JP2004125340A

JP2004125340A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2004125340A
Application number: JP2002293431A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Kato; 加藤　吉毅; Etsuo Hasegawa; 長谷川　恵津夫; Masaaki Kawakubo; 川久保　昌章; Takeshi Muto; 武藤　健
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】多孔扁平チューブ１００に曲げ部Ｍを設けるうえで、耐圧性を損なうことのない熱交換器を提供する。
【解決手段】多孔扁平チューブ１００は、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げられた曲げ部Ｍを有している。
これは、多孔扁平チューブ１００に曲げを加えると、外側の流体通路孔１００ａ側は延びて減肉するのに対して、内側の流体通路孔１００ａ側は圧縮されて肉厚となる。そのため、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げを行なうことは耐圧上有利であり、耐圧性を損なうことがない。これにより多孔扁平チューブ１００の板厚を薄くすることができ、熱交換器の重量を軽減することもできる。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の流体通路孔が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブを用い、片面側の流体通路孔列を低圧流体通路とし、もう片面側の流体通路孔列を高圧流体通路として低圧流体と高圧流体とで熱交換を行なう熱交換器に関するもので、例えばその複数列の流体通路孔に、低圧側冷媒と高圧側冷媒とを流通させて熱交換を行なわせるのに好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、多数の流体通路孔が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブを熱交換部に用い、その複数列の流体通路孔の列毎に、例えば低圧流体として低温低圧の冷媒と高圧流体として高温高圧の冷媒とを流通させて熱交換を行なわせる熱交換器が知られている。例えば、本出願人が先に出願した特願２００２−６３７号に示す熱交換器の構造がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの熱交換器は、装置の能力を上げるために熱交換能力の向上が求められ、伝熱面積拡大のため多孔扁平チューブの長大化も必要となってくる。そのうえ、この熱交換器を装置内の限られたスペースに簡潔に組み込むためには、そのスペースに合わせて多孔扁平チューブに曲げを加える必要も出てくる。
【０００４】
本発明は、上記従来に鑑みて成されたものであり、その目的は、多孔扁平チューブに曲げ部を設けるうえで、耐圧性を損なうことのない熱交換器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では請求項１ないし請求項４に記載の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１記載の発明では、多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を用い、片面側の流体通路孔（１００ａ）列を低圧流体通路（１１０）とし、もう片面側の流体通路孔（１００ａ）列を高圧流体通路（１２０）として低圧流体と高圧流体とで熱交換を行なう熱交換器において、多孔扁平チューブ（１００）は、低圧流体通路（１１０）を外側、高圧流体通路（１２０）を内側として曲げられた曲げ部（Ｍ）を有することを特徴とする。
【０００６】
これは、多孔扁平チューブ（１００）に曲げを加えると、外側の流体通路孔（１００ａ）側は延びて減肉するのに対して、内側の流体通路孔（１００ａ）側は圧縮されて肉厚となる。そのため、低圧流体通路（１１０）を外側、高圧流体通路（１２０）を内側として曲げを行なうことは耐圧上有利であり、耐圧性を損なうことがない。これにより多孔扁平チューブ（１００）の板厚を薄くすることができ、熱交換器の重量を軽減することもできる。
【０００７】
請求項２記載の発明では、多孔扁平チューブ（１００）は、断面厚み方向に複数の流体通路孔（１００ａ）列を一体に形成した多列形成チューブ（１３０）であることを特徴とし、請求項３記載の発明では、多孔扁平チューブ（１００）は、低圧流体通路（１１０）を設けた低圧流体チューブ（１４０）と、高圧流体通路（１２０）を設けた高圧流体チューブ（１５０）とを接合したものであることを特徴とする。
【０００８】
