熱交換器１のための、特に動力車の空調回路の蒸発器のための、熱交換コア３にも関連する。そのようなコア３は、前述したように、相変化材料の貯留部を有する少なくとも１つのチューブ１３を備え、有利には、相変化材料の貯留部を有する複数の前記チューブ１３を備え、その数は、乗り物の前記乗員室内で冷却をもたらす必要性に適合される。

前記コア３は、有利には、相変化材料の貯留部を有するチューブ１３の少なくとも１つの前記組立体を互いに対向して位置する状態で備え、特に、相変化材料の貯留部を有するチューブ１３の複数の前記組立体を、コア３の長さに沿って分布された状態で、互いに対向して位置する状態で備える。相変化材料の貯留部を有するチューブ１３の対は、互いに隣り合って配置され得る、及び／又は、コアの１つの前記標準的なチューブ５と１つの前記標準的なスペーサ１１との組立体間に分布され得る。

また、本発明は、上述のような少なくとも１つの熱交換コア３を備える熱交換器１、特に動力車の空調回路の蒸発器、にも関連する。

また、本発明は、そのような熱交換器１を組み立てるための方法にも関連する。

その方法は、相変化材料の貯留部を有する２つのチューブ１３を互いに対向する位置で少なくとも事前に組み立てるステップと、交換器をその組立前に事前に組み立てることができるようにするべく、図５に示されるように、前記コアの２つの標準的なチューブ５間に前記事前組立体を配置するステップとを備える。これは、例えば蝋付け炉を通過することによって行われる。

したがって、この発明は、熱交換器の、特に乗り物の乗員室の空調回路の蒸発器の、熱交換コアのための相変化材料の貯留部を有するチューブを提供し、このチューブは、信頼でき、頑丈であるとともに、チューブと冷媒との間及び接触するチューブと空気流との間で非常に効率的な熱伝達をもたらし、また、乗員室を冷やす必要性に応じた熱交換器の設計を更に容易にする。

Claims (15)

1. 熱交換器（１）の、特に乗り物の乗員室の空調回路の蒸発器の、熱交換コア（３）のための相変化材料Ｍの貯留部を有するチューブ（１３）であって、前記チューブ（１３）は、該チューブの第１の外表面（１７）を形成するように設けられる第１のプレート（１５）と、前記第１のプレート（１５）に対して密閉された態様で接続されるとともに前記第１の外表面（１７）とは反対側の第２の外表面（２１）を形成するように設けられる第２のプレート（１９）と、前記第１のプレート及び第２のプレート（１５，１９）に対して当該プレート間で密閉された態様で接続されるとともに、それ自体の両側に、前記コア（３）に前記冷媒Ｆを流すための少なくとも１つのダクト（９）と前記相変化材料Ｍのための少なくとも１つの凹部（２５）とを画定するように設けられる中間プレート（２３）とを備える、チューブ（１３）。
2. 前記第２のプレート（１９）には、前記コア（３）を通過する外気流Ａと接触するように形成される外表面（２９）が設けられる請求項１に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
3. 前記外表面（２９）には、前記相変化材料Ｍと前記空気流Ａとの間の熱伝達のための表面積を増大させるように設けられる複数のセル（３１）が形成される請求項２に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
4. 前記複数のセル（３１）がそれぞれ円錐台頂部（３３）を備える請求項３に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
5. 前記複数のセル（３１）が互いに隣り合っている請求項３又は請求項４に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
6. 前記中間プレート（２３）は、前記第１のプレート及び第２のプレート（１５，１９）の材料と同一の材料から形成される請求項１から５のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
7. 前記中間プレート（２３）は、その熱伝達能力が前記第１のプレート及び第２のプレート（１５，１９）のそれよりも大きい材料から形成される請求項１から５のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
8. 前記中間プレート（２３）には、前記第１のプレート（１５）に接続され得るとともに冷媒Ｆのための前記少なくとも一つのダクト（９）を画定するようになっている少なくとも１つの接続リブ（３６）が設けられる請求項１から７のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
9. 前記第１のプレート（１５）は、前記チューブの前記第１の外表面（１７）上の前記空気流Ａとの熱伝達のためのスペーサ（１１）を受けるように形成される請求項１から８のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
10. 前記第１のプレート及び／又は第２のプレート（１５，１９）は、前記第１のプレート及び第２のプレート（１５，１９）及び／又は前記中間プレート（２３）を予め組み立てることができるように形成される請求項１から９のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
11. 第２の同一のチューブ（１３）に接続されるように設けられる請求項１から１０のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
12. 前記第２のチューブ（１３）に対して互いに対向する位置で接続される場合に、チューブ（１３）の前記組立体が前記コアの標準的なチューブ（５）と標準的なスペーサ（１１）との組立体と交換され得るように形成される請求項１１に記載の相変化材料の貯留部を有するチューブ（１３）。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の相変化材料の貯留部を有する少なくとも１つのチューブ（１３）を備える、熱交換器（１）のための、特に動力車の空調回路の蒸発器のための、熱交換コア（３）。
14. 請求項１３に記載の少なくとも１つの熱交換コア（３）を備える、熱交換器（１）、特に動力車の空調回路の蒸発器。
15. 請求項１４に記載の熱交換器（１）を組み立てるための方法であって、相変化材料の貯留部を有する２つのチューブ（１３）を互いに対向する位置で少なくとも事前に組み立てるステップと、前記交換器をその組立前に事前に組み立てることができるようにするべく前記コアの２つの標準的なチューブ（５）間に前記事前組立体を配置するステップとを備える方法。

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