このように、複数の流体通路孔（１００ａ）列を一体に形成した多列形成チューブ（１３０）であっても、低圧流体チューブ（１４０）と高圧流体チューブ（１５０）とを接合したものであっても、上記請求項１と同様の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項４記載の発明では、低圧流体および高圧流体とは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として用いたものであることを特徴とする。これは、ＣＯ_２冷媒サイクルの場合、１３４ａ等のフロン冷媒に対して極めて高圧であり、多孔扁平チューブ（１００）に曲げを設ける際、低圧流体通路（１１０）を外側、高圧流体通路（１２０）を内側として曲げを行なうことが耐圧上極めて有利なことによる。ちなみに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。図１は、本実施形態における冷凍サイクルの模式図であり、車両等に用い、二酸化炭素（ＣＯ_２）等の高圧の冷媒を使用する冷凍サイクルである。コンプレッサで冷媒を圧縮し、ガスクーラで冷却し、膨張弁で減圧し、エバポレータで蒸発させる通常の冷凍サイクルに加え、システムの効率（性能）を向上させるため、ガスクーラ後の冷媒とエバポレータ後冷媒とを熱交換させる内部熱交換器を備えている。
【００１１】
これは、１３４ａなどのフロン冷媒の場合、コンプレッサから吐出された高温高温のガスはガスクーラに相当する凝縮器（コンデンサ）で飽和温度以下まで冷すことができるが、ＣＯ_２冷媒の場合、その物性ゆえ、ガスクーラで飽和温度以下まで下げることができない。そのため内部熱交換器でガスクーラ下流の高温高圧冷媒とエバポレータ下流の低温低圧冷媒とを熱交換させ、ガスクーラ下流の冷媒温度を下げることで、膨張弁前の冷媒の温度を下げることができ、その結果エバポレータ前後におけるエンタルピ差を稼ぐことができるためである。
【００１２】
本実施形態は、その内部熱交換器に本発明の熱交換器を用いたもので、図２（ａ）は本発明の第１実施形態における熱交換器を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。図２（ｂ）に示すように、多孔扁平チューブ１００には多数の流体通路孔１００ａが形成されており、その多数の流体通路孔１００ａが偏平状の断面の厚み方向に複数の列状に配置されている。
【００１３】
本実施形態では、アルミニウム材の押出成形で２列の流体通路孔１００ａを一体成形した多列形成チューブ１３０を熱交換器の熱交換部に用い、片面側の列を低圧流体通路１１０として低温低圧冷媒を流通させ、もう片面側の列を高圧流体通路１２０として高温高圧冷媒を流通させて熱交換を行なう。
【００１４】
また、本実施形態では多孔扁平チューブ１００に曲げ部Ｍを設けることにより、装置内の与えられたスペース内に本熱交換器を収納できるようにしている。そして、この多孔扁平チューブ１００に曲げ部Ｍを設ける際、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げを行なっている。
【００１５】
多孔扁平チューブ１００の両端近傍には、低圧流体通路１１０に連通する図示しない切り込みを多孔扁平チューブ１００の幅方向に渡って所定深さだけ切り込んで設けている。また、反対の高圧流体通路１２０側面にも、その高圧流体通路１２０に連通する図示しない切り込みを多孔扁平チューブ１００の幅方向に渡って所定深さだけ切り込んで設けている。
【００１６】
この両面の切り込みの位置は、多孔扁平チューブ１００の長手方向に対して少しずらして設けてある。そして、図２（ａ）に示すように、この多孔扁平チューブ１００の両端にアルミニウム製のパイプ材２１０・２２０を２本づつ挿入して接合する。
【００１７】
低圧流体通路１１０と連通する切り込みの回りに接合したパイプ材２１０は低圧側ヘッダパイプ（タンク）２１０となり、高圧流体通路１２０と連通する切り込みの回りに接合したパイプ材２２０は高圧側ヘッダパイプ（タンク）２２０となる。
【００１８】
そして、各ヘッダパイプ２１０・２２０の流体出入口となる部分には配管接続ブロック２４０が接合され、流体出入口とならない反対側にはキャップ２５０が接合されて封止される。尚、上記に構成した部分は組み合わせたうえ治具により保持され、ロウ付け用加熱炉内に搬入されて一体ろう付けされる。また、多孔扁平チューブ１００の両端の切断部はろう材１３０が盛られて両流体通路１１０・１２０とも封止される。
【００１９】
以上の構成において本実施形態の両流体の流れ経路を説明すると、図２（ａ）中の矢印に示すように、図示しないエバポレータからの低圧流体（低圧冷媒）が一方の低圧側ヘッダ（ディストリビュータ）パイプ２１０内に流入し、一方の切り込みから低圧流体通路１１０に分配される。そして、低圧流体通路１１０を熱交換しながら流れ、他方の切り込みから他方の低圧側ヘッダ（アキュムレータ）パイプ２１０内に流れ出して集合され、矢印に示すように他方の低圧側ヘッダパイプ２１０から図示しない下流側構成部品へ流出する。
【００２０】
また、図示しないガスクーラからの高圧流体（高圧冷媒）が一方の高圧側ヘッダ（ディストリビュータ）パイプ２２０内に流入し、一方の切り込みから高圧流体通路１２０に分配される。そして、高圧流体通路１２０を熱交換しながら流れ、他方の切り込みから他方の高圧側ヘッダ（アキュムレータ）パイプ２２０内に流れ出して集合され、矢印に示すように他方の高圧側ヘッダパイプ２２０から図示しない下流側構成部品へ流出する。尚、図２（ａ）から分かるように、低圧流体の流れと高圧流体の流れは対向流となっているが、平行流であっても良い。
【００２１】
次に、本実施形態での特徴を述べる。まず、多孔扁平チューブ１００は、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げられた曲げ部Ｍを有している。これは、多孔扁平チューブ１００に曲げを加えると、外側の流体通路孔１００ａ側は延びて減肉するのに対して、内側の流体通路孔１００ａ側は圧縮されて肉厚となる。
【００２２】
そのため、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げを行なうことは耐圧上有利であり、耐圧性を損なうことがない。これにより多孔扁平チューブ１００の板厚を薄くすることができ、熱交換器の重量を軽減することもできる。
【００２３】
また、多孔扁平チューブ１００は、断面厚み方向に複数の流体通路孔１００ａ列を一体に形成した多列形成チューブ１３０である。このように、複数の流体通路孔１００ａ列を一体に形成した多列形成チューブ１３０であっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、低圧流体および高圧流体とは、二酸化炭素ＣＯ_２を冷媒として用いたものである。これは、ＣＯ_２冷媒サイクルの場合、１３４ａ等のフロン冷媒に対して極めて高圧であり、多孔扁平チューブ１００に曲げを設ける際、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げを行なうことが耐圧上極めて有利なことによる。また、本サイクルは、エバポレータ後流にアキュームレータが搭載された場合、アキュームレータ後流が低圧側熱交換部となり、これはエジェクタサイクルにおいても同様である。
【００２５】
（第２実施形態）
図３（ａ）は本発明の第２実施形態における熱交換器を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。多孔扁平チューブ１００は、低圧流体通路１１０を設けた低圧流体チューブ１４０と、高圧流体通路１２０を設けた高圧流体チューブ１５０とを接合したものであることのみ第１実施形態と異なる。
【００２６】
もちろん、多孔扁平チューブ１００に曲げ部Ｍを設ける場合、低圧流体通路１１０を外側、高圧流体通路１２０を内側として曲げを行なっている。このように、低圧流体チューブ１４０と高圧流体チューブ１５０とを接合したものであっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
（その他の実施形態）
上述の図３（ｂ）の例では、断面厚み方向に一列の流体通路孔１００ａ列を形成した単列形成チューブ１４０・１５０同士の接合例であるが、図２（ｂ）に示したような多列形成チューブ１３０を低圧流体通路１１０、高圧流体通路１２０、もしくはその両方に用い、それらを接合したものであっても良い。
【００２８】
また、上述の実施形態では、低圧流体通路１１０に低温低圧冷媒が流れ、高圧流体通路１２０に高温高圧冷媒が流れ、両冷媒間で熱交換を行なう内部熱交換器に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されることなく、本発明は種々な用途の流体間の熱交換を行なう熱交換器一般に広く適用可能であることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における冷凍サイクルの模式図である。
【図２】（ａ）は本発明の第１実施形態における熱交換器を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態における熱交換器を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１００　多孔扁平チューブ
１００ａ　流体通路孔
１１０　低圧流体通路
１２０　高圧流体通路
１３０　多列形成チューブ
１４０　低圧流体チューブ
１５０　高圧流体チューブ
Ｍ　曲げ部

Claims

多数の流体通路孔（１００ａ）が断面厚み方向に複数の列状に配置された多孔扁平チューブ（１００）を用い、片面側の前記流体通路孔（１００ａ）列を低圧流体通路（１１０）とし、もう片面側の前記流体通路孔（１００ａ）列を高圧流体通路（１２０）として低圧流体と高圧流体とで熱交換を行なう熱交換器において、
前記多孔扁平チューブ（１００）は、前記低圧流体通路（１１０）を外側、前記高圧流体通路（１２０）を内側として曲げられた曲げ部（Ｍ）を有することを特徴とする熱交換器。
前記多孔扁平チューブ（１００）は、断面厚み方向に複数の前記流体通路孔（１００ａ）列を一体に形成した多列形成チューブ（１３０）であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記多孔扁平チューブ（１００）は、前記低圧流体通路（１１０）を設けた低圧流体チューブ（１４０）と、前記高圧流体通路（１２０）を設けた高圧流体チューブ（１５０）とを接合したものであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記低圧流体および前記高圧流体とは、二酸化炭素（ＣＯ_２）を冷媒として用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。